金属薄膜上有機超薄膜の表面プラズモン励起を利用した構造評価と機能に関する研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10650303
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 金子 双男 新潟大学, 工学部, 教授 (20016695)
• 研究分担者: 新保 一成 新潟大学, 工学部, 助教授 (80272855)
• キーワード: 表面プラズモン / 全反射減衰法 / エバネッセント場 / 光電変換素子 / LB膜 / 自己組織化膜 / 液晶

研究概要

金属薄膜上に作製された種々の有機超薄膜の構造評価を、表面プラズモン(SP)励起を利用した光学測定、すなわち全反射減衰(ATR)法から詳しく調べた。有機超薄膜には、ナノメートルオーダの秩序構造を有するラングミュア・ブロジェット(LB)膜や自己組織化膜を用いた。
本研究では有機超薄膜の下地となりSPを励起させる金属薄膜のナノ構造や凹凸についても調べている。また、ATR法と逆の光学配置で金属薄膜や有機超薄膜にレーザ光を入射することでプリズム側に放射光が観測され、これがSP励起に関わる新しい現象であることがわかった。さらに、ラビングフリーの有機超薄膜を配向膜とした液晶セルについてもSP励起を用いたATR法から調べ、配向膜の物性評価とともにセル内の液晶分子の配向をSP励起を用いたATR法で評価できることを明らかにした。
また、有機超薄膜の微視的な評価を行う目的でSP励起を利用したエバネッセント波検出装置を構築し、有機超薄膜からのエバネッセント波検出も試みた。このような測定は超薄膜表面の微視的な評価だけでなく、今後のナノメートルオーダの高密度機能応用にも適応できると期待される。さらに、スピロピランやアゾベンゼンなどの光異性化LB膜については、光異性化に伴なうATR特性を調べるなど光機能の評価も行なった。また、SP励起を用いたデバイス応用に向けてメロシアニン色素LB膜を用いた光電変換素子も作製し、SP励起により短絡光電流の増大することを明らかにした。
以上の結果より、金属薄膜と有機超薄膜の界面に励起されたSP励起を利用した測定法により、膜構造の高精度な評価が可能であることを明らかにした。また、SP励起をりようすることにより、種々のデバイス応用が可能と考えられる。

研究成果

• [文献書誌] 馬場 暁: "厚いセル内のLB膜上液晶分子の全反射減衰法による評価"電気学会論文誌A. 119-A,1. 124-129 (1999)
• [文献書誌] Tetsuo Fukami: "Attenuated Total Reflection Properties and Complex Dielectric Constants in Azobenzene LB Films Adsorbing Cyanine Dyes"Molecular Crystals and Liquid Crystals. 327. 103-106 (1999)
• [文献書誌] Yusuke Aoki: "Evaluation of Surface Roughness of Metal Thin Films and Langmuir-Blodgett Ultrathin Films from Scattered Light due to Surface Plasmon Polariton"Molecular Crystals and Liquid Crystals. 327. 127-130 (1999)
• [文献書誌] Takashi Wakamatsu: "Detection of surface-plasmon evanescent fields using a metallic probe tip covered with fluorescence"Review of Scientific Instruments. 70. 3962-3966 (1999)
• [文献書誌] Akira Baba: "Evalution of Temperature and Voltage Dependences of Nematic Liquid Crystal Molecules on LB Films in the Thick Cell using the Attenuated Total Reflection Method"Materials Science & Engineering C. 8-9. 145-150 (1999)
• [文献書誌] Kazunari Shinbo: "Enhancement of Photocurrent in Merocyanine Langmuir-Blodgett Film Cell Utilizing Surface Plasmon Polariton Excitation"The Nagoya COE Conference on Functionality and Characterization of Molecular Systems, Nagoya, Japan. P22. 60 (1999)
• [文献書誌] Akira Baba: "Photo-Induced Alignment of Liquid Crystal Molecules on Alternate Self-Assembly Films Evaluated by the Attenuated Total Reflection Measurement"Anglo-Japanese Seminar on Liquid Crystals '99, Nara, Japan. P-12. 92 (1999)
• [文献書誌] Kazunari Shinbo: "Enhancement of Short-circuit Photocurrent in Merocyanine LB Film Cell Utilizing Surface Plasmon Polariton Excitation"Proceeding of Korea-Japan Joint Forum '99 Organic Materials For Electronics and Photonics. P-II-26. 99 (1999)
• [文献書誌] Takayuki Nakano: "A Measurement of Evanescent Fields Generating on Metal Thin Films and Langmuir-Blodgett Ultrathin Films"Proceeding of Korea -Japan Joint Forum '99 Organic Materials For Electronics and Photonics. P-II-27. 100 (1999)
• [文献書誌] 青木祐介: "表面プラズモン励起による銀薄膜上メロシアニンLB膜からの光放射"平成11年電気学会全国大会. 2. 204 (1999)
• [文献書誌] 加藤景三: "LB膜と界面-表面プラズモン励起を利用した金属薄膜上LB膜の構造評価と機能-"平成11年電気学会全国大会. S.7-7. S.7-23-S.7-26 (1999)
• [文献書誌] 江部貴明: "表面プラズモン励起を利用したメロシアニンLB膜光電素子の光電流特性"第46回応用物理学会関係連合講演会. 29p-W-13. 1307 (1999)
• [文献書誌] 青木祐介: "表面プラズモン励起を利用したAg薄膜上メロシアニン色素LB膜からの光放射特性"第46回応用物理学会関係連合講演会. 29p-W-14. 1307 (1999)
• [文献書誌] 馬場 暁: "LB膜上液晶分子の異なるセル厚でのATR法による評価の比較検討"第46回応用物理学会関係連合講演会. 29p-V-14. 1326 (1999)
• [文献書誌] 磯部将良: "ポリビニルシンナメート液晶配向膜の全反射減衰特性"第46回応用物理学会関係連合講演会. 29p-V-15. 1326 (1999)
• [文献書誌] 中野貴之: "A1薄膜上に共鳴励起したSPエバネッセント場とその励起強度"第46回応用物理学会関係連合講演会. 30a-ZB-3. 1027 (1999)
• [文献書誌] 小林直子: "表面プラズモン励起を利用した散乱光測定によるスピロピランLB膜の評価"第46回応用物理学会関係連合講演会. 30p-X-7. 1268 (1999)
• [文献書誌] 中野貴之: "A1薄膜/LB薄膜上に共鳴励起した表面プラズモンによるエバネッセント場の検出とその強度特性"電子情報通信学会技術研究報告. OME99-18. 35-40 (1999)
• [文献書誌] 新保一成: "表面プラズモン励起を利用した高効率メロシアニンLB膜光電素子"電子情報通信学会技術研究報告. OME99-28. 33-38 (1999)
• [文献書誌] 馬場 暁: "全反射減衰法による自己組織化膜上液晶分子の光配向特性評価"第60回応用物理学会学術講演会. 2a-N-7. 1098 (1999)
• [文献書誌] 中野貴之: "A1上アラキジン酸LB薄膜からのエバネッセント場"第60回応用物理学会学術講演会. 3a-M-2. 840 (1999)
• [文献書誌] 中野貴之: "銀薄膜のナノ構造と表面プラズモンポラリトン励起による光散乱特性"電子情報通信学会信越支部大会. PA17. 33-34 (1999)
• [文献書誌] 本間一成: "逆ATR法による金属/色素分子超薄膜からの光放出特性"電子情報通信学会信越支部大会. B3. 95-96 (1999)
• [文献書誌] 石川 淳: "導波モードによる交互吸着膜場液晶分子の光配向特性"電子情報通信学会信越支部大会. B4. 97-98 (1999)
• [文献書誌] 本間一成: "表面プラズモン励起によるAg薄膜からの順逆方向の光放射"第47回応用物理学関係連合講演会(発表予定). 29a-P6-15. (2000)
• [文献書誌] 中野貴之: "表面プラズモン励起による銀薄膜からの光散乱強度特性"第47回応用物理学関係連合講演会(発表予定). 29a-P6-16. (2000)
• [文献書誌] 新保一成: "有機薄膜の新しい評価法-表面プラズモンを用いたナノ"平成12年電気学会全国大会(発表予定). 2-S8-3-2. (2000)