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多重共鳴型メタマテリアルの研究

Publicly Offered Research

Project AreaElectromagnetic Metamaterials
Project/Area Number 25109712
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

石原 一  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60273611)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywordsメタマテリアル / プラズモン / WGM / ナノギャップ / コットン・ムートン効果 / 磁性誘電体 / 非相反光電播 / 非相反光伝播
Outline of Annual Research Achievements

26年度は次の研究実績があった。
(1)光アンテナと三準位分子が相互作用し、その結合系が量子干渉してエネルギー透過が起こる条件で禁制遷移を経由した二光子上方変換が極めて高効率に起こることを明らかにした。特に、次の二点の知見が重要であった。すなわち、このような上方変換が、簡単なレンズを用いれば太陽光程度の強度でも起こり得ることが明らかになった。また、具体的な金属構造を想定した離散双極子近似を用いた数値計算によって、実験で再現可能な現実的系でそのような現象が起こり得ることを明らかにした。
(2)上述の数値計算で想定した、金属アンテナー分子結合系が複数配置された場合の相関効果を調べた。その結果、波長程度に離れていても配置の向きに依存して強い相関が生じることが明らかになった。
(3)ウィスパリング・ギャレリー・モード(WGM)共鳴を有する磁性誘電体が配列した際の非相反的光伝播を調べてきたが、26年度は、磁性誘電体が多量に配列した系の光学応答が、その規則性によらず計算できる数値手法が完成した。その結果、誘電率非対角項が虚部である場合の光のエッジモードの存在と、実部である場合の非相反的光学応答の存在を、数値計算から明らかにすることが出来た。また、カーボンナノチューブなどのカイラル電流を用いて実際に誘電率非対角項の実部を実現できることが理論的に明らかになり、上記、非相反的光学応答が実現する実際の系を提案することが出来た。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (54 results)

All 2015 2014 2013

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (48 results) (of which Invited: 6 results)

  • [Journal Article] Enhanced up-conversion of entangled photons and quantum interference under localized field in nanostructures2014

    • Author(s)
      Yoshiki Osaka, Nobuhiko Yokoshi, Masatoshi Nakatani, and Hajime Ishihara
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 112巻 Issue: 13

    • DOI

      10.1103/physrevlett.112.133601

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Up-Converted Luminescence of a Two-Level Molecule with Population Inversion2014

    • Author(s)
      R. Hata, N. Yokoshi, H. Ajiki and H. Ishihara
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 83 Issue: 9 Pages: 093401-093401

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.093401

    • NAID

      210000133237

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Energy transparency of an antenna-molecule coupled system by a single-photon incidence2013

    • Author(s)
      T.Yano,M.Nakatani,K.Osono and H.Ishihara
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 117 Issue: 6 Pages: 2559-2566

    • DOI

      10.1021/jp306347f

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Model of the photoexcitation processes of a two-level molecule coherently coupled to an optical antenna2013

    • Author(s)
      Masatoshi Nakatani, Atsushi Nobuhiro, Nobuhiko Yokoshi, Hajime Ishihara
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 15 Issue: 21 Pages: 8144-8150

    • DOI

      10.1039/c3cp43834a

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Model of finite-momentum excitons driven by surface plasmons in photoexcited carbon nanotubes covered by gold metal films2013

    • Author(s)
      S.Uryu, H.Ajiki and H.Ishihara
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 110 Issue: 25 Pages: 257401-257401

    • DOI

      10.1103/physrevlett.110.257401

    • NAID

      120005478527

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selection-Rule Breakdown at Plasmon-Induced Electronic Excitation of an Isolated Single-Walled Carbon Nanotube2013

    • Author(s)
      M. Takase, H. Ajiki, Y. Mizumoto, K. Komeda, M. Nara, H. Nabika, S. Yasuda, H. Ishihara, K. Murakoshi
    • Journal Title

      Nature Photonics

      Volume: 7 Issue: 7 Pages: 550-554

    • DOI

      10.1038/nphoton.2013.129

    • NAID

      110009755841

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 量子ドットの空間配置を取り込んだ超蛍光の理論2015

    • Author(s)
      小田切和喜、余越伸彦、石川陽、石原一
    • Organizer
      日本物理学会・2015年春季大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 二重量子ドットにおける光学禁制励起と量子状態生成2015

    • Author(s)
      余越伸彦、石原一
    • Organizer
      日本物理学会・2015年春季大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-23
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 光アンテナ 分子結合系におけるFano共鳴からRabi分裂への分子発光特性の変化2015

    • Author(s)
      畑遼介、村田直紀、石原一
    • Organizer
      日本物理学会・2015年春季大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-23
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] フレキシブルな非相反的光回路理論2015

    • Author(s)
      福島宏一、中島龍也、東海林篤、石原一
    • Organizer
      日本物理学会・2015年春季大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-21
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 量子干渉効果による金属-誘電体多層薄膜構造のエネルギー透過現象2015

    • Author(s)
      松田拓也、矢野嵩格、石原一
    • Organizer
      日本物理学会・2015年春季大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属光アンテナ 分子結合系を利用した微弱光励起による分子反転分布の形成2015

    • Author(s)
      保科政幸、余越伸彦、石原一
    • Organizer
      日本物理学会・2015年春季大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都新宿区)
    • Year and Date
      2015-03-21
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 局在増強電場下での量子干渉効果と高効率2光子上方変換2015

    • Author(s)
      逢坂良樹、余越伸彦、中谷正俊、石原一
    • Organizer
      第62回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川県平塚市)
    • Year and Date
      2015-03-13
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 二次元磁性フォトニック結晶による磁気光学効果2015

    • Author(s)
      東海林篤、福島宏一、石原一
    • Organizer
      日本光学会ナノオプティクス研究グループ研究討論会
    • Place of Presentation
      山梨大学(山梨県甲府市)
    • Year and Date
      2015-03-04
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 光アンテナ効果による分子励起過程の制御と新奇光機能の創出2014

    • Author(s)
      石原一
    • Organizer
      「メタマテリアル 第187委員会」平成26年度第3回委員総会・研究会
    • Place of Presentation
      機械振興会館(東京都港区)
    • Year and Date
      2014-12-19
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 金属光アンテナと結合した3準位分子のポピュレーション解析2014

    • Author(s)
      保科政幸、余越伸彦、石原一
    • Organizer
      第25回光物性研究会
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2014-12-13
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 非調和光アンテナ系と結合した二準位分子の励起過程と発光特性2014

    • Author(s)
      畑遼介、余越伸彦、安食博志、石原一
    • Organizer
      第25回光物性研究会
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2014-12-13
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 遅延効果を取り入れた多粒子系における超蛍光の解析2014

    • Author(s)
      小田切和喜、余越伸彦、石川陽、石原一
    • Organizer
      第25回光物性研究会
    • Place of Presentation
      神戸大学(兵庫県神戸市)
    • Year and Date
      2014-12-12
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 光アンテナによる分子励起過程の制御2014

    • Author(s)
      石原一
    • Organizer
      第24回(平成26年度)日本赤外線学会研究
    • Place of Presentation
      大阪府立大学(大阪府堺市)
    • Year and Date
      2014-11-27
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      2014 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] カイラル電流を有したSWNTによる非相反的光伝搬制御の理論2014

    • Author(s)
      福島宏一、中島龍也、東海林篤、石原一
    • Organizer
      日本物理学会・2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学(愛知県春日井市)
    • Year and Date
      2014-09-10
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属ナノ周期構造がもたらす電場増強特性の解析2014

    • Author(s)
      逢坂良樹、余越伸彦、石原一
    • Organizer
      日本物理学会・2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学(愛知県春日井市)
    • Year and Date
      2014-09-10
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] アンテナ 分子結合系のエネルギー透過現象における出力特性2014

    • Author(s)
      畑遼介、余越伸彦、安食博志、石原一
    • Organizer
      日本物理学会・2014年秋季大会
    • Place of Presentation
      中部大学(愛知県春日井市)
    • Year and Date
      2014-09-10
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Up-Converted Photoemission Activity of a Two-Level Molecule with Population Inversion2014

    • Author(s)
      R. Hata, N. Yokoshi, H. Ajiki and H. Ishihara
    • Organizer
      Physics of Quantum Information Processing (PQIP)
    • Place of Presentation
      Sigma Hall Osaka University(大阪府豊中市)
    • Year and Date
      2014-08-26
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Nonreciprocal manipulation of light propagation in 2D-photonic crystals with cylindrical metamaterials consisting of arrayed SWNTs with helical DC2014

    • Author(s)
      K. Fukushima, T. Nakajima, A. Syouji and H. Ishihara
    • Organizer
      SPIE, Metamaterials, Metadevices, and Metasystems 2014 "NanoScience + Engineering"
    • Place of Presentation
      San Diego, California(米国)
    • Year and Date
      2014-08-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Induced correlation between distant molecules nearby two-dimensional metal nano block array2014

    • Author(s)
      Y. Osaka, N. Yokoshi and H. Ishihara
    • Organizer
      the International Conference on Optical, Optoelectronic and Photonic Materials 2014 (ICOOPMA)
    • Place of Presentation
      Leeds,UK(イギリス)
    • Year and Date
      2014-07-28
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Preparation of a two-excitation state in an antenna-coupled double quantum dot2014

    • Author(s)
      N. Yokoshi and H. Ishihara
    • Organizer
      1st Optical Manipulation Conference (OMC '14)
    • Place of Presentation
      PacificoYokohama(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-04-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Theoretical estimation of inter-molecule correlations nearby metallic nanostructures2014

    • Author(s)
      Y. Osaka, N. Yokoshi and H. Ishihara
    • Organizer
      1st Optical Manipulation Conference (OMC '14)
    • Place of Presentation
      PacificoYokohama(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-04-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Luminescence activity of two-level molecule with population inversion2014

    • Author(s)
      R. Hata, N. Yokoshi, H. Ajik and H. Ishihara
    • Organizer
      1st Optical Manipulation Conference (OMC '14)
    • Place of Presentation
      PacificoYokohama(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-04-23
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Study of crossover between Fano resonance and Rabi splitting in an antenna-molecule coupled system2014

    • Author(s)
      N. Murata, Y. Mizumoto and H. Ishihara
    • Organizer
      1st Optical Manipulation Conference (OMC '14)
    • Place of Presentation
      PacificoYokohama(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-04-23
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      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Up-Conversion of Photon Energy by 2-Level Molecule Coupled to Highly-detuned Nano-antenna2014

    • Author(s)
      R.Hata, H.Ajiki, N.Yokoshi and H.Ishihara
    • Organizer
      FIRST International Symposium on Topological Quantum Technology (FIRST 2014)
    • Place of Presentation
      Hongo Campus of the University of Tokyo(Tokyo)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 「ヘリカル伝導を有するSWNTにおける回転ドップラー効果 ~偏光選択的光増幅と非相反的光伝搬制御~」2014

    • Author(s)
      福島宏一, 中島龍也, 東海林篤, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2014年春季大会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属ナノ構造を介した分子間相関についての理論的解析2014

    • Author(s)
      逢坂良樹, 余越伸彦, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2014年春季大会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 非共鳴励起光による駆動 Jaynes-Cummings モデルの発光特性2014

    • Author(s)
      畑 遼介, 余越伸彦, 安食博志, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2014年春季大会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子配向性を考慮した金属アンテナ ー 分子結合系における光吸収 ー2014

    • Author(s)
      村田直紀, 水本義彦, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2014年春季大会
    • Place of Presentation
      東海大学(神奈川)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Photo-energy manipulation by antenna-molecule coupled systems2013

    • Author(s)
      H.Ishihara
    • Organizer
      The 7th International Conference on Nanophotonics / The 3rd Conference on Advances in Optoelectronics and Micro (ICNP/AOM2013)
    • Place of Presentation
      香港理工大学(中国)
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      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Study of population control by strongly coupled oscillators2013

    • Author(s)
      R.Hata, N.Yokoshi, H.Ajiki and H.Ishihar
    • Organizer
      The 7th International Conference on Nanophotonics / The 3rd Conference on Advances in Optoelectronics and Micro (ICNP/AOM2013)
    • Place of Presentation
      香港理工大学(中国)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Up-conversion dynamics of entangled-photons in a molecule coupled with an optical antenna2013

    • Author(s)
      Y.Osaka, N.Yokoshi, M.Nakatani and H.Ishihara
    • Organizer
      14th Conference on Physics of Light-Matter Coupling in Nanostructures (PLMCN2013)
    • Place of Presentation
      Hersonissos Crete(Greece)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 局在プラズモンが誘起する非従来型線形・非線形分子励起過程2013

    • Author(s)
      石原 一
    • Organizer
      第4回プラズモニック化学シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京)
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      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] High-Efficient Two-Photon Up-Conversion in an Antenna-Molecule Complex System2013

    • Author(s)
      Y.Osaka, N.Yokoshi, M.Nakatani and H.Ishihara
    • Organizer
      The 10th Conference on Lasers and Electro-optics Pacific Rim, and The 18th Opto Electronics and Communications Conference/Pbotonics in Switcbing 2013 (CLEO-PR & OECC/PS 2013)
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center(Kyoto)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Control of Population Dynamics by Three-body Selfconsistent Interplay2013

    • Author(s)
      R.Hata, N.Yokoshi, H.Ajiki and H.Ishihara
    • Organizer
      The 10th Conference on Lasers and Electro-optics Pacific Rim, and The 18th Opto Electronics and Communications Conference/Pbotonics in Switcbing 2013 (CLEO-PR & OECC/PS 2013)
    • Place of Presentation
      Kyoto International Conference Center(Kyoto)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Population Dynamics of Two-Level System with an Auxiliary System Driven with Coupled-Mode Frequency2013

    • Author(s)
      R.Hata, N.Yokoshi, H.Ajiki and H.Ishihara
    • Organizer
      The 12th Asia Pacific Physics Conference ASEPS3 The third Asia-Europe Physics Summit (APPC12)
    • Place of Presentation
      International Conference Halls(Chiba)
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  • [Presentation] 金属アンテナ - 2重量子ドット結合系における断熱的非線形励起2013

    • Author(s)
      余越伸彦, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島)
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  • [Presentation] 結合モード駆動時における補助系に接続された二準位系の非線形光学応答2013

    • Author(s)
      畑 遼介, 余越伸彦, 安食博志, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁性フォトニック結晶による非相反的光伝搬制御の理論III2013

    • Author(s)
      福島宏一, 中島龍也, 東海林篤, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] グリーン関数法による任意形状金属 ー 分子結合系の励起確率の解析 ー2013

    • Author(s)
      陣駒勇佑, 余越伸彦, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属アンテナ - 分子結合系におけるエネルギー透過とラビ分裂の関係についての考察2013

    • Author(s)
      村田直紀, 水本義彦, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 金ナノ構造のプラズモン共鳴を用いたカーボンナノチューブの光励起2013

    • Author(s)
      瓜生誠司, 安食博志, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 局在プラズモン励起における単層カーボンナノチューブの電子遷移選択則の破れ:実験2013

    • Author(s)
      村越 敬, 高瀬 舞, 安食博志, 保田 諭, 水本義彦, 石原 一
    • Organizer
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 局在プラズモン励起における単層カーボンナノチューブの電子遷移選択則の破れ:理論2013

    • Author(s)
      石原 一, 水本義彦, 安食博志, 高瀬 舞, 保田 諭, 村越 敬
    • Organizer
      日本物理学会・2013年秋季大会
    • Place of Presentation
      徳島大学(徳島)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 吸えない光を吸わせる方法 - 単一分子で起こる光学禁制遷移 -2013

    • Author(s)
      石原 一
    • Organizer
      高分子学会・高分子同友会
    • Place of Presentation
      (社)高分子学会・高分子同友会
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      2013 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Interaction between excitons and surface plasmons in carbon nanotubes with gold nanostructures2013

    • Author(s)
      S.Uryu, H.Ajiki and H.Ishihara
    • Organizer
      The International Conference on Small Science (ICSS 2013)
    • Place of Presentation
      Las Vegas(USA)
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    • Invited
  • [Presentation] 任意形状金属近傍における分子のポピュレーション解析2013

    • Author(s)
      陣駒勇佑, 余越伸彦, 石原 一
    • Organizer
      第24回光物性研究会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪)
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      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属アンテナ - 分子結合系におけるエネルギー透過とRabi分裂の関係についての考察2013

    • Author(s)
      村田直紀, 石原 一
    • Organizer
      第24回光物性研究会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] 高効率な2光子上方変換を実現する複合量子系の設計指針2013

    • Author(s)
      逢坂良樹, 余越伸彦, 中谷正俊, 石原 一
    • Organizer
      第24回光物性研究会
    • Place of Presentation
      大阪市立大学(大阪)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2013-05-15   Modified: 2019-07-29  

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