Fabrication of structured materials by illumination of helical light fields

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project Area: Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces
• Project/Area Number: 16H06507
• 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: Chiba University
• Principal Investigator: Omatsu Takashige 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30241938)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坪井 泰之 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 教授 (00283698) ; 飯田 琢也 大阪公立大学, 理学(系)研究科(研究院), 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)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: 光渦 / 軌道角運動量 / キラリティー

Outline of Final Research Achievements

We have successfully demonstrated optical vortex trapping and chiral crystallization of sodium chlorate (NaClO3). The chirality of NaClO3 crystals is selectively controlled by controlling the handedness of an irradiating optical vortex laser beam. A high crystal enantiomeric excess of 57% was obtained. These results manifest that the orbital angular momentum of an irradiating optical vortex laser beam twists the crystal during its polymorphic transition from a metastable achiral crystal to a stable chiral crystal. This work will offer new fundamental insights into the dynamics and mechanism of enantioselective control in chiral crystallization and the origin of homochirality.

Free Research Field

量子光工学・応用光学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

光渦によるキラル結晶化は光圧による階層的な高度秩序創製を実証する重要な研究成果である。この結果は、アキラルな分子がキラル結晶化するメカニズムの解明に基礎的知見を与えるものであるとともに、光の螺旋性がホモキラリティーの起源に関予する可能性を示唆する。また、光渦の角運動量をさらに大きくすることで、CEEをさらに向上させることも可能であり、今後、溶液から直接キラルな結晶核が生成する化合物のエナンチオ制御的なキラル結晶化が可能になれば、ホモキラリティーの起源にさらに迫ることが可能になる。