活動ブログ - 計算物性工学研究室(島田研究室)
当研究室では、密度汎関数理論に基づいた第一原理計算によるシミュレーションを行い、物質中の電子の状態を計算することで、物質の性質を理論的に予測する研究を行っています。
第一原理計算という理論計算では、従来の経験的な理論計算とは異なり、その物質に対する実験結果を参照することなく電子状態を計算することができるので、物質の様々な性質(結晶構造、分子構造、格子定数、格子振動、弾性的性質、電子バンド構造、電子分極、格子欠陥構造、…)を予測することができます。また応用として、未知物質の合成をしたり、実験では検証が難しい高圧状態での物質の性質などを予測したりすることもできます。
現在は、Ⅲ-V族およびⅡ-Ⅵ族化合物ワイドギャップ半導体に関する研究をメインに行っています。ワイドギャップ半導体の代表格は窒化ガリウム(GaN)で、90年代に開発された青色LEDの材料となっている物質です。これらの材料は、他の半導体材料と比較して、以下の点で優れた特性を持っています。
・固くて頑丈
・熱伝導率が大きく放熱性に優れる
・絶縁破壊電圧が高い
・化学的に安定
・有害な物質を含んでいない
これらの材料を使った光素子や電子素子を使うことで、より環境負荷が低く、省エネで性能のよい電気製品や電子機器を作ることが可能になります。
計算機シミュレーションには主として外部のスーパーコンピュータを用いています。また、補助的に研究室のPCクラスタ計算機を使用します。
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PCクラスタ計算機 | 計算で得られた物質中の電子密度 |
PCクラスタ計算機は、我々が普段使っている複数台の計算機をネットワークを介して接続し、1つのプログラムを多くのPCで手分けして計算することができる計算機システムです。この計算機システムを使うことによって、より速く大規模な計算をすることが可能になります。ネットワーク関連の勉強を少しすれば、普段使っているPCで比較的簡単に作ることができます。是非チャレンジしてみてください!