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2018 Fiscal Year Research-status Report

Asymmetric photoreaction field using circular polarized light pf localized plasmon

Research Project

Project/Area Number 18K05053
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

押切 友也  北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (60704567)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords光化学 / プラズモン / キラリティ / 近接場円偏光
Outline of Annual Research Achievements

局在プラズモン共鳴を示す金ナノ構造に円偏光を照射すると、構造キラリティーを持たず遠方場では光学不活性である場合でも近接場では局所的にキラリティーが観測され、近接場円偏光が生じる。本研究の目的は、未解明であるプラズモンによる近接場キラリティー発現の起源を明らかにし、近接場円偏光を分子との光不斉反応場へ展開することである。そのために、プラズモンナノ構造の形状と近接場の分光特性の関係を系統的に明らかにし、近接場と分子が強く相互作用可能な系の構築を行う。平成30年度は、局所キラリティー発現メカニズムについての仮説を提唱し、その仮説を時間領域差分法による電磁シミュレーションと多光子光電子顕微鏡(MP-PEEM)による局所的な増強電場の観察の両面から検証することを目的して研究を行った。特に、金ナノ構造に円偏光を照射した際の局在表面プラズモン共鳴による増強電場の空間分布および近接場スペクトル特性、そこから求められる近接場の円二色性に着目して研究を行った。
近接場円二色性の発現機構がプラズモンモード間の干渉に由来すると考え、各モードの位相差が0となる波長でもっとも強い円二色性が得られるという仮説を立てた。その検証のため、様々なアスペクト比を有する金ナノ長方形を電子線リソグラフィ-リフトオフ法を用いて作製し、その近接場円二色性についてシミュレーションとMP-PEEMの双方を用いて系統的に検討したところ、すべての構造において仮説を支持する結果が得られた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

平成30年度の当初目標は、構造作製と近接場円二色性スペクトルの測定と電磁界解析シミュレーションとの照合であったが、上述の通り本目標は十分に達成できた。加えて、本成果から得られたもっとも重要な示唆は、各プラズモンモードの共鳴波長における位相情報と、近接場スペクトルの形状から近接場円二色性スペクトルを予測可能であるということであり、このことから近接場におけるキラリティー発現の一般則解明に大きく近づいたと考えられる。これは研究開始当初には予測し得なかった、近接場キラリティーの本質に迫る極めて重要な成果である。

Strategy for Future Research Activity

平成31年度はより広い波長域で、高いSN比を持った近接場円二色性スペクトルを取得する。そのために、光電子顕微鏡に新たな光源、偏光板を導入する。また、長方形以外のナノ構造についても同様に近接場円二色性について検討し、実績項で述べた一般則が成り立つかどうか検証する。さらに、ラマン散乱計測などを通して、近接場円二色性が化合物に与える影響について検討する。これらを通して、不斉反応に最適と考えられるナノ構造とその配置を決定する。
令和2年度はアミノ酸誘導体を含むラセミ化合物をナノ構造上に配置し、特定の光学異性体の選択的分解を試みる。鏡像体過剰率を増幅するための自己触媒反応や種々の分析手段を駆使してアキラルなナノ構造上における不斉反応を証明する。

  • Research Products

    (11 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Taiwan National Chiao Tung University(その他の国・地域)

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      Taiwan National Chiao Tung University
  • [Journal Article] Control of plasmon dephasing time using stacked nanogap gold structures for strong near-field enhancement2019

    • Author(s)
      K. Ueno, J. Yang, Q. Sun, D. Aoyo, H. Yu, T. Oshikiri, A. Kubo, Y. Matsuo, Q. Gong, H. Misawa
    • Journal Title

      Appl. Mater. Today

      Volume: 14 Pages: 159-165

    • DOI

      10.1016/j.apmt.2018.12.004

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Manipulation of the dephasing time by strong coupling between localized and propagating surface plasmon modes2018

    • Author(s)
      J. Yang, Q. Sun, K. Ueno, X. Shi, T. Oshikiri, H. Misawa, Q. Gong
    • Journal Title

      Nat. Commun.

      Volume: 9 Pages: 4858

    • DOI

      10.1038/s41467-018-07356-x

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Enhanced water splitting under modal strong coupling conditions2018

    • Author(s)
      X. Shi, K. Ueno, T. Oshikiri, Q. Sun, K. Sasaki, H. Misawa
    • Journal Title

      Nature Nanotechnol.

      Volume: 13 Pages: 953-958

    • DOI

      10.1038/s41565-018-0208-x

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Plasmon-assisted polarity switching of a photoelectric conversion device by UV and visible light irradiation2018

    • Author(s)
      K. Nakamura, T. Oshikiri, K. Ueno, T. Katase, H. Ohta, H. Misawa
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 122 Pages: 14064-14071

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b01198

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Fabrication of High-absorption Plasmonic Photoanode2018

    • Author(s)
      T. Oshikiri, X. Shi, K. Ueno, H. Misawa
    • Organizer
      10th Asian Photochemistry Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Artificial Photosynthesis using Plasmonic Photoanode2018

    • Author(s)
      T. Oshikiri, R. Takakura, X. Shi, K. Ueno, H. Misawa
    • Organizer
      233rd ECS Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Exploring Mechanism of Near-field Chirality Generation on Achiral Plasmonic Structure2018

    • Author(s)
      Y. Hiroki, T. Oshikiri, Q. Sun, K. Ueno, H. Misawa
    • Organizer
      19th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of Three-dimensional Plasmonic Photoanode with Through-hole Array2018

    • Author(s)
      T. Oshikiri, X. Shi, K. Ueno, H. Misawa
    • Organizer
      19th RIES-HOKUDAI International Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Book] CSJカレントレビュー プラズモンと光圧が導くナノ物質科学―ナノ空間に閉じ込めた光で物質を制御する PartII 13章2019

    • Author(s)
      上野貢生、押切友也
    • Total Pages
      216
    • Publisher
      化学同人
    • ISBN
      9784759813920
  • [Remarks] 北海道大学電子科学研究所 三澤弘明研究室

    • URL

      http://misawa.es.hokudai.ac.jp/

URL: 

Published: 2019-12-27  

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