2016 Fiscal Year Annual Research Report
無機ナノシート層間に取り込まれた有機化合物の光の放射圧による回転の制御
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15J07557
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
富永 亮 山口大学, 医学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 光の放射圧 / ナノシートコロイド / 偏光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物体に作用するレーザー光の放射圧の大きさは、物体の大きさに大きく依存する。そのため、ナノメートルオーダーのサイズの分子に作用する放射圧の大きさは極めて小さく、回転子を有する分子の回転子を同一方向に回転させることは、現時点では、至難の技である。一般的に、数マイクロメートル程度の大きさの物体が光の放射圧を十分に受けることが報告されている。そこで、平成28年度は、光の放射圧を作用させる対象として、厚さ1 ナノメートル、拡がり方向が数マイクロメートルの板状結晶である無機ナノシートに着目し、光渦ではなくガウシアンビームを用いた。
水中に無機ナノシートが分散したナノシートコロイド溶液は、ある濃度で、配向のそろった液晶相を発現するリオトロピック液晶の一種である。今回、ニオブ酸ナノシートコロイドを用いた。このニオブ酸ナノシートコロイド溶液を、試料厚が100 μmになるように作製したセルの中に封入し、偏光したレーザー光を集光した。この時の試料のようすをハロゲン光照射のもと、クロスニコル条件下で偏光顕微鏡観察を行った。
液晶状態にあるナノシートコロイドに、100 mWのレーザー光を、対物レンズを通して10秒間照射すると、レーザー光の焦点を中心として、ネマチック液晶によく見られるシュリーレンテクスチャーが観察された。そのテクスチャーは、焦点の大きさ（0.6 μm）の約100倍ほど大きいものであった。
また、レーザー光の偏光が偏光子、または検光子に対して平行なときは、偏光顕微鏡画像において、焦点は暗点であったが、レーザー光の偏光が偏光子、または検光子に対して傾いているとき、焦点は明点となった。レーザー光の偏光を操作することで、焦点という局所部分でもナノシートを動かすことも可能であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
最終目的である有機化合物の回転を達成することは未だ道半ばであるが、土台となる基盤技術の構築では着実な進歩を遂げている。具体的には、無機高分子の一種である層状ニオブ酸１分子を試料に、光の放射圧を利用した配向制御に成功しており、層状ニオブ酸の配向方向を自在に操る技術も確立している。この技術を基盤に、平成29年度中には有機化合物の光操作も可能となると予想する。以上より、期待以上の成果が生み出されていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で、液晶状態にある無機ナノシートコロイドに直線偏光を照射すると、その直線偏光の偏光方向を操作することで、無機ナノシートの配向を制御することができた。本年度は、液晶状態にある無機ナノシートコロイドに円偏光を照射することで、キラルなナノシートの配向を誘起する。誘起されたナノシートの配向を検知するために、SHG測定を行う。高感度な検出を行うためには、円偏光の波長とSHG光の波長が互いに異なることが望ましい。そこで、波長1064 nmの円偏光を用いて、キラルなナノシートの配向を誘起する。そこに、波長1030 nmのフェムト秒ファイバレーザーを入射し、515 nmのSHG光を検出することで測定を行う。
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