本研究では、レーザーにより局所的に加熱された水の温度勾配を利用して、微小物質の光トラップを行っています。水は、1.5と2、3マイクロメートル付近に大きな吸収係数を持ちますが、従来までの研究では、1.5マイクロメートルのレーザーが利用されてきました。本研究では、1.5マイクロメートルよりも格段に吸収係数が大きくなる2及び3マイクロメートルのレーザーを独自開発し実験を行っています。

成果：

2025年度
OHやCH基を励起することができる3μm帯の中赤外レーザー開発を昨年度とは別の方式で行った。現在もレーザー開発は継続中。

2024年度
OHやCH基を励起することができる3μm帯の中赤外レーザー開発を行った。現在も継続中。

2023年度
単一微粒子の解析手法を用いて、より系統的な依存性を調べることができた。また波長依存性の実験を行い、トラッピングされるダイナミクスを明らかにした。成果はOptics Expressに受理された。

2022年度
3μmのレーザーを用いた光熱トラップの実験を行った。3μm帯に水は最も大きな吸収ピークを持ち、その分子振動をレーザーで励起した実験である。レーザー開発から始めた。2021年度の2μmの成果よりも効率的な手法を示すことができた。

2021年度
2μmのレーザーを用いた光熱トラップの実験を行った。2μmのレーザーで水を直接加熱することが可能であり、従来よりも効率的な光熱トラップが可能となる。

本研究では、中赤外レーザーを用いた分子種選択的な次世代光マニピュレーションの実験を進めております。分子振動共鳴を利用することで、赤外スペクトルに応じた分子種の選別を目指しています。

成果：

2025年度
Reststrahlen 反射の影響により、シリカ微粒子に働く中赤外輻射力が増大することを見出した。これは中赤外輻射力が誘電関数の虚部だけでなく、実部にも依存することを実験的に見出した実験成果である。

2024年度
波長可変量子カスケードレーザーを用いて、各波数における微粒子の輸送速度が、微粒子の赤外吸収スペクトルの形状に一致することを示した。

2023年度
石英微結晶、シリカ微粒子、シリコーン樹脂微粒子、TPM、PMMA、ポリスチレン微粒子を吸光度に応じて、選別できることを示した。

2022年度
分子構造ごとに光選別可能な、中赤外輻射力クロマトグラフィー技術を提案した。シロキサン結合由来の微粒子を用いた実験を行い、物質の吸光度に応じて、光選別できることを示した。

2021年度
シリカの分子振動を励起することで、混合微粒子溶液中からシリカのみを選択的に光輸送することに成功した。

2020年度
準備段階として、中赤外分子振動共鳴効果が得られる実験手法を考え、実験装置等を準備した。

分子振動共鳴効果を利用した中赤外光ピンセットの実験を遂行する。赤外スペクトルの差異を利用し、選択的に物質を光捕捉、および操作することが目的である。

成果：

2025年度
中赤外集光ビームを用いたマイクロ微粒子の光トラップに成功した。光トラップ力の指標となるトラッピング弾性率がレーザー波長に依存することを明らかにした。来年度も継続して実験を行う。

2024年度
中赤外レーザーを用いた倒立顕微鏡を自作し、中赤外光ピンセットの実験を行った。レーザー加熱による熱の影響も混在するが、ある条件によってターゲット微粒子がレーザーの輻射力により集まる様子を観測した。

中赤外領域における局在電場を利用しナノ粒子安定的に光捕捉することが目的である。

成果：

2025年度
金属ナノ構造体の作製も開始した。概ねFDTDシミュレーションに似たナノ構造体を電子線描画装置等を用いて作製することができた。グラフェンのナノ構造体作製に関しては、クリーンルームにおいて作製を開始している。

2024年度
FDTDシミュレーションを用いて、ナノ粒子捕捉へ向けたグラフェンナノ構造体の設計を行った。