中空ナノ粒子の磁気渦励起を利用した新しいスピン光機能素子の開発

• 研究課題/領域番号: 20760001
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 島 弘幸 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教 (40312392)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2009年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2008年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: ナノ構造体 / 幾何形状効果 / 曲面量子系 / ナノ磁性体 / 磁気相転移

研究概要

本研究では、中空曲面状ナノ構造体の電磁特性を理論的に解析し、その特異な幾何形状効果を活用した新規量子デバイスを設計するための基礎理論構築を行った。特に、曲面形状を示すナノ磁性薄膜・ナノ伝導体の物理特性と幾何曲率・捩率との相関関係を定量的に精査することで、具体的素子の最適化設計に必要な基礎知見を得ることができた。

研究成果

• [雑誌論文] Torsion-induced persistent current in a twisted quantum ring (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Taira, H.Shima
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 22
  • NAID: 120001896654
• [雑誌論文] Core-tube morphology of multiwall carbon nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, H.Shima, K.Iiboshi
  • 雑誌名: International Journal of Modern Physics B 24 ページ: 288-294
• [雑誌論文] Curvature effects on collective excitations in dumbbell-shaped hollow nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, H.Yoshioka, J.Onoe
  • 雑誌名: Physica B 42 ページ: 1151-1154
• [雑誌論文] Low-temperature resistivity anomalies in periodic curved surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, H.Shima
  • 雑誌名: Physica B 42 ページ: 1224-1227
• [雑誌論文] One-dimensional metallic peanut-shaped nanocarbon with positive and negative Gaussian curvatures: Toward a new science of quantum electronic systems on Riemannian surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Onoe, T.Ito, S.Kimura, H.Shima, Y.Toda, H.Yoshioka
  • 雑誌名: Fullerene, Nanotubes, and Carbon Nanostructures 18(accepted)
• [雑誌論文] Torsion-induced persistent current in a twisted quantum ring (2010)
  • 著者名/発表者名: 平久夫, 島弘幸
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matter 22
  • NAID: 120001896654
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-temperature resistivity anomalies in periodic curved surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野頌太, 島弘幸
  • 雑誌名: Physica B 42 ページ: 1224-1227
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-dimensional metallic peanut-shaped nanocarbon with positive and negative Gaussian curvatures : Toward a new science of quantum electronic systems on Riemannian surfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: J.Onoe, T.Ito, S.Kimura, H.Shima, Y.Toda, H.Yoshioka
  • 雑誌名: Fullerene, Nanotubes, and Carbon Nanostructures 18(accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Survival of short-range order in the Ising model on negatively curved surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Sakaniwa, H.Shima
  • 雑誌名: Physical Review E 80
  • NAID: 120001600880
• [雑誌論文] Phase transition of q-state clock models on heptagonal lattices (2009)
  • 著者名/発表者名: S.K.Baek, P.Minnhagen, H.Shima, B.J.Kim
  • 雑誌名: Physical Review E 80
• [雑誌論文] Pressure-induced structural transitions in multi-walled carbon nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, M.Sato
  • 雑誌名: Physica Status Solid A 206 ページ: 2228-2233
• [雑誌論文] Buckling Characteristics of Multiwalled Carbon Nanotubes under External Pressure (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, H.Shima
  • 雑誌名: Interactions and Multiscale Mechanics 2 ページ: 209-222
  • NAID: 10024405500
• [雑誌論文] 曲面量子系の基礎と物質科学への適用 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸、小野頌太、平久夫
  • 雑誌名: 表面科学 30 ページ: 652-658
  • NAID: 10026318946
• [雑誌論文] Curvature-induced frustration in the XY model on hyperbolic surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: S.K.Baek, H.Shima, B.J.Kim
  • 雑誌名: Physical Review E 79
• [雑誌論文] Finite size effects in infinitely large electronic systems with correlated disorders (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Nishino, K.Yakubo, H.Shima
  • 雑誌名: Physical Review B 79
• [雑誌論文] Tuning the electrical resistivity of semiconductor thin films by nanoscale corrugation (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, H.Shima
  • 雑誌名: Physical Review B 79
  • NAID: 120001425544
• [雑誌論文] Geometry-driven shift in the Tomonaga-Luttinger exponent of deformed cylinders (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, H.Yoshioka, J.Onoe
  • 雑誌名: Physical Review B 79
  • NAID: 120001364382
• [雑誌論文] Tuning the electrical resistivity of semiconductor thin films by nanoscale corrugation (2009)
  • 著者名/発表者名: 小野頌太, 島弘幸
  • 雑誌名: Physical Review B 79
  • NAID: 120001425544
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finite size effects in infinitely large electronic systems with correlated disorders (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Nishino, K. Yakubo, H. Shima
  • 雑誌名: Physical Review B 79 ページ: 33105-33105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure-induced structural transitions in multi-walled carbon (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shima and M. Sato
  • 雑誌名: nanotubesPhysica status solidi (b) (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple radial corrugations in multiwalled carbon nanotubes under pressure (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, M.Sato
  • 雑誌名: Nanotechnology 19
• [雑誌論文] Multiple radial corrugations in multiwalled carbon nanotubes under pressure (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Shima and M. Sato
  • 雑誌名: Nanotechnology 19
  • 査読あり
• [学会発表] 曲面型ナノ構造のフォノン分散における幾何形状効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野頌太, 島弘幸
  • 学会等名: 第8回HSSワークショップ・第1回GFRG研究会ワークショップ合同会議
  • 発表場所: シオノギ創薬イノベーションセンター, 札幌
  • 年月日: 2010-03-11
• [学会発表] 曲面型ナノ構造のフォノン分散における幾何形状効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野頌太、島弘幸
  • 学会等名: 第8回HSSワークショップ・第1回GFRG研究会ワークショップ合同会議
  • 発表場所: シオノギ創薬イノベーションセンター、札幌
  • 年月日: 2010-03-11
• [学会発表] 一次元ピーナッツ型C60ポリマーのフォノン分散関係 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野頌太, 島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学
• [学会発表] 一次元ピーナッツ型C60ポリマーのフォノン分散関係 (2010)
  • 著者名/発表者名: 小野頌太、島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山)
• [学会発表] Deformation Effects on Curved Liquid Crystal Membranes (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Shima
  • 学会等名: LaCaN Seminar Series
  • 発表場所: Universitat Politecnica de Catalunya, Spain
  • 年月日: 2009-12-14
• [学会発表] Deformation Effects on Curved Liquid Crystal Membranes (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: LaCaN Seminar Series
  • 発表場所: Universitat Politecnica de Catalunya, Barcelona Spain
  • 年月日: 2009-12-14
• [学会発表] 双曲平面スピン模型の相転移における曲率効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 首都大学東京, 首藤研究室セミナー
  • 発表場所: 首都大学東京, 東京都八王子市
  • 年月日: 2009-02-18
• [学会発表] 双曲平面スピン模型の相転移における曲率効果 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 首都大学東京首藤研究室セミナー
  • 発表場所: 首都大学東京、東京都八王子市
  • 年月日: 2009-02-18
• [学会発表] 曲面量子系の物理学 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 東京工業大学原子炉工学研究所学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学, 東京都目黒区大岡山
  • 年月日: 2009-01-23
• [学会発表] 曲面量子系の物理学 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 東京工業大学原子炉工学研究所学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学、東京都目黒区大岡山(招待講演)
  • 年月日: 2009-01-23
• [学会発表] Current-induced AB effect in a twisted quantum ring (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Taira, H.Shima
  • 学会等名: 50 years of the Aharonov-Bohm effect
  • 発表場所: Tel Aviv University, Israel
• [学会発表] 捩れ量子リングにおける特異AB振動とチャネル-位相相関 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平久夫, 島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
• [学会発表] Electronic and optical properties of one-dimensional C60 polymer with positive and negative Gaussian curvatures - a new quantum system- (2009)
  • 著者名/発表者名: J.Onoe, T.Ito, H.Shima, Y.Toda, H.Yoshioka, S.Kimura
  • 学会等名: 20th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, and Nitrides
  • 発表場所: Athens Ledra Marriott Hotel, Athens, Greece
• [学会発表] Curvature-Induced Resistivity Enhancement in Periodically curved Layers (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, H.Shima
  • 学会等名: 3rd International Workshop on Physics and Technology of Thin Films
  • 発表場所: Fontana Hotel Lepolampi, Espoo, Finland
• [学会発表] Anomalous Electron Transport in Curved Nanostructures (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Shima
  • 学会等名: 22th DV-XαSymposium
  • 発表場所: Kagawa University, Kagawa
• [学会発表] Low-Temperature Resistivity of Periodic Curved Surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, H.Shima
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Kobe International Conference Center, Kobe, Japan
• [学会発表] Tomonaga-Luttinger exponent of peanut-shaped hollow nanocylinders (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, H.Yoshioka, J.Onoe
  • 学会等名: The 18th International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Kobe International Conference Center, Kobe, Japan
• [学会発表] One-dimensional peanut-shaped C60 polymer as a new quantum system (2009)
  • 著者名/発表者名: J.Onoe, T.Ito, H.Shima, Y.Toda, H.Yoshioka, S.Kimura
  • 学会等名: 5th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids
  • 発表場所: Grand Hotel Palazzo Carpegna, Roma, Italy
• [学会発表] 曲面型ナノ構造体の電子状態 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 日本化学会第89春季年会
  • 発表場所: 日本大学船橋キャンパス, 千葉県船橋市
• [学会発表] 電流誘起型Ahaonov-Bohm振動 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平久夫, 島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学池袋キャンパス, 東京都豊島区西池袋
• [学会発表] Electron-electron Umklapp scattering in Periodic Curved Surfaces (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, H.Shima
  • 学会等名: International Symposium on Topological Science and Technology for Young Researchers 2009
  • 発表場所: Sapporo-Kourakuen Hotel, Sapporo, Japan
• [学会発表] Point defect configuration in a deformed liquid crystal membrane (2009)
  • 著者名/発表者名: I.Hasegawa, K.Saito, H.Shima
  • 学会等名: International Symposium on Topological Science and Technology for Young Researchers 2009
  • 発表場所: Sapporo-Kourakuen Hotel, Sapporo, Japan
• [学会発表] Mechanism of Radial Corrugation in Many-Walled Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Sato, H.Shima
  • 学会等名: 36th Fullerene-Nanotubes General Symposium
  • 発表場所: Meijo University, Nagoya, Japan
• [学会発表] Geometric curvature effects on Tomonaga-Luttinger states of one-dimensional peanut-shaped C60 polymers (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, H.Yoshioka, J.Onoe
  • 学会等名: 36th Fullerene-Nanotubes General Symposium
  • 発表場所: Meijo University, Nagoya, Japan
• [学会発表] One-dimensional peanut-shaped C60 polymer as a new quantum sysytem (2009)
  • 著者名/発表者名: J.Onoe, T.Ito, H.Shima, Y.Toda, H.Yoshioka, S.Kimura
  • 学会等名: 5th International Conference on Diffusion in Solids and Liquids
  • 発表場所: Grand Hotel Palazzo Carpegna, Roma, Italy
• [学会発表] Anomalous Electron Transport in Curved Nanostructures (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸(招待講演)
  • 学会等名: 22th DV-Xα Symposium
  • 発表場所: 香川大学(高松)
• [学会発表] Curvature-Induced Resistivity Enhancement in Periodically curved Lavers (2009)
  • 著者名/発表者名: 小野頌太, 島弘幸
  • 学会等名: 3rd International Workshop on Physics and Technology of Thin Films
  • 発表場所: Fontana Hotel Lepolampi, Espoo, Finland
• [学会発表] Electronic and optical properties of one-dimensional C60 polymer with positive and negative Gaussian curvatures : a new quantum system (2009)
  • 著者名/発表者名: J.Onoe, T.Ito, H.Shima, Y.Toda, H.Yoshioka, S.Kimura
  • 学会等名: 20th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, and Nitrides
  • 発表場所: Athens Ledra Marriott Hotel, Athens, Greece
• [学会発表] 捩れ量子リングにおける特異AB振動とチャネル-位相相関 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平久夫、島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学(熊本)
• [学会発表] 電流誘起型Aharonov-Bohm振動 (2009)
  • 著者名/発表者名: 平久夫、島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学池袋キャンパス、東京都豊島区西池袋
• [学会発表] 曲面型ナノ構造体の電子状態 (2009)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 日本化学会第89春季年会
  • 発表場所: 日本大学船橋キャンパス、千葉県船橋市(招待講演)
• [学会発表] 曲面格子模型の相転移シミュレーション (2008)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 第25回HSSセミナー
  • 発表場所: 北海道大学、北海道札幌市
  • 年月日: 2008-05-30
• [学会発表] 曲面格子模型の相転移シミュレーション (2008)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 第25回HSSセミナー
  • 発表場所: 北海道大学、北海道札幌市(招待講演)
  • 年月日: 2008-05-30
• [学会発表] Elastic Theory of disclinations on a smectic C deformed membrane (2008)
  • 著者名/発表者名: I.Hasegawa, H.Shima
  • 学会等名: Juelich Soft Matter Days 2008
  • 発表場所: Bonn, Germany
• [学会発表] 曲面スピン模型の臨界現象 (2008)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 第66回形の科学シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学, 京都府京都市
• [学会発表] Curvature effects on the electronic resistivity of a corrugated nanosurface (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Ono, H.Shima
  • 学会等名: Nanotechnology Materials and Devices Conference 2008
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto, Japan
• [学会発表] Torsion-induced AB oscillation in a twisted coherent ring (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Taira, H.Shima
  • 学会等名: Nanotechnology Materials and Devices Conference 2008
  • 発表場所: Kyoto University, Kyoto, Japan
• [学会発表] 曲面状液晶薄膜中の配向欠陥の安定位置 (2008)
  • 著者名/発表者名: 長谷川偉創、島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス, 岩手県盛岡市
• [学会発表] 捩れ量子リングにおける捩率誘起型永久電流 (2008)
  • 著者名/発表者名: 平久夫, 島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス, 岩手県盛岡市
• [学会発表] スメクチックC液晶薄膜における分子配向メカニズムと膜形状効果の解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 長谷川偉創, 島弘幸
  • 学会等名: 2008年日本液晶学会討論会
  • 発表場所: キャンパスプラザ京都、京都府京都市
• [学会発表] Pressure-Induced Structural Transitions in Multiwall Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Shima
  • 学会等名: Trend in Nano Technology 2008
  • 発表場所: Oviedo, Spain
• [学会発表] Torsion-induced persistent current in a twisted quantum ring (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Taira, H.Shima
  • 学会等名: Frontiers of Quantum and Mesoscopic Thermodynamics
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
• [学会発表] Surface curvature effects on disclinations in a smectic C membrane (2008)
  • 著者名/発表者名: I.Hasegawa, H.Shima
  • 学会等名: International Symposium on Non-Equilibrium Soft Matter
  • 発表場所: 京都大学, 京都府京都市
• [学会発表] Nanoscale Mechanics of Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, M.Sato
  • 学会等名: The 4th International Conference on Advances in Structural Engineering and Mechanics
  • 発表場所: Jeju, Korea
• [学会発表] Nanoscale Mechanics of Carbon Nanotubes (INVITED) (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Shima and M. Sato
  • 学会等名: The 4th International Conference on Advances in Structural Engineering and Mechanics
  • 発表場所: Seogwipo KAL Hotel, Jeju, Korea
• [学会発表] Surface curvature effects on disclinations in a smectic C membrane (2008)
  • 著者名/発表者名: I. Hasegawa, and H. Shima
  • 学会等名: International Symposium on Non-Equilibrium Soft Matter
  • 発表場所: 京都大学、京都府京都市
• [学会発表] Torsion-induced persistent current in a twisted quantum ring (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Taira and H. Shima
  • 学会等名: Frontiers of Quantum and Mesoscopic Thermodyn amics
  • 発表場所: Pyramida HOtel, Prague, Czech Republic
• [学会発表] Pressure-Induced Structural Transitions in Mitltiwall Carbon Nanotubes (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Shima
  • 学会等名: Trend in NanoTechnology 2008
  • 発表場所: Auditorium "Principe Felipe, Oviedo, Spain"
• [学会発表] 涙れ量子リングにおける涙率誘起型永久電流 (2008)
  • 著者名/発表者名: 平久夫、島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス、岩手県盛岡市
• [学会発表] 曲面状液晶薄膜中の配向欠陥の安定位置 (2008)
  • 著者名/発表者名: 長谷川偉創、島弘幸
  • 学会等名: 日本物理学会2008年秋季大会
  • 発表場所: 岩手大学上田キャンパス、岩手県盛岡市
• [学会発表] 曲面スピン模型の臨界現象 (2008)
  • 著者名/発表者名: 島弘幸
  • 学会等名: 第66回形の科学シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学、京都府京都市
• [学会発表] Elastic Theory of disclinations on a smectic C deformed membrane (2008)
  • 著者名/発表者名: I. Hasegawa and H. Shima
  • 学会等名: Juelich Soft Matter Days 2008
  • 発表場所: Gustav-Stresemann-Institut, Bonn, Germany
• [図書] Higher Mathematics for Physics and Engineering (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, T.Nakayama
  • 出版者: Springer-Verlag(in press)
• [図書] Higher Mathematics for Physics and Engineering (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Shima, T.Nakayama
  • 総ページ数: 714
  • 出版者: Springer-Verlag
• [図書] Higher Mathematics for Physics and Engineering (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Shima and T. Nakayama
  • 総ページ数: 745
  • 出版者: Springer-Verlag