| 研究課題/領域番号 |
26390013
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
落合 哲行 独立行政法人物質・材料研究機構, 先端フォトニクス材料ユニット, 主任研究員 (80399386)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | グラフェンプラズモン / 静電ポテンシャル / バンドギャップ / 光学伝導度 |
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| 研究実績の概要 |
グラフェンにおける電子の集団運動であるプラズモンを用い、グラフェン自体や周囲の誘電環境の微細加工により光と電子の相互作用を強めることで、原子一層での光の制御を目指すというのが本研究の目的である。初年度の成果として以下のことが得られた。
１） 従来、グラフェンプラズモニクスで光を制御するには グラフェンを disk や stripe 状に加工して集積するなど brute force な構造を仮定することが多かった。しかしそのようなことを経ずとも、基板を加工することで、静電ポテンシャルの影響によって電子密度が変調され、光学伝導度が空間的に変調する。結果として、グラフェン自体を disk や striple 状にするのと同様の効果が得られることを示した。特に基板を回折格子にすることで、周期的な空間分布をもつ光学伝導度が生じ、プラズモニック結晶と呼ぶことができる構造になることを示した。この場合、回折格子の geometry を変えることで、グラフェンプラズモン（正確にはプラズモンポラリトン）のバンド構造が変化し、バンドギャップが生じうることがわかった。またギャップ幅を広げる構造の探索もおこなった。このことは、グラフェンプラズモンの共振器や導波路構造が、基板を加工することで実現できることを示している。
2) グラフェンプラズモンの効果的な励起法として高速電子線を当てた場合の励起効率や伝搬角度分布を、局所光学応答とプラズモンポール近似を用いて系統的に調べた。
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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
古典電磁気学的なアプローチによる解析は当初の想定通り進んでいる。
しかし量子プラズモニクスが近年、急速に進展していることを鑑みると、下記にある計算コードの開発が必要であるが、それがあまり進んでいない。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度の研究成果はグラフェンの光学伝導度の運動量依存性を無視し、かつ電荷密度は面垂直方向に対してデルタ関数的な依存性を仮定した古典電磁気学的な解析に基づいている。しかしプラズモニクスのダウンサイジング化を鑑みると、電子系の量子性をとりいれた解析が今後ますます重要になってくる。そのために運動量依存性や電荷密度の拡がりなどを加味したプラズモニクス用のコード開発をおこなっていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度の助成額が少なく、希望のスペックをもつ数値計算用ワークステーションが購入できなかった。
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| 次年度使用額の使用計画 |
翌年度分と合算し、数値計算用ワークステーションを購入する。
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