Development of Rapid Chiral Optical Near-Field Spectroscopy with Forbidden Light Detection

具有禁光检测功能的快速手性光学近场光谱学的发展

基本信息

批准号：
21K14594
负责人：
橋谷田俊
金额：
$ 3万
依托单位：
Chuo University (2022)Institute of Physical and Chemical Research (2021)
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

キラル（左右非対称）な金属ナノ構造の近傍に局在するキラルな特性を有する近接場光のスペクトル特性を明らかにできれば，キラル近接場光を用いた高感度なキラル分子分光法の開発が期待できる。本研究では，ナノ構造を担持する基板によって伝搬光に変換される近接場光（禁制光）を偏光解析・分光検出することで，キラル近接場光のスペクトルが迅速に得られる手法を開発することを目指している。本年度は、理論解析によってキラル近接場光の媒質による散逸に関する知見が得られた。具体的には、光のキラリティの度合いを表すパラメーターである電磁キラリティの保存則における電磁キラリティの散逸の式から、伝搬する円偏光および局在する円偏光（キラル近接場光）の散逸の理論式を導出することに成功した。理論式から伝搬する円偏光の散逸が媒質の複素屈折率の虚部（光吸収と関係）に依存することが明らかになった。これは、媒質による円偏光の吸収に起因する電磁キラリティの散逸であると解釈できる。一方、理論式からキラル近接場光の散逸は媒質の複素屈折率の実部（光散乱と関係）に依存するだけでなく、媒質の複素屈折率のノルムが真空と同じ1の場合には散逸が起こらないことが明らかになった。これは、媒質によるキラル近接場光の散乱（伝搬光への変換）に起因する電磁キラリティの散逸であると解釈できる。この成果から、本手法によってキラル近接場光のスペクトルが得られるという理論的な裏付けが得られた。

如果我们能够阐明具有手性（左右不对称）金属纳米结构附近的手性特征的近场光的光谱特征，我们就可以期望利用手性近场光开发高灵敏度的手性分子光谱。在这项研究中，我们将开发一种通过偏振分析和近场光（禁光）光谱检测快速获得手性近场光光谱的方法，近场光由支撑纳米结构的基板转换为传播光。为了今年，我们通过理论分析获得了关于手性近场光被介质耗散的知识。具体来说，根据电磁手性守恒定律中电磁手性耗散方程（表示光手性程度的参数），我们推导出传播圆偏振光和局域圆偏振光耗散的理论方程（手性近场光）成功推导。理论方程表明，传播的圆偏振光的耗散取决于介质的复折射率的虚部（与光吸收有关）。这可以解释为由于介质吸收圆偏振光而导致的电磁手性耗散。另一方面，从理论公式来看，手性近场光的耗散不仅取决于介质的复折射率的实部（与光散射有关），而且当复折射率的范数为介质的指数为 1，与真空中相同，很明显这不会发生。这可以解释为由于介质对手性近场光的散射（转换为传播光）而导致的电磁手性耗散。该结果为利用该方法获得手性近场光光谱提供了理论支持。