2023 Fiscal Year Annual Research Report
Multiply-extreme nano-photonics developed by first-principles calculation
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20H02649
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
矢花 一浩 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (70192789)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
植本 光治 神戸大学, 工学研究科, 助教 (90748500)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 第一原理計算 / 時間依存密度汎関数理論 / 非線形光応答 / 高次高調波発生 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、物質科学の第一原理計算に基づく新しい光科学計算手法を発展させ、光のパルス長と強度そして物質のサイズを組み合わせて可能になる多様な非線形・非局所光応答現象を解明することを目的としている。本年度、以下に述べる進展があった。
２次元物質である遷移金属ダイカルコゲナイドに高強度なパルス光が照射した場合に起こる超高速な光物性の変化を調べた。特に、高強度な直線偏光パルスが加わったことにより起こる選択的なバレー励起を検証する手段として、円偏光プローブを用いたポンプ・プローブ実験が有効であることを、シミュレーションにより明らかにした。
高強度なパルス光が斜方入射する場合に関し、昨年度に引き続き検討を加え、電場と磁場に対するYee格子を用いた空間１次元のFDTD計算が有効であることを見出した。さらに、クレッチマン配置で生じる表面プラズモンの非線形効果を記述する枠組みに関する検討を行い、空間１次元のFDTD法による記述が可能であることを見出した。
金属や誘電体など異なる光応答を示すさまざまな物質からなる薄膜に、強度の異なる極めて短いパルス光を照射して起こる非線形光応答に関する系統的な分析を行なった。弱い光に対して誘電関数を用いて記述される線形領域から全ての物質が個性を失いプラズマ反射を起こす著しい非線形領域まで第一原理計算による分析を行い、その過程で起こる多様な非線形過程を定量的に明らかにした。
ナノ構造体と高強度なパルス光の相互作用を調べるため、第一原理計算で得られる軌道エネルギーと行列要素を用いた半導体ブロッホ方程式とマクスウェル方程式を結合した計算コードの開発を進めた。テストケースとしてシリコンナノ円柱の周期構造系に対して適用し、光近接場における高調波スペクトルの記述、高調波強度のナノ粒子のサイズおよび配列距離依存性、高調波発生の粒子内の空間分布を調査した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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