NIMS、光が表面のみを散乱せずに伝わるフォトニック結晶を発見

2015年6月10日 17:07

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フォトニック結晶の模式図。絶縁体や半導体の円柱(ナノロッド)が蜂の巣格子に並んでいる。
電磁波が漏れないように、金属で上下を挟んでいる。(物質・材料研究機構の発表資料より)

フォトニック結晶の模式図。絶縁体や半導体の円柱(ナノロッド)が蜂の巣格子に並んでいる。 電磁波が漏れないように、金属で上下を挟んでいる。(物質・材料研究機構の発表資料より)[写真拡大]

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 物質・材料研究機構(NIMS)の古月暁主任研究者・呉龍華NIMSジュニア研究員のグループは、光の透過や屈折を制御するフォトニック結晶において、光を含む電磁波が、表面のみを散乱することなく伝わる新しい原理を解明した。

 近年、物質の表面だけに特別な性質が現れるトポロジカル特性を持つ物質の研究が、活発に行われている。フォトニック結晶においても、通常は光が結晶内を通過する際に欠陥などによって散乱してしまうが、トポロジカル特性を実現することで、散乱することなく光の透過を制御することができ、光による効率のよい情報伝播機能を実現することができると考えられている。

 今回の研究では、蜂の巣格子に配列した絶縁体や半導体のナノロッドの位置を調整するだけで、トポロジカル特性をもつフォトニック結晶が実現できる新しい原理を発見した。位置調整によってできたナノロッドの六角形クラスターには、スピンという従来は電子にしかない特徴をもつ電磁波が現れ、その結果、六角形クラスター同士の間隔を小さくすれば、フォトニック結晶でトポロジカル特性が発現することが理論的に明らかになった。

 今後は、本研究成果と既存のエレクトロニクス技術との融合により、新規機能や新規デバイスの研究開発に新しい展開がもたらされると期待されている。

 なお、この内容は「Physical Review Letters」に掲載された。論文タイトルは、「Scheme for Achieving a Topological Photonic Crystal by UsingDielectric Material」。

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