| 研究課題/領域番号 |
24K01377
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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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30020:光工学および光量子科学関連
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| 研究機関 | 東京科学大学 |
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研究代表者 |
森竹 勇斗 東京科学大学, 理学院, 助教 (50783049)
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| 研究分担者 |
川崎 大輝 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 基礎科学特別研究員 (50986750)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2026年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2025年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
2024年度: 8,190千円 (直接経費: 6,300千円、間接経費: 1,890千円)
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| キーワード | 非エルミート系 / プラズモニクス / バイオセンサ / メタサーフェス / メタマテリアル / ナノフォトニクス / センサ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、非エルミートPT対称系で発現する例外点と呼ばれる特異点に着目し、それを用いて実現される高感度プラズモニックセンサの実証する。これにより、従来と異なる単一波長・偏光状態測定によるセンシングが実現される。さらに、微少分析物に対する高感度性を活かすことで、生体物質と金属構造間で起こる量子効果の観測を行い、バイオ/金属界面における量子効果のダイナミクスの解明を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、非エルミートプラズモニック構造からなる新しい原理のバイオセンサを開発する。本センサは、例外点と呼ばれる非エルミート系特有の特異点を用いることで、高感度性を実現する。本研究では、それを生体試料に適用することで、量子生物学的な信号の取得を目指す。
本年度は、主に、センサの設計・試作・評価を行った。センサの設計では、有限要素法シミュレーションを用いて、系の入射偏光に対する応答を調査した。その結果、透過行列が例外点を持つ条件を、実際に作製可能な構造パラメータ範囲内において、導き出した。その設計に基づいて、試料の作製を行った。作製では、電子線描画等の微細加工装置を用いて、ナノメートルスケールの構造寸法をもつ金属ナノ構造を作製した。その資料に対して、顕微スペクトル測定による評価を行った。その結果、系の非エルミート性に起因する、非対称な円偏光応答を観測した。一方で、狙った例外点の条件にはなっておらず、さらなる試作が必要である。
本系の異なる応用先として、本系の円偏光応答を動的にスイッチングするための手法について検討した。解析式を用いた調査により、従来の直観とは異なる方法で、系のカイラル応答の左右をスイッチングできることがわかった。具体的には、もともと放射損失の大きいほうの共振器に、さらに材料損失を加えることにより、カイラリティのスイッチングが生じる。この原理を用いて、現実の相変化材料によって、カイラリティ反転できる構造を、シミュレーションにより見つけた。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、提案するセンサの試作と評価まで終えた。初年度に、設計と試作評価の重要なプロセスを1巡することができ、当初計画と比しておおむね順調に進んでいると考える。また、当初計画にはなかった、別方向の応用についても検討を進めることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、初年度に確立した施策と評価のプロセスを繰り返すことで、より例外点に近い条件の試料の作製を目指す。その後、センサ動作の原理実証を行う。そのための準備は、試作と並行して行う。センサ動作の実証後は、本研究の主題である、量子生物学的な信号の取得を目指し、生体試料の選定や、測定方法の精査を行っていく。
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