| 研究領域 | 特異構造の結晶科学：完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス |
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| 研究課題/領域番号 |
19H04533
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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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| 審査区分 |
理工系
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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, 助教 (20749931)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020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)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | プラズモニック結晶 / ナノコラム / ナノワイヤ / 窒化物半導体 / メタ表面 / 表面プラズモン / フォトニック結晶 / InGaN / プラズモニックメタ表面 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
今までに研究代表者が推進してきたInGaN/GaNナノコラムを用いたプラズモニック結晶の研究を発展させ，特異的な格子配列を有するInGaN/GaNナノコラムプラズモニック構造において，光／表面プラズモンの特性を理論・実験の両方の観点から探索する．具体的には，プラズモニック効果導入前後で分散関係や発光強度を比較し，発光特性にどのような影響を及ぼすかを調査する．具体的には，角度分解顕微分光で分散関係を評価し，分散の交わる状態において発光増強，光学寿命，偏光度，光利得などの光学特性がどう変化するかを確認し，光と表面プラズモンの結合に関する効果を検証することで，新規の光機能性の発現と制御を行いたい．
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| 研究実績の概要 |
１）特異（ハニカム・カゴメ）格子配列における光取り出し効率の系統的評価
特異格子配列においては，平均屈折率の低下により全反射の割合が減少し，光取り出し効率(LEE)の向上が期待できる．FDTD法によりLEEを系統的に評価したところ，赤色領域で三角格子よりも大幅な改善が見られたが，平均屈折率が最も低いハニカム格子ではなく，カゴメ格子において最も高い値が得られた．したがって，LEEは平均屈折率だけに依存するのではなく，配列の対称性等の影響が大きいと考えられる．
２）特異格子配列ナノコラムプラズモニック結晶の発光増強メカニズム
InGaNからの赤色発光の高効率化を達成するために，特異格子配列プラズモニック結晶における発光増強メカニズムについて詳細に検討を行った．特異格子配列ナノコラムプラズモニック結晶においても表面プラズモン共鳴波長はプラズモニックバンド端で生じていることをプラズモニックバンド計算から明らかにし，従来の三角格子の場合よりも長波化できることを示した．さらに，FDTD法を用いてプラズモニック結晶導入前後で光取り出しの角度依存性を調査した．プラズモニック結晶導入前はほとんど面内角度依存性がなかったが，導入後は表面プラズモンの共振方向での光取り出しが増加し，その面内角度において垂直方向に強く取りだされることがわかった．以上から，プラズモニック結晶のバンド端付近で指向性が向上して光取り出し効率が増大することで発光増強に寄与していることを明らかにした．
３）フォトニック／プラズモニックバンドの相互作用
格子定数（周期）が大きくなると，フォトニック／プラズモニックバンドがΓ点付近で重なり，それらの相互作用により発光効率の向上が期待できる．特異格子においては三角格子よりも格子定数が長くなるため，大きなナノ構造効果を得ながら，顕著なプラズモニック結合を得られることを明らかにした．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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