2017 Fiscal Year Annual Research Report
Laser cooling of nanometer area using anti-Stokes fluorescence radiation
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16K13696
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
梶川 浩太郎 東京工業大学, 工学院, 教授 (10214305)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 近接場光学 / レーザー冷却 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は局所的なレーザー冷却法の確立である。これは、基礎科学への貢献だけでなく、高精度な合成化学や微細加工、光熱治療などの医療の分野への応用が期待できる。光で物質を加熱するのは容易であるが、冷却することは難しい。本研究では、励起光より高いエネルギーの蛍光が輻射される現象であるアンチストークス(AS)蛍光輻射を使ったレーザー冷却が、溶液系でも使えることを明らかにすることを目的とする。この冷却法は半導体や希少金属を含む固体結晶の報告例はいくつかあるが、色素分子における冷却は確立しておらず、さらに、ナノ領域を局所的に冷却する手段としては皆無である。
昨年度に引き続き、研究では、冷却手法にはアンチストークス(AS)蛍光輻射時による冷却を行う。AS蛍光は励起光より高いエネルギーの蛍光が輻射される現象であり、その輻射光のエネルギーには、励起光のエネルギーに加えて振動や回転等の熱エネルギーが取り込まれるため冷却が起こる。
溶媒をエタノールとしたローダミン101を用いて、アンチストークス蛍光による温度測定と局所冷却が起こる光学系を用いた。冷却および温度測定は、高屈折率ガラスを使ったプリズム底面での全反射減衰法を使うことにより、色素をプリズム底面から染みだしたエバネッセント光で励起するようにした。この方法には、浸みだし長（波長の半分程度）の範囲で全反射に起因する光電場の増強が起こっており、それを利用できることと、その範囲を対象として温度測定が可能であること、の２つの利点がある。その結果、 4 時間の励起光 の照射により 4.9°Cの温度低下を観測し、冷却を実現できた。また、簡単なモデルを用いた理論計算との比較を行ったが、実験を説明できるほどの一致をみなかった。この計算では熱拡散を考慮しておらずそれが原因であると考えられる。今後は、これを取り入れた計算を行うことが今後の課題である。
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