電子輸送シミュレーションによるナノ構造電極のデザインと電気化学プロセスへの応用

• 研究課題/領域番号: 21360063
• 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: 生産工学・加工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 後藤 英和 大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (80170463)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2011年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2010年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2009年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
• キーワード: 電気化学 / 表面ナノ構造電極 / 共鳴電子状態 / 第一原理シミュレーション / 電子輸送 / 多電子系 / インパルスレスポンス法 / 非直交基底 / 電気化学プロセス / 電子相関エネルギー / 電子輪送 / ガウス関数基底セット / インパルス・レスポンス法 / Direct Energy Minimization法 / 電気分解

研究概要

電極表面と水との間の化学反応特性のシミュレーションを高効率かつ高精度に行うため、電子輸送特性の計算手法であるインパルス・レスポンス法、および非直交スレーター行列式を用いた多電子系の高精度計算手法の開発を行った。いずれにおいても、実質的に厳密な解を効率的に得ることに成功し、多体効果を取り入れた電子輸送シミュレーションによるナノ構造電極デザインへの道を切り拓くことができた。

研究成果

• [雑誌論文] Electron-electron correlation energy calculations by superposition of nonorthogonal Slater determinants (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Sasaki, M. Kojo, K. Hirose and H. Goto
  • 雑誌名: Curr. Appl. Phys 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-space finite-difference approach for multi-body systems : path-integral renormalization group method and direct energy minimization method (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sasaki, M. Kojo, K. Hirose and H. Goto
  • 雑誌名: J. Phys.: Condens. Matter 巻: 23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron-electron correlations in square-well quantum dots : direct energy minimization approach (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Goto and K. Hirose
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 巻: 11 ページ: 2997-3004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-space finite-difference approach for multi-body systems : path-integral renormalization group method and direct energy minimization method (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Sasaki, M.Kojo, K.Hirose, H.Goto
  • 雑誌名: J.Phys. : Condens.Matter 巻: 23 号: 43 ページ: 434001-434001
  • DOI: 10.1088/0953-8984/23/43/434001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron-Electron Correlations in Square-Well Quantum Dots : Direct Energy Minimization Approach (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Goto, K.Hirose
  • 雑誌名: J.Nanosci.Nanotechnol. 巻: 11 号: 4 ページ: 2997-3004
  • DOI: 10.1166/jnn.2011.3924
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hirose, Electron-Transport Simulations of Finite-Biased Jellium Nanowires by the Impulse-Response Method, J. Comput (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Goto, S. Aiba, T. Suzuki, and K.
  • 雑誌名: Theor. Nanosci. 巻: 6 ページ: 2656-2661
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Minimization of Energy Functional for Few-Body Electron Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Goto, T. Yamashiki, S. Saito and K. Hirose
  • 巻: 6
  • ページ: 2576-2582
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-Space Calculation Procedures for Electron Transport Properties of Nanostructures-Overbridging Boundary-Matching Method and Impulse-Response Method (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono, Kikuji Hirose, and Hidekazu Goto
  • 雑誌名: J. Comput. Theor. Nanosci. 巻: 6 ページ: 1789-1807
• [雑誌論文] Electron-Transport Simulations of Finite-Biased Jellium Nanowires by the Impulse-Response Method (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Goto, S.Aiba, T.Suzuki, K.Hirose
  • 雑誌名: J.Comput. Theor. Nanosci. 6 ページ: 2656-2661
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Minimization of Energy Functional for Few-Body Electron Systems (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Goto, T.Yamashiki, S.Saito K.Hirose
  • 雑誌名: J.Comput. Theor. Nanosci. 6 ページ: 2576-2582
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-Space Calculation Procedures for Electron Transport Properties of Nanostructures-Overbridging Boundary-Matching Method and Impulse-Response Method (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono, Kikuji Hirose, Hidekazu Goto
  • 雑誌名: J.Comput. Theor. Nanosci. 6 ページ: 1789-1807
• [学会発表] Electron-electron correlation energy calculations by superposition of non-orthogonal slater determinants(P-2) (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sasaki K. Hirose and H. Goto
  • 学会等名: The 6th Japan-Sweden Workshop on Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications(ASOMEA-VI)
  • 発表場所: Hotel Arrowle(石川県)
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] Electron-electron correlation energy calculations by superposition of non-orthogonal slater determinants (P-2) (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Sasaki, K.Hirose, H.Goto
  • 学会等名: The 6th Japan-Sweden Workshop on Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications (ASOMEA-VI)
  • 発表場所: Hotel Arrowle(石川県)
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] Essentially Exact Groundstate Energy Calculations by Superposition of Non-Orthogonal Slater Determinants(PII-49) (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sasaki K. Hirose and H. Goto
  • 学会等名: 7th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] Essentially Exact Groundstate Energy Calculations by Superposition of Non-Orthogonal Slater Determinants (PII-49) (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Sasaki, K.Hirose, H.Goto
  • 学会等名: 7th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府)
  • 年月日: 2011-11-10
• [学会発表] Electron-Electron Correlation Energy Calculations by Superposition of Non-Orthogonal Slater Determinants(P25) (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Sasaki K. Hirose and H. Goto
  • 学会等名: Fourth International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: 大阪大学中之島センター
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] Electron-Electron Correlation Energy Calculations by Superposition of Non-Orthogonal Slater Determinants (P25) (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Sasaki, K.Hirose, H.Goto
  • 学会等名: Fourth International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: 大阪大学中之島センター(大阪府)
  • 年月日: 2011-11-01
• [学会発表] 非直交基底による多電子状態計算手法の開発(2P104) (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐々木晃, 広瀬喜久治, 後藤英和
  • 学会等名: 第5回分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] 非直交基底による多電子状態計算手法の開発(2P104) (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐々木晃, 広瀬喜久治, 後藤英和
  • 学会等名: 分子科学討論会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] 非直交基底による多電子状態計算手法の開発(2P24) (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐々木晃, 三長裕, 広瀬喜久治, 後藤英和
  • 学会等名: 第14回理論化学討論会
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 2011-05-13
• [学会発表] 非直交基底による多電子状態計算手法の開発(2P24) (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐々木晃, 三長裕, 広瀬喜久治, 後藤英和
  • 学会等名: 理論化学討論会
  • 発表場所: 岡山大学(岡山県)
  • 年月日: 2011-05-13
• [学会発表] 非直交基底による電子相関エネルギーの高精度計算手法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐々木晃、広瀬喜久治、後藤英和
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟大学
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] Electron-Electron Interactions in Few-Electron Quantum Dots : Direct Energy Minimization Approach (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Sasaki K. Hirose and H. Goto
  • 学会等名: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka University Nakanoshima Center
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] Electron-Electron Interactions in Few-Electron Quantum Dots : Direct Energy Minimization Approach (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Sasaki, K.Hirose, H.Goto
  • 学会等名: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka University Nakanoshima Center, Osaka, Japan
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] Electronic Structure of Quantum Dots : Direct Energy Minimization Approach (2010)
  • 著者名/発表者名: A. Sasaki K. Hirose and H. Goto
  • 学会等名: nternational Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials
  • 発表場所: Osaka University Convention Center
  • 年月日: 2010-06-01
• [学会発表] Electronic Structure of Quantum Dots : Direct Energy Minimization Approach (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Sasaki, K.Hirose, H.Goto
  • 学会等名: International Conference on Core Research and Engineering Science of Advanced Materials
  • 発表場所: Osaka University Convention Center, Suita, Osaka, Japan
  • 年月日: 2010-06-01
• [学会発表] Electron transport through nanostructures in magnetic, fields : A practical scheme in the real-space finite-difference Formalism (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Sahara, K. Hirose and H. Goto
  • 学会等名: Second International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka University Nakanoshima Center
  • 年月日: 2009-11-25
• [学会発表] Electronic structure of quantum dots : Direct energy minimization in the real-space finite-difference scheme (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Goto and K. Hirose
  • 学会等名: Second International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka University Nakanoshima Center
  • 年月日: 2009-11-25
• [学会発表] Electronic structure of quantum dots : Direct energy minimization in the real-space finite-difference scheme (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Goto, K.Hirose
  • 学会等名: Second International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka University Nakanoshima Center, Osaka, Japan
  • 年月日: 2009-11-25
• [学会発表] Electron transport through nanostructures in magnetic, fields : A practical scheme in the real-space finite-difference Formalism (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Sahara, K.Hirose, H.Goto
  • 学会等名: Second International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka University Nakanoshima Center, Osaka, Japan
  • 年月日: 2009-11-25
• [学会発表] Impulse-Response法によるナノ構造体の電子輸送シミュレーションIV (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐原翔太、広瀬喜久治、後藤英和
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2009-09-28
• [学会発表] Impulse-Response法によるナノ構造体の電子輸送シミュレーションIV (2009)
  • 著者名/発表者名: 佐原翔太、広瀬喜久治、後藤英和
  • 学会等名: 日本物理学会2009年秋季大会
  • 発表場所: 熊本大学、熊本市
  • 年月日: 2009-09-28
• [学会発表] Direct Energy Minimization of Few-Body Electron Systems in the Real-Space Finite-Difference Scheme (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Goto and K. Hirose
  • 学会等名: 5th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium Nano-Advanced Materials Design-From Nano-Structure to Nano-Functionality-
  • 発表場所: Osaka University
  • 年月日: 2009-09-02
• [学会発表] Direct Energy Minimization of Few-Body Electron Systems in the Real-Space Finite-Difference Scheme (2009)
  • 著者名/発表者名: H.Goto, K.Hirose
  • 学会等名: 5th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium Nano-Advanced Materials Design-From Nano-Structure to Nano-Functionality-
  • 発表場所: Osaka University, Suita, Osaka, Japan
  • 年月日: 2009-09-02