宇宙・地球
373484 光渦は物質を構成する粒子にらせんの回転力を伝達する
 
二鳥土入 ( 29 東京都 会社員 ) 21/12/25 PM06 【印刷用へ
前回の記事(373346)の中で、光渦は照射された物体にらせん運動を与える性質があることが分かりました。
そのらせん運動はどのように物体に伝搬しているのでしょうか。

今回いくつかの実験事例を参考に、分かったことをまとめます。

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【光渦が拓く超解像スピンジェット技術】
引用:千葉大学大学院工学研究院 尾松孝茂 教授
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偏光に依存しない螺旋波面(光波面の捩じれ)に由来する軌道角運動量と円環状空間強度分布を持つ光波を総称して光渦と呼ぶ。光渦の軌道角運動量の大きさは螺旋波面の螺旋度(1波長中に螺旋を巻く回数)を示す量子数で与えられる。光渦の軌道角運動量が微粒子に転写されると、微粒子は軌道角運動量の大きさと向きに従って公転運動する。最も一般的な光渦は円筒座標系の近軸固有解であるラゲールガウスビームである。
われわれは、水の1000倍以上の粘度(蜂蜜程度の粘度)を示す高粘度液膜に光渦を照射すると、液膜が超解像スピンジェット、すなわち、自転しながら光渦の中心に向かって集まり、極細の連続的な物質の流れへと構造化することを発見した。超解像スピンジェットは軌道角運動量の向きに沿って選択的に自転しながら、数mmもの長距離を飛散することなく飛翔する。この現象をスピンジェット現象と呼ぶ。スピンジェット現象は、光渦の軌道角運動量が液膜に転写されることで液膜の自転が起こり、液膜の直線飛翔が長距離にわたり安定化することで起こると考えられる。
(後略)
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【光渦を照射するだけで螺旋ポリマーファイバーを自己組織的に創成――千葉大が発見】
引用:fab cross for エンジニア powered by MEITEC
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千葉大学は2018年10月5日、光渦を紫外硬化樹脂に照射するだけで「螺旋ポリマーファイバー」を自己組織的に創成できることを発見したと発表した。

光渦という特殊なレーザー光を、金属・半導体・アゾポリマー薄膜などの物質に照射すると、物質表面がキラルな螺旋構造に変化することは知られていた。しかし、こうした変化が起きるのは固体−気体などの界面に限られ、物質の内部を螺旋構造に変形させることは不可能だった。

今回の研究では、光を照射すると液体から固体に硬化する光硬化性樹脂を用意。そこに405nmの光渦レーザーを照射することで、硬化する過程において光渦の角運動量が作用し、螺旋状にねじれながらポリマーファイバーができることを世界で初めて実証した。

光渦の角運動量が物質の表面だけではなく、内部にも作用すると示したことになる。また、物質表面の変形という単なる物理現象ではなく、角運動量が光重合という化学反応にも作用することを示した世界初の研究成果になるとも説明している。
(後略)
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以上の2つの実験から、光渦は物質にらせん運動を与えるが、それは表面の粒子だけでなく、内部まで運動が届いているという。これは光渦が原子を振動させ、内部までそのトルクを伝達していると考えられる。

また、光渦は光の周波数を整数倍した周期でらせん回転するするという実験結果もある。
→理化学研究所の「物体内部のらせん構造の向きを識別するX線顕微鏡」の実験より
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徐々に光(電磁波)とらせん状の振動、共振によるらせん運動の伝達の関係性が見えてきた。
 
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