金属の立体構造をナノスケールで形成する光加工技術を確立
- 金属イオンの結晶化を制御し、ナノ金属を3次元的に自在に加工 -
人々を魅了する金や銀などの貴金属を、ナノサイズの微粒子にして光を照射すると、さらに強い光を生み出すことができます。この現象は「表面プラズモン共鳴」と呼ばれ、その新たな光学特性に大きな期待が寄せられています。例えば、超高感度の化学センサーや高効率の太陽電池、光の波長に制約されない高分解能の顕微鏡などを目指して、世界中で研究開発されています。表面プラズモンを自在に制御して利用するには、ナノサイズの3次元金属加工技術が必要ですが、これまでの微細加工技術では2次元パターンの加工しかできませんでした。
基幹研究所田中メタマテリアル研究室らは、赤外レーザーの「2光子還元法」を活用し、マイクロオーダーの“るつぼ”やナノオーダーの“マキビシ”など、自由に金属を加工できる光加工技術の開発に成功しました。2光子還元法とは、フェムト秒パルスの近赤外レーザーを、レンズで集光照射して光密度を高め、紫外光に相当する2個分の光子エネルギーを金属イオンに吸収させて金属化させる手法です。この手法に、材料の配合比やレーザー照射条件の最適化、界面活性剤の添加など独自な手法を組み合わせて、3次元のナノ金属構造の加工を世界で初めて成功させました。
この技術は、表面プラズモンを活用した化学センサーといった革新技術の開発ばかりか、半導体デバイスの3次元配線技術など、一般のナノ加工技術としても実用化が期待できます。
金属をナノメートルというサイズで立体加工できる画期的な技術を理化学研究所の研究チームが開発した。新たな超高感度の化学・生体センサーや高効率の太陽電池、高輝度発光デバイス、ナノメートル光回路などのほか、心臓血管の狭窄部を支える微細なステントの加工など幅広い技術に利用できると期待されている。
理化学研究所基幹研究所の田中拓男・准主任研究員と武安伸幸・協力研究員らが開発した微細加工技術は、金属イオンをレーザーで還元して金属化させる2光子還元法という独自の手法を用いている。紫外線の半分のエネルギーしかない赤外線をレーザーに使ったところが、ポイントだ。赤外線レーザーをレンズで1点に集中させることで2光子吸収を起こし、金属イオンを金属化できる極めて光子密度が高い光の場を作り出すことができた。元々の赤外線レーザーはエネルギーが小さいから、狙った(レンズでレーザーを集中させた)所以外の金属イオンは、金属化しない。
もう一つの工夫は、金属化する場所をさらに微少な範囲に抑えるため、金属イオンとは反応せず生成した金属微粒子とだけ選択的に結合する界面活性剤を用いたこと。レーザー照射により金属の核ができた瞬間に、界面活性剤が金属表面を覆い、新たな金属原子が核表面に付着できなくなる。研究チームは、波長800ナノメートルの近赤外レーザー光を使用して、波長よりはるかに小さい120ナノメートルという線幅しかない銀の細線を作製することができた。
現在、エレクトロニクス素子などの製造には光リソグラフィーや電子線リソグラフィーといった微細加工技術が使われている。数十ナノメートルという高い分解能で配線加工が可能だが、平面状のパターンしかつくれない。3次元の金属構造を自在に形成する技術を確立したことは、微細加工技術におけるブレークスルーをもたらす成果だ、と研究チームは言っている。
- 金属イオンの結晶化を制御し、ナノ金属を3次元的に自在に加工 -
人々を魅了する金や銀などの貴金属を、ナノサイズの微粒子にして光を照射すると、さらに強い光を生み出すことができます。この現象は「表面プラズモン共鳴」と呼ばれ、その新たな光学特性に大きな期待が寄せられています。例えば、超高感度の化学センサーや高効率の太陽電池、光の波長に制約されない高分解能の顕微鏡などを目指して、世界中で研究開発されています。表面プラズモンを自在に制御して利用するには、ナノサイズの3次元金属加工技術が必要ですが、これまでの微細加工技術では2次元パターンの加工しかできませんでした。
基幹研究所田中メタマテリアル研究室らは、赤外レーザーの「2光子還元法」を活用し、マイクロオーダーの“るつぼ”やナノオーダーの“マキビシ”など、自由に金属を加工できる光加工技術の開発に成功しました。2光子還元法とは、フェムト秒パルスの近赤外レーザーを、レンズで集光照射して光密度を高め、紫外光に相当する2個分の光子エネルギーを金属イオンに吸収させて金属化させる手法です。この手法に、材料の配合比やレーザー照射条件の最適化、界面活性剤の添加など独自な手法を組み合わせて、3次元のナノ金属構造の加工を世界で初めて成功させました。
この技術は、表面プラズモンを活用した化学センサーといった革新技術の開発ばかりか、半導体デバイスの3次元配線技術など、一般のナノ加工技術としても実用化が期待できます。
金属をナノメートルというサイズで立体加工できる画期的な技術を理化学研究所の研究チームが開発した。新たな超高感度の化学・生体センサーや高効率の太陽電池、高輝度発光デバイス、ナノメートル光回路などのほか、心臓血管の狭窄部を支える微細なステントの加工など幅広い技術に利用できると期待されている。
理化学研究所基幹研究所の田中拓男・准主任研究員と武安伸幸・協力研究員らが開発した微細加工技術は、金属イオンをレーザーで還元して金属化させる2光子還元法という独自の手法を用いている。紫外線の半分のエネルギーしかない赤外線をレーザーに使ったところが、ポイントだ。赤外線レーザーをレンズで1点に集中させることで2光子吸収を起こし、金属イオンを金属化できる極めて光子密度が高い光の場を作り出すことができた。元々の赤外線レーザーはエネルギーが小さいから、狙った(レンズでレーザーを集中させた)所以外の金属イオンは、金属化しない。
もう一つの工夫は、金属化する場所をさらに微少な範囲に抑えるため、金属イオンとは反応せず生成した金属微粒子とだけ選択的に結合する界面活性剤を用いたこと。レーザー照射により金属の核ができた瞬間に、界面活性剤が金属表面を覆い、新たな金属原子が核表面に付着できなくなる。研究チームは、波長800ナノメートルの近赤外レーザー光を使用して、波長よりはるかに小さい120ナノメートルという線幅しかない銀の細線を作製することができた。
現在、エレクトロニクス素子などの製造には光リソグラフィーや電子線リソグラフィーといった微細加工技術が使われている。数十ナノメートルという高い分解能で配線加工が可能だが、平面状のパターンしかつくれない。3次元の金属構造を自在に形成する技術を確立したことは、微細加工技術におけるブレークスルーをもたらす成果だ、と研究チームは言っている。
