Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
螺旋波面に起因した軌道角運動量を有する光渦は、様々な物質・現象にキラリティーを付加できるユニークな光である。キラル秩序化の過程は、光学顕微鏡技術で観察されることがほとんどであった。本研究では、キラル秩序化の過程を高速原子間力顕微鏡で観察できる光渦-高速原子間力顕微鏡統合システムを構築する。これにより、これまでにない高い時空間分解能でキラル秩序化過程を観察できるため、様々な物質・現象にキラリティーが付加されるメカニズムの解明に大きく貢献できる。
本研究では、光渦光学系と高速AFMの統合システムを開発し、キラル秩序化現象を高い時空間分解能で観察・解析することを目的とする。特に、光渦照射によるアゾポリマーのねじれ構造の形成過程を観察することを目指した。この目的の元、まず光照射系と高速AFMの統合システムの開発を行い、直線偏光を用いた場合で、アゾポリマーの構造変化過程をナノスケールの空間分解能で動画観察することに成功した。直線偏光の向きに応じて、様々に異なる形状のレリーフを形成することも動画で確認できている。加えて、動画観察だからこそ解明できたアゾポリマー変形メカニズムに対する新しい知見も得ることができた。本成果は、学術論文として採択もされている。この成果を元に、さらに装置の改良を進め、光照射系に光渦生成素子を導入して、光渦-高速AFM統合システムを開発することにも成功した。光渦の集光点を光学観察し、中心に光渦特有の暗点ができていることから、問題なく光渦が生成できていることも確認した。その他にも、対物レンズの動作機構を改良し、長時間デフォーカスすることなく安定的に光照射できるようにした。実際に、アゾポリマーに光渦を照射した際のダイナミクス観察を試みている所である。通常のAFMを用いて、光渦でアゾポリマー薄膜にねじれ構造が形成されることも確認できている。その他にも、領域内の研究者と連携し、ストレプトアビジンの観察など、様々な試料へと展開できている。
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
計画通り、光渦-高速AFM複合機を構築することに成功し、アゾポリマーの光渦照射下におけるダイナミクス観察を実施できているため。その他の装置改良も、首尾良く実施できている。また、アゾポリマーの直線偏光に対する構造変化ナノダイナミクスを観察し、論文化することもできている。
現状は、計画通りに光渦照射系-高速AFM統合装置を開発することができた。加えて、直線偏光を用いてアゾポリマーのナノスケールダイ ナミクスを動画観察することにも成功した。また、アゾポリマーに光渦を照射した際のダイナミクス観察も試みた。今後は、光渦を照射してアゾポリマーにねじれ構造が生成する過程を、ナノスケールでリアルタイム観察する予定である。また、光渦で形成されるアゾポリマー構造は、直線偏光で生成されるものと比べて大きいため、より広範囲に構造全体を観察できるよう、新しく高速AFM用のワイドス キャナーも構築する。サブ秒オーダーの時間分解能と、ナノレベルの空間分解能で、ねじれプロセスをありのままに観察することによって、キラル秩序化ダイナミクスに新たな知見を与えることを目指す。この他にも、ストレプトアビジンなど生体タンパク質が結晶構造を形成する過程で光渦が与える影響などを、高時空間分解能で可視化する。領域内の様々な研究者と連携することによって、キラル秩序化現象をナノレベルで明らかにし、本領域の発展に貢献する。
All 2024 2023
All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)
Nano Letters
Volume: 24 Issue: 9 Pages: 2805-2811
10.1021/acs.nanolett.3c04877
