2016 Fiscal Year Annual Research Report
近接場光励起ダイナミクスの解明と高機能光デバイス開発への展開
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16J08037
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山口 真生 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特別研究員(DC2)
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2016-04-22 – 2018-03-31
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| Keywords | 近接場光励起 / 光と物質の相互作用 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近接場光が引き起こす現象のうち、光エネルギー変換デバイスの設計やイメージング手法の開発につながるものとして、本年度は主に下記の2つについて研究を進めた。
1. 近接場光による二次高調波発生の第一原理計算
時間依存密度汎関数法に基づいて、近接場光による二次高調波発生の第一原理計算を行った。有機分子の伝搬光・近接場光励起に対する電子応答を計算し、発生する二次高調波の強度を比較することで、定量的に近接場光による二次高調波発生の有効性を示した。具体的には、二次高調波の振幅に比例する超分極率の値をそれぞれについて計算し、近接場光による超分極率は伝搬光による値よりも10から100倍程度大きくなりうることを示した。以上の成果は論文として出版された(M. Yamaguchi and K. Nobusada, J. Phys. Chem. C, 120, 32748 (2016))。
2. 間接遷移型半導体における近接場光の大きな波数による電子正孔対の生成のシミュレーション
近接場光が空間的に局在していることに由来する近接場光の電場の大きな波数成分に注目し、間接遷移型半導体中に発生した近接場光によるフォノンの関与しない電子正孔対の生成が可能であることを示した。具体的には、一次元のクローニッヒ・ペニーモデルに対して近接場光を照射した時の電子応答を計算し、通常の伝搬光励起では起こらない波数が異なる状態間での遷移が発生することを示した。また、そのために実空間・実時間上で複数の波数を持つ電子を同時に扱うためのシミュレーション手法を開発した。以上の成果は論文として出版された(M. Yamaguchi and K. Nobusada, Phys. Rev. B, 93, 195111 (2016))。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の課題は大きく以下のように分けることができる。
(1)近接場光が引き起こす現象とそのメカニズムをモデル計算で明らかにする
(2)第一原理計算プログラムを開発し、計算を実行することによりその効果の大きさを定量的に示す
(3)デバイス設計やイメージング手法への展開
本年度の目標は(1)を完了し、(2)を開始することであったが、実際には部分的に(2)を完了することができた。以上のことから、当初の計画以上に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、近接場光の空間的非一様性が引き起こす現象を、モデル計算により明らかにし、また一部については第一原理計算により効果の大きさを定量的に評価した。今後は、引き続き第一原理計算のプログラム開発・実行を行なっていくことに加えて、光化学反応、高機能イメージング手法、高効率エネルギー変換デバイスなどへの応用を提案することを目指す。
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