有機超薄膜におけるプラズモン増強光電変換

本研究では、有機超薄膜における高効率な光電変換の実現を目指し、局在プラズモンによるフォトンの効率利用のための新たな方法論を検討した。有機分子を用いた光電変換機能薄膜においては、光吸収色素部位と電子リレー部位などを適切に組み合わせた連結分子を用い、電極表面に自己組織化によって高配向な膜を構築することで、量子効率の非常に高い系を実現することが可能である。しかし、このような単分子膜では光の吸収が小さいため、光の利用効率を高める工夫が必要である。これまでにも表面プラズモンを利用する手法は検討されているが、これらはすべて電極表面に幾何学的なナノ構造を導入する手法をとっており、分子層の配向性が低下して量子効率が落ちてしまうという問題があった。本研究では、分子層の上に金属ナノ粒子を配置し、電極基板とナノ粒子間に働く電磁気相互作用により生じるギャップモードプラズモンを利用することで、分子層の配向性を維持したまま光の利用効率を飛躍的に上げることを狙った。まず、ギャップモードプラズモン励起構造が実際に分子層への金属ナノ粒子の吸着によって構築でき、光エネルギーの濃縮が起こることを確かめるために、金単結晶電極に構築したアリルイソシアニド分子層をモデル構造としてラマン散乱の増強効果が起きることを確かめた。この手法は、金属-分子界面の電子状態を調べる手法として現在検討中である。また、ポルフィリンーフェロセン系の連結分子を合成し、上記金属ナノ構造の導入による光電流の増大を実験的に確認することにも成功した。また、増強度の波長依存性が理論計算と一致することも確かめた。これにより、光機能性有機分子層における光の利用効率向上のために電極表面に簡単に構築できる金属ナノギャップ型構造の有効性を確認した。

本研究では、有機超薄膜における高効率な光電変換の実現を目指し、局在プラズモンによるフォトンの効率利用のための新たな方法論を検討した。有機分子を用いた光電変換機能薄膜においては、光吸収色素部位と電子リレー部位などを適切に組み合わせた連結分子を用い、電極表面に自己組織化によって高配向な膜を構築することで、量子効率の非常に高い系を実現することが可能である。しかし、このような単分子膜では光の吸収が小さいため、光の利用効率を高める工夫が必要である。これまでにも表面プラズモンを利用する手法は検討されているが、これらはすべて電極表面に幾何学的なナノ構造を導入する手法をとっており、分子層の配向性が低下して量子効率が落ちてしまうという問題があった。本研究では、分子層の上に金属ナノ粒子を配置し、電極基板とナノ粒子間に働く電磁気相互作用により生じるギャップモードプラズモンを利用することで、分子層の配向性を維持したまま光の利用効率を飛躍的に上げることを狙った。まず、ギャップモードプラズモン励起構造が実際に分子層への金属ナノ粒子の吸着によって構築でき、光エネルギーの濃縮が起こることを確かめるために、金単結晶電極に構築したアリルイソシアニド分子層をモデル構造としてラマン散乱の増強効果が起きることを確かめた。この手法は、金属-分子界面の電子状態を調べる手法として現在検討中である。また、ポルフィリンーフェロセン系の連結分子を合成し、上記金属ナノ構造の導入による光電流の増大を実験的に確認することにも成功した。また、増強度の波長依存性が理論計算と一致することも確かめた。これにより、光機能性有機分子層における光の利用効率向上のために電極表面に簡単に構築できる金属ナノギャップ型構造の有効性を確認した。