局在プラズモン共鳴を用いた有機-無機ハイブリッド材料のナノパターニング

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ナノメートルサイズの金属表面で誘起される局在表面プラズモンを利用することによって、二光子吸収が起こりレジストの微細パターンを形成することが可能であることが報告されている。しかしながら、加工性の乏しいセラミックスやガラスについてのパターニングに関しては報告がない。また、TiO_2と金の相互作用によって光電変換可能であることが報告されており、金属を用いたTiO_2ナノパターン形成は光電変換素子としての応用も期待される。本研究では有機-無機ハイブリッド材料を対象にして、プラズマ振動に起因する二光子吸収反応を利用したセラミックスのナノパターン形成を目的とした。光感応性の有機-TiO_2系ハイブリッド材料をゾルーゲル法によって作製し、100nm角の金のナノパターンが形成されている基板上に塗布した。この材料に対して、波長820nmのフェムト秒(fs)レーザー露光した後、アルコールで未反応部を除去した。金のパターンの周囲に作製されるナノ構造を吸収スペクトル測定及びSEM観察によって確認した。金のパターンはプラズマ振動に起因する吸収ピークを800nm近傍に有していた。膜を塗布し、露光・現像後にはわずかに吸収ピークがシフトすることが確認された。SEMによって詳細に確認したところ、金パターンの周囲に材料が残っていることが確認された。これらの結果は、金によるプラズマ振動に起因して、光感応性ハイブリッド材料が二光子吸収反応を起こし、光重合反応することによって、金表面近傍でナノサイズのパターニングが可能であることを表している。このパターンを焼結することによってチタニアのナノパターンを形成することができることが明らかになった。