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メゾスコピック領域における金微粒子を用いた空間的エネルギー伝播の直接観測

Research Project

Project/Area Number 16750017
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Physical chemistry
Research InstitutionInstitute for Molecular Science

Principal Investigator

井村 考平  分子科学研究所, 分子構造研究系, 助手 (80342632)

Project Period (FY) 2004 – 2005
Project Status Completed (Fiscal Year 2005)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2005: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Keywords金微粒子 / 近接場光学顕微鏡 / 波動関数イメージング / 二光子誘起発光 / メゾスコピック領域 / 時間分解ポンププローブ測定 / プラズモンモード / 表面増強ラマン散乱 / 励起確率イメージ / 電子-フォノン散乱
Research Abstract

本研究は、鎖状に連結した金微粒子を用いて空間選択的に注入されたエネルギーがどのような時間・空間スケールで伝播するのか、伝播に伴うエネルギーの緩和や散逸がどのような時間スケール・素過程を通して起こるのかを解明することを目的としている。
本年度前半は、まず鎖状および二次元的に連結した金微粒子がどのような光学的特徴を持つか,エネルギーがどのような時間・空間スケールで伝播するのかを、微粒子内部の位置まで分解して(空間分解能約50nm)解明することを目的として、近接場透過スペクトルと近接場二光子誘起発光測定を行った。
近接場透過スペクトル測定から、波長以下の空間スケールで起こる光子と物質の相互作用について電磁気学的に基本的な情報を得た。また,連結微粒子全体のコヒーレントな励起過程が存在することを明らかにした。さらに,連結微粒子を棒状微粒子とみなしたときに,エネルギーの伝播長が励起波長に依存することを古典電磁気学計算により明らかにした。この結果は,実測の連結微粒子の透過スペクトルの特徴と良く整合する。
近接場二光子励起発光測定から、微粒子間の連結部分で励起確率が高くなること,さらに連結端で励起確率が最大になることを見出した。連結構造体の励起確率イメージを測定し、プラズモンの波動関数との相関を明らかにした。
本年度後半は、金微粒子を色素分子に相互作用させた時に、金微粒子と分子の配置する方向、位置、距離などの違いによりエネルギー伝播の方向や励起確率がどう変化するかを調べるために、連結微粒子とラマン活性分子を相互作用させた系において、近接場表面増強ラマン散乱の測定を行った。
励起確率の連結数依存性から,金微粒子二量体においてもっとも励起確率が高いこと、さらに微粒子の接合部分で励起確率が高くなることを高い空間分解能(<50nm)で可視化することに成功した。金微粒子二量体接合部における分子からのラマン散乱光の偏光特性から、分子配向と局所電場の方向に相関があることを見出した。現在,これら構造体における時間分解ポンププローブ測定を行っている。
平成16年度の成果と合わせて、当初の目標である励起エネルギーの伝播過程やエネルギー散逸過程がどのような時間・空間スケールで起こるかについて理解を深めることができた。また、プラズモンの波動関数の空間形状の測定方法も同時に確立することができた。

Report

(2 results)
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2006 2005 2004

All Journal Article (15 results) Book (2 results)

  • [Journal Article] Photoluminescence from Gold Nanoplates Induced by Near-Field Two-Photon Absorption Near-Field Optical Microscopy2006

    • Author(s)
      K.Imura, T.Nagahara, H.Okamoto
    • Journal Title

      Applied Physics Letters 88

      Pages: 23104-23104

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  • [Journal Article] Near-field Imaging of Surface Enhanced Raman Active Sites in Aggregated Gold Nanoparticles2006

    • Author(s)
      K.Imura, H.Okamoto, M.K.Hossain, M.Kitajima
    • Journal Title

      Chemistry Letters 35

      Pages: 78-79

    • NAID

      10016907933

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] 動的近接場分光法による金ナノ粒子のプラズモンのイメージング2006

    • Author(s)
      岡本裕巳, 井村考平
    • Journal Title

      レーザー研究 34・3

      Pages: 224-229

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  • [Journal Article] Reciprocity in Scanning Near-Field Optical Microscopy : Illumination and Collection Modes of Transmission Measurements2006

    • Author(s)
      K.Imura, H.Okamoto
    • Journal Title

      Optics Letters (印刷中)

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  • [Journal Article] Near-field Optical Imaging of Plasmon Modes in Gold Nanorods2005

    • Author(s)
      K.Imura, T.Nagahara, H.Okamoto
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics 122

      Pages: 154701-154701

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      2005 Annual Research Report
  • [Journal Article] Near-Field Two-Photon-Induced Photoluminescence from Single Gold Nanorods and Imaging of Plasmon Modes2005

    • Author(s)
      K.Imura, T.Nagahara, H.Okamoto
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry B 109

      Pages: 13214-13220

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    • Author(s)
      J.K.Lim, K.Imura, T.Nagahara, S.K.Kim, H.Okamoto
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters 412

      Pages: 41-45

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      井村考平, 永原哲彦, 岡本裕巳
    • Journal Title

      応用物理 74・4

      Pages: 492-496

    • NAID

      10015475412

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      T.Nagahara, K.Imura, H.Okamoto, A.Oguro, H.Imahori
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry B 109

      Pages: 19839-19839

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  • [Journal Article] Near-field optical imaging of plasmon modes in gold nanorods2005

    • Author(s)
      K.Imura, T.Nagahara, H.Okamoto
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics (印刷中)

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  • [Journal Article] 金ナノロッドプラズモンモードイメージングとダイナミクス2005

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      井村考平, 永原哲彦, 岡本裕巳
    • Journal Title

      応用物理 (印刷中)

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      2004 Annual Research Report
  • [Journal Article] Imaging of surface Plasmon and ultrafast dynamics in gold nanorods by near-field microscopy2004

    • Author(s)
      K.Imura, T.Nagahara, H.Okamoto
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry B 108

      Pages: 16344-16347

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      K.Imura, T.Nagahara, H.Okamoto
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      Journal of American Chemical Society 126

      Pages: 12730-12731

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      T.Nagahara, K.Imura, H.Okamoto
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      Review of Scientific Instruments 75

      Pages: 4528-4533

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      K.Imura, T.Nagahara, H.Okamoto
    • Journal Title

      Chemical Physics Letters 400

      Pages: 500-505

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      2004 Annual Research Report
  • [Book] Ultrafast Phenomena XIV2005

    • Author(s)
      K.Imura, T.Nagahara, H.Okamoto
    • Total Pages
      3
    • Publisher
      Springer Verlag
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  • [Book] Ultrafast Phenomena XIV2005

    • Author(s)
      T.Nagahara, K.Imura, H.Okamoto
    • Total Pages
      3
    • Publisher
      Springer Verlag
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      2005 Annual Research Report

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Published: 2004-04-01   Modified: 2016-04-21  

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