Theoretical study of photoinduced force scanning microscopy for observation of excited states of single molecules

光诱导力扫描显微镜观察单分子激发态的理论研究

基本信息

批准号：
21K14554
负责人：
山根秀勝
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kitasato University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の解析手法では、分子内部の構造を分子の波動関数から取り込んでいるため、理論的には分子や分子内部に働く輻射力を解析することが可能である。前年度に完成させた電場応答解析の計算手法を用いて、本年度は単一のキラル分子に働く光圧について光と分子の微視的な相互作用の観点から解析した。光誘起力顕微鏡によるキラル分子の光学応答計測により得られた知見をもとに、単一のキラル分子内部に働く輻射力を解析した。分子のキラリティは、巨視的な観測から得られた変数を用いた現象論的な取り扱いをするのではなく、量子化学計算から得られた分子の内部分極の空間構造として応答電場解析に取り込むことで、局在プラズモン中のキラル分子の内部構造に起因する光学応答を解析することができるようになった。これにより、分子に働く光圧の分子配向依存性や回転トルクを評価することに成功した。キラルプラズモニックナノ構造体によって誘起されるsuperchiral fieldとの相互作用により、キラル分子のエナンチオマーには互いに反対方向のキラル勾配力が働く。本研究の定量的な解析により、単一分子レベルのエナンチオ選択的光トラッピングの可能性を示した。また、同様の解析手法により、光ピンセットと薄層クロマトグラフ(TLC)を組み合わせた新しい化学分析手法である「プラズモンTLC法」について、実験グループと協力し、光圧による波長依存性や試料の共鳴特性依存性について理論的に解析することで、その機能を実証した。

这项研究中使用的分析方法从分子的波函数中捕获了分子的内部结构，因此理论上可以分析分子以及作用在分子内部的辐射力。利用去年完成的电场响应分析的计算方法，今年我们从光与分子的微观相互作用的角度分析了作用于单个手性分子的光压力。基于使用光诱导力显微镜测量手性分子的光学响应获得的知识，我们分析了作用于单个手性分子内部的辐射力。分子的手性不是使用从宏观观察中获得的变量来进行现象学处理，而是将其作为从量子化学计算中获得的分子内部极化的空间结构纳入响应电场分析中，从而可以进行分析。局域等离子体激元中手性分子的内部结构引起的光学响应。结果，我们成功地评估了作用于分子的光学压力和旋转扭矩的分子取向依赖性。由于与手性等离子体纳米结构诱导的超手性场的相互作用，相反方向的手性梯度力作用于手性分子的对映体。本研究中的定量分析证明了在单分子水平上对映选择性光学捕获的可能性。此外，使用类似的分析方法，我们正在与一个实验小组合作开发“等离激元TLC方法”，这是一种结合了光镊和薄层色谱（TLC）的新化学分析方法，我们通过理论分析证明了其功能。特征依赖性。

项目成果

期刊论文数量（22）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Interplay between plasmonic resonance and microscopic nonlocality of nanomaterials

等离子体共振与纳米材料微观非定域性之间的相互作用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hajime Ishihara;Hidemasa Yamane;and Nobuhiko Yokoshi
通讯作者：
and Nobuhiko Yokoshi

キラルな金ナノ微粒子に働く光勾配力の評価

光学梯度力作用于手性金纳米粒子的评价

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
山西絢介;Ahn Hyo-Yong;山根秀勝;橋谷田俊;石原一;Nam Ki Tae;岡本裕巳
通讯作者：
岡本裕巳

Development of plasmonic thin-layer chromatography for size-selective and optical-property-dependent separation of quantum dots

DOI：
10.1038/s41427-022-00414-3
发表时间：
2022-07
期刊：
NPG Asia Materials
影响因子：
9.7
作者：
T. Torimoto;N. Yamaguchi;Yui Maeda;Kazutaka Akiyoshi;T. Kameyama;T. Nagai;T. Shoji;Hidemasa Yamane-Hidem
通讯作者：
T. Torimoto;N. Yamaguchi;Yui Maeda;Kazutaka Akiyoshi;T. Kameyama;T. Nagai;T. Shoji;Hidemasa Yamane-Hidem

Theory of Single Molecular Near Field Circular Dichroism by Photo-induce Force Microscopy

光诱导力显微镜单分子近场圆二色性理论