公募研究
本研究では、有機超薄膜における高効率な光電変換の実現を目指し、局在プラズモンを利用する光アンテナの実現を検討した。局在プラズモンの利用は表面増強ラマン散乱で既に大きな効果を上げているが、実励起を伴う分子系での利用には大きな問題があった。これは、金属ナノ構造を利用する局在プラズモン励起法では、励起状態の生成効率が向上する一方で、励起寿命の減少という相反効果も競合するためである。どちらの影響も金属表面と色素分子間の距離に依存することから、金属-有機分子界面の構造を原子レベルで制御する必要がある。そこで本研究では、分子層の上に金属ナノ粒子を配置し、電極基板とナノ粒子間に働く電磁気相互作用により生じるギャップモードプラズモンを利用する手法を提案し、実際に大きな光電流の増加を確認することに成功した。さらに、金属ナノ粒子のサイズを変えることで、金属間の相互作用の程度を自在に調節し、プラズモン共鳴波長を変化させ、光電流の増強する波長を制御することにも成功した。このように波長選択的に光電流をプラズモン増強することに成功したのは、世界で初めてであり、界面構造を制御することの重要性を示す基礎・応用の両面で重要な成果である。本成果は、世界的に評価の高い学術誌に掲載され、新聞でも紹介されるなど大きな注目を集めた。分子修飾電極にボトムアップ的に適用可能な構造の開発に成功したことで、様々な光機能性表面で利用可能な幅広い応用展開の可能性が期待される。
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