2026年4月21日
北海道大学
科学技術振興機構
ポイント
●光で操る"マイクロドローン"でナノ空間の力を3D計測--6自由度の全方位センシング技術を確立。
●光の"ねじれ（キラリティー）"が物体を横向きに回す力を世界初観測。
●生体分子から量子力学的な力まで"見えなかった力"を測る全く新しい計測プラットフォームを確立。
概要
北海道大学電子科学研究所の田中嘉人教授らの研究グループは、光で自在に操る「マイクロドローン」を用いて、これまで光の回折限界という制約のために測定が困難だった、ナノ空間で働く微小な力とトルク（回転させる力）を3次元的に計測する全く新しい手法を開発しました。
光がナノ粒子に及ぼす力は、ナノ粒子操作技術やナノマシン技術に欠かせない重要な要素です。しかし光には「回折限界」と呼ばれる性質があるため、ナノ粒子の位置や向きを正確に制御・計測することが難しく、力の働き全体（力学応答）を捉えることが困難でした。本研究では、十字型のマイクロ構造体の中心に測定対象のナノ物質を埋め込んだ、独自の「センサー機体（光駆動マイクロドローン）」を開発しました。これを4本の集光レーザービームで3次元的に捕捉し、位置（前後・左右・上下）と姿勢（3軸の回転）の合計六つの動き（6自由度）を極めて高い精度で追跡する技術を確立しました。この手法を用いて、V字形状をした異方性金属ナノ粒子に光を照射した際の応答を詳細に調べた結果、光の進行方向と垂直な軸まわりに回転が生じる「横方向光トルク」を初めて観測しました。この現象は、従来知られていた照射光の回転（角運動量）によるトルクとは異なり、照射光そのものが持つ「光のねじれ（キラリティー）」によって引き起こされるものであり、光が物質に及ぼす力の新しい仕組みを示す重要な成果です。
本成果は、光ナノ粒子操作や光ナノマシンの精密な制御を可能にするだけでなく、生体分子の複雑な回転運動の解明や量子力学的な力の検証など、これまで「見えなかった力」を読み取る新しい計測プラットフォームとして、広範な科学分野への発展に寄与することが期待されます。
なお、本研究成果は、2026年4月20日（月）公開のNature Physics誌にオンライン掲載されました。
論文名：Transverse Optical Torque observed at the Nanoscale（ナノ空間で観察された横方向光トルク）
URL：https://doi.org/10.1038/s41567-026-03268-6
詳細はこちら
光の回折限界により調べることが困難であったV字形のナノ構造に働く横向きの回転の力を、光駆動マイクロドローンの動きを手がかりにして観察をするイメージ図。
