Ultimate control of nano-localized plasmonic fields

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１）プラズモニック構造体の最適設計光から局在プラズモンへの運動量・スピン角運動量・軌道角運動量の転写・変換・保存等の特性を理論的に解析し、プラズモン場の振幅・位相・偏光の分布や共鳴スペクトルを自在に成形して光と物質の相互作用の極限制御を実現する金属ナノ構造体を設計した。また、我々がこれまで培ってきた解析法の知識・経験・ノウハウに基づいて電磁界シミュレーションアルゴリズムを高度化し、局在プラズモンの増強効果・共鳴特性・偏光特性・角運動量特性等と金属ナノ構造体の形状（サイズ・空間自由度・回転対称性等）の関係について詳細に解析して金属ナノ構造体の最適形状をデザインしている。２）最適ナノギャップ構造体による光トラッピングこれまでに金属ナノギャップ構造体の光局在場を用いてナノ粒子の光トラッピングや光反応プロセスの増強を実現してきたが、実験に用いた構造は金のボウタイ構造や四角平板二量体であり、プラズモン共鳴波長の同調のために構造サイズを200～300 nmより大きくできず、μmスポットのレーザー光とのカップリング効率は低かった。また、波長オーダーの周期構造(プラズモニック結晶)を利用してもナノギャップへの集光効率の向上は実現できていなかった。本年度は、ナノギャップ局在場の電場増強度を最大化する金属ナノ構造の形状デザインに挑戦し、ギャッププラズモンの特性評価と種々の応用技術に展開した。設計したナノギャップ構造の作製は、文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業の設備を利用し、我々の長年の経験と蓄積したノウハウで高度・高精度なナノ加工を行った。作製した構造を用いて、我々が既に開発した光圧ポテンシャル測定システムによりナノ粒子に作用する勾配力や散乱力を詳細に定量解析するとともに、これまで実現できていない10 nm以下の粒子の捕捉や単一分子トラッピングの実現に挑戦している。