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。

本研究的目的是开发一种具有可增强磁场的超表面，并将其用作光化学反应平台。今年，我们做了以下工作并取得了成效。 (1)使用FDTD模拟进行结构设计：对硅纳米盘排列在二氧化硅基底上的结构进行优化，以最大化可达到的磁场增强场。通过这个模拟，我们发现，当直径相对于高度较大时，可以通过使用环形偶极子模式来最大化磁场增强场。此外，研究表明，由于阵列结构，相邻纳米天线之间的模式耦合可以获得更大的磁场增强。 (2)介电超表面的制作：我们根据模拟实际制作了结构，并利用纳米球光刻技术用硅制作了超表面。通过实验和模拟获得的透射光谱表明，所制备的超表面具有环形偶极子共振。 (3)超表面和光敏剂复合结构的制备：我们开发了一种制备上述制备的超表面和光敏剂复合结构的工艺，目的是将其实际应用为光化学反应平台。通过用光敏剂直接修饰超表面，我们创建了一种不会干扰能量转移到其他分子的结构。吸光度和发光测量表明该过程产生了复合物。

项目成果

"シリコンナノディスクアナポールメタサーフェスによる狭帯域近赤外吸収"

“硅纳米盘折角超表面的窄带近红外吸收”

• 发表时间: 2022
• 作者: 長谷部 宏明;森朝 啓介;杉本 泰;藤井 稔
• 通讯作者: 藤井 稔

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

带隙下方硅纳米盘六角形阵列中的环形偶极子诱导光电流增强

• DOI: 10.1021/acsphotonics.2c00660
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 7
• 作者: Hasebe Hiroaki;Moriasa Keisuke;Yamashita Kaito;Sugimoto Hiroshi;Fujii Minoru
• 通讯作者: Fujii Minoru

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: Hiroaki Hasebe;Hiroshi Sugimoto;Minoru Fujii
• 通讯作者: Minoru Fujii