フォトニック結晶を用いた光機能性材料の作製

使用光子晶体制造光学功能材料

基本信息

批准号：
03J11748
负责人：
久保祥一
金额：
$ 1.73万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

フォトニック結晶の内部で蛍光物質が発光する場合、フォトニックバンドギャップに一致した光の発光が抑制されるため、光を結晶中に閉じこめることや、励起状態を制御することが可能になると考えられる。これを、これまでに研究してきたフォトニックバンドの外部刺激による制御と組み合わせることにより、基礎と応用の両面から新しい展開が期待できる。しかしながら、これまでフォトニック結晶に色素や半導体ナノ粒子などの発光物質を導入し蛍光挙動を観測した報告があるものの、その励起状態や発光挙動がどのような影響を受けるのかについて、いまだに結論が出ていない。ポリスチレンの微粒子からなるオパール構造膜に蛍光色素ローダミン6Gを吸着し、時間分解蛍光スペクトルを測定することによって励起状態の評価を行った。その結果、オパール膜のストップバンドに対応する波長の発光強度が低下しており、検出角度の変化によってストップバンドがシフトするとともに蛍光強度が低下する波長が短波長側にシフトしていることも観察された。しかし、蛍光寿命の角度依存性は観察されなかった。さらにフォトニック結晶の効果を評価するために、ストップバンドが色素の発光波長と重ならない、粒径の小さい微粒子からなるオパール膜に、同様に色素を吸着し、蛍光寿命を比較した。その結果、これまでの予想とは逆に、フォトニック結晶の影響を受けることによって短寿命化することが明らかとなった。これは、ストップバンドのバンド端において光の状態密度が増加し、それによって発行速度が上昇することによるものであると考えられる。発行スペクトルで、通常は観測されないような鋭いピークがバンド端で観測されることも、この説明を支持している。このような効果は、これまでに検討されてこなかったものであり、フォトニック結晶の内部における発光挙動の解明に重要な意味を持つと考えられる。

当荧光物质在光子晶体内发光时，与光子带隙相匹配的光的发射被抑制，从而可以将光限制在晶体内并控制激发态。通过将其与迄今为止研究的外部刺激对光子带的控制相结合，从基础和应用的角度都可以期待新的发展。然而，虽然已有通过将染料和半导体纳米粒子等发光物质引入光子晶体来观察荧光行为的报道，但对于激发态和发射行为如何受到影响，目前还没有定论。将荧光染料罗丹明6G吸附到由聚苯乙烯细颗粒制成的蛋白石结构膜上，并通过测量时间分辨荧光光谱来评估激发态。结果发现，与蛋白石薄膜阻带对应的波长的发射强度降低，并且阻带随着检测角度的变化而移动，荧光强度降低的波长向较短的方向移动。波长侧就完成了。然而，没有观察到荧光寿命的角度依赖性。为了进一步评估光子晶体的有效性，我们同样将染料吸附在由小颗粒制成的蛋白石薄膜上，其阻带与染料的发射波长不重叠，并比较荧光寿命。结果表明，与之前的预测相反，由于光子晶体的影响，寿命缩短了。这被认为是由于阻带带边缘处光学态密度的增加，从而增加了发射速率。在发射光谱中通常观察不到的带边缘处的尖锐峰的观察也支持了这种解释。迄今为止，这种效应尚未得到研究，但被认为对于阐明光子晶体内部的发光行为具有重要意义。