2018 Fiscal Year Research-status Report
Coinage Metal-free Plasmonic Metal Alloys for Visible Spectrum
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17K19178
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
佐藤 良太 京都大学, 化学研究所, 助教 (80629890)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 可視プラズモニクス / 局在表面プラズモン共鳴（LSPR） / 無機ナノ粒子 / 規則合金 / 金属間化合物 / 貨幣金属フリー / 錬金術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第11族元素に分類される金（Au）、銀（Ag）、銅（Cu）は貨幣金属と呼称され、本質的に（球状でキャリア密度制御せずに）可視領域に局在表面プラズモン共鳴（LSPR）吸収を示す唯一の材料群として認識されてきた。無尽蔵である太陽光エネルギーの52%は可視領域に分布しており、有機分子や金属錯体、無機半導体にとって可視領域の光は分子内電子遷移や配位子から中心金属への電荷移動（LMCT）、バンド間遷移などを誘起する極めて重要な波長領域である。一方で、太陽光によってこれらの遷移過程を高効率化し得るプラズモン材料は、ここ160年来、実用的にはAuとAgまたはその合金のみであった。
このような背景の下、我々は可視領域にLSPR吸収を示す新たな金属材料としてインジウム（In）とパラジウム（Pd）の塩化セシウム型合金（B2-PdIn）を発見した。本研究では、B2-PdInを足掛かりとした新奇可視プラズモニック合金材料の設計指針の立案と検証を当初の目的としていたが、平成30年度に採択された基盤研究B「可視プラズモニクスの新展開：第２世代材料の学理構築」（18H01953）との棲み分けを理由に、本年度は設計指針の立案に資する新規材料群の探索に重きを置いて研究を進めた。その結果、可視領域やその近傍にLSPRを発現し得る有望なB2合金材料を10種類近く発掘し、その中の数種類については、実際に化学的または物理的な手法を用いてナノ粒子の合成やナノ構造体の製作に成功するとともに、LSPR吸収ピークの発現を確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は、研究課題名の通りAuやAgに変わる新たなな可視プラズモニック金属材料を提案することにある。「研究実績の概要」に記載した本年度の成果は、最初に発見したB2-PdInが例外的な材料ではない事を端的に示しており、合金の（１）電子構造、（２）結晶構造、（３）ナノ構造の3つの構造を制御因子として『特定の条件』を満たすことで、可視領域やその近傍でのLSPR吸収波長の緻密なチューニングが可能であることを証明した。『特定の条件』はそのまま設計指針となり、新奇可視プラズモニック合金材料の設計指針の確立や材料探索は来年度（最終年度）の課題としていたことから、当初のの計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新奇可視プラズモニック合金材料の設計指針をより確度の高いものへと昇華させるためには、「現在までの進捗状況」で記載した『特定の条件』をより一層深化させることが肝要となる。そのためにはモデル材料のライブラリの充実が不可欠なため、今後は可視プラズモニック合金材料の材料探索と有望材料の精密合成により一層注力し、得られた実験結果を設計指針へとフィードバックすることで、設計指針の成熟を促す。
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| Causes of Carryover |
今年度発生した次年度使用額の大半は、同一テーマでの学内ファンドや民間団体の研究助成金を獲得することで発生した昨年度の次年度使用額に起因している。昨年度同様、次年度使用額と翌年度請求分の助成金ついては、本研究を効率良く推進するために必要となる実験設備の購入資金に充てる予定である。
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