課題番号 ：S-20-MS-0016
利用形態 ：協力研究
利用課題名（日本語） ：キラルプラズモンによる円偏光発光増強
Program Title (English) ：Enhancement of circularly polarized light emission by chiral plasmon
利用者名（日本語） ：橋谷田 俊
Username (English) ：S. Hashiyada
所属名（日本語） ：国立研究開発法人理化学研究所　光量子工学研究センター
Affiliation (English) ：RIKEN Center for Advanced Photonics

１．概要（Summary）
キラル（左右非対称）な形状の金属ナノ構造体は、キラルなプラズモン共鳴によって円偏光と強く相互作用し、巨視的に強い光学活性を示す。光励起されたキラルプラズモンは、ナノ構造近傍に強く局在しかつ強くねじれた光電場（キラルプラズモン場）を発生する。キラルプラズモン場は自由空間を伝搬する円偏光よりも強くキラル物質と相互作用し、物質のキラリティ検出感度を増強する。
キラル蛍光分子は円偏光蛍光を発するが、その円偏光度は一般的に10-3程度と小さい。そこで本研究では、キラルプラズモン場によりキラル蛍光分子を励起することで、蛍光の円偏光度を増強することを試みた。

２．実験（Experimental）
本研究では、キラル蛍光分子とキラル金ナノ構造の複合体を試料として用いた。本研究で用いたキラル蛍光分子は分子・物質合成プラットフォームにて自然科学研究機構分子科学研究所の椴山研究室に合成を依頼した。ペリレン-3,4,:9,10-テトラカルボキシビスイミドを出発原料として用いて、キラルビナフタレンビスイミド骨格を有する蛍光分子を合成した。キラル金ナノ構造には、卍型とその鏡文字型の形状を有する擬２次元金ナノ構造を用いた。ナノ構造は、電子線描画リフトオフ法でガラス基板上に作製した。分子-ナノ構造複合体試料は、スピンコート法によりキラル蛍光分子を添加したポリメタクリル酸メチル(PMMA）薄膜をキラル金ナノ構造上に形成することで作製した。
試料が発する蛍光の円偏光度の測定には、自作の偏光光学顕微鏡を用いた。励起光には直線偏光した波長532 nmのレーザー光を用いた。試料が波長550 nm以長に発する蛍光を1/4波長板と直線偏光子、ノッチフィルターを透過させ、光電子増倍管で検出した。

３．結果と考察（Results and Discussion）
四通りのキラル蛍光分子（P,M体）-キラル金ナノ構造（卍型、鏡像卍型）複合体試料の円偏光蛍光を計測したところ、全ての組み合わせで円偏光度0.02程度の蛍光が観測された。円偏光度の符号は、キラル蛍光分子のP体とM体のどちらを使った場合でも、卍型ナノ構造の場合には正、鏡像卍型ナノ構造の場合には負であった。キラルでない蛍光分子とキラル金ナノ構造の複合体試料の円偏光蛍光を計測したところ、キラル蛍光分子を用いた場合と同程度の円偏光度の蛍光が観測された。これらの結果から、今回観測された円偏光蛍光は、分子が発した円偏光度が小さいもしくはゼロの蛍光がナノ構造のキラルプラズモンによって散乱されることによって発生したと考えられる。

４．その他・特記事項（Others）
キラル蛍光分子を合成いただいた自然科学研究機構分子科学研究所の椴山儀恵准教授、大塚尚哉助教（分子科学研究所）に感謝申し上げます。また本研究は、JSPS科研費JP19K15514および国立研究開発法人理化学研究所基礎科学特別研究員制度の助成を受けたものです。ここに感謝の意を表します。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
なし。

６．関連特許（Patent）
なし。