プラズモニックメソグレーティングの異常光透過特性の解明とナノ偏光フィルターの作製

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K22058
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 村井 俊介 京都大学, 工学研究科, 助教 (20378805)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 斉藤 光 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (50735587) ; 三宮 工 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (60610152)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Keywords: 表面プラズモン / メソグレーティング / プラズモニクス / ナノ光源 / ナノ偏光フィルタ

Outline of Annual Research Achievements

周期40～60 nm程度の金属メソグレーティング構造の特異な偏光フィルター作用について研究した．金属のグレーティング構造は分光器の回折格子として100年以上前から研究されているが，周期が100 nm以下のグレーティングは光回折を起こすには周期が短すぎるため，十分に研究されてこなかった．代表者はメソスケールの金属周期ナノ構造に励起される表面プラズモンを透過型電子顕微鏡下でのカソードルミネッセンス（TEM-CL）を用いて探索した結果，金属メソグレーティングが近接する光源からの発光に対し，グレーティングに直交する直線偏光のみを選択的に通過させるフィルターとして作用することを見出した遠方より照射される平面波を仮定した電磁波シミュレーションでは再現できておらず， ①周期が非常に小さい構造で，②近接する光源にのみ起こる特殊な現象だと推察している．この現象の機構を明らかにすることを本研究の目的とする．機構解明のために，R1年度は前年度にTEM－CLに従事していたポスドクを雇用し電磁波シミュレーションにより現象を再現することを試みた． Finite-Differential Time Domain(FDTD)法（Lumerical）を用いてシミュレーションを行ったところ、反射率スペクトルは実験結果を再現できた。それに対しCLスペクトルはグレーティングにより発光が抑制される結果となり、実験結果の再現には至らなかった．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

事前に十分な予備実験を行っていたものの、FDTDシミュレーションで完全な実験結果の再現が取れず、研究はやや計画から遅れている。

Strategy for Future Research Activity

昨年度の研究を受け、今年度は以下の研究を行う．
シミュレーションの再検討と結果のまとめ：シミュレーション結果をまとめ、実験結果との相違を精査し、論文としてまとめることを試みる
新規構造のデザイン：これまでの結果を踏まえて近接場光を制御する新しい構造をデザインすることを試みる

Remarks

代表者が所属する研究室のホームページ

Research Products

• [Remarks] 京都大学田中勝久研究室
  • URL: dipole7.kuic.kyoto-u.ac.jp