Development of light-driven nanomotor with the 3-degree of freedom and stability

开发具有三自由度且稳定的光驱动纳米电机

基本信息

批准号：
22K04975
负责人：
田中大輔
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Oita National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04975/
关键词：
ナノモータプラズモニクス光渦ベクトルビームコアシェル

项目摘要

申請時の研究目的は「3次元の自由度で回転する新しいプラズモニック光ナノモータ（LPRモータ）の技術開発と原理構築を行う」ことであり、初年度となる昨年度は実験と数値計算の双方からアプローチした。実験については、所望するサブシェル型のナノモータ粒子の作製手法を確立し、実際に金キャップとポリスチレンナノ粒子で構成されるモータ粒子をシリコン基板表面に作製し、その構造を走査型電子顕微鏡により評価した。粒子基板作製の条件出しを終え、凝集のほとんどない孤立ナノ粒子基板の作製に成功した。また、ナノメートルオーダーで集光レンズの位置制御可能なピエゾステージを組み込んだ顕微観察のための光学システムの設計・構築を開始した。更に、ナノ粒子モータの回転動作の顕微観察に向け、ナノモータ周辺に構築が必要なマイクロ構造の作製にも着手し、リソグラフィに必要なフォトマスクの設計・作成までを終えた。数値計算では、金属ナノキャップの被覆状態にナノモータの回転トルクが大きく影響しないことを突き止めた。この結果は、作製したナノモータ粒子個々の被覆状態に差異があっても、入射光の条件で所望する3次元軸に対する回転トルクが与えられることを示唆している。構造の最適化にはプラズモニック特性に優れた材料を選定するだけで良いことがわかった。上記の成果について国内学会1件、国際学会1件でそれぞれ発表した。また、成果の一部をまとめた学術論文を投稿した。

申请时的研究目的是“开发技术并构建以三维自由度旋转的新型等离子体光学纳米电机（LPR电机）的原理。”去年，第一年，我们我通过实验和数值计算进行了研究。在实验中，我们建立了一种生产所需亚壳型纳米电机颗粒的方法，并在硅基板表面实际制造了由金帽和聚苯乙烯纳米颗粒组成的电机颗粒，并使用扫描电子显微镜评估了它们的结构。在确定了颗粒基材的生产条件后，我们成功地生产了几乎没有聚集的孤立纳米颗粒基材。我们还开始设计和构建用于显微观察的光学系统，该系统包含一个压电平台，可以在纳米级控制聚焦透镜的位置。此外，为了微观观察纳米电机的旋转运动，我们已经开始制造纳米电机周围需要构建的微结构，并完成了光刻所需的光掩模的设计和制作。数值计算表明，纳米电机的旋转扭矩并没有显着影响金属纳米帽的涂层状态。这一结果表明，即使每个制造的纳米电机颗粒的涂层状态存在差异，也可以在入射光条件下提供绕所需三维轴的旋转扭矩。研究发现，优化结构只需要选择具有优异等离子体特性的材料。上述成果在1次国内会议和1次国际会议上发表。我们还提交了一篇学术论文，总结了我们的一些结果。