神戸大学大学院工学研究科・工学部
電気電子工学専攻・電気電子工学科 小野研究室

実空間差分法に基づく第一原理計算手法およびこの方法に基づいた計算コードRSPACEの開発を行っています。
この方法は、優れた並列化性能を示すため、「富岳」コンピュータをはじめとする世界最高性能のスーパーコンピュータを使って、高速なシミュレーションを実現します。

また、従来の平面波基底を用いた計算法のように周期境界条件に制約されないため、電気伝導特性の計算が可能です。本研究室では、スピン軌道相互作用やノンコリニア磁性の組み込みなどRSPACEコードの高機能化に加え、開発した計算コードをスーパーコンピュータで効率的に実行できるようチューニングも行っています。

SiCなどワイドバンドギャップ半導体は、次世代のパワーデバイス用チャネル材料として期待されています。
しかし、MOS界面のキャリア移動度は、期待されたほど大きくなく、ON-OFFの繰り返しによる閾値電圧の不安定性も問題になっています。これらは、MOS界面の原子レベルでの欠陥が原因と考えられています。
本研究室では、第一原理電子状態・伝導特性計算コードRSPACEを用いて、デバイス性能を劣化させる欠陥(キラー欠陥)を特定し、その滅処理方法の提案を行っています。

サイズが電子の平均自由行程よりも小さいナノ構造では、マクロスケールとは異なった振る舞いを見せます。たとえば、量子化コンダクタンスやトンネル効果がその一例です。
このような原子・分子スケールのナノ構造体は、次世代デバイス素子としての応用が期待されていますが、これらのデバイスの機能を予測・制御するには、界面における電子状態の理解が欠かせません。
本研究室では、第一原理電子状態・電気伝導計算を駆使し、分子トランジスタや磁気抵抗素子の伝導特性評価と新奇な機能を持ったナノ構造のデザインを行っています。

現在の密度汎関数理論の局所密度近似を用いた第一原理計算は、表面・界面電子構造の解明など物性物理分野で多くの成功を収めてきました。一方で、膨大な計算量を必要とすることから、適用範囲が制限されています。
近年では、GPUや量子コンピュータといった従来のCPUとは異なる特徴を持った演算器の開発が進んでいます。また、機械学習の分野では高度な数学を駆使した新しいアルゴリズムの開発が行われています。
本研究室では、従来のCPUとは異なるアーキテクチャーを用いた計算機や機械学習のアルゴリズムを駆使して、デバイス用の新奇材料や界面構造のデザインに使うことのできる高速高精度な第一原理計算手法・計算コードの開発を行っています。