メタサーフェス構造による負屈折物質中における波束伝搬の実験的観測
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20J21825
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
伊知地 直樹 筑波大学, 理工情報生命学術院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | Surface Plasmon / ultrafast / structured light / spin angular momentum / Metamaterial / Ultrafast |
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| Outline of Research at the Start |
人工的な微細共振器構造の集積によって作られる「メタマテリアル」によって、光の異常屈折や負の波数などの非常に興味深い性質を持つ負の屈折率を持った物質の設計・作成が可能になった。本研究は、時間分解二光子顕微鏡法による観測実験、金属表面の複素分散関係の数値計算、電磁界シミュレーションによって負の屈折率を有するメタマテリアル構造内部における波束の伝搬現象の時間発展のダイナミクスを詳細に理解することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、金属平面における自由電子の集団的な振動運動: Surface Plasmon Polariton (SPP)波束の伝搬現象の理解及びコントロールを目的とし、数値計算、電磁界シミュレーション、超短パルスレーザーを用いた実空間観測実験を行った。
2020-21年度には金属平面上に作成したナノスケール共振器構造にSPP波束を入射させる際に生じる光学的共鳴現象をフェムト秒(10^-15 s)スケールで時間分解観察し、共振器構造の構造に依存した反射率/透過率の変化や透過波束における異常遅延現象を観測した。観測された異常遅延現象は理論モデルによる計算および電磁界シミュレーションによる検証により、金属表面上におけるSPPが有する周波数分散に起因して生じる、波束中の空間的な周波数分布と共振器の持つ離散的な共鳴モードの相互作用によるものであると結論付けた。
2022年度には、SPPを励起する入射光において波束を構成する周波数ごとに個別の位相シフトを付加することで設計した空間分布、伝搬特性を有するSPP波束、Space-Time (ST) SPP波束の励起及び観測実験を行った。これまで理論計算においてのみ予測され励起手法が未検討だったST-SPP波束は、自由空間中でSPPの分散に合わせた補正を与えた励起用ST波束を金属平面上のナノスケール単スリット構造に照射することで励起しうることを電磁界シミュレーションによって示した。得られた結果をもとに新規に実験系を構築し、設計した無回折特性および空間分布を有するSPP波束の励起及び伝搬現象の観測に成功した。加えてST-SPP波束における三次元的な電磁場分布よりスピン角運動量の導出を行い、今回励起及び観測したST-SPP波束には三次元的なスピンテクスチャが付随して伝搬することを示した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(21 results)
