| Project/Area Number |
22KJ2262
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| Project/Area Number (Other) |
22J10942 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
長谷部 宏明 神戸大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | メタサーフェス / トロイダル双極子共鳴 / S-T遷移 / 磁気双極子遷移 / ナノアンテナ / 誘電体メタサーフェス / 磁気双極子繊維 / 光と物質の相互作用 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では本来スピン禁制である一重項三重項間の励起を増強することで、今までよりも低エネルギーで光化学反応を引き起こすプラットホームの開発を目的とする。高屈折率誘電体ナノ構造による電磁場閉じ込め効果を利用し、磁場増強場を形成する。このことで、これまで利用が難しかった光の周波数領域における磁場による物質の相互作用を引き起こし、この構造上において、今まで間接的な励起が行われてきた一重項-三重項間遷移の直接励起確率を大幅に増強する。このようなスピン反転遷移直接励起に焦点を当てた新規光化学反応プラットホームとしての実証を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はアクセシブルな磁場増強を有するメタサーフェスの開発とそれを光化学反応プラットホームとして応用することを目的としている。ここではメタサーフェス上の分子の励起三重項のエネルギー移動による光化学反応を用いる。メタサーフェスの磁場増強により分子の禁制遷移であるS-T励起確率の増強し、本来必要であるS-S励起エネルギーよりも小さいエネルギーで光化学反応が促進されることを示す。採用期間を通じて以下のことに取り組んだ。
初年度～
(1)本研究ではシリコンナノディスクの六方格子配列を用いた。FDTD計算により、直径/高さの比が大きいときに発現するトロイダル双極子モードを用いることで磁場増強場を最大化できることを見出した。ナノディスク間のモードカップリングによって更に大きな磁場増強が得られることを明らかにした。(2)計算結果をもとに、ナノスフィアリソグラフィによってメタサーフェスを作製した。作製したメタサーフェスの透過スペクトルとシミュレーション結果と比較することで、設計通りの構造が作製できていることを明らかにした。
最終年度～
(3)光化学反応プラットホームとして、上記作製したメタサーフェスと光増感剤の複合構造の作製プロセス開発を行った。メタサーフェス上にアミノ基を修飾し、分子中のカルボキシル基とアミド結合を形成することで直接修飾を試みた。吸光度測定及び発光測定から、そのプロセスによって複合体が作製できていることを明らかにした。(4)光化学反応として一重項酸素を生成し、DPBF分子の脱色反応の促進を示した。上記作製したメタサーフェス上で励起波長を変えながらDPDF分子の脱色レートを比較したところ、共鳴波長でレートが促進されていることを示した。また、本来必要であるS-S励起エネルギーより400 meV小さいエネルギーにおいて光化学反応が促進したことを実証した。
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