东京农工大学研究生院工学研究院先端电气电子部门的特任副教授久保若奈等人开发出了新型光检测技术，该技术组合使用了金属纳米结构体的电子通过光共同振动时产生的热（等离子体热）和热电转换材料。这项成果表明，能实现仅利用金属纳米结构体的形状和尺寸即可控制响应波长的光检测器，今后有望为纳米科学领域做出贡献。将来还有望实现纳米像素光检测器。
现状
很多光检测器都是由半导体构成的，利用了半导体通过吸收光能改变电子运动（将光变为电）的性质。半导体能吸收的光的波长（响应波长）由半导体的种类决定，因此要想控制光检测器的响应波长，需要安装滤色片来限制入射光的波长。另外，通过控制半导体的组成和结构来改变半导体的响应波长范围并不容易。
研究成果
研究小组组合使用长150nm（纳米：1毫米的100万分之1）、宽70nm的银纳米棒（图1）等离子体和有机热电转换材料，成功实现了以新机制驱动的光检测器。
图1：（a）实验使用的银纳米棒的电子显微镜照片和（b）光检测器的模式图
这款光检测器的特点是，银纳米棒的等离子体共振波长（金属中的电子共同振动的光波长）中会产生明显的电流。银纳米棒的等离子体共振波长能通过银纳米棒的形状和尺寸轻松控制，因此可以说是一款无需滤色片的光检测器。实际上，银纳米棒的长轴偏振光和短轴偏振光下的等离子体共振波长不同，但在各共振波长下生成的电流值、即外部量子效率 (External quantum efficiency (EQE)）达到了最大（图2）。
图2：银纳米棒的等离子体特性与检测到的电流之间的关系。黑色实线分别是在（a） 短轴偏振光和（b）长轴偏振光下测量的银纳米棒的消光光谱。红色标记表示向银纳米棒照射光时获得的外部量子效率（External quantum efficiency (EQE)），蓝色标记表示向热电转换元件照射光时获得的EQE。向银纳米棒照射光时，银纳米棒的等离子体共振波长的外部量子效率最大。
该光检测器检测光的机制如下。已知激发等离子体的话，银纳米棒会发热。因此照射光时，热量会从作为纳米级热源工作的银纳米棒传递给周围的热电材料。由此，热电材料中会产生温度梯度，并通过塞贝克效应产生电流。
未来展望
通过设计与热电转换材料组合使用的银纳米棒的结构，有望实现可自由控制响应波长且无需安装滤色片的光检测器。从原理上来说，仅利用单一的银纳米棒即可进行光检测。虽然还存在各种各样的课题，但将来应该能作为纳米像素光检测器推广。
文：JST客观日本编辑部翻译整理
