フォトニック構造のための非接触ナノ粒子配列の構築

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前年度までに、凹面くぼみを持つ金属薄膜表面を用いて、900ナノメートルから1.5マイクロメートルの直径を持つポリスチレンナノ粒子の2次元周期構造を構築することに既に成功した。今年度はさらなる挑戦的課題に取り組み、当初計画していたポリスチレンナノ粒子の転写を必要としない、新しい2次元周期構造の構築方法を試み、以下の成果を得た。まず、ポリスチレンに代えて、より屈折率の高い酸化チタンによる2次元周期構造を構築した。ここではポリスチレンを平面基板上に六方最密充填したものをテンプレートとして用い、この上に酸化チタンゲルを霧状に噴霧し、隙間に堆積した酸化チタンゲルを焼成して固体構造物とした。この際、噴霧するゲルの量を変化させることで2次元パターンを作り分けることに成功した。つまり噴霧量が比較的少ない場合には六方格子状のドットアイランド型パターンに成長するが、噴霧量を徐々に増やすことによりハニカムメッシュ型の連続パターンへと移行していく。同じテンプレートから2つの異なるパターンを成長させることにより、格子間隔が同じである一方、構造と空間の充填率が異なる2次元構造を成長できることになる。さらに我々は、平面基板に対して垂直方向へのコントラストを向上させ、期待されるフォトニックバンドをより効果的にするため、酸化チタンでできたこれら2種類のパターンを基礎に、この上に酸化亜鉛微結晶を成長させることに成功した。