2015 Fiscal Year Research-status Report
磁性ナノプラズモニック結晶による磁気光学増強効果と高感度バイオセンサの開発
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26390091
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| Research Institution | Akita Industrial Technology Center |
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Principal Investigator |
山根 治起 秋田県産業技術センター, その他部局等, その他 (80370237)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 先端機能デバイス / 光物性 / 磁気光学 / プラズモン / バイオ化学センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、遷移金属／貴金属積層ナノ構造体に、二次元周期の微細加工を施すことで三次元的な周期構造を有する磁性ナノプラズモニック結晶の構築を目的としている。特に、遷移－貴金属ナノ微粒子で見出した磁気光学効果の異常な増大現象の物理的解明と共に、局在プラズモン共鳴による磁気光学増強効果を周期ナノ構造によって共鳴結合させることでさらなる増大を図る。本研究は、磁性ナノプラズモニクスを目指した新たな取り組みであると共に、その成果は、プラズモン共鳴を利用した既存の製品に比較して２桁以上の検出感度を有する新たな高感度バイオ化学センサの実現にも繋がるものである。
平成２７年度は、磁性ナノ積層構造体において昨年度に見出した、通常の単層膜に比較して約２００倍におよぶ巨大磁気Ｋｅｒｒ効果を利用した新たなバイオ化学センサとしての基本的な動作を確認することができた。本研究成果に関しては、企業との共同研究にも発展しており、特許の共同出願も行った。さらに、磁性ナノ積層構造体に関しては、膜構成に依存した磁気物性の特異な物理現象を見出すことができた。本研究内容に関しては、本現象の物理的解明を目的とした、高輝度放射光施設（ＳＰｒｉｎｇ－８）での次年度の研究課題としても採択された（課題番号：２０１６Ａ１２２６）。
さらに、遷移－貴金属ナノ微粒子に関する研究では、貴金属材料としてＡｇとＡｕとの比較実験を行うことで、磁性ナノ構造体で見出されていた特異な磁気光学現象が、貴金属ナノ粒子の局在プラズモン共鳴波長に依存することを確認した。
最終年度は、微細加工を用いた磁性ナノプラズモニック結晶の構築に係る研究を進めると共に、これまでに得られた研究成果を取りまとめ、学会・論文発表等を行う。
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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、遷移金属／貴金属積層ナノ構造体に、二次元周期の微細加工を施すことで三次元的な周期構造を有する磁性ナノプラズモニック結晶を構築する。これにより、プラズモン共鳴を利用した既存の製品に比較して２桁以上の検出感度を有する新たな高感度バイオ化学センサの実現を最終目標としている。
平成２７年度は、遷移－貴金属ナノ微粒子における磁性プラズモン共鳴に関する研究に取り組み、学会・論文発表に繋がる成果が得られた。特に、表面凝集現象によって作製したＡｇおよびＡｕナノ粒子を用いた比較実験を行い、ＣｏＰｔ垂直磁化ナノ構造体で見出されていた特異な磁気光学現象が、貴金属ナノ粒子で発生する局在プラズモン共鳴波長に依存することが分かった。
さらに、昨年度に見出した磁性ナノ構造積層体における巨大磁気Ｋｅｒｒ効果に関しては、本物理現象を利用した新たなバイオ化学センサとしての基本的な動作を確認し、企業と特許の共同出願を行うことができた。また、磁性ナノ構造積層体に関しては、膜構成に依存した特異な垂直磁気物性を見出し、本物理現象の解明のため、高輝度放射光施設（ＳＰｒｉｎｇ－８）での次年度の利用研究課題に応募して採択された「ＣｏＰｔ／Ａｇ垂直磁化膜の高エネルギー光電子分光法による深さ分析による垂直磁気其方性の発現機構の解明（課題番号：２０１６Ａ１２２６）」。
一方、電子線リソグラフィ等の微細加工設備を利用した周期ナノ構造体（磁性ナノプラズモニック結晶）に係る研究内容に関しては、十分な進展が得られておらず、最終年度での検討を計画している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、本研究課題によって企業との共同研究に発展した、巨大磁気Ｋｅｒｒ効果を利用した新規バイオ化学センサの開発に係る研究に注力する。特に、実用化の観点から、検出素子の消費電力を大きく低減することが可能な面内軟磁性膜に関して、材料探索ならびに素子構造の最適化に係る研究に取り組む。本研究に必要となる評価システムを新たに構築する。また、磁性ナノ構造積層体に関しては、膜構成に依存した特異な垂直磁気物性も見出されており、高輝度放射光施設（ＳＰｒｉｎｇ－８）での実験により、本物理現象の解明を図る。
さらに、申請当初に予定していた、電子線リソグラフィ等の微細加工設備を用いた磁性ナノプラズモニック結晶に関する研究にも取り組む。磁性ナノ構造積層体では、単層膜に比較して約２００倍におよぶ巨大磁気Ｋｅｒｒ効果が得られており、当初の目標を上回る性能を既に実現しているが、三次元的な周期構造を付与することで、さらなる特性向上や新たな磁気光学現象の発現に繋がるものと期待でき、最終年度での実験を試みる。
以上の検討により得られた研究成果を取りまとめ、学会・論文発表および特許出願を行う。
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| Causes of Carryover |
申請当初に当該年度での導入を予定していた設備「高輝度白色光源（朝日分光株式会社・ＭＡＸ－３０３）」を、所属部署内での別予算にて購入したため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本研究課題では、これまで実施してきた磁性ナノ構造積層膜において、膜構成に依存した磁気特性の特異な物理現象を当該年度に見出すことができた。本研究内容に関しては、高輝度放射光施設（ＳＰｒｉｎｇ－８）において、物理現象の解明を目的とした次年度の利用研究課題（課題番号：２０１６Ａ１２２６）としても採択されている。ただし、本実験に関しては、申請当初の実施項目としては計画していなかったため、当該年度での未使用額を、ＳＰｒｉｎｇ－８で実施する実験に係る出張費および消耗品費等として次年度に使用する予定である。
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