研究課題/領域番号 |
20H02649
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研究種目 |
基盤研究(B)
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配分区分 | 補助金 |
応募区分 | 一般 |
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 | 筑波大学 |
研究代表者 |
矢花 一浩 筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (70192789)
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研究分担者 |
植本 光治 神戸大学, 工学研究科, 助教 (90748500)
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研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
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キーワード | 第一原理計算 / 時間依存密度汎関数理論 / 非線形光応答 / 高次高調波発生 / レーザー科学 / 超高速現象 / 高強度場科学 / 量子流体模型 / 斜方入射 / 2次元物質 / 可飽和吸収 / メタ表面 / アト秒科学 |
研究開始時の研究の概要 |
本研究は、物質科学の第一原理計算手法に基づく新しい光物質科学の計算方法を開発して、極限的なパルス光とナノ構造体の相互作用で起こる多様な非線形光応答現象を理解することを目的とする。計算手法は私たちのグループで開発を進めているオープンソースソフトウェアSALMONに取り入れ、スーパーコンピュータを用いて計算を行なう。特に時間・空間・場の強度という3つの軸を自在に操作することで可能となる特徴的な光応答を探求し、それを活かした新奇な光デバイス原理に繋がる知見を獲得することを目指す。
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研究実績の概要 |
本研究は、物質科学の第一原理計算に基づく新しい光科学計算手法を発展させ、光のパルス長と強度そして物質のサイズを組み合わせて可能になる多様な非線形・非局所光応答現象を解明することを目的としている。本年度、以下に述べる進展があった。 2次元物質である遷移金属ダイカルコゲナイドに高強度なパルス光が照射した場合に起こる超高速な光物性の変化を調べた。特に、高強度な直線偏光パルスが加わったことにより起こる選択的なバレー励起を検証する手段として、円偏光プローブを用いたポンプ・プローブ実験が有効であることを、シミュレーションにより明らかにした。 高強度なパルス光が斜方入射する場合に関し、昨年度に引き続き検討を加え、電場と磁場に対するYee格子を用いた空間1次元のFDTD計算が有効であることを見出した。さらに、クレッチマン配置で生じる表面プラズモンの非線形効果を記述する枠組みに関する検討を行い、空間1次元のFDTD法による記述が可能であることを見出した。 金属や誘電体など異なる光応答を示すさまざまな物質からなる薄膜に、強度の異なる極めて短いパルス光を照射して起こる非線形光応答に関する系統的な分析を行なった。弱い光に対して誘電関数を用いて記述される線形領域から全ての物質が個性を失いプラズマ反射を起こす著しい非線形領域まで第一原理計算による分析を行い、その過程で起こる多様な非線形過程を定量的に明らかにした。 ナノ構造体と高強度なパルス光の相互作用を調べるため、第一原理計算で得られる軌道エネルギーと行列要素を用いた半導体ブロッホ方程式とマクスウェル方程式を結合した計算コードの開発を進めた。テストケースとしてシリコンナノ円柱の周期構造系に対して適用し、光近接場における高調波スペクトルの記述、高調波強度のナノ粒子のサイズおよび配列距離依存性、高調波発生の粒子内の空間分布を調査した。
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現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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