Spatial and temporal control of optical forces using coupled plasmonic nanostructures
Publicly Offered Research
| Project Area | Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces |
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| Project/Area Number |
19H04667
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
上野 貢生 北海道大学, 理学研究院, 教授 (00431346)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | 光圧 / 結合系プラズモニックナノ構造 / 寿命制御 / コヒーレント制御 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、金属ナノ構造に誘起されるプラズモンの寿命が光圧に及ぼす影響について明らかにするとともに、プラズモンの寿命の制御によって究極的に光圧を増強するナノ構造の設計や励起方法を導出することを目的とする。本研究目的を達成するために、強結合系積層ナノ構造を用いて、研究項目１）プラズモンの寿命と光圧との相関を解明、研究項目２）周波数の異なる２つの波長における光圧の違いを解明、研究項目３）プラズモンのコヒーレント制御による光圧の制御、および研究項目４）結合モードの段階的励起による光圧の制御を実証し、プラズモンによる「時間」の効果を利用して光圧を増強するナノ構造の設計と励起条件を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノギャップ金2量体構造のナノギャップ領域に生じる勾配力によって誘起されるプラズモン誘起光圧を蛍光相関分光法により定量的に計測する方法論を確立した。粒径サイズが40 nmの蛍光性のポリスチレンビーズを用いて、蛍光相関分光計測を行ったところ、濃度から見積もられる共焦点光学顕微鏡のコンフォーカル体積内に存在するポリスチレンビーズの数と蛍光相関分光によって観測された蛍光ビーズの数が良い一致を示した。レーザー光強度依存性を測定したところ、0.1～0.6 KT程度の低いポテンシャル領域で高い直線性が得られることが明らかになった。さまざまなギャップ幅（0, 5, 10, 15, 20, 50 nm）を有するナノギャップ金2量体構造を作製し、ポテンシャルのギャップ幅依存性を検討したところ、ギャップ幅の減少とともにポテンシャルの増大が観測された。このことから、光電場の局在効果（光圧における空間の効果）を明らかにすることに成功した。一方、光圧における時間の効果を明らかにするため、プラズモンの寿命がポテンシャルに与える影響を検討した。ガラス基板上に構造周期が異なるナノギャップ金2量体構造アレイ（ギャップ幅は5 nmで統一）を作製し、プラズモンの寿命（位相緩和時間）をパルス幅17 fsのフェムト秒レーザーを用いた干渉型ポンプ＆プローブ測定により測定したところ、構造周期によって散乱光のコンストラクティブ、およびディストラクティブな干渉により大きく寿命が変化することが明らかになった。そこで、蛍光相関分光によりポテンシャル計測を行ったところ、プラズモンの寿命が長い構造においてポテンシャルの増大が観測された。このことから、プラズモンの寿命が光圧に大きく影響を及ぼすことが明らかになった。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(74 results)
