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論文

Influence of size effect on the electronic and elastic properties of diamond films with nanometer thickness

Chernozatonskii, L. A.*; Sorokin, P. B.*; Kuzubov, A. A.*; Sorokin, B. P.*; Kvashnin, A. G.*; Kvashnin, D. G.*; Avramov, P.; Yakobson, B. I.*

Journal of Physical Chemistry C, 115(1), p.132 - 136, 2011/01

https://doi.org/10.1021/jp1080687
 被引用回数：80 パーセンタイル：88.59(Chemistry, Physical)

The atomic structure and physical properties of quasi 2D diamanes (few-layered oriented diamond nanocrystals, covered by hydrogen atoms from both sides) are studied using electronic band structure calculations. It was shown that energy stability linear increases upon increasing of the thickness of proposed structures. All 2D carbon nanoclusters display direct dielectric band gaps with nonlinear quantum confinement response upon the thickness. Elastic properties of diamanes reveal complex dependence upon increasing of the number of $$<$$111$$>$$ layers. All theoretical results were compared with available experimental data.

論文

Atomic and electronic structure of new hollow-based symmetric families of silicon nanoclusters

Avramov, P.; Fedorov, D. G.*; Sorokin, P. B.*; Chernozatonskii, L. A.*; Gordon, M. S.*

Journal of Physical Chemistry C, 111(51), p.18824 - 18830, 2007/12

https://doi.org/10.1021/jp0777216
 被引用回数：12 パーセンタイル：39.86(Chemistry, Physical)

内部に任意の大きなフラーレン型の空間を持つ安定なSiナノクラスターファミリーを系統的に構築した。さらに、5員環,6員環接合を介してこれらのナノクラスターを結合することによって複合構造をデザインした。提案した物質の原子配置と電子構造を半経験的量子力学的手法を用いて計算した。それぞれのファミリー内でバンドギャップと安定性はクラスターの実効的な大きさに反比例することが明らかになった。クラスターは、親となるシリコンフラーレンから受け継いだ非常にバラエティに富む構造と対称性を持つ。複合体は、接合に関係する特異な電子構造を持った擬分子のように電子を閉じ込める。量子ドットとその複合体はその内部空間にゲスト原子を内包しうる。それゆえ、電子特性を制御可能で有望な新規ナノ材料を提供しうる。

論文

Multiterminal nanowire junctions of silicon; A Theoretical prediction of atomic structure and electronic properties

Avramov, P.; Chernozatonskii, L. A.*; Sorokin, P. B.*; Gordon, M. S.*

Nano Letters, 7(7), p.2063 - 2067, 2007/07

https://doi.org/10.1021/nl070973y
 被引用回数：13 パーセンタイル：51.68(Chemistry, Multidisciplinary)

経験的スキームを使って、20面体状中心核(Si-IC)とその頂点から伸びる5角形の花びら(Si-PP)をベースに新奇なシリコンナノクラスターを作り上げた。Si-IC/Si-PP界面が形成される方がエネルギー的に好ましいことがわかった。また、実際に観測されているシリコンナノ構造の幾つかは本研究で提案するナノ構造の存在により説明できる。さらに、拡張ヒュッケル法による電子構造計算によって、本研究で提案したナノ構造がナノスケールのトンネル接合として振る舞う可能性を示した。

論文

Density-functional theory study of the electronic structure of thin Si/SiO$$_{2}$$ quantum nanodots and nanowires

Avramov, P.; Kuzubov, A. A.*; Fedorov, A. S.*; Sorokin, P. B.*; Tomilin, F. N.*; 前田 佳均

Physical Review B, 75(20), p.205427_1 - 205427_8, 2007/05

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.75.205427
 被引用回数：18 パーセンタイル：60.6(Materials Science, Multidisciplinary)

本研究では、狭い界面を持つ5角形のSi/SiO$$_{2}$$量子ナノドット(QDs,直径1.6nm)及びナノワイヤ(NWs)を提案し、元となるシリコンの準安定構造(直径1.2nm)とともに、その原子構造と電子構造を、クラスター近似B3LYP/6-31G$$^{*}$$及び周期的境界条件(PBC)平面波近似(PW)擬ポテンシャル(PP)局所密度近似法を用いて計算した。最も小さい擬球状QD(Si$$_{85}$$)の全状態密度(TDOS)はPBC PW PP LDAで計算した結晶性シリコンのTDOSによく一致した。伸長したSiQDsとSiNWsは金属的特性を持った電子構造を示す。しかし、表面に酸化層を持つとSi/SiO$$_{2}$$クラスターのTDOS中にバンドギャップができる。これらの粒子の価電子帯の上端と伝導帯の底は、核となるSiに由来した電子状態によって形成される。理論的に予測されるバンドギャップの幅は、Si/SiO$$_{2}$$クラスターの長さによって決定され、さらに、シリカに埋め込まれたナノシリコンのフォトルミネッセンススペクトルにおけるサイズ効果を高い精度で説明できる。

論文

Band-gap unification of partially Si-substituted single-wall carbon nanotubes

Avramov, P.; Sorokin, P. B.*; Fedorov, A. S.*; Fedorov, D. G.*; 前田 佳均

Physical Review B, 74(24), p.245417_1 - 245417_8, 2006/12

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.74.245417
 被引用回数：18 パーセンタイル：61.38(Materials Science, Multidisciplinary)

Siで置き換えた炭素ナノチューブ,SiCシート、そして一連の単層SiCナノチューブの原子構造と電子構造を平面波近似を用いた局所密度近似法によって計算した。金属的な(8,8)単層炭素ナノチューブ(SWCNT)では、C原子をSi原子で順に置き換えていくとバンドギャップが生じ、Siの濃度に依存してほぼ2次関数的にバンドギャップが大きくなっていく。半導体的な(10,0)SWCNTの場合は、Si濃度が$$sim$$25%でバンドギャップが最小(0.27eV)になる。Si濃度が12-18%の領域では、いずれのタイプのナノチューブも$$Gamma$$-$$Gamma$$点において0.5eVより小さい直接型バンドギャップを持つ。キラル型(8,2)SWSi$$_{0.15}$$C$$_{0.85}$$NTは、同様の直接型バンドギャップ(0.6eV)を持つ。時間に依存する密度汎関数法によって、Siでの置き換えが近赤外領域における光学遷移の全確率をほぼ一桁増やすことを示した。これは、金属的SWCNTにおける直接型バンドギャップの生成,あらゆるSWCNTのバンドギャップとその性質の統合,動径方向の積分$$<$$Si3$$it{p}$$$$|{it r}|$$Si3$$it{s}$$$$>$$が大きいこと、及び価電子帯・伝導帯の双方で化学結合にSi3$$it{d}$$状態が寄与することによって引き起こされる。

報告書

高燃焼度燃料および革新型燃料の熱流動設計評価における数値実験法の開発

二ノ方 壽*; 三澤 丈治*; Baglietto, E.*; 青木 尊之*; Sorokin, A. P.*; 前川 勇*; 大島 宏之; 山口 彰

JNC TY9400 2003-010, 170 Pages, 2003/03

JNC-TY9400-2003-010.pdf:5.42MB

湾曲、変形を想定した高燃焼度高速炉炉心燃料や稠密配列燃料格子燃料に対し、様々な運転条件下における燃料表面壁せん断応力や被覆管温度分布、冷却材および燃料の温度分布を詳細に評価して燃料の温度制限に対する適正な裕度を確認するとともに、Design by Analysis のツールとしての熱流動大規模数値シミュレーション手法を提案する。適用範囲に限界があるホットスポットファクターや実験に基づく経験論的なアプローチなどに代わり、数値シミュレーションによって、高燃焼度、長寿命、高信頼性、安全性、運転・保守の容易性、核廃棄物量の最少化などの諸要求条件を充たす高速炉炉心の熱流動設計の最適化を容易とする。直交座標系と曲線座標系の間の座標変換を利用して、燃料集合体のような複雑形状を有する流路内の熱流動現象を詳細に解析する擬似乱流直接シミュレーションコードを開発し、座標変換前後の計算の妥当性について各種簡易形状流路内乱流熱伝達を計算して検証するとともに、物理量分布や乱流統計量などについて実験結果と比較し精度の確認を行った。また、擬似直接乱流シミュレーションを三角配列無限大本数ピン集合体に適用した結果の妥当性を、公開文献にある実験結果および汎用CFDコードSTAR-CDによるレイノルズ平均N-S方程式系の計算結果と比較して示すとともに、運動量・エネルギーの輸送プロセスに与える乱流の非等方性による二次流れの影響の重要性が強調された。さらに、円管形状に拘らない任意の新型高性能被覆管形状を考慮に入れて、熱流動の観点から最適の形状および配列を検討した。

口頭

Structure and electronic properties of Si/SiO$$_{2}$$ clusters, nanoparticles and nanowires

Avramov, P.; Kuzubov, A. A.*; Fedorov, A. A.*; Tomilin, F. N.*; Sorokin, P. B.*

no journal, , 

シリカのナノクラスターSi$$_{m}$$O$$_{n}$$はSi/SiO$$_{2}$$ナノ物質の前駆物質であり、その合成において重要な役割を果たす。本研究では、まず、Si$$_{m}$$O$$_{n}$$(m=2, 3, n=1-5)の生成と異性化について、その反応経路を6-31G(d)基底関数系を使った2次のMoller-Plesset摂動論(MP2)を用いて計算した。多くの異性化反応について遷移状態が存在することがわかったものの、分離された反応物からのクラスターの形成については、Si$$_{3}$$O$$_{3}$$とSi$$_{3}$$O$$_{4}$$についてのみ遷移状態が見いだされた。次に、密度汎関数法(B3LYP/6-31G$$^{*}$$)及び、周期的境界条件,擬ポテンシャル,平面波近似を用いた局所密度近似法を用いて、Si及びSi/SiO$$_{2}$$からなる量子ドット,ナノワイヤの電子構造を計算した。SiナノワイヤとSi量子ドットは、その多結晶性によりすべて金属的な電子状態を示すことがわかった。また、Siナノワイヤの表面に酸化によってSiO$$_{2}$$が存在するとSi/SiO$$_{2}$$ナノワイヤの構造はすべて安定になり、SiO$$_{2}$$の存在によってバンドギャップ($$sim$$1.4eV)を持つようになる。これらのSi/SiO$$_{2}$$ナノ物質の価電子帯の上端と伝導帯の底は、おもにSiのp軌道で形成される。

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