2021 Fiscal Year Annual Research Report
表面分子吸着に応じてパッシブ制御可能なプラズモニックナノモーターの創出
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19H02533
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 嘉人 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (50533733)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光圧 / プラズモンセンサー / ナノモーター / 局在プラズモン共鳴 / 第二高調波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究で、金属ナノ構造表面近傍における誘電率変化に高感度に応答する自律制御型光圧ナノモーターを世界に先駆けて開発してきた。本年度は、金属ナノ構造表面近傍における分子のキラリティーに応じて運動を自律制御するナノモーターの実現に向けて、キラル光学応答の極めて大きいプラズモニックナノ構造を見出した。従来は、ナノ構造の幾何学的特徴に着目したアプローチによってキラル光学応答の増大が研究されてきたが、本研究ではナノロッド間のプラズモンカップリングに着目し、ロッド間の距離やねじれ角度によってキラル光学応答を制御・増大できることを明らかにした。さらに、シンプルな構造でありながらキラル光学応答の指標であるg値（最大2、自然界のキラル分子は10-3程度）が1を超えることを理論的実験的に証明した。さらに、自律制御光圧ナノモーターのセンサー感度を向上させるために、線形な散乱プロセスより誘電率変化を顕著に反映する非線形な散乱（第二高調波）制御を研究した。金属ナノ構造表面で生じる二次の非線形分極を入射光の２倍の周波数である局在プラズモンモードに結合させるという独自のアプローチによって、ナノ構造からの第二高調波の制御を行なった。対称性の高い十字形状のナノ構造を対象に２次の非線形分極が結合するプラズモンモードを多重極解析し、入射光にとって励起が禁制なダークモードに選択的に結合することを見出した。これにより、単一のナノ構造からラジアル偏光の第二高調波を発生できることを理論的実験的に明らかにした。さらに、V字とY字を組み合わせたナノ構造が、入射光の運動量ベクトルに直行する方向に高指向性の第二高調波を生み出せること見出した。こうした研究成果はAPL Photonics, ACS Photonics, Nanophotonicsといった一流の光科学雑誌から出版することができた。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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