光の左右非対称な掌性を使って、新分野の確立を目指す――新素材を創り出すため、構成要素が同じでも構造が異なる性質を光の中で解明する。研究キーワード:応用光学、光渦、キラリティーiStock.com/loops7自然科学において、いまだ解明されていない謎は数多く存在する。その最も魅力的な謎のひとつが、キラリティーの起源だ。ティーとは、「掌性」とも呼ばれ、私たちの右手と左手のような、ふたつの鏡像型をもつ分子や物体の性質を指す。様々な分野に関連する普遍的特性で、生命を支える生化学的な過程に影響を与えるほか、創薬において極めて重要な役割を果たし、素粒子物理学でも突如として問題になることがある。私たちの馴染みのある光にも、キラルな性質があり、それが光と物質との相互作用に影響を及ぼしている。したキラリティーの力を、どのように利用し、制御することができるのだろうか。それを通じて、どのような新たな発見や技術が生まれる可能性があるのだろうか。工学研究院の教授、尾松孝茂らのチームは、そうした問いを探求している。光ビームは、それが螺旋状の波面になるとき、左回りまたは右回りの極性が生じ、キラルとなる。「光渦を用いることで、金属や半導体、有機物の物理的特性をナノスケールでねじり、ユニークな特徴を備えたキラルなナノ構造を創ることができます。私たちは、キラルな光学的材料を新たな研究分野として確立するとともに、キラルプラズモニクスやメタ表面など新たな技術を開拓し、ナノスケールのキラルな化学反応器やキラル選択的な撮像装置、キラルセンサーなどの開発へつなげることを目指しています」(尾松)。キラルな光でつくるナノコルク栓抜き尾松らのチームは、光渦と物質の間の相互作用と、光渦を照射することによって構造を変化させた物質の物理的特性および潜在的有用性に着目している。光渦の電磁場は、光が空間を進むにつれて回転する。導電性物質に作用させると、ナノスケールのコルク栓抜きのように、物理的特性の変化を物質の表面に刻むことができる。して構造が変化した表面は、左手系および右手系のキラル分子や光渦に対して異なる反応を示すため、化学センシング・合成・イメージングの分野でこれまでにない可能性が拓ける。「光渦を使用すると、螺旋状のニードルや螺旋状のレリーフ、螺旋状のファイバーといったナノ構造を創り出すことができます。同じプロセスを用いることにより、フラーレンを重合させることができることも分かりました。フラーレンは、よく知られた機能性有機分子で、通常は、導電性はありません。光渦を用いると、フラーレンは導電性の金属相を形成します。これは、金属や半導体を用いることなく、電子デバイスを作製するための基盤として用いることができる可能性があります」。ナノ渦(nanovortices)を使って、将来的には、光の偏光や電子の軌道運動、キラル分子の凝集などをナノスケールで精密制御できるようになると、尾松は考えている。「私たちの研究は、次世代のフォトニクス材料やエレクトロニクス材料につながります。分野においても、新たな用途が開拓されることが期待できます。最終的には、なぜ自然界にはキラリティーが存在するのかという科学的な謎の答えにたどり着くこともできるかもしれません」。この研究プロジェクトでは、日本国内や海外の多くの研究者との共同研究が進められており、学生や若手研究者の力が求められている。私たちは、新しいプロジェクトのアイデアを考え出すため、頻繁にブレーンストーミングの会合を開いています。海外からの研究者もこのセンターで研究を行っており、背景や専門知識の多様な研究者が集まっています」。