Understanding the electromagnetic field enhancements in two-dimensional materials and its application to optical rectenna

了解二维材料中的电磁场增强及其在光学整流天线中的应用

基本信息

批准号：
22K04201
负责人：
内野俊
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

二次元材料は安価で、持続可能なクリーンエネルギーを実現する次世代電子デバイス材料として期待されている。特に、グラフェンはシリコンの約100倍の高移動度を示すほか、柔軟性や耐久性に優れていることからグリーンエレクトロニクス材料として有望視されている。近年、二次元材料で通常のラマン分光法よりも6桁以上高い感度を示す表面増強ラマン散乱(SERS)が観測された。SERS効果のメカニズムとして、金属表面のプラズモンに由来する電磁場増強や電荷移動共鳴による化学効果が提唱されているが、原子1個分の厚さしかない二次元材料の特異なSERS効果はまだ十分な理解が得られていない。そこで、二次元材料におけるSERS効果のメカニズムを解明し、感染症やガンなどを診断する超高感度バイオケミカルセンサーを開発することを目的として研究を行った。初年度は、二次元材料のプラズモン増強場形成のメカニズムを解明し、SERS基板の高性能化を行った。最初に、薄層化したマイカ上にRFスパッタを用いて300℃の高温で銀を堆積した後、裏面に単層グラフェンを転写したSERS基板を作製した。銀薄膜表面には局在表面プラズモンを示すナノホールが自己組織的に形成されていた。被験物質として微量のローダミン6G 水溶液（1μM）を用いてラマン散乱分光を行った結果、グラフェン側を表面にして測定すると、裏面の銀からの反射によりSERS信号が大きく増強することがわかった。さらに、マイカ基板を通過したレーザー光を用いて測定すると、ローダミン6G起因の複数のピークを高感度に観測できることがわかった。これは、大気よりも屈折率や誘電率が大きいマイカ基板を通過したレーザー光が被験物質に照射したためと考えられる。また、グラフェンと被験物質間の電荷移動共鳴による化学効果がスローライト効果により増加したことが示唆された。

两维材料价格便宜，预计将是实现可持续清洁能源的下一个代理电子设备材料。特别是，石墨烯大约是硅运动程度的100倍，由于其出色的柔韧性和耐用性，预计作为绿色电子材料有望成为绿色电子材料。近年来，已经观察到了比正常拉曼光谱法高6位的表面增强的拉曼散射（SER）。作为SERS效应的一种机制，已经提出了来自金属表面等离子体的电磁场增强和电荷转移共振的化学作用，但是两个原子的两个二维材料的独特SER效应仍然足够获得。因此，我们进行了研究以开发一种超高敏化生物学传感器，该传感器阐明了两种维材料中SERS效应的机理，并诊断出传染病和癌症。在第一年，阐明了两种二维材料的血浆增强功能的形成机理，并改善了SERS底物。首先，在300°C的高温下在300°C的高温下，在薄层米云的高温下沉积银的SERS基板，然后在背面转录一个单个层石墨烯。在银薄膜表面上，纳米荷尔表明形成了局部表面等离子体的自组织。作为受试物质，使用少量的载胺6g水溶液（1μm）进行了板条散射光谱仪，并发现由于石墨烯后银的反射，SERS信号会大大增加。在表面测量侧面。此外，发现使用激光光穿过云母底物的测量值可以在由载荷6g引起的多个峰的高灵敏度下观察到。这可能是因为通过云母底物的激光光与大气相比具有更大的折射率和介电速率的激光光照射了受试者物质。还建议，由于慢光效应，石墨烯和受试者之间的电荷转移谐振引起的化学效应增加。