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並列分子動力学/電子状態計算手法によるナノ構造セラミックスの粒界形成・機能制御

研究課題

研究課題/領域番号 14750554
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 無機材料・物性
研究機関岡山大学

研究代表者

鶴田 健二  岡山大学, 工学部, 助教授 (00304329)

研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
3,400千円 (直接経費: 3,400千円)
2004年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2003年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2002年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
キーワードセラミックス / 半導体 / 粒界 / ナノ構造体 / 水素拡散 / 電子伝導 / 分子動力学 / 電子状態計算 / マルチスケール解析 / 不純物拡散 / 焼結 / 並列計算
研究概要

本研究では、申請者がこれまで蓄積してきた研究成果を踏まえた上で、更なる発展を目指し、下記のような達成目標を掲げてきた:
(a)粒界不純物拡散機構に対する分子動力学/電子状態解析;
(b)ナノ構造中の電子伝導の解析;
(c)超長時間シミュレーション手法の確立とナノ粒子成長・粒界移動解析への適用。
最終年度である本年度では、下記の成果により上記目標のほとんどが達成された。
(1)計算グリッド上での高効率な計算を可能にするO(N)並列TBMDおよびハイブリッド並列TBMD/MDコードを完成させた。
(2)上記のO(N)並列TBMDおよびハイブリッド並列TBMD/MD法により、Si結晶・粒界中の水素拡散に関するマルチスケールシミュレーションを実施し、高温におけるSi結晶・粒界付近での水素拡散のメカニズムを解析した。
(3)前年度から引き続いて、古典MDとTBMDとの併用、ならびに上記のハイブリッドTBMD/MD手法を用いて、SiおよびSiC結晶粒界の高温における構造安定性の解析を行った。また、Si粒界における電子状態の局在性を、電子密度行列の空間的広がりから解析し、ボンドの乱れとs軌道成分の増大との関係を定量的に明らかにした。
(4)Si結晶中の不活性原子のTBMDシミュレーションを実施し、安定位置、拡散経路ならびに活性化エネルギーの見積もりを行った。
(5)多項式展開法による時間依存シュレディンガー方程式の高速計算法を開発し、鎖状ナノ構造Si中の電子伝導ダイナミックスの解析を行った。
(6)超長時間シミュレーションを可能にする確率的差分方程式法を密度汎関数分子動力学シミュレーションへ適用し、その有用性と数値的安定性を検証した。

報告書

(3件)
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (6件) 図書 (1件) 文献書誌 (6件)

  • [雑誌論文] Ordering of dust particles in dusty plasmas under microgravity2005

    • 著者名/発表者名
      Hiroo Totsuji, Chieko Totsuji, Takafumi Ogawa, Kenji Tsuruta
    • 雑誌名

      Physical Review E (発表予定)

    • NAID

      120002314104

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Parallel TBMD, hybrid classical/TB-MD, and their application to interfacial phenomena in nanostructured semiconductors2004

    • 著者名/発表者名
      K.Tsuruta, C.Totsuji, H.Totsuji, S.Ogata
    • 雑誌名

      Second International Conference on Multiscale Materials Modeling, Conference Proceedings (Ed. Nasr M.Ghoniem)

      ページ: 472-472

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Parallel TBMD and hybrid MD/TBMD simulations of nanostructured materials2004

    • 著者名/発表者名
      K.Tsuruta, C.Totsuji, H.Totsuji, S.Ogata
    • 雑誌名

      Transactions of Materials Research Society of Japan 29・8

      ページ: 3669-3672

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Tight-binding approach to electron transport in nanostructured semiconductor2004

    • 著者名/発表者名
      K.Kadono, K.Tsuruta, C.Totsuji, H.Totsuji
    • 雑誌名

      Transactions of Materials Research Society of Japan 29・8

      ページ: 3665-3667

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Hydrogen diffusion in Si : A tight-binding molecular dynamics study2004

    • 著者名/発表者名
      M.Yokoyama, C.Totsuji, K.Tsuruta, H.Totsuji
    • 雑誌名

      Transactions of Materials Research Society of Japan 29・8

      ページ: 3635-3638

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanisms of impurity diffusion on Si with a point defect : Tight-binding molecular dynamics simulation2004

    • 著者名/発表者名
      T.Igarashi, H.Iyetomi, K.Tsuruta, S.Ogata
    • 雑誌名

      Transactions of Materials Research Society of Japan 29・8

      ページ: 3631-3634

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] 機能性微粒子とナノマテリアルの開発(第III編第1章「セラミックス・ナノ微粒子系の焼結-界面現象のシミュレーション」を担当)2004

    • 著者名/発表者名
      小石眞純, 編
    • 総ページ数
      301
    • 出版者
      (株)フロンティア出版
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] K.Kadono, C.Totsuji, K.Tsuruta, H.Totsuji: "Tight-binding approach to electron transport in nanostructured semiconductors."Transactions of the Materials Research Society of Japan. (掲載決定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] C.Totsuji, M.S.Liman, K.Tsuruta, H.Totsuji: "Estimation of screening length and electric charge on particles in single-layered dusty plasma crystals"Physical Review E. 第68巻. 017401-1-017401-4 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] 小石眞純・編: "機能性微粒子とナノマテリアルの開発"(株)フロンティア出版(近日出版予定). (2004)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Furubayashi, C.Totsuji, K.Tsuruta, H.Totsuji: "Atomic Structure of Grain Boundaries in Diamond : A Tight-Binding Molecular Dynamics Study"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 27. 305-308 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 鶴田 健二: "原子論/電子論にもとづくナノ微粒子界面現象のシミュレーション"粉体工学会誌(連載講座 計算粉体工学 第2章 粒子界面物性と粒子間相互作用). 第39巻,第9号. 692-702 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 鶴田 健二: "セラミックス・ナノ微粒子系の原子論的シミュレーション"粉砕. 46. 33-36 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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