電子系を閉じ込めたナノ構造物質と共鳴光の力学的相互作用の理論

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近年、ナノサイエンス・ナノテクノロジーにおいてナノ物質の空間的配置や運動を高精度に制御することは重要な課題とされている。研究代表者らは、微視的(量子力学的)光学応答理論に基づき、電子的共鳴光をナノ物質に照射した場合にナノ物質が受ける輻射力の性質についての研究を行いナノ物質の光操作の可能性を探ってきた。本年度は、(1)前年度に独自に開発した数値計算技法を用いて2つのナノ物質が共鳴光照射条件下で受ける力についての詳細な研究(2)前年度に導出に成功した解析的表式の応用による複数のナノ物質が共鳴光から受ける輻射力の解析的表式の導出を行った。(1)の作業によって、ナノ物質内のポラリトン(電子系が光と結合した状態)が別のナノ物質中のポラリトンと光を介して結合し水素分子の量子力学的状態と似たポラリトニック分子と呼ばれる状態を形成し、この状態の結合・反結合状態を光励起することで引力・斥力が生じることが明らかになった。また、(2)の作業によって、(1)の数値計算手法では困難であった、さらに多数のナノ物質が存在する場合やさらに広い範囲に渡って任意の配置でナノ物質が分布する場合も取り扱える手法の開発に成功した。現在、この新手法を用いた研究の第1歩として、ナノ物質の配置によって変化するポラリトニック分子の性質と輻射力の関係を探っている。その結果、(1)で扱っていたような対称な配置の場合には光励起できなかった光学的に禁制な状態でも配置によっては励起可能となり、条件によっては1つのナノ物質が受ける輻射力の数百倍もの引力・斥力が生じることが明らかになった。また、ナノ物質間の距離が光の波長と同程度離れている場合でも、条件によっては運動を制御するのに十分な力が生じることも明らかにした。(日本物理学会第60回年次大会、EQEC2005にて発表予定)。