Peculiar local field responses in Fano-resonant multilayer systems and their applications

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本年度は、Fano共鳴を示す多層膜系の特異な局所場応答を解明するために、以下の点について研究を推進した。（１）平面多層膜系での入れ子構造によるFano共鳴の発現：従来のATR測定により、平面多層膜系のFar-field応答にFano共鳴が現れることが分かっている。ATR応答は、そもそも系全体の光吸収応答によって決定されるが、ブロードなモードを示す、金属プラズモン層あるいは誘電体導波路層内でのFano形状と、もう一方のシャープなモードを示す誘電体導波路層のLorentzian形状の重ね合わせの結果としてFano形状が発現する（Fano形状=Fano形状＋Lorentzian形状）と考えられる。さらに、金属プラズモン層あるいは誘電体導波路層の局所場は、層の厚み方向に沿って異なるFano形状を示し、結局層全体のFano形状は様々なFano形状の重ね合わせの結果である（Fano形状＝Fano形状の足し合わせ）ことが示唆される。従来の誘電体のみの多層膜の計算を発展させ、今回金属―誘電体多層膜系についても、解析を進めた。その結果、誘電体のみの多層膜に限らず金属―誘電体多層膜も含めて、一般的にFar-fieldのFano光学応答が、上述の入れ子構造のメカニズム（多重Fano共鳴）で発現することが明らかになった。（２）球形多層膜系のＦano共鳴への展開：従来は、平面多層膜系を研究対象にしてきたが、さらに多様な局所場の振舞いを解明するために、コアーシェル多層膜球の光学応答の研究に着手した。数値計算を可能とするため、Mie散乱の効率を一般的に計算できるプログラムを構築した。そのプログラムを使って、励起子吸収を示す球形誘電体ナノ粒子の計算を行ったところ、散乱スペクトル及び減光スペクトルにFano共鳴が見出された。