アクセシブル増強磁場を有する高屈折率誘電体メタサーフェスの開発と光化学反応場応用

具有可及增强磁场的高折射率介电超表面的研制及其在光化学反应领域的应用

• 批准号: 22KJ2262
• 负责人: 長谷部 宏明
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2262/
• 关键词: ナノアンテナ; 誘電体メタサーフェス; 磁気双極子繊維; 光と物質の相互作用

本研究はアクセシブルな磁場増強を有するメタサーフェスの開発とそれを光化学反応プラットホームとして応用することを目的としている。今年度は以下にのことに取り組み結果を得た。(1)FDTDシミュレーションによる構造設計：シリカ基板上にシリコンナノディスクが配列している構造について、アクセスできる磁場増強場が最大となるように最適化を行った。このシミュレーションにより高さに対し直径が大きいときに発現するトロイダル双極子モードを用いることで磁場増強場を最大化できることを見出した。また、配列構造による隣り合うナノアンテナとのモードのカップリングによって更に大きな磁場増強が得られることを明らかにした。(2)誘電体メタサーフェスの作製：シミュレーションをもとに実際に構造を作製し、ナノスフィアリソグラフィを用いることでシリコンを用いたメタサーフェスを作製した。作製したメタサーフェスがトロイダル双極子共鳴を有することを実験とシミュレーションで得られた透過スペクトルより明らかにした。(3)メタサーフェス、光増感剤複合構造の作製：実際に光化学反応プラットホームとしての応用を目指し上記作製したメタサーフェスと光増感剤の複合構造の作製プロセスの開発を行った。メタサーフェスに直接光増感剤を修飾することによって、他の分子へのエネルギー移動を妨げない構造としている。吸光度測定及び発光測定から、そのプロセスによって複合体が作製できていることを明らかにした。

这项研究旨在开发具有可访问磁场增强的元浮面，并将其用作光化学反应平台。今年，我们已经实现了以下结果：（1）使用FDTD模拟的结构设计：优化了在硅胶基板上排列硅纳米词的结构，以最大程度地提高可访问的磁场增强场。该模拟已经发现，使用环形偶极模式可以最大化磁场增强场，当直径相对于高度相对于高度时时，该模式可以表达。还发现，由于阵列结构，通过与相邻的纳米antennas耦合模式可以实现更大的磁场增强。 （2）制造介电元面：该结构实际​​上是基于模拟制造的，并且通过使用纳米透明术，制造了使用硅的元表面。通过实验和模拟获得的透射光谱表明，制备的跨额偶极子偶极子共振。 （3）制备元时间和光敏剂复合结构：我们开发了一个过程，用于制造上述准备的元时间和光敏剂的复合结构，旨在将其应用于光化学反应平台。通过直接在元图上修改光敏剂，结构不会干扰能量转移到其他分子。吸光度和发光测量结果表明，复合物是通过过程产生的。

项目成果

Toroidal Dipole-Induced Photocurrent Enhancement in Si Nanodisk Hexagonal Array below the Band Gap

• DOI: 10.1021/acsphotonics.2c00660
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: ACS Photonics
• 影响因子: 7
• 作者: H. Hasebe;Keisuke Moriasa;Kaito Yamashita;H. Sugimoto;M. Fujii

Enhancement of photosensitizing activity of ruthenium complex by resonant dielectric nanodisk array

谐振介电纳米盘阵列增强钌配合物的光敏活性

• 发表时间: 2022
• 作者: Keisuke Moriasa;Hiroaki Hasebe;Hiroshi Sugimoto;Minoru Fujii
• 通讯作者: Minoru Fujii