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近年、ナノメートルサイズの構造を有する様々な物質の研究が盛んに行われている。半導体は、ナノ粒子にすると量子効果が顕著となり、発光波長の大きなシフトや発光効率の増大が観測される。金属ナノ粒子には、自由電子の集団運動が局在化した局在型表面プラズモンが生成され、それにより周囲の電磁場が大きく増大し、金属ナノ粒子に近接する物質のラマン散乱強度や発光強度が大きく変化することが最近の研究でわかってきた。しかし、発光強度は増大と減少の両方の報告があり、表面プラズモンの光学特性に及ぼす影響について統一的な理解が求められている。本研究では、金属・半導体ナノ粒子複合単層膜を作製し、ラマン散乱と発光を同時測定することにより、上述の系統的な理解を目指した。
金属・半導体ナノ粒子数密度比の異なる様々な複合単層膜を作製し、透過電子顕微鏡観察により評価した。その結果、ほぼ最密充填した均一分散複合単層膜の作製に成功した。ナノ粒子数密度比を容易に変えられることから、系統的な研究に適した試料が得られた。吸収スペクトル測定により、半導体ナノ粒子の発光波長と金属プラズモンの吸収波長が重なっており、相互作用が期待できる試料であることを確認した。ラマン散乱と発光の同時測定を行い、その強度のナノ粒子数密度比依存性を詳細に調べた。同時測定を行うことで、試料の同一場所を同一励起波長、同一励起強度で観測でき、それらの比較を容易にした。その結果、金属ナノ粒子数密度の増加に伴い、ラマン散乱は若干の増強効果が観測された。一方、発光強度は桁違いに減少することを発見した。さらに発光ダイナミクスを測定し、その機構について考察した。本試料では、局所的電場増強効果と比較して半導体から金属ナノ粒子へのエネルギー移動効果が非常に大きいということが明らかとなった。また、ラマン散乱と発光の同時測定法が本研究に非常に有効であることを示した。
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