| 研究課題/領域番号 |
19K05303
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| 研究機関 | 福井大学 |
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研究代表者 |
牧野 哲征 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (70311363)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 非線形フォトニクス / マテリアルインフォマティクス / 解探索 / 最適化問題 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では局所クーロンエネルギーなどが強相関電子系材料の非線形光学特性に与える効果について明らかにし、巨大な光非線形性などをもつ新たな非線形材料開発の基盤となる知見を得ることを目的としている。
光非線形性やそれに深く関連性のある線形光学特性について種々の薄膜材料に対して解明し、その結果を2編の原著論文としてまとめた。以下に概説する。
スズベースのペロブスカイトは、その特性が鉛のそれと類似しているため、当該材料における局在励起子の温度誘起ダイナミクスの基礎を探求した。励起子ホッピングと緩和のモンテカルロシミュレーションモデルを開発し、室温までに至る温度領域での発光線幅や発光ピークエネルギーを計算した。バンドギャップ膨張の温度変化により記述されると分かった。発光ピークエネルギーの赤方偏移の量は、スズ含有量の増加とともに減少することがわかるなど、ハロゲン化スズの励起子ダイナミクスへの深い洞察を与得ることに成功した。
金属・絶縁体・半導体構造の埋め込み界面での光学特性を非接触で評価するためにフォトリフレクタンス法を適用した。 フォトリフレクタンスは、電気変調反射分光法の全光学バージョンである。 この採用のトレードオフには、散乱されたポンプ光もしくはフォトルミネッセンスによって引き起こされるバックグラウンドの問題を排除するための追加のフィードバックシステムが必要であることであるが、この除去のために、マイコンベースのフィードバックシステムを開発した。 信号強度が非常に小さいにもかかわらず、フォトルミネセンスの効率が高い酸化物における界面の非線形性を決定するのに十分な良好な信号対雑音比を達成することに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2年目の研究においては、研究対象となるさまざまな酸化物材料の線形光学特性などを基礎的な物性を明らかにするとともに光学的な非線形性にかかわる物理量を高感度非線形光学計測システムを駆使して実験的に決定することを第1義的な目標としていた。
2年目の研究としては次のような理由や根拠により、着実な進展がみられると判断するものである。その根拠としては、研究実績のところで記述したような光学特性などに関するさまざまな成果をだせたことが挙げられると言えよう。また、上述したような成果を原著論文として世に問うこともできている。また、光学的非線形性を評価するための計測システムの改善や高感度化についても実施することができ、各種酸化物材料を対象とした非線形感受率の定量的な決定を進めている。したがって、研究については計画と照らし合わせても順調に推移していると考えてよいように思われる。
昨今の新型コロナ禍のため、学生・院生の入構禁止措置に基づいて、当研究室においても実験的な研究や測定が部分的にストップしている。しかしながら、自粛要請の解除後に行う実験などの研究においてはその分を取り返すべく、より効率的な運営などを進めていく所存である。
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| 今後の研究の推進方策 |
２年目の研究の実績などに基づきそれらの拡張形として最終年度における実験的および理論的な研究をともに進めていく予定である。項目としては、電子構造計算による光学的な特性などの決定および時間分解ポンププローブ分光の測定を通じ実験的に決定された非線形感受率のデータセットに対する解析が挙げられる。またその材料情報学的な解析への挑戦などが挙げられる。
具体的にはスーパーコンピュータなどを用いて行った第一原理計算の結果および昨年度に行った実験で得られた誘電関数（分光スペクトル）や光学的な非線形性にかかわるデータを計算結果が再現するように最適化する。
また、非線形分光法に基づく測定系を高感度化することによって得られた非線形感受率のデータに対してL1ノルムの正則化に基づくディープネットワーク型の機械学習を行う。具体的には、超高速レーザ分光計測システムでの測定で得られた分光学的なデータを主成分分析し多変量相関関係を見出す。その際、過剰適合問題への対策を交差検定法に基づき講ずることとする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナ禍にかかわる納期遅れが発生しため次年度使用額が生じたが、最終年度としての今年度中に「同期型バランス検出器とスーパーコンティニュアム光をベースとした分光装置への拡充」やマテリアルインフォマティクス的なデータ解析のための必要経費として使用することを計画している。
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