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10nm程度にまで小さくなったナノ粒子では、バルク状態では見られない大きな光学非線形効果やラマン共鳴増強効果が表れるようになる。コロイド法の手法を活かした自己組織化法による金および銀微粒子を合成し、シリカ層で被覆したこれらナノ粒子の作製を行うとともに、得られた基板上に自己組織化したナノ粒子薄膜の光学非線形効果とラマン共鳴効果の測定を行なった。
塩化金(あるいは銀)酸の熱還元法で10〜30nmの大きさのナノ粒子を作製するとともに、その表面をゾルゲル法によってSiO_2で被覆した金、銀ナノ粒子を作製した。反応条件を精密に制御することで、ナノ粒子の形状を球から多角形あるいはロッド状にと自由に形状を変化させることができた。また金ナノ粒子に関しては、加えるCTAB濃度を調整することで、ナノ粒子の接合数を2〜5個の範囲で調節できることもわかった。そして、溶液内に基板を浸漬して、その上に粒子を積層させたときに、コロイド中に存在するナノ粒子の形状と接合数を変えることなく、積層できることも確認できた。
基板に積層した金および銀ナノ粒子はそれぞれ、530および420nmにそれらナノ粒子の表面プラズモン共鳴効果による光吸収バンドがみられるが、ロッド状や接合体にすることで、共鳴バンド位置よりも長波長側にも巾広い吸収が表れ、その位置が、アスペクト比や接合数を変えることで、調節できることもわかった。三次非線形感受率も高くなり、例えば、5個の金ナノ粒子を接合して作った積層膜の720と820nmでの非線形感受率は1.0×10^<-9>と5.1×10^<-10>esuと測定された。このような値は通常の金微粒子の値に比べて100倍もの高いものであることが分かった。
そのときの応答速度もピコ秒オーダーと早く、光スイッチへの応用が可能であることがわかった。さらに、積層膜の近接場ラマン特性の測定を行ったところ、そこに吸着した分子のラマン共鳴強度も著しく高くなることを認め、センサーとしての応用できることもわかった。
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