Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

フォトニクス / 周期構造体 / フォトニック結晶 / 表面レリーフ / 偏光 / アゾベンゼン / 液晶 / 光スイッチ / ホログラフィー / 光重合 / 過渡回折格子 / 光スイッチング

近年,飛躍的に増大する情報量を高速に処理できる次世代技術として光で光を処理するフォトニクスが注目されている。フォトニクスでは,光を流す(導波),分ける(分波),合わせる(合波)切り替える(スィッチング)といったさまざまな機能を有する素子を小型かつ安価に作製し,それらを巧みに組み上げる必要がある。空間的な屈折率分布を制御することで,導波,分波,合波が,時間的に屈折率を変化すればスイッチングが可能となる。アゾベンゼン液晶では,大きな屈折率変化が高感度で誘起されることからスイッチング素子として好適である。またこれまでに,光の干渉であるホログラフィーを利用してモノマーの光重合を行うことで,ナノメーターオーダーの二次元周期構造体を極めて簡便な手法で作製することに成功している。そこで本研究では,ホログラフィーを利用して高分子アゾベンゼン液晶の二次元周期構造体を簡便な方法で作製し,高感度高屈折率変化型の光スイッチング素子への応用を検討することを目的とした。アルゴンイオンレーザーの波長488nmの光を液晶モノマー混合物のフィルム上で干渉させ,光重合を利用してアゾベンゼン部位を有する高分子フィルムを作製した。未反応モノマーを除去した後,得られた構造体をAFM,SEMで観察したところ,表面に規則的な二次元周期構造を有することが明らかとなった。構造体に波長633nmの偏光を入射し発生する回折光の強度を測定したところ,入射偏光に応じて回折方向が変化することがわかった。

ホログラム / 液晶 / アゾベンゼン / 光記録 / 光スイッチング / 高分子 / 屈折率 / 回折格子 / 3環フェニルアセチレン / フォトクロミズム / 複屈折 / ホログラフィー / 屈折率変調 / 光相転移

ホログラムは光の干渉によって形成される回折格子中に光信号の強度情報と位相情報を同時に合わせもつため,画像情報の高密度多重記録・再生が可能である。これまでにホログラム記録材料として,有機色素/ポリメチルメタクリレートという原始的な有機材料や無機のフォトリフラクティブ材料が用いられているが,記録情報の書き換えや薄膜化が困難なことや,書込速度・アクセス速度の点で実用材料には到っていない。高速アクセスが可能な書換型高密度ホログラフィックメモリーを実現するためには,光によって屈折率を高速に,しかも可逆的に変調でき,かつ加工性に優れた新しい材料を開発する必要がある。
本研究では,1)製膜性に優れる高分子と,2)屈折率異方性をもつ液晶と,3)可逆的な光異性化反応を示すフォトクロミック分子を組み合わせ,ナノ秒スケールで高速にデジタル情報が書き込め,かつ書き換えが可能な高密度ホログラフィックメモリーを構築することを目的とした。
高分子アゾベンゼン液晶系におけるホログラム書き込みの応答性を調べるため,二光束に分けたピコ秒レーザーパルス(355nm;20ps,fwhm)をサンプルフィルム(膜厚:100nm)上で干渉させ,一次回折光の発生および減衰の過程を時間分解測定した。その結果,レーザーパルス照射により回折光は200nsで立ち上がり,極めて高速な応答を示すことが分かった。さらに,高分子アゾベンゼン液晶の厚膜(膜厚:20μm)を用い定常光で書き込みを行ったところ,ブラッグ領域でのホログラム記録が可能となり,43%という従来に比べ高い回折効率が達成できた。さらに,この記録は書き換え可能であることが明らかとなった。

【研究分担者】
宍戸厚	東京工業大学	資源化学研究所	助手	(Kakenデータベース)
金澤昭彦	山形大学	工学部	助教授	(Kakenデータベース)
塩野毅	東京工業大学	資源化学研究所	助教授	(Kakenデータベース)
木下基	東京工業大学	資源化学研究所	助手	(Kakenデータベース)
堤治	東京工業大学	資源化学研究所	助手	(Kakenデータベース)