Press Release! Nanodisks should not be taken lightly
オランダ(TU/e)、スペイン(CSIC)のグループらとの国際共同研究において、ガラス基板上に周期的に並べたナノ粒子内に近赤外光を閉込める技術を開発しました！ナノ粒子の位置やサイズをずらすことで構造の対称性を崩し、閉込め効率が非常に高い「連続スペクトル中の束縛状態（Bound States in the Continuum, BIC）」を制御できることを実験と計算の両面から示すことに成功しました！研究成果はLaser & Photonics Reviewsに掲載されました。 / We have developed a technique in collaboration with TU/e (the Netherlands) and CSIC (Spain), to trap near-infrared light in the periodic array of nanodisks on glass. By detuning the size and position of the nanodisk in the periodic array, Bound states in the continuum are generated. The results are published on Laser & Photonics Reviews.
Press-released at Kyoto U. / 京都大学のプレスリリースはこちら The press-release is also available on EurekAlert!
ガラスなどの平面上に周期的にナノ粒子を並べると、その周期に応じた波長の光を平面内に閉込めることが可能です。本研究では、周期に加え構造の“対称性”を制御することでBICと呼ばれる、さらに強い光閉込めを実現することを目的としました。そのために、サイズの異なる二種のシリコンナノ粒子を交互に並べた周期構造と、同じサイズのシリコンナノ粒子を、位置をずらして並べた周期構造を準備しました。両構造の周期は同じですが対称性が異なります。光の閉込めを調べたところ、両構造に起源の異なるBICが生じることがわかりました。これらの実験結果はナノ粒子に生じる磁気および電気双極子を考慮したモデルにより説明され、面内と面外、異なる振動方向の2種の双極子がBIC発現に関わっていることが明らかになりました。本研究成果は、直感的かつ広範囲の周波数に拡張可能なBIC調整手法を提供するものであり、光閉込めによるレーザやセンサ、非線形光学への応用が期待されます。/ By periodically arranging nanoparticles on a flat surface such as glass, it is possible to confine light with a wavelength corresponding to the period within the flat surface. In this research, we aimed to realize even stronger optical confinement, called BIC, by controlling the “symmetry” of the structure in addition to the periodicity. For this purpose, we prepared a periodic structure in which two types of silicon nanoparticles with different sizes are alternately arranged, and a periodic structure in which silicon nanoparticles of the same size are arranged with their positions shifted. Both structures have the same period but different symmetry. We investigated the confinement of light and found that BICs with different origins occur in both structures. These experimental results are explained by a model that considers the magnetic and electric dipoles generated in the nanoparticles, and it has been clarified that two types of dipoles, in-plane and out-of-plane, with different vibration directions, are involved in the generation of BIC. The results of this research provide an intuitive and extendable BIC tuning method for a wide range of frequencies, and are expected to be applied to lasers, sensors, and nonlinear optics by optical confinement.
Engineering bound states in the continuum at telecom wavelengths with non-Bravais lattices, Shunsuke Murai, Diego R. Abujetas, Libei Liu, Gabriel W. Castellanos, Vincenzo Giannini, José A. Sánchez-Gil, Katsuhisa Tanaka, Jaime Gómez Rivas, Laser & Photonics Reviews 2022, 2100661.【DOI】10.1002/lpor.202100661
本研究は科研費(21H04619, 22H01776)およびJSPS Bilateral Program (JPJSBP120219920)に支援を受けました。