(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が光照射によって光誘起分極が生じるポルフィリン分子である第１および第２のナノ物質と、前記第１および第２のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有し、当該伸縮に応じて前記第１のナノ物質から前記第２のナノ物質へと前記光照射によるエネルギーを伝達する有機分子である接合ナノ物質とを含むナノ構造体を準備するステップと、
前記第１のナノ物質に光を照射するステップと、
赤外線、ミリ波、サブミリ波および音波のうちの少なくとも１つであって、前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数に等しい周波数を有する振動外場によって、前記接合ナノ物質の所定の振動モードを励振するステップと、
前記振動外場の強度を制御することにより、前記第１のナノ物質から前記第２のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を制御するステップとを備える、ナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法。
【請求項２】
前記制御するステップは、
前記第２のナノ物質に伝達された光の強度および周波数に基づいて、前記振動外場の強度を変化させるステップを含む、請求項１に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法。
【請求項３】
前記第１のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定され、
前記光は、前記基板の表面の近傍に生じたエバネッセント光である、請求項１に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法。
【請求項４】
前記振動外場は、テラヘルツ波である、請求項１に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法。
【請求項５】
各々が光照射によって光誘起分極が生じるポルフィリン分子である第１および第２のナノ物質と、前記第１および第２のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有し、当該伸縮に応じて前記第１のナノ物質から前記第２のナノ物質へと前記光照射によるエネルギーを伝達する有機分子である接合ナノ物質とを含むナノ構造体に含まれる、前記第１のナノ物質に、光を照射する光源と、
前記接合ナノ物質の所定の振動モードを励振するための振動外場を発生させる振動外場発生部と、
前記振動外場の強度を制御することにより、前記第１のナノ物質から前記第２のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を制御する制御部とを備え、
前記振動外場は、赤外線、ミリ波、サブミリ波および音波のうちの少なくとも１つであって、前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数に等しい周波数を有する、ナノ物質間の光エネルギー伝達制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２のナノ物質に伝達された光の強度および周波数に基づいて、前記振動外場の強度を変化させる、請求項５に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御装置。
【請求項７】
前記第１のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定され、
前記光源は、エバネッセント光を前記基板の表面の近傍に生じさせる、請求項５に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御装置。
【請求項８】
前記振動外場は、テラヘルツ波である、請求項５に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御装置。
【請求項９】
各々が光照射によって光誘起分極が生じるポルフィリン分子である第１および第２のナノ物質と、前記第１および第２のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有し、当該伸縮に応じて前記第１のナノ物質から前記第２のナノ物質へと前記光照射によるエネルギーを伝達する有機分子である接合ナノ物質とを含むナノ構造体における前記接合ナノ物質の振動モデルの初期条件を設定するステップと、
前記接合ナノ物質の所定の振動モードが振動外場によって励振された状態に対応する、前記接合ナノ物質の振幅と前記第１および第２のナノ物質間の相対距離との間の関係を表す関数を用い、前記振幅を前記初期条件から変更することによって前記相対距離をコンピュータ上で算出するステップと、
前記第１のナノ物質に光が照射されたことによって生じる前記第２のナノ物質の分極を算出するステップと、
前記分極に基づいて、前記第１のナノ物質から前記第２のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を評価するステップとを備え、
前記振動外場は、赤外線、ミリ波、サブミリ波および音波のうちの少なくとも１つであって、前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数に等しい周波数を有する、ナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。
【請求項１０】
前記評価するステップは、
前記分極の絶対値の時間平均の極大値に基づいて、前記伝達効率を評価するステップを含む、請求項９に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。
【請求項１１】
前記評価するステップは、
前記極大値に対応する光周波数と前記振幅との間の相関関係を決定するステップを含む、請求項１０に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。
【請求項１２】
量子化学計算によって、前記所定の振動モードに対応する前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数を算出するステップをさらに備える、請求項９に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。
【請求項１３】
前記第１のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定され、
前記第１のナノ物質に照射される光は、前記基板の表面の近傍に生じたエバネッセント光である、請求項９に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。
【請求項１４】
前記振動外場は、テラヘルツ波である、請求項９に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。
【請求項１５】
各々が光照射によって光誘起分極が生じるポルフィリン分子である第１および第２のナノ物質と、前記第１および第２のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有し、当該伸縮に応じて前記第１のナノ物質から前記第２のナノ物質へと前記光照射によるエネルギーを伝達する有機分子である接合ナノ物質とを含むナノ構造体における前記接合ナノ物質の振動モデルの初期条件を設定する初期条件設定部と、
前記接合ナノ物質の所定の振動モードが振動外場によって励振された状態に対応する、前記接合ナノ物質の振幅と前記第１および第２のナノ物質間の相対距離との間の関係を表す関数を用い、前記振幅を前記初期条件から変更することによって前記相対距離を算出する模擬部と、
前記第１のナノ物質に光が照射されたことによって生じる前記第２のナノ物質の分極を算出する分極算出部と、
前記分極に基づいて、前記第１のナノ物質から前記第２のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を評価する評価部とを備え、
前記振動外場は、赤外線、ミリ波、サブミリ波および音波のうちの少なくとも１つであって、前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数に等しい周波数を有する、ナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。
【請求項１６】
前記評価部は、前記分極の絶対値の時間平均の極大値に基づいて、前記伝達効率を評価する、請求項１５に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。
【請求項１７】
前記評価部は、前記極大値に対応する光周波数と前記振幅との間の相関関係を決定する、請求項１６に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。
【請求項１８】
量子化学計算によって、前記所定の振動モードに対応する前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数を算出する共振周波数解析部をさらに備える、請求項１５に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。
【請求項１９】
前記第１のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定され、
前記第１のナノ物質に照射される光は、前記基板の表面の近傍に生じたエバネッセント光である、請求項１５に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。
【請求項２０】
前記振動外場は、テラヘルツ波である、請求項１５に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ物質間の光エネルギーの伝達制御方法および装置、ならびにナノ物質間の光エネルギーの伝達効率の評価方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つのナノ物質が光の波長以下のスケールまで近接した系に光が照射された場合、それらのナノ物質の各々に、その光による分極が生じる。光誘起分極した２つのナノ物質間の相互作用によって、当該物質間に引力あるいは斥力が生じる。具体的には、光の電場の振動方向、すなわち偏光の方向が２つの物質の配列方向に平行である場合、２つの物質間に引力が働く。一方、偏光の方向が２つの物質の配列方向と垂直である場合には、２つの物質間に斥力が働く。これが物質間光誘起力の基本的なメカニズムである。
【０００３】
このようなメカニズムを用いたナノ物質の操作方法が、たとえば特表２００６−０２７８６３号公報（特許文献１）に開示される。特許文献１によれば、複数のナノ物質からなるナノ物質集団に、当該ナノ物質の電子的励起準位に共鳴する光が照射される。上記方法によれば、その光の偏光方向を変化させることによってナノ物質間に作用する引力または斥力が、ナノ物質の操作に利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００６−０２７８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、環境およびエネルギー問題についての意識が高まることにより、光エネルギー変換に関する研究開発が盛んに行なわれている。たとえば太陽光電池に関しては、光エネルギーから電気エネルギーへの変化効率を高めるための研究開発、あるいは太陽光電池の素材に関する研究開発が盛んに行なわれている。
【０００６】
一方では、高いエネルギー変換効率が得られる原理を解明するための試みもなされている。たとえば、光合成に関する機構といった、生態系における光電変換系の機構を解明するための取り組みがなされている。別の例では、光捕集機能を有するデンドリマー（たとえばポルフィリンデンドリマー）におけるエネルギーの移動に関して数多くの研究がなされている。
【０００７】
上記デンドリマーでは、光捕集アンテナ（側鎖）からコアに高い効率（たとえば７０〜８０％の量子効率）でエネルギーを伝達することが可能である。このようなエネルギー伝達に関して、たとえば以下のようなモデルが提案されている。すなわち、光励起によってデンドリマーの最外殻に励起子が形成される。この励起子が分子振動（フォノン）の補助を受けることによって、エネルギーがデンドリマーの最外殻からデンドリマーのコア部に効率よく輸送される。
【０００８】
上記特許文献１は、ナノ物質を光によって操作する技術を開示するものの、ナノ物質間における光エネルギーの伝達効率について開示していない。したがって特許文献１は、ナノ物質間における光エネルギーの伝達を制御するための技術を開示していない。
【０００９】
本発明の目的は、ナノ物質間における光エネルギーの伝達を制御するための技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一局面に従うナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法は、各々が光応答性を有する第１および第２のナノ物質と、第１および第２のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有する接合ナノ物質とを含むナノ構造体を準備するステップと、第１のナノ物質に光を照射するステップと、振動外場によって、接合ナノ物質の所定の振動モードを励振するステップと、振動外場の強度を制御することにより、第１のナノ物質から第２のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を制御するステップとを備える。
【００１１】
好ましくは、制御するステップは、第２のナノ物質に伝達された光エネルギーの強度および周波数に基づいて、振動外場の強度を変化させるステップを含む。
【００１２】
好ましくは、準備するステップは、ナノ構造体を冷却するステップを含む。
好ましくは、第１のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定される。光は、基板の表面の近傍に生じたエバネッセント光である。
【００１３】
好ましくは、ナノ構造体は、有機分子である。振動外場は、赤外線（テラヘルツ波を含む）である。
【００１４】
本発明の他の局面に従うナノ物質間の光エネルギー伝達制御装置は、光源と、振動外場発生部と、制御部とを備える。光源は、各々が光応答性を有する第１および第２のナノ物質と、第１および第２のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有する接合ナノ物質とを含むナノ構造体に含まれる、第１のナノ物質に、光を照射する。振動外場発生部は、接合ナノ物質の所定の振動モードを励振するための振動外場を発生させる。制御部は、振動外場の強度を制御することにより、第１のナノ物質から第２のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を制御する。
【００１５】
好ましくは、制御部は、第２のナノ物質に伝達された光エネルギーの強度および周波数に基づいて、振動外場の強度を変化させる。
【００１６】
好ましくは、制御装置は、ナノ構造体を冷却する冷却部をさらに含む。
好ましくは、第１のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定される。光源は、エバネッセント光を基板の表面の近傍に生じさせる。
【００１７】
好ましくは、ナノ構造体は、有機分子である。振動外場は、赤外線（テラヘルツ波を含む）である。
【００１８】
本発明のさらに他の局面に従うナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法は、各々が光応答性を有する第１および第２のナノ物質と、第１および第２のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有する接合ナノ物質とを含むナノ構造体のモデルの初期条件を設定するステップと、接合ナノ物質の所定の振動モードが振動外場によって励振された状態を模擬するステップと、第１のナノ物質に光が照射されたことによって生じる第２のナノ物質の分極を算出するステップと、分極に基づいて、第１のナノ物質から第２のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を評価するステップとを備える。
【００１９】
好ましくは、評価するステップは、分極の絶対値の時間平均の極大値に基づいて、伝達効率を評価するステップを含む。
【００２０】
好ましくは、評価するステップは、極大値を、その大きさによって複数のレベルの各々と比較するステップを含む。複数のレベルは、伝達効率と関連付けられる。
【００２１】
好ましくは、模擬するステップは、接合ナノ物質の振幅を変更するステップを含む。評価するステップは、極大値に対応する光周波数と振幅との間の相関関係を決定するステップを含む。
【００２２】
好ましくは、評価するステップは、接合ナノ物質の振幅が一定である場合における、極大値に対応する光周波数を決定するステップを含む。
【００２３】
好ましくは、評価方法は、量子化学計算によって、所定の振動モードに対応する接合ナノ物質の共振周波数を算出するステップをさらに備える。
【００２４】
好ましくは、第１のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定される。第１のナノ物質に照射される光は、基板の表面の近傍に生じたエバネッセント光である。
【００２５】
好ましくは、ナノ構造体は、有機分子である。振動外場は、赤外線（テラヘルツ波を含む）である。
【００２６】
本発明のさらに他の局面に従うナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置は、初期条件設定部と、模擬部と、分極算出部と、評価部とを備える。初期条件設定部は、各々が光応答性を有する第１および第２のナノ物質と、第１および第２のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有する接合ナノ物質とを含むナノ構造体のモデルの初期条件を設定する。模擬部は、接合ナノ物質の所定の振動モードが振動外場によって励振された状態を模擬する。分極算出部は、第１のナノ物質に光が照射されたことによって生じる第２のナノ物質の分極を算出する。評価部は、分極に基づいて、第１のナノ物質から第２のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を評価する。
【００２７】
好ましくは、評価部は、分極の絶対値の時間平均の極大値に基づいて、伝達効率を評価する。
【００２８】
好ましくは、評価部は、極大値を、その大きさによって複数のレベルの各々と比較する。複数のレベルは、伝達効率と関連付けられる。
【００２９】
好ましくは、模擬部は、接合ナノ物質の振幅を変更する。評価部は、極大値に対応する光周波数と振幅との間の相関関係を決定する。
【００３０】
好ましくは、評価部は、接合ナノ物質の振幅が一定である場合における、極大値に対応する光周波数を決定する。
【００３１】
好ましくは、評価装置は、量子化学計算によって、所定の振動モードに対応する接合ナノ物質の共振周波数を算出する共振周波数解析部をさらに備える。
【００３２】
好ましくは、第１のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定される。第１のナノ物質に照射される光は、基板の表面の近傍に生じたエバネッセント光である。
【００３３】
好ましくは、ナノ構造体は、有機分子である。振動外場は、赤外線（テラヘルツ波を含む）である。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、ナノ物質間における光エネルギーの伝達を制御するための技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係るナノ物質間の光エネルギーの伝達制御を説明するためのモデルを示した図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る評価方法を実行するコンピュータ１００のハードウェア構成を説明した図である。
【図３】図２に示したＣＰＵ１２０の機能的構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る評価方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る評価方法に用いられるナノ構造体の一例を説明する図である。
【図６】接合ナノ物質３が伸縮していない状態におけるセグメント２の分極の絶対値の時間平均を示した図である。
【図７】接合ナノ物質３が伸縮する状態におけるセグメント２の分極の絶対値の時間平均を示した図である。
【図８】分極｜Ｐ２｜の振幅ｂの依存性を示した図である。
【図９】セグメント２の分極の増強率のスペクトルを示した図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るナノ物質間の光エネルギーの伝達制御装置の概略的構成を示した図である。
【図１１】図１０に示された制御装置２００によるナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１０に示された制御装置２００によるナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法の他の例を説明するためのフローチャートである。
【図１３】本発明の応用例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下において、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００３７】
本発明において、「ナノ物質」は、ナノメートルのオーダーのサイズを有する粒子、構造体等を含む。「ナノメートルのオーダー」とは１から数百ナノメートルの範囲を含み、典型的には１から１００ナノメートルの範囲である。
【００３８】
本発明において、「光応答性を有するナノ物質」とは、光の照射によって光誘起分極が生じるナノ物質を意味する。一般には、誘電率、または分極率または光学的感受率が大きなナノ物質が好ましい。光応答性を有するナノ物質は、有機高分子、半導体量子ドット、金属ナノ粒子等を含むがこれらに限定されるものではない。光誘起分極とは、物質中の電子の運動が光によって励起されることにより生じる、物質の電気分極である。
【００３９】
本発明において、「接合ナノ物質」とは、光応答性を各々有する２つのナノ物質間を接合するナノ物質を意味する。接合ナノ物質は、伸縮性を有するナノ物質であれば特に限定されず、たとえば鎖状分子およびポリマー等を含む。
【００４０】
本発明において、「振動外場」とは、接合ナノ物質の共振周波数に実質的に等しい周波数を有する外場を意味する。接合ナノ物質の共振周波数とは、接合ナノ物質の特定の振動状態（所定の振動モード）を励振させる周波数である。「共振周波数に実質的に等しい周波数」とは、上記振動状態を励振させることが可能な周波数を意味する。なお、「接合ナノ物質の共振周波数」は「接合ナノ物質のフォノンの固有振動数」と読み替えることがで
きる。
【００４１】
この明細書において、「エネルギー」と「周波数（または角周波数）」とは相互に読み替え可能である。量子力学によれば、エネルギーＥと角周波数ωとの間には、Ｅ＝ｈ／２π×ω（ｈはプランク定数）との関係が成立する。さらに、角周波数ωと周波数ｆとはω＝２πｆの関係にある。したがってこの明細書において「エネルギー」と「周波数（または角周波数）」とは相互に読み替え可能である。以下においては周波数ｆと角周波数ωとを区別する必要がない限り、「周波数」との用語は周波数ｆおよび角周波数ωの両方を包含するものとする。また、波長λは周波数ｆの逆数であるので、この関係に従って「エネルギー」と「波長」とを相互に読み替えることもできる。
【００４２】
＜ナノ物質間の光エネルギーの伝達制御のモデル＞
図１は、本発明の実施の形態に係るナノ物質間の光エネルギーの伝達制御を説明するためのモデルを示した図である。図１を参照して、ナノ構造体１０は、光応答性を有するナノ物質１，２と、ナノ物質１，２に接合される接合ナノ物質３とを備える。このモデルでは、ナノ物質１，２は互いに同じ物質である。接合ナノ物質３は伸縮可能なナノ物質である。
【００４３】
以下の説明においては、接合ナノ物質との区別が容易となるように、ナノ物質１，２をそれぞれ「セグメント１」および「セグメント２」と称する。このモデルでは、セグメント１，２の各々は、記述の簡略化のため球体で模しているが、特に限定されるものではない。
【００４４】
基板４は、透明な材料からなる。セグメント１は基板４に固定される。ナノ構造体１０は、基板４の屈折率よりも低い屈折率を有する媒質中に置かれている。
【００４５】
光６は、全反射条件を満たす入射角で基板４に入射する。基板４の表面で光６が全反射することによって、基板４の表面にエバネッセント光が生じる。このエバネッセント光がセグメント１に入射することによってセグメント１が励起される。セグメント１が励起されることによって、セグメント１に光誘起分極が生じる。なお、セグメント１に入射される光の偏光方向はＺ方向である。セグメント２の感受率が０でなければ、初期においてセグメント２の光誘起分極は０であってもよい。
【００４６】
一方、振動外場７が接合ナノ物質３に適用される。振動外場７の周波数は、接合ナノ物質３の共振周波数であり、本実施の形態では、すなわちフォノンの固有振動数Ωに等しい周波数である。この接合ナノ物質３の共振周波数は、古典的な弾性振動の固有振動数でもよく、特に限定されるものではない。このような振動外場によって、接合ナノ物質３の特定の振動状態が励振されるとともに、接合ナノ物質３はＺ方向に沿って伸縮する。
【００４７】
接合ナノ物質３がＺ方向に沿って伸縮することによって、セグメント２がＺ方向に振動する。セグメント１の位置を基準位置（Ｚ＝０）とすると、セグメント１に対するセグメント２の相対距離ｄはｄ＝ａ０＋ｂｃｏｓΩｔ（ｔ：時間）と表わされる。ａ０は、セグメント２の初期位置であり、たとえばレナード−ジョーンズポテンシャルに含まれる引力項（１／ｒ６のポテンシャル項）および斥力項（１／ｒ１２のポテンシャル項）が互いに等しくなるときの位置に対応する。ｂは、接合ナノ物質３の振幅、言い換えればフォノンの振幅である。なお、ｂは、ａ０以下の値である。
【００４８】
振動数Ωはセグメント１を励起する光６の周波数に比べて十分に低い。したがって、接合ナノ物質のフォノンの振動は、光６に共鳴するセグメント２の光誘起分極の振動よりも十分にゆっくりであり、断熱近似を適用することができる。
【００４９】
本発明の実施の形態では、接合ナノ物質３の振動（フォノン）がセグメント１，２間の光エネルギーの伝達を補助する。言い換えると、本発明の実施の形態では、接合ナノ物質３の振動（フォノン）を制御することによって、セグメント１，２間の光エネルギーの伝達が制御される。
【００５０】
セグメント１からセグメント２に光エネルギーが伝達されることにより、セグメント２からシグナルが発せられる。セグメント２から発せられたシグナルは検出部５によって検出される。セグメント２から発せられたシグナルに基づいて、光エネルギーの伝達効率を評価することが可能になる。
【００５１】
本発明の実施の形態では、接合ナノ物質３の振動（フォノン）の具体的な制御として、振幅ｂを制御する。振幅ｂを制御することによって、たとえばセグメント１からセグメント２への光エネルギーの伝達効率を一定に保つことができる。あるいは、良好な伝達効率が得られるように、光エネルギーの伝達効率を制御することが可能になる。振幅ｂは、振動外場７の強度を制御することによって制御することができる。
【００５２】
＜光エネルギーの伝達効率の評価＞
図１に示されるモデルに従うナノ物質間の光エネルギーの伝達効率の評価について以下に説明する。まず、接合ナノ物質のフォノンの固有振動数は、以下に説明する量子化学計算によって見積もることができる。
【００５３】
Ｈｏｈｅｎｂｅｒｇ−Ｋｏｈｎの定理によれば、基底状態のエネルギーＥｅｌは、電子密度ρにより一義的に決定できる。さらに、基底状態のエネルギーＥｅｌ（ρ（ｒ））は、電子密度ρ（ｒ）に関して最小化することにより得られる。基底状態のエネルギーＥｅｌは、以下の式（１）に従って表わされる。
【００５４】
【数１】
0005800309.tif 000002
【００５５】
ＥＴは電子の運動による運動エネルギーの項であり、ＥＶは核−電子引力と核間の反発エネルギーの項である。ＥＪは電子−電子反発項であり、電子密度のクーロン自己相互作用に関する項である。ＥＸＣは交換相互作用における電子−電子相互作用を除く残りの部分に対応する。なお、基底関数には、系に適した関数の線形結合が用いられる。
【００５６】
セグメントの分極Ｐは、以下の式（２）に従って表わされる。
【００５７】
【数２】
0005800309.tif 000003
【００５８】
ｊ番目のセグメントの感受率χｊはＬｏｒｅｎｔｚ型の光学的感受率であり、以下の式（３）に従って表わされる。
【００５９】
【数３】
0005800309.tif 000004
【００６０】
ここでΘは、ステップ関数であり、セグメントの内部ではΘ＝１となり、セグメントの外部ではΘ＝０となる。ωｅｌは、電子の固有周波数であり、物質の材料が既知の場合には文献から求めることもでき、未知の場合には、ｈ／２π＊ωel＝Ｅelの関係から、式（１）に従って求めることもできる（ｈはプランク定数）。Ｖｊは、ｊ番目のセグメントの体積である。Ｄは遷移双極子モーメントを表わす。
【００６１】
応答光電場Ｅは、ナノ物質中のＭａｘｗｅｌｌ方程式とグリーン関数とを用いて、以下の式（４）に従って表わされる。
【００６２】
【数４】
0005800309.tif 000005
【００６３】
球状のセルを用いた離散化積分方程式より導かれた分極Ｐと電場Ｅとは、以下の式（５）および式（６）に示される連立方程式から自己無撞着に決定できる。
【００６４】
【数５】
0005800309.tif 000006
【００６５】
式（６）におけるＳは、光電磁場を介した自己相互作用に関する係数である。
初期においてセグメント１のみが励起されていると仮定する。セグメント１，２は同じナノ物質である。セグメント１の分極Ｐ１およびセグメント２の分極Ｐ２は、以下の式（７）および式（８）に従ってそれぞれ表わされる。
【００６６】
【数６】
0005800309.tif 000007
【００６７】
ｑは光の波数（すなわち波長の逆数に比例）である。式（７）および式（８）におけるＸは、以下の式（９）に従って表わされる。
【００６８】
【数７】
0005800309.tif 000008
【００６９】
式（９）に示されるように、セグメント２の光誘起分極Ｐ２は、Ｇｒｅｅｎ関数Ｇ（ｄ）を通じて相対距離ｄの関数となる。Ｇｒｅｅｎ関数Ｇ（ｄ）は、図１の配置では、以下の式（１０）に従って表わされる。
【００７０】
【数８】
0005800309.tif 000009
【００７１】
なお、上記のように、ｄは、ｄ＝ａ０＋ｂｃｏｓΩｔと表わされる。
フォノン振動数Ωの逆数（＝１／Ω）で定まる周期よりも十分長い時間にわたる光誘起分極Ｐ２の絶対値の時間平均が算出される。分極Ｐ２の絶対値の時間平均が大きいことは、セグメント１から接合ナノ物質３を介してセグメント２に光エネルギーが伝達されたことによって、セグメント２において有意な大きさの分極が生じたことを表わす。したがって、分極Ｐ２の絶対値の時間平均を評価することにより、ナノ物質間の光エネルギーの伝達効率を評価することができる。なお、以下では、分極Ｐ２の絶対値を｜Ｐ２｜と表わす場合がある。また、分極Ｐ２の絶対値の時間平均を「分極Ｐ２（または｜Ｐ２｜）の時間平均」と呼ぶ場合もある。
【００７２】
＜評価装置および評価方法＞
図２は、本発明の実施の形態に係る評価方法を実行するコンピュータ１００のハードウェア構成を説明した図である。図２を参照して、コンピュータ１００は、コンピュータ本体１０１と、フレキシブルディスク(Flexible  Disk、以下「ＦＤ」と呼ぶ)ドライブ１０３と、光ディスクドライブ１０４と、通信インターフェイス１０５と、モニタ１０６と、キーボード１０７と、マウス１０８とを備える。ＦＤドライブ１０３、光ディスクドライブ１０４、通信インターフェイス１０５、キーボード１０７およびマウス１０８は、バス１０２を介してコンピュータ本体１０１に接続される。
【００７３】
ＦＤドライブ１０３は、ＦＤ１１３から情報を読み出すとともにＦＤ１１３に情報を記録する。光ディスクドライブ１０４は、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact  Disc  Read−Only  Memory）１１４等の光ディスクに記録された情報を読み出す。通信インターフェイス１０５
は、コンピュータ１００の外部の装置と通信回線（図示せず）を通じてデータを授受する。
【００７４】
コンピュータ本体１０１は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１２０と、ＲＯＭ
（Read  Only  Memory）およびＲＡＭ（Random  Access  Memory）を含むメモリ１２１と、ハードディスク１２２とを含む。ＣＰＵ１２０、メモリ１２１、ハードディスク１２２は、バス１０２に接続される。
【００７５】
ハードディスク１２２は、ナノ構造物のモデルに関するモデルパラメータ１３０と、評価プログラム１３１と、接合ナノ物質の共振周波数を算出するための共振周波数解析プログラム１３２と、解析条件１３３と、解析パラメータ１３４と、評価結果１３５とを格納する。ハードディスク１２２は、直接アクセスメモリ装置の一例であって、ハードディスク１２２のかわりに、他の種類の直接アクセスメモリ装置を用いてもよい。
【００７６】
モデルパラメータ１３０は、セグメントのサイズ（半径、体積等）、電子系の共鳴エネルギー、双極子モーメント、等のナノ構造物のモデルに関する各種のパラメータを含む。解析条件１３３は、共振周波数解析プログラム１３２の実行のための各種の条件を含む。解析パラメータ１３４は、共振周波数解析プログラム１３２の実行に用いられる各種のパラメータを含む。
【００７７】
共振周波数解析プログラム１３２が実行されることによって共振周波数Ωが算出される。算出された周波数Ωは、たとえばモデルパラメータ１３０の一部としてハードディスク１２２に保存される。
【００７８】
評価プログラム１３１は、モデルパラメータ１３０に基づいてナノ物質間の光エネルギーの伝達効率を評価するためのプログラムである。評価結果１３５は、評価プログラム１３１の実行結果を含む。なお、評価プログラム１３１および共振周波数解析プログラム１３２が１つのプログラムに統合されてもよい。
【００７９】
モデルパラメータ１３０、解析条件１３３および解析パラメータ１３４は、通信インターフェイス１０５を介して外部のデータベースから供給されてもよい。同様に、評価プログラム１３１および／または共振周波数解析プログラム１３２は、ＦＤ１１３およびＣＤ−ＲＯＭ１１４等の記憶媒体によってコンピュータ１００に供給されてもよく、あるいは、他のコンピュータから通信回線を経由してコンピュータ１００に供給されてもよい。
【００８０】
上記の評価プログラム１３１および共振周波数解析プログラム１３２は、ＣＰＵ１２０により実行されるソフトウェアである。ＣＰＵ１２０が上記プログラムを実行することによって、コンピュータ１００は、ナノ物質間の光エネルギーの伝達効率を評価するための装置として機能する。
【００８１】
図３は、図２に示したＣＰＵ１２０の機能的構成を示すブロック図である。図３を参照して、ＣＰＵ１２０は、共振周波数解析部１５０と、伝達効率解析部１６０と、解析制御部１７０とを備える。伝達効率解析部１６０は、振動状態模擬部１６２と、初期条件設定部１６４と、分極算出部１６６と、評価部１６８とを含む。
【００８２】
共振周波数解析部１５０は、解析条件１３３および解析パラメータ１３４に基づき、共振周波数解析プログラム１３２に従って接合ナノ物質の共振周波数を算出する。共振周波数解析プログラム１３２は、上述した量子化学計算に従って接合ナノ物質の共振周波数Ωを算出するためのプログラムである。共振周波数解析部１５０によって算出された共振周波数Ωは、モデルパラメータ１３０の一部としてハードディスク１２２に格納される。ただし、共振周波数Ωはモデルパラメータ１３０とは別のパラメータとしてハードディスク１２２に格納されてもよい。
【００８３】
振動状態模擬部１６２は、モデルパラメータ１３０から接合ナノ物質の共振周波数Ω、セグメント２の初期位置ａ０および振幅ｂの値を取得する。振動状態模擬部１６２は、共振周波数Ω、初期位置ａ０および振幅ｂを取得することにより、時間ｔに応じて変化するセグメント１，２間の相対距離ｄ（＝ａ０＋ｂｃｏｓΩｔ）を決定する。振動状態模擬部１６２は、相対距離ｄを表わす関数を決定することにより、接合ナノ物質の特定の振動状態が振動外場によって励振された状態を模擬する。
【００８４】
初期条件設定部１６４は、モデルパラメータ１３０から、セグメントのサイズ（半径、体積等）、電子系の共鳴エネルギー等のパラメータを取得することにより、ナノ複合体の初期条件を設定する。初期条件とは、セグメント１への光の入射によってセグメント１のみが分極した状態に対応する。セグメント１に入射する光は、基板の表面近傍に生じたエバネッセント光である。
【００８５】
分極算出部１６６は、初期条件設定部１６４によって設定されたナノ複合体の上記条件、および振動状態模擬部１６２によって設定されたセグメント１，２間の相対距離ｄ（＝ａ０＋ｂｃｏｓΩｔ）に基づき、評価プログラム１３１に従って、セグメント２の分極Ｐ
２の時間平均を算出する。評価プログラム１３１は、上記の式（８）に従って分極Ｐ２の時間平均の光エネルギースペクトルを数値計算するためのプログラムである。
【００８６】
評価部１６８は、分極算出部１６６の算出結果、すなわち分極Ｐ２の時間平均の光エネルギースペクトルに基づいて、セグメント１からセグメント２への光エネルギーの伝達効率を評価する。評価部１６８は、評価結果１３５をハードディスク１２２に格納する。
【００８７】
解析制御部１７０は、共振周波数解析部１５０および伝達効率解析部１６０を統括的に制御する。
【００８８】
図４は、本発明の実施の形態に係る評価方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、図２および図３に示したコンピュータ１００により実行される。なお、本発明の実施の形態に係る評価方法は図４に示した順序に従って実行されるものと限定されない。たとえば処理の順序が適宜変更されてもよいし、複数の処理が並行して実行されてもよい。
【００８９】
図４を参照して、ステップＳ１において、モデルパラメータ１３０に基づいてナノ複合体の初期条件が設定される。ステップＳ２において、接合ナノ物質のフォノンまたは弾性振動の共振周波数を解析するための解析条件１３３および解析パラメータ１３４がＣＰＵ１２０に入力される。ステップＳ３において、共振周波数解析プログラム１３２に従って、接合ナノ物質の共振周波数が算出される。ステップＳ４において、ステップＳ３の処理によって算出された共振周波数およびモデルパラメータに基づいて、接合ナノ物質の特定の振動状態（所定の振動モード）が振動外場によって励振された状態、すなわちセグメント１，２間の相対距離ｄがｄ＝ａ０＋ｂｃｏｓΩｔの関係式に従って時間的に変化する状態が模擬される。
【００９０】
接合ナノ物質の共振周波数が文献等によって既知である場合には、ステップＳ３の処理が不要となる。この場合には、共振周波数Ωの既知の値をモデルパラメータ１３０に予め含めればよい。
【００９１】
ステップＳ５において、評価プログラム１３１に従ってセグメント２の分極Ｐ２の絶対値の時間平均（｜Ｐ２｜）が算出される。なお、複数の振幅ｂの各々に対して｜Ｐ２｜が算出されてもよい。この場合、たとえば、ステップＳ５において｜Ｐ２｜が算出された後に、処理がステップＳ４に戻されるとともに、振幅ｂが変化される。複数の振幅ｂのすべてに対して｜Ｐ２｜が算出された後に、処理はステップＳ６に進む。
【００９２】
ステップＳ６において、分極｜Ｐ２｜（分極Ｐ２の絶対値の時間平均）に基づいて、セグメント１からセグメント２への光エネルギーの伝達効率が評価される。
【００９３】
１つの例では、｜Ｐ２｜の極大値が複数のレベル（たとえば３つのレベル）と比較される。これにより、光エネルギーの伝達効率のレベル（たとえば「高レベル」「中レベル」および「低レベル」のいずれかのレベル）が評価される。別の例では、｜Ｐ２｜の極大値に対応する光周波数と振幅ｂとの関係が決定される。これにより、所望の伝達効率が得られるときにセグメント２から出力される光の周波数、およびそのときの接合ナノ物質の振幅を求めることができる。さらに別の例では、振幅ｂが一定である場合における、｜Ｐ２｜の極大値に対応する光周波数が決定される。これにより、振幅ｂが一定である状態において光エネルギーがセグメント１からセグメント２に伝達されたときに、高い伝達効率を達成可能な光周波数（セグメント２から出力される光の周波数）を求めることができる。ステップＳ７において、評価結果が出力される。ステップＳ７の処理が終了すると全体の処理が終了する。
【００９４】
図５は、本発明の実施の形態に係る評価方法に用いられるナノ構造体の一例を説明する図である。図５を参照して、ナノ構造体１０は、２つのポルフィリン分子を連結することで構成される。接合ナノ物質３は、ナノ構造体１０の中心部分に対応する。
【００９５】
上記ステップＳ３の処理により、ナノ構造体１０の中心部分がよく伸縮する振動モードの振動数、すなわち接合ナノ物質３のフォノンの固有振動数は、３０．０８（ＴＨｚ）と求められる。すなわち接合ナノ物質３の特定の振動モードを励振させる振動外場は赤外線（テラヘルツ波を含む）である。なお、固有振動数の計算において、ＥＴ，ＥＶ，ＥＪには、６−３１Ｇを用い、ＥＸＣにはＢ３ＬＹＰを用いた。（上記の伸縮モードよりは振動子強度が小さいものの、テラヘルツ領域にあたる１．４２１３２（ＴＨｚ）にも伸縮モードが存在することを、さらに高精度の６−３１Ｇ＋（ｄ）を用いた計算で確認している。）
【００９６】
さらに、ステップＳ４，Ｓ５の処理により、セグメント２の分極Ｐ２の絶対値の時間平均の光エネルギースペクトルが算出される。この計算に用いられるモデルパラメータを以下に説明する。セグメント１，２の半径ａｊは１．０（ｎｍ）である。図１のモデルによればセグメント１，２は球体であるので、セグメント１，２の体積Ｖｊは、４πａｊ３／３となる。さらに、光から光以外の散逸を表わす緩和定数γは０．１（ｍｅＶ）である。すなわち初期条件では、ナノ構造体１０の周囲温度は低温である。さらに、セグメント１，２の電子系の共鳴エネルギーＥｅｌ＝ｈ／２π×ωｅｌを２．８４（ｅＶ）とし、双極子モーメントＤ＝８（Ｄ）とした。
【００９７】
図６は、接合ナノ物質３が伸縮していない状態におけるセグメント２の分極の絶対値の時間平均を示した図である。接合ナノ物質３が伸縮していない状態においてｄ＝ａ０である。
【００９８】
図６を参照して、相対距離ｄが２．５（ｎｍ）の場合、２．９（ｎｍ）の場合および３．３（ｎｍ）の場合のいずれにおいても、光エネルギースペクトルには２つのピークが生じる。セグメント１，２間の距離ｄが小さくなるほど、２つのピークの間の間隔が大きくなる。一方、セグメント１，２間の距離ｄが大きくなるほど、２つのピーク間の間隔が小さくなる。接合ナノ物質３が伸縮していない状態では、２つのセグメントの間の距離を大きくするほど、セグメント１，２の各々を独立した１つの粒子に近似することができる。このため、ｄを大きくするほど２つのピークの間の間隔が小さくなる。
【００９９】
図７は、接合ナノ物質３が伸縮する状態におけるセグメント２の分極の絶対値の時間平均を示した図である。なお、時間平均の範囲を０〜０．１（ｎｓｅｃ）とした。また、ａ０＝２．９（ｎｍ）とし、振幅ｂを０．１（ｎｍ）、０．３（ｎｍ）、０．５（ｎｍ）、０．７（ｎｍ）の間で変化させた。
【０１００】
図７を参照して、振幅ｂが小さな場合には分極｜Ｐ２｜の極大値が見られない光周波数領域において、振幅ｂを大きくすることにより分極｜Ｐ２｜の極大値が現れる。このことは、上記の光周波数領域において、振幅ｂを大きくすることにより、セグメント１からセグメント２への光エネルギー移動が可能となる（すなわち光エネルギーの伝達効率が向上する）ことを示している。たとえば２．９９（ｅＶ）よりも低いエネルギーの領域において、ｂを大きくするにつれて分極｜Ｐ２｜の極大値が生じる。同じように、３．０２（ｅＶ）よりも高いエネルギー領域においても、ｂを大きくすることによって、分極｜Ｐ２｜の極大値が生じる。このように分極｜Ｐ２｜の極大値の大きさを評価することによって、エネルギーの伝達効率を評価することができる。
【０１０１】
２．９９（ｅＶ）よりも低エネルギー側の領域では、ｂを大きくすることで分極｜Ｐ２｜の極大値に対応するエネルギー（光周波数）の値が小さくなる。逆に３．０２（ｅＶ）よりも高エネルギー側の領域では、ｂを大きくすることで分極｜Ｐ２｜の極大値に対応するエネルギー（光周波数）の値が大きくなる。このことは、光エネルギーの効率的な移動が生じる光周波数をｂの値によって制御できることを示す。このように｜Ｐ２｜の極大値に対応する光周波数と振幅ｂとの関係が決定されることで、所望の伝達効率を得ることが可能な光周波数（セグメント２から出力される光の周波数）を評価することができる。
【０１０２】
上記のようにセグメント１，２間の相対距離ｄはｃｏｓΩｔに従って変化する。このため、セグメント２の速度は、セグメント２がセグメント１に最も近づいた場合（ｄ＝ａ０−ｂ）およびセグメント２がセグメント１から最も遠ざかった場合（ｄ＝ａ０＋ｂ）において最も小さくなる。すなわちｄ＝ａ０−ｂおよびｄ＝ａ０＋ｂにおいてセグメント２の滞在時間が長くなる。このため、それによってピークの分裂が明瞭に生じるようになる。
【０１０３】
図７は、振幅ｂが大きいほど２つのピークの間の間隔が広がることを示している。セグメント２がセグメント１に近づくときにはセグメント１，２間の距離がより小さくなる一方、セグメント２がセグメント１から遠ざかるときにはセグメント１，２間の距離がより大きくなる。セグメント１，２間の距離がより小さくなるので、外側のピークは、より離れる。その一方で、セグメント１，２間の距離がより大きくなるので、内側のピークの差が小さくなる。すなわちセグメント１，２の各々が１粒子に近づく。これによりカバーできる周波数領域を広げることができる。
【０１０４】
スペクトルがブロードになることで、セグメント１の吸収スペクトルと、セグメント１からセグメント２にエネルギーが移動するときの緩和スペクトルとがオーバーラップする。これによってエネルギーの移動が効率よく行なわれる。
【０１０５】
図８は、分極｜Ｐ２｜の振幅ｂの依存性を示した図である。図８を参照して、振幅ｂの最適値、すなわち最も効率よく光エネルギーがセグメント１からセグメント２に伝達されるときの振幅ｂの値は光エネルギー（周波数）に依存する。図８に示した光エネルギーの値は、光スペクトルにおける分極｜Ｐ２｜の極大値に対応するエネルギーの値である（図７を参照）。
【０１０６】
図８は、分極｜Ｐ２｜の極大値が得られる振幅ｂの値が光の周波数に依存することを示す。このことは、セグメント１に入射する光の周波数に基づいて振幅ｂを制御することにより、分極｜Ｐ２｜の極大値が得られることを示す。すなわち図８はセグメント１に入射する光の周波数に基づいて振幅ｂを制御することにより、セグメント１，２間において光エネルギーの伝達効率を制御できることを示す。一方、振幅ｂが固定されている場合には、一種の波長可変のエネルギー移動を行なうことができる。振幅ｂは、振動外場の強度によって制御される。したがって図７および図８は、振動外場の強度を制御することにより、セグメント１，２間における光エネルギーの伝達効率を制御できることを示している。
【０１０７】
図９は、セグメント２の分極の増強率のスペクトルを示した図である。増強率とは、ｂ＝０．１（ｎｍ）の場合における分極｜Ｐ２｜のスペクトル強度に対する、振幅ｂの各値（０．１以外の値）での分極｜Ｐ２｜のスペクトル強度の比である。図９には、ｂ＝０．３（ｎｍ）、ｂ＝０．５（ｎｍ）、およびｂ＝０．７（ｎｍ）の各場合における増強率が示される。図９において、振幅ｂが大きくなるほど増強率のピーク値が大きくなることが示される。このことは、光エネルギーの伝達効率が振幅ｂに依存すること、より具体的には、振幅ｂが大きくなるほど光エネルギーの伝達効率が上がることを示している。
【０１０８】
なお、本実施の形態によれば、この増強率を用いて、光エネルギーの伝達効率を評価す
ることも可能である。たとえば増強率を複数のレベルによって評価してもよい。たとえば増強率を複数のレベル（たとえば３つのレベル）と比較することにより、光エネルギーの伝達効率を評価してもよい（たとえば「高レベル」「中レベル」および「低レベル」のいずれかであると評価する）。あるいは、予め実験あるいは計算などにより求められた増強率の値と伝達効率との関係に従って、｜Ｐ２｜の値から光エネルギーの伝達効率が評価されてもよい。
【０１０９】
＜制御装置および方法＞
図１０は、本発明の実施の形態に係るナノ物質間の光エネルギーの伝達制御装置の概略的構成を示した図である。図１０を参照して、制御装置２００は、光源２０１と、基板固定部２０２と、検出部２０３と、振動外場発生部２０４と、制御部２０５とを備える。
【０１１０】
光源２０１は、ナノ物質集団２０に含まれるナノ物質（セグメント）に光誘起分極を生じさせる光を発生させる。ナノ物質集団２０は、図１のモデルに示される基本構造を有する複数のナノ構造体を含む。各ナノ構造体は、基板４に固着した第１のナノ物質（セグメント１に相当）と、第２のナノ物質（セグメント２に相当）と、第１および第２のナノ物質を接合する接合ナノ物質とを備える。なお、複数の第１のナノ物質は基板４の表面に１次元あるいは２次元に配置されてもよい。
【０１１１】
光源２０１は、具体的にはレーザ光源である。光源２０１からのレーザ光はナノ物質に直接入射されてもよい。あるいは、図１のモデルによって説明されるように、基板４の表面で全反射条件が満たされるように光源２０１からのレーザ光が基板４に入射され、それにより基板４の表面でエバネッセント光を発生させてもよい。この場合には、基板４の表面に生じたエバネッセント光によって第１のナノ物質（セグメント１）に光誘起分極が生じる。
【０１１２】
基板固定部２０２は、基板４を固定する。検出部２０３は、第１のナノ物質から第２のナノ物質に伝達された光エネルギーを検出する。検出部２０３は、たとえば受光素子であり、第２のナノ物質に伝達された光エネルギーを光の形態で受ける。検出部２０３の検出結果は制御部２０５に送られる。ただし検出部２０３の検出結果が、たとえば制御装置２００以外の装置に送られてもよい。
【０１１３】
振動外場発生部２０４は、接合ナノ物質の特定の振動状態（所定の振動モード）を励振するための振動外場を生じさせる。ナノ物質集団２０が、図５に示されるような２つのポルフィリン分子を連結することで構成されたナノ構造体の集合体である場合、振動外場発生部２０４としては、赤外線（テラヘルツ波を含む）を発生させる装置が用いられる。
【０１１４】
なお、赤外線は一般に、３００ＧＨｚ〜４００ＴＨｚ（波長に換算すると０．７μｍ〜１ｍｍ）の周波数範囲の電磁波を指す。テラヘルツ波は、０．１ＴＨｚ〜１０ＴＨｚの周波数範囲の電磁波を指し、遠赤外線領域に含まれる。したがって本発明の実施の形態における赤外線の周波数は、３００ＧＨｚ〜４００ＴＨｚの範囲内にあるものとする。
【０１１５】
本実施形態に記載されたような、フォノンの固有振動数Ωに近い３０ＴＨｚ付近の周波数の電磁波は、たとえば９．４μｍから１０．６μｍまでの範囲に主波長帯を有する炭酸ガスレーザ（ＣＯ2レーザ）によって発生される。上記波長範囲を周波数に換算すると２
８．３〜３１．９ＴＨｚの周波数帯となる。また、テラヘルツ波は、たとえば半導体多重量子井戸によって発生される。あるいは、テラヘルツ波は、２次非線形結晶に光パルスを照射することで発生される。２次非線形結晶に光パルスを照射することで、差周波が生じる。これによりテラヘルツ波を発生させることができる。具体的には、フェムト秒レーザ（たとえばチタンサファイアレーザ）によってパルス幅１００ｆｓの光パルスを用いた場
合、約１０ＴＨｚのテラヘルツ波パルスを発生させることができる。
【０１１６】
制御部２０５は、光源２０１および振動外場発生部２０４を制御する。たとえば制御部２０５は、検出部２０３による検出結果に基づいて、振動外場発生部２０４によって発生される振動外場の強度（たとえばテラヘルツ波の強度）、あるいは、光源２０１のパワーを制御する。
【０１１７】
なお、基板４、ナノ物質集団２０および基板固定部２０２は、冷却装置２０６によって冷却されてもよい。ナノ物質集団２０を冷却することによって、接合ナノ物質に対する振動状態の熱による影響を小さくすることができ、光誘起分極のスペクトル上のピークの広がりを防ぐことができる。これにより、セグメント１およびセグメント２の光誘起分極の特定の振動状態を明瞭に観測することができる。冷却媒体には、たとえば液体窒素、液体ヘリウムを用いることができる。
【０１１８】
図１１は、図１０に示された制御装置２００によるナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、主として制御部２０５が光源２０１および振動外場発生部２０４を制御することによって実行される。なお、本発明の実施の形態に係る制御方法は図１１に示した順序に従って実行されるものと限定されない。たとえば処理の順序が適宜変更されてもよいし、複数の処理が並行して実行されてもよい。
【０１１９】
図１１を参照して、ステップＳ１０において、ナノ物質集団２０が準備される。なお、ステップＳ１０において、ナノ物質集団２０が冷却されてもよい。
【０１２０】
ステップＳ１１において、光源２０１は光をナノ物質集団２０に照射する。ステップＳ１２において、振動外場発生部２０４は、振動外場（たとえば赤外線（テラヘルツ波を含む））を発生させる。ステップＳ１３において、検出部２０３は、ナノ物質集団２０を伝達した光エネルギーを検出する。ステップＳ１４において、制御部２０５は、検出部２０３の検出結果に基づいて振動外場を調整する。たとえば、制御部２０５は、検出部２０３の検出結果が一定となるように、振動外場の強度を調整する。振動外場の強度を調整することによって、振幅ｂが変化する。これにより、光エネルギーの伝達効率が制御される。したがって検出部２０３の検出結果を一定に保つことができる。
【０１２１】
図１２は、図１０に示された制御装置２００によるナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法の他の例を説明するためのフローチャートである。図１２を参照して、このフローチャートの処理によれば、ステップＳ１２Ａにおいて、ナノ物質集団２０（特に基板４に固定された第１のナノ物質）に入射される光の周波数に基づいて振動外場の強度が決定される。たとえば光エネルギーの伝達効率が最も良くなるように振動外場の強度と光の周波数との間の関係が求められるとともに、その関係が制御部２０５に予め記憶される。これによりステップＳ１２Ａの処理が実行可能である。なお、ステップＳ１０，Ｓ１１の各々の処理は図１１に示した対応するステップの処理と同じであるので、以後の詳細な説明は繰り返さない。
【０１２２】
以上のように、本発明の実施の形態に係る制御装置によれば、光応答性ナノ物質間を伝達する光エネルギーの伝達効率を振動外場によって制御できる。
【０１２３】
＜応用例＞
図１３は、本発明の応用例を示した図である。図１３を参照して、センサ２５０は、振動外場発生部２０４を備えていない点において図１０に示した制御装置２００と異なる。
【０１２４】
センサ２５０は、振動外場がナノ複合体に照射されることによる、光応答性ナノ物質間の光の波長が伝達する間における波長の変化を利用して振動外場を検出する。具体的には、基板４側に予め光を入射する。振動外場が生じた場合には検出部２０３側に光エネルギーが伝達される。したがって、検出部２０３による光エネルギーの検出結果に基づいて振動外場を検出できる。
【０１２５】
特に、上記のような２つのポルフィリン分子が連結された構造を有するナノ複合体を用いた場合には、センサ２５０を赤外線（テラヘルツ波を含む）の検出器として用いることができる。テラヘルツ波の検出器として数十μｍ（たとえば３０μｍ）のサイズの構造体が提案されている（Ultra-Broadband Terahertz Wave Detection Using Photoconductive
Antenna, Masaaki ASHIDA, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 47, No. 10, 2008, pp. 8221-8225を参照）。本発明の実施の形態によれば、テラヘルツ波を検出する
素子の基本構造のサイズを１００ｎｍ以下に抑えることが期待できる。
【０１２６】
また、本発明は、接合ナノ物質の力学的性質を解析するための装置として適用することができる。たとえば接合ナノ物質のバネ定数が未知である場合、振動外場によって接合ナノ物質の特定の振動状態を励振させる。このときに得られる光スペクトルの変化を接合ナノ物質の力学的性質、たとえば接合ナノ物質のばね定数の解析に用いることができる。
【０１２７】
なお、振動外場は、接合ナノ物質の特定の振動状態（フォノン）あるいは弾性振動を励振するものであればよい。したがって、振動外場は、テラヘルツ波を含む赤外線に限定されず、ミリ波、サブミリ波、音波などであってもよい。
【０１２８】
また、図１のモデルは、本発明に適用可能なナノ複合体の最も基本的な構造を示している。しかしながら本発明に適用可能なナノ複合体の構造は図１に示された構造に限定されるものではない。たとえば、１つの光応答性ナノ物質の周囲に複数の光応答性ナノ物質が放射状に配置されるとともに、当該複数の光応答性ナノ物質が接合ナノ物質によって中心の光応答性ナノ物質に接続された構成を有するナノ複合体も本発明に適用可能である。また、ナノ複合体は層状の物質であってもよい。
【０１２９】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内で全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明は、光エネルギーの光応答性ナノ物質間の伝達を制御するための装置および方法に適用可能である。さらに本発明は、光応答性ナノ物質間の伝達する光電磁波の波長を制御する装置および方法に適用可能である。たとえば、光スイッチング装置、あるいは光フィルターとして本発明を利用することができる。
【０１３１】
さらに本発明は、光応答性ナノ物質間の光エネルギーの伝達効率に基づいて振動外場を検出するための装置および方法に適用可能である。
【符号の説明】
【０１３２】
１，２  ナノ物質（セグメント）、３  接合ナノ物質、４  基板、５，２０３  検出部、６  光、７  振動外場、１０，２０  ナノ構造体、１００  コンピュータ、１０１  コンピュータ本体、１０２  バス、１０３  フレキシブルディスクドライブ、１０４  光ディスクドライブ、１０５  通信インターフェイス、１０６  モニタ、１０７  キーボード、１０８  マウス、１１４  ＣＤ−ＲＯＭ、１２１  メモリ、１２２  ハードディスク、１３０  モデルパラメータ、１３１  評価プログラム、１３２  共振周波数解析プログラ
ム、１３３  解析条件、１３４  解析パラメータ、１３５  評価結果、１５０  共振周波数解析部、１６０  伝達効率解析部、１６２  振動状態模擬部、１６４  初期条件設定部、１６６  分極算出部、１６８  評価部、１７０  解析制御部、２００  制御装置、２０１  光源、２０２  基板固定部、２０４  振動外場発生部、２０５  制御部、２０６  冷却装置、２５０  センサ、Ｓ１〜Ｓ１４，Ｓ１２Ａ  ステップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図５】
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