| 研究課題/領域番号 |
18J20276
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
雛本 樹生 神戸大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| キーワード | 紫外プラズモニクス / 光ナノアンテナ / アップコンバージョン |
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| 研究実績の概要 |
可視光を深紫外光に変換するアップコンバージョン材料は，太陽光による殺菌剤や皮膚病治療の紫外光源としての応用が期待されている．本研究では，可視ー紫外アップコンバージョン材料に光ナノアンテナを組み合わせ、ナノフォトニクスの観点から変換効率の向上を狙う。
本年度は，以下の結果を得た．１）通常プラズモニクスの分野で用いられる貴金属材料（金や銀）は，紫外光領域で金属性を失うため，紫外プラズモニクスの知見を適用した新たな光ナノアンテナの開発が必要である．昨年度までに，電磁場シミュレーションを用いて，紫外に共鳴を持つアルミニウムのナノトライアングル構造を設計した．本年度は，実際にこの構造を形成することを試みた．まず，アップコンバージョン材料であるPr3+ドープY2SiO5薄膜上に，ポリスチレン球を単層で最密充填された蒸着マスクを形成した．これにアルミニウムを真空蒸着し，ナノトライアングルを形成した．その吸収スペクトル測定から，表面プラズモン共鳴の特性を測定し，シミュレーションと一致する光学応答が得られるよう，構造をプロセスの最適化を試みている．２）薄膜材料を目標とした上記の研究に対し，より応用の自由度の高いナノ粒子系について，新たなナノアンテナ構造の開発を行った．ナノキャップ構造をロッド状に引き延ばしたElongated nanocap構造が，共鳴波長の制御性が高い複数の共鳴ピークを持つこと等の理由から，アップコンバージョン増強に適した構造であることを示した．３）昨年度に引き続き，発光の指向性を制御するナノアンテナの開発を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
可視－紫外アップコンバージョン薄膜の作製から，アルミニウムナノ構造の形成までおおむね順調に進行している．複合ナノ粒子構造に関しては，様々なナノアンテナ構造について検討し，最も優れた性能を持つ構造を見つけつつある．また，当初の計画にはなかった発光の指向性制御に関しても，昨年度から継続して研究を行っており，有望な成果を得ている．
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画通り，薄膜構造においてアップコンバージョン増強特性の評価とナノアンテナ構造の最適化を行う．電子顕微鏡による構造評価や，光学特性評価の結果をシミュレーションにフィードバックすることで，最大の増強度を得られる構造パラメータを求め，高い変換効率を示す可視－紫外アップコンバージョン薄膜を実現する．
複合ナノ粒子構造に関しては，今年度に引き続き，さらに高性能なナノアンテナを模索する．しかしながら，励起電場増強効果や量子効率の増大によるアップコンバージョン増強については，概ね最適化が完了したと考えている．そのため，更なる効率改善の余地がある指向性の制御に重点を置き，光ナノアンテナの開発を行う．これまでに得た知見から，指向性ナノアンテナとしては，Mie共鳴に由来する電気・磁気双極子モードを持つ誘電体ナノアンテナが適していることが分かっている．指向性を詳細に評価できるFourier plane optical spectroscopyの測定系を立ち上げ，高指向性光ナノアンテナを実現する．最終的には，金属ナノアンテナで増強したアップコンバージョン発光を，誘電体ナノアンテナにより指向性を付与する，金属・誘電体複合ナノアンテナの実現を目標として研究を推進する．
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