抖阴旅行射

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　准教授　押切友也

【発表のポイント】

• 可视光を集光可能なナノサイズのパラボラ（おわん）型光共振器^（注1）を设计し、その集光原理を明らかにしました。
• 金属反射面と半导体から构成されるパラボラ型光共振器と金属ナノ粒子を组み合わせることで、入射光强度を局所空间で4桁（10,000倍）増强可能なことを示しました。
• 太阳光などの日常に存在する弱い光を集光することで、これまで困难とされてきた光化学?人工光合成反応への适用が期待されます。

【概要】

持続可能社会の実现のためには、エネルギー问题の解决が不可欠です。その方法论の一つとして、太阳光エネルギーを化学资源に変换する人工光合成^（注2）の実用化が待たれています。しかし、太阳光が単位时间あたりに単位面积を通过する光子^（注3）の数であるエネルギー密度（光子束密度^（注3））は低く、复雑な反応の実现は困难であるとされてきました。

东北大学多元物质科学研究所の押切友也准教授と中川胜教授の研究グループは、一般的な放送卫星（叠厂）からの受信用アンテナの100万分の一という极めて微少なサイズのパラボラ型の金属反射面と半导体から构成される光ナノ共振器を开発し、可视光を捕集して金属ナノ粒子に集めることで光强度を4桁（10,000倍）増强できることを、电磁界シミュレーション^（注4）を用いて明らかにしました。

局所的に光の强度を増大させると、そこで生成する电子と正孔の数も増大します。その结果、従来は困难とされてきた窒素の还元によるアンモニアの製造や、二酸化炭素の还元による炭素化合物の製造といった、多电子反応を推进する新たな光化学反応场として开発した光ナノ共振器の活用が期待されます。

本成果は、科学誌The Journal of Physical Chemistry: C に 3月14日付で、オンライン掲載されました。

図1. 一般的なBS受信用パラボラ型アンテナ（左）と、本研究で用いたナノサイズのパラボラ型光共振器（右）。1ナノメートルは10億分の1メートル。

【用语解説】

注1．光共振器
光の共振により干渉が生じ、特定の波长の光を一定时间、一定の空间に光を闭じ込めることが可能な装置。本研究で用いた、金属反射膜と半导体から构成されるパラボラ型光共振器と、金属ナノ粒子が示すプラズモンは、どちらも光共振器の一种と言える。

注2．人工光合成
植物の光合成の仕组みをまねるところから始まった、人工的に太阳光エネルギーを化学エネルギーに変换させる反応。ここでは、颈）太阳光中の可视光を光エネルギー源として用いる、颈颈）水を电子源として用い、水の酸化に基づいて酸素を生成する、颈颈颈）エネルギー蓄积反応により、始状态よりも高エネルギー物质を生成する、という条件を満たすものを指す。

注3．光子、光子束密度
光子は物質の最小単位である素粒子の一つで、光（電磁波）を粒子と考える場合の名称。光子束密度は単位時間あたりに単位面積を通過する光子の数。光量子束密度ともいう。典型的な太陽光の光子束密度は波長400 nmで1× 1015 光子? cm-2?s-1 である。

注4．电磁界シミュレーション
4つの电界?磁界（电场?磁场ともいう）についての基础方程式を数値的に解くことで、电界?磁界分布の物理构造の相互作用を解析するシミュレーション。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所 光機能材料化学研究分野　
准教授　押切 友也（おしきり　ともや）
电话：022-217-5671
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（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所　広報情報室
电话：022-217-5198
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（*を蔼に置き换えてください）