2015 Fiscal Year Research-status Report
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26610090
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
迫田 和彰 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端フォトニクス材料ユニット, ユニット長 (90250513)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ディラックコーン / フォトニック結晶 / メタマテリアル / 量子井戸 / 有効質量 / 群速度 / エネルギー伝搬速度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ごく最近，申請者は，フォトニック結晶のブリルアンゾーンの中央にディラックコーンを実現する方法を発見した。ディラック点では実効的屈折率がゼロなので空間的な位相変化が無く，光伝搬に伴う波面の変形も無いという著しい性質がある。本研究は，申請者が独自に開発した解析的な手法に基づき，光波領域のディラックコーンを実現するフォトニック結晶の試料構造の提示とディラックコーンの高精度な検出法の考案を第１の目的とする。また，ゼロ屈折率による光散乱の低減や，バンドオフセットによる有効質量の制御等の新しい物理現象の提示を第２の目的とする。さらに，電子波やマグノン等の電磁モード以外の素励起への理論の拡張，特に，極端に小さな有効質量をもつ励起子ポラリトンによる高温ボーズ凝縮の可能性の追求を第３の目的とする。
この目的のために，平成27年度は，申請者が独自に開発した解析的な手法と数値計算を利用して，周期的に構造を変調した半導体量子井戸の電子波の解析と，回折損のあるフォトニック結晶スラブのディラックコーンの解析を重点的に実施した。この結果，計画段階で予想した通り，半導体量子井戸の電子波にもディラックコーンが実現できること，および，バンドオフセットによって電子の有効質量が自在に制御できることを発見した。回折損のあるフォトニック結晶スラブについては，分散関係から算出した光の群速度が発散する一方で，エネルギー伝搬速度がゼロになり，これまでに知られていなかった新しいタイプの光の局在現象が生じることを発見した。これらの研究の成果は，招待講演3件などとして発表した。また，論文2報を準備中である
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
３つの研究目的がすべて達成できたことに加えて，回折損のあるフォトニック結晶スラブの場合に，新しいタイプの光の局在現象を発見した。後者は研究計画を超える成果であるとともに，光物性分野で長年の懸案であった非エルミート系の超光速伝搬の問題を解決する端緒となる可能性をもつ重要な成果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，回折損のあるフォトニック結晶スラブに見られる超光速伝搬と光の局在現象を重点的に解析し，論文等として発表する。
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| Causes of Carryover |
本研究は，代表者が単独で実施する平成26年度からの2年計画の課題であったが，平成27年度に筑波大学連係大学院物質・材料工学専攻の専攻長に任命され，この職務のために多忙を極めた。その一方で，研究は遅れ気味ながらも当初計画に沿って進展し，新しい材料系への発展の可能性も見出した。そこで，期間延長を行って研究成果の論文発表と口頭発表を行う必要が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
回折損のあるフォトニック結晶スラブの超高速光伝搬と新しい光の局在状態に関する論文1報，半導体量子井戸の電子準位のディラックコーン形成に関する論文1報を，それぞれ発表する計画である。また，前者については2件の国際会議で招待講演を行う計画である。予算は，これらの論文の投稿料と，国際会議の旅費と参加登録料などに使用する計画である。
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[Presentation] Lossy Photonic Dirac Cones Stop Light2016
Author(s)
Kazuaki Sakoda
Organizer
The 37th Progress in Electromagnetics Research Symposium
Place of Presentation
Shanghai International Convention Center（上海，中国）
Year and Date
2016-08-08 – 2016-08-11
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Dirac cones in photonic crystal slabs2015
Author(s)
Kazuaki Sakoda
Organizer
The 10th International Symposium on Modern Optics and its Application
Place of Presentation
Bandung Institute of Technology（バンドン，インドネシア）
Year and Date
2015-08-10 – 2015-08-13
Int'l Joint Research / Invited
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