| 研究課題/領域番号 |
22K18322
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 横浜国立大学 |
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研究代表者 |
片山 郁文 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (80432532)
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| 研究分担者 |
松永 哲也 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 准教授 (30595905)
首藤 健一 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40300876)
内田 健人 京都大学, 理学研究科, 助教 (40825634)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2024年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2023年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2022年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
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| キーワード | 高次高調波 / 金属材料 / 軽金属 / 光学異方性 / レーザー分光 / 超高速分光 / 構造材料 / 力学特性 / 結晶異方性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
チタンをはじめとした金属の構造材料において、高次高調波発生過程を利用した電子状態評価手法を確立し、その原理を理論・実験の両面から解明する。さらに本手法を、力学試験装置や顕微分光装置と組み合わせることにより、電子状態と力学特性との相関を解明する。
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| 研究実績の概要 |
令和5年度は、Ti系材料における高次高調波の起源を探るために、赤外光を照射した際の3次高調波、5次高調波の角度依存性について、清書実験を進めた。特に偏光依存性と強度依存性を詳細に計測し、従来は無視していた位相差の情報を得ることに注力した。その結果、これまでの研究で角度依存性に不一致が見られた点は、各非線形感受率成分の間に位相差が存在することに起因することを突き止めた。また、赤外エリプソメトリーと赤外FTIR実験を組み合わせることで精密に誘電分散を計測することによって、Ti系材料の異方性について、複素誘電率を求めることができた。この結果から求めた光学応答の異方性は、実際に観測されている異方性よりも小さいことから、観測されている位相差は、非線形感受率そのものに起因することを明らかにした。また、この異方性はAlドープによって変化していくことも実験的に明らかとなった。これらの知見は、赤外高次高調波の発生に、誘電率の虚部に相当する緩和成分が大きな影響を与えていることを示しており、興味深い。今後はこれらに加えて、弱励起下での位相成分の変化なども明らかに、その起源を明らかにしたい。
上記に加えて、力学特性との相関を明らかにするために、Tiと同じ結晶構造を持ち異方性やそのドープ量依存性の異なるZnに着目し、その高次高調波発生についても計測を行った。その結果、Ti系よりも高い強度の高調波を観測することができ、高調波計測の材料評価に対する普遍的な有効性を明らかにすることができた。また、三次高調波は、力学特性の異方性とも相関して逆の偏光依存性を有しており、力学異方性との関係が今後注目される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
偏光依存性を詳細に解析することで、Ti系金属の光学異方性に位相が寄与しているという重要な知見を得ることができた。また、計画時にはなかったZn系の材料についても計測を行い、高次高調波の計測に成功したことは、本手法の普遍性を示しており非常に興味深い。Zn系では、Ti系で観測された5次高調波だけではなく、9次高調波まで観測できることがわかっている。現在、これらの結果については複数の論文の出版に向けて準備を進めているところであり、今後の展開が期待される。よって、当初の計画以上に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究により、電子状態の異方性がどのように光学応答の異方性に影響を与えるかを位相を含めて明らかにすることができた。線形応答から、3次、5次の応答まで、実験的には明らかにすることができ、理論計算との比較を通してその起源についても知見を得ることができている。今後は、これらの得られた成果に関する論文を投稿するとともに、力学特性との相関を明らかにする実験に向けた準備を進める。Znをはじめとした材料で観測された高調波を理解するために、理論計算を進めるとともに、ドープ系などの異方性を解明する実験を行う。また、高調波の偏光依存性や強度依存性を統一的に記述する枠組みを整理し、どのパラメータが力学特性と相関するのかを解明することで、力学異方性を電子状態から理解するための基礎を構築する。
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