プラズモニック・ナノ構造によるマイクロ物体の位置・姿勢制御

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本研究では，近年様々な手法で化学合成が可能となった金属・誘電体ナノ粒子・ロッド・ワイヤなどのナノ・マイクロ素材を，光放射圧を利用し、狙った位置に必要な姿勢で固定し，さらに自由にハンドリングする手法の実現を目指している．そのため貴金属のナノアンテナ構造間ギャップに光励起される局在表面プラズモン電場の勾配力を利用する，微小物質の位置・姿勢制御を行う光ハンドリング法をプラズモンクリッピング法として提案している．その原理の確認および捕捉力などの評価のために、まず，約400 nm径のドットを数十nmのギャップを介してアレイ化したアンテナ構造について、そのアレンジメントやギャップ間隔、金属厚などのパラメータについて，入射波長に対して有限差分時間領域(FDTD)法に基づく数値計算によりその電場励起条件の最適化を行った．さらに，設計した銀アンテナ構造を集束イオンビーム(FIB)加工法により実際に試作し，その構造により790 nm の近赤外ビーム (数百mW）による背面照射条件下で，数百nmの誘電体微小物体のクリッピング作用が実際に生じることを確認した．ここでは、ビームを殆ど収束することなく物体捕捉できることが確認できた。また、現在、構造の最小単位である金属ドットを円盤状にしたときにギャップ電場により誘起される特異な六重極子モードを用いたさらに強固な物体捕捉手法の開発を進めており、円盤アレイを放射状に配置した構造により入射ビームの直線偏光の回転に伴った物体の方位制御も可能であることを確認した。今後、より最適な共鳴条件の探索とその際に生じる捕捉力の評価などを行い、様々な形状の構造の試作により微小物体の自在なハンドリング手法の確立を目指していく。