2022 Fiscal Year Annual Research 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 / 伝搬型表面プラズモン / 非伝搬モード / 1次元金属回折格子 / ファノ共鳴 / 表面プラズモンセンサー / 量子ドット / 発光増強 |
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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った。
令和4年度は令和3年度より更にシミュレーションを進め、Auの１次元回折格子において、非伝搬モードの動作解析を行い、非伝搬モードにおいては、TM偏光の入射光によって，隣り合うAuの端部で電気双極子が発生することで局在型SPPが発生し、この電気双極子によって出射方向の電場が発生し，これにより局在した伝搬型SPPが励起されることがわかった。これにより、非伝搬モードの挙動を明らかにすることができた。更にAuの１次元回折格子からなる表面プラズモンセンサーを作製し、屈折理1.7の液体媒質を接触させた状態で透過率スペクトルを測定して、シミュレーション結果とほぼ同様な透過率スペクトルを得ることができ、実験でも非伝搬モードを実証することができた。
また、量子ドットの発光特性においては、ガラス基板にAl薄膜を敷いて、その上にInP/ZnSのコアシェル型量子ドットを塗布して発光スペクトルを測定したところ、Alを敷かない場合に比べ、発光強度が1.5倍増強されることがわかった。この発光増強の原因の１つとして表面プラズモン共鳴が関係しているものと示唆される。
以上より、非伝搬モードを利用して量子ドットの発光増強を実現するところまではできなかったが、研究期間全体を通じて、非伝搬モードについては、非伝搬モードの物理的な挙動解明、Auの1次元回折格子からなる表面プラズモンセンサーを作製しと実験での非伝搬モードの実証を行うことができた。一方、量子ドットの発光増強については、表面プラズモン共鳴に起因すると考えられるAl薄膜上でのInP/ZnS量子ドットの発光増強を確認することができた。
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