Development of light-driven nanomotor with the 3-degree of freedom and stability
| Project/Area Number |
22K04975
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
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| Research Institution | Oita National College of Technology |
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Principal Investigator |
田中 大輔 大分工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (20643729)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2025: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | ナノモータ / プラズモニクス / 光渦 / ベクトルビーム / コアシェル |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、3次元の自由度で回転する新しいプラズモニック光ナノモータ（LPRモータ）の技術開発と原理構築を行う。LPRモータは、ナノロボット分野において重要な要素技術である。しかしながら、既存のLPRモータは1次元の動作自由度しか持っていない。本提案では、サブシェル粒子と光渦を組み合わせることで、3次元空間の任意方向に回転軸を取れる 粒子型のLPRモータを開発する。光渦によって粒子に生じるトルクをプラズモン共鳴により増強させることで粒子を安定に回転させ、光渦の特性によって粒子の回転方向や回転数を制御する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請時の研究目的は「3次元の自由度で回転する新しいプラズモニック光ナノモータ（LPRモータ）の技術開発と原理構築を行う」ことであり、初年度となる昨年度は実験と数値計算の双方からアプローチした。
実験については、所望するサブシェル型のナノモータ粒子の作製手法を確立し、実際に金キャップとポリスチレンナノ粒子で構成されるモータ粒子をシリコン基板表面に作製し、その構造を走査型電子顕微鏡により評価した。粒子基板作製の条件出しを終え、凝集のほとんどない孤立ナノ粒子基板の作製に成功した。また、ナノメートルオーダーで集光レンズの位置制御可能なピエゾステージを組み込んだ顕微観察のための光学システムの設計・構築を開始した。更に、ナノ粒子モータの回転動作の顕微観察に向け、ナノモータ周辺に構築が必要なマイクロ構造の作製にも着手し、リソグラフィに必要なフォトマスクの設計・作成までを終えた。
数値計算では、金属ナノキャップの被覆状態にナノモータの回転トルクが大きく影響しないことを突き止めた。この結果は、作製したナノモータ粒子個々の被覆状態に差異があっても、入射光の条件で所望する3次元軸に対する回転トルクが与えられることを示唆している。構造の最適化にはプラズモニック特性に優れた材料を選定するだけで良いことがわかった。
上記の成果について国内学会1件、国際学会1件でそれぞれ発表した。また、成果の一部をまとめた学術論文を投稿した。
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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
コロナの影響により、実験計画の遅延は否定できないが、申請時に予定していたR.4-R.5の計画「回転動作の実験実証」について光学系の構築の一部、ナノモータ粒子の設計・作製、顕微鏡での観察に向けたマイクロ構造の作製プロセスの一部、をそれぞれ進められた。また、R.6-R.7に予定してた構造の最適化を前倒しで実施し、数値シミュレーションの結果からモータ粒子の最適化は構造パラメータではなく、材料の選定で実現可能であるという結果を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画の変更は特にない。所属機関内で難しい実験については大分県産業科学技術センター、北九州産業学術推進機構(FAIS)、呉高専、長岡技科大、東工大にそれぞれ協力を依頼しながら実施している。今年度は、①水中に分散させたナノモータ粒子の光学特性の評価、②顕微観察に必要なマイクロ構造の作製、③光学システムの構築、を引き続き実施する予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(4 results)
