光を「集める」「ためる」二つの働きを一つのナノ構造で実現〜高感度センサーや光情報処理デバイスへの応用に期待〜

2026-07-16 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、二次元材料ジクロロオキソモリブデン(MoOCl₂)の単一ナノ構造内で、光を強く局在させる「集める」機能と、特定波長の光を閉じ込める「ためる」機能を同時に実現しました。MoOCl₂は結晶方位によって金属的性質と誘電体的性質を併せ持つ異方性材料であり、この特性を利用して円盤状ナノ構造を作製し、さらに金薄膜を反射膜として組み合わせることで光閉じ込め効果を向上させました。その結果、光の偏光方向を変えるだけで二つの共鳴モードを独立して切り替えられ、同一波長領域で共存させても互いに干渉しないことを実証しました。本成果は、単一ナノ構造で複数の光機能を自在に制御できる新たな設計指針を示すものであり、高感度光センサー、超小型光スイッチ、光情報処理デバイス、ナノフォトニクス技術への応用が期待されます。

光を「集める」「ためる」二つの働きを一つのナノ構造で実現〜高感度センサーや光情報処理デバイスへの応用に期待〜
図1 一つのMoOCl2ナノ構造で実現した二つの光の働き

<関連情報>

双曲型材料の単一ナノ構造における金属共鳴モードと誘電体共鳴モードの共存 Coexistence of Metal and Dielectric Resonance Modes in a Single Nanostructure of a Hyperbolic Material

Yaolong LiXu Shi,Yuxin Zhang,Yen-En Liu,Lin Qiao,Hong Yang,Shufeng Wang,Guowei Lyu,Yasutaka Matsuo,Xiaoyong Hu,Qihuang Gong,and Hiroaki Misawa
ACS Nano  Published: June 20, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.6c06696

Abstract

Hyperbolic materials that exhibit metal and dielectric responses to orthogonal polarizations offer possibilities for controlling nanophotonic modes beyond those of conventional isotropic materials. Here, we demonstrate the coexistence of metal and dielectric resonance modes in single MoOCl2 nanostructures, a hyperbolic plasmon material with metal-dielectric duality. The two modes are nonhybrid and are controlled independently by the two orthogonal in-plane polarizations, without mode mixing or crosstalk. According to mode analysis, localized plasmon resonance is excited along the metal permittivity axis of MoOCl2, while the dielectric magnetic dipole mode is excited along the orthogonal dielectric axis. Compared to the plasmonic mode, the dielectric mode has a much higher Q factor and a different hotspot distribution. The dielectric mode also exhibits much stronger photoemission enhancement due to the different hotspot distribution along the z-axis, as measured by photoemission electron microscopy. By adjusting the structural parameters, the two modes can be tuned to overlap in spectra while maintaining the polarization control. The coexistence of these modes and their polarization dependence in single nanostructures provide a fundamental strategy for nanophotonic design, particularly for engineering polarizations, enhancing nonlinear processes, and achieving multifunctional metasurfaces.

0403電子応用
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