| 研究領域 | コンピューティクスによる物質デザイン：複合相関と非平衡ダイナミクス |
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| 研究課題/領域番号 |
25104702
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
矢花 一浩 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70192789)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 時間依存密度汎関数理論 / 第一原理計算 / マルチスケールシミュレーション / 超高速現象 / フェムト秒レーザー |
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| 研究概要 |
本研究は、ナノメートル以下の空間スケールの電子ダイナミクスに対する時間依存密度汎関数理論に基づく第一原理計算と、マイクロメートルスケールの巨視的電磁場のダイナミクスをマルチスケール手法で結びつけた新しいシミュレーション法を開発し、数サイクルのパルス光を固体に照射することで起こるフェムト秒からアト秒時間スケールの超高速現象を定量的に記述し、光と物質の相互作用に対する理解を深化させ、新奇な光科学現象を予測し提案することを目標としている。
本年度は、SiO_2のバルク及び薄膜と数サイクルのパルス光の相互作用に関する研究を進展させた。透明な物質の光伝播では膜厚により干渉が起こるが、強度が増すにつれて、まず入射側とは反対側の裏面において非線形効果が顕著になることが見出された。これは、入射波と反射波の干渉により裏面で光強度が増すためである。さらに強度を増すと、次第に表面での電子励起が増し非線形光応答が顕著になる。最終的には表面のプラズマ化による光応答が主要となり、バルクと薄膜で違いがなくなる。また、高強度なパルス光はアブレーションなどの不可逆な壊変をもたらすが、その閾値と計算結果を比較したところ、少なくとも定性的には閾値を再現することが見出された。これは本アプローチが光加工の定量的な記述に有効であることを示唆するものである。
また、最近パルス光をSiO_2に照射すると、ある光強度から表面に光電流が発生することが見出され興味を集めている。この現象に対して、本年度は単一セルに対する計算を行い、光電流の生成メカニズムを調べた。来年度はさらにマルチスケール計算により、この光電流生成に関する理解を深める研究を進める予定である。
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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
今年度はSiO_2薄膜を対象とする論文をまとめ、光パルス電流に関しても単一セルに対する計算を行い論文にまとめることができた。さらに、マルチスケール計算を容易にするため、電子ダイナミクス計算部を簡易に行う方法を開発するなど、多方面に研究が進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は、京コンピューターの利用が認められたことから、パルス光による非熱的な壊変現象をはじめとして、多くのプロダクトランを遂行することができる予定である。まずは、SiO_2に対する計算を進め、さらに異なるバンドギャップを持つ物質群へと研究を進めたい。また、高強度パルス光により生じる光電流に対しても、マルチスケール計算を進展させたいと考えている。
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