2020 Fiscal Year Research-status Report
Plasmonic light emission enhancement of quantum dots by non-propagating mode of periodic structure and application to white laser
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20K05359
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
元垣内 敦司 三重大学, 工学研究科, 准教授 (00303751)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 伝搬型表面プラズモン / 非伝搬モード / 量子ドット / 発光増強 / 白色レーザー / 光吸収 / 金属回折格子 / 完全吸収体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では青レーザー光と緑、赤色で発光する量子ドットと金属回折格子の相互作用である表面プラズモン共鳴を利用した白色レーザーを実現することを最終目標として研究を行う。本研究ではこの目標に対し、金属回折格子に光を垂直入射させた時の非伝搬表面プラズモンモードに着目し、①金属回折格子における非伝搬モードの表面プラズモン共鳴の存在を明らかにすること、②非伝搬モードを用いた量子ドットのプラズモン発光増強の実現、③非伝搬モードを用いた量子細線構造のプラズモン発光増強を用いた白色レーザーへの応用を目的として研究を行う。
このうち、令和2年度ではシミュレーションにより金属回折格子における非伝搬モードの表面プラズモン共鳴の存在を明らかにすることができた。厳密波結合解析法（RCWA法）と時間領域差分法（FDTD法）を用いて銀と電子線レジストからなる2層型ワイヤーグリッド構造において、450nmや405nmの光を垂直に入射したときの反射率、透過率、磁場分布などを調べ、磁場分布から伝搬しない表面プラズモン共鳴（非伝搬モード）の存在を示すことができた。
また、銀と電子線レジストからなる2層型ワイヤーグリッド構造を利用した表面プラズモン共鳴に関する派生技術として、450nm、405nm、375nmの光が完全に吸収できる条件をシミュレーションと実験から明らかにすることができた。
本年度は実験で非伝搬モードの存在を確かめることができなかったので、次年度の課題として行うと共に、量子ドットの発光を行うためには金属回折格子構造への強い光吸収が必要なので、非伝搬モードと完全吸収条件の2点を考慮して発光素子の構造を検討していきたいと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍で電子線描画などを用いて銀の2層型ワイヤーグリッド構造の試料作製を行う実験が思うように進まなかったので、今年度はシミュレーションで非伝搬モードが発生する条件を見出すことを中心に行った。実験による非伝搬モードの実証は次年度に行いたいと考えている。一方、派生技術として銀の2層型ワイヤーグリッド構造による表面プラズモン共鳴を用いて特定の波長の光を完全に吸収する条件をシミュレーションと実験で明らかにすることができたので、この技術も取り入れながら、デバイス構造を検討したいと考えている。
一方、InP/ZnS量子ドットの発光特性は蛍光顕微鏡での観察はできたが、銀の2層型ワイヤーグリッド構造の試料作製ができなかったため、発光スペクトルの評価ができなかった。これを行うために必要な装置類を準備することができたので、今年度中に発光特性評価装置を作製し、発光特性評価もできるようにする予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に実施できなかった銀の2層型ワイヤーグリッド構造における非伝搬モードの表面プラズモン共鳴の存在の確認を実験で実証することを、次年度の最優先課題として行う。また、本年度の研究で銀の2層型ワイヤーグリッド構造を用いた特定波長の完全吸収体を実現することができたので、この技術も活用しながら、発光素子作製に必要な構造を検討する。
また、InP/ZnSコアシェル型量子ドットの発光特性及び発光増強条件を調べるために発光特性評価装置を作製し、発光特性評価を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で予定していた実験が進まず、シミュレーション中心の研究になってしまったことと学会等の行事が全てオンライン開催だったため、物品費と旅費の執行が大幅に減少し、次年度使用額が発生した。次年度も旅費の執行がほとんどできないと思われるので、今年度執行が少なかった物品費で実験に関する物品を購入して執行する。
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