プラズモンと一分子エキシトンの強結合状態実証と一分子光異性化反応効率化への応用

等离激元与单分子激子之间强耦合的论证及其在提高单分子光异构化反应效率中的应用

• 批准号: 21K04935
• 负责人: 伊藤 民武
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04935/
• 关键词: 準放射型プラズモン共鳴; 超放射型プラズモン共鳴; 表面増強蛍光; 表面増強ラマン散乱; プラズモン; 強結合; エキシトン; 銀ナノワイヤー; 光異性化; 銀ナノ粒子

本年度は、色素を担持した単一の銀ナノ粒子二量体を使用して、表面増強蛍光(SEF)スペクトル、表面増強ラマン散乱（SERRS）スペクトル、弾性散乱スペクトルにおける超放射型プラズモン共鳴の間のスペクトル関係に着目し研究した。 その結果、SEFとSERRSの包絡線がプラズモン共鳴最大値に類似するタイプIと、その包絡線が最大値から高エネルギー側にシフトするタイプIIの2種類の関係を発見した。 この2種類のタイプの起源を解明するために二量体の形態的非対称性の程度を変更しつつFDTD 用いて計算を行った。その結果、弾性散乱スペクトルと SEF を SERRS の両方の実験スペクトルを再現することができた。 計算結果を解析した結果、タイプ I とタイプ II はそれぞれ 双極子ー双極子（DD ）結合共鳴と双極子ー四重極子（ DQ ）結合共鳴によって引き起こされることが判明しました。 準放射モードである DQ 結合共鳴は励起光を受け取り、DD 結合共鳴との近接場相互作用を通じて SERRS 光と SEF 光を放射すると解釈できた。 この研究では、NP またはナノワイヤ二量体、ミラー上の NP、および NP クラスターで構成されるさまざまなプラズモニック HS の EM 増強の理解に応用可能です。 また、SEF による SERRS へのサブ放射共鳴の寄与度を変更し、双極子と双極子または双極子と四重極の間の結合パラメーターを使用することにより、「タイプ I」と「タイプ II」を統一的に記述できることも示しています。 本研究で得られた新たな洞察は、EM増強を生成するプラズモニックシステムの弾性散乱スペクトルとSERRS、SEFスペクトルと比較することによって、サブ放射プラズモンと分子励起子の間の相互作用を評価できるということである。この知見を強結合の最終年度の研究に用いる。

今年，我们研究了在表面增强荧光（SEF）光谱，表面增强拉曼散射（SERRS）光谱与弹性散射光谱中使用单个染料的银纳米颗粒二聚体之间的频谱关系。结果，我们发现了两种类型的关系：I型，其中SEF和SERR的信封与最大等离子体共振值相似，II型，其中包膜从最大值转移到高能量侧。为了阐明这两种类型的起源，使用FDTD进行了计算，从而改变了二聚体形态不对称程度。结果，我们能够再现两个SERR的弹性散射光谱和SEF实验光谱。分析计算结果表明，I型和II型是由偶极 - 偶极子（DD）和偶极 - Quadrupole（DQ）键共振引起的。 DQ耦合共振的准辐射模式获得了激发光，可以解释为通过与DD耦合共振的近场相互作用来发射SERR和SEF光。这项研究可以应用于理解由NP或纳米线二聚体，镜子上的NP和NP簇组成的各种等离子HSS的EM增强。 它还表明，使用偶极子和偶极子或偶极子之间的偶极子和偶联参数，可以通过修改SEF的亚辐射共振对SERR的贡献来统一写入“ I型”和“ II型”。在这项研究中获得的新见解是，可以通过将它们与产生EM增强的等离子体系统的弹性散射光谱，锯齿和SEF光谱进行比较来评估亚辐射等离子体和分子激子之间的相互作用。这一发现用于强大耦合研究的最后一年。

项目成果

銀ナノ粒子二量体のプラズモンとその間隙に吸着した色素分子のエキシトンとの強結合

银纳米粒子二聚体的等离激元与吸附在间隙中的染料分子的激子之间的强耦合

• 发表时间: 2021
• 作者: 今林弘毅;堀切文正;成田好伸;福原昇;三島友義;塩島謙次;伊藤 民武
• 通讯作者: 伊藤 民武

Surface-enhanced resonant Raman scattering and fluorescence spectra reproduced by electromagnetic coupling energy between plasmonic and molecular excitonic resonance

通过等离子体和分子激子共振之间的电磁耦合能量再现表面增强共振拉曼散射和荧光光谱

• 发表时间: 2021
• 作者: 伊藤 民武;山本裕子;岡本 隆之
• 通讯作者: 岡本 隆之

Propagation mechanism of surface plasmons coupled with surface-enhanced resonant Raman scattering light through a one-dimensional hotspot along a silver nanowire dimer junction

表面等离子体激元与表面增强共振拉曼散射光耦合通过沿着银纳米线二聚体结的一维热点的传播机制

• DOI: 10.1103/physrevb.103.245425
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Itoh Tamitake;Yamamoto Yuko S.;Balachandran Jeyadevan
• 通讯作者: Balachandran Jeyadevan

Highly Scalable, Wearable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy

• DOI: 10.1002/adom.202200054
• 发表时间: 2022-06-22
• 期刊: ADVANCED OPTICAL MATERIALS
• 影响因子: 9
• 作者: Liu, Limei;Martinez Pancorbo, Pablo;Goda, Keisuke
• 通讯作者: Goda, Keisuke

Enhancement and propagation of resonant Raman light coupled with surface plasmons through one-dimensional hotspots located between silver nanowire dimers

通过位于银纳米线二聚体之间的一维热点增强和传播与表面等离子体激元耦合的共振拉曼光

• 发表时间: 2021
• 作者: 伊藤 民武;山本裕子;ジャヤデワン バラチャンドラン
• 通讯作者: ジャヤデワン バラチャンドラン