| 研究課題/領域番号 |
21K04935
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
伊藤 民武 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 上級主任研究員 (00351742)
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| 研究分担者 |
山本 裕子 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (00598039)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 準放射型プラズモン共鳴 / 超放射型プラズモン共鳴 / 表面増強蛍光 / 表面増強ラマン散乱 / プラズモン / 強結合 / エキシトン / 銀ナノワイヤー / 光異性化 / 銀ナノ粒子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
この強結合によって変化する分子の電子状態やその変化を単一分子レベルで測定可能とすることを目的とする。超微小共振器として可視光域で最も真空揺らぎの振幅が大きい銀ナノ粒子2量体間隙数nm^3の領域(ホットスポット: HS)の局在プラズモン共鳴(LPR)を用いる。また光物理化学過程として、メロシアニン色素分子の光異性化を用いる。まずHSに一色素分子を配置し、反交差(強結合状態達成の証拠)を実証する。さらに光異性化によって引き起こされる強結合状態の発現を実証する。次に一分子強結合効果の証拠となる光異性化効率の向上を実証する。最後に一次元化したHSを用い光異性化情報の伝搬現象を実証する。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、色素を担持した単一の銀ナノ粒子二量体を使用して、表面増強蛍光(SEF)スペクトル、表面増強ラマン散乱（SERRS）スペクトル、弾性散乱スペクトルにおける超放射型プラズモン共鳴の間のスペクトル関係に着目し研究した。 その結果、SEFとSERRSの包絡線がプラズモン共鳴最大値に類似するタイプIと、その包絡線が最大値から高エネルギー側にシフトするタイプIIの2種類の関係を発見した。 この2種類のタイプの起源を解明するために二量体の形態的非対称性の程度を変更しつつFDTD 用いて計算を行った。その結果、弾性散乱スペクトルと SEF を SERRS の両方の実験スペクトルを再現することができた。 計算結果を解析した結果、タイプ I とタイプ II はそれぞれ 双極子ー双極子（DD ）結合共鳴と双極子ー四重極子（ DQ ）結合共鳴によって引き起こされることが判明しました。 準放射モードである DQ 結合共鳴は励起光を受け取り、DD 結合共鳴との近接場相互作用を通じて SERRS 光と SEF 光を放射すると解釈できた。 この研究では、NP またはナノワイヤ二量体、ミラー上の NP、および NP クラスターで構成されるさまざまなプラズモニック HS の EM 増強の理解に応用可能です。 また、SEF による SERRS へのサブ放射共鳴の寄与度を変更し、双極子と双極子または双極子と四重極の間の結合パラメーターを使用することにより、「タイプ I」と「タイプ II」を統一的に記述できることも示しています。 本研究で得られた新たな洞察は、EM増強を生成するプラズモニックシステムの弾性散乱スペクトルとSERRS、SEFスペクトルと比較することによって、サブ放射プラズモンと分子励起子の間の相互作用を評価できるということである。この知見を強結合の最終年度の研究に用いる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初は「分子構造変化」と「プラズモンと分子の強結合」の関係の実験を行う予定であったが、想定していなかった準放射型のプラズモンのSERSやSEFへの寄与が明らかになった為、超放射型のみを仮定していた実験計画を修正して、その寄与の定量的な解釈を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
準放射型のプラズモン共鳴の表面増強現象や強結合効果への影響はまだよく調べられていない為、今後は出来る限りまずは準放射型プラズモン共鳴を取り入れた表面増強現象や強結合効果のモデルを実験結果に基づいて作成する。ナノワイヤ二量体についても同様に準放射型プラズモン共鳴の影響を明らかにする。
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