禁制モードの時間特性を利用した高効率な光アンテナの実現

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金属ナノ構造による時間的な光閉じ込め効果の向上を図るために，周期配列金属ナノ構造および金属ナノ構造とフォトニック結晶とのカップリング系をそれぞれ構築した。時間分解計測から，これらのカップリング系において，長寿命なプラズモン共鳴が選択的に励起できることを明らかにした。また，電磁気学計算により近接場強度を見積もった結果，プラズモン位相緩和時間が長くなるに従い，近接場増強度も向上することがわかった。この成果は，カップリング系を用いて長寿命なプラズモン共鳴を励起することで，金属ナノ構造の時間的な光捕集機能が向上させ，単体の金属ナノ構造よりも強い近接場を誘起できることを示している。特に，フォトニック結晶と金属ナノ構造をカップリングさせた系においては，フォトニック結晶バンド付近においてスペクトル的にシャープな近接場増強が確認でき，金属ナノ構造においてQ値の大きな近接場を誘起できることが明らかとなった。また，遷移金属ダイカルコゲナイドと金属ナノ構造のカップリング系についても研究を行った。セレン化モリブデンと金属ナノ構造をカップリングさせると，プラズモン共鳴スペクトルに変調が生じ，共鳴スペクトル幅が短くなる現象が見出された。これは，セレン化モリブデンのエキシトンとプラズモン共鳴が相互作用することで，光学禁制なプラズモンモードが励起されたことを示唆している。このセレン化モリブデンと金属ナノ構造の電磁気学的な相互作用を利用することで，長寿命な禁制プラズモンモードが励起でき，近接場光増強を向上させることができると期待される。これを検証するために，遷移金属ダイカルコゲナイドと金属ナノ構造のカップリング系においてプラズモン位相緩和時間測定および近接場スペクトル測定を進めていく計画である。