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【研究成果報告】
本研究では、遠紫外域におけるアルミニウムの表面プラズモンの屈折率に依存した分散関係を明らかにし、選択的超高感度センサーへと応用すること目的とした。2017年度は特に、アルミニウムの膜厚がプラズモン特性に与える影響を明らかにし、膜厚に応じて大気中あるいは液中で、センサーとして機能されることができることを見出した。
具体的には、石英プリズム上で5~30 nmの膜厚に応じて空気中あるいは液中(HFIP中)での表面プラズモン共鳴角（SPR角）が観測されることを、まずフレネルの式に基づくシミュレーションで明らかにした。次に、シミュレーションの結果に合わせて空気中あるいは液中でピークを出せるように膜厚を制御したアルミニウム薄膜を作成し、狙い通り波長200 nm以下の遠紫外域でも空気中（20 nm）あるいはHFIP中（5 nm）ではっきりとしたSPRに由来する反射率の低下を観測することができた。
これらの結果から、例えば真空中あるいは大気中でガスセンサーとして使いたければ厚い(20 nm程度)アルミニウムを準備し、液中では薄い(10 nm程度)アルミニウムを準備することで、目的に合わせたプラズモン特性を出すことができるということが示された。
さらに、濃度調整により屈折率を変化させたスクロース水溶液中でサファイヤプリズム上のアルミニウム薄膜のSPR波長を測定したところ、屈折率に応じたSPR波長のシフトが観察され、本系の水溶液中におけるセンサーとしての有用性が示された。また、吸収のある物質を載せた場合、さらに大きなSPR波長のシフトや、SPRディップのスプリッティング(強結合)などの現象が観察され、屈折率の実部(Refractive index n)の影響だけでなく、屈折率の虚部(Extinction coefficient k)の影響についても明らかになった。
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