プラズモニック・ナノ構造によるマイクロ物体の位置・姿勢制御

使用等离子体纳米结构控制微型物体的位置和姿态

基本信息

批准号：
26630031
负责人：
加藤純一
金额：
$ 2.41万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，近年様々な手法で化学合成が可能となった金属・誘電体ナノ粒子・ロッド・ワイヤなどのナノ・マイクロ素材を，光放射圧を利用し、狙った位置に必要な姿勢で固定し，さらに自由にハンドリングする手法の実現を目指している．そのため貴金属のナノアンテナ構造間ギャップに光励起される局在表面プラズモン電場の勾配力を利用する，微小物質の位置・姿勢制御を行う光ハンドリング法をプラズモンクリッピング法として提案している．その原理の確認および捕捉力などの評価のために、まず，約400 nm径のドットを数十nmのギャップを介してアレイ化したアンテナ構造について、そのアレンジメントやギャップ間隔、金属厚などのパラメータについて，入射波長に対して有限差分時間領域(FDTD)法に基づく数値計算によりその電場励起条件の最適化を行った．さらに，設計した銀アンテナ構造を集束イオンビーム(FIB)加工法により実際に試作し，その構造により790 nm の近赤外ビーム (数百mW）による背面照射条件下で，数百nmの誘電体微小物体のクリッピング作用が実際に生じることを確認した．ここでは、ビームを殆ど収束することなく物体捕捉できることが確認できた。また、現在、構造の最小単位である金属ドットを円盤状にしたときにギャップ電場により誘起される特異な六重極子モードを用いたさらに強固な物体捕捉手法の開発を進めており、円盤アレイを放射状に配置した構造により入射ビームの直線偏光の回転に伴った物体の方位制御も可能であることを確認した。今後、より最適な共鳴条件の探索とその際に生じる捕捉力の評価などを行い、様々な形状の構造の試作により微小物体の自在なハンドリング手法の確立を目指していく。

在这项研究中，我们利用光辐射压力将近年来通过各种方法化学合成的纳米和微米材料（例如金属和介电纳米粒子、棒和线）固定在所需的位置和所需的姿势。我们的目标是实现一种允许更灵活处理的方法。因此，我们提出了一种称为等离子体剪切法的光学处理方法，利用在贵金属纳米天线结构之间的间隙中光学激发的局域表面等离子体电场的梯度力来控制微观材料的位置和方向。为了确认原理并评估捕获能力等，我们首先研究了直径约为400 nm的点以数十纳米的间隙排列的天线结构，并检查了排列、间隙等参数。间距和金属厚度，基于入射波长的有限差分时域（FDTD）方法通过数值计算优化了电场激发条件。此外，所设计的银天线结构实际上是使用聚焦离子束（FIB）加工方法进行原型设计的，该结构能够在790 nm近红外光束的背照条件下产生数百纳米的介电材料（几个一百毫瓦）。我们证实了微小物体的剪切效应确实发生了。在此，确认了可以在几乎没有光束会聚的情况下捕获物体。此外，我们目前正在开发一种更鲁棒的物体捕获方法，使用当金属点（最小的结构单元）形状像盘时由间隙电场感应的独特六极模式，我们确认也可以控制。通过使用径向排列的结构旋转入射光束的线偏振光来确定物体的方向。未来，我们将寻找更优化的共振条件并评估此时产生的捕获力，旨在通过制作各种形状的结构原型来建立针对微小物体的灵活处理方法。