分子研,円偏光でナノ構造の向きを観測

分子科学研究所(分子研)は,キラルな金ナノ構造体に円偏光を照射し,その近くを動かした探針に働くキラル光学効果による光の力を検出することで,ナノスケールでの物質構造の左向き,右向きを観測することに成功した(ニュースリリース)。

キラルとは物質の構造が,その鏡写しにした構造と同じにならない性質を表す。左手と右手は鏡写しの関係で,重ならない構造(同じにならない)なのでキラル。キラルな物には,右手系と左手系の区別が生じる。

生命を構成する多くの物質はキラルで,右手系か左手系のいずれかしか天然に存在しないことがしばしばある。また,新しい機能を持つ物質でも,そのキラルの性質が重要な役割を担うことがある。

こういったキラルな物質の特徴の一つとして,右回りの円偏光と左回りの円偏光に対して異なる応答を示すこと(キラル光学効果)が知られている。一方で,これまでキラルな物質の近くで生じるナノスケールでのキラル光学効果の観測は実現されていなかった。

研究グループは,光が照射された物体にかかる微小な光の力を検出する光誘起力顕微鏡(OF-PiFM)によって,ナノスケールのキラル光学効果を観測した。OF-PiFMを用いれば,ナノスケールでのキラル光学効果を観測できると理論的には考えられていたが,実際に観測された例はなかった。

研究グループは,OF-PiFMによって,右回り及び左回りの円偏光を照射されたキラルな金ナノ構造体近くで,力検出用探針に誘起される力を検出することで,ナノスケールでのキラル光学効果を観測することに成功した。

研究グループは,この方法の有効性を確認する試料として,金でできた卍型のナノ構造体を用いた。この試料のOF-PiFMによる顕微イメージングの結果,右回り円偏光を照射した場合と左回り円偏光を照射した場合で,異なる像が得られることを示した。

この結果は,ナノスケールで物体が局所的に右手系か左手系かを,円偏光を使ったOF-PiFMで区別して観察できることを明らかにするもの。

この結果において,ナノスケールでのキラル光学効果が観測できることが示され,様々なナノスケールの単一物質のキラル構造解析の可能性が示された。研究グループは,今後は,生体分子などを対象に単一分子の構造解析への応用展開が期待されるとしている。

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