可溶性光メタマテリアル

• 研究領域: 電磁メタマテリアル
• 研究課題/領域番号: 25109707
• 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: 東京工業大学
• 研究代表者: 梶川 浩太郎 東京工業大学, 総合理工学研究科(研究院), 教授 (10214305)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2014年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2013年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: メタマテリアル / 表面プラズモン

研究実績の概要

離散双極子近似（DDA）およびFDTDを用いた数値計算により任意の形状のMIM構造の光学特性を予想できるようにした。まず、NaCl基板上に格子状のマスクを用いて正方形状のMIM構造を作製し、基板を水に溶解することにより分散を行うことができるようにした。単純に基板を水に溶解するだけでは、MIM構造が水に分散しないため、分散剤の添加を行い、静電反発による分散化を検討した。その結果、ポリビニールピロリドン溶液を最適な濃度で添加することにより安定に分散されたメタマテリアル溶液の作製を行うことができた。この研究のために作製した極微量（0.1～1μL）の分散溶液の分光を測定装置で吸収および反射分光を行った。この構造においては、予想された磁気共鳴に起因する光学応答がはっきりとした形で現れなかった。これは、正方形状のMIM構造では形状の異方性が強く、得られたスペクトルが平均化されてしまったためと考えられる。次に、ガラス基板上に直径400nm程度のラテックス球を堆積し、その上にハーフコアシェルとしてMIM構造を構築することを試みた。尚、事前にFDTDシミュレーションにより、球上に構築されたMIM構造でも十分な特性が得られることを確認している。MIM構造は超音波により脱離が可能であり、水中に分散することがえきた。得られた溶液の濃度は低いが、十分な量の溶液が得られたので、この試料では通常の分光装置で計測を行った。その結果、900nm近傍の近赤外領域に強い吸収を持つ可溶な光マテリアルの作製に成功した。この分光結果は、FDTDを用いたシミュレーション結果と良い一致を示しており、コア部分とシェル部分の相互作用により生じることがわかった。
以上の得られた知見を活かしそれをさらに発展させるため、引き続き、可溶性メタマテアリルの構造の検討および作製を行い、バイオや医療分野に応用できる粒子の作製をめざしていく予定である。

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] All optical bistability device with counterclockwise hysteresis using twisted nematic liquid crystals on metal-insulator-metal structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Pham Tien Thanh, Ken Yamamoto, Ryushi Fujimura, and Kotaro Kajikawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 9 ページ: 092202-092202
  • DOI: 10.7567/jjap.53.092202
  • NAID: 210000144429
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Resonant second-harmonic generation in metal-insulator-metal structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Daiki Teshima, Ryushi Fujimura, and Kotaro Kajikawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 3 ページ: 32202-32202
  • DOI: 10.7567/jjap.53.032202
  • NAID: 210000143418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modeling of semi-shell nanostructures formed by metal deposition on dielectric nanospheres and numerical evaluation of plasmonic properties (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryushi Fujimura, Ruzhi Zhang, Yoshitaka Kitamoto, Masayuki Shimojo, and Kotaro Kajikawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 3 ページ: 35201-35201
  • DOI: 10.7567/jjap.53.035201
  • NAID: 210000143436
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coherent random laser fluid of nematic liquid crystal emulsions (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Nagai Ryushi Fujimura, and Kotaro Kajikawa
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 1S ページ: 01AE05-01AE05
  • DOI: 10.7567/jjap.53.01ae05
  • NAID: 210000143292
  • 査読あり
• [雑誌論文] A low-power all-optical bistable device based on a liquid crystal layer embedded in thin gold films (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Takase, Pham Tien Thanh, Ryushi Fujimura, and Kotaro Kajikawa
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 7 号: 4 ページ: 42202-42202
  • DOI: 10.7567/apex.7.042202
  • NAID: 210000137054
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-Power All-Optical Bistable Device of Twisted-Nematic Liquid Crystal Based on Surface Plasmons in a Metal-Insulator-Metal Structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Pham Tien Thanh, Daisuke Tanaka, Ryushi Fujimura, Yoichi Takanishi, and Kotaro Kajikawa
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6 号: 1 ページ: 11701-11701
  • DOI: 10.7567/apex.6.011701
  • NAID: 10031140442
  • 査読あり
• [学会発表] Transmission of Light across a Gold Thin film through Gold Nanospheres" 5Th Internatinal Topical Meeting on Nanophotonics and Metamaterials (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Fujii, Ryushi Fujimura, Masayuki Shimojo, Kotaro Kajikawa
  • 学会等名: 5Th Internatinal Topical Meeting on Nanophotonics and Metamaterials (NANOMETA 2015)
  • 発表場所: Seefeld, Austria
  • 年月日: 2015-01-06
• [学会発表] Blackbody Metamaterials using a Lotus-Leaf as a Bio-template (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuusuke Ebihara, Masayuki Shimojo, Kotaro Kajikawa
  • 学会等名: 5Th Internatinal Topical Meeting on Nanophotonics and Metamaterials (NANOMETA 2015)
  • 発表場所: Seefeld, Austria
  • 年月日: 2015-01-06
• [学会発表] ナノアンテナの非線形光学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶川浩太郎
  • 学会等名: 日本学術振興会 第187委員会
  • 発表場所: 機械振興会館
  • 年月日: 2014-12-19
  • 招待講演
• [学会発表] Label-free multichannel biochip based on anomalous reflection of gold (2014)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Kajikawa
  • 学会等名: EMN Fall Meeting (Energy Materials Nanotechnology)
  • 発表場所: Orlando, Florida, USA
  • 年月日: 2014-11-22 – 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] All Optical Bistability Device based on Metal/Liquid Crystal/Metal Structure (2014)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Kajikawa
  • 学会等名: 5Th International Conference on Photonics (ICP2014)
  • 発表場所: Kuala Lumpur Malysia
  • 年月日: 2014-09-02 – 2014-09-04
  • 招待講演
• [学会発表] 金属ナノ構造体の特異な光学応答とフォトニクスへの応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 梶川浩太郎
  • 学会等名: プラズモニック化学研究会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2014-06-20
  • 招待講演
• [学会発表] Application of surface plasmons to photonics device (2014)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Kajikawa
  • 学会等名: th International Conference on Optics-Photonics Design & Fabrication
  • 発表場所: 板橋文化会館
  • 招待講演
• [学会発表] Nonlinear Plasmonics in Metal Insulator Metal Structure, (2013)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Kajikawa
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia 2013
  • 発表場所: 同志社大学
  • 招待講演
• [学会発表] Nonlinear optics in metal-insulator-metal structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Kajikawa
  • 学会等名: 3rd Korea-Japan Metamaterials Forum
  • 発表場所: Whwa Womens University, Seoul
  • 招待講演
• [図書] アクティブ・プラズモニクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 梶川浩太郎、岡本隆之、高原淳一、岡本晃一
  • 総ページ数: 304
  • 出版者: コロナ社
• [備考] 研究内容
  • URL: http://www.opt.ip.titech.ac.jp/research_j.html