| 研究課題/領域番号 |
19K05306
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
有川 敬 京都大学, 理学研究科, 助教 (70598490)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | テラヘルツ / 光渦 / メタマテリアル / 擬似プラズモン / ホモダイン検波 / 電気光学イメージング / 量子ホール効果 / 軌道角運動量 / 光の軌道角運動量 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では軌道角運動量を持つ光渦(トポロジカル光波)を用い、新しいタイプの光と物質の相互作用を探求する。新規性を生み出すポイントは光渦が持つ渦状の位相構造である。このため光と物質の相互作用における選択則が変化し、これまでの理論的枠組みの常識ではあり得ない現象の発現が期待される。物質系としては多くの素励起が存在する固体に着目し、テラヘルツ周波数帯の優れた測定技術を用いる。具体的にはトポロジーがその性質を支配する代表例として、量子ホール系とトポロジカルフォトニック結晶を用いる。この研究を推進することで、光科学技術の根幹をなす光と物質の相互作用の枠組みを拡げ、固体物性研究の新しい可能性を提示したい。
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| 研究成果の概要 |
軌道角運動量を持つ光渦（トポロジカル光波）を用い、新しいタイプの光と物質の相互作用を探求することを目的として研究を行なった。物質系としては多くの素励起が存在する固体物質に着目した。必要となるテラヘルツ周波数帯の測定技術開発を行い、パルステラヘルツ波の高精度な電場イメージ計測やホモダイン検波による連続テラヘルツ波の高感度電場検出などを実現した。これらの計測手法を用い、テラヘルツ波の軌道角運動量を用いたメタマテリアルのプラズモンモードの制御を行なった。また、量子ホール系など他の系における光渦と物質の相互作用を研究する計測技術を確立することができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
軌道角運動量を持つ光渦と物質の相互作用は未解明な部分が多い。現在最も理解が進んでいるのは、原子の束縛電子との相互作用であり、双極子禁制なS軌道からD軌道への遷移が実験的に確認されている。このような物質の内部自由度への光の軌道角運動量転写は、これまで未開拓な形の光と物質の相互作用である。光に軌道角運動量を持たせることで生まれる新しい相互作用チャネルであると言え、その学術的・技術的価値は非常に大きい。このような相互作用は原子系のみならず、一般的に多くの固体物質系で起こるはずであり、その一端を明らかにした本研究の意義は大きいと言える。
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