All-dielectric metafluid having magnetic responses in the visible range

在可见光范围内具有磁响应的全介电元流体

基本信息

批准号：
22K18949
负责人：
藤井稔
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は，可視光領域に低次のMie共鳴を有する結晶シリコンのナノ粒子を分散した溶液が，電気的共鳴と同等レベルの磁気的共鳴を有することに着目し，シリコンナノ粒子分散溶液のフォトニクスメタフルイドとしての特性を明らかにすることを目的とする．また，その光学素子材料としての有用性を実証する．Mie共鳴は粒子のサイズに強く依存するため，粒子サイズに分布があるとメタフルイドとしての特性が劣化する．そのため，本研究の成功は，溶液中のシリコンナノ粒子のサイズ分布をいかに低減するかにかかっている． 2022年度はまず，単一シリコンナノ粒子と同等の共鳴特性を示す溶液を大量に生成するプロセスの開発を行った．独自に開発したプロセスの最適化を行った結果、基礎研究を行うのに十分な量のシリコンナノ粒子分散溶液を作製することが可能になった。シリコンナノ粒子は電気双極子共鳴と磁気双極子共鳴を持つため，特定の条件において全散乱方向で入射光の円偏光が保持されることが理論的に示されている．これは、シリコンナノ粒子により円偏光近接場を増強できることを示しており、この現象は光学異性体を高効率に分離する新技術の開発につながる可能性がある。2022年度はまず、シリコンナノ粒子メタフルイドによる円偏光保存光散乱を実証することを目的に研究を行った。最初に、目的とする現象を実証するための実験について理論的な検証を行った。その結果、入射光の方向と直交する方向へ散乱される光の偏光を測定することにより、円偏光の保存の程度を評価できることが明らかになった。その結果を受けて測定光学系を構築し、シリコンナノ粒子メタフルイドの円偏光散乱特性の測定を行った。その結果、理論で予想された通りKerker条件を満たす波長において入射光の円偏光が保存されることを実証することに成功した。

本研究着眼于分散在可见光区域具有低阶米氏共振的晶体硅纳米粒子的溶液具有与电共振相同水平的磁共振，并着眼于硅纳米粒子分散溶液的光子学。目的是阐明元流体的特性。我们还展示了它作为光学元件材料的有用性。米氏共振强烈依赖于颗粒尺寸，因此如果颗粒尺寸存在分布，则作为元流体的性能会恶化。因此，这项研究的成功取决于如何减少溶液中硅纳米颗粒的尺寸分布。在2022财年，我们首先开发了一种生成大量溶液的工艺，该溶液表现出与单个硅纳米颗粒相当的共振特性。通过优化专有工艺，可以生产足够数量的硅纳米颗粒分散溶液用于基础研究。由于硅纳米颗粒具有电偶极共振和磁偶极共振，理论上表明在一定条件下，入射光在所有散射方向上都保持圆偏振。这表明硅纳米颗粒可以增强圆偏振光的近场，这种现象可能会导致光学异构体高效分离新技术的发展。在 2022 财年，我们首先进行了研究，目的是证明硅纳米颗粒元流体保持圆偏振的光散射。首先，我们对实验进行了理论验证，以证明所需的现象。结果表明，可以通过测量在与入射光方向垂直的方向上散射的光的偏振来评估圆偏振的保存程度。基于这些结果，我们构建了测量光学系统并测量了硅纳米粒子元流体的圆偏振光散射特性。结果，我们成功地证明了入射光的圆偏振在满足克克条件的波长下是守恒的，正如理论所预测的那样。