Theoretical study of photoinduced force scanning microscopy for observation of excited states of single molecules

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本研究の解析手法では、分子内部の構造を分子の波動関数から取り込んでいるため、理論的には分子や分子内部に働く輻射力を解析することが可能である。前年度に完成させた電場応答解析の計算手法を用いて、本年度は単一のキラル分子に働く光圧について光と分子の微視的な相互作用の観点から解析した。光誘起力顕微鏡によるキラル分子の光学応答計測により得られた知見をもとに、単一のキラル分子内部に働く輻射力を解析した。分子のキラリティは、巨視的な観測から得られた変数を用いた現象論的な取り扱いをするのではなく、量子化学計算から得られた分子の内部分極の空間構造として応答電場解析に取り込むことで、局在プラズモン中のキラル分子の内部構造に起因する光学応答を解析することができるようになった。これにより、分子に働く光圧の分子配向依存性や回転トルクを評価することに成功した。キラルプラズモニックナノ構造体によって誘起されるsuperchiral fieldとの相互作用により、キラル分子のエナンチオマーには互いに反対方向のキラル勾配力が働く。本研究の定量的な解析により、単一分子レベルのエナンチオ選択的光トラッピングの可能性を示した。また、同様の解析手法により、光ピンセットと薄層クロマトグラフ(TLC)を組み合わせた新しい化学分析手法である「プラズモンTLC法」について、実験グループと協力し、光圧による波長依存性や試料の共鳴特性依存性について理論的に解析することで、その機能を実証した。