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Efficient generation of acoustic vortex using phononic crystals and its application to manipulation

Research Project

Project/Area Number 17J09077
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electron device/Electronic equipment
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

金 仁基  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsフォノニック結晶 / トポロジカルフォノニクス / バンドトポロジー / バレーフォノニクス / 弾性波 / トポロジー / トポロジカル境界状態
Outline of Annual Research Achievements

2次元フォノニック結晶における渦状態の実現に向けて、三角格子構造においてバレー自由度を利用する研究に取り組んだ。当初計画した2次元フォノニック結晶を用いた音波や弾性波の渦状態は、周期構造内で音波や弾性波の分散関係におけるトポロジカルな性質と関係がある。第一段階として1年度目に取り組んだ1次元フォノニック結晶におけるトポロジカルな性質を2次元構造へ拡張させ、2次元フォノニック結晶におけるトポロジカルな性質とそれによって実空間に現れる弾性波の渦状態を調べた。圧電性を持つGaAsからなるフォノニック結晶を設計すると、電極を付けるだけで弾性波を容易に励振させることができる。その結果として、GaAsからなるフォノニック結晶の単位構造を適切に設計することでバンドのトポロジカルな性質を制御し、二つの完全フォノニックバンドギャップにおいて周波数の異なる渦状態を実現するのが可能であることを見出した。これは実用性の高い連続固体構造では初めての報告であり、弾性波の渦状態に向けた基礎となる成果である。また、ワシントン大学においても、トポロジーの概念の機械系への展開について、先方の研究者と議論を重ね論文化が可能な成果の創出に大きく貢献した。なお、本年度の研究成果については、国内学会2件、国際学会1件のほか、国際学術論文誌論文1篇という形で報告している。本研究で得られた成果は博士学位論文にまとめられ、専攻学科で優秀博士論文賞を授与されるなどその業績が高く評価された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Design of GaAs-based valley phononic crystals with multiple complete phononic bandgaps at ultra-high frequency2019

    • Author(s)
      I. Kim, Y. Arakawa, and S. Iwamoto
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 12 Issue: 4 Pages: 47001-47001

    • DOI

      10.7567/1882-0786/ab0772

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Enhanced photoelastic modulation in silica phononic crystal cavities2018

    • Author(s)
      Kim Ingi、Iwamoto Satoshi、Arakawa Yasuhiko
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Issue: 4 Pages: 042002-042002

    • DOI

      10.7567/jjap.57.042002

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Topologically protected elastic waves in one-dimensional phononic crystals of continuous media2017

    • Author(s)
      Ingi Kim, Satoshi Iwamoto and Yasuhiko Arakawa
    • Journal Title

      Appl. Phys. Express

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 0172011-4

    • DOI

      10.7567/apex.11.017201

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Design of GaAs-based valley phononic crystals with multiple complete phononic bandgaps2019

    • Author(s)
      Ingi Kim, Yasuhiko Arakawa, Satoshi Iwamoto
    • Organizer
      SPIE Photonics West OPTO 2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 完全バンドギャップを有するGaAsバレーフォノニック結晶の設計2018

    • Author(s)
      金 仁基、荒川 泰彦、岩本 敏
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数の完全バンドギャップを用いた弾性波のバレーフォノニック結晶の設計2018

    • Author(s)
      金 仁基、荒川 泰彦、岩本 敏
    • Organizer
      新学術領域ハイブリッド量子科学第7回領域会議
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 一次元フォノニック結晶におけるトポロジカル境界状態の単一モード性に関する検討2018

    • Author(s)
      金 仁基
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 光弾性法によるトポロジカルフォノニック共振器のモード分布観測2017

    • Author(s)
      金 仁基
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of topological interface state of elastic wave in a silica 1D phononic crystal2017

    • Author(s)
      I. Kim
    • Organizer
      The 8th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META17)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enhanced Photoelastic Modulation Using an Acoustic Cavity Mode in Silica Phononic Crystal Cavities2017

    • Author(s)
      I. Kim
    • Organizer
      International Nano-Optoelectronics Workshop (iNOW2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of Topological Interface State of Elastic Wave in 1D Phononic Crystal2017

    • Author(s)
      I. Kim
    • Organizer
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2017 (HQS2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Imaging of Topologically Protected Elastic Mode in Silica 1D Phononic Crystal via Photoelastic Effect2017

    • Author(s)
      I. Kim
    • Organizer
      22nd Microoptics Conference (MOC’17)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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