光で操る「ナノ温度スイッチ」を実現~光の右回り・左回りで熱分布を書き換える~

2026-01-20 兵庫県立大学

兵庫県立大学、東北大学、早稲田大学などの共同研究グループは、光の偏光の回転方向(右回り・左回り)を切り替えるだけで、ナノ構造表面の温度分布を大きく変えられる「ナノ温度スイッチ」を実現した。対象としたのは窒化チタン製のナノメートルサイズ金属構造で、従来は光照射により表面全体がほぼ等温になると考えられていた。しかし本研究では、円偏光の向きの違いによって、数十ケルビン規模で全く異なる温度パターンが形成されることを実証した。これはキラルなプラズモン応答により、光エネルギーの吸収位置がナノスケールで書き換えられるためである。この成果により、光のみを用いた局所加熱位置や強度の自在制御が可能となり、化学反応の精密制御や微小流体操作、エネルギー変換などへの応用が期待される。研究成果はNano Letters誌に掲載された。

光で操る「ナノ温度スイッチ」を実現~光の右回り・左回りで熱分布を書き換える~
図 3. 窒化チタンの S 字ナノ構造への円偏光照射によるナノ構造表面の温度パターンのスイッチング

<関連情報>

チタン窒化物ナノ構造におけるキラルプラズモニック表面温度の数十ケルビンスイッチング Chiral Plasmonic Surface Temperature Switching by Several Tens of Kelvins in Titanium Nitride Nanostructures

Kenji Setoura,Tomoya Oshikiri,Mamoru Tamura,Ken Morita,Hideki Fujiwara,Satoshi Ishii,Yusuke Fujii,Yasutaka Matsuo,Takuya Iida,and Kohei Imura
Nano Letters  Published: December 22, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c05212

Abstract

The strong asymmetric optical response of plasmonic metal nanostructures to right- and left-handed circularly polarized light has attracted great interest in nanotechnology. However, when considering heat generation in these structures, the surface temperature distribution becomes nearly isothermal regardless of which handedness of circularly polarized light is used. This is because of the high thermal conductivity of noble metals and the diffusive nature of heat transfer. In this study, we experimentally show that the surface temperature patterns of chiral plasmonic nanostructures made from titanium nitride, which has a thermal conductivity less than 10% that of gold, become clearly different under right- and left-circularly polarized light, with the temperature contrast reaching several tens of kelvins. This temperature switching allows nanoscale spatial control of photothermal chemical reactions. Our findings suggest a significant potential for shaping nanoscale temperature distributions in the field of thermoplasmonics.

0403電子応用
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