周期ナノフォーカシングアレイによるプラズモニックラマンセンサーの開発

• 研究課題/領域番号: 22710115
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 香川大学 (2011); 豊橋技術科学大学 (2010)
• 研究代表者: 山口 堅三 香川大学, 工学部, 助教 (00501826)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2011年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2010年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
• キーワード: 表面プラズモン / ホールアレイ / ナノフォーカシングホール / 有限差分時間領域法 / ナノフォーカシング / 集束イオンビームリソグラフィ / 顕微分光測定 / 表面増強ラマン散乱 / 単一分子ラマンセンサ / 単一分子ラマンセンサー

研究概要

表面プラズモン共鳴を用いたバイオセンサーは、分子の結合反応をリアルタイムで高感度に検出できることから注目されている。しかしながら、1分子検出には至っておらず、より大きな光増強やラマン増強が要求されている。光をナノ領域にフォーカシングすると、ナノ空間に光エネルギーを閉じ込め、表面増強ラマン散乱で局所場増強の高い制御が可能となる。本論文では、ホール作製時におけるアスペクト比を利用したナノフォーカシングアレイを作製し、その光学特性を評価した。また、より大きな増強を得るために周期ナノフォーカシングアレイ構造の最適条件を検討したので報告する。

研究成果

• [雑誌論文] Numerical optimization for the plasmonic Raman sensor including periodic hole arrays and tapering directions (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaguchi, M. Fujii and D. K. Gramotnev
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: Vol.8093
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Study and Optimization in Structural Design for a Periodic Nanofocusing Arrays (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaguchi, M. Fujii, D. K. Gramotnev and M. Fukuda
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: Vol.7911
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical frequency signal detection through surface Plasmon polaritons (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Aihara, K.Nakagawa, M.Fukuhara, Y.L.Yu, K.Yamaguchi, M.Fukuda
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 巻: 99 号: 4
  • DOI: 10.1063/1.3619849
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical optimization for the plasmonic Raman sensor including periodic hole arrays and tapering directions (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, M.Fujii, D.K.Gramotnev
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 8093 ページ: 80932K-80932K
  • DOI: 10.1117/12.894194
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of Plasmonic Racetrack Resonators with a Trench Structure (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Okamoto, K. Yamaguchi, M.Haraguchi, T. Okamoto, and C
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 50 号: 9R ページ: 92201-92201
  • DOI: 10.1143/jjap.50.092201
  • NAID: 40019010378
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of optical signal transmission through whispering gallery mode (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Fukuhara, Y.L.Yu, T.Aihara, K.Nakagawa, K.Yamaguchi, M.Fukuda
  • 雑誌名: Proc.of SPIE, Smart Nano-Micro Materials and Devices 巻: 8204 ページ: 820433-820433
  • DOI: 10.1117/12.903047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Study and Optimization in Structural Design for a Periodic Nanofocusing Arrays (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, M.Fujii, D.K.Gramotnev, M.Fukuda
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE (Plasmonics in Biology and Medicine VIII) 巻: 7911
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Structure for Coupling Whispering Gallery Mode with Surface Plasmons (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, M.Fujii, M.Fukuda
  • 雑誌名: Journal of Nonlinear Optical Physics and Materials 巻: 19 ページ: 811-817
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasmonic Racetrack Resonator for Application to Photonic Integrated Circuits at Sub-wavelength (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, K.Yamaguchi, M.Haraguchi, T.Okamoto
  • 雑誌名: Journal of Nonlinear Optical Physics and Materials 巻: 19 ページ: 583-588
  • 査読あり
• [雑誌論文] The optical characteristics of planar bi-layered metallic prisms (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, M.Fujii, T.Inoue, M.Haraguchi, T.Okamoto, M.Fukui
  • 雑誌名: Applied Physics A 巻: (to be published)
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Plasmonic Raman Sensor Using Periodic Nanofocusing Arrays (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaguchi, M. Fujii, M. L. Kurth, S. J. Goodman, D. K. Gramotnev P. Fredericks and M. Fukuda
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: Vol.7577
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Plasmonic Raman Sensor Using Periodic Nanofocusing Arrays (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, M.Fujii, M.L.Kurth, S.J.Goodman, D.K.Gramotnev P.Fredericks, M.Fukuda
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE (Plasmonics in Biology and Medicine VII) 巻: 7577
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light detection enhanced by surface Plasmon resonance in metal film (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Fukuda, T.Aihara, K.Yamaguchi, Y.Y.Ling, K.Miyaji, M.Tohyama
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 96
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of Organic Spin-on-Glass Microring Resonator with a Narrow Gap between a Microring Resonator and a Waveguide Using Nanoim print Lithography (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, K.Yamaguchi, K.Nakamatsu, H.Sogabe, S.Matsui, M.Haraguchi, T.Okamoto, M.Fukui
  • 雑誌名: Japanease Journal Applied Physics 巻: 49
  • NAID: 40017216095
  • 査読あり
• [学会発表] アクティブプラズモンフィルター (2012)
  • 著者名/発表者名: 山口堅三
  • 学会等名: Nano tech 2012国際ナノテクノロジー総合展・技術会議
  • 発表場所: 東京ビッグサイト、日本
• [学会発表] アクティブプラズモンフィルター (2012)
  • 著者名/発表者名: 山口堅三
  • 学会等名: Nano tech 2012国際ナノテクノロジー総合展・技術会議
  • 発表場所: 東京ビッグサイト
• [学会発表] ダブルレーストラック共振器構造の評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡本浩行、山口堅三、原口雅宣、岡本敏弘
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
• [学会発表] 表面プラズモンを介した光周波数信号の伝達 (2012)
  • 著者名/発表者名: 相原卓磨、中川恭平、福原誠史、山口堅三、福田光男
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
• [学会発表] WGMを介した光周波数信号伝達の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福原誠史、ユー イエンリン、相原卓磨、中川恭平、山口堅三、福田光男
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学早稲田キャンパス
• [学会発表] プラズモン共振器を利用した屈折率の計測方法検 (2011)
  • 著者名/発表者名: 浅野真、岡本浩行、山口堅三、小野浩司、原口雅宣、岡本敏弘
  • 学会等名: 2011年電気関係学会四国支部連合大会
  • 発表場所: 阿南工業高等専門学校
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] レーストラック構造におけるプラズモン共振器の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大西誠、高曽根亜弓、大島優芽、片岡舞、岡本浩行、小野浩司、山口堅三、原口雅宣、岡本敏弘
  • 学会等名: 2011年電気関係学会四国支部連合大会
  • 発表場所: 阿南工業高等専門学校
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] テラヘルツ領域におけるスプリットリング共振器の作製と評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鎌田政嗣、渡邊由自、白井英登、山口堅三、田中康弘、中西俊介、鶴町徳昭
  • 学会等名: 2011年度応用物理学会中国四国支部学術講演会
  • 発表場所: 鳥取大学鳥取キャンパス
  • 年月日: 2011-07-30
• [学会発表] 有機高分子材料による2次の非線形光学材料の作製と評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 白鳥成美、埋見啓史、山口堅三、石川善恵、中西俊介、鶴町徳昭
  • 学会等名: 2011年度応用物理学会中国四国支部学術講演会
  • 発表場所: 鳥取大学鳥取キャンパス
  • 年月日: 2011-07-30
• [学会発表] 溝型プラズモン共振器の設計 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡本浩行、山口堅三、原口雅宣、岡本敏弘
  • 学会等名: 2011年度応用物理学会中国四国支部学術講演会
  • 発表場所: 鳥取大学鳥取キャンパス
  • 年月日: 2011-07-30
• [学会発表] WGM共振器を介したビート信号光の観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: Yen Ling Yu、福原誠史、相原卓磨、山口堅三、福田光男
  • 学会等名: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(神奈川県)
  • 年月日: 2011-03-27
• [学会発表] 溝型プラズモニックレーストラック共振器の評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岡本浩行、山口堅三、原口雅宣、岡本敏弘
  • 学会等名: 2011年春季第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(神奈川県)
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] Numerical optimization of periodic nanofocusing arrays for plasmonic Raman sensor (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaguchi, M. Fujii, D. K. Gramotnev and M. Fukuda
  • 学会等名: SPIE Photonics West 2011
  • 発表場所: The Moscone Center, SanFrancisco, California, USA
  • 年月日: 2011-01-23
• [学会発表] Numerical optimization of periodic nanofocusing arrays for plasmonic Raman sensor (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, M.Fujii, D.K.Gramotnev, M.Fukuda
  • 学会等名: SPIE Photonics West 2011
  • 発表場所: The Moscone Center (San Francisco, California, USA)
  • 年月日: 2011-01-23
• [学会発表] Theoretical and numerical investigation of periodic hole arrays for plasmonic Raman sensor (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaguchi, M. Fujii and D. K. Gramotnev
  • 学会等名: The Fifth International Conference on Nanophotonics
  • 発表場所: Fudan University, Shanghai, China
• [学会発表] Theoretical and numerical investigation of plasmonic focusing hole arrays (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaguchi and M. Fujii
  • 学会等名: The 5th International Conference on Surface Plasmon Photonics
  • 発表場所: BEXCO, Busan, Korea
• [学会発表] Characteristics of plasmonic racetrack resonators in a ditch structure (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, K.Yamaguchi, M.Haraguchi, T.Okamoto
  • 学会等名: The 5th International Conference on Surface Plasmon Photonics
  • 発表場所: BEXCO, Busan, Korea
• [学会発表] Characteristics of plasmonic racetrack resonator in a trench structure (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, K.Yamaguchi, M.Haraguchi, T.Okamoto
  • 学会等名: The Fifth International Conference on Nanophotonics
  • 発表場所: Fudan University, Shanghai, China
• [学会発表] Surface Plasmon Polariton-Enhanced Schottky-Type Photodetector (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Aihara, K.Nakagawa, M.Fukuhara, Y.Yu, K.Yamaguchi, M.Fukuda
  • 学会等名: 2011 International Conference on Optical MEMS & Nanophotonics (OMN 2011)
  • 発表場所: Koc University, Istanbul, Turkey
• [学会発表] Beat Signal Transmission Through Whispering-Gallery-Mode Resonator (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Ling Yu, M.Fukuhara, T.Aihara, M.Fukuda, K.Yamaguchi
  • 学会等名: 2011 International Conference on Optical MEMS & Nanophotonics (OMN 2011)
  • 発表場所: Koc University, Istanbul, Turkey
• [学会発表] Influence of wavelength tuning rate on tunable laser absorption spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Fukuda, T.Mishima, K.Yamaguchi
  • 学会等名: The International Conference on Field Laser Application in Industry and Research (FLAIR2011)
  • 発表場所: Murnau, Germany
• [学会発表] Enhancement of Excited Electrons in Metal Using Localized and Propagating Surface Plasmon Polariton (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Aihara, K.Nakagawa, M.Fukuhara, K.Yamaguchi, M.Fukuda
  • 学会等名: The Asia-Pacific Interdisciplinary Research Conference 2011(AP-IRC 2011)
  • 発表場所: Toyohashi University of Technology, Aichi, Japan
• [学会発表] Analysis of Optical Frequency Signal Transmission through Whispering Gallery Mode (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Fukuhara, Y.Yu, T.Aihara, K.Nakagawa, K.Yamaguchi, M.Fukuda
  • 学会等名: SPIE Smart Nano+Micro Materials and Devices
  • 発表場所: The Swinburne University of Technology, Melbourne, Australia
• [学会発表] Electrical Properties of GaNAs/GaAs MOW p-i-n Junction (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Arimoto, M.Shiraga, T.Hirao, H.Shirai, M.Ohmori, H.Akiyama, T.Mochizuki, K.Yamaguchi, H.Miyagawa, N.Tsurumachi, S.Nakanishi, S.Koshiba
  • 学会等名: 第21回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜(横浜開港記念会館、横浜情報文化センター)
• [学会発表] Optical Frequency Signal Transmission by Whispering Gallery Modes (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Yu, T.Aihara, K.Yamaguchi, M.Fukuda
  • 学会等名: 16th Microoptics Conference 2010
  • 発表場所: Ambassador Hotel (Hsinchu, Taiwan)
  • 年月日: 2010-11-02
• [学会発表] プラズモニックレーストラック型共振器における結合長の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡本浩行、山口堅三、原口雅宣、岡本敏弘
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学(長崎県)
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] 開孔を有した銀コート誘電体微小球のWGM-SP結合構造の検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山口堅三、藤井正光、福田光男
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学(長崎県)
  • 年月日: 2010-09-17
• [学会発表] ウィスパリングギャラリーモードを介した信号伝達 (2010)
  • 著者名/発表者名: Yen Ling Yu、相原卓磨、山口堅三、福田光男
  • 学会等名: 2010年秋季第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学(長崎県)
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] The Shape Dependency of Optical Characteristics for Metal Hole Arrays, 11th International Conference on Near-Field Optics (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Yamaguchi, M. Fujii, D. K. Gramotnev, and M. Fukuda
  • 学会等名: Nanophotonics and Related Techniques
  • 発表場所: Peking University, Beijing, China
  • 年月日: 2010-08-31
• [学会発表] The Shape Dependency of Optical Characteristics for Metal Hole Arrays (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, M.Fujii, D.K.Gramotnev, M.Fukuda
  • 学会等名: 11th International Conference on Near-Field Optics, Nanophotonics and Related Techniques
  • 発表場所: Peking University (Beijing, CHINA)
  • 年月日: 2010-08-31
• [学会発表] Characteristics of Racetrack Shape Resonators Using Surface Plasmon Polaritons (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, K.Yamaguchi, M.Haraguchi, T.Okamoto
  • 学会等名: 11th International Conference on Near-Field Optics, Nanophotonics and Related Techniques
  • 発表場所: Peking University (Beijing, CHINA)
  • 年月日: 2010-08-31
• [学会発表] 表面プラズモンを用いた金属中の自由電子励起による光検出 (2010)
  • 著者名/発表者名: 遠山誠、相原卓磨、中川恭平、山口堅三、福田光男
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告(電子部品・材料)
  • 発表場所: 千歳アルカディアプラザ(北海道)
  • 年月日: 2010-08-27
• [学会発表] Micro Resonators Combined Linear and Nonlinear for Compact Ultrafast Switching (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, M.Fujii, M.Haraguchi, T.Okamoto, M.Fukui
  • 学会等名: Part of Advanced Photonics OSA Optics & Photonics Congress Nonlinear Photonics (NP) Topical Meeting and Tabletop Exhibit
  • 発表場所: Karlsruhe-Messe and Kongress (Karlsruhe, GERMANY)
  • 年月日: 2010-06-21
• [学会発表] Design of Structure for Coupling Whispering Gallery Mode with Surface Plasmon (2010)
  • 著者名/発表者名: K.Yamaguchi, M.Fujii, M.Fukuda
  • 学会等名: The International Conference on Nanophotonics 2010
  • 発表場所: Epocal Tsukuba (Ibaraki, JAPAN)
  • 年月日: 2010-06-01
• [学会発表] Characteristics of plasmonic racetrack resonators (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Okamoto, K.Yamaguchi, M.Haraguchi, T.Okamoto
  • 学会等名: The International Conference on Nanophotonics 2010
  • 発表場所: Epocal Tsukuba (Ibaraki, JAPAN)
  • 年月日: 2010-06-01
• [学会発表] 周期ナノフォーカシングアレイの作製と最適構造に関する検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山口堅三、藤井正光、福田光男
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告(レーザー・量子エレクトロニクス)
  • 発表場所: 福井大学、日本
  • 年月日: 2010-05-28
• [学会発表] 周期ナノフォーカシングアレイの作製と最適構造に関する検討 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山口堅三、藤井正光、福田光男
  • 学会等名: 電子情報通信学会技術研究報告(レーザー・量子エレクトロニクス)
  • 発表場所: 福井大学(福井県)
  • 年月日: 2010-05-28
• [学会発表] 金属開孔アレイの形状依存光学特性評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山口堅三、藤井正光、Dmitri K. Gramotonev、福田光男
  • 学会等名: 第8回プラズモニクス研究会
  • 発表場所: 島津製作所東京支社イベントホール、日本
  • 年月日: 2010-05-26
• [学会発表] 金属開孔アレイの形状依存光学特性評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 山口堅三、藤井正光、Dmitri K.Gramotonev、福田光男
  • 学会等名: 第8回プラズモニクス研究会
  • 発表場所: 島津製作所東京支社イベントホール(東京都)
  • 年月日: 2010-05-26
• [備考] ホームページ
  • URL: http://www.eng.kagawa-u.ac.jp/~kenzo/
• [備考]
  • URL: http://www.eng.kagawa-u.ac.jp/~kenzo/
• [備考]
  • URL: http://www.tut.ac.jp/teach/main.php?mode=detail&article=640
• [産業財産権] プラズモンチップ (2012)
  • 発明者名: 山口堅三、藤井正光
  • 権利者名: 山口堅三、藤井正光
  • 出願年月日: 2012-02-08
• [産業財産権] プラズモンチップ (2012)
  • 発明者名: 山口堅三、藤井正光
  • 権利者名: 国立大学法人香川大学, 独立行政法人国立高等専門学校機構
  • 産業財産権番号: 2012-024619
  • 出願年月日: 2012-02-08