2018 Fiscal Year Research-status Report
カイラル磁性ナノ格子による非相反的光学活性の増強とバイオフォトニクスへの展開
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17K05087
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| Research Institution | Akita Industrial Technology Center |
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Principal Investigator |
山根 治起 秋田県産業技術センター, 電子光応用開発部, 上席研究員 (80370237)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 磁気光学 / バイオ化学センサ / プラズモン / フォトニック結晶 / 磁気光学キャビティ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、垂直磁気異方性を有する強磁性－貴金属複合膜に対して、鏡映対象性を持たないナノ構造体を周期的に配列させた「カイラル磁性ナノ格子」の構築を目的としている。磁性ナノ構造体に関してはこれまで、プラズモン共鳴あるいはフォトニック結晶に起因する特異な磁気光学物性を報告してきた。今年度は、プラズモン共鳴が強磁性－貴金属複合膜の磁気光学特性に与える影響について明らかにするとともに、一次元の磁性フォトニック結晶に対して、デバイス応用を見据えた磁気光学シミュレーション技術を確立した。特に、磁性ナノ構造体では、特異な磁気光学物性「磁気光学位相反転」が、貴金属ナノ粒子で発生した局在プラズモン共鳴に起因することを明らかにした。国際論文が、Editor’s Picksに選出されるとともに、国内学会での発表が、ポスター講演賞を受賞するなど、国内外で高い注目を集めることができた。さらに本研究では、磁性ナノ構造体における非相反的光学活性を利用することで、高感度のバイオ化学センサなど、バイオ光計測に係る新たな基盤技術の確立を目標としている。積層膜で構成された磁性フォトニック結晶において、磁気光学共鳴現象「磁気光学キャビティ効果」を用いることで、光学活性物質(カイラル分子)を高感度に計測できる光共振素子の開発に成功した。応用物理学会にて、Poster Awardを受賞するとともに、昨年度出願した国内特許が登録された。
次年度は、これらの研究成果をもとに、微細加工技術を活用することで「カイラル磁性ナノ格子」を構築し、更なる特性向上ならびに新規物理現象の発現を目指した研究に取り組む予定である。
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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
本研究課題では、垂直磁気異方性を有する強磁性－貴金属複合膜に対して、カイラル磁性ナノ格子を構築することで、非相反的光学活性に係る新たな物理現象の発現ならびに増強効果の実現を目的としている。今年度は、カイラル磁性ナノ格子に用いる強磁性－貴金属複合膜の磁気光学物性に関する検討を行った。近接場光を使った詳細な解析等により、CoPt-貴金属ナノ構造体で見出した物理現象「磁気光学位相反転」が、貴金属ナノ粒子における局在プラズモン共鳴に起因することを明らかにした。また本現象が、バイオ化学センサの計測パラメータとして有用であることを示すこともできた。今年度発表した国際論文(J. Appl. Phys. 124, p.083910, 2018)が、Editor’s Picksに選出されるとともに、日本磁気学会学術講演会では、ポスター講演賞(11pPS-12, 2018)を受賞するなど、国内外で高い注目を集めることができた。さらに、磁気光学効果を利用した新たなバイオ計測機器の開発に関する検討にも着手した。磁性積層膜を用いた一次元の磁性フォトニック結晶においては、磁気光学共鳴現象「磁気光学キャビティ効果」を用いることで、光学活性物質(カイラル分子)を高感度に計測できる光共振素子を開発した。カイラル物質であるグルコースの高精度計測手法を提案し、国内特許の登録とともに、応用物理学会秋季学術講演会では、Poster Award(18p-PA4-9, 2018)を受賞した。
次年度は、これらの研究成果をもとに、微細加工技術を活用することで「カイラル磁性ナノ格子」を構築し、更なる特性向上を目指した研究に取り組む予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、これまでに得られた高性能磁気光学材料および磁気光学物性に関する研究成果をもとに、カイラル磁性ナノ格子の構築に係る研究開発を実施する。具体的には、CoPt系垂直磁化積層膜に対して、電子線描画装置を用いることで、数百nmレベルの卍型形状を有するナノ構造体を周期的に配列させる。強磁性－貴金属ナノ構造体における磁性プラズモニック現象による新たな物理現象の発現を目指したものであり、顕微観測下での磁気光学物性に係る探索的な基礎検討を実施する。一方、磁性フォトニック結晶において見出した磁気光学キャビティ効果「磁気光学共振素子」に関しては、学会での受賞とともに、特許も登録され、早期の実用化が期待できる研究成果である。デバイス性能のさらなる向上に加えて、キラル分子センサなど、これまでにない新たな応用展開の提案を目指す。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額は1,000円程度であり、使用計画の変更は予定していない。
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