第二分科会

タイトル

「密度汎関数法からひも解く固体の電子状態と半導体物性」

• 講師：村岡 梓 先生（日本女子大学 理学部 数物情報科学科）研究室HP

• 担当：小森田 勝也 (九州大 D2)

• 担当連絡先：sec2(at)ymsa.jp

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紹介文

半導体材料中における点欠陥や不純物は、結晶格子内の局所構造や電子状態に深く関与し、電気的・光学的特性を大きく左右します。特に、有機－無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池や有機半導体においては、結晶性や構造の不均一性、界面に存在する欠陥が、キャリア輸送、再結合、動作安定性などのデバイス性能に直接的な影響を及ぼすため、原子スケールでの欠陥理解が極めて重要です。

本分科会では、密度汎関数法（DFT）を中心とした第一原理計算に基づき、点欠陥の形成エネルギー、電荷捕獲特性、電荷状態遷移準位、構造緩和などの物理量を定量的に解析します。さらに、これらの理論的知見をもとに、鉛フリーで高安定性を有するペロブスカイト材料や、高移動度・高発光効率を示す有機半導体材料の分子設計・材料探索への展開可能性について議論を行います。

計算科学に基づく欠陥エンジニアリングの最前線と、それが拓く材料開発の新展開に、ぜひご注目ください。

講義概要（予定）ダクション

（1）イントロダクション

（1－1）量子論と電子状態

（1－2）電子相関を考える意味

(2)固体物理の基礎

（2－1）電子の運動と輸送現象

（2－2）フォノン

（2－3）表面、界面、欠陥

（2－4）電子励起　バンドギャップ

（2－5）エンタルピー、エントロピー、ギブスエネルギー、結合エネルギー、格子エネルギー

（3）第一原理計算の基礎

（3－1）Thomas-Fermi-Dirac近似:汎関数の一例

（3－2）Hohenberg-Kohn の定理

（3－3）拘束付き探索に基づく密度汎関数論の定式

（3－4）Hohenberg-Kohn の定理の拡張

（3－5）厳密な密度汎関数の複雑さ

（3－6）密度から議論を進める困難さ

（4）第一原理計算からわかること

（4－1）直交化平面波と擬ポテンシャル

（4－2）電子の運動と輸送現象

（4－3）電子のエネルギーと熱力学的エネルギーの関連

（エントロピー、ギブスエネルギー、結合エネルギー、格子エネルギー）

（4－4）相界面、欠陥生成エネルギー、エネルギー準位

（5）研究紹介

（5－1）有機薄膜太陽電池、ペロブスカイト太陽電池、光触媒をターゲットに第一原理計算の応用