紫外プラズモニクスの可視紫外アップコンバージョン増強への展開

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18J20276
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 雛本 樹生 神戸大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• キーワード: ナノアンテナ

研究実績の概要

本研究では、光アップコンバージョン材料とナノアンテナを組み合わせ、ナノスケールで電磁場のエンジニアリングを行うことによる変換効率向上を目的としている。本年度は、主に以下の研究に取り組んだ。
1) アルミニウムナノアンテナ：昨年度までに形成したアルミニウムナノアンテナについて性能評価を行った．明確なアップコンバージョン増強は実現できなかったが，数値計算等を用いることで，その原因を一定の範囲で特定した．また，上述の数値解析においては，多重極展開法に基づく解析プロセス・プログラムが付随的な成果として得られた．これに関し，現在論文が査読中であるのに加え，開発したプログラムをオープンソースとしてパブリックリポジトリ上で公開している．
2) 新規ナノアンテナ構造の提案：１の結果を踏まえ，金属薄膜・半導体細線ハイブリッド構造やメタサーフェス構造等，発光増強が期待できる新たな構造を提案した．実験・計算の両面から，これら新規構造の発光増強基板としてのポテンシャルを検討し，ギャップ効果等によって優れた発光制御性能を有することを明らかにした．
3) 指向性制御：単一のサブ波長構造体の指向性を評価するため，散乱・発光の角度・波長・偏光情報を実験的に得ることができる顕微分光システムを構築した．実際に指向性ナノアンテナについて測定を行い，14倍の指向性を実証した．
これらを中心とし，本年度は筆頭著者で4報，計7報の論文として研究成果を発表した（Preprint含む）．

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Stanford University/Northwestern University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Stanford University/Northwestern University
• [国際共同研究] Technical University of Denmark(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: Technical University of Denmark
• [雑誌論文] Color Toning of Mie Resonant Silicon Nanoparticle Color Inks (2021)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Takuma、Sugimoto Hiroshi、Hinamoto Tatsuki、Fujii Minoru
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 13 ページ: 13613～13619
  • DOI: 10.1021/acsami.1c01692
  • 査読あり
• [雑誌論文] Angle‐, Polarization‐, and Wavelength‐Resolved Light Scattering of Single Mie Resonators Using Fourier‐Plane Spectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Hinamoto Tatsuki、Hamada Mikihiko、Sugimoto Hiroshi、Fujii Minoru
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 9 ページ: 2002192～2002192
  • DOI: 10.1002/adom.202002192
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical Spin Sorting Chain (2021)
  • 著者名/発表者名: Hinamoto Tatsuki、Fujii Minoru、Sannomiya Takumi
  • 雑誌名: arXiv (Preprint server) 巻: － ページ: －
• [雑誌論文] Colloidal Solutions of Silicon Nanospheres toward All-Dielectric Optical Metafluids (2020)
  • 著者名/発表者名: Hinamoto Tatsuki、Hotta Shinnosuke、Sugimoto Hiroshi、Fujii Minoru
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 20 ページ: 7737～7743
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03295
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coupled Toroidal Dipole Modes in Silicon Nanodisk Metasurface: Polarization Independent Narrow Band Absorption and Directional Emission (2020)
  • 著者名/発表者名: Hasebe Hiroaki、Sugimoto Hiroshi、Hinamoto Tatsuki、Fujii Minoru
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 8 ページ: 2001148～2001148
  • DOI: 10.1002/adom.202001148
  • 査読あり
• [雑誌論文] Silicon Nanowire on Mirror Nanoantennas: Engineering Hybrid Gap Mode for Light Sources and Sensing Platforms (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto Hiroshi、Imaizumi Ryosuke、Hinamoto Tatsuki、Kawashima Takahiro、Fujii Minoru
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 3 ページ: 7223～7230
  • DOI: 10.1021/acsanm.0c01559
  • 査読あり
• [雑誌論文] MENP: An Open-Source MATLAB Implementation of Multipole Expansion for Applications in Nanophotonics (2020)
  • 著者名/発表者名: Hinamoto Tatsuki、Fujii Minoru
  • 雑誌名: arXiv (Preprint server) 巻: － ページ: －
• [学会発表] 誘電体粒子鎖における光スピンソーティング (2021)
  • 著者名/発表者名: 雛本 樹生, 三宮 工, 藤井 稔
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 光メタフルイドの実現へ向けたシリコンナノ粒子溶液の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 雛本 樹生, 堀田 慎之介, 杉本 泰, 藤井 稔
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] A Colloidal Solution of Crystalline Silicon Nanospheres: Toward Mie Resonance Based All Dielectric Metafluids (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuki Hinamoto, Shinnosuke Hotta, Hiroshi Sugimoto, and Minoru Fujii
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季学術講演会
• [備考] プログラム Multipole Expansion for NanoPhotonics (MENP)
  • URL: https://github.com/Hinamoooon/MENP
• [産業財産権] サブ波長光導波路 (2020)
  • 発明者名: 雛本 樹生，藤井 稔，杉本 泰，三宮 工
  • 権利者名: 雛本 樹生，藤井 稔，杉本 泰，三宮 工
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2020-219688