| 研究課題/領域番号 |
20K05373
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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 | 石川工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
佐野 陽之 石川工業高等専門学校, 一般教育科, 教授 (80250843)
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| 研究分担者 |
桑原 正史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (60356954)
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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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | 光スイッチ / 相変化 / シミュレーション / 第一原理計算 / 物理シミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
相変化材料の自己保持性を利用した“高速で低消費電力な光スイッチ”（相変化光スイッチ）を開発するため、本研究では、「光スイッチ動作の完全な理解」と「低損失な相変化材料の提案」を目的に以下の研究項目を実施する。
（１）相変化のモデル化と光スイッチの総合的な物理シミュレーションシステムの開発
（２）光スイッチの最適なデバイス構造（デザイン）の提案
（３）第一原理計算による光吸収の小さい相変化材料の探索
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| 研究成果の概要 |
光スイッチ動作に関わる全ての物理現象を考慮したリアルなシミュレーションシステムを開発した。シミュレーションを通して、電圧パルスの印加によって相変化材料であるGSTの相状態を制御し光スイッチがOn-Off動作することを示せた。また、GST薄膜の不均一加熱がGSTのアモルファス化を阻害し、光スイッチの消光比性能を劣化させることを明らかにした。この原因を解析し、温度むらが小さくなる新しいデバイス構造の提案を行った。
光吸収の小さい相変化材料であるMnTeの光学応答の第一原理計算を行った。α相からβ相への相転移による光学応答変化の仕組みを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
光通信ネットワークにおける重要なデバイスである光スイッチの高性能化のため、相変化光スイッチの研究開発が進められている。本研究で開発した相変化光スイッチシミュレーションシステムは、スイッチ動作に関わるあらゆる現象をリアルに再現し可視化できるため、試作デバイスの動作解析を行うことによって、問題点の発見と改善策の提案を行うことができた。これらの成果は相変化光スイッチの実用化に大きく貢献すると考えられる。また、本研究で開発した要素技術（相変化のモデル化と連成物理シミュレーション）は、相変化メモリや光記録などの他の研究分野にも応用可能である。
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