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ハイブリッド光渦における角運動量の学理が拓く革新的螺旋工学

研究課題

研究課題/領域番号 23H00270
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)

研究分担者 ALLAM SRINIVASA・RAO  千葉大学, 大学院工学研究院, 特任講師 (60973485)
宮本 克彦  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20375158)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2028-03-31
研究課題ステータス 交付 (2025年度)
配分額 *注記
46,670千円 (直接経費: 35,900千円、間接経費: 10,770千円)
2025年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
2024年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
2023年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
キーワード光渦 / 軌道角運動量 / 光物性物理学 / キラル秩序 / 物質制御 / キラル物質科学 / 特異点光学 / キラル秩序化 / 光マニピュレーション
研究開始時の研究の概要

螺旋波面の向きや螺旋度の異なる光渦の線形和で与えられるハイブリッド光渦が誘導する超螺旋化現象のメカニズムを解明し、光で物質を操作してキラリティー・多重度・方位角まで精緻に制御されたミクロンスケールの螺旋を所望の局所に創成しマクロに展開する究極の螺旋工学を展開する。
螺旋はキラリティーを持つ構造の一つであり、自然界に数多く存在する。物質を階層的に配列して螺旋を創り、螺旋に起因する機能を顕在化させる螺旋工学は、物理学・化学・生命科学の枠組を超えた重要な研究の一つである。
本研究では、ハイブリッド光渦が誘導する超螺旋化現象を学理へと昇華させ、所望の螺旋を創成しマクロに展開できる究極の螺旋工学を開拓する。

研究実績の概要

螺旋波面の向きや螺旋度の異なる光渦の線形和で与えられるハイブリッド光渦が誘導する超螺旋化現象のメカニズムを解明し、光で物質を操作してキラリティー・多重度・方位角まで精緻に制御されたミクロンスケールの螺旋を所望の局所に創成しマクロに展開する究極の螺旋工学を展開する。螺旋はキラリティーを持つ構造の一つであり、自然界に数多く存在する。物質を階層的に配列して螺旋を創り、螺旋に起因する機能を顕在化させる螺旋工学は、物理学・化学・生命科学の枠組を超えた重要な研究の一つである。
本研究では、ハイブリッド光渦が誘導する超螺旋化現象を学理へと昇華させ、所望の螺旋を創成しマクロに展開できる究極の螺旋工学を開拓する。昨年度、すでに、非縮退ハイブリッド光渦の発生、さらには、アゾポリマー薄膜の表面レリーフ作成に着手している。今年度は、非縮退ハイブリッド光渦における内在的軌道角運度量と外因的軌道角運動量の干渉を定量的に可視化する。
非縮退ハイブリッド光渦の一つに0次, ‐1次の光渦の混成モードである光バイメロン、
光スキルミオンなどがある。これらの光の内在的軌道角運度量と外因的軌道角運動量の干渉を光異性化反応を介して光の軌道角運動量を反映した表面レリーフができるアゾポリマー薄膜に多様な非縮退ハイブリッド光渦を照射することで、ハイブリッド光渦の軌道角運動量の空間分布を可視化する。観測には、レーザー共焦点顕微鏡および原子間顕微鏡(ともに現有設備)を使用する。
<研究項目3>ハイブリッド光渦の軌道角運動量とスピン角運動量の干渉先述したアゾポリマー薄膜の表面レリーフ形成の実験から、外因的軌道角運動量と光のスピン角運動量は干渉することが理解できる。<研究項目1・2>で得られた知見をもとに光の内在的軌道角運動量と外因的軌道角運動量、さらには、スピン角運動量の干渉を理解できる統一理論モデルを構築する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

アゾポリマーにハイブリッド光渦を転写し、多重螺旋表面レリーフを形成するとともに非縮退ハイブリッド光渦の発生と表面レリーフ形成にも成功した。さらには、偏光を含む高次ハイブリッド光渦である光スキルミオンなどの偏光の渦構造を物質転写することに成功した。

今後の研究の推進方策

ハイブリッド光渦による表面レリーフ形成の学理を完成させる。また、光重合などの他の現象へ展開する。

報告書

(2件)
  • 2023 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 5件)

  • [国際共同研究] ワルシャワ大学(ポーランド)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] インペリアルカレッジ(英国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Direct generation of multicolor Bessel beams from a Pr3+: WPFG fiber laser2024

    • 著者名/発表者名
      Yoneda Yuto、Srinivasa Rao A.、Fujimoto Yasushi、Miyamoto Katsuhiko、Omatsu Takashige
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 32 号: 6 ページ: 9011-9011

    • DOI

      10.1364/oe.520672

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] High-definition direct-print of metallic microdots with optical vortex induced forward transfer2024

    • 著者名/発表者名
      Wei Rong, Kawaguchi Haruki, Sato Kaito, Kai Sayaka, Yamane Keisaku, Morita Ryuji, Yuyama Ken-ichi, Kawano Satoyuki, Miyamoto Katsuhiko, Aoki Nobuyuki, Omatsu Takashige
    • 雑誌名

      APL Photonics

      巻: 9 号: 3 ページ: 036108-036108

    • DOI

      10.1063/5.0187189

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Direct generation of lower-order cylindrical vector?vortex modes from an end-pumped Pr<sup>3+</sup>:LiYF<sub>4</sub>?laser2023

    • 著者名/発表者名
      Morohashi Takuya、Srinivasa Rao A.、Omatsu Takashige
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 62 号: 34 ページ: 9183-9183

    • DOI

      10.1364/ao.509263

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication of an Array of Hemispherical Microlasers Using Optical Vortex Laser-Induced Forward Transfer2023

    • 著者名/発表者名
      Yuyama Ken-ichi、Kawaguchi Haruki、Wei Rong、Omatsu Takashige
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 10 号: 11 ページ: 4045-4051

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.3c01005

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ultra‐High‐Order Laguerre?Gaussian Field Generated Directly From a Laser Cavity with Spherical Aberration2023

    • 著者名/発表者名
      Sheng Quan、Wang Aihua、Geng Jingni、Fu Shijie、Ma Yuanyuan、Shi Wei、Yao Jianquan、Omatsu Takashige、Spence David
    • 雑誌名

      Laser and Photonics Reviews

      巻: 17 号: 8 ページ: 2300369-2300369

    • DOI

      10.1002/lpor.202300369

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] A new twist for materials science with helical light fields2023

    • 著者名/発表者名
      Takashige Omatsu
    • 学会等名
      10th International conference of nanomaterials and materials engineering (ICNME2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Revolution of Chiral Materials Science with Structured Light2023

    • 著者名/発表者名
      Takashige Omatsu
    • 学会等名
      PAP SEMINAR
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Laser nano/micro fabrication using structured light fields2023

    • 著者名/発表者名
      Takashige Omatsu
    • 学会等名
      Mini-Course on Light-Matter Interaction
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Creation of Chiral Structured Materials with Helical Light Fields2023

    • 著者名/発表者名
      Takashige Omatsu
    • 学会等名
      19th International Conference on Chiroptical Spectroscopy (CD2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exotic chiral structures with hybrid OAM modes2023

    • 著者名/発表者名
      Takashige Omatsu
    • 学会等名
      SPIE Optics + Photonics, Molecular and Nanophotonic Machines VI
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2023-04-13   更新日: 2025-06-20  

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