DNA分子のポーラロン伝導機構と量子計算アルゴリズムの開発

DNA分子极化子传导机制及量子计算算法发展

• 批准号: 16760002
• 负责人: 島 弘幸
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16760002/
• 关键词: 低次元電子系; 数値計算アルゴリズム; 量子局在; メゾスコピック系; 電気双極子相互作用; 低次元導体; 量子局在現象; 電気双極子間相互作用

生体分子であるDNAの電気的性質の解明は、ナノ・バイオ両テクノロジー分野に跨る最重要課題の一つである。実験技術の急速な進展により、微視的な(数nmの)電荷移動については、量子トンネルおよび熱的ホッピングという二つのメカニズムで説明できることがわかった。しかし、より長い空間領域(μm程度)にわたる電気伝導特性については、一連の実験結果が相互に矛盾しており、大まかな理解さえ程遠いのが現状である。その伝導機構を理論的に調べるためには、有機分子特有の様々な非線形相互作用とその競合効果を取り扱う必要がある。すなわちDNA伝導機構の解明には、現存の手法を超えた新しい理論手法の開拓が鍵となる。本研究の目的は、DNAに代表される低次元量子系の伝導特性を定量的に解析するための大規模量子計算アルゴリズムを開発し、DNA伝導機構に対する独自の多体理論を構築することにある。申請者は前年度までに、現実のDNA塩基配列を反映するポテンシャルランドスケープを数値的に再現し、そのポテンシャルの空間的乱れが系の電気伝導性に与える影響を、有限サイズスケーリングの手法により調べた。その結果、ポテンシャルの相関関数がべき乗則に従う場合に限り、一次元量子系はある臨界的乱れにおいて金属相から絶縁相への量子相転移を示すことが初めて明らかとなった。これを受けて本年度は、ポテンシャルの乱れの振幅と相関度合いを系統的に変化させた場合について、電気伝導度の変化を示す相図の構築に成功した。また、DNA特有のらせん構造の変形効果に関連して、系の有する非零曲率が系の臨界的性質にどのような影響を与えるかを独自の数値モデルに基づき考察した。今後はこれらの結果をもとに、格子変形を介してDNAの伝導性を制御するための新規なナノ技術開発を目指す予定である。

The understanding of the electrical properties of DNA in living molecules is one of the most important issues in the field of differentiation. The rapid progress of technology, Weishi app (several nm) charge movement, quantum technology, thermal energy, etc. In the long space field (μm level), the electrical conduction characteristics of the electric field are contradictory, and the continuous practical results are contradictory. The current situation is far away from understanding. The mechanism of conduction is theoretical, and it is necessary to obtain nonlinear interactions and cooperative effects unique to organic molecules. The understanding of DNA transmission mechanism, the development of new theoretical methods and the improvement of existing methods The purpose of this study is to quantitatively analyze the conduction properties of low-dimensional quantum systems represented by DNA, to develop large-scale quantum computing, and to construct independent multi-body theories for DNA conduction mechanisms. The applicant has adjusted the electrical conductivity and influence of the current DNA sequence in the previous year. The result is that the correlation between the metal phase and the quantum phase is limited and the quantum phase is shifted This year, the amplitude and correlation of the chaotic signal are combined to show the success of the construction of the system. A study of the relationship between the shape of the structure unique to DNA and the critical properties of the system with non-zero curvature. In the future, the results of the study will be determined by the new regulations on DNA conductivity.

项目成果

Enhanced orientation of interacting polar molecules

增强相互作用极性分子的定向

• 发表时间: 2005
• 期刊: Microelectronics Journal Vol 36, No 3-6
• 作者: Shima H;Nakayama T
• 通讯作者: Nakayama T

Enhanced orientation of interacting quantum rotors

增强相互作用的量子转子的方向

• 发表时间: 2005
• 期刊: Microelectronics Journal (in press)
• 作者: Shima H;Nakayama T;H.Shima;H.Shima;H.Shima
• 通讯作者: H.Shima

Geometric effects on critical behaviours of the Ising model

• DOI: 10.1088/0305-4470/39/18/010
• 发表时间: 2005-11
• 期刊: Journal of Physics A
• 作者: H. Shima;Y. Sakaniwa

Glass-like behavior of crystalline Ge with O-impurities at low temperatures

含有 O 杂质的晶态 Ge 在低温下的玻璃状行为

• 发表时间: 2004
• 期刊: Physica status solidi c 1・9
• 作者: Shima H;Nakayama T;H.Shima;H.Shima;H.Shima;H.Shima;H.Shima;H.Shima;H.Shima
• 通讯作者: H.Shima

Curvature-induced shift in the dynamic exponent of the Ising model

曲率引起的伊辛模型动态指数变化

• 发表时间: 2006
• 期刊: Journal of Statistical Mechanics In press
• 作者: M. Mimura;et. al.;H.Yamamoto;Y.Hayasaki;H.Yamamoto;S.Matsumoto;Y.Hayasaki;早崎芳夫;早崎芳夫;J.J.Xiao;J.J.Xiao;J.J.Xiao;J.J.Xiao;H.Shima;W.J.Tian;J.P.Huang;W.J.Tian;J.J.Xiao;J.P.Huang;H.Shima
• 通讯作者: H.Shima