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研究分野別サイレントキーワード
「第一原理計算」とサイレントキーワードを含む研究
【情報学】人間情報学：データ・サイエンス ／第一原理計算を含む研究件
❏物質設計を見据えた強相関理論の構築(21H01041)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】大槻 純也 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
【キーワード】強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / 多極子秩序 (他7件)
【概要】本研究では、磁性や超伝導などの機能物性を第一原理的に記述する実用的な理論の構築を目指して、動的平均場法（DMFT法）によって強相関効果を考慮した第一原理計算法（DFT+DMFT法）の発展とその応用に取り組む。全研究期間を通した研究計画は、DFT+DMFT法に関連した理論構築とその適用範囲を検証する“基礎”と適用限界の範囲で強相関化合物の物質設計に応用する“応用”に分かれる。本年度は基礎に関する以下...
❏高次元データの次元圧縮によって実現する磁性と超伝導の第一原理計算(18H01158)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】大槻 純也 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
【キーワード】強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / スパースモデリング (他12件)
【概要】強相関電子系化合物では、多数の電子がクーロン斥力によって強く相互作用しあうことで、磁性や超伝導などの実用的に有用な様々な機能物性が発現する。それらの物性を理解する上で、外場への応答を表す感受率が重要な役割を果たす。しかし、現実の強相関化合物に対する感受率の計算は、数値計算の難しさのために実現していない。本研究では、データ科学的な方法論を応用することで、強相関化合物の感受率計算の実現に向けた多くの進...
【情報学】情報学フロンティア：ニューラルネットワーク ／第一原理計算を含む研究件
❏機械学習と物性理論の分野融合的アプローチによる強相関第一原理計算(20K14423)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】野村 悠祐 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (20793756)
【キーワード】機械学習 / 人工ニューラルネットワーク / 強相関電子系 / 手法開発 / 量子多体系 (他11件)
【概要】本研究の目的の一つは、人工ニューラルネットワーク/機械学習と量子多体論を融合した強力かつ汎用的な強相関数値計算手法を開発することである。その新たな手法と密度汎関数理論などの第一原理計算を組みあわせて、実存する強相関電子系へ適用を行い、高精度な定量計算の実現を目指す。そのため、研究の柱は新たな手法開発である。同時に新手法の精度検証も重要な課題になってくる。 今年度は有限温度計算を可能にする新たな人...
❏第一原理計算からの気液固複合相ヘテロ界面の実在系非平衡シミュレーション(19K22044)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2019-06-28 - 2022-03-31
【研究代表者】多田 朋史 九州大学, エネルギー研究教育機構, 教授 (40376512)
【キーワード】第一原理計算 / ヘテロ界面 / 機械学習ポテンシャル / マルチカノニカル / モンテカルロ (他15件)
【概要】本研究は機能性デバイスを理論的に設計する上で必要となる原子・分子スケールの微視的モデルを用いてバルク材料と他相（気相、液相、固相）との接合界面（ヘテロ界面）の高精度大規模計算を実現するための理論的枠組み構築を目的とした理論研究である。高精度な構造表現には第一原理計算を学習データとする機械学習ポテンシャル法、反応の速度論的評価にはマルチカノニカル法、大規模計算には動的モンテカルロ法、という三つの手法...
【情報学】情報学フロンティア：機械学習 ／第一原理計算を含む研究件
❏中区分26:材料工学およびその関連分野(0)
【研究テーマ】2020
【研究種目】第一原理計算
【研究期間】機械学習
【研究代表者】半導体
【キーワード】ドーピング
【概要】化学の実験系等の他分野の先行研究を参考に、物性値が所望の範囲内であるような確率を機械学習により評価して、その確率を基に有望物質を探索する手法を提案した。研究室内のデータベースについてこの手法を用いて探索シミュレーションを行ったところ、先行研究で行われているようにベイズ最適化を用いて探索した場合よりも探索の性能が向上することがわかった。さらに、化学プラントの条件最適化の研究例を応用し、複数の物性値が...
❏機械学習と物性理論の分野融合的アプローチによる強相関第一原理計算(20K14423)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】野村 悠祐 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (20793756)
【キーワード】機械学習 / 人工ニューラルネットワーク / 強相関電子系 / 手法開発 / 量子多体系 (他11件)
【概要】本研究の目的の一つは、人工ニューラルネットワーク/機械学習と量子多体論を融合した強力かつ汎用的な強相関数値計算手法を開発することである。その新たな手法と密度汎関数理論などの第一原理計算を組みあわせて、実存する強相関電子系へ適用を行い、高精度な定量計算の実現を目指す。そのため、研究の柱は新たな手法開発である。同時に新手法の精度検証も重要な課題になってくる。 今年度は有限温度計算を可能にする新たな人...
❏ワイドギャップ半導体におけるケミカルドーピングの学理構築と新材料開拓(20H00302)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2020-04-01 - 2025-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】第一原理計算 / 機械学習 / 半導体 / ドーピング
【概要】系統的な第一原理計算とその結果の機械学習により、無機化合物における固有点欠陥の形成挙動・電子状態と様々な形態でのドーパント添加によるキャリアドーピングの有効性を、半導体としての応用に関わる種々の基礎物性と併せて俯瞰的に考察し、ワイドギャップ半導体の設計・探索の指針を構築することを最終目的として研究を推進した。本年度は、昨年度から開発を進めている高精度と高速を両立させたハイスループット第一原理計算及...
【数物系科学】物理学：角度分解光電子分光 ／第一原理計算を含む研究件
❏インフォマティックスの先をゆき応用も志向したトポロジカル電子材料の開拓(21H04652)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2021-04-05 - 2026-03-31
【研究代表者】笹川 崇男 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
【キーワード】トポロジカル電子物質 / 第一原理計算 / 単結晶 / 角度分解光電子分光 / 磁気輸送特性
【概要】新概念の提案が理論から続くトポロジカル電子物質を対象として、マテリアルズ・インフォマティクス（ＭＩ）を活用しつつ、そのスキームだけでは探索・開拓することが難しい物質群の開発に挑戦している。 ① ＭＩから発掘するスジの良い化合物（「経験」と「勘」に基づく実績を活かし新概念へ発展） ② 現状のＭＩでは見逃してしまう化合物（複数フェルミ面系、構造敏感な電子相、低次元系など） ③ 今後のＭＩでも扱うことが...
❏第一原理計算を用いたアト秒光電子放出遅延現象の解明(16H03881)
【研究テーマ】光工学・光量子科学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 第一原理計算 / 極紫外自由電子レーザー / 角度分解光電子分光 / 光電子放出遅延 (他8件)
【概要】高次高調波発生（高強度のレーザーパルスを原子・分子に照射すると高次の倍波が発生する現象）や自由電子レーザーによって、アト秒～フェムト秒の時間幅を持った極紫外領域の超短光パルスを発生することが可能になった。本研究では、実験結果が豊富なNe原子について、極紫外パルスによる光電子放出を第一原理計算を用いて明らかにした。効率的な吸収境界である無限範囲外部複素スケーリングを世界で初めて多電子系に適用し、時間...
【数物系科学】物理学：超伝導密度汎関数理論 ／第一原理計算を含む研究件
❏超伝導密度汎関数理論とマテリアルズインフォマティクスによる超伝導物質探索(20K15012)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】河村 光晶 東京大学, 物性研究所, 助教 (30760574)
【キーワード】超伝導密度汎関数理論 / 電子フォノン相互作用 / スピン揺らぎ / スピン軌道相互作用 / ウルトラソフト擬ポテンシャル (他9件)
【概要】超伝導転移温度の第一原理計算に当たって、計算時間のボトルネックとなる遮蔽交換積分およびスピン揺らぎ媒介相互作用の計算に関して手法開発を行い、プログラムの改良を行った。平面波を用いた第一原理計算においては制度と計算コストのバランスからウルトラソフト擬ポテンシャルや射影増強平面波(PAW)がよく使われるが、その場合には軌道の積に対して補正工が必要となることが、過去の応答関数の計算において指摘されている...
❏従来型・非従来型超伝導体に対する超伝導密度汎関数理論の開発と応用(19K14654)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2019-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】野本 拓也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60804200)
【キーワード】超伝導 / 第一原理計算 / 超伝導密度汎関数理論 / Migdal-Eliashberg理論 / 非従来型超伝導
【概要】本研究課題では、非経験的第一原理計算に基づく超伝導計算手法の開発を行った。特に、超伝導密度汎関数理論へのスピン軌道相互作用の導入・奇パリティ超伝導計算の実装を行い、Sn1-xInxTeおよびCuxBi2Se3の超伝導発現機構の解析を行った。また、中間表現基底＋スパースサンプリングの手法を適用し、従来困難だった転移温度の低い超伝導体において、第一原理的Migdal-Eliashberg計算からその転...
❏超伝導密度汎関数理論の開発と応用(15H03696)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】有田 亮太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (80332592)
【キーワード】超伝導密度汎関数理論 / 第一原理計算 / 高温超伝導 / トポロジカル超伝導 / 物性理論 (他8件)
【概要】超伝導密度汎関数理論に関わる以下の方法論開発を行った。(1)k-meshのサイズについて収束のよい電子格子相互作用の計算法。(2)スピン軌道相互作用を考慮した電子格子相互作用の評価法。(3)奇パリティの超伝導の不安定性の評価法。これらを使ってBiS2系超伝導体、トポロジカル結晶絶縁体SnTeにInをドープした場合およびトポロジカル超伝導体Bi2Se3にCuをドープした場合の超伝導の解析を行った。ま...
【数物系科学】物理学：多極子秩序 ／第一原理計算を含む研究件
❏物質設計を見据えた強相関理論の構築(21H01041)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】大槻 純也 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
【キーワード】強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / 多極子秩序 (他7件)
【概要】本研究では、磁性や超伝導などの機能物性を第一原理的に記述する実用的な理論の構築を目指して、動的平均場法（DMFT法）によって強相関効果を考慮した第一原理計算法（DFT+DMFT法）の発展とその応用に取り組む。全研究期間を通した研究計画は、DFT+DMFT法に関連した理論構築とその適用範囲を検証する“基礎”と適用限界の範囲で強相関化合物の物質設計に応用する“応用”に分かれる。本年度は基礎に関する以下...
❏第一原理計算によるスピン軌道相互作用と電子相関の織りなす物性予測(24540369)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】池田 浩章 立命館大学, 理工学部, 教授 (90311737)
【キーワード】重い電子系超伝導 / 隠れた秩序 / 第一原理計算 / 多極子秩序
【概要】鉄系超伝導体や重い電子系化合物のように軌道自由度が重要な役割を果たすと考えられる遍歴電子系では、バンド構造が非常に複雑なため、これまで、その電子状態が内包する豊富な物理を正確に読み解くことが非常に困難であった。当該グループでは、開発した計算コードによって、重い電子系のようにスピン軌道相互作用の強い系に対する低エネルギー有効模型を構築することに成功した。また、その模型に基づいて、軌道分解したフェルミ...
【数物系科学】物理学：X線吸収分光 ／第一原理計算を含む研究件
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
❏半導体表面と化学結合した単一有機分子および有機分子配列系の電子物性(16310070)
【研究テーマ】ナノ構造科学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2004 - 2005
【研究代表者】吉信 淳 東京大学, 物性研究所, 助教授 (50202403)
【キーワード】シリコン / 表面 / 有機分子 / 電子エネルギー損失分光 / 走査型トンネル顕微鏡 (他12件)
【概要】実験と理論両面からSi(100)表面に吸着した有機分子の構造と電子物性について研究を行い,以下の成果を得た. (1)低温のSi(100)c(4x2)表面に2メチルプロペンやプロピレンを吸着させ,その吸着状態を電子エネルギー損失分光(EELS),走査型トンネル顕微鏡(STM),第一原理計算を用いて詳細に調べた.非対称大マーに対してマルコフニコフ則が成り立つように吸着することが解明された. (2)低温...
【数物系科学】物理学：物性理論 ／第一原理計算を含む研究件
❏超伝導密度汎関数理論の開発と応用(15H03696)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】有田 亮太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (80332592)
【キーワード】超伝導密度汎関数理論 / 第一原理計算 / 高温超伝導 / トポロジカル超伝導 / 物性理論 (他8件)
【概要】超伝導密度汎関数理論に関わる以下の方法論開発を行った。(1)k-meshのサイズについて収束のよい電子格子相互作用の計算法。(2)スピン軌道相互作用を考慮した電子格子相互作用の評価法。(3)奇パリティの超伝導の不安定性の評価法。これらを使ってBiS2系超伝導体、トポロジカル結晶絶縁体SnTeにInをドープした場合およびトポロジカル超伝導体Bi2Se3にCuをドープした場合の超伝導の解析を行った。ま...
❏位相不変量をもつスピン現象の理論研究及びその応用デバイスの設計(24560001)
【研究テーマ】応用物性・結晶工学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】近藤 憲治 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (50360946)
【キーワード】スピントロニクス / 物性理論 / 第一原理計算 / 磁性 / スピン輸送
【概要】スピン量子十字構造素子なるものを提案し、それをモデルデバイスとして、スピン伝導の計算を行った。本研究課題では、近年話題になっているバルクとしては絶縁体で、表面は金属であるという奇妙な性質を有するトポロジカル絶縁体を電極に用いた場合のスピンコンダクタンスを計算した。トポロジカル絶縁体のバンド構造は、時間反転対称性で決まっているため、これを制御するために、表面に時間反転対称性を破る磁性絶縁体を蒸着した...
❏超伝導転移温度の第一原理計算法の開発と応用(23340095)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2011-11-18 - 2014-03-31
【研究代表者】有田 亮太郎 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80332592)
【キーワード】高温超伝導 / 第一原理計算 / 転移温度 / ダウンフォールディング / 超伝導密度汎関数理論 (他11件)
【概要】第一原理的に超伝導転移温度を計算する方法論を開発・応用した。密度汎関数理論と強相関モデル計算を融合するアプローチについては、スピン軌道相互作用、電子格子相互作用の取り込みを行った。超伝導密度汎関数理論に基づくアプローチについては、プラズモン機構が取り扱えるような拡張を行った。開発した手法を鉄系超伝導体、層状窒化物超伝導体、重い電子系、炭素系超伝導体、高圧下リチウムなどの系に適用した。 ...
【数物系科学】物理学：トポロジカル絶縁体 ／第一原理計算を含む研究件
❏トポロジカル電子状態に基づく新世代デバイス技術の創出(16H03847)
【研究テーマ】応用物性
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】笹川 崇男 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
【キーワード】トポロジカル絶縁体 / トポロジカル半金属 / トポロジカル超伝導体 / 新物質探索 / 新物性探索 (他12件)
【概要】スピントロニクスから量子コンピューティングまで次世代電子デバイスへの利用が期待される「トポロジカルな電子状態をもつ物質」について、新物質の開拓、そこから生まれる新奇な量子現象や機能の探索に取り組んだ。第一原理計算による物質の探索と選定、各種手法を用いた合成と単結晶化、極低温・強磁場などの極限環境も利用した物性評価と機能実証を総合的に行った。トポロジカル絶縁体、トポロジカル半金属、トポロジカル超伝導...
❏新奇物性を創発する新世代トポロジカル絶縁体の創製(24340078)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】笹川 崇男 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 准教授 (30332597)
【キーワード】トポロジカル絶縁体 / 単結晶 / 第一原理計算 / 量子構造観察 / 物質開拓
【概要】シリコンの限界を超える次世代デバイス材料として、質量ゼロのディラック電子状態をもつグラフェンが注目されている。そのグラフェンを超越し凌駕できる可能性をもつ新電子材料である「トポロジカル絶縁体」について、新物質の開拓とその良質大型な単結晶化、そして単結晶を用いた電子状態の実験検証を行った。 その結果、新しい種類の“極性をもつ”トポロジカル絶縁体を筆頭に、十数組成におよぶ化合物ついて新物質の開発に成功...
【数物系科学】物理学：グラファイト ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算による全固体リチウムイオン電池の正極/電解質界面の研究(16K17969)
【研究テーマ】無機工業材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31
【研究代表者】春山 潤 東京大学, 物性研究所, 助教 (80772003)
【キーワード】電極/電解質界面 / 第一原理計算 / Liイオン電池 / 全固体電池 (他15件)
【概要】本研究では第一原理計算を用いて全固体型LIBの正極/電解質界面の微視的情報から抵抗の発生機構の解明を目的とした. 正極/電解質界面における交換欠陥の形成エネルギーから発生頻度の高い構造を調べ, LiCoO2/Li3PS4界面のCo原子はP siteを経由して拡散できることを示した. また液体型LIBのグラファイト電極/電解液界面における電荷移動反応の密度汎関数理論＋溶液理論計算を行い, その活性化...
❏ナノ炭素磁性体の理論設計(15310086)
【研究テーマ】ナノ材料・ナノバイオサイエンス
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2003 - 2005
【研究代表者】草部 浩一 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教授 (10262164)
【キーワード】グラファイト / ナノグラファイト / 分子磁性 / 平坦バンド強磁性 / ナノチューブ (他12件)
【概要】1.水素終端型磁気的ナノグラファイトの設計: ジグザグ端の一方を一水素化しもう一方を二水素化する、水素付加による磁気的ナノグラファイト・リボンの設計を行った。高スピン分子も設計し、磁気モーメント発生を電子状態計算により確認した。 2.水素終端型磁気的ナノチューブ・磁気的ナノホーンの設計: 水素付加の方法により、磁気的ナノチューブ・磁気的ナノホーンを設計した。細い有限長ナノチューブでの磁気モーメント...
【数物系科学】物理学：磁性 ／第一原理計算を含む研究件
❏中区分26:材料工学およびその関連分野(0)
【研究テーマ】2020
【研究種目】磁性体
【研究期間】輸送現象
【研究代表者】第一原理計算
【キーワード】磁性
【概要】本研究では、磁性や超伝導などの機能物性を第一原理的に記述する実用的な理論の構築を目指して、動的平均場法（DMFT法）によって強相関効果を考慮した第一原理計算法（DFT+DMFT法）の発展とその応用に取り組む。全研究期間を通した研究計画は、DFT+DMFT法に関連した理論構築とその適用範囲を検証する“基礎”と適用限界の範囲で強相関化合物の物質設計に応用する“応用”に分かれる。本年度は基礎に関する以下...
❏ハイスループット磁性・バンドエンジニアリングによるトポロジカル磁性材料の物質設計(21H01789)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】鈴木 通人 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10596547)
【キーワード】磁性 / 第一原理計算 / 群論 / ハイスループット計算 / トポロジカル物質 (他6件)
【概要】初年度は第一原理計算によるトポロジカル物質の特異な縮退バンド構造と輸送現象に関する系統的な研究を実施し、ワイル磁性半金属として知られるCo3Sn2S2に対するInドープの効果と異常ホール・異常ネルンスト効果の解析、ディラック反強磁性体として知られるCuMnAsのスピンホール効果と磁場有起異常ホール効果の解析に関して、論文を出版している[Yanagi et al, Phys. Rev. B 103,...
❏反強磁性ドメインの形成と制御の理論研究(20K21067)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2020-07-30 - 2022-03-31
【研究代表者】鈴木 通人 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10596547)
【キーワード】磁性体 / 輸送現象 / 第一原理計算 / 磁性 / 反強磁性
【概要】磁性体の磁気構造評価や複雑な磁気秩序形成下における物性発現機構の研究に取り組み、第一原理計算による磁性体の輸送現象を対象とした研究を実施した。磁性体におけるスピンホール効果や磁場下における輸送現象にも研究対象を広げ、磁気構造や電子構造が磁性体に特有の現象である異常ホール効果や異常ネルンスト効果の他、磁性体のスピンホール効果や磁場下における異常ホール効果・スピンホール効果、トポロジカルホール効果など...
【数物系科学】物理学：非平衡 ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算からの気液固複合相ヘテロ界面の実在系非平衡シミュレーション(19K22044)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2019-06-28 - 2022-03-31
【研究代表者】多田 朋史 九州大学, エネルギー研究教育機構, 教授 (40376512)
【キーワード】第一原理計算 / ヘテロ界面 / 機械学習ポテンシャル / マルチカノニカル / モンテカルロ (他15件)
【概要】本研究は機能性デバイスを理論的に設計する上で必要となる原子・分子スケールの微視的モデルを用いてバルク材料と他相（気相、液相、固相）との接合界面（ヘテロ界面）の高精度大規模計算を実現するための理論的枠組み構築を目的とした理論研究である。高精度な構造表現には第一原理計算を学習データとする機械学習ポテンシャル法、反応の速度論的評価にはマルチカノニカル法、大規模計算には動的モンテカルロ法、という三つの手法...
❏強相関物質設計と機能開拓 －非平衡系・非周期系への挑戦－(16H06345)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(S)
【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31
【研究代表者】今田 正俊 早稲田大学, 理工学術院, 上級研究員(研究院教授) (70143542)
【キーワード】第一原理計算 / 強相関電子系 / 階層的第一原理強相関電子状態計算法 / 高温超伝導 / 量子流体と量子スピン液体 (他21件)
【概要】強相関電子系を第一原理的に解明するための手法を標準手法として確立し、コードの公開・普及を行なった。機械学習を導入して、世界最高精度の量子多体ソルバーを開発し適用したことや、隠れた物理量抽出のための分光実験データ解析へ適用したことは当初の予定を超えた成果である。開発手法を、銅酸化物に代表される高温超伝導体や分子性結晶に見られる量子スピン液体の候補に適用し、初めて実験相図の任意パラメタなしでの再現に成...
【数物系科学】物理学：強相関電子系 ／第一原理計算を含む研究件
❏小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連(0)
【研究テーマ】2018
【研究種目】強相関電子系
【研究期間】磁性
【研究代表者】超伝導
【キーワード】第一原理計算
【概要】本研究では、磁性や超伝導などの機能物性を第一原理的に記述する実用的な理論の構築を目指して、動的平均場法（DMFT法）によって強相関効果を考慮した第一原理計算法（DFT+DMFT法）の発展とその応用に取り組む。全研究期間を通した研究計画は、DFT+DMFT法に関連した理論構築とその適用範囲を検証する“基礎”と適用限界の範囲で強相関化合物の物質設計に応用する“応用”に分かれる。本年度は基礎に関する以下...
❏機械学習と物性理論の分野融合的アプローチによる強相関第一原理計算(20K14423)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】野村 悠祐 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (20793756)
【キーワード】機械学習 / 人工ニューラルネットワーク / 強相関電子系 / 手法開発 / 量子多体系 (他11件)
【概要】本研究の目的の一つは、人工ニューラルネットワーク/機械学習と量子多体論を融合した強力かつ汎用的な強相関数値計算手法を開発することである。その新たな手法と密度汎関数理論などの第一原理計算を組みあわせて、実存する強相関電子系へ適用を行い、高精度な定量計算の実現を目指す。そのため、研究の柱は新たな手法開発である。同時に新手法の精度検証も重要な課題になってくる。 今年度は有限温度計算を可能にする新たな人...
❏高次元データの次元圧縮によって実現する磁性と超伝導の第一原理計算(18H01158)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】大槻 純也 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
【キーワード】強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / スパースモデリング (他12件)
【概要】強相関電子系化合物では、多数の電子がクーロン斥力によって強く相互作用しあうことで、磁性や超伝導などの実用的に有用な様々な機能物性が発現する。それらの物性を理解する上で、外場への応答を表す感受率が重要な役割を果たす。しかし、現実の強相関化合物に対する感受率の計算は、数値計算の難しさのために実現していない。本研究では、データ科学的な方法論を応用することで、強相関化合物の感受率計算の実現に向けた多くの進...
【数物系科学】物理学：スピン軌道相互作用 ／第一原理計算を含む研究件
❏超伝導密度汎関数理論とマテリアルズインフォマティクスによる超伝導物質探索(20K15012)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】河村 光晶 東京大学, 物性研究所, 助教 (30760574)
【キーワード】超伝導密度汎関数理論 / 電子フォノン相互作用 / スピン揺らぎ / スピン軌道相互作用 / ウルトラソフト擬ポテンシャル (他9件)
【概要】超伝導転移温度の第一原理計算に当たって、計算時間のボトルネックとなる遮蔽交換積分およびスピン揺らぎ媒介相互作用の計算に関して手法開発を行い、プログラムの改良を行った。平面波を用いた第一原理計算においては制度と計算コストのバランスからウルトラソフト擬ポテンシャルや射影増強平面波(PAW)がよく使われるが、その場合には軌道の積に対して補正工が必要となることが、過去の応答関数の計算において指摘されている...
❏界面スピン軌道結合の微視的解明と巨大垂直磁気異方性デバイスの創製(16H06332)
【研究テーマ】応用物性
【研究種目】基盤研究(S)
【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31
【研究代表者】三谷 誠司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 副拠点長 (20250813)
【キーワード】スピントロニクス / 磁性 / 表面・界面物性 / 超薄膜 / スピン軌道相互作用 (他9件)
【概要】界面原子層成長制御、磁気分光、第一原理計算を結集することにより、界面スピン軌道結合を微視的に解明し、その学術基盤の構築とデバイス応用を狙った。まず、教科書の記述の更新につながる成果としては、界面磁気異方性の微視的理解であり、物質系ごとに軌道磁気モーメントの異方性と軌道四極子それぞれの役割を直感的理解とともに明らかにした。界面原子層成長制御が一層の進歩を遂げ、室温の世界記録となる異方性トンネル磁気抵...
【数物系科学】物理学：統計力学 ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算の多重実行と統計力学に基づいた酸化物固溶体の構造と物性(23246111)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】田中 功 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70183861)
【キーワード】第一原理計算 / セラミックス固溶体 / 平衡状態図 / 熱力学 / 統計力学
【概要】本研究では，高精度第一原理計算と統計力学計算を組み合わせて，酸化物の固溶体構造と物性を評価する新しい計算手法を開発し，具体的にプログラムとして実装，計算を実行した．計算結果の検証と，計算手法の改良を目的として，固溶体試料の合成および評価実験を並行して行い，計算にフィードバックさせた．さらに，開発した手法を様々な酸化物固溶体に適用した．例えばMgO-ZnO系やMgO-NiO系において基底状態構造や磁...
❏酸化物ノンストイキオメトリの第一原理熱力学(20246095)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2008 - 2010
【研究代表者】田中 功 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70183861)
【キーワード】酸化物 / ノンストイキオメトリ / 第一原理計算 / 熱力学 / 統計力学
【概要】酸化物の多彩な機能と密接に関係する非化学量論性(ノンストイキオメトリ)について,構造と自由エネルギー,機能の一般的な相関性を解明することを究極の目的とし,高精度の第一原理計算と統計力学手法を組み合わせた新しい第一原理熱力学手法を開発した.また,この手法を用いて2元系金属酸化物やペロブスカイトなどの複合酸化物に応用した結果,新しい規則相の存在やノンストイキオメトリの起源となる新たな欠陥種を提案した...
【数物系科学】物理学：量子ダイナミクス ／第一原理計算を含む研究件
❏大規模電子状態計算と量子ダイナミックス計算を統合した有機光電変換系の研究(15K05374)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電荷分離 / 有機系太陽電池 / シングレットフィッション (他8件)
【概要】有機薄膜太陽電池のドナー‐アクセプター界面でのフリーキャリアの生成と電荷再結合との競合は太陽電池のエネルギー変換効率を決定する重要な過程である。有機半導体は誘電率が低く静電引力が電子・正孔対を界面にトラップさせる傾向があるため、効率的なフリーキャリアの生成がどのように起こるのかが議論の的となっている。研究代表者は、第一原理計算と量子ダイナミックス計算を統合した理論解析を用いて、励起子が界面に局在し...
❏有機光電変換系の光誘起電荷分離機構の理論的解明(24550006)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電子移動 / 量子ダイナミックス / 第一原理計算 (他9件)
【概要】有機薄膜太陽電池の潜在力を最大限引き出すためには、光吸収、励起子拡散、ドナー-アクセプター界面でのキャリア生成、電子・正孔の電極への輸送の各素過程の効率やエネルギー損失が生じるメカニズムを解明し、材料設計の指針を得ることが重要である。有機半導体は誘電率が低いため電子-正孔間の静電引力が電荷分離状態（CT）を界面に局在させる傾向がある。このため、どのように静電障壁に打ち勝って励起子からフリーな電子-...
❏界面における電子輸送と化学反応の量子ダイナミクス(19350006)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2007 - 2008
【研究代表者】山下 晃一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40175659)
【キーワード】固体界面 / 電子輸送 / 化学反応 / 量子ダイナミクス / 色素増感型太陽電池 (他19件)
【概要】従来の量子化学的手法を越えて、(1)固体-分子吸着系(より一般に界面)は量子力学的開放系である、(2)原子核の運動と電子の運動の分離性が明確でない点、を考慮に入れた第一原理計算スキームを確立し、界面での電子移動・電子輸送とそれに誘起される化学反応量子ダイナミクス、具体的には、(1)表面吸着分子のコンダクタンスの定量的計算、(2)表面における電子格子相互作用と電子密度波の解析、(3)色素増感型太陽電...
【数物系科学】地球惑星科学：超薄膜 ／第一原理計算を含む研究件
❏4d/5d金属薄膜中量子井戸状態の電気的操作を用いた隣接磁性薄膜の磁気異方性制御(19K05199)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31
【研究代表者】佐藤 徹哉 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (20162448)
【キーワード】量子井戸 / Pd超薄膜 / Pt超薄膜 / 磁気異方性 / 電気的手法 (他14件)
【概要】PdとPt薄膜に生じる量子井戸状態を電場で操作して隣接する強磁性薄膜の磁気異方性制御を行う方法を提案し、実証することを目指した。 第一原理計算を用いてPd超薄膜の磁性の制御が界面電子状態の変調を介して可能であること、Fe/Pd多層膜においてPd層に形成される量子井戸がFeの磁気モーメントや軌道磁気モーメントの変化を介して変調されることを見出した。放射光実験によりPt(100)薄膜に見られる強磁性が...
❏界面スピン軌道結合の微視的解明と巨大垂直磁気異方性デバイスの創製(16H06332)
【研究テーマ】応用物性
【研究種目】基盤研究(S)
【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31
【研究代表者】三谷 誠司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 副拠点長 (20250813)
【キーワード】スピントロニクス / 磁性 / 表面・界面物性 / 超薄膜 / スピン軌道相互作用 (他9件)
【概要】界面原子層成長制御、磁気分光、第一原理計算を結集することにより、界面スピン軌道結合を微視的に解明し、その学術基盤の構築とデバイス応用を狙った。まず、教科書の記述の更新につながる成果としては、界面磁気異方性の微視的理解であり、物質系ごとに軌道磁気モーメントの異方性と軌道四極子それぞれの役割を直感的理解とともに明らかにした。界面原子層成長制御が一層の進歩を遂げ、室温の世界記録となる異方性トンネル磁気抵...
【数物系科学】天文学：計算物理 ／第一原理計算を含む研究件
❏水素誘起材料劣化機構の包括的な動的過程解析(20K15013)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】清水 康司 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00838378)
【キーワード】機械学習ポテンシャル / 第一原理計算 / 荷電欠陥 / 水素脆化 / 量子効果 (他8件)
【概要】水素曝露による金属材料の劣化機構の解析に向けて、密度汎関数理論（DFT）に基づく第一原理計算データから機械学習手法によって原子間ポテンシャルを作成する取り組み（機械学習ポテンシャル）を昨年度に引き続き進めた。アルミニウム材料の劣化機構においては、酸化被膜と金属アルミニウムの界面での原子拡散の重要性が指摘されている。また、酸化物中に存在する水素の荷電状態を調べることも重要である。しかし、これまでに提...
❏高次元データの次元圧縮によって実現する磁性と超伝導の第一原理計算(18H01158)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】大槻 純也 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
【キーワード】強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / スパースモデリング (他12件)
【概要】強相関電子系化合物では、多数の電子がクーロン斥力によって強く相互作用しあうことで、磁性や超伝導などの実用的に有用な様々な機能物性が発現する。それらの物性を理解する上で、外場への応答を表す感受率が重要な役割を果たす。しかし、現実の強相関化合物に対する感受率の計算は、数値計算の難しさのために実現していない。本研究では、データ科学的な方法論を応用することで、強相関化合物の感受率計算の実現に向けた多くの進...
❏計算科学によるアストロバイオロジーへの理論的挑戦(16K13782)
【研究テーマ】天文学
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】相川 祐理 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40324909)
【キーワード】量子化学計算 / アストロケミストリー / 惑星系形成 / 星間化学 / アストロバイオロジー (他10件)
【概要】生命の材料物質となる有機分子の生成については、分子雲から原始地球までさまざまな環境での反応過程が提案されている。どのような環境、過程が最も効くのか定量的な評価には、各反応過程でおこる素反応の反応経路や反応速度の解明が不可欠である。本研究ではパイロットスタディとして、星・惑星系形成領域におけるグリシンをはじめとする有機分子の生成破壊に関わる素反応の活性化エネルギーや分岐比を第一原理に基づく量子化学計...
【数物系科学】天文学：超伝導 ／第一原理計算を含む研究件
❏小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連(0)
【研究テーマ】2018
【研究種目】強相関電子系
【研究期間】磁性
【研究代表者】超伝導
【キーワード】第一原理計算
【概要】本研究では、磁性や超伝導などの機能物性を第一原理的に記述する実用的な理論の構築を目指して、動的平均場法（DMFT法）によって強相関効果を考慮した第一原理計算法（DFT+DMFT法）の発展とその応用に取り組む。全研究期間を通した研究計画は、DFT+DMFT法に関連した理論構築とその適用範囲を検証する“基礎”と適用限界の範囲で強相関化合物の物質設計に応用する“応用”に分かれる。本年度は基礎に関する以下...
❏従来型・非従来型超伝導体に対する超伝導密度汎関数理論の開発と応用(19K14654)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2019-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】野本 拓也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (60804200)
【キーワード】超伝導 / 第一原理計算 / 超伝導密度汎関数理論 / Migdal-Eliashberg理論 / 非従来型超伝導
【概要】本研究課題では、非経験的第一原理計算に基づく超伝導計算手法の開発を行った。特に、超伝導密度汎関数理論へのスピン軌道相互作用の導入・奇パリティ超伝導計算の実装を行い、Sn1-xInxTeおよびCuxBi2Se3の超伝導発現機構の解析を行った。また、中間表現基底＋スパースサンプリングの手法を適用し、従来困難だった転移温度の低い超伝導体において、第一原理的Migdal-Eliashberg計算からその転...
❏高次元データの次元圧縮によって実現する磁性と超伝導の第一原理計算(18H01158)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】大槻 純也 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
【キーワード】強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / スパースモデリング (他12件)
【概要】強相関電子系化合物では、多数の電子がクーロン斥力によって強く相互作用しあうことで、磁性や超伝導などの実用的に有用な様々な機能物性が発現する。それらの物性を理解する上で、外場への応答を表す感受率が重要な役割を果たす。しかし、現実の強相関化合物に対する感受率の計算は、数値計算の難しさのために実現していない。本研究では、データ科学的な方法論を応用することで、強相関化合物の感受率計算の実現に向けた多くの進...
【化学】基礎化学：量子化学 ／第一原理計算を含む研究件
❏有機光電変換系の光誘起電荷分離機構の理論的解明(24550006)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電子移動 / 量子ダイナミックス / 第一原理計算 (他9件)
【概要】有機薄膜太陽電池の潜在力を最大限引き出すためには、光吸収、励起子拡散、ドナー-アクセプター界面でのキャリア生成、電子・正孔の電極への輸送の各素過程の効率やエネルギー損失が生じるメカニズムを解明し、材料設計の指針を得ることが重要である。有機半導体は誘電率が低いため電子-正孔間の静電引力が電荷分離状態（CT）を界面に局在させる傾向がある。このため、どのように静電障壁に打ち勝って励起子からフリーな電子-...
❏新量子化学文献データベースシステムの開発(13554020)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2001 - 2003
【研究代表者】松下 叔夫 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (80229468)
【キーワード】量子化学文献データベース / 量子化学 / データベース / 非経験的分子軌道法 / ab initio計算 (他9件)
【概要】量子化学文献データベース(以下QCLDBと略す)は、国内外の主要な学術雑誌に発表された、非経験的量子化学計算に関する文献を収録したデータベースであり、広く世界中の研究者に利用されている。本研究の目的は、QCLDBを、さらに質の高いデータベースとして、恒常的に提供するため、システム全体を見直し、新しいQCLDB(以下QCLDBIIと略す)を構築することである。このため、先ず、データの書式や項目などの...
【化学】材料化学：量子化学計算 ／第一原理計算を含む研究件
❏有機高分子材料のスマート電気物性設計法の考案(18K18848)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2018-06-29 - 2021-03-31
【研究代表者】熊田 亜紀子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20313009)
【キーワード】第一原理計算 / 分子動力学計算 / 電荷移動度 / ポリマー / tim-of-flight (他19件)
【概要】本研究では第一原理計算を基本とした多階層計算方法を開発し、これを高分子絶縁材料に適用し、高分子材料中の電荷移動の特徴を明らかにすることができた。計算結果はポリマーの場合、多様な指針に基づき、電荷移動特性を制御できることを示唆した。さらに、多階層計算によって実験的に得られるマクロな電流波形をもとめる方法を開発した。また、電荷移動度を実験的に得るための絶縁材料用のTOF測定装置を構築した。その結果、計...
❏計算科学によるアストロバイオロジーへの理論的挑戦(16K13782)
【研究テーマ】天文学
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】相川 祐理 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (40324909)
【キーワード】量子化学計算 / アストロケミストリー / 惑星系形成 / 星間化学 / アストロバイオロジー (他10件)
【概要】生命の材料物質となる有機分子の生成については、分子雲から原始地球までさまざまな環境での反応過程が提案されている。どのような環境、過程が最も効くのか定量的な評価には、各反応過程でおこる素反応の反応経路や反応速度の解明が不可欠である。本研究ではパイロットスタディとして、星・惑星系形成領域におけるグリシンをはじめとする有機分子の生成破壊に関わる素反応の活性化エネルギーや分岐比を第一原理に基づく量子化学計...
❏新量子化学文献データベースシステムの開発(13554020)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2001 - 2003
【研究代表者】松下 叔夫 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (80229468)
【キーワード】量子化学文献データベース / 量子化学 / データベース / 非経験的分子軌道法 / ab initio計算 (他9件)
【概要】量子化学文献データベース(以下QCLDBと略す)は、国内外の主要な学術雑誌に発表された、非経験的量子化学計算に関する文献を収録したデータベースであり、広く世界中の研究者に利用されている。本研究の目的は、QCLDBを、さらに質の高いデータベースとして、恒常的に提供するため、システム全体を見直し、新しいQCLDB(以下QCLDBIIと略す)を構築することである。このため、先ず、データの書式や項目などの...
【化学】複合化学：有機太陽電池 ／第一原理計算を含む研究件
❏太陽光の効率利用のための励起子・電荷ダイナミックスの基礎理論の構築(18H01937)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60390655)
【キーワード】電子移動 / 励起エネルギー移動 / シングレット・フィッション / アップコンバージョン / 光合成 (他14件)
【概要】本研究では、分子集合体中で一重項励起子から２つの三重項励起子が生成するシングレット・フィッションおよび逆反応のTTAのメカニズムを第一原理計算と量子ダイナミックス計算で解析し、分子のパッキング構造が反応機構に与える影響を明らかにした。また、ランタニドナノクラスターに吸着した分子系について、スピン軌道相互作用と電子交換によるアップコンバージョン機構を明らかにした。同様のアプローチで、光合成の反応中心...
❏大規模電子状態計算と量子ダイナミックス計算を統合した有機光電変換系の研究(15K05374)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電荷分離 / 有機系太陽電池 / シングレットフィッション (他8件)
【概要】有機薄膜太陽電池のドナー‐アクセプター界面でのフリーキャリアの生成と電荷再結合との競合は太陽電池のエネルギー変換効率を決定する重要な過程である。有機半導体は誘電率が低く静電引力が電子・正孔対を界面にトラップさせる傾向があるため、効率的なフリーキャリアの生成がどのように起こるのかが議論の的となっている。研究代表者は、第一原理計算と量子ダイナミックス計算を統合した理論解析を用いて、励起子が界面に局在し...
❏有機光電変換系の光誘起電荷分離機構の理論的解明(24550006)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電子移動 / 量子ダイナミックス / 第一原理計算 (他9件)
【概要】有機薄膜太陽電池の潜在力を最大限引き出すためには、光吸収、励起子拡散、ドナー-アクセプター界面でのキャリア生成、電子・正孔の電極への輸送の各素過程の効率やエネルギー損失が生じるメカニズムを解明し、材料設計の指針を得ることが重要である。有機半導体は誘電率が低いため電子-正孔間の静電引力が電荷分離状態（CT）を界面に局在させる傾向がある。このため、どのように静電障壁に打ち勝って励起子からフリーな電子-...
【化学】複合化学：有機薄膜太陽電池 ／第一原理計算を含む研究件
❏大規模電子状態計算と量子ダイナミックス計算を統合した有機光電変換系の研究(15K05374)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電荷分離 / 有機系太陽電池 / シングレットフィッション (他8件)
【概要】有機薄膜太陽電池のドナー‐アクセプター界面でのフリーキャリアの生成と電荷再結合との競合は太陽電池のエネルギー変換効率を決定する重要な過程である。有機半導体は誘電率が低く静電引力が電子・正孔対を界面にトラップさせる傾向があるため、効率的なフリーキャリアの生成がどのように起こるのかが議論の的となっている。研究代表者は、第一原理計算と量子ダイナミックス計算を統合した理論解析を用いて、励起子が界面に局在し...
❏有機光電変換系の光誘起電荷分離機構の理論的解明(24550006)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電子移動 / 量子ダイナミックス / 第一原理計算 (他9件)
【概要】有機薄膜太陽電池の潜在力を最大限引き出すためには、光吸収、励起子拡散、ドナー-アクセプター界面でのキャリア生成、電子・正孔の電極への輸送の各素過程の効率やエネルギー損失が生じるメカニズムを解明し、材料設計の指針を得ることが重要である。有機半導体は誘電率が低いため電子-正孔間の静電引力が電荷分離状態（CT）を界面に局在させる傾向がある。このため、どのように静電障壁に打ち勝って励起子からフリーな電子-...
【化学】複合化学：高分子 ／第一原理計算を含む研究件
❏有機高分子材料のスマート電気物性設計法の考案(18K18848)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2018-06-29 - 2021-03-31
【研究代表者】熊田 亜紀子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20313009)
【キーワード】第一原理計算 / 分子動力学計算 / 電荷移動度 / ポリマー / tim-of-flight (他19件)
【概要】本研究では第一原理計算を基本とした多階層計算方法を開発し、これを高分子絶縁材料に適用し、高分子材料中の電荷移動の特徴を明らかにすることができた。計算結果はポリマーの場合、多様な指針に基づき、電荷移動特性を制御できることを示唆した。さらに、多階層計算によって実験的に得られるマクロな電流波形をもとめる方法を開発した。また、電荷移動度を実験的に得るための絶縁材料用のTOF測定装置を構築した。その結果、計...
❏高分子ナノコンポジット材料の電気的特性発現機構の解明(17H06611)
【研究テーマ】電力工学・電力変換・電気機器
【研究種目】研究活動スタート支援
【研究期間】2017-08-25 - 2019-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (40805769)
【キーワード】絶縁材料 / 誘電材料 / 高分子 / 電荷輸送 / 移動度 (他12件)
【概要】本研究ではまず、高分子絶縁材料中の電荷移動特性を評価すべく、高分子結晶領域および、アモルファス領域における電荷移動度を量子化学計算、分子動力学計算、KMCシミュレーション(および、高分子鎖の統計的な性質)をあわせることで、経験的なパラメータを用いること無く評価する方法を提案した。ポリエチレン(PE)材料に関して、結晶、非晶領域における電荷移動度を評価した結果、PE のアモルファス領域における正孔移...
【化学】複合化学：電子移動 ／第一原理計算を含む研究件
❏太陽光の効率利用のための励起子・電荷ダイナミックスの基礎理論の構築(18H01937)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60390655)
【キーワード】電子移動 / 励起エネルギー移動 / シングレット・フィッション / アップコンバージョン / 光合成 (他14件)
【概要】本研究では、分子集合体中で一重項励起子から２つの三重項励起子が生成するシングレット・フィッションおよび逆反応のTTAのメカニズムを第一原理計算と量子ダイナミックス計算で解析し、分子のパッキング構造が反応機構に与える影響を明らかにした。また、ランタニドナノクラスターに吸着した分子系について、スピン軌道相互作用と電子交換によるアップコンバージョン機構を明らかにした。同様のアプローチで、光合成の反応中心...
❏有機光電変換系の光誘起電荷分離機構の理論的解明(24550006)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電子移動 / 量子ダイナミックス / 第一原理計算 (他9件)
【概要】有機薄膜太陽電池の潜在力を最大限引き出すためには、光吸収、励起子拡散、ドナー-アクセプター界面でのキャリア生成、電子・正孔の電極への輸送の各素過程の効率やエネルギー損失が生じるメカニズムを解明し、材料設計の指針を得ることが重要である。有機半導体は誘電率が低いため電子-正孔間の静電引力が電荷分離状態（CT）を界面に局在させる傾向がある。このため、どのように静電障壁に打ち勝って励起子からフリーな電子-...
【生物学】基礎生物学：結晶構造解析 ／第一原理計算を含む研究件
❏高効率アップコンバージョン型酸化物蛍光体の創製とその発光機構の解明(20K05065)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】山本 知之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40298196)
【キーワード】アップコンバージョン蛍光体 / 局所環境解析 / 第一原理計算 / エネルギーハーべスティング / 結晶構造解析 (他6件)
【概要】本研究では，吸収した光をより高いエネルギーの光に変換して放出するアップコンバージョン現象に着目し，近赤外光を可視光に変換して太陽電池発電に寄与できるようにすることを目指した高効率・高耐久のアップコンバージョン型蛍光体の創製と，そのようなアップコンバージョン型蛍光体として知られている希土類添加型酸化物におけるアップコンバージョン現象のメカニズムの解明を目指している．具体的には，種々のマトリックスに希...
❏第一原理計算と実験・計測のデータ同化による物質構造探査手法の開発と実証(17H02930)
【研究テーマ】数理物理・物性基礎
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31
【研究代表者】常行 真司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90197749)
【キーワード】物質構造探索 / データ同化 / 第一原理計算 / 結晶構造解析 / 物質構造探査
【概要】第一原理計算とデータ科学的手法を組み合わせることにより、実測データを活かして物質の結晶構造解析を可能にするデータ同化構造探索手法の開発を行った。X線粉末回折実験データと原子位置から計算される粉末回折データとの差異によってペナルティー関数を定義し、このペナルティ関数を原子位置で決まるポテンシャルエネルギー関数に加えてコスト関数とする。このコスト関数の大局的な最安定点を探査することにより、局所的な構造...
【総合理工】エネルギー学：電極/電解液界面 ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算と溶液理論を用いたリチウムイオン電池の電荷移動反応の研究(20K15376)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】春山 潤 東京大学, 物性研究所, 助教 (80772003)
【キーワード】第一原理計算 / 金属/水界面 / 燃料電池 / リチウムイオン電池 (他11件)
【概要】金属/水溶液界面は様々な電気化学反応の起こる舞台であり, 金属表面上の水分子の振る舞いを理解・予測することは, 電気化学デバイスの性能向上に必要となる. 例えば燃料電池の変換効率は各電極で起こる水素・酸素発生反応における反応中間体の安定性が重要と考えられ, 金属表面における水の基礎的性質を明らかにすることで変換効率上昇への貢献が期待できる. 昨年度は研究開始次年度として, Pt(111)表面の吸着...
❏第一原理計算による全固体リチウムイオン電池の正極/電解質界面の研究(16K17969)
【研究テーマ】無機工業材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31
【研究代表者】春山 潤 東京大学, 物性研究所, 助教 (80772003)
【キーワード】電極/電解質界面 / 第一原理計算 / Liイオン電池 / 全固体電池 (他15件)
【概要】本研究では第一原理計算を用いて全固体型LIBの正極/電解質界面の微視的情報から抵抗の発生機構の解明を目的とした. 正極/電解質界面における交換欠陥の形成エネルギーから発生頻度の高い構造を調べ, LiCoO2/Li3PS4界面のCo原子はP siteを経由して拡散できることを示した. また液体型LIBのグラファイト電極/電解液界面における電荷移動反応の密度汎関数理論＋溶液理論計算を行い, その活性化...
【総合理工】ナノ・マイクロ科学：非平衡グリーン関数法 ／第一原理計算を含む研究件
❏界面における電子輸送と化学反応の量子ダイナミクス(19350006)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2007 - 2008
【研究代表者】山下 晃一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40175659)
【キーワード】固体界面 / 電子輸送 / 化学反応 / 量子ダイナミクス / 色素増感型太陽電池 (他19件)
【概要】従来の量子化学的手法を越えて、(1)固体-分子吸着系(より一般に界面)は量子力学的開放系である、(2)原子核の運動と電子の運動の分離性が明確でない点、を考慮に入れた第一原理計算スキームを確立し、界面での電子移動・電子輸送とそれに誘起される化学反応量子ダイナミクス、具体的には、(1)表面吸着分子のコンダクタンスの定量的計算、(2)表面における電子格子相互作用と電子密度波の解析、(3)色素増感型太陽電...
❏化学反応活性化型分子デバイスの設計を目的とした第一原理計算プログラムの開発(17710114)
【研究テーマ】マイクロ・ナノデバイス
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2005 - 2007
【研究代表者】多田 朋史 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教 (40376512)
【キーワード】第一原理計算 / 非平衡グリーン関数法 / 分子デバイス / 分子ワイヤ / 非平衡状態 (他6件)
【概要】化学反応活性化型の分子デバイス設計を目的とした第一原理計算プログラムの開発においては、分子デバイス(非平衡開放系)の電子状態計算を行うためのプログラムが必要であるため、本研究課題にて第一原理計算プログラム・ガウシアンに非平衡グリーン関数法プログラムを組み込むことで本研究の目的を達成した。 1.昨年度において導入したガウシアンベースのグリーン関数法をもとに、印加電圧の影響を計算できる非平衡グリーン関...
【総合理工】応用物理学：シングレット・フィッション ／第一原理計算を含む研究件
❏太陽光の効率利用のための励起子・電荷ダイナミックスの基礎理論の構築(18H01937)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60390655)
【キーワード】電子移動 / 励起エネルギー移動 / シングレット・フィッション / アップコンバージョン / 光合成 (他14件)
【概要】本研究では、分子集合体中で一重項励起子から２つの三重項励起子が生成するシングレット・フィッションおよび逆反応のTTAのメカニズムを第一原理計算と量子ダイナミックス計算で解析し、分子のパッキング構造が反応機構に与える影響を明らかにした。また、ランタニドナノクラスターに吸着した分子系について、スピン軌道相互作用と電子交換によるアップコンバージョン機構を明らかにした。同様のアプローチで、光合成の反応中心...
❏大規模電子状態計算と量子ダイナミックス計算を統合した有機光電変換系の研究(15K05374)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電荷分離 / 有機系太陽電池 / シングレットフィッション (他8件)
【概要】有機薄膜太陽電池のドナー‐アクセプター界面でのフリーキャリアの生成と電荷再結合との競合は太陽電池のエネルギー変換効率を決定する重要な過程である。有機半導体は誘電率が低く静電引力が電子・正孔対を界面にトラップさせる傾向があるため、効率的なフリーキャリアの生成がどのように起こるのかが議論の的となっている。研究代表者は、第一原理計算と量子ダイナミックス計算を統合した理論解析を用いて、励起子が界面に局在し...
【総合理工】応用物理学：有機系太陽電池 ／第一原理計算を含む研究件
❏太陽光の効率利用のための励起子・電荷ダイナミックスの基礎理論の構築(18H01937)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60390655)
【キーワード】電子移動 / 励起エネルギー移動 / シングレット・フィッション / アップコンバージョン / 光合成 (他14件)
【概要】本研究では、分子集合体中で一重項励起子から２つの三重項励起子が生成するシングレット・フィッションおよび逆反応のTTAのメカニズムを第一原理計算と量子ダイナミックス計算で解析し、分子のパッキング構造が反応機構に与える影響を明らかにした。また、ランタニドナノクラスターに吸着した分子系について、スピン軌道相互作用と電子交換によるアップコンバージョン機構を明らかにした。同様のアプローチで、光合成の反応中心...
❏大規模電子状態計算と量子ダイナミックス計算を統合した有機光電変換系の研究(15K05374)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電荷分離 / 有機系太陽電池 / シングレットフィッション (他8件)
【概要】有機薄膜太陽電池のドナー‐アクセプター界面でのフリーキャリアの生成と電荷再結合との競合は太陽電池のエネルギー変換効率を決定する重要な過程である。有機半導体は誘電率が低く静電引力が電子・正孔対を界面にトラップさせる傾向があるため、効率的なフリーキャリアの生成がどのように起こるのかが議論の的となっている。研究代表者は、第一原理計算と量子ダイナミックス計算を統合した理論解析を用いて、励起子が界面に局在し...
【総合理工】応用物理学：走査透過電子顕微鏡法 ／第一原理計算を含む研究件
❏粒界数理学の構築に基づく機能材料創出(21H01612)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31
【研究代表者】井上 和俊 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (60743036)
【キーワード】粒界 / 原子構造 / 酸化物 / 走査透過型電子顕微鏡法 / 第一原理計算 (他7件)
【概要】金属・酸化物等から構成される機能材料は多結晶体として用いられ, 種々の格子欠陥が材料の機能特性に多大な影響を及ぼすことが知られている. 特に粒界構造を系統的に記述することは重要であるが, 傾角粒界近傍の原子構造は従来二次元構造ユニット配列で記述されてきた. 一方, 結晶の三次元構造は特定の多面体によって充填されることが知られているが, 粒界近傍を充填する場合, 母結晶の多面体を歪ませた多面体の他に...
❏第一原理計算による機能材料界面の原子構造と量子輸送特性の解明(16F16705)
【研究テーマ】結晶工学
【研究種目】特別研究員奨励費
【研究期間】2016-07-27 - 2019-03-31
【研究代表者】幾原 雄一 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (70192474)
【キーワード】第一原理計算 / 走査透過型電子顕微鏡法 / 異種界面 / 電子状態 / 双晶 (他8件)
【概要】本研究では、機能材料中の異種界面および双晶界面の原子構造と電子状態について、最先端の原子分解能走査透過型電子顕微鏡法(STEM)と密度汎関数法による第一原理計算により研究を行った。 金属と酸化物により形成される異種界面では、界面の原子構造が機能特性に多大な影響を及ぼす。また、界面の原子構造と電子状態は、酸化物結晶の界面における極性に依存して大きく異なると考えられる。本研究では、分子線エピタキシー法...
【総合理工】応用物理学：光電気化学 ／第一原理計算を含む研究件
❏分光測定および第一原理計算を用いた光触媒・電解液界面構造の解明(20K14775)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 雰囲気XPS / 第一原理計算 / その場観察 / 半導体 (他13件)
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏光電気化学反応における触媒/溶液界面構造の解明と制御(18K13784)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 光電極 / 第一原理計算 / 雰囲気XPS / 界面 (他13件)
【概要】本研究では、雰囲気光電子分光(XPS)および、第一原理計算によって、光触媒/電解液界面を解析した。第一原理モデリングに関しては光触媒の動作環境下の界面を過剰電荷を含んだ界面の計算によって模擬する方法を提案した。また、同手法を用いて予測した光触媒/電解液界面構造の時間発展をモデル化し、雰囲気XPS実験結果と比較した。その結果、界面の幾何構造のみならず、その電子構造(電子準位接続)が第一原理計算によっ...
【総合理工】応用物理学：電荷移動反応 ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算と溶液理論を用いたリチウムイオン電池の電荷移動反応の研究(20K15376)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】春山 潤 東京大学, 物性研究所, 助教 (80772003)
【キーワード】第一原理計算 / 金属/水界面 / 燃料電池 / リチウムイオン電池 (他11件)
【概要】金属/水溶液界面は様々な電気化学反応の起こる舞台であり, 金属表面上の水分子の振る舞いを理解・予測することは, 電気化学デバイスの性能向上に必要となる. 例えば燃料電池の変換効率は各電極で起こる水素・酸素発生反応における反応中間体の安定性が重要と考えられ, 金属表面における水の基礎的性質を明らかにすることで変換効率上昇への貢献が期待できる. 昨年度は研究開始次年度として, Pt(111)表面の吸着...
❏第一原理計算による全固体リチウムイオン電池の正極/電解質界面の研究(16K17969)
【研究テーマ】無機工業材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31
【研究代表者】春山 潤 東京大学, 物性研究所, 助教 (80772003)
【キーワード】電極/電解質界面 / 第一原理計算 / Liイオン電池 / 全固体電池 (他15件)
【概要】本研究では第一原理計算を用いて全固体型LIBの正極/電解質界面の微視的情報から抵抗の発生機構の解明を目的とした. 正極/電解質界面における交換欠陥の形成エネルギーから発生頻度の高い構造を調べ, LiCoO2/Li3PS4界面のCo原子はP siteを経由して拡散できることを示した. また液体型LIBのグラファイト電極/電解液界面における電荷移動反応の密度汎関数理論＋溶液理論計算を行い, その活性化...
【総合理工】応用物理学：動的平均場法 ／第一原理計算を含む研究件
❏物質設計を見据えた強相関理論の構築(21H01041)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】大槻 純也 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
【キーワード】強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / 多極子秩序 (他7件)
【概要】本研究では、磁性や超伝導などの機能物性を第一原理的に記述する実用的な理論の構築を目指して、動的平均場法（DMFT法）によって強相関効果を考慮した第一原理計算法（DFT+DMFT法）の発展とその応用に取り組む。全研究期間を通した研究計画は、DFT+DMFT法に関連した理論構築とその適用範囲を検証する“基礎”と適用限界の範囲で強相関化合物の物質設計に応用する“応用”に分かれる。本年度は基礎に関する以下...
❏高次元データの次元圧縮によって実現する磁性と超伝導の第一原理計算(18H01158)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】大槻 純也 岡山大学, 異分野基礎科学研究所, 准教授 (60513877)
【キーワード】強相関電子系 / 磁性 / 超伝導 / 第一原理計算 / スパースモデリング (他12件)
【概要】強相関電子系化合物では、多数の電子がクーロン斥力によって強く相互作用しあうことで、磁性や超伝導などの実用的に有用な様々な機能物性が発現する。それらの物性を理解する上で、外場への応答を表す感受率が重要な役割を果たす。しかし、現実の強相関化合物に対する感受率の計算は、数値計算の難しさのために実現していない。本研究では、データ科学的な方法論を応用することで、強相関化合物の感受率計算の実現に向けた多くの進...
【総合理工】応用物理学：物質設計 ／第一原理計算を含む研究件
❏マルチポロニクスの第一原理物質設計(21H04437)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2021-04-05 - 2024-03-31
【研究代表者】有田 亮太郎 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (80332592)
【キーワード】反強磁性体 / 磁気構造予測 / 第一原理計算 / 物質設計
【概要】(1) 結晶構造の情報を使った磁気構造予測については、これまで、磁気構造の発生に伴ってユニットセルが大きくならない場合に注目してきた。この方法は今年度、パイロクロア酸化物のうち、磁気構造が実験的によく理解されていなかった物質や遷移金属をインタカレートした遷移金属ダイカルコゲナイドなどに適用され、実験結果の解釈に大きく貢献した。一方、従来の方法を拡張し、磁気構造の発生に伴ってユニットセルが大きくなる...
❏機械学習と物性理論の分野融合的アプローチによる強相関第一原理計算(20K14423)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】野村 悠祐 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (20793756)
【キーワード】機械学習 / 人工ニューラルネットワーク / 強相関電子系 / 手法開発 / 量子多体系 (他11件)
【概要】本研究の目的の一つは、人工ニューラルネットワーク/機械学習と量子多体論を融合した強力かつ汎用的な強相関数値計算手法を開発することである。その新たな手法と密度汎関数理論などの第一原理計算を組みあわせて、実存する強相関電子系へ適用を行い、高精度な定量計算の実現を目指す。そのため、研究の柱は新たな手法開発である。同時に新手法の精度検証も重要な課題になってくる。 今年度は有限温度計算を可能にする新たな人...
❏強相関物質設計と機能開拓 －非平衡系・非周期系への挑戦－(16H06345)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(S)
【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31
【研究代表者】今田 正俊 早稲田大学, 理工学術院, 上級研究員(研究院教授) (70143542)
【キーワード】第一原理計算 / 強相関電子系 / 階層的第一原理強相関電子状態計算法 / 高温超伝導 / 量子流体と量子スピン液体 (他21件)
【概要】強相関電子系を第一原理的に解明するための手法を標準手法として確立し、コードの公開・普及を行なった。機械学習を導入して、世界最高精度の量子多体ソルバーを開発し適用したことや、隠れた物理量抽出のための分光実験データ解析へ適用したことは当初の予定を超えた成果である。開発手法を、銅酸化物に代表される高温超伝導体や分子性結晶に見られる量子スピン液体の候補に適用し、初めて実験相図の任意パラメタなしでの再現に成...
【総合理工】応用物理学：トポロジカル物質 ／第一原理計算を含む研究件
❏ハイスループット磁性・バンドエンジニアリングによるトポロジカル磁性材料の物質設計(21H01789)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2021-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】鈴木 通人 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10596547)
【キーワード】磁性 / 第一原理計算 / 群論 / ハイスループット計算 / トポロジカル物質 (他6件)
【概要】初年度は第一原理計算によるトポロジカル物質の特異な縮退バンド構造と輸送現象に関する系統的な研究を実施し、ワイル磁性半金属として知られるCo3Sn2S2に対するInドープの効果と異常ホール・異常ネルンスト効果の解析、ディラック反強磁性体として知られるCuMnAsのスピンホール効果と磁場有起異常ホール効果の解析に関して、論文を出版している[Yanagi et al, Phys. Rev. B 103,...
❏強相関物質設計と機能開拓 －非平衡系・非周期系への挑戦－(16H06345)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(S)
【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31
【研究代表者】今田 正俊 早稲田大学, 理工学術院, 上級研究員(研究院教授) (70143542)
【キーワード】第一原理計算 / 強相関電子系 / 階層的第一原理強相関電子状態計算法 / 高温超伝導 / 量子流体と量子スピン液体 (他21件)
【概要】強相関電子系を第一原理的に解明するための手法を標準手法として確立し、コードの公開・普及を行なった。機械学習を導入して、世界最高精度の量子多体ソルバーを開発し適用したことや、隠れた物理量抽出のための分光実験データ解析へ適用したことは当初の予定を超えた成果である。開発手法を、銅酸化物に代表される高温超伝導体や分子性結晶に見られる量子スピン液体の候補に適用し、初めて実験相図の任意パラメタなしでの再現に成...
【総合理工】応用物理学：電子格子相互作用 ／第一原理計算を含む研究件
❏機械学習と物性理論の分野融合的アプローチによる強相関第一原理計算(20K14423)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】野村 悠祐 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (20793756)
【キーワード】機械学習 / 人工ニューラルネットワーク / 強相関電子系 / 手法開発 / 量子多体系 (他11件)
【概要】本研究の目的の一つは、人工ニューラルネットワーク/機械学習と量子多体論を融合した強力かつ汎用的な強相関数値計算手法を開発することである。その新たな手法と密度汎関数理論などの第一原理計算を組みあわせて、実存する強相関電子系へ適用を行い、高精度な定量計算の実現を目指す。そのため、研究の柱は新たな手法開発である。同時に新手法の精度検証も重要な課題になってくる。 今年度は有限温度計算を可能にする新たな人...
❏強相関物質における格子自由度の役割解明とフォノンがもたらす機能物性の探索(17K14336)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】野村 悠祐 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (20793756)
【キーワード】電子格子相互作用 / 機械学習 / ニッケル酸化物 / 物質デザイン / 超伝導 (他12件)
【概要】磁性や超伝導などの様々な機能物性を示す強相関物質においては、電子自由度がフォノン(格子振動)自由度と密接に絡み合って物性を発現する。これまで電子自由度が作り出す非自明な物性は盛んに研究されているが、強相関物質におけるフォノンの役割に関しては未解明な部分が多い。本研究の目的は、強相関系における電子とフォノン自由度の絡み合いの理解を進展させることであった。本研究では、機械学習を用いた強力な電子格子結合...
❏界面における電子輸送と化学反応の量子ダイナミクス(19350006)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2007 - 2008
【研究代表者】山下 晃一 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (40175659)
【キーワード】固体界面 / 電子輸送 / 化学反応 / 量子ダイナミクス / 色素増感型太陽電池 (他19件)
【概要】従来の量子化学的手法を越えて、(1)固体-分子吸着系(より一般に界面)は量子力学的開放系である、(2)原子核の運動と電子の運動の分離性が明確でない点、を考慮に入れた第一原理計算スキームを確立し、界面での電子移動・電子輸送とそれに誘起される化学反応量子ダイナミクス、具体的には、(1)表面吸着分子のコンダクタンスの定量的計算、(2)表面における電子格子相互作用と電子密度波の解析、(3)色素増感型太陽電...
【総合理工】応用物理学：走査型トンネル顕微鏡(STM) ／第一原理計算を含む研究件
❏機能性半導体グラフェンの設計と創製(19H01823)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】齋藤 晋 東京工業大学, 理学院, 教授 (00262254)
【キーワード】グラフェン / 半導体 / 電子構造計算 / STM / 第一原理計算 (他7件)
【概要】精密な第一原理電子構造計算に基づいて各種の周期的構造修飾されたグラフェン系の設計研究を展開し、既に詳しい知見が得られていた六方晶の周期で構造修飾されたグラフェンに加えて、今年度は長方晶の周期で構造修飾されたグラフェンについて、詳細な研究を展開した。長方晶では、格子定数が二つ（ a および b ）あるため、(1)半導体となる構造修飾パターンの a および b 依存性、(2)半導体となる場合のバンドギ...
❏半導体表面と化学結合した単一有機分子および有機分子配列系の電子物性(16310070)
【研究テーマ】ナノ構造科学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2004 - 2005
【研究代表者】吉信 淳 東京大学, 物性研究所, 助教授 (50202403)
【キーワード】シリコン / 表面 / 有機分子 / 電子エネルギー損失分光 / 走査型トンネル顕微鏡 (他12件)
【概要】実験と理論両面からSi(100)表面に吸着した有機分子の構造と電子物性について研究を行い,以下の成果を得た. (1)低温のSi(100)c(4x2)表面に2メチルプロペンやプロピレンを吸着させ,その吸着状態を電子エネルギー損失分光(EELS),走査型トンネル顕微鏡(STM),第一原理計算を用いて詳細に調べた.非対称大マーに対してマルコフニコフ則が成り立つように吸着することが解明された. (2)低温...
【総合理工】応用物理学：磁性体 ／第一原理計算を含む研究件
❏反強磁性ドメインの形成と制御の理論研究(20K21067)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2020-07-30 - 2022-03-31
【研究代表者】鈴木 通人 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10596547)
【キーワード】磁性体 / 輸送現象 / 第一原理計算 / 磁性 / 反強磁性
【概要】磁性体の磁気構造評価や複雑な磁気秩序形成下における物性発現機構の研究に取り組み、第一原理計算による磁性体の輸送現象を対象とした研究を実施した。磁性体におけるスピンホール効果や磁場下における輸送現象にも研究対象を広げ、磁気構造や電子構造が磁性体に特有の現象である異常ホール効果や異常ネルンスト効果の他、磁性体のスピンホール効果や磁場下における異常ホール効果・スピンホール効果、トポロジカルホール効果など...
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
【総合理工】環境化学：電荷分離 ／第一原理計算を含む研究件
❏太陽光の効率利用のための励起子・電荷ダイナミックスの基礎理論の構築(18H01937)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60390655)
【キーワード】電子移動 / 励起エネルギー移動 / シングレット・フィッション / アップコンバージョン / 光合成 (他14件)
【概要】本研究では、分子集合体中で一重項励起子から２つの三重項励起子が生成するシングレット・フィッションおよび逆反応のTTAのメカニズムを第一原理計算と量子ダイナミックス計算で解析し、分子のパッキング構造が反応機構に与える影響を明らかにした。また、ランタニドナノクラスターに吸着した分子系について、スピン軌道相互作用と電子交換によるアップコンバージョン機構を明らかにした。同様のアプローチで、光合成の反応中心...
❏大規模電子状態計算と量子ダイナミックス計算を統合した有機光電変換系の研究(15K05374)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電荷分離 / 有機系太陽電池 / シングレットフィッション (他8件)
【概要】有機薄膜太陽電池のドナー‐アクセプター界面でのフリーキャリアの生成と電荷再結合との競合は太陽電池のエネルギー変換効率を決定する重要な過程である。有機半導体は誘電率が低く静電引力が電子・正孔対を界面にトラップさせる傾向があるため、効率的なフリーキャリアの生成がどのように起こるのかが議論の的となっている。研究代表者は、第一原理計算と量子ダイナミックス計算を統合した理論解析を用いて、励起子が界面に局在し...
❏有機光電変換系の光誘起電荷分離機構の理論的解明(24550006)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電子移動 / 量子ダイナミックス / 第一原理計算 (他9件)
【概要】有機薄膜太陽電池の潜在力を最大限引き出すためには、光吸収、励起子拡散、ドナー-アクセプター界面でのキャリア生成、電子・正孔の電極への輸送の各素過程の効率やエネルギー損失が生じるメカニズムを解明し、材料設計の指針を得ることが重要である。有機半導体は誘電率が低いため電子-正孔間の静電引力が電荷分離状態（CT）を界面に局在させる傾向がある。このため、どのように静電障壁に打ち勝って励起子からフリーな電子-...
【工学】材料工学：機械学習ポテンシャル ／第一原理計算を含む研究件
❏水素誘起材料劣化機構の包括的な動的過程解析(20K15013)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】清水 康司 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00838378)
【キーワード】機械学習ポテンシャル / 第一原理計算 / 荷電欠陥 / 水素脆化 / 量子効果 (他8件)
【概要】水素曝露による金属材料の劣化機構の解析に向けて、密度汎関数理論（DFT）に基づく第一原理計算データから機械学習手法によって原子間ポテンシャルを作成する取り組み（機械学習ポテンシャル）を昨年度に引き続き進めた。アルミニウム材料の劣化機構においては、酸化被膜と金属アルミニウムの界面での原子拡散の重要性が指摘されている。また、酸化物中に存在する水素の荷電状態を調べることも重要である。しかし、これまでに提...
❏第一原理計算からの気液固複合相ヘテロ界面の実在系非平衡シミュレーション(19K22044)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2019-06-28 - 2022-03-31
【研究代表者】多田 朋史 九州大学, エネルギー研究教育機構, 教授 (40376512)
【キーワード】第一原理計算 / ヘテロ界面 / 機械学習ポテンシャル / マルチカノニカル / モンテカルロ (他15件)
【概要】本研究は機能性デバイスを理論的に設計する上で必要となる原子・分子スケールの微視的モデルを用いてバルク材料と他相（気相、液相、固相）との接合界面（ヘテロ界面）の高精度大規模計算を実現するための理論的枠組み構築を目的とした理論研究である。高精度な構造表現には第一原理計算を学習データとする機械学習ポテンシャル法、反応の速度論的評価にはマルチカノニカル法、大規模計算には動的モンテカルロ法、という三つの手法...
【工学】材料工学：マルチカノニカル法 ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算からの気液固複合相ヘテロ界面の実在系非平衡シミュレーション(19K22044)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2019-06-28 - 2022-03-31
【研究代表者】多田 朋史 九州大学, エネルギー研究教育機構, 教授 (40376512)
【キーワード】第一原理計算 / ヘテロ界面 / 機械学習ポテンシャル / マルチカノニカル / モンテカルロ (他15件)
【概要】本研究は機能性デバイスを理論的に設計する上で必要となる原子・分子スケールの微視的モデルを用いてバルク材料と他相（気相、液相、固相）との接合界面（ヘテロ界面）の高精度大規模計算を実現するための理論的枠組み構築を目的とした理論研究である。高精度な構造表現には第一原理計算を学習データとする機械学習ポテンシャル法、反応の速度論的評価にはマルチカノニカル法、大規模計算には動的モンテカルロ法、という三つの手法...
❏非経験的手法からの系のモデル化手法の研究(20740215)
【研究テーマ】数理物理・物性基礎
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2008 - 2011
【研究代表者】吉本 芳英 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (80332584)
【キーワード】計算物理 / モデル化 / 物性理論 / 第一原理計算 / MgO (他14件)
【概要】物質の原子構造を精度よく取り扱える非経験的電子状態計算が与える力場から、マルチカノニカルアンサンブルを媒介にしてその熱力学が最大限保持されるようにモデル原子間ポテンシャルを導く手法について、物質の3つの結合様式(イオン、金属、分子)について代表(MgO、Cu-Zr、水)を選んで、その能力を熱平衡として扱える融解の性質と非平衡の性質であるガラス化について検証し手法の改良を行った。 ...
【工学】材料工学：収差補正透過型電子顕微鏡 ／第一原理計算を含む研究件
❏界面構造ユニットを制御した構造・機能材料の創出(15H02290)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】幾原 雄一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70192474)
【キーワード】結晶粒界 / 透過型電子顕微鏡 / 第一原理計算 / バイクリスタル / セラミックス (他14件)
【概要】本年度は、界面構造制御および異種元素添加による界面特性発現メカニズムの解明を目指し、これまでの推進してきた界面構造の解析と制御に加え、界面特性の解析に重きを置き研究を執り行う計画であった。この計画の遂行のため、次の3点を中心に研究を推進した。（1）双結晶を用いた界面構造制御と解析、(2)界面構造の変化を直接観察するための透過型電子顕微鏡用加熱ホルダー安定化システムの導入、(3)界面局所物性測定のた...
❏原子分解能計測による非晶質物質設計(26630302)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】非晶質材料 / ガラス / ドーパント / 収差補正透過型電子顕微鏡 / 原子分解能計測 (他7件)
【概要】本申請研究ではナノ計測と理論計算を複合利用して，非晶質材料ガラス内におけるドーパントの分布や，分相を高い分解能で明らかにすることを目的としている．研究期間初期においては，ガラス中の種々のドーパントの構造解析とHAADF像シミュレーションを行い，ガラス中のドーパントを可視化するための観察条件を系統的に解析した．さらに，同手法を溶融塩や蛍光体材料に適用した．また，種々のガラスの原子分解能STEM観察を...
【工学】材料工学：原子・電子構造 ／第一原理計算を含む研究件
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
❏結晶界面ノンストイキオメトリー制御による高効率太陽光発電セル光吸収体の開発(23656395)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2011 - 2013
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】太陽電池 / 光吸収層 / カルコパイライト型化合物 / 第一原理計算 / 透過型電子顕微鏡 (他15件)
【概要】本研究ではCIS系化合物の界面における欠陥形成挙動と物性への影響をしらべた．H23，24年は堆積条件および双晶基板界面の原子構造の調査を行った．計算と高分解能観察により基板界面の原子構造を明らかにした（APL2012）．また空孔形成エネルギーのセルサイズ依存性が欠陥準位の局在具合に依存するということを明らかにした（PRB 2012）．H25年度においてCIS粒界の構造を決定し，バンドギャップとベン...
❏時間分解能ＥＥＬＳ法の開発と先進材料設計(22686059)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(A)
【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】内殻電子励起分光法 / 透過型電子顕微鏡 / EELS / XAFS / 電池 (他19件)
【概要】高い空間・時間分解能を有する内殻電子励起分光法をもちいて材料開発指針を確立することを目的としている．スペクトルの理論解析法の確立に取り組み，解析精度を格段に向上させた（Micron 2010, PRB2011,等）．さらにリチウムイオン電池材料の酸化還元反応をその場（in-situ）解析し，原子・電子構造の変化を調べ，還元種に関する重要な知見を得た(APL2014)．また，結晶中転位の運動に伴う変...
【工学】材料工学：走査透過型電子顕微鏡法 ／第一原理計算を含む研究件
❏粒界数理学の構築に基づく機能材料創出(21H01612)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31
【研究代表者】井上 和俊 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (60743036)
【キーワード】粒界 / 原子構造 / 酸化物 / 走査透過型電子顕微鏡法 / 第一原理計算 (他7件)
【概要】金属・酸化物等から構成される機能材料は多結晶体として用いられ, 種々の格子欠陥が材料の機能特性に多大な影響を及ぼすことが知られている. 特に粒界構造を系統的に記述することは重要であるが, 傾角粒界近傍の原子構造は従来二次元構造ユニット配列で記述されてきた. 一方, 結晶の三次元構造は特定の多面体によって充填されることが知られているが, 粒界近傍を充填する場合, 母結晶の多面体を歪ませた多面体の他に...
❏第一原理計算による機能材料界面の原子構造と量子輸送特性の解明(16F16705)
【研究テーマ】結晶工学
【研究種目】特別研究員奨励費
【研究期間】2016-07-27 - 2019-03-31
【研究代表者】幾原 雄一 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (70192474)
【キーワード】第一原理計算 / 走査透過型電子顕微鏡法 / 異種界面 / 電子状態 / 双晶 (他8件)
【概要】本研究では、機能材料中の異種界面および双晶界面の原子構造と電子状態について、最先端の原子分解能走査透過型電子顕微鏡法(STEM)と密度汎関数法による第一原理計算により研究を行った。 金属と酸化物により形成される異種界面では、界面の原子構造が機能特性に多大な影響を及ぼす。また、界面の原子構造と電子状態は、酸化物結晶の界面における極性に依存して大きく異なると考えられる。本研究では、分子線エピタキシー法...
【工学】材料工学：新物質探索 ／第一原理計算を含む研究件
❏独自の化学設計指針に基づいた革新的新光機能性半導体の創製とデバイス化への展開(21H04612)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2021-04-05 - 2026-03-31
【研究代表者】平松 秀典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (80598136)
【キーワード】半導体 / 新物質探索 / バルク・薄膜 / 第一原理計算 / デバイス (他8件)
【概要】本研究において打ち立てた以下2点の化学設計指針に従って、研究計画におけるロードマップに設定したとおり、「有望物質の探索」に取り組み、また同時進行で研究の次段階ステージとなる「薄膜試料作製」の本格実施のための準備を行った。 ・高対称性結晶（具体的にはペロブスカイト型構造）中に意図的に「非結合性軌道」を導入し、適切なバンドギャップと、p型にもn型にもドーピングが可能な電子状態を実現する。 ・高効率化に...
❏トポロジカル電子状態に基づく新世代デバイス技術の創出(16H03847)
【研究テーマ】応用物性
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】笹川 崇男 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
【キーワード】トポロジカル絶縁体 / トポロジカル半金属 / トポロジカル超伝導体 / 新物質探索 / 新物性探索 (他12件)
【概要】スピントロニクスから量子コンピューティングまで次世代電子デバイスへの利用が期待される「トポロジカルな電子状態をもつ物質」について、新物質の開拓、そこから生まれる新奇な量子現象や機能の探索に取り組んだ。第一原理計算による物質の探索と選定、各種手法を用いた合成と単結晶化、極低温・強磁場などの極限環境も利用した物性評価と機能実証を総合的に行った。トポロジカル絶縁体、トポロジカル半金属、トポロジカル超伝導...
【工学】材料工学：ELNES ／第一原理計算を含む研究件
❏原子分解能“振動”計測法の開発と革新的材料創製(19H00818)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70422334)
【キーワード】電子エネルギー損失分光 / 格子振動 / 理論計算 / 透過型電子顕微鏡 / 機械学習 (他16件)
【概要】物質を構成する原子や分子の局所的な“振動”は，熱などの外場からのエネルギーによる原子の変位現象であり，相転移や熱伝導，さらに様々な機能発現にかかわる重要な現象である．これまでに申請グループは走査透過型電子顕微鏡(STEM)により測定される電子分光（EELS）と高度なスペクトル計算を融合することで，物質を構成する原子・分子の振動を検出する手法を報告してきた．本研究は，高いレベルにあるSTEM-EEL...
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
【工学】材料工学：無機材料・物性 ／第一原理計算を含む研究件
❏結晶界面ノンストイキオメトリー制御による高効率太陽光発電セル光吸収体の開発(23656395)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2011 - 2013
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】太陽電池 / 光吸収層 / カルコパイライト型化合物 / 第一原理計算 / 透過型電子顕微鏡 (他15件)
【概要】本研究ではCIS系化合物の界面における欠陥形成挙動と物性への影響をしらべた．H23，24年は堆積条件および双晶基板界面の原子構造の調査を行った．計算と高分解能観察により基板界面の原子構造を明らかにした（APL2012）．また空孔形成エネルギーのセルサイズ依存性が欠陥準位の局在具合に依存するということを明らかにした（PRB 2012）．H25年度においてCIS粒界の構造を決定し，バンドギャップとベン...
❏時間分解能ＥＥＬＳ法の開発と先進材料設計(22686059)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(A)
【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】内殻電子励起分光法 / 透過型電子顕微鏡 / EELS / XAFS / 電池 (他19件)
【概要】高い空間・時間分解能を有する内殻電子励起分光法をもちいて材料開発指針を確立することを目的としている．スペクトルの理論解析法の確立に取り組み，解析精度を格段に向上させた（Micron 2010, PRB2011,等）．さらにリチウムイオン電池材料の酸化還元反応をその場（in-situ）解析し，原子・電子構造の変化を調べ，還元種に関する重要な知見を得た(APL2014)．また，結晶中転位の運動に伴う変...
【工学】材料工学：吸収端近傍微細構造 ／第一原理計算を含む研究件
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
❏時間分解能ＥＥＬＳ法の開発と先進材料設計(22686059)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(A)
【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】内殻電子励起分光法 / 透過型電子顕微鏡 / EELS / XAFS / 電池 (他19件)
【概要】高い空間・時間分解能を有する内殻電子励起分光法をもちいて材料開発指針を確立することを目的としている．スペクトルの理論解析法の確立に取り組み，解析精度を格段に向上させた（Micron 2010, PRB2011,等）．さらにリチウムイオン電池材料の酸化還元反応をその場（in-situ）解析し，原子・電子構造の変化を調べ，還元種に関する重要な知見を得た(APL2014)．また，結晶中転位の運動に伴う変...
【工学】材料工学：電子エネルギー損失分光 ／第一原理計算を含む研究件
❏原子分解能“振動”計測法の開発と革新的材料創製(19H00818)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70422334)
【キーワード】電子エネルギー損失分光 / 格子振動 / 理論計算 / 透過型電子顕微鏡 / 機械学習 (他16件)
【概要】物質を構成する原子や分子の局所的な“振動”は，熱などの外場からのエネルギーによる原子の変位現象であり，相転移や熱伝導，さらに様々な機能発現にかかわる重要な現象である．これまでに申請グループは走査透過型電子顕微鏡(STEM)により測定される電子分光（EELS）と高度なスペクトル計算を融合することで，物質を構成する原子・分子の振動を検出する手法を報告してきた．本研究は，高いレベルにあるSTEM-EEL...
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
❏半導体表面と化学結合した単一有機分子および有機分子配列系の電子物性(16310070)
【研究テーマ】ナノ構造科学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2004 - 2005
【研究代表者】吉信 淳 東京大学, 物性研究所, 助教授 (50202403)
【キーワード】シリコン / 表面 / 有機分子 / 電子エネルギー損失分光 / 走査型トンネル顕微鏡 (他12件)
【概要】実験と理論両面からSi(100)表面に吸着した有機分子の構造と電子物性について研究を行い,以下の成果を得た. (1)低温のSi(100)c(4x2)表面に2メチルプロペンやプロピレンを吸着させ,その吸着状態を電子エネルギー損失分光(EELS),走査型トンネル顕微鏡(STM),第一原理計算を用いて詳細に調べた.非対称大マーに対してマルコフニコフ則が成り立つように吸着することが解明された. (2)低温...
【工学】材料工学：電子線エネルギー損失分光 ／第一原理計算を含む研究件
❏原子分解能“振動”計測法の開発と革新的材料創製(19H00818)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70422334)
【キーワード】電子エネルギー損失分光 / 格子振動 / 理論計算 / 透過型電子顕微鏡 / 機械学習 (他16件)
【概要】物質を構成する原子や分子の局所的な“振動”は，熱などの外場からのエネルギーによる原子の変位現象であり，相転移や熱伝導，さらに様々な機能発現にかかわる重要な現象である．これまでに申請グループは走査透過型電子顕微鏡(STEM)により測定される電子分光（EELS）と高度なスペクトル計算を融合することで，物質を構成する原子・分子の振動を検出する手法を報告してきた．本研究は，高いレベルにあるSTEM-EEL...
❏時間分解能ＥＥＬＳ法の開発と先進材料設計(22686059)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(A)
【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】内殻電子励起分光法 / 透過型電子顕微鏡 / EELS / XAFS / 電池 (他19件)
【概要】高い空間・時間分解能を有する内殻電子励起分光法をもちいて材料開発指針を確立することを目的としている．スペクトルの理論解析法の確立に取り組み，解析精度を格段に向上させた（Micron 2010, PRB2011,等）．さらにリチウムイオン電池材料の酸化還元反応をその場（in-situ）解析し，原子・電子構造の変化を調べ，還元種に関する重要な知見を得た(APL2014)．また，結晶中転位の運動に伴う変...
【工学】材料工学：局所環境解析 ／第一原理計算を含む研究件
❏高効率アップコンバージョン型酸化物蛍光体の創製とその発光機構の解明(20K05065)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】山本 知之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40298196)
【キーワード】アップコンバージョン蛍光体 / 局所環境解析 / 第一原理計算 / エネルギーハーべスティング / 結晶構造解析 (他6件)
【概要】本研究では，吸収した光をより高いエネルギーの光に変換して放出するアップコンバージョン現象に着目し，近赤外光を可視光に変換して太陽電池発電に寄与できるようにすることを目指した高効率・高耐久のアップコンバージョン型蛍光体の創製と，そのようなアップコンバージョン型蛍光体として知られている希土類添加型酸化物におけるアップコンバージョン現象のメカニズムの解明を目指している．具体的には，種々のマトリックスに希...
❏酸化物希薄磁性体における強磁性発現機構の解析(26630325)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31
【研究代表者】山本 知之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40298196)
【キーワード】希薄磁性体 / 局所環境解析 / X線吸収端近傍微細構造 / 第一原理計算 / シンクロトロン放射光 (他7件)
【概要】磁性を持たない非磁性物質に，数at%程度の磁性元素を添加することにより強磁性を示す物質は希薄磁性体と呼ばれる．希薄磁性体は，現在広く用いられている電子や光を利用したエレクトロニクスやフォトニクス技術に次いで，スピンを利用したスピントロニクス技術への応用が期待されている．本研究では，従来の磁性理論のみでは説明が難しい，希薄磁性体における磁性発現機構の解明に向けて，原子レベルでの磁性元素の局所環境評価...
【工学】プロセス・化学工学：マテリアルズ・インフォマティクス ／第一原理計算を含む研究件
❏小区分26010:金属材料物性関連(0)
【研究テーマ】2019
【研究種目】第一原理計算
【研究期間】機械学習
【研究代表者】能動学習
【キーワード】データベース
【概要】化学の実験系等の他分野の先行研究を参考に、物性値が所望の範囲内であるような確率を機械学習により評価して、その確率を基に有望物質を探索する手法を提案した。研究室内のデータベースについてこの手法を用いて探索シミュレーションを行ったところ、先行研究で行われているようにベイズ最適化を用いて探索した場合よりも探索の性能が向上することがわかった。さらに、化学プラントの条件最適化の研究例を応用し、複数の物性値が...
❏超伝導密度汎関数理論とマテリアルズインフォマティクスによる超伝導物質探索(20K15012)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】河村 光晶 東京大学, 物性研究所, 助教 (30760574)
【キーワード】超伝導密度汎関数理論 / 電子フォノン相互作用 / スピン揺らぎ / スピン軌道相互作用 / ウルトラソフト擬ポテンシャル (他9件)
【概要】超伝導転移温度の第一原理計算に当たって、計算時間のボトルネックとなる遮蔽交換積分およびスピン揺らぎ媒介相互作用の計算に関して手法開発を行い、プログラムの改良を行った。平面波を用いた第一原理計算においては制度と計算コストのバランスからウルトラソフト擬ポテンシャルや射影増強平面波(PAW)がよく使われるが、その場合には軌道の積に対して補正工が必要となることが、過去の応答関数の計算において指摘されている...
❏高精度第一原理計算と能動学習を用いた汎用的物性値予測モデルの開発(19K15275)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2019-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】高橋 亮 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (80822311)
【キーワード】第一原理計算 / 機械学習 / 能動学習 / データベース / マテリアルズインフォマティクス (他6件)
【概要】系統的な第一原理計算のための自動化プログラムを構築し、開発したプログラムを用いて多様な結晶構造型を持つ1,266の酸化物の誘電定数の系統的な計算を行った。また、誘電率を電子系・格子系の寄与に分け、それぞれについて機械学習により予測モデルを構築し、また誘電率の支配因子を抽出した。 一方で能動学習の手法について、既存データベースにuncertainty samplingを適用することで、未知データに対...
【工学】プロセス・化学工学：リチウムイオン電池 ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算と溶液理論を用いたリチウムイオン電池の電荷移動反応の研究(20K15376)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】春山 潤 東京大学, 物性研究所, 助教 (80772003)
【キーワード】第一原理計算 / 金属/水界面 / 燃料電池 / リチウムイオン電池 (他11件)
【概要】金属/水溶液界面は様々な電気化学反応の起こる舞台であり, 金属表面上の水分子の振る舞いを理解・予測することは, 電気化学デバイスの性能向上に必要となる. 例えば燃料電池の変換効率は各電極で起こる水素・酸素発生反応における反応中間体の安定性が重要と考えられ, 金属表面における水の基礎的性質を明らかにすることで変換効率上昇への貢献が期待できる. 昨年度は研究開始次年度として, Pt(111)表面の吸着...
❏第一原理計算による全固体リチウムイオン電池の正極/電解質界面の研究(16K17969)
【研究テーマ】無機工業材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2020-03-31
【研究代表者】春山 潤 東京大学, 物性研究所, 助教 (80772003)
【キーワード】電極/電解質界面 / 第一原理計算 / Liイオン電池 / 全固体電池 (他15件)
【概要】本研究では第一原理計算を用いて全固体型LIBの正極/電解質界面の微視的情報から抵抗の発生機構の解明を目的とした. 正極/電解質界面における交換欠陥の形成エネルギーから発生頻度の高い構造を調べ, LiCoO2/Li3PS4界面のCo原子はP siteを経由して拡散できることを示した. また液体型LIBのグラファイト電極/電解液界面における電荷移動反応の密度汎関数理論＋溶液理論計算を行い, その活性化...
【工学】プロセス・化学工学：XANES ／第一原理計算を含む研究件
❏原子分解能“振動”計測法の開発と革新的材料創製(19H00818)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70422334)
【キーワード】電子エネルギー損失分光 / 格子振動 / 理論計算 / 透過型電子顕微鏡 / 機械学習 (他16件)
【概要】物質を構成する原子や分子の局所的な“振動”は，熱などの外場からのエネルギーによる原子の変位現象であり，相転移や熱伝導，さらに様々な機能発現にかかわる重要な現象である．これまでに申請グループは走査透過型電子顕微鏡(STEM)により測定される電子分光（EELS）と高度なスペクトル計算を融合することで，物質を構成する原子・分子の振動を検出する手法を報告してきた．本研究は，高いレベルにあるSTEM-EEL...
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
【工学】電気電子工学：アト秒科学 ／第一原理計算を含む研究件
❏高強度レーザー場中の固体多電子ダイナミクスの実時間波動関数理論(22K18982)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2022-06-30 - 2024-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 高強度場物理 / 第一原理計算
【概要】
❏分子のための第一原理高強度場物理・アト秒科学シミュレーション(19H00869)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 高強度場物理 / 第一原理計算
【概要】核のクーロンポテンシャルは核近傍で局所的に高い空間分解能を要求する。さらに核が動く場合、高分解能が必要な領域は時々刻々変化する。空間を一様に細かいメッシュで離散化しようとすると、多くの電子を含む分子ではその計算コストは現実的でない。この問題を解決し、我々がこれまでに開発してきた数値計算コードの応用範囲を分子に広げるため、原子核近傍での高い格子点密度と遠方での十分かつ低い格子点密度を同時に実現し、ま...
❏強レーザー中の分子の第一原理シミュレーション(18F18011)
【研究テーマ】光工学・光量子科学
【研究種目】特別研究員奨励費
【研究期間】2018-04-25 - 2020-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 高強度場物理 / 第一原理計算 / クーロン爆発 / 高次高調波発生
【概要】2018年のノーベル物理学賞の受賞対象となったチャープパルス増幅の発明によって高強度のフェムト秒レーザーパルスが実現された。ノーベル物理学賞選考委員会は、その主要な応用の第一に「高強度場物理とアト秒科学」を挙げている。私の研究室では、これをさらに発展させるべく、高強度レーザーパルス中の原子・分子の振る舞いを理論計算するために、様々な第一原理計算手法を開発してきている。本研究では、高強度レーザー場中...
【工学】電気電子工学：電子フォノン相互作用 ／第一原理計算を含む研究件
❏超伝導密度汎関数理論とマテリアルズインフォマティクスによる超伝導物質探索(20K15012)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】河村 光晶 東京大学, 物性研究所, 助教 (30760574)
【キーワード】超伝導密度汎関数理論 / 電子フォノン相互作用 / スピン揺らぎ / スピン軌道相互作用 / ウルトラソフト擬ポテンシャル (他9件)
【概要】超伝導転移温度の第一原理計算に当たって、計算時間のボトルネックとなる遮蔽交換積分およびスピン揺らぎ媒介相互作用の計算に関して手法開発を行い、プログラムの改良を行った。平面波を用いた第一原理計算においては制度と計算コストのバランスからウルトラソフト擬ポテンシャルや射影増強平面波(PAW)がよく使われるが、その場合には軌道の積に対して補正工が必要となることが、過去の応答関数の計算において指摘されている...
❏層状物質とその局所構造におけるフォノン関連物性の理論解析(19H02544)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】渡邉 聡 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00292772)
【キーワード】層状物質 / フォノン / 電子フォノン相互作用 / 第一原理計算 / 機械学習
【概要】層状物質のフォノン物性の解析に向け、第一原理計算および第一原理計算データに基づく機械学習原子間ポテンシャルを用いた研究を前年度までに引き続き進め、以下の成果を得た。 まず、アモルファスカーボンの熱伝導特性を第一原理分子動力学法により解析した。熱伝導率が密度と共にほぼ線形に増大するという強い相関関係を見出した。さらに、sp/sp2/sp3結合の比率およびこれを反映した構造のトポロジカルな特徴が密度と...
【工学】電気電子工学：高強度場物理 ／第一原理計算を含む研究件
❏高強度レーザー場中の固体多電子ダイナミクスの実時間波動関数理論(22K18982)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2022-06-30 - 2024-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 高強度場物理 / 第一原理計算
【概要】
❏分子のための第一原理高強度場物理・アト秒科学シミュレーション(19H00869)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 高強度場物理 / 第一原理計算
【概要】核のクーロンポテンシャルは核近傍で局所的に高い空間分解能を要求する。さらに核が動く場合、高分解能が必要な領域は時々刻々変化する。空間を一様に細かいメッシュで離散化しようとすると、多くの電子を含む分子ではその計算コストは現実的でない。この問題を解決し、我々がこれまでに開発してきた数値計算コードの応用範囲を分子に広げるため、原子核近傍での高い格子点密度と遠方での十分かつ低い格子点密度を同時に実現し、ま...
❏強レーザー中の分子の第一原理シミュレーション(18F18011)
【研究テーマ】光工学・光量子科学
【研究種目】特別研究員奨励費
【研究期間】2018-04-25 - 2020-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 高強度場物理 / 第一原理計算 / クーロン爆発 / 高次高調波発生
【概要】2018年のノーベル物理学賞の受賞対象となったチャープパルス増幅の発明によって高強度のフェムト秒レーザーパルスが実現された。ノーベル物理学賞選考委員会は、その主要な応用の第一に「高強度場物理とアト秒科学」を挙げている。私の研究室では、これをさらに発展させるべく、高強度レーザーパルス中の原子・分子の振る舞いを理論計算するために、様々な第一原理計算手法を開発してきている。本研究では、高強度レーザー場中...
【工学】電気電子工学：極紫外自由電子レーザー ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算を用いたアト秒光電子放出遅延現象の解明(16H03881)
【研究テーマ】光工学・光量子科学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 第一原理計算 / 極紫外自由電子レーザー / 角度分解光電子分光 / 光電子放出遅延 (他8件)
【概要】高次高調波発生（高強度のレーザーパルスを原子・分子に照射すると高次の倍波が発生する現象）や自由電子レーザーによって、アト秒～フェムト秒の時間幅を持った極紫外領域の超短光パルスを発生することが可能になった。本研究では、実験結果が豊富なNe原子について、極紫外パルスによる光電子放出を第一原理計算を用いて明らかにした。効率的な吸収境界である無限範囲外部複素スケーリングを世界で初めて多電子系に適用し、時間...
❏アト秒パルスによるヘリウム原子のイオン化に関する理論研究(25286064)
【研究テーマ】光工学・光量子科学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 極紫外自由電子レーザー / 第一原理計算
【概要】光による原子のイオン化を対象とし、アト秒レーザーやフェムト秒極紫外自由電子レーザーの出現で注目を集めている、電子が出てくるまでの過程や電子がイオン化するのにたどる経路について、量子力学の基礎方程式に基づいた第一原理計算によって調べた。その結果、内殻イオン化においては「内側から出ていく電子」が「イオンに残る電子」に衝突することで量子状態遷移を誘起する「ノックアップ」がパルスの偏光に依存して変わること...
【工学】電気電子工学：AP-XPS ／第一原理計算を含む研究件
❏分光測定および第一原理計算を用いた光触媒・電解液界面構造の解明(20K14775)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 雰囲気XPS / 第一原理計算 / その場観察 / 半導体 (他13件)
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏光電気化学反応における触媒/溶液界面構造の解明と制御(18K13784)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 光電極 / 第一原理計算 / 雰囲気XPS / 界面 (他13件)
【概要】本研究では、雰囲気光電子分光(XPS)および、第一原理計算によって、光触媒/電解液界面を解析した。第一原理モデリングに関しては光触媒の動作環境下の界面を過剰電荷を含んだ界面の計算によって模擬する方法を提案した。また、同手法を用いて予測した光触媒/電解液界面構造の時間発展をモデル化し、雰囲気XPS実験結果と比較した。その結果、界面の幾何構造のみならず、その電子構造(電子準位接続)が第一原理計算によっ...
【工学】電気電子工学：雰囲気XPS ／第一原理計算を含む研究件
❏分光測定および第一原理計算を用いた光触媒・電解液界面構造の解明(20K14775)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 雰囲気XPS / 第一原理計算 / その場観察 / 半導体 (他13件)
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏光電気化学反応における触媒/溶液界面構造の解明と制御(18K13784)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 光電極 / 第一原理計算 / 雰囲気XPS / 界面 (他13件)
【概要】本研究では、雰囲気光電子分光(XPS)および、第一原理計算によって、光触媒/電解液界面を解析した。第一原理モデリングに関しては光触媒の動作環境下の界面を過剰電荷を含んだ界面の計算によって模擬する方法を提案した。また、同手法を用いて予測した光触媒/電解液界面構造の時間発展をモデル化し、雰囲気XPS実験結果と比較した。その結果、界面の幾何構造のみならず、その電子構造(電子準位接続)が第一原理計算によっ...
【工学】電気電子工学：DFT ／第一原理計算を含む研究件
❏マルチスケール計算によるSiC酸化機構に現れる複合相関とその界面電子物性への影響(18H03770)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 物質・情報卓越教育院, 特任准教授 (90762336)
【キーワード】SiC / DFT / 欠陥 / 単一光子光源 / SiC(他15件)
【概要】本課題では第一原理理論計算に基づいて、SiC-MOS界面欠陥の構造特定と界面欠陥低減法の理論的提案を行なった。SiC/SiO2界面に現れる欠陥の特定は、SiC-MOSデバイス特性の改善において重要な課題である。本研究課題では、SiC-MOS界面欠陥として2つの欠陥候補を特定に成功した。1つは、SiCの伝導帯下端の波動関数に由来するSiC固有の欠陥であり、もう1つは界面に析出した炭素関連欠陥である。...
❏第一原理量子論によるSiC/SiO2界面形状と電子物性の相関(16K18075)
【研究テーマ】電子・電気材料工学
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任講師 (90762336)
【キーワード】炭化ケイ素 / 第一原理計算 / 界面欠陥 / 炭素欠陥 / DFT (他14件)
【概要】SiC/SiO2界面に存在する高密度界面準位の特定に取り組んだ。その結果、界面準位の候補として①界面における残留炭素関連欠陥と、②SiCの伝導帯下端の特異な電子状態に由来する新奇界面準位であること、を第一原理計算により明らかにした。①の欠陥に関しては、欠陥構造のエネルギー安定性を計算することによりその候補を絞り込むことに成功した。②に関しては、本研究で初めて明らかにしたもので、界面近傍の積層構造に...
【工学】電気電子工学：太陽電池材料 ／第一原理計算を含む研究件
❏高精度物性予測基盤の構築と新規太陽電池材料の探索への展開(15H04125)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】第一原理計算 / 太陽電池 / 半導体 / 格子欠陥 / 太陽電池材料
【概要】太陽電池のニーズが高まる中、安価で無毒な材料による光吸収層の代替が期待されている。コンピュータシミュレーションにより物質の性質や安定性の予測が的確にできれば、有望物質の選定、すなわち物質探索が効率化できる。本研究では、量子力学の基本原理に基づいた第一原理計算により候補物質の性質や安定性を高い精度で予測するための手法を開発し、候補物質のスクリーニングに応用することで、新物質の探索を行った。その結果、...
❏次世代太陽電池のための光吸収層材料の第一原理設計・探索(26630316)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (90378795)
【キーワード】第一原理計算 / 太陽電池材料 / 電子構造
【概要】中間バンド型太陽電池は，次世代の高効率太陽電池として期待されている．しかし，その鍵となる中間バンドを有する光吸収層材料の最適化が十分になされているとは言えず，現状では理論値を遙かに下回る変換効率しか得られていない．本研究では，高精度な第一原理計算に基づいたスクリーニングにより，高い理論変換効率が得られる物質を選出した．その結果，従来提案されているような遷移金属元素をドーパントとして添加した2元系化...
【工学】電気電子工学：ノンストイキオメトリ ／第一原理計算を含む研究件
❏セラミックス結晶界面におけるノンストイキオメトリーの原子分解能定量化(20760449)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2008 - 2009
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】結晶界面 / ノンストイキオメトリー / 欠陥 / 電子顕微鏡 / 第一原理計算 (他9件)
【概要】結晶界面の原子構造は結晶内部と異なるため,単結晶にはない新機能を発現させることが可能である.そのような結晶界面に起因した機能は,界面における局所的な非化学量論(ノンストイキオメトリー)を起源としていることが多い.本研究ではナノ計測と理論計算を融合し,結晶界面におけるノンストイキオメトリーを調べた.その結果,結晶界面におけるサイト毎のノンストイキオメトリー欠陥形成挙動を明らかにした.さらに,ノンスト...
❏酸化物ノンストイキオメトリの第一原理熱力学(20246095)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2008 - 2010
【研究代表者】田中 功 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70183861)
【キーワード】酸化物 / ノンストイキオメトリ / 第一原理計算 / 熱力学 / 統計力学
【概要】酸化物の多彩な機能と密接に関係する非化学量論性(ノンストイキオメトリ)について,構造と自由エネルギー,機能の一般的な相関性を解明することを究極の目的とし,高精度の第一原理計算と統計力学手法を組み合わせた新しい第一原理熱力学手法を開発した.また,この手法を用いて2元系金属酸化物やペロブスカイトなどの複合酸化物に応用した結果,新しい規則相の存在やノンストイキオメトリの起源となる新たな欠陥種を提案した...
【工学】電気電子工学：水分解 ／第一原理計算を含む研究件
❏分光測定および第一原理計算を用いた光触媒・電解液界面構造の解明(20K14775)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 雰囲気XPS / 第一原理計算 / その場観察 / 半導体 (他13件)
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏光電気化学反応における触媒/溶液界面構造の解明と制御(18K13784)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 光電極 / 第一原理計算 / 雰囲気XPS / 界面 (他13件)
【概要】本研究では、雰囲気光電子分光(XPS)および、第一原理計算によって、光触媒/電解液界面を解析した。第一原理モデリングに関しては光触媒の動作環境下の界面を過剰電荷を含んだ界面の計算によって模擬する方法を提案した。また、同手法を用いて予測した光触媒/電解液界面構造の時間発展をモデル化し、雰囲気XPS実験結果と比較した。その結果、界面の幾何構造のみならず、その電子構造(電子準位接続)が第一原理計算によっ...
【工学】電気電子工学：単一光子光源 ／第一原理計算を含む研究件
❏マルチスケール計算によるSiC酸化機構に現れる複合相関とその界面電子物性への影響(18H03770)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 物質・情報卓越教育院, 特任准教授 (90762336)
【キーワード】SiC / DFT / 欠陥 / 単一光子光源 / SiC(他15件)
【概要】本課題では第一原理理論計算に基づいて、SiC-MOS界面欠陥の構造特定と界面欠陥低減法の理論的提案を行なった。SiC/SiO2界面に現れる欠陥の特定は、SiC-MOSデバイス特性の改善において重要な課題である。本研究課題では、SiC-MOS界面欠陥として2つの欠陥候補を特定に成功した。1つは、SiCの伝導帯下端の波動関数に由来するSiC固有の欠陥であり、もう1つは界面に析出した炭素関連欠陥である。...
❏第一原理量子論によるSiC/SiO2界面形状と電子物性の相関(16K18075)
【研究テーマ】電子・電気材料工学
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任講師 (90762336)
【キーワード】炭化ケイ素 / 第一原理計算 / 界面欠陥 / 炭素欠陥 / DFT (他14件)
【概要】SiC/SiO2界面に存在する高密度界面準位の特定に取り組んだ。その結果、界面準位の候補として①界面における残留炭素関連欠陥と、②SiCの伝導帯下端の特異な電子状態に由来する新奇界面準位であること、を第一原理計算により明らかにした。①の欠陥に関しては、欠陥構造のエネルギー安定性を計算することによりその候補を絞り込むことに成功した。②に関しては、本研究で初めて明らかにしたもので、界面近傍の積層構造に...
【工学】電気電子工学：量子エレクトロニクス ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算を用いたアト秒光電子放出遅延現象の解明(16H03881)
【研究テーマ】光工学・光量子科学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 第一原理計算 / 極紫外自由電子レーザー / 角度分解光電子分光 / 光電子放出遅延 (他8件)
【概要】高次高調波発生（高強度のレーザーパルスを原子・分子に照射すると高次の倍波が発生する現象）や自由電子レーザーによって、アト秒～フェムト秒の時間幅を持った極紫外領域の超短光パルスを発生することが可能になった。本研究では、実験結果が豊富なNe原子について、極紫外パルスによる光電子放出を第一原理計算を用いて明らかにした。効率的な吸収境界である無限範囲外部複素スケーリングを世界で初めて多電子系に適用し、時間...
❏ボーム経路を用いた強レーザー場中の多電子ダイナミクスの解析(26600111)
【研究テーマ】光工学・光量子科学
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31
【研究代表者】石川 顕一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70344025)
【キーワード】アト秒科学 / 量子エレクトロニクス / 強光子場科学 / 高強度場物理 / 第一原理計算
【概要】超短パルス高強度レーザーに照射された分子の中における電子のダイナミクスを、第一原理シミュレーションの結果を解析することで明らかにした。水素分子のEnhanced Ionizationをボーム経路を用いて解析した結果、従来考えられていたのとは違って、低いポテンシャル井戸からイオン化するプロセスも重要であることを明らかにした。また、多配置時間依存ハートリーフォック法を用いて、3電子以上の分子、3原子以...
【工学】電気電子工学：フォノン ／第一原理計算を含む研究件
❏中区分26:材料工学およびその関連分野(0)
【研究テーマ】2019
【研究種目】電子エネルギー損失分光
【研究期間】格子振動
【研究代表者】理論計算
【キーワード】透過型電子顕微鏡
【概要】
❏層状物質とその局所構造におけるフォノン関連物性の理論解析(19H02544)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】渡邉 聡 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (00292772)
【キーワード】層状物質 / フォノン / 電子フォノン相互作用 / 第一原理計算 / 機械学習
【概要】層状物質のフォノン物性の解析に向け、第一原理計算および第一原理計算データに基づく機械学習原子間ポテンシャルを用いた研究を前年度までに引き続き進め、以下の成果を得た。 まず、アモルファスカーボンの熱伝導特性を第一原理分子動力学法により解析した。熱伝導率が密度と共にほぼ線形に増大するという強い相関関係を見出した。さらに、sp/sp2/sp3結合の比率およびこれを反映した構造のトポロジカルな特徴が密度と...
❏原子分解能“振動”計測法の開発と革新的材料創製(19H00818)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70422334)
【キーワード】電子エネルギー損失分光 / 格子振動 / 理論計算 / 透過型電子顕微鏡 / 機械学習 (他16件)
【概要】物質を構成する原子や分子の局所的な“振動”は，熱などの外場からのエネルギーによる原子の変位現象であり，相転移や熱伝導，さらに様々な機能発現にかかわる重要な現象である．これまでに申請グループは走査透過型電子顕微鏡(STEM)により測定される電子分光（EELS）と高度なスペクトル計算を融合することで，物質を構成する原子・分子の振動を検出する手法を報告してきた．本研究は，高いレベルにあるSTEM-EEL...
【工学】電気電子工学：絶縁材料 ／第一原理計算を含む研究件
❏有機高分子材料のスマート電気物性設計法の考案(18K18848)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2018-06-29 - 2021-03-31
【研究代表者】熊田 亜紀子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20313009)
【キーワード】第一原理計算 / 分子動力学計算 / 電荷移動度 / ポリマー / tim-of-flight (他19件)
【概要】本研究では第一原理計算を基本とした多階層計算方法を開発し、これを高分子絶縁材料に適用し、高分子材料中の電荷移動の特徴を明らかにすることができた。計算結果はポリマーの場合、多様な指針に基づき、電荷移動特性を制御できることを示唆した。さらに、多階層計算によって実験的に得られるマクロな電流波形をもとめる方法を開発した。また、電荷移動度を実験的に得るための絶縁材料用のTOF測定装置を構築した。その結果、計...
❏高分子ナノコンポジット材料の電気的特性発現機構の解明(17H06611)
【研究テーマ】電力工学・電力変換・電気機器
【研究種目】研究活動スタート支援
【研究期間】2017-08-25 - 2019-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (40805769)
【キーワード】絶縁材料 / 誘電材料 / 高分子 / 電荷輸送 / 移動度 (他12件)
【概要】本研究ではまず、高分子絶縁材料中の電荷移動特性を評価すべく、高分子結晶領域および、アモルファス領域における電荷移動度を量子化学計算、分子動力学計算、KMCシミュレーション(および、高分子鎖の統計的な性質)をあわせることで、経験的なパラメータを用いること無く評価する方法を提案した。ポリエチレン(PE)材料に関して、結晶、非晶領域における電荷移動度を評価した結果、PE のアモルファス領域における正孔移...
【工学】電気電子工学：高温超伝導 ／第一原理計算を含む研究件
❏強相関物質設計と機能開拓 －非平衡系・非周期系への挑戦－(16H06345)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(S)
【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31
【研究代表者】今田 正俊 早稲田大学, 理工学術院, 上級研究員(研究院教授) (70143542)
【キーワード】第一原理計算 / 強相関電子系 / 階層的第一原理強相関電子状態計算法 / 高温超伝導 / 量子流体と量子スピン液体 (他21件)
【概要】強相関電子系を第一原理的に解明するための手法を標準手法として確立し、コードの公開・普及を行なった。機械学習を導入して、世界最高精度の量子多体ソルバーを開発し適用したことや、隠れた物理量抽出のための分光実験データ解析へ適用したことは当初の予定を超えた成果である。開発手法を、銅酸化物に代表される高温超伝導体や分子性結晶に見られる量子スピン液体の候補に適用し、初めて実験相図の任意パラメタなしでの再現に成...
❏超伝導密度汎関数理論の開発と応用(15H03696)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】有田 亮太郎 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (80332592)
【キーワード】超伝導密度汎関数理論 / 第一原理計算 / 高温超伝導 / トポロジカル超伝導 / 物性理論 (他8件)
【概要】超伝導密度汎関数理論に関わる以下の方法論開発を行った。(1)k-meshのサイズについて収束のよい電子格子相互作用の計算法。(2)スピン軌道相互作用を考慮した電子格子相互作用の評価法。(3)奇パリティの超伝導の不安定性の評価法。これらを使ってBiS2系超伝導体、トポロジカル結晶絶縁体SnTeにInをドープした場合およびトポロジカル超伝導体Bi2Se3にCuをドープした場合の超伝導の解析を行った。ま...
❏超伝導転移温度の第一原理計算法の開発と応用(23340095)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2011-11-18 - 2014-03-31
【研究代表者】有田 亮太郎 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80332592)
【キーワード】高温超伝導 / 第一原理計算 / 転移温度 / ダウンフォールディング / 超伝導密度汎関数理論 (他11件)
【概要】第一原理的に超伝導転移温度を計算する方法論を開発・応用した。密度汎関数理論と強相関モデル計算を融合するアプローチについては、スピン軌道相互作用、電子格子相互作用の取り込みを行った。超伝導密度汎関数理論に基づくアプローチについては、プラズモン機構が取り扱えるような拡張を行った。開発した手法を鉄系超伝導体、層状窒化物超伝導体、重い電子系、炭素系超伝導体、高圧下リチウムなどの系に適用した。 ...
【工学】土木工学：熱力学 ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算の多重実行と統計力学に基づいた酸化物固溶体の構造と物性(23246111)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】田中 功 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70183861)
【キーワード】第一原理計算 / セラミックス固溶体 / 平衡状態図 / 熱力学 / 統計力学
【概要】本研究では，高精度第一原理計算と統計力学計算を組み合わせて，酸化物の固溶体構造と物性を評価する新しい計算手法を開発し，具体的にプログラムとして実装，計算を実行した．計算結果の検証と，計算手法の改良を目的として，固溶体試料の合成および評価実験を並行して行い，計算にフィードバックさせた．さらに，開発した手法を様々な酸化物固溶体に適用した．例えばMgO-ZnO系やMgO-NiO系において基底状態構造や磁...
❏酸化物ノンストイキオメトリの第一原理熱力学(20246095)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2008 - 2010
【研究代表者】田中 功 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70183861)
【キーワード】酸化物 / ノンストイキオメトリ / 第一原理計算 / 熱力学 / 統計力学
【概要】酸化物の多彩な機能と密接に関係する非化学量論性(ノンストイキオメトリ)について,構造と自由エネルギー,機能の一般的な相関性を解明することを究極の目的とし,高精度の第一原理計算と統計力学手法を組み合わせた新しい第一原理熱力学手法を開発した.また,この手法を用いて2元系金属酸化物やペロブスカイトなどの複合酸化物に応用した結果,新しい規則相の存在やノンストイキオメトリの起源となる新たな欠陥種を提案した...
❏第一原理熱力学に基づいたセラミックス計算状態図とその実証(18206067)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2006 - 2007
【研究代表者】田中 功 京都大学, 工学研究科, 教授 (70183861)
【キーワード】セラミックス / 計算状態図 / 第一原理計算 / 熱力学 / 相転移 (他9件)
【概要】酸化物のモデル系としてMgOおよびZnO基の2元系などを対象に,有限温度での相転移挙動,溶質元素の固溶限の導出,中間相生成の検討という3つの課題を設定し,系統的な第一原理熱力学計算を行うとともに,これを実験により検証した.また圧力依存性についても,計算と実験の両面から検討した.検証実験としては,MgOおよびZnO基の2元系などの様々な酸化物モデル系を対象に,通常の常圧下での高温熱平衡実験,高温高圧...
【工学】構造・機能材料：欠陥 ／第一原理計算を含む研究件
❏マルチスケール計算によるSiC酸化機構に現れる複合相関とその界面電子物性への影響(18H03770)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 物質・情報卓越教育院, 特任准教授 (90762336)
【キーワード】SiC / DFT / 欠陥 / 単一光子光源 / SiC(他15件)
【概要】本課題では第一原理理論計算に基づいて、SiC-MOS界面欠陥の構造特定と界面欠陥低減法の理論的提案を行なった。SiC/SiO2界面に現れる欠陥の特定は、SiC-MOSデバイス特性の改善において重要な課題である。本研究課題では、SiC-MOS界面欠陥として2つの欠陥候補を特定に成功した。1つは、SiCの伝導帯下端の波動関数に由来するSiC固有の欠陥であり、もう1つは界面に析出した炭素関連欠陥である。...
❏セラミックス結晶界面におけるノンストイキオメトリーの原子分解能定量化(20760449)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2008 - 2009
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】結晶界面 / ノンストイキオメトリー / 欠陥 / 電子顕微鏡 / 第一原理計算 (他9件)
【概要】結晶界面の原子構造は結晶内部と異なるため,単結晶にはない新機能を発現させることが可能である.そのような結晶界面に起因した機能は,界面における局所的な非化学量論(ノンストイキオメトリー)を起源としていることが多い.本研究ではナノ計測と理論計算を融合し,結晶界面におけるノンストイキオメトリーを調べた.その結果,結晶界面におけるサイト毎のノンストイキオメトリー欠陥形成挙動を明らかにした.さらに,ノンスト...
【工学】構造・機能材料：セラミツク ／第一原理計算を含む研究件
❏粒界ナノ量子構造制御による新機能セラミックス開発プロセスの創出(15760518)
【研究テーマ】構造・機能材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2003 - 2005
【研究代表者】吉田 英弘 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料研究所, 主任研究員 (80313021)
【キーワード】セラミック / 結晶粒界 / 電子構造 / 第一原理計算 / 拡散 (他9件)
【概要】最終年度となる本年度は、アルミナ多結晶体の焼結過程における緻密化速度の測定結果と、速度論的に得られるアルミナの粒界拡散係数に関し、極微量のカチオン添加の影響と、その起源についての解析を行った。特に、昨年度の結果に基づき、粒界偏析したカチオンが及ぼすイオン結合状態への影響について重点的に解析を進めた。また、昨年度作製した高温炉と特殊試料ホルダー及びインピーダンス測定装置を用いて、ひき続きカチオン添加...
❏粒界電子構造に基づいた新しい耐熱セラミックス材料の創製(13750647)
【研究テーマ】構造・機能材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2001 - 2002
【研究代表者】吉田 英弘 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (80313021)
【キーワード】セラミック / 結晶粒界 / 電子構造 / 第一原理計算 / クリープ (他9件)
【概要】去年度の研究で確立した製造プロセスにより、各種微量ドーパント添加Al_2O_3多結晶体を作製し、その緻密化過程を高温その場観察実験によって調べた。一方、粒界での物質移動や原子構造・界面エネルギー等を調べるため、高純度Al_2O_3粒界およびドーパントを含む粒界形状をAFMにより詳細に調べると共に、粒界微細構造とナノ領域の化学組成とを高分解能電子顕微鏡を用いて測定した。これらの基礎データを第一原理計...
【工学】構造・機能材料：材料設計 ／第一原理計算を含む研究件
❏有機高分子材料のスマート電気物性設計法の考案(18K18848)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2018-06-29 - 2021-03-31
【研究代表者】熊田 亜紀子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20313009)
【キーワード】第一原理計算 / 分子動力学計算 / 電荷移動度 / ポリマー / tim-of-flight (他19件)
【概要】本研究では第一原理計算を基本とした多階層計算方法を開発し、これを高分子絶縁材料に適用し、高分子材料中の電荷移動の特徴を明らかにすることができた。計算結果はポリマーの場合、多様な指針に基づき、電荷移動特性を制御できることを示唆した。さらに、多階層計算によって実験的に得られるマクロな電流波形をもとめる方法を開発した。また、電荷移動度を実験的に得るための絶縁材料用のTOF測定装置を構築した。その結果、計...
❏新規窒化物半導体のインシリコデザインと材料創成・デバイス化への展開(17H01318)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】窒化物半導体 / 材料設計 / 第一原理計算 / 点欠陥 / 薄膜 (他7件)
【概要】高精度・多角的な第一原理計算並びに機械学習に立脚したインシリコ（計算機中）での材料設計と候補物質のスクリーニングにより、半導体として有望な窒化物を選定することを目指して研究を推進した。既知の窒化物半導体の詳細な理論検討結果に基づいて材料設計の指針を構築し、インシリコスクリーニングを実行することにより、複数の有望物質を提案した。また、バンドギャップ制御及びキャリアドーピングに関する理論予測を実験によ...
❏原子分解能計測による非晶質物質設計(26630302)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】非晶質材料 / ガラス / ドーパント / 収差補正透過型電子顕微鏡 / 原子分解能計測 (他7件)
【概要】本申請研究ではナノ計測と理論計算を複合利用して，非晶質材料ガラス内におけるドーパントの分布や，分相を高い分解能で明らかにすることを目的としている．研究期間初期においては，ガラス中の種々のドーパントの構造解析とHAADF像シミュレーションを行い，ガラス中のドーパントを可視化するための観察条件を系統的に解析した．さらに，同手法を溶融塩や蛍光体材料に適用した．また，種々のガラスの原子分解能STEM観察を...
【工学】構造・機能材料：燃料電池 ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算と溶液理論を用いたリチウムイオン電池の電荷移動反応の研究(20K15376)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】春山 潤 東京大学, 物性研究所, 助教 (80772003)
【キーワード】第一原理計算 / 金属/水界面 / 燃料電池 / リチウムイオン電池 (他11件)
【概要】金属/水溶液界面は様々な電気化学反応の起こる舞台であり, 金属表面上の水分子の振る舞いを理解・予測することは, 電気化学デバイスの性能向上に必要となる. 例えば燃料電池の変換効率は各電極で起こる水素・酸素発生反応における反応中間体の安定性が重要と考えられ, 金属表面における水の基礎的性質を明らかにすることで変換効率上昇への貢献が期待できる. 昨年度は研究開始次年度として, Pt(111)表面の吸着...
❏非平衡第一原理計算を基盤とした電流密度計算による燃料電池メゾスケールモデリング(22760534)
【研究テーマ】構造・機能材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2010 - 2012
【研究代表者】多田 朋史 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (40376512)
【キーワード】燃料電池 / 第一原理計算 / 局所反応場 / イオン輸送 / 非平衡グリーン関数 (他11件)
【概要】固体酸化物形燃料電池の酸化物/燃料/電極の三相界面設計を理論的に行うべく、三相界面を含むメソスケール動的モンテカルロプログラムを開発し、電流密度計算を大規模長時間スケールで実行可能となるシミュレーション体制の基盤を構築した。合わせて、第一原理計算による反応解析を同モデル界面で実行し、メソスケール動的モンテカルロプログラムの実行に必要な速度論的データの取得に成功した。 ...
❏電子移動を伴う化学反応を追う:電極/水溶液界面での第一原理シミュレーション(19340077)
【研究テーマ】物性Ⅰ
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2007 - 2009
【研究代表者】大谷 実 独立行政法人産業技術総合研究所, 計算科学研究部門, 研究員 (50334040)
【キーワード】固液界面 / 電気化学反応 / 燃料電池 / 分子動力学 / シミュレーション (他12件)
【概要】第一原理分子動力学シミュレーション手法を用いて,電気化学反応のシミュレーションを行った.固液界面における電子移動反応・界面構造の変化・吸着状態の変化など,電圧を印加した界面に特有な物理が多数明らかになった. ...
【工学】構造・機能材料：EELS ／第一原理計算を含む研究件
❏原子分解能“振動”計測法の開発と革新的材料創製(19H00818)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70422334)
【キーワード】電子エネルギー損失分光 / 格子振動 / 理論計算 / 透過型電子顕微鏡 / 機械学習 (他16件)
【概要】物質を構成する原子や分子の局所的な“振動”は，熱などの外場からのエネルギーによる原子の変位現象であり，相転移や熱伝導，さらに様々な機能発現にかかわる重要な現象である．これまでに申請グループは走査透過型電子顕微鏡(STEM)により測定される電子分光（EELS）と高度なスペクトル計算を融合することで，物質を構成する原子・分子の振動を検出する手法を報告してきた．本研究は，高いレベルにあるSTEM-EEL...
❏結晶界面ノンストイキオメトリー制御による高効率太陽光発電セル光吸収体の開発(23656395)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2011 - 2013
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】太陽電池 / 光吸収層 / カルコパイライト型化合物 / 第一原理計算 / 透過型電子顕微鏡 (他15件)
【概要】本研究ではCIS系化合物の界面における欠陥形成挙動と物性への影響をしらべた．H23，24年は堆積条件および双晶基板界面の原子構造の調査を行った．計算と高分解能観察により基板界面の原子構造を明らかにした（APL2012）．また空孔形成エネルギーのセルサイズ依存性が欠陥準位の局在具合に依存するということを明らかにした（PRB 2012）．H25年度においてCIS粒界の構造を決定し，バンドギャップとベン...
❏時間分解能ＥＥＬＳ法の開発と先進材料設計(22686059)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(A)
【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】内殻電子励起分光法 / 透過型電子顕微鏡 / EELS / XAFS / 電池 (他19件)
【概要】高い空間・時間分解能を有する内殻電子励起分光法をもちいて材料開発指針を確立することを目的としている．スペクトルの理論解析法の確立に取り組み，解析精度を格段に向上させた（Micron 2010, PRB2011,等）．さらにリチウムイオン電池材料の酸化還元反応をその場（in-situ）解析し，原子・電子構造の変化を調べ，還元種に関する重要な知見を得た(APL2014)．また，結晶中転位の運動に伴う変...
【工学】構造・機能材料：ドーバント ／第一原理計算を含む研究件
❏原子分解能計測による非晶質物質設計(26630302)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】非晶質材料 / ガラス / ドーパント / 収差補正透過型電子顕微鏡 / 原子分解能計測 (他7件)
【概要】本申請研究ではナノ計測と理論計算を複合利用して，非晶質材料ガラス内におけるドーパントの分布や，分相を高い分解能で明らかにすることを目的としている．研究期間初期においては，ガラス中の種々のドーパントの構造解析とHAADF像シミュレーションを行い，ガラス中のドーパントを可視化するための観察条件を系統的に解析した．さらに，同手法を溶融塩や蛍光体材料に適用した．また，種々のガラスの原子分解能STEM観察を...
❏第一原理計算に基づいたドーパントレベルの定量化と材料機能設計(21760517)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2009 - 2010
【研究代表者】大場 史康 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90378795)
【キーワード】ドーパント / 点欠陥 / 半導体 / 第一原理計算 / 電子状態 (他7件)
【概要】ドーパントや固有点欠陥の電子レベルは,ドーパント・固有点欠陥由来の電気,光学,磁気特性を制御・設計する上で最も基本的な情報である.本研究では,半導体や絶縁体中のドーパントおよび固有点欠陥の電子レベルを,第一原理計算に基づいて定量的に評価する手法を確立した.また,この手法を種々の機能性酸化物や化合物半導体などに応用することで,ドーパント・固有点欠陥由来の機能を予測した. ...
【工学】構造・機能材料：ドーピング ／第一原理計算を含む研究件
❏独自の化学設計指針に基づいた革新的新光機能性半導体の創製とデバイス化への展開(21H04612)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2021-04-05 - 2026-03-31
【研究代表者】平松 秀典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (80598136)
【キーワード】半導体 / 新物質探索 / バルク・薄膜 / 第一原理計算 / デバイス (他8件)
【概要】本研究において打ち立てた以下2点の化学設計指針に従って、研究計画におけるロードマップに設定したとおり、「有望物質の探索」に取り組み、また同時進行で研究の次段階ステージとなる「薄膜試料作製」の本格実施のための準備を行った。 ・高対称性結晶（具体的にはペロブスカイト型構造）中に意図的に「非結合性軌道」を導入し、適切なバンドギャップと、p型にもn型にもドーピングが可能な電子状態を実現する。 ・高効率化に...
❏ワイドギャップ半導体におけるケミカルドーピングの学理構築と新材料開拓(20H00302)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2020-04-01 - 2025-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】第一原理計算 / 機械学習 / 半導体 / ドーピング
【概要】系統的な第一原理計算とその結果の機械学習により、無機化合物における固有点欠陥の形成挙動・電子状態と様々な形態でのドーパント添加によるキャリアドーピングの有効性を、半導体としての応用に関わる種々の基礎物性と併せて俯瞰的に考察し、ワイドギャップ半導体の設計・探索の指針を構築することを最終目的として研究を推進した。本年度は、昨年度から開発を進めている高精度と高速を両立させたハイスループット第一原理計算及...
❏新規窒化物半導体のインシリコデザインと材料創成・デバイス化への展開(17H01318)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】窒化物半導体 / 材料設計 / 第一原理計算 / 点欠陥 / 薄膜 (他7件)
【概要】高精度・多角的な第一原理計算並びに機械学習に立脚したインシリコ（計算機中）での材料設計と候補物質のスクリーニングにより、半導体として有望な窒化物を選定することを目指して研究を推進した。既知の窒化物半導体の詳細な理論検討結果に基づいて材料設計の指針を構築し、インシリコスクリーニングを実行することにより、複数の有望物質を提案した。また、バンドギャップ制御及びキャリアドーピングに関する理論予測を実験によ...
【工学】構造・機能材料：光触媒 ／第一原理計算を含む研究件
❏分光測定および第一原理計算を用いた光触媒・電解液界面構造の解明(20K14775)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 雰囲気XPS / 第一原理計算 / その場観察 / 半導体 (他13件)
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏光電気化学反応における触媒/溶液界面構造の解明と制御(18K13784)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 光電極 / 第一原理計算 / 雰囲気XPS / 界面 (他13件)
【概要】本研究では、雰囲気光電子分光(XPS)および、第一原理計算によって、光触媒/電解液界面を解析した。第一原理モデリングに関しては光触媒の動作環境下の界面を過剰電荷を含んだ界面の計算によって模擬する方法を提案した。また、同手法を用いて予測した光触媒/電解液界面構造の時間発展をモデル化し、雰囲気XPS実験結果と比較した。その結果、界面の幾何構造のみならず、その電子構造(電子準位接続)が第一原理計算によっ...
【工学】構造・機能材料：点欠陥 ／第一原理計算を含む研究件
❏マルチスケール計算によるSiC酸化機構に現れる複合相関とその界面電子物性への影響(18H03770)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 物質・情報卓越教育院, 特任准教授 (90762336)
【キーワード】SiC / DFT / 欠陥 / 単一光子光源 / SiC(他15件)
【概要】本課題では第一原理理論計算に基づいて、SiC-MOS界面欠陥の構造特定と界面欠陥低減法の理論的提案を行なった。SiC/SiO2界面に現れる欠陥の特定は、SiC-MOSデバイス特性の改善において重要な課題である。本研究課題では、SiC-MOS界面欠陥として2つの欠陥候補を特定に成功した。1つは、SiCの伝導帯下端の波動関数に由来するSiC固有の欠陥であり、もう1つは界面に析出した炭素関連欠陥である。...
❏新規窒化物半導体のインシリコデザインと材料創成・デバイス化への展開(17H01318)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】窒化物半導体 / 材料設計 / 第一原理計算 / 点欠陥 / 薄膜 (他7件)
【概要】高精度・多角的な第一原理計算並びに機械学習に立脚したインシリコ（計算機中）での材料設計と候補物質のスクリーニングにより、半導体として有望な窒化物を選定することを目指して研究を推進した。既知の窒化物半導体の詳細な理論検討結果に基づいて材料設計の指針を構築し、インシリコスクリーニングを実行することにより、複数の有望物質を提案した。また、バンドギャップ制御及びキャリアドーピングに関する理論予測を実験によ...
❏第一原理計算に基づいたドーパントレベルの定量化と材料機能設計(21760517)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2009 - 2010
【研究代表者】大場 史康 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90378795)
【キーワード】ドーパント / 点欠陥 / 半導体 / 第一原理計算 / 電子状態 (他7件)
【概要】ドーパントや固有点欠陥の電子レベルは,ドーパント・固有点欠陥由来の電気,光学,磁気特性を制御・設計する上で最も基本的な情報である.本研究では,半導体や絶縁体中のドーパントおよび固有点欠陥の電子レベルを,第一原理計算に基づいて定量的に評価する手法を確立した.また,この手法を種々の機能性酸化物や化合物半導体などに応用することで,ドーパント・固有点欠陥由来の機能を予測した. ...
【工学】構造・機能材料：太陽電池 ／第一原理計算を含む研究件
❏希釈窒化物半導体における電子局在状態を活用する高効率太陽電池への展開(19H02612)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31
【研究代表者】矢口 裕之 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (50239737)
【キーワード】太陽電池 / 希釈窒化物半導体 / 第一原理計算 / 電子局在状態 / アップコンバージョン発光 (他8件)
【概要】希釈窒化物半導体における電子局在状態を介した２段階光吸収を活用するというアプローチで中間バンド型太陽電池の変換効率向上の可能性を検討した。スーパーセル法に基づく第一原理計算から、GaPN中の窒素原子配列がバンドギャップエネルギーを大きく変化させ、電子局在状態を形成する要因となることが明らかになった。二波長励起フォトルミネッセンス測定の励起強度依存性と試作した太陽電池の光電流特性から、バンドギャップ...
❏太陽光の効率利用のための励起子・電荷ダイナミックスの基礎理論の構築(18H01937)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60390655)
【キーワード】電子移動 / 励起エネルギー移動 / シングレット・フィッション / アップコンバージョン / 光合成 (他14件)
【概要】本研究では、分子集合体中で一重項励起子から２つの三重項励起子が生成するシングレット・フィッションおよび逆反応のTTAのメカニズムを第一原理計算と量子ダイナミックス計算で解析し、分子のパッキング構造が反応機構に与える影響を明らかにした。また、ランタニドナノクラスターに吸着した分子系について、スピン軌道相互作用と電子交換によるアップコンバージョン機構を明らかにした。同様のアプローチで、光合成の反応中心...
❏高精度物性予測基盤の構築と新規太陽電池材料の探索への展開(15H04125)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】第一原理計算 / 太陽電池 / 半導体 / 格子欠陥 / 太陽電池材料
【概要】太陽電池のニーズが高まる中、安価で無毒な材料による光吸収層の代替が期待されている。コンピュータシミュレーションにより物質の性質や安定性の予測が的確にできれば、有望物質の選定、すなわち物質探索が効率化できる。本研究では、量子力学の基本原理に基づいた第一原理計算により候補物質の性質や安定性を高い精度で予測するための手法を開発し、候補物質のスクリーニングに応用することで、新物質の探索を行った。その結果、...
【工学】構造・機能材料：電子構造 ／第一原理計算を含む研究件
❏次世代太陽電池のための光吸収層材料の第一原理設計・探索(26630316)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (90378795)
【キーワード】第一原理計算 / 太陽電池材料 / 電子構造
【概要】中間バンド型太陽電池は，次世代の高効率太陽電池として期待されている．しかし，その鍵となる中間バンドを有する光吸収層材料の最適化が十分になされているとは言えず，現状では理論値を遙かに下回る変換効率しか得られていない．本研究では，高精度な第一原理計算に基づいたスクリーニングにより，高い理論変換効率が得られる物質を選出した．その結果，従来提案されているような遷移金属元素をドーパントとして添加した2元系化...
❏層間ドーピングによる六方晶窒化ホウ素の光電子機能設計(17760527)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2005 - 2006
【研究代表者】大場 史康 京都大学, 工学研究科, 助手 (90378795)
【キーワード】窒化ホウ素 / 第一原理計算 / ドーピング / イオン化エネルギー / 形成エネルギー (他6件)
【概要】六方晶窒化ホウ素(h-BN)の半導体化に最適なドーパントの理論予測を目的として,第一原理計算により様々な不純物のイオン化エネルギー及び形成エネルギーと電子構造を立方晶窒化ホウ素(c-BN)と比較しながら系統的に評価した.具体的には,h-BN及びc-BNスーパーセル中に様々なドーパント元素を導入し,第一原理PAW法による原子・電子構造の最適化計算を行った.得られたスーパーセルの全エネルギーを用いて不...
❏粒界ナノ量子構造制御による新機能セラミックス開発プロセスの創出(15760518)
【研究テーマ】構造・機能材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2003 - 2005
【研究代表者】吉田 英弘 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料研究所, 主任研究員 (80313021)
【キーワード】セラミック / 結晶粒界 / 電子構造 / 第一原理計算 / 拡散 (他9件)
【概要】最終年度となる本年度は、アルミナ多結晶体の焼結過程における緻密化速度の測定結果と、速度論的に得られるアルミナの粒界拡散係数に関し、極微量のカチオン添加の影響と、その起源についての解析を行った。特に、昨年度の結果に基づき、粒界偏析したカチオンが及ぼすイオン結合状態への影響について重点的に解析を進めた。また、昨年度作製した高温炉と特殊試料ホルダー及びインピーダンス測定装置を用いて、ひき続きカチオン添加...
【工学】構造・機能材料：電子状態 ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算による機能材料界面の原子構造と量子輸送特性の解明(16F16705)
【研究テーマ】結晶工学
【研究種目】特別研究員奨励費
【研究期間】2016-07-27 - 2019-03-31
【研究代表者】幾原 雄一 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (70192474)
【キーワード】第一原理計算 / 走査透過型電子顕微鏡法 / 異種界面 / 電子状態 / 双晶 (他8件)
【概要】本研究では、機能材料中の異種界面および双晶界面の原子構造と電子状態について、最先端の原子分解能走査透過型電子顕微鏡法(STEM)と密度汎関数法による第一原理計算により研究を行った。 金属と酸化物により形成される異種界面では、界面の原子構造が機能特性に多大な影響を及ぼす。また、界面の原子構造と電子状態は、酸化物結晶の界面における極性に依存して大きく異なると考えられる。本研究では、分子線エピタキシー法...
❏水素の量子性による電子状態における断熱近似の破れ(25620009)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】関場 大一郎 筑波大学, 数理物質系, 講師 (20396807)
【キーワード】水素 / 断熱近似 / 軟X線発光分光 / 軟X線ラマン散乱 / 第一原理計算 (他8件)
【概要】Mg2FeH6とMg2FeD6の電子状態を放射光を用いて比較研究を行った。Fe2p電子をフェルミ面直上の空状態に共鳴励起し、X線の非弾性散乱成分を観察した。ddギャップに相当する2.6eVの電子ラマン散乱の他に、100meV程度の振動ラマン散乱を観察できた。振動ラマン散乱はFe-HまたはFe-Dの対称伸縮モードが主成分であり、それは√2倍の同位体効果から支持される。振動ラマン散乱はフィッティングに...
❏第一原理計算の段階的高精度化に基づいたヘテロ界面の定量(23686089)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】若手研究(A)
【研究期間】2011 - 2012
【研究代表者】大場 史康 京都大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (90378795)
【キーワード】界面 / 半導体 / 第一原理計算 / 電子状態
【概要】酸化物半導体・絶縁体ヘテロ界面や太陽電池用化合物半導体ヘテロ界面の構造および機能を設計する上で,界面を原子・電子レベルで定量化することが不可欠となる.本研究では,第一原理計算の段階的な高精度化に基づいた定量的計算手法を開発し,これをマクロ解析および検証実験との連携のもとでヘテロ界面に応用し,界面構造・機能に関するデータセットを構築した.さらに,界面機能を決定する諸因子に基づいたデータセットのスクリ...
【工学】構造・機能材料：電池 ／第一原理計算を含む研究件
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
❏時間分解能ＥＥＬＳ法の開発と先進材料設計(22686059)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(A)
【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】内殻電子励起分光法 / 透過型電子顕微鏡 / EELS / XAFS / 電池 (他19件)
【概要】高い空間・時間分解能を有する内殻電子励起分光法をもちいて材料開発指針を確立することを目的としている．スペクトルの理論解析法の確立に取り組み，解析精度を格段に向上させた（Micron 2010, PRB2011,等）．さらにリチウムイオン電池材料の酸化還元反応をその場（in-situ）解析し，原子・電子構造の変化を調べ，還元種に関する重要な知見を得た(APL2014)．また，結晶中転位の運動に伴う変...
【工学】構造・機能材料：強誘電体 ／第一原理計算を含む研究件
❏形状可変材料のドメインホモ界面ダイナミクスの学理究明と高機能化原理の確立(26220907)
【研究テーマ】構造・機能材料
【研究種目】基盤研究(S)
【研究期間】2014-05-30 - 2019-03-31
【研究代表者】細田 秀樹 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (10251620)
【キーワード】形状可変材料 / 相変態 / 第一原理計算 / 界面制御 / 医療・エネルギー材料 (他23件)
【概要】医療やエネルギーに用いられる形状記憶合金や圧電材料などの形状可変材料は、形状と、力や磁場などの外場と、発生力などの材料の機能が相互に可逆的に関係する。形状変化の根源はドメインホモ界面の移動によるドメイン変換と相変態である。本材料の高機能化のために、ドメイン界面がスムーズに移動できるドメインホモ界面の構造とダイナミクスを明らかにし、また、高機能化のため、界面構造の制御と第一原理計算による格子軟化の制...
❏自律型原子モデリングと原子構造不安定解析による強誘電材の劣化メカニズムの解明(24560087)
【研究テーマ】機械材料・材料力学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】梅野 宜崇 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40314231)
【キーワード】原子モデリング / 強誘電体 / マルチフィジックス / ナノ材料 / 原子シミュレーション (他9件)
【概要】強誘電材料における分極スイッチングの劣化メカニズムを明らかにするため，ドメイン壁移動に及ぼす結晶欠陥などの影響を明らかにするとともに，電場・外力重畳条件下でのマルチフィジックス効果についても検討した．リファレンスデータ生成・パラメータ最適化・関数の自己診断とリファレンスデータ再生プロセスからなる，原子間ポテンシャルを半自動的に構築するアルゴリズムを開発した．分子動力学法により，キンクや酸素空孔，外...
【工学】構造・機能材料：単結晶 ／第一原理計算を含む研究件
❏インフォマティックスの先をゆき応用も志向したトポロジカル電子材料の開拓(21H04652)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2021-04-05 - 2026-03-31
【研究代表者】笹川 崇男 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
【キーワード】トポロジカル電子物質 / 第一原理計算 / 単結晶 / 角度分解光電子分光 / 磁気輸送特性
【概要】新概念の提案が理論から続くトポロジカル電子物質を対象として、マテリアルズ・インフォマティクス（ＭＩ）を活用しつつ、そのスキームだけでは探索・開拓することが難しい物質群の開発に挑戦している。 ① ＭＩから発掘するスジの良い化合物（「経験」と「勘」に基づく実績を活かし新概念へ発展） ② 現状のＭＩでは見逃してしまう化合物（複数フェルミ面系、構造敏感な電子相、低次元系など） ③ 今後のＭＩでも扱うことが...
❏超高速電子移動度と超巨大磁気抵抗を示す非磁性半金属の開拓(21K18181)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(開拓)
【研究期間】2021-07-09 - 2025-03-31
【研究代表者】笹川 崇男 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
【キーワード】非磁性半金属 / 超高速電子移動度 / 超巨大磁気抵抗 / 単結晶 / 第一原理計算
【概要】相対論効果や結晶および電子軌道の対称性（既約表現）に基づいて発現する特徴的な電子構造をもつ非磁性半金属を対象として、キャリア移動度および磁気抵抗変化率（MR）で未踏領域の特性値を示す物質の創製に挑戦している。 超高速キャリア移動度（μ∝τ/m*）を実現するために、物質固有の電子有効質量（m*）を極端に小さくできるグラフェンに類似した線形電子分散(ディラック型)および派生した特徴的な電子構造（ワイル...
❏トポロジカル電子状態に基づく新世代デバイス技術の創出(16H03847)
【研究テーマ】応用物性
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】笹川 崇男 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (30332597)
【キーワード】トポロジカル絶縁体 / トポロジカル半金属 / トポロジカル超伝導体 / 新物質探索 / 新物性探索 (他12件)
【概要】スピントロニクスから量子コンピューティングまで次世代電子デバイスへの利用が期待される「トポロジカルな電子状態をもつ物質」について、新物質の開拓、そこから生まれる新奇な量子現象や機能の探索に取り組んだ。第一原理計算による物質の探索と選定、各種手法を用いた合成と単結晶化、極低温・強磁場などの極限環境も利用した物性評価と機能実証を総合的に行った。トポロジカル絶縁体、トポロジカル半金属、トポロジカル超伝導...
【工学】構造・機能材料：動的モンテカルロ ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算からの気液固複合相ヘテロ界面の実在系非平衡シミュレーション(19K22044)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2019-06-28 - 2022-03-31
【研究代表者】多田 朋史 九州大学, エネルギー研究教育機構, 教授 (40376512)
【キーワード】第一原理計算 / ヘテロ界面 / 機械学習ポテンシャル / マルチカノニカル / モンテカルロ (他15件)
【概要】本研究は機能性デバイスを理論的に設計する上で必要となる原子・分子スケールの微視的モデルを用いてバルク材料と他相（気相、液相、固相）との接合界面（ヘテロ界面）の高精度大規模計算を実現するための理論的枠組み構築を目的とした理論研究である。高精度な構造表現には第一原理計算を学習データとする機械学習ポテンシャル法、反応の速度論的評価にはマルチカノニカル法、大規模計算には動的モンテカルロ法、という三つの手法...
❏非平衡第一原理計算を基盤とした電流密度計算による燃料電池メゾスケールモデリング(22760534)
【研究テーマ】構造・機能材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2010 - 2012
【研究代表者】多田 朋史 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (40376512)
【キーワード】燃料電池 / 第一原理計算 / 局所反応場 / イオン輸送 / 非平衡グリーン関数 (他11件)
【概要】固体酸化物形燃料電池の酸化物/燃料/電極の三相界面設計を理論的に行うべく、三相界面を含むメソスケール動的モンテカルロプログラムを開発し、電流密度計算を大規模長時間スケールで実行可能となるシミュレーション体制の基盤を構築した。合わせて、第一原理計算による反応解析を同モデル界面で実行し、メソスケール動的モンテカルロプログラムの実行に必要な速度論的データの取得に成功した。 ...
【工学】総合工学：カラス ／第一原理計算を含む研究件
❏原子分解能計測による非晶質物質設計(26630302)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】非晶質材料 / ガラス / ドーパント / 収差補正透過型電子顕微鏡 / 原子分解能計測 (他7件)
【概要】本申請研究ではナノ計測と理論計算を複合利用して，非晶質材料ガラス内におけるドーパントの分布や，分相を高い分解能で明らかにすることを目的としている．研究期間初期においては，ガラス中の種々のドーパントの構造解析とHAADF像シミュレーションを行い，ガラス中のドーパントを可視化するための観察条件を系統的に解析した．さらに，同手法を溶融塩や蛍光体材料に適用した．また，種々のガラスの原子分解能STEM観察を...
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
【工学】総合工学：SiC ／第一原理計算を含む研究件
❏マルチスケール計算によるSiC酸化機構に現れる複合相関とその界面電子物性への影響(18H03770)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 物質・情報卓越教育院, 特任准教授 (90762336)
【キーワード】SiC / DFT / 欠陥 / 単一光子光源 / SiC(他15件)
【概要】本課題では第一原理理論計算に基づいて、SiC-MOS界面欠陥の構造特定と界面欠陥低減法の理論的提案を行なった。SiC/SiO2界面に現れる欠陥の特定は、SiC-MOSデバイス特性の改善において重要な課題である。本研究課題では、SiC-MOS界面欠陥として2つの欠陥候補を特定に成功した。1つは、SiCの伝導帯下端の波動関数に由来するSiC固有の欠陥であり、もう1つは界面に析出した炭素関連欠陥である。...
❏第一原理量子論によるSiC/SiO2界面形状と電子物性の相関(16K18075)
【研究テーマ】電子・電気材料工学
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任講師 (90762336)
【キーワード】炭化ケイ素 / 第一原理計算 / 界面欠陥 / 炭素欠陥 / DFT (他14件)
【概要】SiC/SiO2界面に存在する高密度界面準位の特定に取り組んだ。その結果、界面準位の候補として①界面における残留炭素関連欠陥と、②SiCの伝導帯下端の特異な電子状態に由来する新奇界面準位であること、を第一原理計算により明らかにした。①の欠陥に関しては、欠陥構造のエネルギー安定性を計算することによりその候補を絞り込むことに成功した。②に関しては、本研究で初めて明らかにしたもので、界面近傍の積層構造に...
【工学】総合工学：炭化けい素 ／第一原理計算を含む研究件
❏ワイドギャップ半導体MOS界面欠陥の正体の横断的解明(20H00340)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2020-04-01 - 2025-03-31
【研究代表者】藤ノ木 享英 (梅田享英) 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (10361354)
【キーワード】MOS界面欠陥 / 電子スピン共鳴分光 / 電流検出 / ワイドギャップ半導体 / 電流検出型電子スピン共鳴 (他19件)
【概要】本研究の最大の武器は「電流検出型電子スピン共鳴（EDMR）分光」である。この分光実験は、外部磁場とマイクロ波で電子スピンを励起し、その励起を試料電流で検出する。2021年度は、この特徴を生かしたスピン検出実験を行った。 対象は、炭化ケイ素（4H-SiC）のMOS型電界効果トランジスタ（MOSFET）に埋め込んだ「シリコン空孔スピン（Tv2a型）」である。このスピンは4H-SiCで最も有望なスピン欠...
❏第一原理量子論によるSiC/SiO2界面形状と電子物性の相関(16K18075)
【研究テーマ】電子・電気材料工学
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任講師 (90762336)
【キーワード】炭化ケイ素 / 第一原理計算 / 界面欠陥 / 炭素欠陥 / DFT (他14件)
【概要】SiC/SiO2界面に存在する高密度界面準位の特定に取り組んだ。その結果、界面準位の候補として①界面における残留炭素関連欠陥と、②SiCの伝導帯下端の特異な電子状態に由来する新奇界面準位であること、を第一原理計算により明らかにした。①の欠陥に関しては、欠陥構造のエネルギー安定性を計算することによりその候補を絞り込むことに成功した。②に関しては、本研究で初めて明らかにしたもので、界面近傍の積層構造に...
【工学】総合工学：格子欠陥 ／第一原理計算を含む研究件
❏新規窒化物半導体のインシリコデザインと材料創成・デバイス化への展開(17H01318)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】窒化物半導体 / 材料設計 / 第一原理計算 / 点欠陥 / 薄膜 (他7件)
【概要】高精度・多角的な第一原理計算並びに機械学習に立脚したインシリコ（計算機中）での材料設計と候補物質のスクリーニングにより、半導体として有望な窒化物を選定することを目指して研究を推進した。既知の窒化物半導体の詳細な理論検討結果に基づいて材料設計の指針を構築し、インシリコスクリーニングを実行することにより、複数の有望物質を提案した。また、バンドギャップ制御及びキャリアドーピングに関する理論予測を実験によ...
❏高精度物性予測基盤の構築と新規太陽電池材料の探索への展開(15H04125)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】第一原理計算 / 太陽電池 / 半導体 / 格子欠陥 / 太陽電池材料
【概要】太陽電池のニーズが高まる中、安価で無毒な材料による光吸収層の代替が期待されている。コンピュータシミュレーションにより物質の性質や安定性の予測が的確にできれば、有望物質の選定、すなわち物質探索が効率化できる。本研究では、量子力学の基本原理に基づいた第一原理計算により候補物質の性質や安定性を高い精度で予測するための手法を開発し、候補物質のスクリーニングに応用することで、新物質の探索を行った。その結果、...
❏窒化物半導体界面におけるスピン物性の制御(21710102)
【研究テーマ】ナノ材料・ナノバイオサイエンス
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2009 - 2012
【研究代表者】合田 義弘 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教 (50506730)
【キーワード】ナノ表面・界面 / ナノ材料 / 磁性 / 物性理論 / ナノ界面 (他8件)
【概要】本研究では、GaNをはじめとする窒化物半導体と非磁性物質との界面における磁性の発現および制御を目指し第一原理計算を行った。まず、AlN/MgB2界面およびGaN/ZrB2界面を理論解析し、AlN/MgB2界面では界面強磁性が発現する可能性を示した。また、界面スピン物性の応用として最も重要であると考えられるスピン伝導特性を量子コンダクタンスの計算により明らかにした。これらの結果はPhysical R...
【工学】総合工学：励起子 ／第一原理計算を含む研究件
❏太陽光の効率利用のための励起子・電荷ダイナミックスの基礎理論の構築(18H01937)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60390655)
【キーワード】電子移動 / 励起エネルギー移動 / シングレット・フィッション / アップコンバージョン / 光合成 (他14件)
【概要】本研究では、分子集合体中で一重項励起子から２つの三重項励起子が生成するシングレット・フィッションおよび逆反応のTTAのメカニズムを第一原理計算と量子ダイナミックス計算で解析し、分子のパッキング構造が反応機構に与える影響を明らかにした。また、ランタニドナノクラスターに吸着した分子系について、スピン軌道相互作用と電子交換によるアップコンバージョン機構を明らかにした。同様のアプローチで、光合成の反応中心...
❏大規模電子状態計算と量子ダイナミックス計算を統合した有機光電変換系の研究(15K05374)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電荷分離 / 有機系太陽電池 / シングレットフィッション (他8件)
【概要】有機薄膜太陽電池のドナー‐アクセプター界面でのフリーキャリアの生成と電荷再結合との競合は太陽電池のエネルギー変換効率を決定する重要な過程である。有機半導体は誘電率が低く静電引力が電子・正孔対を界面にトラップさせる傾向があるため、効率的なフリーキャリアの生成がどのように起こるのかが議論の的となっている。研究代表者は、第一原理計算と量子ダイナミックス計算を統合した理論解析を用いて、励起子が界面に局在し...
❏有機光電変換系の光誘起電荷分離機構の理論的解明(24550006)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】田村 宏之 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (60390655)
【キーワード】有機太陽電池 / 励起子 / 電子移動 / 量子ダイナミックス / 第一原理計算 (他9件)
【概要】有機薄膜太陽電池の潜在力を最大限引き出すためには、光吸収、励起子拡散、ドナー-アクセプター界面でのキャリア生成、電子・正孔の電極への輸送の各素過程の効率やエネルギー損失が生じるメカニズムを解明し、材料設計の指針を得ることが重要である。有機半導体は誘電率が低いため電子-正孔間の静電引力が電荷分離状態（CT）を界面に局在させる傾向がある。このため、どのように静電障壁に打ち勝って励起子からフリーな電子-...
【工学】総合工学：結晶粒界 ／第一原理計算を含む研究件
❏界面構造ユニットを制御した構造・機能材料の創出(15H02290)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】幾原 雄一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70192474)
【キーワード】結晶粒界 / 透過型電子顕微鏡 / 第一原理計算 / バイクリスタル / セラミックス (他14件)
【概要】本年度は、界面構造制御および異種元素添加による界面特性発現メカニズムの解明を目指し、これまでの推進してきた界面構造の解析と制御に加え、界面特性の解析に重きを置き研究を執り行う計画であった。この計画の遂行のため、次の3点を中心に研究を推進した。（1）双結晶を用いた界面構造制御と解析、(2)界面構造の変化を直接観察するための透過型電子顕微鏡用加熱ホルダー安定化システムの導入、(3)界面局所物性測定のた...
❏粒界ナノ量子構造制御による新機能セラミックス開発プロセスの創出(15760518)
【研究テーマ】構造・機能材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2003 - 2005
【研究代表者】吉田 英弘 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料研究所, 主任研究員 (80313021)
【キーワード】セラミック / 結晶粒界 / 電子構造 / 第一原理計算 / 拡散 (他9件)
【概要】最終年度となる本年度は、アルミナ多結晶体の焼結過程における緻密化速度の測定結果と、速度論的に得られるアルミナの粒界拡散係数に関し、極微量のカチオン添加の影響と、その起源についての解析を行った。特に、昨年度の結果に基づき、粒界偏析したカチオンが及ぼすイオン結合状態への影響について重点的に解析を進めた。また、昨年度作製した高温炉と特殊試料ホルダー及びインピーダンス測定装置を用いて、ひき続きカチオン添加...
❏粒界電子構造に基づいた新しい耐熱セラミックス材料の創製(13750647)
【研究テーマ】構造・機能材料
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2001 - 2002
【研究代表者】吉田 英弘 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (80313021)
【キーワード】セラミック / 結晶粒界 / 電子構造 / 第一原理計算 / クリープ (他9件)
【概要】去年度の研究で確立した製造プロセスにより、各種微量ドーパント添加Al_2O_3多結晶体を作製し、その緻密化過程を高温その場観察実験によって調べた。一方、粒界での物質移動や原子構造・界面エネルギー等を調べるため、高純度Al_2O_3粒界およびドーパントを含む粒界形状をAFMにより詳細に調べると共に、粒界微細構造とナノ領域の化学組成とを高分解能電子顕微鏡を用いて測定した。これらの基礎データを第一原理計...
【工学】総合工学：移動度 ／第一原理計算を含む研究件
❏有機高分子材料のスマート電気物性設計法の考案(18K18848)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2018-06-29 - 2021-03-31
【研究代表者】熊田 亜紀子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20313009)
【キーワード】第一原理計算 / 分子動力学計算 / 電荷移動度 / ポリマー / tim-of-flight (他19件)
【概要】本研究では第一原理計算を基本とした多階層計算方法を開発し、これを高分子絶縁材料に適用し、高分子材料中の電荷移動の特徴を明らかにすることができた。計算結果はポリマーの場合、多様な指針に基づき、電荷移動特性を制御できることを示唆した。さらに、多階層計算によって実験的に得られるマクロな電流波形をもとめる方法を開発した。また、電荷移動度を実験的に得るための絶縁材料用のTOF測定装置を構築した。その結果、計...
❏マルチスケール計算によるSiC酸化機構に現れる複合相関とその界面電子物性への影響(18H03770)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 物質・情報卓越教育院, 特任准教授 (90762336)
【キーワード】SiC / DFT / 欠陥 / 単一光子光源 / SiC(他15件)
【概要】本課題では第一原理理論計算に基づいて、SiC-MOS界面欠陥の構造特定と界面欠陥低減法の理論的提案を行なった。SiC/SiO2界面に現れる欠陥の特定は、SiC-MOSデバイス特性の改善において重要な課題である。本研究課題では、SiC-MOS界面欠陥として2つの欠陥候補を特定に成功した。1つは、SiCの伝導帯下端の波動関数に由来するSiC固有の欠陥であり、もう1つは界面に析出した炭素関連欠陥である。...
❏高分子ナノコンポジット材料の電気的特性発現機構の解明(17H06611)
【研究テーマ】電力工学・電力変換・電気機器
【研究種目】研究活動スタート支援
【研究期間】2017-08-25 - 2019-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (40805769)
【キーワード】絶縁材料 / 誘電材料 / 高分子 / 電荷輸送 / 移動度 (他12件)
【概要】本研究ではまず、高分子絶縁材料中の電荷移動特性を評価すべく、高分子結晶領域および、アモルファス領域における電荷移動度を量子化学計算、分子動力学計算、KMCシミュレーション(および、高分子鎖の統計的な性質)をあわせることで、経験的なパラメータを用いること無く評価する方法を提案した。ポリエチレン(PE)材料に関して、結晶、非晶領域における電荷移動度を評価した結果、PE のアモルファス領域における正孔移...
【工学】総合工学：酸化 ／第一原理計算を含む研究件
❏マルチスケール計算によるSiC酸化機構に現れる複合相関とその界面電子物性への影響(18H03770)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 物質・情報卓越教育院, 特任准教授 (90762336)
【キーワード】SiC / DFT / 欠陥 / 単一光子光源 / SiC(他15件)
【概要】本課題では第一原理理論計算に基づいて、SiC-MOS界面欠陥の構造特定と界面欠陥低減法の理論的提案を行なった。SiC/SiO2界面に現れる欠陥の特定は、SiC-MOSデバイス特性の改善において重要な課題である。本研究課題では、SiC-MOS界面欠陥として2つの欠陥候補を特定に成功した。1つは、SiCの伝導帯下端の波動関数に由来するSiC固有の欠陥であり、もう1つは界面に析出した炭素関連欠陥である。...
❏第一原理量子論によるSiC/SiO2界面形状と電子物性の相関(16K18075)
【研究テーマ】電子・電気材料工学
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任講師 (90762336)
【キーワード】炭化ケイ素 / 第一原理計算 / 界面欠陥 / 炭素欠陥 / DFT (他14件)
【概要】SiC/SiO2界面に存在する高密度界面準位の特定に取り組んだ。その結果、界面準位の候補として①界面における残留炭素関連欠陥と、②SiCの伝導帯下端の特異な電子状態に由来する新奇界面準位であること、を第一原理計算により明らかにした。①の欠陥に関しては、欠陥構造のエネルギー安定性を計算することによりその候補を絞り込むことに成功した。②に関しては、本研究で初めて明らかにしたもので、界面近傍の積層構造に...
【工学】総合工学：酸化物 ／第一原理計算を含む研究件
❏粒界数理学の構築に基づく機能材料創出(21H01612)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31
【研究代表者】井上 和俊 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (60743036)
【キーワード】粒界 / 原子構造 / 酸化物 / 走査透過型電子顕微鏡法 / 第一原理計算 (他7件)
【概要】金属・酸化物等から構成される機能材料は多結晶体として用いられ, 種々の格子欠陥が材料の機能特性に多大な影響を及ぼすことが知られている. 特に粒界構造を系統的に記述することは重要であるが, 傾角粒界近傍の原子構造は従来二次元構造ユニット配列で記述されてきた. 一方, 結晶の三次元構造は特定の多面体によって充填されることが知られているが, 粒界近傍を充填する場合, 母結晶の多面体を歪ませた多面体の他に...
❏第一原理計算に基づいたドーパントレベルの定量化と材料機能設計(21760517)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2009 - 2010
【研究代表者】大場 史康 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90378795)
【キーワード】ドーパント / 点欠陥 / 半導体 / 第一原理計算 / 電子状態 (他7件)
【概要】ドーパントや固有点欠陥の電子レベルは,ドーパント・固有点欠陥由来の電気,光学,磁気特性を制御・設計する上で最も基本的な情報である.本研究では,半導体や絶縁体中のドーパントおよび固有点欠陥の電子レベルを,第一原理計算に基づいて定量的に評価する手法を確立した.また,この手法を種々の機能性酸化物や化合物半導体などに応用することで,ドーパント・固有点欠陥由来の機能を予測した. ...
❏酸化物ノンストイキオメトリの第一原理熱力学(20246095)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2008 - 2010
【研究代表者】田中 功 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (70183861)
【キーワード】酸化物 / ノンストイキオメトリ / 第一原理計算 / 熱力学 / 統計力学
【概要】酸化物の多彩な機能と密接に関係する非化学量論性(ノンストイキオメトリ)について,構造と自由エネルギー,機能の一般的な相関性を解明することを究極の目的とし,高精度の第一原理計算と統計力学手法を組み合わせた新しい第一原理熱力学手法を開発した.また,この手法を用いて2元系金属酸化物やペロブスカイトなどの複合酸化物に応用した結果,新しい規則相の存在やノンストイキオメトリの起源となる新たな欠陥種を提案した...
【工学】総合工学：半導体 ／第一原理計算を含む研究件
❏中区分26:材料工学およびその関連分野(0)
【研究テーマ】2020
【研究種目】第一原理計算
【研究期間】機械学習
【研究代表者】半導体
【キーワード】ドーピング
【概要】本研究において打ち立てた以下2点の化学設計指針に従って、研究計画におけるロードマップに設定したとおり、「有望物質の探索」に取り組み、また同時進行で研究の次段階ステージとなる「薄膜試料作製」の本格実施のための準備を行った。 ・高対称性結晶（具体的にはペロブスカイト型構造）中に意図的に「非結合性軌道」を導入し、適切なバンドギャップと、p型にもn型にもドーピングが可能な電子状態を実現する。 ・高効率化に...
❏分光測定および第一原理計算を用いた光触媒・電解液界面構造の解明(20K14775)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 雰囲気XPS / 第一原理計算 / その場観察 / 半導体 (他13件)
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏ワイドギャップ半導体におけるケミカルドーピングの学理構築と新材料開拓(20H00302)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2020-04-01 - 2025-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】第一原理計算 / 機械学習 / 半導体 / ドーピング
【概要】系統的な第一原理計算とその結果の機械学習により、無機化合物における固有点欠陥の形成挙動・電子状態と様々な形態でのドーパント添加によるキャリアドーピングの有効性を、半導体としての応用に関わる種々の基礎物性と併せて俯瞰的に考察し、ワイドギャップ半導体の設計・探索の指針を構築することを最終目的として研究を推進した。本年度は、昨年度から開発を進めている高精度と高速を両立させたハイスループット第一原理計算及...
【工学】総合工学：電子顕微鏡 ／第一原理計算を含む研究件
❏界面構造ユニットを制御した構造・機能材料の創出(15H02290)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】幾原 雄一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70192474)
【キーワード】結晶粒界 / 透過型電子顕微鏡 / 第一原理計算 / バイクリスタル / セラミックス (他14件)
【概要】本年度は、界面構造制御および異種元素添加による界面特性発現メカニズムの解明を目指し、これまでの推進してきた界面構造の解析と制御に加え、界面特性の解析に重きを置き研究を執り行う計画であった。この計画の遂行のため、次の3点を中心に研究を推進した。（1）双結晶を用いた界面構造制御と解析、(2)界面構造の変化を直接観察するための透過型電子顕微鏡用加熱ホルダー安定化システムの導入、(3)界面局所物性測定のた...
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
❏結晶界面ノンストイキオメトリー制御による高効率太陽光発電セル光吸収体の開発(23656395)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2011 - 2013
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】太陽電池 / 光吸収層 / カルコパイライト型化合物 / 第一原理計算 / 透過型電子顕微鏡 (他15件)
【概要】本研究ではCIS系化合物の界面における欠陥形成挙動と物性への影響をしらべた．H23，24年は堆積条件および双晶基板界面の原子構造の調査を行った．計算と高分解能観察により基板界面の原子構造を明らかにした（APL2012）．また空孔形成エネルギーのセルサイズ依存性が欠陥準位の局在具合に依存するということを明らかにした（PRB 2012）．H25年度においてCIS粒界の構造を決定し，バンドギャップとベン...
【工学】総合工学：水素製造 ／第一原理計算を含む研究件
❏分光測定および第一原理計算を用いた光触媒・電解液界面構造の解明(20K14775)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 雰囲気XPS / 第一原理計算 / その場観察 / 半導体 (他13件)
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏光電気化学反応における触媒/溶液界面構造の解明と制御(18K13784)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 光電極 / 第一原理計算 / 雰囲気XPS / 界面 (他13件)
【概要】本研究では、雰囲気光電子分光(XPS)および、第一原理計算によって、光触媒/電解液界面を解析した。第一原理モデリングに関しては光触媒の動作環境下の界面を過剰電荷を含んだ界面の計算によって模擬する方法を提案した。また、同手法を用いて予測した光触媒/電解液界面構造の時間発展をモデル化し、雰囲気XPS実験結果と比較した。その結果、界面の幾何構造のみならず、その電子構造(電子準位接続)が第一原理計算によっ...
【工学】総合工学：表面 ／第一原理計算を含む研究件
❏分光測定および第一原理計算を用いた光触媒・電解液界面構造の解明(20K14775)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 雰囲気XPS / 第一原理計算 / その場観察 / 半導体 (他13件)
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏スピン偏極陽電子消滅の基礎構築と新奇スピン現象の解明(24310072)
【研究テーマ】量子ビーム科学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】河裾 厚男 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究員 (20354946)
【キーワード】スピン / 陽電子 / スピントロニクス / 磁性 / 表面 (他23件)
【概要】3d及び4f強磁性金属のスピン偏極陽電子消滅実験を通じて、その手法の基礎を構築した。さらにその応用研究の結果、(i)ホイスラー合金Co2MnSiとNiMnSbが高いハーフメタル性を持っていること、(ii)Pd,Pt,Ta,W及びBi/Ag最表面において電流駆動によるスピン偏極が起こること、(ii)ZnOとSnO2中のカチオン空孔に外部磁場で揃う磁気モーメントが付随すること、などを見出した。 ...
❏半導体表面と化学結合した単一有機分子および有機分子配列系の電子物性(16310070)
【研究テーマ】ナノ構造科学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2004 - 2005
【研究代表者】吉信 淳 東京大学, 物性研究所, 助教授 (50202403)
【キーワード】シリコン / 表面 / 有機分子 / 電子エネルギー損失分光 / 走査型トンネル顕微鏡 (他12件)
【概要】実験と理論両面からSi(100)表面に吸着した有機分子の構造と電子物性について研究を行い,以下の成果を得た. (1)低温のSi(100)c(4x2)表面に2メチルプロペンやプロピレンを吸着させ,その吸着状態を電子エネルギー損失分光(EELS),走査型トンネル顕微鏡(STM),第一原理計算を用いて詳細に調べた.非対称大マーに対してマルコフニコフ則が成り立つように吸着することが解明された. (2)低温...
【工学】総合工学：界面 ／第一原理計算を含む研究件
❏中区分21:電気電子工学およびその関連分野(0)
【研究テーマ】2018
【研究種目】SiC
【研究期間】DFT
【研究代表者】欠陥
【キーワード】単一光子光源
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏光電気化学反応における触媒/溶液界面構造の解明と制御(18K13784)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 光電極 / 第一原理計算 / 雰囲気XPS / 界面 (他13件)
【概要】本研究では、雰囲気光電子分光(XPS)および、第一原理計算によって、光触媒/電解液界面を解析した。第一原理モデリングに関しては光触媒の動作環境下の界面を過剰電荷を含んだ界面の計算によって模擬する方法を提案した。また、同手法を用いて予測した光触媒/電解液界面構造の時間発展をモデル化し、雰囲気XPS実験結果と比較した。その結果、界面の幾何構造のみならず、その電子構造(電子準位接続)が第一原理計算によっ...
❏マルチスケール計算によるSiC酸化機構に現れる複合相関とその界面電子物性への影響(18H03770)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】松下 雄一郎 東京工業大学, 物質・情報卓越教育院, 特任准教授 (90762336)
【キーワード】SiC / DFT / 欠陥 / 単一光子光源 / SiC(他15件)
【概要】本課題では第一原理理論計算に基づいて、SiC-MOS界面欠陥の構造特定と界面欠陥低減法の理論的提案を行なった。SiC/SiO2界面に現れる欠陥の特定は、SiC-MOSデバイス特性の改善において重要な課題である。本研究課題では、SiC-MOS界面欠陥として2つの欠陥候補を特定に成功した。1つは、SiCの伝導帯下端の波動関数に由来するSiC固有の欠陥であり、もう1つは界面に析出した炭素関連欠陥である。...
【工学】総合工学：スピントロニクス ／第一原理計算を含む研究件
❏界面スピン軌道結合の微視的解明と巨大垂直磁気異方性デバイスの創製(16H06332)
【研究テーマ】応用物性
【研究種目】基盤研究(S)
【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31
【研究代表者】三谷 誠司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 副拠点長 (20250813)
【キーワード】スピントロニクス / 磁性 / 表面・界面物性 / 超薄膜 / スピン軌道相互作用 (他9件)
【概要】界面原子層成長制御、磁気分光、第一原理計算を結集することにより、界面スピン軌道結合を微視的に解明し、その学術基盤の構築とデバイス応用を狙った。まず、教科書の記述の更新につながる成果としては、界面磁気異方性の微視的理解であり、物質系ごとに軌道磁気モーメントの異方性と軌道四極子それぞれの役割を直感的理解とともに明らかにした。界面原子層成長制御が一層の進歩を遂げ、室温の世界記録となる異方性トンネル磁気抵...
❏界面スピン軌道結合の微視的解明と巨大垂直磁気異方性機能の創出(16H02100)
【研究テーマ】応用物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2016-04-01 - 2017-03-31
【研究代表者】三谷 誠司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (20250813)
【キーワード】スピントロニクス / スピン軌道結合 / 界面 / 放射光分光 / 第一原理計算
【概要】研究内容を一層充実させた基盤研究(S)に採択されたため、本研究課題は廃止となり、実質研究期間は２ヶ月となった。そのため、予備的な成果を得るにとどまったが、研究は基盤研究(S)に引き継がれている。２ヶ月間の主な成果としては、以下の通りである。 (1) 磁性金属/非磁性体界面におけるRashbaスピン軌道相互作用による垂直磁気異方性発現の可能性を検討した。現実に作製可能なAu(111)を利用した界面に...
❏酸化物希薄磁性体における強磁性発現機構の解析(26630325)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31
【研究代表者】山本 知之 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40298196)
【キーワード】希薄磁性体 / 局所環境解析 / X線吸収端近傍微細構造 / 第一原理計算 / シンクロトロン放射光 (他7件)
【概要】磁性を持たない非磁性物質に，数at%程度の磁性元素を添加することにより強磁性を示す物質は希薄磁性体と呼ばれる．希薄磁性体は，現在広く用いられている電子や光を利用したエレクトロニクスやフォトニクス技術に次いで，スピンを利用したスピントロニクス技術への応用が期待されている．本研究では，従来の磁性理論のみでは説明が難しい，希薄磁性体における磁性発現機構の解明に向けて，原子レベルでの磁性元素の局所環境評価...
【工学】総合工学：液体 ／第一原理計算を含む研究件
❏共有結合性を有する不規則凝縮系の原子ダイナミクスへの超高圧環境の影響(23340106)
【研究テーマ】物性Ⅱ
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】下條 冬樹 熊本大学, 自然科学研究科, 教授 (60253027)
【キーワード】液体 / 構造不規則系 / 高圧環境 / 共有結合 / ダイナミクス (他8件)
【概要】第一原理分子動力学法による理論計算と中性子・X線非弾性散乱等の実験的手法を駆使して、液体シリカを代表とする共有結合性を有する種々の二元、三元系液体における原子の拡散挙動のミクロな機構とその圧力依存性を解明した。局所構造や結合状態の時間変化を解析し、各圧力での拡散機構を明らかにすると共に、液体を構成する元素の拡散挙動が互いにどの程度異なるのか（動的非対称性）という観点からそれぞれの液体における原子ダ...
❏時間分解能ＥＥＬＳ法の開発と先進材料設計(22686059)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(A)
【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】内殻電子励起分光法 / 透過型電子顕微鏡 / EELS / XAFS / 電池 (他19件)
【概要】高い空間・時間分解能を有する内殻電子励起分光法をもちいて材料開発指針を確立することを目的としている．スペクトルの理論解析法の確立に取り組み，解析精度を格段に向上させた（Micron 2010, PRB2011,等）．さらにリチウムイオン電池材料の酸化還元反応をその場（in-situ）解析し，原子・電子構造の変化を調べ，還元種に関する重要な知見を得た(APL2014)．また，結晶中転位の運動に伴う変...
【工学】総合工学：グラフェン ／第一原理計算を含む研究件
❏機能性半導体グラフェンの設計と創製(19H01823)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】齋藤 晋 東京工業大学, 理学院, 教授 (00262254)
【キーワード】グラフェン / 半導体 / 電子構造計算 / STM / 第一原理計算 (他7件)
【概要】精密な第一原理電子構造計算に基づいて各種の周期的構造修飾されたグラフェン系の設計研究を展開し、既に詳しい知見が得られていた六方晶の周期で構造修飾されたグラフェンに加えて、今年度は長方晶の周期で構造修飾されたグラフェンについて、詳細な研究を展開した。長方晶では、格子定数が二つ（ a および b ）あるため、(1)半導体となる構造修飾パターンの a および b 依存性、(2)半導体となる場合のバンドギ...
❏希ガスマトリックス効果を考慮した凝縮系振動スペクトルシミュレーションの理論開発(20655001)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2008 - 2009
【研究代表者】武次 徹也 北海道大学, 大学院・理学研究院, 教授 (90280932)
【キーワード】希ガスマトリックス / 希ガス化合物 / 分子シミュレーション / ab initio分子軌道法 / 白金カルボニル (他13件)
【概要】本研究では、量子化学計算手法を凝縮系のダイナミクスに実装し、不安定分子種の分光定数を測定する手段として長らく利用されてきた「希ガスマトリックス単離法」を理論的にシミュレートする方法論を開発することを目的として研究を進めてきた。あわせて、希ガスマトリックス分光法で測定された実験データの中に希ガス化合物に帰すべきものが含まれていないか、高精度理論計算に基づき調べている。本年度は(1)キセノンとグラフェ...
【工学】総合工学：透過型電子顕微鏡(TEM) ／第一原理計算を含む研究件
❏原子分解能“振動”計測法の開発と革新的材料創製(19H00818)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70422334)
【キーワード】電子エネルギー損失分光 / 格子振動 / 理論計算 / 透過型電子顕微鏡 / 機械学習 (他16件)
【概要】物質を構成する原子や分子の局所的な“振動”は，熱などの外場からのエネルギーによる原子の変位現象であり，相転移や熱伝導，さらに様々な機能発現にかかわる重要な現象である．これまでに申請グループは走査透過型電子顕微鏡(STEM)により測定される電子分光（EELS）と高度なスペクトル計算を融合することで，物質を構成する原子・分子の振動を検出する手法を報告してきた．本研究は，高いレベルにあるSTEM-EEL...
❏界面構造ユニットを制御した構造・機能材料の創出(15H02290)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】幾原 雄一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70192474)
【キーワード】結晶粒界 / 透過型電子顕微鏡 / 第一原理計算 / バイクリスタル / セラミックス (他14件)
【概要】本年度は、界面構造制御および異種元素添加による界面特性発現メカニズムの解明を目指し、これまでの推進してきた界面構造の解析と制御に加え、界面特性の解析に重きを置き研究を執り行う計画であった。この計画の遂行のため、次の3点を中心に研究を推進した。（1）双結晶を用いた界面構造制御と解析、(2)界面構造の変化を直接観察するための透過型電子顕微鏡用加熱ホルダー安定化システムの導入、(3)界面局所物性測定のた...
❏結晶界面ノンストイキオメトリー制御による高効率太陽光発電セル光吸収体の開発(23656395)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2011 - 2013
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】太陽電池 / 光吸収層 / カルコパイライト型化合物 / 第一原理計算 / 透過型電子顕微鏡 (他15件)
【概要】本研究ではCIS系化合物の界面における欠陥形成挙動と物性への影響をしらべた．H23，24年は堆積条件および双晶基板界面の原子構造の調査を行った．計算と高分解能観察により基板界面の原子構造を明らかにした（APL2012）．また空孔形成エネルギーのセルサイズ依存性が欠陥準位の局在具合に依存するということを明らかにした（PRB 2012）．H25年度においてCIS粒界の構造を決定し，バンドギャップとベン...
【工学】総合工学：表面・界面物性 ／第一原理計算を含む研究件
❏界面スピン軌道結合の微視的解明と巨大垂直磁気異方性デバイスの創製(16H06332)
【研究テーマ】応用物性
【研究種目】基盤研究(S)
【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31
【研究代表者】三谷 誠司 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 副拠点長 (20250813)
【キーワード】スピントロニクス / 磁性 / 表面・界面物性 / 超薄膜 / スピン軌道相互作用 (他9件)
【概要】界面原子層成長制御、磁気分光、第一原理計算を結集することにより、界面スピン軌道結合を微視的に解明し、その学術基盤の構築とデバイス応用を狙った。まず、教科書の記述の更新につながる成果としては、界面磁気異方性の微視的理解であり、物質系ごとに軌道磁気モーメントの異方性と軌道四極子それぞれの役割を直感的理解とともに明らかにした。界面原子層成長制御が一層の進歩を遂げ、室温の世界記録となる異方性トンネル磁気抵...
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
❏窒化物半導体界面におけるスピン物性の制御(21710102)
【研究テーマ】ナノ材料・ナノバイオサイエンス
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2009 - 2012
【研究代表者】合田 義弘 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教 (50506730)
【キーワード】ナノ表面・界面 / ナノ材料 / 磁性 / 物性理論 / ナノ界面 (他8件)
【概要】本研究では、GaNをはじめとする窒化物半導体と非磁性物質との界面における磁性の発現および制御を目指し第一原理計算を行った。まず、AlN/MgB2界面およびGaN/ZrB2界面を理論解析し、AlN/MgB2界面では界面強磁性が発現する可能性を示した。また、界面スピン物性の応用として最も重要であると考えられるスピン伝導特性を量子コンダクタンスの計算により明らかにした。これらの結果はPhysical R...
【工学】総合工学：界面化学 ／第一原理計算を含む研究件
❏分光測定および第一原理計算を用いた光触媒・電解液界面構造の解明(20K14775)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 雰囲気XPS / 第一原理計算 / その場観察 / 半導体 (他13件)
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏光電気化学反応における触媒/溶液界面構造の解明と制御(18K13784)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 光電極 / 第一原理計算 / 雰囲気XPS / 界面 (他13件)
【概要】本研究では、雰囲気光電子分光(XPS)および、第一原理計算によって、光触媒/電解液界面を解析した。第一原理モデリングに関しては光触媒の動作環境下の界面を過剰電荷を含んだ界面の計算によって模擬する方法を提案した。また、同手法を用いて予測した光触媒/電解液界面構造の時間発展をモデル化し、雰囲気XPS実験結果と比較した。その結果、界面の幾何構造のみならず、その電子構造(電子準位接続)が第一原理計算によっ...
【工学】総合工学：吸着 ／第一原理計算を含む研究件
❏半導体表面と化学結合した単一有機分子および有機分子配列系の電子物性(16310070)
【研究テーマ】ナノ構造科学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2004 - 2005
【研究代表者】吉信 淳 東京大学, 物性研究所, 助教授 (50202403)
【キーワード】シリコン / 表面 / 有機分子 / 電子エネルギー損失分光 / 走査型トンネル顕微鏡 (他12件)
【概要】実験と理論両面からSi(100)表面に吸着した有機分子の構造と電子物性について研究を行い,以下の成果を得た. (1)低温のSi(100)c(4x2)表面に2メチルプロペンやプロピレンを吸着させ,その吸着状態を電子エネルギー損失分光(EELS),走査型トンネル顕微鏡(STM),第一原理計算を用いて詳細に調べた.非対称大マーに対してマルコフニコフ則が成り立つように吸着することが解明された. (2)低温...
❏地層中におけるアクチニドコロイド形成・移行メカニズム―実験と第一原理による解明―(12308024)
【研究テーマ】原子力学
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2000 - 2002
【研究代表者】長崎 晋也 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (20240723)
【キーワード】ネプツニウム / 鉄酸化物コロイド / コロイド形成 / 酸化還元 / 腐植酸 (他12件)
【概要】地層中の代表的な無機系コロイドである鉄酸化物系コロイドとして、マグネタイト系微粒子およびヘマタイト系微粒子を取り上げた。それらが、長期にわたる放射線的毒性を支配するネプツニウム(Np)とどのように結合するのか、結合するときに還元反応を伴うのかについて、実験的に解明を行った。実験では、大気開放系における吸着量のpH依存性やイオン強度依存性、脱酸素雰囲気下における吸着量のpH依存性を取得するとともに、...
【工学】総合工学：分子動力学 ／第一原理計算を含む研究件
❏金属イオンを含有した亜臨界水による土壌粘土鉱物からのCs脱離に関する研究(18H03398)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】竹下 健二 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (80282870)
【キーワード】福島第一原子力発電所事故 / 汚染土壌 / 粘土鉱物 / 放射性セシウム / 分子動力学 (他11件)
【概要】亜臨界水中でのイオン交換現象は、粘土鉱物、特にバーミキュライトに強固に吸着しているCsを高速脱離させるのに大変有効である。しかしながらそのCsイオン交換機構は学術的に十分解明されていない。そこで本研究では亜臨界水イオン交換によるCsの脱離機構を分子動力学計算及び第一原理計算を使って明らかにし、その結果に基づいてCs脱離過程を輸送現象論の適用により数学モデル化した。実土壌処理を想定したイオン交換Cs...
❏第一原理に基づいた熱伝導解析によるバルク熱電変換素子の高性能化(23760178)
【研究テーマ】熱工学
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2011 - 2013
【研究代表者】塩見 淳一郎 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40451786)
【キーワード】熱電変換 / 熱伝導 / フォノン / 第一原理 / 格子動力学 (他7件)
【概要】本研究では，密度汎関数法，格子動力学法，分子動力学法，モンテカルロ法をシームレスに練成させたマルチスケールフォノン輸送解析ツールを開発し，単結晶，置換型合金結晶，ナノ構造化結晶などのバルク熱電変換材料のフォノンモードごとの熱輸送を解析することに成功した．鉛カルコゲナイド，ハーフホイスラー化合物，マグネシウムシリサイドなどの材料を対象として，まず単結晶について実験と比較して計算の妥当性を検証した上で...
❏生体反応の量子ハイブリッド分子動力学シミュレーション(21340108)
【研究テーマ】数理物理・物性基礎
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2009 - 2011
【研究代表者】舘野 賢 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 教授 (40291926)
【キーワード】ハイブリッドQM/MM / 分子動力学 / RNA / タンパク質 (他14件)
【概要】本研究では,生物機能に不可欠な役割を果たしている重要な生体高分子に対して,ハイブリッドQM/MM分子動力学計算などを適用し,生体反応の機構を理論的に解析することによって,以下の成果を得た。すなわち,リボザイムにタンパク質が直接関与することによって酵素反応が生じる「ハイブリッド触媒」の発見,リパーゼの活性部位における新規のタンパク質・機能構造単位(Na電子の結合によるの発見,タンパク質内・物質輸送の...
【工学】総合工学：粒界 ／第一原理計算を含む研究件
❏粒界数理学の構築に基づく機能材料創出(21H01612)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2021-04-01 - 2025-03-31
【研究代表者】井上 和俊 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (60743036)
【キーワード】粒界 / 原子構造 / 酸化物 / 走査透過型電子顕微鏡法 / 第一原理計算 (他7件)
【概要】金属・酸化物等から構成される機能材料は多結晶体として用いられ, 種々の格子欠陥が材料の機能特性に多大な影響を及ぼすことが知られている. 特に粒界構造を系統的に記述することは重要であるが, 傾角粒界近傍の原子構造は従来二次元構造ユニット配列で記述されてきた. 一方, 結晶の三次元構造は特定の多面体によって充填されることが知られているが, 粒界近傍を充填する場合, 母結晶の多面体を歪ませた多面体の他に...
❏結晶界面ノンストイキオメトリー制御による高効率太陽光発電セル光吸収体の開発(23656395)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2011 - 2013
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】太陽電池 / 光吸収層 / カルコパイライト型化合物 / 第一原理計算 / 透過型電子顕微鏡 (他15件)
【概要】本研究ではCIS系化合物の界面における欠陥形成挙動と物性への影響をしらべた．H23，24年は堆積条件および双晶基板界面の原子構造の調査を行った．計算と高分解能観察により基板界面の原子構造を明らかにした（APL2012）．また空孔形成エネルギーのセルサイズ依存性が欠陥準位の局在具合に依存するということを明らかにした（PRB 2012）．H25年度においてCIS粒界の構造を決定し，バンドギャップとベン...
【工学】総合工学：セラミクス ／第一原理計算を含む研究件
❏第一原理計算による機能材料界面の原子構造と量子輸送特性の解明(16F16705)
【研究テーマ】結晶工学
【研究種目】特別研究員奨励費
【研究期間】2016-07-27 - 2019-03-31
【研究代表者】幾原 雄一 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (70192474)
【キーワード】第一原理計算 / 走査透過型電子顕微鏡法 / 異種界面 / 電子状態 / 双晶 (他8件)
【概要】本研究では、機能材料中の異種界面および双晶界面の原子構造と電子状態について、最先端の原子分解能走査透過型電子顕微鏡法(STEM)と密度汎関数法による第一原理計算により研究を行った。 金属と酸化物により形成される異種界面では、界面の原子構造が機能特性に多大な影響を及ぼす。また、界面の原子構造と電子状態は、酸化物結晶の界面における極性に依存して大きく異なると考えられる。本研究では、分子線エピタキシー法...
❏界面構造ユニットを制御した構造・機能材料の創出(15H02290)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31
【研究代表者】幾原 雄一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70192474)
【キーワード】結晶粒界 / 透過型電子顕微鏡 / 第一原理計算 / バイクリスタル / セラミックス (他14件)
【概要】本年度は、界面構造制御および異種元素添加による界面特性発現メカニズムの解明を目指し、これまでの推進してきた界面構造の解析と制御に加え、界面特性の解析に重きを置き研究を執り行う計画であった。この計画の遂行のため、次の3点を中心に研究を推進した。（1）双結晶を用いた界面構造制御と解析、(2)界面構造の変化を直接観察するための透過型電子顕微鏡用加熱ホルダー安定化システムの導入、(3)界面局所物性測定のた...
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
【工学】総合工学：その場観察 ／第一原理計算を含む研究件
❏分光測定および第一原理計算を用いた光触媒・電解液界面構造の解明(20K14775)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】佐藤 正寛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
【キーワード】光触媒 / 雰囲気XPS / 第一原理計算 / その場観察 / 半導体 (他13件)
【概要】安価で高耐久な水素生成用の光触媒材料が開発されればカーボンニュートラル社会の実現に貢献することが気体される。水素製造用光触媒は光触媒(半導体)/電解液界面で反応が起きるのだが、この界面があまりにも複雑なことから、体系的に光触媒材料の高効率化に向けた研究をが困難である。そこで、本研究では、分光測定法および、第一原理モデリングを併用することで、光触媒・電解液界面の構造を調べている。まずは測定結果と第一...
❏時間分解能ＥＥＬＳ法の開発と先進材料設計(22686059)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(A)
【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】内殻電子励起分光法 / 透過型電子顕微鏡 / EELS / XAFS / 電池 (他19件)
【概要】高い空間・時間分解能を有する内殻電子励起分光法をもちいて材料開発指針を確立することを目的としている．スペクトルの理論解析法の確立に取り組み，解析精度を格段に向上させた（Micron 2010, PRB2011,等）．さらにリチウムイオン電池材料の酸化還元反応をその場（in-situ）解析し，原子・電子構造の変化を調べ，還元種に関する重要な知見を得た(APL2014)．また，結晶中転位の運動に伴う変...
【工学】総合工学：薄膜 ／第一原理計算を含む研究件
❏新規窒化物半導体のインシリコデザインと材料創成・デバイス化への展開(17H01318)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】大場 史康 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90378795)
【キーワード】窒化物半導体 / 材料設計 / 第一原理計算 / 点欠陥 / 薄膜 (他7件)
【概要】高精度・多角的な第一原理計算並びに機械学習に立脚したインシリコ（計算機中）での材料設計と候補物質のスクリーニングにより、半導体として有望な窒化物を選定することを目指して研究を推進した。既知の窒化物半導体の詳細な理論検討結果に基づいて材料設計の指針を構築し、インシリコスクリーニングを実行することにより、複数の有望物質を提案した。また、バンドギャップ制御及びキャリアドーピングに関する理論予測を実験によ...
❏結晶界面ノンストイキオメトリー制御による高効率太陽光発電セル光吸収体の開発(23656395)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2011 - 2013
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】太陽電池 / 光吸収層 / カルコパイライト型化合物 / 第一原理計算 / 透過型電子顕微鏡 (他15件)
【概要】本研究ではCIS系化合物の界面における欠陥形成挙動と物性への影響をしらべた．H23，24年は堆積条件および双晶基板界面の原子構造の調査を行った．計算と高分解能観察により基板界面の原子構造を明らかにした（APL2012）．また空孔形成エネルギーのセルサイズ依存性が欠陥準位の局在具合に依存するということを明らかにした（PRB 2012）．H25年度においてCIS粒界の構造を決定し，バンドギャップとベン...
❏第一原理熱力学に基づいたセラミックス計算状態図とその実証(18206067)
【研究テーマ】金属物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2006 - 2007
【研究代表者】田中 功 京都大学, 工学研究科, 教授 (70183861)
【キーワード】セラミックス / 計算状態図 / 第一原理計算 / 熱力学 / 相転移 (他9件)
【概要】酸化物のモデル系としてMgOおよびZnO基の2元系などを対象に,有限温度での相転移挙動,溶質元素の固溶限の導出,中間相生成の検討という3つの課題を設定し,系統的な第一原理熱力学計算を行うとともに,これを実験により検証した.また圧力依存性についても,計算と実験の両面から検討した.検証実験としては,MgOおよびZnO基の2元系などの様々な酸化物モデル系を対象に,通常の常圧下での高温熱平衡実験,高温高圧...
【工学】総合工学：ナノ材料 ／第一原理計算を含む研究件
❏自律型原子モデリングと原子構造不安定解析による強誘電材の劣化メカニズムの解明(24560087)
【研究テーマ】機械材料・材料力学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】梅野 宜崇 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40314231)
【キーワード】原子モデリング / 強誘電体 / マルチフィジックス / ナノ材料 / 原子シミュレーション (他9件)
【概要】強誘電材料における分極スイッチングの劣化メカニズムを明らかにするため，ドメイン壁移動に及ぼす結晶欠陥などの影響を明らかにするとともに，電場・外力重畳条件下でのマルチフィジックス効果についても検討した．リファレンスデータ生成・パラメータ最適化・関数の自己診断とリファレンスデータ再生プロセスからなる，原子間ポテンシャルを半自動的に構築するアルゴリズムを開発した．分子動力学法により，キンクや酸素空孔，外...
❏窒化物半導体界面におけるスピン物性の制御(21710102)
【研究テーマ】ナノ材料・ナノバイオサイエンス
【研究種目】若手研究(B)
【研究期間】2009 - 2012
【研究代表者】合田 義弘 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教 (50506730)
【キーワード】ナノ表面・界面 / ナノ材料 / 磁性 / 物性理論 / ナノ界面 (他8件)
【概要】本研究では、GaNをはじめとする窒化物半導体と非磁性物質との界面における磁性の発現および制御を目指し第一原理計算を行った。まず、AlN/MgB2界面およびGaN/ZrB2界面を理論解析し、AlN/MgB2界面では界面強磁性が発現する可能性を示した。また、界面スピン物性の応用として最も重要であると考えられるスピン伝導特性を量子コンダクタンスの計算により明らかにした。これらの結果はPhysical R...
【工学】総合工学：水素 ／第一原理計算を含む研究件
❏水素誘起材料劣化機構の包括的な動的過程解析(20K15013)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31
【研究代表者】清水 康司 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00838378)
【キーワード】機械学習ポテンシャル / 第一原理計算 / 荷電欠陥 / 水素脆化 / 量子効果 (他8件)
【概要】水素曝露による金属材料の劣化機構の解析に向けて、密度汎関数理論（DFT）に基づく第一原理計算データから機械学習手法によって原子間ポテンシャルを作成する取り組み（機械学習ポテンシャル）を昨年度に引き続き進めた。アルミニウム材料の劣化機構においては、酸化被膜と金属アルミニウムの界面での原子拡散の重要性が指摘されている。また、酸化物中に存在する水素の荷電状態を調べることも重要である。しかし、これまでに提...
❏水素の量子性による電子状態における断熱近似の破れ(25620009)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2013-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】関場 大一郎 筑波大学, 数理物質系, 講師 (20396807)
【キーワード】水素 / 断熱近似 / 軟X線発光分光 / 軟X線ラマン散乱 / 第一原理計算 (他8件)
【概要】Mg2FeH6とMg2FeD6の電子状態を放射光を用いて比較研究を行った。Fe2p電子をフェルミ面直上の空状態に共鳴励起し、X線の非弾性散乱成分を観察した。ddギャップに相当する2.6eVの電子ラマン散乱の他に、100meV程度の振動ラマン散乱を観察できた。振動ラマン散乱はFe-HまたはFe-Dの対称伸縮モードが主成分であり、それは√2倍の同位体効果から支持される。振動ラマン散乱はフィッティングに...
【工学】総合工学：シミュレーション ／第一原理計算を含む研究件
❏原子分解能“振動”計測法の開発と革新的材料創製(19H00818)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70422334)
【キーワード】電子エネルギー損失分光 / 格子振動 / 理論計算 / 透過型電子顕微鏡 / 機械学習 (他16件)
【概要】物質を構成する原子や分子の局所的な“振動”は，熱などの外場からのエネルギーによる原子の変位現象であり，相転移や熱伝導，さらに様々な機能発現にかかわる重要な現象である．これまでに申請グループは走査透過型電子顕微鏡(STEM)により測定される電子分光（EELS）と高度なスペクトル計算を融合することで，物質を構成する原子・分子の振動を検出する手法を報告してきた．本研究は，高いレベルにあるSTEM-EEL...
❏自律型原子モデリングと原子構造不安定解析による強誘電材の劣化メカニズムの解明(24560087)
【研究テーマ】機械材料・材料力学
【研究種目】基盤研究(C)
【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31
【研究代表者】梅野 宜崇 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (40314231)
【キーワード】原子モデリング / 強誘電体 / マルチフィジックス / ナノ材料 / 原子シミュレーション (他9件)
【概要】強誘電材料における分極スイッチングの劣化メカニズムを明らかにするため，ドメイン壁移動に及ぼす結晶欠陥などの影響を明らかにするとともに，電場・外力重畳条件下でのマルチフィジックス効果についても検討した．リファレンスデータ生成・パラメータ最適化・関数の自己診断とリファレンスデータ再生プロセスからなる，原子間ポテンシャルを半自動的に構築するアルゴリズムを開発した．分子動力学法により，キンクや酸素空孔，外...
❏電子移動を伴う化学反応を追う:電極/水溶液界面での第一原理シミュレーション(19340077)
【研究テーマ】物性Ⅰ
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2007 - 2009
【研究代表者】大谷 実 独立行政法人産業技術総合研究所, 計算科学研究部門, 研究員 (50334040)
【キーワード】固液界面 / 電気化学反応 / 燃料電池 / 分子動力学 / シミュレーション (他12件)
【概要】第一原理分子動力学シミュレーション手法を用いて,電気化学反応のシミュレーションを行った.固液界面における電子移動反応・界面構造の変化・吸着状態の変化など,電圧を印加した界面に特有な物理が多数明らかになった. ...
【医歯薬学】薬学：理論計算 ／第一原理計算を含む研究件
❏原子分解能“振動”計測法の開発と革新的材料創製(19H00818)
【研究テーマ】
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2019-04-01 - 2023-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (70422334)
【キーワード】電子エネルギー損失分光 / 格子振動 / 理論計算 / 透過型電子顕微鏡 / 機械学習 (他16件)
【概要】物質を構成する原子や分子の局所的な“振動”は，熱などの外場からのエネルギーによる原子の変位現象であり，相転移や熱伝導，さらに様々な機能発現にかかわる重要な現象である．これまでに申請グループは走査透過型電子顕微鏡(STEM)により測定される電子分光（EELS）と高度なスペクトル計算を融合することで，物質を構成する原子・分子の振動を検出する手法を報告してきた．本研究は，高いレベルにあるSTEM-EEL...
❏全構造・全元素・全吸収端内殻励起スペクトル計算法の確立による物質計測の新展開(26249092)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】基盤研究(A)
【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES (他17件)
【概要】「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが...
【医歯薬学】薬学：分子動力学計算 ／第一原理計算を含む研究件
❏有機高分子材料のスマート電気物性設計法の考案(18K18848)
【研究テーマ】
【研究種目】挑戦的研究(萌芽)
【研究期間】2018-06-29 - 2021-03-31
【研究代表者】熊田 亜紀子 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20313009)
【キーワード】第一原理計算 / 分子動力学計算 / 電荷移動度 / ポリマー / tim-of-flight (他19件)
【概要】本研究では第一原理計算を基本とした多階層計算方法を開発し、これを高分子絶縁材料に適用し、高分子材料中の電荷移動の特徴を明らかにすることができた。計算結果はポリマーの場合、多様な指針に基づき、電荷移動特性を制御できることを示唆した。さらに、多階層計算によって実験的に得られるマクロな電流波形をもとめる方法を開発した。また、電荷移動度を実験的に得るための絶縁材料用のTOF測定装置を構築した。その結果、計...
❏希ガスマトリックス効果を考慮した凝縮系振動スペクトルシミュレーションの理論開発(20655001)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】挑戦的萌芽研究
【研究期間】2008 - 2009
【研究代表者】武次 徹也 北海道大学, 大学院・理学研究院, 教授 (90280932)
【キーワード】希ガスマトリックス / 希ガス化合物 / 分子シミュレーション / ab initio分子軌道法 / 白金カルボニル (他13件)
【概要】本研究では、量子化学計算手法を凝縮系のダイナミクスに実装し、不安定分子種の分光定数を測定する手段として長らく利用されてきた「希ガスマトリックス単離法」を理論的にシミュレートする方法論を開発することを目的として研究を進めてきた。あわせて、希ガスマトリックス分光法で測定された実験データの中に希ガス化合物に帰すべきものが含まれていないか、高精度理論計算に基づき調べている。本年度は(1)キセノンとグラフェ...
【医歯薬学】薬学：触媒 ／第一原理計算を含む研究件
❏時間分解能ＥＥＬＳ法の開発と先進材料設計(22686059)
【研究テーマ】無機材料・物性
【研究種目】若手研究(A)
【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31
【研究代表者】溝口 照康 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (70422334)
【キーワード】内殻電子励起分光法 / 透過型電子顕微鏡 / EELS / XAFS / 電池 (他19件)
【概要】高い空間・時間分解能を有する内殻電子励起分光法をもちいて材料開発指針を確立することを目的としている．スペクトルの理論解析法の確立に取り組み，解析精度を格段に向上させた（Micron 2010, PRB2011,等）．さらにリチウムイオン電池材料の酸化還元反応をその場（in-situ）解析し，原子・電子構造の変化を調べ，還元種に関する重要な知見を得た(APL2014)．また，結晶中転位の運動に伴う変...
❏原子スケール反応・輸送論に基づく脱白金次世代PEFC用合金触媒の開発(15656055)
【研究テーマ】熱工学
【研究種目】萌芽研究
【研究期間】2003 - 2004
【研究代表者】岡崎 健 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20124729)
【キーワード】固体高分子形燃料電池 / カソード / 触媒 / 合金 / 第一原理計算 (他8件)
【概要】本研究の目的は、脱白金・高効率のPEFCカソード触媒合金開発に繋がる知見を得ることにある。現在広く用いられている白金を触媒に使用し続ける限り、その価格・埋蔵量の点から、PEFC大量導入に対するネックとなることは必至である。このような背景の基、Pt-3d遷移金属元素合金触媒が有望視されているが、カソード触媒表面での酸素還元反応の機構・反応パス・律速過程など全く明確でなく、理想的な触媒開発のための指針...
【医歯薬学】看護学：データベース ／第一原理計算を含む研究件
❏高精度第一原理計算と能動学習を用いた汎用的物性値予測モデルの開発(19K15275)
【研究テーマ】
【研究種目】若手研究
【研究期間】2019-04-01 - 2021-03-31
【研究代表者】高橋 亮 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (80822311)
【キーワード】第一原理計算 / 機械学習 / 能動学習 / データベース / マテリアルズインフォマティクス (他6件)
【概要】系統的な第一原理計算のための自動化プログラムを構築し、開発したプログラムを用いて多様な結晶構造型を持つ1,266の酸化物の誘電定数の系統的な計算を行った。また、誘電率を電子系・格子系の寄与に分け、それぞれについて機械学習により予測モデルを構築し、また誘電率の支配因子を抽出した。 一方で能動学習の手法について、既存データベースにuncertainty samplingを適用することで、未知データに対...
❏新量子化学文献データベースシステムの開発(13554020)
【研究テーマ】物理化学
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2001 - 2003
【研究代表者】松下 叔夫 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (80229468)
【キーワード】量子化学文献データベース / 量子化学 / データベース / 非経験的分子軌道法 / ab initio計算 (他9件)
【概要】量子化学文献データベース(以下QCLDBと略す)は、国内外の主要な学術雑誌に発表された、非経験的量子化学計算に関する文献を収録したデータベースであり、広く世界中の研究者に利用されている。本研究の目的は、QCLDBを、さらに質の高いデータベースとして、恒常的に提供するため、システム全体を見直し、新しいQCLDB(以下QCLDBIIと略す)を構築することである。このため、先ず、データの書式や項目などの...
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