2019 Fiscal Year Annual Research Report
Applications of asymmetric plasmonic nanoparticle hybrid systems to ultrafast multiplewave nonlinear nanophotonics
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17H02798
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
杉田 篤史 静岡大学, 工学部, 准教授 (20334956)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松尾 淳一 金沢大学, 薬学系, 教授 (50328580)
川田 善正 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (70221900)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン / 非線形光学 / 金属ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は非対称型金属ナノ粒子複合系より構成されるプラズモニック非線形光学素子を開発することを目的として実施した。一般的に表面プラズモン励起に利用される金属ナノ粒子は、反転対称な幾何構造ゆえ、偶数次非線形光学遷移禁制である。本計画では系を構成する粒子間の粒径もしくは配列を非対称化し、粒子近傍の近接場分布を非対称化する。これにより系の実効的な反転対称性を破り、サブ波長空間でのパリティ変化に伴う偶数次非線形光学遷移の実現を狙った。
平成29、30年度は、複数の候補となる複合粒子系の設計及び開発を試みた。そして、三個の直方体ロッド形状の金ナノ粒子より構成されるドルマン型複合粒子構造が顕著な偶数次非線形光学遷移効果を示すことを見出した。このドルマン型構造では、二個の金属ナノ粒子が互いに平行に配列し、残りの一個の粒子はこれらに対して垂直に配置する。令和元年度はこの構造に焦点を絞り、非線形性増大効果と素子を構成する粒子間の連成振動効果の相関現象を解明することに挑戦した。素子の偶数次非線形光学特性は、第二高調波信号を観測することにより評価した。第二高調波信号の励起波長に対する依存性、偏光特性、構成粒子間距離に対する依存性を検討することにより、提起した問題の解決を図った。一連の研究の結果、平行配列した二個の金属ナノ粒子が互いに電磁場の輻射確率を抑制しあったことで、一般的な単独の粒子系よりも大きな電場増強度を確保したこと、また三個の粒子の適切な配列により偶数次非線形光学遷移の前提となる反転中心を破ることのできたことが大きな偶数次非線形光学感受率を得た要因となったことを明らかとした。理論的な電磁界解析を行い、実験結果に矛盾しないことも確認した。最後にフェムト秒時間分解分光を実施し、時定数200fsという超高速な過渡応答の観測にも成功した。以上より研究申請時の設定課題はほぼ達成できたものと考える。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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