Letter フォトニクス：三次元フォトニック結晶の「表面」における光子の操作 2009年7月16日 Nature 460, 7253 doi: 10.1038/nature08190 三次元（3D）フォトニック結晶では、結晶を通過する光の波長と同程度の周期的な屈折率変化によって、いわゆるフォトニックバンドギャップが生じる。これはちょうど、物質の結晶構造の周期変化する静電ポテンシャル中を動く電子が形成するエネルギーバンドギャップと類似している。そのような三次元フォトニック結晶は、光回路において光子を制御・操作するための基本要素となると期待される。これまで、そのような光制御を行うには、結晶内部に人工欠陥や発光体を埋め込み、三次元の全方向のバンドギャップ効果を利用することが不可欠であると考えられてきた。今回我々は、周期性が終端される三次元フォトニック結晶の「表面」においても、光子を制御・操作することが可能であることを実験により示す。この成果により、新しく汎用的な光子操作法が確立された。我々は、エバネッセント結合法を利用することにより、三次元フォトニック結晶が二次元表面状態をもつことを実証し、それらのフォトニックバンド構造をマッピングしている。また、光子が閉じ込められてこれらの二次元表面状態を介した伝搬が可能であることを示し、さらに、表面モードギャップの形成を通して人工的な表面欠陥構造を設計し、表面の任意の位置に光子を局在化させることに成功した。意外なことに、このような表面欠陥モードのQ値は、これまで報告されている三次元フォトニック結晶ナノ共振器の中で最高値である（Q値は約9,000に達する）。今回の研究結果は、フォトニック結晶による新しい光子操作方法を提供するのみならず、金属表面におけるプラズモンポラリトンの発生・制御および関連する表面発光現象にも関連する。三次元フォトニック結晶表面は吸収がないため、新しいセンシング応用や、高効率な光-物質の相互作用を実現する方法が得られるかもしれない。 Full Text PDF 目次へ戻る
