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プラズモンナノ材料の最新技術

  • Latest Trends in Plasmonic Nanomaterials
※こちらの書籍は,電子書籍(eBook)として販売をしております。
・価格4,800円(税抜)
丸善販売サイト「Knowledge Worker」にてPDF版販売中!
http://kw.maruzen.co.jp/ims/itemDetail.html?itmCd=1024390819

★ 大好評の前書から3年、ついに待望の第二弾!
★ 豪華執筆陣が、話題の「プラズモニクス」研究を入門から応用まで詳細解説!
★ 有機太陽電池、バイオセンシング、微細加工をはじめ、新しい技術、応用展開も続々と登場。本書から広がる無限の可能性!!

商品コード: T0689

  • 監修: 山田淳
  • 発行日: 2009年6月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、305ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0132-7

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  • 表面プラズモン / 伝搬型表面プラズモン / 局在型表面プラズモン / LSPR / プラズモニックナノ構造 / 金ナノロッド / プラズモンダイナミクス / 光―分子強結合場 / プラズモニック導波路 / プラズモン増強蛍光

刊行にあたって

  金ナノ粒子はなぜ赤いのであろうか?
 こうした素朴な疑問から金ナノ粒子の研究を開始したのは、1998年のことである。
 その後、2003年の日本化学会での特別企画開催、プラズモニクス研究会の発足という背景を受けて、2006年、シーエムシー出版から『プラズモンナノ材料の設計と応用技術』の発行に至った。
 初版では、どのような構成にしようか悩んだ。表面プラズモン共鳴とは何か?といった素朴な疑問から、期待される応用まで、多くの方にプラズモンを理解していただきたい。そして、その面白さ、秘められた可能性、そこから生まれる夢を共有したい、という強い気持ちがあった。初版は予想以上の好評をいただいたが、それ以上に、プラズモン関連の研究が爆発的に増えたことに驚きと嬉しさを抱いている。これはすなわち、私の想像をはるかに超える科学としての魅力と、応用展開の可能性を秘めている何よりの裏づけであると確信した。
 今回、第二弾発行のお誘いを同社よりいただいた。ときあたかも光科学技術の重要性が世界中で認識されるようになり、プラズモン関連の科学技術も益々注目されるようになってきている。そこで今回は、進捗著しい分野や萌芽的な分野について、ナノ材料の観点から今後の発展の方向性をまとめることが出来れば、より多くの読者に興味を持っていただけるものと考えた次第である。
 プラズモン関連分野の第一線でご活躍されておられる先生方には、ご多用中にもかかわらず、力の入った執筆をしていただき、感謝に耐えない。今、プラズモンナノ材料の研究が、楽しくて仕方が無いのである。これからプラズモンの研究を始めようという方にもわかりやすい内容であると思っている。本書を幅広い分野の方に活用していただければ、望外の幸せである。

山田 淳

著者一覧

山田 淳   九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 教授
林 真至   神戸大学 大学院工学研究科 教授
田丸博晴   東京大学 大学院工学系研究科 総合研究機構 光量子科学研究センター 特任講師
栗原 隆   (財)九州先端科学技術研究所 次長(統括)
岡崎健一   名古屋大学 大学院工学研究科 結晶材料工学専攻 助教
桑畑 進   大阪大学 大学院工学研究科 物質化学専攻 教授
鳥本 司   名古屋大学 大学院工学研究科 結晶材料工学専攻 教授
溝口大剛   大日本塗料(株) 事業開発部 主任研究員
平田寛樹   三菱マテリアル(株) 開発部門 開発企画室 技術主幹
中島 寛   日本電信電話(株) NTT物性科学基礎研究所 機能物質科学研究部 主任研究員
新留琢郎   九州大学 大学院工学研究院 准教授
新留康郎   九州大学 大学院工学研究院 准教授
及川英俊   東北大学 多元物質科学研究所 教授
小野寺恒信  東北大学 多元物質科学研究所 助教(研究特任)
増原陽人   東北大学 多元物質科学研究所 助教
笠井 均   東北大学 多元物質科学研究所 准教授
中西八郎   東北大学 多元物質科学研究所 名誉教授・客員教授
岡本裕巳   自然科学研究機構 分子科学研究所 光分子科学研究領域 教授
玉井尚登   関西学院大学 理工学部 化学科 教授
古部昭広   (独)産業技術総合研究所 計測フロンティア研究部門 主任研究員
上野貢生   北海道大学 電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター 准教授
三澤弘明   北海道大学 電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター 教授(ナノテクノロジー研究センター センター長)
益田秀樹   首都大学東京 都市環境科学研究科 分子応用化学域 教授
近藤敏彰   (財)神奈川科学技術アカデミー 重点研究室 光機能材料グループ 益田グループ 研究員
石田昭人   京都府立大学 生命環境科学研究科 准教授
前田瑞夫   (独)理化学研究所 基幹研究所 主任研究員
池羽田晶文  (独)農業・食品産業技術総合研究機構 食品総合研究所
尾崎幸洋   関西学院大学 理工学部 化学科 教授
伊藤民武   (独)産業技術総合研究所 健康工学研究センター 生体ナノ計測チーム
吉川裕之   大阪大学 大学院工学研究科 精密科学・応用物理学専攻 助教
芝本幸平   首都大学東京 大学院理工学研究科 分子物質化学専攻 助教
杉村博之   京都大学 大学院工学研究科 材料工学専攻 教授
田和圭子   (独)産業技術総合研究所 セルエンジニアリング研究部門 主任研究員
西井準治   (独)産業技術総合研究所 光技術研究部門 主幹研究員
秋山 毅   九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門 助教
立間 徹   東京大学 生産技術研究所 教授
大谷文章   北海道大学 触媒化学研究センター 教授
エバ=コワルスカ   北海道大学 触媒化学研究センター 博士研究員
岡本隆之   (独)理化学研究所 河田ナノフォトニクス研究室 先任研究員
岡本敏弘   徳島大学 大学院ソシオテクノサイエンス研究部 先進物質材料部門 助教
原口雅宣   徳島大学 大学院ソシオテクノサイエンス研究部 先進物質材料部門 准教授
福井萬壽夫  徳島大学 大学院ソシオテクノサイエンス研究部 先進物質材料部門 教授
高原淳一   大阪大学 大学院基礎工学研究科 准教授
萩行正憲   大阪大学 レーザーエネルギー学研究センター 教授
宮丸文章   信州大学 理学部 助教
高野恵介   大阪大学 工学研究科 博士課程
山田 亮   大阪大学 大学院基礎工学研究科 物性物理工学領域 准教授

目次

総論 プラズモンナノ材料関連の最近の動向
1. はじめに
2. 金・銀ナノ構造の作製アプローチ
2.1 リソグラフィー
2.2 鋳型法
2.3 金属ナノ粒子のボトムアップ作製法
3. プラズモニクス関連の動向
4. おわりに

第1章 プラズモンの基礎

1. 伝搬型表面プラズモンと局在型表面プラズモン―表面プラズモンのここが知りたいQ&A―
1.1 はじめに
1.2 伝搬型表面プラズモンは、光の分散関係との交点で励起されるとよく言われるのですが?
1.3 局在型表面プラズモンは直接光で励起できると言われるのですが?
1.4 Mie散乱の理論がよく分からないのですが?
1.5 金属表面に吸着した分子のラマン散乱や蛍光の増強はどうして起きるのでしょうか?
1.6 文献にホットサイト(ホットスポット)での増強という言葉がよく出てくるのですが
1.7 おわりに

2. プラズモニックナノ構造の光学特性
2.1 はじめに
2.2 電子の閉じ込めと光の閉じ込め
2.3 プラズモンと負の誘電率
2.4 光の閉じ込めと表面ポラリトン
2.5 電場増強効果
2.6 サイズ効果
2.7 おわりに

3. ナノ材料から観るプラズモニクス
3.1 はじめに
3.2 化学の外から内へ
3.3 ナノ材料の機能化
3.4 ナノ材料の構造化における課題
3.5 フラクタル的手法の適用
3.6 おわりに(将来への期待)

第2章 プラズモニックナノ構造の最新動向

1. イオン液体を用いる金属ナノ粒子の新規合成法の開発
1.1 はじめに
1.2 イオン液体を用いる金属ナノ粒子の液相化学合成
1.3 真空蒸着法を利用する金属ナノ粒子の液相合成
1.4 イオン液体への金属のスパッタ蒸着によるナノ粒子作製
1.4.1 イオン液体へのスパッタ蒸着による金ナノ粒子の作製
1.4.2 スパッタ蒸着条件による銀ナノ粒子のサイズ制御
1.4.3 二成分同時蒸着による金銀合金ナノ粒子の作製
1.5 イオン液体中に生成した金属ナノ粒子の固定化と機能材料への応用
1.6 将来展望と謝辞

2. 金ナノロッド

2.1 合成技術と表面処理技術
2.1.1 金ナノロッドの特徴
2.1.2 合成方法の概要
2.1.3 各種合成法の詳細
2.1.4 まとめ

2.2 組織化技術
2.2.1 はじめに
2.2.2 金ナノロッドの1次元組織化構造
2.2.3 金ナノロッドの多次元(2次元、3次元)組織化構造
2.2.4 ポリマー修飾金ナノロッドの組織化構造
2.2.5 テンプレート材を用いた金ナノロッドの組織化構造制御
2.2.6 おわりに

2.3 バイオ関連分野への応用展開
2.3.1 はじめに
2.3.2 バイオコンパチブル化
2.3.3 バイオセンシング技術
2.3.4 細胞イメージング技術とフォトサーマル細胞傷害
2.3.5 in vivoイメージング
2.3.6 in vivoにおけるフォトサーマル治療
2.3.7 近赤外光に応答する薬物放出
2.3.8 遺伝子デリバリー
2.3.9 おわりに

3. コア-シェル型有機-金属ヘテロナノ界面の設計・創成
3.1 はじめに
3.2 金属コア-共役系高分子シェル型ハイブリッドナノ構造体
3.3 共役系高分子コア-金属シェル型ハイブリッドナノ構造体
3.4 おわりに

第3章 プラズモンダイナミクス

1. プラズモンのイメージング
1.1 プラズモンの光学的イメージング
1.2 近接場光学顕微鏡
1.3 金属ナノ微粒子のプラズモンモードのイメージング
1.3.1 近接場透過イメージング
1.3.2 近接場二光子励起イメージング
1.4 金属ナノ微粒子集合体における電場の空間分布
1.5 おわりに

2. プラズモニックナノ粒子の超高速分光
2.1 はじめに
2.2 単一金ナノ微粒子の発光ダイナミクス
2.3 金ナノロッドの近赤外領域におけるプラズモン消失スペクトル
2.4 金ナノロッドの近赤外領域過渡吸収スペクトル
2.5 金ナノロッドの近赤外領域過渡吸収ダイナミクスの振動構造―コヒーレント音響フォノン
2.6 金ナノロッドのヤング率―時間分解分光による解析

3. 金属-半導体界面での光電子移動
3.1 はじめに
3.2 実験 
3.2.1 測定試料
3.2.2 測定方法
3.3 結果と考察
3.3.1 金ナノ粒子から酸化チタンナノ粒子への電子移動速度
3.3.2 金ナノ粒子から酸化チタンナノ粒子への電子移動収率
3.3.3 金ナノ粒子から酸化チタンナノ粒子への電子移動収率の波長依存性
3.3.4 酸化チタンナノ粒子から金ナノ粒子への逆電子移動過程
3.3.5 近赤外光励起による電子移動 
3.4 まとめ

第4章 光-分子強結合場とプラズモニクス

1. 光-分子強結合反応場と多光子反応
1.1 はじめに
1.2 金属ナノ構造が示す光電場増強効果
1.3 電子ビーム露光による金属ナノ構造体の作製
1.4 金ナノブロック構造の光学特性
1.5 2光子重合反応
1.6 おわりに

2. 規則ポーラス構造による微小空間形成と光電場増強場への応用
2.1 はじめに
2.2 Alの陽極酸化にもとづく規則ポーラス構造の形成
2.3 ポーラスアルミナにもとづく金属ナノドットアレーの形成
2.4 金属ナノドットアレーにもとづく光電場増強 
2.5 ポーラスアルミナにもとづく3次元規則構造の形成と光電場増強場
2.6 おわりに

第5章 計測・センシング応用技術

1. 生体分子反応計測への応用
1.1 はじめに
1.2 表面プラズモン共鳴分光法(SPR)
1.2.1 インタラクトーム研究における応用
1.2.2 表面プラズモン共鳴イメージング
1.3 プラズモン増強蛍光分光
1.3.1 プラズモン増強蛍光分析
1.3.2 プラズモン増強蛍光イメージング
1.4 まとめ

2. バイオセンシング
2.1 プラズモン材料とバイオセンシング
2.2 非架橋機構によるバイオセンシング
2.3 DNA修飾金ナノ粒子の自己凝集
2.4 金ナノ粒子を用いる遺伝子診断
2.5 DNA修飾金ナノ粒子を用いる分子センシング
2.6 おわりに

3. 近赤外センシング
3.1 はじめに
3.2 近赤外光による伝播表面プラズモン励起
3.3 表面プラズモン共鳴近赤外分光法
3.4 表面プラズモン共鳴と偏光
3.5 吸収応答SPRの実際
3.6 高分散試料のためのSPRスペクトル解析
3.7 低分散試料のためのスペクトル解析
3.8 潜り込みはどの範囲まで及んでいるか
3.9 おわりに

4. 表面増強分光計測の原理とその検証
4.1 はじめに
4.2 表面増強分光計測の原理
4.3 表面増強ラマン散乱(SERS)分光計測
4.4 表面増強ハイパーラマン(SEHRS)分光計測
4.5 おわりに

5. 質量分析への応用展開
5.1 はじめに
5.2 表面プラズモン励起と分析技術との接点
5.3 LDI-MS法の現状
5.4 SP励起を誘起する金ナノ微粒子のLDI-MS法における利用法
5.5 SP-LDI-MSにおけるイオン化機構へのアプローチ
5.6 SP-LDI-MS法の検出限界の向上へのアプローチ
5.7 実試料測定に向けた様々な試料分子の測定
5.8 まとめと今後の展望

第6章 パターン形成・加工技術

1. 単分子膜リソグラフィによる微細加工:金ナノ粒子の選択配置
1.1 はじめに
1.2 単分子膜のマイクロ加工と微細オブジェクトの集積化
1.2.1 UVリソグラフィによるアミノシランSAMのマイクロ加工
1.2.2 VUVリソグラフィによるSAMのマイクロ加工
1.2.3 VUVマイクロ加工によるテンプレート加工と金ナノ粒子空間選択集積
1.2.4 マイクロコンタクト電気化学変換
1.2.5 ナノプローブ加工と金ナノ粒子配置
1.3 おわりに

2. 微細光学素子と計測への応用
2.1 はじめに
2.2 周期構造基板の作製
2.2.1 ガラス表面への周期構造の形成
2.2.2 プラスチック表面への周期構造の形成
2.2.3 GC-SPR基板の作製
2.3 格子カップリング表面プラズモン共鳴
2.4 格子カップリング表面プラズモン共鳴による増強蛍光
2.5 バイオへの応用
2.6 今後の展開

第7章 エネルギー転換技術

1. 貴金属ナノ構造の光電変換への応用
1.1 はじめに
1.2 無機半導体太陽電池における貴金属ナノ粒子の効果
1.3 有機光電変換素子における貴金属ナノ構造の効果
1.4 まとめ

2. 金属ナノ粒子-半導体系における光誘起電荷分離とその応用
2.1 はじめに
2.2 金ナノ粒子-酸化チタン系におけるプラズモン誘起電荷分離
2.3 銀ナノ粒子-酸化チタン系の挙動
2.4 金属ナノ粒子-半導体系材料の作製
2.5 マルチカラーフォトクロミズムの挙動
2.6 粒子サイズ変化の寄与
2.7 その他の変化の寄与
2.8 紫外光による再着色と色の保持
2.9 その他の応用
2.10 おわりに

3. 光触媒への応用展開
3.1 従来の光触媒
3.2 酸化チタン光触媒の現状と課題
3.3 貴金属微粒子担持光触媒
3.4 局在表面プラズモン励起光触媒反応の可能性
3.5 金微粒子を担持させたさまざまな酸化チタン
3.6 金微粒子担持酸化チタンによる光触媒反応
3.7 作用スペクトル解析
3.8 反応機構
3.9 おわりに

4. 表面プラズモン―蛍光分子間のエネルギー移動―
4.1 はじめに
4.2 蛍光分子から表面プラズモンへのエネルギー移動
4.3 蛍光増強
4.4 プラズモニック結晶による蛍光増強
4.5 有機EL素子におけるエネルギー移動
4.6 おわりに

第8章 光デバイス応用技術

1. 非線形光学効果を利用する光回路
1.1 はじめに
1.2 表面プラズモンを用いた光回路・光デバイス
1.3 光カー効果を利用した局在表面プラズモン型光スイッチ
1.3.1 ナノサイズコア-シェル型微粒子の非線形光学応答計算機シミュレーション
1.3.2 ナノサイズコア-シェル構造の作製
1.3.3 ナノサイズコア-シェル構造における非線形光学特性の実験観測
1.4 今後の展望

2. プラズモニック導波路の新展開
2.1 はじめに
2.2 プラズモニック導波路の基礎
2.2.1 光閉じ込めの原理
2.2.2 基本構造
2.2.3 ナノ光導波路としての性質
2.3 プラズモニック導波路の最近の展開
2.3.1 超集束
2.3.2 機能性導波デバイス
2.3.3 長距離伝搬モードの応用
2.4 おわりに

3. テラヘルツ領域での展開
3.1 はじめに
3.2 金属開口配列のテラヘルツ波透過特性
3.3 金属表面付近の誘電体薄膜の影響と高感度センシングへの応用
3.4 まとめ

4. 電子デバイスへの応用展開
4.1 はじめに
4.2 金属/無機半導体(MS)接合における光電流増強
4.3 金属/絶縁体/金属(MIM)トンネル接合における光励起トンネリングの増強
4.4 シリコンp-n接合における金属ナノ粒子を利用した光電変換および発光効率の増強
4.5 有機半導体/金属接合および有機物/ナノ粒子コンポジットにおける光電流増強
4.6 有機電界発光素子(有機EL)における発光効率の増強
4.7 ギャップモードを利用した光透過電極の作製と光電子素子への応用
4.8 SPPによる金属薄膜を介した長距離エネルギー移動の利用
4.9 SPP発生/検出素子
4.10 まとめ
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