金属ナノ粒子と希土類イオンの光学的相互作用の解明とアップコンバージョン蛍光の増強

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18J14889
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: GAO YUAN 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2020-03-31
• キーワード: プラズモニックアレイ / ナノ粒子周期アレイ / アップコンバージョン / 自己組織薄膜 / 蛍光増強 / フッ化物ナノ粒子

研究実績の概要

前年度の研究で、粒径の揃ったコアーシェル型フッ化物ナノ結晶粒子の作製に成功するとともに、近赤外光を面内にトラップする金属アルミニウムナノシリンダーアレイの設計と作製に成功した。令和元年度は前述した目的を達成するために、以下の研究を行った。 １．フッ化物コア - シェルナノ粒子のコアおよびシェルの厚さと希土類イオンのドーピング量の関係を最適化し、アップコンバージョンルミネセンス性能を有するナノ粒子を得るための安定な合成経路を決定した２．コアーシェルナノ粒子の単層膜を作製する技術を開発し、金属アルミニウムナノシリンダーアレイ上にナノ粒子を均一に敷き詰めた ３．アレイ内外のコアーシェルナノ粒子膜からのアップコンバージョン発光強度を比較した。アップコンバージョンナノ粒子とアレイの最適化により、100倍以上の増強が得られた。これはアルミニウムを用いた増強の研究におけるチャンピオンデータである。金属ナノ粒子のプラズモン吸収とアップコンバージョン蛍光の関係を実験的に調べることと並行して、計算機を用いた電磁気シミュレーション（ソフトフェアとしてプラズモニクス分野でスタンダードであり、研究室で使用実績のあるCOMSOLを用いる）を行うことで、プラズモニックナノシリンダーアレイの局所構造と増強電場の空間 分布を調査し、アップコンバージョン蛍光の増強メカニズムを明らかにした。 4．得られた研究成果を高水準の研究論文としてまとめ投稿し、国内及び国際会議に積極的に出席・世界の研究者と交流した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

指導教員（田中勝久）が主宰する研究室のホームページ

研究成果

• [雑誌論文] Plasmonic Enhancement of Upconversion Photoluminescence from CaF₂: Er³⁺, Yb³⁺ Nanoparticles on TiN Nanoantennas (2020)
  • 著者名/発表者名: GAO Yuan、MURAI Shunsuke、TAMURA Sayaka、TOMITA Koji、SHINOZAKI Kenji、TANAKA Katsuhisa
  • 雑誌名: Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy 巻: 67 ページ: 140～145
  • DOI: https://doi.org/10.2497/jjspm.67.140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancing upconversion photoluminescence by plasmonic-photonic hybrid mode (2020)
  • 著者名/発表者名: Gao Yuan、Murai Shunsuke、Zhang Feifei、Tamura Sayaka、Tomita Koji、Tanaka Katsuhisa
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 28 ページ: 886～886
  • DOI: https://doi.org/10.1364/OE.379314
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhancement of up- and downconversion photoluminescence from Yb3+, Er3+ co-doped CaF2?nanoparticles deposited on two-dimensional plasmonic arrays (2019)
  • 著者名/発表者名: Gao Yuan、Murai Shunsuke、Tamura Sayaka、Tomita Koji、Tanaka Katsuhisa
  • 雑誌名: Proceedings , Plasmonics IV 巻: Volume 11194 ページ: 111940K
  • DOI: https://doi.org/10.1117/12.2538731
• [雑誌論文] Phase-Selective Distribution of Eu2+ and Eu3+ in Oxide and Fluoride Crystals in Glass-Ceramics for Warm White-Light-Emitting Diodes (2019)
  • 著者名/発表者名: Gao Yuan、Murai Shunsuke、Shinozaki Kenji、Qiu Jianbei、Tanaka Katsuhisa
  • 雑誌名: ACS Applied Electronic Materials 巻: 1 ページ: 961～971
  • DOI: https://doi.org/10.1021/acsaelm.9b00129
  • 査読あり
• [学会発表] Nd3+-Sensitized Up-conversion Nanophosphors on Plasmonic Periodic Arrays for Highly Efficient Luminescence (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuan Gao，Shusuke Murai , Kenji Shinozaki, Katsuhisa Tanaka
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Warm white light-emitting-diode (LED) comprising ultraviolet LED and glass-ceramics phosphor containing Eu2+ and Eu3+ (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuan GAO, Shunsuke MURAI, Kenji SHINOZAKI, Katsuhisa TANAKA
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会2019年度春季大会（第123回講演大会）
• [学会発表] Glass-Ceramics with Eu2+/Eu3+ Selective Distribution in Oxide/Fluoride Crystalline Phases for UV-Pumped Warm White Light-Emitting Diodes (2019)
  • 著者名/発表者名: 〇Yuan Gao, Shunsuke Murai, Katsuhisa Tanaka , Kenji Shinozaki
  • 学会等名: The 13th Pacific Rim Conference of Ceramics Societies
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of upconversion photoluminescence using two-dimensional plasmonic arrays (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuan Gao, Shunsuke Murai, Katsuhisa Tanaka, Sayaka Tamura, Koji Tomita
  • 学会等名: 第２回 先端ナノミクス若手研究者交流会
• [学会発表] Plasmonic Enhancement of Up-conversion Luminescence by Aluminum Nanocylinder Arrays (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuan Gao, Shunsuke Murai, Katsuhisa Tanaka, Sayaka Tamura, Koji Tomita
  • 学会等名: SPIE/COS Photonics Asia 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of upconversion photoluminescence using two-dimensional plasmonic arrays (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuan Gao, Shunsuke Murai, Katsuhisa Tanaka, Sayaka Tamura, Koji Tomita
  • 学会等名: OEMN 2019 Workshop on Optofluidics and Electrokinetics in Micro and Nanoscale Devices
  • 国際学会
• [学会発表] Plasmonic Enhancement of Up-conversion Luminescence by Aluminum Nanocylinder Arrays (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuan Gao, Shunsuke Murai, Katsuhisa Tanaka, Sayaka Tamura, Koji Tomita
  • 学会等名: 令和元年度 第 3 回半導体エレクトロニクス部門委員会 第 2 回研究会 令和元年度 第 2 回ナノ材料部門委員会 第 1 回研究会
• [学会発表] Simultaneous Enhancement of Up- and Down-conversion Emission via Plasmonic Structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuan GAO, Shunsuke MURAI, Sayaka TAMURA, Koji TOMITA, Katsuhisa TANAKA
  • 学会等名: 第36回日韓国際セラミックスセミナー
  • 国際学会
• [学会発表] A Novel Luminescence Glass-Ceramics with Eu2+/Eu3+ Selective Distribution for UV-Pumped Warm White Light-Emitting Diodes (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuan Gao，Shusuke Murai , Kenji Shinozaki, Katsuhisa Tanaka
  • 学会等名: 第60回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
• [備考] 京都大学 田中勝久研究室
  • URL: http://dipole7.kuic.kyoto-u.ac.jp/