2022 Fiscal Year Research-status Report
プラズモンと一分子エキシトンの強結合状態実証と一分子光異性化反応効率化への応用
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21K04935
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
伊藤 民武 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (00351742)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 裕子 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (00598039)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 準放射型プラズモン共鳴 / 超放射型プラズモン共鳴 / 表面増強蛍光 / 表面増強ラマン散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、色素を担持した単一の銀ナノ粒子二量体を使用して、表面増強蛍光(SEF)スペクトル、表面増強ラマン散乱（SERRS）スペクトル、弾性散乱スペクトルにおける超放射型プラズモン共鳴の間のスペクトル関係に着目し研究した。 その結果、SEFとSERRSの包絡線がプラズモン共鳴最大値に類似するタイプIと、その包絡線が最大値から高エネルギー側にシフトするタイプIIの2種類の関係を発見した。 この2種類のタイプの起源を解明するために二量体の形態的非対称性の程度を変更しつつFDTD 用いて計算を行った。その結果、弾性散乱スペクトルと SEF を SERRS の両方の実験スペクトルを再現することができた。 計算結果を解析した結果、タイプ I とタイプ II はそれぞれ 双極子ー双極子（DD ）結合共鳴と双極子ー四重極子（ DQ ）結合共鳴によって引き起こされることが判明しました。 準放射モードである DQ 結合共鳴は励起光を受け取り、DD 結合共鳴との近接場相互作用を通じて SERRS 光と SEF 光を放射すると解釈できた。 この研究では、NP またはナノワイヤ二量体、ミラー上の NP、および NP クラスターで構成されるさまざまなプラズモニック HS の EM 増強の理解に応用可能です。 また、SEF による SERRS へのサブ放射共鳴の寄与度を変更し、双極子と双極子または双極子と四重極の間の結合パラメーターを使用することにより、「タイプ I」と「タイプ II」を統一的に記述できることも示しています。 本研究で得られた新たな洞察は、EM増強を生成するプラズモニックシステムの弾性散乱スペクトルとSERRS、SEFスペクトルと比較することによって、サブ放射プラズモンと分子励起子の間の相互作用を評価できるということである。この知見を強結合の最終年度の研究に用いる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初は「分子構造変化」と「プラズモンと分子の強結合」の関係の実験を行う予定であったが、想定していなかった準放射型のプラズモンのSERSやSEFへの寄与が明らかになった為、超放射型のみを仮定していた実験計画を修正して、その寄与の定量的な解釈を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
準放射型のプラズモン共鳴の表面増強現象や強結合効果への影響はまだよく調べられていない為、今後は出来る限りまずは準放射型プラズモン共鳴を取り入れた表面増強現象や強結合効果のモデルを実験結果に基づいて作成する。ナノワイヤ二量体についても同様に準放射型プラズモン共鳴の影響を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
非放射型プラズモンと色素との相互作用の重要性を新たに見出した。その知見を実験と電磁解析計算で定量する為に実験用の色素の購入等を取りやめ分光研究に取り組んだ。
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[Journal Article] Highly Scalable, Wearable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy2022
Author(s)
Limei Liu, Pablo Martinez Pancorbo, Ting-Hui Xiao, Saya Noguchi, Machiko Marumi, Hiroki Segawa, Siddhant Karhadkar, Julia Gala de Pablo, Kotaro Hiramatsu, Yasutaka Kitahama, Tamitake Itoh, Junle Qu, Kuniharu Takei, Keisuke Goda
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Journal Title
Advanced Optical Materials
Volume: 10
Pages: 2200054
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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