Colloidal crystal formation by employing optical vortex laser-induced forward transfer

本年度は粒形に分散を有する高密度金ナノ粒子分散インク(以下金ナノインク)への光渦レーザー誘起前方転写法の適用によって研究計画で掲げた課題の内、「(B)物性の選別」に取り組んだ。通常のガウシアンビームパルス、及び光渦パルスを金ナノインク薄膜(~40マイクロメートル)に照射することで射出した液体をガラス基板に転写し作成したドットを作成した。これらのドットにおいては計画書で期待したような粒径の空間的分離構造は得られなかったが、光渦を利用することで通常のLIFTと比較してドットの中央部において非常に密に金ナノ粒子が凝集され部分的に焼結されることが明らかとなった。この粒子の凝集にはこれまで考えていた光圧だけだはなく、レーザー照射時にインク液膜に誘起されるキャビテーションの収縮圧力が寄与していることを数値計算によって明らかにした。光渦の円環状強度分布を用いることでキャビテーションバブルが照射から3マイクロ秒以内というドナーの射出よりも非常に早い段階で行われるために、インク内部の粒子分布に干渉できることを実験と数値計算によって示した。当初期待していたような光渦レーザー誘起前方転写による金ナノ粒子の粒径のような細かい物性の選別は確認できなかったが、金ナノ粒子の最密充填という新たな現象が明らかになった。また、これまで定性的にしか述べてこなかった光渦の軌道角運動量がもたらす液体の自転による転写精度を定量的に示した。実際に通常のガウシアンビームを照射した場合と比べると位置ずれは半分以下に抑えられることを明らかにした。本研究成果に関しては、4件の国際学会において口頭発表を行っており、現在Nature Lightへの投稿に向けて現在論文を執筆中である。

本年度は粒形に分散を有する高密度金ナノ粒子分散インク(以下金ナノインク)への光渦レーザー誘起前方転写法の適用によって研究計画で掲げた課題の内、「(B)物性の選別」に取り組んだ。通常のガウシアンビームパルス、及び光渦パルスを金ナノインク薄膜(~40マイクロメートル)に照射することで射出した液体をガラス基板に転写し作成したドットを作成した。これらのドットにおいては計画書で期待したような粒径の空間的分離構造は得られなかったが、光渦を利用することで通常のLIFTと比較してドットの中央部において非常に密に金ナノ粒子が凝集され部分的に焼結されることが明らかとなった。この粒子の凝集にはこれまで考えていた光圧だけだはなく、レーザー照射時にインク液膜に誘起されるキャビテーションの収縮圧力が寄与していることを数値計算によって明らかにした。光渦の円環状強度分布を用いることでキャビテーションバブルが照射から3マイクロ秒以内というドナーの射出よりも非常に早い段階で行われるために、インク内部の粒子分布に干渉できることを実験と数値計算によって示した。当初期待していたような光渦レーザー誘起前方転写による金ナノ粒子の粒径のような細かい物性の選別は確認できなかったが、金ナノ粒子の最密充填という新たな現象が明らかになった。また、これまで定性的にしか述べてこなかった光渦の軌道角運動量がもたらす液体の自転による転写精度を定量的に示した。実際に通常のガウシアンビームを照射した場合と比べると位置ずれは半分以下に抑えられることを明らかにした。本研究成果に関しては、4件の国際学会において口頭発表を行っており、現在Nature Lightへの投稿に向けて現在論文を執筆中である。