JP2019077007A - プラズモニック構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的高い融点を有しつつ、比較的大きな光の吸収率又は放射率を有することの可能なプラズモニック構造体を提供する。【解決手段】プラズモニック構造体１は、表面プラズモン・ポラリトンを共振させる共振部３と、ベース層５とを備える。ベース層５は、第４族元素を含む第１化合物によって構成される。共振部３は、第４族元素を含む第２化合物によって構成される。ベース層５による光の吸収率は、共振部３による光の吸収率よりも小さく、又は、ベース層５による光の放射率は、共振部３による光の放射率よりも小さい。【選択図】図４

Description

本発明は、プラズモニック構造体に関する。

特許文献１に記載されたプラズモン共鳴構造体は、光照射によってプラズモン共鳴を生じる構造体である。具体的には、プラズモン共鳴構造体は、基部と、基部上に形成された凹凸構造部とを有する。基部及び凹凸構造部の各々は、プラズモニック材料によって形成される。従って、電場が増強されるとともに、光の吸収量が増大する。

特開２０１５−２６６３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたプラズモン共鳴構造体では、プラズモニック材料として、金、銀、アルミニウム、又は銅が利用される。従って、プラズモン共鳴構造体の耐久性が低い可能性がある。金、銀、アルミニウム、又は銅の融点が比較的低いからである。具体的には、プラズモニック材料が電磁波（光を含む。）を吸収すると、プラズモニック材料の温度が上昇する。従って、融点が低いと、プラズモン共鳴構造体の耐久性が低くなる可能性がある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的高い融点を有しつつ、比較的大きな光の吸収率又は放射率を有することの可能なプラズモニック構造体を提供することにある。

本発明の一局面によれば、プラズモニック構造体は、ベース層と、表面プラズモン・ポラリトンを共振させる共振部とを備える。前記ベース層は、第４族元素を含む第１化合物によって構成される。前記共振部は、第４族元素を含む第２化合物によって構成される。

本発明において、前記ベース層による光の吸収率は、前記共振部による光の吸収率よりも小さく、又は、前記ベース層による光の放射率は、前記共振部による光の放射率よりも小さいことが好ましい。

本発明において、前記共振部は、前記ベース層から突出していることが好ましい。

本発明において、前記ベース層上に配置される誘電体層（２１、３１）をさらに備えることが好ましい。前記共振部は、前記誘電体層から突出していることが好ましい。前記誘電体層を構成する誘電体の誘電率の実部は、正の値を有することが好ましい。

本発明において、前記共振部のサイズに応じて、８０％以上の吸収率で吸収される光の波長が定まり、又は、８０％以上の放射率で放射される光の波長が定まることが好ましい。

本発明において、可視光の吸収率が８０％以上になるように、又は、可視光の放射率が８０％以上になるように、前記共振部のサイズが設定されていることが好ましい。

本発明において、前記共振部は、前記ベース層への通電又は前記ベース層への加熱に応じて前記可視光を放射することが好ましい。

本発明において、前記第１化合物は、ハフニウムナイトライドであり、前記第２化合物は、ハフニウムナイトライドであることが好ましい。

本発明において、複数の前記共振部を備えることが好ましい。

本発明によれば、プラズモニック構造体は、比較的高い融点を有しつつ、比較的大きな光の吸収率又は放射率を有することが可能である。

本発明の実施形態１に係るプラズモニック構造体を示す斜視図である。 実施形態１に係るプラズモニック構造体を示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 実施形態１に係るプラズモニック構造体による高効率な光吸収の原理を示す図である。 （ａ）は、高融点材料の比誘電率の実部を示す図である。（ｂ）は、高融点材料の比誘電率の虚部を示す図である。 （ａ）は、プラズモニック材料の比誘電率の実部を示す図である。（ｂ）は、プラズモニック材料の比誘電率の虚部を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、平板形状を有するプラズモニック材料及び高融点材料の吸収率を示す図である。 平板形状を有するハフニウムナイトライド及び黒体の熱放射スペクトルを示す図である。 本発明の実施形態２に係るプラズモニック構造体を示す斜視図である。 実施形態２に係るプラズモニック構造体を示す平面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。 実施形態２に係るプラズモニック構造体による高効率な光吸収の原理を示す図である。 本発明の実施形態３に係るプラズモニック構造体を示す斜視図である。 実施形態３に係るプラズモニック構造体を示す平面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。 実施形態３に係るプラズモニック構造体による高効率な光吸収の原理を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例１に係るプラズモニック構造体の吸収率と共振部の直径と波長との関係を示す図である。（ｂ）は、実施例１に係るプラズモニック構造体の第１吸収条件での共振部近傍の電場分布を示す図である。（ｃ）は、実施例１に係るプラズモニック構造体の第２吸収条件での共振部近傍の電場分布を示す図である。 本発明の実施例２に係るプラズモニック構造体及び黒体の熱放射スペクトルを示す図である。 本発明の実施例３に係るプラズモニック構造体の吸収率と共振部の高さと波長との関係を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例４に係るプラズモニック構造体への入射光の偏光角を示す図である。（ｂ）は、実施例４に係るプラズモニック構造体の吸収率と偏光角と波長との関係を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例５に係るプラズモニック構造体に入射するｐ偏光の入射角を示す図である。（ｂ）は、実施例５に係るプラズモニック構造体の吸収率とｐ偏光の入射角と波長との関係を示す図である。 （ａ）は、実施例５に係るプラズモニック構造体に入射するｓ偏光の入射角を示す図である。（ｂ）は、実施例５に係るプラズモニック構造体の吸収率とｓ偏光の入射角と波長との関係を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例６に係るプラズモニック構造体の吸収率と共振部の直径と波長との関係を示す図である。（ｂ）は、実施例６に係るプラズモニック構造体の第３吸収条件での共振部近傍の電場分布を示す図である。 本発明の実施例７に係るプラズモニック構造体の吸収率と共振部の直径と波長との関係を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例８に係るプラズモニック構造体の吸収率と共振部の直径と波長との関係を示す図である。（ｂ）は、実施例８に係るプラズモニック構造体の第４吸収条件での共振部近傍の電場分布を示す図である。（ｃ）は、実施例８に係るプラズモニック構造体の第５吸収条件での共振部近傍の電場分布を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例９に係るプラズモニック構造体の吸収率と共振部の直径と波長との関係を示す図である。（ｂ）は、実施例９に係るプラズモニック構造体の第６吸収条件での共振部近傍の電場分布を示す図である。 本発明の実施例１０に係るプラズモニック構造体の吸収率と共振部の直径と波長との関係を示す図である。 （ａ）は、本発明の実施例１１に係るプラズモニック構造体の吸収率と共振部の直径と波長との関係を示す図である。（ｂ）は、実施例８に係るプラズモニック構造体の第７吸収条件での共振部近傍の電場分布を示す図である。（ｃ）は、実施例８に係るプラズモニック構造体の第８吸収条件での共振部近傍の電場分布を示す図である。 本発明の実施例１２に係るプラズモニック構造体の吸収率と共振部の直径と波長との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図面において、互いに直交するＸ軸とＹ軸とＺ軸とを含む三次元直交座標系を用いて説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

（実施形態１）
図１〜図８を参照して、本発明の実施形態１に係るプラズモニック構造体１を説明する。まず、図１〜図４を参照して、プラズモニック構造体１の構造を説明する。図１は、プラズモニック構造体１を示す斜視図である。図２は、プラズモニック構造体１を示す平面図である。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、プラズモニック構造体１による光吸収の原理を示す図である。図４は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図に相当する。図４では、図面の簡略化のため、断面を示す斜線を省略している。

図１〜図４に示すように、プラズモニック構造体１は、複数の共振部３と、ベース層５とを備える。ベース層５は略平板形状を有する。

複数の共振部３は、ベース層５上に配置される。複数の共振部３は規則的に配置される。具体的には、複数の共振部３は周期構造を有する。更に具体的には、複数の共振部３は、所定の周期Ｔで配置されている。更に具体的には、複数の共振部３は、ベース層５の主面１２上に、正方格子状に並んでいる。そして、隣り合う共振部３と共振部３とは間隔ＳＰを有する。

共振部３の各々は略円柱形状を有する。共振部３の各々はベース層５（具体的にはベース層５の主面１２）から突出している。共振部３は第１特定面９を有している。第１特定面９は、共振部３の互いに対向する一対の底面のうち、誘電体（図４では気体又は真空の空間）と接している底面である。第１特定面９は、略平坦面であり、略円形形状を有する。第１特定面９はエッジ７を有する。エッジ７は、第１特定面９の外縁であり、略円である。

共振部３の各々は、直径Ｄを有し、高さＨを有する。共振部３の直径Ｄは、具体的には、第１特定面９の直径である。共振部３の高さＨは、ベース層５の主面１２に対する高さを示す。

引き続き、図１〜図４を参照して、共振部３及びベース層５の組成を説明する。ベース層５は、第４族元素を含む第１化合物（以下、「第１化合物Ｃ１」と記載する。）によって構成される。共振部３の各々は、第４族元素を含む第２化合物（以下、「第２化合物Ｃ２」と記載する。）によって構成される。

第４族元素は遷移金属である。具体的には、第４族元素は、ハフニウム（Ｈｆ）、チタン（Ｔｉ）、又は、ジルコニウム（Ｚｒ）である。第１化合物Ｃ１は、第４族元素の窒化物である。第２化合物Ｃ２は、第４族元素の窒化物である。第１化合物と第２化合物とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。ただし、第１化合物と第２化合物とは同じであることが好ましい。製造が容易になるからである。第４族元素の窒化物は、ハフニウムナイトライド（ＨｆＮ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、又は、ジルコニウムナイトライド（ＺｒＮ）である。

第１化合物Ｃ１の誘電率の実部は、第１化合物Ｃ１の種類に応じた波長域において、負の値を有する。具体的には、第１化合物Ｃ１の誘電率の実部は、可視光の波長域（４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）の一部又は全部で負の値を有し、赤外光の波長域（７５０ｎｍ〜１ｍｍ）の一部又は全部で負の値を有する。第２化合物Ｃ２の誘電率の実部は、第２化合物Ｃ２の種類に応じた波長域において、負の値を有する。具体的には、第２化合物Ｃ２の誘電率の実部は、可視光の波長域の一部又は全部で負の値を有し、赤外光の波長域の一部又は全部で負の値を有する。

従って、第１化合物Ｃ１及び第２化合物Ｃ２の各々は、プラズモニック材料の一種である。プラズモニック材料とは、表面プラズモン・ポラリトンが発生する材料のことである。換言すれば、表面プラズモン・ポラリトンを発生させるためには、誘電率の実部が負の値を有することが要求される。

具体的には、第４族元素の誘電率の実部は、第４族元素の種類に応じた波長域において、負の値を有する。従って、第４族元素の窒化物の誘電率の実部は、第４族元素の窒化物の種類に応じた波長域において、負の値を有する。

以下、本明細書において、誘電率の実部が負の値を有する物質を「負誘電体」と記載する。また、本明細書において、「誘電体」は、誘電率の実部が正の値を有する物質である。空気及びその他の気体、並びに、真空の空間は、「誘電体」である。

第１化合物Ｃ１及び第２化合物Ｃ２の各々の融点は、プラズモニック材料である貴金属（例えば、金又は銀）の融点よりも高い。金の融点は１０６４℃であり、銀の融点は９６２℃である。

具体的には、第４族元素の融点は、プラズモニック材料である貴金属の融点よりも高い。ハフニウムの融点は２２３３℃、チタンの融点は１６６８℃、ジルコニウムの融点は１８５５℃である。従って、第４族元素の窒化物の融点は、プラズモニック材料である貴金属の融点よりも高い。ハフニウムナイトライドの融点は３３３０℃、チタンナイトライドの融点は２９３０℃、ジルコニウムナイトライドの融点は２９８０℃である。

例えば、ハフニウムナイトライドの融点（３３３０℃）は、高融点金属として周知であるモリブデンの融点（２６２３℃）及びタンタルの融点（３０２０℃）よりも高い。例えば、ハフニウムは、半導体製造プロセスとの親和性が高い。

次に、図４を参照して、プラズモニック構造体１による高効率な光吸収の原理を説明する。図４に示すように、プラズモニック構造体１に光ＬＴが入射すると、共振部３の第１特定面９と誘電体（図４では気体又は真空の空間）との界面１１には、表面プラズモン共鳴によって、表面プラズモンが励起され、更に、表面プラズモン・ポラリトンが発生する。共振部３が負誘電体だからである。表面プラズモンとは、負誘電体と誘電体との界面における負誘電体内の電子の集団的振動のことである。表面プラズモン・ポラリトンとは、表面プラズモンと光との結合によって生成される表面電磁波のことである。

表面プラズモン・ポラリトンは、第１特定面９上を第１特定面９に沿って伝搬する。そして、共振部３は、第１特定面９のエッジ７のうち互いに対向する部分７ａ間で表面プラズモン・ポラリトンを共振させる。つまり、表面プラズモン・ポラリトンは、互いに対向する部分７ａ間で往復する。その結果、第１特定面９には、表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生する。換言すれば、第１特定面９は、共振部３の外面のうち表面プラズモン・ポラリトンの定在波が存在する面である。更に換言すれば、第１特定面９は、共振部３の外面のうち界面１１に対応する面である。

表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生するため、共振部３は、特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴを効率良く吸収できる。つまり、共振部３は比較的高い吸収率を有する。効率良く吸収できる光の波長は、共振部３のサイズによって制御できる。なぜなら、共振部３のサイズに依存して、表面プラズモン・ポラリトンの定在波の周期が異なるからである。具体的には、共振部３のサイズが大きくなる程、効率良く吸収できる光ＬＴの波長を大きくできる。

「共振部のサイズ」は、第１特定面９の大きさを示す。第１特定面９の大きさは、第１特定面９の直径Ｄ又は面積によって表される。

加えて、ベース層５は略平板形状である。従って、ベース層５の主面１２は、複数の共振部３にわたって広がっている。その結果、主面１２では、広い波長域にわたって光ＬＴの吸収が抑制される。具体的には、ベース層５の吸収率（つまり、ベース層５による光の吸収率）は、共振部３の吸収率（つまり、共振部３による光の吸収率）よりも小さい。

従って、実施形態１によれば、プラズモニック構造体１の全体において、共振部３によって特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴだけを効率良く吸収できる。つまり、プラズモニック構造体１は、効率良く吸収できる「特定の波長又は波長域の光」を強調できる。

物体の吸収率とは、物体による光の吸収率のことである。具体的には、物体の吸収率とは、物体に入射する光のエネルギーのうち物体が吸収する光のエネルギーを、物体に入射する光のエネルギーで割った値のことである。物体の吸収率は、ゼロ以上１以下の値である。キルヒホッフの法則によれば、物体の吸収率は、物体の放射率と等しい。物体の放射率とは、物体による光の放射率のことである。具体的には、物体の放射率とは、物体が熱放射で放出する光のエネルギーを、物体と同温の黒体が放出する光のエネルギーで割った値のことである。放射率は、ゼロ以上１以下の値である。本明細書において、放射は「ふく射」と同義であり、放射率は「ふく射率」と同義であり、熱放射は「熱ふく射」と同義である。

なお、光ＬＴは、白色光であってもよいし、特定の波長を有する光であってもよい。

また、プラズモニック構造体１は、高効率な光吸収の原理と同様の原理によって、高効率な熱放射を実現できる。物体の熱放射とは、物体が熱を電磁波（光を含む。）として放出することである。

すなわち、プラズモニック構造体１が通電によって発熱するか、又は、プラズモニック構造体１を加熱すると、光吸収の場合と同様に、共振部３の第１特定面９と誘電体（図４では気体又は真空の空間）との界面１１には、表面プラズモン・ポラリトンが発生する。そして、第１特定面９に表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生するため、共振部３は、特定の波長又は特定の波長域の光を効率良く放射できる。つまり、共振部３は比較的高い放射率を有する。効率良く放射できる光の波長は、共振部３のサイズによって制御できる。なぜなら、共振部３のサイズに依存して、表面プラズモン・ポラリトンの定在波の周期が異なるからである。具体的には、共振部３のサイズが大きくなる程、効率良く放射できる光の波長を大きくできる。

加えて、ベース層５の主面１２では、広い波長域にわたって光の放射が抑制される。具体的には、ベース層５の放射率（つまり、ベース層５による光の放射率）は、共振部３の放射率（つまり、共振部３による光の放射率）よりも小さい。

従って、実施形態１によれば、プラズモニック構造体１の全体において、共振部３によって特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴだけを効率良く放射できる。つまり、プラズモニック構造体１は、効率良く放射できる「特定の波長又は波長域の光」を強調できる。

以上、図１〜図４を参照して説明したように、実施形態１によれば、プラズモニック構造体１は、比較的高い融点を有しつつ、比較的大きな光の吸収率又は放射率を有することが可能である。

すなわち、第１化合物Ｃ１及び第２化合物の各々は第４族元素を含む。従って、第１化合物Ｃ１及び第２化合物の各々は比較的高い融点を有する。加えて、共振部３を構成している第２化合物Ｃ２は負誘電体である。従って、共振部３には、表面プラズモン・ポラリトンが発生する。そして、共振部３は、表面プラズモン・ポラリトンを共振させる。その結果、プラズモニック構造体１は、比較的大きな光の吸収率又は放射率を有する。

また、実施形態１によれば、共振部３はベース層５から突出している。従って、表面プラズモン・ポラリトンを共振させる構造である共振部３を容易に形成できる。

さらに、実施形態１によれば、プラズモニック構造体１は、複数の共振部３を備える。従って、プラズモニック構造体１の全体で吸収又は放射する光量を多くできる。

さらに、実施形態１によれば、共振部３のサイズを制御することによって、効率良く吸収又は放射できる光の波長を容易に選択できる。

例えば、共振部３のサイズに応じて、０．８（つまり、８０％）以上の吸収率で吸収される光の波長が定まり、又は、０．８（つまり、８０％）以上の放射率で放射される光の波長が定まる。従って、共振部３のサイズを制御することによって、０．８以上の吸収率で容易に光を吸収でき、又は、０．８以上の放射率で容易に光を放射できる。

プラズモニック構造体１は、高い融点と、大きな吸収率又は放射率とを有するため、高温環境下においても耐久性の高い吸収体又は放射体として効果的に機能することができる。従って、プラズモニック構造体１を含むデバイス（不図示）は、高温環境下においても安定して動作する。

吸収体は、電磁波（光を含む。）を吸収して、吸収した電磁波のエネルギーを熱に変換する物体である。放射体は、発熱したことによる熱又は加熱により受け取った熱のエネルギーに応じたエネルギーを有する電磁波（光を含む。）を放射する物体を示す。

例えば、プラズモニック構造体１（具体的にはベース層５）に通電する。その結果、プラズモニック構造体１が発熱し、プラズモニック構造体１は、発熱したことによる熱（ジュール熱）のエネルギーに応じたエネルギーを有する電磁波（光を含む。）を放射する。つまり、共振部３は、プラズモニック構造体１（具体的にはベース層５）への通電に応じて電磁波（光を含む。）を放射する。

例えば、プラズモニック構造体１（具体的にはベース層５）をヒーター（不図示）によって加熱する。その結果、加熱により受け取った熱のエネルギーに応じたエネルギーを有する電磁波（光を含む。）を放射する。つまり、共振部３は、プラズモニック構造体１への加熱に応じて電磁波（光を含む。）を放射する。

特に、プラズモニック構造体１は、高い融点と、大きな吸収率又は放射率とを有するため、高温環境下においても耐久性の高い完全吸収体又は完全放射体として効果的に機能することができる。完全吸収体とは、特定の波長において吸収率が約１．０（つまり、約１００％）の物体のことである。完全放射体とは、特定の波長において放射率が約１．０（つまり、約１００％）の物体のことである。

さらに、実施形態１によれば、共振部３のサイズを制御することによって、可視光又は赤外光の波長域において、効率良く吸収又は放射できる波長を容易に選択できる。

例えば、可視光の吸収率が０．８（つまり、８０％）以上になるように、又は、可視光の放射率が０．８（つまり、８０％）以上になるように、共振部３のサイズが設定される。従って、０．８以上の吸収率で容易に可視光を吸収でき、又は、０．８以上の放射率で容易に可視光を放射できる。

例えば、赤外光の吸収率が０．８（つまり、８０％）以上になるように、又は、赤外光の放射率が０．８（つまり、８０％）以上になるように、共振部３のサイズが設定される。従って、０．８以上の吸収率で容易に赤外光を吸収でき、又は、０．８以上の放射率で容易に赤外光を放射できる。

例えば、共振部３は、プラズモニック構造体１（具体的にはベース層５）への通電に応じて可視光又は赤外光を放射する。例えば、共振部３は、プラズモニック構造体１（具体的にはベース層５）への加熱に応じて可視光又は赤外光を放射する。例えば、可視光を放射する場合、プラズモニック構造体１を可視光光源として利用できる。

特に、プラズモニック構造体１は、高い融点と、大きな吸収率又は放射率とを有するため、可視光又は赤外光の波長域において、高温環境下においても耐久性の高い完全吸収体又は完全放射体として効果的に機能することができる。

次に、図５（ａ）〜図８を参照して、可視光の波長域でのプラズモニック構造体１の有効性を説明する。

まず、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して、高融点材料の比誘電率を説明する。高融点材料は、ハフニウムナイトライド、チタンナイトライド、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、及びモリブデン（Ｍｏ）である。

図５（ａ）は、高融点材料の比誘電率の実部を示す図である。図５（ａ）において、縦軸は比誘電率の実部（ε´）を示し、横軸は光の波長（ｎｍ）を示す。本明細書において、比誘電率の実部は、誘電率の実部を真空の誘電率で割った値を示す。図５（ｂ）は、高融点材料の比誘電率の虚部を示す図である。図５（ｂ）において、縦軸は比誘電率の虚部（ε´´）を示し、横軸は光の波長（ｎｍ）を示す。本明細書において、比誘電率の虚部は、誘電率の虚部を真空の誘電率で割った値を示す。

図５（ａ）に示すように、曲線ＨｆＮは、ハフニウムナイトライドの比誘電率の実部を示す。曲線ＴｉＮは、チタンナイトライドの比誘電率の実部を示す。曲線Ｗは、タングステンの比誘電率の実部を示す。曲線Ｔａは、タンタルの比誘電率の実部を示す。曲線Ｍｏは、モリブデンの比誘電率の実部を示す。

ハフニウムナイトライドの比誘電率の実部は、可視光の波長域の全部（４００ｎｍ〜７５０ｎｍ）において負の値を有する。チタンナイトライドの比誘電率の実部は、可視光の波長域の大部分（４６０ｎｍ〜７５０ｎｍ）において負の値を有する。従って、ハフニウムナイトライド及びチタンナイトライドは、他の高融点材料（タングステン、タンタル、及びモリブデン）よりも、可視光を吸収又は放射する高融点プラズモニック材料として好適である。

その結果、実施形態１によれば、第１化合物Ｃ１及び第２化合物Ｃ２がハフニウムナイトライド又はチタンナイトライドであると、可視光の波長域においても、プラズモニック構造体１が、比較的高い融点を有しつつ、比較的大きな光の吸収率又は放射率を有することが可能である。

ハフニウムナイトライドの比誘電率の実部が可視光の波長域の全部において負の値を有する点で、ハフニウムナイトライドは、チタンナイトライドよりも、可視光を吸収又は放射する高融点プラズモニック材料として好適である。

従って、実施形態１によれば、第１化合物Ｃ１及び第２化合物Ｃ２がハフニウムナイトライドであると、より広い可視光の波長域においても、プラズモニック構造体１が、比較的高い融点を有しつつ、比較的大きな光の吸収率又は放射率を有することが可能である。

図５（ｂ）に示すように、曲線ＨｆＮは、ハフニウムナイトライドの比誘電率の虚部を示す。曲線ＴｉＮは、チタンナイトライドの比誘電率の虚部を示す。曲線Ｗは、タングステンの比誘電率の虚部を示す。曲線Ｔａは、タンタルの比誘電率の虚部を示す。曲線Ｍｏは、モリブデンの比誘電率の虚部を示す。

ハフニウムナイトライドの比誘電率の虚部は、可視光の波長域の全部において、他の高融点材料（チタンナイトライド、タングステン、タンタル、及びモリブデン）の比誘電率の虚部よりも小さい。従って、可視光の波長域の全部において、ハフニウムナイトライドのエネルギー損失は、他の高融点材料のエネルギー損失よりも小さい。その結果、ハフニウムナイトライドは、可視光の波長域において、他の高融点材料よりも、エネルギー損失の小さい高融点プラズモニック材料として好適である。

チタンナイトライドの比誘電率の虚部は、可視光の波長域の全部において、他の高融点材料（タングステン及びモリブデン）の比誘電率の虚部よりも小さい。従って、チタンナイトライドのエネルギー損失は、他の高融点材料のエネルギー損失よりも小さい。その結果、チタンナイトライドは、可視光の波長域において、他の高融点材料よりも、エネルギー損失の小さい高融点プラズモニック材料として好適である。

実施形態１によれば、第１化合物Ｃ１及び第２化合物Ｃ２がハフニウムナイトライド又はチタンナイトライドであると、可視光の波長域においても、プラズモニック構造体１のエネルギー損失を小さくできる。

特に、第１化合物Ｃ１及び第２化合物Ｃ２がハフニウムナイトライドであると、より広い可視光の波長域においても、プラズモニック構造体１のエネルギー損失を小さくできる。

次に、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、プラズモニック材料の比誘電率を説明する。プラズモニック材料は、ハフニウムナイトライド、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、及び銀（Ａｇ）である。

図６（ａ）は、プラズモニック材料の比誘電率の実部を示す図である。図６（ａ）において、縦軸は比誘電率の実部（ε´）を示し、横軸は光の波長（ｎｍ）を示す。図６（ｂ）は、プラズモニック材料の比誘電率の虚部を示す図である。図６（ｂ）において、縦軸は比誘電率の虚部（ε´´）を示し、横軸は光の波長（ｎｍ）を示す。

図６（ａ）に示すように、曲線ＨｆＮは、ハフニウムナイトライドの比誘電率の実部を示す。曲線Ａｕは、金の比誘電率の実部を示す。曲線Ａｌは、アルミニウムの比誘電率の実部を示す。曲線Ａｇは、銀の比誘電率の実部を示す。

ハフニウムナイトライドの比誘電率の実部の値は、可視光の波長域の全部において、典型的なプラズモニック材料である金の比誘電率の実部の値と同程度である。従って、ハフニウムナイトライドは、金と同様に、可視光の波長域において、プラズモニック材料として好適である。

その結果、実施形態１によれば、第１化合物Ｃ１及び第２化合物Ｃ２がハフニウムナイトライドであると、可視光の波長域においても、金と同様に、表面プラズモン・ポラリトンを発生できる。

図６（ｂ）に示すように、曲線ＨｆＮは、ハフニウムナイトライドの比誘電率の虚部を示す。曲線Ａｕは、金の比誘電率の虚部を示す。曲線Ａｌは、アルミニウムの比誘電率の虚部を示す。曲線Ａｇは、銀の比誘電率の虚部を示す。

ハフニウムナイトライドの比誘電率の虚部の値は、可視光の波長域の全部において、典型的なプラズモニック材料である金の比誘電率の虚部の値と同程度である。従って、ハフニウムナイトライドは、金と同様に、可視光の波長域において、エネルギー損失の小さいプラズモニック材料として好適である。

その結果、実施形態１によれば、第１化合物Ｃ１及び第２化合物Ｃ２がハフニウムナイトライドであると、可視光の波長域においても、金と同様に、エネルギー損失を小さくできる。

次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して、プラズモニック材料及び高融点材料の吸収率を説明する。プラズモニック材料かつ高融点材料は、ハフニウムナイトライド及びチタンナイトライドである。高融点材料は、タングステン、タンタル、及びモリブデンである。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、プラズモニック材料及び高融点材料の吸収率を示す図である。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、厳密結合波解析法（ＲＣＷＡ法）によるシミュレーション結果を示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）において、縦軸は吸収率を示し、横軸は光の波長（μｍ）を示す。

図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、曲線ＨｆＮは、平板形状を有するハフニウムナイトライドの吸収率を示す。曲線ＴｉＮは、平板形状を有するチタンナイトライドの吸収率を示す。曲線Ｗは、平板形状を有するタングステンの吸収率を示す。曲線Ｔａは、平板形状を有するタンタルの吸収率を示す。曲線Ｍｏは、平板形状を有するモリブデンの吸収率を示す。

ハフニウムナイトライドの吸収率は、可視光の波長域の大部分において、他のプラズモニック材料（チタンナイトライド）及び他の高融点材料（タングステン、タンタル、及びモリブデン）の吸収率よりも小さい。従って、ハフニウムナイトライドは、他のプラズモニック材料及び他の高融点材料よりも、可視光の吸収を抑制するベース層５の材料として好適である。

チタンナイトライドの吸収率は、可視光の波長域の半分以上の部分において、他の高融点材料（タングステン及びタンタル）の吸収率よりも小さい。従って、チタンナイトライドは、他の高融点材料よりも、可視光の吸収を抑制するベース層５の材料として好適である。

また、物体の吸収率と放射率とは等しい。従って、ハフニウムナイトライドは、他のプラズモニック材料（チタンナイトライド）及び他の高融点材料（タングステン、タンタル、及びモリブデン）よりも、可視光の放射を抑制するベース層５の材料として好適である。チタンナイトライドは、他の高融点材料（タングステン及びタンタル）よりも、可視光の放射を抑制するベース層５の材料として好適である。

以上、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して説明したように、実施形態１によれば、ベース層５を構成する第１化合物Ｃ１がハフニウムナイトライド又はチタンナイトライドであると、ベース層５による可視光の吸収又は放射を効果的に抑制できる。従って、可視光の波長域においても、プラズモニック構造体１の全体において、共振部３によって特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴだけを効率良く吸収又は放射できる。

特に、第１化合物Ｃ１がハフニウムナイトライドであると、より広い可視光の波長域においても、プラズモニック構造体１の全体において、共振部３によって特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴだけを効率良く吸収又は放射できる。

次に、図８を参照して、ハフニウムナイトライド及び黒体の熱放射スペクトルを説明する。図８は、ハフニウムナイトライド及び黒体の熱放射スペクトルを示す図である。図８は、熱放射スペクトルの理論値を示している。図８において、縦軸は光の放射強度（Ｗｍ^-2ｍ^-1）を示し、横軸は光の波長（ｎｍ）を示す。

図８に示すように、曲線Ａ１は、平板形状を有するハフニウムナイトライドの熱放射スペクトルを示す。曲線Ａ２は、黒体の熱放射スペクトルを示す。ハフニウムナイトライド及び黒体の各々の温度は、２５００℃である。

ハフニウムナイトライドによる光の放射強度は、可視光の波長域の全部において、黒体による光の放射強度よりも小さい。例えば、５００ｎｍの波長の光では、ハフニウムナイトライドの放射強度は、黒体の放射強度の約１／４である。例えば、６００ｎｍの波長の光では、ハフニウムナイトライドの放射強度は、黒体の放射強度の約１／５である。例えば、７００ｎｍの波長の光では、約１／６である。

従って、ハフニウムナイトライドは、共振部３が特に高い放射率（例えば、約１．０）で可視光を放射する場合でも、可視光の放射を抑制するベース層５の材料として好適である。

また、物体の吸収率と放射率とは等しいため、ハフニウムナイトライドは、共振部３が特に高い吸収率（例えば、約１．０）で可視光を吸収する場合でも、可視光の吸収を抑制するベース層５の材料として好適である。

以上、図８を参照して説明したように、実施形態１によれば、ベース層５を構成する第１化合物Ｃ１がハフニウムナイトライドであると、共振部３が特に高い放射率（例えば、約１．０）で可視光を放射する場合又は特に高い吸収率（例えば、約１．０）で可視光を吸収する場合でも、ベース層５による可視光の放射又は吸収を効果的に抑制できる。従って、可視光の波長域においても、プラズモニック構造体１の全体において、共振部３によって特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴだけを効率良く吸収又は放射できる。

（実施形態２）
図９〜図１２を参照して、本発明の実施形態２に係るプラズモニック構造体１Ａを説明する。実施形態２に係るプラズモニック構造体１ＡがＭＩＭ（ｍｅｔａｌ‐ｉｎｓｕｌａｔｏｒ‐ｍｅｔａｌ）構造を有している点で、実施形態２は実施形態１と異なる。以下、実施形態２が実施形態１と異なる点を主に説明する。

まず、図９〜図１１を参照して、プラズモニック構造体１Ａの構造を説明する。図９は、プラズモニック構造体１Ａを示す斜視図である。図１０は、プラズモニック構造体１Ａを示す平面図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図である。

図９〜図１１に示すように、プラズモニック構造体１Ａは、複数の共振部３と、ベース層５と、誘電体層２１とを備え、ＭＩＭ構造を有する。誘電体層２１は略平板形状を有する。誘電体層２１はベース層５上に配置される。誘電体層２１は、誘電体によって構成される。誘電体層２１を構成する誘電体の誘電率の実部は、正の値を有する。誘電率の実部が正の値を有する限り、誘電体層２を構成する誘電体の種類は特に限定されない。誘電体層２１を構成する誘電体は、例えば、石英、酸化アルミニウム、ガラス、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ化マグネシウム、又はフッ化カルシウムである。誘電体層２１の厚みｔと共振部３の高さＨとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

複数の共振部３は、誘電体層２１上に配置される。具体的には、複数の共振部３は、誘電体層２１の主面２２上に、正方格子状に並んでいる。共振部３の各々は誘電体層２１（具体的には誘電体層２１の主面２２）から突出している。共振部３の各々は高さＨを有する。共振部３の高さＨは、誘電体層２１の主面２２に対する高さを示す。

なお、ベース層５は、実施形態１と同じ第１化合物Ｃ１によって構成される。共振部３の各々は、実施形態１と同じ第２化合物Ｃ２によって構成される。

次に、図１２を参照して、プラズモニック構造体１Ａによる高効率な光吸収の原理を説明する。図１２は、プラズモニック構造体１Ａによる光吸収の原理を示す図である。図１２は、図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿った断面図に相当する。図１２では、図面の簡略化のため、断面を示す斜線を省略している。

図１２に示すように、共振部３は、実施形態１と同じ第１特定面９に加えて、第２特定面２５を有している。第２特定面２５は、共振部３の互いに対向する一対の底面のうち、誘電体層２１と接している底面である。第２特定面２５はエッジ２３を有する。エッジ２３は、第２特定面２５の外縁であり、略円である。

プラズモニック構造体１Ａに光ＬＴが入射すると、実施形態１と同様に、光ＬＴの波長に応じて、界面１１には、表面プラズモン共鳴によって、表面プラズモンが励起され、更に、表面プラズモン・ポラリトンが発生する。そして、実施形態１と同様に、第１特定面９には、表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生する。

又は、プラズモニック構造体１に光ＬＴが入射すると、光ＬＴの波長に応じて、共振部３の第２特定面２５と誘電体層２１との界面２７には、表面プラズモン共鳴によって、表面プラズモンが励起され、更に、表面プラズモン・ポラリトンが発生する。共振部３が負誘電体だからである。

表面プラズモン・ポラリトンは、第２特定面２５上を第２特定面２５に沿って伝搬する。そして、共振部３は表面プラズモン・ポラリトンを共振させる。具体的には、共振部３は、第２特定面２５のエッジ２３のうち互いに対向する部分２３ａ間で表面プラズモン・ポラリトンを共振させる。つまり、表面プラズモン・ポラリトンは、互いに対向する部分２３ａ間で往復する。その結果、第２特定面２５には、表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生する。換言すれば、第２特定面２５は、共振部３の外面のうち表面プラズモン・ポラリトンの定在波が存在する面である。更に換言すれば、第２特定面２５は、共振部３の外面のうち界面２７に対応する面である。

実施形態２によれば、第１特定面９又は第２特定面２５に表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生するため、共振部３は、特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴを効率良く吸収できる。つまり、共振部３は比較的高い吸収率を有する。効率良く吸収できる光の波長は、共振部３のサイズによって制御できる。なぜなら、共振部３のサイズに依存して、表面プラズモン・ポラリトンの定在波の周期が異なるからである。具体的には、共振部３のサイズが大きくなる程、効率良く吸収できる光ＬＴの波長を大きくできる。

「共振部のサイズ」は、第１特定面９及び／又は第２特定面２５の大きさを示す。第１特定面９の大きさは、第１特定面９の直径Ｄ又は面積によって表される。第２特定面２５の大きさは、第２特定面２５の直径Ｄ又は面積によって表される。なお、表面プラズモン・ポラリトンが発生する限りは、第１特定面９の大きさと第２特定面２５の大きさとが、同じでもよいし、異なっていてもよい。

さらに、光ＬＴの波長に応じて、第１特定面９で表面プラズモン・ポラリトンが共振し、かつ、第２特定面２５で表面プラズモン・ポラリトンが共振する場合には、第１特定面９での表面プラズモン・ポラリトンの共振と第２特定面２５での表面プラズモン・ポラリトンの共振とのカップリングにより、特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴを更に効率良く吸収できる。換言すれば、光ＬＴの波長に応じて、第１特定面９で表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生し、かつ、第２特定面２５で表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生する場合には、第１特定面９での表面プラズモン・ポラリトンの定在波と第２特定面２５での表面プラズモン・ポラリトンの定在波とのカップリングにより、特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴを更に効率良く吸収できる。

加えて、実施形態２では、実施形態１と同様に、ベース層５の主面１２では、広い波長域にわたって光ＬＴの吸収が抑制される。従って、誘電体層２１が透明又は半透明である場合でも、実施形態１と同様に、プラズモニック構造体１Ａの全体において、共振部３によって特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴだけを効率良く吸収できる。

また、プラズモニック構造体１Ａは、高効率な光吸収の原理と同様の原理によって、高効率な熱放射を実現できる。放射率と吸収率とは等しいからである。そして、効率良く放射できる光の波長は、共振部３のサイズによって制御できる。具体的には、共振部３のサイズが大きくなる程、効率良く放射できる光の波長を大きくできる。また、ベース層５を備えるため、誘電体層２１が透明又は半透明である場合でも、プラズモニック構造体１Ａの全体において、共振部３によって特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴだけを効率良く放射できる。

以上、図９〜図１２を参照して説明したように、実施形態２によれば、実施形態１と同様に、プラズモニック構造体１Ａは、比較的高い融点を有しつつ、比較的大きな光の吸収率又は放射率を有することが可能である。なぜなら、ベース層５が第１化合物Ｃ１によって構成され、各共振部３が第２化合物Ｃ２によって構成されるからである。その他、実施形態２では、実施形態１と同様の効果を有する。

（実施形態３）
図１３〜図１６を参照して、本発明の実施形態３に係るプラズモニック構造体１Ｂを説明する。実施形態３に係るプラズモニック構造体１Ａが共振部３ごとに誘電体層３１を備えている点で、実施形態３は実施形態２と異なる。以下、実施形態３が実施形態２と異なる点を主に説明する。

まず、図１３〜図１５を参照して、プラズモニック構造体１Ｂの構造を説明する。図１３は、プラズモニック構造体１Ｂを示す斜視図である。図１４は、プラズモニック構造体１Ｂを示す平面図である。図１５は、図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。

図１３〜図１５に示すように、プラズモニック構造体１Ｂは、複数の共振部３と、ベース層５と、複数の誘電体層３１とを備え、ＭＩＭ構造を有する。複数の誘電体層３１は、それぞれ、複数の共振部３に対応している。複数の誘電体層３１は、ベース層５上に配置される。複数の誘電体層３１は規則的に配置される。具体的には、複数の誘電体層３１は周期構造を有する。更に具体的には、複数の誘電体層３１は、所定の周期Ｔで配置される。更に具体的には、誘電体層３１は、ベース層５の主面１２上に、正方格子状に並んでいる。そして、隣り合う誘電体層３１と誘電体層３１とは間隔ＳＰを有する。従って、複数の誘電体層３１は互いに離間して配置される。

誘電体層３１の各々は略円柱形状を有する。誘電体層３１の各々はベース層５（具体的にはベース層５の主面１２）から突出している。誘電体層３１の各々は、直径Ｄを有し、厚みｔを有する。誘電体層３１の直径Ｄは、具体的には、誘電体層３１の底面の直径である。誘電体層３１の厚みｔと共振部３の高さＨとは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。誘電体層３１は、誘電体によって構成される。誘電体層３１を構成する誘電体は、実施形態２に係る誘電体層２１を構成する誘電体と同様である。

共振部３の各々は、対応する誘電体層２１上に配置される。具体的には、共振部３の各々は、対応する誘電体層２１から突出している。共振部３の直径Ｄと誘電体層２１の直径Ｄとは略同一である。共振部３の各々は高さＨを有する。共振部３の高さＨは、誘電体層３１の主面３２に対する高さを示す。

なお、ベース層５は、実施形態１と同じ第１化合物Ｃ１によって構成される。共振部３の各々は、実施形態１と同じ第２化合物Ｃ２によって構成される。

次に、図１６を参照して、プラズモニック構造体１Ｂによる高効率な光吸収の原理を説明する。図１６は、プラズモニック構造体１Ｂによる光吸収の原理を示す図である。図１６は、図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図を示している。図１６では、図面の簡略化のため、断面を示す斜線を省略している。

図１６に示すように、共振部３は、実施形態２と同じ第１特定面９と、第２特定面２５を有している。第２特定面２５は、共振部３の互いに対向する一対の底面のうち、誘電体層３１と接している底面である。第２特定面２５はエッジ２３を有する。エッジ２３は、第２特定面２５の外縁であり、略円である。その他、第２特定面２５の機能は、実施形態２に係る第２特定面２５の機能と同じである。

そして、実施形態３では、実施形態２と同様に、光ＬＴの波長に応じて、界面１１には、表面プラズモン・ポラリトンが発生する。又は、実施形態３では、実施形態２と同様に、光ＬＴの波長に応じて、共振部３の第２特定面２５と誘電体層３１との界面２７には、表面プラズモン・ポラリトンが発生する。従って、実施形態３によれば、実施形態２と同様に、第１特定面９又は第２特定面２５に表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生して、共振部３は、特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴを効率良く吸収できる。

さらに、実施形態３では、実施形態２と同様に、光ＬＴの波長に応じて第１特定面９での表面プラズモン・ポラリトンの共振と第２特定面２５での表面プラズモン・ポラリトンの共振とのカップリングにより、特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴを更に効率良く吸収できる。換言すれば、光ＬＴの波長に応じて第１特定面９での表面プラズモン・ポラリトンの定在波と第２特定面２５での表面プラズモン・ポラリトンの定在波とのカップリングにより、特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴを更に効率良く吸収できる。

加えて、実施形態３では、実施形態２と同様に、ベース層５の主面１２では、広い波長域にわたって光ＬＴの吸収が抑制される。従って、実施形態２と同様に、プラズモニック構造体１Ｂの全体において、共振部３によって特定の波長又は特定の波長域の光ＬＴだけを効率良く吸収できる。

また、プラズモニック構造体１Ｂは、高効率な光吸収の原理と同様の原理によって、高効率な熱放射を実現できる。放射率と吸収率とは等しいからである。

以上、図１３〜図１６を参照して説明したように、実施形態３によれば、実施形態２と同様に、プラズモニック構造体１Ｂは、比較的高い融点を有しつつ、比較的大きな光の吸収率又は放射率を有することが可能である。なぜなら、ベース層５が第１化合物Ｃ１によって構成され、各共振部３が第２化合物Ｃ２によって構成されるからである。その他、実施形態３では、実施形態２と同様の効果を有する。

次に、本発明が実施例に基づき具体的に説明されるが、本発明は以下の実施例によって限定されない。

図３、図１１、図１５、及び図１７（ａ）〜図２９を参照して、本発明の実施例１〜実施例１２を説明する。実施例１〜実施例７に係るプラズモニック構造体は、図３に示すように、実施形態１に係るプラズモニック構造体１であった。実施例８〜実施例１０に係るプラズモニック構造体は、図１１に示すように、実施形態２に係るプラズモニック構造体１Ａであった。実施例１１及び実施例１２に係るプラズモニック構造体は、図１５に示すように、実施形態３に係るプラズモニック構造体１Ｂであった。

図１７（ａ）、図２３（ａ）、図２４、図２５（ａ）、図２６（ａ）、図２７、図２８（ａ）、及び図２９において、縦軸は共振部３の直径Ｄ（ｎｍ）を示し、横軸は入射光の波長（ｎｍ又はμｍ）を示す。図１７（ａ）、図２５（ａ）、及び図２８（ａ）において、図中右側のスケールは、０．２から１．０までの吸収率（又は放射率）を濃淡によって表している。図２３（ａ）、図２６（ａ）、図２７、及び図２９において、図中右側のスケールは、０．０から１．０までの吸収率（又は放射率）を濃淡によって表している。図２４において、図中右側のスケールは、０．３から１．０までの吸収率（又は放射率）を濃淡によって表している。スケールの示す濃淡によって吸収率（又は放射率）が表される。

図１７（ｂ）、図１７（ｃ）、図２３（ｂ）、図２５（ｂ）、図２５（ｃ）、図２６（ｂ）、図２８（ｂ）、及び図２８（ｃ）において、縦軸は、Ｚ軸（図３、図１１、又は図１５）に平行な方向の長さを示し、ベース層５の主面１２の位置を原点（ゼロ）にしている。横軸は、Ｘ軸に沿った長さを示し、共振部３の中心軸線の位置を原点（ゼロ）にしている。図中右側のスケールは電場を濃淡によって表している。スケールの示す濃淡によって電場が表される。電場｜Ｅ｜は、入射電場｜Ｅ０｜で標準化されている。濃淡が淡い領域ほど（つまり、白色に近い領域ほど）、電場が増強されていることを示している。

（実施例１）
図１７（ａ）〜図１７（ｃ）を参照して実施例１を説明する。実施例１では、可視光の波長域において、共振部３の直径Ｄの変化に対するプラズモニック構造体１の吸収率の変化と、共振部３近傍の電場分布とを算出した。

プラズモニック構造体１の条件は次の通りであった。すなわち、共振部３及びベース層５の各々は、ハフニウムナイトライドによって形成された。ハフニウムナイトライドの融点は３３３０℃であり、ハフニウムナイトライドの抵抗値は１０^-3（Ω・ｃｍ）であった。共振部３の直径Ｄは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であった。共振部３の高さＨは８０ｎｍであった。共振部３の周期Ｔは３００ｎｍであった。

プラズモニック構造体１への入射光の条件及びシミュレーション法は次の通りであった。すなわち、プラズモニック構造体１に対して直線偏光を垂直に入射したときのシミュレーションを行った。シミュレーションは、有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ法）に基づいて行った。直線偏光の進行方向はベース層５の主面１２に直交し、直線偏光の電場ベクトルは、ベース層５の主面１２に平行であった。

図１７（ａ）は、実施例１に係るプラズモニック構造体１の吸収率と共振部３の直径Ｄと波長との関係を示す図である。図１７（ａ）に示すように、シミュレーションによって、共振部３の直径Ｄ及び入射光の波長を変化させたときのプラズモニック構造体１の吸収率（又は放射率）が算出された。破線Ｌ１と破線Ｌ２とで囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、破線Ｌ３で囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

図１７（ｂ）は、実施例１に係るプラズモニック構造体１の第１吸収条件での共振部３近傍の電場分布を示す図である。図１７（ｃ）は、実施例１に係るプラズモニック構造体の第２吸収条件での共振部３近傍の電場を示す図である。

図１７（ｂ）に示すように、シミュレーションによって、第１吸収条件での電場分布が算出された。第１吸収条件は、図１７（ａ）の点Ｐ１に対応し、共振部３の直径Ｄが１５０ｎｍであり、波長が５４０ｎｍであることを示した。点Ｐ１での吸収率は約１．０であった。図１７（ｂ）に示すように、第１吸収条件では、共振部３のエッジ７（図４）及びエッジ７の近傍で電場が増強された。電場の増強は、第１特定面９（図４）に表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生していることを示していた。

図１７（ｃ）に示すように、シミュレーションによって、第２吸収条件での電場分布が算出された。第２吸収条件は、図１７（ａ）の点Ｐ２に対応し、共振部３の直径Ｄが１００ｎｍであり、波長が７５０ｎｍであることを示した。点Ｐ２での吸収率は約０．２であった。図１７（ｃ）に示すように、第２吸収条件では、共振部３のエッジ７（図４）及びエッジ７の近傍の電場は、第１吸収条件での電場よりも弱かった。

図１７（ｂ）及び図１７（ｃ）に示すシミュレーションの結果から、共振部３のエッジ７及びエッジ７の近傍の電場が強い程、吸収率（又は放射率）が大きいことを確認できた。

（実施例２）
図１８を参照して実施例２を説明する。実施例２では、プラズモニック構造体１の熱放射スペクトルの理論値を算出した。共振部３の直径Ｄは２２０ｎｍであった。プラズモニック構造体１のその他の条件は、実施例１と同じであった。

図１８は、実施例２に係るプラズモニック構造体１及び黒体の熱放射スペクトルを示す図である。図１８において、縦軸は光の放射強度（Ｗｍ^-2ｍ^-1）を示し、横軸は光の波長（ｎｍ）を示す。図１８に示すように、曲線Ｂ１は、プラズモニック構造体１の熱放射スペクトルを示す。曲線Ｂ２は、黒体の熱放射スペクトルを示す。

黒体が２３００℃になるエネルギーを、プラズモニック構造体１及び黒体の各々に与えたときの熱放射スペクトルの理論値が算出された。従って、曲線Ｂ２は、２３００℃の黒体の放射強度を示した。一方、曲線Ｂ１に示されるように、プラズモニック構造体１の放射強度は、可視光の波長域内の特定の波長（具体的には、約６３０ｎｍ）で強いピークを示した。ピークの出現した理由は、ベース層５の放射率が抑制されているためであると推測できた（図８参照）。

プラズモニック構造体１の放射強度の最大値は、黒体の放射強度の最大値の２倍以上であった。従って、プラズモニック構造体１は、黒体と比較して、小さなエネルギーによって大きな放射強度を達成できた。

具体的には、プラズモニック構造体１の放射強度の最大値は、黒体が３０００℃になるエネルギーを黒体に与えたときの黒体の放射強度の最大値と略等しかった。換言すれば、黒体が２３００℃になるエネルギーをプラズモニック構造体１に与えることで、黒体が３０００℃になるエネルギーを黒体に与えたときと同程度の放射強度の最大値を達成できた。更に換言すれば、プラズモニック構造体１は、黒体と比較して、省エネルギーの完全放射体であった。また、吸収率は放射率と等しいため、プラズモニック構造体１は、省エネルギーの完全吸収体であることを確認できた。

プラズモニック構造体１の放射強度は、黒体の放射強度と比較して、可視光の波長域内の特定の波長（図１８の例では、約６３０ｎｍ）において強いピークを示した。従って、プラズモニック構造体１によって狭帯域光源（例えば、赤色の光を放射する光源）を実現できると推測できた。

（実施例３）
図１９を参照して実施例３を説明する。実施例３では、可視光の波長域において、共振部３の高さＨの変化に対するプラズモニック構造体１の吸収率の変化を算出した。共振部３の直径Ｄは１５０ｎｍであった。プラズモニック構造体１のその他の条件は、実施例１と同じであった。プラズモニック構造体１への入射光の条件及びシミュレーション法は実施例１と同じであった。

図１９は、実施例３に係るプラズモニック構造体１の吸収率と共振部３の高さＨと波長との関係を示す図である。図１９の横軸及びスケールは、図１７（ａ）と同じであり、縦軸は共振部３の高さＨを示す。

図１９に示すように、シミュレーションによって、共振部３の高さＨ及び入射光の波長を変化させたときのプラズモニック構造体１の吸収率（又は放射率）が算出された。破線Ｌ４で囲まれた領域（図中、破線Ｌ４より左側の領域）では、可視光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、破線Ｌ５で囲まれた領域（図中、破線Ｌ５より左側の領域）では、可視光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

（実施例４）
図２０（ａ）及び図２０（ｂ）を参照して実施例４を説明する。実施例４では、可視光の波長域において、プラズモニック構造体１の吸収率の偏光依存性が算出された。共振部３の直径Ｄは１５０ｎｍであった。プラズモニック構造体１のその他の条件は、実施例１と同じであった。プラズモニック構造体１への入射光の条件は実施例１と同じであった。ただし、入射光の偏光角を変化させた。また、シミュレーションは、厳密結合波解析法（ＲＣＷＡ法）に基づいて行った。

図２０（ａ）は、実施例４に係るプラズモニック構造体１への入射光の偏光角θａを示す図である。図２０（ｂ）は、実施例４に係るプラズモニック構造体１の吸収率と偏光角θａと波長との関係を示す図である。図２０（ｂ）の横軸及びスケールは、図２４と同じであり、縦軸は偏光角θａを示す。

図２０（ａ）に示すように、入射光の偏光角θａは、基準線ＢＬに対して入射光の偏光方向（具体的には電場ベクトルＥの方向）のなす角度を示した。基準線ＢＬはＸ軸に平行であった。

図２０（ｂ）に示すように、シミュレーションによって、入射光の偏光角θａ及び波長を変化させたときのプラズモニック構造体１の吸収率（又は放射率）が算出された。各波長において、吸収率（又は放射率）は、偏光角θａに依存することなく一定であった。また、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域では、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、破線Ｌ６と破線Ｌ７とで囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

（実施例５）
図２１（ａ）〜図２２（ｂ）を参照して実施例５を説明する。実施例５では、可視光の波長域において、プラズモニック構造体１の吸収率の入射角依存性が算出された。共振部３の直径Ｄは１５０ｎｍであった。プラズモニック構造体１のその他の条件は、実施例１と同じであった。また、シミュレーションは、厳密結合波解析法（ＲＣＷＡ法）に基づいて行った。

図２１（ａ）は、実施例５に係るプラズモニック構造体１に入射するｐ偏光の入射角θｂ１を示す図である。図２１（ｂ）は、実施例５に係るプラズモニック構造体１の吸収率とｐ偏光の入射角θｂ１と波長との関係を示す図である。図２１（ｂ）の横軸及びスケールは、図１７（ａ）と同じであり、縦軸は入射角θｂ１を示す。

図２１（ａ）に示すように、入射角θｂ１は、矢印ｋで示すｐ偏光の入射方向と垂線ＶＬとがなす角度を示す。垂線ＶＬは、光反射面（紙面に垂直な面）に直交する。共振部３に対するｐ偏光の電場ベクトルＥの方向は、矢印ｋで示す入射方向に垂直で、かつ、光入射面（紙面に平行な面）に垂直な方向である。また、共振部３に対するｐ偏光の磁場ベクトルＨの方向は、矢印ｋで示す入射方向に垂直で、かつ、光入射面に平行な方向である。

図２１（ｂ）に示すように、シミュレーションによって、ｐ偏光の入射角θｂ１及び波長を変化させたときのプラズモニック構造体１の吸収率（又は放射率）が算出された。各波長において、吸収率（又は放射率）は、入射角θｂ１に若干影響を受けたに過ぎなかった。従って、各波長において、吸収率（又は放射率）が、ｐ偏光の入射角θｂ１に大きく依存しないことを確認できた。

また、破線Ｌ８と破線Ｌ９とで囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、破線Ｌ１０と破線Ｌ１１とで囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

図２２（ａ）は、実施例５に係るプラズモニック構造体１に入射するｓ偏光の入射角θｂ２を示す図である。図２２（ｂ）は、実施例５に係るプラズモニック構造体１の吸収率とｓ偏光の入射角θｂ２と波長との関係を示す図である。図２２（ｂ）の横軸及びスケールは、図１７（ａ）と同じであり、縦軸は入射角θｂ２を示す。

図２２（ａ）に示すように、入射角θｂ２は、矢印ｋで示すｓ偏光の入射方向と垂線ＶＬとがなす角度を示す。共振部３に対するｓ偏光の電場ベクトルＥの方向は、矢印ｋで示す光入射方向に垂直で、かつ、光入射面に平行な方向である。また、共振部３に対するｓ偏光の磁場ベクトルＨの方向は、矢印ｋで示す光入射方向に垂直で、かつ、光入射面に垂直な方向である。

図２２（ｂ）に示すように、シミュレーションによって、ｓ偏光の入射角θｂ２及び波長を変化させたときのプラズモニック構造体１の吸収率（又は放射率）が算出された。各波長において、吸収率（又は放射率）は、入射角θｂ２に若干影響を受けたに過ぎなかった。従って、各波長において、吸収率（又は放射率）が、ｓ偏光の入射角θｂ２に大きく依存しないことを確認できた。

また、破線Ｌ１２と破線Ｌ１３とで囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、破線Ｌ１４で囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

（実施例６）
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）を参照して実施例６を説明する。実施例６では、赤外光の波長域において、共振部３の直径Ｄの変化に対するプラズモニック構造体１の吸収率の変化と、共振部３近傍の電場分布を算出した。共振部３の直径Ｄは２００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下であった。共振部３の高さＨは２００ｎｍであった。共振部３の周期Ｔは１５００ｎｍであった。プラズモニック構造体１のその他の条件は実施例１と同じであった。プラズモニック構造体１への入射光の条件及びシミュレーション法は実施例１と同じであった。

図２３（ａ）は、実施例６に係るプラズモニック構造体１の吸収率と共振部３の直径Ｄと波長との関係を示す図である。図２３（ａ）に示すように、シミュレーションによって、共振部３の直径Ｄ及び入射光の波長を変化させたときのプラズモニック構造体１の吸収率（又は放射率）が算出された。略Ｖ字状の破線Ｌ１５で囲まれた領域では、赤外光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、略Ｖ字状の破線Ｌ１６で囲まれた領域では、赤外光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

図２３（ｂ）は、実施例６に係るプラズモニック構造体１の第３吸収条件での共振部３近傍の電場分布を示す図である。図２３（ｂ）に示すように、シミュレーションによって、第３吸収条件での電場分布が算出された。第３吸収条件は、図２３（ａ）の点Ｐ３に対応し、共振部３の直径Ｄが１０００ｎｍであり、波長が１６００ｎｍであることを示した。点Ｐ３での吸収率は約１．０であった。図２３（ｂ）に示すように、第３吸収条件では、共振部３のエッジ７（図４）及びエッジ７の近傍で電場が増強された。共振部３のエッジ７及びエッジ７の近傍の電場が強い場合に、吸収率（又は放射率）が大きいことを確認できた。電場の増強は、第１特定面９（図４）に表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生していることを示していた。

（実施例７）
図２４を参照して実施例７を説明する。実施例７では、可視光の波長域において、共振部３の直径Ｄの変化に対するプラズモニック構造体１の吸収率の変化を算出した。共振部３及びベース層５の各々は、チタンナイトライドで形成された。プラズモニック構造体１のその他の条件は実施例１と同じであった。プラズモニック構造体１への入射光の条件及びシミュレーション法は実施例１と同じであった。

図２４は、実施例７に係るプラズモニック構造体１の吸収率と共振部３の直径Ｄと波長との関係を示す図である。図２４に示すように、シミュレーションによって、共振部３の直径Ｄ及び入射光の波長を変化させたときのプラズモニック構造体１の吸収率（又は放射率）が算出された。破線Ｌ１７で規定される領域（図中、破線Ｌ１７より左側の領域）では、可視光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、破線Ｌ１８と破線Ｌ１９とで囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

実施例７では、図１７（ａ）に示す実施例１と比較して、約１．０の吸収率（又は放射率）を有する領域がブロードになっていた。従って、可視光の波長域では、実施例１（ハフニウムナイトライド）の方が、実施例７（チタンナイトライド）よりも、狙った波長域又は波長だけに対して、吸収率（又は放射率）を約１．０にすることができた。

（実施例８）
図２５（ａ）〜図２５（ｃ）を参照して実施例８を説明する。実施例８では、可視光の波長域において、共振部３の直径Ｄの変化に対するプラズモニック構造体１Ａの吸収率の変化と、共振部３近傍の電場分布とを算出した。

プラズモニック構造体１Ａの条件は次の通りであった。すなわち、共振部３及びベース層５の各々は、ハフニウムナイトライドによって形成された。共振部３の直径Ｄは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であった。共振部３の高さＨは８０ｎｍであった。共振部３の周期Ｔは３００ｎｍであった。誘電体層２１は石英（ＳｉＯ₂）であった。誘電体層２１の厚みｔは２０ｎｍであった。

プラズモニック構造体１Ａへの入射光の条件及びシミュレーション法は、実施例１と同じであった。

図２５（ａ）は、実施例８に係るプラズモニック構造体１Ａの吸収率と共振部３の直径Ｄと波長との関係を示す図である。図２５（ａ）に示すように、シミュレーションによって、共振部３の直径Ｄ及び入射光の波長を変化させたときのプラズモニック構造体１の吸収率（又は放射率）が算出された。破線Ｌ２０と破線Ｌ２１とで囲まれた領域、及び、破線Ｌ２２で囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、破線Ｌ２３と破線Ｌ２４とで囲まれた領域、及び、破線Ｌ２５で囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

実施例８では、図１７（ａ）に示す実施例１と比較して、約１．０の吸収率（又は放射率）を有する領域（破線Ｌ２３と破線Ｌ２４とで囲まれた領域）が、ややブロードになっていた。従って、可視光の波長域では、実施例１（非ＭＩＭ構造）の方が、実施例８（ＭＩＭ構造）よりも、狙った波長域又は波長だけに対して、吸収率（又は放射率）を約１．０にすることができた。

図２５（ｂ）は、実施例８に係るプラズモニック構造体１Ａの第４吸収条件での共振部３近傍の電場分布を示す図である。図２５（ｃ）は、実施例８に係るプラズモニック構造体１Ａの第５吸収条件での共振部３近傍の電場を示す図である。

図２５（ｂ）に示すように、シミュレーションによって、第４吸収条件での電場分布が算出された。第４吸収条件は、図２５（ａ）の点Ｐ４に対応し、共振部３の直径Ｄが１２０ｎｍであり、波長が４７０ｎｍであることを示した。点Ｐ４での吸収率は約１．０であった。図２５（ｂ）に示すように、第４吸収条件では、共振部３のエッジ７（図１２）及びエッジ７の近傍で電場が増強された。

図２５（ｃ）に示すように、シミュレーションによって、第５吸収条件での電場分布が算出された。第５吸収条件は、図２５（ａ）の点Ｐ５に対応し、共振部３の直径Ｄが１２０ｎｍであり、波長が７７０ｎｍであることを示した。点Ｐ５での吸収率は約１．０であった。図２５（ｃ）に示すように、第５吸収条件では、共振部３のエッジ２３（図１２）及びエッジ２３の近傍で電場が増強された。

図２５（ａ）〜図２５（ｃ）にシミュレーションの結果により、共振部３のエッジ７及びエッジ７の近傍の電場が強い場合、又は、共振部３のエッジ２３及びエッジ２３の近傍の電場が強い場合に、吸収率（又は放射率）が大きいことを確認できた。電場の増強は、第１特定面９又は第２特定面２５（図１２）に表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生していることを示していた。破線Ｌ２０と破線Ｌ２１とで囲まれた領域は、第１特定面９に発生した表面プラズモン・ポラリトンの定在波に起因しており、破線Ｌ２２で囲まれた領域は、第２特定面２５に発生した表面プラズモン・ポラリトンの定在波に起因していることを確認できた。

（実施例９）
図２６（ａ）及び図２６（ｂ）を参照して実施例９を説明する。実施例９では、赤外光の波長域において、共振部３の直径Ｄの変化に対するプラズモニック構造体１Ａの吸収率の変化と、共振部３近傍の電場分布を算出した。共振部３の直径Ｄは４００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下であった。共振部３の高さＨは１００ｎｍであった。共振部３の周期Ｔは１５００ｎｍであった。誘電体層２１の厚みｔは１００ｎｍであった。プラズモニック構造体１Ａのその他の条件は実施例８と同じであった。プラズモニック構造体１Ａへの入射光の条件及びシミュレーション法は実施例８と同じであった。

図２６（ａ）は、実施例９に係るプラズモニック構造体１Ａの吸収率と共振部３の直径Ｄと波長との関係を示す図である。図２６（ａ）に示すように、シミュレーションによって、共振部３の直径Ｄ及び入射光の波長を変化させたときのプラズモニック構造体１Ａの吸収率（又は放射率）が算出された。破線Ｌ２６と破線Ｌ２７とで囲まれた領域では、赤外光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、破線Ｌ２８と破線Ｌ２９とで囲まれた領域では、赤外光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

実施例９では、図２３（ａ）に示す実施例６と比較して、約１．０の吸収率（又は放射率）を有する領域が、赤外光の広い波長域で確認できた。従って、赤外光の波長域では、実施例９の方が、実施例６よりも、広範な波長域から、吸収率（又は放射率）を約１．０にする波長を選択できることを確認できた。

図２６（ｂ）は、実施例９に係るプラズモニック構造体１Ａの第６吸収条件での共振部３近傍の電場分布を示す図である。図２６（ｂ）に示すように、シミュレーションによって、第６吸収条件での電場分布が算出された。第６吸収条件は、図２６（ａ）の点Ｐ６に対応し、共振部３の直径Ｄが１０００ｎｍであり、波長が３５５０ｎｍであることを示した。点Ｐ６での吸収率は約１．０であった。図２６（ｂ）に示すように、第６吸収条件では、共振部３のエッジ２３（図１２）及びエッジ２３の近傍で電場が増強された。共振部３のエッジ２３及びエッジ２３の近傍の電場が強い場合に、吸収率（又は放射率）が大きいことを確認できた。電場の増強は、第２特定面２５（図１２）に表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生していることを示していた。

（実施例１０）
図２７を参照して実施例１０を説明する。実施例１０では、赤外光の波長域において、共振部３の直径Ｄの変化に対するプラズモニック構造体１Ａの吸収率の変化を算出した。プラズモニック構造体１Ａはチタンナイトライドによって形成された。プラズモニック構造体１Ａのその他の条件は実施例９と同じであった。プラズモニック構造体１Ａへの入射光の条件及びシミュレーション法は実施例９と同じであった。

図２７は、実施例１０に係るプラズモニック構造体１Ａの吸収率と共振部３の直径Ｄと波長との関係を示す図である。図２７に示すように、シミュレーションによって、共振部３の直径Ｄ及び入射光の波長を変化させたときのプラズモニック構造体１Ａの吸収率（又は放射率）が算出された。破線Ｌ３０と破線Ｌ３１とで囲まれた領域では、赤外光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。

実施例１０と実施例９（図２６（ａ））とを比較すると、赤外光の波長域において、実施例９（ハフニウムナイトライド）の方が、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）を達成できる点で、実施例１０（チタンナイトライド）よりも優れていた。

（実施例１１）
図２８（ａ）〜図２８（ｃ）を参照して実施例１１を説明する。実施例１１では、可視光の波長域において、共振部３の直径Ｄの変化に対するプラズモニック構造体１Ｂの吸収率の変化と、共振部３近傍の電場分布とを算出した。

プラズモニック構造体１Ｂの条件は次の通りであった。すなわち、共振部３及びベース層５の各々は、ハフニウムナイトライドによって形成された。共振部３及び誘電体層３１の各々の直径Ｄは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下であった。共振部３及び誘電体層３１の各々の周期Ｔは３００ｎｍであった。共振部３の高さＨは８０ｎｍであった。誘電体層３１の厚みｔは２０ｎｍであった。誘電体層３１は石英（ＳｉＯ₂）であった。

プラズモニック構造体１Ｂへの入射光の条件及びシミュレーション法は、実施例１と同じであった。

図２８（ａ）は、実施例１１に係るプラズモニック構造体１Ｂの吸収率と共振部３の直径Ｄと波長との関係を示す図である。図２８（ａ）に示すように、シミュレーションによって、共振部３の直径Ｄ及び入射光の波長を変化させたときのプラズモニック構造体１Ｂの吸収率（又は放射率）が算出された。破線Ｌ３２と破線Ｌ３３とで囲まれた領域、及び、破線Ｌ３４で囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、破線Ｌ３５と破線Ｌ３６とで囲まれた領域、及び、破線Ｌ３７で囲まれた領域では、可視光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

実施例１１（ＭＩＭ構造）では、図２５（ａ）に示す実施例８（ＭＩＭ構造）と同様の吸収率特性（放射率特性）が得られた。

図２８（ｂ）は、実施例１１に係るプラズモニック構造体１Ｂの第７吸収条件での共振部３近傍の電場分布を示す図である。図２８（ｃ）は、実施例１１に係るプラズモニック構造体１Ｂの第８吸収条件での共振部３近傍の電場を示す図である。

図２８（ｂ）に示すように、シミュレーションによって、第７吸収条件での電場分布が算出された。第７吸収条件は、図２８（ａ）の点Ｐ７に対応し、共振部３の直径Ｄが１２０ｎｍであり、波長が４８０ｎｍであることを示した。点Ｐ７での吸収率は約１．０であった。図２８（ｂ）に示すように、第７吸収条件では、共振部３のエッジ７（図１６）及びエッジ７の近傍で電場が増強された。

図２８（ｃ）に示すように、シミュレーションによって、第８吸収条件での電場分布が算出された。第８吸収条件は、図２８（ａ）の点Ｐ８に対応し、共振部３の直径Ｄが１２０ｎｍであり、波長が７２０ｎｍであることを示した。点Ｐ８での吸収率は約１．０であった。図２８（ｃ）に示すように、第８吸収条件では、共振部３のエッジ２３（図１６）及びエッジ２３の近傍で電場が増強された。

図２８（ａ）〜図２８（ｃ）にシミュレーションの結果により、共振部３のエッジ７及びエッジ７の近傍の電場が強い場合、又は、共振部３のエッジ２３及びエッジ２３の近傍の電場が強い場合に、吸収率（又は放射率）が大きいことを確認できた。電場の増強は、第１特定面９又は第２特定面２５（図１６）に表面プラズモン・ポラリトンの定在波が発生していることを示していた。破線Ｌ３２と破線Ｌ３３とで囲まれた領域は、第１特定面９に発生した表面プラズモン・ポラリトンの定在波に起因しており、破線Ｌ３４で囲まれた領域は、第２特定面２５に発生した表面プラズモン・ポラリトンの定在波に起因していることを確認できた。

（実施例１２）
図２９を参照して実施例１２を説明する。実施例１２では、赤外光の波長域において、共振部３の直径Ｄの変化に対するプラズモニック構造体１Ｂの吸収率の変化を算出した。共振部３及び誘電体層３１の各々の直径Ｄは、４００ｎｍ以上１４００ｎｍ以下であった。共振部３及び誘電体層３１の各々の周期Ｔは１５００ｎｍであった。共振部３の高さＨは１００ｎｍであった。誘電体層２１の厚みｔは１００ｎｍであった。プラズモニック構造体１Ｂのその他の条件は実施例１１と同じであった。プラズモニック構造体１Ｂへの入射光の条件及びシミュレーション法は実施例１１と同じであった。

図２９は、実施例１２に係るプラズモニック構造体１Ｂの吸収率と共振部３の直径Ｄと波長との関係を示す図である。図２９に示すように、シミュレーションによって、共振部３の直径Ｄ及び入射光の波長を変化させたときのプラズモニック構造体１Ｂの吸収率（又は放射率）が算出された。破線Ｌ３８と破線Ｌ３９とで囲まれた領域では、赤外光の波長域内で、約０．８（約８０％）以上の吸収率（又は放射率）であった。特に、破線Ｌ４０と破線Ｌ４１とで囲まれた領域では、赤外光の波長域内で、約１．０（約１００％）の吸収率（又は放射率）であった。

実施例１２と実施例９（図２６（ａ））とを比較すると、異なるＭＩＭ構造であっても、同様に優れた吸収率（又は放射率）を有していることを確認できた。

以上、図１７（ａ）〜図２６（ｂ）及び図２８（ａ）〜図２８（ｃ）を参照して説明したように、実施例１〜実施例９及び実施例１１では、プラズモニック構造体１、１Ａ、１Ｂが完全吸収体になり得ることを確認できた。また、吸収率は放射率と等しいため、プラズモニック構造体１、１Ａ、１Ｂが完全放射体になり得ることを確認できた。実施例１〜実施例９及び実施例１１では、「特定の波長」は、可視光の波長域内の波長又は赤外光の波長域内の波長であった。

以上、図面（図１〜図２９）を参照しながら本発明の実施形態について説明した。但し、本発明は、上記の実施形態及び実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能である（例えば、下記に示す（１）、（２））。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明の形成が可能である。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。図面は、理解しやすくするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚み、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の材質、形状、寸法等は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

（１）実施形態１〜３において、プラズモニック構造体１〜１Ｂは、ベース層５が第１化合物Ｃ１によって構成され、共振部３が第２化合物Ｃ２によって構成される限りは、図１〜図４及び図９〜図１６に示された構成に限定されない。例えば、プラズモニック構造体１〜１Ｂは、単数の共振部３を備えていてもよい。複数の共振部３の配置は特に限定されず、例えば、複数の共振部３が、三角格子状又は矩形格子状に配置されていてもよいし、非規則的に配置されていてもよい。共振部３及び誘電体層３１の形状は、特に限定されず、例えば、多角柱形状又は錐台形状（円錐台形状又は角錐台形状）であってもよい。共振部３の形状と誘電体層３１の形状とが異なっていてもよい。また、第１化合物Ｃ１及び第２化合物Ｃ２の誘電率の実部は、表面プラズモン・ポラリトンを発生できる限り、ゼロであってもよい。

（２）実施形態１〜３に係るプラズモニック構造体１〜１Ｂは、例えば、熱放射可視光光源、熱放射近赤外線エミッター、太陽熱発電の完全吸収体、又は耐熱性プラズモニック材料として適用可能である。

本発明は、プラズモニック構造体を提供するものであり、産業上の利用可能性を有する。

１、１Ａ、１Ｂ プラズモニック構造体
３ 共振部
５ ベース層
２１、３１ 誘電体層

Claims (9)

1. ベース層と、
   表面プラズモン・ポラリトンを共振させる共振部と
   を備え、
   前記ベース層は、第４族元素を含む第１化合物によって構成され、
   前記共振部は、第４族元素を含む第２化合物によって構成される、プラズモニック構造体。
2. 前記ベース層による光の吸収率は、前記共振部による光の吸収率よりも小さく、又は、前記ベース層による光の放射率は、前記共振部による光の放射率よりも小さい、請求項１に記載のプラズモニック構造体。
3. 前記共振部は、前記ベース層から突出している、請求項１又は請求項２に記載のプラズモニック構造体。
4. 前記ベース層上に配置される誘電体層をさらに備え、
   前記共振部は、前記誘電体層から突出し、
   前記誘電体層を構成する誘電体の誘電率の実部は、正の値を有する、請求項１又は請求項２に記載のプラズモニック構造体。
5. 前記共振部のサイズに応じて、８０％以上の吸収率で吸収される光の波長が定まり、又は、８０％以上の放射率で放射される光の波長が定まる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズモニック構造体。
6. 可視光の吸収率が８０％以上になるように、又は、可視光の放射率が８０％以上になるように、前記共振部のサイズが設定されている、請求項５に記載のプラズモニック構造体。
7. 前記共振部は、前記ベース層への通電又は前記ベース層への加熱に応じて前記可視光を放射する、請求項６に記載のプラズモニック構造体。
8. 前記第１化合物は、ハフニウムナイトライドであり、
   前記第２化合物は、ハフニウムナイトライドである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズモニック構造体。
9. 複数の前記共振部を備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズモニック構造体。