３次元フォノニック結晶を利用した高性能くさび型音響導波路の設計

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23560052
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 田中 之博 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00281791)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• キーワード: フォノニック結晶 / 導波路モード / 弾性波 / 分散関係 / 周波数ギャップ / バンド構造 / くさび

研究概要

我々は、無フォノン環境を可能にする３次元フォノニック結晶と、厚さが冪関数で変化するくさび型導波路における音響波エッジモードの解析を行った。３次元フォノニック結晶は、面心立方構造と六方最密構造をもつ人工オパールを想定し、FDTD法を用いて分散関係を計算した。その結果、どちらの構造においても、バンドギャップが出現した。しかし、オパールを形成するシリカ球同士の結合度合を大きくすると、そのギャップは消失する。厚さが冪関数で変化する楔型導波路においては、冪の増加とともに、弾性波が楔の先端部分に強く局在するようになり、その滞在時間が増加する。この結果は、高効率の導波路モード実現のためには有効な情報である。

研究成果

• [雑誌論文] Ultrafast vibrations of gold nanorings (2011)
  • 著者名/発表者名: T. A. Kelf, Y. Tanaka, O. Matsuda, E. M. Larsson, D. S. Sutherland, and O. B. Wright
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 11 ページ: 3893-3898
  • 査読あり
• [雑誌論文] Real-time imaging of acoustic rectification (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Danworaphong, T. A. Kelf, O. Matsuda, M. Tomoda, Y. Tanaka, N. Nishiguchi, O. B. Wright, Y. Nishijima, K. Ueno, S. Juodkazis, and H. Misawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99 ページ: 201910
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rectification of elastic waves in a thin plate (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, T. Murai, and N. Nishiguchi
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 111 ページ: 024507
  • 査読あり
• [学会発表] 2つの異方性媒質からなるフォノニック結晶界面における界面弾性波 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中之博
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス(神奈川県相模原市)(口頭発表)
  • 年月日: 2014-03-18
• [学会発表] 矩形断面ワイヤーを用いた音響波の整流 (2013)
  • 著者名/発表者名: 河野大地,田中之博,西口規彦
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(神奈川県厚木市)(口頭発表)
  • 年月日: 2013-03-28
• [学会発表] 2準位系-フォノン相互作用が及ぼす量子細線における熱伝導率の温度依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 當田勝則,田中之博,西口規彦
  • 学会等名: 第48回応用物理学会北海道支部/第9回日本光学会北海道地区合同学術講演会
  • 発表場所: 釧路市生涯学習センター「まなぼっと幣舞」(北海道釧路市)(口頭発表)
  • 年月日: 2013-01-10
• [学会発表] ナノワイヤーにおける音響波の整流 (2013)
  • 著者名/発表者名: 河野大地,田中之博,西口規彦
  • 学会等名: 第48回応用物理学会北海道支部/第9回日本光学会北海道地区合同学術講演会
  • 発表場所: 釧路市生涯学習センター「まなぼっと幣舞」(北海道釧路市)(口頭発表)
  • 年月日: 2013-01-10
• [学会発表] 異なる二つの2次元フォノニック結晶界面を伝播する弾性波の解析 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大柏宣栄,田中之博,西口規彦
  • 学会等名: 第48回応用物理学会北海道支部/第9回日本光学会北海道地区合同学術講演会
  • 発表場所: 釧路市生涯学習センター「まなぼっと幣舞」(北海道釧路市)(口頭発表)
  • 年月日: 2013-01-10
• [学会発表] 円錐形散乱体を用いた3次元音響波整流器 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小林翔悟,田中之博,西口規彦
  • 学会等名: 第48回応用物理学会北海道支部/第9回日本光学会北海道地区合同学術講演会
  • 発表場所: 釧路市生涯学習センター「まなぼっと幣舞」(北海道釧路市)(口頭発表)
  • 年月日: 2013-01-10
• [学会発表] 2準位系-フォノン相互作用が及ぼす量子細線における熱伝導率の温度依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 當田勝則,田中之博,西口規彦
  • 学会等名: 第33回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 千葉大学西千葉キャンパスけやき会館(千葉県千葉市)(ポスター発表)
  • 年月日: 2012-11-15
• [学会発表] ナノワイヤーにおける弾性波の整流,ポスター発表 (2012)
  • 著者名/発表者名: 河野大地,田中之博,西口規彦
  • 学会等名: 第33回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 千葉大学西千葉キャンパスけやき会館(千葉県千葉市)
  • 年月日: 2012-11-15
• [学会発表] 異なる二つの2次元フォノニック結晶界面を伝播する界面波の解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大柏宣栄,田中之博,西口規彦
  • 学会等名: 第33回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 千葉大学西千葉キャンパスけやき会館(千葉県千葉市)(ポスター発表)
  • 年月日: 2012-11-15
• [学会発表] Temparature dependence of thermal conductivity in nanowires due to interaction between two-level systems and phonons (2012)
  • 著者名/発表者名: Katsunori Toda, Yukihiro Tanaka and Norihiko Nishiguchi
  • 学会等名: The 3rd Hokkaido Univ. - Chungbuk National Univ. Joint Symposium on Sustainable Engineering
  • 発表場所: 北海道大学(北海道札幌市)(口頭発表)
  • 年月日: 2012-08-29
• [学会発表] A diode for acoustic waves (2012)
  • 著者名/発表者名: Daichi Kono, Yukihiro Tanaka and Norihiko Nishiguchi
  • 学会等名: The 3rd Hokkaido Univ. - Chungbuk National Univ. Joint Symposium on Sustainable Engineering
  • 発表場所: 北海道大学(北海道札幌市)(口頭発表)
  • 年月日: 2012-08-29
• [学会発表] Interfacial Elastic Waves Propagating along the interface in a Dual Two-dimensional Phononic-Crystal System (2012)
  • 著者名/発表者名: Nobuharu Okashiwa, Yukihiro Tanaka and Norihiko Nishiguchi
  • 学会等名: The 3rd Hokkaido Univ. - Chungbuk National Univ. Joint Symposium on Sustainable Engineering
  • 発表場所: 北海道大学(北海道札幌市)(口頭発表)
  • 年月日: 2012-08-29
• [学会発表] A three-dimensional acoustic-wave rectifier using conical scatterers (2012)
  • 著者名/発表者名: Shogo Kobayashi, Yukihiro Tanaka and Norihiko Nishiguchi
  • 学会等名: The 3rd Hokkaido Univ. - Chungbuk National Univ. Joint Symposium on Sustainable Engineering
  • 発表場所: 北海道大学(北海道札幌市)(口頭発表)
  • 年月日: 2012-08-29
• [学会発表] 2次元フォノニック結晶層における表面弾性波の伝播特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 田中之博
  • 学会等名: 第32回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学百周年時計台記念館(京都市)(ポスター発表)
  • 年月日: 2011-11-10
• [備考]
  • URL: http://ssp-ap.eng.hokudai.ac.jp/