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2004 Fiscal Year Annual Research Report

DNA分子のポーラロン伝導機構と量子計算アルゴリズムの開発

Research Project

Project/Area Number 16760002
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

島 弘幸  北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40312392)

Keywords低次元導体 / 数値計算アルゴリズム / 量子局在現象 / メゾスコピック系 / 電気双極子間相互作用
Research Abstract

生体分子であるDNAの電気的性質の解明は、ナノ・バイオ両テクノロジー分野に跨る最重要課題の一つである。実験技術の急速な進展により、微視的な(数nmの)電荷移動については、量子トンネルおよび熱的ホッピングという二つのメカニズムで説明できることがわかった。しかし、より長い空間領域(μm程度)にわたる電気伝導特性については、一連の実験結果が相互に矛盾しており、大まかな理解さえ程遠いのが現状である。その伝導機構を理論的に調べるためには、有機分子特有の様々な非線形相互作用とその競合効果を取り扱う必要がある。すなわちDNA伝導機構の解明には、現存の手法を超えた新しい理論手法の開拓が鍵となる。
本研究の目的は、DNAに代表される低次元量子系の伝導特性を定量的に解析するための大規模量子計算アルゴリズムを開発し、DNA伝導機構に対する独自の多体理論を構築することにある。これを受けて本年度は、現実のDNA塩基配列を反映するポテンシャルランドスケープを数値的に再現し、そのポテンシャルの空間的乱れが系の電気伝導性に与える影響を、有限サイズスケーリングの手法により調べた。その結果、ポテンシャルの相関関数がべき乗則に従う場合に限り、一次元量子系はある臨界的乱れにおいて金属相から絶縁相への量子相転移を示すことが初めて明らかとなった。さらに、量子サイズの電気双極子モーメントを一次元的に配置した場合、その双極子間の分極相互作用の強さに応じて、系は新規な低エネルギー励起状態を示すことがわかった。今後はこれらの結果をもとに、格子歪みやイオンチャネル効果がDNA内部の電気伝導に与える影響を定量的に調べる予定である。

  • Research Products

    (9 results)

All 2005 2004

All Journal Article (9 results)

  • [Journal Article] Breakdown of Anderson localization in disordered quantum chains2005

    • Author(s)
      H.Shima
    • Journal Title

      Microelectronics Journal (in press)

  • [Journal Article] Interacting quantum rotors in oxygen-doped germanium2005

    • Author(s)
      H.Shima
    • Journal Title

      Physical Review B (in press)

  • [Journal Article] Enhanced orientation of interacting quantum rotors2005

    • Author(s)
      H.Shima
    • Journal Title

      Microelectronics Journal (in press)

  • [Journal Article] Dielectric anomaly in coupled rotor systems2004

    • Author(s)
      H.Shima
    • Journal Title

      Physical Review B 69・3

      Pages: 035202-1-035202-5

  • [Journal Article] Orienting coupled quantum rotors by ultrashort laser pulses2004

    • Author(s)
      H.Shima
    • Journal Title

      Physical Review A 70・1

      Pages: 013401-1-013401-7

  • [Journal Article] Localization-delocalization transition in one-dimensional electron systems with long-range correlated disorder2004

    • Author(s)
      H.Shima
    • Journal Title

      Physical Review B 70・7

      Pages: 075116-1-075116-5

  • [Journal Article] Glass-like behavior of crystalline Ge with O-impurities at low temperatures2004

    • Author(s)
      H.Shima
    • Journal Title

      Physica status solidi c 1・9

      Pages: 2884-2887

  • [Journal Article] Low-temperature anomalies of crystalline Ge with O-impurities2004

    • Author(s)
      H.Shima
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan 73・9

      Pages: 2464-2468

  • [Journal Article] Dielectric response of interacting oxygen defects in germanium2004

    • Author(s)
      H.Shima
    • Journal Title

      Physica status solidi c 1・9

      Pages: 2933-2636

URL: 

Published: 2006-07-12   Modified: 2016-04-21  

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