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Topological nature of photonic crystal slabs based on the honeycomb structure.

Publicly Offered Research

Project AreaFrontiers of materials science spun from topology
Project/Area Number 18H04211
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

石原 照也  東北大学, 理学研究科, 教授 (60168250)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords光起電力 / 反転対称性 / 光ガルバノ効果 / スピン運動量ロッキング / 幾何学的位相 / 光誘起起電力 / プラズモニック結晶 / メタ表面 / フォトニック結晶 / バンド反転 / トポロジー / シリコン / イメージング / 光整流
Outline of Annual Research Achievements

厚さ36nmの金薄膜に収束イオンビームにより直径800nmの半円を配列した連続アーチ構造を作製し、周期より長い波長(800~1600nm)の円偏光ナノ秒パルスレーザを照射して、光起電力を測定した。垂直入射において、この波長では回折は生じないが、アーチ構造によりy軸方向の対称性が破れているため、x軸方向に起電力が発生し、その符号は円偏光の向きに依存することを見出した。一方、x偏光およびy偏光では対称性が保たれているため、x軸方向の起電力は発生しない。
電磁場シミュレーションによって電磁場状態を解析したところ、円偏光励起により単位胞内の光励起状態がx方向に連続的にシフトすることで、定常的なポインティングベクトルが発生し、それが起電力を生み出していることが明らかとなった。当初実験で得られた起電力とポインティングベクトルの流れから予想される起電力の符号が逆になるという問題があったが、詳しく調べてみると、実験で使用した四分の一波長板の軸の方向が表示と90度異なっていることが分かった。(この波長板を販売している会社もそのことを認めている。)
連続アーチ構造のデザインでは発生した起電力がショートされにくい構造となっており、そのことが三角孔構造正方配列などのこれまでのデザインよりも起電力が大きいことの原因となっていることが推察される。
連続アーチ構造の電磁場バンド構造を調べるため、円偏光励起で角度分解透過スペクトルも測定したところ、左右の円偏光で透過スペクトルが異なることが実験及び数値計算で確認された。右回り円偏光における入射角θの透過強度は左回り円偏光における入射角-θでの値に一致している。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] 南方科技大(中国)

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Second-harmonic generation from complementary Au metasurfaces with triangular resonators2019

    • Author(s)
      Y. B. Habibullah、K. Iwata and T. Ishihara
    • Journal Title

      Journal of Optical Society of America B

      Volume: 36 Issue: 4 Pages: 1166-1175

    • DOI

      10.1364/josab.36.001166

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 周期的アーチ構造をもつ金属メタ表面における光ガルバノ効果(Ⅱ)波長依存性2020

    • Author(s)
      増中裕人、石原照也
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Photogalvanic effect in metallic metasurfaces with periodic arch structure2019

    • Author(s)
      Y. Masunaka, T. Ishihara
    • Organizer
      A3 Metamaterials Forum
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mode matched and mode mismatched double resonant plasmonic metasurfaces and its implication on efficient Second Harmonic Generation2019

    • Author(s)
      Y.B. Habibullah, T. Ishihara
    • Organizer
      A3 Metamaterials Forum
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Second order optical nonlinearity in metasurfaces2019

    • Author(s)
      T. Ishihara
    • Organizer
      International Symposium on Plasmonics and Nanophotonics
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Topological Nature of Photovoltaic Effect in Metallic Metasurfaces with Periodic Arch Structure2019

    • Author(s)
      T. Ishihara
    • Organizer
      International Conference on Topological Materials Science
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Second Harmonic Generation from Doubly Resonant Metallic Metaparticles2019

    • Author(s)
      石原照也
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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