材料科学：金属ナノ粒子の局在表面プラズモン共鳴の三次元画像化

金属ナノ粒子の顕著な光学特性は、局在表面プラズモン共鳴（LSPR）励起に支配される。LSPRモードの空間分布と共鳴エネルギーは、ナノ粒子の構造、組成、環境に依存するが、各LSPRモードの感度の高さが、フォトニクス、オプトエレクトロニクス、触媒、太陽電池、ガスセンシングやバイオセンシングといった多くの応用の可能性をもたらしてきた。しかし、三次元（3D）ナノ粒子構造とLSPRとの正確な関係は、必ずしも完全に理解されているわけではない。また、ナノメートルスケールで励起を可視化するには、スペクトル感度の高い3D画像化技術が必要である。今回我々は、電子エネルギー損失分光画像化を適用し、さまざまな方向から励起をマッピングし、さらに非負行列因子分解、圧縮センシング、電子トモグラフィーという新しい組み合わせを利用することによって、個々の銀ナノキューブのLSPRに関する3D画像を再構成できることを示す。今回の研究結果は、理論、シミュレーション、電子分光および光学分光の結果から予測される、基板を介する双極子モードと四極子モードの混成という考えを拡張するものであり、より高いエネルギーのモード混成が起こる実験的証拠を示している。また、貴金属ナノ粒子の光学応答の理解と、LSPRの精査、解析、可視化の両面における進歩を意味するものである。

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