Depelopment of metamaterial at visible wavelength by self-assembly of metal and dielectric nanocubes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14411
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Itasaka Hiroki 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 極限機能材料研究部門, 主任研究員 (30816468)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ナノ材料 / 電磁界シミュレーション / メタマテリアル / プラズモニクス / 表面増強ラマン散乱 / チップ増強ラマン散乱

Outline of Final Research Achievements

Based on electromagnetic field simulations using the time-domain difference (FDTD) method, we have predicted the optical properties of metamaterial structures consisteing of dielectric and metal nanocubes as building blocks and provided insights for designing composit structures that can exhibit unique optical properties at visible wavelengths. We have also found from simulations that local electric field enhancement can be obtained in a combined structure of conical metal structures and metal nanoparticles, and have succeeded in fabricating a the tip structure to significantly improve the measurement sensitivity in tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS).

Free Research Field

ナノ材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

自然界に存在しない特異な光学特性を示すメタマテリアルは、新たな高機能光学素子を実現する材料として注目される。しかしながら、可視光域での動作にはナノスケールの構造が必要であり、実現可能な構造の設計に課題があった。本研究成果は可視光メタマテリアルの実現に向けた一つの設計指針を与えるものである。また、チップ増強ラマン分光法(TERS)はナノスケールの構造分析を可能とすることから、半導体素子など微細化が進む電子素子の評価法として近年注目されるが、材料によっては感度の不足により測定が困難であることから、測定感度の向上が課題であった。本成果は、TERSの感度向上による応用の拡大に寄与するものである。