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

设计和制造在纳米线表面产生等离子共振的近场光学显微镜

• 批准号: 21656066
• 负责人: 土屋 健介
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21656066/
• 关键词: プラズモン共鳴; 近接場光顕微鏡; ナノワイヤ; 蛍光分子; 微細加工

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。

Purpose this study の は, near field optical 顕 micromirror の sensitivity high を め る た め に, ナ ノ ワ イ ヤ に metal film を give し, そ こ で 発 raw す る プ ラ ズ モ ン resonance に よ っ て プ ロ ー ブ apex の を raised strong photoelectric field す る こ と で あ る. Specific な design problem solving methods と し て, ナ ノ ワ イ ヤ の side に み 10 nm thick degree の gold ス パ ッ タ リ ン グ で す membrance る. の そ の gold metal film に プ ラ ズ モ ン resonance が 発 raw す れ ば, ナ ノ ワ イ ヤ の apex に raised strong さ れ た photoelectric field が 発 raw す る. The sensitivity of the <s:1> <s:1> photoelectric field がにわっ検 is を upward させ, and the 蛍 light molecule 検 is 検 upward を finger す. Gao Gan degrees, high decomposition can change の た め に, opening の diameter deep さ, EBD ナ ノ ワ イ ヤ の long さ, shape, location, metal film の み thick material, radiation light wavelength の な ど, プ ロ ー ブ apex の various の optimal design factor を す る. そ の た め に this study で は, various conditions ご と に マ ク ス ウ ェ ル equation を FDTD (Finite Difference Time Domain) method で solution い て sensitivity, can decompose を the numerical computing す る. In the previous year of 2022, に cited に 続 続 に, electric field enhancement <s:1> ため <s:1> プロ ブ ブ design を line った. The following に shows すプロ すプロ ブ ブ <s:1> design factor によった. に shown below す プ ロ ー ブ の design factor に よ っ て field intensity が ど の よ う に variations change す る か な シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て の し calculation, the conditions optimization を 図 っ た. プ ロ ー ブ の design factor openings: diameter, deep さ EBD ナ ノ ワ イ ヤ : long さ, cross section shape, location: metal film material, film thickness, illuminate light: wavelength, intensity プ ロ ー ブ apex reserve be 験 に お い て 従 to more than 2 times の の light intensity が ら れ る こ と が わ か っ て い た が, this study で は written の プ ロ ー ブ apex の optimal を し design factors Youdaoplaceholder0 target に with a light intensity of 3 to 10 times or more, 顕 micromirror light sensitivity を optimization <s:1> た. そ の results, open caliber は 200 nm ア ル ミ ニ ウ ム を さ 150 nm thick と を さ 50 nm thick gold (total 200 nm), ナ ノ ワ イ ヤ long は 150 nm, a diameter of 50 nm で, opening の try か ら stretch ば し て, irradiation light は wavelength of 670 nm の と き に, light intensity が 従 と to compare し て level 3 times に な る こ と が points か っ た .

项目成果

Device for In-place Measurement of Micra Force

米克拉力原位测量装置

• 发表时间: 2010
• 作者: Kensuke Tsuchiya;Kentaro Takayama;Wenjun Zhou;Tetsuya Hamaeuchi;Masavuki Nakao
• 通讯作者: Masavuki Nakao

微小ダイヤモンド砥粒の脱粒力の測定

微米金刚石磨粒脱落力的测量

• 发表时间: 2010
• 作者: 高山健太郎;土屋健介
• 通讯作者: 土屋健介