(57)【要約】【課題】新規なナノ粒子プラズモン装置、及びその製造方法の提供。【解決手段】第１の構造と、２つ以上の導電性ナノ粒子を含む第２の構造を含んでなるプラズモンカップリング装置。詳細には、各ナノ粒子は細長い構造を有し、その長軸が当該第１の構造に対して実質的に垂直な方向を向いた状態で当該第１の構造に接着している。また、プラズモンカップリング装置の製造方法。詳細には当該方法は、第１の構造を形成するステップと、当該第１の構造の表面上に、２つ以上の穿孔を有する絶縁材料を形成することによって、２つ以上の導電性ナノ粒子を含んでなる第２の構造を形成するステップと、少なくとも２つの当該穿孔内にナノ粒子を形成させるステップを含んでなり、それらの各ナノ粒子は細長い形状を有し、その長軸が、当該第１の構造に対して実質的に垂直となる態様で配置される。【選択図】図１
2009539635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の構造と、２つ以上の導電性のナノ粒子を含む第２の構造を含んでなり、各々のナノ粒子が細長い構造を有し、その長軸が第１の構造に対して実質的に垂直な方向を向いた状態で第１の構造に結合している、プラズモンカップリング装置。
【請求項２】
前記ナノ粒子の少なくとも一部が、約２ｎｍ〜約５００ｎｍ、好ましくは約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの幅を有する、請求項１記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項３】
前記ナノ粒子の少なくとも一部が、約５０ｎｍ〜約２μｍ、好ましくは約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの長さを有する、請求項１又は２記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項４】
１〜数十個のナノ粒子を含んでなる、請求項１から３のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項５】
前記ナノ粒子が、約２ｎｍ〜約１５００ｎｍ、好ましくは約２０ｎｍ〜約１．５μｍの分離距離を有する、請求項１から４のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項６】
前記ナノ粒子が、ナノ粒子の少なくとも１つの一次元パターンを有する、請求項１から５のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項７】
前記ナノ粒子が、一連のナノ粒子を有する、請求項６記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項８】
前記ナノ粒子が、ナノ粒子の少なくとも１つの二次元パターンを有する、請求項１から５のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項９】
前記ナノ粒子が、少なくとも１つの準周期的な、六角形の、二次元パターンのナノ粒子を有する、請求項８記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項１０】
パターン化された、１つ又は複数の前記ナノ粒子と接続された電極を有する、請求項１から９のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項１１】
前記第２の構造が、各々１つ以上の導電性のナノ粒子を含む２つ以上のアセンブリを有する、請求項１から１０のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項１２】
１つ以上の前記ナノ粒子を含むアセンブリの少なくとも一部が、１〜数十個のナノ粒子を含んでなる、請求項１１記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項１３】
前記アセンブリの少なくとも一部が複数のナノ粒子を含んでなり、約２ｎｍ〜約１５００ｎｍ、好ましくは約２０ｎｍ〜約５００ｎｍの、ナノ粒子−ナノ粒子間の分離距離を有する、請求項１１又は１２記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項１４】
複数の前記ナノ粒子を含むアセンブリの少なくとも一部が、少なくとも１つの、ナノ粒子の準周期的な、六角形の二次元パターンを有する、請求項１３記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項１５】
１つ以上の前記ナノ粒子を含む複数のアセンブリを含んでなり、アセンブリの少なくとも一部が約５０ｎｍ〜約１．５μｍの分離距離を有する、請求項１１から１４のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項１６】
約５０ｎｍ〜約１．５μｍの周期で１つ以上の前記ナノ粒子を含むアセンブリの連続からなる、１つ以上のナノ粒子のアセンブリの一次元構成を有する、請求項１１から１５のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項１７】
パターン化された、１つ以上の前記ナノ粒子を含むアセンブリと連結する、１つ又は複数の電極を有する、請求項１１から１６のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項１８】
前記第２の構造が複数の穿孔を有する絶縁材料を含んでなり、少なくとも一部の穿孔が、その長軸が実質的に第１の構造に対して垂直となる態様で配置され、装置中のナノ粒子の少なくとも一部が穿孔中に含まれる、請求項１から１７のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項１９】
少なくとも一部の前記ナノ粒子が、当該少なくとも一部の各ナノ粒子と少なくとも一部の各穿孔の間に隙間を有する態様で穿孔中に含まれ、当該隙間の少なくとも一部が少なくとも１つの物質で少なくとも部分的に充填されている、請求項１８記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項２０】
前記第１の構造が約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの厚を有する、請求項１から１９のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項２１】
前記プラズモンカップリング装置が約５０ｎｍ〜約２０００ｎｍの厚を有する、請求項１から２０のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置。
【請求項２２】
プラズモンカップリング装置の製造方法であって、第１の構造を形成するステップと、当該第１の構造の表面上に、２つ以上の穿孔を有する絶縁材料を形成することによって、２つ以上の導電性ナノ粒子を含んでなる第２の構造を形成するステップと、少なくとも２つの当該穿孔内にナノ粒子を形成させるステップを含んでなり、当該各ナノ粒子が細長い形状を有し、その長軸が、当該第１の構造に対して実質的に垂直となる態様で配置される、製造方法。
【請求項２３】
プラズモンカップリング装置の製造方法であって、第１の構造を形成するステップと、当該第１の構造の表面上に、各々１つ以上の穿孔を有する２つ以上のアセンブリを含んでなる絶縁材料を形成することによって、各々１つ以上の導電性ナノ粒子を含む、当該２つ以上のアセンブリを含んでなる第２の構造を形成するステップと、当該２つ以上のアセンブリ中の少なくとも一部の穿孔中に、ナノ粒子を形成するステップを含んでなり、当該各ナノ粒子が細長い形状を有し、その長軸が、当該第１の構造に対して実質的に垂直となる態様で配置される、製造方法。
【請求項２４】
前記第１の構造の表面上に絶縁材料を形成させるステップが、前記第１の構造上に導電性材料の少なくとも１つの層を配置するステップと、陽極酸化によって前記導電性材料の層を処理して絶縁体材料を形成させ、その処理によって更に、絶縁材料において１つ以上の穿孔の２つ以上のアセンブリが形成されるステップを含んでなる、請求項２２又は２３記載のプラズモンカップリング装置の製造方法。
【請求項２５】
１又は複数のナノ粒子のアセンブリを所望の配置で構成する作業であって、絶縁材料を形成する１つ以上の導電性材料の層の特性によって、少なくとも部分的に決定づけられるパターンで、前記絶縁材料中に穿孔を形成させるステップと、適切な穿孔中にナノ粒子を形成させて、１つ以上のナノ粒子のアセンブリの配置を適切にアレンジするステップを含んでなる作業を含んでなる、請求項２４記載のプラズモンカップリング装置の製造方法。
【請求項２６】
１つ又は複数のナノ粒子のアセンブリを所望の配置で構成する作業であって、ナノ粒子の成長を可能にする態様でパターン化された電極を、プラズモンカップリング装置に提供するステップと、前記パターン化された電極を使用して、ナノ粒子のアセンブリの配列を形成するステップと、前記パターン化された電極を使用して、アセンブリの配置を所望の構成とするステップを含んでなる作業を含んでなる、請求項２４記載のプラズモンカップリング装置の製造方法。
【請求項２７】
１つ又は複数のナノ粒子のアセンブリを所望の配置で構成する作業であって、導電性材料の層をプロセシングし、それを処理して絶縁材料を形成させ、１つ以上の穿孔のアセンブリを所望の配置で構成するステップと、穿孔中でナノ粒子を形成させ、１つ以上のナノ粒子のアセンブリの配置を所望の構成とするステップを含んでなる作業を含んでなる、請求項２４記載のプラズモンカップリング装置の製造方法。
【請求項２８】
１つ又は複数のナノ粒子のアセンブリを所望の配置で構成する作業であって、導電性材料の層をプロセシングし、それを処理して絶縁材料を形成させ、１つ以上の穿孔のアセンブリを所望の配置で構成するステップと、適切な穿孔中でナノ粒子を形成させ、１つ以上のナノ粒子のアセンブリの配置を所望の構成とするステップを含んでなる、請求項２４記載のプラズモンカップリング装置の製造方法。
【請求項２９】
穿孔を包囲している絶縁材料をエッチングし、穿孔に含まれるナノ粒子に沿ってエッチング材料をチャネリングして、当該ナノ粒子から外へエッチングすることにより、ナノ粒子を含む穿孔から少なくとも一部の材料を除去し、絶縁材料とナノ粒子との隙間を形成させるステップを含んでなる、請求項２２から２８のいずれか１項記載のプラズモンカップリング装置の製造方法。
【請求項３０】
請求項１から２１のいずれか１項記載の１つ以上のプラズモンカップリング装置を含んでなる導波管。
【請求項３１】
ナノ粒子の少なくとも一部の１つ以上の特性を調整することにより、導波管の処理能力スペクトルを制御できる、請求項３０記載の導波管。
【請求項３２】
請求項１から２１のいずれか１項記載の１つ以上のプラズモンカップリング装置を含んでなるプラズモンセンサ。
【請求項３３】
請求項１から２１のいずれか１項記載の１つ以上のプラズモンカップリング装置を含んでなるトランジスタ。
【請求項３４】
トランジスタのプラズモンカップリング装置の少なくとも一部が、誘電絶縁材料を含んでなり、励起により非直線的な反応を示すことができる活性型のプラズモン材料を含んでなる、請求項３３記載のトランジスタ。
【請求項３５】
プラズモンカップリング装置の少なくとも一部の、１つ以上のナノ粒子のアセンブリの近接場相互作用を用いることにより、誘電絶縁材料を励起し、非直線的な反応が生じて各装置の透過度が調整される、請求項３４記載のトランジスタ。
【請求項３６】
前記誘電絶縁材料が、励起に対して非直線的な反応を示すことにより材料の屈折率に影響を与え、当該材料の屈折率がシグナルによる照射により制御され、それによりトランジスタの透過度の制御が可能となる、請求項３５記載のトランジスタ。
【請求項３７】
請求項１から２１のいずれか１項記載の１つ以上のプラズモンカップリング装置を含んでなるレーザー。
【請求項３８】
レーザーのプラズモンカップリング装置の少なくとも一部が絶縁材料を含んでなり、光学的なゲイン／光学的な刺激が可能な材料を含んでなる、請求項３７記載のレーザー。
【請求項３９】
プラズモンカップリング装置の少なくとも一部に存在する、１つ以上のナノ粒子の相互作用アセンブリにおいて励起されたプラズモンモードを用いて動作させることができ、それにより当該装置の絶縁材料を励起し、各装置からの励起による放出を生成させる、請求項３８記載のレーザー。
【請求項４０】
レーザーのプラズモンカップリング装置の少なくとも一部が中空のナノ粒子を含んでなり、当該中空ナノ粒子の少なくとも一部が、光学刺激が可能な少なくとも１つの物質で少なくとも部分的に充填され、各々の又は一部の中空ナノ粒子がレーザー空洞を有する、請求項３７から３９のいずれか１項記載のレーザー。
【請求項４１】
各々の、又は一部のレーザー空洞が、中空のナノ粒子と当該ナノ粒子を含んでなる絶縁材料中の穿孔との間の隙間に物質を充填することにより、スペクトル的に調整される、請求項４０記載のレーザー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良型のプラズモンカップリング装置の提供に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズモン装置（例えば導波管、センサー、トランジスタ及びレーザー）が、様々な用途に広く用いられている。かかる構成要素は、一箇所に集積することが通常望ましい。高集積プラズモン装置（ナノスケールレベルで放射線のガイド及び操作を可能にする）は放射線の波長より小さい構成要素を必要とし、それはｎｍ単位のスケールでの分離度により設計される。かかる装置の設計のための１つのアプローチとしては、ナノスケールの粒子（又はナノ粒子）を使用して装置を作製し、局在化表層プラズモン（ＬＳＰ）を使用して装置中に放射線を分配させることが挙げられる。ＬＳＰはミー共鳴に対応し、それは、ナノ粒子のサイズ及び形状、並びにナノ粒子の材料の特性により決定される波長でナノ粒子を照射することにより励起させることができる。かかるナノ粒子を含んでなるプラズモン装置においては、ナノ粒子間の近接場での電磁的相互作用の存在により、局在化表層プラズモンは装置に沿って非局在化される。この相互作用により、電磁エネルギーが装置中のナノ粒子間で能率的に交換され、ゆえに、例えば放射の際、装置の一端から他の端への伝播が可能となる。この伝播は、顕著なベンディングロスを生じさせずに実現されうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
かかるナノ粒子プラズモン装置を応用することにより、新規かつユニークなアイテムが得られる。ナノ粒子プラズモン装置においては、当該近接場相互作用は短い距離（数ｎｍから数十ｎｍが典型的）でのみ生じるため、高密度でのデバイス統合化が行われた場合、装置内で生じうる突然の方向変化に影響されない。近年では、近接場相互作用による放射線のナノスケール操作の維持に適している装置アーキテクチャを実現すべく、多くの努力がなされている。しかしながら、かかる装置はナノ粒子間でしばしば低い近接場カップリング効率を示すため、低い放射線の透過度が低くなる。またかかる装置の加工技術は高コストであることも知られており、ゆえにこの技術の適用性及び広範囲での応用は制限されたままである。ゆえに、ナノ粒子プラズモン装置の設計改良が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様は、第１の構造と、２つ以上の導電性ナノ粒子を含む第２の構造を含んでなるプラズモンカップリング装置の提供に関する。詳細には、各ナノ粒子は細長い構造を有し、その長軸が当該第１の構造に対して実質的に垂直な方向を向いた状態で当該第１の構造に接着している。
【０００５】
かかるナノ粒子を含んでなるプラズモンカップリング装置において、装置上で放射が起こることにより、ナノ粒子中で局在化表層プラズモンが生じる。２つ以上のナノ粒子間の、又はアセンブリの１つ以上のナノ粒子とアセンブリ近傍との間の近接場電磁相互作用のために、装置全体にわたり局在化表層プラズモンが非局在化されうる。この相互作用により、電磁エネルギー及び放射線が、ナノ粒子間、又は１つ以上のナノ粒子のアセンブリ間において能率的にカップリングされる。
【０００６】
上記のナノ粒子の配向及び形状により、現在実施されているジオメトリと比較し、以下の効果が得られる。それらの細長い形状により、ナノ粒子の長軸方向に沿って分極したフィールドに対する感度が強化され、それにより個々のナノ粒子の散在断面が増加する。ゆえに、当該ナノ粒子の使用によりナノスケールでの電磁アンテナが効率的に得られる。プラズモン装置におけるプラズモンのダンピングは、第１の構造に対して垂直な上記ナノ粒子の配向のため減少し、ナノ粒子と第１の構造との強い相互作用が防止される。ナノ粒子のサイズ（直径及び長さ）分布は数％のオーダーであり、隣接するナノ粒子間における効率的なカップリングを可能にする。ナノ粒子のサイズ（直径及び長さ）は調整可能であり、それにより、プラズモン装置の光学的性質の微調整も可能となる。
【０００７】
少なくとも一部のナノ粒子は、約２ｎｍ〜約５００ｎｍ、例えば約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの幅を有してもよい。少なくとも一部のナノ粒子は、約２μｍ〜約５０ｎｍ、例えば約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの長さを有してもよい。
【０００８】
少なくとも一部のナノ粒子は、金属材料（例えば銀、金、アルミニウム、プラチナ、銅又はそれらの任意の組み合わせ）を含有してもよい。
【０００９】
少なくとも一部のナノ粒子は、第１の構造に接触して、第１の構造との電気的接触部を構成する、第１端部を有してもよい。
【００１０】
少なくとも一部のナノ粒子は、導線を有してもよい。少なくとも一部の導線は、実質的に円筒状の形状を有してもよい。少なくとも一部の導線は、実質的に円錐の形状を有してもよい。少なくとも一部の導線は、２つ以上の側面を有する形状を有してもよい。少なくとも一部の導線は、実質的に中実でもよい。少なくとも一部の導線は、実質的に中空でもよい。
【００１１】
プラズモンカップリング装置は、１〜数十個のナノ粒子を含有してもよい。
【００１２】
装置中のナノ粒子の、ナノ粒子−ナノ粒子間の距離は、約２ｎｍ〜約１５００ｎｍ、例えば約２０ｎｍ〜約５００ｎｍであってもよい。ナノ粒子−ナノ粒子間の距離は、約２０ｎｍ〜約１．５μｍのスケールで、周期的に変動してもよい。ナノ粒子−ナノ粒子間の距離は、約２０ｎｍ〜約１５００ｎｍのスケールで、準（ｑｕａｓｉ−）周期的に変動してもよい。
【００１３】
装置中のナノ粒子は、ナノ粒子の所望のパターンで構成されてもよい。当該ナノ粒子は、ナノ粒子の少なくとも一次元パターンで構成されてもよい。例えば、当該ナノ粒子の一次元パターンは、一連のナノ粒子から構成されてもよい。当該ナノ粒子は、ナノ粒子の少なくとも１つの二次元パターンで構成されてもよい。当該ナノ粒子は、ナノ粒子の少なくとも１つの準周期的、六角形状の二次元パターンを有してもよい。当該ナノ粒子のパターンは、ｎｍスケールの周期を有してもよい。当該ナノ粒子のパターンは、μｍスケールの周期を有してもよい。
【００１４】
当該プラズモンカップリング装置は、電極を有してもよい。当該電極は、１つ以上のナノ粒子によるパターンを有してもよい。
【００１５】
上記第２の構造は、各々１つ以上の導電性ナノ粒子を含んでなる２つ以上のアセンブリから構成されてもよい。
【００１６】
１つ以上のナノ粒子を含んでなるアセンブリの少なくとも一部は、１から数十個のナノ粒子を含んでなってもよい。
【００１７】
１つ以上のナノ粒子を含んでなるアセンブリの少なくとも一部は、複数のナノ粒子を含有してもよい。複数のナノ粒子を含んでなるアセンブリの少なくとも一部は、約２ｎｍ〜約１５００ｎｍ、例えば約２０ｎｍ〜約５００ｎｍのナノ粒子−ナノ粒子間距離を有してもよい。当該ナノ粒子−ナノ粒子間距離は、約２０ｎｍ〜約１．５μｍのスケールで周期的であってもよい。当該ナノ粒子−ナノ粒子間距離は、約２０ｎｍ〜約１５００ｎｍのスケールで準周期的であってもよい。
【００１８】
複数のナノ粒子を含んでなるアセンブリの少なくとも一部は、所望のナノ粒子のパターンを有してもよい。複数のナノ粒子を含んでなるアセンブリの少なくとも一部は、少なくとも１つのナノ粒子の一次元パターンを有してもよい。複数のナノ粒子を含んでなるアセンブリの少なくとも一部は、少なくとも１つのナノ粒子の二次元パターンを有してもよい。複数のナノ粒子を含んでなるアセンブリの少なくとも一部は、少なくとも１つの準周期的な、六角形状の、ナノ粒子の二次元パターンを有してもよい。当該ナノ粒子のパターンは、ｎｍスケールの周期を有してもよい。当該ナノ粒子のパターンは、μｍスケールの周期を有してもよい。
【００１９】
上記のプラズモンカップリング装置は、１つ以上のナノ粒子を含んでなる複数のアセンブリを含んでなってもよく、それらのアセンブリの少なくとも一部は、約５０ｎｍ〜約１．５μｍで隔離されてもよい。当該アセンブリは、周期的な分離距離を有してもよい。当該アセンブリは、準周期的な分離距離を有してもよい。
【００２０】
上記のプラズモンカップリング装置では、１つ以上のナノ粒子を含んでなるアセンブリを適宜組み合わせて構成してもよい。当該プラズモンカップリング装置では、１つ以上のナノ粒子を含んでなるアセンブリを、少なくとも１つの周期を有する態様で構成してもよい。当該プラズモンカップリング装置では、１つ以上のナノ粒子を含んでなるアセンブリを、少なくとも１つの一次元構成を有する態様で構成してもよい。例えば、１つ以上のナノ粒子を含んでなる当該アセンブリの一次元構成は、１つ以上のナノ粒子を含んでなるアセンブリを、約５０ｎｍ〜約１．５μｍの周期で連続的に配置することにより構成してもよい。当該プラズモンカップリング装置では、１つ以上のナノ粒子を含んでなるアセンブリを、少なくとも１つの二次元構成を有する態様で構成してもよい。
【００２１】
上記プラズモンカップリング装置は、電極を有してもよい。当該電極は、１つ以上のナノ粒子を含んでなるアセンブリを１つ以上有するパターンを有してもよい。当該電極は、１つ以上のアセンブリに対して、ナノ粒子若しくは少なくとも一部のナノ粒子でパターン化してもよい。
【００２２】
上記のプラズモンカップリング装置の第２の構造は、絶縁材料を含有してもよい。当該絶縁材料は例えば、空気又はアルミナ、又はケイ素、又はポリマー物質を含有してもよい。当該絶縁材料は、装置中の少なくとも一部のナノ粒子を分離してもよい。当該絶縁材料は、１つ以上のナノ粒子を含んでなるアセンブリの少なくとも一部を分離してもよい。１つ以上のアセンブリが複数のナノ粒子を含むとき、当該絶縁材料は少なくとも一部のアセンブリ中の少なくとも一部のナノ粒子を分離してもよい。
【００２３】
当該絶縁材料は、複数の穿孔を有してもよい。少なくとも一部の穿孔は、その長軸が、上記の第１の構造に対して実質的に垂直な向きとなる態様で配置されてもよい。少なくとも一部の穿孔は、実質的に円筒状の形状を有してもよい。少なくとも一部の穿孔は、１つ以上の側面を有する形状を有してもよい。少なくとも一部の穿孔は、約２ｎｍ〜約５００ｎｍ、例えば約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの幅を有してもよい。少なくとも一部の穿孔は、約２ｎｍ〜約１５００ｎｍ、例えば約２０ｎｍ〜約５００ｎｍで隔離されてもよい。
【００２４】
装置中のナノ粒子の少なくとも一部を、穿孔中に含有させてもよい。少なくとも一部のナノ粒子は、穿孔中で、当該ナノ粒子の長軸が、当該穿孔の長軸と実質的に平行となる態様で配置されてもよい。少なくとも一部のナノ粒子は、少なくとも一部のナノ粒子と少なくとも一部の穿孔との隙間を有する態様で、穿孔中に含まれてもよい。少なくとも一部のナノ粒子は、実質的に全てのナノ粒子と穿孔との隙間を有する態様で、穿孔中に含まれてもよい。
【００２５】
少なくともアセンブリの一部においては、全部又は少なくとも一部のナノ粒子は、穿孔中に含まれてもよい。少なくともアセンブリの一部においては、全部又は少なくとも一部のナノ粒子は、当該ナノ粒子の長軸が、当該穿孔の長軸と実質的に平行となる態様で、穿孔中に配置されてもよい。少なくともアセンブリの一部においては、全部又は少なくとも一部のナノ粒子は、少なくとも一部の穿孔と少なくとも一部のナノ粒子との間の隙間を有する態様で、穿孔中に含まれてもよい。少なくともアセンブリの一部においては、全部又は少なくとも一部のナノ粒子は、実質的に全てのナノ粒子と穿孔との間の隙間を有する態様で、穿孔中に含まれてもよい。
【００２６】
上記の隙間の少なくとも一部は、少なくとも１つの物質で少なくとも部分的に充填されてもよい。当該物質は固体、液体又はガスであってもよい。当該物質は、例えば空気であってもよい。当該物質は、例えば１つ以上の分子を含有してもよい。当該物質は、例えば１つ以上のナノ粒子を含有してもよい。当該物質は、例えば生体物質であってもよい。上記のようなナノ構造システムは更にバイオセンサとして機能してもよい。当該物質は、例えば非線形の光学的反応をなしうる物質であってもよい。当該ナノ構造システムは更に、プラズモンセンサ又はプラズモントランジスターとして機能してもよい。当該物質は、例えば刺激性の物質であってもよい。当該刺激は、例えば光学的な刺激を含んでなってもよい。当該ナノ構造システムは更に、レーザーとして機能してもよい。当該刺激は、電気刺激及び／又は磁気刺激を含んでなってもよい。
【００２７】
プラズモンカップリング装置の第１の構造は、１つ以上の層を有してもよい。当該第１の構造が２つ以上の層を有するとき、これらは一緒に接着されていてもよい。又は、各層は導電性材料を含有してもよい。又は、各層は金属性の導電性材料（例えば金、銀、銅、インジウムスズ酸化物、アルミニウム、タンタル、プラチナ、イリジウム、ＳｒＲｕＯ３、（Ｌａ１／２Ｓｒ１／２２）ＣｏＯ３又はそれらの任意の組み合わせ）を含有してもよい。又は、各層は電極として機能してもよい。当該第１の構造は、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの厚を有してもよい。
【００２８】
上記のプラズモンカップリング装置は、第３の構造を更に含んでなってもよい。当該第３の構造は、第１の構造に結合していてもよい。当該第３の構造は、プラズモンカップリング装置の基材として機能してもよく、当該装置を機械的に支持する機能を発揮してもよい。当該第３の構造は、１つ以上の層を有してもよい。当該第３の構造は、ケイ素を含有してもよい。当該第３の構造は、ガラス材を含有してもよい。
【００２９】
上記のプラズモンカップリング装置は、約５０ｎｍ〜約２０００ｎｍ厚を有してもよい。
【００３０】
本発明の第２の態様は、プラズモンカップリング装置の製造方法の提供に関し、詳細には当該方法は、以下のステップを含んでなる。第１の構造を形成するステップと、当該第１の構造の表面上に、２つ以上の穿孔を有する絶縁材料を形成することによって、２つ以上の導電性ナノ粒子を含んでなる第２の構造を形成するステップと、少なくとも２つの当該穿孔内にナノ粒子を形成させるステップ。それらの各ナノ粒子は細長い形状を有し、その長軸が、当該第１の構造に対して実質的に垂直となる態様で配置される。
【００３１】
本発明の第３の態様は、プラズモンカップリング装置の製造方法の提供に関し、詳細には当該方法は、以下のステップを含んでなる。第１の構造を形成するステップと、当該第１の構造の表面上に、各々１つ以上の穿孔を有する２つ以上のアセンブリを含んでなる絶縁材料を形成することによって、各々１つ以上の導電性ナノ粒子を含む、当該２つ以上のアセンブリを含んでなる第２の構造を形成するステップと、当該２つ以上のアセンブリ中の少なくとも一部の穿孔中に、ナノ粒子を形成するステップ。それらの各ナノ粒子は細長い形状を有し、その長軸が、当該第１の構造に対して実質的に垂直となる態様で配置される。
【００３２】
上記の第１の構造の表面への絶縁材料の形成は、当該第１の構造上に少なくとも１つの導電性材料の層を配置し、当該導電性材料の層を処理して絶縁材料を形成させてもよい。当該導電性材料の層の処理は、導電性材料の陽極酸化による絶縁材料の形成により行ってもよい。
【００３３】
導電性材料の陽極酸化は、絶縁材料の電気化学的成長により実施してもよい。導電性材料の陽極酸化は、絶縁材料のテンプレートの形成により実施してもよい。
【００３４】
上記導電性材料の層はアルミニウムを含有してもよく、陽極酸化により処理され、アルミナを含有する絶縁材料を形成させてもよい。当該アルミナ含有絶縁材料は、異方性構造を有してもよい。
【００３５】
導電性材料の層を処理して絶縁材料を形成することにより、絶縁材料中に、１つ以上の穿孔を有する２つ以上のアセンブリを形成させてもよい。当該少なくとも一部の穿孔は、絶縁体材料の成長方向に沿って形成されうる。当該少なくとも一部の穿孔は、その長軸が、当該第１の構造に対して実質的に垂直となる態様で配置されてもよい。
【００３６】
当該少なくとも一部の穿孔は、実質的に円筒状の形状を有してもよい。当該少なくとも一部の穿孔は、１又は２又はそれ以上の側面を有する形状を有してもよい。
【００３７】
当該少なくとも一部の穿孔の長さは、導電性材料の層の厚に合わせて適宜制御してもよい。当該少なくとも一部の穿孔は、数何十ｎｍ〜数ミクロンの長さであってもよい。
【００３８】
当該少なくとも一部の穿孔のサイズは、導電性材料の層の処理条件を適宜選択することにより制御してもよい。当該少なくとも一部の穿孔は、約２ｎｍ〜約５００ｎｍ、例えば約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの幅を有してもよい。
【００３９】
当該少なくとも一部の穿孔の間の分離は、導電性材料の層の処理条件を適宜選択することにより制御してもよい。当該少なくとも一部の穿孔の間の分離は、約２ｎｍ〜約１５００ｎｍ、例えば約２０ｎｍ〜約５００ｎｍであってもよい。
【００４０】
絶縁材料における少なくとも一部の穿孔の形成は、各穿孔を伸長させて上記第１の構造に到達させるステップを含んでなってもよい。このステップでは、鋳型成型プロセス（例えばアルゴンイオン法又は化学エッチング法）などを実施してもよい。
【００４１】
絶縁材料に存在する穿孔中へのナノ粒子の形成方法は、例えば、電気的な蒸着方法、物理的な蒸着方法又は化学的蒸着方法を含んでなってもよい。絶縁材料中に存在する穿孔中へのナノ粒子の形成方法は、電気化学的に穿孔中にナノ粒子を成長させることを含んでなってもよい。絶縁材料中に存在する穿孔中へナノ粒子を形成させることにより、穿孔が実質的に充填された状態になってもよい。
【００４２】
少なくとも一部のナノ粒子は、約２ｎｍ〜約５００ｎｍ、例えば約１０ｎｍ〜約１００ｎｍの幅を有してもよい。少なくとも一部のナノ粒子は、約５０ｎｍ〜約２μｍ、例えば約５０ｎｍ〜約５００ｎｍの長さを有してもよい。
【００４３】
少なくとも一部のナノ粒子は、金属材料（例えば銀、金、アルミニウム、プラチナ、銅又はそれらの任意の組み合わせ）を含有してもよい。
【００４４】
少なくとも一部のナノ粒子は第１の構造に結合した第１端部を有し、それにより第１の構造との電気的接触部を構成してもよい。
【００４５】
少なくとも一部のナノ粒子は、導線を有してもよい。少なくとも一部の導線は、実質的に円筒状の形状を有してもよい。少なくとも一部の導線は、実質的に円錐の形状を有してもよい。少なくとも一部の導線は、１又は２又はそれ以上の側面を有する形状を有してもよい。少なくとも一部の導線は、実質的に中実であってもよい。少なくとも一部の導線は、実質的に中空であってもよい。
【００４６】
上記の方法は、１つ以上のナノ粒子からなるアセンブリを、所望の配置となるようにアレンジすることを含んでなってもよい。当該アセンブリの配置は、当該アセンブリを規則的に配置することにより適宜アレンジしてもよい。当該アセンブリの配置は、当該アセンブリを一次元的に規則的に配置することにより適宜アレンジしてもよい。例えば、当該アセンブリの一次元的なアレンジは、当該アセンブリを、約５０ｎｍ〜数μｍの周期で連続的に配置することにより形成してもよい。当該アセンブリの配置は、アセンブリを二次元的に規則的に配置することにより適宜アレンジしてもよい。当該アセンブリの配置は、アセンブリを不規則に配置することにより適宜アレンジしてもよい。当該アセンブリの配置は、アセンブリを不規則に一次元的に配置することにより適宜アレンジしてもよい。当該アセンブリの配置は、アセンブリを不規則に二次元的に配置することにより適宜アレンジしてもよい。
【００４７】
１又は複数のナノ粒子のアセンブリを所望の配置で構成する作業は、絶縁材料中に、あるパターンで穿孔を形成させるステップと、（当該パターンは、絶縁材料を形成する１つ以上の導電性材料の層の特性によって、少なくとも部分的に決定づけられる）、適切な穿孔中にナノ粒子を形成させて、１つ以上のナノ粒子のアセンブリの配置を適切にアレンジするステップを含んでなる。当該穿孔のパターンは、例えば導電性材料の層の表面の微細形状及び厚によって、少なくとも部分的に決定づけられる。当該パターンは六角形のパターンであってもよい。
【００４８】
適当な穿孔中におけるナノ粒子の形成は、絶縁材料上に少なくとも１つの層を形成するステップと、当該少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を曝露するステップと、当該適当な穿孔中にナノ粒子を形成させるステップを含んでなってもよい。少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を曝露するステップでは、リソグラフィ法を行ってもよい。少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を曝露するステップでは、鋳型成型法を行ってもよい。
【００４９】
適当な穿孔中におけるナノ粒子の形成は、適当な穿孔中におけるナノ粒子の成長を可能にする態様でパターン化された電極を、プラズモンカップリング装置に提供するステップと、これを使用して、適当な穿孔中でナノ粒子を形成させるステップを含んでなってもよい。
【００５０】
１つ又は複数のナノ粒子のアセンブリを所望の配置で構成する作業は、ナノ粒子の成長を可能にする態様でパターン化された電極を、プラズモンカップリング装置に提供するステップと、当該パターン化された電極を使用して、ナノ粒子のアセンブリの配列を形成するステップと、当該パターン化された電極を使用して、アセンブリの配置を所望の構成とするステップを含んでなる。
【００５１】
１つ又は複数のナノ粒子のアセンブリを所望の配置で構成する作業は、導電性材料の層をプロセシングし、それを処理して絶縁材料を形成させ、１つ以上の穿孔のアセンブリを所望の配置で構成するステップと、穿孔中でナノ粒子を形成させ、１つ以上のナノ粒子のアセンブリの配置を所望の構成とするステップを含んでなる。当該プロセシングは、導電性材料の層を多段式に陽極酸化するステップを含んでなってもよい。当該プロセシングは、導電性材料の層をテクスチャリングすることを含んでなってもよい。導電性材料の層のテクスチャリングにより、穿孔の形成のための核生成部位を提供してもよい。導電性材料の層のテクスチャリングは、導電性材料の層をインプリントすることを含んでなってもよい。導電性材料の層のテクスチャリングは、導電性材料の層を光リソグラフ処理することを含んでなってもよい。光リソグラフ法により、１つ以上の穿孔のアセンブリのアレンジの周期性の制御が可能となる。光リソグラフ法により、例えば約１００ｎｍ〜約１．５μｍのアセンブリ−アセンブリ間の分離距離を有する１つ以上のナノ粒子のアセンブリのアレンジが形成される。
【００５２】
１つ又は複数のナノ粒子のアセンブリを所望の配置で構成する作業は、導電性材料の層をプロセシングし、それを処理して絶縁材料を形成させ、１つ以上の穿孔のアセンブリを所望の配置で構成するステップと、適切な穿孔中でナノ粒子を形成させ、１つ以上のナノ粒子のアセンブリの配置を所望の構成とするステップを含んでなる。
【００５３】
導電性材料の層のプロセシングは、導電性材料の層を多段式に陽極酸化するステップを含んでなってもよい。導電性材料の層のプロセシングは、導電性材料の層をテクスチャリングするステップを含んでなってもよい。導電性材料の層のテクスチャリングは、導電性材料の層をインプリントするステップを含んでなってもよい。導電性材料の層のテクスチャリングは、導電性材料の層を光リソグラフ処理するステップを含んでなってもよい。
【００５４】
適当な穿孔中でナノ粒子を形成させる工程は、絶縁材料上に少なくとも１つの層を形成させるステップと、当該少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を露出させるステップと、当該適当な穿孔中でナノ粒子を形成させるステップを含んでなる。少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を露出させるステップは、リソグラフィ法を含んでなってもよい。少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を露出させるステップは、鋳型成形工程を含んでなってもよい。
【００５５】
適当な穿孔中においてナノ粒子を形成させる工程は、パターン化され、適当な穿孔中におけるナノ粒子の成長を可能にする電極を、プラズモンカップリング装置に提供するステップと、これを使用して、適当な穿孔中でナノ粒子を形成させるステップを含んでなる。
【００５６】
少なくとも一部の１つ以上のナノ粒子のアセンブリは、複数のナノ粒子を含んでなってもよい。上記の方法は、複数のナノ粒子の少なくとも１つのアセンブリにおいて、ナノ粒子の所望のパターンを構成させることを含んでなってもよい。当該ナノ粒子の所望のパターンは、ナノ粒子の規則的なパターンであってもよい。ナノ粒子の所望のパターンは、ナノ粒子の規則的な一次元パターンであってもよい。例えば、ナノ粒子の一次元パターンは、一連のナノ粒子を含んでなってもよく、それは約２０ｎｍ〜５００ｎｍの周期を有してもよい。ナノ粒子の所望のパターンは、ナノ粒子の規則的な二次元パターンであってもよい。ナノ粒子の所望のパターンは、ナノ粒子の不規則なパターンであってもよい。ナノ粒子の所望のパターンは、ナノ粒子の不規則な一次元パターンであってもよい。ナノ粒子の所望のパターンは、ナノ粒子の不規則な二次元パターンであってもよい。
【００５７】
少なくとも１つのアセンブリにおける、ナノ粒子の所望のパターン化の作業は、絶縁材料を形成する導電性材料の層の１つ以上の特性によって、少なくとも部分的に決定付けられるパターンで、絶縁材料中で穿孔を形成させるステップと、適切な穿孔中でナノ粒子を形成させ、少なくとも１つのアセンブリにおいて、ナノ粒子の所望のパターンを構成させるステップを含んでなる。当該穿孔は、例えば、導電性材料の層の表面の微細形状及び厚によって、少なくとも部分的に決定付けられる、５つのパターンで形成されてもよい。当該パターンは、六角形のパターンであってもよい。
【００５８】
適当な穿孔中においてナノ粒子を形成させる工程は、絶縁材料上に少なくとも１枚の層を形成させるステップと、少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を露出させるステップと、適当な穿孔中においてナノ粒子を形成させるステップを含んでなる。少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を露出させるステップは、リソグラフィ法を含んでなってもよい。少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を露出させるステップは、鋳型成形を含んでなってもよい。
【００５９】
適当な穿孔中においてナノ粒子を形成させる工程は、パターン化され、適当な穿孔中におけるナノ粒子の成長を可能にする電極を、プラズモンカップリング装置に提供するステップと、これを使用して適当な穿孔中にナノ粒子を形成させるステップを含んでなる。
【００６０】
少なくとも１つのアセンブリにおいて、ナノ粒子の所望のパターンを得る作業は、導電性材料の層をプロセシングし、それを処理し、絶縁材料を形成させ、少なくとも１つのアセンブリにおいて、穿孔のパターンを形成させるステップと、穿孔中でナノ粒子を形成させ、少なくとも１つのアセンブリにおいて、ナノ粒子の所望のパターンを得るステップを含んでなる。当該プロセシングは、導電性材料の層を多段式に陽極酸化するステップを含んでなってもよい。当該プロセシングは、導電性材料の層をテクスチャリングするステップを含んでなってもよい。導電性材料の層のテクスチャリングにより、穿孔中に核生成部位を形成させてもよい。導電性材料の層のテクスチャリングは、導電性材料の層をインプリントするステップを含んでなってもよい。導電性材料の層のテクスチャリングは、導電性材料の層を光リソグラフ処理するステップを含んでなってもよい。光リソグラフ法により、少なくとも１つのアセンブリにおけるナノ粒子のパターンの周期性の制御が可能となる。光リソグラフ処理により、少なくとも１つのアセンブリのナノ粒子のパターンを、例えば約２０ｎｍ〜約５００ｎｍの穿孔−穿孔間の分離を有する態様とすることもできる。光リソグラフ法により、少なくとも１つのアセンブリ中のナノ粒子のパターンにおける、穿孔の数の制御が可能となる。
【００６１】
少なくとも１つのアセンブリにおいて、ナノ粒子の所望のパターンを得る作業は、導電性材料の層をプロセシングし、それを処理して絶縁材料を形成させ、少なくとも１つのアセンブリにおける穿孔のパターンを形成するステップと、適切な穿孔中でナノ粒子を形成させ、少なくとも１つのアセンブリにおいて、ナノ粒子の所望のパターンを得るステップを含んでなる。
【００６２】
導電性材料の層のプロセシングは、導電性材料の層を多段式に陽極酸化するステップを含んでなってもよい。導電性材料の層のプロセシングは、導電性材料の層をテクスチャリングするステップ含んでなってもよい。導電性材料の層のテクスチャリングは、導電性材料の層をインプリントするステップを含んでなってもよい。導電性材料の層のテクスチャリングは、導電性材料の層を光リソグラフ処理するステップを含んでなってもよい。
【００６３】
適当な穿孔中においてナノ粒子を形成させる工程は、絶縁材料上に少なくとも１つの層を形成させるステップと、少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を露出させるステップと、適当な穿孔中でナノ粒子を形成させるステップを含んでなる。少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を露出させるステップは、リソグラフィ法を含んでなってもよい。少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を露出させるステップは、鋳型成形を含んでなってもよい。
【００６４】
適当な穿孔中においてナノ粒子を形成させる工程は、パターン化され、適当な穿孔中におけるナノ粒子の成長を可能にする電極を、プラズモンカップリング装置に提供するステップと、これを使用して、適当な穿孔中出ナノ粒子を形成させるステップを含んでなる。
【００６５】
上記の方法は、ナノ粒子の形成後、プラズモンカップリング装置から少なくとも一部の絶縁材料を取り除くことを含んでなってもよい。装置から少なくとも一部の絶縁材料を取り除くステップは、化学的に当該材料を取り除くステップを含んでなってもよい。
【００６６】
あるいは、絶縁材料を、プラズモンカップリング装置において維持してもよい。当該絶縁材料は、１つ以上のナノ粒子のアセンブリの少なくとも一部を分離させるものであってもよい。１つ以上のアセンブリが複数のナノ粒子を含むとき、当該絶縁材料は少なくとも一部のアセンブリにおける、少なくとも一部のナノ粒子を分離させるものであってもよい。
【００６７】
ナノ粒子を含む、少なくとも一部の穿孔における絶縁材料は、実質的に全てのナノ粒子と接触していてもよい。ナノ粒子を含む、少なくとも一部の穿孔における絶縁材料は、少なくとも一部のナノ粒子から間隔を置いて配置されてもよい。ナノ粒子を含む、少なくとも一部の穿孔における絶縁材料は、実質的に全てのナノ粒子から間隔を置いて配置されてもよい。上記の方法は、ナノ粒子を含む少なくとも一部の穿孔から材料を除去して、絶縁材料とナノ粒子とのすきまを生じさせるステップを含んでなってもよい。ナノ粒子を含む、少なくとも一部の穿孔からの材料の除去は、穿孔を包囲している絶縁材料をエッチングするステップを含んでなってもよい。穿孔を包囲している絶縁材料のエッチングは、穿孔に含まれるナノ粒子に沿ってエッチング材料をチャネリングし、当該ナノ粒子から外へエッチングするステップを含んでなってもよい。
【００６８】
少なくとも一部の隙間は、少なくとも部分的に少なくとも１つの物質により充填されてもよい。当該物質は、固体、液体又はガスであってもよい。当該物質は、例えば空気であってもよい。当該物質は、例えば１つ以上の分子を含んでなってもよい。当該物質は、例えば１つ以上のナノ粒子を含んでなってもよい。当該物質は、例えば生体物質であってもよい。かかるナノ構造システムは更に、バイオセンサとして機能してもよい。当該物質は、例えば非線形的な光学反応ができる物質であってもよい。かかるナノ構造システムは更に、フォトニックセンサ又は光トランジスタとして機能してもよい。当該物質は、例えば刺激性の物質であってもよい。当該刺激は、例えば光学刺激を含んでなってもよい。かかるナノ構造システムは更に、レーザーとして機能してもよい。当該刺激は、電気的刺激及び／又は磁気的刺激を含んでなってもよい。
【００６９】
上記の第１の構造は、基材構造上に形成されてもよい。当該第１の構造は、蒸着法（例えばスパッタデポジション法）、又はＰＬＤ法、又は電気めっき法、又は蒸発方法、又は化学的方法により、基材構造上に形成してもよい。当該基材は、誘電材料を含んでなってもよい。
【００７０】
プラズモンカップリング装置の製造方法により、迅速、簡便及び大規模な当該装置の製造が可能となる。これにより、産業的にも好適な製造方法が提供される。
【００７１】
本発明の第１及び第２の態様に係るプラズモンカップリング装置は、多くの計測器に導入することが可能である。これらの計測器の開発は、計測器におけるナノ粒子のサイズ以下の波長と関連する電磁場の制限効果、及びナノ粒子システムのプラズモンモードの電磁共鳴により、放射線の制御に必要となる非直線的な特性が、ナノ構造プラズモン計測器の採用により顕著に強化される、という事実によって動機づけられる。これらの効果により、かかる計測器を動作させるために必要となる力を減少させることが可能となり、それによりこれらの計測器を超低放射線強度で動作させることが可能となる。かかるプラズモン計測器により、新世代のアクティブなナノプラズモン計測器の提供につながる。それらはナノスケールのサイズであるため、複数のプラズモンの計測器を１つのナノスケールアーキテクチャに組み込むことができる。
【００７２】
本発明の第４の態様は、本発明の第１の態様に係る１つ以上のプラズモンカップリング装置から構成される導波管の提供に関する。
【００７３】
上記の導波管は、その内部における放射線の生成のため、局在化表層プラズモン間でのカップリングを使用する。１つ以上のナノ粒子の個々のアセンブリにより支持される局在化表層プラズモンは、１つ以上のナノ粒子のアセンブリ間の近接場電磁相互作用のために、当該導波管に沿って非局在化される。これらの相互作用により、電磁エネルギーが導波管におけるアセンブリ間での効率的なカップリングを可能とし、それにより導波管の一端から他の端まで放射線が伝播することを可能にする。近接場相互作用は短距離（典型的には数ｎｍ〜数十ｎｍ）においてのみ作用し、ゆえに、高密度に統合された装置の場合、導波管中で生じうる突然の配向変化に影響されない。当該導波管は、波長選択的な導波管であってもよい。
【００７４】
導波管におけるプラズモンカップリング装置の少なくとも一部は、絶縁材料を含んでなってもよい。当該絶縁材料により、１つ以上のナノ粒子を含む少なくとも一部のアセンブリを、及び／又は、複数のナノ粒子を含む少なくとも一部アセンブリにおける少なくとも一部のナノ粒子を分離させてもよい。当該絶縁材料は、複数の穿孔を含んでなってもよく、その少なくとも一部はナノ粒子を含んでなってもよい。少なくとも一部の穿孔がナノ粒子を含んでなる場合、当該穿孔は、少なくとも一部のナノ粒子と少なくとも一部の穿孔との間に隙間を有してもよい。当該隙間の少なくとも一部は、少なくとも１つの物質で少なくとも部分的に充填されていてもよい。当該物質は、固体、液体又はガスであってもよい。当該物質は、例えば空気であってもよい。当該物質は、例えば１つ以上の分子を含んでなってもよい。当該物質は、例えば１つ以上のナノ粒子を含んでなってもよい。当該物質は、例えば生体物質であってもよい。かかるナノ構造システムは更に、バイオセンサとして機能してもよい。当該物質は、例えば非線形的な光学反応ができる物質であってもよい。かかるナノ構造システムは更に、フォトニックセンサ又は光トランジスタとして機能してもよい。当該物質は、例えば刺激性の物質であってもよい。当該刺激は、例えば光学刺激を含んでなってもよい。かかるナノ構造システムは更に、レーザーとして機能してもよい。当該刺激は、電気的刺激及び／又は磁気的刺激を含んでなってもよい。
【００７５】
導波管の処理能力のスペクトルは、制御可能であってもよい。これは、少なくとも一部のナノ粒子の１つ以上の特性を調整することによって可能となる。これは、導波管の製作時に、少なくとも一部のナノ粒子の直径を調整することによって可能となる。これは、導波管の製作時に、少なくとも一部のナノ粒子の長さを調整することによって可能となる。これは、導波管の製作時に、少なくとも一部のナノ粒子同士の間、又はナノ粒子のアセンブリ間の距離の調製により可能となる。これは、導波管の製作時に、絶縁材料（存在する場合）の誘電率を調整することによって可能となる。これは、導波管の製作時に、少なくとも一部の隙間（存在する場合）の誘電率を調整することによって可能となる。
【００７６】
第５の本発明の態様は、本発明の第１の態様に係る１つ以上のプラズモンカップリング装置を備えた、プラズモンセンサの提供に関する。
【００７７】
プラズモンセンサのプラズモンカップリング装置の少なくとも一部は、絶縁材料を含んでなってもよい。当該絶縁材料は、複数の穿孔を含んでなってもよく、その少なくとも一部はナノ粒子を含んでなってもよい。ナノ粒子を含んでなる少なくとも一部の穿孔では、当該穿孔は、少なくとも一部のナノ粒子と少なくとも一部の穿孔との間に隙間を有してもよい。ナノ粒子を含んでなる少なくとも一部の穿孔では、当該穿孔は、実質的に全てのナノ粒子と穿孔とで挟まれた隙間を含んでなってもよい。少なくとも一部の隙間は、少なくとも１つの物質で少なくとも部分的に充填されていてもよい。当該物質は、固体、液体又はガスであってもよい。当該物質は、例えば空気であってもよい。当該物質は、例えば１つ以上の分子を含んでなってもよい。当該物質は、例えば１つ以上のナノ粒子を含んでなってもよい。当該物質は、例えば生体物質であってもよい。かかるナノ構造システムは更に、バイオセンサとして機能してもよい。当該物質は、例えば非線形的な光学反応ができる物質であってもよい。かかるナノ構造システムは更に、フォトニックセンサ又は光トランジスタとして機能してもよい。当該物質は、例えば刺激性の物質であってもよい。当該刺激は、例えば光学刺激を含んでなってもよい。かかるナノ構造システムは更に、レーザーとして機能してもよい。当該刺激は、電気的刺激及び／又は磁気的刺激を含んでなってもよい。
【００７８】
第６の本発明の態様は、本発明の第１の態様に係る１つ以上のプラズモンカップリング装置を含んでなるトランジスタの提供に関する。
【００７９】
当該トランジスタ中のプラズモンカップリング装置の少なくとも一部は、誘電絶縁材料を含んでなってもよい。当該誘電絶縁材料は、励起に対する非直線的な反応を示しうるアクティブなプラズモン材料を含んでなってもよい。
【００８０】
当該トランジスタは、プラズモンカップリング装置の少なくとも一部に存在する１つ以上のナノ粒子のアセンブリの近接場相互作用を用いて動作して、誘電絶縁材料を励起し、各装置の透過度を調整する非直線的な反応を生じさせるものであってもよい。これにより、各装置はトランジスタとして機能する。各装置の透過度は、装置の分光感度、又はそのトランスミッション（ガイド特性）を変更することにより調整されうる。後者は、例えば圧電体及び印加電圧を用いて、１つ以上のナノ粒子のアセンブリ間の距離を機械的に変更することにより可能となる。
【００８１】
誘電絶縁材料は、励起に対する非直線的な反応を示し、それにより、材料の屈折率に影響を及ぼす。当該材料の屈折率は、シグナルによる照射により制御されうる。これにより、トランジスタの透過度の制御が可能となる。当該誘電絶縁材料は、非直鎖状ポリマー（例えばポリ−３−ブトキシ−カルボニル−メチル−ウレタン（３ＢＣＭＵ）又は４ＢＣＭＵ又はＢＭ４ｉ４ｉ色素）を含んでなってもよい。
【００８２】
第７の本発明の態様は、本発明の第１の態様に係る１つ以上のプラズモンカップリング装置を含んでなるレーザーの提供に関する。
【００８３】
レーザー中のプラズモンカップリング装置の少なくとも一部は、絶縁材料を含んでなってもよい。当該絶縁材料は、光学的なゲイン／光学的な刺激が可能な材料を含んでなってもよい。当該レーザーは、プラズモンカップリング装置の少なくとも一部に存在する、１つ以上のナノ粒子の相互作用アセンブリにおいて励起されたプラズモンモードを用いて動作させることができ、それにより当該装置の絶縁材料を励起し、各装置から励起による放出を生成させる。すなわち各装置はレーザーとして機能する。表層プラズモンの強い空間的な局在化により、局所的に強化された電磁電界強度を生じさせ、低出力レーザーの生成を可能にする。
【００８４】
刺激性の材料としては、有機色素（例えば１，１’−ジエチル−３，３’−ビス（４−スルホブチル）−５，５’，６，６’）−テトラクロロベンズイミダゾロカルボシアニン（ＴＤＢＣ）などが挙げられる。
【００８５】
レーザー中のプラズモンカップリング装置の少なくとも一部は、中空のナノ粒子を含んでなってもよい。中空ナノ粒子の少なくとも一部は、少なくとも１つの物体で少なくとも部分的に充填されてもよい。当該物質は、光学的な刺激ができる物質であってもよい。各々の、又は一部の中空ナノ粒子は更に、レーザー空洞を有してもよい。各々の、又は一部のレーザー空洞は、中空のナノ粒子と当該ナノ粒子を含んでなる絶縁材料中の穿孔との間の隙間に物質を充填することにより、スペクトル的に調整されうる。
【００８６】
本発明の例示的実施態様を、添付の図面を参照しながら以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８７】
図１は本発明の第１の態様によるプラズモンカップリング装置の代表的な概略断面図であり、図２は図１のプラズモンカップリング装置の代表的な概略平面図である。
【００８８】
図１及び２は、第１の構造２、第２の構造３及び基質４を含んでなるプラズモンカップリング装置１を示す。
【００８９】
第１の構造２は、少なくとも１つの材料の層から形成される。第１の構造２の１枚の層には、金を含有するパターン化された電極９が存在する。パターン化電極９は、電気的に単離され、個々に電気の印加が可能な領域１０からなる。例えば、領域１０は約２５００ｎｍ２であってもよい。パターン化電極９は、リソグラフィ法により形成されてもよい。
【００９０】
第１の構造２は、蒸着プロセスによって基質４上に形成される。基質４は、第１及び第２の構造を機械的に支持する機能を果たす。基質４は、例えば半導体、又は絶縁体、又は誘電体、又は金属材料を含んでなってもよい。
【００９１】
第２の構造３は、絶縁材料５と導電性ナノ粒子７を含む２つのアセンブリ６を含んでなる。各アセンブリ６は、複数のナノ粒子７を含んでなる。各複数のナノ粒子７は、容易に調整可能な分光特性を有し、１つの有効なナノ粒子として機能する。ナノ粒子７は金から形成される。ナノ粒子７は細長い形状であって、それらの長軸が第１の構造２に対して実質的に垂直となるように配置される。各ナノ粒子７は実質的に円筒状の形状であって、ナノワイヤを形成してもよいが、当然ながら他の形状であってもよい。各ナノ粒子７は約２０ｎｍの幅及び約５００ｎｍの長さを有する。各ナノ粒子７は中実であってもよく、又は中空であってもよい。各ナノ粒子７には、第１の構造２まで伸びて結合し、この構造中の導電性の金と電気的接触部を形成する第１端部が含まれる。
【００９２】
絶縁材料５はアルミナから形成される。当該絶縁材料は、ナノ粒子７のアセンブリ６を各々分離させ、各アセンブリ６中のナノ粒子７を各々分離させる。当該絶縁材料５は複数の穿孔１１を有する。当該穿孔の幾つかは、ナノ粒子７と、そのナノ粒子と穿孔との間の隙間８を有する。隙間８は、実質的に全てのナノ粒子と、それを含んでなる穿孔との間に形成される。
【００９３】
第２の構造３は、最初にアルミニウムの層を第１の構造２の表面に配置することによって、第１の構造２の表面に形成される。次に当該アルミニウム層は陽極酸化により処理され、アルミナ絶縁材料が形成される。このステップは、アルミナ絶縁材料の電気化学的成長により行われる。
【００９４】
アルミナ絶縁材料５における、複数の穿孔１１の形成は、陽極酸化プロセスによっても生じる。当該穿孔は、アルミナの成長方向に沿って絶縁材料を形成し、その長軸は、第１の構造２に対して実質的に垂直な方向となるように配置される。当該穿孔は、実質的に円筒状の形状である。当該穿孔の長さは、第１の構造２の表面に堆積したアルミニウムの層の厚により制御されうる。当該穿孔の直径は、アルミニウム層の陽極酸化の条件を選択することにより制御されうる。
【００９５】
ナノ粒子７のアセンブリ６の所望の配置は、絶縁材料を形成する導電性材料の層の１つ以上の特性によって少なくとも部分的に決定付けられるパターンで、絶縁材料５中に穿孔１１を形成させるステップと、適当な穿孔１１中にナノ粒子７を形成させて、１つ以上のナノ粒子のアセンブリの所望の配置を得るステップにより形成される。穿孔１１は、導電性材料の層の表面の微細形状及び厚によって少なくとも部分的に決定付けられるパターンで形成され、当該パターンは典型的には六角形である。
【００９６】
適当な穿孔中におけるナノ粒子７の形成工程は、パターン化電極９を使用し、パターン化電極９中の幾つかの領域１０のみにバイアスを印加するステップを含んでなる。パターン化電極９中の幾つかの領域１０にバイアスを印加することによって、ナノ粒子７は、穿孔１１中で電気化学的に成長する。これにより、アセンブリ６の幾何学的なアレンジが規定される。このアレンジは一次元的な周期性（例えば４００ｎｍ周期）でなされていてもよい。
【００９７】
パターン化電極９中の領域１０に印加されるバイアスを制御することにより、各アセンブリ６中のナノ粒子７のサイズ及び形状が規定される。例えば、パターン化電極９の領域１０に印加されるバイアスの制御により、アセンブリ６において成長するナノ粒子７の長さが規定される。アセンブリ中の隣接するナノ粒子は、異なる長さを有してもよい。例えば、パターン化電極９中の領域１０に印加されるバイアスの制御により、アセンブリ６中におけるナノ粒子７の材料の成長が規定される。アセンブリ中の隣接するナノ粒子は、異なる材質（例えば金及び銀）を含んでなってもよい。
【００９８】
ゆえにパターン化電極９の使用により、選択されたプラズモン特性を有するプラズモンカップリング装置の製造工程において、効率的な制御が可能となる。
【００９９】
あるいは、適当な穿孔中におけるナノ粒子７の形成工程は、絶縁材料５のフリーの表面に少なくとも１つの層を形成させるステップと、リソグラフィ法を用いて少なくとも１つの層を処理して適当な穿孔を露出させるステップと、適当な穿孔中でナノ粒子を形成させるステップを含んでなる。
【０１００】
ナノ粒子７は、アルミナ絶縁材料５中の適当な穿孔中に、例えば電気的蒸着法、又は物理的蒸着法又は化学的蒸着法などにより形成される。ナノ粒子は、穿孔中で電気化学的に成長する。ナノ粒子は、その長軸が穿孔の長軸と実質的に平行となる態様で、穿孔内に配置され、すなわち当該ナノ粒子は、その長軸が第１の構造２に対して実質的に垂直となる態様で配置される。
【０１０１】
プラズモンカップリング装置１のアルミナ絶縁材料５は、ナノ粒子の形成後、装置から化学的に除去してもよい。
【０１０２】
あるいは、少なくとも一部の絶縁体材料５を装置内に残留させてもよい。当該絶縁材料を用いて、装置中のナノ粒子７のアセンブリ６、及び各アセンブリ６中のナノ粒子７を分離させてもよい。
【０１０３】
アルミナ絶縁材料５を、ナノ粒子を含む少なくとも一部の穿孔１１から除去して、アルミナ絶縁材料５及びナノ粒子７との隙間８を形成させてもよい。この工程は、穿孔１１を包囲している絶縁材料をエッチングするステップを含んでなってもよく、詳細には、穿孔１１に含まれるナノ粒子７に沿ってエッチング物質をチャネリングし、ナノ粒子７から外へエッチングすることによって行われる。
【０１０４】
隙間８は、少なくとも１つの物質で少なくとも部分的に充填されてもよい。当該物質は、固体、液体又はガスであってもよい。当該物質は、例えば空気であってもよい。当該物質は、例えば１つ以上の分子を含んでなってもよい。当該物質は、例えば１つ以上のナノ粒子を含んでなってもよい。当該物質は、例えば生体物質であってもよい。かかるナノ構造システムは更に、バイオセンサとして機能してもよい。当該物質は、例えば非線形的な光学反応ができる物質であってもよい。かかるナノ構造システムは更に、フォトニックセンサ又は光トランジスタとして機能してもよい。当該物質は、例えば刺激性の物質であってもよい。当該刺激は、例えば光学刺激を含んでなってもよい。かかるナノ構造システムは更に、レーザーとして機能してもよい。当該刺激は、電気的刺激及び／又は磁気的刺激を含んでなってもよい。
【０１０５】
プラズモンカップリング装置１のプラズモン／フォトニック特性は、パターン化電極９中の少なくとも一部の領域１０のアドレシングによって適宜制御することができる。
【図１】
2009539635.tif 000003
【図２】
2009539635.tif 000004
【国際調査報告】
2009539635.tif 000005
2009539635.tif 000006
2009539635.tif 000007