メタマテリアルによる生体分子の円偏光二色性の増強効果解明に関する研究

利用超材料阐明生物分子圆二色性增强效应的研究

基本信息

批准号：
17J04085
负责人：
小口研一
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、電気光学(electro-optic: EO)検出法を用いて、高分解能のテラヘルツ(THz)電場のベクトルイメージング系を構築し、メタマテリアル近傍の電場ベクトル分布を可視化し、最終的にメタマテリアルによる円偏光二色性信号の増強メカニズムを解明することを目的とする。そこで、本年度は、まずイメージング系の検証として、透明電極ITOが蒸着されたガラス板の裏面にて回折するTHz電場ベクトルのイメージング(可視化)を行った。本研究は研究室の後輩の鈴木氏と共同で進めた研究であり、特別研究員は主に測定手法・測定原理の考案、透明電極ITOの蒸着条件の最適化を主に行い、鈴木氏が主に測定と数値シミュレーションを行った。結果として、境界に対して平行な偏光成分よりも垂直な成分の方が非常に強く回折する様子が観察され、この回折現象はRayleigh-sommerfeldの回折理論から説明できることが分かった。また、電磁界シミュレーションソフト (CST studio)を用いた数値計算からも同様の偏光依存の回折結果が得られた。以上の結果から、構築したイメージング系によって、正確に電場ベクトル分布を可視化することに成功した、と言える。本研究の成果は、Appl. Phys. Express誌に受理され、既に論文として公開されている。メタマテリアル近傍の電場ベクトル分布の可視化、そしてメタマテリアルによる円偏光二色性信号の増強メカニズムを解明までは至らなかったが、上記の電場ベクトルイメージングの成果の他に、デュアルコムを用いた偏光計測、中赤外領域の電場ベクトル波形計測など、本研究に関連する実績も達成した(詳細は学会発表のリストを参照)。

在本研究中，我们利用电光（EO）检测构建高分辨率太赫兹（THz）电场矢量成像系统，可视化超材料附近的电场矢量分布，最终实现超材料可视化。目的是阐明材料增强圆二色性信号的机制。因此，今年，为了首先验证成像系统，我们对沉积有透明电极ITO的玻璃板背面衍射的太赫兹电场矢量进行成像（可视化）。这项研究是与实验室大三学生铃木先生共同开展的。特约研究员主要对透明电极ITO的测量方法和原理的设计、沉积条件的优化进行了测量和数值模拟。结果，观察到垂直于边界的偏振分量比平行于边界的偏振分量强烈得多，并且发现这种衍射现象可以用瑞利-索末菲衍射理论来解释。使用电磁场模拟软件（CST studio）进行数值计算也获得了类似的偏振相关衍射结果。从以上结果可以说，所构建的成像系统成功地实现了电场矢量分布的精确可视化。该研究结果已被 Appl Express 接受并已作为论文发表。虽然我们还无法可视化超材料附近的电场矢量分布，也无法阐明超材料对圆二色性信号的增强机制，但除了上述电场矢量成像的结果外，我们还利用超材料进行了偏振测量。我们还取得了与这项研究相关的成果，例如测量中红外区域的电场矢量波形（详细信息请参见会议演讲列表）。