プラズモニックアレイによるナノ空間光マニピュレーション

• Project/Area Number: 12J03862
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied optics/Quantum optical engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 田中 嘉人 関西学院大学, 理工学部, 研究特別任期制助教
• Project Period (FY): 2012 – 2014
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,960,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2012: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 金属ナノ構造 / 光放射圧 / プラズモントラッピング / 局在プラズモン / ナノマニピュレーション / ヒートシンク / 半導体ナノ構造 / 光局在場 / 金ナノブロックペア

Outline of Annual Research Achievements

プラズモン共鳴を励振する際に生じる局所温度上昇は、微粒子のプラズモントラッピングにおける安定性を考える上で極めて重要であることがら、本年度は1. 熱伝導性の高い基板をヒートシンクとして用いる方針と、2. プラズモニックナノ構造に代わって、高屈折率を持ち誘電体の虚数が小さい半導体ナノ構造を用いる方針で課題克服に向けて取り組んで来た。1. について具体的には、熱伝導性がガラスの数十倍高いサファイアを基板として用い、これまでと同じように電子線ビームリソグラフィ/リフトオフ法によってナノ構造を作製し、SEMやAFMによって形状を、顕微分光によりプラズモン共鳴特性を、近接場顕微鏡により光局在場分布を評価し、シミュレーションで用いたモデルと極めて近い形状・特性を得る事ができた。サファイア基板上金ナノブロックペアを用いて100nm粒子のプラズモントラッピングをしたところ、ガラス基板を用いた場合と比べナノ粒子の位置揺らぎが1/5まで抑えることが可能であることを明らかにした。次に、2. についてSiやGaPのナノブロックペアを対象に可視光照射に伴う局所温度上昇を計算によって見積もったところ、Siナノ構造については金を使った場合に比べ1/100の温度上昇、GaPナノ構造については誘電率の虚部がゼロのため全く温度上昇しないということを見出した。SiやGaPナノ構造で生じる局在場が微粒子捕捉で働く放射圧をMaxwell応力法によって計算したところ、金を使った場合にくらべ1/3程度になることがわかり、金ナノ構造を使った場合より3倍以上の光照射をすれば放射圧の大きさを同程度に保ちながら、局所温度上昇の影響をかなり抑えることができる可能性を示す事ができた。

Research Progress Status

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Anisotropic Gold Nanoassembly : A Study on Polarization-dependent and Polarization-selective Surface-enhanced Raman Scattering (2015)
  • Author(s): Mohammad Hossain, Genin Huang, Yoshito Tanaka, Tadaaki Kaneko, Yukihiro Ozaki
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 17 Issue: 6 Pages: 4268-4276
  • DOI: 10.1039/c4cp05375c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tip-Enhanced Raman Scattering of Local Nanostructure of Epitaxial Graphene Grown on 4H-SiC (0001) (2014)
  • Author(s): Sanpon Vantasin, Ichiro Tanabe, Yoshito Tanaka, Tamitake Itoh, Toshiaki Suzuki, Yasunori Kutsuma, Koji Ashida, Tadaaki Kaneko, and Yukihiro Ozaki
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 118 Issue: 44 Pages: 25809-25815
  • DOI: 10.1021/jp508730y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enantioselective discrimination of alcohols by hydrogen bonding : ASERS study (2014)
  • Author(s): Yue Wang, Zhi Yu, Wei Ji, Yoshito Tanaka, Huimin Sui, Bing Zhao, and Yukihiro Ozaki
  • Journal Title: Angewandte Chemie international Edition Volume: 53 Issue: 50 Pages: 13866-13870
  • DOI: 10.1002/ange.201407642
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanostructured potential of optical trapping using a plasmonic nanoblock pair (2013)
  • Author(s): Yoshito Tanaka, Shogo Kaneda, and Keiji Sasaki
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 13 Pages: 2146-2150
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Near-field optical response of periodically arrayed plasmonic nanogap antennas (2013)
  • Author(s): Kyosuke Sakai, Kensuke Nomura, Yoshito Tanaka, and Keiji Sasaki
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 114 Issue: 2 Pages: 24-306
  • DOI: 10.1063/1.4813129
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two-photon excited fluorescence from a pseudoisocyanine-attached gold-coated tip via a thin tapered fiber under a weak continuous excitation (2013)
  • Author(s): Fang Ren, Hideaki Takashima, Yoshito Tanaka, Hideki Fujiwara, Keiji Sasaki
  • Journal Title: Optics Express Volume: 21 Issue: 23 Pages: 27759-27769
  • DOI: 10.1364/oe.21.027759
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoscale interference patterns of gap-mode multipolar plasmonic fields (2012)
  • Author(s): Yoshito Tanaka, Akio Sanada and Keiji Sasaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 2 Issue: 1 Pages: 764-764
  • DOI: 10.1038/srep00764
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanopattern fabrication of gold on hydrogels and application to tunable photonic crystal (2012)
  • Author(s): Naonobu Shimamoto, Yoshito Tanaka, Hideyuki Mitomo, Ryuzo Kawamura, Kuniharu Ijiro, Keiji Sasaki, Yoshihito Osada
  • Journal Title: Advanced Materials Volume: 24 Issue: 38 Pages: 5243-5248
  • DOI: 10.1002/adma.201201522
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Optical Nanomanipulation Using Nanoshaped Plasmonic fields (2014)
  • Author(s): Keiji Sasaki, Shutaro Ishida, Kyosuke Sakai, Yoshito Tanaka
  • Organizer: JSAP-OSA Joint Symposia
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2014-09-18
  • Invited
• [Presentation] ギャップモード局在プラズモンのナノスケール干渉パターン (2012)
  • Author(s): 田中嘉人、真田彬夫、笹木敬司
  • Organizer: 第73回秋季応用物理学会
  • Place of Presentation: 愛媛大学(松山市)
  • Year and Date: 2012-09-13
• [Remarks] 尾崎研究室ホームページ
  • URL: http://sci-tech.ksc.kwansei.ac.jp/~ozaki/
• [Remarks]
  • URL: http://redpepperyoshito.web.fc2.com/Profile/Yoshito_TANAKA.html