透明無機固体材料の光改質・加工の光-分子強結合場による増強

• Project Area: Strong Photons-Molecules Coupling Fields for Chemical Reactions
• Project/Area Number: 21020025
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 橋本 修一 徳島大学, 大学院・ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (70208445)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2010: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2009: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: プラズモン / 多光子吸収 / ガラス / エッチング / 金属ナノ粒子 / 金ナノ粒子 / レーザー加工

Research Abstract

回折限界を越えるレーザー加工の例として、Si基板上で金ナノ粒子のプラズモン増強アブレーションによるナノホール形成が知られる。本研究では、金ナノ粒子で修飾した透明ガラス基板を用いて、レーザーとの相互作用による金粒子の形態変化と基板への影響を調べた。
フェムト秒(800,400nm)、ナノ秒およびCWレーザー(532nm)の照射を行った。ナノ秒照射では、レーザー加熱により金の沸点を超える温度上昇が起こり、熱爆発^<[1]>の起こるフルエンス(180mJ・cm^<-2>)以上で、基板にナノホール形成が見られた。一方、フェムト秒照射では、クーロン爆発による分裂しきい値(14mJ・cm^<-2>)以上のフルエンスで、ナノ粒子を配置した位置にナノホール形成が可能である。よって、ナノパターンを施した基板を用いてパターン形成ができた。レーザーの時間幅依存して異なる分裂メカニズムとなるため、加工穴形状が変化する。
レーザー光を吸収した金粒子の分裂のエネルギーによって、基板表面にピット状の加工穴ができるメカニズムが明らかとなり、プラズモン吸収を利用したガラスの表面加工への展望が開けた。今後、ナノ構造およびレーザー照射条件の最適化によるコントロールを行う。

Research Products

• [Journal Article] Mechanistic Aspect of Surface Modification on Glass Substrates Assisted by Single Shot Pulsed Laser-Induced Fragmentation of Gold Nanoparticles (2011)
  • Author(s): S.Hashimoto
  • Journal Title: J.Phys.Chem.C Volume: 115 Pages: 4986-4993
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improved Working Model for Interpreting the Excitation Wavelength- and Fluence-Dependent Response in Nanosecond Pulsed Laser-Induced Shape Transformation of Aqueous Gold Nanoparticles (2011)
  • Author(s): D.Werner
  • Journal Title: J.Phys.Chem.C Volume: 115 Pages: 5063-5072
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Femtosecond laser-assisted etching of pyrex glass with aqueous solution of KOH (2009)
  • Author(s): S.Kiyama
  • Journal Title: J.Phys.Chem.C 113 Pages: 9758-9760
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gold nanoparticle-assisted laser surface modification of borosilicate glass substrates (2009)
  • Author(s): S.Hashimoto
  • Journal Title: J.Phys.Chem.C 113 Pages: 20640-20647
  • Peer Reviewed
• [Presentation] パルスレーザー照射による金ナノ粒子微細化のモデルの考察 (2011)
  • Author(s): 橋本修一
  • Organizer: レーザー学会学術講演会第31回年次大会
  • Place of Presentation: 電気通信大学
  • Year and Date: 2011-01-10
• [Presentation] ガラスのレーザー加工の精密制御をめざして (2010)
  • Author(s): 橋本修一
  • Organizer: レーザー学会学術講演会題29回年次大会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター
  • Year and Date: 2010-02-04
• [Presentation] Better controllability in laser-induced splitting of gold nanospheres in aqueous solution by fine tuning photon energy and intensity (2009)
  • Author(s): Daniel Werner
  • Organizer: 固体表面光化学討論会
  • Place of Presentation: 京大会館
  • Year and Date: 2009-11-22
• [Presentation] 金ナノ粒子へのレーザー光照射によるガラス表面へのナノ孔生成挙動 (2009)
  • Author(s): 羽切正英
  • Organizer: 固体表面光化学討論会
  • Place of Presentation: 京大会館
  • Year and Date: 2009-11-22
• [Presentation] 顕微分光・画像計測による金ナノ粒子担持ゼオライトLおよびY単結晶の特性解析 (2009)
  • Author(s): 橋本修一
  • Organizer: 2009光化学討論会
  • Place of Presentation: 桐生文化センター
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] 金ナノ粒子を利用したガラスのレーザー表面改質 (2009)
  • Author(s): 羽切正英
  • Organizer: 2009光化学討論会
  • Place of Presentation: 桐生文化センター
  • Year and Date: 2009-09-17
• [Presentation] Optical Microscopy Characterization of Gold Nanoparticle-Doped Zeolite Y and L Crystals (2009)
  • Author(s): 橋本修一
  • Organizer: XXIV International Conference on Photochemistry
  • Place of Presentation: Toledo, Spain
  • Year and Date: 2009-07-20
• [Presentation] Gold Nanoparticle-Assisted Laser Photomodification of Borosilicate Glass Substrates (2009)
  • Author(s): 橋本修一
  • Organizer: International Symposium on Advances in Nanostructure-Enhanced Photochemical Reactions and Photoenergy Conversion
  • Place of Presentation: Leuven Cathoric University, Leuven, Belgium
  • Year and Date: 2009-07-17
• [Presentation] Examination of Laser-Induced Splitting of Au and Ag Flakes to Produce Nanoparticles in Solutions (2009)
  • Author(s): 橋本修一
  • Organizer: The 5th International Congress on Laser Advanced Materials Processing
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2009-06-30
• [Book] 光科学研究の最前線2 (2009)
  • Author(s): 橋本修一
  • Total Pages: 258
  • Publisher: 国際文献印刷社