集積回路の低消費エネルギー化に向けたナノメカニカル光素子の開発

开发纳米机械光学器件以降低集成电路能耗

• 批准号: 16J01574
• 负责人: 長崎 裕介
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J01574/
• 关键词: 光共振器; VO2; 酸化バナジウム; 相転移; Mie共振器; プラズモン共振器; メタマテリアル; メタ表面; 表面プラズモン; NEMS

本研究課題の目的は, 光電子融合回路内において低消費電力で光特性の動的制御が可能な光機能素子を実現することである. 当該年度の主な成果を以下に示す.Mie共振とは高屈折率誘電体内に励起される光共振現象である. 大きさが100nm程度の共振器で光を自在にコントロールできるため, 超小型/低消費エネルギーで動作可能な次世代のナノ光素子として期待が高まっている. しかし, これら共振器は一度構造を作製してしまうとその光特性は固定され, 低消費電力でアクティブな光特性を付与することは困難である.そこで金属ー誘電体相転移材料であるVO2に着目した. VO2を光共振器の材料として使用することで, その光特性を大きく変化させることが可能である. また, 相転移に必要な温度変化は5℃程度であり, 三次元ナノ構造すれば, 原理的には数十～数百aJオーダーのエネルギーで光特性の変調が可能である. したがって提案する材料自体を光共振器として使用することで, 低消費エネルギーで動作可能な光機能素子の実現が可能であると考えられる. そこでVO2を用いた光共振器特性の可逆制御の実現を目標とした.実際に円柱状のVO2ナノ構造を作製し, 赤外域における反射スペクトルを測定したところ, 反射率は25℃と75℃で顕著に変化した. 特定の大きさにすれば, 通信波長帯に近い波長1.6μmにおける反射率は85%も変化した.以上のように本研究ではVO2をナノ構造化することで光共振器を形成し, 低消費電力で動作可能な共振器の動的制御を実証した. 今後例えばレーザー加熱による相転移ナノ構造の制御が可能になれば, 全光スイッチングやモジュレーターなどの本格的なデバイス応用が現実味を帯びてくる. 本研究の成果は, 電子光集積回路の実現をさらに加速させるだろう.

The purpose of this research is to control the dynamic characteristics of light with low power consumption in optoelectronic fusion circuits, and to realize the optical function elements. When the main results of this year are shown below.Mie resonance and excitation in high refractive index induced electricity. Large resonators up to 100nm in size provide optical freedom, ultra-compact/low-cost performance, and next-generation optical performance with high expectations. The optical characteristics of the resonator are fixed, and the optical characteristics of the resonator are difficult to apply due to low power consumption. Metal phase shift material VO2 VO2 optical resonator material and use, the optical characteristics of the large change, the possibility. The necessary temperature change for phase shift is 5℃, and the optical characteristics of the three-dimensional structure can be adjusted by tens to hundreds of aJ. The material itself is an optical resonator, and its use is low in cost, and its operation is possible, and its optical function element is possible. The reversible control of optical resonator characteristics in the use of VO2 is aimed at. In fact, the columnar VO2 structure is controlled, and the reflectance of the red domain is measured at 25℃ and 75℃. In particular, the reflectivity of the communication wavelength band at the near wavelength of 1.6μm has changed from 85% to 85%. In this paper, we study the structure of VO2, the formation of optical resonators, and the control of resonator motion with low power consumption. In the future, for example, the phase shift of the structure of the heating system may be affected by the whole light, and the phase shift of the structure of the heating system may be affected by the whole light. The results of this study are: the realization of electron-optic integrated circuits and their acceleration.

项目成果

Designing Silicon Mie-Resonators as Subwavelength Color Pixels

将硅米氏谐振器设计为亚波长彩色像素

• 发表时间: 2018
• 作者: Y. Nagasaki;M. Suzuki;I. Hotta;and J. Takahara
• 通讯作者: and J. Takahara

Subwavelength Color Printing with Plasmonic and All-dielectric Nanoantennas

使用等离子和全电介质纳米天线进行亚波长彩色打印

• 发表时间: 2017
• 作者: J. Takahara;Y. Nagasaki;M. Suzuki
• 通讯作者: M. Suzuki

Active Switching between Mie and Plasmonic Resonances

米氏共振和等离子共振之间的主动切换

• 发表时间: 2018
• 作者: T. Kohno;Y. Nagasaki;I. Hotta;H. Takase;and J. Takahara
• 通讯作者: and J. Takahara

Electromechanically Tunable Plasmonic Nanowires Operating in Visible Wavelengths

• DOI: 10.1021/acsphotonics.6b00691
• 发表时间: 2016-12
• 期刊: ACS Photonics
• 影响因子: 7
• 作者: M. Miyata;Akira Kaijima;Yusuke Nagasaki;J. Takahara

Passive and active metasurface based on metal-insulator-metal structure

基于金属-绝缘体-金属结构的无源和有源超表面

• DOI: 10.1117/12.2245918
• 发表时间: 2016
• 期刊: Proceeding of SPIE
• 作者: Junichi Takahara;Tianji Liu;Hideaki Hatada;Yusuke Nagasaki;Masashi Miyata;Akira Kaijima
• 通讯作者: Akira Kaijima