(57)【要約】本実施形態の方法とシステムでは、少なくとも一つの触媒化学反応を開始し、及び／又は促進させるため、少なくとも粒子の少なくとも一部を用いて、励起としても知られている少なくとも光子・電子共鳴を介して、熱を供給する。実施形態では、粒子は、ナノ構造体のような構造体又は金属構造体である。一つ以上の金属構造体は、少なくとも特定周波数、及び／又は特定周波数帯域を有する電磁波の入射によって生ずる、一つ以上の粒子の非局在化された表面電子の相互作用の結果として、熱せられる。このようにして、触媒化学反応温度をもたらす方法と同様にして、ナノメーターの次元で生成する熱を空間的及び時間的に制御することにより、触媒化学反応を制御することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子・電子共鳴（Photon-Elentron resonance）を用いた局所的な加熱によって触媒化学反応を促進する方法であって、
少なくとも一つの構造体（structure）が配置された基板を用意する工程と、
少なくとも一つの構造体の近傍に、少なくとも一つの反応物を導入する工程と、
少なくとも一つの構造体において、光子・電子共鳴を励起する所定の周波数又は周波数帯域を有する電磁波を、前記少なくとも一つの構造体へと照射する工程と、
触媒化学反応の温度において、少なくとも一つの反応物を伴う少なくとも一つの触媒化学反応を促進させるため、前記少なくとも一つの構造体から、前記少なくとも光子・電子共鳴の結果として、局所的な熱を供給する工程と、
少なくとも一つの反応物を生成する工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記少なくとも一つの構造体は、予め形成された所望の構造で前記基板上に設置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも一つの構造体は、少なくとも一種類の金属を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも一つの構造体は、粒子、ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、及びこれらの組み合わせの中から選択された形状であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも一種類の金属は、金、銅、銀、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、イリジウム、鉄、コバルト、オスミウム、亜鉛、ロジウム、及びこれらの組み合わせの中から選択されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも一種類の金属は、前記少なくとも一つの触媒化学反応で、触媒として機能することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記少なくとも一種類の金属は、前記触媒化学反応の温度で、熱を供給する局所的な熱源として機能することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、及びこれらの組み合わせは、ナノスケールディメンション（nanoscale dimensions）を備えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記金属は約０．５〜５００ｎｍの半径を備える一つ以上の粒子から構成されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの反応物は気体であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの反応物は液体であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも一つの反応物はプラズマであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの反応物は固体であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも一つの反応物を伴う前記少なくとも一つの化学反応は、解離反応であり、前記少なくとも一つの反応生成物は、前記少なくとも一つの反応物の一部である、もしくは一つの反応物の一部を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも一つの反応物は、特定の成分比を有する化合物であり、
前記少なくとも一つの反応生成物は、前記化合物と同じ成分比を有し、前記少なくとも一つの触媒化学反応では前記化合物の少なくとも一つの特性が変化することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも一つの特性の変化は、原子の再配列、結合数の変化、結合種の変化、結合角の変化、及びこれらの組み合わせの中から選択されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも一つの特性の変化は、前記少なくとも一つの反応物の異性体を生ずることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記異性体は、光学異性体を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの反応物を伴う前記一つの触媒化学反応は、置換反応であり、前記少なくとも一つの反応物は、前記少なくとも第２の反応物と反応し、前記第２の反応物の一部と置換し、反応生成物を生ずることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの反応物を伴う前記一つの触媒化学反応は、付加反応であり、
前記少なくとも一つの反応物と前記少なくとも第２の反応物はそれぞれ結合し、反応生成物を生ずることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも一つの反応物を伴う前記一つの触媒化学反応は、脱離反応であり、
前記少なくとも一つの反応物は分離して反応生成物となり、該反応生成物は少なくとも二つ生ずることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記電磁波は、レーザ光源から供給されるレーザであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記電磁波は、紫外線、可視光線、赤外線、及びこれらの組み合わせのいずれかから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記所定の周波数又は周波数帯域を備える前記電磁波は、前記少なくとも一つの構造体上にパルスされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記所定の周波数又は周波数帯域を備える前記電磁波は、前記少なくとも一つの構造体が配置された前記基板の少なくとも一部に照射されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記所定の周波数又は周波数帯域を備える前記電磁波は、前記少なくとも一つの構造体によって、少なくとも一部が吸収されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも一つの構造体は、ナノインプリンティング、沈殿（precipitation）、電子ビームリソグラフィ、又はこれらの組み合わせのうちいずれかによって前記基板上に配置されることを特徴とする請求項に記載の方法。
【請求項２８】
局所的な熱を用いて化学反応を促進させる方法であって、
複数の構造体（structure）が設置された基板を用意する工程と、
前記複数の構造体の近傍に少なくとも一つの反応物を導入する工程と、
前記複数の構造体に少なくとも光子、電子共鳴を励起させる周波数又は周波数帯域を有する電磁波を、前記複数の構造体に照射する工程と、
前記少なくとも一つの反応物を伴う前記一つの化学反応を、化学反応温度において促進させるため、少なくとも光子・電子共鳴の結果として、前記複数の構造体から局所的な熱を供給する工程と、
少なくとも一つの反応生成物を生ずる工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項２９】
前記複数の構造体は、予め形成され所望の構造で前記基板上に設置されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記複数の構造体は、少なくとも一種類の金属を含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記所定の周波数又は周波数帯域を備え、照射される前記電磁波は、前記複数の構造体によって少なくとも一部が吸収されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも一種類の金属は、金、銅、銀、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、イリジウム、鉄、コバルト、亜鉛、オスミウム、ロジウム、及びこれらの組み合わせの中から選択されることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記基板は、シリコン、又はIII／V属の元素、又はＳＯＩ（silicon on insulator）、又はゲルマニウム、又は水晶、又はガラス、又はこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３４】
前記金属構造体は、それぞれ約０．５〜約５００ｎｍの半径を有する粒子から構成されることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記金属構造体は、それぞれが約１〜約１００ｎｍの半径を有する粒子から構成されることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記電磁波は、レーザ光源から供給されるレーザーであることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
前記電磁波は、紫外線、可視光線、赤外線、及びこれらの組み合わせのいずれかから選択されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記少なくとも一つの反応物は気体であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３９】
前記少なくとも一つの反応物は液体であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】
前記少なくとも一つの反応物はプラズマであることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４１】
前記少なくとも一つの反応物は固体であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４２】
前記所定周波数又は周波数帯域を備える前記電磁波は、前記複数の構造体上、又は前記複数の構造体の集合上にパルスされることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４３】
前記複数の構造体は、少なくとも第１の集合と第２の集合とを有し、それぞれの集合は一方の集合とは構成要素が異なることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１の集合は、前記電磁波が照射されることによって前記第１の反応温度まで上昇し、少なくとも一つの触媒化学反応を促進させることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４５】
更に付加的に電磁波を供給する工程を備え、
この工程では、付加的な電磁波は、所定の周波数又は周波数帯域を備え、前記電磁波とは異なる、少なくとも構造体の第２の集合において、光子・電子共鳴を励起する、そして付加的な化学反応へ熱を供給することを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記局所的な熱は、少なくとも一部は、前記光子・電子共鳴に加えて、少なくともフォノン格子振動、正孔生成／ダイナミクス、ランダウ減衰、又はこれらの組み合わせのうち少なくともいずれかによって生ずることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４７】
前記少なくとも一つの構造体は、ナノインプリンティング、沈殿（precipitation）、電子ビームリソグラフィ、又はこれらの組み合わせのうちいずれかによって前記基板上に配置されることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項４８】
化学触媒反応を実施するための装置であって、
反応チャンバと、
前記反応チャンバに接続され、前記反応チャンバに少なくとも一つの反応物を導入するための少なくとも一つの導入口と、
前記反応チャンバ内に設置され、少なくとも一つの構造体（structure）が配置された基板と、
前記少なくとも一つの構造体に吸収され、そして前記少なくとも一つの構造体の少なくとも光子・電子共鳴を励起し、これにより前記少なくとも光子・電子共鳴によって、少なくとも一つの反応物を伴う少なくとも一つの触媒化学反応を促進させる化学反応温度で、局所的な熱を供給することができる所定周波数もしくは所定周波数帯域を有する電磁波を前記基板に照射するため設置された電磁波供給源と、
前記反応チャンバに接続され、前記反応チャンバから少なくとも一つの反応生成物を導出させる少なくとも一つの導出口と、を備えることを特徴とする装置。
【請求項４９】
前記少なくとも一つの構造体は、少なくとも一種類の金属を含むことを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記少なくとも一つの構造体は、パーティクル、ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、及びこれらの組み合わせの中から選択された形状であることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項５１】
前記少なくとも一種類の金属は、金、銅、銀、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、イリジウム、鉄、コバルト、オスミウム、ロジウム、及びこれらの組み合わせの中から選択されることを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５２】
前記少なくとも一種類の金属は前記少なくとも一つの化学反応における触媒であることを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５３】
前記少なくとも一種類の金属は、前記化学反応温度に達する熱を供給する局所的な熱源としてのみ機能することを特徴とする請求項４９に記載の装置。
【請求項５４】
前記パーティクル、ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、及びこれらの組み合わせは、ナノスケールディメンション（nanoscale dimension）であることを特徴とする請求項５０に記載の装置。
【請求項５５】
前記ナノスケールディメンションは、約０．５〜約５００ｎｍであることを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記ナノスケールディメンションは、約１〜約１００ｎｍであることを特徴とする請求項５４に記載の装置。
【請求項５７】
前記少なくとも一つの反応物は気体であることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項５８】
前記少なくとも一つの反応物は液体であることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項５９】
前記少なくとも一つの反応物はプラズマであることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項６０】
前記少なくとも一つの反応物は固体であることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項６１】
前記反応チャンバには、少なくとも第２の導入口が接続されていることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項６２】
前記少なくとも一つの反応物を伴う前記少なくとも一つの化学触媒反応は解離反応であり、前記い少なくとも反応生成物は、前記少なくとも一つの反応物の構成要素である、又は構成要素を含むことを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項６３】
前記少なくとも一つの反応物は、所定の成分比を有し、
前記少なくとも一つの反応生成物は、前記反応物と同じ成分比を有し、前記少なくとも一つの触媒化学反応において前記化合物の少なくとも一つの特性が変化することを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項６４】
前記少なくとも一つの特性の変化は、原子の再配列、結合数の変化、結合種の変化、結合角の変化、及びこれらの組み合わせの中のいずれから選択されることを特徴とする請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
前記少なくとも一つの特性の変化は、前記少なくとも一つの反応物の異性体を生成することを特徴とする請求項６３の装置。
【請求項６６】
前記異性体は光学異性体を含むことを特徴とする請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
前記少なくとも一つの反応物を伴う前記少なくとも一つの触媒化学反応は、置換反応であり、前記少なくとも一つの反応物は少なくとも第２の反応物と反応し、前記第２の反応物の一部と置換し、前記反応生成物を生ずることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項６８】
前記少なくとも一つの反応物を伴う前記少なくとも一つの触媒化学反応は、付加反応であり、前記少なくとも一つの反応物と少なくとも第２の反応物とが互いに結合し、前記反応生成物を生ずることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項６９】
前記少なくとも一つの反応物を伴う前記少なくとも一つの触媒化学反応は、脱離反応であり、前記少なくとも一つの反応物は分離して反応生成物となり、該反応生成物は少なくとも二つ生ずることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項７０】
前記電磁波は、紫外線、可視光線、赤外線、及びこれらの組み合わせのいずれかから選択されることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項７１】
前記電磁波供給源は、前記所定の周波数又は周波数帯域を備えるパルス電磁波を発することを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項７２】
前記所定の周波数又は周波数帯域を備える前記電磁波を発する前記電磁波供給源は、少なくとも一つの構造体が配置された前記基板の少なくとも一部を照射するように設置されることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項７３】
前記少なくとも一つの構造体は、前記基板上にナノインプリンティング、沈殿又は電子ビームによるリソグラフィ、又はこれらの組み合わせによって配置されることを特徴とする請求項４８に記載の装置。
【請求項７４】
局所的な加熱に由来する光子・電子共鳴を用いた化学触媒反応を促進する方法であって、
少なくとも構造体の少なくとも光子・電子共鳴を励起させる所定の周波数又は周波数帯域を備える電磁波を、少なくとも一つの前記構造体へと照射する工程と、
前記少なくとも一つの構造体の近傍に少なくとも一つの反応物を導入する工程と、
前記少なくとも一つの反応物を伴う前記少なくとも一つの化学反応を促進させるため、触媒化学反応温度において、前記少なくとも一つの構造体と前記光子・電子共鳴の結果から局所的な熱を発生させる工程と、
少なくとも一つの構造体が設置された基板を用意する工程と、を備えることを特徴とする方法。
【請求項７５】
前記少なくとも一つの反応生成物を生ずる工程を更に備えることを特徴とする請求項７４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
この出願は、２００３年１２月１５日に出願された、発明の名称：Process of Chemical Vapor Deposition of Arrayed Nanostructures: Photon-Electron Assisted CVD、米国仮出願番号60/529,869の優先権を主張し、参照によりここに援用する。  
【背景技術】
【０００２】
本発明は、マイクロ又はナノ構造体を局所的に加熱することを目的とし、更にこの加熱方法及び利用方法を目的とする。また、特にある観点からは、本発明は触媒化学反応を促進させるナノ及びマイクロ構造体を特にごく限られた範囲で加熱する方法を提供する。ある観点からは、開示されているように、光子・電子共鳴（Photon-Electron resonance）によって熱を発生する構造体（structure）又は複数の構造体の近傍で、及び／又は発生する化学反応に熱を供給することを目的とする。
【０００３】
連続する化学反応において広いスケールで触媒を利用することは、よく知られている。多くの触媒反応は熱的な閾値がある。従来技術の方法では、一般的に反応へ熱を供給する微少な熱源を用いる。微少な熱源は、一般に劣悪な伝達、伝導、放射を引き起こす。微少な熱源の例としては、熱線、オーブン、ランプ、加熱されたガスが挙げられる。
【０００４】
一般に用いられている加熱方法を用いる場合、触媒の温度、触媒周辺の温度、及び／又は供給する熱を時間的、空間的ともに制御することは、そもそも難しいという問題がある。例えば、化学反応がそれぞれ内部又は上、近傍で生じる容器又は基板と関係する時定数（time constant）によって定まる時間よりも少ないと考えられる所定の時間で反応を生じさせることが好ましい。例えば、容器及び／又はチャンバ及び／又は基板を熱することなく、仮にごく狭い特定の領域に、所望の熱を供給できる手段があるとすると、容器や基板の熱容量を無視することができるため、温度に対する時間的な制御及び触媒の時間的な制御はより良好にできるようになり、例えば反応時間を効果的に短くすることができる。また、反応はナノメートル及び／又はミクロンのオーダーで空間的に局所的に生じさせることが好ましい。
【０００５】
フォトンと金属ナノ粒子とが結合した際に生じる熱は、以下の式で与えられる。なお、分極率をα、金属小球体の半径をＲとする。
【数１】
2007525315.tif 000002
ここでε0は、自由空間での誘電率であり、εは粒子の誘電率であり、εｍは、ナノ粒子の誘電率である。共鳴は、空間的に一定で、時間変化がある場において以下の条件が満たされるとき、生ずる。
。
【数２】
2007525315.tif 000003
貴金属はこの条件を満たす。そして、これに対応するナノ構造体は、スペクトルの可視領域において光子・電子共鳴（Photon-Electron resonance）と関連し、強い吸収性を有することが知られている。「U.K.Kreibig and M. Vollmer's, Optical Properties of Metal Clusters. Springer-Verlag., New York, 1995」を引用し、この内容を本明細書に取り込む。共鳴周波数の近傍では、吸収は桁が変わる程度に増加する。パーティクルが適切な共鳴周波数を完全に吸収すると仮定すると、σをシュテファン・ボルツマン定数として、シュテファン・ボルツマンの式
【数３】
2007525315.tif 000004
を解くだけで、粒子を所定温度にするために必要な力を計算することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、様々な利用方法や分野において、局所的なナノスケールの反応、更に、特にこれに用いることができる装置、構造、方法、システム、が特に必要であると考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの観点は、化学処理を目的とする技術を提供することにある。また、マイクロ又はナノ構造体とこれらの利用方法を提供することにある。本発明は、例えばライフサイエンス、化学、物質科学、ナノテクノロジ、エレクトロニクス等、他の分野や利用方法に用いることも可能である。
【０００８】
本実施の形態では、温度に依存する化学反応は、少なくとも光子・電子共鳴（Photon-Electron resonance）によって生じ局所化された熱によって促進される。なお、光子・電子共鳴は、プラズモン共鳴として文献に引用されたり、当業者に知られている。
【０００９】
実施例、実施形態に示すように、本発明では、光子・電子アシスト化学気相成長法（Photon-Electron Assisted Chemical Vapor Deposition）(PACVD)を提供する。光子・電子アシスト化学気相成長法では、堆積する物質と関連した触媒化学反応を開始、又は促進させるための熱源として、ナノメーターサイズの構造体における光子・電子相互作用によって生ずる熱を利用する。
【００１０】
本実施形態では、開示されているように、反応生成物は光子・電子相互作用によって単純に熱せられた反応物でも良い。この方法で熱せられた反応物は必要であるなら付加的な工程及び／又は処理に用いることもできる。特に開示されているように、特定の所定周波数及び又は周波数帯域の電磁波を利用することで、少なくともナノメーターサイズの構造体において光子・電子共鳴を励起し、更に化学反応が生ずるナノメーターサイズの構造体の熱と相対温度とを制御する。
【００１１】
本実施形態では、レーザは少なくとも光子・電子共鳴を励起するのに用いられる電磁波を発する。
【００１２】
本実施形態では、本発明は、所望の電磁波を発生させるためレーザー光源のような光源と、一般的な光学系と、を用いる。所望の電磁波は、ナノメーターサイズの構造体において、従来技術において物質を熱するために一般に用いられてきたものよりも実質的に低いエネルギー密度で、選択的に光子・電子共鳴を発生させるものであり、これにより反応の開始及び／又は促進を更に促すことができる。
【００１３】
本実施形態によれば、触媒基板上への例えば化学合成、堆積、及び／又は分解等の化学処理のナノメータスケールでの空間的な制御が可能となる。これは、同様に処理温度及び反応温度の高度な時間的制御を可能とする。ナノメーターサイズの構造体へ入射する電磁波の流れを停止すると、ナノメーターサイズの構造体の温度は速やかに低下する。例えば、既に発生しているこれらの構造体の光子・電子共鳴は減衰／減少し、同様にこれと関連する局所的な熱の生成も減るのである。
【００１４】
電磁気的に制御された化学触媒としてのマイクロ又はナノ構造体を用いる技術を提供する。更に特に、本発明によれば、触媒として機能するマイクロ構造体を組み合わせることによる触媒と、電磁気的によって生ずる光子・電子共鳴による熱及び温度を制御と、を介して化学反応を促進させる方法、システム、結果物を提供することができる。
【００１５】
本実施の形態では、方法は、一つ以上のパーティクルに隣接する反応物、例えば限定する意味ではないが反応種（例えば、チタン（2,2,6,6-テトラメチル-3、5-ヘプタネジオーネ、SiH4、GeH4、））を準備する工程と、例えばパーティクル又は複数のパーティクルのような一つ以上の構造体の表面電子のＰ−ＥＲＦ、又は光子・電子共鳴周波数に相当する又は実質的に相当する所定の周波数を備える電磁波（レーザ光源又は他の光源から発せられる）を一つ以上のパーティクルに照射する工程と、を備える。「隣接する（adjacent）」という単語は、一つの物と他方の物とが実際に接触している場合も含むものとする。反応物は、ここで開示されている少なくとも光子・電子共鳴の励起によって生ずる熱に曝されることによって起きる反応を進める又は反応の一部となる元素、成分であってもよい。少なくとも所定の温度（例えば反応温度）まで一つ以上のパーティクルの温度が上昇することは、少なくとも所定周波数を備える電磁波の影響によって生ずる。この方法は、一つ以上のパーティクルを少なくとも温度上昇させることによって、反応物の化学反応を生じさせる。
【００１６】
本実施形態では、電磁波を用いて触媒化学反応を加速させる他の方法も提供する。この方法は、一つ以上のパーティクルを用意する工程を備える。好ましくは、一つ以上のパーティクルは熱的な特性を有する。この方法は、隣接する少なくとも一つの反応物及び／又は一つ以上のパーティクルを用い、所定の周波数を有する電磁波を一つ以上のパーティクルに照射する工程を備える。この方法は、所定の周波数を有する少なくとも電磁波の影響によって一つ以上のパーティクルの温度を所定温度まで上昇させる工程と、一つ以上のパーティクルの温度上昇から少なくとも一つの反応物の触媒化学反応を生じさせる工程と、を備える。この熱は、反応生成物の形成を開始する等、他の処理に用いることも出来る。
【００１７】
本実施形態では、電磁波の照射と光子・電子相互作用とによって熱せられたパーティクル自身が、化学反応の工程において触媒として機能する。他の実施形態では複数のパーティクルを共に用いることも出来る。他のパーティクルが触媒として機能している間、好ましい温度もしくは温度域において所望の化学反応が良好に起こるよう、これらのうちいくつかのパーティクルを上述した光子・電子相互作用によって局所的な温度上昇を生じさせる為に用いても良い。上述した場合の片方又は両方のいずれにおいても、空間的、時間的な制御を行っても良い。
【００１８】
更に本発明によれば、例えば実施形態に開示されているように基板上に所定の方法で配置された構造体における少なくとも光子・電子共鳴によって生成する熱を用いて反応生成物を形成する方法が提供される。例えば、この方法は、所定の材料から形成された少なくとも一つ以上の構造体、好ましくは一つ以上のナノ構造体のパターンを備える基板を用意する工程を備える。この方法は、ナノ構造体の材料のＰ−ＥＲＦを決定する工程と、所定の材料の熱エネルギーを発生させ増加させるＰ−ＥＲＦと重複する周波数又は周波数帯域を有する電磁波を供給する電磁波供給源を用いて所定材料の少なくとも一部を励起する工程と、を備える。この方法は、基板とＰ−ＥＲＦによって励起される所定の材料とを覆うように／隣接するように少なくとも一つの反応物を供給する工程と、少なくとも供給した反応物によって所望の反応生成物を生じさせる工程と、を備える。
【００１９】
実施の形態のように、本発明では例えば以下に記載する一つ以上の特徴を提供する。これらの特徴は本明細書中、特に以下に記載する内容によってさらに明らかになる。
【００２０】
１．局所的な温度特性を生ずる方法、もしくは化学反応を開始させるのに十分な熱を発生させるための方法として、金属ナノ構造体における光子・電子励起（Photon-Electron resonance）を利用する。
【００２１】
２．実施形態において、所定空間に局所的に熱を発生させることができる金属ナノ構造体における光子・電子励起が開示されている。以下に示すように連続する工程が提供される。
ａ．例えば、限定する意味ではないが、電子ビームリソグラフィ、沈殿、ナノインプリンティング等の所定の方法によって、限定する意味ではないがパラジウム又は金の粒子のアレイを形成し、既存の基板上に少なくとも一つの金属ナノ構造体を作成する、及び／又は準備する。
ｂ．金属ナノ構造体の材料、空間、パーティクルのサイズ等に対して、Ｐ−ＥＲＦ（又は例えば周波数帯域）を演算する及び／又は利用する。
ｃ．少なくとも一つのナノ構造体に熱を発生させる光子・電子共鳴を生ずるのに十分な密度と、適切な周波数及び／または周波数帯域と、を有する光源を用いる。これと同時に、全てのナノ構造体を同時に励起することが可能なように特定領域に集中させる光源又は拡散源を共に用いることもできる。
ｄ．少なくとも一つの反応物、例えば気化された化学前駆体のような反応物を供給し、熱せられて化学反応の触媒として機能する金属ナノ構造体に接触させ、所定空間内でステップｃを実行する。
【００２２】
電磁波供給源を制御することは、加熱の開始／停止に用いることもできる。より速やかに停止される。金属ナノ構造体に照射された電磁波によって少なくとも光子・電子共鳴を介して生ずる相互作用は、基板全体ではなく、金属構造体の特定の領域を加熱するため、加熱は、より速やかに開始される。適当な周波数又は周波数帯域を有する電磁波が金属構造体へと入射することを停止させると、金属構造体は小さいサイズ、容量であるため、とても速い速度で金属構造体を冷却することができる。
【００２３】
実施形態によって、これらの一つ以上の特徴を備える。当然のように、当業者によれば、様々に変形、修正、代替を行うことが可能である。特に、同様の処理において、様々な種類のパーティクル、ナノパーティクル、ナノ構造体を用いることが出来る。パーティクル又はナノ構造体は、上述した方法では温度を制御するために用いられるが、触媒活性は有しない。他のパーティクルは、適切な温度に達した場合に触媒と機能するように設定され、設置されても良い。
【００２４】
加えて、実施形態によれば、実質的に設備を変更することがなく従来用いられている製造／処理の技術と両立し、調和する処理方法、装置を提供することができる。好ましくはここで開示されている技術によれば、ナノメータースケールもしくはそれ以下のスケールの設計基準に適し、改良された処理方法を提供することができる。これらの又は他の利点は、明細書中、特に以下に記載する内容によって明らかとなる。
【００２５】
実施形態では、例えばナノ構造体等の構造体の特に局所的な加熱は、少なくとも光子・電子共鳴から得られる。他の実施形態では、所望の温度に達するまで熱が発生する、特にこれらの構造体の局所的な加熱は、構造体へ入射する電磁波の衝突等他の効果、又は効果の組み合わせによっても得られる。例えば本発明の局所的な加熱を生じさせる効果としては、光子・電子共鳴の励起、フォノン格子振動、正孔生成／ダイナミクス、ランダウ減衰、もしくはこれらの組み合わせを含む。
【００２６】
ある観点からは、本発明によれば、局所的な熱を利用して化学反応を促進させる方法を提供することができる。この方法は、少なくとも一つの構造体が配置された基板を用意する工程と、少なくとも一つの反応物を少なくとも一つの構造体の近傍に導入する工程と、少なくとも一つの構造体に電磁波を照射する工程と、を備える。実施形態では、複数の構造体が用いられる。電磁波は、少なくとも一つの構造体によって吸収され、少なくとも一つの構造体内に光子・電子共鳴を励起する所定の周波数又は周波数帯域を備える。これによって、少なくとも一つの構造体から光子・電子共鳴によって局所的に熱を発生させることができ、少なくとも一つの反応生成物を生ずる一つの反応物を伴う少なくとも一つの触媒化学反応を促進させる温度まで上昇させることができる。
【００２７】
実施形態において、少なくとも一つの構造体は、一つの触媒化学反応が生ずる領域を決定するよう予め形成され基板上に所望の構成で設置される。この場合、予め形成されるとは、少なくとも一つの構造体もしくは複数の構造体を含みものであり、少なくとも一つの構造体は、例えばパーティクル、ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、これらの組み合わせのいずれかの形状に形成される。実施形態では、パーティクル、ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、これらの組み合わせはナノスケールのディメンション（高さ、長さ、幅、半径、直径、対角線等）を有する。実施例では、パーティクル及び／又は球体は、約０．５〜５００ｎｍの半径、又は約１〜１００ｎｍの半径を備える。
【００２８】
実施形態において、少なくとも一つの構造体は、少なくとも一種類の金属である、又は一種類の金属を含んでいる。金属は、金、銅、銀、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、イリジウム、鉄、コバルト、ロジウム、オスミウム、亜鉛、又はこれらの組み合わせのいずれかである。少なくとも一つの金属は、少なくとも一つの化学反応において触媒として機能する、及び／又は反応温度の熱を供給する局所的な熱源として機能する。実施形態において、少なくとも一つの反応物は、気体、液体、プラズマ、固体、これらの組み合わせのいずれかである。
【００２９】
実施形態では、少なくとも一つの構造体は、元素周期表に記載されている少なくとも一つの元素、又は元素の組み合わせ、又はこれらの組み合わせを含む。少なくとも一つの構造体は、少なくとも一つの化学反応において触媒として機能する、及び／又は化学反応温度に熱を供給する局所的な熱源として機能する。実施形態では、少なくとも一つの反応物は、気体、液体、プラズマ、固体、又はこれらの組み合わせである。
【００３０】
実施形態では、少なくとも一つの反応物を伴う少なくとも一つの化学反応は、例えば少なくとも一つの反応生成物が少なくとも一つの反応物である又は一部を含む解離反応であってもよい。実施形態では、少なくとも一つの反応物は特定の元素比を備える化合物であり、少なくとも一つの反応生成物はその化合物と同じ元素比を有するが、少なくとも一つの反応生成物は少なくとも反応前の化合物とは一つの特性が異なる。例えば、特性の変化とは、元素の配列の変化、結合数の変化、結合種の変化、結合角の変化である。実施例では、反応によって少なくとも一つの特性の変化が生じ、少なくとも一つの反応物の異性体が生ずる。実施例では、そのような異性体は、光学異性体であってもよい。
【００３１】
実施形態では、少なくとも一つの反応物を伴う少なくとも一つの化学反応は、例えば置換反応、付加反応、除去反応、縮合反応、これらの組み合わせのいずれかである。実施形態において、少なくとも一つの反応物は少なくとも第２の反応物と結合し、反応生成物を生ずる。
【００３２】
実施形態で用いられる電磁波は、レーザ光源から供給されるレーザである。様々なレーザ光源とレーザを本発明で用いることができる。例えば、電磁波は紫外線、可視光線、赤外線、又はこれらの組み合わせであっても良い。また、実施形態では電磁波は少なくとも基板の一部に照射される。
【００３３】
ある観点からは、本発明によれば、少なくとも一つの反応物は炭素化合物である方法を提供する。実施形態において少なくとも第２の反応物が供給され、少なくとも一つの反応物は炭素化合物であり、第２の化合物は水素化合物である。
【００３４】
実施形態では、基板はシリコン、III／Ｖ属の元素、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）、ゲルマニウム、水晶、ガラス、又はこれらの組み合わせから構成される。
【００３５】
実施形態において、所定周波数又は周波数帯域を有する電磁波は、複数の構造体上、又は複数の構造体の集合上に照射される。複数の構造体は、構造体からなる第１の集合と第２の集合とを少なくとも備える。それぞれの集合は他の集合とは構成要素において異なる。ある実施形態では、第１の集合は、第１の集合に電磁波が照射されることによって生ずる相互作用によって、少なくとも一つの触媒化学反応を進める第１の反応温度まで温度上昇する。更に次の工程では、先に供給された電磁波とは異なり、第２の集合に光子・電子共鳴を励起させる所定の周波数又は周波数帯域を備える電磁波が更に供給され、これにより付加的な反応に必要な温度を供給する。
【００３６】
本発明は、熱を生成する光子・電子共鳴に加えて、フォノン格子振動、正孔の生成／ダイナミクス、ランダウ減衰、これらの組み合わせのいずれかによって、少なくとも一部へと局所的に熱を供給する方法及び装置を提供する。
【００３７】
本発明では、光子・電子アシスト堆積法（Photon-Electron Assisted deposition）に用いる装置が開示されている。実施形態では、このような装置は、所定空間と、所定空間に接続され空間内に少なくとも一つの反応物を導入する少なくとも一つの導入口と、少なくとも一つの構造体が配置され所定空間内に設置された基板と、を備える。少なくとも一つの構造体に吸収され少なくとも一つの構造体において光子・電子共鳴を励起する所定周波数又は周波数帯域を有する電磁波を基板に照射することができるように配置された電磁波供給源も設置されている。実施形態では、少なくとも一つの構造体が配置された基板の少なくとも一部を照射するように電磁波が供給される。これによって少なくとも一つの構造体と、少なくとも光子・電子共鳴とを利用して、少なくとも反応物を伴う少なくとも一つの触媒化学反応を促進させる温度に、局所的に加熱することができる。この装置は、所定空間に接続された少なくとも一つの導出口を更に備える。少なくとも一つの導出口は、少なくとも一つの反応生成物を所定空間から導出させる。所定空間に接続された第２の導入口、及び／又は所定空間から導出させる第２の導出口を更に備えても良い。
【００３８】
装置に関する実施形態において、少なくとも一つの構造体は、限定する意味ではないが金、銅、銀、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、イリジウム、鉄、亜鉛、のいずれかもしくはこれらの組み合わせのうち、少なくとも一種類の金属を含む。少なくとも一つの構造体は、パーティクル、ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、もしくはこれらの組み合わせのうち、いずれかの形状に形成される。上述したように、装置に関する実施形態では、ナノスケールのディメンション（dimension）を備えるパーティクル、ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、これらの組み合わせのいずれかの形状の、少なくとも一つの構造体を有する。例えば、高さ、幅、厚み等のディメンションは、０．５〜５００ｎｍのいずれかである。実施形態では１〜１００ｎｍのディメンションを備える構造体、１０〜５０ｎｍのディメンションを備える構造体、又は、ほぼこれらと同じ又はこれらの間のディメンションを備える構造体を用いる。
【００３９】
実施形態によって、少なくとも一つの構造体の少なくとも一種類の金属は、少なくとも一種類の堆積反応において触媒であり、及び／または反応に対する熱源として機能する。例えば、少なくとも一つの反応物は、気体、液体、プラズマ、固体のいずれか又はこれらの組みあわせであってもよい。
【００４０】
本発明のその他の様々な目的、特徴、利点は、更に以下に示す詳細な説明と図面とを参照すれば明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に、開示されている技術を模式的に示す図面を用いて、本発明の実施形態の説明をする。本明細書で開示されている技術の他の実施形態、利用方法も実施することができ、更に本実施例で開示されている技術的な思想、範囲から離れずに、構造的、機能的な変更を加えることは可能であると考えられる。加えて、図面は図示のためにあり、相対的な形状、サイズ、スケール、比率に関する限定を示すものではない。
【００４２】
マイクロ又はナノ構造体と、これらの利用法とを目的とする技術を提供する。更にある観点から、本明細書に開示されている技術によれば、様々な用途に広く用いることができる一般的な堆積法（deposition techniques）を用いて、ナノ又はマイクロ構造体を形成する為の方法とシステムと結果物と、これらの利用方法とが提供される。単なる一例ではあるが、このような堆積法は、例えば、集積回路、記憶メディア、揮発性及び不揮発性のストレージ等の電気製品の製造における、一層又は多層膜を形成する際に適用される。本発明は、これより更に広く適用されると考えられる。限定する意味ではないが、例えば、粒子、ロッド、ワイヤ、球体等に形成された特定の構造体の表面に電磁波を照射することによって解離した表面電子を電磁気共鳴励起によって熱を発生させることは、様々な製造技術に適用可能であり、特にナノスケールの製造技術、化学処理、また特に局所的な熱生成が必要とされる利用方法に用いることができる。
【００４３】
本実施形態では、本明細書中に説明されており開示された技術に関連するように、電磁波にさらされ熱を供給／生成する構造体のサイズは、反応温度のような所望の温度に熱を供給するための少なくとも光子・電子共鳴（Photon-Electron resonance）が起きるように、約０．５〜約５００ｎｍのディメンション、好ましくは約１〜１００ｎｍ、又はこれらの間のレンジ（range）を有する。
【００４４】
本実施の形態において、本発明の実施例に基づく光子・電子アシスト法を用いた薄膜形成方法の概要は、以下に示す通りである。
【００４５】
金属構造体、好ましくは金属ナノ構造体が配置された表面領域を有する基板を用意する。本実施形態では、この金属構造体は、特に熱的な特性、例えば適切なＰ−ＥＲＦ又はＰ−ＥＲＦ域を有する適切な電磁波にさらされ、光子・電子共鳴を生ずることができるような特性を備える一つ以上のパーティクルである。Ｐ−ＥＲＦは、電磁波からの電磁気的エネルギーが、効果的に個体内の選択的な電子動作に集中的に変換される周波数である。光子・電子共鳴周波数は、マックスウェル方程式を、適切なバンド状態を用いて解くこと、もしくは反射又は吸収スペクトルを実験的に測定することによって導くことができる。パーティクルのうち一つは、基板の表面領域の少なくとも一部に配置される。少なくとも一つの反応物は、一つもしくは複数のパーティクルの周辺に供給される。少なくとも一つの反応物は少なくとも一つの成分から構成されるが、反応物は二つ以上の成分を含んでもよい。一つ以上のパーティクルは、所定の空間領域で所定の周波数の電磁波の照射を受ける。空間領域は、実質的に基板上の一つ以上のパーティクルの配置によって定義される。過密の空間領域は、基板上の一つ以上のパーティクルが配置されていない領域も含むことができる。空間領域は、例えば照射がいくつかのパーティクル上に及んでも、与えられた時間内では他のパーティクルには及ばない等、一つ以上のパーティクルが配置された基板上の領域より少ない領域であっても良い。
【００４６】
照射する電磁波の予め選択された周波数は、配置された金属構造体、ここでは一つ以上のパーティクルのP-ERFと一致もしくはほぼ一致する周波数である。これによって、少なくとも所定の周波数を有する電磁波の影響により、熱的な特性を備える一つ以上のパーティクルの温度は、少なくとも所定の温度まで増加する。パーティクルを囲む基板は、一つ以上のパーティクルと比較して加熱されすぎることはない。このように、所定周波数を備える電磁波を一つ以上のパーティクルの非局在化した表面電子に照射することで生ずる光子・電子共鳴によって非常に限られた空間及び場所を加熱することにより、少なくとも一つ以上のパーティクルの温度上昇から少なくとも一つの反応物を伴う化学反応を引き起こす所望のエネルギー（例えば熱）を供給することができる。これによって、少なくとも一つの反応物による所定材料の薄膜を形成／堆積させるために用いることが可能な反応を開始させることができる。
【００４７】
図１、１Ａ−１Ｃに示す金属構造体（metalic structure）８は、説明の便宜のため簡単に四角形で表現されているが、上述したようにいずれの形であってもよい。例えば、限定する意味ではないが、気化された化学前駆体６のような少なくとも一つの反応物が存在するＣＶＤ環境下の基板２上のアレイに、電磁波４を入射させることによって、金属構造体８の光子・電子共鳴が励起される。
【００４８】
図１Ａ−１Ｃは、開示されている技術に関して、ナノメータサイズの構造体における光子・電子相互作用によって生じる熱に関して、構造体の表面を拡大して示す概略図である。図１Ａにおいて金属構造体８を例に挙げると、解離した表面電子はｅ−として表現されている。これらの表面電子の光子・電子共鳴と一致する周波数を有する電磁波４が入射すると、励起が生じ、光子・電子共鳴が生ずる。この共鳴によって、金属構造体８と例えば化学前駆体６のような少なくとも一つの反応物との反応が生ずる、及び／又は化学前駆体６同士で反応が生ずる、反応温度まで熱が発生する。この反応により堆積層１０が形成される。実施形態において、少なくとも一つの構造体は、熱を生成すると同様に触媒としても機能する。ここで開示されているように、熱が局在化されると、化学反応と堆積は関連して生じ得る。
【００４９】
図１Ｂに移って、堆積層１０を形成する物質そのものは、ｅ−として図示されているように解離された表面電子を備える。二次的な電磁波２０と、例えば第２化学前駆体２１のような第２の反応物、とが導入される。二次的な電磁波２０は、表面電子（ｅ−）の光子・電子共鳴と一致する周波数を備えており、励起を生じさせ、少なくとも二次的な光子・電子共鳴を生じさせ、これに伴い熱を生成させる。ナノパーティクルにおける光子・電子の相互作用から生ずる熱効果は、伝導電子の平均運動エネルギーと関連する。そして、電磁波が入射することにより、金属の表面電子の電子の振幅を生じさせ、平均運動エネルギーを増加させる。表面電子の運動エネルギーの増加は、いわゆるランダム形式で、表面に対して内側の電子、つまりバルク電子へと伝達される。これが放射加熱の基礎である。しかしながら、仮に電磁波がＰ−ＥＲＦと同じかその近傍である場合、表面電子の振幅又は共鳴が全体的に生じ、熱は最大化する。構造体のサイズが小さくなると、体積に対する表面積の比、つまりパーティクルの半径をRとしたとき１／Rで表される比は、増加する。ナノパーティクルは、バルク電子と比較して大量の表面電子が存在するように、特に高い体積に対する表面積比を有する。これが、プラズモン共鳴周波数の電磁波によりナノパーティクルを効率的に加熱することができる理由であると一般に考えられている。最も好ましい吸収周波数は、ナノパーティクルの集合の幾何学的な配置をどう選択するか（表面上等）と同様に、個々のナノパーティクルの形状に依存する。球形のナノパーティクルにおいて、吸収スペクトルの計算は前世紀の初頭にMieたちによってなされている。最近の実験結果からは、ヒーティングプロセスはかなり速いタイムスケールで生ずることが示唆されている。生成された熱は効率的に温度を上昇させ、化学反応を生じさせる。熱は、堆積層１０と第２化学前駆体２１との間、及び／又は第２化学前駆体２１自身の間に作用し、既に形成された堆積層１０上に第２の材料の堆積層１８が形成される。
【００５０】
例えば、銅、銀、金、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、イットリウムのような金属（金属構造体を形成するのに用いることができる）は、可視波長域においてプラズモンとして知られる解離した表面電子に起因した吸収共鳴を生ずる。適切な波長とパワーを有する入射光を用いた表面電子の励起による少なくとも光子・電子共鳴と、これと関連する金属ナノ構造体の加熱と、を利用することによって、ナノメーターサイズの構造体、例えば限定する意味ではないが、球体、線形、アレイ状、ロッド形状のナノ構造体を、限定する意味ではないが、物質成長（material growth）を含む堆積反応を促進するのに適した温度まで加熱することができる。
【００５１】
実施形態において、下層基板は、シリコン、III／V属（周期表の）の元素、ＳＯＩ（silicon on insulator）、ゲルマニウム、水晶、ガラス、これらの組み合わせのいずれかを用いることができる。ここに挙げたいずれを用いる場合であっても、電磁波は、構造体又は構造体の構成要素内に少なくとも光子・電子相互作用によって熱を発生させるように一定の比率及び／又はパルスで構造体へ供給される。実施形態において、これらの構成要素はナノ構造体を有する金属である。何種類もの反応を提供する促進された反応によって生成物が生じ、この生成物は基板２上に堆積されても良い。
【００５２】
実施形態において、基板は、シリコン、III／V属（周期表の）の元素、SOI、ゲルマニウム、水晶、ガラスの一つ又はこれらの組み合わせを用いることができる。ここで挙げたいずれを用いる場合であっても、電磁波は、ナノ構造体を含む金属内において構造体又は複数の構造体で光子・電子共鳴が生ずる結果として熱が生ずるように、構造体上に一定の比率、及び／又はパルスで供給される。
【００５３】
少なくとも一つの構造体、又は複数の構造体（例えばアレイ等）上、及び、又は近傍では、様々な化学反応が起き得る。更に、局所化された熱源として機能する少なくとも一つの構造体は、同時に少なくとも一つの化学反応において触媒としても機能する。上述したように、少なくとも一つの構造体は、好ましくは、限定する意味ではないが、金、銅、銀、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、イリジウム、鉄、コバルト、オスミウム、亜鉛、ロジウム、これらの組み合わせを含む。実施形態では、複数のナノ構造パーティクルは、少なくともいくつかは熱源としてのみ機能し、いくつかは触媒として機能する。複数の構造体を用いる場合の実施形態では、構造体からなる少なくとも第１の集合と、第２の集合とを用いても良い。集合は、同一の材料から構成され、それぞれが異なる形、形状に形成され、（例えばアレイや複数のワイヤとして）基板２上に配置される。他の考えられる実施形態では、異なる材料から構成された複数の構造体の集合を基板上に配置させても良い。この構造体の集合は、例えば、他の集合体では光子・電子共鳴が励起されない所定の周波数又は周波数帯域の電磁波にさらされると、光子・電子共鳴が励起され熱が発生するというような、熱的な特性をそれぞれ備える。これにより、基板上に配置された他の第２の集合に隣接した状態で、特定の化学反応のため特定の集合によって特定の熱を供給することができる。
【００５４】
上述したように、ナノスケールディメンション（nano-scale dimension）を備えるパーティクル、ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、又はこれらの組み合わせの形状の、少なくとも一つの構造体を提供することができる。ナノスケールディメンションは、高さ、長さ、幅、半径、対角線、直径、のいずれか一つ又は組み合わせであり、０．５〜５００ｎｍ、好ましくは１〜１００ｎｍの間、もしくはこれらの間かこれらとほぼ同じ幅（range）を有する。
【００５５】
前述した実施形態に関連し、化学反応における反応物は、気体、液体、プラズマ、固体のいずれか、又はこれらの組み合わせであってもよい。上述した例では、様々な種類の反応が生じうる。反応の一例としては、少なくとも一つの反応生成物が少なくとも一つの反応物である、又は反応物の一部を含む分解反応が挙げられる。これは図２Ａに例示されている。複数の金属構造体８は、基板２上に図示されている。金属構造体８へは、金属構造体８内に少なくとも光子・電子共鳴を励起することができる所定の周波数又は周波数帯域を有する電磁波４が入射する。例えば、分解反応物６２も同様に供給される。図２Ｂは、一つの金属構造体８を拡大した概略図である。金属構造体８は、この図では波線２９で図示されている熱を生じる。この熱は、化学反応温度において、少なくとも金属構造体８の光子・電子の電子が、適切な光子・電子共鳴の周波数又は周波数帯域を有する電磁波４によって相互作用され、光子・電子共鳴が励起されることによって生ずる。これにより、触媒（金属構造体であってもよい）の周辺領域内、及び／又は周辺領域上、隣接する領域において温度が上昇する。一例である分解反応物６２は、分解に至り、少なくとも二つのパーツ６２Ａ，６２Ｂに分かれ、これにより少なくとも一つ所望の反応生成物を生ずる。一例である図２Ａ及び図２Ｂに示す反応は、構成要素ごとに分解し反応物が除去される場合、脱離反応とされることがある。
【００５６】
他の化学反応の例としては、置換反応が挙げられる。置換反応は少なくとも一つの反応物が少なくとも二つ目の反応物と反応する、そして、反応物それ自身か、反応物の一部が第２の反応物の一部と置き換わる、及び／又は第２の反応物に加わり、反応生成物を生じる。これは、図３Ａに図示してある。この例では、複数の金属構造体８が基板２上に配置されている。適切な電磁波４が照射されると、複数の金属構造体８における光子・電子共鳴の少なくとも励起によって金属構造体８から熱が発生する。ここで、第１の反応物は連結された２つの三角形６２で示されており、第２の反応物は連結された円６で示されている。図３Ｂの拡大概略図に示すように、熱２９によってを触媒（金属構造体でもよい）の周囲の空間の近く、上、及び／空間内を所望の反応温度とする。そして少なくとも一つの化学反応が起きる。この例では、三角形の一つ、例えば第１反応物の一部が、第２反応物の一部と置き換わる。そして、第１反応物の一部と、第２反応物の一部とを有する反応生成物の反応となる。これは、図３Ｂに示すように連結された円と三角形６４として図示されている。他の反応例では、少なくとも第２の反応物と第１反応物とが全体として結合し、反応生成物が生じる。つまり、図５に例えば示すように、星８２として示された第１反応物と、円８３として示される第２反応物とは、共に所定の化学反応温度で結合し、反応生成物となる。つまり、ここで星８２と円８３の組み合わせとして図示されているように二つは結合し、付加的な反応生成物８８を生ずる。
【００５７】
実施形態では、少なくとも一つの化学反応の少なくとも一つの反応物は、図４Ａで円、四角形、三角形を用いて開始物質として例示されている所定の成分比を有する反応開始物質７３である。上述したように、適切な電磁波４が供給されると、金属構造体８内において、少なくとも光子・電子共鳴によって化学反応温度に対して適切な熱が生ずる。そして図４Ｂに構成例を示すように、少なくとも一つの化学反応が起きる。ここで、少なくとも一つの化学反応と、少なくとも一つの反応生成物は変化した化合物７９として示されている。化合物７９は、開始物質７３と成分比は同じであるが、化学反応によって開始物質７３とは特性に違いが生じている。例えばこの特性の違いは、原子の再配列、結合数の変更、結合種の変更、結合角の変化、のいずれか、もしくはこれらの組み合わせである。例えば実施形態では、少なくとも一つの反応が、少なくとも一つの反応開始物質７３の特性を変化をもたらし、例えば、少なくとも化合物の異性体を生ずる。また、実施形態ではこのような生成物としての異性体は、光学異性体であってもよい。
【００５８】
本発明の実施の形態にかかる装置の構成例を図６に示す。この例では、装置は、所定空間１２００と、所定空間１２００に接続され少なくとも一つの反応物を反応物供給源１２０４から所定空間１２００へと導入するための少なくとも一つの導入口１２１７と、少なくとも一つの構造体が配置された基板２と、を備える。構造体はこの例では複数の金属構造体８を有するアレイ７である。他の構成も、本発明の開示の範囲内で採ることが可能である。基板２は、所定の空間内に設置され、電磁波供給源１２０２も設置される。電磁波１２０２の供給源１２０２は、少なくとも一つの構造体が設置され、この例では複数の金属構造体８を有するアレイ７として示される基板上、及び／又は基板の一部に照射することができるよう配置される。電磁波は、ここでは、複数の金属構造体８を有するアレイ７として例示されている少なくとも一つの構造体によって吸収され、複数の金属構造体で光子・電子共鳴を励起する所定の周波数又は周波数帯域を有する。また、実施形態では、電磁波供給源４は、少なくとも一つの構造体が配置された基板の一部分を照射することができるように配置される。これによって、少なくとも一つの構造体と少なくとも光子・電子共鳴の結果とから、反応物供給源１２０４から供給される少なくとも一つの反応物を伴う少なくとも一つの化学反応を促進させる化学反応温度において局所的な加熱をすることができる。また、所定空間１２００に接続された少なくとも一つの導出口１２１９が設置される。少なくとも一つの導出口１２１９は、少なくとも一つの反応生成物を所定空間１２００から導出する。この実施形態では、所定空間１２００に接続された第２の導入口１２１８と、第２の反応物を備える第２の反応物供給源１２０６と、を有する。さらにこの実施形態では、所定空間１２００に接続された付加的な導出口１２２０と、例えばガスクロマトグラフィのような分析装置１２１０と、が設置されている。更に、少なくとも一つの反応生成物を回収し、及び又は、反応生成物を分析装置１２１０へと導く真空ポンプ１２０８が設置されている。当然のように、適切なバルブ１２０５が図６に例示するように設置されている。ここで開示されているような装置全体の操作、反応のモニタリング、制御は、少なくとも一つのコンピュータシステム１０２１によって行われる。コンピュータシステム１０２１は、装置のそれぞれの構成要素と操作可能に接続されている。反応物供給源１２０４と１２０６の反応物は、例えば気体、液体、固体、プラズマ、もしくはこれらの組み合わせ等、所望の状態で所定空間１２００に供給される。
【００５９】
装置に関する実施形態では、ここで複数の金属構造体８として示されている少なくとも一つの構造体は、限定する意味ではないが、金、銅、銀、チタン、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、鉄、亜鉛、のいずれか、もしくはこれらの組み合わせのうち、少なくとも一種類の金属を含む。少なくとも一つの構造体は、上述したようにパーティクル、ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、これらの組み合わせのいずれの形状に形成される。上述したように、本装置の実施形態でも、パーティクル、ドット、球体、ワイヤ、線、フィルム、これらの組み合わせの形状に形成され、ナノスケールサイズを備える、少なくとも一つの構造体を用いる。例えば、高さ、幅、厚み、半径、長さ、これらの組み合わせ等、これらの構造体の寸法は、約０．５〜５００ｎｍである。実施例では、少なくとも一つの構造体は約１〜５００ｎｍのサイズである。また他にも１０〜５０ｎｍであってもよい。全体の大きさは、所望の反応温度において熱を供給する少なくとも光子・電子共鳴を発生させ、これを用いることができるものがよい。
【００６０】
実施の形態において、少なくとも一つの構造体の少なくとも一種類の金属は、少なくとも一つの化学反応において化学反応温度で触媒として機能し、及び／又は化学反応に対する熱源として機能する。例えば化学反応温度は、摂氏数百度、６０〜１２００度であっても良く、開示されているように、局所的に加熱することによってこのような温度まで到達させる。複数の実施形態において、例えばレーザによってパルスを与えることにより、化学反応の時間と温度とを制御することができる。例として挙げられた装置では、上述した実施形態で開示された様々な化学反応を制御することができる。
【００６１】
上述した実施形態では、例えば装置は少なくとも電磁波供給源１２０２を備える。電磁波供給源は、限定する意味ではないが、固体レーザー、半導体ダイオードレーザー、ヘリウムネオンガスレーザー、アルゴンイオンガスレーザー、クリプトンイオンガスレーザー、キセノンイオンガス、調節可能なレーザー、ランプ、のようなレーザ光源から構成されても良い。好ましくは、所定の波長は、約１００ｎｍから１０μｍの範囲が好ましい。例示した装置で用いられる電磁波４は、紫外線、可視光線、赤外線、のいずれか一つもしくはこれらの組み合わせであっても良い。また、例えば電磁波供給源は、予め定められた周波数、もしくは周波数帯域を有するパルスされた電磁波を供給する。
【００６２】
上述したように、実施形態中で用いられる電磁波は、例えばレーザ、ランプ等の複数の光源から供給することができる。また、電磁波４は、紫外線、可視光線、赤外線、電磁波等のいずれか、もしくは組み合わせであってもよい。
【００６３】
光子・電子共鳴に関して詳しく説明をしてきたが、上述したような局所的、特定領域に熱を発生させることに寄与しうる他の様々な効果を単独又は組み合わせてもちいることも可能である。これらの効果としては、フォノン格子振動と同様に、ランダウ減衰、正孔生成／ダイナミクスが挙げられる。
【００６４】
ここで記載した実施例、実施形態は説明のためであり、当業者によれば相当することができる様々な変形及び変更が含まれており、これらの変形及び変更は本発明のクレームの見地及び本技術の思想の範囲内に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は、構造体（structure）と、少なくとも１つの反応物とを模式的に示す図である。
【図１Ａ】図１Ａは、構造体の表面を拡大して模式的に示す図であり、入射する電磁波と、構造体表面の表面電子と、少なくとも１つの反応物を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、構造体の表面に形成された第１の物質層と、第２の電磁波との入射と、第２の反応物と、第１物質層に堆積した表面電子とを示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、第１物質層上に堆積したの第２物質層を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、基板の構成例と、複数の構造体と、を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示す構造体と、進行する化学反応における反応物と、を拡大して示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、基板と複数の構造体と二つの反応物とを模式的に示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに示す構造体と他の反応とを拡大して模式的に示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、基板と複数の構造体と反応物とを模式的に示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示す構造体と他の反応とを拡大して模式的に示す図である。
【図５】図５は、他の構造体と熱と更に他の反応とを拡大して模式的に示す図である。
【図６】図６は、本実施形態で用いられる装置の構成例を模式的に示す図である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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