2017 Fiscal Year Annual Research Report
Vibrational modes and symmetry of wire-type phononic crystals composed of III-V semiconductors
| Project/Area Number |
26390100
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
水野 誠司 北海道大学, 工学研究院, 講師 (90222322)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 之博 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00281791)
西口 規彦 北海道大学, 工学研究院, 教授 (40175518)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | ナノワイヤー超格子 / フォノン / 振動モード / フォノニック結晶 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、前年度までに開発した、異方性結晶からなる超格子構造を持ったナノワイヤーの振動モードを計算するプログラムを用いて、以下の研究を行った。
① 最近、Manteらが、フェムト秒ポンププローブ法を用いて、GaN/AlNナノワイヤー超格子におけるギガヘルツスケールの音響波の発生と伝播の観測を行った。そこで、実験で用いられた構造に対して、本研究で開発したプログラムを用いた数値計算を実行し、観測された過渡反射率のスペクトルの解釈を行った。
② さらに、フォノンの群速度を計算し、実験データから推測されたフォノンの伝播経路に対しManteらとは異なる解釈を与えた。
③ また、Manteらは実験データの解釈を行う際に、Rytovの方程式に基づいた議論を行っている。この方程式は、無限の広がりを持つ層からなる周期構造に対して導出された近似式である。ナノワイヤーでは、半径方向の閉じ込めの効果が大きいため、厳密にはこの方程式を用いることはできない。近似式の適用限界を明らかにするため、数値計算と近似式から得られた結果の比較を行った。その結果、１番目のバンドと２番目のバンドの真ん中あたりまでは、Rytovの方程式は有効であるが、それより高周波数になると大きなずれが生じてくることが明らかになった。
④ 中空構造のナノワイヤー超格子などの複雑な構造における計算精度を上げるため、基底関数として2重ルジャンドル関数を用いたアルゴリズムを開発し、計算プログラムを完成させた。2重ルジャンドル関数を用いたことにより、狭い領域での変位場の変動を効率よく表せるようになったことに加え、対称性によるモードの分類も簡単に行うことができる。この手法を用いることで、中空構造を有するナノワイヤー超格子で見られた高周波領域のギャップ幅の過小評価が改善された。ただし、複雑な構造を持たないプレーンワイヤーでは違いは現れなかった。
|
