【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.07】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM0180
利用課題名 / Title
レーザー励起用金属プラズモニック結晶
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
電子線リソグラフィ/ EB lithography,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,メタマテリアル/ Metamaterial,フォトニクス/ Photonics,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
久保 敦
所属名 / Affiliation
筑波大学 数理物質系
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
豊澤 剛
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
津谷 大樹
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
金属ナノ構造の周期配列構造であるプラズモニック結晶は、２次元的な平面領域における表面プラズモンモードを人工的に操作する有力な手法である。プラズモニック結晶における表面プラズモンモードはプラズモニックバンドに従う。プラズモニックバンドの特定の波数（k点）におけるエネルギーに共鳴する励起光を照射する事により、プラズモニック結晶には強い表面場が形成される。この効果は、種々の非線形光学応答を増強する。本研究では、金（Au）薄膜の表面に同じくAuのナノ構造を周期的に配列したプラズモニック結晶を作製する。この試料を用い、プラズモニック結晶からの多光子光電子放出の増強現象について研究する。
実験 / Experimental
プラズモニック結晶は、Siウェハーを基板に用いCr/Au薄膜を蒸着の後、レジストの塗布、電子ビーム描画装置による三角ナノプリズム状Auナノ構造の配列パターンの描画、現像、Au蒸着、リフトオフの各工程を経て作製される。作製した試料の評価は、波長可変フェムト秒レーザーを試料の励起光源として備えた光電子顕微鏡（PEEM）により行った。フェムト秒レーザーの照射により試料表面から多光子光電子放出が生じる。PEEMによりこの光電子放出の空間的強度分布を顕微像として観察する。励起レーザー光の波長を順次変化させながらPEEM像の取得を行い、多光子光電子放出の励起光エネルギー依存性を計測する。
結果と考察 / Results and Discussion
今回の試料作製においては、電子ビーム描画装置のマシンタイムの都合上、Siウェハー基板へのCr/Au薄膜蒸着のみ実施した。過去に作製したプラズモニック結晶を用いたフェムト秒レーザー励起PEEMによる観察では、プラズモニック結晶の格子定数に相関した特定の励起光波長において、試料表面からの共鳴的な多光子光電子放出の共鳴的な増強が観察された。FDTD法を用いたプラズモニックバンドの計算結果と比較した結果、プラズモニック結晶からの光電子放出増強は、プラズモニックバンドのブリルアンゾーン端におけるバンドエネルギーに励起光が一致するときに生じることが明らかになった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 豊澤剛, 久保敦, 福本恵記, "三角形ナノディスク三角格子型Auプラズモニック結晶の電場増強", 第20回プラズモニクスシンポジウム, 2024年6月7-8日
- 豊澤剛, 久保敦, 福本恵記, "Auプラズモニック結晶固有状態の多光子光電子放出", 第72回応用物理学会春季学術講演会, 2025年3月14-17日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：1件