Defect equilibria and thermophysical properties of CeO based on experimental data and density functional theory calculation result

実験データ及び密度汎関数理論計算結果に基づくCeOの欠陥平衡及び熱物性値

渡部 雅  ; 中村 博樹  ; 鈴木 紀一  ; 町田 昌彦  ; 加藤 正人   

Watanabe, Masashi; Nakamura, Hiroki; Suzuki, Kiichi; Machida, Masahiko; Kato, Masato

CeOのバンドギャップ,フレンケル欠陥生成エネルギー及び欠陥移動エネルギーを決定するため、DFTシュミュレーションによる評価を行った。バンドギャップ及びフレンケル欠陥生成エネルギーは欠陥平衡を解析するために使用した。欠陥平衡の酸素分圧依存性は酸素ポテンシャルの実験データとDFT計算に基づいて評価し、Brouwer図を導出した。フレンケル欠陥、電子-正孔対等の欠陥形成エネルギーを決定し、酸素拡散係数,電気伝導率,比熱容量及び熱伝導率の評価に用いた。これらの物性値のメカニズムについての理解を深めるため欠陥化学に基づく議論を行い、物性値の関係を系統的に記述した。

Properties of CeO were evaluated by DFT simulation to determine band gap, Frenkel defect formation energy and defect migration energy. Band gap and Frenkel defect formation energy were used to analyze defect equilibria. Oxygen partial pressure dependence of defect equilibria was evaluated based on oxygen potential experimental data and DFT calculation, and a Brouwer diagram was derived. The defect formation energies, including Frenkel defect, electron-hole pair and so on, were determined and used to evaluate the properties, including oxygen diffusion coefficients, electrical conduction, heat capacity and thermal conductivity. Mechanisms of various properties were discussed for a deeper understanding based on defect chemistry, and the relationship among properties were systematically described.