| 研究課題/領域番号 |
19K14634
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
猪瀬 裕太 京都大学, 理学研究科, 特定助教 (90634501)
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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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | トポロジカルフォトニクス / フォトニック結晶 / 共鳴トンネルダイオード発振器 / テラヘルツ / トポロジカル絶縁体 / 時間領域差分法 / テラヘルツ時間領域分光法 / 電気光学サンプリング法 / テラヘルツ光 / テラヘルツ波 / ナノ構造 / 光物性 / トポロジー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
トポロジカル絶縁体は、界面の無散逸電流などの性質で知られ、固体電子系で盛んに研究されてきた。その研究発展を受け、光子系でも“光”トポロジカル絶縁体の研究が近年広がりを見せている。中でもフォトニック結晶系は外場や磁気物質が不要で、また既存の半導体加工技術で実現可能なため、デバイス応用への期待が非常に高まっている。
本研究では、テラヘルツ波に対応するトポロジカルフォトニック結晶を作製し、電磁場固有モードの時空間分解測定を行う。それによって理論的に予測されるバンド反転、およびヘリカルエッジ状態による無散逸光伝播の直接観測を目指し、さらに構造欠陥に対する耐性評価からトポロジカル特性の実証を試みる。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、トポロジーの異なる２つのフォトニック結晶における電磁波の波動関数をテラヘルツ帯において観測した。両試料の透過スペクトルからトポロジーの違いに起因してバンド反転が生じる様子を確認し、またバンド構造に対応した周期的な電場空間像を観測することに成功した。一方で外部光の結合効率が低いために、構造境界における界面モードの空間像を明瞭に観測するまでには至らなかった。
本研究ではまた、社会実装を想定した光集積デバイスの応用研究を実施した。小型テラヘルツ光源とフォトニック結晶の結合デバイスについて検証を行い、相互作用によって放射光が顕著な狭線化と安定化を示すことを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
フォトニック結晶の特性は、スペクトル情報を通して評価されることが多い。本研究では電磁場の波動関数を直接観測したが、これは局在モードや導波モードなど光集積デバイスに用いられる各要素を精密に評価する手法としての応用が期待できる。
また、小型テラヘルツ光源とフォトニック結晶の結合デバイスに関する検証は、将来的に社会実装が期待される高効率な光集積デバイスの創成に繋がる成果である。
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