紙よりはるかに薄い結晶で、光のふるまいをデザイン―ナノメートル厚の結晶の「向き」と「ねじれ」による新しい光制御 ―

2026-03-02 岡山大学,北海道大学

岡山大学北海道大学らの国際共同研究グループは、ナノメートル厚の2次元結晶MoOCl2を用い、結晶の「向き」と「ねじれ」によって光応答を自在に制御できることを実証した。円形で等方的なナノ構造でも、結晶の異方性により直線偏光の向きを変えるだけで共鳴波長や強度が大きく変化することを解明。さらに薄片を角度付きで積層すると、巨大な円二色性が発現することを確認した。金属形状に依存しない新しい光制御原理を示す成果で、高感度キラル分子センサーなどへの応用が期待される。成果はNature Communicationsに掲載された。

紙よりはるかに薄い結晶で、光のふるまいをデザイン―ナノメートル厚の結晶の「向き」と「ねじれ」による新しい光制御 ―
右図A:シリカガラス基板上のMoOCl2のナノ構造の模式図、B:代表的なMoOCl2の円形ナノ構造の電子顕微鏡写真(半径:87 ナノメーター(nm)、高さ:50 nm、構造間距離:500 nm)、C:反射顕微鏡で測定した構造全体の光学イメージ。上図はMoOCl2の金属的性質を持つ方向の直線偏光を照射、下図は絶縁体的性質を持つ方向の直線偏光を照射。

<関連情報>

異方性2D材料における双曲局在プラズモンとねじれ誘起カイラリティ Hyperbolic localized plasmons and twist-induced chirality in an anisotropic 2D material

Yaolong Li,Xu Shi,Yuxin Zhang,Yen-En Liu,Hong Yang,Guowei Lyu,Yasutaka Matsuo,Xiaoyong Hu,Qihuang Gong & Hiroaki Misawa
Nature Communications Unedited version

Abstract

Two-dimensional (2D) van der Waals materials with strong in-plane anisotropy are emerging as fertile platforms for nanophotonics beyond conventional isotropic noble metals and dielectrics. Here, we demonstrate hyperbolic localized plasmon resonances (H-LPRs) in MoOCl2, a representative anisotropic 2D crystal. Unlike conventional plasmons, H-LPRs arise directly from the crystal anisotropy and show unprecedented properties: (i) one-dimensional resonances in circularly symmetric nanodisks, (ii) Z-gap independence in metal–insulator–metal heterostructures, and (iii) twist-induced chirality with circular dichroism values exceeding 0.65. The H-LPRs are characterized by both far-field spectra and near-field imaging. By stacking twisted MoOCl2 flakes, we bridge H-LPRs with concepts of moiré photonics and twistronics, introducing a new degree of freedom in plasmonic design. These findings establish H-LPRs in anisotropic 2D materials as a generalizable and versatile platform for polarization engineering, ultrasensitive chiral sensing, and integration into compact on-chip and quantum nanophotonic devices.

0501セラミックス及び無機化学製品
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