2020 Fiscal Year Annual Research Report
Imaging of surface plasmons with a microspot photoelectron microscopy
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18K04942
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
渋田 昌弘 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 特任講師 (70596684)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 表面プラズモンポラリトン / フェムト秒レーザー / プラズモニックデバイス / 半導体ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではフェムト秒超短パルスレーザーを駆使した伝搬型表面プラズモンポラリトン(以下、表面プラズモン)の可視化を実現し、これを高度に制御することで光エネルギーの高効率利用や高密度・高速な情報通信デバイスを創成する基盤を得ることを目的としている。
令和２年1月の大阪市立大学への移動後、これまでの２光子光電子放射顕微鏡を用いた可視化の原理を応用し、高い蛍光量子効率をもつ半導体ナノ粒子を表面プラズモンの増感材として用いることで当該研究を継続している。この手法により、金属―誘電体界面を伝搬する表面プラズモンに伴う界面分極を半導体ナノ粒子からのアップコンバージョン蛍光の空間分布として可視化できることを明らかにした。この応用研究により、複雑な光電子検出システムを用ずに大気中で簡便な光学顕微鏡を用いた表面プラズモンの可視化が可能であることに加え、当初想定していた単純なプラズモニック構造だけではなく、100 nm以上の誘電体薄膜を施した試料についても観測原理の応用が可能となった。
さらに、収束イオンビームにより表面加工を施したプラズモニックデバイスの基本形となる試料について、同手法により表面プラズモンの伝搬様式と物理特性を精密に評価することに成功した。増感剤として用いる半導体ナノ粒子を試料に均一に塗布する条件の検討や、増感剤そのものによる表面プラズモン特性の変調を評価する必要があるものの、当該年度の研究の推進により表面プラズモンイメージングの適用範囲を大幅に拡大することができた。
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