非金属系ナノ構造による光電場増強機能の創出

利用非金属纳米结构创建光电场增强功能

基本信息

批准号：
20043022
负责人：
林真至
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20043022/
关键词：
蛍光増強ガス中蒸発法 Si微粒子 GaP微粒子色素分子電場増強

项目摘要

従来は、金属のナノ構造を用いて、表面プラズモン励起に伴う局所電場増強を使うことにより、表面増強ラマン散乱や蛍光増強が達成されていた。ところが、蛍光増強の場合、励起分子が金属表面の極く近傍に位置するとき、エネルギー移動によって蛍光が失活するという難点があった。本研究は、そのような難点を克服し、蛍光増強の新しい場を提供するため、非金属ナノ構造による失活なしの蛍光増強を実現することを目的としている。本年度は、先ず非金属ナノ構造でも電場増強が可能か否かを明らかにするため、Mie散乱の理論から導かれる近接場増強度を、種々の物質の球形粒子について見積もった。その結果、半導体のGaP及びSiが高い増強度を示し、有力な候補物質であることが判明した。非金属微粒子には、表面プラズモン励起は存在しない。しかしこのような電場増強が得られるのは、微粒子の電磁気的な固有振動が励起されるためであり、今回の計算で予言された増強は、微粒子のTE_1,TM_1モードの励起によるものである。実験では、ガス中蒸発法により、MgO、ZnO、MoO_3、WO_3、GaPの微粒子層を作製し、その上にDCM又はrhodamine Bの色素分子層を堆積し、蛍光測定を行った。いずれの微粒子層についても、増強度の大小はあるものの、蛍光増強が観測された。特に、GaP微粒子層上に種々の膜厚のrhodamine B層を堆積し増強度を測定したところ、膜厚の減少とともに増強度が増大し、最大で140倍の増強度が得られた。これは、非金属微粒子表面で、失活なしの蛍光増強が実際に生じることを示している。

传统上，表面增强拉曼散射和荧光增强已经使用金属纳米结构通过使用与表面等离子体激元激发相关的局部电场增强来实现。然而，在荧光增强的情况下，存在一个问题，即当激发的分子非常靠近金属表面时，荧光由于能量转移而失活。为了克服这些困难，为荧光增强提供新的领域，本研究旨在利用非金属纳米结构实现不失活的荧光增强。今年，我们首先估计了米氏散射理论对各种材料的球形颗粒的近场增强程度，以阐明即使对于非金属纳米结构，电场增强是否也是可能的。结果，半导体GaP和Si表现出高度的增强，并被认为是有前途的候选材料。非金属颗粒中不存在表面等离子体激元激发。然而，这种电场增强是由于粒子的电磁固有振动被激发而获得的，而本次计算中预测的增强是由于粒子的TE_1和TM_1模式的激发所致。实验中采用气相蒸发法制备了MgO、ZnO、MoO_3、WO_3和GaP的细颗粒层，并在其上沉积DCM或罗丹明B的染料分子层，并进行荧光测量。尽管增强程度各不相同，但所有细颗粒层均观察到荧光增强。特别地，当在GaP微粒层上沉积各种厚度的罗丹明B层并测量增强度时，增强度随着膜厚度减小而增加，并且获得了140倍的最大增强度。这表明，在非金属细颗粒的表面上实际上发生了没有失活的荧光增强。

项目成果

期刊论文数量（3）

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科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

非金属ナノ構造による光電場増強機能の創出

利用非金属纳米结构创建光电场增强功能

DOI：
发表时间：
2009
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tsuji;T ; Thang;D-H ; Okaz aki;Y ; Nakanishi;M ; Tsubo Y ; Tsuji;M;辻剛志;辻剛志;辻剛志 ; 大園正吾 ; 水城健志 ; 辻正治;川田善正(分担執筆);辻剛志 ; 大園正吾 ; 水城健志 ; 辻正治;林真至
通讯作者：
林真至