表面プラズモンによる有機超薄膜の発光に関する研究

本研究では、分子レベルでの構造制御が可能であるラングミュア・ブロジェット(LB)法を用いて金属薄膜上に色素分子層を作製し、色素分子と金属界面に局在する表面プラズモン(SP)との相互作用について有機超薄膜の発光現象により調べた。まず、ガラスに蒸着された金属薄膜(Ag,Al)上に感光性材料で特異な会合体を形成するメロシアニン色素およびスクアリリウム色素のLB膜(数分子層)を作製した。作製した有機超薄膜は、X線回折測定の結果から膜の厚さ方向に高い秩序性があることがわかった。また、全反射減衰(ATR)法を用いて、ほとんど報告されていない光学定数高精度にを求めた。次に、ATR法を用いて金属一色素分子層界面にSPを共鳴励起し、色素分子の発光を測定した。その結果、通常の発光に比べて数倍〜数十倍の強い発光が観測された。特に、LB膜が会合体を形成している場合に非常に強い発光が観測された。ATR測定から得られたLB膜の光学定数を用いて電場分布を計算し、色素分子SPの相互作用を検討した。解析結果から、SPが励起されている場合、金属一色素分子層界面における電場が著しく増大していることがわかった。この電場の増大が強い発光の主な原因と考えられる。しかし、定量的には電場の増大だけではこの現象が十分には説明できない。。一方,これと逆過程の現象、すなわち、金属上で光励起状態にある色素分子によって励起されたSPからの発光を調べた。その結果、逆過程では発光強度は極めて弱く、色素分子とSPの相互作用が前者に光べて非常に小さいことがわかった。今回の実験は常温で行われた。今後、SPと色素分子の相互作用を詳細に調べるために、低温における発光測定の実験を進める予定である。

本研究では、分子レベルでの構造制御が可能であるラングミュア・ブロジェット(LB)法を用いて金属薄膜上に色素分子層を作製し、色素分子と金属界面に局在する表面プラズモン(SP)との相互作用について有機超薄膜の発光現象により調べた。まず、ガラスに蒸着された金属薄膜(Ag,Al)上に感光性材料で特異な会合体を形成するメロシアニン色素およびスクアリリウム色素のLB膜(数分子層)を作製した。作製した有機超薄膜は、X線回折測定の結果から膜の厚さ方向に高い秩序性があることがわかった。また、全反射減衰(ATR)法を用いて、ほとんど報告されていない光学定数高精度にを求めた。次に、ATR法を用いて金属一色素分子層界面にSPを共鳴励起し、色素分子の発光を測定した。その結果、通常の発光に比べて数倍〜数十倍の強い発光が観測された。特に、LB膜が会合体を形成している場合に非常に強い発光が観測された。ATR測定から得られたLB膜の光学定数を用いて電場分布を計算し、色素分子SPの相互作用を検討した。解析結果から、SPが励起されている場合、金属一色素分子層界面における電場が著しく増大していることがわかった。この電場の増大が強い発光の主な原因と考えられる。しかし、定量的には電場の増大だけではこの現象が十分には説明できない。。一方,これと逆過程の現象、すなわち、金属上で光励起状態にある色素分子によって励起されたSPからの発光を調べた。その結果、逆過程では発光強度は極めて弱く、色素分子とSPの相互作用が前者に光べて非常に小さいことがわかった。今回の実験は常温で行われた。今後、SPと色素分子の相互作用を詳細に調べるために、低温における発光測定の実験を進める予定である。