2024年 | プレスリリース・研究成果
「光閉じ込め」が期待される２次元ダイヤモンド状コロイド結晶の作製
【本学研究者情報】
〇多元物質科学研究所 助教 新家寛正
研究室ウェブサイト
【発表のポイント】
- 基板上での荷電コロイド粒子の交互積層により、ミクロンサイズの粒子の２次元的なダイヤモンド格子状構造を作製しました。
- 得られたコロイド粒子のダイヤモンド格子は「フォトニック結晶」として応用が期待されます。
- 高屈折率粒子を用いて本構造を作製したとき、３次元大型結晶の数１０％程度の「光の閉じ込め」現象が生じることが、計算により示されました。
【概要】
名古屋市立大学大学院 薬学研究科 コロイド・高分子物性学分野の 藤田みのり 博士課程大学院生、豊玉彰子 准教授、奥薗透 准教授、山中淳平 教授、および 東北大学 多元物質科学研究所の新家（にいのみ）寛正 助教 による、コロイド微粒子の会合による２次元ダイヤモンド格子の形成に関する研究が、英国王立化学会の専門誌である「Soft Matter」誌に掲載されます。当該論文の速報版はすでに、2023年12月 27日付で同誌 Websiteで公開されています。
マイクロメートルサイズのコロイド粒子が、ダイヤモンド格子状に配列した構造は、「光の閉じ込め」が可能な「フォトニック結晶」として働くことが知られており、現在その構築が世界で活発に検討されています。これまでに、複雑な表面構造を持つ粒子を使ったいくつかの構築法が提案されていますが、簡便な作成法は報告されていませんでした。本研究では、新規手法（基板上での荷電コロイド粒子の交互積層）により、ガラス基板上に、３層からなる２次元的なダイヤモンド格子を作製しました。著者らが2020年に国際宇宙ステーション・「きぼう」日本実験棟で行った、コロイド粒子の会合実験の成果も、本研究に活用されています。また本論文では、高屈折率粒子を用いて当該の２次元ダイヤモンド格子構造を作製したときに、３次元大型結晶の数10%程度の効率で「光の閉じ込め」現象が生じることが計算により示されました。
図１にダイヤモンド格子の模式図を示します。水色部分の正四面体型会合体が構成単位です。3次元の大型ダイヤモンド格子は、光を閉じ込める「フォトニック結晶」として働くことが知られており、医療用レーザー、UVカット剤などへ応用が考えられます。このようなダイヤモンド格子の光制御能は自然界でも見られ、コンゴウインコの羽は、ケラチン線維のアモルファスダイヤモンド構造が特定波長の光を反射するため、鮮やかに発色します。本研究では、図１の赤色の点線で囲んだ構造を作製しました。
問い合わせ先
（研究に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所
助教 新家 寛正（にいのみ ひろまさ）
電話：022-217-5671
E-mail：hiromasa.niinomi.b2*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
TEL：022-217-5198
E-mail：press.tagen*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
