Self-aligned amorphous nanostructure patterns for large-area metasurface

従来の人工構造表面（メタサーフェス）による熱輻射スペクトル制御技術では構造の周期性、均一性が制御特性に大きく関与するため、大面積作製プロセスにおいて発生する構造欠陥によって熱輻射スペクトル制御性能が大きく低下してしまうという課題があった。これに対し本研究ではアモルファス配列ナノ構造を用いた大面積メタサーフェスの実現を目的とする。短距離秩序のみ非周期構造では電子と同様に光子のアンダーソン局在が生じ、非周期でもフォトニックバンドギャップが形成するといった特異な光学特性の発現が知られている。これらの現象に基づくスペクトル特性は本質的に構造欠陥の影響を受けにくいと考えられる。申請者はスピノーダル分解に基づくアモルファス配列構造作製技術を報告しており、本研究では構造パラメータが制御特性へ与える影響を明らかにし、非周期構造でも高いスペクトル制御性を有する技術を確立する。これにより、高いスペクトル制御特性を有するメタサーフェス大面積化技術を実現し、微細構造を用いたスペクトル制御技術の実用化を目指す。本年度はNi基超合金のスピノーダル分解に起因するアモルファス配列構造において生じる高い波長選択吸収特性のメカニズムを理解するために平面波展開法を用いたバンド解析から計算される光子の状態密度解析および構造における電場解析を行った。その結果、アモルファス配列構造における光子の状態密度分布および電場分布には周期構造のものと異なる特徴があることが明らかとなり、これがアモルファス配列構造においてみられる欠陥の影響を受けにくい波長選択吸収特性につながっている可能性があることが明らかとなった。

従来の人工構造表面（メタサーフェス）による熱輻射スペクトル制御技術では構造の周期性、均一性が制御特性に大きく関与するため、大面積作製プロセスにおいて発生する構造欠陥によって熱輻射スペクトル制御性能が大きく低下してしまうという課題があった。これに対し本研究ではアモルファス配列ナノ構造を用いた大面積メタサーフェスの実現を目的とする。短距離秩序のみ非周期構造では電子と同様に光子のアンダーソン局在が生じ、非周期でもフォトニックバンドギャップが形成するといった特異な光学特性の発現が知られている。これらの現象に基づくスペクトル特性は本質的に構造欠陥の影響を受けにくいと考えられる。申請者はスピノーダル分解に基づくアモルファス配列構造作製技術を報告しており、本研究では構造パラメータが制御特性へ与える影響を明らかにし、非周期構造でも高いスペクトル制御性を有する技術を確立する。これにより、高いスペクトル制御特性を有するメタサーフェス大面積化技術を実現し、微細構造を用いたスペクトル制御技術の実用化を目指す。本年度はNi基超合金のスピノーダル分解に起因するアモルファス配列構造において生じる高い波長選択吸収特性のメカニズムを理解するために平面波展開法を用いたバンド解析から計算される光子の状態密度解析および構造における電場解析を行った。その結果、アモルファス配列構造における光子の状態密度分布および電場分布には周期構造のものと異なる特徴があることが明らかとなり、これがアモルファス配列構造においてみられる欠陥の影響を受けにくい波長選択吸収特性につながっている可能性があることが明らかとなった。