2017 Fiscal Year Annual Research Report
Infrared Energy Harvester by Artificially Structured Heterojunction
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16H06364
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
長尾 忠昭 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究者 (40267456)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北島 正弘 国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (00343830)
武田 淳 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60202165)
石井 智 国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (80704725)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノ光材料 / 電子 / 光 / エネルギー / 表界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、金属半導体接合型の光学ナノアンテナ、ポラリトン共振器などをベ―ストし、主に近赤外帯域以上の波長をもつ光や、熱ふく射を高効率に吸収・捕集し、これらの電磁波のエネルギーを他のエネルギーへと変換するための材料科学的方法論を開拓する。特にＴＨｚから赤外帯域において、優れた応答特性を持つ金属・金属性化合物と半導体とを組み合わせ、赤外プラズモンポラリトンと内部光電子励起、あるいは、アンテナ形状の異方性による光電流の異方性を利用した創エネルギー材料・デバイスの創成を目指す。本年度は2年度目であり、昨年度は既存装置を当プロジェクト用に整備し、成膜合成装置を設置し、立ち上げを行った。解析技術の強化も引き続き進め、電磁場解析を定常的に行えるように整備し、第一原理計算による光学定数計算と電磁場解析とを併せた解析法にも着手し、材料開発における計算機支援を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は2年目であり、成膜を中心とした材料合成のための実験環境の整備に引き続き注力した。大震災以降止まっていた共用施設のパルスレーザ堆積装置が立ち上がり、定常的に稼働し、昨年度導入したスパッタ成膜装置、電子ビーム蒸着装置も稼働し始め、高品質膜の成膜がグループ内で可能となった。近赤外帯域で光吸収性能の高いプラズモン材料の探索を開始した。これらのプラズモン材料と接合する狭ギャップ半導体の成膜、合成を開始した。例えば、含Ｂｉ合金のナノ薄膜やナノ粒子、ナノロッド構造の合成に着手し、中赤外帯域のアンテナ共鳴効果の可能性について研究を開始した。中赤外帯域のバンドギャップを持つ、GaSbの合成を選択し、蒸着源の準備を進めた。材料開発環境の整備は順調に進んでいるが、本年度開始を予定した、ナノ構造製作技術、表界面の高精度な制御とエネルギー変換現象の研究については、年度後半の着手であり、若干予定より遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に続いて、今年度前半は装置整備と実験スペースの確保を進め、本年度後半からグループ内で使用する材料の合成がほぼ可能となった。既に経験のある金属、金属窒化物、Ｂｉ合金などの光吸収材料を利用し、ヘテロ接合と光起電力発生について研究を開始した。今後は金属ホウ化物などの新たな近赤外帯域で光吸収性能の高いプラズモン材料の探索を進める。また、これらの材料と狭ギャップ半導体とを組み合わせ、よく規定された界面を実現しながら、その発電効果の有無を評価してゆき、そのメカニズムを調べて行く。たとえば、中赤外帯域のバンドギャップを持つ狭ギャップ半導体（GaSbなど）の合成を実際に行い、可能性のある材料を金属ナノアンテナと組み合わせ、発電効果を調べる。また、導電性酸化物によるアンテナとそれらの間の微小トンネル接合接合をベースとしたレクテナデバイスを目指し、その界面接合技術の準備を開始する予定である。
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Research Products
(47 results)
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[Presentation] Large-Area Perfect Absorbers for Infrared Spectroscopic Devices2018
Author(s)
DAODuy Thang, CHENKai, ISHII Satoshi, YOKOYAMA Takahiro, SAWADA Tomomi, RAMU PASUPATHISugavaneshwar, SHINDESatish Laxman, DOANTung Anh/DOAN Tung Anh, WADA Yoshiki, NABATAME Toshihide,Tadaaki NAGAO
Organizer
MANA International Symposium 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Metamaterials for Spectroscopic Infared Emitters and Sensors2017
Author(s)
NAGAO, Tadaaki, ISHII, Satoshi, CHEN, Kai, DAO, Duy Thang, RAMU PASUPATHI, Sugavaneshwar, SHINDE, Satish Laxman, MANPREET, Kaur, DOAN, Tung Anh
Organizer
META 2017
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Plasmonic NanoArchitectonics for Energy Conversion2017
Author(s)
NAGAO, Tadaaki, ISHII, Satoshi, CHEN, Kai, DAO, Duy Thang, RAMU PASUPATHI, Sugavaneshwar, SHINDE, Satish Laxman, MANPREET, Kaur, DOAN, Tung Anh
Organizer
国立台湾大学材料科学工学専攻セミナー
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Spectrally selective tri-layer planar perfect absorbers with wide incident angle and polarization insensitivity in the near infrared regim2017
Author(s)
DAODuy Thang, CHENKai, ISHII Satoshi, YOKOYAMA Takahiro, SAWADA Tomomi, RAMU PASUPATHISugavaneshwar, SHINDESatish Laxman, DOANTung Anh/DOAN Tung Anh, WADA Yoshiki, NABATAME Toshihide,Tadaaki NAGAO
Organizer
ISSS-8
Int'l Joint Research
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[Presentation] Lithography-free, tri-layer planar films for wide-incident-angle, polarization-independent near-infrared spectrally selective perfect absorbers2017
Author(s)
DAODuy Thang, CHENKai, ISHII Satoshi, YOKOYAMA Takahiro, SAWADA Tomomi, RAMU PASUPATHISugavaneshwar, SHINDESatish Laxman, DOANTung Anh/DOAN Tung Anh, WADA Yoshiki, NABATAME Toshihide,Tadaaki NAGAO
Organizer
IUMRS-ICAM 2017
Int'l Joint Research
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[Presentation] Selective thermal emission by Tamm plasmon structures2017
Author(s)
YANG, Zih-Ying, ISHII, Satoshi, YOKOYAMA, Takahiro, DAO, Duy Thang, Mao-Guo Sun, NAGAO, Tadaaki, Kuo-Ping Chen
Organizer
SPP 8
Int'l Joint Research
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[Presentation] Spectrally-Selective Infrared Detectors using Hole Array Perfect Absorbers2017
Author(s)
DAO, Duy Thang, ISHII, Satoshi, YOKOYAMA, Takahiro, SAWADA, Tomomi, RAMU PASUPATHI, Sugavaneshwar, CHEN, Kai, WADA, Yoshiki, NABATAME, Toshihide, NAGAO, Tadaaki
Organizer
SPP 8
Int'l Joint Research
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