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蛍光分子と表面プラズモンとの強結合

公募研究

研究領域光―分子強結合反応場の創成
研究課題/領域番号 21020037
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

岡本 隆之  独立行政法人理化学研究所, 河田ナノフォトニクス研究室, 先任研究員 (40185476)

研究期間 (年度) 2009 – 2010
研究課題ステータス 完了 (2010年度)
配分額 *注記
3,800千円 (直接経費: 3,800千円)
2010年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2009年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
キーワード表面プラズモン / プラズモニック結晶 / 蛍光エネルギー移動 / 厳密結合波解析 / 有機EL素子 / 厳密結合波解析法
研究概要

次世代のディスプレイや照明素子として期待されている有機EL素子では発光材料のすぐ近傍(100nm以内)に金属陰極が存在する。したがって電流注入によって生成された励起子のエネルギーはもちろん自由空間への輻射としても費やされるが、そのかなりの部分は表面プラズモンに散逸する。これは金属表面の表面プラズモンへのエネルギー移動速度が非常に大きいためである。通常の有機EL素子では金属陰極表面は平坦なので表面プラズモンに移動したエネルギーは熱として散逸する。しかしながら、表面プラズモンの寿命は比較的長いので、金属表面に微細構造を設けることにより、再輻射させることができる。我々は微細構造としてプラズモニック結晶と呼ばれる2次元の凹凸構造を金属陰極に導入することで、表面プラズモンを光として取り出すことができ、素子の外部発光量子効率を飛躍的に高めることができることを示した。さらに、プラズモニック結晶の振幅が外部発光量子効率に対してどのような影響を与えるかを実験および計算により求めた。実験では振幅(peak to peak)が40nmのときに最も発光効率の高い素子が得られた。一方、スーパーコンピュータ上で厳密結合波解析を用いてプラズモニック結晶に平面波を入射したときの反射率を計算した。ローレンツの相反則より、反射率が0となる振幅で表面プラズモンの輻射が最大になると考えられる。反射率が0となる振幅は20nmだった。この値は実験で得られた最適値の半分である。この違いは、反射率が0となるのは平面波が金属表面で直接反射された成分と、一旦、表面プラズモンになりそれが再輻射した成分との破壊的干渉のためだと考えることができるからである。

報告書

(2件)
  • 2010 実績報告書
  • 2009 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2011 2010 2009

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件) 図書 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Improving the emission efficiency of periodic plasmonic structures for lasing applications2011

    • 著者名/発表者名
      F.H'Dhili, T.Okamoto, J.Simonen, S.Kawata
    • 雑誌名

      Opt.Commun.

      巻: 284 ページ: 561-566

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] プラズモニック構造による高効率有機EL発光素子2011

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 雑誌名

      光学

      巻: 40 ページ: 77-82

    • NAID

      10027784581

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] プラズモニック構造を用いた有機EL素子2010

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 雑誌名

      光アライアンス

      巻: 21(4) ページ: 10-13

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [雑誌論文] Plasmonic crystal for efficient energy transfer from fluorescent molecules to long-range surface plasmons2009

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 雑誌名

      Optics Express 17

      ページ: 8294-8301

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 可視領域メタマテリアルの実現に向けて -金属による損失の補償をどうするのか-2009

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 雑誌名

      光アライアンス 20(6)

      ページ: 17-20

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [雑誌論文] プラズモニック構造を用いた有機ELからの光取り出し2009

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 雑誌名

      月刊ディスプレイ 15(10)

      ページ: 27-31

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Plasmonic light-emitting devices2010

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Okamoto
    • 学会等名
      Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2010-11-26
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Plasmon density of state in plasmonic crystals2010

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Okamoto
    • 学会等名
      Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
    • 発表場所
      北京
    • 年月日
      2010-08-26
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 2次元プラズモニック結晶の分散関係と放射特性2010

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 学会等名
      第8回プラズモニクスシンポジウム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2010-05-26
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] 表面プラズモンによる有機分子の発光増強2009

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 学会等名
      日本分光学会高感度表面・界面分光部会第2回シンポジウム
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2009-12-25
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] プラズモニック発光素子2009

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 学会等名
      第112回微小光学研究会「みらい微小光学」
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2009-05-19
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] 表面プラズモンを活用した有機ELからの光取り出し2009

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 学会等名
      光設計研究グループ第41回研究会「ディスプレイの光学技術」
    • 発表場所
      大阪
    • 年月日
      2009-04-10
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Energy transfer from fluorescent molecules to surface plasmons in plasmonic crystals2009

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 学会等名
      Fourth International Conference on Surface Plasmon Photonics
    • 発表場所
      アムステルダム
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [図書] プラズモニクス-基礎と応用2010

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之、梶川浩太郎
    • 総ページ数
      263
    • 出版者
      講談社サイエンティフィク
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [図書] プラズモンナノ材料の最新技術(分担執筆)2009

    • 著者名/発表者名
      岡本隆之
    • 総ページ数
      305
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [産業財産権] 有機発光ダイオードおよびその製造方法、画像表示装置及び照明装置2010

    • 発明者名
      篠塚啓、岡本隆之
    • 産業財産権番号
      2010-246653
    • 出願年月日
      2010-11-02
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

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公開日: 2009-04-01   更新日: 2018-03-28  

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