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貴金属ナノ粒子におけるプラズモン時空間挙動の直接観測とその光制御手法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 19K15511
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分32010:基礎物理化学関連
研究機関北海道大学 (2020)
早稲田大学 (2019)

研究代表者

今枝 佳祐  北海道大学, 理学研究院, 助教 (30754717)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2019年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワード金属ナノ粒子 / プラズモン / 近接場光 / 金属ナノ構造 / 金ナノ構造体 / 近接場分光 / 貴金属ナノ粒子 / 時間分解測定
研究開始時の研究の概要

貴金属ナノ粒子に励起されるプラズモン共鳴(自由電子の集団振動)は,光と物質の相互作用を増強するため,幅広い分野での応用が期待されている。プラズモンの光機能は,空間特性および時間特性と密接に関係しているため,プラズモンの時空間挙動を解明・制御することが重要となる。本研究では,高い空間分解能を達成できる開口型近接場光学顕微鏡を用いてナノ粒子に励起されるプラズモンの時空間挙動を直接観測する。また,超短パルス光源と光変調手法を組み合わせて,ナノ粒子におけるプラズモンの時空間挙動を制御する。

研究成果の概要

超高速近接場光学顕微鏡を用いることで,化学的に合成した金ナノ粒子に光励起されるプラズモンの時間的・空間的挙動を直接観測した。これにより,金ナノ粒子のプラズモンの空間モードとその動的緩和過程を固有モード計算に基づき体系的に理解できることを明らかにした。また,その研究過程で有機分子マイクロ結晶の光励起状態についても近接場光学顕微鏡し,周波数領域と空間領域では異なる光学キャビティモードが励起されることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

金属ナノ粒子に形成される増強光電場は,プラズモンの時間的・空間的な特性が起源となっている。本研究では,固有モード計算に基づいてプラズモンの時空間特性を体系的に理解できることを明らかにした。また,有機マイクロ結晶に誘起される光学キャビティーモードについても近接場イメージングを駆使することで明瞭に空間特性を観測することに成功した。これらの知見は,ナノおよびマイクロスケールで光特性を制御する手法の確立に大きく貢献できると考えられ,ナノフォトニクスや光化学,光物理化学などの分野に大きな波及効果が期待される。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] 二次元プラズモンの空間と分光の共鳴特性2019

    • 著者名/発表者名
      今枝佳祐,井村考平
    • 雑誌名

      光化学協会会誌

      巻: 50 ページ: 193-196

    • NAID

      40022116066

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 金ナノロッドの光学特性における化学的及び物理的効果2020

    • 著者名/発表者名
      川嶋健哉,今枝佳祐,井村考平
    • 学会等名
      2020年度日本分光学会年次講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 金メソプレート近傍における励起場と放射場の増強2020

    • 著者名/発表者名
      長谷川誠樹,今枝佳祐,井村考平
    • 学会等名
      2020年度日本分光学会年次講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 二次元プラズモニックチップの近接場イメージング2020

    • 著者名/発表者名
      今枝佳祐・田和圭子・井村考平
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 金属ナノ構造体に誘起されるプラズモンの化学的制御2019

    • 著者名/発表者名
      川島健哉・今枝佳祐・井村考平
    • 学会等名
      2019 年度日本分光学会年次講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 金ナノロッドにおける光近接場空間分布の観測2019

    • 著者名/発表者名
      鈴木啓真・今枝佳祐・溝端秀聡・井村考平
    • 学会等名
      2019 年度日本分光学会年次講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 金属メゾプレートにおける高次プラズモンモードの可視化と非線形蛍光分光への応用2019

    • 著者名/発表者名
      長谷川誠樹・今枝佳祐・井村考平
    • 学会等名
      第 13 回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 金ナノロッドの光誘起形状制御2019

    • 著者名/発表者名
      川嶋健哉・三沢悟・今枝佳祐・井村考平
    • 学会等名
      第 13 回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 金ナノプレートプラズモンにおける表面ラフネス依存性2019

    • 著者名/発表者名
      財間詩乃・今枝佳祐・井村考平
    • 学会等名
      第 80 回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 近接場分光イメージングによるプラズモンーエキシトン相互作用の究明2019

    • 著者名/発表者名
      横澤旭美・松浦拓哉・長谷川誠樹・今枝佳祐・井村考平
    • 学会等名
      第 80 回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 単一金メゾプレートに励起される高次プラズモン共鳴とその蛍光増強2019

    • 著者名/発表者名
      長谷川誠樹・今枝佳祐・井村考平
    • 学会等名
      第 9 回 CSJ 化学フェスタ
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Plasmon enhanced molecular fluorescence near single gold mesoplates2019

    • 著者名/発表者名
      Seiju Hasegawa, Keisuke Imaeda, Kohei Imura
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Near-Field Optical Imaging of PlasmonModesInducedinTwo-DimensionalGoldNanoplates2019

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Imaeda, Takuya Matsuura, Seiju Hasegawa, Kohei Imura
    • 学会等名
      MaterialsResearch Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] "Advanced Function Control of Photochemical Reactions Using Mesoscopic Structures" in Photosynergetic Responses in Molecules and Molecular Aggregates2020

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Imaeda, Kohei Imura
    • 総ページ数
      23
    • 出版者
      Springer
    • ISBN
      9789811554506
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-01-27  

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