WO2006027863A1 - ナノ物質の操作方法およびその利用 - Google Patents

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WO2006027863A1
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nanomaterials
light
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Hajime Ishihara
Takuya Iida
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Japan Science and Technology Agency
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures

Definitions

  • the present invention relates to a method of manipulating nanomaterials and use thereof, and in particular, relates to a manipulation method which can be suitably used for production (preparation) or manipulation of quantum dot pairs and the use thereof. It is a thing.
  • the force applied to the substance is called radiation force.
  • This force is used for light manipulation to control the spatial position and mechanical motion of a minute object.
  • application to nanotechnology is also expected, which is not only used for light manipulation of a micro object having a size in the micrometer range suspended in a fluid medium.
  • nanomaterials are different from substances or atoms having sizes in the micrometer range, and their quantum mechanical properties change when the size (size), shape, internal structure, quality, etc. are different. It is known that it has the personality which originated.
  • the merits of using the electronic resonance effect significantly increase.
  • the force is enhanced by more than four orders of magnitude without considering the resonance effect under some conditions, and even if the incident light is weak such that only a linear response occurs It occurs.
  • Quantum dots are often referred to as "heavy atoms" because their electronic excitation levels are discrete like atoms.
  • quantum dots are expected to be applied to various fields such as high efficiency light emitting devices, high speed optical communication, quantum information communication and biotechnology.
  • research on the electrical and optical properties of semiconductor quantum dots in which an electronic system is confined is active, and it is possible to obtain a single quantum dot between multiple quantum dots.
  • Studies focusing on quantum mechanical coupling are also actively conducted.
  • a coherent coupled or anticoupled state of an electron excited state is observed, and such a quantum dot pair is an “artificial molecule” or a “quantum dot”. It is called "molecule” etc. (refer to non-patent documents 2 and 3).
  • This artificial molecule has a state in which the electrons confined in each quantum dot are quantum mechanically entangled. Therefore, if a device in which a large number of these artificial molecules are arrayed can be manufactured, application to quantum computers and the like is expected.
  • There is also an attempt to control energy transfer between a plurality of quantum dots see Non-Patent Document 4). Such control of energy transfer can contribute to the solution of energy problems, as it can increase the efficiency of energy transfer.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2003-200399 (July 15, 2003 published)
  • Non Patent Literature 1 T. Iida, H. Ishihara, Phys. Rev. Let. Vol. 90, 057403-p.l- 4 (2003/2/7)
  • Non-Patent Document 2 M. Bayer, P. Hawryrak, K. Hinzer, S. Fafarad, M. Korkusinsi, Z. R. Wasilewski, O. Stern, A. Forchel, Science Vol. 291,
  • Non Patent Literature 4 S. A. Crooker, J. A. Hollingsworth, S. Tretiak, V. I. Klimov, Phys. Rev. Lett. Vol. 89, 186802-p.l-4 (2002/10/24)
  • Non-Patent Document 2 quantum mechanical coupling between quantum dots produced in a semiconductor multilayer structure is observed by a self-organization method. ing.
  • the strain effect due to the difference in lattice constant that occurs when laminating different semiconductor materials by MBE method etc. is used, and although it is possible to produce a large number of quantum dots at one time, Once the material to be used is identified, its arrangement will be determined automatically.
  • Non-Patent Document 3 a laminated structure of gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (AlGaAs) is subjected to an insulating process by focused ion beam injection, and , A quantum dot of about 100 nm by voltage application with a Schottky gate Is produced. With this technology, it will be difficult to produce smaller quantum dots or to produce them in large quantities.
  • GaAs gallium arsenide
  • AlGaAs aluminum gallium arsenide
  • quantum dots are fixed in the semiconductor multilayer structure. Therefore, even if light is emitted to the quantum dot to excite the energy of the coupled or anti-bonded state in the electron excited state, the quantum dot can not be mechanically manipulated, and it is produced once. Then you can control the position of the quantum dot freely.
  • Non-Patent Document 4 colloidal selenium-cadmium (CdSe) quantum dots dispersed in an organic solvent are deposited and fixed on a glass substrate.
  • this technology mechanically manipulates the quantum dots in an organic solvent, but since the quantum dots are finally fixed to the substrate, the particle size of the quantum dots that are important in energy transfer is It is difficult to control or control the distance between quantum dots.
  • Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 by the present inventors, a large amount of nanomaterials having specific quantum mechanical properties selected are produced in free space. , Can control its movement. However, a detailed discussion of the motion control method by inducing a force with light between the generated nanomaterials was considered as a future topic.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to collectively manipulate nanomaterials in a state in which a plurality of nanomaterials such as quantum dots and quantum dot pairs are present.
  • the present inventors have found that a plurality of nanomaterials that are freely suspended are in close proximity to form a nanomaterial group, and they are close to each other 2
  • the present invention has been completed.
  • the nanomaterials are irradiated with resonance light that resonates with the electronic excitation level of the nanomaterials.
  • the irradiation target of the resonant light is a nanomaterial group which also has a plurality of nanomaterial powers, and It is characterized in that the polarization of the above-mentioned resonance light to be irradiated is changed in order to control the mechanical interaction occurring in the above.
  • the nanomaterial group may be present in free space or in a fluid medium.
  • the intensity of the above-mentioned resonance light to be irradiated may be changed.
  • the nanomaterials are manipulated by the irradiation of the above-mentioned resonance light so as to control the collective motion of the nanomaterials constituting the nanomaterial group and the arrangement of Z or the nanomaterials.
  • a configuration having a first nanomaterial manipulation step can be mentioned. Furthermore, in the movement and Z or arrangement controlled Z or nanomaterials in control
  • It may have a second nanomaterial manipulation step of manipulating the nanomaterial by irradiation with resonant light so as to control the position of the center of gravity of the nanomaterial and the motion of the Z or nanomaterial.
  • the nanomaterial group includes a plurality of types of nanomaterials, and further, when the resonance light is irradiated, a specific nanomaterial is selected from the nanomaterial group to select a specific nanomaterial. It may have a substance selection step. It may have a population forming step of forming a population of nanomaterials as described above. In the above-mentioned group formation step, an example can be mentioned in which a nanomaterial group is formed by a collection beam.
  • the nanomaterial to be manipulated is not particularly limited, and examples include quantum dots or quantum dot pairs.
  • the nanomaterial group includes a plurality of types of quantum dot pairs having different electronic excitation levels
  • the specific nanomaterial selection step a nanomaterial having a specific electronic excitation level is selected.
  • the specific nano material may be the specific nano material. In the material selection process, quantum dot pairs whose size, shape and internal structure are substantially identical can be selected.
  • the nanomaterial group formed in the group formation step may be a quantum dot group in which a plurality of quantum dots having a specific attribute are in close proximity.
  • the distance between the quantum dots included in the quantum dot group may be controlled by the first nanomaterial manipulation step to form a quantum dot pair.
  • a laser beam be used as the resonant light.
  • the present invention also includes a method of producing a quantum dot pair using the above method of manipulating nanomaterials
  • the nanomaterial manipulation device that exerts a force on the nanomaterial by irradiating resonance light to the nanomaterial manipulation device,
  • a resonance light irradiation means for irradiating resonance light resonating with the electronic excitation level of the nanomaterial is provided, and the resonance light irradiation means is characterized in that the polarization of the resonance light can be changed.
  • a housing having an inner space in which a plurality of nanomaterial groups also having nanomaterial power exist and which can be operated is provided.
  • a fluid medium an example in which the inside of the above case can be filled with a fluid medium can be mentioned.
  • the resonance light irradiation means be capable of changing the intensity of the resonance light. Furthermore, it is preferable that a plurality of the above-mentioned resonance light irradiation means be provided, and that the resonance light irradiated with the respective resonance light irradiation means have different irradiation conditions.
  • nano-material group formation means for forming the above-mentioned nano-material group may be further provided in a housing.
  • a substrate for fixing manipulated nanomaterials may be installed in the above-mentioned case.
  • the method of manipulating nanomaterials to which the present invention can be applied is the method described above for irradiating nanomaterials.
  • the configuration is such that the polarization of the ringing light (the biased state of the electric field oscillation direction in the resonance light) is changed. Therefore, it becomes possible to generate attraction or repulsion between the nanomaterials by controlling the polarization of the resonant light.
  • By creating an attractive force between the nanomaterials the distance between the nanomaterials can be made closer or aggregated, and when a repulsive force between the nanomaterials is created, the distance between the nanomaterials can be increased or You can try not to
  • FIG. 1 (a) is a schematic view showing the structure of a quantum dot pair, which is an example of the nanomaterial in the present invention, and the force generated by resonance light, showing the case where an attractive force is generated.
  • FIG. 1 (b) is a schematic view showing the structure of a quantum dot pair, which is an example of the nanomaterial in the present invention, and the force generated by resonance light, showing a case where repulsive force is generated.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an example of an apparatus for manipulating nanomaterials according to the present invention.
  • FIG. 3 (a) is a layout diagram of calculation in the case of assuming cubic quantum dots as nanomaterials.
  • FIG. 3 (b) This is a graph showing the frequency dependence of X, y components of acceleration (force Z mass) received by individual quantum dots in the case of different polarizations.
  • FIG. 3 (c) This is a graph showing the frequency dependence of X and y components of acceleration (force Z mass) received by individual quantum dots in the case of different polarizations.
  • FIG. 4 (a) This is a layout diagram of calculation in the case of assuming a quantum dot of a sphere as a nanomaterial.
  • FIG. 4 (b) This is a graph showing the frequency dependence of X and y components of acceleration (force Z mass) received by each quantum dot in the case of different polarizations.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a configuration for forming a standing wave trap.
  • FIG. 6 is a view showing an example of the configuration for forming a standing wave trap.
  • light corresponding to the electronic excitation level of the nanomaterials is generated with respect to a nanomaterial group that also has a plurality of nanomaterial powers present in a freely movable environment. It emits resonance light) to generate forces between nanomaterials to control their spatial arrangement and movement.
  • the nanomaterial in the present invention may be an object having any shape as long as it is a material having a size of several hundreds of nanometers or less.
  • This nanomaterial can be referred to as a nano-sized micro object, so it may be called a nanoparticle, or may be called a nanostructure if its structure is characterized.
  • the size of the nanomaterial may be on the order of nano, but it is more preferable that the radius be 100 nm or less. In the case of nanomaterials with a radius of 10 O nm or less, the magnitude of the force acting in the presence of the light resonance phenomenon can be enhanced to about 10 2 -10 5 of the force acting in the absence of the light resonance phenomenon. it can.
  • the above-mentioned nanomaterial group is not particularly limited as long as it is a system comprising two or more nanomaterials.
  • it is a group in which adjacent nanomaterials are brought together to an extent of interaction by irradiation of resonance light.
  • Examples of particularly preferable nanomaterials in the present invention include quantum dots and quantum dot pairs.
  • a quantum dot is a structure that typically has a size of several nanometers and a few hundred nanometers and is made of a semiconductor, metal, organic compound, etc. as a material, and a system that exhibits quantum mechanical effects.
  • a semiconductor is used.
  • the reason why a semiconductor is preferable is, for example, a sharp electronic state of a resonant structure such as an exciter or the like therein, and a laser of a frequency corresponding to those. It is because it is thought that big radiation power is obtained by operating light.
  • the quantum dot pair is formed by forming a pair of two quantum dots, and the distance between the quantum dots is several nanometers power several tens nanometers.
  • the quantum dot pair is not specifically limited as long as it has such a pair structure of quantum dots, and artificial molecules, quantum dot molecules, polaritic molecules, etc. which are not specifically limited are also included in the quantum dot pair. And one type of quantum dot pair. According to the present invention, quantum dot pairs can also be produced from the above quantum dots.
  • Examples of the above-mentioned semiconductor include semiconductors of Group I-VII compounds; semiconductors of Group II-VI compounds; semiconductors of Group III-V compounds; Absent .
  • semiconductors of group VII include copper compounds, and more specifically, copper halides such as CuCl, CuBr, Cul and the like can be mentioned. In the embodiment described later, CuCl is used.
  • semiconductors of II-VI compounds include cadmium compounds such as CdS and CdSe, and zinc compounds such as ZnO.
  • Examples of semiconductors of Group III-V compounds include gallium compounds such as GaAs.
  • a Group I-VII compound and a Group II-VI compound are preferably used, and a Group VII compound is more preferable.
  • the force that electrons and holes combine to form an exciton that is an example of a resonance level The specific energy of this exciton depends on the size of the quantum dot. If this effect is used to select resonant light that resonates with a quantum dot of a certain size, only quantum dots of that size can be selected.
  • carbon nanotubes and carbon nanotube pairs can be mentioned as other examples of the nanomaterial, which is particularly preferable in the present invention. Irradiating resonant light to a pair of carbon nanotubes arranged in parallel makes it possible to operate as well as the quantum dot pair.
  • the existence environment of the above-described nanomaterial group is particularly limited as long as the environment allows each nanomaterial to move freely, in particular, the environment in which the nanomaterial can be manipulated by the operation method according to the present invention. is not. Specifically, it may be in free space or in a fluid medium.
  • the light irradiated to the nanomaterial group is the electronic excitation level of the nanomaterial.
  • Light that resonates with the light that is, resonance light.
  • the electronic excitation level refers to the quantum mechanical potential energy of the electronic system of the nanomaterial, and in the nanomaterial, this excitation level is discretized. Its intrinsic energy differs depending on the size, shape and internal structure of the substance.
  • the above-mentioned resonant light is light that resonates with the electronic excitation level, and light having a frequency centered on the frequency at the peak position of the radiation force and within a frequency range that is twice as large as the half width at half maximum of the peak. It is.
  • this light When such light (resonant light) is irradiated to the nanomaterial, this light resonates with the electronic excitation level. That is, when the resonance light is incident on the nanomaterial, the induced polarization increases by resonating with the energy difference between the electronic excitation level and the ground level of the nanomaterial or the electronic excitation level, ie, the transition energy. Do. In general, the interaction between light and nanomaterials becomes stronger as the induced polarization of the nanomaterials becomes larger, and the induced polarization of the nanomaterials is increased by the incidence of the resonant light, whereby the mechanical properties of the light and the nanomaterials are enhanced. Interaction is increased. Therefore, strong light scattering and strong light absorption occur in the nanomaterial, whereby the resonant light efficiently applies power to the nanomaterial.
  • the mechanical interaction can be enhanced by the resonance between the light and the electronic excitation level of the nanomaterial.
  • the interaction between the nanomaterial and the light will be strengthened, and the power of the irradiated light on the nanomaterial can be increased.
  • the force exerted from the light on the nanomaterial is enhanced, and the light irradiation makes it possible to easily manipulate the nanomaterial.
  • by changing the polarization of the resonant light it is possible to control the mechanical interaction that occurs between the nanomaterials. This point will be described later.
  • the wavelength of the resonance light to be irradiated is, for example, H. Ajiki and K. Cho, quot; Longitudinal and Transverse Components of Excitons in a Spherical Quantum Rev. B, Vol. 62, pages 7402 to 7412 (2000)). Also, as described later, when the size, shape, internal structure, and quality of the nanomaterial are different, the transition between the electronic excitation levels of the nanomaterial. Energy also changes. Therefore, when the material, size, shape, internal structure, etc.
  • the resonant light to be irradiated is narrowed down to a wavelength size and introduced into the force nanomaterial, and the line width of the spectral line of the resonant light resonates with the electronic excitation level of the nanomaterial to be manipulated. It should be set as follows. Note that the intensity of the resonant light irradiated to the nanomaterial may be set to a magnitude that does not cause destruction of the minute object by the light irradiation.
  • laser light can be suitably used. Specifically, any laser light having a laser wavelength of about 300 nm to about 1200 nm generally used in optical manipulation may be used.
  • the above-mentioned resonance light is light which resonates with the electronic excitation level, and the action and effect in light manipulation are disclosed in the above-mentioned patent document 1.
  • the present inventors have uniquely changed that the magnitude and sign of the radiation force acting between a plurality of nanomaterials can be changed by changing the polarization of resonant light. I found it. That is, in the method of manipulating nanomaterials according to the present invention, in particular, the irradiation target of resonance light is a nanomaterial group, and in order to control the mechanical interaction generated between the nanomaterials, the polarization of the above resonance light is changed. It is, in the method of manipulating nanomaterials according to the present invention, in particular, the irradiation target of resonance light is a nanomaterial group, and in order to control the mechanical interaction generated between the nanomaterials, the polarization of the above resonance light is changed. It is, in the method of manipulating nanomaterials according to the present invention, in particular, the irradiation target of resonance light is a
  • the nature of the generated radiation changes depending on whether there are more parallel or more perpendicular components of polarization.
  • the parallel component produces an attractive force
  • the vertical component produces a repulsive force.
  • the vertical component can be present no matter how the polarization is changed, so the radiation power does not depend on the direction of polarization.
  • the resonance energy of the adjacent nanomaterial is excited to a lower energy side than the resonance energy of a single nanomaterial.
  • energy is excited so as to create a bonding state between the nanomaterials.
  • the nanomaterials can be manipulated by irradiation of resonance light, but the efficient operation in the nanomaterials population has been extremely powerful.
  • the distance between the nanomaterials can be made to approach or aggregate, or to prevent the distance from expanding or aggregating. As a result, it is possible to control the spatial arrangement and movement of nanomaterials in the nanomaterial population, and nanomaterials can be efficiently manipulated with a high degree of freedom.
  • the nanomaterial group when irradiating a nanomaterial group with resonant light, the nanomaterial group may be formed so that the distance between the nanomaterials falls within an appropriate range, or even if the intensity of the resonant light to be irradiated is changed. Good.
  • control the position and motion of nanomaterial 1 la and lib and “control the position and motion of the center of gravity of nanomaterial 11a or lib by irradiation of resonance light”.
  • the former can be performed first, the latter can be performed, the latter can be performed first, the former can be performed later, the former and the latter can be performed simultaneously, and the former and the latter can be alternately performed. .
  • a plurality of types of resonance light with different irradiation conditions may be used in combination as the resonance light to be irradiated to the nanomaterial group.
  • the irradiation conditions the above-mentioned polarized light (vibration surface), light intensity, frequency and the like can be mentioned, and a plurality of resonance lights having different irradiation conditions according to the purpose may be prepared.
  • the timing of irradiating a plurality of resonance lights is not particularly limited, and may be simultaneous, or irradiation may be performed alternately by shifting the irradiation time.
  • the desired force of attraction or repulsion can be exerted on nanomaterials by polarization, which will be described in more detail.
  • the peak position on the energy axis of the attractive force and the peak position on the energy axis of the repulsive force are slightly offset from each other. That is, the resonance levels of the original excitons, that is, the resonance energy of a single nanomaterial (peak of radiation force) is also high energy shifted by one and low energy shifted by the other. The degree of deviation varies depending on the material parameter.
  • two laser beams are prepared, one of which is polarized light oscillating in the vertical (up and down) direction, which is lower in energy side than the resonance energy (peak of radiation force) possessed by a single nanomaterial.
  • the attractive forces act on the nanomaterials in the vertical direction, but no force works on the nanomaterials in the horizontal direction.
  • the other is polarized light that vibrates in the horizontal direction, and if it is a laser beam that covers only the peak on the lower energy side than the resonance energy (peak of radiation) of a single nanomaterial, it is in the horizontal direction. While there is an attractive force between nanomaterials, there is no force between nanomaterials in the vertical direction. Therefore, attractive forces can be exerted on the nanomaterials in the vertical direction and on the nanomaterials in the horizontal direction.
  • two laser beams are prepared, one of which is polarized light oscillating in the vertical (up and down) direction, which is higher than the resonance energy (peak of radiation force) of a single nanomaterial. If the laser beam covers only the peak on the side, repulsive force works on nanomaterials in the horizontal direction, but no force works on nanomaterials in the vertical direction. The other is polarized light that vibrates in the horizontal direction, and the resonant energy of a single nanomaterial If a laser beam that covers only the peak on the higher energy side than the peak of radiation force), repulsion works on nanomaterials in the vertical direction, but no force works on nanomaterials in the horizontal direction. Absent. Therefore, it is possible to exert repulsive force on the nanomaterials in the vertical direction and on the nanomaterials in the horizontal direction.
  • the operation method of the nanomaterial according to the present invention is to change the polarization of the resonant light to be irradiated as described above, and a specific operation method using this basic principle will be described.
  • the operation method according to the present invention is a comprehensive method for operating a nanomaterial, and is a method including a plurality of steps. Specific examples of the process include a nanomaterial manipulation process, a specific nanomaterial selection process, and a population formation process.
  • the nanomaterials are manipulated by irradiation of the resonance light so as to control the collective motion of the nanomaterials constituting the nanomaterial group and the arrangement of the Z or the nanomaterials.
  • the second nanomaterial manipulation process of manipulating There are two types of processes, the second nanomaterial manipulation process of manipulating. In the operation method according to the present invention, it is more preferable that the second nanomaterial operation step is included if at least the first nanomaterial operation step is included.
  • the nanomaterial group is not maintained by the irradiation of resonance light. Therefore, the position of the center of gravity of the nanomaterial and the movement of the nanomaterial can also be controlled. This is the second It corresponds to the nanomaterial manipulation step.
  • the two types of nanomaterial operation steps are thus performed in the order of the first'second nanomaterial operation step, or in the order of the second'first nanomaterial operation step, or Since the first and second nanomaterial manipulation steps can be performed alternately or simultaneously, the versatility of nanomaterial manipulation can be made wider. Therefore, for example, quantum dot pairs can be fabricated in free space by the first nanomaterial manipulation process, and the fabricated quantum dot pairs can be transported and fixed to the substrate by the second nanomaterial manipulation process.
  • the specific nanomaterial selection step is a step of selecting a specific nanomaterial from the nanomaterial population by irradiation of the resonance light when the nanomaterial population includes a plurality of types of nanomaterials. is there.
  • the versatility of the nanomaterial operation can be further broadened by combining with the above nanomaterial manipulation step.
  • quantum dot pairs are produced in the first nanomaterial operation step.
  • the nanomaterial group includes various kinds of quantum dot pairs.
  • the specific nanomaterial selection step control of resonance light is performed to obtain a specific electronic A nanomaterial having an excitation level may be selected.
  • the specific nanomaterial is In the selection step, quantum dot pairs whose size, shape, and internal structure fall within predetermined conditions may be selected by controlling the resonance light.
  • the predetermined condition here means that the size or shape of the quantum dot pair is within the range where it can be separated from the nanomaterial group by irradiation of the resonance light, or the internal structure of the quantum dot pair is the resonance light.
  • quantum dot pairs falling within this predetermined condition are referred to as quantum dot pairs that are substantially identical.
  • resonant light may be controlled based on the operation method disclosed in Patent Document 1. That is, the method of manipulating the microparticles disclosed in Patent Document 1 is incorporated herein by reference.
  • the population forming step is a step of forming the nanomaterial population.
  • the specific method of forming the nanomaterial group is not particularly limited, for example, a method of forming the nanomaterial group by a focused beam can be mentioned.
  • the distance (distance) between the nanomaterials constituting the nanomaterial group is controlled within a desired range
  • the magnitude of the force (attractive force or repulsive force) between the nanomaterials generated by the irradiated resonant light can be controlled.
  • the magnitude of the force generated between the nanomaterials can be better controlled.
  • the environment for forming the nanomaterial group is not particularly limited as long as the nanomaterial can freely move in the above-mentioned population forming step, as described above, the free space is not limited. It may be inside or in a fluid medium.
  • the fluid medium is not particularly limited, and superfluid helium and the like can be mentioned.
  • the operation method according to the present invention may include steps other than the above nano material operation step, the specific nano material selection step, and the group formation step, and the order of each step may be arbitrary. It goes without saying that it may be changed to For example, the process may be performed in the order of the nanomaterial manipulation process, the specific nanomaterial selection process, and the group formation process, or after the nanomaterial dispersed and dispersed in the fluid medium is sorted in the specific nanomaterial selection process. Alternatively, the distance between the nanomaterials may be controlled in the nanomaterial manipulation process after collecting up to a certain distance which is a group formation process.
  • the operating device for realizing the method of operating a nanomaterial according to the present invention is not particularly limited as long as it exerts a force on the nanomaterial by irradiating resonance light to manipulate the nanomaterial. Although not, an example of the configuration will be specifically described below.
  • the operating device includes a laser light source 21a ′ 2 lb, a housing 22, a nanomaterial group generation unit 23, a flowable medium supply unit 24, and a substrate fixing unit. There are 25 and 26 control units.
  • the laser light source 21a ′ 21b is a resonant light irradiation means for irradiating the nanomaterial group 12 with a laser beam as resonant light, and the irradiation condition of the resonant light can be changed.
  • the irradiation conditions as described in ⁇ control of resonance light> in [1], at least polarization of resonance light is described. Is preferably changeable, and the wavelength and intensity are also changeable.
  • the change of the irradiation condition may be set appropriately according to the purpose.
  • information on the nanomaterial may be input using an external input device (for example, a keyboard or the like) (not shown), and the irradiation condition may be changed under the control of the control unit 26 based on this information.
  • an external input device for example, a keyboard or the like
  • the irradiation condition may be changed under the control of the control unit 26 based on this information.
  • a spectral analysis device is provided, and the energy between the electronic excitation levels of the nanomaterial is thereby provided.
  • the difference, the size and shape of the nanomaterial, the internal structure, and the like may be determined, and the irradiation condition may be changed under the control of the control unit 26 based on the measurement results.
  • the number of resonance light irradiation means is not particularly limited, and as shown in FIG. 2, two laser light sources 21a and 21b are provided! Even if there are! /, 3 or more may be provided.
  • By providing a plurality of laser light sources it is possible to irradiate a plurality of types of resonance light (laser light) under different irradiation conditions. As a result, more versatile and complex operations are possible.
  • the specific configuration of the laser light sources 21a and Z or 21b is not particularly limited, and any known laser light source used for the operation of nanomaterials can be used.
  • a laser light source may be used which emits light in the near-ultraviolet region where the electronic excitation level of CuCl is present.
  • a blue-violet semiconductor laser device having a wavelength of 385 ⁇ 1 nm, an output of 3 mW and a line width of 0.05 nm can be used.
  • a mode-locked titanium.sapphire laser (fundamental wave: wavelength 720 nm-900 nm, LBO or LiO
  • the second harmonic (wavelength: 360 to 450 nm) can be used.
  • a control method of irradiation conditions such as a change in polarization is not particularly limited, and a known laser optical system such as a wave plate may be used in the case of a change in polarization. If, for example, a ⁇ / 2 wavelength plate is used as the wave plate, the polarization of the laser light can be rotated by 90 °.
  • the housing 22 has an inner space in which the nanomaterial group 12 is present and which can be manipulated, and irradiation of laser light (resonance light) by the laser light sources 21a and 21b is performed. Manipulate the internal nanomaterials population 12
  • the size, shape, etc. of the housing 22 are particularly limited. Depending on the type of nanomaterials group 12) and the operating environment, which are not fixed, the appropriate configuration may be adopted. For example, in the case where the nanomaterial group 12 is operated in a fluid medium such as superfluid helium, helium cryostat capable of being loaded with superfluid helium can be used.
  • the nanomaterial group formation part 23 is a forming means for forming a nanomaterial group 12 composed of a plurality of nanomaterials.
  • the nanomaterial may be produced to form a nanomaterial group 12 or the nanomaterial already produced may be introduced into the housing 22 and the force may also be collected by a focused beam or the like. It may be configured to form a group 12.
  • an example can be given in which a quantum dot is directly generated in superfluid helium and this is made into a nanomaterial group 12 by a focused beam. This can be carried out with reference to the contents described in Japanese Patent Application No. 2004-071621 (Quantum Dot Manipulation Method and Quantum Dot Generation Manipulation Device).
  • the quantum dot generation device and the controller of the present invention are movably connected to the quantum dot generation device, and the quantum dots generated by the quantum dot generation device are moved to the controller.
  • An example of forming a nanomaterial group 12 in the operation device can be given.
  • the fluid medium supply unit 24 is provided.
  • the fluid medium include, but are not limited to, the above-described superfluid helium and the like.
  • the specific configuration of the fluid medium supply unit 24 is not particularly limited, for example, if it is used in a helium cryostat !, a known configuration may be adopted.
  • the substrate fixing portion 25 which can fix the substrate 30 is provided in the housing 22.
  • the specific configuration of the substrate fixing portion 25 is not particularly limited, and any known fixing member may be used so as not to interfere with the operation of fixing the nanomaterial group 12 to the substrate 30.
  • the control unit 26 is a control means for controlling the operation of the controller according to the present embodiment, and as shown in FIG. 2, the laser light source 21a ′ constituting the controller is provided. 21b, the nanomaterial group generation unit 23, and the fluid medium supply unit 24 can transmit control signals. Good. In addition, information and signals can be input from input means (not shown), etc., and the operation of each means described above can be controlled based on it! /, And so on!
  • the specific configuration of the control unit 26 is not particularly limited, and conventionally known calculation means are suitably used. Specifically, the central processing unit (CPU) of a computer can be mentioned, and the operation may be performed according to a computer program.
  • control unit 26 when irradiating the nanomaterial group 12 with laser light of different irradiation conditions by the laser light source 21a '21b, the purpose is based on the information etc. from the input means. Depending on the laser light sources 21a and 21b, control may be performed so as to simultaneously or alternately irradiate laser light of different conditions. This enables more versatile light operations.
  • the operation device of the present embodiment includes an output means such as display means (various displays etc.) for presenting various information related to the operation of the nanomaterial group 12 to the operator, or a substrate fixing part
  • a detection means or the like may be provided to detect whether or not the substrate 30 is fixed to the substrate 25.
  • Such means can also use a known configuration, and its operation is also controlled by the control unit 26.
  • the field of application of the present invention is general nanotechnology, and it goes without saying that any kind of nanomaterial manipulation can be used, but a specific example is the production of quantum dot pairs (production ) Use in the method. That is, the present invention also includes a method of producing quantum dot pairs using the above-described method of manipulating nanomaterials.
  • a condensed beam forms a quantum dot group in which a plurality of quantum dots having specific attributes are in close proximity.
  • This quantum dot group is assumed to be a group in which a large number of quantum dots having specific attributes in size, shape, resonance energy, etc. are in close proximity. Therefore, the distance between the quantum dots included in the quantum dot group is controlled by the first nanomaterial manipulation step to form a quantum dot pair. That is, as described above, by changing the polarization of the resonant light, attraction or repulsion is generated between the quantum dots to control the collection aspect of the quantum dot group.
  • a specific quantum dot pair may be selected by a specific nanomaterial selection step, or the selected quantum dot pair may be fixed to a substrate or the like by a second nanomaterial operation step.
  • processes other than the first nanomaterial manipulation process, the second nanomaterial manipulation process, the specific nanomaterial selection process, and the group formation process may be included, and the order of the respective processes may be arbitrarily changed. ,.
  • a plurality of types of resonance light with different irradiation conditions may be used in combination. For example, under the condition that only quantum dots of a specific size move in one direction, plural types of resonance light are irradiated so as to control the distance of quantum dot pairs existing at an interval less than the specific distance at the same time. As a result, it is possible to create a new structure in free space that also has an arbitrary quantum dot force, and to fix the structure to a substrate.
  • the present invention it is possible to manipulate carbon nanotubes. That is, when irradiating resonance light to a carbon nanotube pair arranged in parallel, if the polarization of the resonance light is changed, the radiation depends on whether the polarization is parallel or perpendicular to the carbon nanotube length direction. The nature of power changes. Therefore, it is possible to control attraction and repulsion as well as quantum dots, and to realize good operation.
  • a semiconductor quantum dot of CuCl with a cube of 20 nm on a side was selected.
  • the electronic excited state of the semiconductor quantum dot was approximated by the Lorentz oscillator model, the response field was calculated by the discretized integral equation, and it was substituted into the Maxwell stress tensor to evaluate the force exerted on the quantum dot.
  • FIG. 3 (a) assuming that two cubic quantum dots exist in a region close to each other at a distance of 8 nm, their centers of gravity are set on the XY plane, and in the z direction, Using the parameters of CuCl's Z-exciton (resonance energy
  • a “boraritonic molecule” is formed, which is one of a pair of quantum dots having a bound state (BS) or an anti-bound state (AS).
  • the component of the force becomes negative depending on the condition even in the case of the perpendicular polarization where the repulsion naturally occurs, and a region where an attractive force appears appears.
  • the position of the peak frequency at which the peak value of the incident light with polarization parallel to the long axis is larger changes depending on the shape'polarization.
  • bound and uncoupled states can be selectively generated by incident light of different polarizations.
  • attractive force is generated between the quantum dots, and when energy is excited to be in the anticoupled state, repulsive force is generated between the quantum dots. Therefore, it can be used to provide an unprecedented method of manipulating nanomaterials.
  • FIG. 5 shows a configuration example using a standing wave as an example of using a plurality of beams.
  • a sample cell 41 is mounted vertically above the substrate 42, and a prism 43 is bonded below the substrate 42.
  • the substrate 42 is for finally fixing a quantum dot row such as a quantum dot pair.
  • Quantum dot pairs are present. That is, here, it is assumed that the quantum dots 40 whose size has been selected already gather! /.
  • the laser light ⁇ ⁇ ⁇ emitted from the two opposing laser light sources 44 is applied to the substrate 42 through the prism 43 from diagonally below the prism 43.
  • a standing wave ⁇ ⁇ is a near field with standing wave-like shading in the electric field strength.
  • an evanescent wave (light) D is generated by the prism 43 by this laser light.
  • the evanescent wave induces a radiation force F against the gravity to the quantum dot 40.
  • the quantum dots 40 are held at a fixed height from the substrate 42.
  • the quantum dots 40 can be attracted to the substrate 42 by switching the frequency of the laser light ⁇ ⁇ ⁇ .
  • the standing wave trap can be formed not only in the vertical direction but also in the direction parallel to the prism 43.
  • the resonance light C as the arrangement control light is irradiated toward the quantum dot 40 by a device (not shown).
  • This is polarized light, and for example, as shown in the figure, it has a vibrating plane in the horizontal direction (horizontal direction in the figure) along the paper surface, or in the horizontal direction in the paper depth direction etc. ing.
  • the quantum dots 40 are held at a constant height from the substrate 42.
  • the quantum dots 40 gather one-dimensionally in the standing wave chamber at the position where the potential is minimum.
  • the quantity of quantum dots 40 is large to some extent, they will have a distribution also in the lateral direction (horizontal direction).
  • the resonance light C which is a beam of a specific polarized light
  • the attractive force is exerted.
  • the spread can be suppressed.
  • the group is extended by repulsive force in the depth direction, a more one-dimensional position distribution can be obtained. If time is taken, in principle, it can be approached to a regular arrangement.
  • the quantum dots 40 can be fixed to the substrate 42 by further controlling the near field and the intensity of each light. That is, the generation position of the standing wave and the generation position of the evanescent wave D By adjusting, the quantum dots 40 can be fixed on the substrate 42.
  • the force acting in the direction parallel to the paper and the force acting in the vertical direction can be controlled to shape the distribution of quantum dots in the lateral direction and the depth direction. It is possible to control the arrangement of quantum dots.
  • FIG. 6 shows another configuration example using standing waves as an example of using multiple beams.
  • a substrate 52 is disposed vertically above the lens 51.
  • the substrate 52 is for finally fixing quantum dot arrays such as quantum dot pairs.
  • quantum dot pairs each consisting of two quantum dots 50 as a nanomaterial. That is, here, it is assumed that the quantum dots 50 whose size has been selected already gather! /.
  • a single spot B of the laser is formed by condensing the resonance light A, which is a condensed laser beam, with the lens 51.
  • a standing wave C is formed by reflecting the resonance light A at the substrate 52.
  • the standing wave C can apply a radiation force D against gravity to the entire quantum dot 50.
  • the quantum dot pairs can be gathered on the surface of the laser spot B at the focusing position, and the quantum dot pairs can be periodically arranged (standing wave trap).
  • the collective (arrangement) direction of the quantum dots 50 can be controlled, for example, shaped into a linear shape be able to.
  • the position of the laser spot B is controlled by moving the lens 51 up and down (direction a or b in the figure) so that the laser spot B is on the substrate 52, whereby the quantum dots 50 can be obtained. It can be fixed to the substrate 52.
  • the quantum dots 50 can be arranged linearly, for example, on the laser spot B by the focused laser beam, and then fixed to the substrate 52. This can be applied to control of energy transfer between arrayed quantum dots and creation of quantum dot circuits.
  • the manipulation of nanomaterials makes it possible to produce a structure having novel properties, or to apply to manipulation of biomolecules and manipulation of cell's and subcellular organelles. It can be widely used in related fields.

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Abstract

　量子ドットや量子ドット対、カーボンナノチューブ等のナノ物質が複数存在している状態において、近接するナノ物質（１１ａ・１１ｂ）（これらはナノ物質集団（１２）を形成している）に対して、当該ナノ物質（１１ａ・１１ｂ）の電子的励起準位に共鳴する共鳴光を照射する。このとき、ナノ物質間に生じる力学的相互作用を制御するために、照射する上記共鳴光の偏光を変化させる。これにより、ナノ物質を集団的に操作することが可能となる。

Description

明 細 書
ナノ物質の操作方法およびその利用
技術分野
[0001] 本発明は、ナノ物質の操作方法およびその利用に関するものであり、特に、量子ド ット対の製造 (作製)や操作等に好適に用いることができる操作方法とその利用とに 関するものである。
背景技術
[0002] 光を物質に照射したときにその物質に印加される力は輻射力と呼ばれる。この力は 、微小物体の空間的位置や力学的運動を制御する光操作に利用されている。具体 的には、流動性媒質中に浮遊する、マイクロメーター領域のサイズを有する微小物体 の光操作に利用されているだけでなぐナノテクノロジーへの応用も期待されている。
[0003] し力しながら、従来では、上記輻射力による光操作をナノテクノロジーに応用するこ とは困難であった。具体的には、ナノテクノロジーにおいては、そのサイズが数百ナノ メートル以下の物質 (物体、粒子、あるいは構造体)であるナノ物質を操作対象とする ことになるが、このナノ物質のうち非金属のものは、通常の条件下では誘起分極が小 さぐ光力 受ける輻射力もナノ物質の運動を制御できる程度に大きくならない。これ 力 ナノ物質の光操作を困難とする原因の一つであった。
[0004] 他方、対象物質の電子的励起準位に共鳴するような周波数を有するレーザー光（ 共鳴光)を照射すれば、誘起分極を増強して強い輻射力を得ることができることが知 られて 、る。この原理は原子のレーザー冷却や捕捉に用いられて 、る。
[0005] さらに、ナノ物質は、マイクロメーター領域のサイズを有する物質や原子とは異なり、 サイズ (大きさ）、形状、内部構造、品質等が異なると、その量子力学的性質が変化 することに由来した個性を持つことが知られて 、る。
[0006] 本発明者らは、上述した知見に着目し、共鳴光をナノ物質に照射した場合に生じる 輻射力について、量子力学的な効果も含めた理論研究を行ってきた。その結果、以 下の知見が明らかになった。
[0007] (1)サイズの減少に伴い、電子的共鳴効果を用いることのメリットが著しく増大する。 例えば、 lOnm前後のサイズ領域では、条件によっては共鳴効果を考えない場合の 4桁以上力が増強され、線形応答しか起こらないような弱い強度の入射光であっても 重力を数桁上回る力が生じる。
[0008] (2)数十 nm程度の大きさのナノ物質にぉ 、ては、励起エネルギーが熱的吸収過 程より速やかに輻射的に散逸するコヒーレントな散乱過程が存在する。このプロセス を利用すれば発熱のほとんど無いマ-ュピレーシヨンができる可能性がある。
[0009] (3)量子サイズ効果により力の周波数スペクトル上のピーク位置力 ナノオーダー のわずかなサイズ変化に対して敏感にシフトする。
[0010] そこで、本発明者らは、上記各知見に基づいて、共鳴光を照射したときに生じる輻 射力が、個々のナノ物質の量子力学的個性を反映して変化することを利用して、特 定の性質のナノ物質を選択的に操作することができる新しいタイプの光操作技術を 提案している (非特許文献 1、特許文献 1参照)。
[0011] 一方、光操作の対象となるナノ物質の一例として、量子ドットと呼ばれるものが存在 する。量子ドットは、その電子的励起準位が原子のように離散的であることから、『人 ェ原子』としばしば呼ばれて 、る。
[0012] 量子ドットに関する研究はまだ基礎段階であるが、高い量子効率を有することや、 半導体等の固有材料で作製可能であるためデバイスとして利用しやすいこと等が知 られている。そのため、量子ドットは、高効率発光素子、高速光通信、量子情報通信 やバイオテクノロジー等様々な分野での応用が期待されている。特に最近では、電 子系を閉じ込めた半導体量子ドットの電気的 ·光学的性質につ!、ての研究が盛んで あり、単一の量子ドットを対象とするだけでなぐ複数の量子ドット間の量子力学的結 合に着目した研究も盛んに行われて 、る。
[0013] 例えば、 2つの量子ドットからなる量子ドット対において、電子励起状態のコヒーレン トな結合状態または反結合状態が観測され、このような量子ドット対は『人工分子』ま たは『量子ドット分子』等と呼ばれている（非特許文献 2· 3参照)。この人工分子は、そ れぞれの量子ドットに閉じ込められた電子が量子力学的にもつれあった状態を有す る。そのため、これら人工分子を多数配列させたデバイスを製造できれば、量子計算 機等への応用が期待される。 [0014] また、複数の量子ドット間において、エネルギー移動を制御しょうとする試みもある（ 非特許文献 4参照)。このようなエネルギー移動の制御は、エネルギー移動の効率を 高めることが可能となるため、エネルギー問題の解決に寄与する可能性もある。
[0015] 上記の各文献は以下の通りである。すなわち、
特許文献 1 :日本国特許公開公報「特開 2003— 200399公報（2003年 7月 15日 公開)」
非特許文献 1 : T. Iida, H. Ishihara, Phys. Rev. Let. Vol.90, 057403- p.l- 4 (2003/2/7)
非特許文献 2 : M. Bayer, P. Hawrylak, K. Hinzer, S. Fafarad, M. Korkusinsi, Z. R. Wasilewski, O. Stern, A. Forchel, Science Vol.291,
451 (2001)
特 §午文献 3 : T. H. Oosterkamp, T. Fujisawa, W. G. van der Wiel, K. Ishibashi, R. V. hijman, S. Tarucha, L. P. Kouwenhoven, Nature
Vol.395, p873-876 (1998)
非特許文献 4 : S. A. Crooker, J. A. Hollingsworth, S. Tretiak, V. I. Klimov, Phys. Rev. Lett. Vol.89, 186802- p.l- 4 (2002/10/24)
である。
[0016] し力しながら、上記従来の構成では、複数のナノ物質を高い自由度で効率的に操 作するには不十分であると 、う問題を生じる。
[0017] 具体的には、例えば、上記非特許文献 2に開示されて 、る技術では、自己組織ィ匕 法により半導体積層構造中に作製された量子ドット間の量子力学的な結合を観測し ている。この技術では、 MBE法等で異なる半導体材料を積層する際に生じる格子定 数の違 ヽによる歪の効果を利用しており、一度に大量の量子ドットを作製することは 可能であるが、一旦材料となる物質を特定してしまうと、その配置は自動的に確定し てしまう。
[0018] また、非特許文献 3に開示されている技術では、ガリウム砒素（GaAs)とアルミ-ゥ ムガリウム砒素 (AlGaAs)の積層構造に、収束イオンビーム注入による絶縁ィ匕プロセ スを施し、さらに、ショットキーゲートによる電圧印加によって lOOnm程度の量子ドット を作製している。この技術では、さらに微小な量子ドットを作製したり、それらを大量 生成したりすることは困難であると考えられる。
[0019] さらに、これら非特許文献 2 · 3等に開示されている技術では、半導体積層構造中に 量子ドットが固定されてしまっている。したがって、量子ドットに対して光を照射し、電 子励起状態の結合状態または反結合状態のエネルギーを励起しても、当該量子ドッ トを力学的に操作することはできず、一度作製してしまうと、その量子ドットの位置を 自由に制御することができな 、。
[0020] また、非特許文献 4に開示されて ヽる技術では、有機溶媒中に分散したコロイド状 のセレンィ匕カドミウム (CdSe)量子ドットをガラス基板に堆積して固定している。つまり 、この技術は、有機溶媒中の量子ドットを力学的に操作しているが、最終的に量子ド ットを基板に固定ィ匕するため、エネルギー移動において重要となる量子ドットの粒径 の制御、または量子ドット間の距離等を制御することは困難となっている。
[0021] 一方、本発明者らによる上記非特許文献 1や特許文献 1に開示されている技術を 用いれば、選別した特定の量子力学的性質を有するナノ物質を大量に自由空間中 に生成し、その運動を制御することができる。ただし、生成されたナノ物質間に光によ つて力を誘起させることによる運動制御法に関する詳細な議論は今後の課題とされ ていた。
[0022] 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、量子ドットや量子ド ット対等のナノ物質が複数存在している状態において、ナノ物質を集団的に操作す ることができる技術を提供することにある。
発明の開示
[0023] 本発明者らは、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、自由に浮遊して 、る複数のナ ノ物質が近接してナノ物質集団を形成している場合で、かつ、近接する 2つのナノ物 質間に共鳴光を照射する場合に、共鳴光の偏光の切換えにより輻射力を制御するこ とが可能であり、これにより、ナノ物質の空間的配置や運動を良好に制御することが できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
[0024] すなわち、本発明にかかるナノ物質の操作方法は、上記の課題を解決するために 、ナノ物質に対して、当該ナノ物質の電子的励起準位に共鳴する共鳴光を照射する ことにより、共鳴光力 ナノ物質に力を及ぼして当該ナノ物質を操作するナノ物質の 操作方法において、共鳴光の照射対象が、複数個のナノ物質力もなるナノ物質集団 であるとともに、ナノ物質間に生じる力学的相互作用を制御するために、照射する上 記共鳴光の偏光を変化させることを特徴として 、る。
[0025] 上記操作方法においては、上記ナノ物質集団は、自由空間中または流動性媒質 中に存在していればよい。また、照射する上記共鳴光の強度を変化させてもよい。
[0026] 上記操作方法においては、近接するナノ物質が有する共鳴エネルギーを、単一の ナノ物質が有する共鳴エネルギーよりも低エネルギー側に励起するように、照射する 上記共鳴光の偏光を変化させると、ナノ物質の間に引力を生じさせることができる。ま た、近接するナノ物質が有する共鳴エネルギーを、単一のナノ物質が有する共鳴ェ ネルギ一よりも高エネルギー側に励起するように、照射する上記共鳴光の偏光を変 ィ匕させると、ナノ物質間に斥力を生じさせることができる。また、共鳴光としては、照射 条件の異なる共鳴光を複数種類併用してもよい。
[0027] 上記操作方法の具体的一例としては、ナノ物質集団を構成するナノ物質の集団的 な運動および Zまたはナノ物質の配列を制御するように、上記共鳴光の照射により ナノ物質を操作する第一ナノ物質操作工程を有する構成を挙げることができる。さら に、運動および Zまたは配列が制御された Zまたは制御中のナノ物質集団において
、ナノ物質の重心の位置および Zまたはナノ物質の運動を制御するように、共鳴光の 照射によりナノ物質を操作する第二ナノ物質操作工程を有していてもよい。
[0028] また、上記操作方法においては、上記ナノ物質集団が複数種類のナノ物質を含ん でいるとともに、さらに、上記共鳴光の照射により、上記ナノ物質集団から特定のナノ 物質を選択する特定ナノ物質選択工程を有していてもよい。カロえて、上記ナノ物質 集団を形成する集団形成工程を有していてもよい。上記集団形成工程では、集光ビ ームによりナノ物質集団を形成する例を挙げることができる。
[0029] 本発明にお 、て操作対象となるナノ物質は特に限定されるものではな 、が、例え ば、量子ドットまたは量子ドット対を挙げることができる。この場合、上記ナノ物質集団 に、電子的励起準位の異なる複数種類の量子ドット対が含まれていれば、上記特定 ナノ物質選択工程では、特定の電子的励起準位を有するナノ物質を選択することが できる、また、上記ナノ物質集団には、材質が同一であり、かつ、大きさ、形状、内部 構造のうち少なくとも何れかが異なる複数種類の量子ドット対が複数含まれていれば 、上記特定ナノ物質選択工程では、大きさ、形状および内部構造が実質的に同一で ある量子ドッ卜対を選択することができる。
[0030] 上記集団形成工程において形成されるナノ物質集団は、特定の属性を有する量子 ドットが複数近接した量子ドット集団であってもよい。また、上記第一ナノ物質操作ェ 程により、上記量子ドット集団に含まれる量子ドット間の距離を制御して量子ドット対 を形成するようになって 、てもよ 、。
[0031] 上記操作方法においては、上記共鳴光としてレーザー光が用いられることが好まし い。
[0032] 本発明には、上記ナノ物質の操作方法を用いた量子ドット対の製造方法も含まれる
[0033] また、本発明にかかるナノ物質の操作装置は、共鳴光を照射することによりナノ物 質に力を及ぼして当該ナノ物質を操作するナノ物質の操作装置において、ナノ物質 に対して、当該ナノ物質の電子的励起準位に共鳴する共鳴光を照射する共鳴光照 射手段を備えており、当該共鳴光照射手段は、共鳴光の偏光が変化可能となってい ることを特徴としている。
[0034] 上記操作装置においては、複数個のナノ物質力もなるナノ物質集団を存在させ、 かつ、操作可能とする内部空間を有する筐体を備えていることが好ましい。また、上 記筐体内は、流動性媒質が充填可能となっている例を挙げることができる。
[0035] 上記操作装置においては、上記共鳴光照射手段は、共鳴光の強度が変化可能と なっていることが好ましい。また、上記共鳴光照射手段は複数設けられており、各共 鳴光照射手段力も照射される共鳴光は、照射条件が異なっていることがより好ましい
[0036] 上記操作装置においては、さらに、筐体内に上記ナノ物質集団を形成するナノ物 質集団形成手段が備えられていてもよい。また、上記筐体内には、操作されたナノ物 質を固定する基板が設置されて ヽてもよ ヽ。
[0037] 本発明に力かるナノ物質の操作方法は、以上のように、ナノ物質に照射する上記共 鳴光の偏光 (共鳴光における電場振動方向の偏り状態)を変化させるという構成を備 えている。そのため、共鳴光の偏光の制御によりナノ物質間に引力または斥力を生じ させることが可能となる。ナノ物質間に引力を生じさせれば、ナノ物質間の距離を接 近させる、または凝集させることができ、ナノ物質間に斥力を生じさせれば、ナノ物質 間の距離を大きくする、または凝集させないようにすることができる。
[0038] したがって、変化可能な偏光である共鳴光をナノ物質対に照射すれば、ナノ物質 間に制御可能な輻射力を生じせしめて、ナノ物質集団の空間的配置や運動状態を 制御することができる。それゆえ、ナノ物質^^団的に操作することができるだけでな ぐ従来の操作技術と組み合わせれば、ナノ物質をより一層高い自由度で効率的に 操作できると 、う効果を奏する。
[0039] 本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十 分わ力るであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白にな るであろう。
図面の簡単な説明
[0040] [図 1(a)]本発明におけるナノ物質の一例である量子ドット対の構造と、共鳴光により生 じる力を示す模式図であり、引力を生じさせる場合を示す。
[図 1(b)]本発明におけるナノ物質の一例である量子ドット対の構造と、共鳴光により生 じる力を示す模式図であり、斥力を生じさせる場合を示す。
[図 2]本発明にかかるナノ物質の操作装置の一例の概略を示す模式図である。
[図 3(a)]ナノ物質として立方体の量子ドットを想定した場合の計算の配置図である。
[図 3(b)]異なる偏光の場合に個々の量子ドットが受ける加速度 (力 Z質量)の X, y成 分の周波数依存性を示すグラフである。
[図 3(c)]異なる偏光の場合に個々の量子ドットが受ける加速度 (力 Z質量)の X, y成 分の周波数依存性を示すグラフである。
[図 4(a)]ナノ物質として球の量子ドットを想定した場合の計算の配置図である。
[図 4(b)]異なる偏光の場合に個々の量子ドットが受ける加速度 (力 Z質量)の X, y成 分の周波数依存性を示すグラフである。
[図 4(c)]異なる偏光の場合に個々の量子ドットが受ける加速度 (力 Z質量)の X, y成 分の周波数依存性を示すグラフである。
[図 5]定在波トラップを形成する構成例を示す図である。
[図 6]定在波トラップを形成する構成例を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0041] 本発明の一実施形態について説明すると以下の通りである力 本発明はこれに限 定されるものではない。
[0042] 〔1〕ナノ物質の操作方法
本発明にかかるナノ物質の操作方法は、自由に移動可能な環境下に存在する複 数のナノ物質力もなるナノ物質集団に対して、当該ナノ物質の電子的励起準位に共 鳴する光 (共鳴光)を照射し、ナノ物質間に力を生じせしめてそれらの空間的配置や 運動状態を制御するものである。
[0043] <ナノ物質 ·ナノ物質集団 >
本発明におけるナノ物質は、そのサイズが数百ナノメートル以下の物質であれば特 に限定されるものではなぐどのような形状の物体であってもよい。このナノ物質は、 ナノオーダーサイズの微小物体と 、うことができるので、ナノ粒子と呼称してもよ 、し、 その構造に特徴がある場合にはナノ構造体と呼称しても良い。ナノ物質の大きさはナ ノオーダーであればよいが、半径が lOOnm以下であることがより好ましい。半径が 10 Onm以下のナノ物質では、光の共鳴現象がある場合に作用する力の大きさを、光の 共鳴現象がない場合に作用する力の 102— 105程度にまで増強することができる。
[0044] 上記ナノ物質集団は、 2個以上のナノ物質からなる系であれば特に限定されるもの ではない。特に本発明では、共鳴光の照射により隣接するナノ物質が相互作用を及 ぼす程度に集合して 、る集団であればょ 、。
[0045] 本発明で特に好ましいナノ物質としては、例えば、量子ドットおよび量子ドット対を 挙げることができる。量子ドットとは、典型的には数ナノメートル力も数百ナノメートル のサイズで、材質としては、半導体、金属、有機化合物等からなる構造体で、量子力 学的な効果が発現する系であれば特に限定するものではない。後述する実施例で は、半導体を用いている。半導体が好適である理由としては、例えば、その内部に励 起子等の共鳴構造の鋭い電子状態が存在し、それらに対応する周波数のレーザー 光を操作することで、大きな輻射力が得られると考えられるためである。
[0046] 量子ドット対とは、 2個の量子ドットにより対を形成してなるものであり、量子ドット間 の距離が数ナノメートル力 数十ナノメートルとなっている。量子ドット対は、このような 量子ドット同士の対構造を有しているものであれば、具体的に限定されるものではな ぐ人工分子、量子ドット分子、ポラリトニック分子等も量子ドット対に含まれ、量子ドッ ト対の 1種である。本発明によれば、上記量子ドットから量子ドット対を作製することも できる。
[0047] 上記半導体としては、例えば、 I-VII族化合物の半導体; II-VI族化合物の半導体； III-V族化合物の半導体;ケィ素（Si)等が挙げられるが特に限定されるものではない 。具体的には、ト VII族の半導体としては、例えば、銅化合物が挙げられ、より具体的 には、 CuCl、 CuBr、 Cul等のハロゲン化銅を挙げることができる。後述する実施例 では、 CuClを用いている。 II-VI族化合物の半導体としては、例えば、 CdS、 CdSe等 のカドミウム化合物、 ZnO等の亜鉛ィ匕合物が挙げられる。 III-V族化合物の半導体と しては、 GaAs等のガリウム化合物が挙げられる。
[0048] これら化合物の中でも、 I-VII族化合物および II-VI族化合物が好ましく用いられ、 卜 VII族化合物がより好ましい。一般に、半導体は、電子 ·正孔が結合して共鳴準位の 一例である励起子を構成する力 この励起子の固有エネルギーは量子ドットのサイズ に依存する。この効果を利用して、あるサイズの量子ドットに共鳴する共鳴光を選択 すれば、当該サイズの量子ドットのみを選択することができる。
[0049] また、本発明で特に好ま 、ナノ物質の他の例としては、カーボンナノチューブおよ びカーボンナノチューブ対を挙げることができる。平行に配列するカーボンナノチュ ーブの対に対して、共鳴光を照射することによつても量子ドット対と同様に良好な操 作が可能となる。
[0050] なお、上記ナノ物質集団の存在環境は、各ナノ物質が自由に移動可能な環境、特 に、本発明にかかる操作方法によりナノ物質操作できるような環境であれば特に限定 されるものではない。具体的には、自由空間中または流動性媒質中であればよい。
[0051] <共鳴光>
本発明において、ナノ物質集団に照射する光は、当該ナノ物質の電子的励起準位 に共鳴する光すなわち共鳴光である。
[0052] 電子的励起準位とは、ナノ物質が有する電子系の量子力学的に取り得るエネルギ 一を指し、ナノ物質では、この励起準位が離散化されている。その固有エネルギーは 、物質のサイズ、形状、内部構造により異なる。ここで、光を物質に照射した場合、輻 射力が生じるが、この輻射力における周波数軸上のピークの大きさや位置は、物質 のサイズ、形状、内部構造によって異なる。上記共鳴光は、電子的励起準位に共鳴 する光であり、輻射力のピーク位置における周波数を中心とし、そのピークの半値半 幅の 2倍に力かる周波数幅の範囲に入る周波数を有する光である。
[0053] このような光 (共鳴光)をナノ物質に照射すると、この光は電子的励起準位に共鳴す る。つまり、共鳴光がナノ物質に入射すると、当該ナノ物質の電子的励起準位と基底 準位との間、あるいは電子的励起準位間のエネルギー差、すなわち遷移エネルギー に共鳴して誘起分極が増大する。一般に、光とナノ物質との相互作用は、当該ナノ 物質の誘起分極が大きくなるほど強くなるため、共鳴光の入射によってナノ物質の誘 起分極が増大することにより、光とナノ物質との力学的な相互作用が大きくなる。した がって、ナノ物質での強い光散乱および強い光吸収が起こることにより、共鳴光から ナノ物質に効率よく力が与えられる。
[0054] これにより、光との力学的相互作用が弱いナノ物質であっても、当該光とナノ物質 の電子的励起準位との共鳴により、力学的相互作用を高めることができる。つまり、 共鳴光を用いれば、ナノ物質と光との間において相互作用を強くすることになり、照 射した光がナノ物質に働く力を増大させることができる。その結果、光からナノ物質に 及ぼされる力が増強され、光照射によってナノ物質を容易に操作することが可能にな る。し力も、本発明では、後述するように、共鳴光の偏光を変化させることで、ナノ物 質間に生じる力学的相互作用を制御することができる。この点については後述する。
[0055] なお、照射する共鳴光の波長は、ナノ物質の材質が既知である場合には、文献 (例 ば、 H.Ajiki and K . Cho , quot； Longitudinal and Transverse Components of Excitons in a Spherical Quantum Dotquot;,Phys.Rev.B,Vol.62,p.7402- 7412(2000))の電子的 励起準位に基づいて決定すればよい。また、後述するように、ナノ物質の大きさ、形 状、内部構造、品質が異なる場合には、当該ナノ物質の電子的励起準位間の遷移 エネルギーも変化する。したがって、操作対象となるナノ物質の材質、大きさ、形状、 内部構造等が未知である場合は、分光分析等によりナノ物質が有する電子的励起 準位間のエネルギー差、その大きさ、形状、内部構造等を決定し、これらの測定結果 に基づ!/、て、共鳴光の波長を決定することが好ま 、。
[0056] さらに、照射する共鳴光は、波長サイズ程度に絞り込んで力 ナノ物質に導入し、 当該共鳴光のスペクトル線の線幅は、操作対象となるナノ物質の電子的励起準位に 共鳴するように設定すればよい。なお、上記ナノ物質に照射する共鳴光の強度は、 光照射により微小物体の破壊を引き起こさない大きさとすればよい。
[0057] 共鳴光の具体的な種類は特に限定されるものではないが、レーザー光を好適に用 いることができる。具体的には、光マニピュレーションにて一般的に用いられている約 300nm— 1200nm程度のレーザー波長のレーザー光であれば、どのようなものでも よい。
[0058] <共鳴光の制御 >
上記共鳴光は、電子的励起準位に共鳴する光であり、光マニピュレーションにおけ る作用 ·効果は、前記特許文献 1に開示されている。本発明者らは、この特許文献 1 の技術についてさらに鋭意検討した結果、共鳴光の偏光を変化させることにより複数 のナノ物質間に働く輻射力の大きさや符号を変化することができることを独自に見出 した。すなわち、本発明にかかるナノ物質の操作方法は、特に、共鳴光の照射対象 をナノ物質集団として、ナノ物質間に生じる力学的相互作用を制御するために、照射 する上記共鳴光の偏光を変化させるものである。
[0059] 後述する実施例および図 1 (a) ·図 1 (b)に示すように、 2個のナノ物質 11a ' l ibが 近 ヽ領域に存在する場合 (ナノ物質集団 12を形成して ヽる場合)、それらの内部に 誘起される分極が電磁場を介して相互作用する。その結果、これらナノ物質の間で は、単一のナノ物質の電子的励起準位とは異なる固有エネルギーに基づく結合状態 と反結合状態とが生じることになる。
[0060] 結合状態では、単一のナノ物質の共鳴エネルギーよりも低エネルギー側に共鳴ェ ネルギーを有し、反結合状態では単一のナノ物質の共鳴エネルギーよりも高工ネル ギー側に共鳴エネルギーを有する。これら各状態は、異なる偏光を有する入射光に より選択的に生じさせることができる。図 1 (a) ·図 1 (b)に示すような 2粒子系において 共鳴光を照射した場合、共鳴光により生じる輻射力は、各ナノ物質 l la ' l ibの重心 を結んだ直線 (便宜上、重心線と称する）を基準として、この重心線に対しての偏光 の向きに依存する。具体的には、偏光の平行成分が多いか垂直成分が多いかで、 生じる輻射力の性質が変わることになる。例えば、重心線に対し、平行成分は引力を 生じさせ、垂直成分は斥力を生じさせる。ただし、重心線に平行な方向から入射する 共鳴光にっ ヽては、どのように偏光を変化させても垂直成分しか存在し得な 、ため、 輻射力は偏光の向きには依存しない。
[0061] それゆえ、本発明では、照射する上記共鳴光の偏光を変化させるときに、近接する ナノ物質が有する共鳴エネルギーを、単一のナノ物質が有する共鳴エネルギーより も低エネルギー側に励起するように変化させると、ナノ物質間に結合状態を生じさせ るようにエネルギーが励起される。その結果、図 1 (a)に示すように、 2個のナノ物質 1 la ' l ibの間には、図中一点鎖線の矢印で示す引力を生じさせることができる。
[0062] また、近接するナノ物質が有する共鳴エネルギーを、単一のナノ物質が有する共鳴 エネルギーよりも高工ネルギー側に励起するように変化させると、ナノ物質間に反結 合状態を生じさせるようにエネルギーが励起される。その結果、図 1 (b)に示すように 、 2個のナノ物質 l la' l ibの間には、図中二点鎖の矢印で示す斥力を生じさせるこ とがでさる。
[0063] 本発明では、このようにして、ナノ物質間において自由に引力または斥力を生じさ せることができる。特許文献 1に開示している技術では、共鳴光の照射によりナノ物質 を操作可能としたが、ナノ物質集団における効率的な操作までは至らな力 た。これ に対して、本発明では、偏光の制御により、ナノ物質間の距離を接近または凝集させ たり、距離の拡大または凝集させないようにしたりすることができる。その結果、ナノ物 質集団においてナノ物質の空間的配置や運動状態を制御することが可能になり、ナ ノ物質を高い自由度で効率的に操作することができる。
[0064] ここで、ナノ物質の間に作用する力（引力または斥力）の大きさは、ナノ物質間の距 離によって変化し、照射する共鳴光の強度に比例して増大する。例えば、ナノ物質 間の距離が数ナノ一" h数ナノメートル程度の場合に、 50 μ W/IOO μ m2 ( = 50w/ cm2)の強度のレーザーを照射した場合には、ナノ物質間に作用する力は、重力の 数十倍程度となる。そこで、ナノ物質集団に共鳴光を照射する場合、ナノ物質間の距 離を適切な範囲内とするようにナノ物質集団を形成してもよいし、照射する共鳴光の 強度を変化させてもよい。
[0065] また、共鳴光を照射した場合、図 1 (a) ·図 1 (b)に示すように、ナノ物質 11a ' l ibの 間だけでなぐ共鳴光の進行方向（図中二重線の矢印）にも力が生じる。そこで、偏 光 (振動面)を切り換えることで引力や斥力を生じさせ、例えば、ナノ物質 11aおよび l ibけノ物質集団 12)の位置や運動を制御した後、共鳴光の照射により、ナノ物質 11aまたは l ibの重心の位置や運動を制御することも可能となる。なお、「ナノ物質 1 laおよび l ibの位置や運動を制御すること」と、「共鳴光の照射によりナノ物質 11aま たは l ibの重心の位置や運動を制御すること」とについては、前者を先に行って後者 を後に行うこと、後者を先に行って前者を後に行うこと、前者と後者とを同時に行うこと 、前者と後者とを交互に行うこと、のいずれもが可能である。
[0066] さらに、本発明では、ナノ物質集団に照射する共鳴光として、照射条件の異なる共 鳴光を複数種類併用してもよい。複数種類の共鳴光を併用することで、より多彩で複 雑なナノ物質の操作が可能となる。照射条件としては、上述した偏光 (振動面)、光の 強度、周波数等を挙げることができ、目的に応じて上記照射条件を変更させた共鳴 光を複数準備すればよい。また、複数の共鳴光を照射するタイミングも特に限定され るものではなぐ同時であってもよいし、照射時間をずらせて交互に照射してもよい。
[0067] このように、本発明では、偏光により引力や斥力の所望の力をナノ物質に働力せる 力 これについて、より詳しく述べる。
[0068] 力を光エネルギーの関数としてみると、引力が働く力のエネルギー軸上のピーク位 置と、斥力が働く力のエネルギー軸上のピーク位置とは、互いに少しずれている。す なわち、元々の励起子の共鳴準位、すなわち単一のナノ物質が有する共鳴エネルギ 一（輻射力のピーク）力も一方は高エネルギーシフトし、他方は低エネルギーシフトし て 、る。どれくら 、ずれて 、るかは物質パラメーターによって様々である。
[0069] 例として、垂直 (上下)方向に振動する偏光をナノ物質に照射する場合を考える。両 方のピークをカバーするような線幅の太 、レーザービームを入射した場合は、水平（ 左右)方向にあるナノ物質同士には斥力が働き、一方、垂直方向にあるナノ物質同 士には引力が働く。一方、どちらかのピークしかカバーしないような線幅の細いレー ザ一ビームを当てると、力は、カバーしている側にのみ働く。
[0070] 例えば、垂直 (上下)方向に振動する偏光であって、単一のナノ物質が有する共鳴 エネルギー（輻射力のピーク）よりも高エネルギー側のピークのみをカバーするレー ザ一ビームを当てると、水平方向にあるナノ物質同士には斥力が働くが、垂直方向に あるナノ物質同士には力が何も働かないということも起こる。逆に、垂直 (上下)方向 に振動する偏光であって、単一のナノ物質が有する共鳴エネルギー (輻射力のピー ク）よりも低エネルギー側のピークのみをカバーするレーザービームを当てると、垂直 方向にあるナノ物質同士には引力が働くが、水平方向にあるナノ物質同士には力が 何も働かな 、と 、うことも起こる。
[0071] また、ピーク位置の違いを利用すると、以下のように、垂直方向にあるナノ物質同士 にも、水平方向にあるナノ物質同士にも、引力を働力せることもできる。その逆に、水 平、垂直両方を斥力にしたりすることもできる。
[0072] すなわち、レーザービームを 2つ用意し、一方は、垂直 (上下)方向に振動する偏光 であって、単一のナノ物質が有する共鳴エネルギー（輻射力のピーク）よりも低ェネル ギー側のピークのみをカバーするレーザービームとすれば、垂直方向にあるナノ物 質同士には引力が働くが、水平方向にあるナノ物質同士には力が何も働力ない。他 方は、水平方向に振動する偏光であって、単一のナノ物質が有する共鳴エネルギー (輻射力のピーク）よりも低エネルギー側のピークのみをカバーするレーザービームと すれば、水平方向にあるナノ物質同士には引力が働くが、垂直方向にあるナノ物質 同士には力が何も働かない。したがって、垂直方向にあるナノ物質同士にも水平方 向にあるナノ物質同士にも引力を働かせることができる。
[0073] また、レーザービームを 2つ用意し、一方は、垂直 (上下)方向に振動する偏光であ つて、単一のナノ物質が有する共鳴エネルギー (輻射力のピーク)よりも高工ネルギ 一側のピークのみをカバーするレーザービームとすれば、水平方向にあるナノ物質 同士には斥力が働くが、垂直方向にあるナノ物質同士には力が何も働かない。他方 は、水平方向に振動する偏光であって、単一のナノ物質が有する共鳴エネルギー（ 輻射力のピーク）よりも高エネルギー側のピークのみをカバーするレーザービームと すれば、垂直方向にあるナノ物質同士には斥力が働くが、水平方向にあるナノ物質 同士には力が何も働かない。したがって、垂直方向にあるナノ物質同士にも水平方 向にあるナノ物質同士にも斥力を働かせることができる。
[0074] このように、レーザービームの線幅や中心周波数を制御したり、複数のレーザービ ームを組み合わせたりすることで、ナノ物質間に生じる弓 I力と斥力とのバランスを制御 することが可能になる。
[0075] <ナノ物質の具体的操作方法 >
本発明にかかるナノ物質の操作方法は、上記のように、照射する共鳴光の偏光を 変化させるものであるが、この基本原理を用いた具体的な操作方法について説明す る。本発明にかかる操作方法は、ナノ物質を操作するための包括的な方法であって 、複数の工程を含む方法である。具体的な工程としては、ナノ物質操作工程、特定 ナノ物質選択工程、集団形成工程等を挙げることができる。
[0076] 上記ナノ物質操作工程としては、（1)ナノ物質集団を構成するナノ物質の集団的な 運動および Zまたはナノ物質の配列を制御するように、上記共鳴光の照射によりナノ 物質を操作する第一ナノ物質操作工程と、 (2)運動および Zまたは配列が制御され たナノ物質において、重心の位置および Zまたは個々のナノ物質の運動を制御する ように、共鳴光の照射によりナノ物質を操作する第二ナノ物質操作工程との 2種類の 工程を挙げることができる。本発明にかかる操作方法では、少なくとも第一ナノ物質 操作工程が含まれていればよぐ第二ナノ物質操作工程が含まれていることがより好 ましい。
[0077] 上述したように、特定の偏光を有する共鳴光をナノ物質集団に照射して、当該ナノ 物質集団中の近接するナノ物質間において引力 ·斥力を生じさせれば、大量に近接 するナノ物質の集団的な運動や配列を制御することができる。これが第一ナノ物質操 作工程に相当する。
[0078] 一方、共鳴光の照射により光の進行方向にも力が生じるので、偏光の変化によりナ ノ物質の位置や運動を制御した後、共鳴光の照射により、ナノ物質集団を維持しな がら、ナノ物質の重心の位置やナノ物質の運動も制御することができる。これが第二 ナノ物質操作工程に相当する。
[0079] 本発明にかかる操作方法では、このように二種類のナノ物質操作工程を、第一'第 二ナノ物質操作工程の順に、または、第二'第一ナノ物質操作工程の順に、または、 第一 ·第二ナノ物質操作工程を交互に、または同時に行うことができるので、ナノ物 質の操作の汎用性をより広いものとすることができる。そのため、例えば、第一ナノ物 質操作工程によって自由空間中で量子ドット対を作製し、作製された量子ドット対を 第二ナノ物質操作工程によって基板まで運搬し、固定することが可能となる。
[0080] 上記特定ナノ物質選択工程は、上記ナノ物質集団が複数種類のナノ物質を含んで いる場合に、上記共鳴光の照射により、上記ナノ物質集団から特定のナノ物質を選 択する工程である。このように特定種類のナノ物質を選択することで、上記ナノ物質 操作工程と組み合わせることで、ナノ物質の操作の汎用性をより一層広いものとする ことができる。
[0081] 具体的には、例えば、量子ドットからなるナノ物質集団が存在する場合、上記第一 ナノ物質操作工程で量子ドット対を作製する。このとき、ナノ物質集団にはさまざまな 種類の量子ドット対が含まれるとする。
[0082] 当該ナノ物質集団に含まれる複数種類の量子ドット対が、電子的励起準位の異な るものであれば、上記特定ナノ物質選択工程では、共鳴光の制御により、特定の電 子的励起準位を有するナノ物質を選択すればよい。また、上記ナノ物質集団に含ま れる複数種類の量子ドット対が、その材質が同一であり、かつ、大きさ、形状、内部構 造のうち少なくとも何れかが異なるものであれば、上記特定ナノ物質選択工程では、 共鳴光の制御により、大きさ、形状および内部構造が所定の条件内に入る量子ドット 対を選択すればよい。ここでいう所定の条件とは、量子ドット対の大きさまたは形状が 、共鳴光の照射によりナノ物質集団から分離可能な範囲内にあること、あるいは、量 子ドット対の内部構造が、共鳴光の照射により分離可能に類似していることを指すも のとする。便宜上、この所定の条件内に入る量子ドット対を、実質的に同一である量 子ドット対と称する。なお、特定ナノ物質選択工程では、特許文献 1に開示する操作 方法に基づいて、共鳴光を制御すればよい。すなわち、特許文献 1に開示の微小物 体の操作方法は、本明細書中に参考として援用される。 [0083] 上記集団形成工程は、上記ナノ物質集団を形成する工程である。ナノ物質集団の 具体的な形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、集光ビームによりナノ 物質集団を形成する方法を挙げることができる。この場合、前述したように、ナノ物質 集団を構成する各ナノ物質の間隔 (距離)を所望の範囲内に制御すれば、照射する 共鳴光により生ずるナノ物質間の力（引力または斥力）の大きさを制御することができ る。また、照射する共鳴光の強度の変化と組み合わせれば、ナノ物質間に生ずる力 の大きさをより良好に制御することが可能となる。
[0084] 上記集団形成工程にぉ ヽて、ナノ物質集団を形成する環境は、ナノ物質が自由に 移動可能な環境であれば特に限定されるものではないが、上述したように、自由空 間内か流動性媒体中であればよい。流動性媒体としては特に限定されるものではな いが、超流動ヘリウム等を挙げることができる。
[0085] なお、本発明にカゝかる操作方法には、上記ナノ物質操作工程、特定ナノ物質選択 工程、集団形成工程以外の工程が含まれていてもよいし、それぞれの工程の順序を 任意に変更してもよいことは言うまでもない。例えば、ナノ物質操作工程、特定ナノ物 質選択工程、集団形成工程の順で行ってもよいし、流動性媒質中にバラバラに分散 して ヽるナノ物質を特定ナノ物質選択工程で選別した後、集団形成工程である程度 の距離まで集め、その後、ナノ物質操作工程でそのナノ物質間の距離を制御するよ うにしてもよい。
[0086] 〔2〕ナノ物質の操作装置
本発明にかかるナノ物質の操作方法を実現する操作装置は、共鳴光を照射するこ とによりナノ物質に力を及ぼして当該ナノ物質を操作するものであれば具体的に限 定されるものではないが、その構成の一例について以下に具体的に説明する。
[0087] まず、図 2に示すように、本実施の形態にかかる操作装置は、レーザー光源 21a' 2 lb、筐体 22、ナノ物質集団生成部 23、流動性媒質供給部 24、基板固定部 25、制 御部 26を備えている。
[0088] レーザー光源 21a ' 21bは、ナノ物質集団 12に対して共鳴光としてのレーザー光を 照射する共鳴光照射手段であり、共鳴光の照射条件が変化可能となっている。照射 条件としては、〔1〕の <共鳴光の制御 >でも説明したように、少なくとも共鳴光の偏光 が変化可能となっており、波長や強度も変化可能となっていることが好ましい。
[0089] 照射条件の変化は、目的に応じて適宜設定すればよい。例えば、図示しない外部 入力装置 (例えばキーボード等）によりナノ物質に関する情報を入力し、この情報に 基づいて、制御部 26による制御で照射条件を変化するようになってもよい。あるいは 、照射対象となるナノ物質の材質、大きさ、形状、内部構造等が未知である場合は、 図示しな 、分光分析装置を設け、これによりナノ物質が有する電子的励起準位間の エネルギー差やナノ物質の大きさ、形状、内部構造等を決定し、その測定結果に基 づいて、制御部 26の制御により照射条件を変化させればよい。
[0090] 共鳴光照射手段の数は特に限定されるものではなぐ図 2に示すように、レーザー 光源 21aおよび 21bの 2つが備えられて!/、てもよ!/、し、何れか一方であってもよ!/、し、 3つ以上備えられていてもよい。レーザー光源を複数設けることにより、異なる照射条 件の共鳴光 (レーザー光)を複数種類照射することが可能になる。その結果、より一 層多彩かつ複雑な操作が可能となる。
[0091] 上記レーザー光源 21aおよび Zまたは 21bの具体的な構成は特に限定されるもの ではなぐナノ物質の操作に用いられる公知のレーザー光源を用いることができる。 具体的には、例えば、操作対象となるナノ物質が CuClの量子ドットである場合、 Cu C1の電子励起準位が存在する近紫外領域の光を照射するレーザー光源を用いれば よい。より具体的には、波長 385± lnm、出力 3mW、線幅 0. 05nmの青紫色半導 体レーザー素子を用いることができる。他にも、波長可変のレーザー光源として、モ ードロックチタン.サファイアレーザー（基本波：波長 720nm— 900nm、 LBOや LiO
3 等の非線形光学結晶を用いた場合、第 2高調波：波長 360— 450nm)を用いること ができる。また、偏光の変化等、照射条件の制御手法についても特に限定されるもの ではなぐ公知のレーザー用光学系、例えば、偏光の変化の場合、波長板を用いれ ばよい。波長板として、例えば、 λ Ζ2波長板を用いれば、レーザー光の偏光を 90° 回転させることができる。
[0092] 上記筐体 22は、ナノ物質集団 12を存在させ、かつ、操作可能とする内部空間を有 しており、上記レーザー光源 21aおよび Ζまたは 21bによるレーザー光（共鳴光）の 照射により、内部のナノ物質集団 12を操作する。筐体 22の大きさや形状等は特に限 定されるものではなぐナノ物質けノ物質集団 12)の種類や操作環境に応じて適切 な構成のものを採用すればよい。例えば、ナノ物質集団 12を超流動ヘリウム等の流 動性媒質中で操作する場合には、超流動ヘリウムが充填可能となっているヘリウムク ライォスタツト等を用いることができる。
[0093] 上記ナノ物質集団形成部 23は、複数のナノ物質からなるナノ物質集団 12を形成 する形成手段である。この場合、ナノ物質を生産してカゝらナノ物質集団 12を形成する 構成であってもよいし、すでに生産されたナノ物質を筐体 22内に導入して力も集光 ビーム等によってナノ物質集団 12を形成する構成であってもよい。前者の構成であ れば、超流動へリウム中にて量子ドットを直接生成し、これを集光ビームによってナノ 物質集団 12とする例を挙げることができる。これについては、日本国特許出願「特願 2004-071621 (量子ドット操作方法および量子ドット生成操作装置）」に記載の内 容を参照して行うことができる。後者の構成であれば、量子ドット生成装置と本発明の 操作装置とを、量子ドットを移動可能に連結しておき、量子ドット生成装置で生成され た量子ドットを操作装置まで移動させてから、操作装置内でナノ物質集団 12を形成 する例を挙げることがでさる。
[0094] 図 2に示す構成では、筐体 22内で流動性媒質を充填させる構成となっているので 、流動性媒質供給部 24を備えている。流動性媒質としては、上記超流動へリウム等 を挙げることができるが、これに限定されるものではない。流動性媒質供給部 24の具 体的構成も特に限定されるものではなぐ例えば、ヘリウムクライオスタツトで用いられ て!、る公知の構成を採用すればょ 、。
[0095] さらに、操作したナノ物質けノ物質集団 12)を基板 30に固定ィ匕する場合には、筐 体 22内には、基板 30を固定可能とする基板固定部 25が設けられていることが好まし い。基板固定部 25の具体的な構成は特に限定されるものではなぐナノ物質集団 12 を基板 30に固定ィ匕する際の動作を妨げないような公知の固定部材を用いることがで きる。
[0096] 制御部 26は、本実施の形態の操作装置にお!、て、その動作を制御するための制 御手段であり、図 2に示すように、操作装置を構成するレーザー光源 21a ' 21b、ナノ 物質集団生成部 23、流動性媒質供給部 24に制御信号を送信可能となって ヽれば よい。また、図示しない入力手段等から情報や信号が入力可能となっており、それに 基づ!/、て上記各手段の動作を制御するようになって!/、ればよ!/、。制御部 26の具体 的な構成は特に限定されるものではなぐ従来公知の演算手段が好適に用いられる 。具体的には、コンピュータの中央処理装置 (CPU)等を挙げることができ、その動作 はコンピュータプログラムにしたがって実行される構成であればよい。
[0097] 上記制御部 26による制御の一例について簡単に説明すると、レーザー光源 21a' 21bにより異なる照射条件のレーザー光をナノ物質集団 12に照射する場合、入力手 段からの情報等に基づき、目的に応じて、レーザー光源 21a ' 21bそれぞれから異な る条件のレーザー光を同時に照射させたり、交互に照射させたりするように制御すれ ばよい。これによつて、さらに多彩な光操作が可能になる。
[0098] なお、本実施の形態の操作装置には、ナノ物質集団 12の操作に関する各種情報 を操作者に提示するための表示手段 (各種ディスプレイ等）といった出力手段、ある いは、基板固定部 25に基板 30が固定化されているカゝ否かを検知する検知手段等を 備えていてもよい。このような手段も公知の構成を用いることができ、その動作も制御 部 26により制御されて 、ればよ 、。
[0099] 〔3〕本発明の利用
本発明の利用分野は、ナノテクノロジー全般であって、どのような種類のナノ物質の 操作であっても利用できることは言うまでも無いが、具体的な一例としては、量子ドット 対の製造 (作製)方法への利用が挙げられる。すなわち、本発明には、上述したナノ 物質の操作方法を用いた量子ドット対の製造方法も含まれる。
[0100] 上記量子ドット対の製造方法について具体的な一例を挙げて説明する。まず、例え ば、集団形成工程において、例えば集光ビームにより、特定の属性を有する量子ドッ トが複数近接した量子ドット集団を形成する。この量子ドット集団は、サイズ、形状、共 鳴エネルギー等において特定の属性を有する多量の量子ドットが近接した集団とな つているとする。そこで、上記第一ナノ物質操作工程により、上記量子ドット集団に含 まれる量子ドット間の距離を制御して量子ドット対を形成する。すなわち、前述したよう に、共鳴光の偏光を変化させることで、量子ドット間に引力または斥力を生じさせて 量子ドット集団の集合態様を制御する。これにより、量子ドット間の距離を変化させ、 量子ドット対を形成する。その後、特定ナノ物質選択工程により、特定の量子ドット対 を選択してもよいし、選択した量子ドット対を第二ナノ物質操作工程により基板等に 固定ィ匕してもよい。なお、第一ナノ物質操作工程、第二ナノ物質操作工程、特定ナノ 物質選択工程、集団形成工程以外の工程が含まれていてもよいし、それぞれの工程 の順序は任意に変更してもよ 、。
[0101] このとき、前述したように、照射条件の異なる共鳴光を複数種類併用してもよい。例 えば、特定サイズの量子ドットのみが一方向に運動する条件下で、同時に特定の距 離以下の間隔で存在する量子ドット対の距離を制御するように、複数種類の共鳴光 を照射する。これによつて、任意の量子ドット対力もなる新規な構造体を自由空間に 作成したり、その構造体を基板に固定したりすることも可能となる。
[0102] また、前述したとおり、本発明では、カーボンナノチューブを操作することが可能で ある。すなわち、平行に並ぶカーボンナノチューブ対に対して共鳴光を照射する場 合、共鳴光の偏光を変化させれば、偏光がカーボンナノチューブの長さ方向に対し て平行であるか垂直であるかによって輻射力の性質が変わる。そのため、量子ドットと 同様に引力 ·斥力の制御が可能となって、良好な操作を実現することができる。
[0103] 本発明について、実施例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限 定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなぐ種々の変更、修 正、および改変を行うことができる。
[0104] ナノ物質としては、 1辺 20nmの立方体で材質が CuClの半導体量子ドットを選択し た。半導体量子ドットの電子的励起状態は Lorentz振動子モデルで近似し、離散化 積分方程式により応答場を計算し、それを Maxwellの応力テンソルに代入して量子ド ットに及ぼされる力を評価した。具体的な条件は、図 3 (a)に示すように、 2つの立方 体量子ドットが 8nm間隔という近い領域に存在するとして、その重心を X— y平面上に 設定し、 z方向においては、 CuClの Z励起子のパラメーターを使用した (共鳴ェネル
3
ギー： 3.2022[eV])。照射する共鳴光（レーザー光）の強度は 50 μ W/100 μ ηι ( = 50WZcm2)とした。この条件で、偏光の異なる共鳴光を照射した場合、個々の量子 ドットが受ける加速度 (力 Z質量)の X, y成分の周波数依存性を、図 3 (b) '図 3 (c)に 示す。 [0105] 図 3 (b) ·図 3 (c)では、単一の量子ドットの電子的励起準位は縦線で示される。立 方体形状の半導体量子ドットが近い領域に存在する場合、それらの内部に誘起され る分極が電磁場を介して相互作用し、単一の量子ドットの電子的励起準位とは異な る固有エネルギーの結合状態 (BS)または反結合状態 (AS)を有する量子ドット対の 1種である『ボラリトニック分子』が形成されることが分かる。
[0106] また、 2個の立方体量子ドットが接近すると、各量子ドット間の重心を結ぶ直線 (重 心線）に垂直な偏光の共鳴光を照射すれば、量子ドット間に反発力（斥力）が生じ、 重心線に平行な偏光の共鳴光を照射すれば引力が生じ、距離の減少とともにその大 きさが増大した。さらにナノメートル程度の距離まで接近すると、線形応答の範囲のレ 一ザ一強度でも、生じる加速度は重力加速度の数十倍となった。また、量子ドットの 大きさ力 例えば 60nm程度に大きくなると、本来、斥力が生じる垂直な偏光の場合 でも、条件によって力の成分が負となり、引力が生じる領域が現れた。なお、直方体 状の微粒子の場合、長軸と並行な偏光の入射光の方が、そのピーク値が大きぐピ ーク周波数の位置は形状'偏光により変わることがわ力つた。
[0107] さらに、ナノ物質として、直径 40nmの球で材質が CuClの半導体量子ドットを選択 した場合でも、図 4 (b) ·図 4 (c)に示すように結合状態 (BS)または反結合状態 (AS) を有する『ボラリトニック分子』が形成されることが分かる。単一の立方体に、共鳴光を 照射したときの力のピーク値は、同体積の球と同程度となった。
[0108] このように、結合状態および反結合状態は、異なる偏光の入射光により選択的に生 じせしめることができる。結合状態となるようにエネルギーを励起すると量子ドット間に は引力が、反結合状態となるようにエネルギーを励起すると量子ドット間には斥力が 生じる。それゆえ、これを利用すれば、従来にないナノ物質の操作方法を提供するこ とがでさる。
[0109] 図 5に、複数ビームを使用する例として、定在波を用いる構成例を示す。基板 42の 鉛直方向上方にサンプルセル 41が載置され、基板 42の下方にはプリズム 43が接合 されている。基板 42は、量子ドット対などの量子ドット列を最終的に固着するものであ る。
[0110] サンプルセル 41の内部には、ナノ物質としての、それぞれ 2つの量子ドット 40から なる量子ドット対が存在している。すなわち、ここでは、既に、サイズ選択された量子ド ット 40が集まって!/、るとする。
[0111] 2つの対向するレーザー光源 44から出射されるレーザー光 Α·Βを、プリズム 43の 斜め下方から、プリズム 43を介して基板 42に照射するようになっている。これにより、 基板 42に平行な、水平方向の定在波 Εを形成する。定在波 Εは、電場強度に定在 波的な濃淡のある近接場である。これにより、量子ドット対をこの定在波 Ε上に集合さ せ、量子ドット対を周期的に配列する（定在波トラップ)ことができる。
[0112] また、このレーザー光によりプリズム 43でエバネッセント波（光） Dを発生させる。ェ バネッセント波は、量子ドット 40に対し、重力に抗する輻射力 Fを誘起する。これによ り、量子ドット 40を基板 42から一定の高さの位置に保持している。なお、レーザー光 Α·Βの周波数を切り替えることで、逆に、量子ドット 40を基板 42に引き付けることも可 能である。
[0113] このようにして、垂直方向だけでなくプリズム 43に平行な方向にも定在波トラップを 形成可能である。
[0114] ここで、サンプルセル 41の上方から、上記量子ドット 40に向かって、配列制御光と しての共鳴光 Cを、図示しない装置力 照射するようになっている。これは偏光であり 、例えば、同図に示すように、水平方向であって紙面に沿った方向（図中、左右方向 )や、あるいは、水平方向であって紙面奥行き方向などに振動面を持っている。
[0115] さて、上記のように、量子ドット 40を基板 42から一定の高さに保持して 、る。この量 子ドット 40は、定在波 Ε中の、ポテンシャルが最小となる位置に一次元的に集まって くる。しかしながら、量子ドット 40の量がある程度多ければ、横方向（水平方向）にも 分布を持つことになる。これに対し、上記のように、さらに上力 特定の偏光のビーム である共鳴光 Cを当て、水平方向であって紙面に沿った方向には引力が働くようにす ることによって、その方向の広がりを抑えることができる。また、奥行き方向には斥力 にて集団が伸びるようにすれば、より一次元性の強い位置分布にすることができる。 時間をかければ、原理的には、規則的な配列に近づけていくこともできる。また、近 接場や各光の強度をさらに制御すれば、量子ドット 40を基板 42に固着させることも 可能である。すなわち、上記定在波 Εの発生位置やエバネッセント波 Dの発生位置を 調整することで、量子ドット 40を基板 42上に固着させることができる。
[0116] このように、偏光の振動面を制御することで、紙面に平行方向に働く力と垂直方向 に働く力とを制御し、横方向、奥行き方向の量子ドットの分布を整形することができ、 それにより、量子ドットの配列を制御することができる。
[0117] 図 6に、複数ビームを使用する例として、定在波を用いる別の構成例を示す。レン ズ 51の鉛直方向上方に基板 52が配置されている。基板 52は、量子ドット対などの量 子ドット列を最終的に固着するものである。
[0118] レンズ 51と基板 52との間には、ナノ物質としての、それぞれ 2つの量子ドット 50から なる量子ドット対が存在している。すなわち、ここでは、既に、サイズ選択された量子ド ット 50が集まって!/、るとする。
[0119] 集光レーザービームである共鳴光 Aをレンズ 51で集光させることによって、レーザ 一スポット Bを形成している。それとともに、共鳴光 Aを基板 52で反射させることによつ て、定在波 Cを形成している。上記定在波 Cは、量子ドット 50全体に、重力に逆らう輻 射力 Dを印加することができる。これにより、集光位置にあるレーザースポット Bの面 上に上記量子ドット対を集合させ、量子ドット対を周期的に配列する（定在波トラップ) ことができる。
[0120] 図 5の場合同様、この共鳴光 Aの偏光の振動面を制御し、偏光を切り換えること〖こ よって、量子ドット 50の集合 (配列）方向を制御でき、例えば線状等に整形することが できる。
[0121] さらに、レンズ 51を上下（図中、 a方向または b方向）させてレーザースポット Bの位 置を制御し、基板 52上にレーザースポット Bが来るようにすることで、量子ドット 50を 基板 52に固着させることができる。
[0122] このようにして、集光レーザービームでレーザースポット B上に量子ドット 50を例え ば直線状に配列した後、基板 52に固着させることができる。これは、配列量子ドット 間のエネルギー移動の制御や量子ドット回路の作成などへの応用が可能である。
[0123] さらに、図示しないが、集合系を扱う際に全体が固まらないようにしたり、逆に固まる ようにしたりと 、うような操作も可能である。
[0124] 尚、発明を実施するための最良の形態の項においてなした具体的な実施態様また は実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような 具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなぐ本発明の精神と次に記 載する特許請求の範囲内で、いろいろと変更して実施することができるものである。 産業上の利用の可能性
以上のように、本発明では、共鳴光によってナノ物質集団を操作する場合に、従来 よりも一層多彩で複雑な操作を可能とする。それゆえ、本発明では、ナノ物質の操作 によって新規な性質を有する構造体を製造したり、生体分子の操作や細胞'細胞内 小器官の操作に応用したりすることが可能となり、ナノテクノロジーに関わる分野に広 く利用することができる。

Claims

請求の範囲
[1] ナノ物質に対して、当該ナノ物質の電子的励起準位に共鳴する共鳴光を照射する ことにより、共鳴光力 ナノ物質に力を及ぼして当該ナノ物質を操作するナノ物質の 操作方法において、
共鳴光の照射対象が、複数個のナノ物質力もなるナノ物質集団であるとともに、 ナノ物質間に生じる力学的相互作用を制御するために、照射する上記共鳴光の偏 光を変化させることを特徴とするナノ物質の操作方法。
[2] 上記ナノ物質集団は、自由空間中または流動性媒質中に存在することを特徴とす る請求の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法。
[3] さらに、照射する上記共鳴光の強度を変化させることを特徴とする請求の範囲 1に 記載のナノ物質の操作方法。
[4] 近接するナノ物質が有する共鳴エネルギーを、単一のナノ物質が有する共鳴エネ ルギ一よりも低エネルギー側に励起するように、照射する上記共鳴光の偏光を変化さ せることを特徴とする請求の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法。
[5] 近接するナノ物質が有する共鳴エネルギーを、単一のナノ物質が有する共鳴エネ ルギ一よりも高エネルギー側に励起するように、照射する上記共鳴光の偏光を変化さ せることを特徴とする請求の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法。
[6] 共鳴光として、照射条件の異なる共鳴光を複数種類併用することを特徴とする請求 の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法。
[7] 互いに直交する方向を D1および D2とするとき、
共鳴光として、 D1方向に振動する偏光であって、単一のナノ物質が有する共鳴ェ ネルギ一よりも低エネルギー側のピークのみをカバーするレーザービーム Aを照射し 、それにより、 D1方向にあるナノ物質同士に引力を働力せ、 D2方向にあるナノ物質 同士には何の力も働力せないことを特徴とする請求の範囲 1に記載のナノ物質の操 作方法。
[8] 互いに直交する方向を D1および D2とするとき、
共鳴光として、 D1方向に振動する偏光であって、単一のナノ物質が有する共鳴ェ ネルギ一よりも高エネルギー側のピークのみをカバーするレーザービーム Aを照射し 、それにより、 D2方向にあるナノ物質同士に斥力を働力せ、 D1方向にあるナノ物質 同士には何の力も働力せないことを特徴とする請求の範囲 1に記載のナノ物質の操 作方法。
[9] 互いに直交する方向を D1および D2とするとき、
一方の共鳴光として、 D1方向に振動する偏光であって、単一のナノ物質が有する 共鳴エネルギーよりも低エネルギー側のピークのみをカバーするレーザービーム Aを 照射し、それにより、 D1方向にあるナノ物質同士に引力を働力せ、 D2方向にあるナ ノ物質同士には何の力も働力せず、
他方の共鳴光として、 D2方向に振動する偏光であって、単一のナノ物質が有する 共鳴エネルギーよりも低エネルギー側のピークのみをカバーするレーザービーム Bを 照射し、それにより、 D2方向にあるナノ物質同士に引力を働力せ、 D1方向にあるナ ノ物質同士には何の力も働力せず、
これにより、 D1方向にあるナノ物質同士にも D2方向にあるナノ物質同士にも引力 を働力せることを特徴とする請求の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法。
[10] 互いに直交する方向を D1および D2とするとき、
一方の共鳴光として、 D1方向に振動する偏光であって、単一のナノ物質が有する 共鳴エネルギーよりも高エネルギー側のピークのみをカバーするレーザービーム Aを 照射し、それにより、 D2方向にあるナノ物質同士に斥力を働力せ、 D1方向にあるナ ノ物質同士には何の力も働力せず、
他方の共鳴光として、 D2方向に振動する偏光であって、単一のナノ物質が有する 共鳴エネルギーよりも高エネルギー側のピークのみをカバーするレーザービーム Bを 照射し、それにより、 D1方向にあるナノ物質同士に斥力を働力せ、 D2方向にあるナ ノ物質同士には何の力も働力せず、
これにより、 D1方向にあるナノ物質同士にも D2方向にあるナノ物質同士にも斥力 を働力せることを特徴とする請求の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法。
[11] 定在波を発生させて、上記ナノ物質を該定在波上に配列させることを特徴とする請 求の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法。
[12] 上記共鳴光とは別の 2つの光にて上記定在波を発生させることを特徴とする請求の 範囲 11に記載のナノ物質の操作方法。
[13] 上記共鳴光を基板に当て、該共鳴光とその基板力 の反射光にて上記定在波を 発生させることを特徴とする請求の範囲 11に記載のナノ物質の操作方法。
[14] 上記定在波の発生位置を調整することで、上記ナノ物質を基板上に固着させること を特徴とする請求の範囲 11に記載のナノ物質の操作方法。
[15] 定在波を発生させることによって、上記ナノ物質に、重力に逆らう輻射力を印加する ことを特徴とする請求の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法。
[16] 上記定在波の発生位置を調整することで、上記ナノ物質を基板上に固着させること を特徴とする請求の範囲 15に記載のナノ物質の操作方法。
[17] エバネッセント波を発生させることによって、上記ナノ物質に、重力に逆らう輻射力 を印加することを特徴とする請求の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法。
[18] 上記エバネッセント波の発生位置を調整することで、上記ナノ物質を基板上に固着 させることを特徴とする請求の範囲 17に記載のナノ物質の操作方法。
[19] ナノ物質集団を構成するナノ物質の集団的な運動および Zまたはナノ物質の配列 を制御するように、上記共鳴光の照射によりナノ物質を操作する第一ナノ物質操作 工程を有することを特徴とする請求の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法。
[20] 運動および Zまたは配列が制御されたナノ物質集団において、ナノ物質の重心の 位置および Zまたはナノ物質の運動を制御するように、共鳴光の照射によりナノ物質 を操作する第二ナノ物質操作工程を有することを特徴とする請求の範囲 19に記載の ナノ物質の操作方法。
[21] 上記第一ナノ物質操作工程にてナノ物質集団の運動および Zまたは配列を制御 する前に、ナノ物質の重心の位置および Zまたはナノ物質の運動を制御するように、 共鳴光の照射によりナノ物質を操作する第二ナノ物質操作工程を有することを特徴 とする請求の範囲 19に記載のナノ物質の操作方法。
[22] 上記第一ナノ物質操作工程にてナノ物質集団の運動および Zまたは配列を制御 するのと同時に、ナノ物質の重心の位置および Zまたはナノ物質の運動を制御する ように、共鳴光の照射によりナノ物質を操作する第二ナノ物質操作工程を有すること を特徴とする請求の範囲 19に記載のナノ物質の操作方法。
[23] 上記第一ナノ物質操作工程にてナノ物質集団の運動および Zまたは配列を制御 するのと交互に、ナノ物質の重心の位置および Zまたはナノ物質の運動を制御する ように、共鳴光の照射によりナノ物質を操作する第二ナノ物質操作工程を有すること を特徴とする請求の範囲 19に記載のナノ物質の操作方法。
[24] 上記ナノ物質集団が複数種類のナノ物質を含んでいるとともに、
さらに、上記共鳴光の照射により、上記ナノ物質集団から特定のナノ物質を選択す る特定ナノ物質選択工程を有することを特徴とする請求の範囲 1に記載のナノ物質 の操作方法。
[25] さらに、上記ナノ物質集団を形成する集団形成工程を有することを特徴とする請求 の範囲 19に記載のナノ物質の操作方法。
[26] さらに、上記ナノ物質集団を形成する集団形成工程を有することを特徴とする請求 の範囲 24に記載のナノ物質の操作方法。
[27] 上記集団形成工程では、集光ビームによりナノ物質集団を形成することを特徴とす る請求の範囲 25に記載のナノ物質の操作方法。
[28] 上記集団形成工程では、集光ビームによりナノ物質集団を形成することを特徴とす る請求の範囲 26に記載のナノ物質の操作方法。
[29] 上記ナノ物質が量子ドットまたは量子ドット対であることを特徴とする請求の範囲 1 に記載のナノ物質の操作方法。
[30] 上記ナノ物質集団には、電子的励起準位の異なる複数種類の量子ドット対が含ま れており、
上記特定ナノ物質選択工程では、特定の電子的励起準位を有するナノ物質を選 択することを特徴とする請求の範囲 29に記載のナノ物質の操作方法。
[31] 上記ナノ物質集団には、材質が同一であり、かつ、大きさ、形状、内部構造のうち少 なくとも何れかが異なる複数種類の量子ドット対が複数含まれており、
上記特定ナノ物質選択工程では、大きさ、形状および内部構造が実質的に同一で ある量子ドット対を選択することを特徴とする請求の範囲 29に記載のナノ物質の操作 方法。
[32] 上記集団形成工程において形成されるナノ物質集団が、特定の属性を有する量子 ドットが複数近接した量子ドット集団であることを特徴とする請求の範囲 29に記載の ナノ物質の操作方法。
[33] 上記第一ナノ物質操作工程により、上記量子ドット集団に含まれる量子ドット間の距 離を制御して量子ドット対を形成することを特徴とする請求の範囲 32に記載のナノ物 質の操作方法。
[34] 上記共鳴光としてレーザー光が用いられることを特徴とする請求の範囲 1に記載の ナノ物質の操作方法。
[35] 請求の範囲 1に記載のナノ物質の操作方法を用いた量子ドット対の製造方法。
[36] 共鳴光を照射することによりナノ物質に力を及ぼして当該ナノ物質を操作するナノ 物質の操作装置において、
ナノ物質に対して、当該ナノ物質の電子的励起準位に共鳴する共鳴光を照射する 共鳴光照射手段を備えており、当該共鳴光照射手段は、共鳴光の偏光が変化可能 となって!/ヽることを特徴とするナノ物質操作装置。
[37] 複数個のナノ物質力 なるナノ物質集団を存在させ、かつ、操作可能とする内部空 間を有する筐体を備えていることを特徴とする請求の範囲 36に記載のナノ物質操作 装置。
[38] 上記筐体内は、流動性媒質が充填可能となっていることを特徴とする請求の範囲 3
7に記載のナノ物質操作装置。
[39] 上記共鳴光照射手段は、共鳴光の強度が変化可能となって!/、ることを特徴とする 請求の範囲 36に記載のナノ物質操作装置。
[40] 上記共鳴光照射手段は複数設けられており、各共鳴光照射手段から照射される共 鳴光は、照射条件が異なっていることを特徴とする請求の範囲 36に記載のナノ物質 操作装置。
[41] さらに、筐体内に上記ナノ物質集団を形成するナノ物質集団形成手段を備えてい ることを特徴とする請求の範囲 36に記載のナノ物質操作装置。
[42] さらに、上記筐体内には、操作されたナノ物質を固定する基板が設置されているこ とを特徴とする請求の範囲 36に記載のナノ物質操作装置。
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