ナノメートルオーダーの金属微粒子は、特異な物理的性質を示すことから近年注目を集めており、様々な分野での利用が期待されている。光学特性においても、異常光吸収が確認されており、非常に興味深いものである。しかし、この異常光吸収について、そのメカニズム等は未だ解明されていない。
これまでの研究で、異常光吸収は金属微粒子の体積分率，サイズ，形状に依存していることがわかっている。今回の実験で用いた金属微粒子分散ポリマーで金属をポリマー中に分散させることによって、ほぼ球形で、金属同士の凝集がない金属微粒子コロイドを得ることに成功した。さらに、様々な研究によると、内部と表面近傍が金と銀の2層に分かれた構造を持つcore-shell構造の微粒子では、他の微粒子とは異なる新たな光学特性を持たせることができ、非常に興味深いものであることが明らかになっている。金銀合金微粒子では、その吸収特性は金，銀それぞれの共鳴振動数に合金中の金銀質量比をかけ相加平均して得られた値の振動数にシャープなバンドがただ1つ現れるのに対し、core-shell微粒子では、金，銀2本の吸収バンドが吸収スペクトルで観測されることが知られている。
本研究では、core-shell型金銀微粒子コロイドをガラスセルに入れ、透過法による可視吸収測定を行うことによって、膜の不均一性などの問題を取り除き、core-shell型金銀微粒子の特性についてより詳しく考察することを目的とし、さらに滴下法によってBaF2基板上に膜を作成し、透過法を行った赤外測定の結果と比較することによって、可視域、赤外域での光学特性について、そのメカニズムを解明することを目的とした。なお、今回用いた6種類のcore-shell型金銀微粒子サンプルは、金core-銀shellの構造を持つサンプル3種類、銀core-金shellの構造を持つサンプル1種類、誘電体core-金shellの構造を持つサンプル2種類となっている。金core-銀shellの構造を持つサンプル3つは、core半径はほぼ同程度であり、銀shellの厚さが異なることによって区別されている。誘電体core-銀shellの構造を持つサンプルにおいても同じく、coreの大きさは同程度でshell厚によって区別されている。
可視測定での結果は、金core - 銀shellの構造を持つサンプルにおいて、薄いshellを持つ粒子における結果から、効果を及ぼすであろう微粒子の範囲 (effective layer) を見積もったところ、約4 nmとなった。しかし、これはcoreとshellの界面での影響を含んでおらず、effective layerはもっと厚いことが予想される。また、最も厚い7.8 nmのshellを持つ粒子において、そのcoreの影響が可視吸収スペクトルに出ていなかった。これらのことにより、金core-銀shellの構造を持つサンプルから、effective layerは4 - 7.8 nmであると見積もられた。銀core-金shell、誘電体core-金shellの構造を持つサンプルに関しても、このeffective layerの範囲は妥当であると考えられ、可視域におけるeffective layerは4-7.8 nmであることがわかった。また、金core - 銀shell、銀core - 金shellの構造を持つサンプルで吸収強度のダンピングが観測された。これはcoreとshellの界面での影響によるものであると考えられ、core-shell型微粒子特有の光学特性であると考えられる。
次に、赤外測定では、吸収の増大率においてcoreの影響が確認され、effective layerは3.1 nm以上であると考えられる。また全ての粒子において、shellの影響が可視吸収特性と比較して強く出ており、赤外域におけるeffective layerは可視域におけるeffective layerよりも薄いことが考えられる。よって、赤外域におけるeffective layerは3.1 nm以上であり、可視域のeffective layerとして見積もられた4 - 7.8 nm以下であることがわかった。
以上、本研究では、異常光吸収を解釈するためにeffective layerという概念を提案した。可視域、赤外域ではeffective layerの厚さが異なっていると考えることにより、すべての測定結果が説明できる。