生体ゆらぎを模倣するリラクサー・スピングラス材料創製と情報処理デバイス研究

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表面プラズモンは、高感度なバイオセンシングに効果的な光学現象として知られており、表面プラズモン励起には、通常レーザーやランプ等の外部光源が必須である。極微表面での双極子ゆらぎとしてとらえて、"Lab on tip"で動作する表面センシング発光デバイスの創製に向けて、金属と酸化物半導体のハイブリッド構造の形成、及びその物理的性質の解明を目指した研究を実施した。更に、非調和の分子振動と表面プラズモンモードの同時観測に向けて、近赤外域のプラズモン励起に着目した研究も併せて実施した。金属・量子井戸ヘテロ構造におけるプラズモン・励起子結合を検証するため、金属・量子井戸ヘテロ構造を作製した。量子井戸層表面上にプラズモン励起を示す金属量子ドットが均一に形成され、金属と量子井戸層はナノスケールで空間分離していることが分かった。プラズモンと励起子間の光結合の時定数は、金属と量子井戸間の空間距離及び波長に強く依存した。理論的に導出された結合時定数は、実験的に観測された時定数と類似した。この結果は、量子井戸からの発光エネルギーが、金属ナノ構造上のプラズモン励起への寄与を示唆しており、表面プラズモンを介した発光センシングの可能性を明らかにした。さらに、金属伝導性酸化物(In_2O_3,ZnO)表面上の表面プラズモン(SPR)モードについて検証した。近赤外領域において観測され、母体の電子密度や移動度等の物理的性質に関連することを明らかにした。水のOH振動に起因する非調和振動モードが観測され、通常の全反射(ATR)法と比較して高い感度を与えた。今後は、プラズモン共鳴周波数の変化とスピングラス、双極子グラス(リラクサー)と発光特性の相正を解明し、センシング機能を評価・検討していく予定である。