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電子共鳴と構造共鳴のインタープレイによる新奇メタマテリアルの研究

公募研究

研究領域電磁メタマテリアル
研究課題/領域番号 23109511
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
研究機関大阪府立大学

研究代表者

石原 一  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60273611)

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
1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2012年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2011年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワードメタマテリアル / プラズモン / ナノキャップ / 励起子 / 自己無撞着
研究実績の概要

本年度は以下のような研究を行った。
[1]これまで、ナノギャップを持つ金属ナノ構造で構成された光アンテナと分子の量子力学的結合モードの干渉効果により、分子に光エネルギーが集中するエネルギー透過現象をコヒーレント光入射の場合に明らかにしていたが、本年度これが単一フォトンパルスに対しても起こることを理論的に明らかにした。また、これが起こる条件は、入射フォトンパルスの長さが、光アンテナと分子の結合定数で決まる結合モードの立ち上がり時間より長ければよいことが分かった。従って、エネルギー透過現象は入射光の古典的コヒーレンスには直接に関係しないことを示すことが出来た。
[2]誘電率に非対角項がある磁性誘電体の集合系に対する光学応答の計算法を多重極散乱理論におけるT行列法及びvector-KKR法などを基に構築した。これによりコットンームートン効果を有するユニットの配列系が入射ビームの伝播方向にどのように影響するかを調べることが出来るようになった。
[3] 光アンテナと分子の量子力学的結合系を強励起することによって、二準位分子系に反転分布を形成できることを明らかにした。またこのことは励起光と出力光が異なる波長変換的に起こることも分かった。このような系の配列系を実現することによって将来、インコヒーレントーコヒーレント変換が可能になることを示唆する重要な結果である。

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

    (42件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (33件) (うち招待講演 3件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Energy transparency of an antenna-molecule coupled system by a single-photon incidence2013

    • 著者名/発表者名
      T.Yano,M.Nakatani,K.Osono and H.Ishihara
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 117 号: 6 ページ: 2559-2566

    • DOI

      10.1021/jp306347f

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory for self-consistent interplay between light and nanomaterials strongly modified by metallic nanostructures2013

    • 著者名/発表者名
      A.Ishikawa,K.Osono,A.Nobuhiro,Y.Mizumoto,T.Torimoto and H.Ishihara
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 15 号: 12 ページ: 4214-4225

    • DOI

      10.1039/c2cp43442c

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical analysis of wavelength conversion through an antenna-enhanced up-conversion2012

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Osaka, Nobuhiko Yokoshi, Masatoshi Nakatani, Hajime Ishihara
    • 雑誌名

      physica status solidi (c)

      巻: 9 号: 12 ページ: 2525-2528

    • DOI

      10.1002/pssc.201200431

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanism of excitation energy transfer between ring-shaped aggregates of pigments2011

    • 著者名/発表者名
      M.Nakatani, G.Tei, H.Ishihara
    • 雑誌名

      physica status solidi B

      巻: 248 号: 2 ページ: 448-451

    • DOI

      10.1002/pssb.201000672

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The function of geometrical structure of B850 ring in bacterial photosynthetic antenna systems2011

    • 著者名/発表者名
      G.Tei, M.Nakatani, H.Ishihara
    • 雑誌名

      physica status solidi B

      巻: 248 号: 2 ページ: 399-402

    • DOI

      10.1002/pssb.201000655

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous optical response of metal-molecule coupled system2011

    • 著者名/発表者名
      H.Ishihara, A.Nobuhiro, M.Nakatani, Y.Mizumoto
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry

      巻: 211 号: 2-3 ページ: 148-153

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2011.02.017

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasmon-Enhanced Photocatalytic Activity of Cadmium Sulfide Nanoparticle Immobilized on Silica-Coated Gold Particles2011

    • 著者名/発表者名
      T.Torimoto, H.Horibe, T.Kameyama, K.Okazaki, S.Ikeda, M.Matsumura, A.Ishikawa, H.Ishihara
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 2 号: 16 ページ: 2057-2062

    • DOI

      10.1021/jz2009049

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 分子-アンテナ複合系における量子干渉効果と高効率2光子上方変換2013

    • 著者名/発表者名
      逢坂良樹、余越伸彦、中谷正俊、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2013年春季大会
    • 発表場所
      広島大学(広島)
    • 年月日
      2013-03-27
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] アンテナー分子複合励起による光エネルギーマニピュレーション2013

    • 著者名/発表者名
      石原一
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会(2013)特別企画講演「複合励起が拓く高度光子利用分子プロセス」
    • 発表場所
      立命館大学(滋賀)
    • 年月日
      2013-03-22
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] メタマテリアル材料に関する理論的研究と赤外分光の役割2013

    • 著者名/発表者名
      石原一
    • 学会等名
      平成24年度GIGNO研究領域創成支援プロジャクト研究会「赤外放射光を利用した機能性材料科学分野の創成」
    • 発表場所
      メルパレク大阪(大阪)
    • 年月日
      2013-03-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子-アンテナ複合系における量子干渉効果と高効率非線形光学応答2012

    • 著者名/発表者名
      逢坂良樹、余越伸彦、中谷正俊、石原 一
    • 学会等名
      第23回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪)
    • 年月日
      2012-12-08
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] アンテナ-分子結合系における単一光子エネルギー透過 : 位相緩和の効果2012

    • 著者名/発表者名
      矢野嵩格、中谷正俊、石原 一
    • 学会等名
      第23回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪)
    • 年月日
      2012-12-07
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 磁性フォトニックス結晶による非相反的光伝搬制御の理論2012

    • 著者名/発表者名
      福島宏一、中島龍也、東海林篤、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川)
    • 年月日
      2012-09-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] アンテナ-分子結合系における非線形光励起と波長変換2012

    • 著者名/発表者名
      余越伸彦、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川)
    • 年月日
      2012-09-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] アンテナ系と二準位系の結合によるエネルギー透過の全量子論:位相緩和の影響2012

    • 著者名/発表者名
      矢野嵩格、中谷正俊、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学(神奈川)
    • 年月日
      2012-09-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical analysis for strong nonlinearity of excitations in an antenna-coupled double quantum dot2012

    • 著者名/発表者名
      N. Yokoshi and H. Ishihara
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON'12)
    • 発表場所
      Groningen,the Netherlands
    • 年月日
      2012-07-05
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Two-photon up-conversion dynamics in four-level diamond-shaped systems with an optical antenna2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Osaka, N. Yokoshi, M. Nakatani and H. Ishihara
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON'12)
    • 発表場所
      Groningen,the Netherlands
    • 年月日
      2012-07-05
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Photon-energy transparency on a nanoantenna-molecule coupled system2012

    • 著者名/発表者名
      T. Yano, M. Nakatani and H. Ishihara
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON'12)
    • 発表場所
      Groningen,the Netherlands
    • 年月日
      2012-07-03
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Linear and nonlinear optical responses of antenna-molecule coupled system2012

    • 著者名/発表者名
      H. Ishihara
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON'12)
    • 発表場所
      Groningen,the Netherlands
    • 年月日
      2012-07-03
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Full-quantum analysis of energy transparency on an antenna-molecule coupled system2012

    • 著者名/発表者名
      T. Yano, M. Nakatani and H. Ishihara
    • 学会等名
      5th International Conference on Opticai, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA2012)
    • 発表場所
      新公会堂(Nara)
    • 年月日
      2012-06-07
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] A nonlinear photoexcitation process for wavelength conversion in antenna-molecule coupled systems2012

    • 著者名/発表者名
      N. Yokoshi and H. Ishihara
    • 学会等名
      5th International Conference on Opticai, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA2012)
    • 発表場所
      新公会堂(Nara)
    • 年月日
      2012-06-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Theoretical analysis of wavelength conversion through an antenna-enhanced up-conversion process2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Osaka, N. Yokoshi, M. Nakatani and H. Ishihara
    • 学会等名
      5th International Conference on Opticai, Optoelectronic and Photonic Materials and Applications(ICOOPMA2012)
    • 発表場所
      新公会堂(Nara)
    • 年月日
      2012-06-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 磁性フォトニクス結晶による非相反的光伝搬制御の理論2012

    • 著者名/発表者名
      福島宏一、中島龍也、東海林篤、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2012年春季大会
    • 発表場所
      関西学院大学(兵庫県)
    • 年月日
      2012-03-24
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンド型4準位系における2光子上方変換のアンテナ増強2012

    • 著者名/発表者名
      逢坂良樹、余越伸彦、中谷正俊、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2012年春季大会
    • 発表場所
      関西学院大学(兵庫県)
    • 年月日
      2012-03-24
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Microscopic energy manipulation through quantum coupling between antenna and molecules2012

    • 著者名/発表者名
      石原一
    • 学会等名
      理研メタマテリアルシンポジウム2011
    • 発表場所
      理化学研究所(埼玉県)(招待講演)
    • 年月日
      2012-01-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 光アンテナ-量子ドット結合系における2光子非線形過程の理論的解析2011

    • 著者名/発表者名
      逢坂良樹、余越伸彦、中谷正俊、石原一
    • 学会等名
      第22回光物性研究会
    • 発表場所
      熊本大学(熊本県)
    • 年月日
      2011-12-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] アンテナと二準位系の結合におけるエネルギー透過の全量子論2011

    • 著者名/発表者名
      矢野嵩格、中谷正俊、石原一
    • 学会等名
      第22回光物性研究会
    • 発表場所
      熊本大学(熊本県)
    • 年月日
      2011-12-10
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] アンテナ系とのコヒレーレント結合による二準位系の反転分布2011

    • 著者名/発表者名
      中谷正俊、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 年月日
      2011-09-24
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 光アンテナを利用した量子もつれ光子対のアップコンパーションの理論的解析2011

    • 著者名/発表者名
      逢坂良樹、余越伸彦、中谷正俊、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 年月日
      2011-09-24
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 光合成アンテナ系をヒントにした人工光アンテナの提案2011

    • 著者名/発表者名
      鄭豪、中谷正俊、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 年月日
      2011-09-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] アンテナ系と二準位系の結合によるエネルギー透過の全量子論2011

    • 著者名/発表者名
      矢野嵩格、中谷正俊、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 年月日
      2011-09-23
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 円筒状磁性誘電体の二次元配列構造体における光伝播制御の理論2011

    • 著者名/発表者名
      福島宏一、中島龍也、東海林篤、石原一
    • 学会等名
      日本物理学会・2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学(富山県)
    • 年月日
      2011-09-21
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] An efficient light-harvesting system to excite optically-forbidden states of molecular2011

    • 著者名/発表者名
      G.Tei, M.Nakatani, H.Ishiha
    • 学会等名
      The 7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VII)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2011-09-03
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] プラズモン増強電場を用いた蛍光標準ポリマーの光捕捉と分光計測2011

    • 著者名/発表者名
      利光麻里子、東海林竜也、喜多村昇、松村有里子、山内宏昭、伊都将司、宮坂博、高瀬舞、村越敬、水本義彦、石原一、坪井泰之
    • 学会等名
      第72回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      山形大学(山形県)
    • 年月日
      2011-08-31
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] フェムト秒レーザー励起によるプラズモンを用いたナノ粒子の光捕捉2011

    • 著者名/発表者名
      東海林竜也、柴田路子、利光麻里子、高瀬舞、村越敬、水本義彦、石原一、喜多村昇、坪井泰之
    • 学会等名
      第72回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      山形大学(山形県)
    • 年月日
      2011-08-31
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Up-conversion dynamics of entangled-photons with an optical antenna2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Osaka, N.Yokoshi, M.Nakatani, H.Ishihara
    • 学会等名
      The 6th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH6)
    • 発表場所
      Shimane, Japan
    • 年月日
      2011-08-05
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Optical response of a periodic array of cylindrical magnetodielectrics2011

    • 著者名/発表者名
      K.Fukushima, M.Nakatani A.Syouji, H.Ishihara
    • 学会等名
      The 6th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SPINTECH6)
    • 発表場所
      Shimane, Japan
    • 年月日
      2011-08-04
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] The relations between the efficiency of excitation energy transfer and ring size of ring-shaped light harvesting complex2011

    • 著者名/発表者名
      G.Tei, M.Nakatani, H.Ishihara
    • 学会等名
      Photosynthesis Research for Sustainability
    • 発表場所
      Baku, Azerbaijan
    • 年月日
      2011-07-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Full-quantum analysis of energy transparency on an antena-molecule coupled system2011

    • 著者名/発表者名
      T.Yano, M.Nakatani, H.Ishihara
    • 学会等名
      1st Korea-Japan Metamaterials Forum 2011
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      2011-07-08
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Unconventional optical properties of an antenna-molecule coupledsystem2011

    • 著者名/発表者名
      H.Ishihara, M.Nakatani, A.Nobuhiro, Y.Mizumoto
    • 学会等名
      1st Korea-Japan Metamaterials Forum 2011
    • 発表場所
      Seoul, Korea(招待講演)
    • 年月日
      2011-07-07
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [図書] レーザー学会誌「レーザー研究」Vol. 41, No. 32013

    • 著者名/発表者名
      石原一
    • 出版者
      近接場相互作用による分子励起制御
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [図書] 局在プラズモンと分子結合系の物理2011

    • 著者名/発表者名
      石原一
    • 総ページ数
      779
    • 出版者
      応用物理
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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