2016 Fiscal Year Annual Research Report
光圧で拓く:多粒子相互作用の選択的制御による構造と現象の創造
| Project Area | Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces |
|---|
| Project/Area Number |
16H06507
|
|---|
| Research Institution | Chiba University |
|---|
Principal Investigator |
尾松 孝茂 千葉大学, 大学院融合科学研究科, 教授 (30241938)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坪井 泰之 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (00283698)
飯田 琢也 大阪府立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (10405350)
鳥本 司 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60271029)
杉山 輝樹 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 客員教授 (80397687)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
|
| Keywords | 光マニピュレーション / 特異点光学 / レーザーアブレーション / 光物性 / 光渦 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
「光圧で拓く」では、「多粒子相互作用の選択的制御による構造と現象の創造」の萌芽となる重要な成果を実証してきた。その成果に立脚して、光圧のみがなし得る独自技術を開拓することを目的としている。具体的には、「ナノ物質を選択的・局所的に極限まで拡散・濃縮できる究極的触媒システム」「結晶性・成長速度・多形を制御できる革新的アミノ酸・タンパク質結晶成長法」「高濃度なナノ物質(例えばDNA・量子ドット)の粒子間相互作用を光で操作して創る階層構造(選別・分離・固定・二次元パターニングなど)」に挑戦する。
本年度は、光圧によるNaClO3のキラル結晶化を実施した。NaClO3水溶液に銀ナノ微粒子を添加すると円偏光である捕捉光が誘起する銀ナノ微粒子のプラズモン共鳴によって局所加熱が起こる。この局所加熱が円偏光の向きに対応して対称性をわずかに破り、結晶のキラリティーに偏りが現れることがFDTD数値計算によって判明した。
また、円偏光光渦をグリシン水溶液中に集光して結晶化における光の角運動量の効果を検証した。その結果、スピン角運動量と軌道角運動量の相乗効果で結晶核形成速度や結晶化速度が大きく変化数ることが分かった。
さらに、アゾポリマー薄膜に円偏光を照射すると、円偏光の持つスピン角運動量がアゾポリマーの公転運動を促し、螺旋レリーフを創ることを発見した。これは光のスピン角運動量が物質の軌道角運動量へと変換したことを示す大きな発見である。このほか、共同研究のための連携体制の強化・設備の拡充を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
銀ナノ微粒子を添加したNaClO3水溶液におけるキラル結晶化の対称性の破れ、アゾポリマーの質量移動による光のスピン・軌道相互作用の可視化など、光圧に関わる新しい物理現象の発見があり、順調に研究が進んでいる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
[1]キラル触媒システム：貴金属八面体粒子コロイド結晶に光渦の軌道角運動量を作用させることで対称性をわずかに崩し、金属ナノギャップを創成する。偏光制御・軌道角運動量制御・波面制御によって金属ナノギャップの大きさ・方位・配置などを精緻に制御する。
[2]革新的アミノ酸・タンパク質結晶成長：アミノ酸・タンパク質の結晶核生成過程を制御する。また、偏光に加えて光渦の軌道角運動量を用いてマクロな分子間相互作用を制御する。その結果、核生成から結晶成長に至る分子プロセスを光圧によってナビゲートして、アミノ酸・タンパク質結晶の結晶性・成長速度・多形を制御できる結晶成長法の完成を目指す。
[3]ナノ物質階層構造創製：局在プラズモンを励起すると巨大な温度勾配が現れ、その結果としてミクロな空間に熱泳動力という斥力が生まれる。分子の大きさに依存する熱泳動力を活用すれば、大きさの異なるDNAやタンパク質が異なる位置に固定できる。温度勾配の空間的な制御・光パルス時間波形の最適化・より強い光圧を創る貴金属ナノ構造のデザインによってDNAをはじめ、あらゆるナノ物質を空間分離する。さらに液-液界面でできるヘテロ接合粒子の二次元構造創製とその秩序化へ発展させる。
|
