半導体、金属、誘電体を問わず多様な物質について、様々な機能を持つナノ構造を開発しています。さらに、作製したナノ構造に発現する新奇な光学的、電気的特性の解明を行う共に、それらの特性を利用した新機能性材料や光デバイスの提案を行っています。
Optical Properties of Low Dimensional Semiconductor Nanostructures
| 新しい電子デバイス材料、光電子デバイス材料として、半導体ナノワイヤや半導体ナノ結晶（量子ドット）等の低次元半導体材料の作製と物性評価に関する研究を行っています。 |
Optical-center Doping in Low-dimensional and Porous Materials
| 遷移金属イオンや希土類イオンは、ｄ殻内遷移やｆ殻内遷移に伴う高効率の発光を示すため、白色LED、プラズマディスプレー、蛍光灯等の蛍光体やレーザー、光増幅器などの様々な分野で利用されています。当研究室では、新しい発光材料として、遷移金属イオンや希土類イオンをドーピングしたナノワイヤーやナノ粒子を開発しています。特に、遷移金属イオン、希土類イオン、その他のイオンと半導体ナノ構造が結合し、それぞれの長所を併せ持つ、新しいハイブリッド蛍光材料や光増幅器材料の開発を行っています。また、半導体ナノ構造から発光センターへのエネルギー移動について研究を行っています。 |
Rare-earth Ions and Silicon Nanocrystals Coupled Systems
- 希土類元素であるエルビウム（Er）は固体中で３価のイオンの状態をとります。Er3+は、４ｆ軌道内のスピン軌道相互作用により分裂した準位間の遷移に伴うシャープな発光を可視から近赤外領域に示します。第一励起状態から基底状態への遷移に伴う発光は波長1.54μｍにあり、この波長がシリカ光ファイバーの最低損失領域に対応していることから、エルビウムはEDFA(Erbium-doped
Silica Fiber Amplifier)として長距離光ファイバー通信に不可欠なデバイスとなっています。当グループでは、シリカガラス中にエルビウムとシリコンナノ結晶を同時にドーピングすると両者の電子状態が強く結合し、シリコンナノ結晶からのエネルギー移動によりEr3+が高効率に励起されることを発見しました。この現象を利用すると、EDFAを大幅に小型化できる可能性があり、世界中で応用に向けた研究が行われています。
- イッテルビウムイオン (Yb3+) は、希土類イオンの中で最もシンプルな電子状態を持ち、基底状態から980nm付近に唯一の励起準位が存在します。Yb3+ は、それ自身が発光センターとして機能するのみならず、他の希土類イオンを励起する光増感剤として広く用いられていますが、励起波長が非常に限定されているという問題があります。当グループにおいて、シリコンナノ結晶がYb3+に対しても光増感作用を示すことを明らかにし、紫外～近赤外の広い波長でYb3+の励起が可能なシリコンナノ結晶-Yb3+結合材料を開発しました。
- シリコンナノ結晶は他の希土類イオンに対しても光増感作用を示し、ユニバーサルな光増感剤として利用できることを実証しました。
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Rare-earth Doped Nanomaterials
- 希土類イオンをドーピングしたナノ粒子、ナノ結晶、ナノワイヤを開発しています。
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Bismuth-doped Near Infrared Luminescent Nanomaterials
- 固体（ガラス）中にドーピングされたビスマスは、p軌道内遷移に伴うブロードな発光を可視-近赤外領域に示します。特に、ビスマスイオンの広帯域近赤外発光は、光ファイバー通信用広帯域光増幅器への応用が期待されています。しかしながら、広帯域近赤外発光のメカニズムはほとんど明らかになっていないのが現状です。
- 様々なビスマスドープナノ材料の合成とその物性評価を行い、ビスマスの近赤外発光の起源について研究を行っています。
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Bismuth-doped Near Infrared Luminescencet Thin Films
- 一般的なガラスの製造方法であるMelt-quench法とは全く異なる薄膜プロセスでビスマスドープガラスを作製し、広帯域近赤外発光のメカニズム解明にむけて研究を行っています。さらに、ガラス薄膜中にビスマスイオンとシリコンナノ結晶を同時にドーピングすることにより、シリコンナノ結晶からのエネルギー移動によるビスマスイオンの高効率励起に関する研究を行っています。
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Transition Metal-doped Near Infrared Luminescence Nanomaterials
- 遷移金属イオンをドーピングしたナノ粒子やナノワイヤを開発しています。
- 遷移金属イオンをドーピングした近赤外発光ガラスセラミックス薄膜を開発しています。特に、Ｎｉイオンの近赤外発光に注目して研究を行っています。
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Zeolites Based Visible and Near-infrared Emitting Materials
- ゼオライトは、周期的に配列した微細孔を持つアルミノケイ酸塩結晶であり、微細孔に原子、イオン、分子をドーピングすることにより、様々な機能を持たせることができます。独自に開発した方法により、ゼオライトに様々な近赤外発光センターをドーピングし、多様な用途に対応可能な近赤外発光ゼオライト粒子を開発しています。特に、ゼオライトの細孔にビスマスイオンや希土類イオンをドーピングした発光材料の開発を行っています。また、近赤外発光ゼオライトをポリマー中に分散した、無機有機ハイブリッド近赤外発光材料の開発を行っています。
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Porous Glass Based Visible and Near-infrared Emitting Materials
- 数ナノメートル程度の細孔を持つポーラスシリカに発光センターをドーピングすることにより新機能性材料を開発しています。特に、ポーラスガラスの細孔にビスマスイオンをドーピングした発光材料の開発を行っています。
- ポーラスガラスに色素をドーピングすることによりランダムレージングを実現してます。
TOP
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Plasmonics: Enhancement of Lumincecence and Energy Transfer by Surface
Plamson Excitation
| 金属ナノ構造の表面には、表面プラズモン励起に伴う強い電場が誘起されています。その強い電場を利用してラマン散乱を増強する表面増強ラマン散乱は、すでに多方面でで実用化されています。また、蛍光増強に関しても広く研究されています。当グループでは、表面プラズモン励起による蛍光増強の新しい展開を図るべく、これまであまり研究されてこなかった材料や現象の蛍光増強に関する研究を行っています。また、より複雑な系として、二つ以上の物質が電磁気的に結合し互いにエネルギーのやり取り（エネルギー移動）をしている系のエネルギー移動を、表面プラズモン励起により増強する研究を行っています。 |
Sub-wavlength (Birefringent) Optical Devices
| ナノシリコンにより形成されている多孔質シリコン（ポーラスシリコン）の構造を、面内及び深さ方向に制御することにより、可視～赤外領域で使用可能な（複屈折）光学素子を開発しています。作成した素子は、市販の光学素子には無い様々な特徴を持っています。また、ポーラスシリコンを酸化して作成するポーラスシリカにより、深紫外～紫外領域用光学素子の開発を行っています。 |
Quantized Vibrational Modes in Nanocrystals
| 固体の振動モードは光学フォノンと音響フォノンに分類され、それぞれに縦波と横波が存在しますが、ナノ結晶の場合は、その形状を反映した特徴的な振動モードが現れます。これらの振動モードは、ナノ結晶発光素子の励起、緩和過程に深くかかわっていると考えられており、その理解は非常に重要です。金属や半導体のナノ結晶について、極低波数領域のラマン散乱を測定することにより、ナノ結晶特有の振動モードについて研究を行っています。 |
Single-electron Tunneling via Metal and Semiconductor Nanocrystals
| ナノ結晶は静電容量が小さいため、帯電エネルギーが非常に大きい。そのため、ナノ結晶を介したトンネル接合に電流を流すと、ナノ結晶への電子一個の帯電に対応するステップが観測されます。これは、クーロンブロッケードやクーロンステアケースと呼ばれる現象です。様々なナノ結晶を埋め込んだ薄膜のクーロンステアケースを観測し、ナノ結晶を介した電気伝導について研究を行っています。 |
Carbonaceous Materials
| カーボンオニオンと呼ばれる玉葱状のカーボンナノ粒子やカーボンの一次元分子（ポリイン）をはじめとする、様々な炭素ベース材料の作製と評価を行っています。 |