2020 Fiscal Year Annual Research Report
表面分子吸着に応じてパッシブ制御可能なプラズモニックナノモーターの創出
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19H02533
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 嘉人 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (50533733)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光圧 / 微弱力計測 / ナノモーター / 局在プラズモン共鳴 / 光トルク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属ナノ構造表面近傍の分子の状態や化学反応等に応じて自律的に運動を制御する光駆動ナノモーターの創出を目指し、分子とナノ構造の相互作用に伴う局在プラズモン共鳴変化により光圧が高感度に応答する金属ナノ構造体を研究した。本年度は、昨年度に設計したナノ構造に働く光圧を高精度に測定・評価する方法を開発することに注力した。本研究で扱うような異方性が高く複雑なナノ構造に働く光圧を正確に測定するために、ナノ構造を中心に配置したマイクロ構造を4つの光ピンセットで捕捉して並進だけでなく回転ブラウン運動をも制御し、ナノ構造への光照射の有り無しそれぞれの場合における光圧ポテンシャルの解析を行なった。マイクロ構造に働く光圧や内部の多重反射の影響を除去するためにマイクロ構造と周辺媒質との屈折率マッチングすることでS/N比を格段に向上させた。さらに、マイクロ構造に埋め込んだ４つの金ナノ粒子からの散乱光の非点収差により3次元位置測定を行うことで、xyz方向の並進運動とxyz軸周りの回転運動に対する捕捉ポテンシャルを6次元計測することに成功した。また、測定系のアラン分散を時間領域で解析してノイズの除去や測定積算時間の最適化を行うことでS/N比をさらに向上させた。これにより、常温常圧環境で世界最高クラスの1.5fN(光圧)と2.0pNnm(光トルク)の力検出感度を実現し、V字ナノ構造に働く非伝搬方向周りの新奇光トルクを世界に先駆けて実証した。今回開発した方法により、計測が難しいために未開拓領域にあるナノ構造に働く光圧・光トルクを解明できることが期待される。
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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
初年度に金属ナノ構造表面近傍の分子の状態や化学反応等に応じて自律的に運動を制御する光駆動ナノモーターを設計し、次年度にはそれを評価するための全く新しいナノ光圧計測法の開発を実現している。本研究は、世界に類を見ない全くの独創研究にも関わらず、そのための基盤技術をこれまでの研究で順調に整備されてきている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでは、分子吸着に伴う金属ナノ構造表面近傍における誘電率変化を検出する局在プラズモンセンサーに基づく自律制御光圧ナノモーターの開発をおこなってきた。今後は、キラルナノ構造を研究することで、吸着分子のキラリティーに応じて運動を制御するナノモーターや、金属表面近傍における誘電率変化に伴う第二高調波発生（SHG）を研究することで超高感度な非線形ナノモーターの創出を目指す。
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