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2022 Fiscal Year Research-status Report

ナノチューリング理論に基づく新物質構造の創生と物質機能の開拓

Research Project

Project/Area Number 22K18318
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

伏屋 雄紀  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (00377954)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 勝野 弘康  北海道大学, 低温科学研究所, 博士研究員 (70377927)
Project Period (FY) 2022-06-30 – 2026-03-31
Keywordsチューリング・パターン / ビスマス単原子層 / 結晶成長 / パターン形成 / 反応拡散方程式
Outline of Annual Research Achievements

これまでに我々は,ナノスケールのチューリング・パターン形成には,3種類の原子間ポテンシャルが重要な役割を果たすことを明らかにした.これらを構成要素とする原子変位の時間発展方程式を導出し,チューリング・パターンを得るシミュレーション法を開発してきた.この方法をより現実の系に近く,より精度の高いシミュレーション法を確立するために,分子動力学法を用いた方法の開発を行った.NbSe2基板上のBi単原子膜を想定して,Bi-Bi間およびBi-Se間の原子間力(レナード・ジョーンズポテンシャル)を考慮した分子動力学シミュレーション法を開発した.はじめ2次元系のシミュレーション法を開発し,次いで3次元系のシミュレーションの開発も行った.予想される格子配置がシミュレーションで得られ,手法の妥当性が確認できた.
第一原理計算によるシミュレーション開発も行った.Biについては,安定な薄膜構造が複数あることがこれまでの実験で確認されており,それぞれに対する第一原理計算を行った.先行研究では10BLまでしか計算されていなかったが,本研究で15BLまでの計算を行えるようになった.
Bi原子膜を実験で調べるためには,基板上に配置する必要がある.しかしBiなど,トポロジーの観点から興味を持たれている物質では,原子膜の電子状態が基板の影響を大きく受け,従来知られていなかった効果を生み出す可能性がある.その具体的性質を調べるため,トポロジカルヘテロ構造Bi/BiSbの電子状態の性質を調べた.その結果,強い量子サイズ効果により,波動関数の長距離浸透(80nm以上)が起こることを明らかにした.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画ではR5年度に行う予定であった,分子動力学法と第一原理計算によるシミュレーション開発を予定を前倒しして,R4年度から進めた.実空間での判別法も順調に進んでおり,さらに計画以上の研究として,トポロジカルヘテロ構造の電子状態計算も行うことができた.以上のことから,「おおむね順調に進展している」と判断した.

Strategy for Future Research Activity

当初計画に沿って,シミュレーション開発を進める.分子動力学法では,2体ポテンシャルに加え,3体ポテンシャル(結合角ポテンシャル)を取り入れる.構造解析と評価については,画像解析の方法を確立し,チューリング・パターンの実空間での判別についての研究を進める.解析法の確立と並行して,パターン形成の実験研究も進むように,実験グループとの連携を深める.

Causes of Carryover

コロナウィルス蔓延の状況を鑑み,予定していた国際会議や研究会への出席を見合わせた.また,予定していた物品購入も物価高騰と円高などの遠因により,予算とスペックが見合わなかったため,購入を見送った.
次年度以降,研究の進展に合わせて,国際会議や研究会に出席し,物品を購入し,適切に予算を執行する.

  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Observation of large spin conversion anisotropy in bismuth2023

    • Author(s)
      Fukumoto Naoki、Ohshima Ryo、Aoki Motomi、Fuseya Yuki、Matsushima Masayuki、Shigematsu Ei、Shinjo Teruya、Ando Yuichiro、Sakamoto Shoya、Shiga Masanobu、Miwa Shinji、Shiraishi Masashi
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 120 Pages: e221503012

    • DOI

      10.1073/pnas.2215030120

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Negative transverse magnetoresistance due to the negative off-diagonal mass in linear dispersion materials2023

    • Author(s)
      Awashima Yudai、Fuseya Yuki
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 35 Pages: 19LT01

    • DOI

      10.1088/1361-648X/acc15e

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Long-range permeation of wave function and superficial surface state due to strong quantum size effects in topological Bi/BiSb heterojunctions2022

    • Author(s)
      Asaka Yuya、Kikuchi Tatsuki、Fuseya Yuki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Pages: 245303

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.106.245303

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Bi(110) 薄膜におけるスピン流電流変換現象の観測2023

    • Author(s)
      大島諒,福本直輝,青木基,伏屋雄紀,松島真之,重松秀,新庄輝也,安藤裕一郎,坂本祥哉,志賀雅亘,三輪真嗣,白石誠司
    • Organizer
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [Presentation] チューリング理論に基づいた原子スケールの自発的パターン形成機構の解明2022

    • Author(s)
      伏屋雄紀,勝野弘康
    • Organizer
      日本結晶成長学会 第51回結晶成長国内会議
    • Invited
  • [Presentation] Bi/BiSb ヘテロ接合系の表面における長距離トンネル効果2022

    • Author(s)
      浅香雄哉, 菊地樹,伏屋雄紀
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [Presentation] ディラック電子系とノーダルライン半金属における負の磁気抵抗2022

    • Author(s)
      粟島裕大,伏屋雄紀
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会
  • [Presentation] Fake surface states of topological heterojunction in the Bi/BiSb system2022

    • Author(s)
      Yuya Asaka, Tatsuki Kikuchi, Yuki Fuseya
    • Organizer
      29th International Conference on Low Temperature Physics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Negative magnetoresistance without topological effect in nodal line semimetals2022

    • Author(s)
      Yudai Awashima, Yuki Fuseya
    • Organizer
      29th International Conference on Low Temperature Physics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] データ駆動その場液中 TEM に向けた機械学習の活用2022

    • Author(s)
      勝野弘康
    • Organizer
      日本結晶成長学会 第51回結晶成長国内会議
    • Invited
  • [Presentation] 機械学習を用いたLC-TEM観察像の核生成検出による核生成経路の検討2022

    • Author(s)
      勝野弘康, 木村勇気, 山﨑智也, 瀧川一学
    • Organizer
      日本物理学会 2022年秋季大会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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