非平衡過程の光制御によるナノアセンブリングの理論

非平衡过程光学控制的纳米组装理论

• 批准号: 14J08760
• 负责人: 田村 守
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka Prefecture University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J08760/
• 关键词: 光マニピュレーション; ナノ構造体; 金属ナノ粒子; 自己組織化; シミュレーション; モンテカルロ法

流体力学的現象や自己組織化現象を光で制御し、その効果を融合したナノ粒子のボトムアップ技術である「非平衡ナノ光アセンブリング」の指導原理の開拓が本研究の目的である。具体的な系として、異種金属ナノ粒子を分散した有機溶媒が、気液界面で蒸発する際に生じるナノ粒子の自己組織化現象のシミュレーション手法を、二次元平面を格子状に区切るモデルの下で構築した。得られた結果は共同研究中の実験グループで得られた構造と整合性があり、異種金属ナノ粒子の単層のプラズモニックナノシートをデザインするための指導原理に繋がる。また、これまでに光照射下での配列構造の機能制御の原理開拓を行ってきており、軸対称ベクトルビーム照射下で、ロッド状銀ナノ粒子を照射光の特性を反映した構造へと基板上に選択的に集積できることを示してきた(大阪大学の実験グループとの共同研究)。加えて、集積構造の光特性を数値的に評価し、ナノギャップ近傍での電場増強効果や、集積に用いた光源と同じ波長の光を強く反射する可能性などを明らかにした。これらの成果は、SERS用の基板や、太陽光デバイス用の波長選択的な反射板としての応用可能性を期待できる。さらに縦偏光の光電場で配列した球状銀ナノ粒子では、特定の波長の光を粒子間のナノギャップに強く閉じ込め、線幅の細い長寿命の状態を励起できる可能性を示してきた。特に、同時に分散された分子の光学的禁制状態を直接励起する、反応制御の応用可能性を示唆してきた。最終年度には、混在する分子を具体的にモデル化し、銀ナノ粒子複合体のダークモードに由来する応答電場の位相勾配により、3次元的に任意の場所で分子禁制状態を励起できる可能性を直接示し、新たな光化学反応の可能性を見出した。これらの成果は、”Dynamically Controlled Nanogap-Photochemistry（動的制御されたナノギャップ光化学）”に関する新分野開拓に繋がるものと期待される。

The aim of this study is to explore the guiding principle of "non-equilibrium optical separation" for the phenomena of hydrodynamics and self-organization, optical control, and fusion of effects. Specific systems include: dispersion of heterogeneous metal particles in organic solvents, generation of self-organizing phenomena at liquid-gas interfaces, and construction of lattice-like regions at quadratic planes. The results show that the structure and integration of heterogeneous metal particles are the guiding principles of the joint research. The principle of functional control of the array structure under irradiation with light was developed. The axial symmetry of the array structure under irradiation with light reflected the characteristics of the array structure under irradiation with light.(Joint research of Osaka University) In addition, the optical characteristics of the accumulation structure are evaluated numerically, and the electric field intensity in the vicinity of the accumulation structure is increased. The possibility of strong reflection of light of the same wavelength in the accumulation structure is increased. The results are expected to include substrates for SERS, wavelength-selective reflectors for solar radiation, and the possibility of application. In addition, the polarization of the optical field is arranged in spherical silver particles, and the possibility of excitation between particles of light with specific wavelengths is shown. In particular, the optical inhibition state of dispersed molecules is directly excited, and the possibility of reverse inhibition is demonstrated. Finally, the possibility of excitation of molecular inhibition states at arbitrary sites in the form of phase matching of electric field and three-dimensional interaction of silver particle complexes was directly demonstrated and the possibility of new photochemical reactions was revealed. The results of this research are expected to be "Dynamically Controlled Nanogap-Photochemistry".

项目成果

金ナノ粒子複合体の自己組織的周期構造における光応答の理論解析

金纳米粒子复合材料自组织周期结构光响应的理论分析

• 发表时间: 2015
• 作者: 吉川貴康;内田多佳子;田村守;井村考平;飯田琢也
• 通讯作者: 飯田琢也

Nano optical assembling for the control of collective modes and novel highly-sensitive nano-hole array optical biosensor

用于控制集体模式的纳米光学组件和新型高灵敏度纳米孔阵列光学生物传感器

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Iida;M. Tamura;T. Yoshikawa;S. Tokonami
• 通讯作者: S. Tokonami

Theory of Highly Precise Separation of Plasmonic Nanoparticles by Modulated Light Standing Wave

调制光驻波高精度分离等离子体纳米粒子的理论

• 发表时间: 2014
• 作者: M. Tamura;T. Iida
• 通讯作者: T. Iida

Trapping Effetc by Extraordinary Transmitted Light Modulated by Random Plasmonic Structure

随机等离子体结构调制的非凡透射光的捕获效应

• 发表时间: 2014
• 期刊: Proceedings of the 25th Symposium of Association for Condensed Matter Photophysics Japan
• 作者: Takayasu Yoshikawa;Mamoru Tamura;Nguyen Duy Vy;Shiho Tokonami;Takuya Iida
• 通讯作者: Takuya Iida

Theoretical study of 3D nano optical assembling

3D纳米光学组装理论研究

• 发表时间: 2015
• 作者: T. Iida;M. Tamura
• 通讯作者: M. Tamura