【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.11】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22TU0199
利用課題名 / Title
ポラリトンレーザ実現のためのシリコンメタ表面の作製 / Fabrication of Si metasurface for polariton lasers
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
リソグラフィ/Lithography,CVD,ナノフォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,メタマテリアルメタマテリアル/ Metamaterial
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
村井 俊介
所属名 / Affiliation
京都大学大学院工学研究科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
Libei Liu
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
庄子研究員
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）,機器利用/Equipment Utilization
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
励起子ポラリトン (EP) は、物質内の励起子と光共振器内の光子との間の強い結合によって形成されるボソン特性を備えた光と物質の混成準粒子です。 それらのハイブリッド特性は、非平衡ボース・アインシュタイン凝縮体 (BEC) の実現に有望な見通しを提供し、室温 BEC は有機材料で可能です。 ただし、有機EPのBECを形成するために必要なしきい値は、キャリアの電気注入による凝縮を可能にするためには依然として高いままです。 これらの高いしきい値の背後にある要因の 1 つは、キャビティの寿命が非常に短いことであり、急速な EP 減衰につながります。これにより凝縮体を形成するためにリザーバにより高い励起子密度を注入する必要があります。 ここでは、室温での有機色素および全誘電体メタ表面のEPのBECを示します。
実験 / Experimental
東北大学試作コインランドリのLP-CVD装置を用い、シリカガラス基板上にpoly-Si薄膜を成膜した。その後の工程は京都大学で行い、電子線ビームリソグラフィで Si ナノシリンダーアレイを作製した。角度依存透過率測定を行った。色素を高濃度に含有したポリマー膜をシリンダーアレイ上に塗布し発光層とし、青色レーザー励起による発光を測定した。
結果と考察 / Results and Discussion
非常に低い損失を示す誘電体メタサーフェスを使用することにより、振動緩和と放射ポンピングを介してEP状態の効率的な集団を可能にするのに十分な長さのキャビティ寿命を達成することができます。 ポラリトン レーザー発振または非平衡ボーズ アインシュタイン凝縮がいくつかのキャビティでどのように達成されるかが示され、有機材料の BEC について報告されている最も低いしきい値の 1 つが観察されました（図1）。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 Angle-resolved photoluminescence of the arrays with 32 wt % dye concentration above the threshold.
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
その他ARIM利用機関：京都大学
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Gabriel W. Castellanos, Non‐Equilibrium Bose–Einstein Condensation of Exciton‐Polaritons in Silicon Metasurfaces, Advanced Optical Materials, 11, (2023).
DOI: 10.1002/adom.202202305
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 10.1002/adom.202202305.
- 第70回応用物理学会春季学術講演会（2023年3月15～18日＠上智大学）、シンポジウムT2「ミートロニクス～誘電体ミー共振器の物理と応用」、”局在共鳴と光回折の協奏現象～表面格子共鳴、Kerker効果、BICs～” （村井俊介）
- “Non-Equilibrium Bose–Einstein Condensation of Exciton-Polaritons in Silicon Metasurfaces, Gabriel W. Castellanos,” Mohammad Ramezani, Shunsuke Murai, Jaime Gómez Rivas, Adv. Opt. Mater. First published: 25 January 2023 ,
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件