高屈折率誘電体球のMie共鳴と金属ナノキャップのLSPRの干渉に基づく指向性光ナノアンテナ

摘要

光の回折限界以下のサイズ領域において、光を特定の方向に散乱させる指向性ナノアンテナはスイッチングデバイスや高感度センシングへの応用が期待されている。可視域で 3-5 の高い屈折率を持つ誘電体ナノ粒子は、光の周波数領域に電場や磁場と共鳴的に結合する電気双極子モード及び磁気双極子モードを持ち、両モードの双極子モーメントの大きさが一致する（Kerker 条件）波長では両モードの放射パターンが干渉することにより粒子全体の放射パターンに強い指向性が現れる。しかし球のような単純な構造では2つのモードの共鳴波長が一致しないため、Kerker条件を満たす波長での散乱断面積は共鳴波長における散乱断面積に比べてに小さい。この問題を解決するため、本研究では金属ナノキャップの表面プラズモン共鳴をMie共鳴に由来する双極子モードと結合させることを提案する。金属ナノキャップは表面プラズモン共鳴の電気双極子モードに加え、磁気双極子モードを持つことが知られている。