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大規模電子構造計算によるナノ金属系の変形プロセスと電気伝導

研究課題

研究課題/領域番号 18740228
研究種目

若手研究(B)

配分区分補助金
研究分野 数理物理・物性基礎
研究機関鳥取大学

研究代表者

星 健夫  鳥取大学, 工学部, 准教授 (80272384)

研究期間 (年度) 2006 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2007年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2006年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
キーワードナノ金属 / 構造変化プロセス / 電気伝導 / 大規模電子構造計算 / ヘリカル金多層ナノワイヤ / 非平衡グリーン関数 / 非平衡グリーン関数理論 / オーダーN法 / 電子構造計算
研究概要

ナノ金属系、とくに数nm系、の変形プロセスと電気伝導は、表面(最外殻)領域と内側領域との原子数が比較できる程度となり、バルク系や単原子ワイヤ系と全くことなる多彩な構造と物性を示す。その理解と制御には、電子構造計算に基づく動的(分子動力学)計算が必須である。本研究の本年度の主な研究成果として、多層へリカル金ナノワイヤの形成プロセスについて、2段階モデルを提案し、スレーターコスター型ハミルトニアンによる電子構造を用いた分子動力学シミュレーションによって確認した。多層ヘリカル金ナノワイヤでは、「マジックナンバー」と呼ばれる数で特徴付けられる、限られた多層構造だけが観測されており、その理論的解明は未解決となっていた。我々は、(i) 最外シェルが分離し(内側シェル原子との結合が弱くなり)、(ii) 最外シェル(ワイヤ表面)において原子列スリップが起こり2次元hexagonal 構造が出現する、という2段階モデルを提案し、この理論モデルと動的(電子構造を用いた分子動力学)計算により、マジックナンバーが系統的に理解された。電子構造の解析から、dバンドの大きい5d金属系に特有の現象であることが示された。さらに、10nm以上の長さをもつ系では、原子の内側原子が最外殻に移動する現象がみられ、ヘリカル構造の起点となることを示した。また、電気伝導計算としては、非平衡グリーン関数理論における固有チャネル分解の一般化を用いて、ナノ金属系における減衰伝導モードおよび、d軌道成分系の振る舞いを解析した。本研究の意義として、大規模電子構造計算を用いることで、構造と電子物性とを同時に(同じ理論基盤において)議論することができるようになったことがあげられ、ナノ系における種々の実験と相補的に用いることにより、ナノ科学の発展に大きな寄与をするものと期待できる。

報告書

(2件)
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2008 2007 2006 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (9件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Two-stage formation model and helicity of gold nanowires2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Iguchi, T. Hoshi, T. Fujiwara
    • 雑誌名

      Physical Review Letters 99

      ページ: 1255071-4

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accuracy control in ultra-large-scale electronic structure calculation2007

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshi
    • 雑誌名

      Journal of Physics; Condensed Matter 19

      ページ: 3652431-7

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Linear algebraic calculation of the Green's function for large-scale electronic structure theory2006

    • 著者名/発表者名
      R Takayama, T.Hoshi, T.Sogabe, S.-L.Zhang, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Physical Review B 73/16

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Large-scale electronic structure theory for simulating nanostructure process2006

    • 著者名/発表者名
      T.Hoshi, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Journal of Physics; Condensed Matter 18/48

      ページ: 10787-10802

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Large-scale electronic-structure theory and nanoscale defects formed in cleavage process of silicon2006

    • 著者名/発表者名
      T.Hoshi, R.Takayama, Y.Iguchi, T.Fujiwara
    • 雑誌名

      Physica B 376-377

      ページ: 975-978

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] Evanescent-wave current through nanometer-scale conductor with generalized channel decomposition in non-equillibrium Green's function theory2008

    • 著者名/発表者名
      H. Shinaoka, T. Hoshi, T. Fujiwara
    • 学会等名
      March Meeting of American Physical Society
    • 発表場所
      アメリカ
    • 年月日
      2008-03-14
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 超大規模電子構造計算とナノ構造プロセス2007

    • 著者名/発表者名
      星健夫, 曽我部知広, 山元進, 新田仁, 渡辺尚貴, 張紹良, 藤原毅夫
    • 学会等名
      計算物質科学フォーラム研究会
    • 発表場所
      日本大学(東京)
    • 年月日
      2007-12-07
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 超大規模電子構造計算を中核としたボトムアップ型理論アプローチ2007

    • 著者名/発表者名
      星健夫, 谷川雅一, 小田泰丈, 石井晃, 新田仁, 渡辺尚貴, 藤原毅夫
    • 学会等名
      関西薄膜・表面物理セミナー
    • 発表場所
      大阪府
    • 年月日
      2007-11-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] 超大規模電子構造理論と数値計算アルゴリズム2007

    • 著者名/発表者名
      星健夫
    • 学会等名
      計算科学の基盤技術としての高速アルゴリズムとその周辺
    • 発表場所
      京都大学数理解析研究所
    • 年月日
      2007-11-14
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Large scale electronic structure calculation theory and application to nanostructure materials2007

    • 著者名/発表者名
      T. Fujiwara, T. Hoshi
    • 学会等名
      9th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2007-11-11
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Large-scale electronic structure calculation and physics of nanostructure process2007

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshi, T.Fujiwara
    • 学会等名
      10-th Asian Workshop on First-Principles Electron is Structure Calculations
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      2007-10-29
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ヘリカル金ナノワイヤ形成過程の2段階モデルとシミュレーション2007

    • 著者名/発表者名
      井口雄介, 星健夫, 藤原毅夫
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2007-09-24
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ナノ材料物性に挑む計算機科学 -超大規模量子力学計算と産学連携-2007

    • 著者名/発表者名
      星健夫
    • 学会等名
      日本金属学会・日本鉄鋼協会中国四国支部 第100回記念金属物性研究会
    • 発表場所
      広島
    • 年月日
      2007-06-22
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Ultra-large-scale quantum mechanical calculation and nanostructure process2007

    • 著者名/発表者名
      T. Hoshi
    • 学会等名
      International Symposium on Plasticity 2007 and its current applications
    • 発表場所
      アメリカ
    • 年月日
      2007-06-03
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] Frontiers of Computational Science (Ed. Y. Kaneda, H. Kawamura and M. Sasai; 分担執筆;担当pp 189-195)2007

    • 著者名/発表者名
      T. Sogabe, T. Hoshi, S.-L. Zhang, T. Fujiwara
    • 総ページ数
      361
    • 出版者
      Springer Verlag
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.damp.tottori-u.ac.jp/~hoshi/

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

URL: 

公開日: 2006-04-01   更新日: 2016-04-21  

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