2020 Fiscal Year Annual Research Report
EELS analysis of surface plasmon vibrational modes as the origin of short-range Casimir force
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18K04872
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
坂口 紀史 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70344489)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
國貞 雄治 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00591075)
松尾 保孝 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (90374652)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン共鳴 / 金属平板 / 近距離Casimir力 / MIM構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度も引き続き金属平板間における表面プラズモン共鳴（SPR）の相互作用に関する評価を実施した。金属としてAgを選定し、前年度と同様の方法を用いてSi基板上にAg/SiO2/Ag膜、Ag/Al2O3/Ag膜ならびにAg/SiO2/Al2O3/Ag膜を成膜し、FIBにて断面サンプルを作製することで、これを平行金属板とみなした。SiO2およびAl2O3層の厚みを変えたサンプルを複数作製し、平板間距離とSPR相互作用の関係をSTEM-EELSにより実測し、共鳴エネルギーと平板間距離との関係を調査した。さらに、表面プラズモンをばねの振動に見立てて、複数ばねの共振系をSPR相互作用に当てはめて現象をモデル化した。異なる誘電体を並べたAg/SiO2/Al2O3/Ag膜について、SPR共鳴エネルギーはAg/SiO2/AgとAg/Al2O3/Agギャップそれぞれのエネルギーの中間的な値を示した。二つの界面における表面プラズモンの分散関係、特にそれぞれの表面に励起されたプラズモン間には位相差が生じることにより、その相互作用は単一誘電体層の場合と比較して複雑になることが予想される。ばねモデルを用いたシミュレーションによれば、複層誘電体層の場合では単層で確認された反結合的なSPR相互作用に加えて結合モードに相当する表面プラズモン間の層が生姜生じる可能性が指摘された。以上の結果は、異なる金属平板間におけるSPRの相互作用は金属種の組み合わせにより大きく異なることを示唆しており、近距離Casimir力を考慮する際にSPR相互作用が重要となることが本研究により明示された。
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