北大ら,ナノ粒子を捕集し空隙に固定するプラズモン技術を開発

北海道大学と熊本大学は共同で,金属のナノサイズ空隙にナノ粒子を非接触で捕集し,ワンステップで配置・固定する新技術を開発した(ニュースリリース)。

ナノ粒子,特に,有機分子で作ったナノ粒子は電気的,光学的に有用な機能があることから最近注目を集めている。しかし,ナノ粒子を有効に機能させるためには,作製したナノ粒子を微細な電気配線や光回路の上にナノメートルの精度で配置する技術が必要となる。

今回新たに開発した技術では,まず,ナノサイズの金の空隙を最先端微細加工技術により作製した。この金ナノ空隙構造はレンズの働きを持っており,光を照射すると光がナノ空隙に絞り込まれ閉じ込められて,極めて強い光のスポット(絞り込む前の1万倍以上の明るさ)を形成する。強力なナノ光スポットは,液体中に漂うナノ粒子を引き寄せるのに十分な力(光圧)を発生させることができ,ナノ粒子をナノ空隙に非接触で捕集することが実現できた。

さらに,光の照射で温度が上昇した金ナノ空隙構造は,光圧で捕集したナノ粒子をわずかに溶かして接着し固定することを可能とした。今回の実証実験では,研究グループが作製した極めてよく光る有機分子のナノ粒子を,金のナノ空隙にワンステップで捕集・配置・固定することに成功した。電子顕微鏡で観察したところ,金のナノ空隙にナノ粒子が固定されており,この分子特有の色をした強い光を発することが確認された。

光る分子のナノ粒子を金属のナノ空隙に配置すると発光が増強される効果が報告されており,この手法によりナノサイズの強力な光源を開発することができる。また,ナノ空隙を周期的に並べると,光の波が揃う超放射と呼ばれる現象が起こり,さらに強力な発光源としての応用が期待されるという。

分子の数を減らして1個の分子をナノ空隙に捕集・固定することが実現できれば,単一分子エレクトロニクス素子の作製や,分子の量子特性を利用した光量子情報処理・通信デバイスとしての応用も可能。また,極微量の分子・ナノ粒子でも捕集してナノ空隙の強力な光スポットで分析することができるため,超高感度分子センサーとしての実用化も期待されるとしている。

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