プラズモンと一分子エキシトンの強結合状態実証と一分子光異性化反応効率化への応用
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21K04935
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 民武 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (00351742)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 裕子 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (00598039)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 表面増強ラマン散乱 / 超高速表面増強蛍光 / 準放射型局在プラズモン共鳴 / 電場増強効果 / 準放射型プラズモン共鳴 / 超放射型プラズモン共鳴 / 表面増強蛍光 / プラズモン / 強結合 / エキシトン / 銀ナノワイヤー / 光異性化 / 銀ナノ粒子 |
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| Outline of Research at the Start |
この強結合によって変化する分子の電子状態やその変化を単一分子レベルで測定可能とすることを目的とする。超微小共振器として可視光域で最も真空揺らぎの振幅が大きい銀ナノ粒子2量体間隙数nm^3の領域(ホットスポット: HS)の局在プラズモン共鳴(LPR)を用いる。また光物理化学過程として、メロシアニン色素分子の光異性化を用いる。まずHSに一色素分子を配置し、反交差(強結合状態達成の証拠)を実証する。さらに光異性化によって引き起こされる強結合状態の発現を実証する。次に一分子強結合効果の証拠となる光異性化効率の向上を実証する。最後に一次元化したHSを用い光異性化情報の伝搬現象を実証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では最初に超微小共振器として可視光域で最も電場増強効果が大きい銀ナノ粒子(NP)2量体間隙数nm^3の領域(ホットスポット: HS)を用い光化学反応計測法の開発に挑戦した。
最初にHSの局在プラズモン共鳴(LPR)による電場増強効果を可視化する為に電場増強スペクトルの評価法をレーリー光散乱分光法と表面増強ラマン散乱(SERS)分光法を組み合わせて構築した。その結果、銀NP2量体のLPRレーリー散乱スペクトルとSERSスペクトルの形状が一致する場合と大きく異なる場合があることを見出した(J. Phys. Chem. C 127, 5886, 2023)。しかしどちらの場合もLPRとSERSの偏光依存性は一致した(J. Phys. Chem. B 127, 4666, 2023)。電磁解析法を用いて銀NP2量体の電場増強スペクトルを分析したところ、超放射型のLPRではなく、本研究で想定していなかった準放射型のLPRが電場増強に強く関与していることが明らかになった。そして準放射型のLPRによる電場増強の可視化は吸収分光測定で可能であることを始めて示した(J. Chem. Phys. 159, 034709, 2024)。
当初予定していた銀ナノワイヤー(NW)2量体のSERS分光法を行いLPRだけでなく伝搬型である表面プラズモンも電場増強効果に寄与していることをSERS光がNW間隙を伝搬する現象から明らかにした(Phys. Rev. B 103, 245425, 2021)。更にSERSの背景光として現れる超高速表面増強蛍光を用いた電場増強スペクトルの評価法を新たに開発して銀NP2量体と同様に準放射型のLPRが電場増強に強く関与していることを実証した。
上記の知見はHSを用いた光化学反応計測法の開発に不可欠な結果であり、今後の研究開発に弾みが付いた。
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Report
(3 results)
Research Products
(16 results)
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[Journal Article] Highly Scalable, Wearable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy2022
Author(s)
Limei Liu, Pablo Martinez Pancorbo, Ting-Hui Xiao, Saya Noguchi, Machiko Marumi, Hiroki Segawa, Siddhant Karhadkar, Julia Gala de Pablo, Kotaro Hiramatsu, Yasutaka Kitahama, Tamitake Itoh, Junle Qu, Kuniharu Takei, Keisuke Goda
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Journal Title
Advanced Optical Materials
Volume: 10
Issue: 17
Pages: 2200054-2200054
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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