光渦が誘導する超巨大キラル質量移動の学理に立脚したキラルデバイス工学

• 研究課題/領域番号: 18H03884
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 中区分30:応用物理工学およびその関連分野
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 尾松 孝茂 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30241938)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 43,940千円 (直接経費: 33,800千円、間接経費: 10,140千円); 2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2021年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2020年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2019年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円); 2018年度: 12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
• キーワード: 光渦 / 軌道角運動量 / 光重合 / キラリティー / 光ファイバー導波路 / 特異点光学 / 光マニピュレーション / 光造形 / 非回折光 / 光重合反応 / 非線形光学 / 光物性 / 光圧

研究成果の概要

軌道角運動量を持つ光波を総称して光渦と呼ぶ。本研究では、光硬化樹脂に光渦を照射することで自己組織的に起こる螺旋ファイバー化現象を発見した。可視非回折光渦を用いることで全長1センチメートルを超える長尺螺旋ファイバーを創成することに成功するとともに、その螺旋ファイバーがガウスモードを光渦モードに変換する機能を有することを実証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、光渦を照射するだけで光重合反応を物理的に制御して螺旋ファイバーを創成できることを実証した。本研究の成果は、間違いなく光科学・物質科学・デバイス工学にパラダイムシフトをもたらす。螺旋ファイバーのみならず、多次元の螺旋構造体を光渦照射だけで創成できるようになれば、「光渦に立脚したキラルデバイス工学」という新学術領域を開拓できる。

研究成果

• [国際共同研究] Imperial College London(英国)
• [国際共同研究] University of Adelaide(オーストラリア)
• [国際共同研究] 台湾・国立陽明交通大学(その他の国・地域)
• [国際共同研究] セントアンドリューズ大学(英国)
• [国際共同研究] University of St. Andrews(英国)
• [国際共同研究] Macquarie University(オーストラリア)
• [国際共同研究] National Chiao Tung University(その他の国・地域(台湾))
• [国際共同研究] University of St. Andrews(英国)
• [国際共同研究] Duke University(米国)
• [国際共同研究] University of St Andrews(英国)
• [雑誌論文] Generation of higher-order Laguerre-Gaussian modes from a diode-pumped Pr3+:LiYF4 laser with an intra-cavity spherical aberration (2023)
  • 著者名/発表者名: Rao A. Srinivasa、Morohashi Takuya、Kerridge-Johns William R.、Omatsu Takashige
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B 巻: 40 号: 2 ページ: 406-406
  • DOI: 10.1364/josab.481727
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chiral crystallization manipulated by orbital angular momentum of light (2023)
  • 著者名/発表者名: Toyoda Kohei、Su Hao-Tse、Miyamoto Katsuhiko、Sugiyama Teruki、Omatsu Takashige
  • 雑誌名: Optica 巻: 10 号: 3 ページ: 332-332
  • DOI: 10.1364/optica.478042
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Laser-induced forward-transfer with light possessing orbital angular momentum (2022)
  • 著者名/発表者名: Omatsu Takashige、Miyamoto Katsuhiko、Yuyama Ken-Ichi、Yamane Keisaku、Morita Ryuji
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews 巻: 52 ページ: 100535-100535
  • DOI: 10.1016/j.jphotochemrev.2022.100535
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nanoneedle formation via doughnut beam-induced Marangoni effects (2022)
  • 著者名/発表者名: Tamura Mamoru、Omatsu Takashige、Iida Takuya
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 30 号: 20 ページ: 35136-35136
  • DOI: 10.1364/oe.460962
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of hexagonal close-packed ring-shaped structures using an optical vortex (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Kawaguchi, K. Umesato, K. Takahashi, K. Yamane, R. Morita, K. Yuyama, S. Kawano, K. Miyamoto, M. Kohri, T. Omatsu
  • 雑誌名: Nanophotonics 巻: 11（4） 号: 4 ページ: 855-864
  • DOI: 10.1515/nanoph-2021-0437
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intracavity spherical aberration for selective generation of single-transverse-mode Laguerre-Gaussian output with order up to 95 (2022)
  • 著者名/発表者名: Sheng Quan、Wang Aihua、Ma Yuanyuan、Wang Sijia、Wang Meng、Shi Zheng、Liu Junjie、Fu Shijie、Shi Wei、Yao Jianquan、Omatsu Takashige
  • 雑誌名: PhotoniX 巻: 3 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1186/s43074-022-00050-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chirogenesis and Amplification of Molecular Chirality Using Optical Vortices (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Sakamoto, N. Uemura, R. Saito, H. Shimobayashi, Y. Yoshida, T. Mino, T. Omatsu
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: 133（23） 号: 23 ページ: 12929-12933
  • DOI: 10.1002/ange.202103382
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical vortex lattice mode generation from a diode-pumped Pr³⁺:LiYF₄ laser (2021)
  • 著者名/発表者名: Rao A Srinivasa、Miike Taku、Miyamoto Katsuhiko、Omatsu Takashige
  • 雑誌名: Journal of Optics 巻: 23 号: 7 ページ: 075502-075502
  • DOI: 10.1088/2040-8986/ac067d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laguerre-Gaussian beam generation via enhanced intracavity spherical aberration (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Meng、Ma Yuanyuan、Sheng Quan、He Xi、Liu Junjie、Shi Wei、Yao Jianquan、Omatsu Takashige
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 29 号: 17 ページ: 27783-27783
  • DOI: 10.1364/oe.436110
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Direct generation of 523?nm orbital Poincar? mode from a diode-pumped Pr³⁺:LiYF₄ laser with an off-axis optical needle pumping geometry (2021)
  • 著者名/発表者名: Srinivasa Rao A.、Miike Taku、Miamoto Katsuhiko、Omatsu Takashige
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 29 号: 19 ページ: 30409-30409
  • DOI: 10.1364/oe.439491
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nanotwist of aluminum with irradiation of a single optical vortex pulse (2021)
  • 著者名/発表者名: Ablimit Ablez, Kohei Toyoda, Katsuhiko Miyamoto, Takashige Omatsu
  • 雑誌名: OSA Continuum 巻: 4 号: 2 ページ: 403-408
  • DOI: 10.1364/osac.417444
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultraviolet intracavity frequency-doubled Pr3+:LiYF4 orbital Poincare laser (2020)
  • 著者名/発表者名: A. Srinivasa Rao, Katsuhiko Miyamoto, Takashige Omatsu
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 28 号: 25 ページ: 37397-37405
  • DOI: 10.1364/oe.411624
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Direct generation of 1108 nm and 1173 nm Laguerre-Gaussian modes from a self-Raman Nd:GdVO4 laser (2020)
  • 著者名/発表者名: Y. Ma, A. J. Lee, H. M. Pask, K. Miyamoto, T, Omatsu
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 28 号: 16 ページ: 24095-24103
  • DOI: 10.1364/oe.400007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Photopolymerization with high-order Bessel light beams (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiko Arita, Junhyung Lee, Haruki Kawaguchi, Reimon Matsuo, Katsuhiko Miyamoto, Kishan Dholakia, Takashige Omatsu
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 45 号: 14 ページ: 4080-4083
  • DOI: 10.1364/ol.396012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Plasmonic Manipulation-Controlled Chiral Crystallization of Sodium Chlorate (2020)
  • 著者名/発表者名: A.-C. Cheng, H. Niinomi, T. Omatsu, S. Ishida, K. Sasaki, T. Sugiyama
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 11（11） 号: 11 ページ: 4422-4426
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c01041
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Picosecond optical vortex-induced chiral surface relief in an azo-polymer film (2020)
  • 著者名/発表者名: Keigo Masuda Ryo Shinozaki Ami Shiraishi Mitsuki Ichijo Keisaku Yamane Katsuhiko Miyamoto Takashige Omatsu
  • 雑誌名: Journal of Nanophotonics 巻: 14 号: 01 ページ: 16012-16012
  • DOI: 10.1117/1.jnp.14.016012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Twisted mass transport enabled by the angular momentum of light (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu, Keigo Masuda, Katsuhiko Miyamoto, Kohei Toyoda, Natalia M Litchinitser, Yoshihiko Arita, Kishan Dholakia
  • 雑誌名: Journal of Nanophotonics 巻: 14 号: 01 ページ: 010901-010901
  • DOI: 10.1117/1.jnp.14.010901
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tunable near- and mid-infrared (1.36?1.63 μm and 3.07?4.81 μm) optical vortex laser source (2020)
  • 著者名/発表者名: Sujian Niu, Shutong Wang, Mairihaba Ababaike, Taximaiti Yusufu, Katsuhiko Miyamoto, Takashige Omatsu
  • 雑誌名: Laser Physics Letters 巻: 17 号: 4 ページ: 045402-045402
  • DOI: 10.1088/1612-202x/ab7dcf
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A New Twist for Materials Science: The Formation of Chiral Structures using The Angular Momentum of Light (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu, Katsuhiko Miyamoto, Kohei Toyoda, Ryuji Morita, Yoshihiko Arita, Kishan Dholakia
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 7 号: 14 ページ: 1801672-1801672
  • DOI: 10.1002/adom.201801672
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Interparticle-Interaction-Mediated Anomalous Acceleration of Nanoparticles under Light-Field with Coupled Orbital and Spin Angular Momentum (2019)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Tamura, Takashige Omatsu, Shiho Tokonami, Takuya Iida
  • 雑誌名: Nano letters 巻: 19 号: 8 ページ: 4873-4878
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00332
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of high-quality terahertz OAM mode based on soft-aperture difference frequency generation (2019)
  • 著者名/発表者名: Katuhiko Miyamoto, Kazuki Sano, Takahiro Miyakawa, Hiromasa Niinomi, Kohei Toyoda, Adam Valles, Takashige Omatsu
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 27 号: 22 ページ: 31840-31840
  • DOI: 10.1364/oe.27.031840
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of coupled orbital angular momentum modes from an optical vortex parametric laser source (2019)
  • 著者名/発表者名: Roukuya Mamuti, Shunsuke Goto, Katsuhiko Miyamoto, Takashige Omatsu
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 27 号: 25 ページ: 37025-37025
  • DOI: 10.1364/oe.27.037025
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photopolymerization with light fields possessing orbital angular momentum: Generation of helical microfibers (2018)
  • 著者名/発表者名: Junhyung Lee, Yoshihiko Arita, Shunsuke Toyoshima, Katsuhiko Miyamoto, Paris Panagiotopoulos, Ewan Wright, Kishan Dholakia, Takashige Omatsu
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 5（10） 号: 10 ページ: 4156-4163
  • DOI: 10.1021/acsphotonics.8b00959
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nanoscale chiral surface relief of azo-polymers with nearfield OAM light (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Masuda, R. Shinozaki, Y. Kinezuka, J. Lee, S. Ohno, S. Hashiyada, H. Okamoto, D. Sakai, K. Harada, K. Miyamoto, and T. Omatsu
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 26 号: 17 ページ: 22197-22197
  • DOI: 10.1364/oe.26.022197
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Structured Light for Materials Science (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: OPTIC2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 角運動量を持つ光による物質加工 (2022)
  • 著者名/発表者名: 尾松孝茂
  • 学会等名: 多元技術融合光プロセス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Exotic chiral structures of azo-polymers with light possessing optical angular momentum (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: 12th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Twisted Light: Fundamentals and Applications (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: The 12th International Conference on Optics-photonics Design & Fabrication (ODF'20)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structured light beams create helical structures (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: IEEE Summer Topicals Meeting Series Virtual Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optical vortex induced structured materials via two-photon absorption (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: The 11th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optical vortex induced forward transfer (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: SPIE Optics + Photonics, Optical Trapping and Optical Micromanipulation XVIII
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Versatile-wavelength optical vortex solid-state lasers and their applications (2021)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: SPIE Photonics West
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] トポロジカル光波の発生とその応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 尾松孝茂
  • 学会等名: 電子情報通信学会総合大会, トポロジーのフォトニクスへの応用
  • 招待講演
• [学会発表] 光渦の発生とその応用の最前線 (2021)
  • 著者名/発表者名: 尾松孝茂
  • 学会等名: 日本シミュレーション学会光渦研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 光で物質を捩じれるか? (2020)
  • 著者名/発表者名: 尾松孝茂
  • 学会等名: 日本物理学会 2020年度公開講座
  • 招待講演
• [学会発表] 角運動量を有する新奇レーザー光源 －トポロジカルレーザー－ (2020)
  • 著者名/発表者名: 尾松孝茂
  • 学会等名: 第3回光材料・応用技術研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 光渦が拓くキラル物質工学 －光による螺旋ファイバーの創生－ (2020)
  • 著者名/発表者名: 尾松孝茂
  • 学会等名: 第168回ラドテック研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Chiral photonics: light induced helical materials and beyond (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: International Conference on Advanced Materials Science & Engineering and High Tech Device Applications
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structured light offers new laser science and structured materials (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: JSAP-OSA joint symposia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structured light beam induced 'Spin-Jet' (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: SPIE Optics + Photonics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Optical Angular Momentum Opens the Door Towards Advanced Materials Technology (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: IEEE Summer Topics Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structured light beams and their applications (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: OSA Student Chapter Meeting, Malaviya National Institute of Technology Jaipur
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Light induced helical materials and beyond (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: International Conference on Materials Engineering and Applications (ICMEA) 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chirality in optics and photonics (2020)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: Interdisciplinary Workshop: Optical Science in nano-organic materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Light Twists Matters (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: International Conference on Optics in Materials, Energy, and Technologies (ICOMET) 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Light can twist materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: Applied Optics and Photonics China (AOPC) 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A new twist for materials science (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: International Conference on Optical Angular Momentum (ICOAM)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Angular momentum of light induces chiral mass transport (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: The 10th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The 2nd International Conference on Nano Science and Technology (ICNST) 2019 (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: Light twists materials on nanoscale
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Helical light offers a new twist of materials science (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohei Toyoda, Takashige Omatsu
  • 学会等名: New Trends in Contemporary Optics Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Going beyond light-induced helical nanostructures (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: The International Symposium on Plasmonics and Nanophotonics (iSPN) 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Creation of Structured Materials with Optical Vortices (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: CLEO Laser Science and Photonic Applications 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structured light beams possessing orbital angular momentum (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: The 37th JSST Annual International Conference on Simulation Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Can light twist matters? (2018)
  • 著者名/発表者名: Takashige Omatsu
  • 学会等名: Annual Joint Sympoisa on Optics
  • 国際学会 / 招待講演