特定の光学特性や電子特性を持つ新しい材料を探している材料科学者を想像してみてください。従来、これは何千もの研究論文を精査したり、大規模な実験室実験を行ったりすることになります。しかし、結晶構造、電子特性、光学特性など、材料に関する検証済みの計算データを提供する包括的なデータベースがあったとしたらどうでしょうか？Materials Projectはまさにそのようなプラットフォームであり、研究者に発見を加速するための強力なツールを提供しています。この記事では、データベースからのケーススタディ、つまり斜方晶塩化バリウム（BaCl₂）について掘り下げていきます。
BaCl₂：多用途な化合物
塩化バリウム（BaCl₂）は、実験室と産業の両方の環境で広く使用されている化合物です。無色の結晶として現れ、水によく溶け、中程度の毒性を示します。材料科学では、BaCl₂は他のバリウム系化合物を合成するための前駆体として機能します。その独特の結晶構造と光学特性も、本質的な研究対象となっています。
Materials ProjectデータベースのBaCl₂
Materials Projectデータベース（エントリID：mp-23199）は、BaCl₂に関する詳細な計算データを提供しており、その結晶構造、電子特性、光学挙動などが含まれています。以下に、このエントリの主な特徴を分析します。
1. 結晶構造
標準条件下では、BaCl₂は空間群Pnma(62)の斜方晶結晶構造を採用しています。この構造は、互いに垂直な3つの軸（a、b、c）と特定の対称操作を特徴としています。単位格子のパラメータは次のとおりです。
- a= 4.77 Å
- b= 7.92 Å
- c= 9.52 Å
- 角度（α、β、γ）= 90°
- 体積 = 359.81 ų
データベースは、単位格子内の原子の分数座標も提供しています。
バリウム（Ba）：4c Wyckoff位置（¼、0.248672、0.882972）
塩素（Cl）：2つの4c位置（¼、0.028387、0.170834）と（¾、0.356327、0.070447）
Wyckoff位置は、対称的に等価な原子サイトを示します。座標は、単位格子内の各原子の相対的な位置を表しています。たとえば、バリウムはa軸の長さの4分の1に位置しています。
2. 結晶学的詳細
- 結晶系：斜方晶
- 空間群記号：Pnma
- 点群：mmm
- 密度：3.84 g/cm³
- 酸化状態：Ba²⁺、Cl⁻
3. 配位環境
BaCl₂のバリウムイオンは、9つの塩素原子によって配位されており、3つの正方形の面でキャップされた三角柱（TPRS-9幾何学）を形成しています。連続対称性尺度（CSM）1.123は、理想的な多面体との密接な整合性を示しています。
4. 電子特性と光学特性
- バンド構造：可視化は電子エネルギー分布を示し、導電性と光吸収に関する情報を提供します。
- バンドギャップ：GGAで計算されたバンドギャップは、電子遷移のエネルギー閾値を決定し、光学吸収範囲に影響を与えます。
- 光学メトリック：吸収係数、誘電関数、反射率データは、電磁放射との相互作用を予測します。
5. 輸送特性
電子とホールの有効質量は、電荷キャリアの移動度を定量化し、低い値はより良い導電性を示します。
6. その他のメトリック
- 凸包からのエネルギー（合成安定性）
- 予測融点
- 合成状態（実験的に検証済みまたは予測済み）
Materials Projectの価値
このプラットフォームは、次の方法で研究者を支援します。
- 集中データによる材料検索の加速
- 実験をガイドするための特性予測の有効化
- 計算スクリーニングによる新規材料の発見の促進
結論
Materials Projectは、計算材料科学が研究ワークフローをどのように変革できるかの好例です。BaCl₂の構造的および電子的プロファイルを分析することにより、科学者は、そうでなければ広範な実験を必要とする洞察を得ることができます。このケーススタディは、材料革新を推進するデータベースの役割を強調しています。