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2017 Fiscal Year Annual Research Report

プラズモニックアレイの科学の深化

Research Project

Project/Area Number 16H04217
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

村井 俊介  京都大学, 工学研究科, 助教 (20378805)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中西 貴之  北海道大学, 工学研究院, 助教 (30609855)
徳留 靖明  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50613296)
石井 智  国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, 研究員 (80704725)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywordsプラズモニックアレイ / 蛍光体
Outline of Annual Research Achievements

金属ナノシリンダーの周期アレイ構造(プラズモニックアレイ)に励起される協同プラズモニックモードの理解を深め、新規光学特性を開拓することを目的とする。H29年度は以下の4項目について研究し、以下の成果を得た。
(A)[発光増強]シリンダーアレイの材質としてAl,TiN,ZrN,ITOを用い、発光材料として強発光性希土類錯体薄膜およびレーザー色素含有ポリマーを用い、自然放出発光および誘導放出発光の大幅な増強を達成した。この成果はコンパクトなナノ光源の開発に重要である。
(B)[センシング]シリンダーアレイ上に一軸配向したメソポーラスシリカ薄膜を堆積し、メソポーラスシリカのガス吸着能がプラズモン共鳴に及ぼす影響を調べた。シリンダーアレイと組み合わせることで、薄膜の光学応答が何倍も増強されることが分かった。この成果は高感度環境光センサーの開発に重要である。
(C)[アップコンバージョン]金属ナノ粒子アレイ上にアップコンバージョン(UC)を示す酸化物ナノ結晶を塗布し、アレイによるUC増強を試みた。5倍以上の増強を得ることに成功した。この成果は新規ディスプレイ開発に重要である。
(D)[温度センシング]協同プラズモニックモード励起に伴う金属ナノシリンダーアレイの温度上昇を調べた。励起光とともに協同プラズモニックモード励起用の第2のレーザーを入射し、第2のレーザーの入射角度・強度による発光色の変化から温度変化を調べた。この成果は、プラズモン共鳴の励起に伴う光熱変換の理解の基礎データとして重要である。
(E)「赤外振動センシング」ITOアレイの協同プラズモニックモードにより分子振動を増強することに成功した。高感度な分子検出に向けて重要な成果である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初申請書にて計画していた4項目((A)[発光増強](B)[センシング](C)[アップコンバージョン](D)[温度センシング])が達成されたことに加え、(E)「赤外振動センシング」に関しても論文発表ができた。これは代表者と分担者の連携により、研究マネジメントが機能していること、およびプラズモニックアレイが種々の光学材料と組み合わせることで多彩な機能増強効果を発揮することを反映している。

Strategy for Future Research Activity

H29年度の研究を踏まえ、以下の3項目を研究する。
(1)非プラズモニックナノ粒子アレイの作製と光学特性:プラズモニックアレイの特徴をより明確に示すために、絶縁体や半導体のアレイを作製し、プラズモニックアレイとの差を検証し、非プラズモニックアレイが適する応用分野、プラズモニックアレイが適する応用分野を整理する
(2)アレイのコーティング技術の開発と特性解析:ALDを用いアレイに誘電体コーティングを施す技術を開発する。これによる耐熱性や耐化学薬品性の上昇の検証し、より実用化に近づける
(3)アレイの環境センシング応用:プラズモニックアレイを複水酸化物と掛け合わせ、複水酸化物の吸着能を活かした光学センシング能を検証する
(4)アレイの温度センシング応用:プラズモニックアレイ温度センシング特性を持つ錯体分子と掛け合わせ、錯体分子の発光温度依存性を活かした温度センシング能を検証する

Remarks

文部科学省「平成30年度科学技術分野の文部科学大臣表彰」若手研究者賞を受賞しました。「プラズモニック構造による次世代光源の創成に関する研究」

  • Research Products

    (23 results)

All 2018 2017

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 14 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Collective plasmonic modes excited in Al nanocylinder arrays in the UV spectral region2018

    • Author(s)
      Kawachiya Yuki、Murai Shunsuke、Saito Motoharu、Sakamoto Hiroyuki、Fujita Koji、Tanaka Katsuhisa
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 26 Pages: 5970~5970

    • DOI

      10.1364/OE.26.005970

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Surface-Enhanced Infrared Absorption for the Periodic Array of Indium Tin Oxide and Gold Microdiscs: Effect of in-Plane Light Diffraction2018

    • Author(s)
      Kamakura Ryosuke、Takeishi Tomoki、Murai Shunsuke、Fujita Koji、Tanaka Katsuhisa
    • Journal Title

      ACS Photonics

      Volume: asap Pages: asap

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.7b01265

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] プラズモニックアレイによる方向制御された蛍光取出し2018

    • Author(s)
      村井 俊介
    • Organizer
      照明学会固体光源分科会公開討論会「新方式光源・発光材料
    • Invited
  • [Presentation] Fabrication of Plasmonic Array of Metallic Nanocylnders and Its Optical Properties2018

    • Author(s)
      Shunsuke Murai
    • Organizer
      International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Optical properties of mesoporous silica layer on periodic array of plasmonic nanocylinders2018

    • Author(s)
      S. Murai, H. Sakamoto, K. Fujita, K. Tanaka
    • Organizer
      42nd Internationa Conference & Exposition on Advanced Ceramics & Composites
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] メソポーラスシリカ薄膜で被覆したプラズモニックナノシリンダーアレイの環境応答性2018

    • Author(s)
      阪本浩之、村井俊介、藤田晃司、田中勝久
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2018年年会
  • [Presentation] ナノインプリントによる金属ナノシリンダー周期アレイの作製と光学特性2017

    • Author(s)
      村井 俊介
    • Organizer
      第4回電子デバイスフォーラム京都
    • Invited
  • [Presentation] Surface enhanced infrared absorption by the collective plasmonic mode of indium tin oxide particle array2017

    • Author(s)
      Ryosuke Kamakura, Shunsuke Murai, Tomoki Takeishi, Koji Fujita, Katsuhisa Tanaka
    • Organizer
      The 8th International Conference on Surface Plasmon Photonics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collective plasmonic modes excited on Al nanoparticle array in the UV region2017

    • Author(s)
      Yuki Kawachiya, Hiroyuki Sakamoto, Shunsuke Murai, Koji Fujita, Katsuhisa Tanaka
    • Organizer
      The 8th International Conference on Surface Plasmon Photonics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effect of Cylinder Height in Directional Emission from Luminous Thin Films on Periodic Plasmonic Arrays2017

    • Author(s)
      Motoharu Saito, Shunsuke Murai, Hiroyuki Sakamoto, Ryosuke Kamakura, Koji Fujita, and Katsuhisa Tanaka
    • Organizer
      The 8th International Conference on Surface Plasmon Photonics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mesoporous silica film on plasmonic array: trapping light in a film with a variable index of refraction2017

    • Author(s)
      Hiroyuki Sakamoto, Shunsuke Murai, Koji Fujita, Katsuhisa Tanaka
    • Organizer
      台湾 中央研究院 The 8th International Conference on Surface Plasmon Photonics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Alナノ粒子アレイによるEu錯体層からの可視発光制御2017

    • Author(s)
      齋藤 元晴、村井俊介、藤田晃司、田中勝久
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
  • [Presentation] Alナノシリンダーアレイを用いた紫外領域での協同プラズモニックモードの 励起とEu(Ⅲ)錯体の発光増強効果2017

    • Author(s)
      河内谷佑季、村井俊介、藤田晃司、田中勝久
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
  • [Presentation] メソポーラスシリカを積層した プラズモニックナノ粒子アレイの光学特性2017

    • Author(s)
      阪本浩之,村井俊介,藤田晃司,田中勝久
    • Organizer
      日本材料学会材料シンポジウムワークショップ
  • [Presentation] Plasmonic-photonic hybrid modes excited on the periodic arrays of nitride nanoparticles in the visible region2017

    • Author(s)
      Ryosuke KAMAKURA, Shunsuke MURAI, Koji FUJITA, Katsuhisa TANAKA
    • Organizer
      JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Making directional light sources by using plasmonic arrays2017

    • Author(s)
      Shunsuke MURAI, Ryosuke KAMAKURA,, Koji FUJITA, Katsuhisa TANAKA
    • Organizer
      JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enhanced Photoluminescence from Tb3+ in Silicate Glass by Silver Nanoclusters and Nanoparticles2017

    • Author(s)
      Yuan Gao, Shunsuke Murai, Koji Fujita, and Katsuhisa Tanaka
    • Organizer
      JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Directional outcoupling of photoluminescence via excitation of collective plasmonic modes on periodic plasmonic arrays2017

    • Author(s)
      Motoharu Saito, Shunsuke Murai, Hiroyuki Sakamoto, Ryosuke Kamakura, Koji Fujita, and Katsuhisa Tanaka
    • Organizer
      JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Direct observation of plasmonic hotspots on gold mesogratings by using cathodoluminescence2017

    • Author(s)
      Hiroyuki SAKAMOTO, Shunsuke MURAI, Hikaru SAITO, Takumi SANNOMIYA, Satoshi ISHII, Tadaaki NAGAO, Koji FUJITA, Katsuhisa TANAKA
    • Organizer
      JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Collective plasmonic modes excited on Al nanocylinder array in the UV region and photoluminescence enhancement from Eu(III)-complex thin film2017

    • Author(s)
      Yuki Kawachiya, Hiroyuki Sakamoto, Shunsuke Murai, Koji Fujita, Katsuhisa Tanaka
    • Organizer
      JSPM International Conference on Powder and Powder Metallurgy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Making a prototype of quasi white light source with a directional output by plasmonic array2017

    • Author(s)
      Shunsuke Murai1,2, Ryosuke Kamakura1, Koji Fujita1, and Katsuhisa Tanaka
    • Organizer
      The 8th International Conference on Surface Plasmon Photonics
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Alナノシリンダー周期アレイによる希土類錯体の発光増強とシリンダー高さ依存性2017

    • Author(s)
      齋藤 元晴, 村井 俊介, 藤田 晃司, 田中 勝久
    • Organizer
      平成29年度 第1回ナノ材料部門委員会 第1回研究会 平成29年度 第3回半導体エレクトロニクス部門委員会 第2回研究会
  • [Presentation] Time domain modeling of lasing dynamics in hyperbolic metamaterials2017

    • Author(s)
      Shaimaa Azzam, Zhuoxian Wang, Shunsuke Murai, Satoshi Ishii, Alexandra Boltasseva, Alexander V Kildishev
    • Organizer
      CLEO: QELS_Fundamental Science
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-12-17  

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