科學研究 - 東京農工大開發出新型光偵檢計，組合使用電漿和焦熱電轉換材料

東京農工大學研究生院工學研究院先端電氣電子部門的特任副教授久保若奈等人開發出了新型光檢測技術，該技術組合使用了金屬奈米結構體的電子透過光共同振動時產生的熱（電漿熱）和焦熱電轉換材料。這項成果表明，能實施僅利用金屬奈米結構體的形狀和尺寸即可控制響應波長的光偵檢計，今後有望爲奈米科學領域做出貢獻。將來還有望實施奈米畫素光偵檢計。

現狀

很多光偵檢計都是由半導體構成的，利用了半導體透過吸收發光能量改變電子運動（將光變爲電）的性質。半導體能吸收的光的波長（響應波長）由半導體的種類決定，因此要想控制光偵檢計的響應波長，需要安裝瀘色器來侷限入射光的波長。另外，透過控制半導體的組成和結構來改變半導體的響應波長範圍並不容易。

研究成果

研究小組組合使用長150nm（奈米：1毫米的100萬分之1）、寬70nm的銀奈米棒（圖1）電漿和有機焦熱電轉換材料，成功實施了以新機制驅動的光偵檢計。

圖1：（a）實驗使用的銀奈米棒的電子顯微鏡照片和（b）光偵檢計的模式圖

這款光偵檢計的特點是，銀奈米棒的電漿共振波長（金屬中的電子共同振動的光波長）中會產生明顯的電流。銀奈米棒的電漿共振波長能透過銀奈米棒的形狀和尺寸輕鬆控制，因此可以說是一款無需瀘色器的光偵檢計。實際上，銀奈米棒的長軸偏光和短軸偏光下的電漿共振波長不同，但在各共振波長下生成的電流值、即外部量子效率 (External quantum efficiency (EQE)）達到了最大（圖2）。

圖2：銀奈米棒的電漿特性與檢測到的電流之間的關係。黑色實線分別是在（a）短軸偏光和（b）長軸偏光下測量的銀奈米棒的消光光譜。紅色標記表示向銀奈米棒照射光時獲得的外部量子效率（External quantum efficiency (EQE)），藍色標記表示向焦熱電轉換元件照射光時獲得的EQE。向銀奈米棒照射光時，銀奈米棒的電漿共振波長的外部量子效率最大。

該光偵檢計檢測光的機制如下。已知激發電漿的話，銀奈米棒會發熱。因此照射光時，熱量會從作爲奈米級熱源工作的銀奈米棒傳遞給周圍的焦熱電材料。由此，焦熱電材料中會產生溫度梯度，並透過席比克效應產生電流。