RIES

Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University

北海道大学
電子科学研究所

LAST UPDATE 2023/08/01

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    田中嘉人　Yoshito TANAKA
    教授　Professor

  • 所属
    Professional Affiliation

    北海道大学電子科学研究所
    Research Institute for Electronic Science, Hokkaido University

    光科学研究部門 極微システム光操作研究分野
    Laboratory of Nanosystem Optical Manipulation, Division of Photonics and Optical Science

  • 研究キーワード
    Research Keywords

    ナノフォトニクス
    プラズモニクス
    メタマテリアル・メタサーフェス
    光マニピュレーション
    Nanophotonics
    Plasmonics
    Metamaterial and Metasurface
    Optical manipulation
研究テーマ
Research Subject
人工ナノ構造と光のメカニカルな相互作用による革新的光圧アクチュエータの創出
Light-driven nanoactuators due to interaction between artificial nanostructures and light momentum

研究の背景 Background

2018年のノーベル物理学賞である集光レーザービームを用いた光ピンセットは、光の運動量変化に基づく力学的作用（光圧）によって非破壊・非接触に物体を捕捉・操作できることから、ライフサイエンスなど様々な分野に応用されてきた。また近年、精緻にデザインされた人工ナノ構造は光を自在に制御できることから、超小型光学素子や高効率な光エネルギー変換システム、バイオ光センシングデバイス等の開発が期待されている。

Optical tweezers, the 2018 Nobel Prize in Physics, have been applied in various fields, including life sciences, because they can trap and manipulate small objects non-destructively due to optical forces in an incident laser focus. In recent years, precisely designed artificial nanostructures that can control optical fields at nanoscale have also been expected to develop ultra-compact optical elements, highly efficient optical energy conversion systems, and bio-optical sensing devices.

研究の目標 Outcome

本研究では人工ナノ構造と光とのメカニカルな相互作用を理解・制御することで、運動性や自律性といった生体の優れた機能を模倣したユニークな光圧アクチュエータを創出し、ナノ手術や薬物送達、健康管理といった未来の医療から量子や宇宙のサイエンスとテクノロジーに至る幅広い分野を横断的に革新する独創的基盤技術を生み出すことを目指します。

By understanding and controlling the mechanical interactions between artificial nanostructures and light momentum, we aim to create unique light-driven nanoactuators that revolutionize a wide range of fields from future medicine, such as nanosurgery, drug delivery, and health management, to quantum and space science and technology.

研究図Research Figure

Fig.1. Precisely designed and fabricated artificial nanostructures.

Fig.2. Nanophotonic polarization router that can spatially sort incoming photons into three different directions according to their polarization directions.

Fig.3. Light-driven linear and rotational nanoactuators by optical force on the nanostructures.

文献 / Publications

ACS Photon., 9, 3649–3655 (2022). Nanophotonics, 10, 4601–4609 (2021). APL Photon., 6, 126104-126104 (2021). Sci. Adv., 6, eabc3726 (2020). Phys. Rev. A 102, 023531 (2020). Phys. Rev. A 100, 023827 (2019). Nano Lett., 17, 3165-3170 (2017). Nano Lett., 15, 7086-7090 (2015). Nano Lett., 13, 2146-2150 (2013).

研究者HP