新奇可視プラズモニックC1型合金材料の合成と評価

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局在表面プラズモン共鳴（LSPR）は近年注目を集めている光学現象であり、太陽電池や光触媒などへの応用が広く試みられている。本研究では、C1（CaF2）型の合金ナノ粒子を中心に、可視プラズモニック合金ナノ材料の結晶構造がLSPR特性にもたらす影響の解明を目指した。2021年度も継続してC1-PtIn2ナノ粒子の合成を検討した。液相分散状態のPtIn2ナノ粒子の合成報告はこれまでになかったが、Pt種粒子を用いた二段階の合成法により、良分散性のC1-PtIn2ナノ粒子の合成に成功し、粒径制御と単分散化を達成した。また、紫外可視分光法や電子エネルギー損失分光法から、合成したC1-PtIn2ナノ粒子が551 nm（2.25 eV）付近にLSPRによる吸収極大をもつことを示した。加えて、LSPRの特徴的な性質として、分散媒の屈折率増加やナノ粒子の粒径の増大に伴う吸収極大波長の長波長シフト、表面増強ラマン散乱によるターゲット分子からのシグナル増強を確認した。以上から本研究では、C1型の合金ナノ粒子においても顕著なLSPRが可視域で発現することを実証した。共同研究者と進めている理論計算によるアプローチでは、構成原子数600程度の大きなクラスターを構造モデルとした実時間・実空間の第一原理計算を行い、光励起電子ダイナミクスを調べた。その結果、結晶構造（原子の配位環境や組成）や束縛電子の外部電場への応答のしやすさ（束縛電子の束縛の度合い、電子構造に依存）がLSPR波長の決定に寄与することが強く示唆された。結晶構造がLSPR特性にもたらす影響をより深く解明するには、LSPR特性を決定する効果の定量化や、他の合金ナノ粒子の合成、計算による同様の検討の蓄積が必要であるものの、合金ナノ粒子のプラズモニクスは未開拓の学問領域であり、今回得られた成果はプラズモニクスの発展に寄与するものであると考える。