円偏光と電位制御で、右または左にねじれたナノ構造を １段階で選択的に作り分ける技術を開発

ポイント

• 右または左にねじれた、キラル※1なスパイラルナノ構造※2を、電位制御した電極に円偏光を照射するという１段階の工程だけで作る方法を開発しました。
• ナノ構造の約90%が右または左の方向にねじれ、そのすべてが狙った方向にねじれており、非常に高い鏡像体選択性を達成しました。

概要

　富山大学学術研究部理学系の 西 弘泰 講師 と、東京大学生産技術研究所の 立間 徹 教授 らの研究グループは、鉛(II)イオンを含む水溶液中で、電位を制御した電極に右円偏光または左円偏光※3を照射するだけで、右または左にねじれた酸化鉛(IV)（PbO2）のキラルナノ構造を、従来より非常に高い割合で作り分けられることを見出しました（図１）。作られたナノ構造のうち、右または左の方向にねじれた割合は約90%であり、それらはすべて狙った方向にねじれていました（この分類に基づく鏡像体過剰率は100%）。
　これまでにも、類似の手法でキラルナノ構造を作製した例はありましたが、ほとんどの場合、成長の足がかりとなるナノ粒子（前駆体粒子）の作製や、それを基板上に固定する操作など、複数の工程が必要でした。それに対して本手法は、前駆体粒子をあらかじめ作製・固定しておく必要がなく、鉛(II)イオンを含む水溶液中で、電位を制御した電極に円偏光を照射するだけという非常に簡便な方法にも関わらず、右または左にねじれたナノ構造を高い選択性で作り分けられる特徴があります。
ねじれたナノ構造は、以下のように形成されると考えられます。まず、酸化鉛の小さな粒子が成長し始め（図２a）、その表面に細かな突起がランダムに生じます。この突起によって幾何学的な対称性が破れると、突起を起点に、円偏光の電場の回転方向に応じて「ねじれた分布の近接場光※4」が生じます（図２b）。これに沿って酸化鉛が成長することで、ねじれた構造が形成されます（図２c）。本手法は他の半導体ナノ構造などにも適用できる可能性があり、電子線リソグラフィー法や化学合成法に次ぐ、新しいキラルナノ構造の作製方法として期待されます。
　本研究成果は、「Nano Letters」に2026年10月20日（火）（日本時間）に掲載されました。

用語解説

※1キラル
ある物体がキラルな物体（キラリティを持つ物体）である場合、それを鏡に映した形を持つ物体（鏡像体）と、どう動かしても重ね合わせることができません。たとえば、左手と右手は互いに鏡像体の関係（鏡像関係）にありますが、それらをどう動かしても、重ね合わせて一致させることはできません。アミノ酸分子のL体とD体も、鏡像関係にあります。

※2スパイラルナノ構造
ナノメートルから数百ナノメートルの大きさのねじれたナノ構造のことを、本研究ではスパイラルナノ構造と呼びます。スパイラルナノ構造は、キラリティを持ちます。

※3円偏光
光は、電場と磁場が振動しながら伝わる電磁波です。それらの振動の向きが、回転しながら進む光を円偏光と呼びます。光を受ける側から光源に向かって見て、電場が時計回りに回転する光を右円偏光、反時計回りに回転する光を左円偏光と呼びます（分野などによっては、逆に定義される場合もあります）。

※4近接場光
物質の表面やナノ構造のごく近くに局在する光の電磁場を、近接場光と呼びます。表面から離れると急激に弱くなり、光の波長よりも小さな領域に局在することがあります。これを使うことで、可視光をレンズで集めただけではできないような微細なナノ加工が可能です。本研究では、ミー共鳴（※7参照）により局在化させた近接場光を利用しています。

研究内容の詳細

円偏光と電位制御で、右または左にねじれたナノ構造を １段階で選択的に作り分ける技術を開発 [PDF, 367KB]

論文情報

論文名

Precursor-Free Photoelectrochemical Fabrication of Spiral Lead Oxide Nanostructures under Circularly Polarized Light

著者

早川 亜美、西 弘泰、立間 徹

掲載誌

Nano Letters

DOI

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c03830

お問い合わせ

富山大学学術研究部理学系
講師　西 弘泰

• TEL:076－445－6611
• Email: