2016 Fiscal Year Annual Research Report
Investigation of Enhanced Optoengineering on Plasmonic Metasurfaces
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26706020
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
岩長 祐伸 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (20361066)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | メタ表面 / 光と物質の相互作用 / プラズモン増強 / 完全放射率 / 増強光工学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工的に作製されたメタ表面において、光と物質の相互作用を選択的（意図的）に増強することによって光機能を高めることを目指して研究に取り組んだ。一連の研究を通じて、増強光（ひかり）工学と呼ぶに値する研究分野の創出を念頭にこの若手研究を実施した。
物質や材料の特性に応じて多様な増強効果が期待されるが、本研究ではとくに蛍光を発する分子からの光信号（蛍光またはラマン散乱）を顕著に増強することに集中的に取り組んだ。具体的には、まず100%に近い光放射率を有するメタ表面を独自に考案、実証した。このメタ表面はプラズモン共鳴とフォトニック導波路共鳴のハイブリッド共鳴を固有モードとして有する特徴があることを見出した［Nano Lett. (2015)］。このメタ表面はナノ構造からなるが、量産可能なナノインプリント法によってセンチメートル平方級の大面積で多数作製し、蛍光分子の実験に用いた［JM3 (2014); J. Nanomater. (2015)］。メタ表面上の蛍光分子からの蛍光強度を増強効果のないシリコン基板上と同等な条件下で比較すると、最大2600倍を超える大きな増強効果があることを見出した。この際には、金属と分子の直接接触を避ける自己組織化単分子膜 (SAM) を用いることで金属への励起移動を抑制することが重要であった［Chem. Commun. (2015)］。さらに蛍光分子内において競合する蛍光過程と分子振動過程を人工環境によって選択することに成功した［Nanoscale (2016)］。この時にも大きな光信号の増強効果があり、なおかつ観測された信号は位置依存性がほとんどなく均一であった。
これら一連の研究を通じて、今回のメタ表面は分子検出基板として極めて有望であることを示した。
また、プラズモン増強効果全般を包括的に述べた英文単著書を出版した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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