Active control of photo-excited states and energy propagation with manipulated optical fields

利用受控光场主动控制光激发态和能量传播

基本信息

批准号：
20H02700
负责人：
井村考平
金额：
$ 11.56万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，励起光場の空間と偏光ベクトルの操作により，物質の光励起状態とエネルギー伝達の制御を実現し，物理化学に新学理と研究分野を開拓することを目的とする。これまでに金ナノプレートを対象とした研究から，励起光場の空間制御により，可視化される二光子励起像の空間特性や発光強度が変化することが明らかとなっていた。一方，可視化される励起像の空間特性を理論的に説明するには至っていなかった。本年度は，ナノ物質の光励起状態制御の基盤技術の確立するために，軸対称偏光を用いた状態制御と励起像の電磁気学シミュレーションを行った。例えば，金ナノ物質を対象としてラジアルやアジマス偏光を入射光に用いることで，励起光の空間特性を反映する特徴的な励起像が観測されることが明らかとなった。また，電磁気学シミュレーションでは，空間制御した集束光による励起像の計算を可能にした。これにより，実験結果を定性的に再現可能であること，光場制御によりナノ物質の光励起状態制御が実現することを明らかにした。これまでの光場制御の研究では，主に単一のナノ物質の光励起状態を対象としていたが，あらたにナノ物質に誘起される光場と別の物質とを相互作用させた系の研究を進めた。遷移金属ダイカルコゲナイド二次元薄膜と金ナノロッドのハイブリット体の顕微分光計測から，プラズモンに起因する発光増強が起こることが明らかとなった。シリコンナノ粒子と金ナノ構造のハイブリット体では，SiのMie共鳴により光電磁場の増強が起こり，これが散乱光の異方性に大きな影響を及ぼすこと，これを利用することでマクロな伝達制御につながる可能性があることが明らかとなった。さらに，Siナノ粒子集合構造に，光場制御を導入し，励起光の空間特性により，発光特性が変化することが明らかとなった。以上の研究により，局在光場による新規光学特性の実現と，光場制御による光物性制御を実現した。

该研究的目的是通过操纵激发光场的空间和偏振矢量来控制材料的光激发态和能量转移，开辟物理化学的新原理和研究领域。先前对金纳米片的研究表明，激发光场的空间控制改变了可视化双光子激发图像的空间特征和发射强度。另一方面，可视化激励图像的空间特征尚未得到理论上的解释。今年，为了建立纳米材料光激发态控制的基础技术，我们利用轴对称偏振光和激发图像的电磁模拟进行状态控制。例如，已经揭示，通过使用径向或方位偏振光作为金纳米材料的入射光，可以观察到反映激发光的空间特性的特征激发图像。此外，在电磁模拟中，我们可以使用空间控制的聚焦光来计算激发图像。这表明实验结果可以定性地再现，并且光场控制可以控制纳米材料的光激发状态。以前关于光场控制的研究主要集中在单一纳米材料的光激发态，但我们现在正在研究纳米材料中感应的光场与另一种材料相互作用的系统。二维过渡金属二硫属化物薄膜和金纳米棒的混合物的显微光谱测量表明，等离子体激元导致发光增强。在硅纳米颗粒和金纳米结构的混合体中，由于硅的米氏共振，光电磁场得到增强，这对散射光的各向异性有很大影响，这可以用于控制宏观传输。这是可能的。此外，通过将光场控制引入到Si纳米粒子聚集结构中，发现发射特性根据激发光的空间特性而变化。通过上述研究，我们实现了利用局域光场的新光学特性以及通过控制光场来控制光学特性。

项目成果

期刊论文数量（41）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

anoantenna effect dependent on the center structure of Bull’s eye-type plasmonic chip

无天线效应取决于牛眼型等离子体芯片的中心结构

DOI：
10.1364/oe.452468
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
3.8
作者：
Tomoya Nagasue; Takeha Shinohara; Seiju Hasegawa; Kohei Imura; Keiko Tawa
通讯作者：
Keiko Tawa

Photoluminescence from Carbon Dot-Gold Nanoparticle Composites Enhanced by Photonic and Plasmonic Double Resonant Effect

光子和等离子体双共振效应增强碳点-金纳米粒子复合材料的光致发光

DOI：
10.1021/acsomega.0c03588
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
4.1
作者：
Kamura Y.; Imura K.
通讯作者：
Imura K.

空間位相変調光による金ナノプレートの第二高調波発生

使用空间相位调制光在金纳米片中产生二次谐波

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
長谷川誠樹;市川帆乃香;飯島遥;井村考平
通讯作者：
井村考平

Keisuke Imaeda, Seiju Hasegawa, Kohei Imura

今枝圭介、长谷川征寿、井村航平

DOI：
10.1063/5.0078371
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Observation of the Plasmon Mode Transition from Triangular to Hexagonal Nanoplates
通讯作者：
Observation of the Plasmon Mode Transition from Triangular to Hexagonal Nanoplates

近接場光学顕微鏡を用いたプラズモン-エキシトン強結合状態の光学特性の究明

使用近场光学显微镜研究等离子体激子强耦合态的光学特性