2020 Fiscal Year Annual Research Report
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18J20921
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
及川 隼平 北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 光エネルギー集約 / 局在表面プラズモン / 表面格子共鳴 / 強結合 / 弱結合 / レーザー / シアニン色素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
持続可能な社会に向けてクリーンかつ再生可能な太陽光、なかでもその半分を占める可視光のエネルギーを有効利用する技術開発が求められている。金属ナノ構造におけるプラズモン現象は、可視光を金属表面のナノ領域に集光することが可能である。この局在性を利用すると、光エネルギーの高効率物質転写が可能となるため、光電変換能の向上や新規光物性の開拓が期待される。例えば量子限界域に近接した金属二量体は、高次のプラズモン励起により光の散逸が抑制され、光の極限集約系として注目されている。しかし、作製過程におけるナノ構造の制御性や、光照射時における光学散乱に起因するエネルギー損失のためプラズモン励起状態の形成とその寿命には原理的、技術的な限界があり、光の効率利用に向けた系の光吸収、伝播、局在化のより高度な制御は重要な課題である。光散乱の抑制系として金属二量体構造や格子構造の応用が提案されている。可視光波長程度に整列された金属格子構造は、回折散乱光とプラズモンが結合することで光散乱が低減され、大きな吸収断面積と効率的な光伝搬能を有する。両者を組み合わせた系の創出は究極の光集約を可能とするが、既存のナノ構造制御技術の空間分解能や、光の摂動を転写する物質系との相互作用の自在制御など光エネルギーの高効率に向けて解決すべき課題が多く残されている。本研究では、電気化学反応による新規金二量体間の精密ナノ間隙制御を可能とし、室温下での高次プラズモン励起による極限光集約を実現した。続いて、低温アニール法によって構造不均一性が低減された金格子構造がレーザーや強結合等の光集約へ繋がる光学現象へ汎用的に応用可能であることを見出し、加えて、特定の欠陥が導入された格子構造と色素分子と強く相互作用させることにより、はじめて2次元空間内における光の集約効果を実証し、効率的な光捕集、伝播、局在を可能とする系を創出した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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