2016 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of photo-thermal deformation process in semi-shell nanostructures for developing dynamic plasmonic devices
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15K13281
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
藤村 隆史 宇都宮大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50361647)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | セミシェル構造 / 光熱変形 / 表面プラズモン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
コアとなる誘電体微小球を基板上に固定化し、上方から金属を堆積してシェルを形成する金属ナノ構造はセミシェル構造と呼ばれている。本研究の最終目的は、このセミシェル構造の形状を光によって制御し、光照射後に新しい機能が発現するようなダイナミック・プラズモニックデバイスを創成することにある。このようなデバイスの応用範囲を広げるためにはいかに少ない露光量で構造変化を起こせるかが重要な指標となる。そこで本研究課題では、ナノ構造をより少ない光量で形状変形させることを狙い、光熱変形を容易に起こすことができる金属の探索とナノ構造の最適化に重点をおいて取り組んだ。
本年度は、セミシェル構造の最適化を行うため、シェル金属の成膜厚さとナノ構造が変形し始める温度について評価を行った。実験ではガラス基板に付着した直径100nmのシリカ微小球の上から金をスパッタしてセミシェル構造を形成し、恒温槽を用いて一定温度で加熱し、生じた構造変形を電子顕微鏡像と透過スペクトルにより評価した。その結果、本実験で用いたセミシェル構造は、シェル厚に依存することなくほぼ一定値の約50℃の加熱で構造が変化しはじめることがわかった。ガラス基板上に金を堆積させて作製した金平板の場合、250℃の加熱温度まで吸収スペクトルの変化が生じないことから、金をシェル形状にすることで大幅に構造変形温度を低減できることがわかった。一方でシェル金属をより融点の低いアルミニウムに変更して同様の実験をしたところ、200℃の加熱でも構造変形が観測されなかった。このことはセミシェルの構造変形のし易さは単純に金属の融点だけでは決まらないことを意味しており、酸化被膜の形成やコア材料とのぬれ性などの要因も大きく影響していることを示唆している。今後はさらに金属材料やコア材料を変えて同様の評価を行い、セミシェル構造における構造変形の物理を明らかにしていく予定である。
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