ポイント
- 光集積回路のプラットフォームで、構造ゆらぎや欠陥、曲げがあっても一方向のみに光を導くことができるトポロジカル光導波路の広帯域化を実現する手法を見いだしました。
- 真空より小さい誘電率を持つと同時に磁気光学効果を示す材料を用いることにより、光通信波長帯で広い波長幅で機能するトポロジカル光導波路の実現可能性を示しました。
- 本研究成果は、光回路のさらなる高密度集積化に寄与し、データセンターやサーバーの省電力化、光回路を活用した機械学習、新原理コンピューティング、光量子技術などの進展に貢献することが期待されます。
カイラルエッジ状態と呼ばれる特殊な光状態を活用することで、一方向のみに光を伝送するトポロジカル光導波路を実現できることが知られています。この導波路は、作製時に生じる構造ゆらぎや欠陥などがあっても散乱や反射なく光を伝送できることから、光配線などに利用される光集積回路の高密度化、高機能化を可能にすると期待されています。しかし、このカイラルエッジ状態を活用したトポロジカル光導波路を、光集積回路の主な動作波長である光通信波長域において広い波長範囲で機能させることは難しいと考えられてきました。
東京大学 先端科学技術研究センターの刘 天際 特任助教（研究当時）、岩本 敏 教授、慶應義塾大学の太田 泰友 准教授および電磁材料研究所の小林 伸聖 主席研究員、池田 賢司 主任研究員らの研究グループは、誘電率がゼロに近い値を示すＥＮＺと呼ばれる特性を持つ磁気光学材料（磁気光学効果を示す材料）を含むフォトニック結晶の構造に注目し、数値解析を行いました。その結果、ＥＮＺ特性を持つ磁気光学材料を用いることにより、過去の報告の１０００倍以上の広い波長帯域で動作可能な広帯域トポロジカル導波路の実現が可能であることを明らかにしました。
この成果は、従来技術では実現が困難であった一方向性導波路など、トポロジーを活用した光集積デバイスの可能性を開くものであり、集積光回路技術に基づくさまざまな応用において、その高効率化、高機能化に貢献することが期待されます。
本研究成果は、２０２２年４月２７日（太平洋夏時間）に米国科学誌「ＡＣＳ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ」のオンライン版に掲載されます。
本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「トポロジカル集積光デバイスの創成」（ＪＰＭＪＣＲ１９Ｔ１）、科研費・基盤研究（Ｓ）（１７Ｈ０６１３８）、科研費・基盤研究（Ｃ）（１７Ｋ０６８４９、１９Ｋ０５３００）、科研費・挑戦的研究（萌芽）（１９Ｋ２１９５９）および日本板硝子材料工学助成会の支援により実施されました。
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（５０６ＫＢ）
＜論文タイトル＞
- “Topological bandgaps enlarged in epsilon-near-zero magneto-optical photonic crystals”
- ＤＯＩ：10.1021/acsphotonics.1c01942
＜お問い合わせ先＞
-
＜研究に関すること＞
岩本 敏（イワモト サトシ）
東京大学 先端科学技術研究センター 教授
Tel：03-5452-6281
E-mail：iwamoto
iis.u-tokyo.ac.jp小林 伸聖（コバヤシ ノブキヨ）
電磁材料研究所 研究開発事業部 新機能材料創生部門 主席研究員
Tel：022-341-3788（代表）
E-mail：n.kobayashidenjiken.ne.jp太田 泰友（オオタ ヤストモ）
慶應義塾大学 理工学部 准教授
Tel：045-566-1496
E-mail：otaappi.keio.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
嶋林 ゆう子（シマバヤシ ユウコ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3531 Fax：03-3222-2066
E-mail：crestjst.go.jp -
＜報道担当＞
東京大学 先端科学技術研究センター 広報・情報室
E-mail：press
rcast.u-tokyo.ac.jp電磁材料研究所 事業支援室
Tel：022-347-3788（代表）
E-mail：BusinessSupportOfficedenjiken.ne.jp慶應義塾 広報室
Tel：03-5427-1541
E-mail：m-pradst.keio.ac.jp科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
E-mail：jstkohojst.go.jp