表面励起電子散乱素過程と応用に関する第一原理電子論

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05483
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 渡辺 一之 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 教授 (50221685)
• 研究分担者: 鈴木 康光 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 講師 (50756301)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 電子散乱 / 交換相関項 / 時間依存密度汎関数理論 / レーザー刺激電界蒸発 / 二成分密度汎関数理論 / 多体摂動理論 / エキシトン

研究実績の概要

4つの課題、1）ナノ構造表面電子散乱と二次電子放出（SEE）機構の解明、２）フェムト秒レーザー刺激電子放出・原子蒸発とAPTへの応用、３）固体表面の電子と陽電子散乱機構の解明、４）TDDFT法に適合する実効的交換相関項の構築、について研究を進めてきた。
項目１では、入射電子波を過渡的散乱過程のみを扱う波束から定常的散乱過程を記述できる平面波に置き換える複素ポテンシャル（CIP）法を用いて、時間依存シュレディンガー方程式による1次元ポテンシャル散乱、二重スリット散乱、Aharonov-Bohm効果の数値検証のシミュレーションを行い、CIPの計算精度と方法の信頼性を証明した。結果は論文として発表した。今後は、CIPをTDDFT法に応用する。
項目２では、TDDFT法を角度分解光電子分光法（ARPES）に応用するシミュレータを開発し、それを、グラフェン、Liインタカレートグラフェン、シリセン、ポリアセチレンのARPES解析に使用したところ、各電子エネルギーバンド構造が得られたので、シミュレータの精度と汎用性を確かめることができた。結果は論文として発表した。
項目３では、前年度までに開発した電子‐陽電子相関ダイナミクス解析に向けた時間依存多成分密度汎関数理論(TD-MCDFT)において、Ehrenfest法を適用することで、原子核（古典的な粒子として近似）に働く力を近似的に定式化した。
項目４では、多体摂動理論に近似を加えることで導出されるBootstrap交換相関カーネルと、Tran-Blaha metaGGA交換相関ポテンシャルを組み合わせたTDDFT法を用いて、2層六方晶窒化ホウ素および単層遷移金属ダイカルコゲナイドの誘電関数計算を行った。その結果、それぞれの励起子ピークの特徴が正しく計算されることを明らかにした。結果は論文に発表した。

研究成果

• [国際共同研究] Vanderbilt University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Vanderbilt University
• [雑誌論文] Excitons in two-dimensional atomic layer materials from time-dependent density functional theory: mono-layer and bi-layer hexagonal boron nitride and transition-metal dichalcogenides (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Yasumitsu、Watanabe Kazuyuki
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 22 ページ: 2908, 2916
  • DOI: 10.1039/C9CP06034K
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation of a hydrogen atom in a laser field using the time-dependent variational principle (2020)
  • 著者名/発表者名: Rowan Keefer、Schatzki Louis、Zaklama Timothy、Suzuki Yasumitsu、Watanabe Kazuyuki、Varga Kalman
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 101 ページ: 023313-1, -11
  • DOI: 10.1103/PhysRevE.101.023313
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Stationary-state Electron Scattering Using a Complex Injecting Potential (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Tomokazu、Uchida Kazuki、Varga Kalman、Watanabe Kazuyuki
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 89 ページ: 044002-1, --5
  • DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.89.044002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thermal effects on laser-assisted field evaporation from a Si surface: A real-time first-principles study (2019)
  • 著者名/発表者名: Uchida Kazuki、Suzuki Yasumitsu、Watanabe Kazuyuki
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 126 ページ: 034302-1, -8
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.5090949
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angle-resolved photoemission spectroscopy in low-dimensional periodic structures: a real-time first-principles simulation (2019)
  • 著者名/発表者名: Uchida Kazuki、Akimoto Yuki、Einaga Kazuki、Watanabe Kazuyuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 58 ページ: 128001-1, -4
  • DOI: https://doi.org/10.7567/1347-4065/ab51e8
  • 査読あり
• [学会発表] レーザー刺激電界原子蒸発に対する熱効果の第一原理電子論的研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田一樹, 鈴木康光, 渡辺一之
  • 学会等名: 日本表面真空学会2019年度関東支部学術講演大会
• [学会発表] Thermal effect on laser-assisted field evaporation from Si(110) surface: A time-dependent first-principles theory combined with molecular dynamics simulation (2019)
  • 著者名/発表者名: ThKazuki Uchida, Yasumitsu Suzuki, and Kazuyuki Watanabe
  • 学会等名: 21st International Vacuum Congress (IVC-21)
  • 国際学会
• [学会発表] 有限温度TDDFT-MD法によるレーザー刺激電界原子蒸発に対する熱効果の研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内田一樹, 鈴木康光, 渡辺一之
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [備考] 研究者情報データベース RIDAI
  • URL: https://www.tus.ac.jp/ridai/doc/ji/RIJIA01Detail.php?act=nam&kin=ken&diu=c5e