The manipulation method of mesoscopic materials with nanometric precision is one of the fundamental techniques for realizing nano-devices consisting of e.g. quantum dots and metallic nanoparticles. One of the most promising tools to achieve such precise manipulation is optical tweezers, which enables the trapping of nanoscale objects through the force of photons. In typical optical tweezing, a laser beam is focused into a small spot comparable to the wavelength by an objective lens; nanoparticles are confined in the focal spot of the light by optical gradient force. The precision of positioning by the optical tweezers is mainly determined by the positional fluctuation of the trapped particle due to Brownian motion in the focusing point.
To improve the precision, downsizing the focusing area of the trapping laser light is an effective approach. In the present paper, the authors fabricated the array of gold nanodots close to each other on substrate. Strong near-field created in the gaps between the particles could produced smaller optical trapping potentials than that of the conventional optical tweezers. Experimental evaluation of the positional fluctuation of trapped particles near the gap demonstrated that the plasmonic near-field trap achieved one-order more precise positioning than that of the conventional optical tweezers.
ナノメートル精度でのメゾスコピック物体の位置制御法は、半導体量子ドットや金属ナノ粒子を配した精緻な微細構造、高集積化デバイスの実現に向けて必須の基盤的技術である。液中の微小物体の位置制御法の一つとして、光の力学作用を用いた光ピンセットが現在広く用いられている。光ピンセットは、波長程度のスポットに集光されたレーザー光と微小物体との間に働く力（勾配力）に基づき物体を捕捉する技術であり、ナノメートルサイズの被捕捉粒子は集光スポットの光強度分布を反映した力学ポテンシャル中に閉じ込められる。捕捉された粒子の位置はブラウン運動により揺らぎ、そのゆらぎの大きさは集光スポットのサイズとポテンシャルの深さで決定される。
高い位置決め精度でナノ粒子を捕捉、移動させるためには集光スポットサイズの微小化が有効なアプローチである。そこで本論文の著者らは、近接させた金ナノドットアレイを基板上に作製し、金ナノ粒子間に発生する近接場を用いることで光の回折限界を超えた微小なトラッピングポテンシャルを作り出した。この力場ポテンシャルにより粒子の位置の揺らぎがどの程度抑制されるかを実験的に検証した結果、従来の光ピンセットと比較して被捕捉粒子の位置揺らぎが１桁程度抑制されることを示した。