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2014 年度 実績報告書

金属・磁性量子井戸ヘテロ構造における表面プラズモンと磁気光学の融合

公募研究

研究領域コンピューティクスによる物質デザイン:複合相関と非平衡ダイナミクス
研究課題/領域番号 25104708
研究機関東京大学

研究代表者

松井 裕章  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (80397752)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード光物性 / 磁気光学 / 表面プラズモン / 量子井戸 / 酸化物半導体
研究実績の概要

表面プラズモンを応用した光ナノデバイスは、従来の半導体技術を凌駕する光技術の創出が期待される。本研究では、ZnO系量子井戸内の励起子遷移と金属ナノ構造体の表面プラズモン間の相互作用を理解し、磁気光学応答の向上を目指した。最初に、ZnO系単一量子井戸と金属間の動的光応答を調査した。本研究から、光励起下で量子井戸内に生成される励起子が表面プラズモンへの光結合を示す結果を得た。特に、量子井戸内の発光(photoluminescence: PL)分光の時間分解計測に基づいて、量子井戸から表面プラズモンへのエネルギー移動が観測された。この現象は、量子井戸内の電子・正孔対の再結合過程が、金属表面上のプラズモン励起に強く影響されることを示唆する。
上記の研究成果を踏まえて、磁性量子井戸と表面プラズモン励起の相互作用を検討した。磁性量子井戸の磁性層として、Zn1-xCoxOを採用した。Zn1-xCoxO層の磁気光学効果はCo濃度に強く依存する。磁気円二色性(MCD)分光から、Co濃度は10%程度で大きなゼーマン分裂(高いg因子)を励起子遷移において示すことを見出し、測定温度10Kにおいて、20程度のg因子を示した。故に、Zn0.90Co0.10O及びMg0.10Zn0.90Oを量子井戸及び量子障壁層とした磁性量子井戸構造を形成し、同様に磁気円二色性及びその温度依存性を評価した。紫外域への表面プラズモン励起として、波長350 nmから400 nmにプラズモン共鳴ピークを示す白金(Pt)ナノドット構造体を採用した磁性量子井戸層内の磁気光学応答は、表面プラズモン励起によって僅かに向上することを見出した。今後、この研究成果に基づいて、磁気光学励起と表面プラズモン励起の光相互作用のダイナミクスの研究を展開していく。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (4件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Surface plasmon sensors on ZnO:Ga layer surfaces: electric field distributions and absorption-sensitive enhancements2015

    • 著者名/発表者名
      H. Matsui, A. Ikehata and H. Tabata
    • 雑誌名

      Applied physics Letters

      巻: 106 ページ: 019905 (1-5)

    • DOI

      10.1063/1.4905211

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Engineering of optical polarization based on electronic band structures on A-plane ZnO layers under biaxial strains2014

    • 著者名/発表者名
      H. Matsui, N. Hasuike, H. Harima and H. Tabata
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 116 ページ: 113505(1-6)

    • DOI

      10.1063/1.4895842

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Coupling of Er light emissions to plasmon modes on In2O3:Sn nanoparticle sheets in the near-infrared range2014

    • 著者名/発表者名
      H. Matsui, W. Badalawa, T. Hasebe, S. Furuta, T. Yatsui, M. Ohtsu and H. Tabata
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 105 ページ: 041903 (1-5)

    • DOI

      10.1063/1.4892004

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Role of electron carriers on local surface plasmons in doped oxide semiconductor nanocrystals2014

    • 著者名/発表者名
      H. Matsui, S. furuta and H. Tabata
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 104 ページ: 211903 (1-5)

    • DOI

      10.1063/1.4880356

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Challenge for nanoplasmonics on oxides2014

    • 著者名/発表者名
      H. Matsui
    • 学会等名
      Core-to-core Internaitonal Workshop
    • 発表場所
      Lyon (France)
    • 年月日
      2014-10-27 – 2014-10-28
  • [学会発表] Surface plasmons and Mott transition in strongly-correlated oxide VO22014

    • 著者名/発表者名
      H. Matsui, T. Kanki, H. Tanaka, J.J. Delaunay and H. Tabata
    • 学会等名
      Japan-OSA Joint Symposium
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] In2O3:Snナノ粒子間のギャップ励起と機能2014

    • 著者名/発表者名
      松井裕章、古田晋也、長谷部貴之、蓮池紀幸、田畑仁
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] In2O3:Snナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴とその近赤外応用2014

    • 著者名/発表者名
      松井裕章、古田晋也、長谷部貴之、蓮池紀幸、田畑仁
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [図書] 酸化物半導体におけるナノプラズモニック励起とキャリア制御2015

    • 著者名/発表者名
      松井裕章、田畑仁
    • 総ページ数
      5
    • 出版者
      日本光学会(レーザー研究)
  • [備考] http://www.bioxide.t.u-tokyo.ac.jp/

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公開日: 2016-06-01  

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