物性実験II

光物性物理

教員

教授/石原 照也 HP 教授/吉澤 雅幸 HP
准教授/松原 正和 HP
助教/大野 誠吾

研究について

光物性物理は固体物理学の一分野で、光と物質との相互作用に関する物理現象を研究対象としています。本研究室では特徴のある構造を持った物質系を対象に光をあてて、構造に起因した新奇な物理現象の発見や機能の開拓を目指しています。

1) フォトニック結晶とメタマテリアル

金属フォトニック結晶の原子間力顕微鏡イメージ

 物質を人工的にデザインしてうまく周期的に配列すると、自然界に存在する物質にはあり得ない負の屈折率などの光学特性を持つ物質を作り出すことが可能になります。
 我々の研究グループでは光と物質の相互作用を人工的にデザインできる系としてこれらに注目し、試料の作製・レーザーなどを用いた光学測定・数値計算の3本立てで新しい研究分野を開拓しています。特に、非線形光学応答、新奇な磁気光学応答、近接場光学応答などの開拓や、負の屈折率の実現、トポロジカルな性質の解明に重点をおき、国内外の研究者と協力しながら研究を進めています。

2) 有機共役π電子系の非線形分光

光合成系光アンテナ中のエネルギー移動(左)と
カーボンナノチューブに生成されたコヒーレント振動(右)

 共役π電子をもつ有機物質系は光エレクトロニクス高機能性材料への応用が期待されています。例えば、光合成系の光捕集色素蛋白複合体(光アンテナ)はナノサイズの環状構造をしています。光エネルギーはナノ構造中の光アンテナ分子に吸収され、フェムト秒(10-15秒)からピコ秒(10-12 秒) の時間で反応中心へと高効率に運ばれます。この励起状態ダイナミクスを研究することで人工の光合成系を含めた新たな光機能性材料の開発を目指しています。また、円筒形の共役π電子系をもつカーボンナノチューブについても、その特徴的な光学応答や振動特性の解明を行っています。
 非線形光学効果を用いた新分光法の開発も進めています。フェムト秒誘導ラマン分光では、時間と周波数の不確定性原理を回避した世界最高性能の装置開発に成功しています。多色マルチ励起光による非線形励起や時間と空間を自在に制御した光パルスの生成も行っています。これらの方法を駆使して従来の分光法ではわからない物性の本質を明らかにし、光によって物質中にまったく新しい状態を作り出す物性制御に挑んでいます。

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