2007 Fiscal Year Annual Research Report
低次元プラズモンの分散制御を利用した電磁波伝搬モード型回路の研究
| Project/Area Number |
18106006
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
尾辻 泰一 Tohoku University, 電気通信研究所, 教授 (40315172)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
RYZHII VICTOR 会津大学, コンピュータ理工学部, 教授 (90254078)
佐野 栄一 北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (10333650)
楢原 浩一 山形大学, 大学院, 准教授 (00422171)
MEZIANI YAHYA 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (80436162)
末光 哲也 東北大学, 電気通信研究所, 准教授 (90447186)
|
|---|
| Keywords | 高速伝送回路設計 / プラズモン / テラヘルツ / 赤外材料・素子 / 分散制御 / 電磁波 |
|---|
| Research Abstract |
本研究は、低次元プラズモンの分散制御を利用した新規な電磁波伝播モード型回路の創出をめざすものである。研究第2年次にあたる今年度は、プラズモンの分散制御基盤技術の展開として位置付け、以下のとおり実施した。
1.低次元プラズモン分散制御機構の実験検証:2重回折格子ゲートを有する独自構造の2次元プラズモン共鳴エミッタにおいて室温テラヘルツ電磁波放射を分光計測で確認した。DCドレインバイアスはプラズマ不安定性を誘発し自励発振源となると同時に、2次元電子濃度の傾斜分布の結果としてスペクトル広がりを招くことを確認した。プラズモン分散制御の概念で先に考案したスーパーグレーティングゲート構造を権利化するとともに、素子の第一次試作を終え、スペクトル狭窄効果を確認した。
2.プラズモン分散制御機構の考案とモデル化:非線形プラズマ波動伝播の工学的利用の側面から分散制御の価値を明らかにした。具体的には、ゲートを有した低次元プラズモンの分散特性からKorteweg-de Vriesソリトンの生成と固体スミス-パーセル素子への適応性を検討した。このために、高精度有限差分法であるEssentially Non-Oscillatoryスキームを用いた素子解析ツールを開発し、電子ソリトン励起を確認するとともに、素子設計論を確立した。一方、系を模擬する非線形伝送線路回路を題材に検討を進め、新規のパルス制御法を考案することに成功した。
3.低次元プラズモン分散制御による新概念デバイスの研究:質量消失効果を有する新材料グラフェンの長波長近似におけるプラズマ波動が有するディラック・フェルミオンとしての線形分散関係を利用すれば、光学的なポンピングによって、熱平衡時の電子・正孔分布を非平衡定常反転分布に至らしめ、フォノンを介するバンド内遷移の果てに、コヒーレントな単一テラヘルツフォトンの放射が実現できることを発見した。グラフェンによる新概念テラヘルツレーザーにつながる画期的な成果である。
4.電磁波伝播モード型要素回路の構成法とその構造検討:スミス・パーセル放射(SPR)における表面プラズモンポラリトン(SPP)の振る舞いをTMモードFDTDシミュレータにより解析した。その結果、SPR以外にグレーティングに起因したSPPも放射に関与することを明らかにした。さらに、モード展開法をともにグレーティングSPPに対する解析モデルを拡張し、FDTD解析との良い一致を得た。これらの結果からグレーティングSPPの制御による新たな要素回路への可能性を示した。
|
