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テラヘルツ波で物質の「ねじれ」を地図のように可視化 ―次世代材料や次世代通信の開発を支える新分光イメージング技術を確立―

【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科物理学専攻 助教 大野诚吾

【概要】

千葉大学大学院融合理工学府博士前期課程 千葉 初奈氏(研究当時)、同大大学院工学研究院の宮本 克彦教授、東北大学大学院理学研究科 大野 誠吾助教、物質?材料研究機構 三成 剛生グループリーダーの研究チームは、銀の微細な円盤を重ね合わせた「モアレ型メタ表面1」という人工构造体を使用し、これまで计测不可能だった物质が持つ「右ねじれ」と「左ねじれ」(キラリティ(镜像异性)2)の空间分布を、テラヘルツ(THz)波3によって二次元画像として直接観测できる新しい分光イメージング技术を开発しました(図)。従来のテラヘルツ円二色性(Circular DichroismCD4计测では、试料全体を平均した情报しか得られず、场所ごとに异なるキラリティが存在していてもその违いを捉えることは困难でしたが、本研究では异なるキラリティが混在する様子を世界で初めて可视化することに成功しました。本成果は次世代材料の品质评価や、生体分子构造の解析、新しいテラヘルツデバイス开発などへの応用が期待されます。本研究成果は、202662日(米国东部时间)に、学术誌 ACS Photonics に掲载されました。(论文はこちら:)

図:テラヘルツ円偏光二色性イメージングおよび分光结果
构造の镜像関係に対応して、右?左のキラリティ応答が反転する様子が観测される。物质内部に分布するキラリティを二次元画像として可视化できることを示している。

【用语解説】

注1)モアレ型メタ表面:2つの规则的な微细构造をわずかにずらして重ねることで生じるモアレ构造を、テラヘルツ波に対して人工的に実现した平面材料。通常は现れない「ねじれ构造」による特异な波动制御が可能となる。

注2)キラリティ(镜像异性):物体や分子が、镜に映した像と元の形が重ならない性质のこと。右ねじと左ねじの関係が代表例で、「右向き」「左向き」という向きの违いが物质の性质や働きに大きく影响する。创薬や材料科学では、この违いを见分けることが重要となる。

注3)テラヘルツ(罢贬锄)波:电波と光(赤外线)の中间に位置する电磁波で、1秒间に约1兆回振动する周波数帯を持つ。分子や材料の集団的な振动や柔らかい动きに敏感で、可视光では见えない物质の内部构造を调べる手段として注目されている。

注4)円二色性(Circular Dichroism:CD):右回りと左回りに回転する円偏光の光に対して、物質が異なる反応を示す性質のこと。物質の「右ねじれ?左ねじれ」を調べる代表的な手法で、分子や材料の立体構造の解析に広く用いられる。

【论文情报】

タイトル:Multiscale chirality in moiré metasurfaces revealed by terahertz circular dichroism spectroscopic imaging
著者:Uina Chiba, Shota Tsuji, Gaku Oritani, Takumi Yoichi, Rinpei Sasaki, Takeo Minari, Seigo Ohno, Katsuhiko Miyamoto
雑誌名:ACS Photonics
顿翱滨:

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