| 研究課題/領域番号 |
22K18981
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分30:応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
尾松 孝茂 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (30241938)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 光渦 / 軌道角運動量 / 光重合 / キラリティー / 光物性物理学 / キラル秩序 / 特異点光学 / 光マニピュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
研究代表者は「光渦を物質(金属・半導体・有機薄膜など)に照射すると物質表面でキラルな質量移動が起こり、物質表面にサブミクロンスケールの螺旋構造ができること」を発見した。現象の発見からすでに10年近くの年月が経過し、この間、国内外(日本、ロシア、カナダ、スペインなど)で数多くの研究がなされてきた。しかしながら、光渦による螺旋構造に関する事例のすべてが、未だ物質表面あるいは物質同士の界面に限定されている。
本研究は、「なぜ物質内部に螺旋構造ができないのだろうか?」という学術的な問いを解明を解明し、3次元螺旋構造、すなわち、メタ螺旋構造を光渦照射だけで創成することに挑戦する。
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| 研究成果の概要 |
セルに封入した光硬化樹脂を紫外光照射でプレ重合して樹脂の粘度を極限まで高め、一光子吸収過程で試料セル両端に螺旋ファイバーを固着した。この螺旋ファイバーにガウスビームを入射すると、光渦モードが発生することを明らかにした。螺旋ファイバー中の光伝播をLPモード近似を用いて解析した結果、ガウスモードと光渦モード間のエネルギー交換は、約110μm間隔の周期的な捩じり構造が存在しないと起こらないことが分かった。この結果は、実験的に観測された透過光の回転数から評価できる捩じり周期100-120μmとほぼ一致する。したがって、螺旋ファイバー内部には周期的な屈折率の捩じれ構造が形成されていることが予想される。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
キラリティーは物質科学における普遍的テーマである。光渦は、螺旋波面に由来する軌道角運動量と螺旋波面の向きで決まるキラリティーを持つ光である。光渦を物質に照射すると軌道角運動量が作用してキラルな量移動が起こり、物質表面にサブミクロンスケールの螺旋構造ができることを研究代表者は世界で初めて発見した。しかしながら、これまでの螺旋構造に関する事例のすべては、物質表面に限定されていた。
物質内部の構造を力学的に捩じって螺旋構造を形成した本研究成果は、人工生体シ組織シミュレーター、光を非損失で一方向伝播させることができるトポロジカル光デバイスなど、メタ螺旋構造を有する素子として展開が期待できる。
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