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2007 年度 実績報告書

ナノ・フォノニクスの開拓と新たな音響量子素子設計への展開

研究課題

研究課題/領域番号 17510106
研究機関北海道大学

研究代表者

田村 信一朗  北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80109488)

研究分担者 田中 之博  北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教 (00281791)
キーワードフォノン / フォノニック結晶 / フォノニック・ギャップ / オパール / ソリトン
研究概要

研究3年目にあたる平成19年度は、主として(1)「フォノン・ソリトンの伝播における多次元(2、3次元)性効果」、と(2)「3次元フォトニックーフォノニック結晶(オパール)におけるバンド構造」、に関する研究を進めた。(1)に関しては、ソリトンの縦伝播距離に比べて横方向の伝播距離が実験においては小さな状況を考慮に入れ、この方向での非線形性と分散性を無視した近似での格子歪みの従う運動方程式を導出した。これは2次元ではK-P方程式、また3次元では軸対称な3次元K-P方程式となることを導いた。横方向の初期歪みの分布を、実験でのポンプ・レーザの強度分布に合わせてGaussianと仮定し、伝播数値シミュレーションを行った。その結果、1次元の場合と同様に、縦方向に複数のソリトンが(初期歪みの大きさに依存して)形成されてゆくこと、またそれらの横方向の空間的プロファイルが放物線状に広がったものになって行くことを見いだした。この結果はプローブ光を横方向にスキャンすることにより、1次元の実験と同様に、ピコ秒超音波法により、観測可能である。また(2)に関しては、FCC構造をとる3次元シリカガラス球からなるフォノニック結晶において、孤立球のスペクトルから次第にフォノンのバンドが形成されてゆく様子を初めて明らかにした。特に、分散関係に現れる完全ギャップが、ガラス球の焼結率とともにどのように変化してゆくのか、を明確に示した。以上の成果はMulti-dimensional effects on the propagation of strain solitons in solids、とPhononic properties of opals とのタイトルで取りまとめ、PHONONS07(第12回凝縮体におけるフォノン散乱国際会議)において口頭発表を行った。また引き続き(2)のテーマであるフォトニックーフォノニック・ギャップの相互作用に着目し、これらの2つの"結晶"は実は同一の人工物質であることから、両結晶の概念を更に拡張することにより、新たに「フォノトニック結晶」の概念を提案し、それらに関する成果を米国物理学会のレター誌(PRL)に投稿した。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2007

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Surface-guided waves in two-dimensional phononic crystals2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Tanaka and T. Yano and S. Tamura
    • 雑誌名

      Wave Motion 44

      ページ: 501-512

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous mode, elastic constants and phonon images in CaWO42007

    • 著者名/発表者名
      K. Hayasaka, R. Higashi, J. Suda, Y. Tanaka, S. Tamura, 他2
    • 雑誌名

      Solid State Communications 143

      ページ: 386-389

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multi-dimensional effects on the propagation of strain solitons in solids2007

    • 著者名/発表者名
      T. Kawasaki, 5. Tamura and H. J. Maris
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Conference Series 92

      ページ: 12091-12094

    • 査読あり
  • [学会発表] Phononic Properties of opals2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Tanaka, S. Tamura, 他7
    • 学会等名
      Phonons 2007
    • 発表場所
      Conservatoire national desarts et metiers, Paris
    • 年月日
      20070715-20

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公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

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