ポーラスアルミナを鋳型とする2次元フォトニック結晶の作製と励起分子の輻射制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14050082
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 益田 秀樹 東京都立大学, 工学研究科, 教授 (90190363)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉野 隆子 東京都立大学, 工学研究科, 助手 (70087295) ; 西尾 和之 東京都立大学, 工学研究科, 助手 (00315756)
• Keywords: フォトニック結晶 / TiO_2 / 鋳型プロセス / フォトニックバンドギャップ / 輻射制御

Research Abstract

屈折率が光の波長オーダーで周期的に変化する媒質中では,電磁波の存在できない波長域,フォトニックバンドギャッブが生じる.フォトニックバンドギャツブ特性を用いることで,光の伝播制御や,分子の励起状態の制御等の実現が期待されており,高精度なフォトニック結晶の実現が重要な課題とされている.様々なタイプのフォトニック結晶の中で2次元方向に屈折率が変化する構造は2次元フォトニック結晶と呼ばれ,媒質中にエアホールが規則配列した構造に代表される.2次元フォトニック結晶では,高屈折率媒質中に高アスペクト比エアホールが規則配列することが要求されるが,従来のリソグラフィー技術でこれを満足することは難しい.本研究では高アスペクト比ホールアレー構造を容易に形成可能な陽極酸化ポーラスアルミナを鋳型とし,典型的な高屈折率媒質であるTiO_2により構造を置き換えることで,可視光域で高い光閉じ込め効果を有する2次元フォトニック結晶の実現をはかることを目的に検討を加えた.
ポーラスアルミナを鋳型とするTiO_2ホールアレー構造の作製は,合金AIをもとに作製されたポーラスアルミナの特異的なエッチング特性と,TiO_2の電析充填の組み合わせによった。得られた試料の電顕観察結果からは,規則的なボールアレー構造が形成されていることが確認された.形成されたTiO_2ホールアレー構造は,加熱処理による結晶化後も保持可能であり,分光特性の評価を行った結果,可視光域においてストップバンドが形成されているのが確認された.更に,高屈折率媒質であるTiO_2により構造を置き換えることで水溶液中においてもストップバンドが形成されることが観察された.

Research Products

• [Publications] Kazuyuki Nishio, Masashi Nakao, Atsushi Yokoo, Hideki Masuda: "Ideally Ordered Metal Hole Array with High Aspect Ratios Prepared from Anodic Porous Alumina"Japanese Journal of Applied Physics. 42. L83 (2003)
• [Publications] Hideki Masuda, Kenji Kanezawa, kazuyuki Nishio: "Ordered Arrays of Nanopillars Formed by Photoelectrochemical Etching on Directly Imprinted TiO_2 Single Crystals"Adv. Mater.. 15. 159 (2003)
• [Publications] H.Masuda, A.Abe, M.Nakao, A Yokoo, T.Tamamura, K.Nishio: "Ordered Mosaic Nanocomposites in Anodic Porous Alumina"Adv. Mater.. 15. 161 (2003)
• [Publications] A.Yokoo, M.Nohtomi, H.Suzuki, M.Nakao, T.Tamamura, H.Masuda: "Emission from Functional-Polymer-Infected Point Defects in Two-Dimensional Photonic Crystals"IEEE J. Quantum Electronics. 38. 938 (2002)