【研究分野】計算科学

【研究領域課題番号】17K14146 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

フォノニック構造 / 音響ダイオード / トポロジー最適化 / 境界要素法 / 高速算法 / フォノニック結晶 / 音響メタマテリアル / 波動デバイス / 設計工学 / 計算物理 / 先端機能デバイス / 周期構造

【研究成果の概要】

フォノニック構造（異種弾性材料を周期的に配置いた人工材料）の新規開発とその応用に関する研究が広く行われている。微細加工技術の発達に伴いマイクロ・ナノメートルスケールの周期長を有する微細フォノニック結晶も実現可能となってきた。微細化により、従来から考えられてきた制振・防音のみならず、自然界の材料では実現し得ない振動・音波制御が可能になる。本研究では、微細フォノニック構造の応用範囲の拡大を目指し、その最適設計法に関する研究を行った。具体的には、所望の分散関係を持つ周期構造、これを利用した新奇デバイスのトポロジー最適化法を開発し、その有効性を確認した。

【研究の社会的意義】

本研究の成果は、次世代音響・振動制御技術の鍵となりうる微細フォノニック結晶の最適な設計法を提供し、工学の様々な分野における課題となっている騒音・振動の抑制に貢献するものである。音響ダイオードなどの新奇の波動伝播機構を有するデバイスの実現を示唆したことも学術的に意義深い。また、本研究で開発した新しいトポロジー最適化法はフォノニック構造以外の最適設計にも適用可能であり、工学の広い分野への波及効果がある。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】16K04966 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

in-situ XRD / 結晶化 / 不純物添加 / 界面 / 薄膜 / In-situ XRD / 結晶成長 / 先端機能デバイス / 計算物理 / 半導体物性 / 物性実験

【研究成果の概要】

アモルファスIGZO, IGO, In2O3薄膜の結晶化機構をIn-situ XRDと高分解能TEMによって解明した。10％程度のSnやGaの添加ではIn2O3本来の結晶構造であるビックスバイトに結晶化するが、Zn添加やZn, Gaの供添加の場合はアモルファス構造から層状構造であるホモロガスIZO, IGZO構造になった。TEMによる詳細な構造解析と放射光を利用したin-situ XRDの測定により、アモルファス In2O3薄膜の結晶化過程とその配向、並びに不純物Sn, Ga、Znの添加の影響を調べ、結晶化の活性化エネルギーの変化を定量的に解析しAvramiの式を用いて解釈した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-10-21 - 2019-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)