ナノスケール秩序構造に着目した炭素のアモルファス・粒界構造の解明

• 研究課題/領域番号: 23710135
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 核融合科学研究所
• 研究代表者: 伊藤 篤史 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (10581051)
• 研究期間 (年度): 2011-04-28 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2014年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2012年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2011年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: プラズマ / 炭素 / アモルファス炭素 / プラズマ－物質相互作用 / 分子動力学 / 密度汎関数理論 / タングステン / ナノ構造 / アモルファス / ナノ炭素 / シミュレーション / ダイヤモンドライクカーボン / ナノ物質 / ナノ材料 / 密度汎関数法 / DFT / 分子動力学法 / 密度半関数法 / ポテンシャルモデル / 堆積 / グラファイト / ダイヤモンド

研究成果の概要

アモルファス炭素の構造と物性の関係について分子動力学を用いて研究した．まず，アモルファス炭素を精度よく表現できる新しいポテンシャルモデルを開発した．これにより，高圧環境でのグラファイト－ダイヤモンド転移や，プラズマ化学蒸着法によるダイヤモンドライクカーボンの生成過程の分子動力学による再現に成功した．さらに，アモルファス炭素構造の分類に取り組み，4本の炭素間共有結合を持つ炭素原子の密度と弾性率が比例関係にあることや，アモルファス炭素が大きく三種類に分類できることを見出した．発展的課題として，MD-MCハイブリッド手法を開発し，タングステン繊維状ナノ構造の生成過程の再現に成功した．

研究成果

• [雑誌論文] Study of tritium desorption by energetic ion bombardment from tungsten material (2016)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Kato, Atsushi M. Ito, Arimichi Takayama, Mamiko Sasao, Motoi Wada, and Hiroaki Nakamura
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 55 号: 1S ページ: 01AH11-01AH11
  • DOI: 10.7567/jjap.55.01ah11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hybrid simulation research on formation mechanism of tungsten nanostructure induced by helium plasma irradiation (2015)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, A. Takayama, Y. Oda, T. Tamura, R. Kobayashi, T. Hattori, S. Ogata, N. Ohno, S. Kajita, M. Yajima, Y. Noiri, Y. Yoshimoto, S. Saito, S. Takamura, T. Murashima, M. Miyamoto, and H. Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Nuclear Material 巻: 印刷中 ページ: 109-115
  • DOI: 10.1016/j.jnucmat.2015.01.018
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular dynamics and Monte Carlo hybrid simulation for fuzzy tungsten nanostructure formation (2015)
  • 著者名/発表者名: A.M. Ito, A. Takamyama, Y. Oda, T. Tamura, R. Kobayashi, T. Hattori, S. Ogata, N. Ohno, S. Kajita, M. Yajima, Y. Nojiri, Y. Yoshimoto, S. Saito, S. Takamura, T. Murashima, M. Miyamoto, H. Nakamura
  • 雑誌名: Nuclear Fusion 巻: 55 号: 7 ページ: 073013-073013
  • DOI: 10.1088/0029-5515/55/7/073013
  • 査読あり
• [雑誌論文] The First Principle Calculation of Bulk Modulus and Young's Modulus for Amorphous Carbon Material (2014)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, A Takayama, Y Oda, H Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 518 ページ: 012011-012011
  • DOI: 10.1088/1742-6596/518/1/012011
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulation of Helium Bubble Bursting on Tungsten Surfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, Y. Yoshimoto, S. Saito, A. Takayama, H. Nakamura
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: T159 ページ: 14062-14062
  • DOI: 10.1088/0031-8949/2014/t159/014062
  • 査読あり
• [雑誌論文] The First principle calculation of bulk modulus and Young's modulus for amorphous carbon material (2014)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, A. Takayama , Y. Oda and H. Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Agglomeration Process of Carbon Dusts in Labpratory Plasmas (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Hasegawa, N. Ashikawa, A. M. Ito, T. Kenmotsu, Y. Minami, H. Nakamura, M. Nishiura and M. Wada
  • 雑誌名: Plasma and Fusion Research 巻: 8 ページ: 2402075-2402075
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and Classification of Amorphous Carbon by Molecular Dynamics Simulation (2013)
  • 著者名/発表者名: Atsushi M. Ito, Arimichi Takayama, Seiki Saito, and Hiroaki Nakamura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 号: 1S ページ: 01AL04-01AL04
  • DOI: 10.7567/jjap.52.01al04
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-Principles Investigation on Trapping of Multiple Helium Atoms within a Tungsten Monovacancy (2013)
  • 著者名/発表者名: Arimichi Takayama, Atsushi M. Ito, Seiki Saito, Noriyasu Ohno, and Hiroaki Nakamura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 号: 1S ページ: 01AL03-01AL03
  • DOI: 10.7567/jjap.52.01al03
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Change of Single-Crystalline Graphite under Plasma Irradiation (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Saito, A. M. Ito, A. Takayama, H. Nakamura
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 52 号: 1S ページ: 01AL02-01AL02
  • DOI: 10.7567/jjap.52.01al02
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Dynamics Simulation of Chemical Vapor Deposition of Amorphous Carbon : Dependence on H/C Ratio of Source Gas (2011)
  • 著者名/発表者名: A.M.Ito, A.Takayama, S.Saito, N.Ohno, S.Kajita, H.Nakamura
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 号: 1S1 ページ: 01AB01-01AB01
  • DOI: 10.1143/jjap.50.01ab01
  • 査読あり
• [学会発表] Multicanonical sampling of amorphous carbon structures with molecular dynamics and density functional theory simulations (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsushi M. Ito
  • 学会等名: 8th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials / 9th International Conference on Plasma-Nano Technology & Science
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2016-03-06
  • 国際学会
• [学会発表] 水素および希ガスと各種金属原子間のポテンシャルモデル開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 加藤周一, 中村浩章
  • 学会等名: プラズマ核融合学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-11-24
• [学会発表] プラズマ－物質相互作用シミュレーションにおける入射フラックスと入射フルーエンス (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史
  • 学会等名: 第31回九州・山口プラズマ研究会
  • 発表場所: COCOLAND SPORTS&RESORT, 山口
  • 年月日: 2015-11-01
  • 招待講演
• [学会発表] BCA-kMC Hybrid Simulation for Hydrogen and Helium Implantation in Material under Plasma Irradiation (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kato, A. M. Ito, H. Nakamura, M. Sasao, M. Wada
  • 学会等名: 9th International Conference on Reactive Plasmas
  • 発表場所: Hawaii Convention Center, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-10-12
  • 国際学会
• [学会発表] ヘリウムプラズマ誘起ナノ構造のシミュレーションによる金属比較 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] ヘリウム誘起繊維状ナノ構造形成に纏わる金属比較 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史
  • 学会等名: プラズマシミュレーターシンポジウム2015
  • 発表場所: 核融合科学研究所
  • 年月日: 2015-09-03
  • 招待講演
• [学会発表] Fusion material simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, T. Murashima, T. Tamura, R. Kobayashi, A. Takayama, S. Kajita, S. Takamura, N. Ohno, M. Yajima, Y. Yoshimoto, S. Ogata, S.Kato, and H. Nakamura
  • 学会等名: Innovations and co-designs of fusion simulations towards extreme scale computing
  • 発表場所: Nagoya University, Nagoya, Japan
  • 年月日: 2015-08-20
  • 国際学会
• [学会発表] Plasma-Material Interaction: Fuzzy Nanostructure Formation by Helium Plasma Irradiation (2015)
  • 著者名/発表者名: Atsushi M. Ito, Takahiro Murashima, Arimichi Takayama, Tomoyuki Tamura, Ryo Kobayashi, Shin Kajita, Shuichi Takamura, Noriyasu Ohno, Miyuki Yajima, Yoshihide Yoshimoto, Shuji Ogata, and Hiroaki Nakamura
  • 学会等名: International workshop on Warm Dense Matter
  • 発表場所: Kurashiki, Japan
  • 年月日: 2015-06-08
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Tungsten Fuzzy Nanostructure Growth by Molecular Dynamics and Monte-Carlo Hybrid Simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, T. Murashima, T. Tamura, R. Kobayashi, A. Takayama, S. Kajita, s. Takamura, N. Ohno, M. Yajima, Y. Yoshimoto, S. Ogata, and H. Nakamura
  • 学会等名: International Workshop on Models and Data for Plasma-Material Interaction in Fusion Devices (MoD-PMI)
  • 発表場所: Marseille, France
  • 年月日: 2015-05-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヘリウムプラズマ誘起タングステンナノ構造の形成過程の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史
  • 学会等名: Plasma Conference2014 (PLASMA2014)
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Dynamics and Density Functional Simulations of Tungsten Nanostructure Formation by Helium Plasma Irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, A. Takayama, Y. Oda, T. Tamura, R. Kobayashi, T. Hattori, S. Ogata, N. Ohno, S. Kajita, M. Yajima, Y. Noiri, Y. Yoshimoto, S. Saito, S. Takamura, T. Murashima, M. Miyamoto, H. Nakamura
  • 学会等名: IAEA the 25th Fusion Energy Conference (IAEA-FEC 2014)
  • 発表場所: St. Petersbrg, Russia
  • 年月日: 2014-10-13 – 2014-10-17
• [学会発表] Dynamics and Density Functional Simulations for Classification of Hydrogenated Amorphous Carbon (2014)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, Y. Oda, H. Nakamura
  • 学会等名: the 17th International Congress on Plasma Physics (ICPP 2014)
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
  • 年月日: 2014-09-15 – 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] タングステンのレーザーアブレーションのハイブリッドシミュレーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 錦野将元, 中村浩章
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] ヘリウムプラズマ誘起タングステンナノ構造の形成シミュレーションと応力解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 高山有道, 小田泰丈, 田村友幸, 小林亮, 尾形修司, 大野哲靖, 梶田信, 矢嶋美幸, 野杁泰幸, 吉本芳英, 村島隆浩, 中村浩章
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Molecular dynamics research on formation mechanism of tungsten nanostructure induced by helium plasma irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, A. Takayama, Y. Oda, T. Tamura, R. Kobayashi, T. Hattori, S. Ogata, N. Ohno, S. Kajita, M. Yajima, Y. Noiri, Y. Yoshimoto, S. Saito, S. Takamura and H. Nakamura
  • 学会等名: the 21st International Conference on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices(PSI 21)
  • 発表場所: Kanazawa, Japan
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-30
  • 招待講演
• [学会発表] First Principle Molecular Dynamics Simulation for the Formation of Nitrogen-Atom Endohedral Fullerene by Plasma Irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: Atsushi M. Ito, Toshiro Kaneko, Yasuhiro Oda, and Hiroaki Nakamura
  • 学会等名: 8th International Conference on Reactive Plasmas / 31st Symposium on Plasma Processing (ICRP-8/SPP-31)
  • 発表場所: 2014 Fukuoka Convention Center, Fukuoka, Japan
• [学会発表] Domain decomposition molecular dynamics with multi-body potential for tungsten and carbon material (2013)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, A. Takayama, Y. Oda, and H. Nakamura
  • 学会等名: 23th International Toki Conference
  • 発表場所: Toki, Japan
• [学会発表] Molecular Simulation Research on Helium Bubble Behaviour in Tungsten Surfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: 5. Atsushi M. Ito, Yoshihide Yoshimoto, Seiki Saito, Arimichi Takayama, and Hiroaki Nakamura
  • 学会等名: 14th International Conference on Plasma-Facing Materials and Components for Fusion Applications
  • 発表場所: Jülich, Germany
• [学会発表] Ab-initio calculation of electronic density of states of amorphous carbon (2013)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, A. Takayama, N. Ohno, H. Nakamura
  • 学会等名: 5th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials (ISPlasma2013)
  • 発表場所: Nagoya, Japan
• [学会発表] Molecular simulation research for formation of tungsten nano-structure (2013)
  • 著者名/発表者名: ITO Atsushi M. TAKAYAMA Arimichi, SAITO Seiki, YOSHIMOTO Yoshihide, NAKAMURA Hiroaki
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Hierarchy and Holism
  • 発表場所: National Center of Sciences, Tokyo, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Modeling of Tungsten Potential By Downfolding Method (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi M. Ito, Yoshihide Yoshimoto, Hiroaki Nakamura
  • 学会等名: International Conference on Plasma Surface Interactions
  • 発表場所: Aachen, Eurogress, Germany
• [学会発表] Carbon dust formation from nano-scale graphene like molecules with molecular dynamics simulation (2012)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, N. Ashikawa, Y. Hasegawa, T. Kenmotsu, H. Nakamura, M. Nishiura, A. Takayama, and M. Wada
  • 学会等名: 22th International Toki Conference
  • 発表場所: Toki, Japan
• [学会発表] 高圧下グラファイト-ダイヤモンド転移を再現可能な分子動力学用ポテンシャルモデル (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 吉本芳英, 高山有道, 中村浩章
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] ダウンフォールディング法による炭素系ポテンシャルの開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 吉本芳英, 高山有道, 中村浩章
  • 学会等名: 第26回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 九州大学西新プラザ, 福岡
• [学会発表] タングステンナノ構造のマルチスケールシミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 高山有道, 吉本芳英, 斎藤誠紀, 中村浩章
  • 学会等名: 第29回プラズマ核融合学会年会
  • 発表場所: クローバープラザ, 福岡
• [学会発表] Formation and Classification of Amorphous Carbon by Molecular Dynamics Simulation (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi M. Ito, Arimichi Takayama, Seiki Saito, and Hiroaki Nakamura
  • 学会等名: 4th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials (ISPlasma2012)(招待講演)
  • 発表場所: Chubu University, Aichi, Japan
• [学会発表] Affine Coupling Method and Downfoling Method for Molecular Dynamics (2012)
  • 著者名/発表者名: Atsushi M. Ito, Hisashi Okumura, Yoshihide Yoshimoto, Arimichi Takayama, and Hiroaki Nakamura
  • 学会等名: 1st International Workshop on Computer Simulations of Thermally Excited Molecules and Materials by First Principles
  • 発表場所: Nagoya University, Aichi, Japan
• [学会発表] 星間空間でのPAH形成の分子動力学シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史
  • 学会等名: ALMAワークショップ「宇宙と生命」
  • 発表場所: 三鷹
• [学会発表] 分子動力学におけるアフィン結合法とダウンフォールディング法 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史
  • 学会等名: 自然科学研究機構「自然科学における階層と全体」シンポジウム(招待講演)
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] ダウンフォールディング法を用いたタングステン‐希ガス系のポテンシャルモデル作成 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 吉本芳英, 中村浩章
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 大阪
• [学会発表] Time Development of Agglomeration Process on Carbon Dusts in Hydrocarbon Plasma (2011)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, M. Nishiura, T. Koizumi, H. Nakamura, N, Ashikawa, T. Kenmotsu, and M. Wada
  • 学会等名: 21st International Toki Conference
  • 発表場所: Toki, Gifu, Japan
• [学会発表] Molecular Dynamics Simulation Approach to Plasma-Wall Interaction (2011)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito, S. Saito, A. Takayama, S. Yonemura, H. Nakamura
  • 学会等名: Plasma Conference 2011
  • 発表場所: Kanazawa, Ishikawa, Japan.
• [学会発表] Binary Collision Approximation and Molecular Dynamics Hybrid Simulation (2011)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito
  • 学会等名: IAEA Technical Meeting on "Improving the Database for Physical and Chemical Sputtering"
  • 発表場所: Vienna, Austria
• [学会発表] Modeling of Potential with Downfolding method (2011)
  • 著者名/発表者名: A. M. Ito
  • 学会等名: IAEA Technical Meeting on "Ab Initio-Based Methods for Plasma-Material Interaction in Fusion Devices"
  • 発表場所: Vienna, Austria
• [学会発表] 周期境界条件下での局所応力変形を介した階層連結分子動力学手法 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 奥村久士, 高山有道，斉藤誠紀，中村浩章
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山
• [学会発表] Affine結合法と階層連結分子動力学シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 奥村久士, 高山有道, 斎藤誠紀, 中村浩章
  • 学会等名: 第2回計算統計物理学研究会
  • 発表場所: 金沢
• [学会発表] アフィン結合法による多階層分子動力学シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 奥村久士, 斎藤誠紀, 高山有道, 中村浩章
  • 学会等名: 第24回計算力学講演会
  • 発表場所: 岡山
• [学会発表] ダウンフォールディング法による核融合材料用のポテンシャルモデル作成 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史, 吉本芳英, 高山有道, 斎藤誠紀, 中村浩章
  • 学会等名: 第25回分子シミュレーション討論会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] アフィン結合法による分子動力学シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史
  • 学会等名: 非線形＆マルチスケール勉強会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] 分子シミュレーションによるこれからのプラズマ壁相互作用研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤篤史
  • 学会等名: 科研特定領域「核融合トリチウム」若手交流研究会
  • 発表場所: 福岡
• [備考] Atsushi M. Ito web (所属研究機関の研究者ホームページ)
  • URL: http://www-fps.nifs.ac.jp/ito/
• [備考]
  • URL: http://www-fps.nifs.ac.jp/ito/