積層化金属ナノ構造を利用した極薄光アイソレータの研究開発

利用层状金属纳米结构的超薄光隔离器的研发

• 批准号: 21H01851
• 负责人: 穂苅 遼平
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 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 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01851/
• 关键词: 光アイソレータ; 金属ナノ構造; メタマテリアル; ナノ印刷; 積層構造; 積層化金属ナノ構造; ナノ印刷プロセス; 光アイソレータ; 金属ナノ構造; メタマテリアル; ナノ印刷; 積層構造; 積層化金属ナノ構造; ナノ印刷プロセス

本研究の目的は、可視光域で非対称な透過現象が発現する特殊な金属ナノ構造を研究し、その光透過率の非対称性(アイソレーション性能)および有効波長域を定量的に明らかにすることである。これに向けて本年度は、下記の研究項目を実施した。【実施内容】・特殊な金属ナノ構造とアイソレーション性能の相関解明・広帯域化の検証本研究の特色は、金属ナノ粒子インクを用いた印刷プロセスによる金属ナノパターンの3次元積層カイラル構造を作製し、そのアイソレーション性能および有効波長域との相関関係を明らかにすることである。2021年度に実施したRCWA法による3次元積層カイラル構造の設計と作製プロセスの検討について、2022年度は、モールドの作製とカイラル構造の試作を行った。ナノ印刷プロセスの繰り返し工程で積層化していくためのプロセス構築を進めた。ナノ印刷プロセスによるカイラル構造の1層分の光学特性を評価するため、斜め蒸着によるカイラル構造の作製も行い、その比較を行った。さらに、アイソレータ機能が得られる帯域を広げるための改良設計を行った。【得られた知見と今後に向けて】ナノ印刷プロセスにより、1層分のカイラル構造を積層化する工程において、1層目の上に2層目をナノインプリントで形成する際の離型がうまくいかず、プロセスの改良に時間を要した。結果として、転写したフィルムモールドの離型処理手法の改良により、積層化工程の離型性も向上し、必要な凹構造を転写形成することが可能になった。これにより、複数層の積層化カイラル構造を形成するプロセスは構築できたが、現状では光学特性が実験値と計算値での乖離が見られる。アライメント誤差や積層間のギャップなど3次元積層化構造として、どのように積層されているか観察を深めるとともに、シミュレーションとの相関を見つつ対策を打っていく。

这项研究的目的是研究特殊的金属纳米结构，其中不对称传递现象在可见光范围内发生，并定量阐明其光传射（隔离性能）和有效波长范围的不对称性。为此，今年进行了以下研究项目。 [内容] - 阐明特殊的金属纳米结构与隔离性能之间的相关性 - 验证宽带化的特征是通过使用金属纳米粒子印刷的印刷金属纳米图案制造三维堆叠的手性手学结构，并阐明其隔离性能和有效的波长之间的相关性。关于使用RCWA方法考虑三维堆叠手性结构的设计和制造过程，该方法于2021年（2022财年）实施，我们制造了模具并产生了手性结构。我们已经开始构建一个通过重复步骤层压纳米覆盖过程的过程。为了评估一层手性结构的光学特性，还通过倾斜蒸发制造了手性结构，并进行了比较。此外，已经进行了改进的设计，以扩大可以获得隔离器函数的带宽。 [获取知识和未来方向]在使用纳米打印过程为一层手性结构层压的步骤中，第二层在第一层上释放使用纳米印刷的释放并不成功，并且花了一些时间来改善过程。结果，转移膜模具的模具释放过程提高了层压步骤的模具释放性，从而可以转移并形成必要的凹形结构。这允许构建多层手性结构，但目前，光学性质的实验值和计算值之间存在差异。作为三维层压结构，例如对齐误差和堆栈之间的差距，我们将加深对层堆叠方式的观察，我们还将在查看与模拟的相关性的同时采取措施。