フォトクロミズムとナノ光学の融合による階層的光相関の自発的形成の基礎と応用

光で色が変わるフォトクロミズムと、ナノスケールでの光伝達を合わせたナノフォトクロミズムは、ミクロの光伝達構造を形成するのみならず、マクロに有用な機能へ展開する発展性を有する。本研究では、フォトクロミック微結晶を動的光記憶の基本単位と位置づけ、その微結晶を二次元配列した構造（以下、微結晶アレイ、と呼ぶ）を導入し、構造の複数点間の光記憶経路を介した光相関を独自の多点ナノ光計測を駆使してミクロ計測する。さらに、同構造の複数スケールを接続した構造（階層構造）を形成しマクロ計測を行い、ミクロ－マクロ光相関の形成・解明を達成し、フォトクロミズムとナノ光学の融合新領域を切り拓く。今年度は以下の３点について研究を推進した。（１）フォトクロミズムを電子特性変化として二次元的に高速計測する手法を開拓した。これにより、光異性化経路の形成過程を詳細に計測することが可能となった。また、蛍光を発するフォトクロミック試料における光異性化経路の観測を行い、ナノ蛍光発光の階層性を用いて、経路の内部構造を可視化することに成功した。この計測結果は微結晶アレイにおける階層的光伝達の基本原理を実証する成果である。（２）マクロ同時計測に向けて、上部開放型の走査型プローブ顕微鏡系を立ち上げた。また、ミクロ光異性化をマクロ計測することを見据え、金ナノロッドを介した光異性化とそのマクロ計測を行い、光異性化レートの空間分布の計測に成功した。これは、ナノ光異性化が生む機械的歪みをマクロに計測する新規手法につながる成果である。（３）ナノフォトクロミズムが生む光相関の階層性を近接場光学の基礎理論により表現し、上記階層的計測からフォトクロミズム内部構造を逆演算する方法を確立した。また、微結晶アレイ構造における異方的光伝達設計の基礎となる、フォトクロミズムの不連続な機械的変調を数学的に表す理論研究を行った。

光で色が変わるフォトクロミズムと、ナノスケールでの光伝達を合わせたナノフォトクロミズムは、ミクロの光伝達構造を形成するのみならず、マクロに有用な機能へ展開する発展性を有する。本研究では、フォトクロミック微結晶を動的光記憶の基本単位と位置づけ、その微結晶を二次元配列した構造（以下、微結晶アレイ、と呼ぶ）を導入し、構造の複数点間の光記憶経路を介した光相関を独自の多点ナノ光計測を駆使してミクロ計測する。さらに、同構造の複数スケールを接続した構造（階層構造）を形成しマクロ計測を行い、ミクロ－マクロ光相関の形成・解明を達成し、フォトクロミズムとナノ光学の融合新領域を切り拓く。今年度は以下の３点について研究を推進した。（１）フォトクロミズムを電子特性変化として二次元的に高速計測する手法を開拓した。これにより、光異性化経路の形成過程を詳細に計測することが可能となった。また、蛍光を発するフォトクロミック試料における光異性化経路の観測を行い、ナノ蛍光発光の階層性を用いて、経路の内部構造を可視化することに成功した。この計測結果は微結晶アレイにおける階層的光伝達の基本原理を実証する成果である。（２）マクロ同時計測に向けて、上部開放型の走査型プローブ顕微鏡系を立ち上げた。また、ミクロ光異性化をマクロ計測することを見据え、金ナノロッドを介した光異性化とそのマクロ計測を行い、光異性化レートの空間分布の計測に成功した。これは、ナノ光異性化が生む機械的歪みをマクロに計測する新規手法につながる成果である。（３）ナノフォトクロミズムが生む光相関の階層性を近接場光学の基礎理論により表現し、上記階層的計測からフォトクロミズム内部構造を逆演算する方法を確立した。また、微結晶アレイ構造における異方的光伝達設計の基礎となる、フォトクロミズムの不連続な機械的変調を数学的に表す理論研究を行った。