IMURA, Kohei

写真a

Affiliation

Faculty of Science and Engineering, School of Advanced Science and Engineering

Job title

Professor

Homepage URL

http://www.chem.waseda.ac.jp/imura/

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Concurrent Post 【 display / non-display 】

  • Faculty of Science and Engineering   Graduate School of Advanced Science and Engineering

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Research Institute 【 display / non-display 】

  • 2020
    -
    2022

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

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Degree 【 display / non-display 】

  • 大阪大学   博士（理学）

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Professional Memberships 【 display / non-display 】

  • 　
    　
    　

    JAPAN SOCIETY FOR MOLECULAR SCIENCE

  • 　
    　
    　

    Society of Nano Science and Technology

  • 　
    　
    　

    THE JAPAN SOCIETY OF APPLIED PHYSICS

  • 　
    　
    　

    THE SPECTROSCOPICAL SOCIETY OF JAPAN

  • 　
    　
    　

    THE CHEMICAL SOCIETY OF JAPAN

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Research Areas 【 display / non-display 】

  • Fundamental physical chemistry

  • Nanometer-scale chemistry

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Research Interests 【 display / non-display 】

  • 近接場光学・プラズモン・分子分光学・超高速分解分光・表面増強ラマン散乱・コロイド・クラスター化学・分子衝突・軌道間相互作用・気相分子衝突動力学

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Papers 【 display / non-display 】

  • Photoluminescence from Carbon Dot-Gold Nanoparticle Composites Enhanced by Photonic and Plasmonic Double-Resonant Effects

    Yoshio Kamura, Kohei Imura

    ACS Omega   5 ( 45 ) 29068 - 29072  2020.11

    　View Summary

    Carbon dots (CDs) exhibit chemical stability and low toxicity, so they are promising for biomedical and imaging applications. The quantum yield of the photoluminescence is typically 10-20%, which limits practical applications. We fabricate carbon dot-gold nanoparticle photonic crystals (CD-GNP PCs) and demonstrate enhanced photoluminescence intensity from the carbon dots using the photonic and plasmonic double-resonant effects. A severalfold enhancement was obtained compared to the neat CD. The method developed in this study provides a universal scheme to enhance light-emitting materials, which is promising for the development of ultrahigh molecular sensing and bioimaging techniques.

    DOI

  • Near-field transmission and reflection spectroscopy for revealing absorption and scattering characteristics of single silver nanoplates

    Hidetoshi Mizobata, Seiju Hasegawa, Mamoru Tamura, Takuya Iida, Kohei Imura

    Journal of Chemical Physics   153 ( 14 )  2020.10

    　View Summary

    Near-field optical microscopy visualizes spatial characteristics of elementary excitations induced in metal nanostructures. However, the microscopy is not able to reveal the absorption and scattering characteristics of the object simultaneously. In this study, we demonstrate a method for revealing the absorption and scattering characteristics of silver nanoplate by using near-field transmission and reflection spectroscopy. Near-field transmission and reflection images show characteristic spatial features attributable to the excited plasmon modes. The near-field refection image near the resonance shows a reversed contrast depending on the observed wavelength. Near-field reflection spectra show unique positive and negative resonant features. We reveal that the optical characteristics and the wavelength dependency of the optical contrast originate from the scattering and absorption properties of the plasmons, with the aid of the electromagnetic simulations.

    DOI PubMed

  • Enhanced and Polarized Photoluminescence from Carbon Dot-Metal Nanoparticle Composites

    Yoshio Kamura, Kohei Imura

    Journal of Physical Chemistry C   124 ( 13 ) 7370 - 7377  2020.04

    　View Summary

    Carbon dots are attracting much attention because of their low toxicity, biocompatibility, and photostability. In this study, we fabricate carbon dot-metal nanoparticle composites using electron-beam-induced chemical reactions to improve the photoluminescence characteristics. We investigate the spectral characteristics of the composites by linear and nonlinear optical spectroscopy. The composites show plasmon resonance depending on the material used. The linear and nonlinear photoluminescence from the composites are enhanced by plasmon excitations, and the enhancement reaches nearly several times and 20 times, respectively. We also fabricate nanowire structures containing the composites. The structures show very intense photoluminescence and unique polarization characteristics depending on the wire width. We reveal that the polarization characteristics originate from the plasmonic coupling along the short axis of the wire. The technique developed in this study is promising for the polarization control of light-emitting elements and the creation of new functional nanomaterials.

    DOI

  • Spatial characteristics of optical fields near a gold nanorod revealed by three-dimensional scanning near-field optical microscopy

    Hiromasa Suzuki, Keisuke Imaeda, Hidetoshi Mizobata, Kohei Imura

    Journal of Chemical Physics   152 ( 1 )  2020.01  [Refereed]

    　View Summary

    We visualize plasmon mode patterns induced in a single gold nanorod by three-dimensional scanning near-field optical microscopy. From the near-field transmission imaging, we find that 3rd and 4th order plasmon modes are resonantly excited in the nanorod. We perform electromagnetic simulations based on the discrete dipole approximation method under focused Gaussian beam illumination and demonstrate that the observed near-field spectral and spatial features are well reproduced by the simulation. We also reveal from the three-dimensional near-field microscopy that the 4th order plasmon mode confines optical fields more tightly compared with the 3rd order mode. This result indicates that the even-order plasmon modes are promising for enhancing the light-matter interactions.

    DOI PubMed

  • Nanoscopic Visualization of Fluorescence Excitation Probability on Two-Dimensional Periodical Gold Nanohole Array

    K. Imaeda, K. Tawa, K. Imura

      48   1119 - 1121  2019.06  [Refereed]

    DOI

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Misc 【 display / non-display 】

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Industrial Property Rights 【 display / non-display 】

  • 発光体の製造方法，発光体，真偽判別体，メモリ媒体，及びマスクパターン形成方法

    井村考平, 香村惟夫

    Patent

  • 近接場分光装置

    井村 考平, 溝端 秀聡

    Patent

    J-GLOBAL

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Awards 【 display / non-display 】

  • 日本学術振興会特別研究員等審査会専門委員表彰

    2013.07  

    Winner： 井村 考平

  • 文部科学大臣表彰若手科学者賞

    2012.04  

    Winner： 井村 考平

  • 日本分光学会奨励賞

    2007.11  

  • 光科学技術研究振興財団 研究表彰

    2007.03  

  • 日本化学会進歩賞

    2007.03  

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Research Projects 【 display / non-display 】

  • 金属ナノ構造体における光励起状態の時空間コヒーレント制御と光伝播制御への応用

    Project Year :

    2016
    -
    2019
     

    井村 考平

    Authorship： Principal investigator

  • メソ構造を利用した光化学反応の高次機能制御

    新学術領域研究(研究領域提案型)

    Project Year :

    2014
    -
    2018
     

  • カソードルミネッセンス顕微分光装置の高度化

    Project Year :

    2016
    -
    2017
     

    井村 考平

    Authorship： Principal investigator

  • 近接場ナノ反射分光顕微競の開発

    挑戦的萌芽研究

    Project Year :

    2014
    -
    2015
     

  • ナノ粒子集合体の光励起状態の可視化と制御

    基盤研究(B)

    Project Year :

    2012
    -
    2015
     

    　View Summary

    本研究では，ナノ粒子集合体に誘起される光励起状態の空間構造の動的制御に取り組み，一般性の高い波動関数の時空間制御法を確立することを目標にする。ナノ粒子の集合体の作製法として，本年度はポリスチレン球と金ナノ粒子の自己組織化法の改良に取り組んだ。ポリスチレン球は，自己組織化により六回対称性をもつ構造を作製することができる。この構造に金薄膜を蒸着しこれをテンプレートとして，金ナノ粒子の配列構造を作製した。この集合体は，従来のガラス基板上に作製した金ナノ粒子の集合体に比べて，下地の金薄膜との相互作用が存在することからより顕著な光学特性を示すことが期待される。作製した構造体のファーフィールド，および近接場光学測定の結果からこの推測を裏付ける結果を得ている。
    本年度はまた，光励起励起状態の時空間分布の可視化および制御法の高度化にも合わせて取り組んだ。これによりプラズモンの位相緩和時間の空間分布を可視化

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Presentations 【 display / non-display 】

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Specific Research 【 display / non-display 】

  • ナノ物質周期構造における近接場分光特性の研究

    2020  

    　View Summary

    　金属ナノ構造に光励起されるプラズモン共鳴は，光をナノ構造近傍に閉じ込めて局所的に増強する。，金属ナノ構造の周期構造では，個々のプラズモン共鳴に加えて周期性に由来する共鳴効果との干渉効果により，特に増強効果が強くなることが期待される。増強電場は，分子からの蛍光やラマン散乱を増強することから，超高感度化学センサーやナノ光学への応用が可能である。これらの応用を実現するためには，金属ナノ周期構造の近接場光学特性を深く理解する必要がある。本研究では，金ナノ粒子の集合構造を作製し，その近接場光学特性を顕微分光法により可視化し理解することを目的とした。

  • ナノ物質を用いた光温度計測法の開発

    2019  

    　View Summary

    　サブ波長スケールのナノ物質は，光電場を空間的に時間的に閉じ込めて光と物質の相互作用を増強する。光励起されたナノ物質は，輻射過程や無輻射過程を経て基底状態に戻る。このとき，ほとんどの物質において温度上昇が起こる。ナノ物質を光デバイスに応用するためには，物質の温度を正確に評価する必要がある。一方，接触法による測定は，対象物の温度に影響するため，ナノ物質の温度計測には不適である。光による計測は，非接触計測を可能とすることから，高精度な温度評価を実現する。本研究では，ナノ物質から放射される発光強度の温度依存性を明らかにし，これを用いた温度計測法を開発した。

  • 光局所状態密度の高精度可視化法の開発

    2018  

    　View Summary

    　金属ナノ構造体において光励起される自由電子の集団電子運動は，光電場と電子の強結合状態を誘起する。光と電子の強結合状態は，光を時間的また空間的に閉じ込め，ナノ構造体近傍に著しく増強した光電磁場を誘起する。光増強場を応用に利用するためには，光増強場の時空間特性を理解することが本質的に重要である。光増強場は，ナノ構造体に誘起される光局所状態密度と強く相関することから，これを可視化することが光増強場の本質的理解と利用において不可欠である。本申請課題では，近接場光が発生する開口型近接場プローブの開口部分と試料表面の距離を高精度に制御して，近接場信号成分とファールード成分の分離検出を実現し，金属ナノ構造体における光局所状態密度分布の精密可視化法を確立することを目的とした。本研究では，金属の二次元構造体を研究対象とした。二次元構造体では，一次元構造体に比べてより多くの励起モードが存在し，その理解がより複雑となる。二次元構造体では，面内モードと面外モードが存在し，これらのモードの共鳴エネルギーは，近接していておりこれを分離検出することは通常困難である。本研究では，面外モードと面内モードの３次元的空間特性の違いに注目し，近接場プローブ開口部分と試料表面の距離を高精度に制御して，金属ナノプレートに誘起される励起モードの立体空間分布の高精度可視化を達成した。本研究により，面内モードの光増強場の発生メカニズムを詳細に解明した。

  • ナノ構造体における光電磁場の可視化と電気磁気双極子相互作用による光学特性制御

    2018  

    　View Summary

    　金属ナノ構造体では，プラズモン共鳴により光電場とともに光磁場を増強する。光と物質の相互作用は，通常，光電場と電気双極子を基礎に理解される。増強磁場では，光磁場と磁気双極子の「相互作用が顕在化する。を本研究では，物質と光電場・光磁場との相互作用を可視化し，ナノ構造における光磁場応答の増大機構を解明することを目的とした。また，電気双極子と磁気双極子の相互作用を利用し，従来の枠組みを超える新しい光応答制御法を実現することを目的とした。これらの目的を実現するために，金属ナノプレートに励起されるプラズモンと希土類元素の磁気双極子遷移の相互作用を研究した。その結果，磁気双極子モードが局在励起されることを強く示唆される結果が得られた。

  • 近接場熱分光顕微鏡の開発

    2017  

    　View Summary

    近接場光学顕微鏡は，近接場光を利用することで，回折限界を超える分光観察を可能とする顕微鏡である。これまでに，発光分光法，透過分光法，反射分光法などを組み合わせて，ナノ物質の光物性の研究に利用されてきている。一方，ナノ物質の光吸収特性を正確に評価するためには，透過分光法は利用できない。これは，ナノ物質では光散乱の寄与が大きく，純粋に光吸収を評価することができないためである。光吸収特性評価法として熱分光計測が有望である。本研究では，ナノスケールの空間分解能を実現する近接場熱分光顕微鏡開発を目的とした。金ナノ粒子をテスト試料として，熱分光計測を行い，原理的には計測が可能であることを確認した。

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Syllabus 【 display / non-display 】

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Teaching Experience 【 display / non-display 】

  • 光物理化学特論，メソ化学演習，実践的化学知セミナー

    早稲田大学大学院  

  • 物理化学C, 物理化学演習，光物理化学, 化学C, 物理化学実験, 理工学基礎実験1A, 2B

    早稲田大学  

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Committee Memberships 【 display / non-display 】

  • 2016.04
    -
    Now

    日本化学会講演企画小委員会委員

  • 2016.04
    -
    Now

    日本化学会物理化学ディビジョン幹事

  • 2014
    -
    Now

    日本分光学会代議員

  • 2016.04
    -
    2018.03

    応用物理学会代議員

  • 2014.01
    -
    2014.12

    日本化学会グランプリ小委員会委員長

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Social Activities 【 display / non-display 】

  • ミクスチャンネル（愛知県岡崎市）

    2006
    -
    　

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