京大、光でデザイン可能なテラヘルツデバイスを開発

　

　京都大学(京大) 学際融合教育研究推進センター次世代開拓研究ユニットの岡田隆典助教らの研究グループは、周期的なパターンをしたフェムト秒パルスレーザーを半導体表面に照射することでテラヘルツデバイスを作製し、このデバイスを用いて、テラヘルツ光の広帯域変調を実現したことを発表した。同成果は、英国科学電子雑誌「Scientific Reports」に掲載された。

　テラヘルツデバイスは一種の光誘起構造体であり、空間分布が周期的になったフェムト秒パルスレーザーを高抵抗シリコン半導体表面に照射することで作製される。

　光デザインテラヘルツデバイスの作製方法。成形された励起フェムト秒パルスによって半導体プリズム表面上に2次元金属構造が作製される。また、プローブ光としてテラヘルツ光を用いている

　この空間パターンは空間光変調器によって自由に作ることができ、簡単に形状を変えることができる。すでに発生と検出技術が確立したテラヘルツ光と呼ばれる新しい光を用いて反射光を観測した結果、特徴的なディップが現れることが判明しており、このディップは、平面金属構造表面からの光応答であることが確認されている。

　この結果は、フェムト秒レーザー照射するとシリコン表面にレーザー形状と同じ金属構造が作製され、レーザー照射を止めるとその金属構造が消滅することを意味している。つまり、光のパターンを自由に書く、または消すことで、構造が出現または消滅することを実現したというもので、広帯域の光変調も可能だという。

　テラヘルツ反射率のグラフ。図中のaは周期構造の周期。構造体による特徴的なディップが観測されている。周期を変えるとディップ周波数が大きく変化し、広帯域周波数変調を実現する。構造が無い場合はディップが現れない

　さらに、同技術はテラヘルツ光を操作する手法としても期待されている。フォトニック結晶やメタマテリアルなど光を操作する人工構造体は、今まで微細加工技術や電極接続が必要だったが、今回の研究で開発されたテラヘルツデバイスは、そうした加工技術や電極を必要としない光デバイスで、10万分の1秒でデバイスを作製、変形、消去できるため、デバイスをリアルタイムに何度も書き換えることが可能なため、電気を使わず光のみで動作する技術として応用展開することが期待できるという。