トロイダル双極子共鳴のデバイス応用に向けたメタサーフェスプラットホームの構築

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これまでに，シリコン薄膜上にアスペクト比が小さいシリコンナノディスクのHexagonal arrayを配列した構造について，シミュレーションにより基本特性の解析を行ってきた．それにより，構造パラメータと共鳴モードの関係を明らかにし，目的の波長で高い吸収増強度と高Q値を同時に実現する構造の探索を行った．また，シミュレーションにより決定したナノディスクアレー構造を大面積に形成する技術を開発し，光吸収特性と光電流特性の評価を行った．本年度は，前年度に得られた実験データのシミュレーションによる解析を行い，シリコンのエネルギーギャップよりも長波長の領域でトロイダル双極子共鳴による光電流の増強の実現に成功していることを実証した．また，シミュレーション及び実験の結果を論文にまとめACS Photonics誌に発表した．さらに，当初予定していなかった展開として，シリコンナノディスクアレーとミラーを組み合わせた構造において，Fabry-Perot bound states in the continuum（FP-BIC）の発現により入射光の完全吸収を実現できる可能性がある事を検証した．原理検証を目的とする解析的な検討とシミュレーションによる定量的な検討により，この新構造を用いると吸収係数が非常に小さい波長領域において完全吸収が発現し，光電流をさらに増大できる可能性がある事を示した．また，構造パラメータと吸収特性の関係について詳細な検討を行い，提案した構造が実際に作製可能である事を示した．シミュレーションの結果を論文にまとめJournal of Applied Physics誌に発表した．