科学研究費補助金新学術領域研究「光圧によるナノ物質操作と秩序の創生」
News Letter Vol. 3

March 20, 2017

光 圧 の新 たな科 学 に期 待梶村 皓二（産業技術総合研究所 電子・光技術研究部門）   太陽光の圧⼒力を私たちが感じることはない。春夏秋冬に変わる陽差しの⼼心地良さと厳しさはその明るさと⾊色と熱である。     ところで光の圧⼒力は、惑星運動の 3 法則を定式化した理論天⽂文学者 J.   ケプラー（1571−－1630）が、1619 年に彗星の尾の形を説明するために提案したことに始まる。屈折望遠鏡が発明されて間もないころでもあり、当時は光の圧⼒力については何も知られていなかった。1696 年には、フランスとロシアのアカデミー会員でピョートル⼤大帝の顧問に推挙されたオランダの天体学者 N.   ハートセーカー（1656−－1725）が、旅⾏行者たちが⾔言い張っていたとする話を残している。「東流するドナウの流れは、朝は陽の光が流れに対して逆⽅方向なので遅くなり、午後には光が逆になって速くなる。」本⼈人の主張でないとしながら、まんざら否定している様⼦子もない。1746 年には数学者 L.   オイラー（1707−－1783）が、光の波は物体に圧⼒力を及ぼすと提唱したが、当時知られていたすべての理論によって否定された。
光圧は 1871 年に古典電磁気学の確⽴立者 J.   マクスウェル（1831−－1879）が理論的に導き、1900 年にロシアの P.   レベデフ（1866−－1912）、また 1901 年にアメリカの E.   ニコルス（1869−－1924）とカナダの G.   ハル（1870−－1956）が実験的に証明した。太陽光で⾔言えば地球上 1   m2 当り 10 µN 程度の極めて⼩小さな圧⼒力である。とはいえ、惑星間空間ではこんなに微⼩小な圧⼒力でも、気体イオンや電⼦子などの粒⼦子にとっては⼤大きな効果として働きうる。また光圧は、太陽⾵風に含まれる電⼦子流や彗星物質の理論などで重要な役割を占めている（ケプラーのʻ‘慧眼ʼ’と⾔言えるかも知れない）。太陽の光圧を動⼒力源とするソーラーセイルは 2010
年に JAXA の打ち上げた IKAROS で初めて実証された。もっと強い圧⼒力の話もある。太陽の中⼼心温度は1.5×107  K で、超巨星では 109  K を超える。光圧の強さは温度の 4 乗に⽐比例する。太陽では光圧は気体の圧⼒力に⽐比べてかなり⼩小さいが、⼤大質量星では光圧が星の圧⼒力の⼤大部分を担っているとされている。  
1980 年代半ば当時の⼯工業技術院電⼦子技術総合研究所において筆者らが、我が国で初めて製作したSPM（⾛走査型プローブ顕微鏡）で原⼦子や分⼦子の操作などのナノサイエンスの開拓を⽬目指していたころ、ベル研究所の A.   アシュキン（1922−－）らが 1  µm 前後の微粒⼦子を捕捉する光ピンセットの実験に成功  1URL : http://optical-manipulation.jp/

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したニュースは、分⼦子細胞⽣生物学への応⽤用を考えると衝撃的であった。この技術は同じベル研究所で S.  
チュー（朱棣⽂文,  1948−－）が⾏行なったレーザードップラー冷却と⾦金属原⼦子の捕捉（1997 年ノーベル物理学賞）へと発展した。     この新学術領域研究において、光圧によるナノ物質操作と秩序の創⽣生に向けた異分野の融合的な科学研究への挑戦が、ナノサイエンスに新たな歴史をつくってゆくものとして、その発展に⼤大いなる期待を寄せている。      共同研究概要説明
共同研究 B：粒⼦子⼦子間間相互作⽤用⽤用のの制御と結晶等の階層構造創製  コーディネーター   尾松孝茂   千葉⼤大学⼤大学院融合科学研究科   教授          本共同研究では、⾼高濃度溶液における粒⼦子の配向や粒⼦子間の相互作⽤用を光圧により制御し、会合、結晶化等の⾃自⼰己組織化過程を⼈人為的に操る技術を確⽴立します。     例えば、レーザートラッピング法による結晶育成では、光圧によって⾼高濃度に凝集された分⼦子から結晶核形成、結晶成⻑⾧長が⾃自⼰己組織的に起こります。光の全⾓角運動量やパルス波形、物質の共鳴や⾮非線形性、あるいは、プラズモンを駆使して光圧をテーラーメードして、分⼦子の配向・濃縮・階層的配列し、結晶核⽣生成から結晶成⻑⾧長に⾄至る過程を制御します。それによって、単結晶性・結晶育成速度・結晶多形構造・キラリティーなどを選択的に制御できる⾰革新的な結晶育成法を確⽴立できる可能性があります。     また、プラズモンが創る局所的な光圧と巨⼤大温度勾配による⾮非平衡⼒力を活⽤用すると、質量の異なる複数の DNA を空間的に分離することができます。プラズモニックなナノ構造を操りプラズモンが創る光圧をテーラーメードすることで、この⼿手法を⾼高度に発展させて、DNA の質量主成分分析法やカーボンナノチューブのキラリティー選別法などを開拓します。     これらの技術を物性理論・物性計測・テラヘルツ分光計測の研究者と連携することで、さらに発展させて、バイオセンシングや触媒反応の画期的な⾼高効率化・⾼高感度化へと展開していきます。     本共同研究が成功したあかつきには、本新学術領域「光圧によるナノ物質操作と秩序の創⽣生」の理念が「多粒⼦子相互作⽤用の選択的制御による構造と現象の創造」として⼤大きく開花し、具現化します。  

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若手国際活動報告  蓑輪   陽介   ⼤大
⼤大阪
阪⼤大
⼤大学
学⼤大
⼤大学
学院基礎⼯工⼯工学学研究科・助教   (A02 班：芦⽥田⽥田     昌明グループ)      申請課題  ⽇日英研究ネットワーク形成のための英国訪問  期間  2017 年 1 ⽉月 4-‑8 ⽇日  訪問先研究者   Professor  Kishan  Dholakia      |      University  of  St.  Andrews,  UK     当領域の国際活動⽀支援班からのサポートを受け、2017 年 1 ⽉月 6 ⽇日に英国ロンドン開催された、JSPS（⽇日本学術振興会）と EPSRC（Engineering  and  Physical  Sciences  Research  Council、⼯工学・⾃自然科学研究会議）による Symposium  on  Material  Sciences  Pioneered  by  Structured  Lights に参加してきました。
共同研究および国際共同ネットワーク形成の促進をはかることを⽬目的とした滞在でした。シンポジウム

は“あの”王⽴立協会（Royal   Society）で開催されること、シンポジウム後のレセプションが在英国⽇日本国⼤大使館にて開催されることが事前に告知されており、開催前から⽇日英両国の研究者にとってのシンポジウムの重要性をうかがい知ることができました。     シンポジウムでは、“普通で無い構造をもった”光を軸として多彩な研究発表が⾏行われました。特に光圧を⽤用いた光トラッピング・マニピュレーションの⼤大家である Dholakia 教授（セント・アンドルーズ⼤大学、University  of  St  Andrews）からは、光トラッピングに関する最新の研究成果を中⼼心にレビュー的講演を聞くことが出来ました。また、当領域のメンバーである岡本   裕⺒巳   教授(分⼦子科学研究所)、酒井   恭輔   助教（北海道⼤大学）、尾松   孝茂   教授   (千葉⼤大学)からも、それぞれ、近接場によって明らかになった局所的なキラリティ、ナノスケール光渦の⽣生成、光渦の光圧によるナノ加⼯工などの紹介がありました。
その他にも、光圧に関連する、あるいは共同研究を通じた発展が望める興味深い講演を聴くことが出来ました。     また、休憩・昼⾷食・レセプションの時間を通じて英国の研究者と⼤大いに交流をはかることもできました。前述の Dholakia 教授をはじめ、ロンドン近郊の研究者や、産業界からの参加者などとも議論を⾏行うことが出来ました。この活動を通じて、より活発な国際共同研究のための礎を築くことが出来たと考えています。    

-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑-‑  ⽯石⽥田⽯石⽥田     周太郎   北海道⼤大⼤大学
学電⼦子⼦子科科学研究所・特任助教   （A03 班：笹⽊木⽊木     敬司グループ）      申請課題  円偏光局在場を⽤用いたキラル結晶化に関する研究  期間  2017 年 2 ⽉月 19-‑26 ⽇日  訪問先研究者   増原   宏   教授      |      台湾交通⼤大学,   台湾     ⾦金属ナノ構造に誘起する偏光制御した光局在場を⽤用いたキラル結晶化のエナンチオマー制御⼿手法開発を⾏行うために、台湾交通⼤大学   増原宏教授の研究室で、実験⼿手技を学ばせて頂きました。共鳴波⻑⾧長を制御パラメータとしたギャップモードプラズモンを誘起する⾦金属ナノ構造と⾦金属ナノ構造の周期配置（正⽅方格⼦子、三⾓角格⼦子）の異なる⾦金属ディスク構造をガラス基板上に作製したサンプルを事前に準備し、塩素酸ナトリウムの結晶化実験を⾏行いました。その結果、それぞれのパラメータに対して、結晶化における異なった挙動を確認することが出来ました。この結果を光局在場の設計とサンプル作製へフィードバックし、光局在場を⽤用いたキラル結晶化のエナンチオマー制御の開発の推進につなげます。作製したナノ構造を⽤用いた実験を通して、キラル結晶化の⼿手技を丁寧に教えていただいた Cheng,  An-‑Cheih ⽒氏に  3

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科学研究費補助金新学術領域研究「光圧によるナノ物質操作と秩序の創生」
News Letter  感謝致します。また、同研究室の⼯工藤   哲弘⽒氏、Wang,   Shun-‑Fa ⽒氏とは、光圧を⽤用いたナノ粒・マイク

ロ粒⼦子の捕捉・配列に関する研究について、様々な意⾒見交換をさせて頂きました。今回の国際活動⽀支援では、上記実験に加えて、台湾交通⼤大学の応⽤用化学系の先⽣生⽅方とお話しする機会も頂き⼤大変有難い経験をさせて頂きました。     このような機会を頂いた増原先⽣生に深く感謝いたします。  

開催報告
第１回公開シンポジウム   (2017 年 1 ⽉月 17-‑-‑118 ⽇日⽇日))    

   1 ⽉月 17 ⽇日(⽕火)、18 ⽇日(⽔水)の２⽇日間、千葉⼤大学⼯工学系総合研究棟において領域主催の第１回公開シンポジウムを開催しました。A01〜～A04 の各班の代表者・分担者による研究成果の報告、共同研究 A,  B,  Cのコーディネーターおよび研究者による進捗報告を⾏行いました。また特別講演として本領域アドバイザーでもある⼤大阪⼤大学の河⽥田聡教授に「光圧研究への期待：むかし⾒見た夢」   というタイトルでご講演をいただきました。河⽥田先⽣生が積み上げて来られたご実績・ご経験を元に語られる「むかし⾒見た夢」に感銘を受けました。これからの研究を担う若⼿手研究者たちも⼼心を動かされたと思います。     2 ⽇日⽬目午後からは領域の研究者・学⽣生とともに⼀一般参加者によるポスター発表を⾏行い新たな共同研究を探ることができました。プログラムの最後には領域で組織している若⼿手総括班が企画した講演会を⾏行いました。領域の若⼿手研究者が⾃自⾝身の研究をアピールする最初の機会となりました。  

国際ナノテクノロジー総合展・技術会議   nano    ttech    22017   （2017 年 2 ⽉月 15-‑-‑117 ⽇日⽇日））       2017 年 2 ⽉月 15 ⽇日〜～17 ⽇日、東京ビッグサイトで   開催された nano  tech  2017 において   −－新学術領域「光圧ナノ物質操作」−－   という出展者名で、当領域の活動を⼀一般の⽅方々、特に産業界に広めるためにブース展⽰示（パネル、ビデオなど）を⾏行いました。この展⽰示会の３⽇日間の全来訪者数（出展者を除く）
は 53,106 名と極めて規模の⼤大きなものでした。ブースへの多数の来訪者が有るか不安な中でのスタートでしたが、持ち込んだニュースレター１号が約 130 部、領域を紹介した解説論⽂文の別刷り 100 部全てが配布できるなど、多くの⽅方に関⼼心を持っていただけました。     ブース来訪者は、企業関係者が主でしたが、公設試験研究機関や⼤大学などの⽅方も来られました。キーワードである「光圧」に関しては、初めて聞くという⽅方が⼤大多数でしたが、説明を通して今後も継続して情報を欲しいという⽅方も多数おられ、広報として⼀一定の効果があったと思われます。    

告知板2017 年 4 ⽉月 19 ⽇日（⽔水）-‑21 ⽇日（⾦金）にパシフィコ横浜において The  4th  Optical  Manipulation  Conference  2017  (OMC`̀17)を開催いたします。    

http://opicon.jp/ja/conferences/omc17/  発⾏行   新学術領域研究「光圧ナノ物質操作」総括班                    E-‑mail:  secretariat@optical-‑manipulation.jp  4URL : http://optical-manipulation.jp/