2010 Fiscal Year Annual Research Report
第一原理分子動力学法による構造サンプリングと非平衡ダイナミクス
| Project Area | Materials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics |
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| Project/Area Number |
22104006
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
常行 真司 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (90197749)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉本 芳英 鳥取大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (80332584)
山内 淳 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (90383984)
大谷 実 産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 研究グループ長 (50334040)
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| Keywords | 第一原理計算 / 非平衡ダイナミクス / 熱伝導 / 原子間力モデル / 分子動力学法 |
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| Research Abstract |
本研究グループでは,次世代半導体デバイスや熱電素子,電池等エネルギー変換素子への応用を念頭に,第一原理分子動力学法を用いてナノ構造体や新材料の熱科学の解明を目的とする.具体的には,材料およびナノ構造体の熱伝導度,熱膨張率,熱破壊の前駆現象,固液相変化とナノスケールでの相関や揺らぎ,分子固体中や分子/電極界面での電子移動による再配置エネルギーと電子移動度など,原子間相互作用の非調和性が本質的に重要となる大きな原子変位を伴う非平衡物理現象の予測と,ダイナミクスの解明を目指している.本年度は次のような成果を上げた.
(1)動力学の第一原理計算に用いる平面波基底第一原理計算プログラムxTAPPを,稲葉班で開発されたアクセラレータGrape-DRを使えるように改変し,問題点の洗い出しを行った.
(2)物質の熱伝導度の第一原理計算を実現するため,短時間の第一原理分子動力学シミュレーションから非調和格子モデルを導出する手法を開発した.また得られたモデルを使った非平衡分子動力学法シミュレーションを行い,シリコンとダイヤモンドの熱伝導特性を調べた.
(3)超ソフト擬ポテンシャルの多重参照機能を用いて,結晶中の欠陥による内殻XPSを高精度で計算する手法を提案し,Si結晶中のB欠陥について,0.1eV程度の精度で実験を再現できることを示した.
(4)新たな境界条件を導入することによりESM法を拡張した.これにより,従来のESM法の問題であった"真空領域の導入"と"原子に対するバリアポテンシャルの導入"の二つの問題が同時に解決された.また,真空領域の除去により電極表面への印加電圧が明瞭に定義することが可能となった.
(5)平面波基底第一原理計算を用いて,仮想的なAlN/MgB2(0001)界面の安定構造と電子状態を調べ,最安定状態で強磁性が発現することを見出した.
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