2021 Fiscal Year Final Research Report

Science on Light Management: Optimization of Materials and Nanostructures

Research Project

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Project/Area Number	19H02434
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	MURAI SHUNSUKE 京都大学, 工学研究科, 助教 (20378805)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	冨田恒之東海大学, 理学部, 准教授 (00419235) 篠崎健二国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10723489) 中西貴之国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (30609855) 徳留靖明大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50613296) 石井智国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (80704725)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	プラズモニクス / 強結合状態 / ナノアンテナ / 光マネジメント科学 / 格子共鳴 / Mie共鳴 / 非コヒーレント指向性光源 / 磁気双極子
Outline of Final Research Achievements	We studied the fabrication technology and optical properties of periodic structures of metal and dielectric nanoparticles(= nanoantennas). A nanoantenna was manufactured on the phosphor substrate to realize preferential extraction of fluorescence in the forward direction. We also synthesized rare earth-containing nanoparticles and applied them on an array, and found that the upconversion luminescence intensity was enhanced by more than 100 times. A magnetic thin film was deposited on the nanoantenna, and the enhancement of the magneto-optical effect by surface plasmon was investigated. An attempt was made to improve the nanoantenna performance by heat treatment using a rapid thermal annealing furnace. From the viewpoint of imparting resistance to oxidation and chemical / mechanical damage to the metal nanoantenna, we tried to coat the surface with a refractory material. We also developed a method for transferring nanoantennas to a flexible substrate.
Free Research Field	材料科学，プラズモニクス，ナノ光学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	ナノアンテナはナノ光学分野で生まれた概念で、光学顕微鏡下の学問として発展してきた。本研究ではナノアンテナを蛍光体と組み合わせることで指向性照明としての応用が可能であることを示した。これは学問上のみならず、産業的にもナノアンテナが有用であることを現わす。また様々な特性（発光波長・蛍光寿命・発光量子収率）を持つ蛍光体と組み合わせ可能で、さらに蛍光体のみならず磁性体との組み合わせも可能であることがわかり、ナノアンテナ応用の幅広さを見いだせた。