新着情報NEWS
| 2023年10月30日 | 大学院生の藤井君が"First-principles calculations of electrical conductivity, thermal conductivity and Seebeck coefficient for orthorhombic M2O3(M= Ga, Al, In, Sc)"という題目で、The 12th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2023 (MSST2023)にて発表を行いました。 |
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| 2022年12月12日 | 大学院生の藤井君が"First-principles calculations of electrical conductivity and Seebeck coefficient for monoclinic M2O3 (M= Ga, Al, In, Rh, Ir)"という題目で、The 11th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2022 (MSST2022)にて発表を行いました。 |
| 2021年9月13日 | 大学院生の北原君が「Pna21-(ScxM1-x)O3(M=Al,Ga)の格子定数、弾性定数および圧電定数の第一原理計算」という題目で、第82回応用物理学会秋季学術講演会にて発表を行いました。 |
| 2019年12月9日 | 大学院生の長谷川君が"First-principles calculation of piezoelectric and dielectric constants and spontaneous polarization of orthorhombic (InxM1-x)2O3 (M = Al, Ga)"という題目で、The 8th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2019 (MSST2019)にて発表を行いました。 |
| 2019年10月1日 | 学術雑誌Dyes and Pigmentsに論文が掲載されました。 |
| 2019年9月21日 | 大学院生の長谷川君が「Pna21-(InxM1-x)O3(M=Al,Ga)の弾性定数、圧電定数および自発分極の第一原理計算」という題目で、第80回応用物理学会秋季学術講演会にて発表を行いました。 |
| 2019年8月6日 | 4年生の卒業研究中間発表会が開催されました。 |
| 2019年3月24日 | 卒業式および卒業祝賀会が開催されました。 |
| 2019年2月12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。 |
| 2018年9月18-22日 | 第79回応用物理学会秋季学術講演会にて発表を行いました。 |
| 2018年9月14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。 |
| 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。
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）
酸化ガリウムは、パワー半導体（電力制御トランジスタ材料）の性能指数として使われるバリガ性能指数がSiCやGaNよりも大きい値であったり、オン抵抗が小さいことから、高効率でさらなる省エネが実現できるパワーデバイス材料に適していると考えられています。またそのバンドギャップの広さから、日中でも火炎の検知に使うことができる光センサの材料としても有望視されている材料です。
酸化ガリウムは、単斜晶が安定構造ですが、他の結晶構造も存在しています。しかし、その物性の詳細は未知の部分が多く、電子材料として使うためには物性を明らかにしていく必要があります。また、酸化アルミニウムや酸化インジウムとの混晶で物性を変えることで、電子材料としての可能性を広げることができますが、酸化アルミニウムの安定構造は三方晶、酸化インジウムの安定構造は立方晶であるため、安定構造が単斜晶である酸化ガリウムとの混晶の物性がどうなるかは、とても複雑です。
そこで当研究室では、様々な結晶構造の酸化ガリウムや、他の酸化物との混晶の物性を明らかにするために、第一原理計算による計算機シミュレーションを行っています。
図2 酸化ガリウム単斜晶の結晶構造
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、未知物質の合成や実験では検証が難しい高圧状態での物質の性質の予測、電子デバイスの設計に役立てることができます。
図3 第一原理計算によるデバイス設計
下の図は、同じ原子配置を仮定して計算したシリコン、炭化ケイ素、ダイヤモンド、窒化アルミニウムの価電子密度分布（s電子とp電子）です。電子密度分布の違いからそれぞれの材料の結合特性を視覚的にとらえることができます。
図4 原子核の周りの価電子密度分布
単斜晶酸化ガリウムの格子振動
計算機シミュレーションには、主に外部機関のスーパーコンピュータを用いています。
図5 スーパーコンピュータ（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
■略歴
1990年4月-1994年3月 早稲田大学 理工学部 電気工学科1994年4月-1999年3月 早稲田大学 理工学研究科 電気工学専攻
1999年3月 学位 博士（工学）取得
1998年4月-2000年3月 早稲田大学 助手
2000年4月-2003年3月 関東学院大学 工学部 専任講師
2003年4月-2007年3月 関東学院大学 工学部 助教授
2007年4月-2012年3月 関東学院大学 工学部 准教授
2012年4月-2013年3月 関東学院大学 工学部 教授
2013年4月-現在 関東学院大学 理工学部 教授
2014年4月-2016年3月 総合研究推進機構 研究支援室長
2017年4月-現在 関東学院大学 柔道部 部長
2018年4月-現在 関東学院大学 材料・表面工学研究所 所員
2018年4月-2022年3月 関東学院大学大学院 工学研究科 電気工学専攻 主任
2022年4月-現在 関東学院大学 理工学部 理工学科 電気学系 学系長
2023年4月-現在 関東学院大学 理工学部 理工学科 健康学系 学系長兼務
■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
学部生8名、大学院生1名が所属しています。
研究業績
学術論文
| "Spectroscopic study of fluorescein immobilized on anodic porous alumina in aqueous solutions of different pH" Shohei Yamaguchi, Kazuhiro Shimada, Kazunori Matsui Dyes and Pigments 173, 107944 2020年2月 |
| "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, Naomichi Takahashi, Yoshiaki Nakagawa, 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 calculations of electrical conductivity, thermal conductivity and Seebeck coefficient for orthorhombic M2O3(M= Ga, Al, In, Sc)" Atsushi Fujii and Kazuhiro Shimada The 12th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2023, PA12, 2023年10月30日 |
| "First-principles calculations of electrical conductivity and Seebeck coefficient for monoclinic M2O3 (M= Ga, Al, In, Rh, Ir)" Atsushi Fujii and Kazuhiro Shimada The 11th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2022, PB01, 2022年12月12日 |
| 「Pna21-(ScxM1-x)O3(M=Al,Ga)の格子定数、弾性定数および圧電定数の第一原理計算」 北原 智輝、島田 和宏 第82回応用物理学会秋季学術講演会、13p-S201-6、2021年9月13日 |
| "First-principles calculation of piezoelectric and dielectric constants and spontaneous polarization of orthorhombic (InxM1-x)2O3 (M = Al, Ga)" Jun Hasegawa and Kazuhiro Shimada The 8th International Symposium on Materials Science and Surface Technology 2019, PB01, 2019年12月9日 |
| 「Pna21-(InxM1-x)O3(M=Al,Ga)の弾性定数、圧電定数および自発分極の第一原理計算」 長谷川諄、島田 和宏 第80回応用物理学会秋季学術講演会、21p-B31-12、2019年9月21日 |
| 「Pna21-M2O3(M=Al,Ga,In,Sc,Y)単結晶および混晶の弾性定数、圧電定数、自発分極の第一原理計算」 島田 和宏、長谷川諄、二階堂大地、佐藤拓海、松島寛幸 第79回応用物理学会秋季学術講演会、19p-PB8-14、2018年9月19日 |
| "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
| 特許第6001345号 : トランジスタ用半導体基板、トランジスタ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 |
