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大規模第一原理スピン輸送シミュレーターの開発と革新的デバイス用界面構造の設計

研究課題

研究課題/領域番号 16H03865
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関神戸大学 (2019, 2021)
筑波大学 (2016-2018)

研究代表者

小野 倫也  神戸大学, 工学研究科, 教授 (80335372)

研究分担者 植本 光治  神戸大学, 工学研究科, 助教 (90748500)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
14,430千円 (直接経費: 11,100千円、間接経費: 3,330千円)
2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2017年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2016年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
キーワード第一原理計算 / 伝導特性 / スピントロニクス / 界面物性 / 表面界面物性 / 輸送特性 / スピン / デバイス界面
研究成果の概要

大規模なモデルで第一原理スピン輸送特性シミュレーションが可能な実空間差分法に基づく計算手法・計算コードRSPACEの開発と、RSPACEを用いたスピン輸送特性シミュレーションを行った。計算コードの開発では、部分的に計算したグリーン関数を連結することにより、第一原理輸送特性計算では世界最大級である19万超の原子からなるカーボンナノチューブの輸送特性計算を実現した。スピン輸送特性シミュレーションでは、グラフェンをスペーサー層に用いた磁気抵抗素子の輸送特性シミュレーションを行い、スペーサー層が磁気抵抗比に与える影響を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これからの情報化社会では高性能情報処理デバイスが必要であり、次世代デバイスの開発は喫緊の課題である。デバイスはナノサイズに微細化されており、デバイスの高性能化にはデバイス中を流れる電子の挙動を理解し制御する必要がある。量子力学に基づく計算法は電子の動きを正確に予測できるものの膨大な計算が必要である。本課題は、スーパーコンピュータを用いて膨大な計算を処理する計算手法・コードを開発し、その有用性を示したものである。

報告書

(5件)
  • 2021 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2022 2021 2020 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 8件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 4件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 10件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] Forschungszentrum Juelich(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Southern Univ. of Sci. Tech.(中国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Theoretical investigation of vacancy related defects at 4H-SiC(000-1)/SiO2 interface after wet oxidation2022

    • 著者名/発表者名
      Tsunasaki Mukai、Ono Tomoya、Uemoto Mitsuharu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 61 号: SH ページ: SH1001-SH1001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac5a97

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Transport of Nanoscale System2022

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Tsukamoto and Tomoya Ono
    • 雑誌名

      Topics in Nanoscience

      巻: 2 ページ: 81-122

    • DOI

      10.1142/12419

    • ISBN
      9789811242366, 9789811256127
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Calculation of the Green's function in the scattering region for first-principles electron-transport simulations2021

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Egami, Shigeru Tsukamoto, Tomoya Ono
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 号: 1 ページ: 0130381-9

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.013038

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] First-Principles Study on Structure and Anisotropy of High N-atom Density Layer in 4H-SiC2021

    • 著者名/発表者名
      Uemoto Mitsuharu、Komatsu Naoki、Egami Yoshiyuki、Ono Tomoya
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 90 号: 12 ページ: 1247131-6

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.124713

    • NAID

      120007179196

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Graphene-based Symmetric and Non-Symmetric Magnetoresistive Junctions2020

    • 著者名/発表者名
      Hashmi Arqum、Nakanishi Kenta、Ono Tomoya
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 号: 3 ページ: 034708-034708

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.034708

    • NAID

      120006938938

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ising ferromagnetism and robust half-metallicity in two-dimensional honeycomb-kagome Cr2O3 layer2020

    • 著者名/発表者名
      Hashmi Arqum、Nakanishi Kenta、Farooq Muhammad Umar、Ono Tomoya
    • 雑誌名

      npj 2D Materials and Applications

      巻: 4 号: 1 ページ: 39-39

    • DOI

      10.1038/s41699-020-00174-0

    • NAID

      120006919978

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Efficient calculation of self-energy matrices for electron-transport simulations2019

    • 著者名/発表者名
      Egami Yoshiyuki、Tsukamoto Shigeru、Ono Tomoya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 7 ページ: 0754131-15

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.075413

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Complex band structure calculations based on the overbridging boundary matching method without using Green's functions2018

    • 著者名/発表者名
      S. Tsukamoto, T. Ono, S. Iwase, and S. Bluegel
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 号: 19 ページ: 1954221-19

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.195422

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electrical Matching at Metal/Molecule Contacts for Efficient Heterogeneous Charge Transfer2018

    • 著者名/発表者名
      Sato Shino、Iwase Shigeru、Namba Kotaro、Ono Tomoya、Hara Kenji、Fukuoka Atsushi、Uosaki Kohei、Ikeda Katsuyoshi
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 12 号: 2 ページ: 1228-1235

    • DOI

      10.1021/acsnano.7b07223

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improvement of accuracy in the wave-function-matching method for transport calculations2018

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto Shigeru, Ono Tomoya, Bluegel Stefan
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 97 号: 11 ページ: 1154501-22

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.115450

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Theoretical and experimental investigation of the atomic and electronic structures at the 4H-SiC(0001)/SiO2 interface2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ono, C. J. Kirkham, S. Saito and Y. Oshima
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 96 号: 11 ページ: 115311-115311

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.115311

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intrinsic origin of electron scattering at the 4H-SiC(0001)/SiO2 interface2017

    • 著者名/発表者名
      S. Iwase, C. J. Kirkham, T. Ono
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B, 95, 041302(R) 1-5 (2017).

      巻: 95 号: 4 ページ: 0413021-5

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.041302

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] First-Principles Study on Electron Conduction at 4H-SiC(0001)/SiO2 Interface2016

    • 著者名/発表者名
      C. J. Kirkham, T. Ono
    • 雑誌名

      Mater. Sci. Forum,

      巻: 858 号: 5 ページ: 457-460

    • DOI

      10.1149/07505.0121ecst

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] FePd(001)/Graphene の第一原理計算による磁気特性の計算2022

    • 著者名/発表者名
      安達隼人, 植本光治, 永沼博, 小野倫也
    • 学会等名
      応用物理学会 強的秩序とその操作に関わる研究会 第14回研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DFT study on defects at SiC MOS interface: electronic structure and formation mechanism2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Ono
    • 学会等名
      The 3rd International Workshop on Materials Science and Advanced Electronics Created by Singularity/The 2nd International Symposium on Wide Gap Semiconductor Growth, Process and Device Simulation
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DFT Study on Defect Structures at SiC(000-1)/SiO2 Interface after Wet Oxidation2021

    • 著者名/発表者名
      Mukai Tsunasaki, Mitsuharu Uemoto, Tomoya Ono
    • 学会等名
      2021 International Workshop on DIELECTRIC THIN FILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] FePd(001)/Graphene の第一原理計算による電子状態計算2021

    • 著者名/発表者名
      安達隼人, 植本光治, 永沼博, 小野倫也
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算に基づくグラフェンブリスターの伝導特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      西浦 匡紀, 植本 光治, 小野 倫也
    • 学会等名
      日本物理学会2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算によるSiC/SiO2ステップ界面の電子状態解析2021

    • 著者名/発表者名
      横田 知真, 植本 光治, 小野 倫也
    • 学会等名
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DFT study on structure and anisotropy of high N-atom density layer in 4H-SiC2021

    • 著者名/発表者名
      Naoki Komatsu, Yoshiyuki Egami, Tomoya Ono, Mitsuharu Uemoto
    • 学会等名
      2021 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2021)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 第一原理計算によるwet酸化SiC(000-1)/SiO2界面の欠陥構造解析2021

    • 著者名/発表者名
      綱崎 夢開, 民部 優輝, 植本 光治, 小野 倫也
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 4H-SiC MOSにおける窒素添加の第一原理計算2020

    • 著者名/発表者名
      植本 光治, 小松 直貴, 小野 倫也
    • 学会等名
      本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 4H-SiCバルクにおける窒素添加異方性の第一原理計算2020

    • 著者名/発表者名
      小松 直貴, 植本 光治, 小野 倫也
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] DFT study on carrier transport in electronic devices2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Ono
    • 学会等名
      5th International Conference from Nanoparticles and Nanomaterials to Nanodevices and Nanosystems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DFT study on carrier transport property at interface2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Ono
    • 学会等名
      32nd International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Evolution of ab-initio calculation based on real-space finite-difference method for massively parallel computers2019

    • 著者名/発表者名
      T. Ono
    • 学会等名
      International Workshop on Massively Parallel Programming for Quantum Chemistry and Physics 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DFT calculation for electronic structure and carrier scattering property at SiC-MOS interface2018

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Ono
    • 学会等名
      European Advanced Energy Materials Congress
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Density functional theory calculation for interface electronic structure of SiC power electronic devices2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Ono
    • 学会等名
      EMN Meeting on Quantum
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] First-principles study on atomic and electronic structures of 4HSiC(0001)/SiO2 interface2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ono, C. J. Kirkham
    • 学会等名
      APS March Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Density functional theory study on transport property of nanomaterials2016

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Ono
    • 学会等名
      5th International Conference from Nanoparticles and Nanomaterials to Nanodevices and Nanosystems (IC4N)
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] First-Principles Study on Electron Conduction at 4H-SiC(0001)/SiO2 Interface2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ono, C. J. Kirkham, S. Iwase
    • 学会等名
      Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science 2016
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] First-principles study on carrier scattering property at 4H-SiC(0001)/SiO22016

    • 著者名/発表者名
      T. Ono, C. J. Kirkham, S. Iwase
    • 学会等名
      2016 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2023-01-30  

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