メタマテリアルにおける光整流効果

超材料中的光整流效应

基本信息

批准号：
11J03275
负责人：
黒澤裕之
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、主として3つの成果を得る事ができた。第一は、金属人工微細構造における光整流効果の定式化とその発生機構の解明である。本研究では、2次の非線形電流に着目し、光の輻射力との関係にあるかを明らかにした。その結果、金属薄膜における表面電荷の光整流効果を取り入れることができ、実験結果を良好に再現する事に成功した。また、金属微細構造においては微細構造の空間的な断面積変化が光整流効果を発生させる事が分かった。この成果により、巨大な光整流応答を設計することができると期待される。第二の成果としては、磁気的メタマテリアルにおける逆輻射力効果の実現である。近赤外領域で屈折率が実効的に負となるダブルフィッシュネット構造において光整流効果を測定した。光整流電圧のスペクトルを解析した結果、入射角が正である場合に、起電力が正となっている波長域が存在している事が分かった。これは、金属中の自由電子が、正の入射角であるにも関わらず、負に駆動している事を示している。起電力スペクトルの数値計算によって、ループ電流が逆輻射力効果を発生させている事が分かった。この成果は、磁気共鳴が光整流効果を発生させる事を示しており、光整流効果を制御する新たな手法として期待される。第三に、本研究ではフォトニック結晶(PhC)に歪みを導入する事によって、光整流効果の発現に成功した。2種類のPhCを用意した。一つは、金薄膜の上に誘電体グレーティングを接合したPhCで、もう一つがそれを空間的に湾曲させたものである。空間的な歪みの無いサンプルは、入射角に対して対称な光整流応答を示したのに対して、歪の有るサンプルのそれは非対称であった。この効果は歪みを導入した事によって、局所的な逆格子空間が歪み、その結果対称性が破れるとして説明することが可能である。この成果は、空間的な歪みが光整流効果を発現させるという新たな発現機構を示している。

今年，我们取得了三项主要成果。第一步是制定金属人造微结构中的光学整流效应并阐明其产生机制。在本研究中，我们重点研究了二阶非线性电流，并阐明了它与光的辐射力是否存在关系。结果，我们能够将表面电荷的光整流效应结合到金属薄膜上，并成功重现了实验结果。此外，还发现金属微结构的空间横截面积变化会产生光整流效应。预计这一结果将使巨大的光学整流响应的设计成为可能。第二个成果是在磁性超材料中实现了反向辐射力效应。我们测量了双鱼网结构的光整流效应，其折射率在近红外区域实际上为负值。分析光整流电压的光谱的结果发现，存在当入射角为正时电动势为正的波长范围。这表明，尽管入射角为正，金属中的自由电子仍被负向驱动。电动势谱的数值计算表明，环路电流会引起反向辐射力效应。该结果表明磁共振产生光整流效应，有望成为控制光整流效应的新方法。第三，在这项研究中，我们通过将应变引入光子晶体（PhC）成功地产生了光整流效应。制备了两种类型的 PhC。一种是带有粘合到金薄膜上的介电光栅的光子晶体，另一种是空间弯曲的光子晶体。空间未扭曲的样品表现出相对于入射角对称的光学整流响应，而扭曲的样品则表现出不对称的光学整流响应。这种效应可以通过以下事实来解释：畸变的引入扭曲了局部倒易晶格空间，导致对称性破缺。这一结果展示了一种空间畸变产生光校正效应的新机制。