Self-aligned amorphous nanostructure patterns for large-area metasurface

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04894
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29030:Applied condensed matter physics-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Shimizu Makoto 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60706836)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 太陽光 / 熱ふく射 / アモルファス / スピノーダル分解 / フォトニック構造 / アンダーソン局在 / ナノ構造

Outline of Final Research Achievements

In this study, we analyzed the absorption properties of three different array structures with different periods and evaluated the effect of defects on the absorption properties. It was shown that the absorption rate decreases in proportion to the introduction of defects in the square lattice and honeycomb structures, while the absorption rate decreases only slightly in the hexagonal arrangement honeycomb structure. The photon density of states diagram based on the band structure calculated by the plane wave expansion method shows that the amorphous structure exhibits similar characteristics to the hexagonal honeycomb structure with short-range order, and that the band gap-like density of states decreases in many frequency regions, which is a factor suppressing the absorption peak decrease with respect to defects.

Free Research Field

エネルギー変換工学分野

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の人工構造表面（メタサーフェス）による熱輻射スペクトル制御技術では構造の周期性、均一性が制御特性に大きく関与するため、大面積作製プロセスにおいて発生する構造欠陥によって熱輻射スペクトル制御性能が大きく低下してしまうという課題があった。本研究では短距離秩序のみ非周期構造においてフォトニックバンドギャップ的な光子状態密度の変調が生じることを示し、これに基づく吸収ピークは構造欠陥の影響を受けにくいことを示した。この成果によって、スピノーダル分解に基づくアモルファス配列ナノ構造を用いた大面積メタサーフェスの実現が期待される。