近接場光によるナノ粒子配列技術の開発

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本研究の目的は、容易な製造方法で超細密パターニングを行なうために、型から漏れ出す近接場光などの電場勾配を用いてポテンシャルウェルのパターンを作成し、それをテンプレートにして金属・ガラス・プラスチックなどのナノ粒子群を平面上に一括に配列させる方法を開発することである。申請者らは、波長441.6nmのレーザ光源(金門電気IK4131I-G HeCd 150mW TEM00)と光学部品(オリンパスIX-71・PlanApo100・FLOVEL HCC600)で粒子配列実験装置を作成した。その装置を用いて、純水溶液中に分散する直径200nmのポリスチレンナノ粒子(Polysciences, Inc. Fluoresbrite 17151)を単一粒子で捕捉できることを確認している。本年度は、同粒子配列実験装置で作成したピッチが約800nmの縦縞パターンをテンプレートとしてナノ粒子群を一括に配列させるための条件の検討と実験を行った。縦縞パターンがナノ粒子に及ぼす力は勾配力F_<grad>,散乱力F_<scat>,吸収力F_<abs>の合力とみなせるが、αをナノ粒子の半径とするとそれぞれの力がとり得る最大値の関係はF^<max>_<grad>/F^<max>_<scat>∝F^<max>_<abs>/F^<max>_<scat>∝α^<-3>となり、ポリスチレンナノ粒子においてはF_<grad>>>F_<scat>,F_<abs>と考えて良い。故に縦縞パターンが作るポテンシャルウェルの深さはI,α,ν,nをそれぞれ光強度,ナノ粒子の分極率,溶媒中の光速,溶媒の屈折率とするとU=I|α|/(2νn^2)となり、常温溶媒中でポリスチレンナノ粒子を捕捉するためにはk_b, Tをボルツマン定数,絶対温度とするとU>>k_bT≒3.77×10^<-21>Jを満たす必要がある。実験は出力約10mWのレーザ光を交差させて作成した縦縞パターンを常温純水溶媒中に分散する濃度2.5×10^<-9>%,2.5×10^<-8>%,2.5×10^<-7>%のポリスチレンナノ粒子群に入射して行った。このときポテンシャルウェルの深さはU≒1.98×10^<-16>Jであったが、ナノ粒子群の配列を確認することはできなかった。