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2011 年度 実績報告書

フェムト秒レーザ励起微粒子散乱近接場光の空間・増強度制御とナノプロセシング

研究課題

研究課題/領域番号 10J04779
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

田中 悠人  慶應義塾大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員(DC1)

キーワードフェムト秒レーザ / ナノプロセシング / 金属ナノ突起アレー構造 / 近接場光
研究概要

2011年度の研究では「2次元ナノテンプレートを用いたナノプロセシング技術」の適用範囲の拡張をし、従来から研究されているナノホール加工やナノグルーブ(溝)加工でなく、新たに「金属ナノ突起アレー構造作製技術」への同技術の適用を提案した。金属薄膜に強く集光したフェムト秒レーザを照射することで針状もしくは球形粒子が先端に形成された突起形状のナノ突起構造が作製でき、これらの構造は電界放出デバイスなどへ応用されてきた。
本研究では、2次元金属ナノ突起アレー構造の周期および径のダウンサイジングを目的として、ナノホールテンプレートを用いた作製技術を提案した。ナノホールテンプレートに金薄膜を堆積させ、テンプレート背面より非集光フェムト秒レーザを照射することで、約400nmの周期で100nm径の2次元ナノ突起アレー構造が作製できることを実証した。得られた構造の周期および直径は回折限界以下のものである。数100nmの周期および径の2次元アレー金属ナノ構造は光の周波数の電磁波と共鳴的な干渉を起こすことが可能になるためプラズモンデバイスやメタマテリアル等への応用が可能である。
有限差分法を用いた電磁界の時間解析により、レーザ照射時にナノホール内部にて表面プラズモンが励起され、強い電界増強が得られることでナノ突起構造が作製されることを解明した。また、高いレーザフルエンスにてナノ突起構造先端に形成された球状粒子が射出することが分かり、同技術のレーザ転写技術(Laser-lnduced Transfer,LIT)への適用可能性が示唆された。更に、ガルバノスキャナを用いてテンプレート全体をレーザスキャンすることで、大面積に高スループットでナノ突起アレー構造を作製する技術を開発した。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Direct observation of surface plasmon far field for regular surface ripple formation by femtosecond laser pulse irradiation of gold nanostructures on silicon substrates2011

    • 著者名/発表者名
      Go Obara, Yuto Tanaka, Nikolay N.Nedyalkov, Mitsuhiro Terakawa, Minoru Obara
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 99 ページ: 061106

    • DOI

      10.1063/1.3624925

    • 査読あり
  • [学会発表] Template-assisted metal nanoneedle/nanoprotrusion array fabrication at a sub-diffraction-limited scale2012

    • 著者名/発表者名
      Yuto Tanaka, Jonathan D.B.Bradley, Eric D.Mazur, Minoru Obara
    • 学会等名
      SPIE Photonics West 2012
    • 発表場所
      The Moscone Center San Francisco, California, USA
    • 年月日
      2012-01-23
  • [学会発表] Plamonic and nonplasmonic resonance scattered near-field nanoprocessing2011

    • 著者名/発表者名
      Yuto Tanaka, Mitsuhiro Terakawa, Minoru Obara
    • 学会等名
      Conference on Laser Ablation 2011
    • 発表場所
      IBEROSTAR Paraiso Beach Hotel, Cancun, Mexico
    • 年月日
      2011-11-15
  • [学会発表] Femtosecond laser near-field nanoablation with plasmonic and nonplasmonic nanoparticle templates2011

    • 著者名/発表者名
      Yuto Tanaka, Mitsuhiro Terakawa, Minoru Obara
    • 学会等名
      IEEE-International Symposium on Access Spaces 2011
    • 発表場所
      Raiousha, Yokohama, Japan
    • 年月日
      2011-06-19
  • [学会発表] Scattered near-field nanopatterning2011

    • 著者名/発表者名
      Yuto Tanaka, Go Obara, Mitsuhiro Terakawa, Minoru Obara
    • 学会等名
      Europian Material Research Society, 2011 Spring Meeting
    • 発表場所
      Congress Center, Nice, France
    • 年月日
      2011-05-11

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公開日: 2013-06-26  

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