金属ナノ粒子装荷型グラフェンメタマテリアルにおける２次元プラズモンの動的制御（国際共同研究強化）

金属纳米粒子负载石墨烯超材料中二维等离子体激元的动态控制（加强国际联合研究）

基本信息

批准号：
15KK0237
负责人：
石川篤
金额：
$ 9.07万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research)
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016 至 2017
项目状态：
已结题

项目摘要

２次元プラズモンの動的制御に基づくチューナブルメタマテリアルについて、１）原子薄膜－金属ナノ構造からなる複合材料の作製と評価、２）機械学習を用いた光学応答予測および３）高感度な表面増強赤外分光法への応用に取り組んだ。１）についてはまず、ＳｉＯ２酸化膜を有するＳｉ基板上に成膜したグラフェンや遷移金属ダイカルコゲナイド原子薄膜の層数決定法を検証した。具体的には、酸化膜とグラフェン、ＭＯＳ２、ＭＯＳe２、ＷＳ２およびＷＳe２が作り出す薄膜干渉をモデル化し、その光コントラストが最大となる観察波長と酸化膜厚みの関係を理論的に明らかにした。次に、酸化膜を有するＳｉ基板上に成膜したグラフェンに金属ナノ粒子を分散・担持した複合材料を作製し、その反射スペクトルを評価した結果、プラズモン共鳴に起因する特徴的な可視光吸収の観測に成功した。２）については、このようなメタマテリアルを微小なプラズモン要素の集合体として扱い、その光学応答を機械学習により予測する手法を開発した。具体的には、３次元有限要素法解析により得られた様々な構造パターンのメタマテリアル応答を、教師データとして畳み込みニューラルネットワークに学習させたのち、新規なメタマテリアル構造の応答予測を行なった。その結果、学習条件に応じたスペクトル予測に成功し、所望のスペクトルを示すメタマテリアル構造の自動設計に向けた有用な知見を得た。３）については、メタマテリアル内のプラズモン干渉を制御することで、高密度な四重極子モードや超カイラル場を示す新規なメタマテリアル構造を開発した。前者については、Ｃ＝Ｏ官能基を含む有機分子ナノ薄膜を用いた表面増強赤外分光におけるゼプトモルレベルの検出感度を達成し、その有用性を示した。

对于基于二维等离子的动态控制的可调节材料，我们在1）由原子薄膜和金属纳米结构组成的复合材料制造和评估，2）使用机器学习的光学响应预测，3）3）应用于高度敏感的表面增强基调光谱。关于1），首先，我们验证了确定石墨烯和过渡金属二分法原子原子薄膜的层数，该薄膜形成的SIO2氧化物膜上形成。具体而言，对氧化物膜和石墨烯，MOS2，MOSE2，WS2和WSE2产生的薄膜干扰进行了建模，理论上揭示了观测波长之间的关系，在该观测波长中，光学对比度最大化并揭示了氧化物膜厚度。接下来，制备了在含氧化物的Si底物上形成的石墨烯上分散金属纳米颗粒的复合材料，并评估了反射光谱，因此，成功观察到了由等离子体复合引起的特征性可见光吸收。关于2），我们开发了一种将这种超材料作为小等离子体元件集合的方法，并使用机器学习预测了它们的光学响应。具体而言，通过卷积神经网络对通过3D有限元分析获得的各种结构模式的超材料响应作为教师数据进行了训练，然后对新的超材料结构进行了响应预测。结果，根据学习条件，光谱预测是成功的，并且获得了有用的知识，用于自动设计显示所需光谱的超材料结构。关于3），我们通过控制超材料内的等离子体干扰，开发了一种新型的超物质结构，显示了高密度四极模式和超短期病场。对于前者，使用含有C = O官能团的有机分子纳米薄膜，在表面增强红外光谱中实现了检测敏感性，表明其有用性。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Plasmonic metamaterials for surface-enhanced infrared absorption spectroscopy

用于表面增强红外吸收光谱的等离子体超材料

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Ishikawa;S. Hara;T. Tanaka;Y. Hayashi;and K. Tsuruta;A. Ishikawa;A. Ishikawa
通讯作者：
A. Ishikawa

研究室ホームページ

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DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Plasmonic metamaterials for surface-enhanced infrared molecular detection

用于表面增强红外分子检测的等离子体超材料

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Ishikawa;S. Hara;T. Tanaka;Y. Hayashi;and K. Tsuruta;A. Ishikawa
通讯作者：
A. Ishikawa

遺伝的アルゴリズムを用いて自動設計した赤外デジタルメタマテリアル

利用遗传算法自动设计的红外数字超材料

DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Ishikawa;Y. Sugino;Y. Hayashi;and K. Tsuruta;杉野有哉，石川篤，林靖彦，鶴田健二
通讯作者：
杉野有哉，石川篤，林靖彦，鶴田健二

カリフォルニア大学バークレー校(米国)

加州大学伯克利分校（美国）

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发表时间：
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低频rTMS与强化职业治疗联合治疗脑卒中后上肢偏瘫患者：临床方案和NEURO-15结果

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
横井安芸;角田亘;福田明子;伊東寛史;冨永あゆ美;梅森拓磨;亀田有美;石川篤;安保雅博;アキヨコイ;ワタルカクダ;アキコフクダ;ヒロシイトウ;アユミトミナガ;タクマウメモリ;ユミカメダ;アツシイシカワ;アボマサヒロ;Aki Yokoi;W. Kakuda;Akiko Fukuda;Hiroshi Ito;Ayumi Tominaga;Takuma Umemori;Yumi Kameda;A. Ishikawa;M. Abo
通讯作者：
M. Abo