2017 Fiscal Year Annual Research Report
Surface Plasmon Transmission Light in Nanostructured Organic Films on Metal Grating and Application to High-Sensitivity Sensors
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17H03231
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
加藤 景三 新潟大学, 自然科学系, 教授 (00194811)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
馬場 暁 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (80452077)
L CHUTIPARN 新潟大学, 自然科学系, 助教 (90769316)
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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 / 透過光 / ナノ構造制御 / 金属グレーティング / 有機薄膜 / 金属微粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
CD-RやDVD-R、BD-Rの凹凸構造を利用したインプリントにより、グレーティング構造を持つ金属薄膜および有機薄膜を作製した。また、表面プラズモン（SP）励起波長はグレーティング周期や形状に依存するため、種々の周期や形状を持つテンプレートを用いてPDMSにナノインプリントしてグレーティング構造を作製し、PDMS基板上にAgやAu などの金属薄膜を真空蒸着して、金属グレーティングを作製した。
そして、種々のナノ界面構造制御有機超薄膜について、SP共鳴特性やSP透過光測定を行った。SP共鳴特性より膜厚や複素誘電率について定量的に評価し、SP共鳴特性の各波長での共鳴角度や誘電分散特性についても評価した。また、金属グレーティング上に金属微粒子を用いた有機薄膜などについてもSP共鳴特性やSP透過特性の測定を行い、グレーティング構造を持つ金属薄膜による伝搬型SPと金属微粒子を用いた局在型SPによる多重SP励起についても観測した。さらに、グレーティングカップリングによる長距離伝搬SP励起による透過光についても、グレーティング周期や金属膜厚の依存性などを調べ、センサの高感度化について検討した。また、フレキシブル基板上に金属グレーティングを形成し、曲げ状態変化に対するSP透過光特性を調べ、フレキシブルセンサへの応用についても検討した。
また、SP透過光を用いたガスセンサについても検討した。すなわち、ポリアクリル酸とポリビニルアルコールを感応膜として使用し、種々の湿度化でアンモニアガス検知が可能なことを示した。さらに、マイクロ流体デバイスをSP透過光測定系に組込み、イメージングを行うことも試みた。これにより、複数の流路におけるSP透過光測定が可能となり、バイオセンサに応用可能であることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
グレーティング構造を持つ金属薄膜および有機薄膜を作製し、表面プラズモン（SP）共鳴特性やSP透過光特性を調べることができた。また、金属グレーティング上に金属微粒子を用いた有機薄膜などについてSP共鳴特性やSP透過特性を行い、グレーティング構造を持つ金属薄膜による伝搬型SPと金属微粒子を用いた局在型SPによる多重SP励起についても観測できた。さらに、グレーティングカップリングによる長距離伝搬SP励起による透過光についても、グレーティング周期や金属膜厚の依存性などについて調べ、センサの高感度化についても検討できた。また、フレキシブル基板上に金属グレーティングを形成し、曲げ状態変化に対するSP透過光特性について調べ、フレキシブルセンサへの応用についても検討できた。
また、SP透過光を用いたガスセンサについても検討し、高感度にガス検知が可能なことを明らかにした。さらに、マイクロ流体デバイスをSP透過光測定系に組込み、イメージングを行うことも試み、バイオセンサに応用可能であることを示した。
なお、金属グレーティング上金属微粒子の位置制御試料や、金属グレーティング上に色素分子層を持つ試料などについてのSP共鳴励起とSP透過光の関係や、有機薄膜のナノ界面構造とSP共鳴特性の関係などについては、まだ十分な検討が行えていないが、以上のことより、おおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
CD-RやDVD-R、BD-Rなどの凹凸構造を利用したインプリントにより、グレーティング構造を持つ金属薄膜及び有機薄膜を作製する。また、種々の周期や形状を持つプレートを用いてPDMSにナノインプリントしてグレーティング構造を作製し、PDMS基板上に金属薄膜を真空蒸着して、金属グレーティングを作製する。そして、表面プラズモン（SP）共鳴励起や多重SP複合励起特性などを詳細に調べるために、金属微粒子などを用いた種々のナノ構造制御有機薄膜の作製を行い、構造評価などを行う。
次に、種々のナノ構造制御有機超薄膜のSP共鳴特性や、SP共鳴励起透過光特性などの測定を様々なレーザ波長で行う。そして、SP共鳴特性より膜厚や複素誘電率について定量的に評価し、SP共鳴特性の各波長での共鳴角度や誘電分散特性についても評価・検討する。また、有機薄膜や金属薄膜の表面凹凸などを評価し、有機超薄膜のナノ昇面構造とSP共鳴特性の関係について検討する。さらに、界面に色素分子層を持つ試料を作製し、SP共鳴励起放射光特性からSP共鳴特性やホトルミネセンス特性との関係などについても検討する。
さらに、有機薄膜や金属薄膜の表面凹凸の評価結果や金属微粒子の分布などの評価結果などを基に、ナノ構造と多重SP 複合励起の関係を検討する。また、色素分子を含む種々のナノ構造制御有機薄膜の分子発光に起因する多重SP励起による放射光とナノ構造との関係についても検討する。そして、多重SP複合励起機構の知見を得る。さらに、金属薄膜の両界面で相互作用しながら同時にSP共鳴励起し、通常のSPよりも長距離を伝搬し、強くしみだしの大きな電界を伴う長距離伝搬SP共鳴励起構造についてもさらに検討する。
以上の検討結果を基に、多重SP複合励起による透過光を利用した種々の高感度センサを構築し、デバイス構造の最適化について検討する。
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