ハイブリッドモデルによるナノクラスターの成長及び堆積過程の解析と新奇な物性の探索

2006 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16310080
• 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: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 高橋 まさえ 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80183854)
• 研究分担者: KAWAZOE Yoshiyuki Tohoku University, Institute for Materials Research, Professor (30091672) ; MIZUSEKI Hiroshi Tohoku University, Institute for Materials Research, Associate Professor (00271966) ; NISHIMATSU Takeshi Tohoku University, Institute for Materials Research, Research Associate (70323095) ; SAHARA Ryoji Tohoku University, Institute for Materials Research, Research Associate (30323075) ; BELOSLUDOV R.V. Tohoku University, Institute for Materials Research, Research Associate (10396517)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• キーワード: シリコン系ナノ粒子 / π電子材料 / クラスター成長 / モンテカルロ直接法 / 希薄流 / 第一原理計算 / ハイブリッドモデル / ケイ素重合体

研究概要

クラスター堆積法は従来の薄膜作製プロセスよりも優れた物理的・化学的特性をもつ薄膜を作製可能な新技術として期待されている。得られる薄膜の特性はクラスター作製条件に強く依存するため、優れた性質をもつ薄膜を得るための最適なクラスター成長条件を見出すことは重要である。本課題ではナノクラスターの成長過程と新奇な物性、およびそれを利用したナノ構造体の特性について、シミュレーション研究を推進している。
気相からの成膜過程やクラスター堆積過程は通常、連続体として扱えないほど薄いガスの中で行われている。これはガスの平均自由行程と系の代表的な長さの比で定義されるクヌッセン数が大きい条件下であり、ガスの運動はナビエ・ストークス方程式では表せない。そのため、これらのガスの運動を解くためには個々の原子の運動を追跡して、全体のガスの運動を求める必要がある。本研究では、本研究では、その手法の一つであるボルツマン方程式の確率解法(モンテカルロ直接法)をガス中のクラスター成長に適用し、さまざまな条件下で生成するクラスターの大きさの分布をシミュレーションした。具体的には、(1)飛行する距離、(2)外壁の温度、(3)原料のガスと不活性ガスの混合比のクラスターの大きさの分布への影響を調べた。
材料開発において、環境や生体適合性に対する要求が厳しさを増す中で、安全な元素の種類は次第に限られてくる。そのため本年度は多彩な物性を示すπ電子を備えた高機能性軽元素ナノ材料の創製を目指した研究を推進した。純粋には、π電子は炭素物質にのみ存在するが、ケイ素の環状化合物や平面鎖状オリゴマーについて理論的に予見した。

研究成果

• [雑誌論文] Excited State Properties and Quadratic Optical Nonlinearities in Charged Organic Chromophores : Theoretical Analysis (2006)
  • 著者名/発表者名: T.M.Inerbaev, S.Saito, R.V.Belosludov, H.Mizuseki, M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 125 ページ: 234702
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Theoretical Investigation of Stable Structures of Ge_6 Clusters with Various Negative Charges (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Kikuchi, M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Mater. Trans. 47 ページ: 2624-2628
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] First Excited State Properties and Static Hyperpolarizability of Ruthenium(II) Ammine Complexes (2006)
  • 著者名/発表者名: T.M.Inerbaev, R.V.Belosludov, H.Mizuseki, M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: J. Chem. Theory and Comput. 2 ページ: 1325-1334
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Theoretical Proposal of Planar Silicon Oligomer and Silicon Benzene (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Comput. Mater. Sci. 36 ページ: 30-35
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ab initio Quantum Chemical Investigation of Several Isomers of Anionic Si_6 (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 418 ページ: 475-480
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Low-frequency Vibrations of Crystalline alpha,alpha-trehalose Dihydrate (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Takahashi, Y.Kawazoe, Y.Ishikawa, H.Ito
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett 429 ページ: 371-377
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Excited State Properties and Quadratic Optical Nonlinearities in Charged Organic Chromophores : Theoretical Analysis (2006)
  • 著者名/発表者名: T.M.Inerbaev, S.Saito, R.V.Belosludov, H.Mizuseki, M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 125 ページ: 234702
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Theoretical Investigation of Stable Structures of Ge6 Clusters with Various Negative Charges (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Kikuchi, M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Mater.Trans. 47 ページ: 2624-2628
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] First Excited State Properties and Static Hyperpolarizability of Ruthenium(II) Ammine Complexes (2006)
  • 著者名/発表者名: T.M.Inerbaev, R.V.Belosludov, H.Mizuseki, M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: J.Chem.Theory and Comput. 2 ページ: 1325-1334
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Theoretical Proposal of Planar Silicon Oligomer and Silicon Benzene (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Comput.Mater.Sci. 36 ページ: 30-35
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ab initio Quantum Chemical Investigation of Several Isomers of Anionic Sis (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 418 ページ: 475-480
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Low-frequency Vibrations of Crystalline alpha, alpha-trehalose Dihydrate (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Takahashi, Y.Kawazoe, Y.Ishikawa, H.Ito
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 429 ページ: 371-377
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Theoretical study on planar anionic polysilicon chains and cyclic Si_6 anions with D_<6h> symmetry (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Organometallics 24 ページ: 2433-2440
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Atomic and Electronic Structures of Neutral and Cation Sn_n (n=2-20) Clusters : A Comparative Theoretical Study with Different Exchange-correlation Functionals (2005)
  • 著者名/発表者名: C.Majumder, V.Kumar, H.Mizuseki, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 71 ページ: 035401
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Theoretical study on planar anionic polysilicon chains and cyclic Sis anions with D6h symmetry (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Takahashi, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Organometallics 24 ページ: 2433-2440
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Atomic and Electronic Structures of Neutral and Cation Snn (n=2-20) Clusters : A Comparative Theoretical Study with Different Exchange-correlation Functionals (2005)
  • 著者名/発表者名: C.Majumder, V.Kumar, H.Mizuseki, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 71 ページ: 035401
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] First-principles Study on the Electronic Structures of Icosahedral Ti_N (N = 13, 19, 43, 55) Clusters (2004)
  • 著者名/発表者名: S.-Y.Wang, J.-Z.Yu, H.Mizuseki, J.-A.Yan, Y.Kawazoe, C.-Y.Wang
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 120 ページ: 8463-8468
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Energetics and Local Spin Magnetic Moment of Single 3,4d Impurities Encapsulated in an Icosahedral Au_<12> Cage (2004)
  • 著者名/発表者名: S.-Y.Wang, J.-Z.Yu, H.Mizuseki, Q.Sun, C.-Y.Wang, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 70 ページ: 165413
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] First-principles Study on the Electronic Structures of Icosahedral TiN (N=13,19,43,55) Clusters (2004)
  • 著者名/発表者名: S.-Y.Wang, J.-Z.Yu, H.Mizuseki, J.-A.Yan, Y.Kawazoe, C.-Y.Wang
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 120 ページ: 8463-8468
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Energetics and Local Spin Magnetic Moment of Single 3,4d Impurities Encapsulated in an Icosahedral AU12 Cage (2004)
  • 著者名/発表者名: S.-Y.Wang, J.-Z.Yu, H.Mizuseki, Q.Sun, C.-Y.Wang, Y.Kawazoe
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 70 ページ: 165413
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より