相変化材料を用いた平面型アクティブＴＨｚメタマテリアル

使用相变材料的平面活性太赫兹超材料

基本信息

批准号：
15F15059
负责人：
田中拓男
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-10-09 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，シリコン基板の表面に厚さ100nmの金薄膜を塗布した後，電子ビーム描画法と真空蒸着法を利用してシリカ層を挟んで膜厚50nmの金ディスク構造を等間隔に配列したメタマテリアルを試作した．数値計算の結果，いくつかの構造パラメータのうち，特に金ディスクの直径，シリカ層の膜厚，金ディスクの配列間隔の３つがメタマテリアルの特性を決める上で重要であることを見出した．数値計算では金ディスクの直径を１．５～１．８μｍの範囲で変化させたメタマテリアルの光吸収特性を求めたところ，５２～７３ＴＨｚの範囲で光吸収波長を変化させることができることを明らかにした．この結果をもとに実際にメタマテリアルを試作しその光吸収特性を測定した結果，６５～７５ＴＨｚの範囲で実際に光吸収波長が変化することを確認した．また，シリコン基板表面に塗布した金薄膜は，金ディスクが存在しない領域については存在しなくてもメタマテリアルの光吸収特性は大きく変わらない事を見出した．すなわち，２枚の金ディスクが透明ギャップ層を挟んで積層された構造でも目的とする特性が得られる事がわかった．金薄膜状に金ディスクを積層した構造では，基板に塗布した金薄膜の上でリソグラフィー等のパターニングを行わなければならないという問題があったが，金-誘電体-金の３層からなるディスク構造なら，基板表面にレジストパターンを作っておき，これに金，誘電体，金の３層の薄膜を塗布した後，リフトオフ法で一度に最終的なメタマテリアル構造が得られるというメリットがある．これら一連の実験の結果，ＴＨｚ領域において９０％の光吸収特性を持つメタマテリアルの試作に成功した．

在这项研究中，在将100 nm厚的金薄膜涂在硅底物的表面后，产生了超材料，其中将50 nm厚的金盘结构以相等的间隔排列，并用二氧化硅层夹在上面。数值计算发现，在几个结构参数，三个金盘直径，二氧化硅层的厚度以及金盘的排列间距对于确定超材料的特性很重要。数值计算表明，超材料的光吸收特性在1.5至1.8μm的范围内变化，并且光吸收波长可以在52至73 THz的范围内更改。基于这些结果，我们实际上产生了一种超材料并测量了其光吸收特征，并确认光吸收波长实际上在65至75 THz的范围内发生了变化。此外，发现超材料的光吸收特性在没有金盘的区域不会显着变化。换句话说，发现两个金磁盘用透明的间隙层插入的结构可以提供所需的特性。 In a structure in which gold disks are laminated in the form of gold thin films, there is a problem that patterning such as lithography must be performed on the gold thin film coated on the substrate, but in a disk structure consisting of three layers of gold-dielectric-gold, there is the advantage that a resist pattern is created on the surface of the substrate, and after applying a thin film of gold, dielectric, and gold, three layers of gold, and then a提升方法可以立即获得最终的超材料结构。由于这些一系列实验，我们成功地产生了THZ区域中光吸收特征90％的超材料。