光励起を利用した量子ドットに対する常温液体中で可能な新しい運動操作・選別法の開発

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我々は、数nmサイズの半導体微粒子である量子ドットの運動を、光励起と電場を組み合わせて操作する手法を確立し、その物理的メカニズムを明らかにすることを目的に研究を進めている。従来、このような中性ナノ粒子に対する運動操作は困難とされてきたが、本研究はこれを常温液体中において実現する他に類を見ない研究であり、量子ドットの選別や構造化などの重要な応用展開も期待される。本研究では、この量子ドットの運動が、均一電場と集光レーザーで操作できることを実証するとともに、その操作特性から力の発生機構の解明を試みるものである。特に、初年度である本年度は、試料溶液に均一電場を印加することができるフローチャンネルセルと、このセル中の量子ドットの密度分布をモニターするためのイメージング装置に構築に取り組んだ。それぞれについての進捗状況は以下の通りである。(1)セル内に印加する電場を3次元的に数値計算し、溶液のフローを確保しながら均一性の高い電場を印加できる電極配置を構築した。また、セル内の溶液の流速を低速域で精密に制御するため、シリンジポンプを利用したフローコントロールシステムも製作し、量子ドット溶液の導入・電場印加についての準備が整った。(2)量子ドット分布のイメージングには、N.A.= 0.4 の対物レンズを用いた蛍光顕微鏡を新たに構築した。実測した倍率は約21倍、分解能は0.7μmである。また、被写界深度を確認したところ、焦点から光軸上を10μm離れると3μm程度のボケが発生することも確認した。今後、これらのイメージング系の特性に基づいて、トラップ光や励起光に必要な特性の評価を進め、量子ドットのトラップに進む予定である。本研究2年目となる次年度は、今年度開発した装置を用いて、強電場中を低速で流れる量子ドットに対し、新たに集光ビームと励起光を導入し、焦点位置でのトラップを確認する計画である。