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JP2010044155A - Method for designing plasmonic crystal - Google Patents

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JP2010044155A JP2008206841A JP2008206841A JP2010044155A JP 2010044155 A JP2010044155 A JP 2010044155A JP 2008206841 A JP2008206841 A JP 2008206841A JP 2008206841 A JP2008206841 A JP 2008206841A JP 2010044155 A JP2010044155 A JP 2010044155A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for designing a plasmonic crystal which causes a plasmonic band gap in optional energy. <P>SOLUTION: In the method for designing a plasmonic crystal, the arrangement cycle Λ of a plasmon crystal formed on the surface of a metal 100 in the interface between a dielectric material and the metal 100 is determined according to a dispersion relation in the interface of a surface plasmon polariton and the Bragg reflection conditions of the surface plasmon polariton which are represented by equation (1), wherein kspp represents the wave number of the surface plasmon polariton (SPP), and A represents an arrangement cycle. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズモニック結晶の設計方法に関する。より詳しくは、プラズモン結晶の配置周期を所定条件のもとに決定することにより、任意のエネルギーにプラズモニックバンドギャップを生じさせることが可能なプラズモニック結晶の設計方法に関する。   The present invention relates to a method for designing a plasmonic crystal. More specifically, the present invention relates to a plasmonic crystal design method capable of generating a plasmonic band gap at an arbitrary energy by determining an arrangement period of plasmon crystals under a predetermined condition.

「表面プラズモンポラリトン(Surface Plasmon Polariton: SPP)」は、金属と誘電体の界面に存在する電子の疎密波であり、金属−誘電体界面を伝搬する表面電磁波である。金属−誘電体界面の金属表面に周期的な「格子構造」がある場合、SPPは、ある波長において格子によりブラック反射され、反対方向に伝搬されて定在波を生じる。この格子構造は、「凹凸構造」や「レリーフ構造」とも称される。   “Surface Plasmon Polariton (SPP)” is a close-packed wave of electrons existing at the interface between metal and dielectric, and is a surface electromagnetic wave propagating through the metal-dielectric interface. When there is a periodic “grating structure” on the metal surface at the metal-dielectric interface, the SPP is black reflected by the grating at a certain wavelength and propagates in the opposite direction to produce a standing wave. This lattice structure is also referred to as “uneven structure” or “relief structure”.

定在波となったSPPでは、電場がその腹に局在化する。また、定在波となったSPPは、格子との相対位相によって2つの異なるエネルギー状態を生じる。その結果、SPPの分散曲線には、「プラズモニックバンドギャップ」と呼ばれるエネルギーギャップが出現する。   In an SPP that has become a standing wave, the electric field is localized in the antinode. The SPP that has become a standing wave generates two different energy states depending on the relative phase with the lattice. As a result, an energy gap called “plasmonic band gap” appears in the dispersion curve of SPP.

プラズモニックバンドギャップを出現させる金属表面の周期的なレリーフ構造を「プラズモニック結晶」と呼んでいる。プラズモニック結晶は、輻射場の制御や巨大な電場増強が期待できるため、基礎から応用まで幅広く研究が行われてようとしている。非特許文献1には、プラズモニック結晶上に色素薄膜を堆積することで、色素の発光強度を増強する試みが報告されている。このようなプラズモニックバンドギャップ端(以下、単に「ギャップ端」ともいう)における電場の局在及び増強を利用した色素発光の増強技術は、プラズモニックバンドギャップレーザーと呼ばれている。プラズモニックバンドギャップレーザーは、高い発光効率が得られる有機EL素子等の開発につながるものと期待されている。   A periodic relief structure of a metal surface that causes a plasmonic band gap to appear is called a “plasmonic crystal”. Since plasmonic crystals can be expected to control the radiation field and to enhance the electric field, a wide range of research is being conducted from basics to applications. Non-Patent Document 1 reports an attempt to enhance the emission intensity of a dye by depositing a dye thin film on a plasmonic crystal. Such a technique for enhancing dye emission utilizing the localization and enhancement of the electric field at the plasmonic band gap edge (hereinafter also simply referred to as “gap edge”) is called a plasmonic band gap laser. Plasmonic bandgap lasers are expected to lead to the development of organic EL devices that can achieve high luminous efficiency.

他方、近年、SPPを利用したセンサが、種々の物質間の相互作用を検出するために用いられてきている。このセンサは、「表面プラズモン共鳴(Surface plasmon resonance: SPR)センサ」と呼ばれている。   On the other hand, in recent years, sensors using SPP have been used to detect interactions between various substances. This sensor is called a “Surface plasmon resonance (SPR) sensor”.

SPPを励起するため、偏向した光を全反射条件で金属−誘電体界面に入射させると、界面にエバネッセント波という浸み出し成分が生じる。全反射条件においては、通常、入射光のエネルギーはほとんど損失なく反射光のエネルギーとなる。しかし、エバネッセント波とSPPの波数が一致する波数整合条件下では、入射光のエネルギーがSPPの励起に利用されてSPRが生じ、反射光のエネルギーが減少する。この反射光のエネルギー変化は、入射光に対する反射光の波数の変化として検出することができる。   When the deflected light is incident on the metal-dielectric interface under total reflection conditions to excite the SPP, a leaching component called an evanescent wave is generated at the interface. Under the total reflection condition, normally, the energy of the incident light becomes the energy of the reflected light with almost no loss. However, under wave number matching conditions where the wave numbers of the evanescent wave and the SPP match, the energy of the incident light is used for excitation of the SPP, SPR occurs, and the energy of the reflected light decreases. This energy change of the reflected light can be detected as a change in the wave number of the reflected light with respect to the incident light.

波数整合条件は入射光の入射角θに依存するので、入射角θを変化させながら反射光の波数を検出すると、ある角度においてSPRが生じ、波数の変化が最大となる。この角度を「共鳴角θsp」といい、共鳴角θspにおける反射光の波数を「ピーク波数(又は吸収ピーク)」という。   Since the wave number matching condition depends on the incident angle θ of the incident light, if the wave number of the reflected light is detected while changing the incident angle θ, SPR occurs at a certain angle, and the change in the wave number is maximized. This angle is called “resonance angle θsp”, and the wave number of reflected light at the resonance angle θsp is called “peak wave number (or absorption peak)”.

共鳴角θspは誘電体の誘電率に依存するので、共鳴角θsp及びピーク波数の変化(以下、「シフト」という)は、誘電体の誘電率の変化に対応する。従って、誘電体として種々の物質を含むサンプルを用いて、ピーク波数のシフトを検出することで、物質間の相互作用に起因するサンプルの誘電率変化を検出することができる。   Since the resonance angle θsp depends on the dielectric constant of the dielectric, the change in the resonance angle θsp and the peak wave number (hereinafter referred to as “shift”) corresponds to the change in the dielectric constant of the dielectric. Therefore, the change in the dielectric constant of the sample caused by the interaction between the substances can be detected by detecting the shift of the peak wave number using the sample containing various substances as the dielectric.

SPRセンサでは、誘電率の変化によってサンプル中の物質間の相互作用を検出するため、放射性物質や蛍光物質等による物質のラベリングが不要であり、鋭敏な検出を行うことが可能である。このため、SPRセンサは、特に、タンパク質や核酸等の生体内物質の相互作用を評価するバイオセンサとして好適に用いられている。特許文献1には、光学バイオセンサ装置としてのSPRセンサが開示されている。   Since an SPR sensor detects an interaction between substances in a sample by a change in dielectric constant, it does not require labeling of substances with radioactive substances or fluorescent substances, and can perform sensitive detection. For this reason, the SPR sensor is particularly suitably used as a biosensor for evaluating the interaction of in vivo substances such as proteins and nucleic acids. Patent Document 1 discloses an SPR sensor as an optical biosensor device.

特許3294605号公報Japanese Patent No. 3294605 Applied Physics Letters, 2004, Vol.85, p.3968-3970Applied Physics Letters, 2004, Vol.85, p.3968-3970

SPRセンサでは、ピーク波数のシフトを検出することで、サンプルの誘電率の変化、すなわちサンプル中の物質間の相互作用を検出している。しかし、分子量が極めて小さい物質や超微量の物質間の相互作用を検出しようとする場合、誘電率の変化が小さいために、ピーク波数のシフトが検出限界未満となってしまい、十分な測定感度が得られない場合があった。   In the SPR sensor, the change in the dielectric constant of the sample, that is, the interaction between substances in the sample is detected by detecting the shift of the peak wave number. However, when trying to detect interactions between substances with extremely low molecular weights or ultra-trace quantities, the change in the dielectric constant is so small that the peak wave number shift is below the detection limit, and sufficient measurement sensitivity is achieved. In some cases, it could not be obtained.

そこで、本発明は、SPRセンサを高感度化するための基盤技術となり得るプラズモニック結晶の設計方法を提供することを主な目的とする。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a plasmonic crystal design method that can be a basic technology for increasing the sensitivity of an SPR sensor.

上記課題解決のため、本発明は、誘電体と金属との界面の金属表面に形成されるプラズモン結晶の配置周期を、前記界面における表面プラズモンポラリトンの分散関係と、下記式(1)に示す表面プラズモンポラリトンのブラッグ反射条件と、に従って決定するプラズモニック結晶の設計方法を提供する。
この設計方法では、任意の入射光周波数条件及び誘電体誘電率条件において、前記配置周期を、前記分散関係と前記ブラッグ反射条件とに従って決定することにより、入射光周波数と一致する周波数にプラズモニックバンドギャップ端を有するプラズモニック結晶を得ることができる。この際、誘電体と金属とプリズムとから構成される表面プラズモン共鳴クレッチマン配置を採用することが好適となる。
この設計方法は、得られたプラズモニック結晶を、表面プラズモン共鳴センサの試料と金属との界面の金属表面に形成することにより、該表面プラズモン共鳴センサを高感度化するために適用し得る。また、この設計方法は、得られるプラズモニック結晶上に色素薄膜を堆積することにより、色素の発光強度を増強するためにも適用し得る。
In order to solve the above problems, the present invention relates to the disposition relationship of plasmon crystals formed on the metal surface at the interface between the dielectric and the metal, the dispersion relationship of the surface plasmon polariton at the interface, and the surface represented by the following formula (1): Provided is a plasmonic polariton Bragg reflection condition and a plasmonic crystal design method that is determined according to the Bragg reflection condition.
In this design method, by determining the arrangement period according to the dispersion relation and the Bragg reflection condition under an arbitrary incident light frequency condition and dielectric permittivity condition, a plasmonic band is obtained at a frequency matching the incident light frequency. A plasmonic crystal having a gap end can be obtained. At this time, it is preferable to employ a surface plasmon resonance Kretschmann arrangement composed of a dielectric, a metal, and a prism.
This design method can be applied to increase the sensitivity of the surface plasmon resonance sensor by forming the obtained plasmonic crystal on the metal surface at the interface between the sample and the metal of the surface plasmon resonance sensor. This design method can also be applied to enhance the emission intensity of the dye by depositing a dye thin film on the resulting plasmonic crystal.

本発明において、「プラズモニックバンドギャップ」とは、プラズモン結晶を配した誘電体/金属界面におけるSPPの分散曲線に出現するエネルギーギャップをいい、「プラズモニックバンドギャップ端」とは、プラズモニックバンドギャップの高エネルギー側端(上端)及び/又は低エネルギー側端(下端)を意味するものとする。   In the present invention, the “plasmonic band gap” refers to an energy gap that appears in the dispersion curve of SPP at the dielectric / metal interface where the plasmon crystal is arranged, and the “plasmonic band gap end” refers to the plasmonic band gap. It means the high energy side end (upper end) and / or the low energy side end (lower end).

プラズモン結晶の配置周期を所定条件のもとに決定することにより、任意のエネルギーにプラズモニックバンドギャップを生じさせることが可能なプラズモニック結晶の設計方法が提供される。   By determining the arrangement period of the plasmon crystal under a predetermined condition, a plasmonic crystal design method capable of generating a plasmonic band gap at an arbitrary energy is provided.

SPRセンサでは、ピーク波数のシフトを検出することで、サンプルの誘電率変化を検出している。従って、一定の誘電率変化を検出する際、その誘電率変化によるピーク波数のシフトがより大きく現れるほど、誘電率変化の検出感度は高くなる。   In the SPR sensor, the change in the dielectric constant of the sample is detected by detecting the shift of the peak wave number. Accordingly, when detecting a constant dielectric constant change, the greater the peak wave number shift due to the dielectric constant change, the higher the sensitivity of detecting the dielectric constant change.

そこで、今回、本発明者らは、上述のプラズモニックバンドギャップに着目し、SPPの分散曲線のギャップ端における傾きの変化を利用することにより、一定の誘電率変化に対するピーク波数のシフトを増強することを考えた。   Therefore, this time, the present inventors pay attention to the above-mentioned plasmonic band gap, and enhance the shift of the peak wave number with respect to a constant dielectric constant change by using the change in the slope at the gap end of the dispersion curve of SPP. I thought.

図1は、プラズモニックバンドギャップ利用したSPRセンサの高感度化の概念を説明するための図である。図は、SPRセンサにおいて、誘電体の誘電率がεs1からεs2に変化した際のピーク波数のシフトを示している。図中、符号Gは、プラズモニックバンドギャップを示す。 FIG. 1 is a diagram for explaining the concept of increasing the sensitivity of an SPR sensor using a plasmonic band gap. The figure shows the peak wave number shift when the dielectric constant of the dielectric changes from ε s1 to ε s2 in the SPR sensor. In the figure, symbol G indicates a plasmonic band gap.

誘電体の誘電率がεs1である場合において、誘電体との界面の金属表面にプラズモニック結晶が配されている場合のピーク波数を実線で、プラズモニック結晶がない場合のピーク波数を点線で示す。入射光の周波数をギャップ端(高エネルギー側である上端)の角振動数ω+に一致させると、プラズモニック結晶を配した場合のピーク波数k'1は、プラズモニック結晶がない場合のピーク波数k1に比べて、低波数側に現れる。すなわち、「k'1<k1」となる。 When the dielectric constant of the dielectric is ε s1 , the peak wave number when the plasmonic crystal is arranged on the metal surface at the interface with the dielectric is a solid line, and the peak wave number when there is no plasmonic crystal is the dotted line Show. When the frequency of the incident light is matched with the angular frequency ω + at the gap end (the upper end on the high energy side), the peak wave number k ' 1 when the plasmonic crystal is arranged is the peak wave number when there is no plasmonic crystal compared to the k 1, it appears in the low-frequency side. That is, “k ′ 1 <k 1 ”.

誘電体の誘電率がεs2に変化した場合、同一周波数の入射光におけるピーク波数をk2とすると、プラズモニック結晶を配した場合のピーク波数のシフトS’は「k2-k'1」となる。また、プラズモニック結晶がない場合のピーク波数のシフトSは「k2-k1」となる。 When the dielectric constant of the dielectric changes to ε s2 and the peak wave number in the incident light of the same frequency is k 2 , the peak wave number shift S ′ when the plasmonic crystal is arranged is “k 2 -k ′ 1 ” It becomes. In addition, shift S of the peak wave number of the case where there is no plasmonic crystal is "k 2 -k 1".

ここで、「k'1<k1」であるので、「k2-k'1>k2-k1」となり、プラズモニック結晶を配した場合のピーク波数のシフトS’ (k2-k'1)とプラズモニック結晶がない場合のピーク波数のシフトS(k2-k1)は、「S'>S」となる。すなわち、誘電体との界面にプラズモニック結晶を配することで、誘電体のεs1からεs2への誘電率変化に伴うピーク波数のシフトを増幅することが可能となる。 Here, since “k ′ 1 <k 1 ”, “k 2 −k ′ 1 > k 2 −k 1 ” is obtained, and the peak wave number shift S ′ (k 2 −k 1 when a plasmonic crystal is arranged) '1) and the peak wave number of the case where there is no plasmonic crystal shift S (k 2 -k 1) is, "S'a>S". That is, by arranging the plasmonic crystal at the interface with the dielectric, it is possible to amplify the shift of the peak wave number accompanying the change in the dielectric constant from ε s1 to ε s2 of the dielectric.

このように、誘電体との界面にプラズモニック結晶を配し、ギャップ端の周波数を有する入射光を用いてピーク波数のシフトを検出することで、一定の誘電率変化に対するピーク波数のシフトをより大きく検出し、誘電率変化の検出感度を高めることができる。   In this way, by arranging a plasmonic crystal at the interface with the dielectric and detecting the peak wave number shift using incident light having a frequency at the gap end, the peak wave number shift with respect to a constant permittivity change can be further increased. Large detection is possible, and the detection sensitivity of the change in dielectric constant can be increased.

しかし、通常のSPRセンサにおいて、このような高感度検出を行うためには、ギャップ端の周波数が、センサに設けられた入射光の周波数に一致するようなプラズモニック結晶を予め作製し、金属表面に配置しておくことが必要となる。   However, in order to perform such high-sensitivity detection in an ordinary SPR sensor, a plasmonic crystal whose frequency at the gap end matches the frequency of incident light provided in the sensor is prepared in advance, and the metal surface It is necessary to arrange in the.

本発明者らは、任意の入射光周波数に一致したギャップ端周波数を有するプラズモニック結晶を作製するために検討を行った結果、このようなプラズモニック結晶を与える得る所定の条件を見出し、本発明に係るプラズモニック結晶の設計方法を完成させた。すなわち、本発明者らは、プラズモン結晶の配置周期を、誘電体と金属との界面におけるSPPの分散関係と、下記式(1)に示すSPPのブラッグ反射条件と、に従って決定することにより、任意の入射光周波数と一致する周波数にプラズモニックバンドギャップ端を有するプラズモニック結晶が得られることを明らかにした。   As a result of studies to produce a plasmonic crystal having a gap edge frequency that coincides with an arbitrary incident light frequency, the present inventors have found a predetermined condition that can provide such a plasmonic crystal, and the present invention. The design method of the plasmonic crystal related to was completed. That is, the present inventors arbitrarily determined the arrangement period of the plasmon crystal according to the dispersion relation of SPP at the interface between the dielectric and the metal and the Bragg reflection condition of SPP shown in the following formula (1). It was clarified that a plasmonic crystal having a plasmonic bandgap edge at a frequency that coincides with the incident light frequency was obtained.

このプラズモニック結晶の設計方法では、任意の入射光周波数条件及び誘電体誘電率条件において、配置周期を、SPP分散関係とブラッグ反射条件とに従って決定することにより、入射光周波数と一致する周波数にプラズモニックバンドギャップ端を有するプラズモニック結晶を得ることが可能である。   In this plasmonic crystal design method, the arrangement period is determined according to the SPP dispersion relation and the Bragg reflection condition under any incident light frequency condition and dielectric permittivity condition, so that the plasmonic crystal is plunged to a frequency that matches the incident light frequency. It is possible to obtain a plasmonic crystal having a monic band gap edge.

以下、SPPの励起に汎用される表面プラズモン共鳴クレッチマン配置を例として、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。   Hereinafter, a preferred embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings, taking as an example a surface plasmon resonance Kretschmann arrangement widely used for excitation of SPP. In addition, embodiment described below shows an example of typical embodiment of this invention, and, thereby, the range of this invention is not interpreted narrowly.

図2は、本発明に係る設計方法におけるプラズモニック結晶の配置周期を説明するための模式図である。表面プラズモン共鳴クレッチマン配置は、誘電体/金属/プリズムから構成される。図2中、符号12はプリズム、符号100は金属、符号102は金属の誘電体側表面に形成されるプラズモニック結晶を示す。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the arrangement period of plasmonic crystals in the design method according to the present invention. The surface plasmon resonance Kretschmann arrangement is composed of dielectric / metal / prism. In FIG. 2, reference numeral 12 denotes a prism, reference numeral 100 denotes a metal, and reference numeral 102 denotes a plasmonic crystal formed on the surface of the metal on the dielectric side.

図2中、符号Λは、プラズモニック結晶102の有する周期的なレリーフ構造におけるレリーフの配置周期を示す。この配置周期Λが所定の条件を満たすと、SPPは定常波を生じ、電場はその腹に局在する。   In FIG. 2, symbol Λ indicates the relief arrangement period in the periodic relief structure of the plasmonic crystal 102. When this arrangement period Λ satisfies a predetermined condition, the SPP generates a standing wave, and the electric field is localized at the antinode.

定常波となったSPPでは、図2上段及び下段に示すように、角振動数ω+とω−の2つのエネルギー状態を取り得る。これにより、SPPの分散曲線に角振動数ω+及びω−をギャップの上端及び下端とするプラズモニックバンドギャップが生じる(図1参照)。   The SPP that has become a standing wave can take two energy states, angular frequencies ω + and ω−, as shown in the upper and lower parts of FIG. As a result, a plasmonic band gap having angular frequencies ω + and ω− at the upper and lower ends of the gap is generated in the dispersion curve of the SPP (see FIG. 1).

プラズモニックバンドギャップが生じると、ギャップ内の周波数を持つSPPは伝播を禁止される。また、ギャップ端では、分散曲線の傾き(dω/dk)が0となり、群速度が0となって、SPPが閉じ込められたことによる大きな電場増強が起きる。   When a plasmonic band gap occurs, SPPs with frequencies in the gap are prohibited from propagating. At the gap end, the slope of the dispersion curve (dω / dk) becomes 0, the group velocity becomes 0, and a large electric field enhancement occurs due to the confinement of the SPP.

このとき、配置周期Λを、誘電体/金属100界面におけるSPP分散関係とSPPのブラッグ反射条件とを同時に満たすように形成することで、入射光の周波数をギャップ上端の角振動数ω+に一致させることが可能となる。すなわち、任意の入射光周波数条件及び誘電体誘電率条件において、入射光周波数と一致する周波数にギャップ端(上端)を有するプラズモニック結晶を得ることができる。   At this time, the arrangement period Λ is formed so as to satisfy the SPP dispersion relation at the dielectric / metal 100 interface and the Bragg reflection condition of the SPP at the same time, so that the frequency of the incident light coincides with the angular frequency ω + at the upper end of the gap. It becomes possible to make it. That is, it is possible to obtain a plasmonic crystal having a gap end (upper end) at a frequency that matches the incident light frequency under any incident light frequency condition and dielectric permittivity condition.

続いて、本発明に係るプラズモニック結晶の設計方法の具体的な手順を説明する。   Next, a specific procedure of the plasmonic crystal design method according to the present invention will be described.

まず、所定の入射光周波数条件及び誘電体誘電率条件においてSPP分散関係を求める。誘電体/金属/プリズムの三層系における反射光強度をフレネルの式と多波干渉の式を用いて算出し、任意の入射光波長及び誘電率条件におけるSPRカーブを求める。そして、このディップの角度を入射光波長に対してプロットし、SPPの分散関係を得る。   First, an SPP dispersion relationship is obtained under predetermined incident light frequency conditions and dielectric permittivity conditions. The reflected light intensity in the three-layer system of dielectric / metal / prism is calculated using the Fresnel equation and the multi-wave interference equation, and the SPR curve is obtained under any incident light wavelength and dielectric constant conditions. Then, the dip angle is plotted against the incident light wavelength to obtain the dispersion relationship of SPP.

次に、所定の入射光周波数条件においてSPPのブラッグ反射条件を求める。ブラッグ反射条件は、下記式(1)にて示される。ここで、「kspp」は、SPPの波数であるが、誘電体/金属の界面の波数と同一である。   Next, an SPP Bragg reflection condition is obtained under a predetermined incident light frequency condition. The Bragg reflection condition is expressed by the following formula (1). Here, “kspp” is the wave number of the SPP, but is the same as the wave number of the dielectric / metal interface.

このようにして、配置周期Λが満たすべき、SPP分散関係とブラッグ反射条件を得ることができる。そして、任意の入射光周波数条件及び誘電体誘電率条件において、これらを満たす配置周期Λを求めることで、入射光周波数と一致する周波数にギャップ端(上端)を有するプラズモニック結晶を得ることができる。   In this way, the SPP dispersion relation and the Bragg reflection condition that the arrangement period Λ should satisfy can be obtained. A plasmonic crystal having a gap edge (upper end) at a frequency matching the incident light frequency can be obtained by obtaining an arrangement period Λ that satisfies these conditions under any incident light frequency condition and dielectric permittivity condition. .

従って、例えば、SPRセンサに設けられた入射光の周波数に一致するようなギャップ端の周波数を有するプラズモニック結晶を予め設計し、センサの試料と金属との界面の金属表面に形成することにより、一定の誘電率変化に対するピーク波数のシフトをより大きく検出し、誘電率変化の検出感度を高めることが可能となる。   Therefore, for example, by designing in advance a plasmonic crystal having a gap end frequency that matches the frequency of incident light provided in the SPR sensor and forming it on the metal surface at the interface between the sample of the sensor and the metal, It is possible to detect the shift of the peak wave number with respect to a constant dielectric constant change more greatly and increase the detection sensitivity of the dielectric constant change.

一般に、SPRセンサは、入射光の波長が長い程、感度が向上する。本発明に係るプラズモニック結晶の設計方法によって、この長波長の入射光に合わせて、プラズモニック結晶の配置周期を決定することで、センサの感度をさらに向上させることができる。なお、プラズモニック結晶のギャップ端の周波数は、SPRセンサの入射光の周波数に厳密に一致する必要はなく、入射光がギャップ端よりも高いエネルギーとなるようなプラズモニック結晶を用いれば、センサの感度を高めることが可能である。   In general, the sensitivity of the SPR sensor increases as the wavelength of incident light increases. The sensitivity of the sensor can be further improved by determining the arrangement period of the plasmonic crystal in accordance with this long wavelength incident light by the plasmonic crystal designing method according to the present invention. Note that the frequency of the gap edge of the plasmonic crystal does not need to exactly match the frequency of the incident light of the SPR sensor. If a plasmonic crystal is used in which the incident light has higher energy than the gap edge, Sensitivity can be increased.

さらに、本発明に係るプラズモニック結晶の設計方法は、SPRセンサの高感度化の他、局所化・増強されたエネルギーを利用し、種々の物質を高効率に励起したり、物質間の反応を促進したりすることを目的として、様々なアプリケーションに適用され得る。すなわち、本発明に係るプラズモニック結晶の設計方法によれば、プラズモン結晶の配置周期を所定条件のもとに決定することにより、任意のエネルギー(周波数)にプラズモニックバンドギャップを生じさせ、当該エネルギーを局所化・増強することができる。このため、本設計方法は、局所化・増強された特定のエネルギーを利用して、例えば、プラズモニック結晶上に堆積された色素薄膜を効率的に励起し、色素の発光強度を増強するために適用できる。また、例えば、局所化・増強された特定周波数を利用して、プラズモニック結晶上においてフォトレジストの反応を促進し、レジストの描画精度を高めるためにも用いることができる。   Furthermore, the method for designing a plasmonic crystal according to the present invention uses not only high sensitivity of the SPR sensor but also localized / enhanced energy to excite various substances with high efficiency or to react between substances. It can be applied to various applications for the purpose of promoting. That is, according to the plasmonic crystal design method according to the present invention, by determining the arrangement period of the plasmon crystal under a predetermined condition, a plasmonic band gap is generated at an arbitrary energy (frequency), and the energy Can be localized and enhanced. For this reason, this design method uses specific energy that is localized and enhanced, for example, to efficiently excite a dye thin film deposited on a plasmonic crystal and enhance the emission intensity of the dye. Applicable. Further, for example, it is possible to use a specific frequency that is localized and enhanced to promote the reaction of the photoresist on the plasmonic crystal and to improve the resist drawing accuracy.

<実施例1>
1.プラズモニック結晶の配置周期の予測
プリズムを用いてSPPをカップリングさせるクレッチマン配置(Journal of Applied Physics, Vol.79, p.7383-7385参照)において、SPRが起こる条件(SPP分散関係)と、SPPとプラズモニック結晶がカップルする条件(ブラッグ反射条件)をともに満たす系を見積もった。
<Example 1>
1. Prediction of arrangement period of plasmonic crystal In the Kretschmann configuration (see Journal of Applied Physics, Vol.79, p.7383-7385) where SPP is coupled using a prism, the conditions under which SPR occurs (SPP dispersion relationship) and SPP We estimated a system that satisfies both the plasmonic crystal couple condition (Bragg reflection condition).

金属薄膜には、Au 45 nm/BK7基板上に周期的なレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶を用いることとした。また、表面誘電体層は空気(n = 1)又は純水(n = 1.33)とした。   As the metal thin film, a plasmonic crystal in which a periodic relief structure was formed on an Au 45 nm / BK7 substrate was used. The surface dielectric layer was air (n = 1) or pure water (n = 1.33).

表面誘電体層/金属薄膜/プリズムの三層系における反射光強度を、フレネルの式と多波干渉の式を用いて算出し、任意の入射光波長及び誘電率条件におけるSPRカーブを求めた(栗原一嘉ら, ぶんせき, 2002年, 4号, p.161-167参照)。図3に、入射光波長を770nm、表面屈折率1とした場合のSPRカーブを示す。このディップの角度を入射光波長に対してプロットし、SPPの分散関係を得た。   The reflected light intensity in the three-layer system of surface dielectric layer / metal thin film / prism was calculated using the Fresnel equation and the multiwave interference equation, and the SPR curve was obtained at any incident light wavelength and dielectric constant conditions ( (See Kazuyoshi Kurihara et al., Bunseki, 2002, 4, p.161-167). FIG. 3 shows an SPR curve when the incident light wavelength is 770 nm and the surface refractive index is 1. The dip angle was plotted against the incident light wavelength to obtain the SPP dispersion relationship.

一方、任意の結晶におけるSPPのブラッグ反射条件は、下記の式(1)によって与えられる。   On the other hand, the Bragg reflection condition of SPP in an arbitrary crystal is given by the following formula (1).

図4に、プラズモニック結晶のレリーフ構造の配置周期を280nmとした場合のSPP分散関係とブラッグ反射条件を示す。このSPP分散関係とブラッグ反射条件を同時に満たす条件を、プラズモニックバンドギャップが生じる条件と仮定した。そして、任意の入射光波長に対して、この条件を満たすプラズモニック結晶の配置周期を算出し、プラズモニックバンドギャップを生じさせる配置周期を決定した。図5に、配置周期200〜350 nmにおいて算出された入射光波長に対する配置周期を示す。   FIG. 4 shows the SPP dispersion relation and the Bragg reflection condition when the arrangement period of the relief structure of the plasmonic crystal is 280 nm. The condition that satisfies the SPP dispersion relation and the Bragg reflection condition at the same time was assumed to be a condition for generating a plasmonic band gap. And the arrangement period of the plasmonic crystal which satisfy | fills this condition with respect to arbitrary incident light wavelengths was calculated, and the arrangement period which produces a plasmonic band gap was determined. FIG. 5 shows the arrangement period with respect to the incident light wavelength calculated in the arrangement period of 200 to 350 nm.

<実施例2>
2.任意の入射波長に対し、プラズモニックバンドギャップを生じさせるプラズモニック結晶の配置周期の検証
実施例1で決定されたプラズモニック結晶の配置周期について、プラズモニックバンドギャップの実測を行い、仮定を検証した。
<Example 2>
2. Verification of Plasmonic Crystal Arrangement Period that Generates Plasmonic Band Gap for Arbitrary Incident Wavelength About Plasmonic Crystal Arrangement Period determined in Example 1, the plasmonic band gap was measured and the assumption was verified. .

(1)白色光を用いたバンドギャップの実測
表面誘電体層を空気(n = 1)とし、波長347〜784 nmの条件下で、180〜340nmの配置周期のレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶を用い、プラズモニックバンドギャップを実測した。プラズモニック結晶のレリーフ構造は、180〜340nmにおいて10 nm刻みで作製した。
(1) Measurement of band gap using white light Plasmonic crystal with a surface dielectric layer of air (n = 1) and a relief structure with an arrangement period of 180 to 340 nm under the condition of wavelength 347 to 784 nm Was used to measure the plasmonic band gap. The relief structure of the plasmonic crystal was fabricated in steps of 10 nm from 180 to 340 nm.

0.7 mm厚BK7基板に、接着層としてCr 1 nmを挟んで、Au 45 nmを蒸着した。PMMAをレジストとし、EB露光装置ELS-7500を用いて、金表面にレリーフ構造を描画した。現像後、30 nmのAuを蒸着し、PMMAをリフトオフした。図6に、配置周期180nmでレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶の電子顕微鏡写真を示す。   On a 0.7 mm thick BK7 substrate, Au 45 nm was vapor-deposited with Cr 1 nm sandwiched as an adhesive layer. Using PMMA as a resist, a relief structure was drawn on the gold surface using an EB exposure apparatus ELS-7500. After development, 30 nm of Au was evaporated and PMMA was lifted off. FIG. 6 shows an electron micrograph of a plasmonic crystal in which a relief structure was produced with an arrangement period of 180 nm.

プラズモニック結晶を作製した基板を、BK7からなる半円筒形プリズムの底面に屈折液を介して載せた。光源にはタングステンランプを用い、プリズム側からファイバーにカップリングした光を入射し、反射光はファイバーを用いてCCD分光器に導きスペクトルを得た。図7に、実験装置の概略を示す。   The substrate on which the plasmonic crystal was produced was placed on the bottom surface of a semicylindrical prism made of BK7 via a refractive liquid. A tungsten lamp was used as the light source, and light coupled to the fiber was incident from the prism side, and the reflected light was guided to the CCD spectrometer using the fiber to obtain a spectrum. FIG. 7 shows an outline of the experimental apparatus.

入射光の入射角を41度から50度まで0.2度ずつ走査しながら反射光スペクトルを測定することで、SPP分散関係及びプラズモニックバンドギャップを測定した。   The SPP dispersion relation and plasmonic band gap were measured by measuring the reflected light spectrum while scanning the incident angle of incident light by 0.2 degrees from 41 degrees to 50 degrees.

図8に、配置周期280nmのレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶の各入射角における反射光スペクトル測定した結果を示す。図は、入射角40°における反射光スペクトルで規格化を行った結果を示している。図中、点線は、実施例1で決定した入射波長と配置周期の関係から予測された入射光の波長を示し、配置周期280nmのプラズモニック結晶でプラズモニックバンドギャップを生じさせる入射光波長を示す。   FIG. 8 shows the results of measuring the reflected light spectrum at each incident angle of the plasmonic crystal having a relief structure with an arrangement period of 280 nm. The figure shows the result of normalization using the reflected light spectrum at an incident angle of 40 °. In the figure, the dotted line indicates the wavelength of incident light predicted from the relationship between the incident wavelength determined in Example 1 and the arrangement period, and indicates the incident light wavelength that causes a plasmonic band gap in a plasmonic crystal with an arrangement period of 280 nm. .

図8に示されるように、低角度側ではメインピークのほかに595nm付近に2つ目のピークが見られ、高角度側では610nm付近にピークがみられる。これはレリーフ構造を作製していない金平坦基板では見られないピークであり、プラズモニックバンドギャップによるピークの分裂と考える。そして、このプラズモニックバンドギャップの出現波長は、実施例1で決定された入射波長と配置周期の関係から予測された入射光の波長と合致した。   As shown in FIG. 8, on the low angle side, in addition to the main peak, a second peak is seen around 595 nm, and on the high angle side, a peak is seen around 610 nm. This is a peak that cannot be seen on a flat gold substrate without a relief structure, and is considered to be a split of the peak due to a plasmonic band gap. The appearance wavelength of the plasmonic band gap coincided with the wavelength of incident light predicted from the relationship between the incident wavelength determined in Example 1 and the arrangement period.

図9には、同様にして、配置周期300, 320, 340 nmのレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶で、プラズモニックバンドギャップの実測を行って得たSPP分散関係を示す。図9(A)〜(D)は、それぞれ配置周期280, 300, 320, 340 nmのレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶のSPP分散関係を示す。   Similarly, FIG. 9 shows the SPP dispersion relationship obtained by actually measuring the plasmonic band gap in a plasmonic crystal having a relief structure with arrangement periods of 300, 320, and 340 nm. FIGS. 9A to 9D show SPP dispersion relationships of plasmonic crystals with relief structures having arrangement periods of 280, 300, 320, and 340 nm, respectively.

図9(A)の配置周期300nmのレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶では、595nm付近から610nm付近でプラズモニックバンドギャップによるピークの分裂が確認される。   In the plasmonic crystal in which the relief structure having the arrangement period of 300 nm shown in FIG. 9A is fabricated, peak splitting due to the plasmonic band gap is confirmed from around 595 nm to around 610 nm.

「表1」には、各配置周期のプラズモニック結晶について得られたプラズモニックバンドギャップのエネルギーをまとめた。   Table 1 summarizes the energy of the plasmonic band gap obtained for the plasmonic crystals of each arrangement period.

さらに、図10には、各配置周期のプラズモニック結晶について得られたプラズモニックバンドギャップのエネルギーについて、実施例1で決定した入射波長と配置周期の関係からの予測値と、本実施例における実測値とを比較した結果を示す。   Further, FIG. 10 shows the predicted value from the relationship between the incident wavelength and the arrangement period determined in Example 1, and the actual measurement in this example, for the energy of the plasmonic band gap obtained for the plasmonic crystal of each arrangement period. The result of comparing with the value is shown.

図10から、各配置周期のプラズモニック結晶について、プラズモニックバンドギャップのエネルギーの予測値と実測値がよく一致していることが確認される。以上の結果から、プラズモニック結晶のバンドギャップエネルギーに関する理論計算による予測が有効であることが確認できた。   FIG. 10 confirms that the predicted value of the plasmonic band gap energy and the measured value are in good agreement for the plasmonic crystals of each arrangement period. From the above results, it was confirmed that the prediction by the theoretical calculation on the band gap energy of the plasmonic crystal was effective.

(2)プラズモニックバンドギャップ端付近のSPRの実測
実施例1で決定した入射波長と配置周期の関係に基づく理論予測によれば、入射波(単一波長)のエネルギーがプラズモニックバンドギャップ端にあたるようなプラズモニック結晶を作製することが可能となる。本実施例では、プラズモニックバンドギャップ端付近でのSPRカーブの振る舞いを実測した。
(2) Actual measurement of SPR in the vicinity of the plasmonic band gap edge According to the theoretical prediction based on the relationship between the incident wavelength and the arrangement period determined in Example 1, the energy of the incident wave (single wavelength) hits the plasmonic band gap edge. Such a plasmonic crystal can be produced. In this example, the behavior of the SPR curve near the end of the plasmonic band gap was measured.

表面誘電体層の誘電率 n = 1.33(純水)として、入射波波長 770 nmに対するプラズモニック結晶の配置周期を275 nmと予測した。250, 260, 270, 280, 290 nmの配置周期のレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶を用い、SPR測定を行なった。SPR測定は、PDMS製マイクロ流路をプラズモニック結晶チップ上に貼り付け、プラズモニック結晶上に純水を流しながら行なった。測定装置には、フルイドウェアテクノロジー社のSPRセンサを用いた。   Assuming that the dielectric constant of the surface dielectric layer is n = 1.33 (pure water), the arrangement period of the plasmonic crystal with respect to the incident wave wavelength of 770 nm was predicted to be 275 nm. SPR measurements were performed using plasmonic crystals with relief structures with arrangement periods of 250, 260, 270, 280, and 290 nm. The SPR measurement was performed by attaching a PDMS microchannel on a plasmonic crystal chip and flowing pure water over the plasmonic crystal. The measuring device used was an SPR sensor from Fluidware Technology.

図11に、得られたSPRカーブを示す。予測値275 nmを挟む270 nm, 280 nmの配置周期のプラズモニック結晶で、ピーク強度の減少が観測された。これは、プラズモニックバンドギャップの存在によって、波長 770 nmの入射波が、プラズモニック結晶内において伝播を禁止され、金薄膜への光エネルギーの吸収が起こらなくなった結果と考えられる。以上の結果から、角度走査(波長固定)によって、プラズモニックバンドギャップを捉えることに成功したといえる。   FIG. 11 shows the obtained SPR curve. A decrease in peak intensity was observed for plasmonic crystals with 270 nm and 280 nm arrangement periods across the predicted value of 275 nm. This is thought to be the result of the fact that the incident wave with a wavelength of 770 nm is prohibited from propagating in the plasmonic crystal due to the presence of the plasmonic band gap, and the absorption of light energy into the gold thin film does not occur. From the above results, it can be said that the plasmonic band gap was successfully captured by angle scanning (wavelength fixing).

以上、実施例1及び2では、まず、任意の入射波長条件でプラズモニックバンドギャップを利用するため、SPRが起こる条件で、かつ、SPPがブラッグ反射を起こす条件から、プラズモニックバンドギャップが起こる条件を予測した。そして、クレッチマン配置のSPRセンサにおいて、この条件を満たすプラズモニック結晶を実際に作製して検証を行った。その結果、バンドギャップの現れる波長を制御して、単色光を用いた角度走査型SPRセンサにおいてプラズモニックバンドギャップを捉えることに成功した。   As described above, in Examples 1 and 2, first, the plasmonic band gap is used under an arbitrary incident wavelength condition, so that the SPR occurs and the SPP causes the Bragg reflection, the plasmonic band gap occurs. Predicted. Then, in the SPR sensor with Kretschmann arrangement, a plasmonic crystal satisfying this condition was actually fabricated and verified. As a result, we succeeded in capturing the plasmonic band gap in an angle-scanning SPR sensor using monochromatic light by controlling the wavelength at which the band gap appears.

本発明に係るプラズモニック結晶の設計方法は、SPRセンサを高感度化するために有効に用いられる。また、この設計方法により得られるプラズモニック結晶は、プラズモニックバンドギャップレーザーやフォトレジストの微細描画にも有効に用いられる。   The plasmonic crystal design method according to the present invention is effectively used to increase the sensitivity of an SPR sensor. In addition, the plasmonic crystal obtained by this design method is also effectively used for plasmonic band gap laser and fine drawing of a photoresist.

プラズモニックバンドギャップ利用したSPRセンサの高感度化の概念を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the concept of high sensitivity of the SPR sensor using a plasmonic band gap. 本発明に係る設計方法におけるプラズモニック結晶の配置周期を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the arrangement period of the plasmonic crystal in the design method which concerns on this invention. 表面誘電体層/金属薄膜/プリズムの三層系において、フレネルの式と多波干渉の式を用いて算出し、入射光波長を770nm、表面屈折率1として求めたSPRカーブを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an SPR curve calculated using a Fresnel equation and a multi-wave interference equation in a three-layer system of surface dielectric layer / metal thin film / prism, and obtained with an incident light wavelength of 770 nm and a surface refractive index of 1. . プラズモニック結晶のレリーフ構造の配置周期を280nmとした場合のSPP分散関係とブラッグ反射条件を示す図である。It is a figure which shows the SPP dispersion | distribution relationship and Bragg reflection conditions when the arrangement period of the relief structure of a plasmonic crystal is 280 nm. 任意の入射光波長に対する、SPP分散関係とブラッグ反射条件を満たすプラズモニック結晶の配置周期(200〜350 nm)を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning period (200-350 nm) of the plasmonic crystal which satisfy | fills SPP dispersion | distribution relation and Bragg reflection conditions with respect to arbitrary incident light wavelengths. 配置周期180nmでレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶の電子顕微鏡写真を示す図面代用写真である。FIG. 5 is a drawing-substituting photograph showing an electron micrograph of a plasmonic crystal having a relief structure with an arrangement period of 180 nm. 実施例2で用いた実験装置の概略を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an outline of an experimental apparatus used in Example 2. 配置周期280nmのレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶の各入射角における反射光スペクトル測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the reflected light spectrum in each incident angle of the plasmonic crystal which produced the relief structure of arrangement | positioning period 280 nm. 配置周期280, 300, 320, 340 nmのレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶で、プラズモニックバンドギャップの実測を行って得たSPP分散関係を示す。(A)〜(D)は、それぞれ配置周期280, 300, 320, 340 nmのレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶のSPP分散関係を示す。The SPP dispersion relation obtained by actually measuring the plasmonic band gap is shown for a plasmonic crystal having a relief structure with arrangement periods of 280, 300, 320, and 340 nm. (A)-(D) show the SPP dispersion relationship of plasmonic crystals produced with relief structures having arrangement periods of 280, 300, 320, and 340 nm, respectively. 配置周期280, 300, 320, 340 nmのプラズモニック結晶について得られたプラズモニックバンドギャップのエネルギーについて、実施例1で決定した入射波長と配置周期の関係からの予測値と、実施例2における実測値とを比較した結果を示す図である。Regarding the energy of the plasmonic band gap obtained for the plasmonic crystals with arrangement periods of 280, 300, 320, and 340 nm, the predicted value from the relationship between the incident wavelength and the arrangement period determined in Example 1 and the actual measurement in Example 2 It is a figure which shows the result of having compared with the value. 250, 260, 270, 280, 290 nmの配置周期のレリーフ構造を作製したプラズモニック結晶を用いてSPR測定を行なって得られたSPRカーブを示す図である。It is a figure which shows the SPR curve obtained by performing SPR measurement using the plasmonic crystal which produced the relief structure of the arrangement period of 250, 260, 270, 280, 290 nm.

符号の説明Explanation of symbols

100 金属
102 プラズモニック結晶
12 プリズム
100 metal
102 Plasmonic crystal
12 Prism

Claims (5)

誘電体と金属との界面の金属表面に形成されるプラズモン結晶の配置周期を、前記界面における表面プラズモンポラリトンの分散関係と、下記式(1)に示す表面プラズモンポラリトンのブラッグ反射条件と、に従って決定するプラズモニック結晶の設計方法。
The arrangement period of the plasmon crystal formed on the metal surface at the interface between the dielectric and the metal is determined according to the dispersion relation of the surface plasmon polariton at the interface and the Bragg reflection condition of the surface plasmon polariton represented by the following formula (1) To design plasmonic crystals.
任意の入射光周波数条件及び誘電体誘電率条件において、前記配置周期を前記分散関係と前記ブラッグ反射条件とに従って決定することにより、入射光周波数と一致する周波数にプラズモニックバンドギャップ端を有するプラズモニック結晶を得る請求項1記載の設計方法。   By determining the arrangement period according to the dispersion relation and the Bragg reflection condition under any incident light frequency condition and dielectric permittivity condition, a plasmonic having a plasmonic band gap edge at a frequency matching the incident light frequency The design method according to claim 1, wherein a crystal is obtained. 誘電体と金属とプリズムとから構成される表面プラズモン共鳴クレッチマン配置において、前記配置周期を、前記分散関係と前記ブラッグ反射条件とに従って決定する請求項2記載の設計方法。   3. The design method according to claim 2, wherein, in a surface plasmon resonance Kretschmann arrangement composed of a dielectric, a metal, and a prism, the arrangement period is determined according to the dispersion relation and the Bragg reflection condition. 請求項1記載の設計方法により得られるプラズモニック結晶を、表面プラズモン共鳴センサの試料と金属との界面の金属表面に形成することにより、該表面プラズモン共鳴センサを高感度化する方法。   A method for increasing the sensitivity of a surface plasmon resonance sensor by forming a plasmonic crystal obtained by the design method according to claim 1 on a metal surface at an interface between a sample of the surface plasmon resonance sensor and a metal. 請求項1記載の設計方法により得られるプラズモニック結晶上に色素薄膜を堆積することにより、色素の発光強度を増強する方法。
A method for enhancing the emission intensity of a dye by depositing a dye thin film on a plasmonic crystal obtained by the design method according to claim 1.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04501462A (en) * 1988-11-10 1992-03-12 バイアコア・アクチエボラーグ optical biosensor device
WO2005029164A1 (en) * 2003-09-18 2005-03-31 Nec Corporation Optical device
JP2008014732A (en) * 2006-07-04 2008-01-24 Tohoku Univ Surface plasmon resonance measuring device
JP2008519254A (en) * 2004-11-04 2008-06-05 ディー3 テクノロジーズ リミテッド Metal nanovoid photonic crystals for enhanced Raman spectroscopy
JP2008175616A (en) * 2007-01-17 2008-07-31 Fdk Corp Surface plasmon resonance sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04501462A (en) * 1988-11-10 1992-03-12 バイアコア・アクチエボラーグ optical biosensor device
WO2005029164A1 (en) * 2003-09-18 2005-03-31 Nec Corporation Optical device
JP2008519254A (en) * 2004-11-04 2008-06-05 ディー3 テクノロジーズ リミテッド Metal nanovoid photonic crystals for enhanced Raman spectroscopy
JP2008014732A (en) * 2006-07-04 2008-01-24 Tohoku Univ Surface plasmon resonance measuring device
JP2008175616A (en) * 2007-01-17 2008-07-31 Fdk Corp Surface plasmon resonance sensor

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. UENO, ET AL,: ""Optical properties of nanoengineered gold blocks"", OPTICS LETTERS, vol. 30, no. 16, JPN6010027136, 15 August 2005 (2005-08-15), pages 2158 - 2160, ISSN: 0001909903 *
T. OKAMOTO, ET AL.: ""Towards plasmonic band gap laser"", APPLIED PHYSICS LETTERS, vol. 85, no. 18, JPN6010027134, 1 November 2004 (2004-11-01), pages 3968 - 3970, XP012063145, ISSN: 0001619192, DOI: 10.1063/1.1814793 *
河田 聡: ""近接場光学と表面プラズモンポラリトン"", O PLUS E, vol. 24, no. 1, JPN6010027135, January 2002 (2002-01-01), pages 34 - 41, ISSN: 0001909902 *

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