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本研究で目指すのは、ナノワイヤー超格子のフォノン物性を明らかにし、さらにナノワイヤー超格子で生じるフォノンのトンネル効果を利用した「フォノンを制御するデバイス」を設計するための基礎をあたえることである。
今年度は、2つのナノワイヤー超格子で欠陥層(キャビティ層)を挟んだ2重障壁構造におけるフォノンの伝播特性を調べた。azimuthally symmetric torsional modeに注目し、透過率・反射率の定式化を行った。この結果を、GaAsとAlAsから構成されるナノワイヤー超格子系に適用して透過率と反射率を数値的に計算し、同時にフォノン変位の計算も行った。ナノワイヤーにおいては、ワイヤー軸方向の波数と振動数の関係を表す分散関係が、半径方向のフォノンの閉じこめ効果により離散化される。ナノワイヤー超格子においては各々の分散曲線は、軸方向の周期性によりミニブリルアン域に折り返され、そのミニブリルアン域の中心と境界において周波数ギャップが生じる。欠陥層を導入した系に対して透過率を計算すると、周波数ギャップ内に共鳴ピークが出現した。フォノン変位を計算することにより、この共鳴ピークは、欠陥層に局在した振動モードと入射フォノンとの共鳴相互作用によるものであることがわかった。この共鳴周波数は、欠陥層の厚さに依存して変化する。この厚さ依存性を調べると、半径方向にフォノン変位がノードを持たないモードにおいては、共鳴周波数が欠陥層の厚さに関する周期関数となり、1次元超格子と同様の振る舞いが見られた。しかしながら、半径方向にノードを持つモードにおいては、周期的な振る舞いは見られず、欠陥層を厚くしていくと共鳴ピークの数が増えていくことがわかった。しかも、ある臨界周波数が存在し、その臨界周波数以下の周波数領域では、共鳴ピークは出現しないことが明らかになった。
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