【本学研究者情報】

〇大学院工学研究科応用物理学専攻　教授　小野円佳
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【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^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。

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。

【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
著者：Junjie Zhao, Kazuro Kizaki, Atsushi Taguchi, Madoka Ono, Soki Hirayama, Takashige Omatsu
雑誌名：Nanophotonics
DOI：10.1515/nanoph-2025-0387

詳細（プレスリリース本文）

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東北大学大学院工学研究科　教授　小野円佳
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