表面プラズモンポラリトンを介した自由な低速光電子と光との間の相互作用の実証

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本研究課題では,世界で初めて,自由電子である低速光電子と光の間の表面プラズモンポラリトンを介した相互作用を実験的に実証し,実用的なプラズモニックデバイスにおける表面プラズモンポラリトン励起ダイナミクスを調べるための新手法,「フェムト秒光電子スペクトロ顕微鏡」及び「フェムト秒大気圧光電子分光法」の実現の可能性を探ることを目的とした.そのために最終年度には,基板上へ作製したAuナノ粒子試料に対して,X線光電子分光装置内で可視光並びに紫外光を照射して表面プラズモンポラリトン励起を行い,表面プラズモンポラリトンを介した低速光電子と光との相互作用の存在を実証することを試みた.これを実現するために実験条件の検討を行い,Auナノ粒子試料はガラス基板上に作製することとした.これは,基板背面からレーザーを照射することで,レーザーによる表面プラズモンポラリトンの励起効率と光電子の検出効率を同時に向上させるためである.本手法は,ガラス基板への光照射によって誘起される基板の帯電を中和させるためにも有効であることを確認した.この測定条件を実現するための背面光照射試料ホルダーも開発した.可視光並びに紫外光導入系については,汎用のX線光電子分光装置での測定を実現するために,小型軽量な光学系を設計,試作した.これらホルダーと測定系を試作し,相互作用の有無を光電子スペクトルにより検出することを試みた.しかしながら現段階では,未だ存在を実証できる段階には至っていない.現在までに,今後実証するための改善策を検討し,パルスレーザーの採用が有効であると考えている.