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時間に依存する電圧下での第一原理伝導計算

研究課題

研究課題/領域番号 12J01597
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 物理化学
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所 (2013)
東京大学 (2012)

研究代表者

大戸 達彦  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2012 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
2013年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2012年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワード第一原理計算 / 伝導計算 / 電子格子相互作用 / 分子熱電 / 時間依存
研究概要

本研究では、第一原理計算によって電子と格子の移動と相互作用を計算し、分子スイッチと分子熱電の熱電の機構解明を行った。
はじめに、Cu(001)基盤上に吸着したMelamine単分子のプロトン移動によるスイッチを解析した。水素の配置によって伝導度に差が生じるため、スイッチ頻度を実験で求めることができるが、ミクロなスイッチ機構は明らかになっていない。電子格子相互作用行列から非弾性トンネル電子分光の信号を計算することができるため、実際にどのような振動モードがスイッチに関わるか、第一原理計算から調べることができる。計算の結果、スイッチ反応座標方向の振動モードが選択的に励起されることを確かめ、また一次元のポテンシャル井戸中での振動励起によって反応の近似をしてよいことを確かめた。最終的に、モデルに必要なパラメータをほぼすべて第一原理計算から求め、スイッチ確率を再現した。
次に、超長距離電気伝導特性を持っ錯体分子ワイヤーの熱電特性について調べた。それに先立ち、まずフォノンの伝導を第一原理的に取り扱う手法を開発し、カーボンナノチューブの熱輸送特性を計算した。これまで提唱されていた古典的なモデルと異なり、熱伝導度にカイラリティ依存性があることが明らかになった。この手法を錯体分子ワイヤーへ適用し、熱電性能指数ZTまでを計算した。錯体分子ワイヤーはフェルミ準位近傍に多数の鋭い状態密度を持ち、そのため高い熱起電力を持つことが明らかになった。一方、室温程度のエネルギー範囲に複数の状態が入っていることで、温度に伴って熱起電力の符号が反転することを予測した。400KのZTは0.1に達し、現実的な分子ワイヤーで計算された値としては最高の値となる。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(2件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Ab initio theory for current induced molecular switching : Melamine on Cu (001)2013

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Ohto, Ivan Rungger, Yamashita Koichi, Hisao Nakamura, and Stefano Sanvito
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 87 号: 20 ページ: 205439-205546

    • DOI

      10.1103/physrevb.87.205439

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chirality dependence of quantum thermal transport in carbon nanotubes at low temperatures : A first-principles study2013

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Hata, Hiroki Kawai, Tatsuhiko Ohto, and Koichi Ya mashita
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 139 号: 4 ページ: 44711-44719

    • DOI

      10.1063/1.4816476

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical and redox properties of phenyl-capped cyclohexa [c]-oligothiophenes2013

    • 著者名/発表者名
      Yijin Zheng, Tatsuhiko Ohto, Dian Liu, Hans-Juergen Butt, and Taichi Ikeda
    • 雑誌名

      Synthetic Metals

      巻: 181 ページ: 1-9

    • DOI

      10.1016/j.synthmet.2013.08.005

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric Efficiency of Organometallic Complex Wires via Quantum Resonance Effect and Long-Range Electric Transport2013

    • 著者名/発表者名
      Hisao Nakamura, Tatsuhiko Ohto, Takao Ishida, and Yoshihiro Asai
    • 雑誌名

      Journal of American Chemical Society

      巻: 135 号: 44 ページ: 16545-16552

    • DOI

      10.1021/ja407662m

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polarizable Site Charge Model at Liquid/Solid Interfaces for Describing Surface Polarity : Application to Water/Rutile Ti02(110) Interface2013

    • 著者名/発表者名
      H. Nakamura, T. Ohto and Y. Nagata
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Theory and Computation

      巻: 9 ページ: 1193-1201

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Ni電極を用いた分子接合の熱電特性の第一原理計算2014

    • 著者名/発表者名
      大戸達彦、Lee See Kei、山田亮、夛田博一
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川)
    • 年月日
      2014-03-26
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Ni電極を用いた分子接合の熱電特性の第一原理計算2014

    • 著者名/発表者名
      大戸達彦、Lee See Kei、山田亮、夛田博一
    • 学会等名
      第4回分子アーキテクトニクス研究会
    • 発表場所
      東京大学山上会館(東京)
    • 年月日
      2014-02-11
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 水/両性イオン脂質界面の第一原理MDシミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      大戸達彦、Marialore Sulpizi、Mischa Bonn、永田勇樹
    • 学会等名
      第7回分子科学討論会
    • 発表場所
      京都テルサ(京都)
    • 年月日
      2013-09-26
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算によるSTM誘起Melamine/Cu(001)スイッチのダイナミクス2013

    • 著者名/発表者名
      大戸達彦, I. Rungger, 山下晃一, 中村恒夫, S. Sanvito
    • 学会等名
      日本物理学会春季年会
    • 発表場所
      広島大学、広島
    • 年月日
      2013-03-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Dynamics of STM-induced Switching of Melamine/Cu(001) based on First-Principles Calculations2013

    • 著者名/発表者名
      T. Ohto, I. Rungger, H. Nakamura, K. Yamashita and S. Sanvito
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2013
    • 発表場所
      Baltimore, USA
    • 年月日
      2013-03-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 非平衡NEB法による電流誘起ダイナミクスのシミュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      大戸達彦
    • 学会等名
      第2回 ナノスケール分子デバイス セミナー
    • 発表場所
      日本化学会館、東京
    • 年月日
      2013-03-14
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Molecular Dynamics Simulation of Vibrational Sum-Frequency Generation Spectroscopy at the Water/Ti02 Interfaces2012

    • 著者名/発表者名
      T. Ohto, H. Nakamura and Y. Nagata
    • 学会等名
      Vibrations at Surfaces 14
    • 発表場所
      Nichii-Gakkan, Kobe, Japan
    • 年月日
      2012-09-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] STM誘起Melamine/Cu(001)スイッチの第一原理伝導計算2012

    • 著者名/発表者名
      大戸達彦, I. Rungger, 山下晃一, 中村恒夫, S. Sanvito
    • 学会等名
      第6回分子科学討論会
    • 発表場所
      東京大学、東京
    • 年月日
      2012-09-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Bias dependent behavior of STM-induced melamine/Cu(001) switch2012

    • 著者名/発表者名
      T. Ohto, I. Rungger, K. Yamashita, H. Nakamura and S. Sanvito
    • 学会等名
      Lorentz Center Conference (Future Directions of Molecular Electronics)
    • 発表場所
      Leiden, Netherland
    • 年月日
      2012-06-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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