2018 Fiscal Year Annual Research Report
High sensitive vibrational spectroscopy using optical deceleration of evanescent field and metamaterial absorber
Publicly Offered Research
| Project Area | Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces |
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| Project/Area Number |
17H05471
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
田中 拓男 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (40283733)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / プラズモン / 光放射圧 / ナノ流路 / 赤外分光 / 赤外スペクトル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，メタマテリアルを装荷したナノ流路に光導波をハイブリッド化させたデバイスを作り，流路を流れるナノ微粒子や分子を光放射圧でブレーキをかけて移動速度を低下させ，メタマテリアルが作り出すホットスポットとの相互作用を高める事で，分子検出感度の高感度化，高S/N化を目指す研究を行った．そして，ゼプトモルレベルの希薄な検体分子の赤外スペクトルを順次取得することで，どんな分子が存在するかを高速かつ高感度に検出・同定できるデバイスのプロトタイプの構築を目指した．
光導波路を伝播する光の密度を向上させるため，メタマテリアル-流路ハイブリッド構造にさらにチャネル型光導波路を組み込んだデバイスを設計・作製した．チャネル型導波路は，ガラス基板にマイクロ流路を形成した後，FIB法でナノ流路を加工すると同時にナノ流路の表面の屈折率をイオン交換法で高める事で光導波路のチャネルコアを形成した．その後，ナノ流路ならびに導波路チャネル表面に金薄膜をスパッタリグして，金属薄膜の下にチャネル型導波路が埋没された構造を得た．試作したデバイスを用いて赤外分子スペクトルの測定実験を行い，従来のデバイスと比較して１～２桁程度の検出感度の向上を実験的に確認した．
またメタマテリアルを構成するMIM構造のInsulator部をナノメートルスケールのギャップ層にした共振素子をさらに基板表面に垂直に配向させた新しいセンサー構造の加工法を開発した．このデバイスでは，MIM構造を垂直に配向させることでその集積密度を向上させることに成功し，結果として液体よりも分子密度の低い気体の赤外スペクトルを検出することに成功した．
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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