2017 Fiscal Year Annual Research Report
Optical trapping using the controlled nanospace and construction of photochemical reaction fields
Publicly Offered Research
| Project Area | Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces |
|---|
| Project/Area Number |
17H05459
|
|---|
| Research Institution | Hokkaido University |
|---|
Principal Investigator |
上野 貢生 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (00431346)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 光圧 / プラズモン / ダークモード / 近接場スペクトル / 光反応場 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
プラズモン増強場を用いて高効率な光化学反応場を構築するためには、ナノギャップへの物質供給や光散乱による放射ロスを抑制する構造が不可欠である。平成29年度は、光散乱を抑制するダークプラズモンモード（四重極子共鳴）を示す積層型のナノギャップ金／誘電体／金ナノ構造を作製し、プラズモン誘起オプティカルトラッピングが効率的に誘起されることを確かめるとともに、構造設計の最適化と光化学反応場の構築を行った。ガラス基板上に、金（40 nm）／アルミナ（15 nm）／金（40 nm）をスパッタリング、および原子層堆積装置により成膜し、その後電子ビームリソグラフィ－／ドライエッチング法により積層型ナノギャップ金構造を作製した。直径100 nmの蛍光性ポリスチレンビーズを用いて、プラズモン誘起オプティカルトラッピングを行い、どの波長で、そしてどの空間でナノ物質が効率的にトラップされるかについて検討を行った。波長可変のCWレーザーを用いてトラッピング実験を行ったところ、光散乱が抑制される波長域において顕著に蛍光性ビーズの蛍光強度が増大し、トラップが効率的に誘起されていることが明らかになった。プラズモン誘起オプティカルトラッピングのアクションスペクトルの形状は、時間領域差分法により解析された近接場スペクトルの形状と良い一致を示し、当初の目的であるダークプラズモンによる効率的なオプティカルトラッピングを実証した。また、蛍光ビーズの空間位置情報からトラップのポテンシャル計測系を構築するとともに、平成30年度に予定している光化学反応／計測系を構築した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成29年度は、光散乱を抑制するダークプラズモンにより効率的にオプティカルトラッピングが誘起されることを実証するとともに、分光的な情報だけではなく、空間的な情報を得るための計測系の構築と光化学反応／計測系を当初の予定通り構築することに成功した。一方、プラズモン誘起オプティカルトラッピングを用いて新たに近接場スペクトル計測が可能であることを明らかにした成果は当初予想していなかった結果である。さらに、A03班班長の笹木グループと共同で金／誘電体／金ナノ構造により、幅広い波長域で高い光閉じ込め効率を有する構造体設計を明らかにした。本構造は、数100 nmの波長帯域で95％以上の光をナノ構造体に閉じ込めることができるため、極めて効率的なオプティカルトラッピングが期待される。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は、誘電体層を化学エッチング法によりエッチングして分子ポケットを作製するとともに、トラップされた蛍光性ビーズの空間的な位置情報から、トラップのポテンシャル計測とばね定数を導出し、分光学的な情報に加えて、空間的な情報を得る実験を行う。また、光化学反応が効率的に進行することを明らかにするため、反応を誘起するレーザー光の波長とダークプラズモンモードが共鳴する場合と共鳴しない場合で反応効率を比較し、勾配力や分子ポケットのサイズが光化学反応効率に与える影響を明らかにする。
|
