グラフェンは成功裏に製造されて以来、その優れた材料特性により多くの分野で幅広く注目されており、特に高速な光電応答、広いスペクトル吸収、サイズの利点などの特性を備えており、微小・ナノ光電探知器の製造に理想的な材料の一つです。現在、グラフェン光電探知器は実現されていますが、従来の構造に基づくグラフェン探知器は光吸収効率が低く、光電応答が劣るという問題があります。プラズモンを利用した光吸収の強化は実行可能な技術的手法ですが、微小・ナノ構造が複雑すぎること、コストが高いこと、性能が十分でないことといった問題があります。本論文では、Auグレーティング／グラフェン／h-BN／SiO₂を基盤とするヘテロ構造を提案し、h-BNと赤外光の相互作用により発生するフォノンポラロンプラズモン効果を利用して赤外光をグラフェン内に局在化し、グラフェンおよびヘテロ構造全体の吸収率を強化します。また、グラフェンとh-BNの格子定数が近似しており、本ヘテロ構造はグラフェンの優れた光電性能を最大限に発揮することが可能です。有限要素法（FEM）により吸収率と電磁場分布を解析した結果、入射光の周波数が1550 cm⁻¹のとき、Auグレーティング／グラフェン／h-BN／SiO₂混合構造のグラフェン層の電力散逸密度はAuグレーティング／グラフェン／SiO₂の対照構造の4.4倍、光吸収率は対照構造の6.5倍であることが分かりました。同時に、h-BNの厚さ、Au電極の厚さおよびグレーティング幅を制御することで吸収強度の調整が可能です。本研究は、グラフェンを基にした中赤外光電探知器の実現に理論的根拠を提供します。

グラフェン; 六方窒化ホウ素; フォノンポラロンプラズモン