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超螺旋光による流体制御・キラル秩序化の理論

Publicly Offered Research

Project AreaChiral materials science pioneered by the helicity of light
Project/Area Number 23H04594
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

田村 守  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (30793583)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords光圧 / 光熱 / 光渦 / 熱流体力学
Outline of Research at the Start

これまでにレーザー加工における溶融金属や、光異性化材料、さらには分散質を含む液体において、光渦や円偏光光源などの超螺旋光によるキラル秩序化や回転運動の誘起などが報告されてきた。このような現象を電磁気学と流体力学に基づき理論的に議論することで、より多様な物質・形状・環境・光源に対するキラルな運動誘起・秩序化の制御法を開拓可能である。本研究では広く流体を対象に、溶融金属や分散液などの超螺旋光によるキラルな駆動・秩序化を議論するための学理を構築し、その制御法や応用可能性を探求する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、溶融金属や粒子分散液などの超螺旋光によるキラルな駆動・秩序化を議論するための学理を構築し、その制御法や応用可能性を探求するものである。主に2つの研究項目を実施中であり、それぞれの初年度の研究実績の概要は下記の通りである。
[1]溶融を想定した金属において、円偏光光源の下での光圧によってキラルな構造形成の可能性を探索した。結果として、照射光の角運動量に依存したキラルな構造を光圧によって形成できる可能性を見出したものの、同時に表面張力がその変形を妨げることも確認しており、現実的なキラル構造の制御法を開拓する上で更なる工夫が必要となる。具体的には、超螺旋光の下での発熱現象に関してより詳細な議論を展開する必要があると考えている。円偏光光源などの下では、角運動量に対応したキラルな光学応答ならびに発熱現象が生じることを期待できる。次年度は光圧と光発熱の両要素に注目することで、更なるキラル構造の制御法の開拓を目指す。
[2]円偏光光源や光渦によって螺旋状の空間構造を持つ光場を構築できる。この光場の下で、金属ナノ粒子集団のキラル秩序構造を形成できる可能性を見出した。特に、照射光が持つ角運動量に依存して、形成される構造のキラリティを制御できることも見出しており、超螺旋光を用いたキラル秩序形成に向けて大きな進捗を得ている。次年度は異種粒子を含む場合や、照射光条件に対する依存性に関して詳細な探索を進める予定であり、特に異種物質間での階層的なキラル秩序形成の指導原理の開拓を目指す。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究で実施中の2つの研究項目に関連し、「やや遅れている」を選択した理由は下記の通りである。
[1]第一の項目として、レーザー加工の数値計算手法に基づき、金属などを対象とした超螺旋光によるキラルな加工法の開拓を目指している。研究の第一歩として、まずは完全に溶融したことを想定した金属において、光圧による駆動を検証し、円偏光光源の下でキラル加工の可能性があることを見出している。一方で、表面張力などの影響が加工の妨げとなっており、現実的に加工が可能かどうか、金属の溶融や再凝固など熱的な効果と合わせて議論する必要がある。現時点で、そのための数値計算手法の整備に時間がかかり、進捗に遅れが生じている。
[2]第二の項目として、超螺旋光の下での分散粒子の操作によってキラル秩序の形成を目指している。超螺旋光によってナノ粒子集団のキラル秩序構造を形成できる可能性、特に照射光の角運動量に依存した構造形成などを確認しており、本項目の目的達成に向けた非常に大きな成果が得られた。
以上の通り、[2]に関しては順調に進捗しているが、[1]で遅れが生じているため、上記区分を選択した。

Strategy for Future Research Activity

本研究で実施中の2つの研究項目に関して、今後の研究の推進方策は下記の通りである。
[1]第一の項目に関し、任意の超螺旋光を用いた金属の発熱・溶融・再凝固などを評価するための数値計算手法を早急に整備する。光圧と光発熱の両要素の観点から既存の問題を解決しうる条件を探索し、キラル加工の可能性を解明する。
[2]第二の項目に関し、すでに得られているナノ粒子集団のキラル秩序形成の成果について、早急な論文化を目指す。また本項目において、異種粒子を含む環境での階層的な構造形成の可能性を期待でき、その詳細な検討を通じて新たなキラル秩序形成の解明を目指す。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (19 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Nanoscopic Photomechanical Motion of Small Particles Induced by Optical Force due to Positive and Negative Photo-absorption by Excited States of Molecules2024

    • Author(s)
      Syoji Ito, Takato Mizoguchi, Masato Mori, Masafumi Koga, Hikaru Sotome, Mamoru Tamura, Hajime Ishihara, Hiroshi Miyasaka
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 128 Issue: 12 Pages: 5206-5214

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c08495

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Switching nanoscale temperature fields with high-order plasmonic modes in transition metal nanorods2023

    • Author(s)
      Setoura Kenji、Tamura Mamoru、Oshikiri Tomoya、Iida Takuya
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 13 Issue: 49 Pages: 34489-34496

    • DOI

      10.1039/d3ra06649e

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  • [Journal Article] Promoting Oxygen Reduction Reaction by Excitation of Localized Surface Plasmon of Shape- and Facet-Controlled Octahedral Au@Pt Core-Shell Nanocrystals2023

    • Author(s)
      Tatsuya Kameyama, Kentaro Sato, Takahisa Yamamoto, Mamoru Tamura, Takuya Iida, Tatsuya Shoji, Yasuyuki Tsuboi, Tsukasa Torimoto
    • Journal Title

      ChemElectroChem

      Volume: 10 Issue: 17

    • DOI

      10.1002/celc.202300182

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ultrafast sensitivity-controlled and specific detection of extracellular vesicles using optical force with antibody-modified microparticles in a microflow system2023

    • Author(s)
      Kana Fujiwara, Yumiko Takagi, Mamoru Tamura, Mika Omura, Kenta Morimoto, Ikuhiko Nakase, Shiho Tokonami, Takuya Iida
    • Journal Title

      Nanoscale Horizons

      Volume: 8 Issue: 8 Pages: 1034-1042

    • DOI

      10.1039/d2nh00576j

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      第84回応用物理学会秋季学術講演会
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      友重良嗣, 田村守, 横山知大, 石原一
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      日本物理学会第78回年次大会
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      Hiroyuki Ikagawa, Mamoru Tamura, Tomohiro Yokoyama, Hajime Ishihara
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      The 13th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META2023)
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      Yoshitsugu Tomoshige, Mamoru Tamura, Tomohiro Yokoyama, Hajime Ishihara
    • Organizer
      The 14th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics (APNFO14)
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      Hajime Ishihara, Mamoru Tamura, Yoshitsugu Tomoshige, Hiroyuki Ikagawa, Tomohiro Yokoyama
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      Hiroyuki Ikagawa, Mamoru Tamura, Tomohiro Yokoyama, Hajime Ishihara
    • Organizer
      The 9th International Conference on Antennas and Electromagnetic Systems (AES2023)
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  • [Presentation] Analysis of tip-enhanced photoluminescence image for allowed and forbidden transition of single molecule based on nonlocal response theory2023

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      Yoshitsugu Tomoshige, Mamoru Tamura, Tomohiro Yokoyama, Hajime Ishihara
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      The 9th International Conference on Antennas and Electromagnetic Systems (AES2023)
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      The 10th Optical Manipulation and Structured Materials Conference (OMC2023)
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      2023 Annual Research Report

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Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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