ナノギャップ金属構造が示す光電場増強機構の解明

阐明纳米间隙金属结构的光电场增强机制

基本信息

批准号：
18850001
负责人：
上野貢生
金额：
$ 1.68万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

ガラス基板上に電子線リソグラフィー/リフトオフ技術により、可視域から近赤外領域にプラズモン共鳴バンドを有する金ナノ構造の作製を行った。作製した金ナノ構造は、縦方向と横方向の長さが同じ(アスペクト比:1,厚みは40nmと一定とした)で、構造のサイズのみ10nm(一辺)ずつ変化させることにより、単一ピークのプラズモン共鳴スペクトルが約20nmずつ波長シフトする設計とした(構造サイズが大きくなると、共鳴スペクトルは長波長シフト)。作製した構造体に、センター波長800nmのフェムト秒レーザービーム(〜10μW)を集光照射し、得られた金構造からの2光子励起発光強度を計測した。金2光子励起発光強度は、構造のサイズが140nmの時に最大となり、金ナノ構造の厚みを30,20,10nmと薄く設定して作製すると、発光強度が最大となる構造体のサイズが、120nm,80nm,60nmと小さくなることが明らかになった。これは、金ナノ構造の厚みが薄くなると、プラズモン共鳴波長は長波長シフトすることから、構造サイズが小さい構造において光電場増強がより大きく誘起されたものと考えられる。以上の結果から、金2光子励起発光強度は、入射レーザー光の波長とプラズモン共鳴スペクトルのピーク波長が一致するときに最大となることが明らかになった。一方、表面増強ラマン散乱(SERS)強度は、入射レーザー光の波長では最大とならずに、散乱光波長と入射光波長の中間にプラズモン共鳴バンドを有する金ナノ構造体で最大となることが明らかになった。これまでのSERS分光法に関する理論的研究から、SERS強度は入射光電場強度だけではなく、散乱光輻射場における電磁的な増強効果においてもシグナルが増大することが示唆されているが、本研究では実験的に散乱光の輻射効率がSERS強度に及ぼすことを明らかにすることに成功した。

通过电子束光刻/提升技术在玻璃基板上制造了具有等离子共振带和接近红外范围的具有等离子体共振带的金纳米结构。 The fabricated gold nanostructures were designed to have the same length in the longitudinal and lateral directions (aspect ratio: 1, thickness constant at 40 nm), and by changing the size of the structure by 10 nm (one side), the plasmon resonance spectrum of a single peak was shifted by approximately 20 nm (as the structure size increases, the resonance spectrum is shifted by a long wavelength).将制造的结构浓缩并用飞秒激光束（〜10μW），中心波长为800 nm，并测量了来自获得的金结构的两光子激发发射强度。当结构为140 nm时，金纳米结构以30、20和10 nm的厚度制造时，金纳米结构的结构大小（具有最大的发射强度，将最大的发射强度降低至120、80和60 nm）。这被认为是因为，随着金纳米结构的厚度变得更薄，等离子体共振波长会移动长波长，这就是为什么在具有较小结构尺寸的结构中，人们认为光电场增强的诱导更为显着。从上述结果中可以表明，当入射激光的波长与等离子体共振光谱的峰值波长一致时，金两光子激发发射强度是最大的。另一方面，已经揭示出表面增强的拉曼散射（SERS）强度并不是入射激光的波长最大的，但在金纳米结构中最大的是具有等离子体共振带的散射和入射光波长之间的位置。先前对SERS光谱的理论研究表明，信号不仅在入射光电场强度中增加，而且在散射光辐射场的电磁增强效应中也增加。但是，这项研究成功地在实验上证明了散射光的辐射效率会影响SERS强度。