| 研究課題/領域番号 |
20K14374
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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13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
中田 陽介 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (50745205)
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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 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | トポロジー / 波動局在化 / サウレスポンピング / バルク・エッジ対応 / フォトニック結晶 / マイクロ波 / 局在 / サウレスポンプ / マイクロストリップ線路 / メタマテリアル / 欠陥モード |
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| 研究開始時の研究の概要 |
周期構造に欠陥を導入するとその周辺で波が局在することは良く知られる。近年、こうした「波の局在化現象」が、連続変形に対して不変な性質を調べる数学の一分野である「トポロジー」と関連付くという予想外の事実が明らかにされてきている。我々はこの考えをさらに深め、1次元系のトポロジカル局在が椅子取りゲームのメカニズムで生じることを解明してきた。本研究ではこの知見を更に発展させるべく2次元以上の系における局在モード生成メカニズムについて研究する。
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| 研究成果の概要 |
空間的に狭い領域で大きな振幅で振動し、そこから離れると急速に減衰するような波を局在波と呼ぶ。本研究では、局在波が2次元結晶においてどのように形成されるかというメカニズムについて研究した。結晶の連続変形による欠陥導入に着目し、以下の2つを理論的に明らかにした。(i) 2方向に結晶を並進する操作で結晶の角の部分に欠陥を導入すると、角にエネルギーが集中したコーナー状態と呼ばれる状態を生成できる。(ii) 2方向の並進方向を逆方向にしたひねり操作を考えると、移動量のベクトル和はゼロにも関わらず結晶境界で波動局在化が生じる。さらに、上記の2つのメカニズムについて実験的にも検証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
欠陥周りで生じる波動局在化現象は90年以上前から知られているもののなぜ波動局在が生じるのか、という問は捉えどころがなくアプローチすることは難しかった。本研究では欠陥の連続的導入を考え、2次元結晶ならではの局在波形成メカニズムを明らかにした。局在波は分野を問わず現れる。例えば、半導体に不純物を注入して生じる局在波は半導体デバイスの動作において決定的な役割を果たしているし、フォトニック結晶ではエネルギーを小さな領域に集中させるために欠陥導波路が利用される。このため、本研究は様々なデバイス応用への展開が期待される。
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