2021 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical study of topological photonics based on ordered structures of chiral liquid crystals
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21H01049
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
福田 順一 九州大学, 理学研究院, 教授 (90392654)
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2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 液晶 / キラリティ / コレステリックブルー相 / トポロジカルフォトニクス / 光学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
キラル液晶の秩序構造の光学的性質の予備的検討として，本来のターゲットである，スカーミオン（渦状の配向秩序構造）からなる2次元ヘキサゴナル格子と同じ対称性を持ち，より単純なモデル構造の光学的性質の検討を行なった．このモデルに対してフォトニックバンドの計算を行い，系のジオメトリを特徴づけるパラメータを変化させることで．類似の非キラルな系と同様の非自明なフォトニックバンドトポロジーを示すことを示した．それに加え，FDTD法による実時間における光の電磁場の挙動を計算した結果，バンドトポロジーの異なる2種類の構造の境界面において，非キラルな系とは異なる光伝播を起こすことを示した．
またキラル液晶の秩序構造に関する別個の研究として，コレステリックブルー相と呼ばれる立方対称性を有する3次元構造が示す双晶構造について，連続体理論に基づく数値計算による詳細な検討を行ない，双晶面の自由エネルギーに関する評価を行なった．また液晶のネマチックースメクチック相転移（後者は層状の秩序を示す）について，層状秩序の核生成的成長が多段階で起こることを見出し，産業技術総合研究所の共同研究者とともに論文を公表した．
その他に，3次元的な秩序を有する有限の厚さの系に単色光を入射した際の応答を計算する数値スキームをこれまで開発し，種々の具体的問題に適用してきたが，そのスキームについて再検討を行い，計算の安定性の向上の可能性を見出した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
キラル液晶が示す秩序構造のトポロジカルフォトニクスについて直接的な成果はまだ得られていないが，その考察の基礎となるより単純なモデル系についての知見が得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
より単純なモデル系において得られた知見を，本来のターゲットである液晶のスカーミオンからなる2次元ヘキサゴナル格子に適用し，特に光学的性質が誘電率の値にどう依存するか，また電場などの外場によって光学的性質をどう変化，制御可能かを検討する．また光学的性質の計算スキームの改良の可能性についてより詳細な検討を行い，安定性の向上のみならず計算の効率化についても可能性を検討する．
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