2014 Fiscal Year Research-status Report
ナノ粒子プラズモンによる超回折限界精度での熱励起を用いた微細構造の選択的駆動
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26600058
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
菅 哲朗 東京大学, 情報理工学(系)研究科, 助教 (30504815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩瀬 英治 早稲田大学, 理工学術院, 准教授 (70436559)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 表面プラズモン共鳴 / 熱アクチュエータ / MEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、光の回折限界を超える極微小領域（10nm～1μm）の選択的な機械駆動を実現するために、金属ナノ粒子をヒータとして用いた熱駆動型アクチュエータを提案する。楕円体など、等方的でない形状のナノ粒子は、照射光の偏光方向に対して光吸収が100倍以上異なる。これを生かし、複数のナノ粒子を異なる向きで配置し、特定の偏光を持つ光を照射することで、特定のナノ粒子だけを選択加熱することができる。この方法では、光吸収による加熱領域が光スポットには依存しないため、光回折限界以下の局所加熱が可能となる。この局所加熱方式をMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）によるバイメタル型カンチレバーアレイに統合することで、照射光の波長・偏光方向による特定カンチレバーの選択アクチュエーションを実現することが、本研究の最終的な目標である。
本年はナノ粒子の基本特性として、ナノ粒子の光学応答のシミュレーション、および実験的な光学応答計測に取り組んだ。短軸長さ200nm、厚さ45nm、長軸長さ1400nmの矩形の金粒子に対して、離散双極子近似法で散乱計算を行ったところ、粒子の長軸と入射線偏光がなす角度によって、吸収断面率が10倍の変化幅を持つことがわかった。また、実際にこの寸法と同じ設計の金ナノ粒子を、SOI（Silicon on Insulator）基板上に試作した。
また、熱アクチュエーションを行ったときの、好適なMEMS構造の探索にも取り組んだ。計画ではバイメタル型を検討していたが、製作プロセスの簡易さやシンプルさを重視して、シリコン単一層でのマイクロ熱アクチュエータの設計を検討した。熱膨張による、両持梁構造の座屈を利用することで、基板の面外・面内方向の両方に駆動可能な設計が可能であることがわかった。
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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
当初予定していた、ナノ粒子の光学応答の検証、および、MEMS構造を熱で駆動する際の設計についての検討が順調に進んでいるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、ナノ粒子の実験的な光学応答の測定を進めることと、これまでに検討した要素技術を統合することに取り組む。
ナノ粒子の光学応答の測定として、散乱スペクトルの実測、および発熱量の測定が課題である。このうち、発熱量に関しては、サーモグラフィなどの熱評価装置の光学的な空間分解能および温度分解能が、今回のようなマイクロ構造を評価するうえでは不十分な可能性があるので、シミュレーションによる評価を進めつつ、異なる実験的評価方法の検討も進める予定である。
要素技術の統合については、MEMS構造上に金ナノ構造の吸収体を配置することで、当初の予定にあるような熱駆動アクチュエーションが実際に可能であるかについて、実験的な評価を進める予定である。高い断熱性と構造の熱容量低減を進めることが、実証における重要な要素であるので、これらの点を中心に検証を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
研究計画自体は特に問題なく進んでいる。次年度使用額は主に、年度末に行った外注の解析のためである。この解析のための費用として、30万円程度予定していたものの、実際の費用としては25万円程度だったため、次年度使用分が生じたものである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
金額自体はそれほど大きくないので、全体の使用計画の見直しは行うことはせず、次年度使用分は翌年分とあわせて有効に使用する予定である。
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