トロイダル双極子共鳴のデバイス応用に向けたメタサーフェスプラットホームの構築

环形偶极子谐振器件应用超表面平台的构建

基本信息

批准号：
21H01748
负责人：
藤井稔
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

これまでに，シリコン薄膜上にアスペクト比が小さいシリコンナノディスクのHexagonal arrayを配列した構造について，シミュレーションにより基本特性の解析を行ってきた．それにより，構造パラメータと共鳴モードの関係を明らかにし，目的の波長で高い吸収増強度と高Q値を同時に実現する構造の探索を行った．また，シミュレーションにより決定したナノディスクアレー構造を大面積に形成する技術を開発し，光吸収特性と光電流特性の評価を行った．本年度は，前年度に得られた実験データのシミュレーションによる解析を行い，シリコンのエネルギーギャップよりも長波長の領域でトロイダル双極子共鳴による光電流の増強の実現に成功していることを実証した．また，シミュレーション及び実験の結果を論文にまとめACS Photonics誌に発表した．さらに，当初予定していなかった展開として，シリコンナノディスクアレーとミラーを組み合わせた構造において，Fabry-Perot bound states in the continuum（FP-BIC）の発現により入射光の完全吸収を実現できる可能性がある事を検証した．原理検証を目的とする解析的な検討とシミュレーションによる定量的な検討により，この新構造を用いると吸収係数が非常に小さい波長領域において完全吸収が発現し，光電流をさらに増大できる可能性がある事を示した．また，構造パラメータと吸収特性の関係について詳細な検討を行い，提案した構造が実際に作製可能である事を示した．シミュレーションの結果を論文にまとめJournal of Applied Physics誌に発表した．

到目前为止，通过模拟硅纳米风险的六角形阵列的模拟已经分析了基本特征，该结构与远景比较小的硅纳米风险阵列布置在硅薄膜上。这揭示了结构参数与共振模式之间的关系，并搜索了一种在目标波长下同时达到高吸收强度和高Q值的结构。此外，开发了一项技术来形成由大面积模拟确定的纳米界阵列结构，并评估了光吸收和光电流特性。今年，我们对上一年获得的实验数据进行了仿真分析，表明我们在比硅的能量差距更长的区域中成功实现了光电流增强。模拟和实验的结果被编译成纸张，并以ACS光子学发表。此外，在计划外的发展中，我们研究了在结合硅纳米阵列和镜子的结构中，可以通过在连续体（FP-BIC）中表达Fabry-Perrot结合状态的表达来完全吸收入射光。旨在通过模拟验证原理和定量研究的分析研究表明，使用这种新结构，可以在吸收系数非常小的波长区域产生完美的吸收，并且可以进一步增加光电流。此外，我们对结构参数与吸收特性之间的关系进行了详细的研究，并证明了所提出的结构实际上可以被制造。模拟的结果汇编成论文，并发表在《应用物理学杂志》上。