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2013 年度 実施状況報告書

アンテナ-ナノ構造量子結合系における新奇非線形光励起過程の研究

研究課題

研究課題/領域番号 25610077
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関大阪府立大学

研究代表者

石原 一  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60273611)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード金属アンテナ / 量子ドット / ナノギャップ / 超蛍光 / エネルギー透過
研究概要

25年度は以下の研究実績があった。
(1)任意形状の金属構造体と吸収体の混在する系におけるポピュレーションや発光をグリーン関数法と離散双極子近似(DDA)を用いて非線形応答まで含め計算する手法の開発に成功した。
(2)線形応答の範囲で上記DDAの離散セルの多段階分割により計算時間を短縮化する手法の開発に成功した。
(3)光アンテナなどの補助系と分子が結合した系を二準位振動子の結合モデルとして非線形応答まで含めた解析を行い、上方変換的な反転分布が生じ、さらに発光が得られることを明らかにした。
(4)遅延効果を含む超蛍光計算の定式化が完成し、上記上方変換的反転分布が発生した場合の配列系超蛍光の計算準備が出来た。

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

研究実績の概要に記した(1)-(3)が予定通りに進捗したが、さらに26年度に予定していた超蛍光の計算手法の定式化も完了したため、計画以上に研究が進展していると評価した。

今後の研究の推進方策

平成26年度より、以下の手順で本格的な数値的実証を開始する。
1)金属サイズと吸収体自由度の拡張:金属アンテナのサイズは共鳴エネルギーや光との結合定数を支配する。また、吸収体の幾何学的位置と準位構造とは金属と吸収体の有効的な結合定数に影響を与える。本項目では、このような金属アンテナのサイズ依存性、吸収体準位構造の依存性を系統的に調べる。2)効率的反転分布生成条件の探索:これまでの申請者等の初等的モデルを用いた研究により、吸収体が2準位系であっても反転分布が生じることが分かっているが、一方で、これが3準位系、4準位系、あるいは振動準位を持った場合にはその効率が桁違いに改善されることも明らかになっている。この項目では、そのような準位構造を仮定して、さらに前記1)の知見も動員し、太陽光程度の微弱光で効率的にコヒーレント光源として働くための条件を積極的に探索する。3) 超蛍光生成条件との整合性についての検討:吸収体の反転分布が効率的に生成できれば、そのユニットの集合系や配列系は超蛍光などのコヒーレント光発生源としての期持たれる。本項目では前記2)で明らかになった構造をどのように配列すれば、効率的にコヒーレント光生成に繋がるかを、申請者等が最近開発した分散原子系の超蛍光計算手法を活用して系統的に調べ、新奇コヒーレント光源の提案を行う。
実験提案とまとめ本研究終盤では、上記までの研究による知見を総合し、試料作製方法、観測法を含めた実験可能な系を提案する。
本研究については、現在、試料作製可能な北大電子科研の三澤グループ、測定技術を持つ阪大基礎工学研究科の芦田グループと密に情報交換しながら進めており、本研究課題後に、実験検証のための新たな課題へ迅速に進むことが出来る準備を整えておく。また期間終盤において研究のまとめと成果の論文化を行う。

次年度の研究費の使用計画

25年度は当初予定より成果があり、発表件数が増えたこともあって計画より旅費等が増えた。そのために計画していた計算機の金額が不足したこと、また他のプロジェクトの関係で、25年度は想定より研究室の既存計算機を使うことが出来たことから、計算機購入を本格的な数値計算が始まる26年度に回すことにしたため次年度使用額が発生した。
当初予定にある、博士課程学生謝金と国内・国外学会発表に加えて、次年度使用額を計算機購入に充てる。その際、計算機の値下がり分を考慮し、当初予定より、低価格な計算機購入を計画している。

  • 研究成果

    (39件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (29件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Reversible photoinduced formation and manipulation of a two-dimensional closely packed assembly of polystyrene nanospheres on a metallic nanostructuree2013

    • 著者名/発表者名
      T.Shoji,M.Shibata,N.Kitamura,F.Nagasawa,M.Takase,K.Murakoshi,A.Nobuhiro,Y.Mizumoto,H.Ishihara and Y.Tsuboi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 117 ページ: 2500-2506

    • DOI

      10.1021/jp306405j

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Plasmon-enhanced photoluminescence and photocatalytic activities of visible-light-responsive ZnS-AgInS2 solid solution nanoparticles2013

    • 著者名/発表者名
      T.Takahashi,A.Kudo,S.Kuwabata,A.Ishikawa,H.Ishihara,Y.Tsuboi and T.Torimoto
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 117 ページ: 2511-2520

    • DOI

      10.1021/jp3064257

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energy transparency of an antenna-molecule coupled system by a single-photon incidence2013

    • 著者名/発表者名
      T.Yano,M.Nakatani,K.Osono and H.Ishihara
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 117 ページ: 2559-2566

    • DOI

      10.1021/jp306347f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory for self-consistent interplay between light and nanomaterials strongly modified by metallic nanostructures2013

    • 著者名/発表者名
      A.Ishikawa,K.Osono,A.Nobuhiro,Y.Mizumoto,T.Torimoto and H.Ishihara
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 15 ページ: 4214-4225

    • DOI

      10.1039/C2CP43442C

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Model of the photoexcitation processes of a two-level molecule coherently coupled to an optical antenna2013

    • 著者名/発表者名
      M.Nakatani, A.Nobuhiro, N.Yokoshi and H.Ishihara
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 15 ページ: 8144-8150

    • DOI

      10.1039/c3cp43834a

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Permanent fixing or reversible trapping and release of DNA micropatterns on a gold nanostructure using continuous-wave or femtosecond-pulsed near-infrared laser light2013

    • 著者名/発表者名
      T.Shoji, J.Saitoh, N.Kitamura, F.Nagasawa, K.Murakoshi, H.Yamauchi, S.Ito, H.Miyasaka, H.Ishihara and Y.Tsuboi
    • 雑誌名

      Journal of The American Chemical Society

      巻: 135 ページ: 6643-6648

    • DOI

      10.1021/ja401657j

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Strategy of ring-shaped aggregates in excitation energy transfer for removing disorder-induced shieldi2013

    • 著者名/発表者名
      G.Tei, M.Nakatani and H.Ishihara
    • 雑誌名

      New Journal of Physics

      巻: 15 ページ: 063032

    • DOI

      10.1088/1367-2630/15/6/063032

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Model of finite-momentum excitons driven by surface plasmons in photoexcited carbon nanotubes covered by gold metal films2013

    • 著者名/発表者名
      S.Uryu, H.Ajiki and H.Ishihara
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 110 ページ: 257401

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.110.257401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selection-rule breakdown in plasmon-induced electronic excitation of an isolated single-walled carbon nanotube2013

    • 著者名/発表者名
      M.Takase, H.Ajiki, Y.Mizumoto, K.Komeda, M.Nara, H.Nabika, S.Yasuda, H.Ishihara and K.Murakoshi
    • 雑誌名

      Nature Photonics

      巻: 7 ページ: 550-554

    • DOI

      10.1038/nphoton.2013.129

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ナノ光源による透明物質への光吸収誘起2013

    • 著者名/発表者名
      高瀬 舞, 安食博志, 保田 諭, 石原 一, 村越 敬
    • 雑誌名

      オーム社「OHM」

      巻: 11 ページ: 8-9

  • [学会発表] 金属ナノ構造を介した分子間相関についての理論的解析2014

    • 著者名/発表者名
      逢坂良樹, 余越伸彦, 石原 一
    • 学会等名
      日本物理学会・2014年春季大会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川)
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 非共鳴励起光による駆動 Jaynes-Cummings モデルの発光特性2014

    • 著者名/発表者名
      畑 遼介, 余越伸彦, 安食博志, 石原 一
    • 学会等名
      日本物理学会・2014年春季大会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川)
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] 分子配向性を考慮した金属アンテナ ー 分子結合系における光吸収 ー2014

    • 著者名/発表者名
      村田直紀, 水本義彦, 石原 一
    • 学会等名
      日本物理学会・2014年春季大会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川)
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Up-Conversion of Photon Energy by 2-Level Molecule Coupled to Highly-detuned Nano-antenna2014

    • 著者名/発表者名
      R.Hata, H.Ajiki, N.Yokoshi and H.Ishihara
    • 学会等名
      FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology (FIRST 2014)
    • 発表場所
      Hongo Campus of the University of Tokyo(Tokyo)
    • 年月日
      20140127-20140130
  • [学会発表] Interaction between excitons and surface plasmons in carbon nanotubes with gold nanostructures2013

    • 著者名/発表者名
      S.Uryu, H.Ajiki and H.Ishihara
    • 学会等名
      The International Conference on Small Science (ICSS 2013)
    • 発表場所
      Las Vegas NV(USA)
    • 年月日
      20131215-20131218
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノ粒子における超蛍光の空間配置依存性の解析2013

    • 著者名/発表者名
      榎田雅也, 余越伸彦, 石川 陽, 石原 一
    • 学会等名
      第24回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪)
    • 年月日
      20131213-20131214
  • [学会発表] 任意形状金属近傍における分子のポピュレーション解析2013

    • 著者名/発表者名
      陣駒勇佑, 余越伸彦, 石原 一
    • 学会等名
      第24回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪)
    • 年月日
      20131213-20131214
  • [学会発表] 金属アンテナ - 分子結合系におけるエネルギー透過とRabi分裂の関係についての考察2013

    • 著者名/発表者名
      村田直紀, 石原 一
    • 学会等名
      第24回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪)
    • 年月日
      20131213-20131214
  • [学会発表] 高効率な2光子上方変換を実現する複合量子系の設計指針2013

    • 著者名/発表者名
      逢坂良樹, 余越伸彦, 中谷正俊, 石原 一
    • 学会等名
      第24回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪)
    • 年月日
      20131213-20131214
  • [学会発表] 吸えない光を吸わせる方法 - 単一分子で起こる光学禁制遷移 -2013

    • 著者名/発表者名
      石原 一
    • 学会等名
      高分子学会・高分子同友会
    • 発表場所
      (社)高分子学会・高分子同友会(東京)
    • 年月日
      20131009-20131009
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属アンテナ - 2重量子ドット結合系における断熱的非線形励起2013

    • 著者名/発表者名
      余越伸彦, 石原 一
    • 学会等名
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20130920-20130928
  • [学会発表] 空間配置されたナノ粒子群における遅延効果を含む超蛍光の理論2013

    • 著者名/発表者名
      榎田雅也, 余越伸彦, 石川 陽, 石原 一
    • 学会等名
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20130920-20130928
  • [学会発表] 結合モード駆動時における補助系に接続された二準位系の非線形光学応答2013

    • 著者名/発表者名
      畑 遼介, 余越伸彦, 安食博志, 石原 一
    • 学会等名
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20130920-20130928
  • [学会発表] グリーン関数法による任意形状金属 ー 分子結合系の励起確率の解析 ー2013

    • 著者名/発表者名
      陣駒勇佑, 余越伸彦, 石原 一
    • 学会等名
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20130920-20130928
  • [学会発表] 金属アンテナ - 分子結合系におけるエネルギー透過とラビ分裂の関係についての考察2013

    • 著者名/発表者名
      村田直紀, 水本義彦, 石原 一
    • 学会等名
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20130920-20130928
  • [学会発表] 金ナノ構造のプラズモン共鳴を用いたカーボンナノチューブの光励起2013

    • 著者名/発表者名
      瓜生誠司, 安食博志, 石原 一
    • 学会等名
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20130920-20130928
  • [学会発表] 局在プラズモン励起における単層カーボンナノチューブの電子遷移選択則の破れ:実験2013

    • 著者名/発表者名
      村越 敬, 高瀬 舞, 安食博志, 保田 諭, 水本義彦, 石原 一
    • 学会等名
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20130920-20130928
  • [学会発表] 局在プラズモン励起における単層カーボンナノチューブの電子遷移選択則の破れ:理論2013

    • 著者名/発表者名
      石原 一, 水本義彦, 安食博志, 高瀬 舞, 保田 諭, 村越 敬
    • 学会等名
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20130920-20130928
  • [学会発表] Plasmon-based optical trapping of soft matter nanoparticles2013

    • 著者名/発表者名
      Y.Tsuboi, T.Shoji and H.Ishihara
    • 学会等名
      SPIE is The International Society for optics and Photonice "NanoScience + Engineering"
    • 発表場所
      San Diego(USA)
    • 年月日
      20130825-20130829
  • [学会発表] Surface-plasmon-based optical trapping of hard nanoparticles: twodimensional closely packed assembly of polystyrene nanospheres on a metallic nanostructure2013

    • 著者名/発表者名
      T.Shoji, Y.Tsuboi and H.Ishihara
    • 学会等名
      SPIE is The International Society for optics and Photonice "NanoScience + Engineering"
    • 発表場所
      San Diego(USA)
    • 年月日
      20130825-20130829
  • [学会発表] Population Dynamics of Two-Level System with an Auxiliary System Driven with Coupled-Mode Frequency2013

    • 著者名/発表者名
      R.Hata, N.Yokoshi, H.Ajiki and H.Ishihara
    • 学会等名
      The 12th Asia Pacific Physics Conference ASEPS3 The third Asia-Europe Physics Summit (APPC12)
    • 発表場所
      International Conference Halls(Chiba)
    • 年月日
      20130714-20130719
  • [学会発表] Flexible Nonlinearity in an Antenna-coupled Double Quantum Dot2013

    • 著者名/発表者名
      N.Yokoshi and H.Ishihara
    • 学会等名
      The 10th Conference on Lasers and Electro-optics Pacific Rim, and The 18th Opto Electronics and Communications Conference/Pbotonics in Switcbing 2013 (CLEO-PR & OECC/PS 2013)
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center(Kyoto)
    • 年月日
      20130630-20130704
  • [学会発表] The 10th Conference on Lasers and Electro-optics Pacific Rim, and The 18th Opto Electronics and Communications Conference/Pbotonics in Switcbing 2013 (CLEO-PR & OECC/PS 2013)2013

    • 著者名/発表者名
      Y.Osaka, N.Yokoshi, M.Nakatani and H.Ishihara
    • 学会等名
      High-Efficient Two-Photon Up-Conversion in an Antenna-Molecule Complex System
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center(Kyoto)
    • 年月日
      20130630-20130704
  • [学会発表] Control of Population Dynamics by Three-body Selfconsistent Interplay2013

    • 著者名/発表者名
      R.Hata, N.Yokoshi, H.Ajiki and H.Ishihara
    • 学会等名
      The 10th Conference on Lasers and Electro-optics Pacific Rim, and The 18th Opto Electronics and Communications Conference/Pbotonics in Switcbing 2013 (CLEO-PR & OECC/PS 2013)
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center(Kyoto)
    • 年月日
      20130630-20130704
  • [学会発表] 局在プラズモンが誘起する非従来型線形・非線形分子励起過程2013

    • 著者名/発表者名
      石原 一
    • 学会等名
      第4回プラズモニック化学シンポジウム
    • 発表場所
      東京工業大学(東京)
    • 年月日
      20130614-20130614
    • 招待講演
  • [学会発表] Adiabatic nonlinear excitations in an antenna-coupled double quantum dot2013

    • 著者名/発表者名
      N.Yokoshi and H.Ishihara
    • 学会等名
      14th Conference on Physics of Light-Matter Coupling in Nanostructures (PLMCN2013)
    • 発表場所
      Hersonissos Crete(Greece)
    • 年月日
      20130527-20130531
  • [学会発表] Up-conversion dynamics of entangled-photons in a molecule coupled with an optical antenna2013

    • 著者名/発表者名
      Y.Osaka, N.Yokoshi, M.Nakatani and H.Ishihara
    • 学会等名
      14th Conference on Physics of Light-Matter Coupling in Nanostructures (PLMCN2013)
    • 発表場所
      Hersonissos Crete(Greece)
    • 年月日
      20130527-20130531
  • [学会発表] Photo-energy manipulation by antenna-molecule coupled systems2013

    • 著者名/発表者名
      H.Ishihara
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Nanophotonics / The 3rd Conference on Advances in Optoelectronics and Micro (ICNP/AOM2013)
    • 発表場所
      香港理工大学(中国)
    • 年月日
      20130519-20130523
    • 招待講演
  • [学会発表] Study of population control by strongly coupled oscillators2013

    • 著者名/発表者名
      R.Hata, N.Yokoshi, H.Ajiki and H.Ishihar
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Nanophotonics / The 3rd Conference on Advances in Optoelectronics and Micro (ICNP/AOM2013)
    • 発表場所
      香港理工大学(中国)
    • 年月日
      20130519-20130523

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公開日: 2015-05-28  

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