シリコン中原子空孔の量子状態シミュレーション

• Project Area: Materials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics
• Project/Area Number: 23104505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 斎藤 峯雄 金沢大学, 数物科学系, 教授 (60377398)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2012: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2011: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: シリコン / 原子空孔 / 第一原理計算 / 十原子空孔 / 超音波実験 / 密度汎関数法 / 計算科学

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、シリコン原子空孔に関する研究を行った。はじめに、原子空孔のモデル化において用いられるスーパーセル近似の妥当性を調べ、単原子空孔においては、十分に大きなスーパーセルを用いた計算でないと、定性的に誤った結果を与えることを示した。これは、原子空孔周辺の原子が原子空孔中心に向い緩和するため、原子空孔間の距離が短い小さいスーパーセル近似では、格子緩和の影響を十分に考慮できなくなるからである事がわかった。また、融点近傍における単原子空孔の濃度を正確に見積もるため、振動エントロピーの効果を考慮した計算を行った。その結果、エントロピーの効果により、単原子空孔の濃度は4.6倍増加する事が分かった。これまでの研究から、極低温における超音波実験で観測されるソフト化を引き起こす欠陥の候補として、10原子空孔が最有力である事を明らかにした。最終年度においては、中性の電荷状態でソフト化の磁場依存性が小さい原因を研究した。その結果、10原子空孔では、4個のダングリングボンド間に反強磁性的相互作用が存在することが分かり、ソフト化で観測される特異な磁性構造を説明できる可能性を示した。最後に原子空孔を観測する有力な実験手法である、陽電子実験手法の解析のため、陽電子寿命を計算する手法を開発した。本研究では、とくにスピン分極した系の寿命を密度反関数法に基づいて計算するコードを開発した。強磁性体に関する計算結果は、実験結果と矛盾しない事を示し、計算の信頼性を確立した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Rashba Effect on the Structure of the Bi One-Bilayer Film : Fully Relativistic First-Principles Calculation (2013)
  • Author(s): Hiroki Kotaka, Fumiyuki Ishii, and Mineo Saito
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys Volume: 52 Issue: 3R Pages: 35204-35209
  • DOI: 10.7567/jjap.52.035204
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First-Principles Calculations of Hydrogen Monomers and Dimers Adsorbed in Graphene and Carbon Nanotues (2013)
  • Author(s): M.. S. Alam, F. Muttaqien, A. Setiadi, and M. Saito
  • Journal Title: J. Phys. Soc. Jpn. Volume: 82 Issue: 4 Pages: 044702-044702
  • DOI: 10.7566/jpsj.82.044702
• [Journal Article] First-Principles Calculations of Adatom Vacancy Pairs on the Graphene (2012)
  • Author(s): J. Lin., K.i Nishida, and M. Saito
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 51 Issue: 12R Pages: 125101-125101
  • DOI: 10.1143/jjap.51.125101
  • NAID: 40019527648
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Edge States of Bi Nanoribbons on Bi Substrates: First-Principles Density Functional Study (2012)
  • Author(s): 小鷹浩毅, 石井史之, 斎藤峯雄, 長尾忠昭, 柳沼晋
  • Journal Title: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS Volume: 51 Issue: 2R Pages: 25201-25201
  • DOI: 10.1143/jjap.51.025201
  • NAID: 40019170770
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First-Principles Calculations of Hydrogen and Hydrogen-Vacancy Pairs in Graphene (2011)
  • Author(s): N.S.Nurainun
  • Journal Title: Trans.Mat.Res.Soc.Jpn. Volume: 36 Pages: 619-621
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First-Principles Calculation of the Interlayer Distance of the Two-Layer Graphene (2011)
  • Author(s): M. S. Alam, J. Lin, and M. Saito
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys Volume: 50 Issue: 8R Pages: 080213-080213
  • DOI: 10.1143/jjap.50.080213
  • NAID: 120003386993
  • Peer Reviewed
• [Presentation] First-principles calculations of atomic hydrogen adsorption in carbon nanomaterials (2013)
  • Author(s): Mohammad Shafiul Alam and Mineo Saito
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] PbTiO3薄膜へのキャリアドーピングとRashba効果の第一原理計算 (2013)
  • Author(s): 大西峰志、石井史之、小鷹浩毅、斎藤峯雄
  • 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] First-principles calculations of positron lifetimes for ferromagnetic materials (2013)
  • Author(s): 林建波、斎藤峯雄
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] Bi多層膜におけるフェルミ面とスピン構造の第一原理計算：膜厚依存性 (2013)
  • Author(s): 小鷹浩毅、石井史之、斎藤峯雄
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] TiO2表面におけるPCBMの電子状態計算 (2013)
  • Author(s): 藤野清崇,斎藤峯雄
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] シリセン不純物の第一原理計算 (2013)
  • Author(s): 大嶋寛之、斎藤峯雄
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] ペロフスカイト型磁性体/強誘電体界面の第一原理計算 (2013)
  • Author(s): 西田美穗、石井史之、斎藤峯雄
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] 第一原理計算に基づいたCa3CoMnO6の電気磁気相図の理論 (2012)
  • Author(s): 西田美穂，石井史之，斎藤峯雄
  • 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: 2012-09-21
• [Presentation] Lifetimes of spin-polarized positrons: First-principles study (2012)
  • Author(s): 林建波，斎藤峯雄
  • 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] 強誘電体におけるラシュバ効果の第一原理計算 (2012)
  • Author(s): 石井史之，大西峰志，小鷹浩毅，斎藤峯雄
  • 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] First-Principles Calculations of Hydrogen Adsorbed in Carbon Nano materials (2012)
  • Author(s): Mohammad Shafiul Alam，Fahdzi Muttaquien，Agung Setiadi and Mineo Saito
  • 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] 反転対称性の破れたBi多層薄膜の第一原理計算 (2012)
  • Author(s): 小鷹浩毅，石井史之，斎藤峯雄
  • 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: 2012-09-18
• [Presentation] Electronic Structures of Adatom-vacancy Pair Defects in Nano-carbon Materials (2012)
  • Author(s): 林建波
  • Organizer: 物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大(兵庫)
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] First-principles calculations of hydrogen impurities in nano-carbon materials (2012)
  • Author(s): Mohammad Shafiul Alam
  • Organizer: 物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大(兵庫)
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] 多層グラフェン/Ni(111)のRashba効果と電気伝導の第一原理計算 (2012)
  • Author(s): 石井史之
  • Organizer: 物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大(兵庫)
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] 第一原理計算によるBi薄膜のRashba効果の解析 (2012)
  • Author(s): 小鷹浩毅
  • Organizer: 物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大(兵庫)
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] First-Principles Study of Rashba Effect in the Graphene on Ni(111) (2012)
  • Author(s): 石井史之
  • Organizer: RIKEN-APW-APCTP Joint Workshop "Recent trends in condensed matter physics"
  • Place of Presentation: 理化学研究所(和光)埼玉
  • Year and Date: 2012-01-14
• [Presentation] First-principles calculation of magnetism in graphene nanoribbons (2011)
  • Author(s): 澤田啓介
  • Organizer: 3rd Kanazawa U-JAIST joint meeting on computational science
  • Place of Presentation: 北陸先端科学技術大学院大学(石川)
  • Year and Date: 2011-12-21
• [Presentation] Rashba effect of Bi(001) film (2011)
  • Author(s): 小鷹浩毅
  • Organizer: 3rd Kanazawa U-JAIST joint meeting on computational science
  • Place of Presentation: 北陸先端科学技術大学院大学(石川)
  • Year and Date: 2011-12-21
• [Presentation] Hydrogen impurities in graphenes and carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): Mineo Saito
  • Organizer: Workshop on Carbon Nanotube in Commemoration of the 20th Anniversary of its Discovery
  • Place of Presentation: 国際文化会館(東京)
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] Rashba effect of Bi(001) structure (2011)
  • Author(s): 小鷹浩毅
  • Organizer: International Sympozium on Surface Science
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京)
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] Ca3CoMnO6における三角格子の交換相互作用と電気分極の第一原理計算 (2011)
  • Author(s): 西田美穂
  • Organizer: 第25回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京)
  • Year and Date: 2011-12-05
• [Presentation] グラフェン・ナノチューブ上の固有欠陥における第一原理計算 (2011)
  • Author(s): 西田和永
  • Organizer: 第25回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京)
  • Year and Date: 2011-12-05
• [Presentation] First-priciples calculations of hydrogen dimers in graphene and carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): M.S.Alam
  • Organizer: 第25回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京)
  • Year and Date: 2011-12-05
• [Presentation] First-principles calculation of healing of adatom-vacancy pair on carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): J.Lin
  • Organizer: 第25回分子シミュレーション討論会
  • Place of Presentation: 東京工業大学(東京)
  • Year and Date: 2011-12-05
• [Presentation] Magnetism and Transport Property of Graphene on Substrates (2011)
  • Author(s): 澤田啓介
  • Organizer: The 14th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • Place of Presentation: 東京大学武田先端知ビル(東京)
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] Fully relativistic calculation of Bi(001) films without inversion symmetry (2011)
  • Author(s): 小鷹浩毅
  • Organizer: The 14th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • Place of Presentation: 東京大学武田先端知ビル(東京)
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] Spin-Polarized Electronic States and Rashba Effect in the Graphene on Ni(111) (2011)
  • Author(s): 石井史之
  • Organizer: The 14th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
  • Place of Presentation: 東京大学武田先端知ビル(東京)
  • Year and Date: 2011-11-01
• [Presentation] Magnetism and Transport Property of Graphene on Substrates (2011)
  • Author(s): 澤田啓介
  • Organizer: International Conference on Quantum Simulators and Design 2011
  • Place of Presentation: Max-Planck-Institut fur Physikkomplexer Systeme (Dresden)
  • Year and Date: 2011-09-27
• [Presentation] Edge state of zigzag Bi Nanoribbon and Bi substrate (2011)
  • Author(s): 小鷹浩毅
  • Organizer: International Conference on Quantum Simulators and Design 2011
  • Place of Presentation: Max-Planck-Institut fur Physik komplexer Systeme (Dresden)
  • Year and Date: 2011-09-27
• [Presentation] グラフェン・ナノチューブにおけるアドアトム関連欠陥の第一原理計算 (2011)
  • Author(s): 西田和永
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
  • Year and Date: 2011-09-24
• [Presentation] First-principles study of healing of adatom-vacancy pair in carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): 林建波
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
  • Year and Date: 2011-09-23
• [Presentation] First-principles calculation of the interlayer distance of the two-layer graphene (2011)
  • Author(s): Mohammad Shafiul Alam
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
  • Year and Date: 2011-09-23
• [Presentation] シリコン中10原子空孔の特異な電子構造 (2011)
  • Author(s): 斎藤峯雄
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] Ca3CoMnO6の三角格子における磁気秩序と電気分極の第一原理計算 (2011)
  • Author(s): 西田美穂
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] カーボンナノチューブの電気伝導の第一原理計算:水素不純物と磁性電極の影響 (2011)
  • Author(s): 石井史之
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 磁性電極を用いたグラフェンにおける伝導特性の第一原理計算 (2011)
  • Author(s): 澤田啓介
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] ナノカーボン材料のナノシミュレーション (2011)
  • Author(s): 斎藤峯雄
  • Organizer: 第21回格子欠陥フォーラム
  • Place of Presentation: 立山国際ホテル(富山)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] First-Principles Calculations of Hydrogen Impurities in Graphenes and Carbon Nanotubes (2011)
  • Author(s): M.S.Alam
  • Organizer: XVIth International Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics
  • Place of Presentation: 石川県立美術館(石川)
  • Year and Date: 2011-09-15
• [Presentation] First-Principles Calculations of Defects in Graphenes and Carbon Nanotubes (2011)
  • Author(s): Mineo Saito
  • Organizer: XVIth International Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics
  • Place of Presentation: 石川県立美術館(石川)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-13
• [Presentation] First-principles calculation of adatom-vacancy pair on carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): 林建波
  • Organizer: 第41回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 首都大学(東京)
  • Year and Date: 2011-09-07
• [Presentation] First-Principles Calculations of Di-Hydrogen on Graphene (2011)
  • Author(s): Mohammad Shafiul
  • Organizer: 第41回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 首都大学(東京)
  • Year and Date: 2011-09-07
• [Presentation] カーボンナノチューブにおける電気伝導の第一原理計算:水素吸着の効果 (2011)
  • Author(s): 川崎智代
  • Organizer: 第41回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 首都大学(東京)
  • Year and Date: 2011-09-05
• [Remarks] 計算物性研究室
  • URL: http://cphys.s.kanazawa-u.ac.jp/busseinewHP/home1.html