| 研究課題/領域番号 |
21K14483
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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28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
大音 隆男 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (20749931)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 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 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021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 | InGaN / ナノ構造 / メタマテリアル / キラル / 円偏光 / 表面プラズモン / クラスタ配列 / 光学活性 / 窒化物半導体 / ナノコラム / キラル構造 / フォトニック結晶 / ヤヌス構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，Tiマスク選択成長法による規則配列窒化物半導体ナノコラム構造を応用した人工ナノ結晶構造を設計し，光の状態をエンジニアリングすることで，新規光機能を可視光領域で発現させて，高機能な発光素子を開拓する．ナノコラムを「原子」のように扱い，クラスタリングや周期配列により分子構造や結晶構造を自由度高く設計して，偏光・出射方向・軌道角運動量などの光の状態制御を行う．特に，鏡映対称性のないキラル型構造や表裏で物性の異なるヤヌス型構造に着目して，新たな光機能性を探索する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，窒化物半導体InGaNが本来持たない光機能性をナノ構造の設計により発現することを試み，鏡映対称性を消失させたキラル構造を導入した．キラル構造は左右円偏光に対して屈折率が異なる光学活性を持つため，超小型円偏光光源の実現が期待される．
青色LED基板に水素雰囲気異方性熱エッチング法を施してナノピラー構造を作製した．ナノ構造効果により膜状構造より高い発光強度が得られ，キラルパターンのみ偏光回転が生じたが，厳密結合波解析の計算結果といい一致を示した．偏光回転の生じる波長は周期やピラー径により制御が可能であり，ナノ構造の最適化により可視光領域で大きな偏光回転を得ることができるとわかった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で提案したキラルナノ構造はナノピラー構造を複数配置するだけであるので，従来のナノ構造作製技術をそのまま使用できるが，ナノ構造の設計により従来窒化物半導体が持たない光機能性を実証できたことは可視光デバイスとしての応用範囲の拡大に繋がり，学術的にも社会的にも大きな意義を持つ結果である．今後，光とナノ構造の相互作用という学理を明らかにし，高効率な可視単一円偏光素子が実現できれば，生体内イメージング，3Dディスプレイ光源，可視光通信など，医療・映像・通信分野への様々な応用分野の開拓に発展できると期待される．
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