2011 Fiscal Year Research-status Report
相関光子による局在プラズモン誘起と２光子励起場への応用
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23760050
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
岡 寿樹 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (00508806)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2013-03-31
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| Keywords | 量子相関光子 / 局在プラズモン / ２光子励起 / 量子制御 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は，量子相関光子がもつ同時性と金属ナノ構造による電場増強との相乗効果によって２光子励起効率の更なる高効率化を目指すことにある．当該年度ではまず，量子相関光子と局在プラズモンの相互作用とその量子ダイナミクスを解析するため，時空間２光子パルス理論を局在プラズモンの光学応答を取り扱える理論へと拡張した．これによりMaxwell方程式を用いた従来のプラズモン解析法では取り扱えない，光の量子性を加味した局在プラズモンの解析が可能となり，局在プラズモンによる量子相関光子の状態変化を実時間で逐次的に追うことが可能となる．更にこの理論は，いくつかの条件を施すことで，局在プラズモンの光学応答を従来の共振器QED理論の枠組みで議論することが可能であり，これまでに確立された手法がそのまま適用できる利点がある．次年度ではこの拡張理論を用いて局在プラズモンと量子相関光子のダイナミクスを詳細に解析する．さらに量子相関ナノデバイス開発の第一ステップとして，単一分子と局在プラズモンの相互作用を解析できる計算ツールを開発した．この計算法を用いれば，先の拡張理論を用いた解析に必要な局在プラズモンモードを任意の金属ナノ構造体に対して計算することが可能となる．また分子系と効率良く相互作用する金属ナノ構造体のデザイン解析など，従来の局在プラズモン応答解析においても重要なツールになると考えられる．
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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
本研究の目的は，金属ナノ構造を量子相関光子と物質の反応場に応用することで、量子相関光子の同時性とナノ構造による電場増強の相乗効果による２光子励起効率の更なる高効率化を目指すことにある．本研究が掲げるこの目的の達成には、量子相関光子と局在プラズモンの相互作用の正確な理解とそれを取り扱える理論の構築が前提となる．そこで本研究を効果的に進めるために，以下の３つ研究方針を立て研究を進めている．１つ目は局在プラズモンを取り扱える量子光学理論の構築，２つ目は量子相関光子による局在プラズモンの光学応答解析，そして３つ目は量子相関局在プラズモンによる分子系２光子励起効率の解析である．現在，１つ目の計画は既に達成されており，２つ目の計画もその解析に必要なツールが完成，また当初の予定にはなかったが複雑な金属ナノ構造体に対する局在プラズモンモードの解析ツールを開発した．さらにこれらの計画と並行して，量子相関光子によって誘起される分子系２光子励起過程の解析も行い，２光子励起効率に適した量子相関光子の量子状態も明らかにしている．このようにおおむね当初の計画通りに研究が進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度では当初の研究計画に従い，局在プラズモンの特性が十分に研究されている比較的単純な金属ナノ構造体を解析対象として，量子相関光子によって誘起される局在プラズモンダイナミクスを解析し、局在プラズモンと量子相関光子間のインタープレイを明らかにする．その後，局在プラズモンを反応場とした２光子励起を，まずは単純な３準位系原子モデルに対して解析し，古典２光子パルスによって励起された局在プラズモンに対する応答と比較することで２光子励起効率の違いを評価する．さらに分子系への応用を考え，分子振動状態を考慮した系へと解析モデルを拡張し，さらに可能なかぎり現実的な系へとその解析対象をシフトさせていく．またこれらの研究と並行して，２光子励起効率の更なる増強の実現を目指し，金属ナノ構造のデザイン開発も行っていく予定である．
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究を進めていく上で，その進捗状況に合わせ必要に応じて研究費を執行していった．当初の研究計画予定にはなかったが，任意の金属ナノ構造体に対する局在プラズモンモードの解析が可能な計算ツールの開発に取り組み，その開発に少し研究時間を割いた．そのため当初の見込み額と執行額は異なったが，研究計画・方針に変更はなく，前年度の研究費も含めて当初予定通りの計画を進めていく．
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