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2012 年度 実績報告書

ナノ接合での非弾性電流、局所加熱、熱散逸の第一原理シミュレーション

公募研究

研究領域コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス
研究課題/領域番号 23104514
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

中村 恒夫  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (30345095)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
キーワード計算物理 / ナノコンタクト / 非平衡伝導理論 / 分子エレクトロニクス / ナノエレクトロニクス
研究概要

弾性電流、非弾性電流を含む第一原理伝導計算理論の開発とプログラム実装を行った。
電子―フォノン散乱による振動励起だけでなく、電圧印加により生じる非平衡電流がイオンに作用する(断熱近似による平均力場)「電流誘起力」の計算も行った。これらの理論を実装したプログラムを用いて、以下のシミュレーションを行った。
(1)金属錯体分子積層膜の長距離コヒーレント伝導の解明。有機分子では、伝導度は長さ(膜厚)に対しコンダクタンス指数関数的に減少するが、金属中心を分子内に含んだ「有機錯体分子」でワイヤーあるいは積層膜をつくると、伝導度が長さに対しあまり変化しない。通常これは電子がひとつひとつの分子をホッピングする電子移動と考えられてきたが、第一原理電気伝導計算結果をもとに解析的モデルを構築し、長距離で電子の量子性をたもった伝導が、錯体内での金属中心の酸化還元作用により可能である事を示した。また、錯体系では、伝導度の長さ依存性は指数関数的減少になるとは限らず、電子―フォノン相互作用によるdephasing効果が「見かけ上の」指数関数的減少を引きおこしている可能性を示した。
(2) ゲート電圧により電気化学的にコントロールすることで炭素―金電極を直接接合した、分子コンタクト系での、接合強度と伝導度の相関を理論計算し、最新の計測実験と比較した。通常考えられてきたものとは異なり、接合強度は伝導度の相関は分子の内的性質と伝導軌道経路に依存し、かならずしも正の相関があるとは限らないことが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2013 2012

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Conductance and SERS Measurement of Benzenedithiol Molecules Bridging Between Au Electrodes2013

    • 著者名/発表者名
      R. Matsushita, M. Horikawa, Y. Naitoh, H. Nakamura, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry C

      巻: 117 ページ: 1791-1795

    • DOI

      10.1021/jp3112638

    • 査読あり
  • [雑誌論文] T. Hines, I. Diez-Perz, H. Nakamura, T. Shimazaki, Y. Asai, N. Tao2013

    • 著者名/発表者名
      Controlling Formation of Single-Molecule Junctions by Electrochemical Reduction of Diazonium Terminal Groups
    • 雑誌名

      Jornal of theAmerican Chemical Society

      巻: 135 ページ: 3319-3322

    • DOI

      10.1021/ja3106434

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long-Range Electron Transport of Ruthenium-Centered Multilayer Films via a Stepping-Stone Mechanism2012

    • 著者名/発表者名
      K. Terada, H. Nakamura, K. Kanaizuka, M. Haga, Y. Aisa, T. Ishida
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 6 ページ: 1988-1999

    • DOI

      10.1021/nn300126m

    • 査読あり
  • [学会発表] Superior Long range Electric Transport of Organometallic Wire via Stepping Stone mechanism and First Principles Study of Length dependence of Thermoelectric Effects2013

    • 著者名/発表者名
      H. Nakamura
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      Baltimore (USA)
    • 年月日
      20130318-20130322
  • [学会発表] Effect of metallic buffer at electrode-oxide interface on current-voltage characteristics of resistive random access memories (ReRAMs): A first-principles study2013

    • 著者名/発表者名
      T. Miyazaki
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      Baltimore (USA)
    • 年月日
      20130318-20130322
  • [学会発表] Energy Conversion Processes by First Principles Nonequilibrium Transport Calculation2012

    • 著者名/発表者名
      H. Nakamura
    • 学会等名
      Joint Dresden-Japan Workshop on Molecular Scale and Organic Electronic Materials
    • 発表場所
      Dresden (Germany)
    • 年月日
      20121211-20121213
    • 招待講演
  • [学会発表] First Principles Nonequilibrium Transport Theory for Real Molecular Electronics2012

    • 著者名/発表者名
      H. Nakamura
    • 学会等名
      MASP 2012
    • 発表場所
      東京大学物性研
    • 年月日
      20120704-20120711
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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