界面欠陥の電子状態計算法の確立とSiC-MOS界面の物理解明

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H04553
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 松下 雄一郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任准教授 (90762336)
• 研究分担者: 藤ノ木 享英 (梅田享英) 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (10361354) ; 大島 武 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, センター長 (50354949) ; 吉岡 裕典 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (60712528) ; 土方 泰斗 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (70322021) ; 押山 淳 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任教授 (80143361)
• 研究期間 (年度): 2021-04-05 – 2024-03-31
• キーワード: SiC / 界面欠陥 / DFT / SiC-MOS / 界面処理

研究実績の概要

本年度得られた成果は大きく３つのグループに分けられる。(i)表面欠陥に対する高精度な電子状態解析手法の確立。表面欠陥に対する電子状態計算を実施する際、大きな課題は、表面欠陥に対する高い信頼性の有する電子状態計算手法の選択である。本研究ではSiC表面欠陥をターゲットに、電子状態計算手法の開発と、その精度の確認を実験との比較により、表面欠陥に対して定量的にも高い精度で電子状態計算手法を確立した。(ii)SiC-MOS界面における窒素界面処理の有効性の微視的モデルの提案。SiC-MOSデバイスでは、界面処理として慣習的に窒素界面処理法が用いられる。本研究では、界面窒素が界面近傍のゲート電圧を緩和させる作用を持つことを明らかにした。このことは、界面近傍での閉じ込めポテンシャルを緩やかにし、電子状態密度の増加を誘起する事を見出した。このことが、電子キャリアの移動度向上につながることを明らかにした。さらには、特に、界面での窒素高ドープ層が存在すると、伝導帯下端の波動関数を界面近傍から引き離す作用を持っていることを明らかにした。このことは、界面窒素が電子キャリアの界面構造に対する敏感性を鈍らせる、つまり移動度向上につながることを提案した。(iii)量子優位性を有する量子アルゴリズムの開発。更なる高精度かつ大規模な電子状態計算を実施するため、量子コンピュータのアルゴリズムの開発を行った。特に、量子コンピュータ上において量子優位性（古典コンピュータよりも高速に問題を解く性能）を有するアルゴリズムとして確率的虚時間発展法を開発し、その量子優位性の数学的な証明を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Optimized Synthesis of Circuits for Diagonal Unitary Matrices with Reflection Symmetry (2024)
  • 著者名/発表者名: Huang Xinchi、Kosugi Taichi、Nishi Hirofumi、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 93 ページ: 054002-054015
  • DOI: 10.7566/JPSJ.93.054002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quadratic acceleration of multistep probabilistic algorithms for state preparation (2024)
  • 著者名/発表者名: Nishi Hirofumi、Kosugi Taichi、Nishiya Yusuke、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 6 ページ: L022041-L022046
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.6.L022041
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Qubit encoding for a mixture of localized functions (2024)
  • 著者名/発表者名: Taichi Kosugi, Shunsuke Daimon, Hirofumi Nishi, Yu-ichiro Matsushita
  • 雑誌名: arXiv 巻: arXiv:2404.18529 ページ: 1-21
  • DOI: 10.48550/arXiv.2404.18529
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Temperature and size dependence of energy barrier for magnetic flips in L10 FePt nanoparticles: A theoretical study (2024)
  • 著者名/発表者名: Tran Hung Ba、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 242 ページ: 115947～115947
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2023.115947
  • 査読あり
• [雑誌論文] Annealing for prediction of grand canonical crystal structures: Implementation of <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mi>n</mml:mi></mml:math>-body atomic interactions (2024)
  • 著者名/発表者名: Couzini? Yannick、Nishiya Yusuke、Nishi Hirofumi、Kosugi Taichi、Nishimori Hidetoshi、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 109 ページ: 032416-032427
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.109.032416
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] First-quantized adiabatic time evolution for the ground state of a many-electron system and the optimal nuclear configuration (2024)
  • 著者名/発表者名: Nishiya Yusuke、Nishi Hirofumi、Couzini? Yannick、Kosugi Taichi、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Physical Review A 巻: 109 ページ: 022423-022433
  • DOI: 10.1103/PhysRevA.109.022423
  • 査読あり
• [雑誌論文] Skyrmions in van der Waals centrosymmetric materials with Dzyaloshinskii?Moriya interactions (2024)
  • 著者名/発表者名: Tran Hung Ba、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 239 ページ: 115799～115799
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2023.115799
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systematic study on the dependence of the warm-start quantum approximate optimization algorithm on approximate solutions (2024)
  • 著者名/発表者名: Okada Ken N.、Nishi Hirofumi、Kosugi Taichi、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14 ページ: 1167-1175
  • DOI: 10.1038/s41598-023-50406-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Channel Attention for Quantum Convolutional Neural Networks (2023)
  • 著者名/発表者名: Gekko Budiutama, Shunsuke Daimon, Hirofumi Nishi, Ryui Kaneko, Tomi Ohtsuki, Yu-ichiro Matsushita
  • 雑誌名: arXiv 巻: arXiv:2311.02871 Search... ページ: 1-6
  • DOI: 10.48550/arXiv.2311.02871
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Exhaustive search for optimal molecular geometries using imaginary-time evolution on a quantum computer (2023)
  • 著者名/発表者名: Kosugi Taichi、Nishi Hirofumi、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: npj Quantum Information 巻: 9 ページ: 112-122
  • DOI: 10.1038/s41534-023-00778-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Energy levels of carbon dangling-bond center (PbC center) at 4H-SiC(0001)/SiO2 interface (2023)
  • 著者名/発表者名: Sometani Mitsuru、Nishiya Yusuke、Kondo Ren、Inohana Rei、Zeng Hongyu、Hirai Hirohisa、Okamoto Dai、Matsushita Yu-ichiro、Umeda Takahide
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 11 ページ: 111119-111124
  • DOI: 10.1063/5.0171143
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optimal scheduling in probabilistic imaginary-time evolution on a quantum computer (2023)
  • 著者名/発表者名: Nishi Hirofumi、Hamada Koki、Nishiya Yusuke、Kosugi Taichi、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Physical Review Research 巻: 5 ページ: 043048-043061
  • DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.043048
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quadratic acceleration of multi-step probabilistic algorithms for state preparation (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Nishi, Taichi Kosugi, Yusuke Nishiya, Yu-ichiro Matsushita
  • 雑誌名: arXiv 巻: arXiv:2308.03605 ページ: 1-11
  • DOI: 10.48550/arXiv.2308.03605
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] First-quantized eigensolver for ground and excited states of electrons under a uniform magnetic field (2023)
  • 著者名/発表者名: Kosugi Taichi、Nishi Hirofumi、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: 062004～062004
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acddc0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of nitrogen introduced at the SiC/SiO₂interface and SiC side on the electronic states by first-principles calculation (2023)
  • 著者名/発表者名: Tachiki Keita、Nishiya Yusuke、Iwata Jun-Ichi、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 62 ページ: 061005～061005
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acd9ff
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dzyaloshinskii?Moriya interactions in Nd2Fe14B as the origin of spin reorientation and the rotating magnetocaloric effect (2023)
  • 著者名/発表者名: Tran Hung Ba、Matsushita Yu-ichiro
  • 雑誌名: Applied Materials Today 巻: 32 ページ: 101825～101825
  • DOI: 10.1016/j.apmt.2023.101825
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Atomic scale localization of Kohn?Sham wavefunction at SiO2/4H?SiC interface under electric field, deviating from envelope function by effective mass approximation (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka Hironori (吉岡裕典); Iwata Jun-Ichi (岩田潤一); Matsushita Yu-ichiro (松下雄一郎)
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 122 ページ: 222104-222114
  • DOI: 10.1063/5.0151547
  • 査読あり
• [図書] Handbook of Silicon Carbide Materials and Devices (2023)
  • 著者名/発表者名: Yasuto Hijikata, Yu-ichiro Matsushita, Takeshi Ohshima
  • 総ページ数: 19
  • 出版者: CRC Press
  • ISBN: 9780367188269
• [備考] 松下研究室
  • URL: https://www.msl.titech.ac.jp/~matsushita/
• [産業財産権] 量子計算機、計算手法 (2024)
  • 発明者名: 小杉太一、西紘史、松下雄一郎
  • 権利者名: 小杉太一、西紘史、松下雄一郎
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2024-072398
• [産業財産権] 量子計算機、計算手法 (2023)
  • 発明者名: 小杉太一、西紘史、松下雄一郎
  • 権利者名: 小杉太一、西紘史、松下雄一郎
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2023-127421