原子スケール・メゾスケールプラズモンと赤外ナノアンテナ

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本研究では、赤外の共鳴周波数を持つ金属ナノアンテナについて、光・電子の両プローブ法を用いて計測し、原子スケール、ナノスケール物質の電磁応答特性を解明する。半導体結晶表面上に分子線エピタクシー法により金、Agあるいはインジウム、鉛などを蒸着し、製膜条件の違いによりサイズや形状を変化させたナノ構造を製作し、電子線及び赤外線によるスペクトルを測定し両手法による結果を比較し関連性を明らかにする。Hoang特別研究員の滞在期間中に、赤外線により測定された定在波モードとEELSにより計測された伝搬型モードとの分散曲線がよく一致し、ナノワイヤーの長さやナノディスクの直径に対応した閉じ込め型の定在波プラズモンとして理解できることを明らかにできた。また、Hoang研究員はプラズモンアンテナの応用研究にも精力的に従事し、Auナノアイランドの集積体である広帯域ナノギャップアンテナ電場増強効果を利用し、DNAアプタマーを介した水銀イオン(II)の検出実験などにも貢献した。例えば研究所近隣にの土浦市ある霞ヶ浦の水を採取し、抽出処理を行なわずに直接の検出を試みた結果、ppbレベル以下の低濃度で選択的に検出できることを確認している。また、Auを材料としたボウタイ型ナノアンテナの製作を行い、基盤に直接固定した場合と、SiO2のポストに担持し、下地から離した場合とではアンテナ間の相互作用が異なることを、暗視野顕微分光測を用いて明らかにしている。また、Hoang氏は東京工業大学(山本直樹研究室)との共同研究の機会を自ら開拓し、高速EELSとカソードルミネッセンスの実験を進めている。なお、本年度は特許取得2件、論文発表8件、招待講演11件、書籍2件の外部発表を行った。