Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

フォトニツク結晶 / 表面プラズモン / 電子顕微鏡 / 光物性 / 物性実験 / 金属フォトニック結晶 / 透過型電子顕微鏡 / ナノホール / 光の異常透過

平成17年度は、前年度の研究を継続して行う一方で、前年度に作製した角度分解型光検出装置を使ってナノホールや1次元および2次元表面構造に形成される表面プラズモンからの発光の放射角依存性を調べた。この装置には偏光方向と波長とを選別する機能があるのでそれらを特定の値に設定することでプラズモンモードを選択できる。2次元構造を持つ金属表面からはややブロードではあるが異方性のある放射角分布が観測され、角度毎のスペクトル変化を測定することができた。
1.2次元配列した銀微粒子の表面からの電子線励起発光についてこの装置を適用した結果、発光強度の放射角分布が電子ビームの照射位置により変化することを観測した。とくに、微粒子の中心を照射するときは表面垂直方向に集中した放射が起こり、粒子間の接合部を照射するとき表面垂直方向から高角度の方向に分布した放射が起こることを見出した。
2.ナノホールをもつ金属薄膜試料に対して放射角毎に角度分解した発光スペクトルや発光像の測定を行った。その結果、放射角度分布を観測したが明瞭な異方性のある放射を識別できなかった。これについては、試料変質の対処や、測定系の検出感度を向上させることを検討している。
3.誘電体フォトニック結晶として逆オパール構造を持つSi試料の電子線励起発光を調べた。いくつかの球サイズの逆オパール構造を持つSiO_2試料で測定を行い、可視光領域のスペクトルを調べた。スペクトルにはいくつかのディップが現れ、フォトニックギャップとの対応を検討した。とくに、主要ギャップが可視光領域に現れるように設計した球サイズの小さな逆オパール構造を持つSiO_2試料で測定を行い、角度分解測定からギャップの性質を調べた。

金属フォトニック結晶 / 表面プラズモン / 透過型電子顕微鏡 / ナノホール / 光の異常透過

本研究において透過型電子顕微鏡に搭載した光検出システムを用いて電子線励起発光法を開発してきた。この手法では、試料から放射される光の偏光方向を選んでスペクトルを測定し、特定の波長の光だけを使ってフォトンマップを観察できる。この手法は、金属表面に誘起される表面プラズモンを可視化できる。本研究では、光の波長以下の微細構造を持つ金属フォトニック結晶に生じる表面プラズモンをこの手法を用いて調べ、金属フォトニック結晶の示す新規な光学特性を探ると同時にその機構を明らかにすることを目的とした。従来のカソードルミネッセンス検出装置を改良し、放射スペクトルを高感度で検出するCCD検出器と集光ミラーを直接観察できるCCDカメラを設置した。また、新たに角度分解機能を備えた光検出装置の開発を行った。ナノホールをもつ金属薄膜や、金属表面の1次元および2次元ナノ構造に形成される表面プラズモンの性質を調べる実験を行った。1次元構造としては単一ストライプ構造およびその1次元周期構造を、2次元構造としては微粒子を六方格子および正方格子状に配列した試料を作製した。電子ビームで励起したとき放射スペクトルに発光ピークが現れるのを観測した。発光ピークは、局在した表面プラズモンの固有モード、または周期構造に特有の定在波モードと対応することが分かった。単一表面ステップの放射スペクトル像の放射角依存性の測定から、遷移放射と表面プラズモン放射との干渉効果がフォトンマップにおけるコントラストの重要な発生機構であることが明らかとなった。関連した研究として、フォトニック結晶からの放射、周期構造表面に平行に電子が入射するとき発生するSmith-Purcell放射の測定も行い、この手法による新たな知見が得られた。

【研究分担者】
箕田弘喜	東京農工大学	大学院・共生科学技術研究部	助教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
箕田弘喜	東京農工大学	共生科学技術研究部	助教授	(Kakenデータベース)