粗視化分子動力学法の開発とエレクトロニクス材料の原子レベル制御への応用

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11750002
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 久保 百司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90241538)
• キーワード: 粗視化分子動力学法 / エレクトロニクス材料 / 原子レベル制御 / プログラム開発 / 結晶成長シミュレーション / 量子ドット / 理論設計 / MOMODY

研究概要

化合物半導体における0次的量子閉じ込め構造を実現すると半導体レーザーは飛躍的にその特性を改善できることが明らかになってきた。しかし、化合物半導体量子ドットはそれを構成するドット自体が単一原子種ではなく化合物であり、またその量子ドットが形成される場所もヘテロ界面であることから、現在のシリコン半導体技術をしのぐ高度な制御が必須となる。原子レベルでの構造形成と自己組織化現象を人工的に誘導した配列制御を駆使しなければならないナノ構造形成技術を実現するためには厳密な理論に基づく原子レベルでの理論設計が望まれている。
著者らはすでに世界に先駆けて上記理論設計を可能とする結晶成長シミュレータを開発しているが、本プログラムでは10nm程度のシミュレーションが限界であり、より大規模系を計算することが可能な新しい理論の開発が切望されていた。そこで本研究において、結晶成長を支配する重要な部分のみを分子動力学法で計算し、その他の部分を粗視化して計算を行うことによって、飛躍的に演算量を削減することが可能な粗視化分子動力学計算プログラムDUAL-MOMODYの開発に成功した。その結果、従来の結晶成長シミュレーションに比べ10倍以上の高速化が実現でき、100nmのような大規模系の結晶成長ダイナミックスの解明が可能となった。さらに、本プログラムをMgO(001)面上のAu微粒子の成長など様々な系に適用することに成功した。

研究成果

• [文献書誌] M.Kubo et al.: "Chemical Vapor Deposition Process on the ZSM-5(010) surface as Investigated by Molecular Dynamics"The Journal of Physical Chemistry. 103. 1876-1880 (1999)
• [文献書誌] Y.Oumi et al.: "Periodic Boundary Quantum Chemical Study on ZnO Ultra-Violet Laser Emitting Materials"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 2603-2605 (1999)
• [文献書誌] A.Yamada et al.: "Tight-binding Molecular Dynamics Simulation of Desorbed SiO Molecule during the Oxidation of Si (III) Surface"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 2434-2437 (1999)
• [文献書誌] T.Onozu et al.: "Computational Studies on GaN Surface Polarity and InN/GaN Heterostructures by Density Functional and Molecular Dynamics"Japanese Journal of Applied Physics. 38. 2544-2548 (1999)
• [文献書誌] K.Teraishi et al.: "Use of Umbrella Sampling in the Calculation of the Potential of Mean Force for Silicon Surface Oxidation"Surface Science. 426. 290-297 (1999)
• [文献書誌] H.Tamura et al.: "Molecular Dynamics Simulation of Friction for Hydrocarbon Thin Films"Langmuir. 15. 7816-7821 (1999)