2018 Fiscal Year Annual Research Report
光圧で拓く:多粒子相互作用の選択的制御による構造と現象の創造
| Project Area | Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces |
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| Project/Area Number |
16H06507
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
尾松 孝茂 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30241938)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坪井 泰之 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (00283698)
飯田 琢也 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10405350)
鳥本 司 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60271029)
杉山 輝樹 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 客員教授 (80397687)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 光圧 / 光渦 / 特異点光学 / 非線形光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液相合成条件制御によって、ZAIS-QD(量子ドット)の組成・サイズ・形状の自在制御を可能にした。さらにZAIS-QDと八面体Au粒子を油-水の液-液界面において同時にレーザートラッピングして濃縮することに成功した。金属ナノギャップ構造によるプラズモン増強電場を用いたNaClO3のキラル結晶化に挑戦し、鏡像体過剰率を50%まで向上させた。また光圧で結晶成長プロセスを効率よく制御できる微小液滴中のレーザートラッピング結晶成長法を開発した。
円偏光を照射するとアゾポリマー薄膜が螺旋構造に変形するという新奇物理現象を発見した。さらに光硬化樹脂に光渦を照射すると樹脂が螺旋ファイバーに成長するという新奇現象を発見した。従来の光圧理論だけでは説明できないこれら巨大質量の変形は高度な秩序化に大きく寄与する。この他、光感受性を持つ生体分子バクテリオロドプシンと光渦が相互作用すると光渦が双峰型の強度分布を持つエルミートガウスモードに変換されて螺旋波面の向きに回転を始めるという新奇現象も発見した。
J会合体とH会合体を選択的にプラズモントラップできることを実証した。また大量の微粒子を局所的に高濃度捕捉できるシリコンナノ構造体を活用した非プラズモニック非サーマル光トラッピング法を開発した。さらにDNAの二重鎖形成などの生化学反応を光圧で制御できることを示す理論、光圧と誘電泳動によるバクテリアの選択的トラップの理論などで高い研究成果が得られた。
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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
螺旋ファイバーの形成や非プラズモニック非サーマル光トラッピング法など、新奇物理現象の発見と新奇光トラッピング技術を開発し、想定を超えた進捗が得られている。今後は新奇物理現象の解明と新奇光トラッピング技術を統合し、「多粒子相互作用の選択的制御による構造と現象の創造」を具現化する。
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| Strategy for Future Research Activity |
油-水界面でレーザートラッピングして濃縮したZAIS-QDと八面体Au粒子を会合・組織化させるために、化学的あるいは光触媒的な粒子間の架橋を行う。さらに生体分子を金属あるいは半導体ナノ粒子ともに液-液界面で同時に濃縮し、新奇ナノ複合構造体を作製する。
NaClO3のキラル結晶化において、ナノギャップ構造の最適化や光渦の軌道角運動量などを駆使して、鏡像体過剰率をさらに向上させる。また、NaClO3に代わる材料のキラル結晶にも挑戦する。多光子吸収などを活用して局所的な光異性化をアゾポリマーに誘起することで回折限界以下の微細なキラル表面レリーフの形成に挑戦する。さらに非プラズモニック非サーマル光トラッピング法でこれまで実現できなかった10nm 以下のナノ物質(タンパク質分子など)の捕捉に挑戦する。これらの継続的研究とともに、以下のことを新たに実施する。
(1)液-液界面で作製したナノ複合体の光特性を利用する光触媒反応の開拓(2)液-液界面で作製したナノ構造体の固定化・配列制御(3)キラル表面レリーフを活用したナノ物質の配向・輸送・濃縮制御(4)光圧によるラセミ溶液からの光学分割(5)非プラズモニック非サーマル光トラッピング法による新たな結晶化法の開発(6)キラル表面レリーフ・螺旋ファイバーの形成メカニズムおよび非プラズモニック非サーマル光トラッピングの原理の理論的解明
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[Journal Article] Nanoscale chiral surface relief of azo-polymers with nearfield OAM light2018
Author(s)
K. Masuda, R. Shinozaki, Y. Kinezuka, J. Lee, S. Ohno, S. Hashiyada, H. Okamoto, D. Sakai, K. Harada, K. Miyamoto, T. Omatsu
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Journal Title
Optics Express
Volume: 17
Pages: 22197-22207
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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