Yusuke Asari; e-mail
□ 氏名　浅利裕介
□ 所属　東京大学生産技術研究所 産官学連携研究員(戦略的基盤ソフトウェアの開発プロジェクト)
□ 所属　計算材料科学研究センター 第一原理物性グループ
□ 専門　物性物理・計算物理

□ 経歴
□ 1997.3 早稲田大学理工学部材料工学科卒業
□ 1997.4-1999.3 早稲田大学大学院理工学研究科材料工学専攻修士過程
□ 1999.4-2002.3 早稲田大学大学院理工学研究科材料工学専攻博士課程(単位取得退学)
□ 2004.3 早稲田大学大学院理工学研究科物質材料理工学専攻博士号取得(博士(工学))
□ 2001.4-2003.3 早稲田大学理工学部物質開発工学科助手
□ 2003.4- 東京大学生産技術研究所 産官学連携研究員

金属量子細線における電気伝導現象の理論予測

 　走査トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope; STM)を利用して、原子レベルで作られた量子細線の作成や観察が実験的に可能になりつつあります。 原子細線は原子で作られうる最小の導線で、その物性の解明は原子配線を用いた回路の実現への第一歩とも言えるため、近年活発に研究が行われています。 しかし、電位差が加えられた原子細線はフェルミ準位が系全体で一定ではなく、従来の第一原理計算では理論的な解析が困難です。 このような非平衡開放系の問題における有効な理論的解析の手法のひとつとして、第一原理密度汎関数法に基づくLippman-Schwinger(LS)方程式に従った方法が挙げられます。 私たちはp軌道に由来する多彩な伝導が期待できるアルミニウム量子細線を対象として選択し、LS法を用いて系の有効ポテンシャルおよび波動関数を理論的に明らかにし、その伝導特性を検討しました。 さらに境界条件として仮定されたジェリウム電極の一部を原子層で置き換え、結晶の性質を反映したコンダクタンスを与えることに成功しました。



図　STMによる原子細線の観察とジェリウム電極によるモデル


球状人工原子における殻構造とフント則

 　近年の半導体微細加工技術の進歩によって、人工的に作成した閉じ込めポテンシャルを用いて数ナノメートルの領域に電子を束縛した半導体量子ドット構造が作成されており、単電子デバイスとしての応用面からも大きな注目を集めています。 実験的にはクーロンブロッケイド現象を利用して量子ドット内にひとつずつ電子を閉じ込めることが可能で、その電子は閉じ込めポテンシャルと電子間相互作用に応じた殻構造を形成することが知られています。 このように実際の原子に類似した電子状態を持つため、量子ドットは人工原子とも呼ばれます。 特に球状の人工原子は、高い対称性から強く縮退した殻構造を持ち、また軌道角運動量を保存するなど実際の原子と類似した点が多いため、その電子状態に興味が持たれ、正確な把握が求められています。 私たちはこのような球状人工原子に着目し、有効質量近似を用いた電子気体のハートレー・フォック近似計算を行い、ディスク状人工原子におけるフント第一法則が球状の人工原子においても成立することを導きました。 さらに合成軌道角運動量の固有関数が持つエネルギーを検討した結果、球状人工原子ではフントの第二法則が成立していることを初めて見出しました。 また磁場を印加することで新たに出現する殻構造についても理論的に考察を行い、M. Eto および H. Tamura による一般化フント則が成立することを明らかにしました。



図　従来型のディスク状量子ドット( 左 )と球状量子ドット( 右 )


第一原理計算に基づく DNA 塩基対の開裂状態の動的過程

 　デオキシリボ核酸( DNA )の局所的な変形のうち、塩基対間の水素結合が局所的に解離した開裂状態は DNA 二重螺旋の熱解離による一本鎖変態の前駆現象に関係すると理解されています。 本研究ではDNA内部に存在する塩基対開裂状態の動的過程をDPBR( Dynamic Plane Base Rotator )モデルと呼ばれる理想化された二重螺旋を仮定することでその動的過程を追跡し、また伝搬機構を理論的に検討しました。 特に従来困難であった水素結合エネルギーおよびスタッキングエネルギーの定式化を第一原理計算の適用により行いました。 その結果、系の持つハミルトニアンの一般形から差分方程式を導出し、さらに連続体近似を行うことによって非線型連立偏微分方程式を得ることに成功しました。 これを用いて開裂状態の動的過程を理論的に検討し、塩基対の幾何学的構造に基づく立体障害と、伝搬に必要なスタッキング相互作用の弱さによって従来考えられていたsine-Gordonソリトンが伝搬することが困難であることが結論されました。


図　DNA二重螺旋とDPBRモデル


発表
  1. Y. Asari, J. Nara, N. Kobayashi, T. Ohno, Transport Properties of Al Nanowires, International Conference on Solid Films and Surfaces (ICSFS-12), D3-3, Hamamatsu Congress Center (Hamamatsu), 2004/06/23
  2. 浅利裕介、奈良純、小林伸彦、大野隆央、 Al原子細線の電気伝導特性、日本物理学会第59回年次大会、27pPSA-64、 九州大学(福岡)、2004/03/27
  3. 村口正和，浅利祐介，小磯卓児，武田京三郎, 静電量子レンズによる電子波束の時間発展、日本物理学会第59回年次大会、27pYF-2、 九州大学(福岡)、2004/03/27
  4. T. Koiso, M. Muraguchi, Y. Asari, K. Takeda, N. Watanabe, Theoretical study on quantum phenomena of a single-electron wavepacket injected into the mesoscopic device having an elliptic form, MS+S2004, PMo-42, NTT BRL( Atsugi ), 2004/03/01
  5. 浅利裕介, 田村浩之, 武田京三郎, 球状量子ドットにおけるフントの第二法則, 日本物理学会第57回年次大会, 24aXP-9, 立命館大学びわこ・くさつキャンパス( 草津 ), 2002/03/24
  6. Yusuke Asari, Hiroyuki Tamura, Kyozaburo Takeda, Hund's First and Second Rules in Spherical Artificial Atoms, C33.045, APS March meeting, Indiana Convention Center; Indianapolis, Indiana, 2002/03/18
  7. Masakazu Muraguchi, Takuji K. Koiso, Yusuke Asari, Kyozaburo Takeda, Theoretical Possibility of Electron Focusing by Quantum Lens, C33.034 APS March meeting, Indiana Convention Center; Indianapolis, Indiana, 2002/03/18
  8. Yusuke Asari, Hiroyuki Tamura, Kyozaburo Takeda, Hund's second rule in spherical artificial atoms, P34, Mesoscopic Superconductivity and Spintronics (MS+S2002), NTT Atsugi R&D center (Atsugi), 2002/03/04
  9. Masakazu Muraguchi, Takuji K. Koiso, Yusuke Asari, Kyozaburo Takeda, Theoretical study on quantum phenomena of an electron wavepacket injected into various potential walls, P17, Mesoscopic Superconductivity and Spintronics (MS+S2002), NTT Atsugi R&D center (Atsugi), 2002/03/04
  10. 浅利裕介, 田村浩之, 武田京三郎, 磁場中の球状量子ドットにおける新たな殻構造, 日本物理学会2001年秋季大会, 18aYJ-11, 徳島文理大学( 徳島 ), 2001/09/18
  11. 岡本創, 中西務, 笠原麻紀, 永井由紀子, 浅利裕介, 武田京三郎, 小幡谷育夫, 三原久和, 鈴木康正, 水谷亘, タンパク質ナノチューブの構造多様性, pd056, 第50回高分子討論会, 早稲田大学( 東京 ), 2001/09/12
  12. Hajime Okamoto, Tsutomu Nakanishi, Maki Kasahara, Yusuke Asari, Kyozaburo Takeda, Ikuo Obataya, Hisakazu Mihara, Yasumasa Suzuki, Wataru Mizutani, Electronic and Molecular Structures of Protein Nanotubes, F220, 4th International Conference on Biological Physics, July 30-August 3, 2001, Kyoto, JAPAN
  13. Yusuke Asari, Hiroyuki Tamura, Kyozaburo Takeda, Spherical Artificial Atom in Magnetic Fields, First International Workshop on Quantum Nonplanar Nanostructures & Nanoelectronics. '01 (QNN01), TuP-3, AIST-Tsukuba Research Center ( Tsukuba ), 2001/07/03
  14. 浅利裕介, 田村浩之, 武田京三郎, 球状量子ドットにおける拘束条件付きハートレーフォック近似, 日本物理学会第五十六回年次大会, 27aTB-3, 中央大学( 八王子 ), 2001/03/27
  15. Yusuke Asari, Hiroyuki Tamura, Kyozaburo Takeda, Hund's rule in a spherical artificial atom, International Symposium on Carrier Interactions in Mesoscopic Systems( CIM2001 ), TP11, NTT Atsugi R&D center( Atsugi ), 2001/02/13
  16. Yusuke Asari, Hiroyuki Tamura, Kyozaburo Takeda, Anisotropic parabolic quantum dot in magnetic field, The 3rd Japan-Korea joint workshop on first-principles electronic structure calculations( JK2000 ), 41, National Research Institute for Metals( tsukuba ), 2000/10
  17. 浅利裕介, 武田京三郎, 第一原理計算に基づく DNA 鎖中塩基開裂状態の動的過程, 日本化学会第 77 秋期年会, 1P4B048, 北海道大学( 札幌 ), 1999/09
  18. Yusuke Asari, Kyozaburo Takeda, Ab initio study of the DNA open state, American Physical Society Centennial Meeting, GP01-165, Atlanta, 1999.03.22
  19. 浅利裕介, 武田京三郎, DNA 塩基対の開裂ソリトンII, 日本物理学会 1998 年秋の分科会, 27pQ1, 琉球大学( 那覇 ), 1998/09
  20. 浅利裕介, 武田京三郎, DNA 塩基対の開裂ソリトン, 日本物理学会第五十三回年会, 2aYB6, 日本大学( 習志野 ), 1998/03
論文
  1. 浅利裕介, 武田京三郎, 第一原理計算に基づく DNA 鎖中塩基対開裂状態の動的過程, JCPE Journal, Vol.11, No.1(2000),
独立行政法人 物質材料研究機構 第一原理物性グループ