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2013年6月11日 (火)

ナノアンテナでもっと明るく-LEDの高性能化に期待-

2013年5月10日 京都大学
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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 村井俊介 工学研究科助教、
Gabriel Lozano AMOLF研究所(オランダ)
博士、Davy J. Louwers 同博士課程学生、
Said R. K. Rodriguez 同博士課程学生、
Olaf T. A. Jansen 同博士、
Jaime Go'mez Rivas 同教授と、
Marc. A. Verschuuren フィリップス研究所
(オランダ) 博士の研究グループは
共同で、ナノ(10億分の1)メートルサイズ
の金属粒子を周期的に並べた構造
(ナノアンテナ)を用いると、発光材料の
発光強度を大きく増強したり、発光の方向
を制御できることを実験的に明らかに
しました。
 
 次世代の照明として普及しつつある
白色発光ダイオード(白色LED)に
ナノアンテナを組み入れることで、
従来に比べ、高性能で省エネルギーな照明
(スマート照明)の開発へ繋がることが
期待されます。
 
 この成果は、2013年5月10日(英国時間)
に、英国ネイチャー系オンライン科学誌
「Light: Science & Applications」に
掲載されました。
 
 
研究手法・成果
 
 今回、研究グループは、背景で
述べられたナノアンテナの問題点を克服し、
量子収率の高い発光材料の発光強度を
60倍程度まで増強することに成功しました。
 
 ナノアンテナとして金や銀ではなく、
安価な金属アルミニウム粒子の周期構造を
採用し、ナノインプリントリソグラフィー
によって大面積(10センチメートル四方)
で精度の高い加工に成功しました。
 
 実験に使用した構造を図3に示します。
 
 ガラス基板上に作製したナノアンテナ
の上に、発光層として色素(量子収率86%)
を含むポリマー膜を塗布することで試料
としました。
 
 この発光層の厚さを650ナノメートルと、
従来の研究に比べ非常に厚くすることで、
金属による失活効果の低減を狙いました。
 
 この試料を青色レーザーで励起した
ところ、ナノアンテナがない場合に比べて
格段に明るく光り、特に試料面に垂直な
方向への発光強度は単一波長での比較で
最大60倍にまで増強されました(図4)。
 
 また、ナノアンテナ試料では発光の
指向性が高まることも明らかになりました
(図5)。
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 難しいです。
 
>発光を増強する新たな方法として、
>金属特有の光学現象である
>表面プラズモン共鳴を用いることが
>近年提案され、世界中で研究されて
>います。
>例えばナノメートルサイズの金属粒子に
>光を照射すると粒子表面に
>表面プラズモン共鳴が励起され、光の
>エネルギーが粒子表面に集中する効果が
>得られます。
>このように光を制御する効果をもつ
>金属のナノ構造はナノアンテナと
>呼ばれます(図2)。
>ナノアンテナを使うと、従来は検知
>できなかった微弱な信号を検出できる
>高性能なセンサーや、従来よりも
>高効率な太陽電池の作製が期待されます。
>蛍光体をナノアンテナと組み合わせる
>ことでその発光強度を増強する試みも
>盛んになされており、特に量子収率の
>低い発光材料には有効であることが
>報告されています(参考文献1)。
 
 ナノアンテナ面白いですね。
 今後に期待したい。

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