Investigations of imprint phenomena in ferroelectric random access memories (FeRAM) with first-principles and molecular-dynamics calculations

• Project/Area Number: 23740230
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: NISHIMATSU Takeshi 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (70323095)
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2012: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2011: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 強誘電体 / 分子動力学シミュレーション / FeRAM / 第一原理計算 / フリーソフトウェア / ドメイン構造 / PbTiO3 / 相転移 / 分子動力学シミュレーショ ン

Research Abstract

We are developing a molecular dynamics (MD) simulator for ferroelectrics and distributing it from http:/ /loto.sourcef orge.net/feram/ as free software. We firstly succeeded in MD simulations of 90° domain structures in PbTiO3.

Research Products

• [Journal Article] Molecular Dynamics Simulation of 90˚ Ferroelectric Domains in PbTiO_3 (2012)
  • Author(s): T. Nishimatsu, K. Aoyagi, T. Kiguchi, T.J. Konno, Y. Kawazoe, H. Funakubo, A. Kumar, and U.V. Waghmare
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn Volume: 81 Issue: 12 Pages: 1247021-5
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.124702
  • URL: http://dx.doi.org/10.1143/JPSJ.81.124702
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effective Hamiltonian Methods for Predicting the Electrocaloric Behavior of BaTiO3 (2012)
  • Author(s): S. P. Beckman, L. F. Wan, Jordan A. Barr and Takeshi Nishimatsu
  • Journal Title: Materials Letters Volume: 89 Pages: 254-257
  • DOI: 10.1016/j.matlet.2012.08.102
  • URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2012.08.102
• [Journal Article] The structural, dielectric, elastic, and piezoelectric properties of KNbO3 from first-principles methods (2012)
  • Author(s): L. F. Wan, T. Nishimatsu and S. P. Beckman
  • Journal Title: J. Appl. Phys. Volume: 111 Issue: 10 Pages: 1041071-7
  • DOI: 10.1063/1.4712052
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.4712052
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 強誘電体の電気熱量効果の直接的な分子動力学計算 (2013)
  • Author(s): 西松毅,Scott P.Beckman,J.A.Barr,L.F.Wan
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] 大規模探索計算で切り開く材料計算科学,シンポジウム公演 (2013)
  • Author(s): 西松毅
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] Molecular-Dynamics Study of Interactions between Point-Defects and Ferroelectric Domains (2013)
  • Author(s): Takeshi Nishimatsu
  • Organizer: Fundamental Physics of Ferroelectrics and Related Materials Workshop2013
  • Place of Presentation: 米国アイオワ州立大学
• [Presentation] 強誘電体の電気熱量効果の直接的な分子動力学計算 (2013)
  • Author(s): 西松毅，Scott P. Beckman，J. A. Barr，L. F. Wan
  • Organizer: 日本物理学会 第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
• [Presentation] Molecular-Dynamics Study of Interactions between Point-Defects and Ferroelectric Domain (2013)
  • Author(s): Takeshi Nishimatsu
  • Organizer: Fundamental Physics of Ferroelectrics and Related Materials Workshop 2013
  • Place of Presentation: 米国アイオワ州立大学
• [Presentation] BaTiO3の電気熱量効果の分子動力学計算 (2012)
  • Author(s): 西松毅,ScottP.Beckman,J.A.Barr,L.F.Wan
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] PbTiO3の昇温/降温分子動力学シミュレーション (2012)
  • Author(s): 西松毅,青柳健大,木口賢紀,今野豊彦,川添良幸,Anil Kumar,Umesh V.Waghmare
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] Heating-up and cooling-down molecular-dynamics simulations of 90°domain structures in PbTiO3 (2012)
  • Author(s): Takeshi Nishimatsu, K. Aoyagi, T. Kiguchi, T.J. Konno, Y. Kawazoe, A. Kumar, Umesh .V. Waghmare
  • Organizer: Fundamental Physics of Ferroelectrics and Related Materials 2012
  • Place of Presentation: 米国イリノイ州Argonne National Laboratory
  • Year and Date: 2012-01-31
• [Presentation] Molecular dynamics simulations of bulk and thin-film ABO3 perovskite-type ferroelectrics (2012)
  • Author(s): Takeshi Nishimatsu
  • Organizer: The IUMRS International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM2012), 招待公演
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] BaTiO3の電気熱量効果の分子動力学計算 (2012)
  • Author(s): 西松毅，Scott P. Beckman，J. A. Barr，L. F. Wan
  • Organizer: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
• [Presentation] Molecular dynamics simulations of bulk and thin-film ABO3 perovskite-type ferroelectrics (2012)
  • Author(s): Takeshi Nishimatsu
  • Organizer: The IUMRS International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM2012)
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Invited
• [Presentation] PbTiO3の昇温／降温分子動力学シミュレーション (2012)
  • Author(s): 西松毅，青柳健大，木口賢紀，今野豊彦，川添良幸，Anil Kumar，Umesh V. Waghmare
  • Organizer: 日本物理学会 第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス，兵庫県
• [Presentation] 強誘電体ドメイン境界の格子欠陥によるピン留めの分子動力学シミュレーション (2011)
  • Author(s): 西松毅,川添良幸,Umesh V.Waghmare
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] 強誘電体ドメイン境界の格子欠陥によるピン留めの分子動力学シミュレーション (2011)
  • Author(s): 西松毅，川添良幸，Umesh V. Waghmare
  • Organizer: 日本物理学会 第66回秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学，富山県
• [Remarks] から本研究課題で改良を進めたferamプログラムをフリーソフトウエアとして公開している。また、このホームページでは研究成果の公開も進めている。
  • URL: http://loto.sourceforge.net/feram/
• [Remarks] 解説記事西松毅:強誘電体薄膜キャパシタのヒステリシスループの分子動力学計算、セラミックス、第46巻6月号、pp.456-461、2011年6月。
• [Remarks] feram: 強誘電体の高速分子動力学シミュレーション
  • URL: http://loto.sourceforge.net/feram/
• [Remarks]
  • URL: http://loto.sourceforge.net/feram/www.cms-initiative.jp/ja/torrent/torrent-no.4/torrent_04_ja.pdf