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量子ナノデバイスの高効率化へ向けた非熱浴的フォノン状態の量子制御

研究課題

研究課題/領域番号 17K06379
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関山梨大学

研究代表者

石川 陽  山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (10508807)

研究分担者 小林 潔  山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (30397038)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2019年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード量子ナノデバイス / 非平衡量子ダイナミクス / 励起エネルギー移動 / 非マルコフダイナミクス / 非熱浴的環境 / コヒーレントフォノン / フォノン制御 / 非平衡開放系 / 非マルコフ過程 / 非平衡開放系の量子ダイナミクス / フォノン支援励起エネルギー移動 / 非マルコフ課程 / 熱工学
研究成果の概要

マクロなデバイスの動作効率はマクロな環境系(熱浴)への熱散逸過程で決まる。一方、量子ナノデバイスの動作効率はナノスケールの非熱浴的環境系との結合で決まるが、そこでやり取りされるものは一般的な熱とは異なる形のエネルギーである。本研究では、量子ナノデバイスの動作効率向上のために、量子コヒーレントダイナミクスに対する非熱浴的フォノン環境系の効果を解明した。さらに、得られた知見をもとに、コヒーレントフォノンが寄与する新しい原理によって高効率に動作する量子ナノデバイスの基本モデルを提案した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は、従来考慮されて来なかった非平衡フォノン環境の効果を制御し、量子ナノデバイスにおける新しい動作原理の指針を与えるものである。さらに、新しいフォノン量子物性に関する研究分野の開拓と、ナノスケールにおける熱現象を記述するための基本概念の構築へつながる学術的意義を持つ。一方、量子ナノデバイスの省エネルギー化や高効率化を実現する足掛かりとなり、将来的には現代社会における重要な課題のひとつであるエネルギー問題への貢献という社会的意義を持つ。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (46件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (38件) (うち国際学会 2件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Generation processes of superfluorescence of biexcitons in CuCl quantum dots by one- and two-photon resonant excitation2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kawamura, T. Yoshida, M. Nasu, J. Ishihara, A. Ishikawa, and K. Miyajima
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series

      巻: 1220 号: 1 ページ: 012020-012020

    • DOI

      10.1088/1742-6596/1220/1/012020

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum coherent nanodynamics by the interplay of localized photons, electron-hole pairs, and phonons2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kobayashi and A. Ishikawa
    • 雑誌名

      Progress in Quantum Electronics

      巻: 59 ページ: 19-30

    • DOI

      10.1016/j.pquantelec.2018.06.001

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Coherent Dynamics Enhanced by Synchronization with Nonequilibrium Environments2018

    • 著者名/発表者名
      Akira Ishikawa, Ryo Okada, Kazuharu Uchiyama, Hirokazu Hori, Kiyoshi Kobayashi
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87 号: 5 ページ: 054001-054001

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.054001

    • NAID

      210000134809

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of superfluorescence-laser crossover in a cavity QED system2017

    • 著者名/発表者名
      Riku Sezaki, Akira Ishikawa, Kensuke Miyajima, and Kiyoshi Kobayashi
    • 雑誌名

      Applied Physics A

      巻: 123 号: 11

    • DOI

      10.1007/s00339-017-1301-y

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum coherent nanodynamics by the interplay of localized photons, electron-hole pairs, and phonons2017

    • 著者名/発表者名
      Kiyoshi Kobayashi and Akira Ishikawa
    • 雑誌名

      Progress in Quantum Electronics

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 内因性量子熱力学に基づく量子ナノ系の散逸緩和理論2020

    • 著者名/発表者名
      森下天平, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
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      櫻井杏梨, 岩本亘平, 石川陽, 堀裕和, 小林潔, 岸野克巳, 酒井優
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
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    • 著者名/発表者名
      矢崎智昌, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
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    • 著者名/発表者名
      秋山祐樹, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
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      2019 実績報告書
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    • 著者名/発表者名
      武井紗由美, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
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  • [学会発表] 共振器QED系における光子場を介した複数分極の同期現象の理論2020

    • 著者名/発表者名
      瀬崎陸, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
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      2019 実績報告書
  • [学会発表] Hypo-equilibrium state近似を用いた量子熱力学による量子ナノ系の散逸緩和理論2019

    • 著者名/発表者名
      森下天平, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      基研研究会 熱場の量子論とその応用2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 量子熱力学に基づく量子ナノ系の散逸緩和理論Ⅲ2019

    • 著者名/発表者名
      森下天平, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 二準位系間のnon-Markov的励起移動ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      矢崎智昌, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 階層的環境と結合した非平衡開放系の量子散逸ダイナミクスⅡ2019

    • 著者名/発表者名
      秋山祐樹, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 離散時間量子ウォークに基づく量子ダイナミクスⅡ2019

    • 著者名/発表者名
      武井紗由美, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 近接場分光によるInGaN量子井戸におけるキャリア輸送現象の解明2019

    • 著者名/発表者名
      櫻井杏梨, 岩本亘平, 石川陽, 堀裕和, 小林潔, 岸野克巳, 酒井優
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 共振器QED系における超蛍光-レーザークロスオーバーの理論Ⅴ2019

    • 著者名/発表者名
      瀬崎陸, 石川陽, 宮島顕祐, 小林潔
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 階層的環境と結合した非平衡開放系の量子ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      秋山祐樹, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第26回ナノオプティクス研究討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 散逸をともなった環状経路上の離散時間量子ウォーク2019

    • 著者名/発表者名
      武井紗由美, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第26回ナノオプティクス研究討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 局所観測効果を含む光近接場を介したnon-Markov的励起移動ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      矢崎智昌, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第26回ナノオプティクス研究討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 輻射場の量子揺らぎによる超蛍光の同期現象の理論2019

    • 著者名/発表者名
      瀬崎陸, 石川陽, 宮島顕祐, 小林潔
    • 学会等名
      第30回光物性研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 光近接場の量子化:再訪2019

    • 著者名/発表者名
      小林潔, 福井萬壽夫, 岡本敏弘, 原口雅宣, 石川陽
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会(東京工業大学 大岡山キャンパス, 東京)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 量子熱力学に基づく量子ナノ系の散逸緩和理論Ⅱ2019

    • 著者名/発表者名
      森下天平, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会(東京工業大学 大岡山キャンパス, 東京)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] メモリー項のMarkov・non-Markov性に着目した自然放出ダイナミクスの解析2019

    • 著者名/発表者名
      矢崎智昌, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会(東京工業大学 大岡山キャンパス, 東京)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 階層的環境と結合した非平衡開放系の量子散逸ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      秋山祐樹, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会(東京工業大学 大岡山キャンパス, 東京)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 共振器QED系における超蛍光-レーザークロスオーバーの理論 Ⅳ-同期現象としての超蛍光-2019

    • 著者名/発表者名
      瀬崎陸, 石川陽, 宮島顕祐, 小林潔
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会(東京工業大学 大岡山キャンパス, 東京)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 離散時間量子ウォークに基づく量子ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      武井紗由美, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会(東京工業大学 大岡山キャンパス, 東京)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Spatiotemporal carrier dynamics modified by inhomogeneous potential in a semiconductor nanostructure2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Hayakawa, A. Ishikawa, M. Sakai, and K. Kobayashi
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed Matter and Nano Materials, EXCON2018 (Nara, Japan)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Full-quantum theory of superfluorescence and laser2018

    • 著者名/発表者名
      R. Sezaki, A. Ishikawa, K. Kobayashi, and K. Miyajima
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed Matter and Nano Materials, EXCON2018 (Nara, Japan)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 量子熱力学に基づく量子ナノ系の散逸緩和理論2018

    • 著者名/発表者名
      森下天平, 石川陽, 小林潔
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会(名古屋国際会議場, 愛知)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 共振器QED系における超蛍光ーレーザークロスオーバーの理論32018

    • 著者名/発表者名
      瀬崎陸, 石川陽, 宮島顕祐, 小林潔
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会(名古屋国際会議場, 愛知)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] トロイダルモーメントを含む光と物質の相互作用理論:遷移特性2018

    • 著者名/発表者名
      向後敬志, 石川 陽, 小林 潔
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 共振器QED系における超蛍光-レーザークロスオーバーの理論II2018

    • 著者名/発表者名
      瀬崎 陸, 石川 陽, 宮島顕祐, 小林 潔
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 空間的に不均一な系における時空間キャリアダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      早川祐輔, 石川 陽, 小林 潔
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Theory of superfluorescence-laser crossover in a cavity QED system2017

    • 著者名/発表者名
      Riku Sezaki, Akira Ishikawa, Kensuke Miyajima, and Kiyoshi Kobayashi
    • 学会等名
      The 11th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics, APNFO11
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Foundation of optical near fields from a quantum dynamics viewpoint2017

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Yazaki, Ryo Okada, Akira Ishikawa, and Kiyoshi Kobayashi
    • 学会等名
      The 11th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics, APNFO11
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Non-resonant collective quantum dynamics2017

    • 著者名/発表者名
      Ryo Okada, Tomoaki Yazaki, Kazuharu Uchiyama, Hirokazu Hori, Akira Ishikawa, and Kiyoshi Kobayashi
    • 学会等名
      The 11th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics, APNFO11
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Multipolar expansion theory including toroidal moments and its application2017

    • 著者名/発表者名
      Takashi Kougo, Akira Ishikawa, and Kiyoshi Kobayashi
    • 学会等名
      The 11th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics, APNFO11
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 光近接場量子ダイナミクスにおけるNon-Markovian過程の理論2017

    • 著者名/発表者名
      矢崎 智昌, 岡田 遼, 石川 陽, 小林 潔
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 局所環境支援励起移動ダイナミクスII2017

    • 著者名/発表者名
      岡田 遼, 矢﨑 智昌, 内山 和治, 堀 裕和, 石川 陽, 小林 潔
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 共振器QED系における超蛍光‐レーザークロスオーバーの理論2017

    • 著者名/発表者名
      瀬崎 陸, 石川 陽, 宮島 顕祐, 小林 潔
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] トロイダル多重極子を含む光と物質の相互作用理論2017

    • 著者名/発表者名
      向後 敬志, 石川 陽, 小林 潔
    • 学会等名
      日本光学会ナノオプティクス研究グループ第24回研究討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 山梨大学研究者総覧 - 石川 陽

    • URL

      http://nerdb-re.yamanashi.ac.jp/Profiles/337/0033682/profile.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書 2017 実施状況報告書
  • [備考] 山梨大学工学部先端材料理工学科 - 石川研究室

    • URL

      https://www.eng.yamanashi.ac.jp/laboratory/aishikawa/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
  • [備考] 山梨大学工学部先端材料理工学科 - 石川研究室

    • URL

      http://www.eng.yamanashi.ac.jp/laboratory/aishikawa/

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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