| 研究課題/領域番号 |
22K19003
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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32:物理化学、機能物性化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
押切 友也 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (60704567)
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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 |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | キラリティ / プラズモン / 近接場 / 光－物質相互作用 / ホットキャリア |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、円偏光を近傍に閉じ込めて変調可能なプラズモンナノ構造を設計し、その近接場の性質を物質との光化学的相互作用を介して系統的に理解し、新規なナノ光反応場を創製することを目的とし、種々の金属ナノ構造の近接場のキラリティ発現原理を明らかにし、それがプラズモンホットキャリアや分子へと作用する挙動を光学計測、光電気科学計測、物質分析手段を用いて解析し、系統的に明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、円偏光をその近傍を閉じ込めて変調可能なプラズモンナノ構造を設計し、その近接場の性質を物質との光化学的相互作用を解明して新奇な光化学反応場を創製することを目的とする。
2022年度は、キラリティを有する近接場の設計のためのシミュレーション環境の整備を行った。それをもとに、金属ナノ構造の偏光特性を計算した。その結果、アキラルな金ナノ構造に円偏光を照射した際の近接場はキラルな特性を示すことを明らかにした。また、プラズモンナノ構造と、平板型の薄膜光共振器との強結合状態が近接場特性に及ぼす影響についても検討した。これらの計算結果をもとに、電子線リソグラフィを用いた微細加工によって金属ナノ構造の試作を行った。
さらに、近接場光と分子との相互作用を評価する基準として、プラズモン構造に不斉分子を吸着させ、反射光学系での円二色スペクトルを評価した。その結果、吸着分子のキラリティの向きに応じた円二色性が観測された。
2023年度は設計した構造を基に微細加工技術を用いてナノ構造を作製し、分子共存下で光照射を行い、その光化学的相互作用について評価する。反応に用いる分子としては可視光にて光異性可能な分子を用い、高感度分光や液体クロマトグラフを用いて光反応性を評価する。また、近接場顕微鏡や光電子顕微鏡を用いて近接場の光学的評価を行う。特に、多光子励起光電子顕微鏡では、高い空間分解能とエネルギー分解能で近接場計測が可能なため、シミュレーションと併せて近接場の偏光特性を定量的に評価する。
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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
近接場の有する偏光特性と、物質との相互作用の様式については未解明な点が多いが、オプティカルカイラリティ（OC）と呼ばれる物理量が強く関与しているとの提案がなされている。市販のシミュレーションソフトウェアではOCの計算が出来ないため、OCの導出に基礎パラメータを抽出してOCを計算し、空間分布を出力するプログラムを構築した。これを用いてアキラルな金ナノ構造に円偏光を照射した際の近傍のOCを計算したところ、構造に局所的なOCが発現しており、入射円偏光の向きによってそれが反転することが明らかとなった。
また、プラズモン－薄膜共振器の強結合構造に光学活性分子を吸着させ、反射光学系で円二色性スペクトルを計測したところ、吸着分子のキラリティの向きに応じた円二色性が観測された。
以上より、分子と有効に相互作用可能なナノ構造の設計探索法、および、光学的な相互作用の評価方法について実証した。
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| 今後の研究の推進方策 |
2023年度は設計した構造を基に微細加工技術を用いてナノ構造を作製し、分子共存下で引かし照射を行い、その光化学的相互作用について評価する。例えば、ナノ構造間にギャップを有する構造を用いて電場増強を増大させた構造群や、上記強結合を活用した構造を作製する。構造作製方法としては従来用いられてきた電子線リソグラフィだけでなく、高スループットかつ大面積に均一な構造作製可能なナノインプリントや自己組織化法も活用する。反応に用いる分子としては可視光にて光異性可能な分子を用い、高感度分光や液体クロマトグラフを用いて光反応性を評価する。
また、近接場顕微鏡や光電子顕微鏡を用いて近接場の光学的評価を行う。
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