JP4900900B2 - 金属微粒子表面プラズモン共鳴特性を可逆的に制御する方法、材料及びデバイス - Google Patents
金属微粒子表面プラズモン共鳴特性を可逆的に制御する方法、材料及びデバイス Download PDFInfo
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Description
(1)本発明では、金属微粒子をクロモジェニック材料となるマトリックスと接触もしくは近接させて配置することで、金属微粒子のSPR又はλSPRを可逆的に制御する方法、その材料及びデバイスを提供することができる。
(2)本発明では、マトリックス材料の誘電率や光学定数を制御することで、金属微粒子のSPR及びλSPRを可逆的に制御することが可能な方法及び材料を提供することができる。
(3)本発明は、上記金属微粒子のSPR又はλSPRを可逆的に制御する方法及びその材料を利用した、新しい光学デバイス、センサー、プラズモニックス、分光法などの分野で使用するデバイスを提供することを可能とする。
(4)本発明により、金属微粒子のSPR及びλSPRを可逆的シフトできる、金属微粒子とクロミック材料を組み合わせてなる新しい材料系を提供できる。
(5)本発明により、熱、電圧、ガス、圧力などにより、SPR及びλSPRを非常に簡単で、且つ可逆的にシフトすることができ、上述各応用の実現を加速することができる。
(1)銀の微粒子及び二酸化バナジウム薄膜の形成及び光学特性の測定
汎用のスパッタ装置を使って、銀の微粒子をスパッタ法により形成した。スパッタ装置では、直径36センチ、高さ45センチの円筒形真空チェンバーを排気能力0.21m3/sのターボモレキュラポンプで排気して真空を形成した。チェンバーには、直径2インチのマグネトロンソース3基を基板に30度上向きで配置されていた。ターゲットと基板の間の距離は12センチであった。基板ホルダにより基板が回転でき、また、ハロゲンランプにより800℃まで加熱可能となっていた。
カーボンコート銅メッシュ上に形成された(基板から)VO2(15nm)/Ag/VO2(10nm)構造のTEMイメージを図4示す。銀微粒子の等価質量厚さは、それぞれ2.5nm(a)及び8nm(b)である。等価質量厚さとは、銀微粒子の質量をバルク密度で計算した同じ質量の緻密な薄膜の厚さのことで、水晶膜厚計で計測した成膜率から算出される。なお、膜厚の制御は、単にスパッタの時間で制御される。
サファイア基板上に形成したVO2(15nm)/Ag(8nm)/VO2(10nm)(VAVで表す)構造の分光透過率及びその温度変化(20〜90℃)を図5に示す。比較するため、同じくVO2(25nm)標準膜の分光透過率を図に並んで示す。両方共、温度変化に従って透過率の大きな変化が見られ、また、昇温・降温に連れ可逆的変化を示す。一方、VO2膜では、その透過率が高く、曲線がより平滑であるのに対して、VAV膜では、銀粒子による光の吸収によって透過率曲線全体が低い位置にあり、更に、近赤外約1000nm付近では、銀粒子のSPRによる異常吸収谷の存在が明らかである。
同じ条件でサファイア基板上に作製された厚さ25nmの二酸化バナジウム薄膜について、実施例1と同様にして、分光透過率及びその温度変化を調べた結果、図5及び図6に示されるように、SPR吸収が見られなかった。
同じ条件でサファイア基板上に作製された厚さ8nmの銀薄膜について、実施例1と同様にして、吸光度及びその温度変化を調べた結果、図6に示されるように、λSPRが波長506nmに位置し、また、温度変化に対してほとんどシフトが見られなかった。
Claims (7)
- 金属微粒子を、クロモジェニック材料となるマトリックスと接触もしくは電子場的に効果が及ぶ範囲に接近させて配置させることにより、金属微粒子とマトリックスを含む構造系を形成した構造を有し、この構造系の温度を変化させながら光を照射し、温度変化と共にマトリックスの相転移によって誘電率を変化させ、クロモジェニック材料の光学変化を可逆的に制御することにより、金属微粒子のSPR又はその光吸収や光散乱のピーク値の波長λSPRのシフトを可逆的に制御することができる金属微粒子−クロモジェニック複合材料であって、
金属微粒子のサイズが、1nm〜5μmであり、クロモジェニック材料となるマトリックスが、サーモクロミック材料の酸化バナジウム系化合物であることを特徴とする上記金属微粒子−クロモジェニック複合材料。 - 金属微粒子が、Cu,Ag,Au,Al,Li,Na,K,In,Pt,Pd,又はRhである、請求項1記載の材料。
- サーモクロミック材料が、金属及び/又は非金属を添加した酸化バナジウム系化合物である、請求項1記載の材料。
- 金属微粒子をクロモジェニック材料となるマトリックスと接触もしくは電子場的に効果が及ぶ範囲に接近させて配置させることにより、金属微粒子とマトリックスを含む構造系を形成し、この構造系の温度を変化させながら光を照射し、温度変化と共にマトリックスの相転移によって誘電率を変化させ、クロモジェニック材料の光学変化を可逆的に制御することにより、金属微粒子のSPR又はその光吸収や光散乱のピーク値の波長λSPRのシフトを可逆的に制御する方法であって、
金属微粒子のサイズが、1nm〜5μmであり、クロモジェニック材料となるマトリックスが、サーモクロミック材料の酸化バナジウム系化合物、あるいは金属及び/又は非金属を添加した酸化バナジウム系化合物であることを特徴とする上記方法。 - 金属微粒子が、Cu,Ag,Au,Al,Li,Na,K,In,Pt,又はRhである、請求項4記載の方法。
- 請求項1から3のいずれかに記載の金属微粒子−クロモジェニック複合材料からなり、金属微粒子のSPR又はλSPRが可逆的にシフトする特性を有することを特徴とする素子。
- 請求項6記載の素子を含むことを特徴とする温度センサー。
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