| 研究課題/領域番号 |
18K04942
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| 研究機関 | 大阪市立大学 |
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研究代表者 |
渋田 昌弘 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 特任講師 (70596684)
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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 / 光電子顕微鏡 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では金属/誘電体の界面を伝搬する伝搬型表面プラズモンポラリトン(以下、表面プラズモン)を可視化し、これを高度に制御することで光エネルギーの高効率利用や高密度・高速な情報通信デバイスを創成する基盤を得ることを目的としている。現在までにフェムト秒超短パルスレーザーと光電子放射顕微鏡を組み合わせた独自の装置を構築しこの研究課題に取り組んできた。昨年度に見出した、観測対象とする試料への銀ナノクラスター蒸着による表面プラズモンのイメージング増感について、今年度はその増感機構を明らかにするために銀ナノクラスターのサイズが増感に及ぼす影響や、金クラスター蒸着の場合との比較などの実験検討を進めるとともに、蓄積された画像データを解析した。
さらに、イメージングの増感機構をより詳細に調べるために、フェムト秒超短パルスレーザーにより放出される光電子の運動エネルギー分布（光電子分光）を蒸着する銀ナノクラスターのサイズ毎に詳しく調べた。その結果、銀ナノクラスターを構成する銀原子の数が一定数以上になると局在型表面プラズモン共鳴により光電子量が大幅に増大し、増感作用が現れることを明らかにした。また検証実験として、金ナノクラスター蒸着では用いている光の波長領域において局在型表面プラズモン共鳴が起こらないために光電子量が増大しないことを確認した。
上記の一連の成果は、表面プラズモンのイメージングを増感剤の工夫により汎用性の高い光学顕微鏡で可能にできることを示すものであり、本年度1月の異動後は前所属機関で蓄積した光電子顕微画像の解析とともに、光学顕微鏡を用いた表面プラズモンイメージングシステムを構築している。
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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
本年度までに得たような、銀ナノクラスターが表面プラズモンのイメージング増感剤として機能する起源は、近年盛んに研究が進められているナノクラスターを用いた光電変換機能の増強機構そのものである。従って上記の成果は物理現象を可視化する技術革新に止まらず、表面プラズモンを用いた先進デバイスの設計指針を得るきっかけになりうる。
本年度1月の異動により光電子放射顕微装置を定常的に利用できる環境ではなくなったが、異動先において新たに構築したフェムト秒レーザーシステムと、光学顕微鏡を組み合わせた簡便な表面プラズモンイメージングの研究に着手している。当初の計画とは検出する物理現象が異なるものの、イメージングの原理は同じであるため、汎用性の高い光学顕微鏡を用いた汎用性の高い表面プラズモンの可視化技術開発という視点が研究に加わり新たな研究成果の芽を生み出している。
光電子放射顕微鏡により得た蓄積データの解析は引き続き可能であり、必要に応じて前所属先での光電子放射顕微鏡も利用可能である。上記のような状況から本研究課題は概ね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度である次年度は、これまでに得た光電子顕微鏡によるデータ解析を進めるとともに、異動先において光学顕微鏡を用いた表面プラズモンの精密イメージングを進める。光学顕微鏡による表面プラズモンの可視化原理は光電子放射顕微鏡によるものと同じであり、検出対象が光電子か光かという点だけが異なる。従って異動先での研究は、フェムト秒レーザー光源の特性を巧みに利用した表面プラズモンの高精度イメージングという本研究課題のテーマに沿った発展研究として位置づけられる。
表面プラズモンは無輻射で伝搬・減衰するため、光学顕微鏡による表面プラズモンのイメージングは困難であることが一般的であるが、本年度までに得た増感剤を用いた高感度化の原理を応用することによりこの課題の解決を図りつつ、本研究課題を推進する。
一方で事前の打ち合わせにより前所属機関でも引き続き光電子顕微鏡を利用できるため、検証実験などを必要状況に応じて進め、成果の取りまとめを行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
異動前の準備、異動後の研究室立ち上げにより本研究計画で行うべき実験を一時中断したため、次年度使用額が生じた。翌年度は当該請求分と合わせて、光学部品や試料などの消耗品の購入に充当し、研究を推進する。
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| 備考 |
現所属：大阪市立大学工学研究科ナノマテリアル工学研究室(令和2年1月～)
前所属：慶應義塾大学理工学部化学科(～令和1年12月)
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