| 研究課題/領域番号 |
26248001
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
村越 敬 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (40241301)
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| 研究分担者 |
保田 諭 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90400639)
南本 大穂 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (80757279)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | プラズモン増強電場 / 金属ナノ構造 / 強結合 / 表面増強ラマン散乱 |
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| 研究実績の概要 |
金属ナノ構造を原子レベルで高度に制御することは、金属ナノ構造の光学特性を精密に制御するために極めて重要である。本研究では、局在プラズモン誘起電子遷移過程の制御に向けて、電気化学手法を駆使した金属ナノ構造微細制御技術の確立を目指して検討を行った。種々の手法で作製したAuナノ構造表面で、電気化学酸化溶解反応や還元析出反応を緻密に制御することで、数ナノメートル以下のオーダで構造自在制御を行うための基礎的知見が得られた。このことは、本手法がAuナノ構造の極微小間隙と局在光電場を精密に制御する新規微細加工技術として有用であることを示している。次いで、局在プラズモン電場と色素分子の電子系が強く相互作用し、新たなエネルギー混成状態が形成する強結合と呼ばれる現象が発現した系において、強結合状態の分子挙動を詳細に調査した。様々な光学特性を示す構造体を導電性基板上にそれぞれ作製し、電気化学電位の変調を行いながら消光測定、及び表面増強ラマン散乱計測を行った。その結果、強結合状態を評価する指標であるRabi分裂エネルギーが、電気化学電位を変調するのに伴い変化し、かつラマン強度もそれに即して変化することが確認された。これにより、強結合状態の現象理解のためには、電気化学手法と表面増強ラマン散乱計測を組み合わせた多角的な評価が極めて有用であることが実証された。
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| 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
プラズモン増強電場を構築し、少数分子系と強く相互作用する系を探索し、同時にそれらを電気化学的手法により緻密に制御するための知見が得られた。それにより、光と少数分子の強い相互作用を最も効率よく発現させるための指標であるプラズモンのエネルギー、強度、局在空間構造等のそれぞれの因子を明確化することに成功し、かつその系における分子情報についても明らかとした。一方で、電気化学手法を用いた金属ナノ構造体を原子レベルで制御することも達成した。トップダウン手法により作製したAuナノ構造体の光学特性変調は、分光測定の同時計測によって評価した。その結果、電荷移動プラズモンや双極子プラズモンに由来するプラズモンモードの観察に成功し、量子限界を越えた微細領域への光エネルギーの閉じ込めによる励起選択則変調の可能が示された。本年度に得られた種々の結果は、プラズモン増強電場空間における物資の励起状態を変調する新しい系を創出するために、光のエネルギーをより効率よく利用するための極めて重要な基礎的知見である。
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| 今後の研究の推進方策 |
プラズモン励起による電子励起プロセスの自在変調を、様々な物質系において検証する。量子ナノドット、グラフェン等を対象に、同様の電気化学顕微ラマン分光計測を駆使して、局在プラズモンによって局所的に誘起される物質の共鳴励起強度を定量的に評価する。それに加え、対象系の電気化学電位を制御することで、励起に寄与する電子準位を決定する。この電位依存性を通常光励起と局在プラズモン励起の場合で比較することによって、励起選択則の変調について定量的な議論が可能となると期待している。さらに、励起光を微小変調し、同期して検出される光電流を計測することで、系の励起効率、光電流発生量子効率、励起電子、正孔それぞれの電気化学電位を決定することも併せて検証する予定である。例えばグラフェンやナノチューブなどの系においては、通常の励起過程と比して、電子の場合はより負電位での電子注入を、正孔の場合はより正電位での正孔注入誘起の可能性について検証する。これら全ての検討により、物質の光吸収能そのものを制御し、光エネルギーの極限利用を可能とする物質系への理解が可能になると考えている。
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