高分子ナノ集積体による局在プラズモン場のナノ空間的考察

• Project Area: Strong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions
• Project/Area Number: 21020005
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 三ツ石 方也 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70333903)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮下 徳治 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (40124630)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2010: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2009: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: ナノ材料 / 超薄膜

Research Abstract

Langmuir-Blodgett法による高分子超薄膜をテンプレートとして、金属ナノ粒子と光機能性高分子ナノシートからなるハイブリッド高分子ナノ集積体を2次元、3次元的に自由自在に精密集積し、ナノメートルスケールで異種物質を精密集積できる特徴をいかして、光第二高調波発生(SHG)や発光増強をもたらす局在プラズモン場と構造との関係を明らかにすることを目的とした。金ナノ粒子単粒子層と非線形光学活性色素ディスパースレッド(DR1)を含む高分子ナノシートとの精密集積体を構築し、1064nmを基本波とした光第二高調波発生の増強に成功した。増強機構を明らかにするために、二個の金ナノ粒子からなる層間あるいは層内の局在プラズモンカップリングについて、単層構造ではDR1と金ナノ粒子単粒子層との層間の距離を、サンドイッチ構造については金ナノ粒子層間をpDDAナノシートにより制御し、SH光強度の距離依存性を検討したところ、いずれもSH光強度が指数関数的に減少した。金ナノ粒子のみではSH光強度の増強はみられないことから、局在プラズモンカップリングによる基本波での電場増強がDR1の非線形分極に基づくSH光強度の増加につながっていると結論づけた。銀ナノ粒子とポルフィリン白金錯体高分子ナノシートを組み合わせたハイブリッド高分子ナノ集積体を用い、ポルフィリン白金錯体の発光を約10倍増強することに成功した。得られた発光は酸素濃度に応じた発光強度を示した。酸素濃度に対する発光寿命測定と発光強度測定を行うことで、ポルフィリン白金錯体層数に応じた発光増強度合を見積もることができた。A02の西井グループとの共同研究により、格子基板を利用したCdSeナノ粒子を含む高分子ナノ集積体の発光増強・発光制御に成功した。

Research Products

• [Journal Article] Plasmon-Enhanced Luminescence from Ultrathin Hybrid Polymer Nanoassemblies for Microscopic Oxygen Sensor Application (2010)
  • Author(s): M.Mitsuishi, H.Tanaka, M.Obata, T.Miyashita
  • Journal Title: Langmuir Volume: 26 Pages: 15117-15120
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 輝きを増すプラズモニクス (2010)
  • Author(s): 三ツ石方也、宮下徳治
  • Journal Title: 化学 Volume: 65 Pages: 70-71
• [Journal Article] Molecular Orientation of Nonlinear Optical Polymer Nanosheets on Silica Nanonarticle Monolayer Studied by Optical Waveguide Spectroscopy (2009)
  • Author(s): Miki Ishifuji
  • Journal Title: Thin Solid Films 518 Pages: 457-461
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bottom-up Design of Hybrid Polymer Nanoassemblies Elucidates Plasmon-Enhanced Second Harmonic Generation from Nonlinear Optical Dyes (2009)
  • Author(s): Miki Ishifuji
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society 131 Pages: 4418-4424
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ポルフィリン白金錯体を含む高分子ナノシートを利用したファイバーセンサーの開発 (2010)
  • Author(s): 三ツ石方也, 高橋昌弘, 田中宏幸, 宮下徳治
  • Organizer: 第6回学際領域における分子イメージングフォーラム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-11-08
• [Presentation] Optical Second Harmonic Generation Enhanced by Localized Surface Plasmon Coupling (2010)
  • Author(s): M.Mitsuishi, M.Ishifuji, T.Miyashita
  • Organizer: LB13
  • Place of Presentation: カナダ、ケベック
  • Year and Date: 2010-07-18
• [Presentation] Optical Second Harmonic Generation from Hybrid Polymer Nanoassemblies Enhanced by Localized Surface Plasmon Coupling (2010)
  • Author(s): M.Mitsuishi, M.Ishifuji, T.Miyashita
  • Organizer: MOLMAT2010
  • Place of Presentation: フランス、モンペリエ
  • Year and Date: 2010-07-08
• [Presentation] 高分子ナノシートによる金属ナノ粒子の自在集積 (2010)
  • Author(s): 三ツ石方也, 宮下徳治
  • Organizer: M&BE研究会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Presentation] Hybrid Polymer Nanosheet Assembly for Enhanced Optical Second Harmonic Generation (2009)
  • Author(s): 三ツ石方也
  • Organizer: India-Japan Workshop on 'Biomolecular Electronics & Organic Nanotechnology for Environment Preservation'
  • Place of Presentation: デリー、インド
  • Year and Date: 2009-12-17
• [Presentation] プラズモン増強されたハイブリッド高分子ナノ集積体の光第二高調波発生 (2009)
  • Author(s): 三ツ石方也
  • Organizer: 第58回高分子討論会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2009-09-16
• [Book] Polymer Nanoassemblies and Their Nanohybridization with Metallic Nanoparticles (2009)
  • Author(s): Masaya Mitsuishi
  • Total Pages: 21
  • Publisher: Springer
• [Remarks]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/miyashita/index-j.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/miyashita/index-j.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 微小発光素子 (2010)
  • Inventor(s): 宮下徳治、三ツ石方也、森田晋平、西井準治、田和圭子
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人東北大学、産業総合技術研究所
  • Industrial Property Number: 2010-180209
  • Filing Date: 2010-08-11