第一原理分子動力学計算による原子・分子細線の機能予測

使用第一原理分子动力学计算预测原子和分子线的功能

基本信息

批准号：
14750022
负责人：
小野倫也
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

近年,ナノ構造体の電気伝導特性を解明すべく,実験,理論計算の両分野で数多くの研究が盛んに行われている.本研究では、申請者が独自に開発した第一原理分子動力学シミュレーションプログラムを用いて、ナノ構造体の電子輸送特性を理論的に予測することを目的としている.今年度は,前年度までに開発・改良を重ねてきた実空間差分法による第一原理分子動力学計算を用いたナノ構造体の電気伝導特性計算プログラム用いて、様々なナノ構造体の電気伝導特性を調べた.計算対象には,半無限に続く電極間に挟まれた極薄のシリコン酸化膜を計算モデルに用いた.このような薄膜は,半導体デバイスの微細化のために非常に重要である.計算の結果,次のような知見が得られた.(1)局所電子密度分布から、フェルミ準位を介しての電子の伝導がないことが分かり,リーク電流はトンネルによるものである.(2)計算によって得られたリーク電流の値は,実験結果から予測されるものと矛盾しない.(3)薄膜にひずみを与えると,ひずみによってリーク電流の量が変化する.さらに,走査型トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscopy ; STM)の試料-探針からなる系をモデルに用いて,試料-探針間を流れるトンネル電流の解析を行った.その結果,次のことが確認された.(1)計算によって得られたトンネル電流の値は,実験結果から予測されるものと矛盾しない.(2)計算によって得られたSTM像は、実験により得られたものとよく一致する.以上の結果より,これまで開発してきた第一原理計算プログラムが,ナノ構造体の電気伝導特性を予測するための有用なツールであることが確認された.

近年来，在实验和理论计算中都进行了许多研究，以阐明纳米结构的电导率。这项研究旨在使用申请人开发的第一原理分子动力学模拟程序从理论上预测纳米结构的电子传输性能。今年，我们使用第一原理分子动力学计算了使用真实空间差异方法，研究了各种纳米结构的电导率，该方法已在上一年中开发和改进。计算靶标应夹在半无限继续的电极之间。在计算模型中使用了极薄的氧化硅膜。这种薄膜对于半导体设备的微型化非常重要。计算结果显示了以下发现：（1）从局部电子密度分布中，很明显，没有通过费米水平向电子传导，并且泄漏电流是由于隧穿的。（2）通过计算获得的泄漏电流值与实验结果的预测结果一致。（3）当薄膜紧张时，泄漏电流的量会根据应变而变化。此外，使用由样品探针（STM）组成的系统扫描隧道显微镜（扫描），我们分析了样品探针之间流动的隧道电流。结果证实（1）通过计算获得的隧道电流值与实验结果预测的隧道值一致。（2）通过计算获得的STM图像与通过实验结果获得的STM图像非常吻合。从上述结果中可以证实，现在开发的第一个原理计算程序是预测纳米结构的电导率特性的有用工具。