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2015 Fiscal Year Research-status Report

発光抑制する電気化学フォトニック結晶の作製

Research Project

Project/Area Number 25420707
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

松下 祥子  東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (50342853)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松谷 晃宏  東京工業大学, 技術部, 技術職員 (40397047)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2017-03-31
Keywordsナノ加工 / 微細構造 / 自己集積 / リソグラフィー / 酸化チタン / ナノ構造作製
Outline of Annual Research Achievements

我々は本研究において、これまでに、光照射により励起電子と励起正孔を持つ酸化チタンのリソグラフィー技術を構築し、電気化学フォトニック結晶の作製に挑んできた。しかしながら、直接酸化チタン単結晶を加工する手法では、少なくとも我々が持つリソグラフィー装置においては十分なアスペクト比が得られず、z軸方向の繰返し周期は最大でもわずか1である。これでは3次元に光を閉じ込めることができず、我々が望んだ「フォトニック結晶内の光電気化学反応」に到達できなかった。
そこで昨年度からは、まずは3次元に構造体を作製する方法を、トップダウンならびにボトムアップ手法を組み合わせて生み出すことに注力した。光を完全に閉じ込める完全フォトニックバンドギャップの形成には、周期を形成するユニット間の間隔制御など、細部にわたった3次元の加工技術が求められる。トップダウン手法は思うままに構造設計をデザインできることが特徴だが、光造形法などの特殊な3次元構造作製方法を除けば、一般的には3次元に構造物を作製できない点が欠点である。一方、ボトムアップ手法は、基本的に3次元に構造を作ることが得意だが、細部の設計が苦手であり、どうしてもユニット間は最密充填になりやすい。
そこでまず、材料は酸化チタンにこだわらず、トップダウン手法で実績のあるシリコン、ならびにボトムアップ手法で実績のあるポリスチレン微粒子を用いて、より複雑な3次元構造を作る挑戦を行った。トップダウン手法にてテンプレートとなる孔(四角形および円)を作製し、そこに球状微粒子をボトムアップ手法で導入することで、球と球の間隔が制御された四重極構造などが作製できた。今後、このような手法で作製される構造に対し、フォトニックバンド構造がどのようになるのかの検討を行っていく。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

上記で記載させていただいたように、3次元での電気化学フォトニック結晶作製に難航しており、電気化学フォトニック結晶内の化学反応という一番興味深い研究にたどり着けていない。

Strategy for Future Research Activity

本研究申請段階では、3次元フォトニック結晶はリソグラフィーのみで作製する予定であったが、上記のようにリソグラフィーのみでは完全に光を閉じこめる構造の作製が困難である。そこで今後は、トップダウンとボトムアップを組み合わせた、より複雑な3次元構造体の作製方法に注力する。トップダウン手法として加工する材料にはSi基板の使用を続行し、ボトムアップ手法で利用する材料としては、まずはポリスチレン微粒子の使用を、その後光電気化学材料を内包もしくは表面コートしたポリスチレン微粒子の使用を行う。

Causes of Carryover

先の報告書に記述させていただいたように、フォトニック結晶の作製手法を根本的に変更せざるを得なかったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

新しく検討する手法はSi基板のトップダウン加工、ならびに球状微粒子のボトムアップ集積を組み合わせたものである。したがって、下記のような使用計画を考えている:
トップダウン加工に伴う装置使用・消耗品 50万、ボトムアップ加工に伴う消耗品 10万、国内・国外発表に伴う出費 40万、その他謝金など 10万程度となる残金

  • Research Products

    (8 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Simple fabrication of micro-polygons and micro-honeycombs utilizing thermal deformation of monolayer colloidal crystals during reactive ion etching2015

    • Author(s)
      Shoya Sano, Kunio Nishioka, Akihiro Matsutani, Toshihiro Isobe, Akira Nakajima, Sachiko Matsushita
    • Journal Title

      Colloid. Surf. A

      Volume: 486 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2015.09.019

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Microfabrication for a polystyrene quadrupole by template-assisted self-assembly2015

    • Author(s)
      Tsuyoshi Takahashi, Akihiro Matsutani, Dai Shoji, Kunio Nishioka, Mina Sato, Toshihiro Isobe, Akira Nakajima, Sachiko Matsushita
    • Journal Title

      Colloid. Surf. A

      Volume: 484 Pages: 75-80

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2015.07.057

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Si上に形成した金ナノ円盤が示す表面電位差の光照射依存2016

    • Author(s)
      2.江崎 智太郎、松谷晃宏、西岡國生、庄司大、佐藤美那、岡本隆之、磯部 敏宏、中島 章、松下 祥子
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] シリカ/金属界面エネルギー差を利用したナノカップの作製とそのプラズモンセンシング2016

    • Author(s)
      龍野俊直、岡本隆之 、江崎智太郎、磯部敏宏、中島章、松下祥子
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京工業大学
    • Year and Date
      2016-03-19 – 2016-03-22
  • [Presentation] Bottom-up Fabrication of Metal Nanostructures such as Quadrupoles, Bowls using Two-Dimensional Colloidal Crystals2015

    • Author(s)
      Sachiko Matsushita, Tsuyoshi Takahashi, Toshinao Tatsuno, Toshihiro Isobe, Akira Nakajima
    • Organizer
      THE INTERNATIONAL CHEMICAL CONGRESS OF PACIFIC BASIN SOCIETIES
    • Place of Presentation
      Honolulu, Hawaii
    • Year and Date
      2015-12-10 – 2015-12-20
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Control of Nanomorphology of Colloidal Particle Structures for Near-Field Optics2015

    • Author(s)
      Sachiko Matsushita
    • Organizer
      Western Pacific Colloids Meeting 2015
    • Place of Presentation
      Western Pacific Colloids Meeting 2015
    • Year and Date
      2015-11-15 – 2015-11-19
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Microfabrication of polystylene quadrupole combined with top-down and bottom-up approach2015

    • Author(s)
      T. Takahashi, A. Matsutani, D. Shoji, K. Nishioka, T. Isobe, A. Nakajima, S. Matsushita
    • Organizer
      Western Pacific Colloids Meeting 2015
    • Place of Presentation
      Western Pacific Colloids Meeting 2015
    • Year and Date
      2015-11-15 – 2015-11-19
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 誘電体/金属界面のエネルギー差を利用した金属ナノ構造体の作製2015

    • Author(s)
      龍野俊直、 三宮工、 磯部敏宏、松下祥子、中島章
    • Organizer
      第66回 コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      鹿児島大学
    • Year and Date
      2015-09-10 – 2015-09-10

URL: 

Published: 2017-01-06  

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