ナノ構造を光で記録する。インターネットを通じて大量の情報が世界中を一瞬に飛び交う情報化社会を迎え、莫大な量の情報をいかに蓄えるかが重要な課題となっています。今の所、情報記録は長い伝統に支えられた磁気記録が主流ですが、可搬性のある光メモリも次第に伸びてきています。ここでは、光メモリの記録容量、密度を飛躍的に向上させると期待されるフォトンモード分子光メモリ、特に3次元記録、近接場記録、それと究極の光メモリである単一分子光記録を紹介します。光を受けることにより、分子がその分子量を変えることなく、その結合様式を変え、色の異なる別の構造の異性体へ変換することは、フォトクロミズムと呼ばれ、その機能をもった分子は、フォトクロミック分子と総称される。光生成した異性体が、元の構造へ暗黒中においても戻る分子と、光を受けない限りもどらない分子とがあり、前者は調光材料へ、後者は光メモリ、あるいは光スイッチ素子へ応用されている。現在では、繰り返し耐久性、保存安定性、高速応答性、高感度性を兼ね備えた分子が得られるようになっている。これまでの光メモリは、いずれも光エネルギーを記録媒体上で一旦熱エネルギーに変換して物性の熱変化を利用して記録している。これらは、ヒートモード記録と呼ばれる。それに対し、光エネルギーをそのまま光反応に用いて物性変化を誘起して記録する方式は、フォトンモード記録と呼ばれる。フォトンモード記録は、高感度、高速記録が可能、熱拡散、物質移動を伴わないため微細スポット形成が可能、光の特性を利用し多重記録が可能などの特徴をもっており、将来の光記録方式として期待されている。
第17回「大学と科学」公開シンポジウム
蝶の羽根はナノ構造
私たちの身近にいるさまざまな色の蝶
その翅を覆うわずか0
1mmほどの鱗粉は、光の波長よりもはるかに小さい、驚くべきナノ構造で飾られている。その規則性と不規則性を共存させた構造が目にはやさしく、しかし、輝くような色を作り上げている。いくつかの異なる物質でできた層が積み重なってできた膜を誘電体多層膜という。特に2種類の層が交互に積み重なった層は、特定の波長の光を選択的に強く反射するので、完全な反射を必要とするレーザー鏡やいろいろな色を演出するラッピングペーパーなどに用いられている。薄膜は膜の両面で反射された光が干渉していろいろな色をつける。これを薄膜干渉といっている。シャボン玉の色や油膜の色などは薄膜干渉の結果できた色である。特に、基板となる物質に屈折率の異なる物質をコーティングして薄い膜をつくり、膜の表面と裏面で反射した光の波がちょうど打ち消しあうような厚さにすると反射が起きないので、基板表面での反射を抑えることができる。メガネや双眼鏡にはたいていこのコーティングがついている。
メガネを斜めにすると色がついて見えるのはこの膜によるもの
光の波長程度かもっと小さい粒子が分散している液体に光をあてると、これらの粒子の散乱により、光の通る道筋がはっきりと見えることができる。これをチンダル現象といっている。チンダル現象によって起こる光の散乱をチンダル散乱という。粒子の大きさが光の波長より小さいときは、散乱は短波長の方が起き易くなるため、チンダル散乱は青色に見える。牛乳をうすめると青っぽく見えるのはこのためである。光が不規則な物質にあたって、いろいろな方向にほぼ均一に広がった光を拡散光といっている。照明で電球の表面をすりガラスにするのは拡散光を作るためである。拡散光は目にやさしいので、さまざまな照明に用いられている。翅鞘はさやばねともいう。甲虫類の前翅は硬くキチン化して、鞘のように体を保護している。とまるときは薄い後翅を折りたたんで硬い前翅の下に入れている。この前翅のことを翅鞘と呼んでいる。鱗片は鱗粉ともいう。
チョウや蛾のような鱗翅目や甲虫類にある体表面にある扁平な突起のこと
第17回「大学と科学」公開シンポジウム
光でナノテク・ナノサイエンス
※このセッションは終了しました。
光でナノテク・ナノサイエンス
発表テーマの概要及び開催趣旨
光で拓くナノの世界
光でナノ加工
波長より細かい格子のナノ光学
ナノ構造を光で記録する。
光のナノ集積回路
光でナノ計測
光で観るナノバイオ分子の力
トンネル発光で観る表面ナノ構造
透明なナノ構造を光で測る。
ナノ構造の光デバイス1
量子ナノデバイスの展望
新しい光ナノ構造:フォトニック結晶
カーボンナノチューブと分光
ナノ構造の光デバイス2
光ナノデバイスの作り方
光で捉えるナノプローブ
ナノ構造の色
蝶の羽根はナノ構造
ナノ粒子の色
熱のでないナノランプ
光とナノ材料
光でナノバイオ
ナノテクのアプリケーション など
熱のでないナノランプ
電流が流れる性質を持つ物質を細く線状にしたもの(フィラメント)に電流を流し、温度を上げて熱輻射させることで、光を輻射する光源
Edisonによりほぼ同時期に発明された最初の実用的な電気照明である。現在のフィラメントには金属中で融点の最も高いタングステンからできた二重コイルが用いられており、燃焼を防ぐために希ガスを封入したバルブとよばれる容器中に入っている。光の大部分は目に見えない赤外線として輻射されるため、電力を可視光に変換する効率が蛍光灯などに比べて低い。ハロゲン電球はバルブ中にハロゲン元素を封入して、フィラメントの蒸発を抑制し長寿命化を実現した白熱電球の一種である。
光は電磁波という波であるが、波の一周期の長さである波長が可視光より長く、マイクロ波よりも短い光で、波長が780ナノメートルから数ミリメートルの光のこと
「赤外」とは可視光の波長が380~780ナノメートルの狭い範囲にあり、600~700nm付近の光は赤く見えることから、赤の外側という意味である。人間の目には見えないので、照明においては無駄なエネルギー輻射として扱う。人体に当たると光に比べて深く侵入するため、熱作用が大きく暖房や加熱などにも利用される。
熱の輻射ではなく、熱による電磁波の輻射のこと
熱輻射は温度が低いときは赤外線が大部分であるために肉眼では見えないが、温度を上げるにつれて可視光が増え、赤、黄を経て白色に輝くようになる。熱輻射スペクトルはプランクの法則とよばれる分布に従い、あらゆる物体からは、温度が低くてもその温度に応じた電磁波の輻射がある。20世紀初頭に溶鉱炉の中で高温となって輝く鉄からの熱輻射スペクトルを理論的に説明しようとする試みの中から量子論が誕生し、その後およそ20年を経て量子力学が完成した。
共振ともいい、振動を扱う物理学の広い分野(力学、音、電気回路、光など)にわたって現れる現象
一般的に定義すれば、振動系を外部から強制的に振動する場合に、外部力の1秒間における振動の回数(振動数)と振動系によって決まる固有の振動数(固有振動数)が一致すると、振動の振幅が非常に大きくなる現象のことを共鳴という。共鳴を積極的に用いるために設計された振動系を共鳴箱あるいは共振器という。楽器を例にとると、笛は人間が強制的に息を吹き込んで、笛の中に共鳴を利用して固有な振動を起こすことにより、音を出すものである。鏡を二枚合わせた共振器中に置いた原子からの自然放出は、自然の状態とは異なる性質を示すことが知られており、これをcavity QED効果とよぶ。この効果は基礎物理だけでなく、半導体レーザーや分子からの発光など様々な分野に観測され、高効率発光素子への応用研究がすすめられている。
第17回「大学と科学」公開シンポジウム
ビッグバン宇宙の誕生と未来
インフレーション理論の進展と観測
最近の宇宙論では、誕生直後の宇宙は急激な膨張(インフレーション)を経験したと考えられています。このインフレーション宇宙モデルは宇宙の構造の種を作るなどの予言をしていましたが、最新の観測でそれが確かめられるようになりました。
第18回「大学と科学」公開シンポジウム