2017 Fiscal Year Annual Research Report
Electric-field control of surface plmons on Mott-insulator oxides
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15K13331
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松井 裕章 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80397752)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
神吉 輝夫 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (40448014)
J・J Delaunay 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80376516)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 強相関酸化物 / ナノ構造体 / VO2 / 中赤外 / モット相転移 / 表面プラズモン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
VO2は、温度メモリー（履歴）効果を持つプラズモニックマテリアルとして機能し、外気温に応じて透過率制御が可能なスマートウインドウへの応用に寄与する。本研究課題は、60oC近傍で金属・絶縁体転移を示し、赤外域において表面プラズモン励起が可能な二酸化バナジウム（VO2）に着目する。従って、既存の金属（Ag, Au）材料を用いた遮熱技術と大きく相違し、光学応答へ温度制御という高付加価値を付与することが可能である。今年度（29年度）は、VO2ナノ構造体の表面プラズモン励起の光の電場励起を用いたプラズモン励起・緩和の動的過程を実験的に考察した。
VO2の表面プラズモン励起のダイナミクスの観測に向けて、トップダウン技術を用いて作製したVO2ナノ構造体を利用した。最初に、パルスレーザー堆積法を用いて、Al2O3 (0001)基板上にc軸配向したVO2エピタキシャル薄膜を成長させた。次に、ナノインプリントとイオンエッチング法を用いて、均一な2次元ナノドット構造を形成した。表面プラズモンの光電場励起のダイナミクスは、波長可変中赤外光源（ポンプ・プローブ：フェムト秒スケールでスペクトラルフォーカシングと差周波混合を組み合わせ、単一且つ広帯域の赤外パルス）を用いて時間分解分光計測を実施した。VO2ナノ構造体の表面プラズモン励起緩和のプロセスは、電子・電子相互作用と電子・フォノン相互作用（300fs程度）、及びフォノン・フォノン相互作用（1ps以上）が関与することが見出された。この結果は、外部の光電場による表面プラズモンの共鳴制御が達成されたことが示唆され、サブピコ秒のスケールの超高速な光スイッチ制御が実証された。本研究は、酸化物材料のプラズモン共鳴励起を用いた新しい赤外応用に貢献する。
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