| 研究領域 | トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア |
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| 研究課題/領域番号 |
18H04211
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
石原 照也 東北大学, 理学研究科, 教授 (60168250)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2019年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2018年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 光起電力 / 反転対称性 / 光ガルバノ効果 / スピン運動量ロッキング / 幾何学的位相 / 光誘起起電力 / プラズモニック結晶 / メタ表面 / フォトニック結晶 / バンド反転 / トポロジー / シリコン / イメージング / 光整流 |
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| 研究実績の概要 |
厚さ36nmの金薄膜に収束イオンビームにより直径800nmの半円を配列した連続アーチ構造を作製し、周期より長い波長（800~1600nm）の円偏光ナノ秒パルスレーザを照射して、光起電力を測定した。垂直入射において、この波長では回折は生じないが、アーチ構造によりｙ軸方向の対称性が破れているため、ｘ軸方向に起電力が発生し、その符号は円偏光の向きに依存することを見出した。一方、ｘ偏光およびｙ偏光では対称性が保たれているため、ｘ軸方向の起電力は発生しない。
電磁場シミュレーションによって電磁場状態を解析したところ、円偏光励起により単位胞内の光励起状態がｘ方向に連続的にシフトすることで、定常的なポインティングベクトルが発生し、それが起電力を生み出していることが明らかとなった。当初実験で得られた起電力とポインティングベクトルの流れから予想される起電力の符号が逆になるという問題があったが、詳しく調べてみると、実験で使用した四分の一波長板の軸の方向が表示と90度異なっていることが分かった。（この波長板を販売している会社もそのことを認めている。）
連続アーチ構造のデザインでは発生した起電力がショートされにくい構造となっており、そのことが三角孔構造正方配列などのこれまでのデザインよりも起電力が大きいことの原因となっていることが推察される。
連続アーチ構造の電磁場バンド構造を調べるため、円偏光励起で角度分解透過スペクトルも測定したところ、左右の円偏光で透過スペクトルが異なることが実験及び数値計算で確認された。右回り円偏光における入射角θの透過強度は左回り円偏光における入射角－θでの値に一致している。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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