【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
23IT0044
利用課題名 / Title
プラズモニック結晶導波路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)
物質中のスピン緩和時間は短く、情報処理に応用するには光学情報への高速変換が必要である。物質との相互作用増強に優れた表面プラズモンポラリトンの利用は、光電デバイスの高効率化、高速化に有効であり、周期的に配列された金属ナノ構造のプラズモニックバンドギャップを利用した導波も提案されてきたが、従来の構造は周期性に由来したBragg反射による後方散乱が問題であった。本研究では、非対称性を導入してBragg反射を抑制するとともに、導波路上に外部円偏光を導波路モードと接続するカプラーを導入した構造を作製し、光スピンソーティングを検証した。
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70 nmのAlの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
導波路に対して上下に位置するPlCは、互いに導波路に平行な向き(x軸)に半周期(190 nm)並進移動した構造となっており、導波路モードのx軸方向へのBragg反射が防がれる。図中の黄色矢印で示された5箇所には、結晶を構成するディスク（直径160 nm）よりも直径が小さいディスク(直径120 nm)が配置されており、小ディスクの局在プラズモン共鳴と導波路モードのエネルギーが一致するように設計されている。本研究で利用される局在プラズモン共鳴は面内の電気双極子モードであり、導波路中を伝播するSPPを、z軸方向への発光に変換する働きがある。この導波路の各点に電子線を照射してSPPを励起しながら、z軸方向への発光を収集した。光を1/4波長板及び偏光子に通すことで、右巻き(RCP)及び左巻き(LCP)の円偏光を検出した。LCPでは視野の左側のほうが右側よりも強度が高く、RCPではその逆になっている。これは、導波路モードの伝播方向と小ディスクの局在双極子モードの角運動量の向きが対応していることを示している。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
作製した円偏光カプラーを含んだプラズモニック結晶導波路の二次電子像と(a,b)LCP(左巻き)とRCP(右巻き)円偏光フィルターを介して検出された走査透過電子顕微鏡カソードルミネセンスマップ。(c)導波路方向に抽出されたカソードルミネセンス強度プロファイル。
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.
- 木原孝太郎，池内みどり，Izzah Machfuudzoh，三宮工，斉藤光, "プラズモニック結晶導波路による光スピンソーティング"第71回応用物理学会春季学術講演会（東京）, 令和6年3月23日
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