ナノサイズの虹を形成することに成功―北大・笹木敬司氏ら
2015年11月15日 19:07
東京大学の田中嘉人助教、北海道大学の笹木敬司教授らによる研究グループは、光を1万分の1ミリメートルサイズまで絞り込むとともに、ナノサイズの虹を形成することに成功した。
色には物質の特性が現れるため、色の分析（スペクトロスコピー）は、有機物・半導体・金属などの材料の開発や化学反応・生命現象の解析に不可欠な技術であり、様々な技術が開発されている。しかし、光の波の特性を利用して色を分類する従来のセンサーや通信デバイスでは、物理的な限界（回折限界）によって数十マイクロメートル（100分の1ミリメートル）より小さいサイズにすることはできなかった。
今回の研究では、まず最先端超精密加工装置で特殊な形状（ダブルギャップ）に加工した金のナノ構造体に光を当てることにより、光が金属に纏わり付く現象（プラズモン）を利用してナノ構造体の2つのギャップ（空隙）に光をナノメートルサイズまで絞り込んだ。
さらに、数ナノメートルの空間における光の分布を色毎に画像化する超解像分光イメージング装置を開発し、光の色によって2つのナノスポットがオン・オフする様子を直接観測することに成功した。また、ギャップの個数を増やすと複数の色が分類できることをシミュレーション解析により明らかにした。7つのナノギャップ構造体で7色の光を分離するとナノサイズの虹を作ることができる。
今後の展開として、ナノサイズの空間で色を分類することができれば、ナノ粒子や生体分子個々の色分析（スペクトル分析）や化学反応・生命現象のセンシング解析が可能になり、材料科学・生命科学の研究開発に貢献することができる。また、情報通信分野でも、超小型カラー撮像素子、波長多重通信用の光回路デバイスの超集積化に応用でき、次世代の情報通信デバイスの開発に展開することが期待される。
なお、この内容は「Nano Letters」に掲載された。論文タイトルは、「Nanoscale Color Sorting of Surface Plasmons in a Double-Nanogap Structure with Multipolar Plasmon Excitation」。