クエンチングを生じないナノ構造による著しい発光増強機能の創出

• 研究課題/領域番号: 23310064
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 林 真至 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 名誉教授 (50107348)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円); 2013年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2012年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2011年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
• キーワード: ナノ構造 / 微粒子 / 蛍光増強 / 有機分子 / 近接場 / 光散乱

研究概要

本研究では、金属ではなく誘電体微粒子を用いることで、クエンチング無しの蛍光増強を実現した。Mie散乱の理論からは、高い屈折率を持つGaPやSiの微粒子が電場増強効果を示すことが予想された。実際にGaP微粒子を作製し、色素分子からの蛍光スペクトルを観測したところ、最大で140倍に上る蛍光増強が達成された。微粒子表面から10 nm以下の距離で、増強度が最大となることが観測され、クエンチングが生じていないことも証明された。また、誘電体多層膜系による電場増強効果も理論的に検討したところ、クエンチング無しでの蛍光増強に非常に有望であることが結論された。

研究成果

• [雑誌論文] Upconversion Luminescence of Er and Yb Co-Doped NaYF4 Nanoparticles with Metal Shells (2013)
  • 著者名/発表者名: Minoru Fujii, Taishi Nakano, Kenji Imakita, and Shinji Hayashi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 号: 2 ページ: 1113-1113
  • DOI: 10.1021/jp309510s
• [雑誌論文] Upconversion Luminescence of Er and Yb Co-Doped NaYF4 Nanoparticles with Metal Shells (2013)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Kodama, Minoru Fujii, Takashi Nakano, Kenji Imakita and Shinji Hayashi
  • 雑誌名: Optical Materials 巻: 35 号: 12 ページ: 2394-2399
  • DOI: 10.1016/j.optmat.2013.06.040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasmonics : visit the past to know the future (Topical Review) (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 雑誌名: Journal of Physics D : Applied Physics 巻: 45 号: 43 ページ: 433001-433001
  • DOI: 10.1088/0022-3727/45/43/433001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasmonic effects on strong exciton-photon coupling in metal-insulator-metal microcavities (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 86 号: 4 ページ: 45408-45408
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.045408
• [雑誌論文] Photoluminescence from single silicon quantum dots excited via surface plasmon polaritons (2011)
  • 著者名/発表者名: Koji Matsuhisa, Minoru Fujii, Kenji Imakita, and Shinji Hayashi
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 巻: 132 号: 5 ページ: 1157-1157
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2011.12.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic propagation of surface plasmon polaritons induced by para-sexiphenyl nanowire films (2011)
  • 著者名/発表者名: Yohei Takeichi, Yasuo Kimoto, Minoru Fujii, and Shinji Hayashi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84 号: 8 ページ: 85417-85417
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.085417
• [雑誌論文] Immobilization of polyynes adsorbed on Ag nanoparticle aggregates into poly(vinyl alcohol) films (2011)
  • 著者名/発表者名: Shu Okada, Minoru Fujii, and Shinji Hayashi
  • 雑誌名: Carbon 巻: 49 号: 14 ページ: 4704-4704
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2011.06.074
• [学会発表] Sharp Resonances in Waveguide-Coupled Surface Plasmon Sensor Structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: META'14
  • 発表場所: Nangyang Technical University, Singapore
• [学会発表] Enhanced spectroscopy based on Nonmetallic Nanostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: ICNP/AOM 2013
  • 発表場所: Hong Kong, China
  • 年月日: 2013-05-09
• [学会発表] Enhanced Spectroscopy Based on Nonmetallic Nanostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: ICNP/AOM 2013
  • 発表場所: Hong Kong Polytechnic University, China
  • 招待講演
• [学会発表] Enhanced spectroscopy based on near-field enhancement in nonmetallic nanostructures (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: 1st Int. Conf. Enhanced Spectroscopy
  • 発表場所: Porquerolles, France
  • 年月日: 2012-10-03
• [学会発表] Fluorescence enhancement of dye molecules by using barium sulfate particles (2012)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Yamada, Minoru Fujii and Shinji Hayashi
  • 学会等名: ISSPIC XVI
  • 発表場所: Leuven, Belgium
  • 年月日: 2012-07-08
• [学会発表] Fluorescence enhancement caused by GaP particles : excitation spectra (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: ISSPIC XVI
  • 発表場所: Leuven, Belgium
  • 年月日: 2012-07-07
• [学会発表] Plasmonic Effects on the Optical Properties of Metal-Insulator-Metal Structures (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: 2012 Taiwan-Japan Nanophotonics and Plasmonic Metamaterials Workshop
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2012-01-11
  • 招待講演
• [学会発表] Excitation of Antisymmetric SPP Modes in MIM Structures by Dye Fluorescence (2012)
  • 著者名/発表者名: Shu Okada, Dai Nozaki, Minoru Fujii and Shinji Hayashi
  • 学会等名: 2012 Taiwan-Japan Nanophotonics and Plasmonic Metamaterials Workshop
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2012-01-11
• [学会発表] Plasmonic Effects on the Optical Properties of Metal-Insulator-Metal Structures (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: 2012 Taiwan-Japan Nanophotonics and Plasmonic Metamateriak Workshop
  • 発表場所: Taipei, Taiwan(Invited)
  • 年月日: 2012-01-11
• [学会発表] Excitation of Surface Plasmon Polaritons by s-polarized Light at an Anisotropic dielectric-Metal Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuo Kimoto, Shinji Hayashi
  • 学会等名: 2012 Taiwan-Japan Nanophotonics and Plasmonic Metamaterials Workshop
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2012-01-11
• [学会発表] Fluorescence enhancement caused by GaP particles: excitation spectra (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: ISSPIC XVI
  • 発表場所: Leuven, Belgium
• [学会発表] Excitation of antisymmetric SPP modes in metal-insulator-metal structures by embedded dye molecules (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: JSAP-OSA Symposia
  • 発表場所: Matsuyama, Japan
• [学会発表] Strong exciton surface plasmon coupling in metal-insulator-metal microcavities (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: IUMRS-ICEM 2012
  • 発表場所: Yokohama, Japan
• [学会発表] Weak and strong coupling of dye molecules with surface plasmon polaritons in metal-insulator-metal structures (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: GdR PMSE
  • 発表場所: Porquerolles, France
  • 招待講演
• [学会発表] Near-Field Enhancement Caused by Nonmetallic Nanostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: Nanophotonics in Asia 2011
  • 発表場所: Kashikojima, Japan
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] Near-Field Enhancement Caused by Nonmetallic Nanostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 学会等名: Nanophotonics in Asia 2011
  • 発表場所: 志摩観光ホテルクラッシック(三重県)(Invited)
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] Fluorescence Enhancement Caused by Si and GaP Particles (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuki Doi, Chiaki Yoshikawa, Minoru Fujii and Shinji Hayashi
  • 学会等名: The 5th Int. Conf. on Surface Plasmon Photonics
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2011-05-16
• [学会発表] Fluorescence Enhancement Caused by Si and GaP Particles (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuki Doi, Chiaki Yoshikawa, Minoru Fujii, Shinji Hayashi
  • 学会等名: The 5^<th> Int.Conf.on Surface Plasmon Photonics
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2011-05-16
• [学会発表] Exciton-Plasmon Coupling in Metal-Insulator-Metal Structures (2011)
  • 著者名/発表者名: Yuta Ishigaki, Minoru Fujii, Shinji Hayashi
  • 学会等名: The 5th Int.Conf.on Surface Plasmon Photonics
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2011-05-16
• [図書] Handbook of Enhanced Spectroscopies, Enhanced Spectroscopies based on Nonmetallic Particles (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 出版者: Pan Stanford Publishing(In press)
• [図書] Handbook of Enhanced Spectroscopies (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinji Hayashi
  • 総ページ数: 500
  • 出版者: Pan Stanford Publishing
• [図書] プラズモンナノ材料開発の最前線と応用、I編、1章、5節、GaP微粒子の近接場増強機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 林真至
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] プラズモンナノ材料開発の最前線と応用、I編、１章、５節、GaP微粒子の近接場増強機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 林 真至
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: シーエムシー出版