プラズモン共鳴をナノワイヤ表面に発生させる近接場光顕微鏡の設計・製作

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本研究の目的は、近接場光顕微鏡の感度を高めるために、ナノワイヤに金属薄膜を付与し、そこで発生するプラズモン共鳴によってプローブ先端の光電場を増強することである。具体的な設計問題解決方法として、ナノワイヤの一面に厚み10nm程度の金スパッタリングで成膜する。その金の金属薄膜内にプラズモン共鳴が発生すれば、ナノワイヤの先端に増強された光電場が発生する。この光電場がにわっ検出感度を向上させ、蛍光分子の検出を目指す。高感度・高分解能化のために、開口の直径・深さ、EBDナノワイヤの長さ・形状・位置、金属薄膜の厚み・材質、照射光の波長など、プローブ先端の各種の設計因子を最適化する。そのために本研究では、各条件ごとにマクスウェル方程式をFDTD(Finite Difference Time Domain)法で解いて感度・分解能を数値計算する。22年度は前年度に引き続き、電場増強のためのプローブ設計を行った。以下に示すプローブの設計因子によった。以下に示すプローブの設計因子によって電場強度がどのように変化するかなシミュレーションによって計算し、各条件の適化を図った。プローブの設計因子開口:直径、深さEBDナノワイヤ:長さ、断面形状、位置金属薄膜:材質、膜厚照射光:波長、強度プローブ先端予備実験において従来の2倍以上の光強度が得られることがわかっていたが、本研究では上記のプローブ先端の設計因子を最適化し、3～10倍以上の光強度を目標に、近接場光顕微鏡の感度を最適化した。その結果、開口径は200nmアルミニウムを厚さ150nmと金を厚さ50nm(合計200nm)、ナノワイヤ長は150nm、直径50nmで、開口の縁から伸ばして、照射光は波長670nmのときに、光強度が従来と比較して3倍程度になることが分かった。