Optical angular momentum sorter with achiral structure using multi-spatial optical measurement

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01782
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28050:Nano/micro-systems-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Sannomiya Takumi 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (60610152)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤井 稔 神戸大学, 工学研究科, 教授 (00273798) ; 斉藤 光 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (50735587) ; 秋葉 圭一郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主任研究員 (80712538)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: カソードルミネセンス / ナノフォトニクス

Outline of Final Research Achievements

Selection of optical angular momentum is an essential element for next-generation communication and encryption. While chiral structures with a specific handedness have been proposed for optical angular momentum selection, their responses to left or right circular polarization are not equivalent, thus requiring a different structure for each parity. In this study, we utilized achiral nanostructures for controlling optical angular momentum of light. Furthermore, we developed a novel cathodoluminescence measurement method, which allows analyzing optical properties of nanostructures far beyond the diffraction limit of light with various light detection functions. Using this technique, we investigated the chiral optical properties of symmetric nanoantennas and waveguides, and confirmed their equivalent and selective chiral characteristics for both parities.

Free Research Field

電子顕微鏡

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光の角運動量を制御する研究はここ数年、通信だけでなく超解像顕微法、トラッピング、量子状態の選択など、応用から基礎まで広く注目を集めている。しかし、角運動量選択デバイスとしての研究は、フォトニック結晶におけるトポロジカルな導波路を除いては、キラルな構造あるいはキラルな物質を用いたものしか存在しない。本研究のアキラル構造の積極的な活用は、両方のパリティの角運動量を同等抽出するデバイスを実現するという点で学術的にも技術的にも極めてユニークで先進的な研究である。また、本研究で開発したカソードルミネセンスによる光計測法は、世界最先端な手法であり、他の追随を許さない。