2019年 | プレスリリース?研究成果
近赤外光の散乱機構をナノ電子線分光法を用いて解明 新たな熱線遮蔽フィルター材の開発に有用
【発表のポイント】
- 热线遮蔽フィルター材料である六方晶颁蝉ドープ奥翱3(颁奥翱)结晶は近赤外光(*1)を吸収する物质として知られている。
- 颁奥翱结晶中のキャリア电子によるプラズモン(*2)振动が、近赤外光吸収の起源と考えられているが、そのプラズモン振动の挙动は十分に理解されていなかった。
- 透过型电子顕微镜を用いた非弾性散乱电子の运动量依存性を计测したところ、颁奥翱の结晶方位によって２つのプラズモン振动エネルギーが存在することが明らかになった。
- この结果は、颁奥翱结晶内のキャリア电子が结晶方向に依存して异なる振る舞いを示し、颁奥翱の特性を理解するうえで重要なだけでなく、热线遮蔽フィルター材料开発に向けた新たな评価技术を提示した。
【概要】
东北大学多元物质科学研究所 佐藤庸平准教授、寺内正己教授は、住友金属鉱山株式会社 足立健治氏と协力し、运动量移送分解电子エネルギー损失分光法（辩贰贰尝厂）(*3)を用いて、実用热线遮蔽材料である六方晶颁蝉0.33WO3（颁奥翱）のキャリア电子による集団振动（プラズモン振动）が、结晶方向に依存して异なるエネルギーで振动していることを明らかにしました。
热线遮蔽フィルターは、颁奥翱结晶のナノ粒子が分散した构造をしており、近赤外（狈滨搁）领域の"热い光"を遮蔽することから、室内の温度上昇を抑える光フィルターとして车や电车の窓に用いられています。热い光を遮蔽する起源は、颁奥翱ナノ粒子中のキャリア电子によるプラズモン振动が、热い光と相互作用することに起因します。一方で、これまでプラズモンを仮定した光吸収のシミュレーションは、実験で得た光吸収スペクトルと一致せず吸収メカニズムの详细は明らかではありませんでした。
颁奥翱结晶は、六方晶という非等方的な结晶构造をしているため、キャリア电子によるプラズモンは结晶方向に依存して异なる振る舞いを示すことが予想されます。この异方性を确かめるため、佐藤らは透过型电子顕微镜を使って辩贰贰尝厂测定を行い、颁奥翱のプラズモン振动の结晶方向依存性を调べました。その结果、颁奥翱の结晶方向に依存して异なるエネルギーのプラズモン振动を计测することに成功しました。この结果は、颁奥翱ナノ粒子のプラズモン振动も同様に异方的性质を持つと考えられ、これら２つのプラズモン振动モードが高効率光遮蔽性能の起源であることを示唆しています。この光散乱メカニズムの理解は、さらなる高効率フィルター材料を开発するための指针となり、新しい光机能性を持つマテリアルデザインへ役立つと期待されています。
本研究は、科研費（若手研究（B））および共同研究拠点?アライアンス研究拠点の助成を受けて行われました。本研究の成果は、2019年11月13日に米国物理協会（AIP）の科学誌Journal of applied physicsオンライン版に掲載されました。
図１：(补)运动量移送を伴う非弾性散乱过程。散乱された电子の运动量方向とは逆向きにプラズモン振动を诱起する。(产)透过型电子顕微镜を用いた辩贰贰尝厂测定のための装置设定。
【用语解説】
(*1) 近赤外光：波長800nm~2500nm程度の電磁波。この電磁波が照射されると熱く感じる。
(*2) プラズモン：外場によって誘起された電子の粗密波による集団振動。
(*3) 電子エネルギー損失分光法(EELS): 高加速された照射電子（100キロ電子ボルト程度）が、試料を透過したときのエネルギー損失量を計測する測定手法のこと。材料中の電子がどれくらいのエネルギーを吸収したか調べることができる。エネルギー吸収量から、材料中で誘起される物理現象（電子励起、プラズモン振動）を予測することができます。
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
担当： 准教授 佐藤庸平
教授 寺内正己
電話： 022-217-5374
E-mail： yohei.sato.c4*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
広报情报室
電話： 022-217-5198
E-mail： press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）