単一分子ラマン検出を目指したナノシートプラズモンチップの開発

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18310099
• 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: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 宮崎 英樹 独立行政法人物質・材料研究機構, 量子ドットセンター, 主幹研究員 (10262114)
• 研究分担者: 黒川 要一 独立行政法人物質・材料研究機構, 若手国際研究拠点, 特別研究員 (60421434)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: ナノデバイス造形 / プラズモン増強ラマン散乱

研究概要

何桁にも及ぶラマン散乱増強を制御された形で実現できれば、現在の蛍光標識に頼った生化学分析手法を根本から変革できる可能性がある。本研究では、基板表面上にアレイ化されたナノサイズのプラズモン共振器(幅7~10nm、深さ5~50nm)を作製し、約4000倍のラマン増強を観測した。さらなる最適化により、7桁程度のラマン増強も可能と期待される。また、研究の過程で、ラマン散乱以外にも様々な光学過程が増強されることがわかり、熱放射増強効果を利用した赤外光源を新たに開発した。

研究成果

• [雑誌論文] How Can a Resonant Nanogap Enhance Optical Fields by Many Orders of Magnitude?(invited) (2008)
  • 著者名/発表者名: H. T. Miyazaki and Y. Kurokawa
  • 雑誌名: IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron 14 ページ: 1565-1576
  • 査読あり
• [雑誌論文] 金ナノ構造におけるプラズモン共鳴を利用した赤外熱放射光源の開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 池田賢元, 宮崎英樹
  • 雑誌名: 遠赤外線協会会報 19 ページ: 1-6
• [雑誌論文] hermal emission of two-color polarized infrared waves from integrated plasmon cavities (2008)
  • 著者名/発表者名: H. T. Miyazaki, K. Ikeda, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, T. Kanakugi, M. Okada, K. Hatade, and S. Kitagawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 92 ページ: 141114/1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled thermal emission of polarized infrared waves from arrayed plasmon nanocavities (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ikeda, H. T. Miyazaki, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, T. Kanakugi, M. Okada, K. Hatade, and S. Kitagawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 92 ページ: 021117/1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metal-insulator-metal plasmon nanocavities: Analysis of optical properties (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurokawa and H. T. Miyazaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 75 ページ: 035411/1-13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled plasmon resonance in closed metal/insulator/metal nanocavities (2006)
  • 著者名/発表者名: H. T. Miyazaki and Y. Kurokawa
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 89 ページ: 211126/1-3
  • 査読あり
• [学会発表] ダブルナノシートプラズモン共振器の光学特性の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 江部裕基, 宮崎英樹, 宮崎博司
  • 学会等名: 2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: つくば市・筑波大学
  • 年月日: 20090330-0402
• [学会発表] プラズモンナノ共振器アレイからの直線偏光した赤外光の熱放射 (2009)
  • 著者名/発表者名: 宮崎英樹, 池田賢元, 笠谷岳士, 山本和也, 井上恭明, 藤村佳代子, 金釘知洋, 岡田真, 幡手公英, 北川清一郎
  • 学会等名: 2009年春季第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: つくば市・筑波大学(招待講演)
  • 年月日: 20090330-0402
• [学会発表] Controlled thermal emission of two-color polarized infrared light from arrayed plasmon nanocavities (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ikeda, H. T. Miyazaki, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, and T. Kanakugi
  • 学会等名: SPIE Optics+Photonics 2008: Plasmonics: Nanoimaging, Nanofabrication, and their Applications IV
  • 発表場所: 米国・サンディエゴ・San Diego Convention Center(invited)
  • 年月日: 20080810-14
• [学会発表] Thermal emission of two-colour polarized infrared waves from integrated plasmon cavities (2008)
  • 著者名/発表者名: H. T. Miyazaki, K. Ikeda, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, and T. Kanakugi
  • 学会等名: 2008 Gordon Research Conference on Plasmonics
  • 発表場所: 米国・ニューハンプシャー州・Tilton School
  • 年月日: 20080727-0801
• [学会発表] Controlled Thermal Emission of Infrared Light Based on Engineered Metallic Nanostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: H. T. Miyazaki, K. Ikeda, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, and T. Kanakugi
  • 学会等名: Joint Conferences of the 2nd International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC) and the 1st International Conference on Science and Technology of Solid Surface and Interface (STSI)
  • 発表場所: 千葉市・国際能力開発支援センター(invited)
  • 年月日: 20080530-0601
• [学会発表] 高アスペクトプラズモンナノ共振器アレイの作製 (2008)
  • 著者名/発表者名: 宮崎英樹, 笠谷岳士
  • 学会等名: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋市・日本大学
  • 年月日: 20080327-30
• [学会発表] プラズモンナノ共振器アレイからの直線偏光した赤外光の熱放射(II) : 直交偏光2波長光源を用いた化学分析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 池田賢元, 宮崎英樹, 笠谷岳士, 山本和也, 井上恭明, 藤村佳代子, 金釘知洋, 岡田真, 幡手公英, 北川清一郎
  • 学会等名: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋市・日本大学
  • 年月日: 20080327-30
• [学会発表] プラズモンナノ共振器アレイからの直線偏光した赤外光の熱放射(I) : 基本検証 (2008)
  • 著者名/発表者名: 池田賢元, 宮崎英樹, 笠谷岳士, 山本和也, 井上恭明, 藤村佳代子, 金釘知洋, 岡田真, 幡手公英, 北川清一郎
  • 学会等名: 2008年春季第55回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 船橋市・日本大学
  • 年月日: 20080327-30
• [学会発表] Controlled emission of polarized infrared light by a nano-cavity equipped optical source (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Ikeda, H. T. Miyazaki, T. Kasaya, K. Yamamoto, Y. Inoue, K. Fujimura, T. Kanakugi, M. Okada, and K. Hatade
  • 学会等名: SPIE Photonics West 2008: Quantum Sensing and Nanophotonic Devices V
  • 発表場所: 米国・サンノゼ・San Jose Convention Center
  • 年月日: 20080119-24
• [学会発表] Fabrication of metallic gratings composed of nanocavities for controlled field enhancement (2007)
  • 著者名/発表者名: H. T. Miyazaki and T. Kasaya
  • 学会等名: Surface Plasmon Photonics 3 (SPP3)
  • 発表場所: フランス・ディジョン・Universite de Bourgogne
  • 年月日: 20070617-22
• [学会発表] ナノシートプラズモン共振器アレイの作製 (2007)
  • 著者名/発表者名: 宮崎英樹, 黒川要一
  • 学会等名: 2007年春季第54回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 相模原市・青山学院大学
  • 年月日: 20070327-30
• [学会発表] ナノシートプラズモン共振器におけるエネルギーの流れと電場増強 (2007)
  • 著者名/発表者名: 黒川要一, 宮崎英樹
  • 学会等名: 2007年春季第54回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 相模原市・青山学院大学
  • 年月日: 20070327-30
• [学会発表] ナノシートプラズモン共振器におけるエネルギーの流れと電場増強 (2007)
  • 著者名/発表者名: 黒川要一, 宮崎英樹
  • 学会等名: 日本物理学会2007年春季大会
  • 発表場所: 鹿児島市・鹿児島大学
  • 年月日: 20070318-21
• [学会発表] Development of plasmon-enhanced Raman chips for sensitive detection of biomolecules (2007)
  • 著者名/発表者名: H. T. Miyazaki and Y. Kurokawa
  • 学会等名: 2nd International Advanced Materials Forum for Young Scientists & ICYS Workshop 2007
  • 発表場所: つくば市・物質・材料研究機構,船橋市・日本大学
  • 年月日: 20070219-22,20080327-30
• [学会発表] Development of plasmon-enhanced Raman chips for sensitive detection of biomolecules (2007)
  • 著者名/発表者名: H. T. Miyazaki and Y. Kurokawa
  • 学会等名: 2nd International Advanced Materials Forum for Young Scientists & ICYS Workshop 2007
  • 発表場所: つくば市・物質・材料研究機構
  • 年月日: 20070219-22
• [学会発表] Nanosheet Plasmon Cavities (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurokawa and H. T. Miyazaki
  • 学会等名: NFO-9
  • 発表場所: スイス・ローザンヌ・Swiss Federal Institute of Technology Lausanne
  • 年月日: 20060910-15
• [学会発表] Nanosheet plasmon cavities (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurokawa and H. T. Miyazaki
  • 学会等名: SERS2006
  • 発表場所: 神戸市・関西学院大学
  • 年月日: 20060828-29
• [学会発表] Nanosheet plasmon cavities (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurokawa and H. T. Miyazaki
  • 学会等名: 20th International Conference on Raman Spectroscopy
  • 発表場所: 横浜市・パシフィコ横浜
  • 年月日: 20060820-25
• [学会発表] Nanosheet plasmon cavities (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Kurokawa and H. T. Miyazaki
  • 学会等名: Tsukuba Satellite Symposium on Single Molecule and Tip-enhanced Raman Scattering
  • 発表場所: つくば市・産業技術総合研究所
  • 年月日: 20060817-19
• [学会発表] Nanosheet Plasmon Cavities - A Novel Architecture for Controlled Hot Sites - (2006)
  • 著者名/発表者名: H. T. Miyazaki and Y. Kurokawa
  • 学会等名: 2006 Gordon Research Conference on Plasmonics
  • 発表場所: 米国・ニューハンプシャー州・Keene State College
  • 年月日: 20060723-28
• [学会発表] 反射型ナノシートプラズモン共振器 (2006)
  • 著者名/発表者名: 黒川要一, 宮崎英樹
  • 学会等名: ナノオプティクス研究グループ第15回研究討論会
  • 発表場所: 浜松市・アクトシティ浜松
  • 年月日: 20060720-21
• [備考] 宮崎英樹, 池田賢元, 笠谷岳士, "プラズモン共鳴を利用した新しい赤外光源の開発に成功", NIMS NOW, Vol. 8, No. 7, p. 9 (Jul. 2008)
• [備考] Nature Photonics, "Research Highlights: Plasmonics, Hot Structures", Vol. 2, No. 3, p. 129 (Mar. 2008)
• [備考] Laser Focus World Japan, "NIMS, プラズモン共鳴を利用した新しい赤外光源の開発に成功", 2008年2月号, p. 9 (Feb. 2008)
• [備考] 日刊工業新聞, "金のプラズモン共鳴利用 新赤外光源を開発, 物材機構とナルックス", 2008年1月21日 (科学技術・大学欄)
• [備考] 日経産業新聞, "物材機構 赤外線の波長制御, 民間と組み光源開発 大気分析などに", 2008年1月21日 (先端技術欄)