千葉大学研究シーズDiscovery Saga

2025年12月03日
研究・産学連携

概要

千葉大学大学院工学研究院の尾松孝茂教授、千葉大学分子キラリティー研究センターの平山颯紀特任助教と、東北大学大学院工学研究科の小野円佳教授、木崎和郎助教、赵君婕 (Zhao Junjie) 学振外国人特別研究員と北海道大学電子科学研究所の田口敦清准教授の研究チームは、光の波面に複数の渦が同時に存在する多重光渦^注1,2)を物質に転写して構造として可視化することに成功しました。また光のスピン角運動量と軌道角運動量のベクトル合成(光のスピン軌道相互作用^注3))の効果により、渦の大きさや位置が大きく変化することを見出しました。
　この結果は、一つの光で多数の微小物質を同時に捕捉・輸送・回転・操作できる光マニピュレーション^注4)の新たな技術として、渦の物理学、キラリティー化学など、非常に幅広い分野での応用が期待されます。
　本研究成果は、2025年11月18日に、学術誌Nanophotonicsで公開されました。
■用語解説
注1）光渦（ひかりうず）：光の波面（波の進行方向に対して垂直な等位相面）が、螺旋階段のようにねじれた光のこと。波面の中心部に光が全くない暗点（位相特異点と呼ばれる波面の渦）があり、ドーナツ型の光強度分布を持っている。また、螺旋波面のねじれに由来して「軌道角運動量」という物理量を持つことが知られている。
注2）多重光渦（たじゅうひかりうず）：異なるねじれの回数（次数）を持つ光渦を合成してできた光で、一つの光の波面の中に複数の位相特異点（波面の渦）を同時に含んでいる光。
注3）光のスピン軌道相互作用：光は、螺旋波面に由来する「軌道角運動量」と、螺旋電場である円偏光に由来する「スピン角運動量」という2種類の回転の性質（角運動量）を持っている。これら2つが互いに強めあったり弱めあったりする現象を「光のスピン軌道相互作用」と呼ぶ。
■論文情報
タイトル：Surface relief formation with light possessing multiple vortices
DOI：10.1515/nanoph-2025-0387

図1　多重光渦で記録されたレリーフとコンピューターシミレーション解析により求めた渦。

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多数の光の渦を物質に転写して可視化することに成功！

～物質中での渦の生成、消滅、操作の新展開～

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