表面プラズモンによる非弾性光散乱の研究

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04986
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 岡本 隆之 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 特別嘱託研究員 (40185476)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 非弾性散乱 / ラマン散乱 / 表面プラズモン共鳴 / セレン化亜鉛 / 金ナノロッド

Outline of Annual Research Achievements

協力研究者より提供を受けた試料と用いて実験を行った。この試料はZnSe基板上に長さ2 μm、幅0.4 μm、厚さ42 nmの金ナノロッドを5 μmの間隔に正方格子状に配置したものであり、電子ビーム描画とリフトオフ過程により作製したものである。まず、本金ナノロッド吸収スペクトルをフーリエ変換赤外分光光度計により測定した。得られた吸収ピーク波数から、本ナノロッドに担持される表面プラズモンの長軸モードの共鳴周波数は1100 cm^-1であることが分かった。次に散乱光の分光のための光学系を光学定盤上に組み立てラマン散乱光の測定を行った。ポンプ光として波長532 nmのレーザー光を集束することなく試料に照射し、散乱光をローパスフィルタを通した後、光ファイバ・マルチチャネル・アナライザによって分光測定した。得られた散乱スペクトルには表面プラズモンによる1100 cm^-1のピークは見られなかった。

しかし、金ナノロッドのないZnSe基板の散乱スペクトルと比較して2つの特徴が見られた。1つは1800 cm^-1にピークを持つブロードなバンドで、金ナノロッドからのルミネッセンスによるものと考えられる。もう1つはZnSeのラマン散乱スペクトルに見られた興味のある特徴である。金ナノロッドのないZnSe基板からは250 cm^-1にLOフォノンモードによる1本のピークが観測されたのであるが、金ナノロッドを並べたZnSe基板からは200、400および600 cm^-1近傍に3本のピークが見られた。これらのピークはZnSeのTOフォノンのモードの高次ラマン散乱光と考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

初年度において、金ナノロッドの表面プラズモンモードによる非弾性散乱光に関して何らかの信号を得る予定であったが、本年度の実験では得られなかった。信号が得られるかどうかは理論的には保証されているものではないが、信号を得るためのさらに工夫にまでたどり着けなかった。工夫としては、ポンプ光の波長の変更、高分解能分光システムの使用等が考えられたが、本年度中には実行できなかった。

Strategy for Future Research Activity

引き続き金ナノロッドの表面プラズモンモードによる非弾性散乱光の検出を試みる。ポンプ光として、波長532 nm以外のレーザー光も用いる。予定しているのは波長632.8 nmと波長488 nmの2つのレーザー光である。また、散乱スペクトルの波数分解能を上げるため30 cm分光器と高感度検出器であるEMCCDを組み合わせて用いる。以上の実験に加えて、既に多くの観測報告のある半導体へテロ界面に存在する2次元電子ガス(2DEG: 2 Dimensional Electron Gas)の表面プラズモンモードによる非弾性散乱光の検出を目的とした実験に立ち戻る。さらに、申請時に予見していなかった現象である金ナノロッドを表面に配置したときにのみ観測されたZnSe基板の高次ラマン散乱光の正確な同定と、その発生機構の解明のための実験を行う。

Causes of Carryover

目的としていた金ナノロッドの表面プラズモンによる非弾性散乱光が観測できなかったため、成果発表のための旅費と論文党綱領の支出がなかったことに加えて、実験の進捗がやや遅れたため消耗品の購入が少なかったため、本年度の予算の一部を次年度で使用することとした。繰り越した予算は上記の旅費、論文投稿料および消耗品の購入に充当する。物品費は2DEGデバイスの購入および加工に必要な費用にも充てる。