| 研究課題/領域番号 |
20H05641
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(S)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 審査区分 |
大区分B
|
|---|
| 研究機関 | 東京工業大学 |
|---|
研究代表者 |
納富 雅也 東京工業大学, 理学院, 教授 (50393799)
|
|---|
| 研究分担者 |
森竹 勇斗 東京工業大学, 理学院, 助教 (50783049)
小野 真証 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, ナノフォトニクスセンタ, 主任研究員 (80728197)
高田 健太 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, ナノフォトニクスセンタ, 主任研究員 (90786659)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-08-31 – 2025-03-31
|
| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
|
| 配分額 *注記 |
183,690千円 (直接経費: 141,300千円、間接経費: 42,390千円)
2024年度: 30,030千円 (直接経費: 23,100千円、間接経費: 6,930千円)
2023年度: 36,790千円 (直接経費: 28,300千円、間接経費: 8,490千円)
2022年度: 36,530千円 (直接経費: 28,100千円、間接経費: 8,430千円)
2021年度: 40,430千円 (直接経費: 31,100千円、間接経費: 9,330千円)
2020年度: 39,910千円 (直接経費: 30,700千円、間接経費: 9,210千円)
|
|---|
| キーワード | ナノフォトニクス / トポロジカルフォトニクス / 非エルミート光学 / フォトニック結晶 / メタマテリアル / カイラリティ |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
近年トポロジカルフォトニクスの研究が活発化しているが、本研究では、構造を作製した後に動的に再構成可能な光トポロジー系を実現することを目指す。手法としては、ナノフォトニクス構造に機能ナノ材料を装荷修飾する方法と、屈折率虚部を用いた非エルミート光学周期系の特異な性質を利用する二つの方法を用いる。この手法により、光トポロジカル相転移の実現を目指し、さらに動的光トポロジー変化により実現する新たな光制御の提案を目指す。
|
| 研究実績の概要 |
本研究では、構造を作製した後に動的に再構成可能な光トポロジー制御技術を実現することを大きな目的とし、この目的達成のために、（１）ナノ材料修飾によるナノフォトニクス構造の制御技術開発、（２）非エルミート光学系を利用した制御技術開発、（３）新たなトポロジカルな性質の探索を行う。（１）に関しては、今年度相変化材料GSTをフォトニック結晶上に選択装荷した構造で、相変化による自発的共振器形成及び消去の動作を実証し、論文発表した。また、反ＰＴ対称性を持つフォトニック結合共振器にGSTを装荷した構造で、GSTの構造相転移による例外点制御により透過率の制御を実証した。並行して機能材料装荷によるハイブリッドフォトニック結晶技術の深化のために新たに透明な相変化材料であるSb3Se4膜や複素屈折率制御のための金属/誘電体膜の選択装荷技術の開発に着手した。（２）の非エルミート光学に関しては、従来非相反な系に限られていた非エルミートスキン効果が様々な相反な光学系に発現することを明らかにした。また、GaNによる中空六角ナノピラー構造におけるレーザ発振を達成するとともに、同構造の鏡映対称性を壊す位置に微小な複素摂動を与えることで非エルミート効果を通して光軌道角運動量を持つモードが発現することを理論的に見出した。この手法は様々なナノ構造の非エルミート摂動に展開できることも判明した。（３）に関しては代表的なバレートポロジー現象と考えられてきた急角度曲げ高透過現象が反転対称性を持たない結晶でも現れることを見出した。またフォトニック結晶のDirac点を用いることにより長距離伝搬可能なゼロ屈折率状態を世界で初めて実現した。
|
| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、構造を作製した後に動的に再構成可能な光トポロジー制御技術を実現することを大きな目的とし、この目的達成のために、ナノ材料修飾によるナノフォトニクス構造の制御技術、非エルミート光学系を利用した制御技術を用いるアプローチをとっているが、今年度は、これまでに開発してきた相変化材料GSTを選択装荷したハイブリッドフォトニック結晶を用いて複数の制御法を実現できたとともに、同技術を応用して新たな機能材料の装荷技術にも着手した。これにより、今後屈折率の実部、虚部をさらに幅広い範囲で局所的に制御することが可能となる。非エルミート光学現象としては、複素フォトニック結晶による例外点及びカイラリティの制御に加え、新たにナノピラー構造に微小複素屈折率摂動を与えることで軌道角運動量を伴うカイラリティが発現する現象を発見した。この現象は、まだカイラリティ発現機構が完全には解明されていないが、非エルミート光学の性質が反映されていることは明らかになっており、導波路、共振器等の様々な構造に適用可能であることが予想されるため、今後の重要テーマと位置付けている。また、非エルミートスキン効果に関しては様々な相反な光学系で実現でき、興味深い光伝搬現象を見出している。また、長距離伝搬可能なゼロ屈折率状態を実現できることがわかったことから、今後これまで測定が不可能だった様々なトポロジカルな性質にアクセスできるようになると考えている。以上のように、作製技術、理論解析、実験全般にわたって計画は順調に進んでいる。
|
| 今後の研究の推進方策 |
今期は我々がこれまでGST選択装荷フォトニック結晶のために開発してきた作製技術を、Sb3Se4膜や金属/誘電体膜などの新しい材料系に適用を開始した。この技術により、複素屈折率を自在に空間的に制御することが可能となり、非エルミート光学とトポロジカルフォトニクスの融合した領域において、従来にない構造の探索が可能となる。今後、この技術を高度化し、この複素屈折率制御によって実現される複素フォトニック結晶によって、トポロジカル相転移、例外点制御、カイラリティ制御等の光物性制御を狙っていく予定である。また、この技術で実現する複素フォトニック結晶構造は、非エルミートスキン効果の生成にも有利であり実験観測にも有望な技術を考えられることから、来年度はこの技術をベースにして、これまで殆ど実験観測例のないフォトニック結晶における非エルミートスキン効果の観測を狙う。また、今期ナノピラーに微小な複素屈折率による摂動を与えることにより、軌道角運動量を持つカイラルな光学モードが生成できることを新たに見出したが、この現象は非エルミート光学効果がその根源にあり、共振器、導波路、フォトニック結晶など様々な光学系に適用できることが期待される。さらに、非常に微小な摂動で状態制御ができる可能性を持つことから、制御技術としても興味深い可能性を持つことから、来年度はこの現象の機構を解明し、様々な光学系に適用するとともに、実験による実証を狙う。
|
| 評価結果 |
中間評価
A+: 想定を超える研究の進展があり、期待以上の成果が見込まれる
|
