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2020 年度 実施状況報告書

多層膜系の近接場Fano共鳴の光機能化と応用に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K05307
研究機関神戸大学

研究代表者

林 真至  神戸大学, 工学研究科, 名誉教授 (50107348)

研究分担者 藤井 稔  神戸大学, 工学研究科, 教授 (00273798)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードFano共鳴 / 多層膜 / 平面導波路 / 局所電場 / 蛍光分光 / 結合モード
研究実績の概要

現在までの研究で、多層膜系で出現するFano共鳴の根源は、ブロードな共鳴を示す平面導波路内での局所電場がFano共鳴の挙動を示すことにあることが示唆されてきた。通常、導波路内の局所電場の振舞いは、電磁気理論計算によって推測されるのみで、直接実験で観測することはできない。昨年度は、この弱点を克服するため、導波路層に蛍光色素をドープし、導波路内の局所電場によって励起される色素からの発光スペクトルを観測することにより、局所電場を直接的にモニターできることを示した。今年度は、この技術をさらに発展させ実験を継続するとともに、局所電場の振舞いをさらに詳しく理論解析した。その結果、以下のような成果が得られた。
1.蛍光測定による局所電場の直接観察:多層膜系のFano共鳴は、ブロードな導波モードとシャープな導波モードの結合により達成される。2つの導波路に異なる発光波長を持つ蛍光色素をドープし、異なる波長で発光をモニターすることにより、2つの導波路の局所電場を別々に追跡することに成功した。この方法を用いて、モード間結合の強さを系統的に変化させ、Fano挙動の変化、さらには結合モードと局所場との関係性を明らかにすることができた。今回観測された、発光スペクトルの特異な形状は、種々のセンサーや、増強分光等に応用が可能である。
2.導波路層内の電場解析:ブロードな共鳴を示す導波路層内の電場分布を詳細に検討した結果、導波路層内の位置によって異なるFano形状が実現されていることが判明した。さらに、異なるFano形状を層の全体に渡って積分した結果もFano形状になることが分かった。これは、ミクロとマクロ両方のスケールでFano形状が実現されていることを物語っている。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の計画では、蛍光測定による近接場モニターとFano共鳴発光スペクトルの実現、Fano共鳴の光制御の実現を目指していたが、両者ともに今年度までに実現できている。電磁気理論による解析も進展しており、順調に推移していると言える。

今後の研究の推進方策

現在までに得られている成果をさらに深化、精密化させるとともに、新しい試みに挑戦したい。現在までは、角度スキャンATR法を用いて実験を行って来たが、波長スキャンATR測定も導入する。さらに、角度スキャンと波長スキャンを組み合わせることにより、導波モードの分散関係を直接観測することにも挑戦する。これらを通じて、多層膜によるFano共鳴の新たな光機能性をさらに引き出したい。

次年度使用額が生じた理由

当初国内及び国際会議出席のための出張旅費の使用を予定していたが、コロナ感染の世界的拡大のため、会議が中止あるいはオンライン開催となり、支出の必要が無くなった。次年度は、本研究課題の最終年度にあたり、物品費を有効に使用するとともに、コロナ感染が収まっておれば、積極的に国際会議等にも参加し、旅費も使用したい。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Samara National Research University(ロシア連邦)

    • 国名
      ロシア連邦
    • 外国機関名
      Samara National Research University
  • [国際共同研究] MASCIR(モロッコ)

    • 国名
      モロッコ
    • 外国機関名
      MASCIR
  • [雑誌論文] Fano Approximation as a Fast and Effective Way for Estimating Resonance Characteristics of Surface Plasmon Structures2021

    • 著者名/発表者名
      Nesterenko Dmitry V.、Pavelkin Roman、Hayashi Shinji、Sekkat Zouheir、Soifer Victor
    • 雑誌名

      Plasmonics

      巻: 100 ページ: 1~11

    • DOI

      10.1007/s11468-020-01364-8

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Observation of Fano line shape in directional fluorescence emission mediated by coupled planar waveguide modes and interpretation based on Lorentz reciprocity2020

    • 著者名/発表者名
      Kang Byungjun、Motokura Kengo、Fujii Minoru、Nesterenko Dmitry V.、Sekkat Zouheir、Hayashi Shinji
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 10 ページ: 075302~075302

    • DOI

      10.1063/5.0010930

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Simulation of photochemically induced motion of matter in gradient light fields2020

    • 著者名/発表者名
      Nesterenko Dmitry V.、Moujdi Sara、Hayashi Shinji、Sekkat Zouheir
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 127 ページ: 243106~243106

    • DOI

      10.1063/5.0011388

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 結合導波モード局所電場の蛍光を用いた直接観察2021

    • 著者名/発表者名
      本倉健吾、藤井稔、林真至
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [備考] Mesoscopic Materials Research Laboratory

    • URL

      http://www.lab.kobe-u.ac.jp/eng-nano/index.html

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公開日: 2021-12-27  

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