光エネルギーの低損失伝播集約による新規光機能開拓

通过光能的低损耗传播聚合开发新的光学功能

基本信息

批准号：
18J20921
负责人：
及川隼平
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

持続可能な社会に向けてクリーンかつ再生可能な太陽光、なかでもその半分を占める可視光のエネルギーを有効利用する技術開発が求められている。金属ナノ構造におけるプラズモン現象は、可視光を金属表面のナノ領域に集光することが可能である。この局在性を利用すると、光エネルギーの高効率物質転写が可能となるため、光電変換能の向上や新規光物性の開拓が期待される。例えば量子限界域に近接した金属二量体は、高次のプラズモン励起により光の散逸が抑制され、光の極限集約系として注目されている。しかし、作製過程におけるナノ構造の制御性や、光照射時における光学散乱に起因するエネルギー損失のためプラズモン励起状態の形成とその寿命には原理的、技術的な限界があり、光の効率利用に向けた系の光吸収、伝播、局在化のより高度な制御は重要な課題である。光散乱の抑制系として金属二量体構造や格子構造の応用が提案されている。可視光波長程度に整列された金属格子構造は、回折散乱光とプラズモンが結合することで光散乱が低減され、大きな吸収断面積と効率的な光伝搬能を有する。両者を組み合わせた系の創出は究極の光集約を可能とするが、既存のナノ構造制御技術の空間分解能や、光の摂動を転写する物質系との相互作用の自在制御など光エネルギーの高効率に向けて解決すべき課題が多く残されている。本研究では、電気化学反応による新規金二量体間の精密ナノ間隙制御を可能とし、室温下での高次プラズモン励起による極限光集約を実現した。続いて、低温アニール法によって構造不均一性が低減された金格子構造がレーザーや強結合等の光集約へ繋がる光学現象へ汎用的に応用可能であることを見出し、加えて、特定の欠陥が導入された格子構造と色素分子と強く相互作用させることにより、はじめて2次元空間内における光の集約効果を実証し、効率的な光捕集、伝播、局在を可能とする系を創出した。

为可持续社会开发干净，更新的阳光，并有效利用可见光的光能，这是必需的，这是必需的，其中占其中一半的一半。金属纳米结构中的等离子体现象可以在金属表面的纳米区域收集可见光。通过使用此局部性，可以使用高效率的光能转移，因此有望改善光电转换并发展新的光学性能。例如，接近量子极限的金属体被高阶等离子体激发所抑制，光吸引着作为光的极端结构。但是，由于在生产过程中控制纳米结构以及光照射期间光学散射引起的纳米结构，因此，等离子体激发状态及其寿命具有根本和技术限制，其寿命是一种基本性，技术限制。已经提出了金属双体和格子结构的应用，作为光散射的抑制系统。衍射散射光和等离子体的组合降低了至可见光波长的金属晶格结构，并具有较大的吸收截面和有效的光学交易能力。两者的组合是可能的，但是最终的光整合是可能的，但是光能的效率很高，例如现有的纳米结构控制技术的空间分辨率以及与在那里传递光摄入的物质系统相互作用的相互作用有许多问题要解决。在这项研究中，由于电化学反应而引起的新金钱之间的精确纳米间隙控制是可能的，并且在室温下，由高阶等离子体激发引起的极端照明的整合得以实现。随后，具有较低温度的退化方法的金晶格结构通常应用于光学现象，从而导致光收集（例如激光和强键），并通过与引入的lattice lattice lattice相互作用。结构和色素分子，我们首次有能力在两个维空间中证明光的整合效应，并创建一个可以有效收集，传播和定位的系统。