Reconstruction of nanoscale device simulation framework consistent with local potential fluctuations

重建与局部电位波动一致的纳米器件模拟框架

• 批准号: 22H01539
• 负责人: 佐野 伸行
• 金额: $ 10.15万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01539/
• 关键词: デバイスモデリング; 電子輸送; 非平衡グリーン関数; ボツルマン輸送方程式; 非平衡統計物理; ポテンシャル揺らぎ; デバイスシミュレーション; ボルツマン輸送方程式; モンテカルロ法; 不純物散乱; ハートリー近似; ポアソン方程式

揺らぎによって局所的に生じるクーロンポテンシャルの変調を長距離成分と短距離成分に分離し、ボルツマン輸送方程式とポアソン方程式にそれぞれの成分をあからさまに導入した。その結果、電子輸送計算で前提となるポテンシャルの自己無撞着結合を成分分離の観点のもとで明確化することに成功し、モンテカルロ法に基づいたシミュレーション手法の理論的フレームワークの再構築を行った。具体的な研究実績の内容は、以下の通りである。(1) モンテカルロ法で想定されている長さのスケールが平衡状態での遮蔽長に対応することを理論的に明らかにし、空間的に局在した荷電粒子（電子および不純物）の長距離に渡る局所的ポテンシャル揺らぎをあからさまに導入するための理論的フレームワークを定式化した。本研究室の所有する自己無撞着モンテカルロ法に局所的に揺らいだクーロンポテンシャルを導入することで、ポテンシャル成分の分離に対する正当性を検証した。同時に、長波長極限で定式化されている既存モデル（ボルツマン輸送方程式の理論フレームワーク）を、ポテンシャル成分の分離の観点で見直すことで、輸送方程式に含まれるハートリー平均場が長距離成分に対応すること、従来手法では散乱ポテンシャルがダブルカウントされていること、を明らかにした。これらの知見をもとにして、ポアソン方程式と自己無撞着に結合したモンテカルロ法に基づいたシミュレーションフレームワークを再構築した。なお、モンテカルロシミュレータの構築を先行して今年度進めたことから、非平衡グリーン関数法に関する理論的フレームワークの再構築を来年度実施することとした。

通过波动局部产生的库仑电位的调节分为远程和短距离组件，并且各个组件清楚地引入了玻尔兹曼传输方程和泊松方程中。结果，我们成功地阐明了电势的自一致耦合，这是电子传输计算的前提，从组件分离的角度来看，并根据蒙特卡洛方法重建了模拟方法的理论框架。具体的研究结果如下：（1）我们从理论上澄清说，蒙特卡洛方法假定的长度比例对应于平衡状态的屏蔽长度，并制定了一个理论框架，用于公开引入局部潜在的潜在波动，以在空间局部带电的颗粒（电子和杂质）的长距离范围内引入局部潜在的波动。通过将局部摇动的库仑电势引入该实验室拥有的自一致的蒙特卡洛方法，验证了潜在组件分离的合法性。同时，通过从分离潜在组件的角度回顾以长波长极限（玻尔兹曼传输方程式的理论框架（理论框架）提出的现有模型，我们透露，传输方程中包含的hartley均值场与长距离组件中的hartley平均值相对应，而散射电位则相当于常规方法中的散射潜力。基于这些发现，我们根据泊松方程和自一致的蒙特卡洛方法重建了一个模拟框架。此外，自从本财政年度的蒙特卡洛模拟器的构建已提高以来，我们决定重建明年非平衡绿色功能方法的理论框架。