Studies of structure and optical properties for a single metallic nano-particle suspended by a contactless sample holder

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近年、金属ナノ粒子の特異な構造や光学特性が注目されており、その特性は結晶サイズ、装置や粒子同士の接触、粒子が分散された環境(溶媒)に強く影響されることが知られてきた。これまで金属ナノ粒子の研究は主にナノ粒子の集団に対して行われてきた。しかし、サイズや形状でその物性が変化してしまうナノ粒子の性質を解明するためには、ナノ粒子1粒に対する測定及び解析が必須である。しかし孤立した金属ナノ粒子1粒に対する測定では確立した試料保持法がないためにその研究は困難を極めている。本研究では、ラゲール・ガウスモード（LGモード）のレーザーを用いて金属ナノ粒子1粒を空気中に非接触でトラップし、放射光X線マイクロビームを照射することにより、金属ナノ粒子1粒のX線回折像を測定する。また、小型分光器を用いて金属ナノ粒子1粒の光学特性を同時に測定する。金属ナノ粒子1粒の接触効果・粒径・結晶構造と光学特性の関係を明らかにし、従来の多粒子に対する測定では得られなかった情報を得る。試料粒径が100nm程度の金属ナノ粒子1粒のX線回折実験は、世界的に見ても前例がない。本研究では、空気中においてLGモードのレーザー光を用いて金属ナノ粒子1粒のトラップを実現し、このトラップされた粒子に対するX線回折装置を開発している。金属ナノ粒子は断面の強度分布がドーナツ状のLGモードのレーザー光とプラグ用レーザー光で捕捉する。トラップ用のLGモードのレーザー光は、波長532nmのエルミート・ガウスモード（EGモード）のレーザーの出力をボーテックスレンズでモード変換して生成している。また、ファイバー入力式小型分光器を用いて、空気中に非接触でトラップされた金属ナノ粒子1粒の分光システムを開発した。