第一原理計算による高効率量子輸送デバイスのデザイン

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24710113
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 小野 倫也 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80335372)
• キーワード: 第一原理計算 / 密度汎関数理論 / 輸送特性 / ナノデバイス

研究概要

独自に開発した第一原理に基づく電子状態・量子輸送特性計算手法を駆使し、ナノ構造の量子輸送を電子素過程から調べ、高効率量子輸送を可能にするナノデバイスをデザインする。具体的には、フラーレンやカーボンナノチューブ等のカーボン材料を用いたナノ構造の構造安定性や量子輸送特性と、それらが電極に接続された場合の電極表面とナノ材料の接合状態の違いによる量子輸送特性の変化を原子・電子レベルから精緻に調べ、得られた知見をもとに高効率スピンフィルター素子や高移動度チャネル材料をデザインする。さらには、第一原理計算の結果を実験に提供することにより、新たなデバイスの開発への指針を与えることを目指す。
今年度は、輸送特性計算の最大のボトルネックとなっているグリーン関数計算部分を従来の共役勾配(CG)法からShifted CG法に置き換えることにより、最大で22倍の高速化を達成した。また、昨年度完成させたスピン軌道相互作用およびノンコリニア磁性計算用のルーチンを利用して、グラフェン上の遷移金属原子の結晶磁気異方性エネルギーやラシュバ効果を調べた。特にコバルト原子の結晶磁気異方性は、他の計算結果や実験結果と良い一致が得られた。一方、鉄原子ついては実験結果と異なったが、その原因について明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] First-principles study of spin-dependent transport through graphene/BNC/graphene structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Ota and Tomoya Ono
  • 雑誌名: Nanoscale Research Letters 巻: 8 ページ: 199
  • 査読あり
• [雑誌論文] Convergence of the Broyden density mixing method in noncollinear magnetic systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Marcus Heide and Tomoya Ono
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 82(11) ページ: 114706 1-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Doping Effect on Magnetism and Transport Property of Heterojunction between Carbon and Boron Nitride Nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: Huy Duy Nguyen and Tomoya Ono
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 117(46) ページ: 24115-24120
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles electronic-structure and transport calculation formalism using real-space grid based method (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1558 ページ: 1524-1527
  • 査読あり
• [学会発表] First-principles study on electronic structures of defects on surface and interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 学会等名: International Conference on Small Science
  • 発表場所: Las Vegas, USA
  • 年月日: 20131215-18
• [学会発表] First-principles study on transport property of defects at surface and interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 学会等名: The 16th Asian Workshop on First-principles Electronic Structure Calculations
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 20131028-20131030
  • 招待講演
• [学会発表] Real-space grid-based calculations for electronic structures and transport properties of nanoscale devices (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 学会等名: CMSI International Satellite Meeting 2013 “Novel Electronic Structure Method”
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20131017-20131018
  • 招待講演
• [学会発表] First-principles electronic-structure and transport calculation formalism using real-space grid based method (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 学会等名: Computational and theoretical analysis of grid-based quantum many-body theory
  • 発表場所: Rhodes, Greece
  • 年月日: 20130921-20130927
  • 招待講演
• [学会発表] First-principles study on scattering properties of nanostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Ono
  • 学会等名: International Workshop of Computational Nano-Materials Design on Green Energy, JSPS Core-to-Core Program Workshop
  • 発表場所: Awaji, Japan
  • 年月日: 20130616-19