Fabrication of diamond lattice photonic crystals using layer-by-layer deposition

使用逐层沉积法制造金刚石晶格光子晶体

• 批准号: 21K05008
• 负责人: 山中 淳平
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nagoya City University
• 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-21K05008/
• 关键词: コロイド粒子; コロイド結晶; 静電相互作用; ダイヤモンド格子; 静電吸着静電吸着; フォトニック結晶; 光学材料; 光学素子; 静電吸着; コロイド; 交互積層

直径が100nmから1μm程度のコロイド粒子がダイヤモンド格子状に配列した構造は、可視から赤外光を閉じ込める「完全フォトニック結晶」として働く。本研究では、最近開発した「2次元の負荷電コロイド結晶」を基板とし、その上に(+)および(-)に荷電したコロイド粒子を交互に積層することで、コロイド粒子のダイヤモンド格子を構築する。令和４年度は、粒子として (+)および(-)に荷電した直径1μmのシリカ粒子を用い、(i) 3D荷電結晶の正荷電基板への静電吸着による2Dコロイド結晶を作製した。また、(ii) (+)粒子の吸着による２層目の構築に成功した。さらに、 (iii)第2層に(-)粒子を吸着させて第3層を構築できた。２、３層目の吸着にあたって、粒子のζ電位と系の塩濃度により静電引力の大きさを制御した。その際、様々な条件における相互作用ポテンシャルに基づく安定な立体配置を計算し、実験の指針とした。(-)電荷を持つ第1層の三角格子の中央に正電荷の粒子が吸着すると、第2層目が得られる。エネルギー最安定の配置を求めたところ、塩濃度によらず、三角格子の中央であることが分かった。しかし、(+)粒子は１層目の１粒子のみに接触するか、２粒子の中央に配置する場合が多かった。静電引力が強いとき、粒子間の摩擦力が大きいため、最安定の配置に位置せず、非平衡の配置に止まるものと思われる。このため、静電相互作用の弱い条件を選んだ。格子構造の評価は３次元構造が取得できる、共焦点レーザースキャン顕微鏡を用いて行い、各層の動径分布関数 g(r)およびボンド配向秩序パラメーターΨ3を計算して、結晶性を評価した。1,2,3層目のg(r)のピーク位置はよく一致し、粒子は（平均して）正四面体状に配置していることが明らかになった。またΨ3から、格子は良好な秩序性を持つことが明らかになった。

The crystal particles with diameters of about 100nm and 1μm are arranged in a lattice structure, visible in red light, and completely crystallized. This study has recently developed the construction of a lattice of charged particles on a substrate and on an upper (+) and (-) charged particle. For example, in the fourth year, the particles are charged with a diameter of 1μm, and (i) the electrostatic attraction of 3D charged crystals on positively charged substrates is produced. The adsorption of (ii) (+) particles was successfully constructed in two layers. (iii) The second layer (-) particle adsorption and the third layer (-) particle adsorption. 2, 3 layers of eye adsorption, particle zeta potential, system concentration, electrostatic attraction, control In addition, the interaction between the two conditions is discussed in detail. (-)The charge is held in the center of the triangular lattice of the first layer, and the particles of positive charge are adsorbed in the second layer. The most stable configuration of In many cases, the (+) particles are arranged in the middle of the first particle and the second particle. Electrostatic attraction is strong, friction between particles is large, the most stable configuration is located, and the unbalanced configuration is located. The weak condition of electrostatic interaction is selected. The evaluation of lattice structure is based on the acquisition of three-dimensional structure, the use of confocal micromirrors, the relationship between the dynamic diameter distribution of each layer g(r) and the alignment order, and the evaluation of crystallinity. 1, 2, 3 layers of g(r) are arranged in a tetrahedral configuration. 3

项目成果

荷電コロイド粒子の会合と基板への静電吸着による構造形成

通过带电胶体颗粒缔合和静电吸附到基材上形成结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 山中 淳平;藤田 みのり;青山 柚里奈;石神 瑛圭;三木 裕之;豊玉 彰子;奥薗 透
• 通讯作者: 奥薗 透

Single-Sheet Diamond Colloidal Crystals Formed by Layer-by-Layer Electrostatic Self-Assembly

层层静电自组装形成单片金刚石胶体晶体

• 发表时间: 2021
• 作者: M.Fujita;A.Toyotama;T.Okuzono;J.Yamanaka
• 通讯作者: J.Yamanaka

コロイド系の構造形成と宇宙実験

胶体体系的结构形成和空间实验

• 发表时间: 2022
• 作者: Saito Noboru;Ryuzaki Sou;Tsuji Yuta;Noguchi Yutaka;Matsuda Rintaro;Wang Pangpang;Tanaka Daisuke;Arima Yusuke;Okamoto Koichi;Yoshizawa Kazunari;Tamada Kaoru;山中淳平
• 通讯作者: 山中淳平

コロイド粒子の自己集合による構造形成

通过胶体颗粒自组装形成结构

• 发表时间: 2022
• 作者: Tsuji Yuta;Yoshioka Yuta;Hori Mikiya;Yoshizawa Kazunari;山中淳平
• 通讯作者: 山中淳平

Space Experiments on Clustering of Charged Colloids

带电胶体团聚的空间实验

• 发表时间: 2021
• 作者: J. Yamanaka,H. Miki;T.Ishigami;Y.Mori;M.Fujita; A. Toyotama;T.Okuzono;S.Adachi;T.Sakashita;T.Shimaoka;M.Nagai;Y. Watanabe;S.Fukuyama;and Y.Nakata
• 通讯作者: and Y.Nakata