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東大と豊橋技術科学大、極短波長のそろった円偏光を簡便かつ高効率に発生させる手法を開発

発表日:2020年7月21日

格子状に並んだナノサイズの穴を持つ薄い膜が、らせんの光の波長を変える

~極短波長のそろった円偏光を簡単に作り出すことに成功~

1. 発表者:

小西 邦昭(東京大学大学院理学系研究科附属フォトンサイエンス研究機構 助教)

赤井 大輔(豊橋技術科学大学エレクトロニクス先端融合研究所 助教(研究当時))

三田 吉郎(東京大学大学院工学系研究科 電気系工学専攻 准教授)

石田 誠(豊橋技術科学大学 名誉教授)

湯本 潤司(東京大学大学院理学系研究科附属フォトンサイエンス研究機構 教授)

五神 真(東京大学大学院理学系研究科 教授(現総長))

2.発表のポイント:

◆波長200nm以下の短い波長(真空紫外)で、電場の波がらせんのように回転する光(円偏光)を、簡便かつ高効率に発生できる手法を開発した。

◆等しい間隔で並んだ正方形の格子の位置にナノサイズの穴を開けた薄い膜(フォトニック結晶ナノメンブレン)が、人が目で見える波長の円偏光を真空紫外領域の円偏光に波長変換する物質として有効であることを示した。

◆真空紫外領域の円偏光を簡便に発生させることが可能になり、生体分子のイメージングや、物質の電子スピン状態探索に役立つ分析技術への応用が期待される。

3.発表概要:

光は電場と磁場の変化を伝える波の性質を持っていて、電場や磁場の振動の仕方によっていくつもの種類があります。円偏光(注1)は、電場の波が光の進行方向に対してらせんのように回転するタイプの光であり、電場が右回転の場合(右回り円偏光)と左回転の場合(左回り円偏光)とでは物質の性質によっては光の吸収が異なることを利用して、生体分子の構造対掌性(キラリティー(注2))や、物質の磁性に関わる電子スピン(注3)の状態を知ることができます。特に真空紫外領域(注4)と呼ばれる200nm以下の短い波長を持った円偏光は、多くの生体分子の立体構造や物質の電子状態などを検出できる有用な光です。この光を、非常に短い発光時間を持つ超短パルス光(注5)として作り出し、かつ小さな点に集めることができれば、サブマイクロメートル領域で起こっている一瞬の現象を観測できる強力なツールとなりますが、これまではそのような光を簡便に発生させることは困難でした。

東京大学大学院理学系研究科の小西邦昭助教、五神真教授(現総長)らは、人が目で見える光として感じる波長の円偏光を、真空紫外領域の短い波長の円偏光に直接変換できる物質を探索し、等しい間隔で並んだ正方形の格子の位置にナノサイズの穴を開けた薄い膜が利用できることを初めて発見しました(図1)。波長が変換された真空紫外の円偏光は、十分な強度で分光などの用途に利用できることも分かりました。

このようなナノ構造を持つ薄膜はフォトニック結晶と呼ばれ、光の伝わり方を制御するための研究が行われてきました。正方形の格子状に穴の開いたフォトニック結晶を、真空紫外領域への変換に使うという新しい発想は、真空紫外の円偏光を簡単に作り出すことを可能とし、医学、生命科学、分子化学、磁性材料などの材料科学といったさまざまな分野において、機能性分子や機能材料を発見するのに役立つ分析技術につながることが期待されます。

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0538002_01.pdf

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