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ナノ接合での熱電変換と局所加熱、熱散逸の第一原理シミュレーション

公募研究

研究領域コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス
研究課題/領域番号 25104724
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関国立研究開発法人産業技術総合研究所

研究代表者

中村 恒夫  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センター, 主任研究員 (30345095)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード計算シミュレーション / 非平衡伝導理論 / 熱電素子 / ナノエレクトロニクス / 計算物理 / 理論化学
研究実績の概要

本研究では、電気・熱伝導物性の直接的な予測とともに、第一原理計算データからの理論解析による複合過程の機構解明、物質設計指針を得るための機能強化を含めた手法構築を行い、SnSe層状化合物のドーピング設計による熱電変換効率計算、分子及び酸化物半導体による抵抗変化型メモリ(ReRAM)のスイッチングについての研究を推進した。
SnSe熱電材料では、低濃度ドーピング系のゼーベック係数計算を可能とする計算大規模化を行い、p型n型それぞれのZTについて、キャリアドープだけでなく化学結合が複合的にZTに影響することを明らかにした。特にZTの異方性がドーピング種に大きく依存し、実験で計測されているZTについての精査が必要であることも示した。またReRAMの抵抗変化については、電子-フォノン散乱効果を含めた全第一原理非平衡伝導計算を行い、変化抵抗の温度依存性と界面酸化還元型ReRAMの機構を明らかにした。この計算は世界的にも類例のないものであり、特にナノスケールでのReRAMでは従来の計算や解析で説明されているものとは全く異なる伝導機構が低抵抗状態を支配しており、界面設計により低消費電力・安定なメモリが可能となることが示唆される。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016 2015 2014 2013

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Competitive effects of oxygen vacancy formation and interfacial oxidation on an ultra-thin HfO2-based resistive switching memory: beyond filament and charge hopping models2016

    • 著者名/発表者名
      H. Nakamura and Y. Asai
    • 雑誌名

      PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS

      巻: 18 号: 13 ページ: 8820-8826

    • DOI

      10.1039/c6cp00916f

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The effect of a Ta oxygen scavenger layer on HfO2-based resistive switching behavior: thermodynamic stability, electronic structure, and low-bias transport2016

    • 著者名/発表者名
      XL Zhong, I. Rungger, P. Zapol, H. Nakamura, Y. asai, and O. Heinonen
    • 雑誌名

      PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS

      巻: 18 号: 10 ページ: 7502-751018

    • DOI

      10.1039/c6cp00450d

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A supercell approach to the doping effect on the thermoelectric properties of SnSe2015

    • 著者名/発表者名
      Y. SUzuki and H. Nakamura
    • 雑誌名

      PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS

      巻: 17 号: 44 ページ: 29647-29654

    • DOI

      10.1039/c5cp05151g

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single molecular resistive switch obtained via sliding multiple anchoring points and varying effective wire length2014

    • 著者名/発表者名
      M. Kiguchi, T. Ohto, S. Fujii, K. Sugiyasu, S. Nakajima, M. Takeuchi, and H. Nakamura
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 136 号: 20 ページ: 7327-7332

    • DOI

      10.1021/ja413104g

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Additive Electron Pathway and Non-additive Molecular Conductance by Using a Multipodal Bridging Compound2014

    • 著者名/発表者名
      M. Kiguchi, Y. Takahashi, S. Fujii, M. Takase, T. Narita, M. Iyoda, M. Horikawa, Y. Naitoh, H. Nakamura
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 118 号: 10 ページ: 5275-5283

    • DOI

      10.1021/jp4100262

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric Efficiency of Organometallic Complex Wires via Quantum Resonance Effect and Long-Range Electric Transport2013

    • 著者名/発表者名
      Hisao Nakamura, Tatsuhiko Ohto, Takao Ishida, and Yoshihiro Asai
    • 雑誌名

      Journal of American Chemical Society

      巻: 135 号: 44 ページ: 16545-16552

    • DOI

      10.1021/ja407662m

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ab initio theory for current induced molecular switching : Melamine on Cu (001)2013

    • 著者名/発表者名
      Tatsuhiko Ohto, Ivan Rungger, Yamashita Koichi, Hisao Nakamura, and Stefano Sanvito
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 87 号: 20 ページ: 205439-205546

    • DOI

      10.1103/physrevb.87.205439

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First-principles modeling for current-voltage characteristics of resistive random access memories2013

    • 著者名/発表者名
      T. Miyazaki, H. Nakamura, K. Nishio, H. Shima, H. Akinaga, Y. Asai
    • 雑誌名

      MRS Online Proceedings Library

      巻: 1562

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 分子架橋系における熱電特性の解明2014

    • 著者名/発表者名
      中村恒夫
    • 学会等名
      日本化学会年会
    • 発表場所
      名古屋
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Resonance Effects to Thermoelectric Property of Organometallic Molecular Materials2014

    • 著者名/発表者名
      H. Nakamura
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      アメリカ(デンバー)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] ナノ分子接合やデバイスって理論化学でわかりますか?2013

    • 著者名/発表者名
      中村恒夫
    • 学会等名
      第3回CSJ化学フェスタ
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] First-Principles Transport Modeling for Metal/Insulator/Metal Structures2013

    • 著者名/発表者名
      T. Miyazaki, H. Nakamura, K. Nishio, H. Shima, H. Akinaga, Y. Asai
    • 学会等名
      APPC12
    • 発表場所
      幕張メッセ
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-05-15   更新日: 2019-07-29  

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