微粒子とその規則配列が引き起こす高次光学機能：自己組織化コロイド結晶のフォトニクスへの応用と今後の展開

摘要

光の波長と同程度の周期的な屈折率分布を有するフォトニック結晶は，光の伝播特性を自由にコントローリレできる可能性があることから近年大変注目されている．この結晶の最大の特徴は，特定の波長の光を伝播しないフォトニックバンドギャップ(PBG)を有することである．この特使を用いれば，従来の光学部材の限界を打破する新しい光学デバイスを提供できる可能性があり，実用化を目指した研究が盛んに行われている．ここで重要となるのは，この高次の周期構造体をいかにつくるか（精密かつ再現性良く簡便に），という点である．これまで様々な手法が提案されてきているが，中でも，粒径の揃った微粒子を規則配列させたコロイド結晶を用いるアプローチは，比較的容易かつ低コストで3次元のフォトニック結晶構造を形成できることから大変魅力的である．この方法を用いれば，粒子サイズを変えるだけでストップバンドの位置を可視光域から近赤外域まで対応させることが可能である．しかしながら，本結晶の欠陥密度は高く，高品質なコロイド結晶を作製する技術が現状確立されていない，また，制御された欠陥導入が困難，さらには，完全PBGが開かない，などの課題がある．本解説では，こうした課題に対し，近年幾つかのブレークスルーが報告されているのでその一部について紹介し，今後の応用の可能性と展望について述べる．