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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Phase Transformation Science of Chiral Crystal Created by Pasteur Optical Tweezers

Research Project

Project/Area Number 20H02686
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

新家 寛正  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (40768983)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 後藤 和泰  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40821690)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
KeywordsOptical Chirality / キラル結晶化 / 近接場 / 表面プラズモン共鳴 / Mie共鳴
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、電磁場のカイラリティの尺度を表す保存量である「Optical Chirality」の勾配を起源とする光学力による鏡像体選択的な光学捕捉技術により、水溶液中の分子クラスターを鏡像体選択的に濃集し鏡像対称性の破れを伴う結晶核形成を人為的に誘起することで、本来熱力学的に等価な結晶鏡像異性体を熱力学的に区別し相転移を記述する上で基本的な量である化学ポテンシャルにカイラリティの概念を導入することを目的としている。これまでの研究で、金属ナノ構造体への光照射により励振する表面プラズモン共鳴の近接場を活用しOptical Chiralityの局所的な増強を得ることで、水溶液からの塩素酸ナトリウムキラル結晶化の核形成頻度おいて円偏光のみでは得られない大きな鏡像異性体過剰が見られる可能性を示し、近接場励振による局所的なOptical Chirality増強に伴い水溶液中の結晶クラスターに働く鏡像体選択的な光学力の、結晶核形成カイネティクスに及ぼす影響が大きな鏡像体過剰率の原因である可能性を示してきた。一方で、表面プラズモン近接場における電場増強が鏡像体選択性に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、当該年度では、金属ナノ構造体の表面プラズモン共鳴の近接場に比べて、電場増強を抑制しながらの大きな左右非対称性を示す光場の形成が期待される誘電体ナノ構造体のMie共鳴の近接場を活用するため、誘電体としてシリコン(Si)を用いたナノ構造体作製プロセスの構築に取り組んだ。その結果、およそ500nm四方の大きさの卍型の誘電体ナノ構造体の作製プロセスを構築した。今後、構築したプロセスを基に作製した誘電体ナノ構造体を用いて、鏡像対称性の破れを伴う結晶核形成の実験を行う。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

2021年度において研究代表者に2回の異動があり実験環境整備などに注力したため、研究計画よりも研究の進捗状況が遅れている、

Strategy for Future Research Activity

金属ナノ構造体の表面プラズモン共鳴を用いた結晶化実験における大きな鏡像体過剰率の発生のメカニズムの追及を行うとともに、誘電体ナノ構造体のMie共鳴を用いた結晶化実験を行う。

  • Research Products

    (10 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (7 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] 国立陽明交通大学(その他の国・地域(台湾))

    • Country Name
      その他の国・地域
    • Counterpart Institution
      国立陽明交通大学
  • [Journal Article] Heteroepitaxial fabrication of binary colloidal crystals by a balance of interparticle interaction and lattice spacing2022

    • Author(s)
      Jun Nozawa*, Satoshi Uda, Akiko Toyotama, Junpei Yamanaka, Hiromasa Niinomi, Junpei Okada
    • Journal Title

      The Journal of Colloid & Interface Science

      Volume: 608 Pages: 873-881

    • DOI

      10.1016/j.jcis.2021.10.041

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of chiral CO polyhedral crystals on icy interstellar grains2021

    • Author(s)
      Akira Kouchi*, Masashi Tsuge, Tetsuya Hama, Hiromasa Niinomi, Naoki Nakatani, Takashi Shimonishi, Yasuhiro Oba, Yuki Kimura, Sin-iti Sirono, Satoshi Okuzumi, Munetake Momose, Kenji Furuya, Naoki Watanabe
    • Journal Title

      Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

      Volume: 505 Pages: 1530-1542

    • DOI

      10.1093/mnras/stab1173

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高圧下で成長・融解する氷と水の界面に生成する低・高密度な水2022

    • Author(s)
      新家寛正, 香内晃, 羽馬哲也, 灘浩樹, 山崎智也, 木村勇気
    • Organizer
      結晶表面・界面での成長カイネティクスの 理論とその場観察
    • Invited
  • [Presentation] 非平衡氷/水界面に見出された低・高密度な未知の水2021

    • Author(s)
      新家寛正
    • Organizer
      2021年マテリアル・計測ハイブリッド研究センター(MMH)若手フォーラム
    • Invited
  • [Presentation] 高圧下で成長する氷Ih/水界面に生成する低密度な未知の水2021

    • Author(s)
      新家寛正, 香内晃, 羽馬哲也, 灘浩樹, 山崎智也, 木村勇気
    • Organizer
      第50回結晶成長国内会議
  • [Presentation] 環境セル透過型電子顕微鏡法とその応用2021

    • Author(s)
      山崎智也, 石塚紳之助, 新家寛正, 木村勇気
    • Organizer
      連携型博士研究人材総合育成システム次世代研究者シンポジウム2021
  • [Presentation] キラルプラズモン近接場を駆使したキラル結晶化制御2021

    • Author(s)
      新家寛正
    • Organizer
      日本物理学会2021年秋季大会
    • Invited
  • [Presentation] Control of particles by electric field and its applicability in LC-TEM for observing crystallization and dissolution processes2021

    • Author(s)
      山﨑 智也, 新家 寛正, 木村 勇気
    • Organizer
      地球惑星科学連合大会2021年大会
  • [Presentation] 水中の氷III結晶表面に見られた新しい水2021

    • Author(s)
      新家寛正, 山崎智也, 灘浩樹, 羽馬哲也, 香内晃, 岡田純平, 野澤純, 宇田聡, 木村勇気
    • Organizer
      地球惑星科学連合大会2021年大会

URL: 

Published: 2022-12-28  

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