超流動ヘリウム中におけるナノ微粒子の光による作製と配列制御

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23340086
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 芦田 昌明 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60240818)
• 研究分担者: 蓑輪 陽介 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教 (50609691) ; 石原 一 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (60273611)
• 連携研究者: 飯田 琢也 大阪府立大学, 21 世紀科学研究機構, 特別講師 (10405350)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 量子ドット / ナノ材料 / 光ピンセット / 応用光学・量子光工学 / 光物性 / レーザーアブレーション / 超流動ヘリウム / 微小光共振器

研究概要

超流動ヘリウムという極低温かつ粘性が小さい特殊な媒質で満たされた環境下で、高強度レーザーを照射するレーザーアブレーションという手法を用いて、その結晶構造が異方的であるか否かによらず、様々な物質の真球形状を有する単結晶を作製することに成功した。また、その真球性に由来する高効率なレーザー発振を観測した。
さらに、上記の特殊な環境である超流動ヘリウム中において、レーザーをナノメートルサイズの微粒子に照射し、その際に生じる輻射力を用いて、微粒子のサイズすなわち（物質の色など光学特性を決定する）エネルギー準位を選別しながら輸送する手法、光マニピュレーションが、様々な物質に適用可能であることを明らかとした。

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication of single-crystalline microspheres with high sphericity from anisotropic materials (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Okamoto, K. Inaba, T. Iida, H. Ishihara, S. Ichikawa, and M. Ashida
  • 雑誌名: Sci. Rep 巻: 4 ページ: 5186
  • DOI: 10.1038/srep05186(2014)
• [雑誌論文] Optical Fabrication of Semiconductor Single-Crystalline Microspheres in Superfluid Helium (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Okamoto, S. Ichikawa, Y. Minowa and M. Ashida
  • 雑誌名: MRS Online Proceedings Library 巻: 1635巻 ページ: t01-03
  • DOI: 10.1557/opl.2014.100
  • 査読あり
• [雑誌論文] Permanent Fixing or Reversible Trapping and Release of DNA Micropatterns on a Gold Nanostructure Using Continuous-Wave or Femtosecond-Pulsed Near-Infrared Laser Light (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shoji, J. Saitoh, N. Kitamura, F. Nagasawa, K. Murakoshi, H. Yamauchi, S. Ito, H. Miyasaka, H. Ishihara, and Y. Tsuboi
  • 雑誌名: Journal of The American Chemical Society 巻: 135(17) ページ: 6643-6648
  • DOI: 10.1021/ja401657j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resonance optical manipulation of nano-objects based on nonlinear optical response (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kudo and H. Ishihara
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 15 ページ: 14595-14610
  • DOI: 10.1039/C3CP51969D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-color laser manipulation of single organic molecules based on nonlinear optical response (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kudo, and H. Ishihara
  • 雑誌名: The European Physical Journal B 巻: 86 ページ: 98(1-5)
  • DOI: 10.1140/epjb/e2013-30620-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proposed nonlinear resonance laser technique for manipulating nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kudo and H. Ishihara
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 109 ページ: 087402(1-5)
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.087402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metallic-nanostructure-enhanced optical trapping of flexible polymer chains in aqueous solution as revealed by confocal fluorescence microspectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Toshimitsu, Y. Matsumura, T. Shoji, N. Kitamura, M. Takase, K. Murakoshi, H. Yamauchi, S. Ito, H. Miyasaka, A. Nobuhiro, Y. Mizumoto, H. Ishihara, and Y. Tsuboi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 116, 27 ページ: 14610-14618
  • DOI: 10.1021/jp305247a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasmon-based optical trapping of polymer nano-spheres as explored by confocal fluorescence microspectroscopy : A possible mechanism of a resonant excitation effect (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Shoji1, Y. Mizumoto, H. Ishihara, N. Kitamura, M. Takase, K. Murakoshi and Y. Tsuboi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Volume51 ページ: 092001(1-9)
  • DOI: 10.1143/JJAP.51.092001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reversible Photoinduced Formation and Manipulation of a Two-Dimensional Closely Packed Assembly of Polystyrene Nanospheres on a Metallic Nanostructure (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Shoji, M. Shibata, N. Kitamura, F. Nagasawa, M. Takase, K. Murakoshi, A. Nobuhiro, Y. Mizumoto, H. Ishihara, and Y. Tsuboi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: Volume117 ページ: 2500-2506
  • DOI: 10.1021/jp306405j
  • 査読あり
• [雑誌論文] White-light lasing in ZnO microspheres fabricated by laser ablation (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Okamoto, Y. Minowa and M. Ashida
  • 雑誌名: SPIE Proceedings 巻: Volume8263 ページ: 82630K-1
  • DOI: 10.1117/12.907595
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of radiation force exerted on dye-doped molecules irradiated by resonant laser (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kudo and H. Ishihara
  • 雑誌名: physica status solidi (c) 巻: Vol8, Issue1 ページ: 66-69
  • DOI: 10.1002/pssc.201000680
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical study of nonlinear resonance radiation force exerted on nano-sized objects (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kudo and H. Ishihara
  • 雑誌名: SPIE Proceedings 巻: 8097 ページ: 80971A-1-80971A-9
  • DOI: 10.1117/12.892452
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of resonant radiation force exerted on single organic molecules near metallic nanogap (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Mizumoto and H. Ishihara
  • 雑誌名: SPIE Proceedings 巻: 8097 ページ: 80971C-1-80971C-7
  • DOI: 10.1117/12.893002
  • 査読あり
• [学会発表] Optical fabrication of single-crystalline microspheres with high sphericity (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Okamoto, Y. Minowa, and M. Ashida
  • 学会等名: 1st OPTICAL MANIPULATION CONFERENCE (OMC '14)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2014-04-24
• [学会発表] Optical manipulation of quantum dots in superfluid He (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Minowa, H. Tahara, and M. Ashida
  • 学会等名: 1st OPTICAL MANIPULATION CONFERENCE (OMC '14)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2014-04-23
• [学会発表] Resonant optical trapping utilizing nonlinear optical effects (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kudo and H. Ishihara
  • 学会等名: SPIE Optics + Photonics
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20130825-29
• [学会発表] Optical fabrication and manipulation of semiconductor nanoparticles in superfluid helium (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Minowa, Y. Nawaki, S. Okamoto and M. Ashida
  • 学会等名: SPIE Optics + Photonics
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20130825-29
• [学会発表] Optical Fabrication of Semiconductor Single-Crystalline Microspheres in Superfluid Helium (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Okamoto, S. Ichikawa, Y. Minowa and M. Ashida
  • 学会等名: 2013 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2013-12-02
• [学会発表] 半導体ナノ粒子の量子選択的光輸送 (2013)
  • 著者名/発表者名: 芦田昌明
  • 学会等名: 日本光学会年次学術講演会Optics & Photonics Japan 2013
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2013-11-13
• [学会発表] 半導体ナノ粒子の量子選択的光輸送 (2013)
  • 著者名/発表者名: 芦田昌明
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-25
• [学会発表] Plasmon-based optical trapping of soft matter nanoparticles (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsuboi, T. Shoji and H. Ishihara
  • 学会等名: SPIE Optics + Photonics
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2013-08-26
• [学会発表] 共鳴光で拓く光マニピュレーション (2013)
  • 著者名/発表者名: 石原一
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] 半導体ナノ粒子の選択的光輸送 (2013)
  • 著者名/発表者名: 芦田昌明
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] Optical Fabrication and Manipulation of Nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Ashida
  • 学会等名: Regional Annual Fundamental Science Symposium 2012 (RAFSS 2012)
  • 発表場所: Persada Johor International Convention Centre, Johor Bahru, Malaysia
  • 年月日: 2012-12-11
• [学会発表] New types of laser manipulation utilizing nonlinear optical response (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kudo and H. Ishihara
  • 学会等名: 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter Nanostructured and Molecular Materials (EXCON2012)
  • 発表場所: Groningen, The Netherlands
  • 年月日: 2012-07-06
• [学会発表] Low threshold lasing in a single ZnO microsphere in ultraviolet and the whole visible region, Nanostructured and Molecular Materials (EXCON 2012) (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Okamoto, Y. Minowa and M. Ashida
  • 学会等名: The 10th International Conference on Excitonic Processes in Condensed Matter
  • 発表場所: Groningen, The Netherlands
  • 年月日: 2012-07-05
• [学会発表] 超流動ヘリウム中でのレーザーアブレーションによるZnO 微小球の作製 -構造と光学特性- (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡本慎也, 市川聡, 蓑輪陽介, 芦田昌明
  • 学会等名: ナノ学会第10回大会
  • 発表場所: 大阪大学会館
  • 年月日: 2012-06-15
• [学会発表] Whie-light lasing in ZnO microspheres fabricated by laser ablation (2012)
  • 著者名/発表者名: 岡本慎也, 蓑輪陽介, 芦田昌明
  • 学会等名: Photonics West 2012
  • 発表場所: Moscone Center, San Francisco, California, USA
  • 年月日: 2012-01-22
• [学会発表] Theoretical studies of nonlinear resonance radiation force exerted on nano-sized objects (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kudo
  • 学会等名: SPIE Optics + Photonics 2011
  • 発表場所: California, USA
  • 年月日: 2011-08-24