2017 Fiscal Year Research-status Report
分子スピンバルブと非弾性トンネル電子分光の第一原理計算
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16K17855
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
大戸 達彦 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (90717761)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / 伝導計算 / 非弾性トンネル電子分光 / 分子ダイオード |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子一つの電気伝導度を計測する単一分子エレクトロニクス測定は2000年代初頭から盛んに行われているが、近年では複雑な構造を持つ分子の電気伝導度測定に興味が持たれている。その中で、ポルフィリンを連結した分子の伝導度に着目し、全体の伝導度を各部位の透過確率の積で表す式を導出した（Chem. Select. 2, 7484 (2017)）。結合している各ブロックが電子状態としてよく分離されており、電極の電子状態との混成が弱ければ、各部位の透過確率の積として全体を記述する近似が成り立つ。実験による電気伝導測定と、透過確率の分割によるフィッティングから、ポルフィリンやベンゼン環などの各ブロックで共通の透過確率を導き出すことができた。このような形で伝導度を表現できれば、複雑な分子の解析に便利である。
また今年度は、整流機能を持つ分子（分子ダイオード）に着目し、その整流の機構に着目した研究を行った。分子ダイオードはエネルギー準位の電圧によるシフトによって起こるとされてきたが、新たに分子軌道のひずみによるダイオードと、3準位の共鳴による分子ダイオードを実験と協力して見出し、それぞれ論文を投稿中である。
さらに、機械的な伸張によって分子構造の変化が引き起こされ、それによって整流特性の有無が変化する分子に着目してその計算を行った。実験的にも2種類の分子が存在することが確かめるため、非弾性トンネル電子分光シグナルを計算することとし、現在その計算を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
非弾性トンネル電子分光シグナルを計算するためのプログラムを完成させ、実際に具体的な分子に応用する計算を実行中である。
また、スピンバルブ特性についても理論モデルから磁気抵抗比の符号と大きさを予測するモデルを完成させ、実験との対応を取るところまでたどり着いているため、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
非弾性トンネル電子分光シグナルの計算を完了させ、実測との比較を行う。非弾性トンネル電子分光シグナルの計算においては、ハミルトニアンの核座標微分を計算するため、分子に属する原子を±x,y,z方向に微小変位させて電子状態を計算する必要があるが、一部の変位において収束が悪いという問題が生じている。そのため、計算をhead-to-tailで流すのではなく、計算を分割して結果を統合するためのスクリプトを準備に、選択できるようにするという対策を考えている。
単一分子磁気抵抗測定については、理論的なモデルはすでに構築しているが、実際の第一原理計算では電子状態の収束が非常に悪いという問題もある。これについては、収束する構造モデルを地道に検討していくしかない。また、共同研究の形で行ってもらっている実際の測定ではバックグラウンドに異方性磁気抵抗が乗ったりするなど解析が一筋縄ではいかない部分もある。理論的な解析だけでなく、自ら測定を行うことも視野に入れて進める。
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| Causes of Carryover |
プログラム整備のため、当初の予定よりも計算資源を使用しなかったため。
次年度は、大型計算機の利用負担金として用いる予定である。
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