Development of nano-sheet plasmon chips aiming for single molecule Detection

• Project/Area Number: 18310099
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: MIYAZAKI Hideki National Institute for Materials Science, 量子ドットセンター, 主幹研究員 (10262114)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): KUROKAWA Yoichi 独立行政法人物質・材料研究機構, 若手国際研究拠点, 特別研究員 (60421434)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥17,700,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2008: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2007: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2006: ¥6,000,000 (Direct Cost: ¥6,000,000)
• Keywords: ナノデバイス造形 / プラズモン増強ラマン散乱 / 表面プラズモン / プラズモニクス / 表面増強ラマン散乱 / ナノ共振器

Research Abstract

何桁にも及ぶラマン散乱増強を制御された形で実現できれば、現在の蛍光標識に頼った生化学分析手法を根本から変革できる可能性がある。本研究では、基板表面上にアレイ化されたナノサイズのプラズモン共振器(幅7~10nm、深さ5~50nm)を作製し、約4000倍のラマン増強を観測した。さらなる最適化により、7桁程度のラマン増強も可能と期待される。また、研究の過程で、ラマン散乱以外にも様々な光学過程が増強されることがわかり、熱放射増強効果を利用した赤外光源を新たに開発した。

Research Products

• [Journal Article] How Can a Resonant Nanogap Enhance Optical Fields by Many Orders of Magnitude?(invited) (2008)
  • Author(s): H. T. Miyazaki and Y. Kurokawa
  • Journal Title: IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron 14 Pages: 1565-1576
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 金ナノ構造におけるプラズモン共鳴を利用した赤外熱放射光源の開発 (2008)
  • Author(s): 池田賢元, 宮崎英樹
  • Journal Title: 遠赤外線協会会報 19 Pages: 1-6
• [Journal Article] hermal emission of two-color polarized infrared waves from integrated plasmon cavities (2008)
  • Author(s): H. T. Miyazaki, K. Ikeda, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, T. Kanakugi, M. Okada, K. Hatade, and S. Kitagawa
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. 92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlled thermal emission of polarized infrared waves from arrayed plasmon nanocavities (2008)
  • Author(s): K. Ikeda, H. T. Miyazaki, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, T. Kanakugi, M. Okada, K. Hatade, and S. Kitagawa
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. 92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal emission of two-color polarized infrared waves from integrated plasmon cavities (2008)
  • Author(s): H. T. Miyazaki, K. Ikeda, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, T. Kanakugi, M. Okada, K. Hatade, S. Kitagawa
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. 92 Pages: 141114-141114
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] How Can a Resonant Nanogap Enhance Optical Fields by Many Orders of Magnitude? (invited) (2008)
  • Author(s): H. T. Miyazaki, Y. Kurokawa
  • Journal Title: IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron 14 Pages: 1565-1576
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlled thermal emission of polarized infrared waves from arrayed plasmon lasmon nanocavities (2008)
  • Author(s): K. Ikeda, H. T.Miyazaki, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y.Inoue, K.Fujimura, T. Kanakugi, M. Okada, K. Hatade, S. Kitagawa
  • Journal Title: Appl.Phys.Lett 92 Pages: 21117-21117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metal-insulator-metal plasmon nanocavities: Analysis of optical properties (2007)
  • Author(s): Y. Kurokawa and H. T. Miyazaki
  • Journal Title: Phys. Rev. B 75
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metal-insulator-metal plasmon nanocavities : Analysis of optical properties (2007)
  • Author(s): Y.Kurokawa, H.T.Miyazaki
  • Journal Title: Physical Review B 75・3 Pages: 35411-35411
• [Journal Article] Controlled plasmon resonance in closed metal/insulator/metal nanocavities (2006)
  • Author(s): H. T. Miyazaki and Y. Kurokawa
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. 89
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlled plasmon resonance in closed metal/insulator/metal nanocavities (2006)
  • Author(s): H.T.Miyazaki, Y.Kurokawa
  • Journal Title: Applied Physics Letters 89・21 Pages: 211126-211126
• [Presentation] ダブルナノシートプラズモン共振器の光学特性の解析 (2009)
  • Author(s): 江部裕基, 宮崎英樹, 宮崎博司
  • Organizer: 2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: つくば市・筑波大学
• [Presentation] プラズモンナノ共振器アレイからの直線偏光した赤外光の熱放射 (2009)
  • Author(s): 宮崎英樹, 池田賢元, 笠谷岳士, 山本和也, 井上恭明, 藤村佳代子, 金釘知洋, 岡田真, 幡手公英, 北川清一郎
  • Organizer: 2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: つくば市・筑波大学(招待講演)
• [Presentation] プラズモンナノ共振器アレイからの直線偏光した赤外光の熱放射(招待講演) (2009)
  • Author(s): 宮崎英樹, 池田賢元, 笠谷岳士, 山本和也, 井上恭明, 藤村佳代子, 金釘知洋, 岡田真, 幡手公英, 北川清一郎
  • Organizer: 2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: つくば市・筑波大学
• [Presentation] Controlled thermal emission of two-color polarized infrared light from arrayed plasmon nanocavities (2008)
  • Author(s): K. Ikeda, H. T. Miyazaki, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, and T. Kanakugi
  • Organizer: SPIE Optics+Photonics 2008: Plasmonics: Nanoimaging, Nanofabrication, and their Applications IV
  • Place of Presentation: 米国・サンディエゴ・San Diego Convention Center(invited)
• [Presentation] Thermal emission of two-colour polarized infrared waves from integrated plasmon cavities (2008)
  • Author(s): H. T. Miyazaki, K. Ikeda, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, and T. Kanakugi
  • Organizer: 2008 Gordon Research Conference on Plasmonics
  • Place of Presentation: 米国・ニューハンプシャー州・Tilton School
• [Presentation] Controlled Thermal Emission of Infrared Light Based on Engineered Metallic Nanostructures (2008)
  • Author(s): H. T. Miyazaki, K. Ikeda, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, and T. Kanakugi
  • Organizer: Joint Conferences of the 2nd International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC) and the 1st International Conference on Science and Technology of Solid Surface and Interface (STSI)
  • Place of Presentation: 千葉市・国際能力開発支援センター(invited)
• [Presentation] 高アスペクトプラズモンナノ共振器アレイの作製 (2008)
  • Author(s): 宮崎英樹, 笠谷岳士
  • Organizer: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋市・日本大学
• [Presentation] プラズモンナノ共振器アレイからの直線偏光した赤外光の熱放射(II) : 直交偏光2波長光源を用いた化学分析 (2008)
  • Author(s): 池田賢元, 宮崎英樹, 笠谷岳士, 山本和也, 井上恭明, 藤村佳代子, 金釘知洋, 岡田真, 幡手公英, 北川清一郎
  • Organizer: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋市・日本大学
• [Presentation] プラズモンナノ共振器アレイからの直線偏光した赤外光の熱放射(I) : 基本検証 (2008)
  • Author(s): 池田賢元, 宮崎英樹, 笠谷岳士, 山本和也, 井上恭明, 藤村佳代子, 金釘知洋, 岡田真, 幡手公英, 北川清一郎
  • Organizer: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋市・日本大学
• [Presentation] Controlled emission of polarized infrared light by a nano-cavity equipped optical source (2008)
  • Author(s): K. Ikeda, H. T. Miyazaki, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, T. Kanakugi, M. Okada, and K. Hatade
  • Organizer: SPIE Photonics West 2008: Quantum Sensing and Nanophotonic Devices V
  • Place of Presentation: 米国・サンノゼ・San Jose Convention Center
• [Presentation] Controlled Thermal Emission of Infrared Light Based on Engineered Metallic Nanostructures (invited) (2008)
  • Author(s): H. T. Miyazaki, K. Ikeda, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, T. Kanakugi
  • Organizer: 2nd International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
  • Place of Presentation: 千葉市・国際能力開発支援センター
• [Presentation] Thermal emission of two-colour polarized infrared waves from integrated plasmon cavities (2008)
  • Author(s): H. T. Miyazaki, K. Ikeda, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, T. Kanakugi
  • Organizer: 2008 Gordon Research Conference on Plasmonics
  • Place of Presentation: 米国ニューハンプシャー州・Tilton School
• [Presentation] 高アスペクトプラズモンナノ共振器アレイの作製 (2008)
  • Author(s): 宮崎 英樹, 笠谷 岳士
  • Organizer: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 船橋・日本大学
• [Presentation] Development of plasmon-enhanced Raman chips for sensitive detection of biomolecules (2007)
  • Author(s): H. T. Miyazaki and Y. Kurokawa
  • Organizer: 2nd International Advanced Materials Forum for Young Scientists & ICYS Workshop 2007
  • Place of Presentation: つくば市・物質・材料研究機構,船橋市・日本大学
• [Presentation] Fabrication of metallic gratings composed of nanocavities for controlled field enhancement (2007)
  • Author(s): H. T. Miyazaki and T. Kasaya
  • Organizer: Surface Plasmon Photonics 3 (SPP3)
  • Place of Presentation: フランス・ディジョン・Universite de Bourgogne
• [Presentation] ナノシートプラズモン共振器アレイの作製 (2007)
  • Author(s): 宮崎英樹, 黒川要一
  • Organizer: 2007年春季第54回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 相模原市・青山学院大学
• [Presentation] ナノシートプラズモン共振器におけるエネルギーの流れと電場増強 (2007)
  • Author(s): 黒川要一, 宮崎英樹
  • Organizer: 2007年春季第54回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 相模原市・青山学院大学
• [Presentation] ナノシートプラズモン共振器におけるエネルギーの流れと電場増強 (2007)
  • Author(s): 黒川要一, 宮崎英樹
  • Organizer: 日本物理学会2007年春季大会
  • Place of Presentation: 鹿児島市・鹿児島大学
• [Presentation] Development of plasmon-enhanced Raman chips for sensitive detection of biomolecules (2007)
  • Author(s): H. T. Miyazaki and Y. Kurokawa
  • Organizer: 2nd International Advanced Materials Forum for Young Scientists & ICYS Workshop 2007
  • Place of Presentation: つくば市・物質・材料研究機構
• [Presentation] Fabrication of metallic gratings composed of nanocavities for controlled field enhancement (2007)
  • Author(s): H. T.Miyazaki, T.Kasaya
  • Organizer: Surface Plasmon Photonics 3(SPP3)
  • Place of Presentation: Dijion,France
• [Presentation] Nanosheet Plasmon Cavities (2006)
  • Author(s): Y. Kurokawa and H. T. Miyazaki
  • Organizer: NFO-9
  • Place of Presentation: スイス・ローザンヌ・Swiss Federal Institute of Technology Lausanne
• [Presentation] Nanosheet plasmon cavities (2006)
  • Author(s): Y. Kurokawa and H. T. Miyazaki
  • Organizer: SERS2006
  • Place of Presentation: 神戸市・関西学院大学
• [Presentation] Nanosheet plasmon cavities (2006)
  • Author(s): Y. Kurokawa and H. T. Miyazaki
  • Organizer: 20th International Conference on Raman Spectroscopy
  • Place of Presentation: 横浜市・パシフィコ横浜
• [Presentation] Nanosheet plasmon cavities (2006)
  • Author(s): Y. Kurokawa and H. T. Miyazaki
  • Organizer: Tsukuba Satellite Symposium on Single Molecule and Tip-enhanced Raman Scattering
  • Place of Presentation: つくば市・産業技術総合研究所
• [Presentation] Nanosheet Plasmon Cavities - A Novel Architecture for Controlled Hot Sites - (2006)
  • Author(s): H. T. Miyazaki and Y. Kurokawa
  • Organizer: 2006 Gordon Research Conference on Plasmonics
  • Place of Presentation: 米国・ニューハンプシャー州・Keene State College
• [Presentation] 反射型ナノシートプラズモン共振器 (2006)
  • Author(s): 黒川要一, 宮崎英樹
  • Organizer: ナノオプティクス研究グループ第15回研究討論会
  • Place of Presentation: 浜松市・アクトシティ浜松
• [Remarks] 宮崎英樹, 池田賢元, 笠谷岳士, "プラズモン共鳴を利用した新しい赤外光源の開発に成功", NIMS NOW, Vol. 8, No. 7, p. 9 (Jul. 2008)
• [Remarks] Nature Photonics, "Research Highlights: Plasmonics, Hot Structures", Vol. 2, No. 3, p. 129 (Mar. 2008)
• [Remarks] Laser Focus World Japan, "NIMS, プラズモン共鳴を利用した新しい赤外光源の開発に成功", 2008年2月号, p. 9 (Feb. 2008)
• [Remarks] 日刊工業新聞, "金のプラズモン共鳴利用 新赤外光源を開発, 物材機構とナルックス", 2008年1月21日 (科学技術・大学欄)
• [Remarks] 日経産業新聞, "物材機構 赤外線の波長制御, 民間と組み光源開発 大気分析などに", 2008年1月21日 (先端技術欄)