光駆動固体物性 京都大学大学院理学研究科 物理学・宇宙物理学専攻 京都大学化学研究所 元素科学国際研究センター 光ナノ量子物性科学

京都大学化学研究所 元素科学国際研究センター
京都大学大学院理学研究科 物理学・宇宙物理学専攻

光駆動固体物性

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研究内容

講座概要

固体の大きさを数ナノメートル(100万分の1ミリメートル)程度まで小さくすると、その中の電子は通常の大きさの固体中とは異なった新しい性質を示すようになります。例えば、同じ物質でも数ナノメートルの大きさにすると、その大きさに依存して赤や緑、青などさまざまな色の発光を示すようになります。このような現象は、通常の大きさの物質では見られなかった、電子の「量子性」が顕著に現れた結果であるとして理解することができます。

私たちの研究室では、「ナノ物質」において電子の波動関数をナノメートルスケールで空間制御することで発現する新しい物性や現象を研究しています。さらに、それらの研究成果を利用して、「新しい光機能」を有するナノ材料を設計する指針の構築を目指しています。

単一ナノ粒子からナノ粒子集合体超構造・フォトニック結晶までを詳しく研究することにより、ナノマテリアルサイエンスの面白さを理解できるようになり、材料種類に捕らわれない独自の新しい機能性材料の設計・ナノ量子物性科学領域を開拓できるものと考えています。

研究課題

私たちの研究室では、高強度レーザー光が駆動する固体の動的量子光物性などを空間分解分光法および超高速時間分解分光法を用いて実験的に研究を行っています。超高速レーザー分光や単一顕微分光を駆使することで、新しい光機能を有するナノ材料・太陽電池材料の物性解明や新しい光源(量子光源・レーザーパルス光源)につながるフォトニクス技術の開発を目指しています。

量子状態制御分光

世界最高強度の高強度テラヘルツや中赤外パルス光を用いて、固体結晶からの高次高調波発生を調べています。入射光電場の整数倍の周波数をもった光が発生するため、赤外線からX線に至る幅広い波長の光源やアト秒(10-18 秒)パルス光源といった新たなフォトニクス技術開発も見据えて非線形な光と物質の相互作用の研究を行っています。

精密ナノフォトニクス分光

超高速レーザー分光(時間分解分光)と単一ナノ粒子顕微分光(空間分解分光)を組み合わせることで、ナノマテリアルの光物性や単一光子源などの量子光源に向けた量子物性を調べています。最先端のレーザーを駆使した光源開発や分光技術(THz-STMなど)の開発も行っています。

レーザー固体量子分光

物質中の素励起(エキシトン、ポーラロン、マグノンなど)について精密観測を行っています。レーザー光で強く励起することで相転移を引き起こしたり、励起光と融合した量子状態(フロッケ状態)を形成することで、新規な量子光機能を探索しています。