Chiral interaction dynamics between helical light fields and nanomaterials
| Project Area | Chiral materials science pioneered by the helicity of light |
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| Project/Area Number |
22H05135
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
岡本 裕巳 分子科学研究所, メゾスコピック計測研究センター, 教授 (20185482)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山西 絢介 分子科学研究所, メゾスコピック計測研究センター, 特任助教 (00846115)
Sadgrove Mark 東京理科大学, 理学部第一部物理学科, 准教授 (40625000)
AHN HyoYong 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設), 新分野創成センター, 特任助教 (70844348)
成島 哲也 分子科学研究所, メゾスコピック計測研究センター, 特別訪問研究員 (50447314)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥153,790,000 (Direct Cost: ¥118,300,000、Indirect Cost: ¥35,490,000)
Fiscal Year 2024: ¥30,030,000 (Direct Cost: ¥23,100,000、Indirect Cost: ¥6,930,000)
Fiscal Year 2023: ¥30,420,000 (Direct Cost: ¥23,400,000、Indirect Cost: ¥7,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥33,670,000 (Direct Cost: ¥25,900,000、Indirect Cost: ¥7,770,000)
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| Keywords | キラル顕微光学イメージング / キラル光圧 / キラル秩序創出 / 円偏光発光 |
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| Outline of Research at the Start |
超螺旋光によるキラルな秩序の発生を支配する物理的・化学的原理・法則，階層をまたいだキラル秩序生成の可能性を追究する。研究の基盤となるキラル光学イメージング手法を高度化し，領域内共同研究に資する。キラル秩序生成の原動力・駆動力となりうるキラルな光圧の基盤的学理を構築する。さらに，キラリティーを生む相互作用を検出する動的分光手法を開発し，系への超螺旋光照射に伴うキラル秩序の発生，動的な挙動に関する情報を得る。これらの基盤の上で，超螺旋光によるキラルなナノ構造物質創出を追究し，その機構を解明する。また，超螺旋光の特性に基づく円偏光発光の基本原理の確立，特性向上，高度化を目指した研究を推進する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，(1) キラル物質・キラル秩序を評価する基盤となる，キラル光学イメージング手法の発展，及び (2) キラル秩序を誘起する基盤的要因としての，螺旋性を持つ光による光圧の特性解明，に関する実験研究を主として実施した。
(1) キラル光学イメージング手法の発展を目指した研究では，(A) 高精度共焦点型円偏光二色性（CD）顕微鏡の高度化・拡張と試料測定，及び (B) キラル光誘起力顕微鏡の開発を進めた。(A)では左円偏光と右円偏光が離散的に交互に射出する高速円偏光変調法を用いた顕微観察手法を高度化し，いくつかのキラル物質の観察を進めた。(B) では，高い空間分解能を可能とする原子間力顕微鏡を基盤として光学イメージングを可能とする，光誘起力顕微鏡の手法を用い，左右円偏光で得られるイメージの差から，試料のキラル光学効果による高空間分解能イメージングを実現する新手法の開発を進めた。
(2) 螺旋性の光による光圧の研究では，キラル金属微粒子に対する円偏光による光トラッピングの実験を行い，光勾配力に対するキラリティの効果について解析を進め，論文として公表した。またナノ光ファイバーの表面上を光散乱力によって移動するキラル金属微粒子について，入射光（円偏光）の掌性に対する依存性など，その特性解明に向けた実験研究を実施した。ナノファイバー内の偏光制御法の開発を進め，ファイバーモードの変更状態の選択が可能となった。これにより，ファイバー周辺のエバネッセント場での微粒子に対する光圧の偏光依存性の解析が可能となった。また金ナノロッドのプラズモンと単一光子をナノファイバーを通じて結合する手法について論文を公表した。この成果で得られた特性を，キラル金微粒子の操作に適用する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高精度CD顕微鏡の開発は初年度の計画に従って進めた。キラル光誘起力顕微鏡は進展が未知であったが，想定を超える成果が上がりつつある状況である。
円偏光による光圧の特性解明については，キラル光勾配力については解析が進んで当初予想していなかった挙動とその起源が明らかとなり，論文公表に至った他，ナノファイバーを用いたキラル光散乱力についても，興味深い実験結果が得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
キラル光学イメージング手法の開発は引き続き進め，試料の測定を含む領域内の共同研究に用いる。キラル光誘起力顕微鏡は，さらなる特性向上を目指した開発を行う。それらの研究成果を基盤として，円偏光発光システムの構築と基本原理の確立を目指して実験・解析を進める。
キラルな光圧の特性の解明を継続し，また金属ナノ構造上に生成するキラルなプラズモン場の構造について，実験・理論両面から検討する。
キラルな光圧に関しては，ナノ光ファイバー上のキラル金微粒子の光散乱力による操作について論文公表を目指す。また新たな手法として，テーパーファイバーを用いた散乱力によるキラル金微粒子の光トラップの実験解析を行う。
それらの結果を基盤として，キラルでない構造にキラルな光を作用させることで，キラル構造を構築する取り組みを実施する。
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Report
(1 results)
Research Products
(18 results)
