2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development and application of first-principles time-dependent electron-transport simulator
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15K17497
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
江上 喜幸 北海道大学, 工学研究院, 助教 (20397631)
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2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / 時間依存密度汎関数法 / 電子輸送特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、独自に開発した時間依存密度汎関数理論に基づく第一原理電子輸送シミュレータであるImpulse Response(IR)法を基軸として、機能を拡張させた新たなシミュレータの開発に取り組んだ。ここでは、結晶電極を用いた計算、および電磁場中での電子輸送特性解析が可能な手法へと機能を拡張することで、定量的な評価を目指した汎用性の高い時間依存電子輸送解析を可能とするシミュレータへと発展させることを目的とした。
結晶電極の奥深くから伝播してくるBloch波の動的な散乱の様子を解析するためのアルゴリズムとして、平面波を基底関数としてBloch波を展開することで、その時間発展解を平面波の時間発展計算によって得ることを考えたが、十分な計算精度が得られずなかったため、アルゴリズムの見直し、およびパラメータの系統的に変え、アウトプットの変化を精査した。この研究では、いくつかの例で予想される計算結果が得られたものの、本研究課題の目的である、「汎用性の高いシミュレータの開発」を達成するための根本的な解決には至らず、今後さらなる研究が必要であると考える。
また一方で、性能検証および適用研究の拡充を目的として、これまでに取り組んできた錯体分子接合やカーボンナノチューブにおける解析に加え、半導体量子井戸におけるスピン軌道相互作用についての研究を行った。これにより、輸送電子のスピンフィルタリング機能や不純物ドーピングによる散乱強度の制御、および2次元電子系におけるスピン緩和時間の制御に関する研究を推進した。これらの成果は、次世代電子デバイス研究における新たな知見を与えるものである。
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