Creation of chiral reaction field using nanostructure

利用纳米结构创建手性反应场

基本信息

批准号：
22K19003
负责人：
押切友也
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、円偏光をその近傍を閉じ込めて変調可能なプラズモンナノ構造を設計し、その近接場の性質を物質との光化学的相互作用を解明して新奇な光化学反応場を創製することを目的とする。2022年度は、キラリティを有する近接場の設計のためのシミュレーション環境の整備を行った。それをもとに、金属ナノ構造の偏光特性を計算した。その結果、アキラルな金ナノ構造に円偏光を照射した際の近接場はキラルな特性を示すことを明らかにした。また、プラズモンナノ構造と、平板型の薄膜光共振器との強結合状態が近接場特性に及ぼす影響についても検討した。これらの計算結果をもとに、電子線リソグラフィを用いた微細加工によって金属ナノ構造の試作を行った。さらに、近接場光と分子との相互作用を評価する基準として、プラズモン構造に不斉分子を吸着させ、反射光学系での円二色スペクトルを評価した。その結果、吸着分子のキラリティの向きに応じた円二色性が観測された。2023年度は設計した構造を基に微細加工技術を用いてナノ構造を作製し、分子共存下で光照射を行い、その光化学的相互作用について評価する。反応に用いる分子としては可視光にて光異性可能な分子を用い、高感度分光や液体クロマトグラフを用いて光反応性を評価する。また、近接場顕微鏡や光電子顕微鏡を用いて近接場の光学的評価を行う。特に、多光子励起光電子顕微鏡では、高い空間分解能とエネルギー分解能で近接場計測が可能なため、シミュレーションと併せて近接場の偏光特性を定量的に評価する。

这项研究旨在设计等离子体纳米结构，以通过限制其附近来调节圆形光线，并用物质阐明其近场的性质，以创建新的光化学反应场。在2022财年，我们开发了一个模拟环境，用于设计手性的近场。基于此，计算了金属纳米结构的极化特性。结果，据揭示了近极化光纳米结构上用圆极化的光照射时的近场表现出手性特性。我们还研究了等离子体纳米结构和扁平型薄膜光学谐振器对近场特征之间强耦合状态的影响。基于这些计算结果，我们使用电子束光刻进行了微结构的金属纳米结构原型。此外，作为评估近场光和分子之间相互作用的标准，在反射光学系统中评估了不对称分子在等离子结构上吸附的不对称分子，并评估了圆形的双向光谱。结果，根据吸附分子的手性方向观察到圆二色性。在2023财年，将使用基于其设计的结构的微生物技术制造纳米结构，并在存在分子的情况下照射光，并评估其光化学相互作用。反应中使用的分子是能够在可见光下进行光异构化的分子，并使用高灵敏度光谱或液相色谱法评估光反应性。此外，近场显微镜和光电子显微镜用于对近场光学系统进行光学评估。特别是，在多光子泵送光电子显微镜中，可以通过高空间和能量分辨率进行近场测量，因此近场极化特性与模拟结合进行了定量评估。