Nano-material manipulation and structural order control with optical forces

• Project Area: Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces
• Project/Area Number: 21H00462
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 石原 一 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60273611)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 笹木 敬司 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (00183822) ; 岡本 裕巳 分子科学研究所, メゾスコピック計測研究センター, 教授 (20185482) ; 尾松 孝茂 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30241938)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 光マニピュレーション / 光物性 / 有機光化学 / 物理化学 / レーザー

Outline of Research at the Start

本研究領域は、光が物質に及ぼす力、すなわち光圧を駆使し、「一つひとつのナノ物質を自在に選別し、非破壊・非接触に操る」ことによって高度な構造や機能を組み上げる「極微質量の人為的力学操作を通した秩序の創生」を目標として研究活動を行ってきた。この5年間に得られた知見を整理・体系化し、国内外の多くの研究者に本新学術領域で得られた成果を示し、また光圧科学研究の接続的発展を可能とするため、とりまとめの活動を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究領域は、光が物質に及ぼす力、すなわち光圧を駆使し、「一つひとつのナノ物質を自在に選別し、非破壊・非接触に操る」ことによって高度な構造や機能を組み上げる「極微質量の人為的力学操作を通した秩序の創生」を目標とし、領域全体で取り組む共同研究を3テーマ、また計画研究・公募研究を4つの研究グループ（A01,A02,A03,A04)として組織し、特に班を越えた共同研究に力を入れ、本領の目標へ、個々の研究では達成し得ない成果を求め活動してきた。この5年間の研究結果から得られた知見を整理・体系化し、国内外の多くの研究者に、本新学術領域で得られた成果を示すと共に、また光圧科学研究の接続的発展を可能とすることを目的とした。須貝的には、淡路夢舞台において対面の領域会議を行い、計画研究4課題5年間、公募研究課題前半13課題、後半12課題それぞれ2年間の研究成果を当初の研究目標に沿って、3つの共同研究を柱に再度整理し、当初目標になかった新しい知見についても共同研究の枠組みで見直し、さらに新たな共同研究として体系づけるかどうかの検討を行った。残念ながらコロナ禍のため、対面でのシンポジウムを行うことは出来なかったが、HP等で、研究成果をビデオ等で公表し、また光圧コロキウムの形で将来の研究への礎として領域内での活発な等路運を継続し、領域研究の総まとめとした。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Generation of hexagonal close-packed ring-shaped structures using an optical vortex (2022)
  • Author(s): H. Kawaguchi, K. Umesato, K. Takahashi, K. Yamane, R. Morita, K. Yuyama, S. Kawano, K. Miyamoto, M. Kohri, T. Omatsu
  • Journal Title: Nanophotonics Volume: 11（4） Issue: 4 Pages: 855-864
  • DOI: 10.1515/nanoph-2021-0437
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plasmonic nanostructures for shrinking structured light to access forbidden transitions (2022)
  • Author(s): K. Sakai, H. Kitajima, K. Sasaki
  • Journal Title: Nanophotonics Volume: - Issue: 11 Pages: 2465-2472
  • DOI: 10.1515/nanoph-2021-0658
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optical selection and sorting of nanoparticles according to quantum mechanical properties (2021)
  • Author(s): Fujiwara Hideki、Yamauchi Kyosuke、Wada Takudo、Ishihara Hajime、Sasaki Keiji
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7 Issue: 3 Pages: 9551-9551
  • DOI: 10.1126/sciadv.abd9551
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optical manipulation of nanoscale materials by linear and nonlinear resonant optical responses (2021)
  • Author(s): H. Ishihara
  • Journal Title: Advances in Physics: X Volume: 6（1） Issue: 1 Pages: 1885991-1885991
  • DOI: 10.1080/23746149.2021.1885991
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Optical force mapping at the single-nanometre scale (2021)
  • Author(s): J. Yamanishi, H. Yamane, Y. Naitoh, Y. J. Li, N. Yokoshi, T. Kameyama, S. Koyama, T. Torimoto, H. Ishihara, Y. Sugawara
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3865-3865
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24136-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Single-molecule laser nanospectroscopy with micro-electron volt energy resolution (2021)
  • Author(s): H. Imada, M. Imai-Imada, K. Miwa, H. Yamane, T. Iwasa, Y. Tanaka, N. Toriumi, K. Kimura, N. Yokoshi, A. Muranaka, M. Uchiyama, T. Taketsugu, Y. K. Kato, H. Ishihara, Y. Kim
  • Journal Title: Science Volume: 373（6550） Issue: 6550 Pages: 95-98
  • DOI: 10.1126/science.abg8790
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-Resolution Measurement of Molecular Internal Polarization Structure by Photoinduced Force Microscopy (2021)
  • Author(s): H. Yamane, N. Yokoshi, H. Ishihara
  • Journal Title: Applied Science Volume: 11（15） Issue: 15 Pages: 6937-6937
  • DOI: 10.3390/app11156937
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Formulation of resonant optical force based on the microscopic structure of chiral molecules (2021)
  • Author(s): T. Horai, H. Eguchi, T. Iida, H. Ishihara
  • Journal Title: Optics Express Volume: 29（23） Issue: 23 Pages: 38824-38840
  • DOI: 10.1364/oe.440352
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Theoretical study on modeling and sorting of real Chiral molecules by using resonant optical force (2021)
  • Author(s): T. Horai, H. Eguchi, T. Iida and H. Ishihara
  • Journal Title: Proc. SPIE Volume: 11926
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Autonomous vibration of a luminescent thin film arising from luminescence-induced optical force (2021)
  • Author(s): H. Arahari and H. Ishihara
  • Journal Title: Proc. SPIE Volume: 11926 Pages: 1192615-1192615
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electromagnetic near-field responses of a chiral molecule on a metal surface (2021)
  • Author(s): H. Yoneji, N. Yokoshi and H. Ishihara
  • Journal Title: Proc. SPIE Volume: 11926
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin-Orbit Angular-Momentum Transfer from a Nanogap Surface Plasmon to a Trapped Nanodiamond (2021)
  • Author(s): H. Fujiwara, K. Sudo, Y. Sunaba, C. Pin, S. Ishida, K. Sasaki
  • Journal Title: Nano Letters. Volume: 21（14） Issue: 14 Pages: 6268-6273
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02083
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Highly Sensitive and Spatially Homogeneous Surface-Enhanced Raman Scattering Substrate under Plasmon-Nanocavity Coupling (2021)
  • Author(s): X. Zang, X. Shi, T. Oshikiri, K. Ueno, Y. Sunaba, K. Sasaki, and H. Misawa
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 125 Issue: 36 Pages: 19880-19886
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c05788
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Extrinsic Chirality by Interference between Two Plasmonic Modes on an Achiral Rectangular Nanostructure (2021)
  • Author(s): T. Oshikiri, Q. Sun, H. Yamada, S. Zu, K. Sasaki, H. Misawa
  • Journal Title: ACS nano Volume: 15（10） Issue: 10 Pages: 16802-16810
  • DOI: 10.1021/acsnano.1c07137
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chirogenesis and Amplification of Molecular Chirality Using Optical Vortices (2021)
  • Author(s): M. Sakamoto, N. Uemura, R. Saito, H. Shimobayashi, Y. Yoshida, T. Mino, T. Omatsu
  • Journal Title: Angewandte Chemie Volume: 133（23） Issue: 23 Pages: 12929-12933
  • DOI: 10.1002/ange.202103382
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Multipolar Lattice Resonances in Plasmonic Crystal Cavity (2022)
  • Author(s): K. Sasaki
  • Organizer: The 6th International Workshop on Optical Microcavities and Their Applications (WOMA2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Versatile-wavelength optical vortex solid-state lasers and their applications (2022)
  • Author(s): T. Omatsu
  • Organizer: SPIE Photonics West
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 金属ナノ構造近傍のsuperchiral fieldによる単一キラル分子のエナンチオ選択的な光圧捕捉の理論 (2022)
  • Author(s): 山根秀勝、余越伸彦、石原一、岡寿樹
  • Organizer: 日本物理学会・2022年春季大会
• [Presentation] 複数ナノ粒子群に対する一般化Optical Bindingとナノ粒子配列への応用 (2022)
  • Author(s): 垰幸宏、横山知大、石原一
  • Organizer: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] キラルな金ナノ微粒子に働く光勾配力の評価 (2022)
  • Author(s): 山西絢介、Ahn Hyo-Yong、山根秀勝、橋谷田俊、石原一、Nam Ki Tae、岡本裕巳
  • Organizer: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] キラル勾配力による単一分子のエナンチオ選択的な光圧捕 (2022)
  • Author(s): 山根秀勝、余越伸彦、石原一、岡 寿樹
  • Organizer: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 発光誘起オプトメカニカルシステム (2022)
  • Author(s): 荒張秀樹、石原一
  • Organizer: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 光誘起力顕微鏡法によるナノスケールでの光圧マッピング (2022)
  • Author(s): 山西絢介、山根秀勝、余越伸彦、鳥本司、石原一、菅原康弘
  • Organizer: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Theoretical Study on Modeling and Sorting of Real Chiral Molecules by Using Resonant Optical Force (2021)
  • Author(s): T. Horai, H. Eguchi, T. Iida and H. Ishihara
  • Organizer: The 8th Optical Manipulation Conference (OMC’ 21)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Autonomous vibration of a luminescent thin film arising from luminescence-induced optical force (2021)
  • Author(s): H. Arahari and H. Ishihara
  • Organizer: The 8th Optical Manipulation Conference (OMC’ 21)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electromagnetic near-field responses of a chiral molecule on a metal surfac (2021)
  • Author(s): H. Yoneji, N. Yokoshi and H. Ishihara
  • Organizer: The 8th Optical Manipulation Conference (OMC’ 21)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Theory of Single Molecular Near field Circular Dichroism by Photo-induce Force Microscopy (2021)
  • Author(s): H. Ishihara, H. Yamane and N. Yokoshi
  • Organizer: the 11th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META2021)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Giant enhancement of chiral selective many-body correlation among emitters coupled with spirally stacked metal structures (2021)
  • Author(s): H. Shiraki, N. Yokoshi and H. Ishihara
  • Organizer: the 11th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Interaction of optical vortex and matter systems: from microscopic to macroscopic regimes and linkage between them (2021)
  • Author(s): H. Ishihara
  • Organizer: The 40th JSST Annual International Conference on Simulation Technology (JSST2021)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Optical manipulation based on linear and nonlinear resonant optical responses (2021)
  • Author(s): H. Ishihara
  • Organizer: Pacifichem 2021 : A Creative Vision for the Future
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Proposed scheme of light-induced nanoparticle concentration using cyclic microfluidic channels (2021)
  • Author(s): T. Wada and H. Ishihara
  • Organizer: Pacifichem 2021 : A Creative Vision for the Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chiral selective many-body correlation among quantum emitters in chiral metallic structures (2021)
  • Author(s): H. Shiraki N. Yokoshi and H. Ishihara
  • Organizer: Pacifichem 2021 : A Creative Vision for the Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Theoretical study on the sorting of nano-crystals composed of chiral molecules (2021)
  • Author(s): T. Horai, H. Eguchi, T. Iida and H. Ishihara
  • Organizer: Pacifichem 2021 : A Creative Vision for the Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of the optically forbidden transition excitation beyond the long-wavelength approximation by photoinduced force microscopy: A theoretical study (2021)
  • Author(s): H. Yamane N. Yokoshi and H. Ishihara
  • Organizer: Pacifichem 2021 : A Creative Vision for the Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical manipulation of multiple particles by angular momentum transfer from a circular polarized focal laser (2021)
  • Author(s): Y. Tao, T. Yokoyama and H. Ishihara
  • Organizer: Pacifichem 2021 : A Creative Vision for the Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Size separation of quantum dots with Ag-based plasmonic thin layer chromatography (2021)
  • Author(s): Y. Maeda, N. Yamaguchi, K. Akiyoshi, T. Kameyama, T. Shoji, Y. Tsuboi, H. Ishihara and T. Torimoto
  • Organizer: Pacifichem 2021 : A Creative Vision for the Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical sorting of nanoparticles according to quantum mechanical properties (2021)
  • Author(s): K. Sasaki, H. Fujiwara, K. Yamauchi, T. Wada and H. Ishihara
  • Organizer: Pacifichem 2021 : A Creative Vision for the Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optomechanical system driven by the luminescence of thin film (2021)
  • Author(s): H. Arahari and H. Ishihara
  • Organizer: Pacifichem 2021 : A Creative Vision for the Future
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Optical vortex induced forward transfer (2021)
  • Author(s): T. Omatsu
  • Organizer: SPIE Optics + Photonics, Optical Trapping and Optical Micromanipulation XVIII
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] キラル分子の共鳴光圧のサイズ依存性と選別手法の理論研究 (2021)
  • Author(s): 蓬莱貴大、石原一
  • Organizer: 第82回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 複数の円偏光集光ビーム照射による安定な金属ナノ粒子の配列形成 (2021)
  • Author(s): 垰幸宏、横山知大、石原一
  • Organizer: 第82回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 光誘起力顕微鏡による光圧分光マッピング (2021)
  • Author(s): 山西絢介、山根秀勝、余越伸彦、鳥本司、石原一、菅原康弘
  • Organizer: 第82回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 局在プラズモン場と相互作用する単一分子に働く光圧の定量的理論解析 (2021)
  • Author(s): 山根秀勝、余越伸彦、岡寿樹、石原一
  • Organizer: 日本物理学会・2021年秋季大会
• [Presentation] キラル選択的増強を示す超蛍光における量子発光体近傍での偏光分布 (2021)
  • Author(s): 白木啓文、余越伸彦、石原一
  • Organizer: 日本物理学会・2021年秋季大会
• [Presentation] 薄膜における発光誘起振動運動の励起光による制御 (2021)
  • Author(s): 荒張秀樹、石原一
  • Organizer: 日本物理学会・2021年秋季大会
• [Presentation] 金属構造体上のキラル分子の近接場電場・磁場応答 (2021)
  • Author(s): 米地真輝、余越伸彦、石原一
  • Organizer: 日本物理学会・2021年秋季大会
• [Presentation] キラル場における量子発光体のキラル選択的超蛍光の機構 (2021)
  • Author(s): 白木啓文、余越伸彦、石原一
  • Organizer: 第32回光物性研究会
• [Presentation] 局在プラズモン場による単一キラル分子の光圧選別の理論解析 (2021)
  • Author(s): 山根秀勝、余越伸彦、石原一
  • Organizer: 第32回光物性研究会
• [Presentation] 電子的共鳴条件下にある薄膜の発光が誘起するオプトメカニカル振動 (2021)
  • Author(s): 荒張秀樹、石原一
  • Organizer: 第32回光物性研究会
• [Book] 研究室紹介「大阪大学大学院基礎工学研究科物質創成専攻未来物質領域 ナノ光物性研究室」 (2021)
  • Author(s): 石原一
  • Publisher: 光アライアンス
• [Book] Light-Nanomatter Chiral Interaction in Optical Force Effects (2021)
  • Author(s): H. Ishihara, M. Hoshina, H. Yamane and N. Yokoshi
  • Publisher: Springer
• [Book] 光圧 ―物質制御のための新しい光利用― (2021)
  • Author(s): 石原一、芦田昌明
  • Publisher: 朝倉書店
• [Book] 光の力でナノ粒子を選別・分離する──高品質な医薬品，高感度なバイオセンサーの開発に貢献 (2021)
  • Author(s): 藤原英樹、石原一、笹木敬司
  • Publisher: 月刊化学
• [Remarks] 新学術領域「光圧によるナノ物質操作と秩序の創生」
  • URL: http://optical-manipulation.jp/index.html