課題番号                ：S-19-NI-0038

利用形態                ：機器利用

利用課題名（日本語）    ：AlMg合金プラズモニックナノ材料の生成

Program Title (English) ：AlMg alloy nanostructure preparation for plasmonics

利用者名（日本語）      ：本田光裕

Username (English)     ：M. Honda

所属名（日本語）        ：名古屋工業大学

Affiliation (English)  ：Nagoya Institute of Technology

１．概要（Summary ）

金属ナノ構造へ光が照射されると、光電場は金属ナノ構造へ局在化する。この現象は局在表面プラズモン共鳴(LSPR)と呼ばれ、高感度分光分析・超解像イメージング、センサーなど幅広くフォトニクスの分野に貢献してきた^[1]。紫外域のLSPRは2008年に見出され、酸化チタン光触媒作用の増強、生体分子の高感度分光測定、センシングといった応用研究が開拓されてきた^[2-6]。紫外プラズモニクスで利用される材料である卑金属は酸素との反応性が高く、その応用は、大気環境下に限られる。我々は、合金の化学的・物理的安定性に着目し、卑金属系合金(Al-Mg)ナノ構造をナノインプリント技術により作製し、その結晶構造・組成、LSPR特性の検証を行った。

２．実験（Experimental）

【利用機器】

・高分解能透過電子顕微鏡（日立製作所(株)社製 HF-2000）

液体分離方式インプリント(LTIL)技術により、残膜を数十nmに抑えたホール構造のマスクを作製した。プラズマエッチングによる残膜除去の後、マスクパターン上にAlMgをパルスレーザー堆積法により堆積し、マスクを取り除くことでAlMgナノ構造を得た。得られたナノ粒子に対して、電子顕微鏡(SEM, TEM)、光電子分光法(XPS)、X線回折(XRD)、エネルギー分散型X線分析(EDS)等による材料分析を行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）

下に示す図は、TEMグリッド状に作製したAlMgナノ構造の格子縞である。0.2366±0.0242 nmの面間隔は Alの(100)面もしくは Al12Mg17の(411)面、Al2Mg3の(114)面と近く、合金もしくはAlの面間隔を示している可能性が高い。0.2952±0.0266 nmの面間隔をもつ格子はXRD回折からは観察されておらず、AlMg 合金のある面であると考えられるが不明である。また、同様に0.9398±0.0804 nmの距離を持つ面間隔も不明であり、考えられる結晶面はAl12Mg17の(100)面などが挙げられる。その他の分析結果も踏まえると、作製された単一ナノ粒子は、AlとAlxMgyの多結晶体であり、表面に3.7±0.7 nmのMgに富む酸化物に覆われた構造であると結論付けられた。

図１ AlMg構造のTEM観察結果

４．その他・特記事項（Others）

なし。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）

(1) “UV plasmonic property of Al-Mg nanostructures”

1. Hizumi, M. Honda and Y. Ichikawa

SPIE Optics + Photonics 2019, San Diego Convention Center, 2019年08月

(2) ｢AlMg合金ナノ構造のナノインプリント技術を利用した作製｣

本田 光裕，日角 公紀，谷口 淳，市川 洋

第６７回応用物理学会春季学術講演会, 2020年03月

６．関連特許（Patent）

なし。