ナノフォトニック集光体による近赤外光異性化の実証と応用

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K21118
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 八井 崇 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80505248)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 飯田 健二 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (20726567) ; 田村 宏之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60390655)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 光異性化 / 近赤外光誘起

Outline of Annual Research Achievements

光異性化は古くから知られている。分子の異性体構造が変化することで、特性が劇的に変化するため、このような性質を利用して、近年では、光記録や光薬理学などの応用が世界的に広く行われている。しかしながら、光異性化は可視光あるいは紫外光によってしか生じないため、応用が限定されている。そこで、本研究では近接場光誘起のエネルギーアップコンバージョンによって近赤外光を紫外光に変換する構造について検討を行い、近赤外光での異性化反応促進を目指す。
近接場光エネルギーアップコンバージョンを実現するための構造に金クラスター（147量体）を、また、光異性体としてアゾベンゼン（バンドギャップ3.4eV）を用いて、これらを近接させた系に対して、第一原理計算によるシミュレーションを行った。その結果、化学結合によって形成される準位を介した光吸収が発生し、バンドギャップ以下の1.6eV、2.0eVにおいて光吸収が発生することを確認した。また、これらの界面準位を介することで、入射偏光を制御することで、二次高調波発生（Second Harmonic Generation: SHG）が誘起されることも明らかになった。さらに、副次的な効果として、アゾベンゼンに金が吸着されることによって、シス・トランス体の変換が促進されることを示唆する結果が得られた。
得られた結果よりに、金クラスターとアゾベンゼンの最適配置を行うことで、近赤外光による異性化反応の促進が期待される。低エネルギーである近赤外光によって、より対象物の深部に光を励起することが可能となり、さらなる応用が期待される。

Research Products

• [Journal Article] Rapid virus detection using magnetic second harmonics of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (2023)
  • Author(s): Hirota Ryuichi、Murayama Toru、Katsumi Ryota、Kawawaki Tokuhisa、Yabukami Shin、Igarashi Ryuji、Negishi Yuichi、Kusakabe Moriaki、Sekino Masaki、Yatsui Takashi、Kuwahata Akihiro
  • Journal Title: AIP Advances Volume: 13 Pages: 025144～025144
  • DOI: 10.1063/9.0000483
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Virus Detection using Second Harmonics of Magnetic Nanoparticles (2022)
  • Author(s): Hirota Ryuichi、Murayama Toru、Katsumi Ryota、Kawawaki Tokuhisa、Yabukami Shin、Igarashi Ryuji、Negishi Yuichi、Kusakabe Moriaki、Sekino Masaki、Yatsui Takashi、Kuwahata Akihiro
  • Journal Title: IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering Volume: 17 Pages: 1228～1230
  • DOI: 10.1002/tee.23613
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 近接場光を利用した可視光ウイルス不活性化の実証 (2022)
  • Author(s): 髙木雄斗、勝見亮太、日下部守昭、桑波田晃弘、川脇徳久、五十嵐龍治、根岸雄一、関野正樹、八井崇
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 磁性ナノ粒子の第二次高調波を利用したウイルス検出 (2022)
  • Author(s): 廣田 竜一, 村山 徹, 勝見 亮太, 川脇 徳久, 薮上 信, 五十嵐 龍治, 根岸 雄一, 日下部 守昭, 関野 正樹, 八井 崇, 桑波田 晃弘
  • Organizer: 2022年度電気関係学会東北支部連合大会
• [Presentation] Rapid Virus Detection using Magnetic Second Harmonics of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles (2022)
  • Author(s): Ryuichi Hirota, Toru Murayama, Ryota Katsumi, Tokuhisa Kawawaki, Shin Yabukami, Ryuji Igarashi, Yuichi Negishi, Moriaki Kusakabe, Masaki Sekino, Takashi Yatsui, and Akihiro Kuwahata
  • Organizer: The 67th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2022)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Yatsui Research Group
  • URL: https://lux.ee.tut.ac.jp