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研究概要

電子と光子の相互作用を巧みに利用するオプトエレクトロニクス技術は、太陽電池や発光ダイオードなど、私たちの社会で広く使われており、今も進歩が続いています。微小デバイス作製技術の発展に伴い、単一電子や単一光子による光電変換がもたらす技術革新も少しずつ現実味を帯びてきているのです。量子オプトエレクトロニクス研究チームでは、微細加工技術を駆使してナノ材料を組み込み、電子や光子の量子性を利用することで、従来の光デバイスとは異なる新しい機能を発現する素子の開発に挑んでいます。電子と光子の相互作用を量子力学的なレベルで制御し、電子スピンや光子統計を活用することで、光量子センサーや量子光源などの光量子デバイスの実現を目指しています。

研究分野

工学、物理学、化学、総合理工

キーワード

光エレクトロニクス、量子デバイス、ナノデバイス、カーボンナノチューブ、フォトニック結晶

研究テーマ

1. 室温動作通信波長単一光子源の開発
2. 極低消費エネルギー発光素子の開発
3. 新機能性光センサーの開発

主要論文

1. Fang, N., Yamashita, D., Fujii, S., Otsuka, K., Taniguchi, T., Watanabe, K., Nagashio, K., Kato, Y. K.: “Quantization of mode shifts in nanocavities integrated with atomically thin sheets,” Adv. Opt. Mater. 10, 2200538 (2022).
2. Kozawa, D., Wu, X., Ishii, A., Fortner, J., Otsuka, K., Xiang, R., Inoue, T., Maruyama, S., Wang, Y-H., Kato, Y. K.: “Formation of organic color centers in air-suspended carbon nanotubes using vapor-phase reaction,” Nature Commun. 13, 2814 (2022).
3. Machiya, H., Yamashita, D., Ishii, A., Kato, Y. K.: “Evidence for near-unity radiative quantum efficiency of bright excitons in carbon nanotubes from the Purcell effect,” Phys. Rev. Research 4, L022011 (2022).
4. Otsuka, K., Fang, N., Yamashita, D., Taniguchi, T., Watanabe, K., and Kato, Y. K.: “Deterministic transfer of optical-quality carbon nanotubes for atomically defined technology” , Nature Commun. 12, 3138 (2021).
5. Ishii, A., Machiya, H., and Kato, Y. K.: “High efficiency dark-to-bright exciton conversion in carbon nanotubes” , Phys. Rev. X 9, 041048 (2019).

主要メンバー