ナノアンテナによる円偏光制御と計測手法の開発~シリコンナノ粒子近傍の円偏光特性を解明~

2026-02-24 神戸大学

神戸大学大学院工学研究科の研究グループは、シリコン製ナノアンテナ近傍で生じる円偏光のヘリシティ(回転方向)を制御し、その空間分布を実験的に計測する手法を開発した。球状シリコンナノ粒子のMie共鳴を活用することで、光強度を高めつつヘリシティを保存・反転できることを電磁場解析で解明。さらに、MoS₂薄膜とのハイブリッド構造を作製し、円偏光選択ラマン散乱を用いてナノスケール近接場の偏光状態を読み出すことに成功した。従来困難だった局所的円偏光分布の直接評価を可能にし、エナンチオマー識別や円偏光誘起反応、絶対不斉合成への応用が期待される。成果はACS Photonicsに掲載された。

ナノアンテナによる円偏光制御と計測手法の開発~シリコンナノ粒子近傍の円偏光特性を解明~
(a) シリコンナノ粒子の透過型電子顕微鏡像と、 (b) 同高分解能像(b)より、シリコン結晶の格子じまが明瞭に見られ、結晶性が高いことがわかる。杉本泰(CC BY)

<関連情報>

Mie共鳴シリコンナノスフィアに結合したMoS2のヘリシティ分解ラマン応答の調整 Tailoring the Helicity-Resolved Raman Response of MoS2 Coupled to Mie-Resonant Silicon Nanospheres

Mojtaba Karimi Habil,Hiroshi Sugimoto,Daisuke Shima,Hiroto Shinomiya,Minoru Fujii
ACS Photonics  Published: February 23, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5c02955

Abstract

High-index all-dielectric nanoantennas supporting Mie resonances provide a versatile platform for tailoring light–matter interactions. However, their effect on the helicity of emission from nearby emitters is poorly understood. Here, we investigate the Raman intensity and degree of circular polarization (DOCP) in few-layer MoS2 coupled to the Mie resonances of silicon nanospheres (Si NSs). Theoretical analysis shows that a circularly polarized (CP) emitter near a Si NS exhibits strong radiative enhancement at the magnetic dipole (MD) and magnetic quadrupole (MQ) modes while largely preserving the ellipticity. In contrast, Au NSs provide no considerable enhancement and significantly degrade the ellipticity in their near field. Experimentally, the helicity of the out-of-plane vibration of chalcogen atoms in Si NS/MoS2 structures is well preserved at ED, MD, and MQ resonances. These results reveal Mie-mode-selective control of Raman intensity and helicity, highlighting the advantages of Si NSs for valleytronics, helicity-resolved Raman spectroscopy, and chiral nanophotonics.

0500化学一般
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