| Project/Area Number |
20K03823
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
末元 徹 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 客員研究員 (50134052)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉田 篤史 静岡大学, 工学部, 教授 (20334956)
小野 頌太 東北大学, 東北大学金属材料研究所, 准教授 (40646907)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | フェムト秒発光 / 赤外発光 / アップコンバージョン / 金属 / プラズモン / 電子格子相互作用 / 非平衡電子系 / 発光 / 超高速 / ナノ構造 |
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| Outline of Research at the Start |
発光現象は、これまで、半導体や絶縁体において詳しく調べられ、照明や表示装置などへの利用もされてきましたが、金属では約半世紀前に微弱な発光が発見されて以来、あまり研究が進んでいませんでした。本研究では、短パルスレーザーを金属に照射したときに現れる高強度短寿命の発光から、電子の緩和現象を調べる手法を実験理論両面から研究し、「超高速発光による金属物性の研究」という新分野を切り開きます。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1．マグネシウム(Mg)におけるバンド間遷移発光： Mgはspバンド内でバンド間発光を示す特異な金属であることが、バンド計算との対照により明らかになった。バンド内遷移とバンド間遷移による発光が重畳しているので、両者の発光強度の比較が可能になる。表面粗さの異なる２つの試料について、それらの強度を比較したところ、その比率は、表面粗さに依存しないことが分かった。これは、両者が表面凹凸に起因する共通の因子により増強されていることを意味する。以上の結果を論文にまとめて出版した。
２．発光特性の元素依存性：昨年度までに15種類の単体金属元素について、その発光強度と寿命を測定し、両者に非常によい相関関係があることが分かっていた。今年度は、その寿命の元素依存性を理解するために電子フォノン相互作用の大きさを第一原理計算によって見積もる試みを行い、実験結果を非常によく再現できることを示した。発光寿命については表面プラズモンポラリトンを介した発光過程を考えることにより、おおまかな傾向を説明できることが分かった。これらの結果をまとめて論文を執筆中である。
3．ニッケル銅（Ni-Cu）合金における発光： NiとCuの比率を細かく変えて、発光の寿命と強度の測定を行った。また規則合金に対するバンド計算の精度を上げた。その結果、Ni0～40%の範囲で発光強度の振舞いが、フェルミ面直下でのNiのd電子の状態密度の成長で非常によく理解されることがわかった。この結果について論文執筆を進めている。
４．金ナノ構造体における励起光と発光の偏光相関を詳しく調べるために、形状や配列方向を工夫した種々の試料を用意し、時間分解発光の実験を続けている。また、ナノ構造試料の光吸収率をレーザー照射による温度上昇で測定するという全く新しい試みを開始し、吸収スペクトルを描くところまで到達した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度よりCOVID19の影響で停滞していた共同研究者との交流、学会での討論などがほぼ正常なレベルで行われるようになり、大学院生の研究への参加も可能になったので、研究が進展した。特に大学院生の活躍により合金系の研究が大きく進展した。
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| Strategy for Future Research Activity |
この基盤研究C課題は本来2022年度で終了の予定であったが、1年の延長を認められ、2023年度までとなったが、更にCOVID19の特例措置で再度延長を認められ2024年度まで継続が可能になった。予算は僅かしか残っていないが、論文執筆とルーティン的な測定を進めるには十分であり、着実に成果が上げられるものと考えている。
バルク金属についての実験データの収集はほとんど終了しており、現在は理論計算とモデル構築、論文執筆に注力している。人口ナノ構造についてもすでに膨大なデータが蓄積されているが、偏光メモリーの問題が解決していないので、今年度も実験研究を継続する。理論およびモデルの構築も並行して進め、投稿論文を完成させる予定である。
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