2021 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 | 表面プラズモン共鳴 / 2層型ワイヤーグリッド構造 / 伝搬型表面プラズモン / 局在型表面プラズモン / 表面格子共鳴 / 量子ドット / 発光スペクトル |
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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3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発生について令和2年度よりも詳細に明らかにした。厳密波結合解析法（RCWA法）を用いて金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、吸収率、透過率、反射率の波長スペクトルと入射角度依存性を調べることで、入射角度0°において反射率の急激な低下と透過率の急峻な上昇が見られた。これは2層型ワイヤーグリッド構造で非伝搬の局在型表面プラズモンが励起され、これにより透過光が励起されているという表面格子共鳴が発生していると考察した。
また、この派生技術として、アルミニウムを用いた2層型ワイヤーグリッド構造において、波長405nm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。これは2層型ワイヤーグリッド構造で局在型表面プラズモンが励起され、 ファノ共鳴により伝搬型表面プラズモン励起される表面格子共鳴が発生しているためであると考察した。
更に2層型ワイヤーグリッド構造内にある量子ドットの発光特性を調べるための測定装置を作製し、銀薄膜上に量子ドットを塗布した場合の発光スペクトルを調べることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
非伝搬モードの表面プラズモン共鳴の発生メカニズムについて、表面格子共鳴の発生によるものであることが、シミュレーションで明らかにすることができてきたが、これを実験で確かめることが、まだできていないので、これを実験で確かめることが必要である。また、発光特性についても、測定装置はできたものの、発光スペクトルを詳細に調べることも今後の課題である。
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| Strategy for Future Research Activity |
シミュレーションで光の透過や吸収を促進するための表面格子共鳴のメカニズムが明らかになってきたので、これを実験で確かめ、これまで周期的な金属ナノ微粒子でしか明らかになっていなかった2層型ワイヤーグリッド構造における表面格子共鳴について明らかにしたいと考えている。また、これを用いて量子ドットの発光増強ができるかどうかも確かめていく予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で実験が計画通り進まなかったことと出張の予定がなかったので、当初の計画より物品費と旅費の執行が少なかった。今年度は発光特性評価のために分光器の購入や名古屋大学での電子線描画パターン作製を中心に研究費をすべて執行する。
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Research Products
(9 results)
