メタマテリアル・フォトニック結晶グループの研究内容

石原グループ
松原グループ(光スピントロニクスグループ)

金属メタマテリアルからの第二高調波生成

反転対称性が破れた系では二次の非線形光学過程が許容となり、ωの振動数をもった光を入射するとω+ω=2ωの光が発生します。 我々は非磁性体または磁性体の物質に光の波長より小さいスケールの人工構造を設計・作製し、自然界にはない環境における物理現象の研究を行っています。

(左)作製した正方格子メタマテリアル構造のAFM像(右)発生したSHGの偏光状態

金属メタマテリアルからの光起電力

反転対称性が破れた系では、第二高調波生成と対になる現象として、ω―ω=0の振動数をもつ電場すなわち、直流電場も発生します。 これをプローブとして、偏光方向、入射方向、人工構造のデザインと物質を様々に変えて、新しい物理を開拓しています。

(左)横起電力の測定配置(右)横起電力スペクトル

トポロジカルフォトニック結晶

誘電体の人工周期構造をうまく設計すると光の伝搬が許されないバンドギャップが生じます。 このとき、構造を特徴づけるあるパラメタを連続的に変化させるとバンドギャップがいったん閉じて再び開く場合があります。 このとき、その前後のバンドはトポロジカルな性質が異なり、両者を接続すると界面に局在したエッジ状態が生じます。 このようなシステムには電子系で最近活発に研究されているトポロジカル絶縁体に類似した物理がみられると考えて、設計自由度の高いフォトニクスの特徴を生かした研究を進めています。

自明(左)、非自明(右)なフォトニックバンド構造。第一、第二バンドのΓ点における振る舞いが異なっている。

 メタマテリアルについては石原の講演ファイルも参考にしてください。