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。

这项研究旨在实现一种方法，在这种方法中，纳米薄膜材料（例如金属，介电纳米颗粒，杆，线和其他纳米麦克罗材料）最近通过各种方法成为可能的方法，它们在所需位置的所需位置固定，并使用多种方法更自由地处理。因此，我们提出了一种光学处理方法作为等离子体剪裁方法，该方法利用了贵金属的纳米坦纳结构之间的间隙中的局部表面等离子体电场的梯度力，并控制了微材料的位置和态度。为了确认原理并评估捕获能力，我们首先优化了天线结构的电场激发条件，在天线结构中，直径约400 nm的点通过几十nm的空白段来驱动，并使用数值数个数字构造的数值量构建量的数值范围来优化电场激励时间的排列，间隙间距，金属厚度等参数，以优化电场激发条件。此外，设计的银色天线结构实际上是使用聚焦离子束（FIB）处理方法制造的，并确认该结构实际上会在后辐照条件下以790 nm近额定梁（几百兆瓦）（几百兆瓦）剪断几百nm的介电微对象。在这里，可以确定可以捕获物体而无需融合光束。此外，我们目前正在使用由间隙电场引起的奇异六台甲基动物模式来开发一种更强的对象捕获方法，而当金属点（是结构的最小单元）变成磁盘形状时，我们已经将磁盘阵列排列的结构变成了磁盘形状，也可以使用径向排列的结构来控制物体的对象，以控制磁性极光线的旋转光。将来，我们将研究更最佳的共振条件，并评估此过程中发生的捕获力，并旨在通过创建各种形状结构的原型来建立微观对象的灵活处理方法。