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2015 Fiscal Year Annual Research Report

金属周期構造を利用した分子共鳴準位への高効率エネルギー移動に関する理論的研究

Research Project

Project/Area Number 13J09308
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

逢坂 良樹  大阪府立大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords量子光学 / 光アンテナ / 非線形光学応答 / 局在表面プラズモン
Outline of Annual Research Achievements

微小金属の光アンテナとしての機能に着目し、微弱な光による高効率な非線形光学応答を目指して理論的に研究を行っている。これまでの研究では、金属の近傍にある単一分子の光学応答を解析し、干渉効果により金属での損失を抑えて分子の高効率な非線形応答が実現可能であることを明らかにした。しかし、単一のシステムではその大きさが光の波長に比べて1桁程度も小さいためにアンテナ効果が制限されてしまう。そこで、平成27年度の研究目的は、より大きなシステムでの高効率な非線形応答の可能性を実証することであった。
本研究で想定するシステムは、その全体の大きさが光の波長と同程度であるため、励起されるアンテナモードは1つだけであると考えることができる。その中に複数個の分子が含まれるときの非線形光学応答についての理論モデルを構築し、解析を行った。その結果、システムに含まれる分子数の増加に伴って非線形応答確率は低下することがわかった。これは、複数の分子が入力光子のエネルギーを等しく分配して受け取るため、非線形応答に必要な単一分子中での光子-光子相互作用が起こりにくくなったためと考えられる。しかし、分子間の相互作用を与えると、非線形応答確率が上昇することがわかった。これは、分子の縮退が解けることにより、複数分子による非線形応答の阻害を避けることができるようになったためである。従って、分子間の相互作用を制御すれば、複数個の分子を含むような大きなシステムでも干渉効果による高効率な非線形応答は可能であることがわかった。この分子間相互作用は、分子が金属アンテナ近傍にあるときに増強されることを昨年度の自身の研究により明らかにしている。したがって、本成果は単一光子レベルの微弱光による高効率な非線形応答を実現するシステムの設計指針となることが期待できる。以上のように、27年度は順調に研究を進めることができた。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (7 results)

All 2016 2015 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Two-photon up-conversion affected by inter-molecule correlations near metallic nanostructure2016

    • Author(s)
      Yoshiki Osaka, Nobuhiko Yokoshi, and Hajime Ishihara
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 93 Pages: 1,8

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.93.155420

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Radiation-Induced Correlation between Molecules Nearby Metallic Antenna Array2015

    • Author(s)
      Yoshiki Osaka, Nobuhiko Yokoshi, and Hajime Ishihara
    • Journal Title

      International Journal of Antennas and Propagation

      Volume: 2015 Pages: 1,6

    • DOI

      10.1155/2015/747580

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Two-photon up-conversion affected by inter-molecule correlations near metallic nanostructure2016

    • Author(s)
      Yoshiki Osaka, Nobuhiko Yokoshi, and Hajime Ishihara
    • Organizer
      APS March Meeting 2016
    • Place of Presentation
      Baltimore Convention Center, Baltimore, MD, USA
    • Year and Date
      2016-03-14 – 2016-03-18
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子間相関を考慮したアンテナ増強2光子上方変換2015

    • Author(s)
      逢坂良樹, 余越伸彦, 石原一
    • Organizer
      第二十六回光物性研究会
    • Place of Presentation
      神戸大学 百年記念会(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2015-12-11 – 2015-12-12
  • [Presentation] 分子間相互作用を考慮したアンテナ-分子結合系における上方変換2015

    • Author(s)
      逢坂良樹, 余越伸彦, 石原一
    • Organizer
      日本物理学会 2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 千里山キャンパス(大阪府吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
  • [Presentation] Optical frequency conversion dynamics affected by inter-molecule correlations near a metallic nanostructure2015

    • Author(s)
      Yoshiki Osaka, Nobuhiko Yokoshi, and Hajime Ishihara
    • Organizer
      11th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON2015)
    • Place of Presentation
      Polytechnique Montreal, University of Montreal, Montreal, Canada
    • Year and Date
      2015-05-18 – 2015-05-22
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 石原研究室 (ナノ光物性講座) 研究活動

    • URL

      http://www.opt.pe.osakafu-u.ac.jp/Activities.htm

URL: 

Published: 2016-12-27  

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