2017 Fiscal Year Annual Research Report
Three-dimensional investigation of hierarchical chirality in various scales: general dichroism spectroscopic imaging
| Project/Area Number |
17H03014
|
|---|
| Research Institution | Institute for Molecular Science |
|---|
Principal Investigator |
成島 哲也 分子科学研究所, メゾスコピック計測研究センター, 助教 (50447314)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| Keywords | キラリティ / 偏光 / 表面・界面物性 / 近接場光学 / プローブ顕微鏡 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，サブナノからマイクロメータまでのそれぞれのスケールの階層における，物質のキラルな構造の3次元分析を実現する。独自の光学活性検出法をベースに，ベクトルビームなど円偏光以外の偏光状態も用い，汎用な偏光二色性分析を行う。複数のスケール階層からのキラリティに関する情報は，分子レベルより大域的な構造に起因し発現する特性を理解するための新しい視点を与え得る。具体的な研究項目は以下の3つである。
①分子とその集合体に対する紫外-可視-近赤外波長領域での円二色性（ＣＤ）顕微手法の構築
②円偏光以外の偏光状態を利用した3次元キラル分析の実現と標準キラル物質の提供
③分子スケールのキラル構造の分析を実現するプローブ顕微手法の開発
研究期間初年度の平成29年度は，主に①と③に関する，ＣＤ顕微手法における励起光の波長範囲の拡張（>385nm）と強度の確保，および，分子スケールのキラル構造の分析を可能とするプローブ顕微手法を実現するため，正立型の顕微鏡に原子間力顕微鏡を組み合わせたシステムの構築を進めた。
平成29年度の研究開始当初は，高速ロックインアンプを導入し，光源系と検出系の開発を中心に行う予定であったが，その他の計画を再検討したところ，ナノ空間領域での分析手法の構築を優先すべきであろうと判断したため，30年度導入予定だった分子スケールのキラル構造の分析を実現する原子間力顕微鏡(AFM)を先行して導入した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
まず，分子単体とその集合体，ナノ構造体までのスケールの試料が示す幅広い光吸収帯に円二色性顕微手法を対応させるため，紫外-可視-近赤外に渡る広い波長領域での高強度な光の発生を進めた。450nmより長波長の可視光から近赤外光領域については，既存の白色光レーザーにより十分な強度が得られた。一方，既存のフェムト秒パルスレーザーの非線形光学効果により十分な強度の紫外光385nm 程度までを発生させることができた。現状用いている方解石製の光学素子の対応波長が>350nmまでであることから，当面の分析，利用に十分な波長範囲と強度が得られた。
また，分子スケールのキラル構造の分析を実現するプローブ顕微手法を実現するため，新たに正立型の顕微鏡に原子間力顕微鏡を組み合わせたシステムを構築した。この顕微鏡には，左・右の円偏光変調を実現するデバイスも組み込み，現在，光散乱を利用した近接場顕微鏡方式に基づいたＣＤ検出のテストを進めている段階にある。
|
| Strategy for Future Research Activity |
初年度にあたる平成29年度は，現在ある局所光学活性検出装置をベースにしてナノからマイクロスケールまでのキラル構造のCD分析を行うための光源と装置系の開発を中心に行った。
幅広い光吸収帯に円二色性顕微手法を対応させるため，385nm以長の紫外-可視-近赤外に渡る広い波長領域での高強度な光の発生をすでに実現しているが分子単体示すＣＤにも対応させるよう，方解石からαBBOに偏光素子を入れ替えることにより，200nm付近までの検出と十分な強度の光の発生とを実現する。。
29年度開始当初は，高速ロックインアンプを導入し，光源系と検出系の開発を中心に行う予定であったが，その他の計画を再検討したところ，ナノ空間領域での分析手法の構築を優先すべきであろうと判断したため，30年度導入予定だった原子間力顕微鏡(AFM)を先行して導入した。そのため，本年度(30年度)は，高速ロックインアンプの導入を行い光源系と検出系の開発を進める。また，円偏光以外のキラルな偏光状態を発生させる手法を確立し，その二色性分析手法の構築を進める。測定試料としては，3次元的な階層キラル構造を制御し得る液晶試料を中心に分析を行い，手法の有用性を確認する。
|
