2018 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical search for the optimum condition of super-resolution effects with the formation of nanoscale optical windows
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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, 一般教育科, 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, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (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 |
＜最終年度の研究実績＞
複数機能層（InSbとSb2Te3）を持つ光ディスクの物理シミュレーションを行った。その結果、入射光強度が比較的小さくても超解像は起こるが、InSbやSb2Te3を単独で機能層とした場合に比べ、解像度が向上するような利点は得られないことが分かった。
＜研究期間全体の研究実績＞
（１）機能層材料の融解による光学誘電率変化のメカニズムを明らかにすることを目的に、Sb2Te3を対象にした第一原理計算を行った。Sb2Te3結晶は半導体であるが、融解によってフェルミ準位付近の電子状態密度が増大し金属的な電子状態に変化する。しかし、可視光領域の光学誘電率実部の値は小さな負の値となり、典型的な金属とは異なっていることが分かった。また、融解による波長405nmでの光吸収の減少が示されたが、この起源は波長800nm付近の光学遷移の減少によるものであることが分かった。融解によって光吸収が増大するInSbとの比較を行い、結晶状態におけるフェルミ準位付近の電子状態の違いが、両者の性質の違いの原因であることを見出した。
（２）超解像技術のキーとなる微小光学窓の形成メカニズムの理論解析のために、過渡現象を考慮した新しい物理シミュレーションシステムの開発を行った。InSbを機能層とした計算では、超解像状態の応答関数はダブルピーク構造を持つことが示された。応答関数から得られる予測シグナル波形は超解像再生シグナルの実験データを良く再現した。Sb2Te3を機能層とした場合、融解領域のサイズは、同じ入射光強度のInSbの場合より1.5～2倍大きく、融解領域の位置がディスク回転方向へ大きくずれるために、実質的な光学窓が小さくなり超解像現象を引き起こすことが分かった。また、超解像状態の応答関数は、InSbと大きく異なり、少し非対称な単一ピーク構造であった。
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