2020 Fiscal Year Annual Research Report
Phase Transformation Science of Chiral Crystal Created by Pasteur Optical Tweezers
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20H02686
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
新家 寛正 北海道大学, 低温科学研究所, 非常勤研究員 (40768983)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
後藤 和泰 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40821690)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Optical Chirality / キラル結晶化 / 近接場 / 表面プラズモン共鳴 / Mie共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、電磁場のカイラリティの尺度を表す保存量である「Optical Chirality」の勾配を起源とする光学力による鏡像体選択的な光学捕捉技術により、水溶液中の分子クラスターを鏡像体選択的に濃集し鏡像対称性の破れを伴う結晶核形成を人為的に誘起することで本来熱力学的に等価な結晶鏡像異性体を熱力学的に区別し、相転移を記述する上で基本的な量である化学ポテンシャルにカイラリティの概念を導入することを目的としている。これまで共同研究により三角形金属ナノ粒子三量体構造への円偏光照射により励振される表面プラズモン共鳴の近接場中で塩素酸ナトリウム(NaClO3)キラル結晶化を誘起するとその核形成頻度に大きな左右非対称性が見られることを明らかにしてきた。当該年度では、三角形金属ナノ粒子三量体構造への円偏光照射により励振されるプラズモン近接場の電磁場解析を行い、その近接場において局所的に大きなOptical Chiralityの増強が見られることを明らかにした。また、この局所的に増強されたOptical Chiralityの空間勾配を起源として水溶液中のNaClO3キラル結晶クラスターに働く鏡像体選択的な光学力がキラル核形成のカイネティクスに左右非対称な影響を及ぼす可能性を示すことができた。この成果をアメリカ化学会発行の国際学術誌The Journal of Physical Chemistry Cに発表した。
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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
これまでの研究で円偏光照射された銀ナノ粒子凝集体や三角形金ナノ粒子三量体を核形成サイトとした水溶液からの塩素酸ナトリウムキラル結晶化の核形成頻度に大きな鏡像体過剰率が見られることが明らかとなっていた。しかし、この核形成頻度における鏡像体過剰とOptical Chiralityとの具体的な関係は明らかではなかった。当該年度の電磁場解析により、両者をキラル結晶クラスターに働く鏡像体選択的なOptical Chirality勾配力に基づいて具体的に関係づけることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度の研究で、三角形金ナノ粒子三量体への円偏光照射により発生する表面プラズモン共鳴の近接場に局所的に著しいOptical Chirality増強が見られることを明らかにした。この局所的に増強されたOCにより、塩素酸ナトリウムキラル結晶クラスターには、そのカイラリティパラメータを0.0001から0.001と仮定すると、キラル核形成における鏡像体選択に有意と思われる大きさの鏡像体選択的光学力が働くことを明らかにした。しかし、キラル近接場との相互作用を考慮したカイラリティパラメータは不明である。今後、結晶キラリティとキラル近接場との相互作用におけるカイラリティパラメータを決定するための実験系を構築する。また、表面プラズモン共鳴の近接場と比較して左右非対称性の大きなキラル近接場の発生が期待される誘電体ナノ構造体のMie共鳴の近接場中でのキラル結晶化実験に取り組む。
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[Journal Article] Plasmonic Manipulation of Sodium Chlorate Chiral Crystallization: Directed Chirality Transfer via Contact-Induced Polymorphic Transformation and Formation of Liquid Precursor2020
Author(s)
Hiromasa Niinomi*, Teruki Sugiyama, Miho Tagawa, Toru Ujihara, Takashige Omatsu, Katsuhiko Miyamoto, Hiroshi Y. Yoshikawa, Ryuzo Kawamura, Jun Nozawa, Junpei T. Okada, Satoshi Uda
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Journal Title
Crystal Growth and Design
Volume: 20
Pages: 5493-5507
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] 集光レーザービームを用いた微小管ネットワーク構造の作製とその機構解明2020
Author(s)
Fumika Kiryu, Takuya Takeshige, Kei Takano, Chi-Shiun Wu, Yang-Shin Shih, Seiichiro Nakabayashi, Hiromasa Niinomi, Teruki Sugiyama, Ryuzo Kawamura, Hiroshi Y. Yoshikawa
Organizer
CSJ Chemistry Festa 2020
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[Presentation] プラズモン光ピンセットによる塩素酸ナトリウムキラル結晶化クリープ操作ー接触誘起多形転移によるキラリティ転写制御・高密度液相前駆体形成ー2020
Author(s)
新家寛正, 杉山輝樹, 田川美穂, 宇治原徹, 尾松孝茂, 宮本克彦, 吉川洋史, 川村隆三, 野澤純, 岡田純平, 宇田聡
Organizer
第49回結晶成長国内会議 (JCCG-49)
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