模造ダイヤでナノアンテナ!
模造ダイヤにも使われるZrO2*でナノアンテナを作った、東野（D2)らの成果が論文発表されました。ZrO2は紫外～可視領域で透明なので、紫外領域ではTiO2を上回る性能を示します。研究成果はJournal of Materials Chemistry Cに掲載されました。Congrats, Higashino-kun! *厳密には模造ダイヤはキュービックZrO2, 本研究で用いたのはモノクリZrO2で、結晶構造が異なります。
Surface lattice resonance (SLR) is a collective resonance induced by radiative coupling between localized resonances in periodically arranged nanoparticles. Compared with metal nanoparticles, which have been conventionally utilized to realize SLRs, dielectric nanoparticles with a high refractive index and low absorption coefficient can achieve spectrally sharper resonances. Although titania (TiO2) is a transparent material with a high refractive index and is used as a representative scatterer in the visible region, TiO2 has absorption at energies higher than near-ultraviolet (UV). As an alternative to TiO2, in this study, we fabricated periodic nanoparticle arrays composed of zirconia (ZrO2), which is transparent in the near-UV region. ZrO2 nanoparticle arrays are fabricated via the thermal oxidation of ZrN nanoparticle arrays and support SLRs of both electric and magnetic natures. As a demonstration, we examined photoluminescence (PL) enhancement of the emitter layer on the nanoparticle array. Compared with the TiO2 nanoparticle arrays with identical design, the PL enhancement by the ZrO2 nanoparticle arrays is larger under excitation with near-UV light, whereas it is comparable under visible excitation. These results indicate that ZrO2 nanoparticle arrays are beneficial for applications involving light in the near-UV region. / 表面格子共鳴（SLR）は、周期的に配置されたナノ粒子の局所共鳴間の放射結合によって誘発される集合共鳴です。 SLRを実現するために従来から利用されてきた金属ナノ粒子と比較して、高い屈折率と低い吸収係数を備えた誘電性ナノ粒子は、スペクトル的に鋭い共振を達成することができます。チタニア（TiO2）は屈折率の高い透明な素材で、可視領域の代表的な散乱体として使用されていますが、TiO2は近紫外線（UV）よりも高いエネルギーで吸収されます。 TiO2の代替として、この研究では、近UV領域で透明なジルコニア（ZrO2）で構成される周期的なナノ粒子アレイを作成しました。 ZrO2ナノ粒子アレイは、ZrNナノ粒子アレイの熱酸化によって製造され、電気的性質と磁気的性質の両方のSLRをサポートします。デモンストレーションとして、ナノ粒子アレイ上のエミッター層の光ルミネセンス（PL）増強を調べました。同一の設計のTiO2ナノ粒子アレイと比較して、ZrO2ナノ粒子アレイによるPLの向上は、近紫外線による励起では大きくなりますが、可視励起では同等です。これらの結果は、ZrO2ナノ粒子アレイが近UV領域の光を含むアプリケーションに有益であることを示しています。
Photoluminescence coupled to electric and magnetic surface lattice resonance in periodic arrays of zirconia nanoparticles, Makoto Higashino, Shunsuke Murai, Tien-Yang Lo, Shuhei Tomita and Katsuhisa Tanaka, Journal of Materials Chemistry C, 10.1039/D2TC01119K