2015 Fiscal Year Research-status Report
ナノサイズ光学窓の形成による超解像効果発現の最適条件の理論的探索
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15K04702
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| Research Institution | Ishikawa National College of Technology |
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Principal Investigator |
佐野 陽之 石川工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (80250843)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
桑原 正史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電子光技術研究部門, 主任研究員 (60356954)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 計算物理 / シミュレーション工学 / 光物性 / 光記録 / 第一原理計算 / 相変化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．大規模計算のための準備： 本研究で実施予定の大規模モデルの物理シミュレーション計算に使用するワークステーションを新たに本予算で購入し、シミュレーションソフトウェアのインストール等の計算システムの構築を行った。
２．高温・熔融状態の光学誘電率の第一原理計算：本年度は超解像のための機能層材料として有望なSb2Te3を対象に、第一原理計算ソフトウェアVASPを用いて、第一原理分子動力学計算（ab-initio MD）を行い、溶融状態Sb2Te3のシミュレーションを行った。結晶状態Sb2Te3をスタートとして、2000K-9psの過熱後に、1200Kの平衡状態で溶融状態構造モデル（密度や総原子数の異なる複数のモデル）を作成した。これらのモデル構造を用いて電子状態と光学誘電率の計算を行った。計算結果は、融解によりSb2Te3の電子状態は半導体から金属的へと変化し、波長405nmでの光吸収が減少することを示した。この光学吸収の変化は、研究分担者による実験結果と概ね合っていることが確認された。これらの計算結果は、モデル構造の密度に敏感であることも分かった。
３．過渡現象を考慮した光伝播-熱伝導の連成物理シミュレーション： 従来の定常状態のシミュレーションでは考慮していなかった効果を取り入れるため、過渡現象を考慮した新しいシミュレーションシステムの開発を行った。有限要素法ソフトウェアCOMSOLのTransient機能を用い、微小時間幅毎に微小ピット構造を移動しながら光伝播と熱伝導の同時計算を行えるようにした。また、微小構造の移動は、モデルのメッシュ構造を変形させずに誘電率の空間分布を与える数式を時間的に変化させる方法を初めて用いた。本年度は、比較的粗いメッシュによる動作実証確認用モデルによる計算を行い、今回新たに採用した機能が実際に正常に動作することを確認した。
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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
新しい計算用ワークステーションの導入と計算システムの構築は予定通り完了した。また、第一原理計算によるSb2Te3の光学誘電率の計算もほぼ完了した。ただし、計算結果の解析（融解による誘電率変化の起源の理解や実験結果との比較検討）が十分できていない。
過渡現象を考慮した物理シミュレーションシステムは、融解熱の効果を考慮すると計算が収束しないことがあるという問題が残っているが、それ以外の新しい機能の動作確認がほぼ完了した。
幾つか細かい問題はあるが、概ね計画通り研究は進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一原理計算による融解状態の光学誘電率の計算に関しては、Sb2Te3の計算結果の解析を行っていく。本研究で扱っているInSbとSbTe系物質は、波長405nmにおける光学誘電率変化が逆の傾向を示すが、この起源について解析・考察を行い、超解像のための機能層材料探索の指針を検討していく。また、GeSbTeなどの材料の計算も進めていく予定である。
過渡現象を考慮した物理シミュレーションに関しては、計算システムの開発を継続して行う。具体的には、メッシュ構造の最適化などを行い大規模モデルに対応できるようにする。また、融解熱の効果の考慮によって計算が収束しない問題についても、その対応を検討していく。
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| Causes of Carryover |
平成２７年度は概ね予定通り研究費を使用したが、物品費や旅費が予定より僅かに少なかったため数１００円を次年度に繰り越すことになった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度は、計算用ワークステーションのメモリ増強、計算及び解析のためのソフトウェアの購入・更新費用、研究成果の外部発表のための旅費・論文投稿料として使用していく予定である。
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