2018 Fiscal Year Annual Research Report
New Development in Visible Plasmonics: Theory Construction of 2nd-Generation Materials
| Project/Area Number |
18H01953
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
佐藤 良太 京都大学, 化学研究所, 助教 (80629890)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯田 健二 分子科学研究所, 理論・計算分子科学研究領域, 助教 (20726567)
川脇 徳久 京都大学, 化学研究所, 特別研究員(SPD) (60793792)
治田 充貴 京都大学, 化学研究所, 助教 (00711574)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 可視プラズモニクス / 局在表面プラズモン共鳴（LSPR） / 無機ナノ粒子 / 規則合金 / 金属間化合物 / 貨幣金属フリー / 錬金術 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
金（Au）、銀（Ag）、銅（Cu）は貨幣金属と呼称され、本質的に（球状でキャリア密度制御せずに）可視域に局在表面プラズモン共鳴（LSPR）吸収を示す唯一の材料群とされてきた。無尽蔵とみなされる太陽光エネルギーの52%は可視領域に分布しており、有機分子や金属錯体、無機半導体にとって可視領域の光は分子内電子遷移や配位子から中心金属への電荷移動（LMCT）、バンド間遷移などを誘起する極めて重要な波長領域である。一方で、太陽光によってこれらの遷移過程を高効率化し得るプラズモン材料は、ここ160年来、実質的にはAuとAgまたはその合金のみであった。
このような背景の中、我々は可視領域にLSPR吸収を示す新たな金属材料としてインジウム（In）とパラジウム（Pd）の塩化セシウム型合金（B2-PdIn）を発見した。本研究では、B2-PdInを手掛かりに、新規プラズモン材料群の設計指針を立案・検証し、その学理構築による第2世代材料の台頭を目的としている。初年度は、初めに可視LSPR発現のための電子／結晶構造的要請の定量化に取り組んだ。その結果、可視域におけるLSPR吸収ピークの発現において、新奇合金の電子構造（とりわけフェルミ近傍状態密度（DOS））と結晶構造が極めて重要な因子であり、それぞれが自由電子と束縛電子の励起ダイナミクスに深く影響を及ぼすことを定量的に突き止めた。また、新奇合金材料の可視プラズモニック材料としての特性評価として、我々が合成したB2-PdInナノ粒子のプラズモン特性を既存材料であるAuやAgと比較した結果、B2-PdInはAuやAgよりもより長波長（低エネルギー）側にLSPR吸収を示す一方で、既存のプラズモン材料と同等のQ値（LSPR吸収ピークのピーク波長と半値幅から算出）を有することが判明した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画に従い、（1）可視LSPR発現のための電子／結晶構造的要請の定量化および（2）可視プラズモニック材料としての特性評価を実施したところ、「研究実績の概要」に記載した結果を得た。
（1）では、可視域におけるLSPR吸収の発現と電子・結晶構造には密接な関わりがあり、LSPR吸収の強度や波長は、電子構造と結晶構造に起因する自由電子と束縛電子の励起ダイナミクスの絶妙なバランスに依存して鋭敏に変化することを突き止めた。
（2）では、B2-PdInナノ粒子が既存材料と比較しても遜色のない可視プラズモン材料になり得ることを実証するとと同時に、既存材料にはない特徴を有していることも明らかにし、新奇合金群を研究対象とする有意性を再度強調することに成功している。
以上のように、本研究のフェーズは研究計画に従って進行していることから、現在までの進捗状況として、概ね順調に進展していると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、これまでの材料探索によって提案された複数の有望B2合金のナノ粒子合成とそのプラズモン特性の評価を試みる。また、可視LSPR発現のための電子／結晶構造的要請の定量化をより詳細に検討することで、B2合金をモデル材料として構築された材料設計指針を元に、B2合金以外の新たな可視プラズモニック合金の探索にも注力する。
|
Research Products
(3 results)
