2019 Fiscal Year Annual Research Report
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17K19077
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
高原 淳一 大阪大学, 工学研究科, 教授 (90273606)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / プラズモニクス / ハイパボリックメタマテリアル / 光共振器 / 金属・絶縁体相転移 / 二酸化バナジウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
誘電体と負誘電体とのハイブリッド多層膜であるハイパボリックメタマテリアル（HMM）は、波数空間（k空間）における光の等周波数面が球面ではなく双曲型分散関係をとるために光伝搬や輻射に特異な特性が現れる。双曲面はk空間で開曲面をとるために、バルク伝搬波にもかかわらず波数に上限がない。このため表面波ではなく「バルク伝搬波が回折限界の制約を受けない」という著しい特徴を持つ。HMMはこれまでに超解像レンズ（ハイパーレンズ）、近接場熱輸送などへの応用が提案されてきたが、その可能性が十分に活用されていなかった。そこで本研究ではHMMのバルクナノ光デバイスとしての応用を目指して、光導波路や光共振器の基礎研究を行った。
最終年度はHMM光共振器におけるX字型共振モードについて、実験的な検証を行うための材料と構造について理論的な検討を行った。その結果、損失を低減するために波長域を中赤外に長波長化し、極性半導体において中赤外域に観測される表面フォノンポラリトンによる負誘電体を用いると低損失なHMM共振器を実現できることがわかった。この性質により共振波長がサイズに依存しない極めて小さな共振器を実現することができる。
研究期間全体としては、HMM光導波路のこれまで知られていなかった導波モードの特性を表面プラズモンの結合モードとしてミクロな視点から解明するとともに、HMM光共振器では共振波長が共振器のサイズに依存しない極めて小さな共振器を理論的に提案した。これは応用上きわめて重要な成果であり、光共振器の概念に変革を迫るものである。これによりHMM光共振器をメタ原子とする新しいメタサーフェスの実現も期待できる。これによりハイパボリック・フォトニクスともよぶべき新分野の基盤を確立することができた。
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