【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.03】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23IT0021
利用課題名 / Title
バレープラズモニック結晶による光スピンソーティング
利用した実施機関 / Support Institute
東京工業大学 / Tokyo Tech.
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）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子線リソグラフィ/ EB lithography,フォトニクス/ Photonics
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)
斉藤 光
所属名 / Affiliation
九州大学先導物質化学研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
梅本高明
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
IT-038：電子ビーム露光装置
IT-002：電子ビーム露光データ加工ソフトウェア
IT-006：走査型電子顕微鏡
IT-024：触針式段差計
IT-026：デジタル顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
極性のある三角格子状の周期構造をもつ金属表面では、逆格子のK点およびK’点に逆向きの軌道角運動量をもつプラズモンモードが形成される。しかしながら、K点およびK’点のプラズモンモードは外部光と直接結合できない。そこで、周期構造中に欠陥構造を導入することで外部光と結合可能なカプラーとする。このカプラーを通じて円偏光が入射した際、その円偏光のスピンの向きに応じてK点およびK’点のプラズモンモードと選択的に結合し、光スピンソーターとして機能するデバイスの創製を目指す。
実験 / Experimental
蒸着法およびスパッタリングによりSi基板上にAgを150 nm、その上にSiO2を30 nm堆積させ、さらにその上に電子ビーム露光装置で高さ40 nmのAlの極性三角格子型の構造パターンを作製した。
結果と考察 / Results and Discussion
図に示すとおり、周期380 nmで三角格子状に配列された正三角形パターン（ナノプリズム）が精度よく作製された。ナノプリズムは一辺が250 nmである。また、3つのナノプリズムに囲まれた格子間位置の一つに直径120 nmのナノディスクが導入されており、これが、外部光とK点およびK’点のプラズモンモードとを結合させる役割をもつ。走査透過電子顕微鏡カソードルミネセンスにより、格子間ナノディスクを含む視野のフォトンマップを取得した。その際、円偏光フィルターを介した発光検出により、右巻き（RCP）および左巻き（LCP）円偏光強度の励起位置依存性を可視化した2枚のマップを同一視野から取得した。その差を図に示す。K点およびK’点のプラズモンモードが向きの異なる円偏光と結合したことを示す結果は得られなかったが、ナノディスク周辺にキラリティの発現を示唆する結果が得られている。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
作製された欠陥カプラーを含むプラズモニック極性三角格子の二次電子像と円偏光フィルターされたカソードルミネセンスマップ
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
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)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
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