キラルなナノ空間に閉じ込めた光とスピンの協同効果

• 研究課題/領域番号: 24681018
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 池田 勝佳 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50321899)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 26,780千円 (直接経費: 20,600千円、間接経費: 6,180千円); 2014年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2013年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2012年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
• キーワード: 局在プラズモン / 機能性 / 可逆変化 / プラズモン / ナノ構造 / プラズモン共鳴制御 / スピン / キラリティ

研究成果の概要

本研究では、局在プラズモン共鳴と金属の様々な機能性を組み合わせ、ナノ空間における協同的機能の発現を目指した。両機能はそれぞれsp電子とd電子と密接に関与しており、その共存は一般に困難である。そこで、ナノ構造の設計により解決を試みた結果、sp金属とd金属の積層型ナノドット構造によって極めて強い光局在とd機能性の両立が可能であることが分かった。実際に磁性金属等と組み合わせてプラズモン共鳴の外場応答性を確認した。また、光によるプラズモン共鳴バンドの可逆制御も実現した。
このようにナノ空間に局在化した光を外場で自在に制御する可能性を示したことで，ナノテクノロジーと融合した様々な応用展開が期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Hydrogen-induced tuning of plasmon resonances in palladium-silver layered nanodimer arrays (2015)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Sari Uchiyama, Mai Takase, Kei Murakoshi
  • 雑誌名: ACS photonics 巻: 2 号: 1 ページ: 66-72
  • DOI: 10.1021/ph500242c
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nanoscale Optical and Mechanical Manipulation of Molecular Alignment in Metal-Molecule-Metal Structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Norihiro Fujimoto, Kohei Uosaki
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C, 巻: 118 号: 37 ページ: 21550-21557
  • DOI: 10.1021/jp5036426
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of atomic geometry and electronic structure of platinum surfaces on molecular adsorbates studied by Gap-mode SERS (2014)
  • 著者名/発表者名: Jian Hu, Masahiro Tanabe, Jun Sato, Kohei Uosaki, Katsuyoshi Ikeda
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 136 号: 29 ページ: 10299-10307
  • DOI: 10.1021/ja502008t
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Plasmonically nano-confined light probing invisible phonon modes in defect-free graphene (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Mai Takase, Norihiko Hayazawa, Satoshi Kawata, Kei Murakoshi, Kohei Uosaki
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 135 号: 31 ページ: 11489-11489
  • DOI: 10.1021/ja4056596
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of SERS background through charge transfer resonances on single crystal gold surfaces of various orientations (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Shuto Suzuki, Kohei Uosaki
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 135 号: 46 ページ: 17387-17387
  • DOI: 10.1021/ja407459t
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface optimization of optical antennas for plasmonic enhancement of photoelectrochemical reactions (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Ikeda, S. Sato, K. Takahashi, T. Masuda, K. Murakoshi, K. Uosaki
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: (印刷中) ページ: 864-868
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2013.02.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single molecule dynamics at a mechanically controllable break junction in solution at room temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: 長澤文嘉
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 135 号: 3 ページ: 1009-1014
  • DOI: 10.1021/ja307821u
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of surface treatment with different sulfide solutions on the ultrafast dynamics of photogenerated carriers in GaAs(1 0 0) (2013)
  • 著者名/発表者名: M. V. Lebedev, K. Ikeda, H. Noguchi, Y. Abe, K. Uosaki
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 267 ページ: 185-188
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2012.09.076
  • NAID: 120005647273
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Tuning of Optical Antenna Properties for Plasmonic Enhancement of Photocurrent Generation on a Molecular Monolayer System (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Ikeda, K. Takahashi, T. Masuda, H. Kobori, M. Kanehara, T. Teranishi, K. Uosaki
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 116 号: 39 ページ: 20806-20811
  • DOI: 10.1021/jp308290v
  • 査読あり
• [雑誌論文] Examination of the electroactive composites containing cobalt nanoclusters and nitrogen-doped nanostructured carbon as electrocatalysts for oxygen (2012)
  • 著者名/発表者名: A. Pacula, K. Ikeda, T. Masuda, K. Uosaki
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 220 ページ: 20-30
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2012.07.077
  • 査読あり
• [学会発表] Plasmonic spectroscopy and photochemistry on highly damping platinum group metals (2015)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda
  • 学会等名: 249th ACS National Meeting
  • 発表場所: マリオットデンバーシティーセンター（アメリカ）
  • 年月日: 2015-03-22 – 2015-03-26
  • 招待講演
• [学会発表] 金属－分子界面の構造規制と表面増強ラマン分光法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 池田 勝佳
  • 学会等名: 電気化学会第８２回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（横浜市）
  • 年月日: 2015-03-15 – 2015-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] 白金・パラジウム原子層修飾した金単結晶電極における表面吸着種の増強ラマン観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳, Hu Jian, 魚崎浩平
  • 学会等名: 第34回表面科学学術講演会
  • 発表場所: くにびきメッセ（松江市）
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-08
• [学会発表] Plasmonic applications of lossy transition metals (2014)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会JSAP-OSA joint symposia 2014
  • 発表場所: 北海道大学（札幌市）
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
  • 招待講演
• [学会発表] Electrochemical gap-mode SERS study of molecular adsorbates on atomically defined catalytic metal surfaces (2014)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Jian Hu, Kohei Uosaki
  • 学会等名: 65th Annual ISE Meeting
  • 発表場所: EPFL（スイス）
  • 年月日: 2014-08-31 – 2014-09-05
• [学会発表] Tunable Optical Antenna Effect of Palladium-Based Dimeric Nanostructures (2014)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Sari Uchiyama, Kei Murakoshi
  • 学会等名: 225th ECS Meeting
  • 発表場所: ヒルトンオーランド（アメリカ）
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-16
  • 招待講演
• [学会発表] 電気化学環境下における構造規制金属－分子界面のギャップモード表面増強ラマン散乱観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳, 胡建, 魚崎浩平
  • 学会等名: 電気化学会第81回大会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス（吹田市）
• [学会発表] 表面増強ラマン散乱スペクトルに対する金属-分子界面電子状態の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: 電気化学会第80回大会
  • 発表場所: 東北大学(仙台市)
  • 年月日: 2013-03-29
• [学会発表] Electrochemical SERS Study On Well-Defined Catalytic Metal Surfaces Using Hybridized Plasmon Modes (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Jian Hu, Kohei Uosaki
  • 学会等名: 224th Electrochemical Society (ECS) meeting
  • 発表場所: ヒルトンサンフランシスコ（アメリカ）
• [学会発表] Plasmonic Resonance Tuning of Pd Nano-Dimer Arrays Using Hydrogen Absorption (2013)
  • 著者名/発表者名: Sari Uchiyama, Mai Takase, Kei Murakoshi, Katsuyoshi Ikeda
  • 学会等名: 224th Electrochemical Society (ECS) meeting
  • 発表場所: ヒルトンサンフランシスコ（アメリカ）
• [学会発表] 構造規制表面における増強ラマン分光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: 第78回表面科学研究会 ナノスケールの振動分光の最前線
  • 発表場所: 東京工業大学（東京）
  • 招待講演
• [学会発表] Plasmonics in metal-molecule systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda
  • 学会等名: The 4th International Symposium of Advanced Energy Science -Principle of Zero-Emission Energy-
  • 発表場所: 京都大学宇治キャンパス（宇治市）
  • 招待講演
• [学会発表] 非プラズモニック金属におけるプラズモニック分光と光化学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳, 胡建, 魚崎浩平
  • 学会等名: 2013年光化学討論会
  • 発表場所: 愛媛大学(松山市)
• [学会発表] 水素吸蔵によるPd ナノ構造体のプラズモン共鳴制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 内山 紗里, 村越 敬, 池田 勝佳
  • 学会等名: 2013年光化学討論会
  • 発表場所: 愛媛大学(松山市)
• [学会発表] Surface enhanced Raman spectroscopy on atomically defined model surfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda
  • 学会等名: 7th International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS7)
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター(神戸市)
  • 招待講演
• [学会発表] Hybridized plasmon-assisted SERS of molecular adsorbates on a well-defined catalytic metal surface (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Yukihisa Okawa, Jian Hu, Kohei Uosaki
  • 学会等名: International Conference on Electrified Interfaces (ICEI2013)
  • 発表場所: Chateau Liblice (Czech Republic)
• [学会発表] Field localization dependence of SERS from defect-free graphenes (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Mai Takase, Kei Murakoshi, Kohei Uosaki
  • 学会等名: 223th Electrochemical Society (ECS) meeting
  • 発表場所: シェラトンセンタートロントホテル（カナダ）
  • 招待講演
• [学会発表] Sphere-plane nanogap structures for enhancement of Raman scattering and photocurrent generation on a chemically modified electrode (2013)
  • 著者名/発表者名: Katsuyoshi Ikeda, Kohei Uosaki
  • 学会等名: ACS 245th National Meeting
  • 発表場所: ニューオリンズマリオットホテル（アメリカ）
• [学会発表] 水素吸蔵によるPdナノ構造のプラズモン共鳴変化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 内山紗里
  • 学会等名: 日本化学会第93春季年会
  • 発表場所: 立命館大学(草津市)
• [学会発表] Development of novel spectroscopic method for in-situ characterization of energy conversion processes at solid/liquid interface (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: The 5th GREEN symposium
  • 発表場所: NIMS (茨城県)(招待講演)
  • 年月日: 2012-12-17
• [学会発表] Surface enhanced Raman Spectroscopy at Model Electrocatalytic Surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: International Symposium and Annual Meeting of Spectroscopical Society of Japan 2012
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都)(招待講演)
  • 年月日: 2012-11-27
• [学会発表] パラジウムナノ構造電極への水素吸蔵とプラズモン共鳴変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: 第32回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 東北大学(仙台市)
  • 年月日: 2012-11-22
• [学会発表] Plasmonic spectroscopy and photochemistry at atomically defined metal surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: 7th Asian Photochemistry Conference 2012
  • 発表場所: 大阪大学(吹田市)(招待講演)
  • 年月日: 2012-11-13
• [学会発表] Surface enhanced Raman spectroscopy on atomically defined catalytic model surface using metal nano-gap structures (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials
  • 発表場所: Mercure Hotel(オーストラリア)(招待講演)
  • 年月日: 2012-10-22
• [学会発表] Plasmonic Application of Pt-Group Metal Nanostructures (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on electrochemical and solidstate science
  • 発表場所: ヒルトンコンベンションセンター(アメリカ)
  • 年月日: 2012-10-07
• [学会発表] グラフェンにおける電場傾斜誘起表面増強ラマン散乱 (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: 第6回分子科学討論会
  • 発表場所: 東京大学(東京都)
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] 局在光によるグラフェン禁制遷移励起の検討 (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: 2012年光化学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都)
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] Pdナノ構造への水素導入によるプラズモン共鳴変化の研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 内山紗里
  • 学会等名: 2012年光化学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都)
  • 年月日: 2012-09-12
• [学会発表] Spectroscopic and photoelectrochemical applications of optical nanoantennas to modified electrode (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: 12th International Fischer Symposium
  • 発表場所: Lubeck Media Dock (ドイツ)(招待講演)
  • 年月日: 2012-06-04
• [学会発表] 表面科学の立場からみた表面増強ラマン散乱 (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: 最先端光計測とライフサイエンスの近未来-バイオ・ラマン2017
  • 発表場所: 理化学研究所(埼玉県)(招待講演)
  • 年月日: 2012-05-18
• [学会発表] Gap-mode plasmon enhancement of photocurrent generation at organic monolayermodified metal electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: 221th ECS Meeting
  • 発表場所: ワシントン州コンベンションセンター(アメリカ)(招待講演)
  • 年月日: 2012-05-06
• [学会発表] Gap-mode SERS observation at atomically defined catalytic metal surfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳
  • 学会等名: 221th ECS Meeting
  • 発表場所: ワシントン州コンベンションセンター(アメリカ)(招待講演)
  • 年月日: 2012-05-06
• [図書] プラズモンナノ材料開発の最前線と応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳, 魚崎浩平
  • 出版者: CMC出版
• [図書] プラズモンナノ材料開発の最前線と応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 池田勝佳,魚崎浩平
  • 出版者: CMC出版
• [産業財産権] 光制御素子 (2014)
  • 発明者名: 池田勝佳
  • 権利者名: 池田勝佳
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-097715
  • 出願年月日: 2014-05-09