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2011 Fiscal Year Annual Research Report

ワイヤー型フォノニック結晶における振動モードとフォノンダイナミクス

Research Project

Project/Area Number 21560002
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

水野 誠司  北海道大学, 大学院・工学研究院, 講師 (90222322)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 西口 規彦  北海道大学, 大学院・工学研究院, 教授 (40175518)
田中 之博  北海道大学, 大学院・工学研究院, 助教 (00281791)
Keywordsフォノニック結晶 / 量子細線 / フォノン
Research Abstract

本年度は、ワイヤー型フォノニック結晶の断面が「三角形」、「六角形」の場合を取り上げ、振動モードの解析を行った。まず、三角形、六角形の断面をもつワイヤー型フォノニック結晶に対して、対称性の理論を用いて振動モードの分類を行い、正しい対称性を持った変位ベクトルの組を構成し、これらの変位ベクトルを基底関数として用いて分散関係を計算するプログラムを作成した。
また、当初の計画にはなかった、固体と液体からなる1次元フォノニック結晶を取り上げ、その振動モードの解析と、この系に特有な共鳴現象の解析も行った。これは、Hassouaniらの論文[PRB78, 174306]の詳細な検討から発展した研究であり、本研究にも重要な影響を与えるものであることから、この時期に行ったものである。この系の分散関係と透過スペクトルを、転送行列法を用いて解析的に計算することにより、この系に特有な周波数ギャップの物理的解釈に成功した。この系においては、よく知られている周期多層構造によるフォノンのブラッグ反射に起因した周波数ギャップに加えて、ブラッグ反射に関係のない周波数ギャップが現れることがわかった。固体液体界面でのモード変換を伴う多重反射の際、横波成分は固体層に完全に閉じ込められる。その閉じ込めモードと入射フォノンとが共鳴相互作用することにより、透過波が完全に打ち消される周波数帯(ストップバンド)があらわれる。この周波数帯が、ブラッグ反射とは関係のない周波数ギャップであり、この系に特有な周波数ギャップである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

交付申請書に記載した今年度の研究実施計画のみに関して言えば、若干遅れているとの指摘がなされるかもしれない。しかしながら、今年度は、研究の自然な流れの結果として当初の計画にはない研究を行い、その結果、本研究に重要な知見を得ることができた。「研究の目的」の達成度を全研究期間の時間スケールで見れば、順調に進展しているということができる。

Strategy for Future Research Activity

数値例として、GaNとAlNからなるワイヤー型フォノニック結晶に対して、全ての振動モードの分散関係、および対応するフォノン変位を計算する。この計算結果に基づいて、ワイヤー型フォノニック結晶中のフォノンの特性を調べる。
昨年度までに行った「矩形」、「正方形」、および「円形」断面の場合の計算結果と比較検討することにより、振動モードが、ワイヤー断面の形状にどのように依存するか、いわゆる形状効果を明らかにする。また、ワイヤー型フォノニック結晶の各構成層に対して、等方性近似を行った場合と、異方性を考慮した場合との比較を行う。その結果に基づいて、ワイヤーの形状効果と結晶の異方性の効果をまとめて明らかにする。さらに、大きな完全周波数ギャップを持つような構造を提案し、ナノデバイスに用いるフォノンフィルターなど、応用への可能性を探る。

  • Research Products

    (11 results)

All 2012 2011

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Rectification of elastic waves in a thin plate2012

    • Author(s)
      Yukihiro Tanaka, Takahiro Murai and Norihiko Nishiguchi
    • Journal Title

      J. Appl. Phys

      Volume: 111 Pages: 024507/1-7

    • DOI

      doi:10.1063/1.3677997

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Real time imaging of acoustic rectification2012

    • Author(s)
      S.Danworaphong, et al.
    • Journal Title

      Appl.Phys.Lett.

      Volume: 99 Pages: 201910/1-3

    • DOI

      doi:10.1063/1.3662930

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Propagation of surface acoustic waves in a two-dimensional phononic-crystal layer2011

    • Author(s)
      Yukihiro Tanaka and Yoshiki Iida
    • Journal Title

      Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics

      Volume: 32 Pages: 323-324

  • [Journal Article] Mode Conversion of Phonons and Resonance Gap in Solid-Liquid Superlattice2011

    • Author(s)
      SeijiMizuno
    • Journal Title

      Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics

      Volume: 32 Pages: 55-56

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Imaging Lamb waves in a phononic crystal waveguide2011

    • Author(s)
      R.Chinbel, et al.
    • Journal Title

      Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics

      Volume: 32 Pages: 325-326

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 基板に取付けられた2次元フォノニツク結晶層における表面および界面弾性波2012

    • Author(s)
      大柏宣栄、田中之博
    • Organizer
      日本物理学会第67回年次大会
    • Place of Presentation
      関西学院大学西宮市
    • Year and Date
      2012-03-24
  • [Presentation] Model study of nano-precipitates formation on cell surface2012

    • Author(s)
      Norihiko Nishiguchi
    • Organizer
      The 4th ASRC International Workshop
    • Place of Presentation
      JAEA, Tokai-mura
    • Year and Date
      2012-03-12
  • [Presentation] Effects of Island Vibrations on Transport Poperties in a Single Electron Transistor2011

    • Author(s)
      N.Nishiguchi, M.N.Wybourne
    • Organizer
      The 2nd Chungbuk National Univ.-Hokkaido Univ.Joint Symposium on Fusing Engineering
    • Place of Presentation
      Chungbuk Nat'l Univ., Korea
    • Year and Date
      2011-12-16
  • [Presentation] 2次元フォノニック結晶層における表面弾性波の伝播特性2011

    • Author(s)
      田中之博、飯田義規
    • Organizer
      第32回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
    • Place of Presentation
      京都大学,京都市
    • Year and Date
      2011-11-10
  • [Presentation] Mode Conversion of Phonons and Resonance Gap in Solid-Liquid Superlattices2011

    • Author(s)
      S.Mizuno
    • Organizer
      第32回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
    • Place of Presentation
      京都大学,京都市
    • Year and Date
      2011-11-09
  • [Presentation] Imaging Lamb waves in a phononic crystal waveguide2011

    • Author(s)
      R.Chinbe, et al.
    • Organizer
      第32回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
    • Place of Presentation
      京都大学,京都市
    • Year and Date
      2011-11-09

URL: 

Published: 2013-06-26  

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