Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

プラズモニクス / メソ構造 / ナノアンテナ / 光マネジメント科学 / 格子共鳴 / Mie共鳴 / 非コヒーレント指向性光源 / 磁気双極子 / ファノ共鳴 / ナノ光源 / 光－熱変換 / 非ブラベ格子 / 熱マネジメント / BICモード / 表面プラズモン / メソグレーティング / ナノ偏光フィルタ

金属メソグレーティング構造の特異な偏光フィルター作用から着想し、光/熱マネジメントに資する金属や誘電体ナノ構造の研究を行った。まず光－熱変換を積極的に利用する、アスペクト比の大きな（溝の深い）トレンチ構造およびナノロッドアレイ構造を開発した。また窒化チタンを利用することで可視光の幅広い波長範囲で光－熱変換を実現できることを示した。さらに背の高いアルミニウムナノ粒子が面内と面外のプラズモニックモードの干渉によりファノ型の共鳴を示し、面外に非対称な光散乱を起こすことを見出し、実験にて実証した。さらに散乱光を制御する新しい構造として単位格子に異なる2つの格子点を持つ非ブラベ型ナノアンテナを作製した。

得られた成果は、代表者が推し進める光/熱マネジメント技術の確立に重要である。まず、高アスペクト比のトレンチ/ロッドアレイ構造は、光－熱変換が高効率で起こり、熱を積極的に利用する応用にとって重要である。また熱を逃がす系も設計可能であり、こちらは加熱が望ましくない応用に有効である。さらに干渉を利用した異方性光散乱の発現に関する研究成果は、代表者が進める、必要な方向だけに光を放つナノアンテナ蛍光体の開発に重要である。

ハイブリッドナノ粒子 / 表面プラズモン / 透過型電子顕微鏡 / カソードルミネセンス / プラズモニクス / 電子顕微鏡

透過型電子顕微鏡（TEM）を用いたその場観察手法は近年広く広まってきている。一方で、TEMでは高エネルギー電子線（80-300kV）による観察対象の損傷が無視できない場合がある。この電子線損傷が無視できないときには、特にTEM中その場観察時に、観察対象の変化が本質的なものか電子線損傷かを見分けることが困難となる。本研究は、プラズモニックセンシングを応用し、TEMにおける電子線の影響を定量的に解析するためのプラットフォーム作製を目的としている。平成27年度には、自己組織化によるナノ温度センサー粒子の開発に成功した。28年度からは、二種の相分離系の組成からなるハイブリッドナノ粒子の作製を試み、Ag-Cu粒子を前年度に確立した自己組織化による手法で作製することができた。走査型透過電子顕微鏡による、エネルギー分散分光、電子線エネルギー損失分光、カソードルミネセンス法により、３次元的な組成と局所的な電場、共鳴を測定し、このハイブリッドナノ粒子が特異な光学特性を発現することを見出した。H29年度はこれらの数値的解析をおこなうとともに、更に新たなセンサープラットフォームの作製を行った。これまで自己組織化のみを用いていたが、コロイダルリソグラフィーを応用し、基板レスのナノディスク作製技術を確立した。この手法では、均一なサイズのナノディスクを大量に作製することができ、また基板剥離を行うことで、基板のない状態でTEM測定が可能となる。実際に異なる材料・サイズで、均一なナノディスクを作製することに成功した。また、センサー性能として、これらの光学特性を評価した。

plasmonics / light source / nanostructures / Plasmonics / Surface plasmons / nanostructure

This proposal is related to the demonstration of nanolasers using the property of plasmonic nanostructures developed in our laboratory. We have designed a new structure consisting of a subwavelength structure made of the active material which is embedded between plasmonic nanostructures. Due to the efficient light confinement provided by the sub-wavelength plasmonic plasmonic structure, a low lasing threshold should be obtained and a nanosize light source should be achieved.
The last six months of the postdoctoral scholarship were used to characterize the emission of the fabricated nanosize light sources. Optical pumping of the fabricated light sources was used to excite the active material of the plasmonic hybrid structure and the emitted light was recorded with the help of a high resolution spectrometer (~ 1 nm). We observed lasing at room temperature with a full width at half maximum smaller than 1 nm. Also the threshold for lasing was recorded. Unfortunately, the plasmonic mode of the hybrid structure could not yet be confirmed. The project is being pursued and we hope to observe plasmonic modes in the near future.
Outstanding Poster Award was attributed to our work at The 8th International Conference on Surface Plasmon Photonics (SPP8), Taipei, Taiwan, May 22-26, 2017.

光物性 / 表面プラズモン / 電子顕微鏡 / 発光 / ナノプローブ / プラズモニックス / プローブ顕微鏡 / プラズモニクス / ナノ構造

透過型電子顕微鏡の電子ビームによって励起された試料から放射される光を放射角度分解しながらスペクトル測定を可能にする角度分解カソードルミネッセンス装置を新たに開発した。この装置を用いて、プラズモニック結晶を含む様々な金属表面ナノ構造を介した表面プラズモンポラリトン(SPP)と光との相互変換機構、金属薄膜の導波路におけるSPPの伝播特性、および局在表面プラズモンによるルミネッセンス増強効果について研究を行った。

【研究分担者】
斉藤光	九州大学	総合理工学研究院	助教	(Kakenデータベース)
三宮工	東京工業大学	物質理工学院	准教授	(Kakenデータベース)