光を自在に操るハイブリッドナノシートを開発 〜光の吸収・反射・発光の統合とフォトニック構造の三次元可視化に成功〜

20026-05-27 信州大学

信州大学(Shinshu University)とJSTの共同研究グループは、光の吸収・反射・発光を統合的に制御できる「ハイブリッドナノシート」を開発した。研究では、酸化チタンナノシート表面に金ナノ粒子や蛍光シリカ粒子などを修飾するモジュール型戦略を確立し、自己組織化によって多機能フォトニック結晶を形成した。これにより、プラズモン吸収、構造色、蛍光という異なる発色原理を同時に利用できるようになった。さらに、磁場や光照射によって構造色を可逆的に変化させる動的制御にも成功した。特に、蛍光性ナノシートを用いることで、水中で自己組織化した個々のナノシートを三次元的に直接可視化できた点は大きな成果であり、従来困難だったウェット状態での動的観察を可能にした。研究成果は、新規色材、次世代インク、スマートフォトニック材料、センサー、ディスプレイ技術などへの応用が期待されている。

光を自在に操るハイブリッドナノシートを開発 〜光の吸収・反射・発光の統合とフォトニック構造の三次元可視化に成功〜
図1. ハイブリッドナノシートの自己組織化による多機能フォトニック結晶の実際の写真

<関連情報>

モジュール型ナノシートを用いた多機能フォトニック結晶 Multi-functional photonic crystals of modular nanosheets

Seiya Yui,Takumi Mihara,Tomoki Nishimura,Yasuo Ebina,Takayoshi Sasaki & Koki Sano
Nature Communications  Published:26 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-70456-6

Abstract

Photonic crystals with periodically ordered nanoscale building blocks can exhibit structural colors, offering a promising optical platform. Among various building blocks, colloidal nanosheets have attracted increasing attention owing to their intrinsic two-dimensionality and stimuli-responsiveness. However, integrating multiple functionalities into nanosheet-based photonic crystals remains challenging due to the structural and colloidal requirements of the nanosheets. Here, we established a universal modular strategy for synthesizing functional hybrid nanosheets and subsequently constructed multi-functional photonic crystals via their self-assembly. By electrostatically integrating negatively charged titanate nanosheets with positively charged nanoparticles, including gold nanoparticles, gold nanorods, and fluorescent silica nanoparticles, we successfully synthesized functional hybrid nanosheets. The enhancement of electrostatic repulsion between these nanosheets enabled the formation of multi-functional photonic crystals with modularly integrated structural color, plasmonic absorption, and fluorescence. Finally, we demonstrated three-dimensional visualization of the photonic nanostructures using confocal microscopy and reversible modulation of the optical properties using magnetic fields and light. This work provides a versatile platform for designing next-generation smart photonic materials with integrated functionalities.

0501セラミックス及び無機化学製品
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました