2021 Fiscal Year Research-status Report
First-principles study of light-matter interactions on semiconducting metasurfaces
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20K15194
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
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 – 2023-03-31
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| Keywords | 非線形光学 / 電磁界解析 / 超高速現象 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、半導体メタ表面上による非線形光学応答の第一原理的な理論計算手法の研究を行なっている。2020年度は実施計画にもとづき数値計算手法の開発をすすめ、第一原理計算コードSALMONによるMaxwell+TDDFT計算およびBloch方程式計算プログラムの整備をおこなった。2021年度はそれに続き次のような試みをおこなった。
（１）周期構造の解析に先立ち、平坦な半導体ナノ薄膜表面における非線形応答の入射角度依存性計算のための手法開発をおこなった。薄膜による光学応答において入射角度は重要なパラメータであるが、これまで申請者らの方法は垂直入射（表面に対して入射ベクトルが垂直なケース）に限定されていた。ブリュースター角などの一般的な角度の入射光による非線形効果を低コストで計算する数値計算手法研究を開発、コード実装をすすめた。提案手法を国内学会にて口頭発表したほか、論文(M. Uemoto et al, arXiv:2203.16766)が現在レビュー段階にある。
（２）二次元物質による可飽和吸収の第一原理予測をおこなった。2020年度に本研究のアプリケーションとして試みた炭素ナノ薄膜による非線形光学応答を扱ったが、2021年度はこの枠組みを応用して、単一原子層の二次元物質（遷移金属ダイカルコゲナイド）へ適用し、このような物質系において非線形性が現れ始める飽和強度が実験値に近いオーダーで再現できることを確認した。申請者と同学の大学院生らで同成果の国内学会での口頭・ポスター発表およびプロシーディング(査読なし)投稿をおこなった。
（3）2020年度時点終了の計算手法における計算精度上の問題点の改善のため、全電子法をもちいた計算コードである「Elk」を計算パラメータの取得に使用できるようコードの改善をこころみた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初計画では、2021年度中にメタ表面による非線形効果における構造物の幾何学パラメータ依存性の探索までを予定していた。関連する計算手法の開発（半導体ナノ薄膜表面における入射角度依存性）や、本手法の応用研究（二次元物質による可飽和吸収の第一原理予測など）を優先した結果として初期の計画にくらべ若干の遅れが生じている。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）当初計画にもとづきナノ構造物による３次元周期構造（メタ表面）による非線形効果の評価および幾何学的パラメータ依存性を調査をすすめる。
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Research Products
(5 results)
