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計算物性工学研究室(島田研究室) - 関東学院大学 理工学部 電気・電子コースのホームページです

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研究室紹介LABORATORY INTRODUCTION

新着情報NEWS

2018年3月24日 卒業式および卒業祝賀会が開催されました。当研究室の学生が卒業研究発表会における最優秀発表賞と理工/建築・環境学会の学修優秀賞(活動優秀賞)を受賞しました。
2018年3月7日 学術雑誌Materials Research Expressに論文が掲載されました。
2018年2月13日 卒業研究発表会の打ち上げを行いました。
2017年12月8日 国際シンポジウムInternational Symposium on Materials Science and Surface Technology 2017 (MSST2017)で研究室の学生が "First-Principles Study of Crystal Structures and the Stability of (YxAl1-x)2O3"という題目で研究成果を発表しました。
2017年9月15日 4年生の卒業研究の中間発表が行われました。終了後、3年生と一緒に懇親会を行いました。
2017年9月5-8日 第78回応用物理学会秋季学術講演会にて発表を行いました。
2017年8月27日 本学オープンキャンパスで研究室紹介をしました。
2017年7月30日 本学オープンキャンパスで研究室紹介をしました。
2017年7月28日 学術雑誌Applied Physics Expressに論文が掲載されました。
2017年6月25日 本学オープンキャンパスで研究室紹介をしました。
2017年2月25日 文部科学省私立大学戦略的研究基盤形成支援事業の支援によって行われた研究プロジェクトの最終年度研究成果報告会にて、“First-Principles Prediction of Electronic Properties of Wide Gap Semiconductors and Organic Crystals for Optical and Electronic Devices Part 5”という題目で研究成果を発表しました。
2017年2月13日 4年生の卒業研究の最終発表が行われました。終了後、3年生と一緒に懇親会を行いました。
2016年9月16日 4年生の卒業研究の中間発表が行われました。終了後、3年生と一緒に懇親会を行いました。
2016年9月13-16日 第77回応用物理学会秋季学術講演会にて発表を行いました。
2016年8月3-4日 国際シンポジウムInternational Symposium on Materials Science and Surface Technology 2016 (MSST2016)に参加しました。
2016年5月28日 国際シンポジウムInternational Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2016にて発表を行いました。
2016年2月 卒業研究発表会の打ち上げを行いました。
2015年11月 国際シンポジウムThe 6th International Symposium on Growth of III-nitridesにて発表を行いました。
2015年9月 第76回応用物理学会秋季学術講演会にて発表を行いました。
2015年8月 電気学会 電子・情報・システム部門大会に参加しました。
2015年8月 国際会議The 4th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2015に参加しました。
2015年5月 国際会議International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2015にて発表を行いました。

研究内容

計算物性工学研究

計算機シミュレーションによる物性予測・新材料の創出
主に計算機シミュレーションで、ワイドギャップ半導体の性質を予測・解析する研究を行っています。ワイドギャップ半導体の代表例としては、青色LEDの材料となっている窒化ガリウム(GaN)があります。窒化ガリウムと窒化アルミニウムや窒化インジウムを混合することで、広い発光領域をカバーすることができ、様々な色のLEDやレーザー、そして太陽電池の材料としてのポテンシャルも持ち合わせます。また、電子回路で使われるトランジスタの材料としても研究・開発が行われており、多くの可能性を秘めた材料です。

計算物性工学研究

計算物性工学研究

図1 InAlNの結晶構造(左図)と不純物を入れたSiCの電子密度分布(右図)

計算機シミュレーションでは、第一原理計算と呼ばれる計算方法を用いています。この第一原理計算では、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、格子振動、弾性的性質、誘電的性質、電子バンド構造、電子分極、結合エネルギー、形成エネルギー、格子欠陥構造、表面構造、…)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可能です。

計算物性工学研究

計算物性工学研究

図2 ウルツ鉱AlNの電子バンド構造(左図)とフォノン分散曲線(右図)

シミュレーションには、研究室で構築したPCクラスタ(PCを複数接続して並列処理を行う計算システム)や外部機関のスーパーコンピュータ等を用いています。

計算物性工学研究

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図3 研究室PCクラスタ(左図)とスーパーコンピュータ(右図:東京大学情報基盤センターHPより)

メンバー

教員:島田和宏

教員:島田和宏

■略歴
1990年-1994年 早稲田大学 理工学部 電気工学科
1994年-1999年 早稲田大学 理工学研究科 電気工学専攻
1998年-2000年 早稲田大学 助手
2000年-2003年 関東学院大学 工学部 専任講師
2003年-2007年 関東学院大学 工学部 助教授
2007年-2012年 関東学院大学 工学部 准教授
2012年-2013年 関東学院大学 工学部 教授
2013年-現在 関東学院大学 理工学部 教授
2014年-2016年 総合研究推進機構 研究支援室長
2017年-現在 関東学院大学 柔道部 部長
2018年-現在 関東学院大学 材料・表面工学研究所 所員

■所属学会
応用物理学会、日本物理学会、電気学会

■連絡先
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■個人ページ

学生

学部4年生が8名所属しています。

研究業績

論文

"First-principles study of crystal structure, elastic stiffness constants, piezoelectric constants, and spontaneous polarization of orthorhombic Pna21-M2O3 (M=Al, Ga, In, Sc, Y)"
Kazuhiro Shimada
Materials Research Express 5, 036502 2018年3月
"Polar phonons in β-Ga2O3 studied by IR reflectance spectroscopy and first-principle calculations"
Takashi Azuhata and Kazuhiro Shimada
Applied Physics Express 10, 081101 2017年7月
「遺伝的アルゴリズムを用いた結晶構造探索における 波動関数のフーリエ級数展開項数を考慮した計算時間短縮法」
川名学、島田和宏、宮崎道雄
電気学会論文誌C 136(12) pp.1834-1835 2016年12月
"Fabrication and characterization of electronic and optical properties of polyaniline nanopatterns"
Yohei Watanabe, Kouichi Sato, Hitoshi Kato, Susumu Takemura, Kazuhiro Shimada, and Tomoyasu Hiramatsu
J. Nanosci. Nanotechnol. 15(3) pp.2212-2220 2015年
「遺伝的アルゴリズムを用いた第一原理計算に基づく結晶構造予測における初期構造探索」
川名学、島田和宏、宮崎道雄
電気学会論文誌C 134(12) pp.1834-1839 2014年12月
"Phonon Deformation Potential Constants of Wurtzite ZnO: A First-Principles Study"
Kazuhiro Shimada, Tomoyasu Hiramatsu and Hitoshi Kato
MRS Proceedings 1588 jsapmrs13-1588-6371 2014年
"Photoluminescence characterization of polythiophene films incorporated with highly functional molecules such as metallophthalocyanine"
H. Kobe, K. Ohnaka, H. Kato, S. Takemura, K. Shimada, T. Hiramatsu, and K. Matsui
J. Vac. Sci. and Technol. A 31(1) 011504 2013年
"Electronic structure and spontaneous polarization in ScxAlyGa1-x-yN alloys lattice-matched to GaN: A first-principles study"
Kazuhiro Shimada, Shigefusa F. Chichibu, Masahiro Hata, Hiroyuki Sazawa, Tomoyuki Takada, Takayuki Sota
Jpn. J. Appl. Phys. 52(8S) 08JM04 2013年
"Nonlinear characteristics of structural properties and spontaneous polarization in wurtzite MgxZn1-xO: A first-principles study"
Kazuhiro Shimada, Tomoyasu Hiramatsu and Hitoshi Kato
Phys. Rev. B 88(7) 075023 2013年
「9,10-ビス(フェニルエチニル)アントラセン・ナノ粒子の分光特性」
八木田良実、橋本晃、島田和宏、松井和則
色材 85(8) pp.321-326 2012年8月
"First-principles study of spontaneous polarization and band gap bowing in ScxAlyGa1-x-yN alloys lattice-matched to GaN"
K. Shimada, M. Takouda, Y. Hashiguchi, S.F. Chichibu, M. Hata, H. Sazawa, T. Takada, and T. Sota
Semicond. Sci. Technol. 27 105014 2012年
"Spontaneous polarization and band gap bowing in YxAlyGa1-x-yN alloys lattice-matched to GaN"
K. Shimada, A. Zenpuku, K. Fujiwara, K. Hazu, S.F. Chichibu, M. Hata, H. Sazawa, T. Takada, and T. Sota
J. App. Phys. 110 74114 2011年

講演・口頭発表等

"First-Principles Study of Crystal Structures and the Stability of (YxAl1-x)2O3"
Misaki Ito and Kazuhiro Shimada
The 6th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2017, PB03, 2017年12月8日
「M2O3(M=Al,Ga,In)混晶の結晶構造に関する第一原理計算」
島田 和宏,伊藤未沙稀,金子卓也,小林伸之介
第78回応用物理学会秋季学術講演会、8a-PA4-24、2017年9月8日
「M2O3(M=Al,Ga,In)のバンドギャップとバンドオフセットの第一原理計算」
島田 和宏、中尾 優斗、藤枝 直輝
第77回応用物理学会秋季学術講演会、14p-P10-12、2016年9月14日
「ScxAl1-xN とYxAl1-xN のバンドギャップとバンドオフセットの第一原理計算」
島田 和宏、市川 拓也、坂巻 宏紀、近 拳輔、堂上 真人、秩父重英
第77回応用物理学会秋季学術講演会、16a-P5-31、2016年9月16日
"Solvent dependence of photoluminescence properties of polythiophene films doped with dye molecules"
Hiroaki Kobe, Yusuke Fukasawa, Hitoshi Kato, Susumu Takemura, Kazuhiro Shimada, Kazunori Matsui, and Tomoyasu Hiramatsu
The 5th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2016, 2016年8月4日
"Optical and electronic properties of CNT-Congo red composite films on nanostructured Al surface"
Yohei Watanabe, Yuta Onoda, Hitoshi Kato, Susumu Takemura, Kazuhiro Shimada, and Tomoyasu Hiramatsu
The 5th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2016, 2016年8月4日
"A Crystal Structure Search Method with Reduced Computation Time Using an Immune Algorithm"
Manabu Kawana, Kazuhiro Shimada, and Michio Miyazaki
The 5th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2016, 2016年8月4日
"Humidity-sensitive Characteristics of Nb Doped ZrO2 Films prepared by using RF Magnetron Sputtering Method"
Minoru Ohtsu, Tomoyasu Hiramatsu, Kazuhiro Shimada, and Hitoshi Kato
The 5th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2016, 2016年8月4日
"A Crystal Structure Search Method with Reduced Computational Time Using a Genetic Algorithm"
Manabu Kawana, Kazuhiro Shimada, Michio Miyazaki
International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2016, 2016年5月28日
"Photoluminescence Studies of Polythiophene Films Doped with Dye Molecules"
Hiroaki Kobe, Yusuke Fukasawa, Hitoshi Kato, Susumu Takemura, Kazuhiro Shimada, Kazunori Matsui, Tomoyasu Hiramatsu
International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2016, 2016年5月28日
"Polymerization of Conductive Polymer Polyaniline on Micro Structured Si Surface by Ultrasonic Irradiation"
Youhei Watanabe, Yuki Nakano, Hitoshi Kato, Susumu Takemura, Kazuhiro Shimada, and Tomoyasu Hiramatsu
International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2016, 2016年5月28日
Fabrication of CNT- Congo Red Composite Film
Yohei Watanabe, Yuta Onoda, Hitoshi Kato, Susumu Takemura, Kazuhiro Shimada, and Tomoyasu Hiramatsu
International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2016, 2016年5月28日
"First-Principles Prediction of Electronic Properties of Wide Gap Semiconductors and Organic Crystals for Optical and Electronic Devices Part 4"
Kazuhiro Shimada, Hitoshi Kato, Manabu Kawana, Michio Miyazaki, Tomoyasu Hiramatsu, and Kazunori Matsui
International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2016, 2016年5月28日
"Humidity-Sensitive Characteristics of Nb Doped ZrO2 Films"
Tomoyasu Hiramatsu, Minoru Otsu, Kazuhiro Shimada, and Hitoshi Kato
International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2016, 2016年5月28日
"First-principles calculations of structural, elastic, and piezoelectric properties in wurtzite InxAl1-xN"
Kazuhiro Shimada, Daichi Ito, Katsunori Iwasaki, Shigefusa F. Chichibu
The 6th International Symposium on Growth of III-Nitrides (ISGN-6), 2015年11月
「ウルツ鉱InxAl1-xNの格子定数、 弾性定数、 圧電定数、 自発分極の第一 原理計算」
島田 和宏、伊藤 大稚、岩崎 克宣、秩父重英
第76回応用物理学会秋季学術講演会, 2015年9月14日
「遺伝的アルゴリズムを用いた結晶構造探索における計算時間短縮法」
吉澤和真,川名 学,島田和宏,宮崎道雄
平成27年 電気学会 電子・情報・システム部門大会, 2015年8月26日
"Computational Time Reduction in Crystal Structure Search Using a Genetic Algorithm"
Kazumasa Yoshizawa, Manabu Kawana, Kazuhiro Shimada, Michio Miyazaki
International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2015, 2015年5月
"Photoluminescence Studies of Polythiophene Hybrid Films Doped with Two Highly-Functional Molecules"
Hiroaki Kobe, Satoshi Tomosada, Hitoshi Kato, Susumu Takemura, Kazuhiro Shimada, Kazunori Matsui and Tomoyasu Hiramatsu
International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2015, 2015年5月
"Characterization of the Cup Stack Carbon Nanotubes Dispersed by Dye Molecule Contained Solution"
Yohei Watanabe, Taishi Takeuchi, Hitoshi Kato, Susumu Takemura, Kazuhiro Shimada, and Tomoyasu Hiramatsu
International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2015, 2015年5月
"First-Principles Prediction of Electronic Properties of Wide Gap Semiconductors and Organic Crystals for Optical and Electronic Devices Part 3"
Kazuhiro Shimada, Hitoshi Kato, Manabu Kawana, Michio Miyazaki, Tomoyasu Hiramatsu, and Kazunori Matsui
International Symposium on Highly-Controlled Nano- and Micro-Scale Functional Surface Structures for Frontier Smart Materials 2015, 2015年5月
「金属フタロシアニン・ローダミンBを共ドープした導電性高分子ポリチオフェンの蛍光特性」
神戸裕晃,友貞 支志, 加藤 ひとし, 竹村 進, 島田 和宏, 松井 和則, 平松 友康
平成27年電気学会全国大会2015年3月
「色素分子溶液によるカップスタックカーボンナノチューブの分散とナノ構造上への展開」
渡邉洋平、竹内大志、加藤ひとし、竹村進、島田和宏、平松友康
平成27年電気学会全国大会2015年3月
「実数型免疫アルゴリズムの有用性の検討」
吉澤和真、里見卓哉、川名学、島田和宏、宮崎道雄
2014年度関東学院大学理工/建築・環境学会研究発表講演会2014年11月

書籍等出版物

回路理論
宮崎道雄、銭飛、簑弘幸、島田和宏 (担当:共著)
関東学院大学出版会 2006年4月

特許

特願2011-140563 : トランジスタ用半導体基板及びトランジスタ用半導体基板の製造方法
秦雅彦、佐沢洋幸、秩父重英、島田和宏

受賞・表彰

2016年5月 Elsevier (Journal of Physics and Chemistry of Solids) Recognized Reviewer
2016年5月 Elsevier (Journal of Alloys and Compounds) Recognized Reviewer
2015年6月 Elsevier (Journal of Physics and Chemistry of Solids) Outstanding Reviewer
2014年1月 Elsevier (Journal of Physics and Chemistry of Solids) Recognized Reviewer