並列分子動力学/電子状態計算手法によるナノ構造セラミックスの粒界形成・機能制御

使用并行分子动力学/电子结构计算方法对纳米结构陶瓷进行晶界形成和功能控制

• 批准号: 14750554
• 负责人: 鶴田 健二
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Okayama 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750554/
• 关键词: セラミックス; 半導体; 粒界; ナノ構造体; 水素拡散; 電子伝導; 分子動力学; 電子状態計算; マルチスケール解析; 不純物拡散; 焼結; 並列計算

本研究では、申請者がこれまで蓄積してきた研究成果を踏まえた上で、更なる発展を目指し、下記のような達成目標を掲げてきた:(a)粒界不純物拡散機構に対する分子動力学/電子状態解析;(b)ナノ構造中の電子伝導の解析;(c)超長時間シミュレーション手法の確立とナノ粒子成長・粒界移動解析への適用。最終年度である本年度では、下記の成果により上記目標のほとんどが達成された。(1)計算グリッド上での高効率な計算を可能にするO(N)並列TBMDおよびハイブリッド並列TBMD/MDコードを完成させた。(2)上記のO(N)並列TBMDおよびハイブリッド並列TBMD/MD法により、Si結晶・粒界中の水素拡散に関するマルチスケールシミュレーションを実施し、高温におけるSi結晶・粒界付近での水素拡散のメカニズムを解析した。(3)前年度から引き続いて、古典MDとTBMDとの併用、ならびに上記のハイブリッドTBMD/MD手法を用いて、SiおよびSiC結晶粒界の高温における構造安定性の解析を行った。また、Si粒界における電子状態の局在性を、電子密度行列の空間的広がりから解析し、ボンドの乱れとs軌道成分の増大との関係を定量的に明らかにした。(4)Si結晶中の不活性原子のTBMDシミュレーションを実施し、安定位置、拡散経路ならびに活性化エネルギーの見積もりを行った。(5)多項式展開法による時間依存シュレディンガー方程式の高速計算法を開発し、鎖状ナノ構造Si中の電子伝導ダイナミックスの解析を行った。(6)超長時間シミュレーションを可能にする確率的差分方程式法を密度汎関数分子動力学シミュレーションへ適用し、その有用性と数値的安定性を検証した。

This study で は, applicants が こ れ ま で accumulation し て き た research tread を ま え た で, more な る 発 exhibition を refers し, remember の よ う な achieve を first white jasmines げ て き た : (a) LiJie impurity content company, loose organization に す seaborne る molecular dynamics/electronic state; (b) Analysis of the 伝 conduction of the <s:1> electron in the ナノ structure; (c) The ultra-long time シ シ ュレ ショ ショ ショ technique <e:1> for establishing とナノ particle growth and particle boundary movement analysis へ <e:1> is applicable. The final year である the current year で で, record the <s:1> achievements によ, record the top goals ほとん ほとん が が achieved された. On (1) calculate グ リ ッ ド で の high な sharper rate calculation を may に す る O (N) in TBMD お よ び ハ イ ブ リ ッ ド in TBMD/MD コ ー ド を complete さ せ た. (2) written の O (N) in TBMD お よ び ハ イ ブ リ ッ ド in TBMD/MD method に よ り, Si crystal LiJie の water element in the company, scattered に masato す る マ ル チ ス ケ ー ル シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be し, high-temperature に お け る Si crystal · LiJie paying nearly で の water element company, scattered の メ カ ニ ズ ム を parsing し た. (3) before the annual か ら lead き 続 い て, classical MD と TBMD と の by な ら び に written の ハ イ ブ リ ッ ド TBMD/MD technique を い て, Si お よ び SiC crystals LiJie の high-temperature に お け る line structure stability analytical を の っ た. ま た, Si LiJie に お け る electronic state の bureau in the sexual を, electron density ranks の space hiroo が り か ら analytical し, ボ ン ド の disorderly れ と s composition の raised large と の masato を quantitative に and Ming ら か に し た. (4) Si crystal の is not active in the atomic の TBMD シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を be し, stable position, company, scattered 経 road な ら び に activeness エ ネ ル ギ ー の see product も り を line っ た. (5) polynomial expansion method に よ る time dependent シ ュ レ デ ィ ン ガ ー equation is の を calculation method of high speed open 発 し, lock ナ ノ の electronic 伝 pilot in tectonic Si ダ イ ナ ミ ッ ク ス の parsing line を っ た. (6) long time シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を may に す る を density difference equation method of probabilistic masato several molecular dynamics シ ミ ュ レ ー シ ョ ン へ し, そ の usefulness と the numerical stability of を 検 card し た.

项目成果

Mechanisms of impurity diffusion on Si with a point defect : Tight-binding molecular dynamics simulation

点缺陷硅上的杂质扩散机制：紧束缚分子动力学模拟

• 发表时间: 2004
• 期刊: Transactions of Materials Research Society of Japan 29・8
• 作者: T.Igarashi;H.Iyetomi;K.Tsuruta;S.Ogata
• 通讯作者: S.Ogata

Parallel TBMD, hybrid classical/TB-MD, and their application to interfacial phenomena in nanostructured semiconductors

并行 TBMD、混合经典/TB-MD 及其在纳米结构半导体界面现象中的应用

• 发表时间: 2004
• 期刊: Second International Conference on Multiscale Materials Modeling, Conference Proceedings (Ed. Nasr M.Ghoniem)
• 作者: K.Tsuruta;C.Totsuji;H.Totsuji;S.Ogata
• 通讯作者: S.Ogata