| 研究課題/領域番号 |
20K04307
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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19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
石川 陽 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (10508807)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 近接場光学 / 量子熱力学 / フォノン物性 / 量子制御 / コヒーレントフォノン / 熱制御 / フォノン量子制御 / 量子ナノデバイス / 量子散逸 / 量子デバイス / 熱散逸 / 非熱浴的環境 / 単一フォノン制御 / 熱散逸制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電子、光子、スピンなどの最小単位を用いた量子ナノデバイスの動作性能向上には、熱の最小単位である単一フォノンレベルでの精密な熱散逸制御が必要である。本研究では、量子ナノデバイスを構成するナノ構造体へ、局在光子場を用いた単一フォノン操作原理を組み込み、量子ナノデバイスにおける極限的熱散逸制御の提案と新機能の探究を行い、量子デバイス動作性能の変革的向上を目指す。さらに、「ナノスケールの熱」の概念を確立し、革新的な「熱の量子ナノ工学」を創成する。
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| 研究成果の概要 |
量子ナノデバイスの動作性能の向上を目指し、局在光子場による単一フォノン操作にもとづく極限的熱散逸制御の理論的提案を目指し研究を行った。その結果、（１）局在光子場を介したナノ構造間における相互作用の起源の解明、（２）ナノプローブによる局在光子場の制御手法の提案、（３）ナノスケールの熱概念を記述するための理論構築、（４）局在光子場を介した励起移動にともなう単一フォノン状態変化の解明に成功し、学術的に重要な成果を上げるとともに、単一フォノン操作による熱散逸制御の実現へ向けた知見を得ることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
量子ナノ系に対してマクロな系での熱力学的概念をそのまま適用できるかは未解明であるが、量子ナノ系がやり取りする熱の最小単位と考えられる単一フォノン状態について深く研究した本研究の成果は、ナノスケールの量子熱力学という新規学術分野の開拓へつながる意義を持っている。また、その成果を応用することで、単一フォノン操作にもとづく熱に対する量子ナノ工学の創成へつながるものと期待されるが、近年、デバイスの省エネルギー化や高効率化は重要な課題のひとつであり、エネルギー問題への貢献という社会的意義も持つ。
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