研究方針

最先端の微細加工技術で作製する、ナノおよびマイクロスケールの超微細な人工構造と光との相互作用によって生じる新たな物理現象の探索と、その光制御への応用を進めています。そのためのレーザー加工技術開発も研究対象とし、光物性物理学に基づいて、「なぜ光でものは壊れるのか」という、レーザーによる光加工の学理を探求するとともに、最先端のレーザー光を駆使した微細三次元構造作製のための新手法の開発も進めています。

また、東京大学光量子科学連携研究機構の一員として、研究室の関わるプロジェクトによって創出された新技術を実社会へと迅速にトランスファーするための新たな仕組み作りにも取り組んでいます。

研究テーマ

人工ナノ構造の光物理学の探求と光制御への応用

現代の社会に不可欠となった半導体チップに搭載されているトランジスタのゲート長は、現在では数10 nmのオーダーにまで微細化が進んでいます。一方、可視光の波長はおよそ380 nm～780 nmです。すなわち我々は、光の波長よりもはるかに小さな構造を、金属や半導体で自在に作製する手法をすでに手にしているといえます。このような光の波長よりも小さな人工ナノ構造は、新たな物理現象発現の場となるとともに、人が設計したナノ構造の「形」で光との相互作用を自在に操作するという、新しい考え方に基づいた光制御が可能となります。我々は、このような人工ナノ構造における新現象の探索とそのメカニズム解明および光源応用を進めています。特に、波長が200 nm以下の真空紫外領域や、周波数1 THz近傍のテラヘルツ波と呼ばれる、制御手法の開発が求められている領域への応用を目指しています。

フォトニック結晶ナノメンブレンを用いた真空紫外円偏光発生
フォトニック結晶ナノメンブレンを用いた真空紫外円偏光発生

解説記事

関連する論文

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プレスリリース

レーザーによるマイクロ三次元構造の創成と電磁波制御への応用

近年のレーザー技術の進歩によって発生が可能になった、高強度かつ高安定な超短パルスレーザーを用いることによって、単に物体の穴あけや切断を行うのみならず、他の方法では作製が困難なミクロンオーダーの微細3次元構造を作製することが可能になってきています。その一方で、フォトンサイエンス研究機構の開発したレーザー光を活用した3Dプリンターは、ボトムアップでミクロンオーダーの微細３次元構造を作製する技術として注目され、レーザー加工と相補的な技術であると言えます。このような先端技術を活用して作製した構造は、ミリ波、テラヘルツ波等の電磁波よりも小さいサイズであるため、適切な構造を作製することによって、新たな電磁波制御のための機能性材料として活用することができます。本研究では、このようなレーザーを用いた3次元構造作製技術の開発を進めると同時に、それを用いた新たな機能性材料の開発も進め、宇宙物理学や、次世代無線技術(Beyond 5G)など、様々な分野への展開を勧めています。

レーザー加工で作製したモスアイ電磁波無反射構造
レーザー加工で作製したモスアイ電磁波無反射構造
超高精細3Dプリンター
超高精細3Dプリンター

解説記事

関連する論文・プレスリリース

〈 フェムト秒レーザーを用いた微細３次元構造の作製 〉

〈 3Dプリンターを用いたテラヘルツ制御素子の作製 〉

レーザー加工の原理解明
～なぜ光でものが壊れるのか～

物質に対して強いレーザー光が当たるとその物質は壊れるという事実は良く知られており、実際にレーザー加工は、現在の産業を支える重要な基盤技術となっています。その一方で、特に超短パルスレーザー光によって物質の破壊現象が生じるメカニズムについては、いまだに明らかになっていない点が数多くあります。物質破壊が生じるほどの高強度パルス光が物質に入射した場合、その光のエネルギーはどのようなプロセスを通じて物質に受け渡されるのか？その受け渡されたエネルギーは、物質内部で電子系、格子系を通じてどのように伝搬し、何をきっかけとして破壊という劇的かつ不可逆な現象を引き起こすのか？これらの問いに答えを見つけるべく、最先端の光制御技術とさまざまな計測手法を開発し、それらを駆使することによって研究を進めています。本研究によって、レーザーによる物質破壊というメカニズムの解明にとどまらず、その知見によってレーザー加工技術のさらなる進化につなげていくことを目指します。

さらに、東京大学光量子科学連携研究機構、文部科学省”光・量子飛躍フラッグシッププログラム(Q-LEAP”)、TACMIコンソーシアム等の活動と連携して、研究室から創出された新技術を実社会へと迅速にトランスファーするための取り組みも勧めています。

フェムト秒レーザー加工による加工形状解明に向けた新技術の創出

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