Core-Shell(Au/Ag)ナノ粒子の異常光吸収と局所構造　

弘前大学大学院　理工学研究科　修士課程

物質理工学専攻　量子材料工学講座　　　　山本　衛

　貴金属ナノ粒子が示す異常光吸収のメカニズム解明のため、特にナノ粒子内部と表面層が異常光吸収に与える影響について明らかにすることを本研究の目的とし、内部−表面が金と銀で２層に分かれているCore-Shell(Au/Ag)ナノ粒子が可視域、赤外域で見せる異常光吸収について調査を行った。

　本研究で用いたCore-Shell(Au/Ag)ナノ粒子は、銀Shellの体積が異なる「金Core-銀Shellナノ粒子」３種類、不完全な金Shellを有する「銀Core-金Shellナノ粒子」１種類、金Shell体積が異なる「誘電体Core-金Shellナノ粒子」２種類の６種類であり、それぞれに対し透過法によって可視域、赤外域で吸収特性を調査した。また基板にはフッ化バリウムを用いている。

　「金Core-銀Shellナノ粒子」は、可視域では金、銀の体積比依存した強度で両金属のプラズモン共鳴が起こっていることが判明した。またこの場合における銀Shellのプラズモン共鳴の効果は、サイズ効果を大きく上回るものであることが明らかとなった。赤外域においては純金、純銀ナノ粒子の中間の増大傾向を示したが、可視域のように金銀体積比やサイズ効果だけでは説明のつかない結果も現れた。「銀Core-金Shellナノ粒子」は、可視域で全く金Shellのプラズモン共鳴の効果をみることができなかった。このためShellが不完全な時は吸収特性に影響を与えないと考えた。一方、赤外域では金Shellの影響が強く現れる結果となり、ここでの可視域と赤外域の吸収メカニズムは同一ではないことが明らかとなった。また 「誘電体Core-金Shellナノ粒子」は、可視域でダンピングとレッドシフトが見られ、その原因が誘電体Coreによって起こった自由電子密度の低下に大きく起因していることがわかり金Shellの体積に対する依存性は確認できなかったが、赤外域では金Shellの体積に依存して増大率が大きく変化することが明らかとなった。このようにCore-Shell(Au/Ag)ナノ粒子全体を通して、可視域、赤外域で見せる異常光吸収のメカニズムは多くの相違点があることが明らかとなった。この事実は両領域で吸収メカニズムが異なるとする以前の報告を肯定する結果となったわけだが、本研究で得られたすべてのCore-Shellナノ粒子は共通して、ナノ粒子内部、表面両方の効果がすべてのスペクトルに現れることも明らかとなった。この結果が意味するものは、近年考えられている貴金属ナノ粒子の異常光吸収に対する表面層依存性の否定である。本研究の結果から明らかになったように、貴金属ナノ粒子の異常光吸収は粒子内部の効果も大きく影響を与える。このため貴金属ナノ粒子の異常光吸収を考える際にはナノ粒子全体の構造を考慮しなければならないことが明らかとなった。