フォトニック結晶

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詳細 2015年1月27日 01:12更新: フォトニック結晶の作製

はじめに

　モルフォチョウという蝶を知っていますか？南米に生息する大型の蝶で、翅の表面は青色の金属光沢を持つ美しい蝶です。この美しい翅は、１万分の１mmの周期構造によって生み出されます。オパール、貝殻、孔雀の羽、タマムシも同様に"周期構造"によって美しく輝いています。
　私たちが現在研究しているフォトニック結晶は、これらの自然界における美しい物質と深い関係があります。

フォトニック結晶とは

　フォトニック結晶とは周期構造を持ち、光に対して特異な性質を持つ物質のことです。フォトニック結晶の最も顕著な性質は、一定の周波数の光を結晶内から排除する能力をもつということです。この排除された周波数の領域をフォトニックバンドギャップ (photonic bandgap) と呼び、フォトニック結晶の周期構造を上手に設計することで自由にこの領域を設定することができます。
　フォトニックバンドギャップは、固体結晶中での電子に対するエネルギーバンドギャップ、すなわち、特定のエネルギー範囲の電子の存在しない禁止帯と同じように説明することができます。固体結晶中では電子は波として振る舞い、その波長と原子間隔の大きさが同程度だと、ブラッグ反射によってバンドギャップが形成されます。フォトニック結晶では周期的な屈折率の変化によって光波がブラッグ反射され、フォトニックバンドギャップが生じます。

今後にむけて

　フォトニック結晶には１次元、２次元、３次元周期構造体があります。この中で、３次元フォトニック結晶は、作製方法が他の構造体よりも難しいという問題がありますが、どの方向からでもフォトニックバンドギャップが存在する唯一の構造体です。本研究室では、この３次元フォトニック結晶を、微小球を用いて作製することに現在取り組んでいます。

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