First-principles study on current-induced valley polarization in atomic-layered materials

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K04873
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Egami Yoshiyuki 北海道大学, 工学研究院, 助教 (20397631)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 第一原理計算 / 電子輸送特性 / Green関数 / グラフェン / カーボンナノチューブ

Outline of Final Research Achievements

In this subject, the mechanism of current-induced valley polarization in atomically layered materials and the dominant factors determining the magnitude of the polarization were investigated by first-principles simulations based on the density functional theory. For this purpose, a new algorithm is required to simulate electron-transport properties in large-scale systems containing hundreds of thousands of atoms. This enables us to demonstrate long-range electron-transport simulations and analysis of electron-transport properties in current paths formed on graphene.

Free Research Field

計算物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

第一原理計算と呼ばれる計算手法は、高精度シミュレーションが可能である反面、計算コストがシステムサイズの3乗に比例するため、実験環境を正確に模したモデルを用いることは、「京」や「富岳」のような世界最高性能を持つスパコンをもってしても困難である。本研究では、電流誘起バレー偏極生成に関する数値シミュレーションを目的に、計算精度の劣化なく、かつ計算コストを抑えた第一原理電子輸送計算アルゴリズムを開発した。また、世界でも類を見ない、数十万原子を含む大規模系の電子輸送シミュレーションも可能であることを実証した。