• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2022 年度 実施状況報告書

禁制モードの時間特性を利用した高効率な光アンテナの実現

研究課題

研究課題/領域番号 22K14641
研究機関北海道大学

研究代表者

今枝 佳祐  北海道大学, 理学研究院, 助教 (30754717)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード金属ナノ構造 / プラズモン / 時間分解計測
研究実績の概要

金属ナノ構造による時間的な光閉じ込め効果の向上を図るために,周期配列金属ナノ構造および金属ナノ構造とフォトニック結晶とのカップリング系をそれぞれ構築した。時間分解計測から,これらのカップリング系において,長寿命なプラズモン共鳴が選択的に励起できることを明らかにした。また,電磁気学計算により近接場強度を見積もった結果,プラズモン位相緩和時間が長くなるに従い,近接場増強度も向上することがわかった。この成果は,カップリング系を用いて長寿命なプラズモン共鳴を励起することで,金属ナノ構造の時間的な光捕集機能が向上させ,単体の金属ナノ構造よりも強い近接場を誘起できることを示している。特に,フォトニック結晶と金属ナノ構造をカップリングさせた系においては,フォトニック結晶バンド付近においてスペクトル的にシャープな近接場増強が確認でき,金属ナノ構造においてQ値の大きな近接場を誘起できることが明らかとなった。
また,遷移金属ダイカルコゲナイドと金属ナノ構造のカップリング系についても研究を行った。セレン化モリブデンと金属ナノ構造をカップリングさせると,プラズモン共鳴スペクトルに変調が生じ,共鳴スペクトル幅が短くなる現象が見出された。これは,セレン化モリブデンのエキシトンとプラズモン共鳴が相互作用することで,光学禁制なプラズモンモードが励起されたことを示唆している。このセレン化モリブデンと金属ナノ構造の電磁気学的な相互作用を利用することで,長寿命な禁制プラズモンモードが励起でき,近接場光増強を向上させることができると期待される。これを検証するために,遷移金属ダイカルコゲナイドと金属ナノ構造のカップリング系においてプラズモン位相緩和時間測定および近接場スペクトル測定を進めていく計画である。

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

昨年度は,超高速時間分解計測および非線形分光計測を駆使することで,金属ナノ構造カップリング系におけるプラズモンの位相緩和過程および近接場スペクトル特性を究明する研究に取り組んできた。金属ナノ構造の周期配列構造では,遠方場カップリングにより配列周期に依存してプラズモン共鳴スペクトルが顕著に変化すること,さらにプラズモンの位相緩和時間をピッチサイズにより制御できることを明らかにした。これらの実験結果は,電磁気学計算の結果ともよく一致しており,遠方場カップリングがプラズモンの緩和ダイナミクスおよび近接場スペクトル特性に与える影響を解明することに成功している。また,フォトニック結晶とのカップリング系においても,近接場スペクトル特性とプラズモン位相緩和特性を計測することができており,フォトニック結晶との相互作用によりプラズモンの時間応答が大きく変調され,非常に強い近接場増強が誘起されることが明らかにした。これらの成果は,本研究の目的である長寿命なプラズモン共鳴により,時間領域から金属ナノ構造の光捕集機能を向上させることが可能であることを示すものである。以上のように,当初の計画通りに時間的な光捕集機能の向上が達成できていることから,本研究はおおむね順調に進展していると判断している。

今後の研究の推進方策

本研究では,金属ナノ構造に励起されるプラズモンの時間特性を理解・制御することで,時間領域から光捕集機能の向上を図ること目的としている。昨年度は,金属ナノ構造のカップリング系を構築することでプラズモンの位相緩和時間を延ばし,より強い近接場を誘起する研究を推進してきた。これらの研究では,金属ナノ構造の光学許容なモードに注目し,その位相緩和時間の向上を図ることに注力していた。本年度は,金属ナノ構造の光学禁制なプラズモンモードに注目し,その時間特性を利用することで更なる近接場増強を実現することを目指す。これを達成するために,遷移金属ダイカルコゲナイド層状物質と金属ナノ構造のカップリング系を研究対象とする。このカップリング系では,エキシトンとプラズモンの相互作用により禁制なプラズモンモードが励起されることを示唆する結果が得られている。この禁制モードの基礎的な光学特性を究明するために,再現性の高いカップリング系の作製方法を確立するとともに,金属ナノ構造と遷移金属ダイカルコゲナイドとの結合状態を定量的に評価することを目指す。さらに,金属ナノ構造と遷移金属ダイカルコゲナイドの結合状態に応じて,プラズモンの禁制モードの励起確率や近接場増強度がどのように変化するかを系統的に検証する。これらの研究から,高効率な光捕集機能を実現するための基礎的な指針を得る計画である。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 12件)

  • [雑誌論文] Nanoscopic Imaging of Photonic Modes Excited in Square-Shaped Perylene Microcrystals2023

    • 著者名/発表者名
      Imaeda Keisuke、Imura Kohei
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 127 ページ: 4665~4671

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c00271

    • 査読あり
  • [学会発表] 結合系プラズモニック構造におけるコヒーレントフォノン計測2022

    • 著者名/発表者名
      志釜優斗, 牛越新波, 高橋祐輔, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
  • [学会発表] プラズモンナノ構造を内蔵したマイクロ流路デバイスの創製と評価2022

    • 著者名/発表者名
      井上素良, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
  • [学会発表] 遠方場カップリングを利用したプラズモン光電場の制御2022

    • 著者名/発表者名
      今枝佳祐,岳 俊峰, 武内浩輝, 上野貢生
    • 学会等名
      日本分析化学会第71年会
  • [学会発表] プラズモン-共振器結合系を利用した光増強場の構築2022

    • 著者名/発表者名
      宮﨑 凜, 志釜優斗, 武内浩輝, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      日本分析化学会第71年会
  • [学会発表] コヒーレント音響フォノンを用いたセンシング技術の開発2022

    • 著者名/発表者名
      志釜優斗, 牛越新波, 宮﨑 凜, 高橋佑輔, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野 貢生
    • 学会等名
      日本分析化学会第71年会
  • [学会発表] 金属ナノ構造を用いたプラズモン誘起光反応のダイナミクス2022

    • 著者名/発表者名
      福本雄真, 許 殷豪, 豊岡若菜, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
  • [学会発表] ナノギャップへの蛍光分子の選択的配置とその分光特性2022

    • 著者名/発表者名
      加藤宏孝, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
  • [学会発表] 励起子-プラズモン強結合系の近接場分光特性と超高速ダイナミクス2022

    • 著者名/発表者名
      武内浩輝, 志釜優斗, 今枝佳祐, 龍崎 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
  • [学会発表] 金ナノ粒子-遷移金属ダイカルコゲナイド結合系の分光特性2022

    • 著者名/発表者名
      黒澤広大, 坂本ひより, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
  • [学会発表] 金ナノ構造-遷移金属ダイカルコゲナイド結合系の非線形分光計測2022

    • 著者名/発表者名
      髙橋 彩, 坂本ひより, 黒澤広大, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
  • [学会発表] Au/遷移金属ダイカルコゲナイドナノ構造体の発光特性2022

    • 著者名/発表者名
      坂本ひより, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
  • [学会発表] グラフェンプラズモニックナノ構造の創製と分光特性2022

    • 著者名/発表者名
      野本直也, 秋葉千明, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
  • [学会発表] Near-field spectral properties and ultrafast dynamics of coupled plasmonic nanostructures2022

    • 著者名/発表者名
      H. Takeuchi, J. Yue, K. Imaeda, K. Ueno
    • 学会等名
      The 15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO Pacific Rim, CLEO-PR 2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Coherent phonon measurements on plasmon-molecule coupling systems2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Shikama, S. Ushikoshi, Y. Takahashi, Y. Sun, K. Imaeda, S. Ryuzaki, K. Ueno
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and spectral properties of Au nanoparticles-loaded transition metal dichalcogenide compounds2022

    • 著者名/発表者名
      K. Kurosawa, Y. Sun, K. Imaeda, S. Ryuzaki, K. Ueno
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of plasmon-functionalized microreactor systems2022

    • 著者名/発表者名
      S. Inoue, Y. Sun, K. Imaeda, S. Ryuzaki, K. Ueno
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and spectral properties of graphene plasmonic nanostructures in the mid-infrared region2022

    • 著者名/発表者名
      N. Nomoto, Y. Sun, K. Imaeda, S. Ryuzaki, K. Ueno
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] K. Imaeda, J. Yue, H. Takeuchi, K. Ueno2022

    • 著者名/発表者名
      Control of near-field enhancement effect induced on the periodically arrayed plasmonic nanostructures
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Nonlinear spectroscopy of coupled plasmonic nanostructures2022

    • 著者名/発表者名
      A. Takahashi, H. Sakamoto, H. Takeuchi, Y. Sun, K. Imaeda, S. Ryuzaki, K. Ueno
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Plasmon-induced photochromic reactions under weak and strong coupling conditions2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Fukumoto, Y. Xu, W. Toyooka, Y. Sun, K. Imaeda, S. Ryuzaki, K. Ueno
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Near-field spectral properties of exciton-plasmon strong coupling systems2022

    • 著者名/発表者名
      H. Takeuchi, A. Takahashi, Y. Sun, K. Imaeda, S. Ryuzaki, K. Ueno
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Near-field enhancement effects induced on the plasmon-photonic crystal coupling systems2022

    • 著者名/発表者名
      R. Miyazaki, Y. Shikama, H. Takeuchi, Y. Sun, K. Imaeda, S. Ryuzaki, K. Ueno
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatially selective arrangement of fluorophores in the nanogap of Au dimer and their spectral properties2022

    • 著者名/発表者名
      H. Kato, Y. Sun, K. Imaeda, S. Ryuzaki, K. Ueno
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoluminescence properties of Au-nanostructure loaded transition metal dichalcogenide2022

    • 著者名/発表者名
      H. Sakamoto, T. Endo, Y. Sun, K. Imaeda, S. Ryuzaki, Y. Miyata, K. Ueno
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 国際学会
  • [学会発表] コヒーレント音響フォノンを用いた分子検出技術2022

    • 著者名/発表者名
      志釜優斗, 高橋佑輔, 牛越新波, 孫 宇, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      第38回緑陰セミナー&若手交流の会
  • [学会発表] プラズモン-共振器相互作用を利用した光増強場の構築2022

    • 著者名/発表者名
      宮﨑 凜, 武内浩輝, 志釜優斗, 孫 宇, 今枝佳祐, 龍﨑 奏, 上野貢生
    • 学会等名
      第38回緑陰セミナー&若手交流の会

URL: 

公開日: 2023-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi