【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NU0212

利用課題名 / Title

トポロジカルフォノニック導波路の作製

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

電子線リソグラフィ/ EB lithography,量子効果デバイス/ Quantum effect device,メタマテリアル/ Metamaterial,MEMS/NEMSデバイス/ MEMS/NEMS device

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

舟山 啓太

所属名 / Affiliation

株式会社豊田中央研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

加藤 剛志,大住 克史

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-206：電子線露光装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

量子バレーホール効果（QVHE）に基づくトポロジカル弾性波導波路を作製した。QVHEに基づく境界には、ジグザグ型、ブリッジ型、アームチェア型という３つの代表的な境界が存在する。本件研究では、それぞれの境界を有するMEMSデバイスを作製し、ARIM事業における設備利用では、トポロジカル導波路を構成するための周期構造パターンを形成するために電子線描画を利用した。本検討により、ジグザグ型、ブリッジ型の境界が高効率な弾性波伝播特性を示した。また、ジグザグ型は閉じ込めた弾性波の局在性に対して周波数依存性を持たないのに対し、ブリッジ型は閉じ込めた弾性波の局在性が高い周波数になるほど広がりをもつように周波数依存性を有することを明らかにした。

実験 / Experimental

Silicon on Insulator(SOI)基板のデバイスSi層（1μm）に電子線描画とReactive ion etching(RIE)によりジグザグ型（図1a）、ブリッジ型（図1b）、アームチェア型（図1c）の境界を持つ３種類のデバイスを作製した。それぞれのデバイスは破線で示す境界部を導波路として機能する。導波路構造の端部を適切な周波数で静電的に励振することで、トポロジカルインターフェースモードが発現する。上記モードは、導波路内のみにエネルギーが局在化、伝播するモードである。インターフェースモードを励振した際に、導波路の上流側と下流側のデバイスの変位をレーザードップラーにて計測し、弾性波の伝播効率を評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

図２に、導波路を含むMEMS型トポロジカル構造体上における弾性エネルギーE_m,nの二次元マップを示す。ジグザグ型（図2a）、ブリッジ型（図2b）、アームチェア型（図2c）それぞれの導波路において、導波路左端から弾性波を励振した。本実験結果から、いずれの導波路でも励振点から導波路右端まで弾性波が伝播していることがわかる。また、３つの導波路の上流と下流側で計測した弾性エネルギーから、伝播効率を求めた（図３）。この結果から、ジグザグ型とブリッジ型から成る導波路は、トポロジカル保護による高効率な波動伝播特性を示した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図１.aジグザグ型、bブリッジ型、cアームチェア型の境界構造を有するMEMS型トポロジカル弾性波導波路。

図２.aジグザグ型、bブリッジ型、cアームチェア型の境界構造をトポロジカル弾性波導波路とするMEMS型デバイスにおける二次元弾性波エネルギーマップ。

図３.ジグザグ型、ブリッジ型、アームチェア型トポロジカル導波路における弾性波伝播効率の実験値と数値計算値。

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Keita Funayama, Quantum valley Hall effect-based topological boundaries for frequency-dependent and -independent mode energy profiles, Communications Physics, 7, (2024).
   DOI: 10.1038/s42005-024-01899-w
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件