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Development of Ultrasonic Topological Phononics for Multifunctional Elastic Wave Devices

多功能弹性波器件超声拓扑声学的发展

基本信息

批准号：
21H05020
负责人：
鶴田健二
金额：
$ 101.92万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，計算科学的バンド設計とそれに基づいてエッジモードの発現を予測，力学系にモデル化・実証し，トポロジーに保護されたエッジモードを介した極めて低損失な音響波・弾性波伝搬を実現，その上で磁性体のスピン振動との結合や非線形増幅などの新機能開発を本提案の期間全体における研究遂行フローとする。特に，弾性波ならではの波動伝搬の多自由度（縦波・横波，薄板内対称・非対称モード等）を活かし，弾性波・音響波をマルチモードで制御することで，他に類を見ない新奇な超多重化弾性波デバイスの実現を目指しでいる。第2年度では主に以下の成果をあげた：(A) C3v対称性を持つフォノニック構造の計算科学手法による最適化と，それに基づいてkHz帯で動作する薄膜状のトポロジカル弾性波導波路の設計・試作・ロバスト性実証に成功した；(B) GHz帯でのトポロジカル弾性導波路を設計し，その試作と極超音波伝搬の実証と伝搬状態の可視化，さらに導波路上に形成した共振器との結合によるスイッチング機能付与に成功した；(C) 音響トポロジカル非線形効果発現機構，スピンメカニクスの基礎特性など，トポロジカルフォノニクスの多機能化の基盤構築を実施した。特に，(B)は高周波化とともに限界に近づく電子デバイス(ゲート素子)の微細化に対し，電子をキャリアとしない新たな高集積回路実現の可能性を示した重要な成果と言える。また，これらの成果は単独のグループによるものではなく，本研究を推進する３つの件給付ループがそれぞれ緊密に連携することで初めて可能になった成果であり，当該研究分野においては国内では唯一といってよい連携体制である。

This study aims at computationally scientific design, basic analysis, prediction of the occurrence of vibration, mechanical system, simulation, protection, low-loss acoustic wave and acoustic wave transmission, and the development of new functions such as vibration, combination, and nonlinear amplification of magnetic materials. In particular, multiple degrees of freedom (DOF) for the ratio of harmonic waves (harmonic waves, transverse waves, internal symmetry, asymmetric symmetry, etc.) are active, and the control of harmonic waves and acoustic waves is active. In the second year, the following achievements were made: (A) C3v symmetry, structural optimization, optimization, design, trial, and successful demonstration of thin film dielectric waveguide circuits with basic kHz band operation;(B) GHz band ultrasonic waveguide design, test and implementation of ultrasonic transmission, visualization of transmission status, the formation of a waveguide resonator, and the combination of ultrasonic transmission function and success;(C) The basic characteristics of the sound transmission non-linear effect development mechanism, and the implementation of the multifunctional base plate construction of the sound transmission non-linear effect development mechanism. In particular,(B) the possibility of realizing a new high-concentration loop is shown by the important results of the miniaturization of high-frequency conversion and the boundary of near-electron particles. The results of this study are independent of each other. This study is intended to advance the study of the relationship between the three components of the system and the results of this study.

项目成果

期刊论文数量（43）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ウェーブマシンを用いた時間境界による透過反射現象の実現

利用波机实现时间边界透射反射现象

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
大宮哲;猪野真大;武田颯;松田理;ライトオリバー;友田基信
通讯作者：
友田基信

高効率弾性波輸送のためのトポロジカルフォノニック構造設計

高效弹性波传输的拓扑声子结构设计

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mayuko Nagae;Toshihiro Kobayashi;Makoto Sanbo;Masumi Hirabayashi;Naoko Inoue;Hiroko Tsukamura;Yoshihisa Uenoyama;片岡源樹，三澤賢明，鶴田健二
通讯作者：
片岡源樹，三澤賢明，鶴田健二

欠損付Y形楕円構造トポロジカルフォノニック結晶を用いた音響導波路設計

Y形椭圆形缺陷拓扑声子晶体声波导设计