2019 Fiscal Year Research-status Report
テラヘルツパルスを用いた超高速実空間イオン制御に関する研究
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19K03701
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
南 康夫 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 特任准教授 (60578368)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
末元 徹 公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, フェロー (50134052)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | テラヘルツ波 / イオン伝導体 / 超高速現象 / 固体電解質 / 光物性物理学 / 高強度テラヘルツ波 / 固体アイオニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超イオン伝導体中では可動イオンがポテンシャル障壁によりトラップされているが、電圧の印加により可動イオンはポテンシャル障壁を乗り越え、ホッピングしながら移動することが知られている。本研究では、交流のテラヘルツ波の照射により、イオンが動き、直流のマクロな電流として取り出すことを試みる。室温でマクロな電流として取り出すことができれば、イオンの運動を中心技術とする超高速スイッチング素子の基礎を構築できる。
2019年度は実験とシミュレーション解析を行った。実験では、テラヘルツ波を照射したときの稼働イオンの振動する様子が変化することをスペクトル解析により見出した。試料に電流計を取り付け、テラヘルツ波を試料に照射したところ、電流を検出することに成功した。超イオン伝導体ではイオンが電流を担うため、この結果はテラヘルツ波照射により試料内のイオンが動いていることを意味する。また、高強度テラヘルツポンプ-テラヘルツプローブ分光法を行ったところ、テラヘルツ波照射によるイオンの移動に要する時間はピコ秒のオーダーということがわかった。つまり、ポテンシャルの底で振動しているイオンは、テラヘルツ波の照射により移動し、テラヘルツ波の透過した直後に移動先で振動していることがわかった。シミュレーションでは、周期的なポテンシャルの中にイオン1個を置き、そこへテラヘルツ波を照射するというモデルを考えた。テラヘルツ波の強度が実験と大きく異なるものの、定性的にはテラヘルツ波で誘起したイオン電流を再現できた。また、ポテンシャルの底で振動しているイオンが、テラヘルツ波の照射により移動し、テラヘルツ波が透過すると移動した先のポテンシャルの底で振動するということがわかった。移動にかかる時間はピコ秒のオーダーであり、実験結果に対応するものとなった。
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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
本研究課題の初年度として当初計画に従い、テラヘルツ分光光学系の準備と構築と行った。また、シミュレーションを行い、実験結果との比較を行った。実験結果とシミュレーション結果との違いから、テラヘルツ波照射下の試料内で、可動イオンが熱やイオン間の斥力などの影響を受けて運動していることが推測される。目的としていた実験結果が得られたうえ、シミュレーションにより実験結果を定性的に説明できた。さらに、シミュレーションの洗練を要する点が明らかになるなど、当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
実験結果とシミュレーション結果とで、可動イオンの振動振幅が大きくなりイオンをトラップしているポテンシャルの障壁を乗り越えて移動するテラヘルツ波電場の閾値に大きな違いが生じたため、今後は、これまでのシミュレーションで考慮しなかった熱の影響や可動イオン間の斥力などを考慮したい。また、2019年度は試料としてナトリウム・ベータ・アルミナの超イオン伝導体を用いたが、他の超イオン伝導体や液体の電解質などへと研究対象を拡げ、より効率良くイオン電流を誘起できる物質を探索するとともに、特に可動イオンをトラップしているポテンシャル障壁の高さや可動イオンの質量とイオン電流の誘起について体系的に調べ、テラヘルツ波照射によるイオン電流誘起のメカニズムを明らかにしたい。
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Research Products
(1 results)
