2015 Fiscal Year Annual Research Report
中赤外プラズモン増強場を用いた新規非線形光学の開拓
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26600113
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
芦原 聡 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (10302621)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 量子エレクトロニクス / プラズモニクス / 強電磁場現象 / 超短パルスレーザー / 赤外分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【概要】表面プラズモン励起に伴う電場増強効果を利用した中赤外フェムト秒パルスの増強場の生成、また、この増強場を生かした非線形現象を制御を目指した。その結果、増強場を利用した（１）金属界面における強電磁場現象の制御と（２）赤外非線形分光計測の超高感度化を達成した。
【詳細】電磁場の理論解析および透過スペクトル測定により、中赤外域に共鳴する金ナノロッドの高い電場増強特性（強度にしておよそ千倍）と高速応答性（電場振動３サイクルの中赤外パルス電場に追随する）をまず明らかにした。
（１）金ナノロッドに中赤外パルスを照射し、生成された増強場による光電界電子放出を達成した。これは、光電場による電子のトンネルイオン化であり、超高速に電流を制御するテクノロジーと捉えることができる。励起波長が金ナノロッドの共鳴に合うとき、顕著な電子放出が起こったことから、電子放出が確かに表面プラズモンの作る増強場によって駆動されていることを確認した。また、放出電子数の励起光強度依存性から局所的な電場増強度を非破壊に計測することができた。
（２）金ナノロッドの二次元アレイ上に測定対象となる分子性薄膜を塗布し、分子振動モードの非線形分光計測を行ったところ、信号強度が顕著に増大した。すなわち、ナノ空間での電場増強効果により、中赤外光と分子との相互作用が増大し、分光計測の超高感度化が実現された。
【意義】成果（１）では、超短パルス電子源・小型加速器・超高速エレクトロニクスにつながると期待される光電界放出を、弱い光照射で実現する道筋を示したという意義がある。また、局所的な電場増強度を非侵襲に計測する手法を呈示した点も学術的に重要である。成果（２）は、少数分子の立体構造とダイナミクスを超高感度に検出する可能性を提供するものであり、単分子膜や薄膜材料の構造解析、界面での反応解析に有用な分光手法につながると考えられる。
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