半導体エレクトロニクスとプラズモニクスの融合による次世代情報伝達回路の創製

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24350104
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 藤田 晃司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50314240)
• 研究分担者: 村井 俊介 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20378805)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 表面プラズモン / プラズモニクス / 導電性酸化物 / 導電性窒化物

研究実績の概要

半導体電子回路の集積密度は飽和を迎えつつあり，これを克服する一つのアプローチとして速く信号を伝えられる光回路を組み込むことが提案されているが，光の回折限界により光回路を微細化された電子回路に組み込むことは困難である。本研究では，高速性と微細性を兼ね備えた次世代情報伝達・処理回路の要素技術を開発するため，電子と光を結び付ける技術として金属/誘電体の界面に局在する電磁モード，すなわち表面プラズモンポラリトン（SPP）に注目している。 これまで，金属層としては金や銀などの貴金属が用いられてきたが，貴金属には吸収損失が大きいという欠点がある。
前年度までの研究において，導電性酸化物や導電性窒化物が貴金属代替材料として有望であることが明らかになった。たとえば，錫を添加した酸化インジウム（ITO）および窒化チタン（TiN）のエピタキシャル薄膜に対して反射率測定を行った結果，薄膜成長条件を最適化することにより，ITO薄膜は近赤外（1500nm付近），TiN薄膜は可視域において低損失プラズモニック材料となることがわかった。
平成26年度は，高品質ITO薄膜およびTiN薄膜に対してナノインプリントおよび反応性イオンエッチングを施して周期ナノドットアレイを作製し，プラズモニクス特性を評価した。両薄膜ともナノ構造の存在に基づく回折効果によりSPPの分散特性が変化する様子が確認され，これらの材料が次世代情報伝達・処理回路の実現に向けて有望であることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Faraday Effect of Bithmuth Iron Garnet Thin Film Prepared by Mist CVD Method (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Yao, T. Sato, K. Kaneko, S. Murai, K. Fujita, and K. Tanaka
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 54 ページ: 063001-(1-6)
  • DOI: 10.7567/JJAP.063001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 貴金属を補完するプラズモニクス材料－ナノフォトニクス材料としての導電性セラミックス－ (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田晃司，村井俊介
  • 雑誌名: セラミックス 巻: 49 ページ: 508-514
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accelerated Discovery of Cathode Materials with Prolonged Cycle Life for Lithium-ion Battery (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Nishijima, T. Ootani, Y. Kamimura, T. Sueki, S. Esaki, S. Murai, K. Fujita, K. Tanaka, K. Ohira, Y. Koyama, and I. Tanaka
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 ページ: 4553-(1-7)
  • DOI: 10.1038/ncomms5553
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preparation of Yttrium Iron Garnet Thin Films by Mist Chemical Vapor Deposition Method and Their Magneto-Optical Properties (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Yao, T. Sato, K. Kaneko, S. Murai, K. Fujita, and K. Tanaka
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 53 ページ: 05FB17-(1-5)
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.05FB17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Faraday Effect in Porous Iron Oxide Thin Films Coupled to Localized Surface Plasmon Resonances (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Murai, M. Aratani, K. Fujita, and K. Tanaka
  • 雑誌名: J. Jpn. Soc. Powder Powder Metallurgy 巻: 62 ページ: 18-26
  • DOI: 10.2497/jjspm.62.18
  • 査読あり
• [学会発表] Plasmonic Nanolaser by Core-Shell Structures (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Fujita
  • 学会等名: Optics & Photonics Japan 2014
  • 発表場所: Tsukuba University, Tokyo campus
  • 年月日: 2014-11-05 – 2014-11-07
  • 招待講演
• [学会発表] プラズモニックレーザー応用に向けた金属ナノ構造の設計と合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤田晃司
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] 金属ナノ粒子との組み合わせによる蛍光体の発光スペクトルと発光方向制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村井俊介，藤田 晃司，田中 勝久
  • 学会等名: 日本セラミックス協会 第27回秋季シンポジウム
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-11
• [学会発表] Spectral and Spatial Tailoring of the Photoluminescence Coupled to Plasmonic-Photonic Hybrid Mode (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Murai, K. Yamanaka, K. Fujita, K. Tanaka
  • 学会等名: Sixth International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA 2014)
  • 発表場所: Leeds University, UK
  • 年月日: 2014-07-27 – 2014-08-01
• [学会発表] Plasmonic Characterization of Epitaxial Thin Films of Indium Tin Oxide in the Near-Infrared Region (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Kamakura, K. Fujita, S. Murai, K. Tanaka
  • 学会等名: Sixth International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA 2014)
  • 発表場所: Leeds University, UK
  • 年月日: 2014-07-27 – 2014-08-01
• [学会発表] 単結晶窒化チタン薄膜の表面プラズモンポラリトン特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大道 陽平，安原 隆一郎，村井 俊介，藤田 晃司，田中 勝久
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会 平成26年度春季大会
  • 発表場所: 早稲田大学国際会議場
  • 年月日: 2014-06-03 – 2014-06-05
• [備考] 京都大学 大学院工学研究科 材料化学専攻 無機材料化学講座 応用固体化学分野 田中研究室
  • URL: http://dipole7.kuic.kyoto-u.ac.jp/