積層化金属ナノ構造を利用した極薄光アイソレータの研究開発

本研究の目的は、可視光域で非対称な透過現象が発現する特殊な金属ナノ構造を研究し、その光透過率の非対称性(アイソレーション性能)および有効波長域を定量的に明らかにすることである。これに向けて本年度は、下記の研究項目を実施した。【実施内容】・特殊な金属ナノ構造とアイソレーション性能の相関解明・広帯域化の検証本研究の特色は、金属ナノ粒子インクを用いた印刷プロセスによる金属ナノパターンの3次元積層カイラル構造を作製し、そのアイソレーション性能および有効波長域との相関関係を明らかにすることである。2021年度に実施したRCWA法による3次元積層カイラル構造の設計と作製プロセスの検討について、2022年度は、モールドの作製とカイラル構造の試作を行った。ナノ印刷プロセスの繰り返し工程で積層化していくためのプロセス構築を進めた。ナノ印刷プロセスによるカイラル構造の1層分の光学特性を評価するため、斜め蒸着によるカイラル構造の作製も行い、その比較を行った。さらに、アイソレータ機能が得られる帯域を広げるための改良設計を行った。【得られた知見と今後に向けて】ナノ印刷プロセスにより、1層分のカイラル構造を積層化する工程において、1層目の上に2層目をナノインプリントで形成する際の離型がうまくいかず、プロセスの改良に時間を要した。結果として、転写したフィルムモールドの離型処理手法の改良により、積層化工程の離型性も向上し、必要な凹構造を転写形成することが可能になった。これにより、複数層の積層化カイラル構造を形成するプロセスは構築できたが、現状では光学特性が実験値と計算値での乖離が見られる。アライメント誤差や積層間のギャップなど3次元積層化構造として、どのように積層されているか観察を深めるとともに、シミュレーションとの相関を見つつ対策を打っていく。

本研究の目的は、可視光域で非対称な透過現象が発現する特殊な金属ナノ構造を研究し、その光透過率の非対称性(アイソレーション性能)および有効波長域を定量的に明らかにすることである。これに向けて本年度は、下記の研究項目を実施した。【実施内容】・特殊な金属ナノ構造とアイソレーション性能の相関解明・広帯域化の検証本研究の特色は、金属ナノ粒子インクを用いた印刷プロセスによる金属ナノパターンの3次元積層カイラル構造を作製し、そのアイソレーション性能および有効波長域との相関関係を明らかにすることである。2021年度に実施したRCWA法による3次元積層カイラル構造の設計と作製プロセスの検討について、2022年度は、モールドの作製とカイラル構造の試作を行った。ナノ印刷プロセスの繰り返し工程で積層化していくためのプロセス構築を進めた。ナノ印刷プロセスによるカイラル構造の1層分の光学特性を評価するため、斜め蒸着によるカイラル構造の作製も行い、その比較を行った。さらに、アイソレータ機能が得られる帯域を広げるための改良設計を行った。【得られた知見と今後に向けて】ナノ印刷プロセスにより、1層分のカイラル構造を積層化する工程において、1層目の上に2層目をナノインプリントで形成する際の離型がうまくいかず、プロセスの改良に時間を要した。結果として、転写したフィルムモールドの離型処理手法の改良により、積層化工程の離型性も向上し、必要な凹構造を転写形成することが可能になった。これにより、複数層の積層化カイラル構造を形成するプロセスは構築できたが、現状では光学特性が実験値と計算値での乖離が見られる。アライメント誤差や積層間のギャップなど3次元積層化構造として、どのように積層されているか観察を深めるとともに、シミュレーションとの相関を見つつ対策を打っていく。