Optical manipulation by sub-cycle mid-Infrared pulsed lasers
| Project/Area Number |
21K14555
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
Kudo Tetsuhiro 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (20768270)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 光マニピュレーション / 中赤外レーザー / 分子選別 / 赤外分光 / 光ピンセット / 分子振動共鳴 / 光熱トラップ / 光トラップ / 光輸送 / 中赤外光 |
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| Outline of Research at the Start |
従来の輻射力の理論では時間平均することで相殺する時間振動項があり、この項を除いた表式を用いることが常識的であった。しかし、電場波形が一周期に満たないサブサイクルであると、この項による影響は相殺することなく、新しく寄与する輻射力が現れると考えられる。それに伴い物質に働く輻射力の振幅と向きが大きく変調し、従来の連続光よりも低いレーザー強度で効率的なナノ物質光操作が可能になると予想される。本研究では理論実験双方の観点から、研究室のサブサイクルの技術を利用して、従来の連続光トラップよりも自由度の高い効率的なナノ物質光操作等の可能性について探求する。
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| Outline of Final Research Achievements |
We conducted novel optical manipulation experiments using radiation forces with a mid-infrared laser source. Despite altering our initial plans that used an ultra-short pulse laser, we achieved two main results. First, we discovered a mechanism for optically transporting specific materials selectively by using a mid-infrared quantum cascade laser to excite certain molecular vibrations. This result paves the way for chromatography based on molecular structures. Second, we proposed a technique for opto-thermal trapping through solvent heating using a mid-infrared fiber laser. In our method, simply irradiating a laser into a water solution allows for the local concentration of microparticles.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
クロマトグラフィーや電気泳動等の技術は、生体分子や化学薬品などを選別するために非常に重要な技術であり、様々な領域において利用されている。本研究では、レーザーの輻射力を利用することで、特定の分子構造を有する物質のみを選択的に光操作できることを世界で初めて示した。本中核と成る発見を更に展開、発展させることで赤外吸収スペクトルに応じた光クロマトグラフィーが可能になると期待される。
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Report
(3 results)
Research Products
(29 results)
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[Journal Article] Cooperative Optical Trapping of Polystyrene Microparticle and Protein Forming a Submillimeter Linear Assembly of Microparticle2021
Author(s)
Po-Wei Yi,Wei-Hsiang Chiu,Tetsuhiro Kudo,Teruki Sugiyama,Roger Bresoli-Obach,Johan Hofkens,Eri Chatani,Ryohei Yasukuni,Yoichiroh Hosokawa,Shuichi Toyouchi,Hiroshi Masuhara
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Journal Title
J. Phys. Chem. C
Volume: 125
Issue: 34
Pages: 18988-18999
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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