| 研究課題/領域番号 |
22K04870
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 福井大学 |
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研究代表者 |
熊倉 光孝 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (30324601)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 量子ドット / 泳動 / トラップ / マニピュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
数nmサイズの中性微粒子の運動を常温液体中で電場や光によって操作することは、熱揺らぎの影響が大きいことから実現困難とされてきた。この研究では、常温の液体中であっても、均一電場とレーザービームによる局所的な共鳴光励起を組み合わせることで、数nmサイズの半導体量子ドットの運動が操作できることを実証する。均一電場を印加できるフローセルを用意し、これに集光レーザービームを入射して量子ドットを焦点付近にトラップする。量子ドットの空間密度分布から量子ドットに働く力の詳細を明らかにする。また、励起光のレーザー波長によって特定の吸収スペクトルをもつ量子ドットのみを選択的に操作できることを示す。
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| 研究実績の概要 |
我々は、数nmサイズの半導体微粒子である量子ドットの運動を、光励起と電場を組み合わせて操作する手法を確立し、その物理的メカニズムを明らかにすることを目的に研究を進めている。従来、このような中性ナノ粒子に対する運動操作は困難とされてきたが、本研究はこれを常温液体中において実現する他に類を見ない研究であり、量子ドットの選別や構造化などの重要な応用展開も期待される。
本研究では、この量子ドットの運動が、均一電場と集光レーザーで操作できることを実証するとともに、その操作特性から力の発生機構の解明を試みるものである。特に、初年度である本年度は、試料溶液に均一電場を印加することができるフローチャンネルセルと、このセル中の量子ドットの密度分布をモニターするためのイメージング装置に構築に取り組んだ。それぞれについての進捗状況は以下の通りである。
(1)セル内に印加する電場を3次元的に数値計算し、溶液のフローを確保しながら均一性の高い電場を印加できる電極配置を構築した。また、セル内の溶液の流速を低速域で精密に制御するため、シリンジポンプを利用したフローコントロールシステムも製作し、量子ドット溶液の導入・電場印加についての準備が整った。
(2)量子ドット分布のイメージングには、N.A.= 0.4 の対物レンズを用いた蛍光顕微鏡を新たに構築した。実測した倍率は約21倍、分解能は0.7μmである。また、被写界深度を確認したところ、焦点から光軸上を10μm離れると3μm程度のボケが発生することも確認した。今後、これらのイメージング系の特性に基づいて、トラップ光や励起光に必要な特性の評価を進め、量子ドットのトラップに進む予定である。
本研究2年目となる次年度は、今年度開発した装置を用いて、強電場中を低速で流れる量子ドットに対し、新たに集光ビームと励起光を導入し、焦点位置でのトラップを確認する計画である。
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| 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
交付申請書に記載した本年度の研究実施計画を、当初の計画通り進めることができたことから、おおむね順調に進展していると判断した。電場の印加、流速の制御とも、これまでの研究からトラップに必要と考えられる条件はほぼ達成されていると考えられる。イメージング装置については、今後、トラップ用集光ビーム・観測用励起光など光学系の設計・製作が必要であるが、観測系としては当初の実験研究に必要な特性は実現できていると考えられる。今後、これらの光学系を構築して、トラップ内の量子ドット分布の測定を目指す。
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| 今後の研究の推進方策 |
トラップ用集光ビームと観測用励起光の導入に必要な光学系を設計・製作し、量子ドットのレーザー集光位置へのトラップと、量子ドット分布の精密測定を目指す。これらの測定結果から、量子ドットに働く力やポテンシャルエネルギー、熱揺らぎの影響などのトラップ特性を明らかにする計画である。
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