Establishment of highly selective production method of metal nanoparticle dimer using plasmon induced chemical reaction

金属ナノ粒子ダイマーは，そのギャップにおいて，入射光強度が数桁も増強されるホットスポットが形成されるため，極微量分析や従来困難であった光化学反応を可能にする光ナノアンテナとして利用されている．しかし，これまでのナノ粒子ダイマーの作製法の課題として，副生成物などの生成による収率の低下や作製法の複雑化，作製された構造体の強度などが挙げられる．これらの課題を解決するために，プラズモン誘起化学反応を用いた金属ナノ粒子ダイマーの作製法の確立に取り組んでおり，本年度では，金属イオンがプラズモンによって還元される様子を電子顕微鏡で直接観察することで，プラズモン誘起化学反応の位置選択制を調査した．その結果，金ナノ粒子ダイマーなどのオリゴマーのギャップで選択的に金属イオン還元が誘起され，金属が析出することを観察した．また，金ナノ粒子オリゴマーの電場強度空間分布のシミュレーションから，金属イオン還元はプラズモンによって形成されたホットスポットにおいて誘起されていることを予測した．これらの実験結果とシミュレーション結果をもとに，プラズモン誘起化学反応の位置選択制を明らかにした．さらに，光照射による金属の析出によって，ナノ粒子が金属結合でつながり，その共鳴波長が可視から近赤外領域までシフトすることを観測した．以上の実験から得られた知見は，光照射による金属ナノ粒子ダイマー作製の基礎となるだけでなく，ナノ粒子の共鳴波長を幅広く制御するための手法への応用にも期待できる．

金属ナノ粒子ダイマーは，そのギャップにおいて，入射光強度が数桁も増強されるホットスポットが形成されるため，極微量分析や従来困難であった光化学反応を可能にする光ナノアンテナとして利用されている．しかし，これまでのナノ粒子ダイマーの作製法の課題として，副生成物などの生成による収率の低下や作製法の複雑化，作製された構造体の強度などが挙げられる．これらの課題を解決するために，プラズモン誘起化学反応を用いた金属ナノ粒子ダイマーの作製法の確立に取り組んでおり，本年度では，金属イオンがプラズモンによって還元される様子を電子顕微鏡で直接観察することで，プラズモン誘起化学反応の位置選択制を調査した．その結果，金ナノ粒子ダイマーなどのオリゴマーのギャップで選択的に金属イオン還元が誘起され，金属が析出することを観察した．また，金ナノ粒子オリゴマーの電場強度空間分布のシミュレーションから，金属イオン還元はプラズモンによって形成されたホットスポットにおいて誘起されていることを予測した．これらの実験結果とシミュレーション結果をもとに，プラズモン誘起化学反応の位置選択制を明らかにした．さらに，光照射による金属の析出によって，ナノ粒子が金属結合でつながり，その共鳴波長が可視から近赤外領域までシフトすることを観測した．以上の実験から得られた知見は，光照射による金属ナノ粒子ダイマー作製の基礎となるだけでなく，ナノ粒子の共鳴波長を幅広く制御するための手法への応用にも期待できる．