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光学材料：トポロジカルに可能となった一方向性の導波共鳴の観測
Nature 580, 7804 doi: 10.1038/s41586-020-2181-4
一方向性の放射は、レーザー、回折格子結合器、光アンテナなどさまざまなオプトエレクトロニクスの応用に重要である。しかし、既存の一方向性のエミッターはほとんど全て、外向きの波を妨げる材料や構造、すなわち鏡の使用に頼っており、鏡はかさばり、損失が多く、作製が難しいことが多い。今回我々は、フォトニック結晶スラブにおいて、反対側に鏡を置かなくてもスラブの片側に向かってのみ放射する、新たな種類の共鳴を理論的に提案し、実験的に実証する。我々が「一方向性の導波共鳴（unidirectional guided resonance；UGR）」と名付けたこの共鳴は、性質がトポロジカルであることが分かった。すなわち、この共鳴は、偏光場中の一対の半整数トポロジカルチャージが運動量空間において互いに跳ねてぶつかり合う時に出現する。我々は、最高で1.6 × 105という片側放射のQ値を実現することによって、電気通信領域におけるUGRを実験的に実証した。我々はさらに、遠方場の偏光測定を通して、そのトポロジカルな性質も実証する。今回の研究結果は、トポロジカル原理を適用して光場を制御する典型例であり、光検出や測距のためのエネルギー効率の良い回折格子結合器やアンテナをもたらす可能性がある。
