Optical birefringence of Zn nanoparticles embedded in silica induced by swift heavy-ion irradiation

高速重イオン照射により誘起されたシリカ中の亜鉛ナノ粒子の光学複屈折

雨倉 宏*; 大久保 成彰   ; 石川 法人   

Amekura, Hiroshi*; Okubo, Nariaki; Ishikawa, Norito

金属ナノ粒子を多量に含んだシリカ酸化物は、高速重イオンを照射すると照射方向にナノ粒子の形状が伸びることが発見されて以来、その光学的応用を目指して多くの研究者が形状変化のプロセスを研究してきた。本研究では、ナノ粒子の形状変化に伴う直線複屈折(試料の異方性に由来する直線偏光の屈折率の差)の照射量依存性を系統的に評価して、形状変化と光学的性質の変化の相関を詳細に調べた。その結果、形状変化を反映した複屈折は、10ions/cmの照射量から見え始め、510ions/cmで最も顕著に観察された。この材料は、特定の方向に偏光した光に限定して透過させる偏光膜としての応用が考えられる。近紫外領域で動作し、かつ膜厚が従来より薄い偏光膜が作成できる可能性が示された。

Zn nanoparticles (NPs) embedded in a silica matrix subjected to irradiation with swift heavy ions of 200 MeV Xe have been found to undergo shape elongation from spheres to prolate-spheroids while maintaining the major axes of the NPs in parallel alignment. The directionally-aligned Zn spheroids enable acquisition of optical properties, such as linear dichroism and birefringence. In this paper, the birefringence of the Zn spheroids was evaluated by the crossed-Nicols (XN) transmittance, where a sample was inserted between a pair of optical polarizers that were set in an orthogonal configuration. Linearly-polarized light aligned by the first polarizer was transformed to an elliptic polarization by the birefringence of the Zn spheroids. The existence of the birefringence was confirmed by the non-zero transmittance of the second polarizer in the orthogonal configuration.