ナノ粒子-RNA複合体ナノワイヤの電子輸送機構の理論的解明

• Project/Area Number: 19651065
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 西口 規彦 Hokkaido University, 大学院・工学研究科, 教授 (40175518)
• Project Period (FY): 2007 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2008: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2007: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
• Keywords: 金属ナノ粒子 / ナノワイヤー / 単電子トンネル / 温度依存性 / NEMS

Research Abstract

1.平成21年度では、金のナノ粒子の熱フォノン、特にブリージングモードとオブロングモードフォノンが単電子トンネリングに及ぼす効果を、ナノ粒子1個からなる単電子トランジスタにおいて、理論的に明らかにした。ナノ粒子からなるナノワイヤの電子輸送現象において、ワイヤーを構成するナノ粒子の熱フォノンによる動的な変化はナノワイヤの電気伝導特性に著しい効果を及ぼすことが懸念された。そこで、ナノ粒子のフォノンの代表的なモードとして、ブリージングモードとオブロングモードフォノンの電気伝導度への寄与を理論的に明らかにし、これまで知られていた分子トランジスタとの比較を行った。その結果、閾電圧近傍でTHzフォノンの放出と吸収による新たなチャンネルが電気伝導に寄与するが、その全電流への寄与が小さく、無視し得ることが明らかとなった。
一方、フォノン吸収を伴った単電子トンネル伝導によるナノ粒子内の冷却効果は認められなかったが、フォノン放出によるナノ粒子内の温度の増加は著しいものがあった。
2.ナノワイヤの電子輸送現象を、モンテカルロ法による数値シミュレーションに基づいて行った。モンテカルロシミュレーションを実施するに当たり、熱浴を一昨年確立したNose-Hoover力学を用いて構成し、シミュレーションを実施した。その結果、熱浴にNose-Hooverの方法を用いることで生じる記億効果が大きく、例え定常状態でも電流値が安定しない問題が生じた。様々なパラメータ値でシミュレーションを行い、この問題を回避することを試みたが成功するに至っていない。本研究の最終年度に当たり、非平衡状態にNose-Hoover力学を適用することの問題点を見いだし、本モデルの正当性を再考する必要性に至った。

Research Products

• [Journal Article] Effects of breathing and oblong mode phonons on transport properties in a single-electron transistor (2010)
  • Author(s): N.Nishiguchi, M.N.Wybourne
  • Journal Title: Journal of Physics : Condensed Matter 22
  • NAID: 120001875434
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acoustic phonon modes and dispersion relations of nanowire superlatti ces (2009)
  • Author(s): S. Mizuno N. Nishiguchi
  • Journal Title: Journal of Physics : Condesned Matter (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shuttle instability induced by an ac gate in a nanoelectromechanical si ngle-electron transistor (2008)
  • Author(s): Norihiko Nishiguchi
  • Journal Title: PHYSICAL REVIEW B 78
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-efficient Acoustic Wave Rectifier (2007)
  • Author(s): R. Krishnan, S. Shirota, Y. Tanaka and N. Nishiguchi
  • Journal Title: Solid State Communications 144 Pages: 194-197
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rectifying Acoustic Waves (2007)
  • Author(s): S. Shirota, R. Krishnan, Y. Tanaka and N. Nishiguchi
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. 46
  • NAID: 120003326047
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] AC gate effects on a nano-electromechanical single electron transistor (2007)
  • Author(s): N. Nishiguchi
  • Journal Title: Journal of Physics: conference series 92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Performance evaluation and optimization of a high-efficient phonon rectifier (2007)
  • Author(s): R. Krishnan, S. Shirota, Y. Tanaka and N. Nishiguchi
  • Journal Title: Journal of Physics: conference series 92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rectifying acoustic phonons (2007)
  • Author(s): S. Shirota, R. Krishnan, Y. Tanaka and N. Nishiguchi
  • Journal Title: Journal of Physics: conference series 92
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Phonon Effects on Transport and Thermal Properties in a Single Electr on Transistor (2010)
  • Author(s): N.Nishiguchi, M.N.Wybourne
  • Organizer: PHONONS 2010
  • Place of Presentation: 台北(台湾)
  • Year and Date: 2010-04-22
• [Presentation] Rectification of surface acoustic waves (2010)
  • Author(s): Y.Tanaka, T.Murai, N.Nishiguchi
  • Organizer: PHONONS 2010
  • Place of Presentation: 台北(台湾)
  • Year and Date: 2010-04-22
• [Presentation] Rectification of Lamb waves (2010)
  • Author(s): T.Murai, Y.Tanaka, N.Nishiguchi
  • Organizer: PHONONS 2010
  • Place of Presentation: 台北(台湾)
  • Year and Date: 2010-04-22
• [Presentation] ブリージングモードフォノンによる単電子トランジスタの輸送特性への効果 (2009)
  • Author(s): 西口規彦M. N. Wybourne
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 立教大学(東京)
  • Year and Date: 2009-03-30
• [Presentation] Imaging the rectification of surface acoustic waves in periodic triangular structures (2009)
  • Author(s): S. Danworaphong, T. A. Kelf, O. Matsuda, O. B. Wright, Y. Tanaka, N. Nishiguchi
  • Organizer: International Congress n Ultrasonics
  • Place of Presentation: Universidad de Santiago de Chile, Santiago, Chile
• [Presentation] AC gate effects on a nano-electromechanical single electron transistor (2007)
  • Author(s): N. Nishiguchi
  • Organizer: PHONONS 2007
  • Place of Presentation: Paris, France(Conservatoire National des Arts et Metiers)
  • Year and Date: 2007-07-18
• [Presentation] Performance evaluation and optimization of a high-efficient phonon rectifier (2007)
  • Author(s): R. Krishnan, S. Shirota, Y. Tanaka and N. Nishiguchi
  • Organizer: PHONONS 2007
  • Place of Presentation: Paris, France(Conservatoire National des Arts et Metiers)
  • Year and Date: 2007-07-18
• [Presentation] Rectifying acoustic phonons (2007)
  • Author(s): S. Shirota, R. Krishnan, Y, Tanaka and N. Nishiguchi
  • Organizer: PHONONS 2007
  • Place of Presentation: Paris, France(Conservatoire National des Arts et Metiers)
  • Year and Date: 2007-07-18