金属ナノ粒子の光媒介ダイナミクスとプラズモン誘導形状変化

光介导的动力学和等离激元引起的金属纳米粒子的形状变化

基本信息

批准号：
05F05384
负责人：
山下晃一
金额：
$ 0.7万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

光学ナノテクノロジーは太陽エネルギー変換、光学通信や薬剤の分野において、その可能性が注目されている。実際5-10ナノメーターサイズの金属粒子の光学特性を基礎にしたDNA検知器の試験機が商業化されている。金属ナノ粒子系の新奇で独創的な実験的事実の発見が相次いでいるが、理論やモデリングも進歩し、それらの現象の解釈に役立っている。本研究では、金属ナノ粒子の理論とモデリングを行った。金属ナノ粒子を含む全ての金属の光学特性はマックスウェル方程式により記述できる。それらは光の特性と光がどのように物質を通過するかをあらわす結合した微分方程式である。問題の核心は粒子の境界において、これらの方程式を解くことにある。ここでは計算機を用いて数値的に解く。TiO_2薄膜上に担持された銀ナノ粒子の光物性の計算のために2つの方法を適用した。第1の方法は球形粒子に適応可能なMie理論である。第2の方法として、任意の形状に適用可能な離散双極子近似(Discrete Dipole Approximation, DDA)を用いた数値的解法である。DDA法はかなりの計算機コストが伴う。六角形型の金ナノ粒子は富永、朝日、増原らによって実験的に作成され、またそれらの光学特性も観測されているが、種々の形状が混在した金ナノ粒子の解析は困難である。長期にわたる情報の交換により、この金ナノ粒子混成系について徐々に、解析が進んだ。特に驚くべき分極の二方向依存性を見出した。しかし有限要素計算では六回対称軸に関しての光散乱効率の分極角依存性は見出せなかった。また、中心に穴の空いた金ナノ粒子も観測されているが、理論計算からは、光学特性に対する穴の影響は小さいと結論した。

光学纳米技术在太阳能转化，光学通信和药物领域的潜力引起了人们的关注。实际上，基于5-10纳米尺寸的金属颗粒的光学特性的DNA检测器测试现在已商业化。尽管在金属纳米粒子系统领域中，已经发现了新的和原始的实验事实，但理论和建模也已进步，对于解释这些现象很有用。在这项研究中，进行了金属纳米颗粒的理论和建模。所有金属的光学特性，包括金属纳米颗粒，都可以通过麦克斯韦方程来描述。它们是代表光特性以及光线如何通过物质的组合微分方程。问题的核心在于在粒子的边界上求解这些方程。在这里，该解决方案是使用计算机数字求解的。应用两种方法来计算Tio_2薄膜支持的银纳米颗粒的光学性质。第一种方法是MIE理论，它适合球形颗粒。第二种方法是使用离散偶极近似（DDA）的数值解，可以应用于任何形状。 DDA方法涉及相当大的计算机成本。 Tominaga，Asahi，Masuhara等人通过实验生产了六角金纳米颗粒，并且还观察到了它们的光学特性，但是很难分析包含各种形状的金纳米颗粒。由于长期信息交换，对这种金纳米粒子混合系统的分析逐渐进展。我们发现极化的双向依赖性特别令人惊讶。但是，有限元计算没有发现相对于六倍的对称轴的光散射效率的极化角依赖性。此外，还观察到了中心有孔的金纳米颗粒，但是从理论计算来看，得出的结论是，孔对光学性质的影响很小。