グレーティングカップリング長距離伝搬表面プラズモンによるアゾ色素の光異性化

摘要

表面プラズモン共鳴（SPR)は、主に金属/誘電体界面で観測される、表面自由電子の集団振動と光の共鳴現象である。その共鳴条件は金属表面の媒体の膜厚·誘電率に極めて敏感であることから、微量な物質吸着のセンシングや薄膜の膜厚·光学物性評価の有用な方法として知られている[1-5]。表面プラズモンの励起方法には、プリズムカップリング法[1，2]が広く用いられているが、金属薄膜表面の周期的な凹凸構造を利用するグレーティングカップリング法も知られている[6-9]。グレーティングカップリング法によれば、センサの小型化が容易である他、金属膜厚を調整することにより透過法による測定[10]も可能で、測定系が極めて簡便となる。透過測定では、表面プラズモン励起に伴う透過光ピークを観測でき、ピーク波長とピーク強度により薄膜構造の評価を行うことができる。金属薄膜がほぼ等しい屈折率を持つ誘電体で挟まれた場合、二つの金属表面の表面プラズモンが相互作用しながら励起する、長距離伝搬表面プラズモン共鳴（LRSPR) [11,12] を観測できることが知られている。通常の表面プラズモンでは伝搬距離が数～数十ミクロンであるのに比べて、LRSPRでは数mm以上となる他、LRSPRは強くしみだし距離の大きい電界を伴う。そのため、LRSPRは吸着現象の評価だけではなく分子励起や加工にも有用と期待される。本研究では、LRSPRの強電界を、アゾ色素の光異性化に利用することを試みた。LRSPRの有無、またLRSPR励起時の光入射角（励起波長）によって光異性化に伴い透過光がどのように変わるかを調べた。