励起子ポラリトンの微視的観察による光化学特性の解明

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K20892
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 江口 美陽 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (10520778)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 局在表面プラズモン / 有機色素 / 強結合

Outline of Annual Research Achievements

共振器としてのディスク型銀ナノ粒子と二準位系としてのカチオン性ポルフィリンを複合化することで強結合を形成し、観察することに取り組んだ。強結合形成のためには少なくとも金属ナノ粒子と色素が物理的に近接していることと、消失スペクトルピークが近いことが必要である。このため、銀ナノ粒子の消失ピーク（４４５ｎｍ）と近い吸収ピークを有する４種のカチオン性ポルフィリンを、カチオン交換性の層状ケイ酸塩（厚み１ｎｍ）を介して静電的に複合化した。得られた複合体分散液の消失スペクトルを観察すると、離調度（金ナノ粒子の局在型表面プラズモン共鳴波長と色素の吸収波長の差）が小さい場合にピーク分裂が見られることを確認した。これまでの研究で本研究で用いられたようなポルフィリンは層状ケイ酸塩表面で単量体として２．４ｎｍ程度の距離を保ちつつ層表面に対して平行に配列することが分かっている。すなわち、本研究では色素分子が規則配列していることが保証されている条件下で強結合を確認することができた。ＦＤＴＤ計算による理論的なシミュレーションによっても同様の結果を得ることができた。また、銀ナノディスク―層状ケイ酸塩―ポルフィリン複合体水溶液の蛍光スペクトルを観察したところ、層状ケイ酸塩への吸着によるポルフィリン分子構造の歪みが原因と思われる蛍光強度の減少が確認された。現在、層状ケイ酸塩表面で蛍光強度が増大する色素を利用して、強結合状態の形成およびその蛍光スペクトル測定に取り組んでいる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

実験データに加え、理論計算による裏付けを得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

物理的に安定な試料を作製することを目的とし、リソグラフィ―による金属ナノ構造の表面を層状ケイ酸塩で被覆することで化学的安定性を高めたものを用意する。これを有機色素と複合化させ強結合状態の形成を目指す。

Causes of Carryover

実験の継続および論文発表・学会発表の予定があるため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

論文発表にかかる費用　１００千円
学会発表にかかる費用　１００千円
物品費　１３００千円