ナノサイズの金属キラル構造による単層の光アイソレータ

具有纳米级金属手性结构的单层光隔离器

基本信息

批准号：
20J23133
负责人：
古澤岳
金额：
$ 1.98万
依托单位：
The University of Electro-Communications
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J23133/
关键词：
キラルメタマテリアル光学フィルタマイクロナノ加工

项目摘要

本研究は、金属ナノキラル構造が持つ可視光領域の強い円二色性を応用し、片側円偏光吸収による薄型・単層の光アイソレータの実現を目標に取り組んだ。今年度は、光アイソレータの実現に必要な光学特性である光領域で片側円偏光透過・片側円偏光吸収を示すキラルメタマテリアルの実機実証を遠赤外領域で達成した。本研究では動作理論の構築と実デバイスによる原理実証を並行して行った。動作理論構築では、有限要素シミュレーションの電磁場解析を用いて、片側円偏光吸収が発生する有望な条件を探索し、構造の形状と光学特性の関係を調査した。シミュレーション調査により赤外領域で片側円偏光透過・片側円偏光吸収を示すキラルメタマテリアルの有望条件を発見した。発見した有望構造に関して、フォトリソグラフィを用いて実デバイス化に取り組んだ。実デバイス製作は、一般的なマイクロナノ加工で用いられるリフトオフ等を用いて行った。その際に、デバイスを構成する金のマイクロキラル構造を2層構造で構成したため、2層目のパターニングの際に位置合わせ描画を行った。製作した金マイクロキラル構造を電子線顕微鏡で観察し、設計通りに製作できていることを確認した。製作した金マイクロキラル構造を遠赤外光に対して透明な樹脂に転写して透過型のデバイスを製作した。デバイスが示す円二色性を計測したところ、自然材料よりも桁違いに大きな円二色性を示すことが確認できた。また、シミュレーションの結果と比較したところ、実測値とシミュレーション結果の特徴が整合し、提案方法の妥当性を示すことができた。本手法は、前年度までのシミュレーション結果を考慮すると、共鳴構造をナノサイズまでスケールダウンすることで可視光での動作も見込める。そのため、本研究の最終目標である可視光における単層の光アイソレータの基礎的な特性を実現できたと言える。

这项研究旨在实现一个薄的单层光学隔离器，目的是应用金属纳米入口结构的可见光区域的强圆形二色性。今年，我们已经在远红外区域实现了手性超材料的实际证明，该区域表现出一侧圆形极化的光传输和光学区域中一侧圆形极化光吸收，这是实现光学隔离器所需的光学特性。在这项研究中，我们进行了操作理论的平行构建，并使用实际设备证明了原理。在操作理论的构建中，我们使用有限元模拟中的电磁场分析来寻找有希望的条件，在这种条件下，会发生单方面圆形极化的光吸收，并研究了结构形状与光学特性之间的关系。模拟研究发现了手性超材料的有希望的条件，这些材料表现出单方面圆形极化的传播和红外区域单侧圆形极化吸收。发现了有希望的结构，并使用光刻开发了实际设备。实际设备是使用升降机等制造的，这些设备通常用于微纳米处理。目前，构成该设备的金微血管结构是用两层结构构造的，在第二层的图案中进行了对齐。在电子束显微镜下观察到了产生的金微血管结构，以确认它是根据设计产生的。将产生的金微血管结构转移到了透明的远红外光的树脂中，以产生传输类型的设备。当测量设备显示的圆形二色性时，证实它表现出比天然材料大的圆形二色性。此外，与仿真结果相比，实际测量值和仿真结果的特征是一致的，表明该方法的有效性。考虑到上一年的仿真结果，该方法还可以用来将谐振结构缩放到纳米尺寸，从而使其在可见光下进行操作。因此，可以说，已经实现了这项研究的最终目标，单层光学隔离器的基本属性已经实现。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

遠赤外領域で片側円偏光吸収を示すシングルミクロンスケールの2層Auキラル構造

单微米级两层Au手性结构在远红外区域表现出单侧圆偏振吸收

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
古澤岳;関谷隆司;中村浩昭;菅哲朗
通讯作者：
菅哲朗

Au Nanospirals Transferred onto PDMS Film Exhibiting Circular Dichroism at Visible Wavelengths

DOI：
10.3390/mi11070641
发表时间：
2020-07-01
期刊：
MICROMACHINES
影响因子：
3.4
作者：
Furusawa, Gaku;Kan, Tetsuo
通讯作者：
Kan, Tetsuo

可視域で片側円偏光吸収特性を示す金ナノキラル構造

金纳米手性结构在可见光区域表现出单侧圆偏振光吸收特性

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
古澤岳;関谷隆司;中村浩昭;菅哲朗
通讯作者：
菅哲朗

光を操るシリコンプラズモンアンテナMEMS技術

操纵光的硅等离子体天线 MEMS 技术

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
応用物理
影响因子：
0
作者：
Gake Tomoya;Kumagai Yu;Takahashi Akira;Hiramatsu Hidenori;Oba Fumiyasu;Zixia Wei;安永竣，古澤岳，大下雅昭，菅哲朗，
通讯作者：
安永竣，古澤岳，大下雅昭，菅哲朗，

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