2015 Fiscal Year Annual Research Report
Interface atomic structure and electronic structure of adsorbed nano-molecular systems
| Project Area | Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function |
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25110006
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
石田 浩 日本大学, 文理学部, 教授 (60184537)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐甲 徳栄 日本大学, 理工学部, 准教授 (60361565)
濱本 雄治 大阪大学, 工学研究科, 助教 (30584734)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 表面・界面物性 / ナノ材料 / 物性材料 / 量子井戸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)van der Waals(vdW)密度汎関数法を用いてSi(100)表面におけるベンゼンの吸着構造を調べた。これまで最安定構造としてbutterfly(BF)構造とtight-bridge(TB)構造が提案されてきたが、理論的には一般化勾配近似はTB、初期のvdW汎関数はBFを支持するという矛盾した結果が得られる。そこで近年開発された高精度なvdW汎関数を複数用いて吸着エネルギーを比較したところ一貫してTB構造の方が安定になり、より厳密な乱雑位相近似の計算と一致する結果が得られた。
(2)A02班の高木グループとの共同研究により、円偏光-2光子光電子分光を用いて高木グループによって観測されたAu(001)の鏡像準位のRashba分裂の機構をDFT計算により調べた。Rashba分裂は、鏡像準位に混成したAu表面原子の5d軌道のスピン軌道作用を通じて生じることが分った。
(3)バンド絶縁体のエムベッディングポテンシャルは、バンドギャップ中ではエルミット行列になる。ギャップ中の任意のエネルギーを選び、エムベッディングポテンシャルの実固有値を、表面ブリルアンゾーン内の2つの時間反転不変運動量(TRIM)を結ぶ経路に沿って描くことにより、絶縁体のZ2トポロジカル不変量が容易に求まることを示した。一方のTRIM点でKramers縮退した2つの実固有値が、他方のTRIM点で再び出会う場合が自明な絶縁体、パートナーを変える場合がトポロジカル絶縁体である。
(4)吸着分子を1次元ガウス型ポテンシャルでモデル化して、分子上に局在した1電子または2電子系から近傍に置かれた電極に流れるトンネル過渡電流を、シュレーディンガー方程式を時間積分して計算した。2電子系の場合、スピン状態がシングレットかトリプレットかにより、波動関数の裾野の広がりが変わるため、トンネル電流に大きな差が生じることが分った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年の研究実施計画に記述した研究課題である(1)vdW密度汎関数法を用いた吸着有機分子の第一原理計算、(2)エムベッディッドGreen関数法を用いた半無限表面の電子状態計算、(3)量子井戸からのトンネル過渡電流に関する理論モデルの拡張について、いずれも研究を実施して、興味ある結果が得られたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度までの研究を継続・発展させて、領域内の実験グループとの共同研究を推進しつつ、次の3つの計算手法を用いて研究を実施する。(1)vdW密度汎関数法に基づく第一原理計算により、有機分子吸着系の原子構造、電子構造、反応過程を理論解析する。(2)通常の薄膜近似では表面垂直方向のエネルギー準位が離散化してしまうため、エムベッディッドGreen関数法を用いて半無限結晶の電子構造を計算して、表面バンド、吸着子準位を精密に計算する。(3)量子井戸中の多電子系の時間依存外場への応答、外部電極へのトンネル過渡電流を、シュレーディンガー方程式を時間積分することにより計算する。
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