| 研究課題/領域番号 |
16K13647
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
笹木 敬司 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (00183822)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | キラリティー測定 / 分子センシング / 局在プラズモン |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、分子が他の分子の大きさや形などを識別して選択的に反応や結合する「分子認識」と同様に、ナノ成形光により単一分子・分子集合体の形状を識別するセンシングシステムの実現に挑戦し、 ナノキラル光の運動量・角運動量の転写によって発生する放射圧の場においてキラル分子・分子集合体を合成・形成することにより、光反応性の差異および放射圧の作用による選択的なナノ構造形成プロセスの実現を目指している。
本年度の研究では、昨年度に高度化したシミュレーション解析手法を用い、金ナノトライマー構造やテトラマー構造に円偏光を入射した際の局在場特性の解析を進め、ギャップ部に入射円偏光を集光するために最適な金属ナノブロックの形状やサイズ、配置、ナノギャップサイズの設計を行った。この知見を基に、所内の電子線描画装置とリフトオフ技術を用い、シミュレーション解析で設計した形状・サイズを持つ金ナノ構造体（ダイマー、トライマー構造）を作製するための作製条件探索を行った。その結果、水中で波長1064nmに共鳴を持つ金ナノダイマー構造や金ナノトライマー構造の作製に成功した。さらにこの試作した構造に円偏光場を入射させ、粒子サイズ数十nm程度の高分子微粒子の運動操作を試みた結果、円偏光照射によるプラズモントラッピングにより、100nm程度のナノ空間において粒子の回転運動を誘起する事に成功した。この成果は、金ナノ構造を用いて円偏光場がナノ空間（ギャップ領域）に集光され、光の運動量の転写により粒子の回転運動が誘起されたと理解できる。
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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
シミュレーション解析により、水中において波長1064nmに共鳴を持つ金ナノトライマー構造や金テトラマー構造の設計を行い、左右円偏光照射に対する局在場の様子や増強度の解析を進めた。また、この知見を基に電子線描画装置を用いたリソグラフィー技術により、実際に2次元ギャップ構造の作製に成功した。この試作構造を用い、研究室既存技術であるプラズモントラッピング装置を利用し、左右円偏光照射によるナノ粒子の光捕捉を試みたところ、構造を基点としてナノ粒子が回転する様子の確認にも成功した（国内・国際学会発表済み、論文準備中）。
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| 今後の研究の推進方策 |
試作した金ナノ構造に対し、コンピュータ制御空間位相変調器を用いて半導体レーザーのガウス光を光渦ビームにモード変換し、波長板で偏光を調整して金ナノ構造体に集光するシステムを構築する。本システムを用いて、キラル構造を持つ分子・分子集合体(エナンチオマー、液晶分子、DNA)の増強円二色性スペクトル測定、プラズモン共鳴スペクトル測定、および光渦の軌道角運動量の変換特性解析を行い、シミュレーション解析と比較・考察して、光分子認識センシングの性能について評価する。また、金属ナノ構造体のデザイン、光渦ビーム照射の条件の最適化を行い、単一分子・単一ナノ構造体レベルでのキラル認識センシングの検証を行うとともに、ナノキラル光の場においてキラル分子・分子集合体を合成・形成することにより、光反応性の差異および放射圧の作用による選択的な構造形成プロセスの実現に挑戦する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
散乱型近接場顕微鏡を用いた金ナノ構造の局在場評価により、高感度キラリティ分析の実現性について検討を行う予定であったが、平成29年7月にAFM部が故障・最終的に修復が不可能であると判断し、所内の光電子顕微鏡や散乱スペクトル測定装置、電子顕微鏡を用いた評価方法に切り替える事とした(平成29年11月)。このため、散乱型近接場顕微鏡に関連して計上していた経費が不要となった。さらに、その他の経費についても節減・効率化により未使用額が生じた。
次年度に繰り越した予算を、試作構造評価方法の切り替えに必要な消耗品類および所内装置使用料として利用する予定である。また、構造評価を行う金属ナノ構造体を作製するため、電子線描画装置を用いたリソグラフィーなどナノ微細加工装置の使用に集中的に予算を使用する計画である。
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