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本研究では、ナノ構造の電子状態や電気伝導特性を量子力学の第一原理に基づいて予測するためのシミュレーション手法および開発を行っている。特に、今後の計算機の進化の傾向を鑑み、並列計算に有利な実空間差分法を用い、ペタコン世代の計算環境でグローバルスタンダードとなる大規模第一原理計算コードを開発しようとするものである。コードの基幹部分の開発は研究代表者が中心となって行い、一部のサブルーチンはドイツ・ユーリッヒ研究所と共同でも開発している。
今年度は、開発したProjector Augmented Wave(PAW)擬ポテンシャルを導入した第一原理計算コードの信頼性評価を行った。その結果、格子定数や凝集エネルギーについては従来までの平面波展開法に基づく第一原理電子状態計算法と同程度の精度で計算できることが分かった。一方で、用いているPAW擬ポテンシャルの信頼性が劣ることが明らかになったため、来年度はPAW擬ポテンシャルを作成するコードの改良に取り組む。また、来年度にGe/GeO_2界面の量子輸送特性をするため、Ge/GeO_2界面の酸化メカニズムの解明と原子構造探索を行った。その結果、熱酸化過程でも従来のデバイスに使われているSi/SiO_2界面よりも低欠陥密度な界面が生成されることが明らかになった。さらに、グラフェン電極間に挟まれたグラフェンナノフレークのスピン輸送特性を調べた。その結果、微小なフレークでは強いスピン分極を示し、そのスピン輸送特性は遷移金属系の材料に匹敵する値であることが分かった。
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