2014 Fiscal Year Research-status Report

溶液内界面吸着分子の選択的励起をめざしたトンネルプローブ増感ハイパーラマン散乱

Research Project

Project/Area Number	26620056
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	福村裕史東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50208980)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords	表面・界面 / 走査型トンネル顕微鏡 / ラマンスペクトル / ギャップモード・プラズモン
Outline of Annual Research Achievements	今年度は、ハイパーラマンスペクトル測定に適しているレーザー光源の選定を主として行った。一般的にハイパーラマンの散乱断面積は、二光子蛍光の吸収断面積よりも10桁程度小さいため、高強度の光源が必要と考えられている。しかし、本研究のように走査型トンネル顕微鏡下に集光してトンネル・プローブと試料間のギャップモード・プラズモンを利用することを考えると、高強度のパルス光ではアブレーションが起こり、測定試料のみならずプローブも損傷すると考えられる。この問題を避けるためには、アブレーションの起こる閾値を見極めるとともに、低パルスエネルギーで高繰り返しタイプのレーザー（波長1030nm）と高パルスエネルギーで低繰り返しタイプのレーザー（波長780nm）のどちらが測定に適しているかを決めなければならない。最初にローダミン系色素の水溶液を用いて、同一の集光光学系を用いて二光子蛍光の測定を行い比較したところ、低繰り返しレーザーでは50nJ程度で高繰り返しレーザーの0.3nJに匹敵する強度のシグナルが得られたが、それ以上の強度では溶液内でプラズマが発生し、ハイパーラマン測定には向いていないということが明らかになった。このようにして選定した高繰り返しレーザーを用いて既に報告例のあるカロチンのベンゼン溶液についてハイパーラマン散乱スペクトルの測定を行ったところ、明らかにカロチン濃度に依存する振動スペクトルを得ることに成功した。今後は、同一のカロチン溶液に種々の金属ナノ粒子を懸濁させ、ハイパーラマンスペクトルに与える影響を詳細に調べる予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 平成25年に研究室のある建物に耐震改修予算がついたため、研究室をプレハブに移動して研究を続けなければならなかった。当初の予定では平成26年４月には耐震改修が終了し、本研究を改修後の建物で新たに始められると期待していたが、建設業者の都合により工期が半年延期され、レーザー装置および走査型トンネル顕微鏡などの精密機器のセットアップが大幅に遅れた。このため、当初に期待していた研究期間の半分程度の時間で成果をあげなければならなかった。
Strategy for Future Research Activity	ベンゼン溶液中の高濃度カロチンのハイパーラマンスペクトルの測定には１時間の積算を要し、走査型プローブ顕微鏡下で測定するのは現実的ではない。もし金ナノ粒子の添加等により十分なプラズモン増強が観測されない場合には、二光子蛍光を観測するとか、ポンプ・プローブ法を用いたホット・エレクトロンによるアンチストークスラマンを観測するなどして、当初の目的である固液界面における界面選択的分光法を実現したい。
Causes of Carryover	実施状況報告書に記したように、建物の耐震改修に伴って研究室の引っ越しがあり、測定装置のセットアップの時期がずれこんだため、研究の進捗が若干遅れている。
Expenditure Plan for Carryover Budget	繰り越した金額は、レーザーフィルター等の光学部品１個分あるいは、試料のための金蒸着マイカ基板2枚分の金額に相当し、研究が進捗するにつれて直ちに解消する予定である。