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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Control of plasmon-associated multi-photon photochromic reaction at nanometer scale

Publicly Offered Research

Project AreaApplication of Cooperative-Excitation into Innovative Molecular Systems with High-Order Photo-functions
Project/Area Number 17H05244
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

雲林院 宏  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (40519352)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Keywords光強結合 / プラズモン / 光異性化反応
Outline of Annual Research Achievements

分子・光強結合は量子情報システムや微弱光スイッチングデバイスなどへの応用が期待されている一方で、複雑な設計が要求され、かつ室温での操作が困難である。反面、局在プラズモン共鳴は光エネルギーをnmスケールに閉じ込め、そのスケールで分子と光の相互作用を引き起こすことが可能である。近年、この特性を生かした室温での分子・光強結合の実現を試みる研究が世界的に多くなされている。本研究では、さらに一歩進めて、プラズモン増強多光子励起過程を巧みに利用して、nmスケールで化学反応を制御することで、分子・光強結合をより柔軟に制御することを目指す。本研究では、局在プラズモン共鳴増強を利用して、非線形光学現象である多光子励起異性化反応をナノメートルスケールで制御し、かつそれにより巨視的光応答性制御を実現する新手法を開発することを目的としている。
初年度は、多光子励起異性化反応のナノメートルスケールで制御する手法を検討した。局在化プラズモン共鳴を用いたナノメートル領域での非線形光学現象を利用した光異性化反応の報告はあるが、その機構は明らかではない。すなわち、局在化プラズモンによって発生した第2次高調波発生による異性化反応なのか、多光子励起による異性化反応なのかの区別は明らかになっていない。第2次高調波発生による異性化反応の場合、発生した第2次高調波が散乱してしまうためナノメートル領域のみの反応を誘起することは困難である。すなわちマイルドな条件で多光子励起を引き起こす必要がある。このことが可能かどうかを検証するため、第2次高調波発生が発生し得ない伝搬しているプラズモンを用いた非線形光学光異性化反応誘起の可能を検証した。その結果、光異性化反応は伝搬プラズモンを用いて誘起できたことから、プラズモン増強の多光子励起による光異性化反応は可能であることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

局在化プラズモン共鳴を用いたナノメートル領域での非線形光学現象を利用した光異性化反応の報告はあるが、その機構は明らかではない。すなわち、局在化プラズモンによって発生した第2次高調波発生による異性化反応なのか、多光子励起による異性化反応なのかの区別は明らかになっていない。初年度は、第2次高調波発生が発生しない条件である伝搬プラズモンによって光異性化反応誘起の可能性を探った。具体的には、プラズモン導波路である化学合成で作成した直径100ナノメートル、長さ20マイクロメートル程度の銀ナノワイヤーを用い、フェムト秒パルスレーザーをもちいてパルス伝搬プラズモンを発生させた。その導波路付近に分散させた光異性化分子の異性化反応を蛍光顕微鏡を用いて観測したところ、異性化反応は誘起されていることが明らかとなった。すなわち、プラズモンを用いることで多光子励起光異性化反応を誘起することが可能であることを示唆した。伝搬プラズモンの周期に合致する周期で異性化反応が引き起こされていることから、ナノメートルレベルでの反応制御が可能であることも示した。

Strategy for Future Research Activity

伝搬プラズモンを用いた条件で、多光子励起による光異性化反応誘起が可能であることが示唆されたため、今後はキャビティー条件で多光子励起光異性化反応をナノメートルレベルで誘起し、分子・光強結合をナノメートルスケールで制御できるかを検証する。

  • Research Products

    (16 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] Universite de Strasbourg(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      Universite de Strasbourg
  • [Int'l Joint Research] KU Leuven(ベルギー)

    • Country Name
      BELGIUM
    • Counterpart Institution
      KU Leuven
  • [Journal Article] One-Directional Antenna Systems: Energy Transfer from Monomers to J-Aggregates within 1D Nanoporous Aluminophosphates2017

    • Author(s)
      Sola-Llano Rebeca、Fujita Yasuhiko、Gomez-Hortiguela Luis、Alfayate Almudena、Uji-i Hiroshi、Fron Eduard、Toyouchi Shuichi、Perez-Pariente Joaquin、Lopez-Arbeloa Inigo、Martinez-Martinez Virginia
    • Journal Title

      ACS PHOTONICS

      Volume: 5 Pages: 151~157

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.7b00553

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] In situ synthesis of Au-shelled Ag nanoparticles on PDMS for flexible, long-life, and broad spectrum-sensitive SERS substrates2017

    • Author(s)
      Fortuni B.、Inose T.、Uezono S.、Toyouchi S.、Umemoto K.、Sekine S.、Fujita Y.、Ricci M.、Lu G.、Masuhara A.、Hutchison J. A.、Latterini L.、Uji-i H.
    • Journal Title

      CHEMICAL COMMUNICATIONS

      Volume: 53 Pages: 11298~11301

    • DOI

      10.1039/c7cc05420c

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Surface Density-of-States Engineering of Anatase TiO2 by Small Polyols for Enhanced Visible-Light Photocurrent Generation2017

    • Author(s)
      Aubert Remko、Kenens Bart、Chamtouri Maha、Fujita Yasuhiko、Fortuni Beatrice、Lu Gang、Hutchison James A.、Inose Tomoko、Uji-i Hiroshi
    • Journal Title

      ACS OMEGA

      Volume: 2 Pages: 6309~6313

    • DOI

      10.1021/acsomega.7b00853

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Highly controllable direct femtosecond laser writing of gold nanostructures on titanium dioxide surfaces2017

    • Author(s)
      Fujita Y.、Aubert R.、Walke P.、Yuan H.、Kenens B.、Inose T.、Steuwe C.、Toyouchi S.、Fortuni B.、Chamtouri M.、Janssen K. P. F.、De Feyter S.、Roeffaers M. B. J.、Uji-i H.
    • Journal Title

      NANOSCALE

      Volume: 9 Pages: 13025~13033

    • DOI

      10.1039/c7nr04299j

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] シルバーナノワイヤー探針増強ラマン散乱顕微鏡2018

    • Author(s)
      藤田康彦、猪瀬朋子、雲林院宏
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] Functionalization of Mesoporous Silica Nanoparticles with efficient Endosomal Escape for Cancer Targeted Drug Delivery2018

    • Author(s)
      Fortuni Beatrice, Ricci Monica, Susana Rocha, Masuhara Akito, Inose Tomoko, Uji-i Hiroshi
    • Organizer
      日本化学会 第98春季年会
  • [Presentation] Plasmonic waveguiding Remote Excitation of Tip-enhanced Raman Scattering2017

    • Author(s)
      Yasuhiko Fujita, Tomoko Inose, Hiroshi Uji-i
    • Organizer
      ナノ学会第15回大会
  • [Presentation] "プラズモン導波路リモート励起探針増強ラマン顕微鏡 Plasmonic waveguiding remote excitation of tip-enhanced Raman scattering"2017

    • Author(s)
      藤田康彦、猪瀬朋子、雲林院宏
    • Organizer
      第73回日本顕微鏡学会学術講演会
    • Invited
  • [Presentation] Plasmonic endoscopy toward single cell interrogation2017

    • Author(s)
      Hiroshi Uji-i
    • Organizer
      RACI National Centenary Conference 2017
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Study of anti-cancer drug administration in single cancer cells using remote excitation of SERS (RE-SERS)2017

    • Author(s)
      雲林院宏、Ricci Monica、Fortuni Beatrice、Rocha Susana、豊内秀一、藤田康彦、猪瀬朋子
    • Organizer
      光化学討論会
  • [Presentation] Plasmonic Waveguiding Remote Excitation Spectroscopy toward Single-cell Interrogation2017

    • Author(s)
      Hiroshi Uji-i
    • Organizer
      15th Conference on Methods and Applications in Fluorescence
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Surface density-of-states engineering of TiO2 by adsorption of small polyols for enhanced visible photo-catalytic activity2017

    • Author(s)
      Remko Aubert, Bart Kenens, Maha Chamtouri, Yasuhiko Fujita, Tomoko Inose, Akito Masuhara, Hiroshi Uji-i
    • Organizer
      錯体化学会
  • [Presentation] Plasmonic endoscopy at single cell level2017

    • Author(s)
      Hiroshi Uji-i
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会
    • Invited
  • [Presentation] Remote Spectroscopy Using Plasmonic Waveguide toward Single-Cell Interrogation2017

    • Author(s)
      Hiroshi Uji-i
    • Organizer
      2017 RIIES-CIS Symposium
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-12-17  

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