物理：トンネリングプラズモニクスの量子領域を明らかにする

2つの金属ナノ構造体を数ナノメートル離して置いたとき、それらの光学的に駆動された自由電子はその間隙を越えて電気的に結合する。その結果生じるプラズモンは、間隙内部に強く閉じ込められ増強された特定の色の光学場を持つ。新たに登場した多数のナノフォトニック技術は、このプラズモン結合の注意深い制御に依存し、これらには高感度の化学・生物学的センサーに使う光ナノアンテナ、能動デバイスのナノスケール制御、改善された光起電力デバイスなどがある。しかし、サブナノメートルの間隙では、コヒーレントな量子トンネリングが可能となり、この系は、これまでの古典的な扱いが破綻する極端に非局所的な領域に入る。量子トンネリングに駆動された、この間隙を越える電子相関には、非局所輸送の新しい記述が必要となり、これはナノスケールのオプトエレクトロニクスと単一分子エレクトロニクスで重要となる。本論文では、サブナノメートルの間隙を制御できる2個の金ナノ構造体の電気特性と光学特性の両方を同時に測定して、トンネリングプラズモニクスの量子領域をこれまでになく詳細に明らかにした。観測したすべての現象は、プラズモン系の最近の量子モデルとよく一致する。これらのモデルでは、古典論で予測された特異点が除かれる。これらの発見から、トンネリングが、波長がλの可視光で約10 ⁻⁸λ³のプラズモン場閉じ込めに対する量子極限を決めると考えられる。したがって、我々の研究は、量子領域のプラズモン系の新しい理論・実験研究を促し、ナノプラズモンデバイス工学とナノスケール光化学の将来に影響を及ぼすであろう。

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