近接場光学顕微鏡による色素微粒子の研究

• Project/Area Number: 10740143
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 固体物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 田丸 博晴 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (30292767)
• Project Period (FY): 1998 – 1999
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1999)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 1999: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 1998: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: 近接場光学顕微鏡 / 禁制光 / 微小球 / 表面プラズモン / 近接場光学 / WGモード

Research Abstract

会合体をなす色素の結晶では結晶の大きさが励起子の遍歴の大きさ程度以下になると遍歴による安定化が制限され、サイズ効果を示すようになる。また、粒子境界の空間的な制限によるモードの影響も現れることが予想される。近接場光学顕微鏡を用いるとこのような系について物体のトポグラフィーを確認しつつ波長よりも小さな分解能で光照射を行うことが可能である。
本研究で上の目的を達成するために、基板に張りついていないような、数μmスケールで高いアスペクト比をもつ物体を安定・高速にスキャンすることの出来る近接場光学顕微鏡の開発をおこなった。Μmスケールでは大きな物体ほど基板への吸着力が弱くなり安定なスキャンが困難になるが、球径1,3,5μmの微小球について単体および配列状態について、球を「掃いて」しまうことなく安定に測定できるようになった。また、可視領域で波長幅0.03nm以下のCWレーザーを用いて分光を行なうことにより、微小球の空間的閉じ込めモードであるWhispering Gallaryモードの波長および空間分布の測定を行なった。その結果、球径3μmの微小球については、波長幅1nm程度の鋭い共鳴が観られ、また、球が配列すうとその空間パターンは配列の対称性にしたがって変化する様子が観察された。このような像の解釈をより的確に行なうため、測定装置を改良し検出光の出射方位(波数ベクトルに相当)を選択する仕組みを採り入れた。この測定系の性能確認を兼ねて銀表面に近接場光学顕微鏡のプローブで励起した表面プラズモンからの放射を測定をおこなった。予想される特性方向に強い放射が観られ、またその空間分布からその伝搬長は、これまでATR測定などで調べられてきた値よりも大きい可能性があることを見出した。