| 研究課題/領域番号 |
18K04872
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
坂口 紀史 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70344489)
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| 研究分担者 |
國貞 雄治 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00591075)
松尾 保孝 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (90374652)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 表面プラズモン / STEM-EELS / ナノギャップ |
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| 研究実績の概要 |
本年度も引き続き金属平板間における表面プラズモン共鳴（SPR）の相互作用に関する評価を実施した。金属としてAgを選定し、前年度と同様の方法を用いてSi基板上にAg/SiO2/Ag膜ならびにAg/Al2O3/Ag膜を成膜し、FIBにて断面サンプルを作製することで、これを平行金属板とみなした。SiO2およびAl2O3層の厚みを変えたサンプルを複数作製し、平板間距離とSPR相互作用の関係をSTEM-EELSにより実測した。くわえて、Ag膜間にSiO2とAl2O3膜を同時に挟んだAg/SiO2/Al2O3/Ag膜も成膜した。すべてのサンプルにおいて、単一Ag平板/誘電体界面に励起されるSPR共鳴エネルギーよりも高エネルギー側に共鳴ピークが現れることが分かった。Al2O3とSiO2を挟んだサンプルを比較した場合、より屈折率の大きなAg/Al2O3/Ag膜においてSPR共鳴エネルギーは低下した。また、どちらにサンプルについても平板間距離が狭くなるほどそのエネルギーは上昇することが明らかとなった。離散双極子近似（DDA）を用いたシミュレーションからも同様の結果を得た。一方、異なる誘電体を並べたAg/SiO2/Al2O3/Ag膜について、SPR共鳴エネルギーはAg/SiO2単一界面あるいはAg/Al2O3/Agギャップにおけるエネルギーに近い値を示した。二つの界面におけるSPPの分散関係は異なることより、その相互作用は複雑であることが示唆される。
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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
本年度の研究はおおむね順調に進んでいる。金属平板の作製については、昨年同様にAg/誘電体/Ag膜からなる多層膜を成膜し、これをFIB加工で断面試料に加工した。誘電体膜を真空と見立ててSTEM-EELS分析することで、Ag表面におけるコンタミネーションの発生を完全に抑制することができ、正確な共鳴エネルギーと平板間距離との関係を明らかにすることができた。また、異なる屈折率の誘電体を用いることで共鳴エネルギーをシフトさせて同様の測定を繰り返すことで、共鳴エネルギーと平板間距離とのユニバーサルな関係を得ることができた。さらにMIM導波路への応用を考えた場合、本研究で得られた結果はプラズモニクス導波路の基礎的な特性を考えるうえで極めて重要となる。また、DDAシミュレーションについては、実在金属の誘電率と誘電体の屈折率を用いた計算を実施することでSPR相互作用の金属種による違いを明らかにすることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在まで、反結合的なSPR相互作用を実測することに成功し、異なるSPR共鳴エネルギーを示す金属/誘電体/金属ギャップにおいて、平板間距離の関数としてSPR共鳴エネルギーを求めることに成功した。一方、平板間に発生する結合的なSPR相互作用を実測するにはなお至っていない。現在はDDAシミュレーションを用いて結合的な相互作用を測定するためのサンプル形状の検討を進めており、その結果をもとに実際のサンプル作製を進めていく。さらに、金属平板間に二層の異なる誘電体を挟むことで特異なSP相互作用が現れることが示された。現在用いているDDAシミュレーション計算コードはこのような構造に対応していないので、今後はコードの改良を進めるとともに、異種金属平板間の相互作用についても検討を進めていく。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度末に出席を予定していた学会がコロナウィルスのため中止となり、旅費に差額が生じた。さらに、本年度のサンプル作製において、当初予定していたMBEではなくCVD/スパッタ成膜したので差額が生じた。翌年度はより精細な形状のサンプル作製を試みるため、本年度の未使用額を次年度の試料作製費（主としてMBE成膜）に充てることにする。
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