Ultimate control of nano-localized plasmonic fields

纳米局域等离子体场的最终控制

基本信息

批准号：
21H04657
负责人：
笹木敬司
金额：
$ 26.87万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

１）プラズモニック構造体の最適設計光から局在プラズモンへの運動量・スピン角運動量・軌道角運動量の転写・変換・保存等の特性を理論的に解析し、プラズモン場の振幅・位相・偏光の分布や共鳴スペクトルを自在に成形して光と物質の相互作用の極限制御を実現する金属ナノ構造体を設計した。また、我々がこれまで培ってきた解析法の知識・経験・ノウハウに基づいて電磁界シミュレーションアルゴリズムを高度化し、局在プラズモンの増強効果・共鳴特性・偏光特性・角運動量特性等と金属ナノ構造体の形状（サイズ・空間自由度・回転対称性等）の関係について詳細に解析して金属ナノ構造体の最適形状をデザインしている。２）最適ナノギャップ構造体による光トラッピングこれまでに金属ナノギャップ構造体の光局在場を用いてナノ粒子の光トラッピングや光反応プロセスの増強を実現してきたが、実験に用いた構造は金のボウタイ構造や四角平板二量体であり、プラズモン共鳴波長の同調のために構造サイズを200～300 nmより大きくできず、μmスポットのレーザー光とのカップリング効率は低かった。また、波長オーダーの周期構造(プラズモニック結晶)を利用してもナノギャップへの集光効率の向上は実現できていなかった。本年度は、ナノギャップ局在場の電場増強度を最大化する金属ナノ構造の形状デザインに挑戦し、ギャッププラズモンの特性評価と種々の応用技術に展開した。設計したナノギャップ構造の作製は、文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業の設備を利用し、我々の長年の経験と蓄積したノウハウで高度・高精度なナノ加工を行った。作製した構造を用いて、我々が既に開発した光圧ポテンシャル測定システムによりナノ粒子に作用する勾配力や散乱力を詳細に定量解析するとともに、これまで実現できていない10 nm以下の粒子の捕捉や単一分子トラッピングの実現に挑戦している。

1）等离激元结构的优化设计从理论上分析了从光到局域等离激元的动量、自旋角动量和轨道角动量的转移、转换和保存等特性，并研究了等离激元场的振幅、相位和偏振我们设计了一种金属纳米结构，通过自由塑造分布和共振光谱来实现对光与物质相互作用的最终控制。此外，我们还基于多年来培养的知识、经验和分析方法诀窍，改进了电磁场模拟算法，研究了增强效果、谐振特性、极化特性、角动量特性、我们正在通过详细分析形状之间的关系（尺寸、空间自由度、旋转对称性等）来设计金属纳米结构的最佳形状。 2）使用最佳纳米间隙结构的光捕获到目前为止，金属纳米间隙结构的光学局域场已被用于实现纳米粒子的光捕获和光反应过程的增强，但实验中使用的结构是使用金属纳米间隙结构制成的。该结构为蝴蝶结结构或方板二聚体，由于等离子体共振波长的调谐，结构尺寸不能大于200～300nm，与μm点激光束的耦合效率较低。此外，即使使用波长量级的周期结构（等离子体晶体），也无法提高将光聚集到纳米间隙的效率。今年，我们接受了设计金属纳米结构形状的挑战，使纳米间隙局域场的电场增强程度最大化，并将其发展为间隙等离子体特性的评估和各种应用技术。为了制造所设计的纳米间隙结构，我们利用了文部科学省纳米技术平台项目的设备，并利用我们多年的经验和积累的技术进行了先进和高精度的纳米加工。利用所制造的结构，我们将使用我们已经开发的光学压力势测量系统对作用于纳米粒子的梯度力和散射力进行详细的定量分析。

项目成果

期刊论文数量（12）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Optical selection and sorting of nanoparticles according to quantum mechanical properties

根据量子力学特性对纳米颗粒进行光学选择和分类

DOI：
10.1126/sciadv.abd9551
发表时间：
2021-01-01
期刊：
Science Advances
影响因子：
13.6
作者：
H. Fujiwara;K. Yamauchi;Takudo Wada;H. Ishihara;K. Sasaki
通讯作者：
K. Sasaki

Chirality of Multipolar Lattice Resonances in Plasmonic Crystal Excited by Vortex Beams

涡旋光束激发等离激元晶体中多极晶格共振的手性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Sasaki
通讯作者：
K. Sasaki

Chirality of Multipolar Lattice Resonances in Plasmonic Crystal Excited by Vortex Beams

涡旋光束激发等离激元晶体中多极晶格共振的手性

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
K. Sasaki
通讯作者：
K. Sasaki

Plasmonic nanostructures for shrinking structured light to access forbidden transitions

用于缩小结构光以进入禁戒跃迁的等离子体纳米结构

DOI：
10.1515/nanoph-2021-0658
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
7.5
作者：
K. Sakai; H. Kitajima; K. Sasaki
通讯作者：
K. Sasaki

Near-field engineering for boosting the photoelectrochemical activity to a modal strong coupling structure

用于将光电化学活性提高到模态强耦合结构的近场工程

DOI：
10.1039/d0cc07335k
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
4.9
作者：
Cao Yanfeng;Shi Xu;Oshikiri Tomoya;Zu Shuai;Sunaba Yuji;Sasaki Keiji;Misawa Hiroaki
通讯作者：
Misawa Hiroaki