Creation of Chiral Copper Nano-Needle by Optical Vortex Pumping

Abstract

螺旋波面に由来するドーナツ型の光強度分布と軌道角 運動量を持つ光渦が注目を集めている.光渦の潜在 的な応用範囲は極めて広い.例えば,光渦のドーナツ型 の強度分布と固有モード性を活用した超解像顕微鏡, 空間多重光通信,量子光学などがすでに提案されて いる.しかしながら,光渦の軌道角運動量を積極的に利 用する応用研究は光マニピュレーションを除くと未 だ少ない. 近年,われわれは,光渦をタンタル(Ta)に照射する と,溶融したTaが光渦の軌道角運動量を受取り,ナノス ケールの螺旋の針状構造体(螺旋ナノニードル)へ変形す るという物理現象を発見した.また,螺旋構造の向 きは光渦の螺旋波面の向きで決まることも明らかになっ た.この物理現象は,室温,大気雰囲気中で起こり, 化学的な手法を一切必要としない.螺旋ナノニードルは ナノコイル,ナノマシン,プラズモニクス,メタ マテリアルをはじめ様々な応用が期待できるが,その 作製には,従来,複合的な化学反応プロセスが必要で あった. もし化学的な手法を一切必要としないこの物理現象 が,タンタル以外の金属で起こるのであれば,金属の新 しいナノ加工技術として,その波及効果は大きい. そこで,われわれは近赤外の光渦を照射して可視光領 域で強いプラズモン共鳴を示す銅(Cu)の加工を行っ た.その結果,Cuが光渦の軌道角運動量を受取り,螺 旋ナノニードルに変形することを実験的に確認した.