2018 Fiscal Year Annual Research Report
Novel magnetic circular dichroism in chemically-modified plasmonic nanostructures
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18H01808
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
八尾 浩史 三重大学, 工学研究科, 教授 (20261282)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁気円二色性 / マグネトプラズモン / 金属ナノ構造体 / 異型金属ナノ粒子 / 磁気光学応答 / プラズモニック半導体 / 化学合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究代表者はこれまで、局在表面プラズモン共鳴（LSPR）を発現する金属ナノ粒子、特にAgナノ粒子が微分型の大きな磁気円二色性（MCD）応答を示し、それがマグネトプラズモン由来である事を明らかにした。本研究では、その様なマグネトプラズモンに対し、金属ナノ粒子・ナノ構造体と光、あるいは磁場とのより広範な相互作用を誘起するために「ナノ構造体近傍の化学的環境を精密に制御」し、新規なMCD応答やその増強・変調を目指す事、またその応答発現のメカニズムを明らかにする事」を目的と定めた。これを達成するために、Agナノ粒子をベースとして、Agナノ粒子にマグネタイトFe3O4ナノ粒子を近接させるヘテロダイマーの作製、更には、プラズモンの変調を期待してAgナノ１０面体の作製に取り組み、かつ、その磁気円二色性を評価した。まず、Ag-Fe3O4ナノへテロダイマーの作製に於いては、高温下でのポリオール反応を適用して作製に取り組んだ結果、収率は低いながらもヘテロダイマーの形成が見られ、それを元にMCD応答の評価を行った。その結果、Agが示すMCD応答にFe3O4が与える影響は小さく、逆に、Fe3O4のMCD応答にAgが多大な影響を与えている事を示唆する結果が得られた。特にそのMCD応答は、Agの光学定数（消衰係数及び屈折率）に関わる変調であった。一方、Agナノ１０面体作製ではシードを用いての光照射成長法を適用してその作製を検討した。その結果、首尾良く作製に成功し、MCD応答を評価すると、通常の吸収スペクトルでは見ることのできない１０面体の生成確率や形の規則性などがMCD応答には明確に観測され、この手法が１０面体のクオリティ評価に適用可能であることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本課題による研究が開始した平成３０年度は、研究代表者が本学に異動して２年目という事もあって研究室に大学院生はいなかった。その後配属された４年生６人が研究に関わることとなり、全く新たな状態で本研究が開始された。その様な状況の下、まずは学生達の基本的指導に始まり、実効的な研究が行われ出したのは、その学生達の一部が大学院入試に合格した秋以降であった。その後、幸いにも学生達は熱心に研究に取り組んで切れたお蔭で、興味深い研究成果が得られつつあり、概ね順調に進展していると考えている。
例えば、金属ナノ粒子の形状、及びそれに起因するLSPR出現を著しく変調させるためにAgナノ１０面体の作製に様々な論文などの参考にしながら取り組んだが、そのクオリティが相当に良くなって作製できるようになるには時間を要した。しかしながら、その研究過程に於いて通常の吸収分光測定では決して分からないクオリティをMCD測定では明らかに検出可能であることが分かった点は興味深い。一方、金属ナノ構造体と他のナノ構造体との広範な相互作用を利用しての変調は、やはりそのナノ構造体の作製が難しい点から生成収率は低い問題点はあるが予想とは異なる興味深い結果が得られつつあり、研究すべき内容は尽きない。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度の研究成果を踏まえ、以下のような研究を展開したいと考えている。まず、金属ナノ粒子・ナノ構造体の形状変調に関わる研究としては、やはり多面体が興味深く、双ピラミッド型ナノ構造体の作製とMCD応答評価を行う予定である。この構造体が発現するLSPR特性もやはり形の正確さなどに敏感であり、クオリティがどの様にMCD応答に反映されるか興味のある所である。更に、そのナノ構造体に異方性が大きい場合はマグネトプラズモン由来の応答がどの様に変化するのかも調べる所存である。尚、金属としてAgのみならずAuについても検討を行う予定である。一方、ヘテロダイマー型ナノ構造体については、Agを中心とする系はやはり安定性に問題があり、こちらもAuをベースとしたヘテロダイマーを積極的に作製を試みる。金属ナノ粒子に近接・相互作用させるナノ構造体は磁性体以外も検討したい。また、金属以外の物質（特に欠陥型半導体）にも最近はLSPR発現が観測されているが、未だその現象は統一的に理解されているとは言い難い。従って、その様な半導体が発現するLSPRについてMCD応答の特徴を調べる研究にも着手したい。この様に、様々な物質の作製とそのMCD応答の研究から、種々物質が有するLSPRの特徴を理解し、その上で、複合型ナノ構造体が有するプラズモンハイブリダイゼーションへの研究へと推進していく予定である。尚、平成31年度は幸いにも数名の４年生が大学院修士課程に進学することが決まり、研究の分断が生じる心配は回避された点も、研究の滞りない進展に大いに期待する所である。更に、新たに配属された４年生がより広範囲な視点から材料合成及びその磁気円二色性応答評価に取り組んでいくことをも大いに期待している。
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