• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

超螺旋光によるキラル非線形光学応答

計画研究

研究領域光の螺旋性が拓くキラル物質科学の変革
研究課題/領域番号 22H05132
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関大阪公立大学

研究代表者

余越 伸彦  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90409681)

研究分担者 田中 嘉人  北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (50533733)
研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
141,050千円 (直接経費: 108,500千円、間接経費: 32,550千円)
2025年度: 23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円)
2024年度: 30,030千円 (直接経費: 23,100千円、間接経費: 6,930千円)
2023年度: 34,450千円 (直接経費: 26,500千円、間接経費: 7,950千円)
2022年度: 30,680千円 (直接経費: 23,600千円、間接経費: 7,080千円)
キーワード超螺旋光 / 非線形光学 / 光渦 / プラズモニクス
研究開始時の研究の概要

超螺旋光による物質の非線形応答における「光の軌道角運動量」の効果を解析し、超螺旋光誘起の「物質や光の多体効果」を提案する。超螺旋光の軌道角運動量を吸収する遷移(多重極遷移)を取り入れた非線形応答理論を構築する。またキラル物質と超螺旋光との相互作用を定量的に評価し、角運動量保存の視点から解明する。具体的には、金属ねじれナノロッドダイマーと単一キラル分子・キラル分子会合体を対象として、キラル相互作用に伴う光学応答を理論と実験の両面から解析する。

研究実績の概要

導入したクラスタエレメントを用いて、ナノスケールの金属探針によるプラズモン場とキラル単分子との相互作用を解析し、キラル分子の分子内円二色性の測定を提案した。分子の双極子許容遷移と双極子禁制遷移を用いた測定についてシミュレーションを行い、どちらの場合についてもキラル分子とアキラル分子とでは定性的に異なる像が得られることを明らかにした。光渦照射の影響については、単層の遷移金属ダイカルコゲナイドの多極子遷移に注目し、励起される伝導電子のスピンミキシングの可能性を明らかにした。多体問題として、分子などの発光体集団が起こす非線形な同期的発光(超蛍光)の発光強度や発光方向について検証し、キラルプラズモン場では発光体配置の配置のキラル配置に依存した発光があることを見出した。
一方で実験面での進展として、スピン角運動量をもつ円偏光を光源とする円二色性顕微分光イメージングシステムを開発した。また、非線形プロセスを介した光の角運動量変換を研究するために、プラズモニックナノ構造からの第二高調波発生(SHG)のメカニズム解明に取り組んだ。システム開発に関しては、光学顕微鏡に導入した左右円偏光の波長可変チタンサファイアレーザーを、対向させた対物レンズを通して分光器に接続させることで、高い空間分解能でサンプルの二色性スペクトルが得られるシステムを構築した。また、回転対称性を持つナノ構造との相互作用に伴う光の角運動量変換を、これまで研究してきた線形プロセスから非線形プロセスへの理解に拡張するため、プラズモニックナノ構造からのSHG発生プロセスを研究し、結晶構造が反転対称性を持つ金属ナノ構造の場合、空間対称性がevenであるプラズモンモードからSHG放射が生じることを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

理論面では計画通り、キラル分子や原子層物質について光渦やプラズモン場などの超螺旋光の影響が現れるような現象について明らかになってきている。実験面においても、スピン角運動量をもつ円偏光を光源とする円二色性顕微分光イメージングシステムを開発し、高い空間分解能でサンプルの二色性スペクトルが得られている。全体の進捗は概ね順調に進んでいると考えられる。

今後の研究の推進方策

初年度に開発した顕微分光システムに空間位相変調器を導入し、キラルナノ構造の光渦二色性分光ができるように拡張する。また、光渦二色性においてキラル分子や金属ナノ構造と集光スポットとの位置関係が重要になるため、高精度のピエゾステージを使って位置関係を高い分解能で制御できるシステムを構築する。一方で、理論面ではこれまで構築した光渦による多極子遷移やキラル選択的な相互作用を扱う理論に、誘導放出や高次高調波発生などの非線形応答の影響を取り入れる。渦二色性分光イメージングシステムと非線形光学応答理論を駆使し、金属ナノ構造や単層遷移金属ダイカルコゲナイド・Twisted grapheneといったナノ構造と光のスピンと軌道の角運動量との相互作用を定性的・定量的に明らかにする。また、初年度に立ち上げた、金属ナノ構造の非線形光学応答を計算するシミュレーション法についても、光源をスピンと軌道の角運動量を自由に変えることができるように改良し、角運動量保存やスピン軌道角運動量変換の観点から相互作用を理解し、実験結果を解析する。

報告書

(1件)
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] Near-Field Circular Dichroism of Single Molecules2023

    • 著者名/発表者名
      Hidemasa Yamane, Nobuhiko Yokoshi, Hisaki Oka, Yasuhiro Sugawara, and Hajime Ishihara
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 31 号: 3 ページ: 3415-3426

    • DOI

      10.1364/oe.476011

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Directional Characteristics of Superfluorescence Controlled by Spatial Configurations2023

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shiraki, Nobuhiko Yokoshi, Hajime Ishihara
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 92 ページ: 024402-024402

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Radially Polarized Second-Harmonic Generation from a Single-Element Nanoantenna via Dark Plasmon Coupling of Nonlinear Polarization2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Kimura , Yoshito Y. Tanaka, Tsutomu Shimura
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 9 号: 11 ページ: 3649-3655

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.2c01136

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chirality-selective superfluorescence based on chiral interactions2022

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Shiraki, Nobuhiko Yokoshi, and Hajime Ishihara
    • 雑誌名

      Physical Review A

      巻: 106 号: 5 ページ: 053511-053511

    • DOI

      10.1103/physreva.106.053511

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Light powered nanomotors and control of light momentum via engineering localized plasmon resonances2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshito Y. Tanaka, Tsutomu Shimura
    • 学会等名
      The 15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO Pacific Rim, CLEO-PR 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Polariton Non-adiabatic Transition on Efficiency of Optomechanical Quantum Engine2022

    • 著者名/発表者名
      T. Kishi, H. Ishihara, N. Yokoshi
    • 学会等名
      The 15th Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO Pacific Rim, CLEO-PR 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interplay between plasmonic resonance and microscopic nonlocality of nanomaterials2022

    • 著者名/発表者名
      H. Ishihara, H. Yamane, N. Yokoshi
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Superfluorescence of chiral emitter ensemble interacting with chiral environment2022

    • 著者名/発表者名
      H. Ishihara, H. Shiraki, N. Yokoshi
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META 2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 軌道角運動量を持つ光渦に対するナノ構造のキラル光学応答2022

    • 著者名/発表者名
      宇都 隆宏、呉 安安、志村 努、田中 嘉人
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 空間構造をもつ磁性体における電磁場応答理論2022

    • 著者名/発表者名
      橋本龍青, 加藤健太, 横山知大, 米地 真輝, 余越 伸彦, 石原一
    • 学会等名
      第33回 光物性研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] オプトメカニカル量子エンジンにおけるポラリトン分散上の例外点の影響2022

    • 著者名/発表者名
      岸哲生, 余越伸彦
    • 学会等名
      第33回 光物性研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 金属ナノ構造上の光誘起近接場キラリティに対する遠方界解析の数値シミュレーション2022

    • 著者名/発表者名
      米地真輝, 余越伸彦, 石原一
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] オプトメカニカル量子エンジンにポラリトン分散上の例外点が与える影響2022

    • 著者名/発表者名
      岸哲生, 余越伸彦
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 光渦照射下における単層TMDのスピンミクシング2022

    • 著者名/発表者名
      伊関凌, 余越伸彦
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] キラルプラズモニックナノ構造体による単一キラル分子のエナンチオ選択的光トラッピングの理論2022

    • 著者名/発表者名
      山根秀勝, 余越伸彦, 石原一, 岡寿樹
    • 学会等名
      日本物理学会 2023年春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-06-20   更新日: 2025-06-20  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi