| 研究課題/領域番号 |
18K05053
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
押切 友也 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (60704567)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 光化学 / プラズモン / キラリティ / 近接場円偏光 |
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| 研究実績の概要 |
局在プラズモン共鳴を示す金ナノ構造に円偏光を照射すると、構造キラリティーを持たず遠方場では光学不活性である場合でも近接場では局所的にキラリティーが観測され、近接場円偏光が生じる。本研究の目的は、未解明であるプラズモンによる近接場キラリティー発現の起源を明らかにし、近接場円偏光を分子との光不斉反応場へ展開することである。そのために、プラズモンナノ構造の形状と近接場の分光特性の関係を系統的に明らかにし、近接場と分子が強く相互作用可能な系の構築を行う。平成30年度は、局所キラリティー発現メカニズムについての仮説を提唱し、その仮説を時間領域差分法による電磁シミュレーションと多光子光電子顕微鏡（MP-PEEM）による局所的な増強電場の観察の両面から検証することを目的して研究を行った。特に、金ナノ構造に円偏光を照射した際の局在表面プラズモン共鳴による増強電場の空間分布および近接場スペクトル特性、そこから求められる近接場の円二色性に着目して研究を行った。
近接場円二色性の発現機構がプラズモンモード間の干渉に由来すると考え、各モードの位相差が0となる波長でもっとも強い円二色性が得られるという仮説を立てた。その検証のため、様々なアスペクト比を有する金ナノ長方形を電子線リソグラフィ-リフトオフ法を用いて作製し、その近接場円二色性についてシミュレーションとMP-PEEMの双方を用いて系統的に検討したところ、すべての構造において仮説を支持する結果が得られた。
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| 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
平成30年度の当初目標は、構造作製と近接場円二色性スペクトルの測定と電磁界解析シミュレーションとの照合であったが、上述の通り本目標は十分に達成できた。加えて、本成果から得られたもっとも重要な示唆は、各プラズモンモードの共鳴波長における位相情報と、近接場スペクトルの形状から近接場円二色性スペクトルを予測可能であるということであり、このことから近接場におけるキラリティー発現の一般則解明に大きく近づいたと考えられる。これは研究開始当初には予測し得なかった、近接場キラリティーの本質に迫る極めて重要な成果である。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成31年度はより広い波長域で、高いSN比を持った近接場円二色性スペクトルを取得する。そのために、光電子顕微鏡に新たな光源、偏光板を導入する。また、長方形以外のナノ構造についても同様に近接場円二色性について検討し、実績項で述べた一般則が成り立つかどうか検証する。さらに、ラマン散乱計測などを通して、近接場円二色性が化合物に与える影響について検討する。これらを通して、不斉反応に最適と考えられるナノ構造とその配置を決定する。
令和2年度はアミノ酸誘導体を含むラセミ化合物をナノ構造上に配置し、特定の光学異性体の選択的分解を試みる。鏡像体過剰率を増幅するための自己触媒反応や種々の分析手段を駆使してアキラルなナノ構造上における不斉反応を証明する。
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