ナノスケール光源を大面積基板上に緻密配列化

2010.11.22

独立行政法人物質・材料研究機構

NIMSナノ有機センターは、大面積導電性基板上に金ナノ粒子を等間隔で緻密に配列することで、近接場光源の大面積化に成功した。

概要

  1. 独立行政法人物質・材料研究機構 (理事長 : 潮田 資勝) ナノ有機センター (センター長 : 一ノ瀬 泉) の三木 一司 グループリーダーらは、大面積導電性基板上に金ナノ粒子を等間隔で緻密に配列することで、近接場光源の大面積化に成功した。
  2. 近接場光は回折限界を超える分解能を可能とし、50nm程度の分解能を持つ近接場光顕微鏡の原理となったナノテクノロジーの一つである。計測技術や製造技術での超分解能化や超微細化が意識されていたため、ナノメートルスケールの点光源が主流になっていた。光としての近接場光は量子物理、化学、通信など広く応用されているが、光センサー、太陽電池、光化学反応などへの実用化には平方cmから平方m程度の大面積の光源が必要になる。ファイバープローブ先端の微小な開口部や、鋭利な金属先端で発生させていたナノスケールの近接場光点光源を如何に大面積化するかが課題であった。
  3. 今回、研究グループは、有機分子で修飾した金ナノ粒子コロイドが自己組織的に配列化する現象に注目した。この手法を基にして、金ナノ粒子を等間隔で緻密に配列するために更に2つの技術の長所を組み合わせた。基盤としたのは自己組織的配列化の基本的な手法で、市販されている金ナノ粒子をアルカンチオール分子で修飾することにより、金ナノ粒子間が等間隔に揃った状態で配列化させることができる。二つ目は電気泳動法で金ナノ粒子を導電性基板上へ誘導することができる。三つ目は溶媒蒸発法で導電性基板上における金ナノ粒子の配列化を促進できる。さらに、導電性基板上もアルカンチジオール分子で修飾することで、導電性基板と金ナノ粒子間も化学結合を設けて機械的に丈夫な構造を実現できる。そして作製した金ナノ粒子の大きさと配列間の距離により近接場光源の波長を制御できることを確認した。この光源は、ナノスケールの金ナノ粒子表面で発生する近接場光を配列化することにより、金ナノ粒子配列全面で近接場光を発生させた大面積光源である。
  4. 今回の成果は、近接場光をデバイス等へ実用化するための基盤技術となるものであり、このブレークスルー技術で近接場光源を大面積化することが可能になり、太陽電池技術、化学センサーや生物センサーの開発等広い分野に応用できる。
  5. 本研究は、文部科学省　科学研究費補助金　特定領域研究「光 - 分子強結合反応場の創成」 (領域代表 : 三澤弘明北海道大学教授、http://photomolecule.net/) における公募研究「流体デバイスを用いた光 - 分子強結合化学反応の直接実証」 (H21~H23) (研究代表者 : 三木 一司) の一環として行われたもので、Applied Physics Letters誌 (米国物理学連合会発行) のオンライン速報版に近日中に掲載される予定である。
「プレス資料中の図2:金ナノ粒子を並べる手法 (上) 基盤となる自己組織化手法 (下) 基盤技術を基に開発した新手法」の画像

プレス資料中の図2:金ナノ粒子を並べる手法
(上) 基盤となる自己組織化手法
(下) 基盤技術を基に開発した新手法