All-dielectric metafluid having magnetic responses in the visible range

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本研究は，可視光領域に低次のMie共鳴を有する結晶シリコンのナノ粒子を分散した溶液が，電気的共鳴と同等レベルの磁気的共鳴を有することに着目し，シリコンナノ粒子分散溶液のフォトニクスメタフルイドとしての特性を明らかにすることを目的とする．また，その光学素子材料としての有用性を実証する．Mie共鳴は粒子のサイズに強く依存するため，粒子サイズに分布があるとメタフルイドとしての特性が劣化する．そのため，本研究の成功は，溶液中のシリコンナノ粒子のサイズ分布をいかに低減するかにかかっている． 2022年度はまず，単一シリコンナノ粒子と同等の共鳴特性を示す溶液を大量に生成するプロセスの開発を行った．独自に開発したプロセスの最適化を行った結果、基礎研究を行うのに十分な量のシリコンナノ粒子分散溶液を作製することが可能になった。シリコンナノ粒子は電気双極子共鳴と磁気双極子共鳴を持つため，特定の条件において全散乱方向で入射光の円偏光が保持されることが理論的に示されている．これは、シリコンナノ粒子により円偏光近接場を増強できることを示しており、この現象は光学異性体を高効率に分離する新技術の開発につながる可能性がある。2022年度はまず、シリコンナノ粒子メタフルイドによる円偏光保存光散乱を実証することを目的に研究を行った。最初に、目的とする現象を実証するための実験について理論的な検証を行った。その結果、入射光の方向と直交する方向へ散乱される光の偏光を測定することにより、円偏光の保存の程度を評価できることが明らかになった。その結果を受けて測定光学系を構築し、シリコンナノ粒子メタフルイドの円偏光散乱特性の測定を行った。その結果、理論で予想された通りKerker条件を満たす波長において入射光の円偏光が保存されることを実証することに成功した。