ナノ結晶とメタマテリアル共振器を組み合わせた革新的な極小単一光子放出器の創生

创建结合纳米晶体和超材料谐振器的创新超小型单光子发射器

基本信息

批准号：
21K18197
负责人：
向井剛輝
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、光子発生源であるナノ結晶と単一メタマテリアル共振器を人工的な操作によって極めて高精度に位置制御して組み合わせ、ナノオーダーサイズの革新的な極小単一光子放出器を実現することを目的とする。この新しい構成を持つ極小な光量子素子はこれまでには無かったコンパクトな固体光量子回路の設計を可能とするものであり、光マイクロマシン、フォトニック結晶光導波路、シリコンフォトニクスなど他の既存技術との親和性も高いことから、同分野の新たな基盤技術になり得ると考えている。３年計画の２年目に当たる今年度は、昨年度導入した単一光子測定のための光学実験系を用いて、精力的に実験を進めた。微小な光共振器作製のために、従来のSPM（操作型プローブ顕微鏡）描画と選択無電解めっきによって素子を製造する工程からFIB（集束イオンビーム）加工による製造工程に切り替え、本格的に運用した。その結果、従来と比べて格段に思い通りの構造が作製できるようになり、素子性能が向上した結果、偏光方向を制御できる極小光子放出器を実現し、その動作を実証することに成功した。更に、FIB加工で実現できる、光導波路不要で横方向へ指向性よく光放出できる、プレーナー量子回路向けの単一光子放出器の提案を行った。これらの成果についての学会発表を行った。また、同時に進めているQD（量子ドット）光源の開発も順調に進めた。量子準位の状態を維持したまま見かけのQDサイズを位置制御に適したマイクロオーダーまで大きくするシリカコート技術の検討を進め、逆ミセルによるシリカの厚膜化の前に有機溶媒中で熱分解法によってQDの保護層をつけておくと、その後の厚膜化によってもQDの発光効率が比較的よく維持されることを見出した。更に、配位子交換によるQDの保護のための研究にも成果があった。これらの成果についても学会発表を行った。

这项研究旨在将纳米晶体（一个光子发电机）与单个超材料谐振器相结合，具有极高的精度位置控制，并通过人工操纵以实现一种创新的，纳米级的超小单个单光子发射器。这种新结构允许设计以前从未见过的紧凑型固态光量子电路，并且与其他现有技术（例如光学微机械，光子晶体光学波导和硅光子学）高度兼容，因此我们相信这可以成为同一领域的新基础技术。今年是三年计划的第二年，我们使用光学实验系统进行了实验，以进行去年我们引入的单光子测量。为了制造显微镜光学谐振器，我们从使用SPM（操作的探针显微镜）的制造元件的常规过程中切换出来，并使用FIB（集中的离子束）处理将其选择性电镀到制造过程中，我们能够认真操作。结果，该结构可以比以前更大，并且由于设备性能的提高，可以控制极化方向的最小光子发射极，并且成功地展示了其运行。此外，我们为平面量子电路提出了一个可以通过FIB处理实现的平面量子电路的单个光子发射器，并且可以在横向方向发出光，而无需光学波导。对这些结果进行了会议演讲。此外，目前正在同时进行的QD（量子点）光源的开发已经顺利进行。我们一直在研究一种二氧化硅涂料技术，该技术将明显的QD尺寸增加到适合于位置控制的微阶，同时保持量子水平状态，并发现，如果通过反向胶束增厚的硅胶增厚，QD发光的效率可以保持相对良好的良好，即使在有机隔离剂中，QD保护层是通过热量固定在有机溶剂中附着的。此外，还实现了配体交易所保护QD的研究。这些结果也在会议上提出。