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高密度電子励起によるサブピコ秒相変化現象に基づくアクティブナノフォトニクス

公募研究

研究領域半導体における動的相関電子系の光科学
研究課題/領域番号 23104722
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

斎木 敏治  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70261196)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2012年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2011年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワード相変化材料 / 金属ナノ粒子 / プラズモン / ナノフォトニクス / フェムト秒レーザ / 光学異方性 / アモルファス
研究実績の概要

カルコゲナイド材料の相変化にともなう大きな屈折率変化を利用した、金属ナノ粒子のプラズモン共鳴スイッチングの高コントラスト化、ならびにその実証に関する研究に取り組んだ。相変化材料が有する閾値性・可塑性、ならびにプラズモン粒子系の非局所応答性を活用し、神経回路網を模倣したナノデバイスを構築することを見据えた研究である。
前年度までは、相変化薄膜上に金ナノ粒子を単に配置し、相変化にともなう散乱光強度の変化を観察した。本年度は、スイッチングのコントラストを向上させるため、相変化材料を金ナノ構造で挟み込むサンドイッチ構造を採用し、金ナノ構造間の相互作用として、相変化にともなう共鳴シフトが大きな反対称モードに着目した。計算機シミュレーションによりスペクトル変化を見積もったところ、アモルファス相から結晶相への相変化にともなって、波長1,700nmから2,600nmへと非常に大きなピークシフトが確認された。
上記の理論的考察をベースに以下の実験をおこなった。ガラス基板に蒸着した金薄膜上に相変化材料(GeSbTe)10nmをスパッタ成膜し、さらにその上に金ナノロッドを配置することにより、サンドイッチ構造を形成した。アモルファス化、結晶化を誘起する光源として、サブナノ秒パルスレーザ(波長532nm)、半導体レーザ(波長830nm)をそれぞれ使用した。単一金ナノロッドのスイッチング過程は、半導体レーザ(波長980nm)を照射し、その散乱光強度をモニターすることにより観察した。多くのナノロッド粒子において、アモルファス化にともなって散乱光強度が1.5倍程度増大し、結晶化によって初期値に戻るという過程が数10回繰り返し安定して確認された。また少数ではあるが、アモルファス化によって散乱光強度が減少する粒子も見られた。ロッドの形状の違いによるピーク位置の差異を反映した結果であると解釈できる。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Near-Infrared Nano-Imaging Spectroscopy of Semiconductor Quantum Dots Using a Phase Change Mask Layer2012

    • 著者名/発表者名
      N.Tsumori
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 100 号: 6

    • DOI

      10.1063/1.3683537

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ナノスケールでの光と物質の相互作用による時空相関形成2013

    • 著者名/発表者名
      斎木敏治
    • 学会等名
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      厚木
    • 年月日
      2013-03-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 相変化材料を用いたアクティブ・ナノフォトニクス2013

    • 著者名/発表者名
      斎木敏治
    • 学会等名
      日本学術振興会アモルファス・ナノ材料第147委員会第119回研究会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] プラズモン粒子間相互作用を用いた新たな相変化記憶デバイス2013

    • 著者名/発表者名
      黒木理宏
    • 学会等名
      第13回レーザー学会東京支部研究会
    • 発表場所
      東京
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Ultrafast nanoscale optical properties of phase change materials and its possible applications to neuron-inspired devices2012

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      The 22th Symposium on Phase Change Optical Information Storage
    • 発表場所
      Atami, Japan
    • 年月日
      2012-11-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Switching property of localized surface plasmon resonance of gold nanoparticles on a GeSbTe phase change thin film2012

    • 著者名/発表者名
      T. Homma
    • 学会等名
      The 22th Symposium on Phase Change Optical Information Storage
    • 発表場所
      Atami, Japan
    • 年月日
      2012-11-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Neuronal functionality obtained by localized surface plasmon resonance with phase change material2012

    • 著者名/発表者名
      T. Uchiyama
    • 学会等名
      The 22th Symposium on Phase Change Optical Information Storage
    • 発表場所
      Atami, Japan
    • 年月日
      2012-11-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Optical anisotropy in a GeSbTe thin film induced by amorphization with femtosecond laser pulse excitation2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Katsumata
    • 学会等名
      The 22th Symposium on Phase Change Optical Information Storage
    • 発表場所
      Atami, Japan
    • 年月日
      2012-11-29
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 相変化にともなうプラズモン共鳴シフトを利用した神経回路機能の実現2012

    • 著者名/発表者名
      内山貴之
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      松山
    • 年月日
      2012-09-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Optical anisotropy in amorphous GeSbTe thin films induced by nonthermal phase change with femtosecond pulse excitation2012

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      The 11th European Phase Change and Ovonics Symposium
    • 発表場所
      Tampere, Finland
    • 年月日
      2012-07-08
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Active nanophotonics with chalcogenide phase-change materials2012

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      The 2nd Sweden-Japan Workshop on Nanophotonics and Related Technologies
    • 発表場所
      Kista, Sweden
    • 年月日
      2012-06-18
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Surface Plasmon Resonance Switching of Gold Nanoparticles Based on Ultrafast Phase Change of GeSbTe2011

    • 著者名/発表者名
      T.Hira, T.Homma, T.Saiki
    • 学会等名
      The Symposium on Phase Change Optical Information Storage (PCOS) 2011
    • 発表場所
      Shizuoka
    • 年月日
      2011-11-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Crystallization behavior of GeSbTe nonthermally amorphized by femtosecond laser pulse irradiation2011

    • 著者名/発表者名
      K.Tajima, N.Kitamura, T.Saiki
    • 学会等名
      The Symposium on Phase Change Optical Information Storage (PCOS) 2011
    • 発表場所
      Shizuoka
    • 年月日
      2011-11-18
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Giant Surface Plasmon Resonance Switching of Gold Nanoparticles Based on Ultrafast Phase Change of GeSbTe2011

    • 著者名/発表者名
      T.Hira, T.Homma, T.Saiki
    • 学会等名
      The 2011 European symposium on Phase Change and Ovonic Science
    • 発表場所
      Zurich, Switzerland(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Crystallization behavior of amorphous GeSbTe nonthermally amorphized by femtosecond laser pulse irradiation2011

    • 著者名/発表者名
      K.Tajima, N.Kitamura, Y.Hongo, T.Saiki
    • 学会等名
      The 2011 European symposium on Phase Change and Ovonic Science
    • 発表場所
      Zurich, Switzerland
    • 年月日
      2011-09-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Giant Surface Plasmon Resonance Switching of Gold Nanoparticles Using GeSbTe Phase Change Material2011

    • 著者名/発表者名
      T.Homma, T.Hira, T.Saiki
    • 学会等名
      The 8th Asia-Pacific Workshop on Nanophotonics and Near-Field Optics
    • 発表場所
      Adelaide, Australia
    • 年月日
      2011-08-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Femtosecond Nanoscale Phase-Change Dynamics in GeSbTe Thin Films2011

    • 著者名/発表者名
      T.Hira, Y.Hongo, K.Tajima, N.Kitamura, T.Homma, T.Saiki
    • 学会等名
      The 11th International Symposium on Optical Memory
    • 発表場所
      Kauai, USA(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-19
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] A Complete Switching of the Surface Plasmon Resonance due to Ultrafast Pphase Change of GeSbTe Substrate2011

    • 著者名/発表者名
      T.Hira, Y.Hongo, K.Tajima, T.Honma, N.Kitamura, T.Saiki
    • 学会等名
      2011 MRS Spring Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2011-04-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.saiki.elec.keio.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

URL: 

公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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