2012 Fiscal Year Annual Research Report
ナノドット配列における結合励起状態の時空間特性と励起場制御
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22225002
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
岡本 裕巳 分子科学研究所, 光分子科学研究領域, 教授 (20185482)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成島 哲也 分子科学研究所, 光分子科学研究領域, 助教 (50447314)
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| Project Period (FY) |
2010-05-31 – 2015-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / 走査プローブ顕微鏡 / 近接場 / プラズモン / 金属ナノ構造 / 電子線描画 / 励起状態相互作用 |
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| Research Abstract |
本研究では，電子ビーム（以下EB）リソグラフィー法を基礎に様々な金属ナノ構造，即ち円形ディスクや金属薄膜に円形の孔の開いた円形ヴォイド（ナノドットと総称する）を設計された形状に配列した構造体を作成し，近接場光学像の測定と解析を通じて，光電場の時空間構造とそれを決めるプラズモン間の相互作用を解明することを第一の目的としている。
本年度は，ナノドットが近接して規則配列した試料の作成技術を改善し，作成した金ナノ構造試料の近接場光学イメージングを進めた。単体ナノ微粒子構造の作製では，装置の仕様を超える，最小線幅35nm程度までのナノ構造作製が実現できた。ナノドット配列構造においても配列全体で均一な構造を作製できるようになり，構造間のギャップも40nm程度までの狭間隔が実現できた。また得られた試料の近接場測定を効率的に進めるため，近接場光学顕微鏡の構成に若干手を加えている。
また，プラズモンの位相緩和過程を直接検出可能な20fs以上の時間分解能を実現する近接場超高速測定システムの改良を進め，最短で15fsを切る時間幅の近接場光を実現するとともに，装置の安定性が格段に向上した。EB法で作成した金ナノ構造試料についてプラズモンの緩和過程を計測し，アスペクト比の大きな金ナノロッドでは励起位置に応じて異なる時間変化が見出された。これはプラズモンの時空間制御への展開に道筋を付ける成果と位置づけられる。更に，近接場円二色性測定装置の検出感度を高める開発を進めた。前年度，EB法で作成した２次元のキラリティをもつ金ナノ構造体の近接場円二色性イメージングにより，キラルなプラズモンによる局所的な円二色性が観測された。そこでは二つのキラリティのない部分構造が近接してキラリティを獲得している。円二色性の起源を探るべく，部分構造の近接と円二色性の出現の相関を調べる実験を行った。
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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
本研究では，設計した金属ナノドット配列構造等について，広い波長域でプラズモンの空間特性を解明すること，超高速時空間特性を解明制御すること等を目標としており，それに向けた実験装置の整備と予備的な実験研究が進んでいる。金属ナノ構造作成においては，装置仕様を超える，当初予定よりも精度の高い試料作成が可能となってきた。また，プラズモンの動的過程に関して励起位置による挙動の差が見えつつある他，２次元キラリティをもつ金ナノ構造の近接場イメージング等，新たな展開も生まれつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
EB法による試料作成技術の蓄積が更に進んできたので，今後研究目的に適合する様々な条件のナノドット配列試料を作成し，広い波長域での近接場測定を予定通り勧める。超高速測定についても，装置特性の改善が進んでおり，解析に適したナノ構造試料の作成と，その近接場測定，励起の時空間特性の制御に向けた詳細な検討とそれに基づく計測を行う。近接場円二色性測定については更に高感度化を進め，２次元のナノキラリティをもつ試料ばかりでなくキラリティのない試料についても，その局所的円二色性の測定と，その発現機構の解明を勧める。また，現在までは主として金ナノ構造体を測定対象としたが，今後，金以外の材料のナノ構造体の作成と測定，貴金属ナノ構造体に様々な光物理・化学特性をもつ物質の共存した系を対象とすることを検討していく。
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