2023 Fiscal Year Annual Research Report
Nano/macro-scale chiral structures fabricated by illumination of helical light fields
| Project Area | Chiral materials science pioneered by the helicity of light |
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| Project/Area Number |
22H05138
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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) |
横田 紘子 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (50608742)
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) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Keywords | 光渦 / 軌道角運動量 / キラル秩序化 / 特異点光学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超螺旋光を駆使して分子からナノ微粒子までマルチ空間スケール物質のキラル秩序化を実証し、キラル秩序化の謎を光科学の立場から理解する知見を与えることである。また、展開研究である＜キラル秩序の化学＞＜らせんの工学＞＜渦の物理学＞のパイロット研究としても位置づけられる。
具体的には、超螺旋光が誘導する様々な外力を活用して、分子のキラル結晶化の鏡像体過剰率を極限まで向上させる。また、生体物質を含むナノ微粒子をキラル秩序化し、円偏光識別機能を持つ素材の開発などのバイオミメティクスへの展開を図る。さらに、超螺旋光の位相欠陥を液晶・磁性体・誘電体に転写することで、単一スキルミオンを所望の場所に生成・制御する。
今年度は、単一スキルミオン生成を目指して、ポアンカレ球上の全偏光状態を二次元に投影させた光スキルミオンの発生とその応用に注力した。すでにブロッホ型、ネール型、アンチ型の多彩な光スキルミオンを空間変調器あるいはレーザー共振器から発生させることに成功した。さらに、発生した光スキルミオンをアゾポリマーに照射することで、光スキルミオンの偏光分布を反映した表面レリーフ形成を実証した。偏光分布を反映したサブ波長スケールのレリーフ構造がアゾポリマー表面に刑されていることを原子間力顕微鏡で観測した。現在、3次元構造を有する光スキルミオンである光ホプフィオンの発生とその応用に着手している。
さらに有機結晶であるエチレンジアミン硫酸塩に光ピンセット結晶化法を適用し、鏡像体過剰率20%を超えるキラル結晶化にも成功した。
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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
光スキルミオンの発生と応用に取り組み、アゾポリマーにその特異な偏光状態を転写することに成功した。また、レーザー共振器から直接光スキルミオンが発生できることを実証した。この研究成果は、光渦の新しい応用展開が期待できる成果である。ハイインパクト学術誌APL Photonicsに研究成果を発表できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
3次元構造を有する光スキルミオンである光ホプフィオンによる物質操作を行う。また、キラルファイバーの創成を発展させて組織工学へ展開する。
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