| Project/Area Number |
22K18978
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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) |
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) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
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| Keywords | 光圧 / 単一ナノ粒子 / 超高感度吸収分光 / 運動量 |
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| Outline of Research at the Start |
光のエネルギーを観測する既存の分光法とは概念が異なり、共鳴吸収による光の運動量変化により発生する力(光圧)を利用した新しい原理に基づく単一ナノ粒子の超高感度スペクトロスコピーを創製する。本手法は、ナノ粒子の電子のミクロな運動(波動関数)が光圧を介して粒子のマクロな運動として現れることに着目し、粒子の運動計測から共鳴吸収の定量解析を実現するものであり、吸収過程の直接観測法であると同時に零位法であるため単一分子レベルの超高感度化が可能である。光圧ナノスペクトロスコピーは、光科学技術にパラダイムシフトをもたらすとともに、ナノ物質科学・材料創製研究においてブレークスルーとなりうる新展開が期待できる。
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| Outline of Final Research Achievements |
We proposed an ultra-sensitive absorption spectroscopy technique for single nanoparticles based on a novel principle that utilizes the optical force generated by the change in photon momentum in resonant absorption, which is completely different in concept from conventional spectroscopy techniques observing light energy. This technique is based on the fact that the microscopic motion (wavefunction) of electron within a nanoparticle appears as the macroscopic motion of the nanoparticle through the optical force caused by resonant absorption, which can realize quantitative analysis of the optical excitation process from the measurement of particle motion. Optical force nano-spectroscopy, based on our unique idea, is the method for directly observing the resonant absorption process, and as it is a background-free null-method, which makes it possible to achieve ultra-high sensitivity.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
量子ドット、金属クラスター、ナノダイヤモンド等のナノ粒子は、量子サイズ効果など特異な量子力学的特性を持つため活発に研究されているが、粒子毎に異なる特性を現すので、個々の粒子の分光学的計測技術の開発が重要な課題であった。本研究では、従来の分光法の測定対象である光のエネルギーに替わって、光が持つもう一つの物理量「運動量」を活用する独自のアイデアに基づいた単一ナノ粒子共鳴吸収分光法を世界に先駆けて開発した。本手法は、超高感度化と共鳴吸収過程の直接観測を同時に実現することができ、高機能材料・単一量子センサー・量子通信処理の研究開発にパラダイムシフトをもたらす可能性を秘めている。
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