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3次元フォトニック準結晶に関する研究

Research Project

Project/Area Number 19656018
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Applied optics/Quantum optical engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

枝川 圭一  The University of Tokyo, 生産技術研究所, 准教授 (20223654)

Project Period (FY) 2007 – 2008
Project Status Completed (Fiscal Year 2008)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2008: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2007: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Keywordsフォトニック結晶 / フォトニックバンドギャップ / ダイヤモンド構造 / フォトニックアモルファス構造
Research Abstract

昨年度、フォトニック準結晶の3次元フォトニックバンドギャップ(3D-PBG)形成を調べている過程で、結晶や準結晶と異なり長距離の並進秩序を一切もたないアモルファス構造において明確な3D-PBGが形成されることを計算機シミュレーションにより発見した(Edagawa et al., Phys. Rev. Lett. 100,013901(2008))。これは誘電体のネットワーク構造であり、すべての連結点の配位数が4である構造で、我々はこの構造をフォトニック・アモルファス・ダイヤモンド(PAD)構造と名付けた。従来、3D-PBGの形成はフォトニック結晶の周期構造からの光のブラッグ散乱に起因し、長距離並進秩序は3D-PBG形成に不可欠のものと信じられており、我々の発見はそのような従来の常識を覆すものである。
本年度は、PAD構造における3D-PBG形成を実験的に証明することを目的とした。ネットワークのボンド長が約3mmの試料をレーザー焼結積層造形法により作製し、ミリ波帯の電磁波の透過スペクトルを測定した。電磁場の基礎方程式であるマックスウェルの方程式はスケール不変であるので、ミリ波帯で得られた実験結果が光波帯でも成り立つことが原理的に保証される。レーザー焼結積層造形法に通常用いる原料のナイロン粉末は比誘電率が4程度であり、3D-PBG形成には低すぎるため、酸化チタン粉末を混ぜることにより比誘電率を上げることを試みた。これにより比誘電率が8程度の試料を作製することに成功した。比較のためPAD構造の他に、従来大きな3D-PBGが形成することが明らかとなっているダイヤモンド結晶構造(Photonic Crystalline Diamond(PCD)構造)も作製した。PAD、PCD構造とも厚さ約30mmとし、ミリ波透過スペクトルをベクトルネットワークアナライザとホーンアンテナを組み合わせたシステムで自由空間法により測定した。両構造とも28GHz付近に最大40dB程度の透過強度の落ち込みが観測され、FDTD法による計算機シミュレーションとの比較により、その落ち込みが3D-PBG形成に起因するものであることが明らかになった。

Report

(2 results)
  • 2008 Annual Research Report
  • 2007 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2009 2008 2007

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (4 results) Book (3 results)

  • [Journal Article] Evaluation of phason elastic constants from HRTEM image of a dislocation in icosahedral quasicrystal2009

    • Author(s)
      K. Edagawa, Y. Kamimura, and Y. G. So
    • Journal Title

      Z. Kristallogr 224

      Pages: 71-74

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of Icosahedral Quasicrystal and Its 1/1 Crystal Approximant in Al-Pd-Sc System2009

    • Author(s)
      Y. G. So and K. Edagawa
    • Journal Title

      Mater. Trans. (印刷中 掲載確定)

    • NAID

      10024814158

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      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fe-57 Mossbauer Effect Study of Zn-Sc-Fe Icosahedal QuasicryStal and lts 1/1 Crystal Approximant2008

    • Author(s)
      K. Edagawa, R. Tamura, T. Yamada, and K. Oda
    • Journal Title

      Jpn. J. App. Phys. 47

      Pages: 3581-3583

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      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrical conduction along dislocations in GaN studied by scanning spreading resistance2008

    • Author(s)
      K. Edagawa, T. Yokoyama, H. Oiwa, Y. Kamimura and I. Yonenaga
    • Journal Title

      AMTC Lett. 1

      Pages: 230-231

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Journal Article] High-temperature heat capacity of the Al63Cu25Fe12 quasicrystal2008

    • Author(s)
      A. F. Prekul, V. A. Kazatsev, N. I. Shchegolikhina, R. I. Gulyaeva, K. Edagawa
    • Journal Title

      Phys. Of the Solid State 50

      Pages: 2013-2015

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      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photonic amorphous diamond structure with a 3D photonic band gap2008

    • Author(s)
      K. Edagawa, S. Kanoko, M. Noton
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett. 100

      Pages: 13901-13901

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  • [Journal Article] 57Fe Mossbauer effect study of Zn-Sc-Fe icosahedral quasicrystal and its 1/1 crystal appraisal2008

    • Author(s)
      K. Edagawa, R. Tamura, T. Yamada, K. Oda
    • Journal Title

      Jpn. J. Appl. Phys. 47

      Pages: 3581-3583

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      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phonon-phason coupling in decagonal quasicrystals2007

    • Author(s)
      K. Edagawa
    • Journal Title

      Philos. Mag. 87

      Pages: 2789-2798

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    • Peer Reviewed
  • [Presentation] フォトニック・アモルファス・ダイヤモンドにおける光局在2009

    • Author(s)
      枝川幸一,今川成樹,納富雅也
    • Organizer
      応用物理学会第56回応用物理学関連連合講演会
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2009-03-30
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      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] フォトニック・アモルファス・ダイヤモンドの電磁波透過スペクトル2009

    • Author(s)
      今川成樹,枝川圭一,納富雅也,守田圭祐,佐藤和樹,新野俊樹
    • Organizer
      応用物理学会第56回応用物理学関連連合講演会
    • Place of Presentation
      筑波大学
    • Year and Date
      2009-03-30
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  • [Presentation] 準結晶の物質科学2009

    • Author(s)
      枝川圭一
    • Organizer
      日本金属学会2009年春期講演大会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2009-03-28
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  • [Presentation] 非周期フォトニック物質における3次元フォトニックギャップ形成2008

    • Author(s)
      枝川圭一
    • Organizer
      日本物理学会 第63回年次大会
    • Place of Presentation
      近畿大学
    • Year and Date
      2008-03-24
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      2007 Annual Research Report
  • [Book] トポロジーデザイニング,第3章2009

    • Author(s)
      枝川圭一, 他40名
    • Total Pages
      460
    • Publisher
      エヌ・ティー・エス
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  • [Book] 結晶・準結晶・アモルファス(改訂新版)2008

    • Author(s)
      竹内伸、枝川圭一
    • Total Pages
      177
    • Publisher
      内田老鶴舗
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      2008 Annual Research Report
  • [Book] 結晶準結晶・アモルファス(改訂新版)2008

    • Author(s)
      竹内伸, 枝川圭一
    • Total Pages
      175
    • Publisher
      内田老鶴舗
    • Related Report
      2007 Annual Research Report

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Published: 2007-04-01   Modified: 2016-04-21  

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