シリコンナノフォトニクスとプラズモニクスの融合による新奇フォトニクス材料の創製

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18310070
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノ構造科学
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 藤井 稔 神戸大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (00273798)
• 研究分担者: 林 真至 神戸大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50107348) ; 森脇 和幸 神戸大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (50322194)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: ナノ構造物性

研究概要

「Siナノフォトニクス」と「プラズモニクス」を融合し、新しいナノ複合光学材料を実現することを目的に研究を行った。Si系発光材料に及ぼす金属表面や金属ナノ構造の影響について包括的な研究を行った結果、金属ナノ構造によりSi系発光材料の特性を大きく変化させることができるだけではなく、Siナノ結晶から希土類イオンへのエネルギー移動レートを制御できる可能性があることが明らかになった。また、表面プラズモン励起がアップコンバージョン発光増強に有効であることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Energy TransferProcesses in Er-doped SiO_2 Sensitizedwith Si Nanocrystals (2008)
  • 著者名/発表者名: Ignacio, Izeddin, Dolf, Timmerman, Tom, Gregorkiewicz, A. S., Moskalenko, A. A., Prokofiev, Irena, N., Yassievich and Minoru, Fujii
  • 雑誌名: Physical Review B 78 ページ: 035327-1-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescence Properties of SiNanocrystals near Rough Au Films (2008)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki, Ishikura, Minoru, Fujii, Masaki, Inui and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: Transactions of the Materials ResearchSociety of Japan 33 ページ: 141-144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of Upconversion Luminescence of ErDoped Al_2O_3 Films by Ag Island Films (2008)
  • 著者名/発表者名: NTakeho, Aisaka, Minoru, Fujii and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 90 ページ: 132105-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy Transfer from SiNanocrystals to Er Ions near a MetalLayer (2008)
  • 著者名/発表者名: Minoru, Fujii, Toshihiro, Nakamura, Satoru, Miura, Masaki, Inui and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: Physica Status Solidi (a) 205 ページ: 47-51
  • 査読あり
• [雑誌論文] Luminescence Properties ofEr and Si Nanoparticles Co-dopedAluminum Silicate Thin Films (2007)
  • 著者名/発表者名: Kimihisa, Matsumoto, Eiji, Takeda, Kenji, Imakita, Minoru, Fujii and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: Transactions of the Materials ResearchSociety of Japan 32 ページ: 411-443
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spontaneous Emission Rateof Si Nanocrystals on Thin Au Film (2007)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro, Nakamura, Minoru, Fujii, Satoru, Miura, Masaki, Inui and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 46 ページ: 6498-6502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of Photoluminescence from Excitons inSilicon Nanocrystals via Coupling to Surface Plasmon Polaritons (2007)
  • 著者名/発表者名: Eiji, Takeda, Minoru, Fujii, Toshihiro, Nakamura, Yugo, Mochizuki and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: Journal ofApplied Physics 102 ページ: 023506-1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoluminescencefrom Si Nanocrystals Embedded inIn_2O_3/SiO_2 Glass Thin Films (2007)
  • 著者名/発表者名: Kimihisa, Matsumoto, Minoru, Fujii and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: JapaneseJournal of Applied Physics 46 ページ: 1779-1782
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanosecond Dynamics of the Near-Infrared Photoluminescence of Er-Doped SiO2Sensitized with Si Nanocrystals (2006)
  • 著者名/発表者名: Ignacio, Izeddin, A.S., Moskalenko, Irena, N., Yassievich, Minoru, Fujii and Tom, Gregorkiewicz
  • 雑誌名: Physical Review Letters 97 ページ: 207401-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface Plasmon PolaritonMediated Photoluminescence fromExcitons in Silicon Nanocrystals (2006)
  • 著者名/発表者名: Eiji, Takeda, Toshihiro, Nakamura, Minoru, Fujii, Satoru, Miura, and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 89 ページ: 101907-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement ofRadiative Recombination Rate ofExcitons in Si Nanocrystals on Au Film (2006)
  • 著者名/発表者名: Kenji, Imakita, Minoru, Fujii, Toshihiro, Nakamura, Satoru, Miura, Eiji, Takeda and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 45 ページ: 6132-6136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement and Suppression of Energy Transfer from Si Nanocrystals to Er Ions through a Control of the Photonic Mode Density (2006)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro, Nakamura, Minoru, Fujii, Satoru, Miura, Masaki Inui and ShinjiHayashi
  • 雑誌名: Physical Review B 74 ページ: 045302-1-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Size Dependence of Photoluminescence Quantum Efficiency of Si Nanocrystals (2006)
  • 著者名/発表者名: Satoru, Miura, Toshihiro, Nakamura, Minoru, Fujii, Masaki, Inui and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: Physical Review B 73 ページ: 245333-1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement ofUpconversion Luminescence from ErDoped Al_2O_3 Films by a Thin Metal Layer
  • 著者名/発表者名: Toshihiro, Nakamura, Minoru, Fujii, Yoshiko, Usui, Takeho, Aisaka and Shinji, Hayashi
  • 雑誌名: Electrochemical Society(ECS)Transactions
  • 査読あり
• [学会発表] [Invited talk] (2008)
  • 著者名/発表者名: Minoru, Fujii
  • 学会等名: Sensitization of Er<3+> by Si nanocrystalsin Er and Si nanocrystals co-dopedSiO_2, Pacific Rim Meeting onElectrochemical and Solid-StateScience
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii (USA)
  • 年月日: 20081012-17
• [学会発表] [Invited talk] (2008)
  • 著者名/発表者名: Minoru, Fujii
  • 学会等名: OpticalProperties of Si Nanocrystals, TheFifth International Workshop onActive-Matrix FlatPanel Displays andDevices (AM-FPD 08)-TFTTechnologies and FPD Materials, S-2
  • 発表場所: Tokyo (Japan)
  • 年月日: 20080702-04
• [学会発表] [Key talk][Invited talk] (2008)
  • 著者名/発表者名: Minoru, Fujii
  • 学会等名: Sensitization of Er^<3+> in SiO_2 by SiNanocrystals, Sensitized Er dopedwaveguide amplifier/laser (SEDWAL)Workshop 2008
  • 発表場所: Levico Terme-Trento(Italy)
  • 年月日: 20080413-15
• [学会発表] Roughnessを持つ金薄膜近傍におけるSiナノ結晶の発光特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石倉伸幸、藤井稔、乾真規、林真至
  • 学会等名: 第18回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 日本大学
  • 年月日: 20071207-09
• [学会発表] [Invited Talk] (2007)
  • 著者名/発表者名: Minoru, Fujii
  • 学会等名: Photoluminescence Properties ofSilicon Nanocrystals near a Metal ThinFilm, 2007 (MRS) fall meeting, GG. 5.1
  • 発表場所: Boston(USA)
  • 年月日: 20071125-30
• [学会発表] 表面プラズモン励起によるEr<3+>のアップコンバージョン発光の増強 (2007)
  • 著者名/発表者名: 相坂武穂, 藤井稔, 林真至
  • 学会等名: 2007年秋季第68回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道工業大学
  • 年月日: 20070904-08
• [学会発表] [Invited talk] (2007)
  • 著者名/発表者名: 藤井稔、中村俊博、武田英治、三浦智、乾真規、望月有吾、石倉伸幸、林真至
  • 学会等名: 表面プラズモンポラリトン励起によるシリコンナノ結晶の発光増強, ナノオプティクス研究グループ第16回研究討論会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 20070713-14
• [学会発表] 表面プラズモンポラリトン励起によるSiナノ結晶の発光増強 (2007)
  • 著者名/発表者名: 望月有吾, 武田英治, 中村俊博, 藤井稔, 林真至
  • 学会等名: 第54回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 青山学院大学
  • 年月日: 20070327-30
• [学会発表] 金属薄膜近傍におけるシリコンナノ結晶の発光特性, 神戸大学連携創造本部先端研究推進部門 (2007)
  • 著者名/発表者名: 藤井稔
  • 学会等名: 2007年度第5回ナノ・フォトニクス技術セミナー@VBL, 「有機-無機, 金属-半導体複合ナノ構造物質の新奇物性及び機能」
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2007-07-26
• [学会発表] [Invited talk] (2007)
  • 著者名/発表者名: 藤井稔
  • 学会等名: 希土類ドープシリコンナノ結晶, 量子エレクトロニクス研究会"シリコンフォトニクス
  • 発表場所: 上智大学軽井沢セミナーハウス
  • 年月日: 2007-01-16
• [学会発表] Measurement of the Quantum Efficiency of Silicon Nanocrystals through a Controlled Photonic Mode Density (2006)
  • 著者名/発表者名: 三浦智, 藤井稔, 中村俊博, 乾真規, 林真至
  • 学会等名: 第17回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 日本大学(第17回日本MRS学術シンポジウム奨励賞受賞)
  • 年月日: 20061208-10
• [学会発表] Luminescence Properties of Erand Si nanoparticles Co-dopedAluminum Silicate Thin Film (2006)
  • 著者名/発表者名: 松本公久, 武田英治, 今北健二, 藤井稔, 林真至
  • 学会等名: 第17回日本MRS 学術シンポジウム
  • 発表場所: 日本大学
  • 年月日: 20061208-10
• [学会発表] Siナノ結晶の発光量子効率 (2006)
  • 著者名/発表者名: 乾真規, 三浦智, 中村俊博, 藤井稔, 林真至
  • 学会等名: 第17回光物性研究会
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 20061208-09
• [学会発表] [Invited Talk] (2006)
  • 著者名/発表者名: Minoru, Fujii and Shinji, Hayashi
  • 学会等名: PhotoluminescenceProperties of Impurity-doped SiNanocrystals, 2nd Workshop onImpurity Based ElectroluminescentDevices and Materials, T-12
  • 発表場所: Wakayama (Japan)
  • 年月日: 20061017-20
• [学会発表] 金薄膜近傍におけるErイオンのアップコンバージョン発光の増強に関する研究 (2006)
  • 著者名/発表者名: 相坂武穂, 碓井佳子, 藤井稔, 林真至
  • 学会等名: 日本物理学会2006年秋季大会
  • 発表場所: 千葉大学
  • 年月日: 20060923-0926
• [学会発表] Surface Plasmon PolaritonMediated Photoluminescence fromExcitons in Silicon Nanocrystals (2006)
  • 著者名/発表者名: Eiji, Takeda, Toshihiro, Nakamura, Minoru, Fujii, Satoru, Miura and Shinji, Hayashi
  • 学会等名: 9th International Conference on Near-fieldOptics, Nanophotonics & RelatedTechniques, Tu2-4
  • 発表場所: Lausanne (Switzerland)
  • 年月日: 20060910-15
• [学会発表] [Invited Talk] (2006)
  • 著者名/発表者名: 藤井稔, 林真至
  • 学会等名: シリコンナノ結晶の発光特性と光増感作用, "第67回応用物理学会学術講演会, シンポジウム"微小球フォトエレクトロニクスの新展開"
  • 発表場所: 立命館大学
  • 年月日: 20060829-0901
• [学会発表] 金薄膜近傍におけるErのアップコンバージョン発光増強 (2006)
  • 著者名/発表者名: 碓井佳子, 中村俊博, 相坂武穂, 藤井稔, 林真至
  • 学会等名: 第67回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 立命館大学
  • 年月日: 20060829-0901
• [学会発表] [Invited Talk] (2006)
  • 著者名/発表者名: Minoru, Fujii
  • 学会等名: Modification of LuminescenceProperties of Er Doped Si Nanocrystalsnear a Metal Thin Film, Int. Workshopon Nanostructured Materials(Nanomat) 2006
  • 発表場所: Antalya (Turkey)
  • 年月日: 20060621-23
• [学会発表] Photoluminescence of Erbium DopedStructures of Silicon Nanocrystalsunder Strong Optical Excitation (2006)
  • 著者名/発表者名: V. Yu., Timoshenko, D. M., Zhigunov, O.A., Shalygina, D. A., Palenov, P. K., Kashkarov, R. J., Zhang and M., Zacharias, M., Fujii and S., Hayashi
  • 学会等名: E-MRS spring meeting, D S13 04
  • 発表場所: Nice (France)
  • 年月日: 20060529-0604
• [学会発表] Size Dependence ofPhotoluminescence QuantumEfficiency of Si Nanocrystals (2006)
  • 著者名/発表者名: Satoru, Miura, Minoru, Fujii, Toshihiro, Nakamura, Masaki, Inui and Shinji, Hayashi
  • 学会等名: E-MRSspring meetingD S10 03
  • 発表場所: Nice (France)
  • 年月日: 20060529-0604
• [学会発表] Auger Process ofLuminescence Quenching in Er-DopedSi Nanocrystals (2006)
  • 著者名/発表者名: Ignacio, Izeddin, Minoru, Fujii and Tom, Gregorkiewicz
  • 学会等名: E-MRS springmeetingD S9 04
  • 発表場所: Nice (France)
  • 年月日: 20060529-0604
• [学会発表] Modification of EnergyTransfer from Si Nanocrystals to ErIons near a Au Layer - WavelengthDependence (2006)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro, Nakamura, Minoru, Fujii, Satoru, Miura, Masaki, Inui and Shinji, Hayashi
  • 学会等名: E-MRS spring meeting, DS7 03
  • 発表場所: Nice (France)
  • 年月日: 20060529-0604
• [学会発表] The Missing Er Ions : Time-Rresolved Photoluminescence ofSiO2 : Er Sensitized with SiNanocrystals (2006)
  • 著者名/発表者名: Ignacio, Izeddin, Minoru, Fujii and Tom, Gregorkiewicz
  • 学会等名: European MRS (E-MRS)spring meeting, C 11 07
  • 発表場所: Nice (France)
  • 年月日: 20060529-0604
• [学会発表] [Invited Talk] (2006)
  • 著者名/発表者名: Minoru, Fujii
  • 学会等名: SiliconDioxide Films Containing SiliconNanocrystals and Er Ions -Modificationof Spontaneous Emission Rate andEnergy Transfer Rate by Metal ThinFilms, 2006 Materials ResearchSociety(MRS)Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco(USA).
  • 年月日: 20060418-20
• [学会発表] ナノシリコン (2006)
  • 著者名/発表者名: 藤井稔
  • 学会等名: 第9回「KOBE工学サミット」
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2006-12-01