研究室紹介

 私たちの研究室ではナノと光をキーワードにして研究と教育活動を行っています。ナノメートルスケール(ナノメートルは10億分の1メートル)の構造体と光が織りなすミクロな世界の魅力を探り、そこに現れる様々な現象の先端的な応用の可能性を追求しています。

研究概要



私たちの研究室の具体的な研究テーマについては下記をご参照ください。また、私たちの研究は独立法人科学技術振興機構の支援のもと、複数の実験グループとの共同研究によるデバイス開発プロジェクト「光電場のナノ空間構造による新機能デバイスの創製」としても進行中です。


研究テーマ(理論)
広がって相互作用する物質の波と光の波
             -ナノ構造の新しい光学応答の原理 -

 ミクロに見れば物質の励起状態は波として空間的に広がり、分極のエネルギーは物質中を伝播します。一方、このような空間構造を持つ分極波が放射する光の空間パターンはこのミクロな空間パターンを反映します。さらにその光が分極を作って...という連鎖の結果、物質内部の光の空間パターンが決まります。私たちの研究室では、特定の条件にあるナノ構造では、これら両者の空間パターンのインタープレイがこれまで認識されてこなかった興味深い光機能をもたらすことを明らかにしてきました。

                              詳しい説明


ナノ構造で操る光信号
             -ナノ構造の非線形光学応答の理論 -

 物質を媒介として光同士が相互作用することが出来ます。光同士が相互作用できれば光信号を光でスイッチすることが可能になり、光を信号とする将来のエレクトロニクスの基本機能を担います。私たちはナノ構造のサイズを制御することでこの相互作用の大きさを劇的に変化させる新しい機構を理論的に見いだし、現在実験グループと共にこれに基づく新しい光機能の研究を行っています。
                              詳しい説明

光で操るナノ構造
                -ナノ光マニピュレーションの理論 -

 光の運動量を用いて小さな物質を力学的動かすことが可能です。私たちの研究室では光との相互作用において一つ一つのナノ微粒子がそのサイズや形状に応じた個性を発揮することを利用した新しい光マニピュレーションの技術を提案しました。現在実験グループによるこの原理の検証が進められています。

                              詳しい説明

二つの光子を語らわせるには
                 -共振器-ナノ構造結合系の2光子非線形 -

 一つの光子の経路を他のもう一つの光子でスイッチするという野心的なアイデアに基づき、光子による量子計算機を実現させようという研究が行われています。私たちは小さな光共振器にナノ構造と光子を閉じこめたモデルに基づきこのアイデアの有効性を理論的に検証すると同時に、固体を用いて最も有効にこの機構が働く構造の提案を行い、実験グループとともに量子位相ゲートのデモンストレーションに挑戦しています。

                              詳しい説明

二つの光子をもつれ合わせる
                 -高効率「量子もつれ合い光子対」生成の理論 -

 「量子もつれ合い光子対」とは量子暗号通信などの将来技術に不可欠と言われる特殊な光の状態で、その高効率な生成法が世界中で研究されています。私たちの研究室ではもつれ合い光子対生成に関してナノからバルクまで適用できる全量子力学的理論を始めて開発し、その純度や生成効率を最適にする構造を追求して、実験グループへの提案を行っています。

                              詳しい説明

厚さで変貌する光と電子の新しい状態
              -ナノ薄膜の励起子-輻射場結合モード -

 薄膜の井戸型ポテンシャルに閉じ込められた励起状態のエネルギー準位も光と相互作用することで、その膜厚依存性は複雑に変化し、膜厚と共に準位が上下してエネルギーの大きさの順番が逆転したりといった現象が起こります。また励起状態が光を放出して緩和する速度も膜厚に対し特異な振る舞いを示します。このように私たちの研究室では光波動の空間構造を無視しない独自理論でナノ系の新しい光学応答の原理を明らかにしています。

                              詳しい説明

サイズや形でスピードを制御
               -ナノ構造における超高速応答の理論 -

 上の研究例でも説明したようにナノ構造はその励起状態の緩和速度が試料のサイズによって劇的に変化するので試料構造をうまく設計すれば極めて高速な応答速度を持つ光制御デバイスなどが実現できるかもしれません。このような応答速度は単に電子的活性な部分のサイズのみならず基板など周辺の環境となる部位の構造によっても劇的に変化します。私たちの研究室では光波動の空間構造を無視しない独自理論でこのような機構を発見し、電子励起状態としては異例のフェムト秒クラスの応答速度の可能性を追求しています。

                              詳しい説明

新奇なナノ構造によるあたらしい光機能
               -ナノ分極配向構造を持つ系の光学応答理論 -

 DNAや光合成反応中心を構成する生体高分子などは通常の固体結晶とは異なり、ナノスケールな分極配向構造を持ちます。このような分極配向構造と光のセルフコンシステントな運動はこれまでの固体物性では登場しなかった特異な光学応答を引き起こします。私たちの研究室ではこのような系がもたらす新奇な光機能の探索を行っています。

                              詳しい説明


研究テーマ(実験)

高効率熱電変換材料および素子の開発

 我々はTlInSe2が室温から140℃の温度範囲でゼーベック係数が約106μV/Kと巨大な値であることを見いだしました.これは結晶構造がノーマル相からナノ空間変調構造への相転移により自然超格子構造が形成された結果によると考えられます.このような巨大ゼーベック係数が得られるナノ空間変調構造をもつTl系化合物材料を用いて高効率熱電変換素子の実現を目指しています.

                                  詳しい説明


ナノ空間変調構造をもつ一次元TlInSe2の結晶構造と光学特性

 TlInSe2は巨大ゼーベック係数や非線形電気特性を示すなど興味ある特徴をもっています。このよう特徴の主な原因はナノ空間変調構造であるインコメンシュレート相構造によると考えられます。この構造について明らかにするために結晶のフォトルミネセンスなどの光学的特性を測定することにより電子状態を調べます。

                                  詳しい説明


太陽電池材料であるCuInS2の光学的特性

 CuInS2は無毒で高効率な薄膜太陽電池を作製するための非常に有望な材料です。同様な種類の化合物で作製した太陽電池は放射線に対して劣化が少ないなどの特徴があることから宇宙用太陽電池として最適です。我々の研究室では、そのようなCuInS2結晶の物理的性質を調べるために、ピコ秒パルスレーザーを用いて極めて短時間に起こる発光現象などの研究行っています。

                                  詳しい説明


分光エリプソメトリーによる多元化合物の光学定数測定
        ‐光学異方性結晶の複素誘電率スペクトル−

 分光エリプソメーターを用いると物質の基礎定数である光学定数(屈折率、誘電率)を測定することが出来ます。また、得られた光学定数スペクトルからは物質のバンド構造などの基礎的な物性に関する知見を得ることが出来ます。私たちの研究室では、対称性の低い多元化合物に対して光学異方性を考慮したエリプソメトリー測定および解析を行うことで、真の光学定数である主屈折率、主誘電率を求め、物性を明らかにします。

                                  詳しい説明


ナノ空間変調構造を持つ3元Tl化合物の光学特性
                 -インコメンシュレート相における光物性 -

 TlInS2などの3元Tl化合物はインコメンシュレート相(IC相)をもつ相転移物質です。このIC相ではTl原子の変位によってあらたなナノサイズの空間変調構造を物質中に形成し、新しい物性を引き起こします。私たちの研究室では、光学的手法を用いてIC相における物性解明を目指して研究を行い、この物質の応用への可能性を調べています。

                                  詳しい説明
  

GOTO TOP PAGE