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2012 Fiscal Year Annual Research Report

紫外プラズモニクスの開拓

Research Project

Project/Area Number 21226003
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

河田 聡  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30144439)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 庄司 暁  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20437370)
熊本 康昭  独立行政法人理化学研究所, 基幹研究所, 研究員 (30611727)
田口 敦清  独立行政法人理化学研究所, 近接場ナノフォトニクス研究領域, 研究員 (70532109)
齊藤 結花  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90373307)
Project Period (FY) 2009-05-11 – 2014-03-31
Keywordsナノ材料 / 走査プローブ顕微鏡 / 超精密計測 / プラズモニクス / 顕微イメージング / ラマン分光
Research Abstract

1 紫外プラズモニック構造の最適化と光触媒への応用
ナノ粒子リソグラフィー法を応用して、紫外プラズモニクスに最適なアルミニウムナノ構造体を作製した。さらに紫外プラズモニクス材料の候補であるインジウムについても、真空蒸着し基板との親和性を利用してナノ構造を作製することに成功した。作製したナノ構造の紫外可視吸収スペクトルを測定した結果、深紫外波長域に局在共鳴プラズモンに起因する吸収ピークが現れ、これらの構造体が紫外光と強くカップリングすることを示した。これらの紫外プラズモニクス材料を利用して、二酸化チタンによる光触媒効果を測定したところ、プラズモニクス効果によって有機物の分解速度が加速されることを見いだした。
2 紫外近接場光学顕微鏡プローブの改良
深紫外共鳴ラマン散乱によるナノイメージングを目的とし、紫外近接場ラマン顕微鏡の開発を行った。これまでの近接場プローブは散乱効率が悪く測定が困難であったため、石英ファイバーを材料として二層液体による化学エッチング法を改良してテーパー角度と数10nmの先端径を再現性良く形成する技術を確立した。プローブのテーパー角度は近接場光学顕微鏡の感度に大きく影響するので、今回このパラメータを制御したことで、近接場光学顕微鏡の性能を向上させることができた。
3 紫外ラマン分光による細胞および無機材料のイメージング
266 nmと355 nmの紫外―深紫外顕微ラマン分光イメージングシステムを構築し、細胞または強誘電体を材料に紫外共鳴ラマン分光画像を、サブミクロンの空間分解能で取得し、表層数十ナノメートルにおける試料の状態を配向観察することができた。細胞の顕微分光では、試料の劣化を低減するために低温セルを導入し、レーザー照射下の試料の経時変化を評価して、低温真空環境が紫外顕微イメージングに有効であることを見いだした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

紫外プラズモニクス技術を用いて、光触媒効果の観察、紫外顕微イメージングの成果が得られている。また近接場光学顕微鏡用プローブの改良、試料の劣化問題の解決等、測定システムの改良もすすんでおり、順調な研究経過と言える。

Strategy for Future Research Activity

金属微細構造による感光フィルムは紫外域に感度を持つために、光電子変換デバイスのなどの光増強作用を増幅するのに理想的な働きをすることが期待される。本研究で作製した紫外プラズモニクス感光フィルムは、二酸化チタンの光触媒効果を促進することが示された。この成果を今後プラズモニクス殺菌、または太陽電池の感光部等に応用することを検討する。さらに、プラズモニクスによる光局在を利用して非線形光学効果を誘起することができれば、新たな波長変換素子を作製することができる。紫外プラズモニクス材料であるアルミニウムについて、可視域での第二高調波発生が既に報告されている。本研究で開発したプラズモニック構造作製技術と組み合わせることで、高効率な紫外ナノ光源を形成できる可能性がある。局在化した紫外光光源は、近接場ナノイメージングや微細加工にも有効であるため、今後重点的に紫外プラズモニクスの非線形効果を探索する予定である。
紫外プラズモニクスは広い応用を見込むことのできる分野である。現在我々が取り組んでいる光触媒や顕微イメージングのみならず太陽電池、センサー、殺菌、紫外光源等に利用できる可能性がある。このような紫外プラズモニクスの可能性を広げるために、本年度秋にシンポジウムを開催することを計画している。(詳細は以下のHPに示す。http://optsun2.riken.go.jp/upn2013/index.html)国内外から多くの参加者を募り、紫外プラズモニクスの可能性について検討し、新たな市場と研究分野の開拓および我々のチームのイニシアチブを発信する。

  • Research Products

    (17 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Plasmonics: Future Outlook2013

    • Author(s)
      Satoshi Kawata
    • Journal Title

      Jap. J. Appl. Phys.

      Volume: 52 Pages: 010001

    • DOI

      doi: 10.7567/JJAP.52.010001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tailoring plasmon resonances in the deep-ultraviolet by size-tunable fabrication of aluminum nanostructures2012

    • Author(s)
      Atsushi Yagushi, Yuika Saito KoichiWatanabe, Yujian Song, Satoshi Kawata
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett.

      Volume: 101 Pages: 081110

    • DOI

      doi: 10.1063/1.4747489

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 深紫外光増感作用を目的としたアルミニウムナノ構造のデザイン~高さ制御によるプラズモン共鳴の短波長シフトの観察2012

    • Author(s)
      齊藤結花 本田光裕 渡邊晃一 田口敦清 宋怡健 河田聡
    • Journal Title

      日本金属学会誌

      Volume: 77 Pages: 27-31

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Deep ultraviolet resonant Raman imaging of a cell2012

    • Author(s)
      Yasuaki Kumamoto, Atsushi Taguchi, Nicholas Isaac Smith, and Satoshi Kawata
    • Journal Title

      Journal of Biomedical Optics

      Volume: 17 Pages: 076001

    • DOI

      doi:10.1117/1.JBO.17.7.076001

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 深紫外ラマン分光顕微鏡による細胞内の核酸分布の観察及びDNAとRNAの識別

    • Author(s)
      熊本康昭、田口敦清、スミスニコラス、河田聡
    • Organizer
      第35回日本分子生物学会年会
    • Place of Presentation
      福岡
  • [Presentation] 深紫外光を用いた細胞のラマン散乱イメージング

    • Author(s)
      熊本康昭
    • Organizer
      独立行政法人理化学研究所 先端光科学研究領域成果報告会
    • Place of Presentation
      和光
  • [Presentation] 紫外で顕微分光して見えるもの・わかること~半導体評価から生体分子分析まで~

    • Author(s)
      熊本康昭
    • Organizer
      日本分光学会夏期セミナー
    • Place of Presentation
      東京
    • Invited
  • [Presentation] アルミニウムナノ構造を用いた紫外局在プラズモン共鳴制御

    • Author(s)
      田口敦清、早澤紀彦、河田聡
    • Organizer
      独立行政法人理化学研究所 先端光科学研究領域成果報告会
    • Place of Presentation
      和光
  • [Presentation] 深紫外共鳴ラマン分光顕微鏡を用いた細胞内核酸イメージング

    • Author(s)
      熊本康昭、田口敦清、スミスニコラス、河田聡
    • Organizer
      平成24年度日本分光学会年次講演会
    • Place of Presentation
      東京
  • [Presentation] Tailoring LSPR energy in the deep-ultraviolet by size-adjustable fabrication of aluminum

    • Author(s)
      田口敦清,齊藤結花,渡邊晃一,早澤紀彦,河田聡
    • Organizer
      平成24年度日本分光学会年次講演会
    • Place of Presentation
      東京
  • [Presentation] 先端増強ラマン顕微鏡のための金属コート誘電体プローブの作製,

    • Author(s)
      米山英男、田口敦清、早澤紀彦、河田聡
    • Organizer
      平成24年度日本分光学会年次講演会
    • Place of Presentation
      東京
  • [Presentation] Deep UV Raman microscopy for resonance imaging of nucleotide distributions in a cell

    • Author(s)
      Yasuaki Kumamoto, Atsushi Taguchi, Nicholas Isaac Smith, and Satoshi Kawata
    • Organizer
      JSAP-OSA Joint Symposia 2012
    • Place of Presentation
      松山
  • [Presentation] Tunable metal nanostructures for DUV plasmonics

    • Author(s)
      Koichi Watanabe, Yuika Saito, Atsushi Taguchi, Satoshi Kawat
    • Organizer
      JSAP-OSA Joint Symposia 2012
    • Place of Presentation
      松山
  • [Presentation] アルミニウムナノ構造を用いた紫外プラズモニクスの開拓

    • Author(s)
      田口敦清,早澤紀彦,河田聡
    • Organizer
      日本光学会・ナノオプティクス研究グループ研究討論会 第20回記念シンポジウム
    • Place of Presentation
      横浜
  • [Presentation] Tip-enhanced Near-field Raman Spectroscopy : possibility for nanoscale analytical tool

    • Author(s)
      齊藤結花
    • Organizer
      島根大学医生物ラマン研究会の講演会
    • Place of Presentation
      松江
    • Invited
  • [Book] “Tip-Enhanced Raman Spectroscopy” in Challa S.S.R. Kumar (ed.) “Raman Spectroscopy for Nanomaterials Characterization”.2012

    • Author(s)
      Norihiko Hayazawa, Alvarado Tarun, Atsushi Taguchi, Kentaro Furusawa
    • Total Pages
      22
    • Publisher
      Springer, Berlin
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 堆積パターンアレイおよびその製造方法2012

    • Inventor(s)
      田口敦清、河田聡、齊藤結花
    • Industrial Property Rights Holder
      田口敦清、河田聡、齊藤結花
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2012-200228
    • Filing Date
      2012-09-12

URL: 

Published: 2014-07-24  

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