| Project/Area Number |
21H04657
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
Sasaki Keiji 北海道大学, 電子科学研究所, 学術研究員 (00183822)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤原 英樹 北海学園大学, 工学部, 教授 (10374670)
Pin Christophe 北海道大学, 電子科学研究所, 特任助教 (50793767)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥41,990,000 (Direct Cost: ¥32,300,000、Indirect Cost: ¥9,690,000)
Fiscal Year 2023: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Fiscal Year 2022: ¥15,470,000 (Direct Cost: ¥11,900,000、Indirect Cost: ¥3,570,000)
Fiscal Year 2021: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
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| Keywords | 局在プラズモン / 金属ナノ構造体 / 光マニピュレーション / 光渦 / 光角運動量 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、ナノ空間に光が局在したプラズモン場の振幅・位相・偏光の分布や共鳴スペクトルを自在に成形し、光と物質の相互作用を極限制御することを目的として、局在プラズモンの増強効果・共鳴特性・偏光特性・角運動量特性等と金属ナノ構造体の形状（サイズ・空間自由度・回転対称性・キラリティー等）の関係について理論・シミュレーション解析を行い、設定した特性を最大限に発揮する金属ナノ構造体を設計する。作製したナノ構造体により、１）単一分子・ナノ粒子光トラッピングの極限性能の実現、２）広帯域・高吸収率を併せ持つ光電変換システムの構築、３）ナノ局在場の角運動量を制御して選択則を破る光遷移ダイナミクスの実現を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
Localized plasmon has the ability to focus light into nano-space and enhance interactions between light and matter, therefore, localized plasmon has been widely applied in various fields. However, the design of metal structures has relied on the experience and intuition of researchers. In this project, we created a novel method to automatically design the optimal shape of metal nanostructures that maximize the characteristics of localized plasmons, such as their enhancement factor, resonance characteristics, polarization characteristics, spatial distribution, and spectral properties, using a mathematical method based on our own ideas, and promoted research aimed at achieving the ultimate performance of single molecule and optical trapping of nanoparticle with the optimal nanostructures, and realizing optical transition dynamics that break the selection rule by freely controlling the spin and orbital angular momentum of nanolocalized fields.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究では、局在プラズモン場の振幅・位相・偏光の空間分布や時間応答・共鳴スペクトルを自在に成形・制御するための金属ナノ構造体の形状デザインを世界に先駆けて探究した。最先端微細加工技術によりナノスケールで自在な構造が作製できる時代になり、局在性・増強度・キラリティーなど多様なプラズモン共鳴特性が最大限に現れる構造の設計手法の開発が望まれていた。本研究で開発した最適ナノ構造デザインは、プラズモニクス・ナノフォトニクス研究領域における新展開へのブレイクスルーとなりうる研究であり、革新的イノベーションを創出する可能性を秘めている。
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