JP5800309B2 - ナノ物質間の光エネルギーの伝達制御方法および装置、ならびにナノ物質間の光エネルギーの伝達効率評価方法および装置 - Google Patents
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好ましくは、第1のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定される。光は、基板の表面の近傍に生じたエバネッセント光である。
好ましくは、第1のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定される。光源は、エバネッセント光を基板の表面の近傍に生じさせる。
きる。
図1は、本発明の実施の形態に係るナノ物質間の光エネルギーの伝達制御を説明するためのモデルを示した図である。図1を参照して、ナノ構造体10は、光応答性を有するナノ物質1,2と、ナノ物質1,2に接合される接合ナノ物質3とを備える。このモデルでは、ナノ物質1,2は互いに同じ物質である。接合ナノ物質3は伸縮可能なナノ物質である。
図1に示されるモデルに従うナノ物質間の光エネルギーの伝達効率の評価について以下に説明する。まず、接合ナノ物質のフォノンの固有振動数は、以下に説明する量子化学計算によって見積もることができる。
初期においてセグメント1のみが励起されていると仮定する。セグメント1,2は同じナノ物質である。セグメント1の分極P1およびセグメント2の分極P2は、以下の式(7)および式(8)に従ってそれぞれ表わされる。
フォノン振動数Ωの逆数(=1/Ω)で定まる周期よりも十分長い時間にわたる光誘起分極P2の絶対値の時間平均が算出される。分極P2の絶対値の時間平均が大きいことは、セグメント1から接合ナノ物質3を介してセグメント2に光エネルギーが伝達されたことによって、セグメント2において有意な大きさの分極が生じたことを表わす。したがって、分極P2の絶対値の時間平均を評価することにより、ナノ物質間の光エネルギーの伝達効率を評価することができる。なお、以下では、分極P2の絶対値を|P2|と表わす場合がある。また、分極P2の絶対値の時間平均を「分極P2(または|P2|)の時間平均」と呼ぶ場合もある。
図2は、本発明の実施の形態に係る評価方法を実行するコンピュータ100のハードウェア構成を説明した図である。図2を参照して、コンピュータ100は、コンピュータ本体101と、フレキシブルディスク(Flexible Disk、以下「FD」と呼ぶ)ドライブ103と、光ディスクドライブ104と、通信インターフェイス105と、モニタ106と、キーボード107と、マウス108とを備える。FDドライブ103、光ディスクドライブ104、通信インターフェイス105、キーボード107およびマウス108は、バス102を介してコンピュータ本体101に接続される。
は、コンピュータ100の外部の装置と通信回線(図示せず)を通じてデータを授受する。
(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)を含むメモリ121と、ハードディスク122とを含む。CPU120、メモリ121、ハードディスク122は、バス102に接続される。
2の時間平均を算出する。評価プログラム131は、上記の式(8)に従って分極P2の時間平均の光エネルギースペクトルを数値計算するためのプログラムである。
ることも可能である。たとえば増強率を複数のレベルによって評価してもよい。たとえば増強率を複数のレベル(たとえば3つのレベル)と比較することにより、光エネルギーの伝達効率を評価してもよい(たとえば「高レベル」「中レベル」および「低レベル」のいずれかであると評価する)。あるいは、予め実験あるいは計算などにより求められた増強率の値と伝達効率との関係に従って、|P2|の値から光エネルギーの伝達効率が評価されてもよい。
図10は、本発明の実施の形態に係るナノ物質間の光エネルギーの伝達制御装置の概略的構成を示した図である。図10を参照して、制御装置200は、光源201と、基板固定部202と、検出部203と、振動外場発生部204と、制御部205とを備える。
8.3〜31.9THzの周波数帯となる。また、テラヘルツ波は、たとえば半導体多重量子井戸によって発生される。あるいは、テラヘルツ波は、2次非線形結晶に光パルスを照射することで発生される。2次非線形結晶に光パルスを照射することで、差周波が生じる。これによりテラヘルツ波を発生させることができる。具体的には、フェムト秒レーザ(たとえばチタンサファイアレーザ)によってパルス幅100fsの光パルスを用いた場
合、約10THzのテラヘルツ波パルスを発生させることができる。
図13は、本発明の応用例を示した図である。図13を参照して、センサ250は、振動外場発生部204を備えていない点において図10に示した制御装置200と異なる。
Antenna, Masaaki ASHIDA, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 47, No. 10, 2008, pp. 8221-8225を参照)。本発明の実施の形態によれば、テラヘルツ波を検出する
素子の基本構造のサイズを100nm以下に抑えることが期待できる。
ム、133 解析条件、134 解析パラメータ、135 評価結果、150 共振周波数解析部、160 伝達効率解析部、162 振動状態模擬部、164 初期条件設定部、166 分極算出部、168 評価部、170 解析制御部、200 制御装置、201 光源、202 基板固定部、204 振動外場発生部、205 制御部、206 冷却装置、250 センサ、S1〜S14,S12A ステップ。
Claims (20)
- 各々が光照射によって光誘起分極が生じるポルフィリン分子である第1および第2のナノ物質と、前記第1および第2のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有し、当該伸縮に応じて前記第1のナノ物質から前記第2のナノ物質へと前記光照射によるエネルギーを伝達する有機分子である接合ナノ物質とを含むナノ構造体を準備するステップと、
前記第1のナノ物質に光を照射するステップと、
赤外線、ミリ波、サブミリ波および音波のうちの少なくとも1つであって、前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数に等しい周波数を有する振動外場によって、前記接合ナノ物質の所定の振動モードを励振するステップと、
前記振動外場の強度を制御することにより、前記第1のナノ物質から前記第2のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を制御するステップとを備える、ナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法。 - 前記制御するステップは、
前記第2のナノ物質に伝達された光の強度および周波数に基づいて、前記振動外場の強度を変化させるステップを含む、請求項1に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法。 - 前記第1のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定され、
前記光は、前記基板の表面の近傍に生じたエバネッセント光である、請求項1に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法。 - 前記振動外場は、テラヘルツ波である、請求項1に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御方法。
- 各々が光照射によって光誘起分極が生じるポルフィリン分子である第1および第2のナノ物質と、前記第1および第2のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有し、当該伸縮に応じて前記第1のナノ物質から前記第2のナノ物質へと前記光照射によるエネルギーを伝達する有機分子である接合ナノ物質とを含むナノ構造体に含まれる、前記第1のナノ物質に、光を照射する光源と、
前記接合ナノ物質の所定の振動モードを励振するための振動外場を発生させる振動外場発生部と、
前記振動外場の強度を制御することにより、前記第1のナノ物質から前記第2のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を制御する制御部とを備え、
前記振動外場は、赤外線、ミリ波、サブミリ波および音波のうちの少なくとも1つであって、前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数に等しい周波数を有する、ナノ物質間の光エネルギー伝達制御装置。 - 前記制御部は、前記第2のナノ物質に伝達された光の強度および周波数に基づいて、前記振動外場の強度を変化させる、請求項5に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御装置。
- 前記第1のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定され、
前記光源は、エバネッセント光を前記基板の表面の近傍に生じさせる、請求項5に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御装置。 - 前記振動外場は、テラヘルツ波である、請求項5に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達制御装置。
- 各々が光照射によって光誘起分極が生じるポルフィリン分子である第1および第2のナノ物質と、前記第1および第2のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有し、当該伸縮に応じて前記第1のナノ物質から前記第2のナノ物質へと前記光照射によるエネルギーを伝達する有機分子である接合ナノ物質とを含むナノ構造体における前記接合ナノ物質の振動モデルの初期条件を設定するステップと、
前記接合ナノ物質の所定の振動モードが振動外場によって励振された状態に対応する、前記接合ナノ物質の振幅と前記第1および第2のナノ物質間の相対距離との間の関係を表す関数を用い、前記振幅を前記初期条件から変更することによって前記相対距離をコンピュータ上で算出するステップと、
前記第1のナノ物質に光が照射されたことによって生じる前記第2のナノ物質の分極を算出するステップと、
前記分極に基づいて、前記第1のナノ物質から前記第2のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を評価するステップとを備え、
前記振動外場は、赤外線、ミリ波、サブミリ波および音波のうちの少なくとも1つであって、前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数に等しい周波数を有する、ナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。 - 前記評価するステップは、
前記分極の絶対値の時間平均の極大値に基づいて、前記伝達効率を評価するステップを含む、請求項9に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。 - 前記評価するステップは、
前記極大値に対応する光周波数と前記振幅との間の相関関係を決定するステップを含む、請求項10に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。 - 量子化学計算によって、前記所定の振動モードに対応する前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数を算出するステップをさらに備える、請求項9に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。
- 前記第1のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定され、
前記第1のナノ物質に照射される光は、前記基板の表面の近傍に生じたエバネッセント光である、請求項9に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。 - 前記振動外場は、テラヘルツ波である、請求項9に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価方法。
- 各々が光照射によって光誘起分極が生じるポルフィリン分子である第1および第2のナノ物質と、前記第1および第2のナノ物質を接続するとともに伸縮性を有し、当該伸縮に応じて前記第1のナノ物質から前記第2のナノ物質へと前記光照射によるエネルギーを伝達する有機分子である接合ナノ物質とを含むナノ構造体における前記接合ナノ物質の振動モデルの初期条件を設定する初期条件設定部と、
前記接合ナノ物質の所定の振動モードが振動外場によって励振された状態に対応する、前記接合ナノ物質の振幅と前記第1および第2のナノ物質間の相対距離との間の関係を表す関数を用い、前記振幅を前記初期条件から変更することによって前記相対距離を算出する模擬部と、
前記第1のナノ物質に光が照射されたことによって生じる前記第2のナノ物質の分極を算出する分極算出部と、
前記分極に基づいて、前記第1のナノ物質から前記第2のナノ物質への光エネルギーの伝達効率を評価する評価部とを備え、
前記振動外場は、赤外線、ミリ波、サブミリ波および音波のうちの少なくとも1つであって、前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数に等しい周波数を有する、ナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。 - 前記評価部は、前記分極の絶対値の時間平均の極大値に基づいて、前記伝達効率を評価する、請求項15に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。
- 前記評価部は、前記極大値に対応する光周波数と前記振幅との間の相関関係を決定する、請求項16に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。
- 量子化学計算によって、前記所定の振動モードに対応する前記接合ナノ物質のフォノンの固有振動数を算出する共振周波数解析部をさらに備える、請求項15に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。
- 前記第1のナノ物質は、光学的に透明な基板に固定され、
前記第1のナノ物質に照射される光は、前記基板の表面の近傍に生じたエバネッセント光である、請求項15に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。 - 前記振動外場は、テラヘルツ波である、請求項15に記載のナノ物質間の光エネルギー伝達効率評価装置。
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