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ホモ・ヘテロ・ナノギャップ構造を持つ周期ナノドット転写法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16H03885
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 光工学・光量子科学
研究機関大阪大学

研究代表者

中田 芳樹  大阪大学, レーザー科学研究所, 准教授 (70291523)

研究分担者 坪井 泰之  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (00283698)
奈良崎 愛子  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (40357687)
東海林 竜也  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 講師 (90701699)
研究協力者 宮永 憲明  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2016年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
キーワードレーザー誘起ドット転写 / 金属ナノドット / 周期構造 / ナノ3Dプリンター / 超短パルスレーザー / ビーム整形 / (2)ホモ接合・ヘテロ接合・ナノギャップ構造 / ナノプリンター / 表面増強ラマン散乱 / バイオセンシング / 触媒 / プラズモニクス / 第二高調波発生 / 応用光学・量子光工学 / ナノ材料 / 分析科学 / 材料加工・処理 / レーザー誘起転写法 / 分析化学 / マイクロアレイ / 触媒・化学プロセス
研究成果の概要

レーザー誘起ドット転写法と超短パルスレーザー干渉パターン加工法を融合した、素材やサイズ及び配列が自由な新しい金属3Dナノプリンタを提案した。その結果、(1)Auナノドットアレーのシングルショット形成、(2)シングルショットでの多重発生によるホモ接合及びナノギャップ構造(Δl=17.4nm)の形成、(3)2ショットによるAu及びPtナノドットのヘテロ接合及び交互配列形成、(4)位相グレーティングと空間周波数フィルタリングの最適化による超高精度ビーム整形、(5)AuナノドットのSERS活性測定、などに関する成果を得た。よって、素材や加工速度で従来法を越えた新しい3Dナノプリンタを開発に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

レーザー誘起ドット転写法と超短パルスレーザー干渉パターン加工法の組合わせは世界初の成果であり、その性能もユニークかつ高性能である。一方、紫外から近赤外域のレーザー光に適用できるユニバーサルかつ高精度なビーム整形技術は、全てのレーザーのポテンシャルを最大限引き出す鍵となり、基礎研究から製造技術、光・電子部品、医療など多彩な分野で応用が期待される。これらの研究成果を元に2件の国内特許出願(海外は1件準備中)、国内プレスリリース及び海外配信を行った。また、11本の論文を執筆し、さらに2件のkeynote講演及び16件の招待講演を得た。また、3件の受賞を得た。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (52件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (39件) (うち国際学会 14件、 招待講演 21件) 図書 (1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] Utilization of the high spatial- frequency component in adaptive beam shaping by using a virtual diagonal phase grating2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, K. Osawa, N. Miyanaga
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] "Laser lift-off process for additive micropatterning of functional particles and films"2018

    • 著者名/発表者名
      A. Narazaki, T. Sato, H. Niino, Y. Nakata, T. Shoji, Y. Tsuboi, A. Oyane, H. Miyaji
    • 雑誌名

      Proc. of the 2018 IEEE International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS2018)

      巻: 1 ページ: 333-337

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Local Melting of Gold Thin Films by Femtosecond Laser-Interference Processing to Generate Nanoparticles on a Source Target2018

    • 著者名/発表者名
      Nakata Yoshiki、Murakawa Keiichi、Miyanaga Noriaki、Narazaki Aiko、Shoji Tatsuya、Tsuboi Yasuyuki
    • 雑誌名

      Nanomaterials

      巻: 8 号: 7 ページ: 477-477

    • DOI

      10.3390/nano8070477

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] レーザー誘起転写法:膜転写と顕微画像レーザー分光法を用いたプロセス可視化2018

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹、岡田龍雄
    • 雑誌名

      オプトロニクス

      巻: 433 ページ: 120-126

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] レーザー転写パターニング -ナノ粒子から機能性薄膜までー2018

    • 著者名/発表者名
      奈良崎 愛子
    • 雑誌名

      オプトロニクス

      巻: 433 ページ: 127-131

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] 空間光位相変調器とフーリエ光学系を用いたビーム整形に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      大澤一仁,林 英輝,吉田匡孝,中田芳樹,宮永憲明
    • 雑誌名

      光・量子デバイス研究会 資料

      巻: OQD-18 ページ: 39-42

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] レーザー誘起ドット転写による微粒子形成2017

    • 著者名/発表者名
      良崎 愛子、佐藤 正健、新納 弘之、中田 芳樹、東海林 竜也、坪井 泰之
    • 雑誌名

      電子材料研究会資料「物質生成・材料合成を目指した高エネルギープロセス」

      巻: EFM-17 ページ: 7-10

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] コヒーレント光干渉パターン加工法の進展2017

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹
    • 雑誌名

      オプトロニクス

      巻: 4 ページ: 139-143

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Beam shaping by spatial light modulator and 4f system to square and top-flat for interference laser processing2017

    • 著者名/発表者名
      Kazuhito Osawa, Masataka Yoshida, Yoshiki Nakata, Noriaki Miyanaga, Aiko Narazaki, Tatsuya Shoji, Yasuyuki Tsuboi
    • 雑誌名

      Proc. SPIE

      巻: 10091

    • DOI

      10.1117/12.2253983

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Sub-micron period metal lattices fabricated by interfering ultraviolet femtosecond laser processing2016

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Nakata, Yoshiki Matsuba, Noriaki Miyanaga
    • 雑誌名

      Appl. Phys. A

      巻: 122 号: 5 ページ: 1-6

    • DOI

      10.1007/s00339-016-0061-4

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] レーザー加工におけるマクロとミクロのビーム整形技術2019

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 干渉パターン加工法の近年の進展2019

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹、小坂悠起、林英輝、斉藤哲也、宮永憲明、大澤一仁、吉田匡孝、奈良崎愛子、東海林竜也、坪井泰之
    • 学会等名
      光・量子デバイス研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Nanostructures in lattice fabricated by interference laser processing2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata
    • 学会等名
      Advanced Functional Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of chiral structures by using interference pattern of circularly polarized beams2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Kosaka, E. Hayashi, Y. Nakata, M. Yoshida
    • 学会等名
      LPM 2019; Laser precision microfabrication
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Beam shaping in macro- and micro- scale for laser processing2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, Y. Kosaka, E. Hayashi, N. Miyanaga, A. Narazaki, T. Shoji, Y. Tsuboi, K. Osawa, M. Yoshida
    • 学会等名
      International Symposium “Fundamentals of Laser Assisted Micro- and Nanotechnologies
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] マクロとミクロにビーム整形及びナノマテリアル創成2019

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹
    • 学会等名
      第91回レーザ加工学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザー干渉パターン加工法の最近の進展2019

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹、小坂悠起、林英輝、宮永憲明、大澤一仁、吉田匡孝、奈良崎愛子、東海林竜也、坪井泰之
    • 学会等名
      2019年 電気学会 電子・情報・システム部門大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fine Beam Shaping Technique by Spatial Light Modulator and 4f System for Area Processing2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, T. Aoyama, Y. Kosaka, E. Hayashi, N. Miyanaga
    • 学会等名
      UltrafastLight-2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of nanostructures by interference laser processing and beam shaping technique2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata
    • 学会等名
      ICALEO
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザーパターニング&コーティングの最新技術動向2018

    • 著者名/発表者名
      奈良崎愛子
    • 学会等名
      OPIE ’18(OPTICS&PHOTONICS International Exhibition)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Laser lift-off process for additive micropatterning of functional particles and films2018

    • 著者名/発表者名
      A. Narazaki, T. Sato, H. Niino, Y. Nakata, T. Shoji, Y. Tsuboi, A. Oyane, H. Miyaji
    • 学会等名
      MHS2018, 29th 2018 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fine Beam Shaping Technique by Spatial Light Modulator and 4f System for Area Processing2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, H. Hayashi, K. Osawa, M. Yoshida, N. Miyanaga
    • 学会等名
      FLA 2018; Frontiers in Lasers and Applications
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Universal beam shaping technique and interference control for area processing of nanostructures in lattice2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata
    • 学会等名
      LPM 2018; Laser precision microfabrication
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 干渉パターン照射を用いた周期配列カイラル構造の一括作製2018

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹、吉田匡孝、宮永憲明
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] フェムト秒レーザー干渉加工で形成される金ナノ微粒子のドナー薄膜ターゲット上捕集2018

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹、村川恵一、宮永憲明、奈良崎愛子、東海林竜也、坪井泰之
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Nanostructures in lattice fabricated by interference laser processing technique2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, E. Hayashi, N. Miyanaga
    • 学会等名
      UltrafastLight-2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光のミクロとマクロの制御及び加工応用2018

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹
    • 学会等名
      第62回光波センシング技術研究会講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 空間光位相変調器とフーリエ光学系を用いたビーム整形に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      大澤一仁,林 英輝,吉田匡孝,中田芳樹,宮永憲明
    • 学会等名
      光・量子デバイス研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] レーザー転写パターニング技術の新展開-ナノ粒子から機能性薄膜まで-2018

    • 著者名/発表者名
      奈良崎 愛子、佐藤 正健、新納 弘之
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of nanostructures in hexagonal lattice by using six-beam interference pattern of femtosecond laser2017

    • 著者名/発表者名
      M. Yoshida, K. Osawa, Y. Nakata, N. Miyanaga
    • 学会等名
      Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing (LAMOM) XXII
    • 発表場所
      Moscone conference center, USA
    • 年月日
      2017-01-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Beam shaping by spatial light modulator and 4f system to square and top-flat for interference laser processing2017

    • 著者名/発表者名
      K. Osawa, M. Yoshida, Y. Nakata, N. Miyanaga, A. Narazaki, T. Shoji, Y. Tsuboi
    • 学会等名
      Laser Applications in Microelectronic and Optoelectronic Manufacturing (LAMOM) XXII
    • 発表場所
      Moscone conference center, USA
    • 年月日
      2017-01-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] コヒーレントビームの干渉パターン制御とナノ周期構造の形成2017

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹、宮永憲明
    • 学会等名
      レーザー学会学術講演会第37回年次大会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      2017-01-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Periodic nano-texturing by interference femtosecond laser processing technique2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, M. Yoshida, K. Osawa, N. Miyanaga
    • 学会等名
      The 25th International Conference on Advanced Laser Technologies
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] metallic nanostructures in lattice by interference femtosecond laser processing2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Nakata
    • 学会等名
      Metanano
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] コヒーレント光干渉パターン加工法の進展2017

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹
    • 学会等名
      月刊オプトロニクス特集連動特別セミナー『光波・ビーム制御技術によるレーザー加工法を考察!』
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] コヒーレント光干渉を使ったレーザー精密加工2017

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹
    • 学会等名
      第22回光ものづくりセミナー <新しいレーザー加工の動向と中小企業への期待>
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] レーザー誘起ドット転写による微粒子形成2017

    • 著者名/発表者名
      良崎 愛子、佐藤 正健、新納 弘之,中田 芳樹、東海林 竜也、坪井 泰之
    • 学会等名
      電子材料研究会 物質生成・材料合成を目指した高エネルギープロセス
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] レーザー加工による表面機能化 ~CAEとプロセス計測で生みだす最適ソリューション~2017

    • 著者名/発表者名
      奈良崎愛子, 佐藤正健
    • 学会等名
      InterOpto 2017(インターオプト2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 超短パルスレーザー干渉加工法における近年の進展2017

    • 著者名/発表者名
      中田芳樹、吉田匡孝、大澤一仁、宮永憲明
    • 学会等名
      電気学会 光・量子デバイス研究会「レーザプロセシングと先端技術」
    • 発表場所
      伊勢市観光文化会館
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] レーザー転写による微細パターン付加形成技術開発2017

    • 著者名/発表者名
      奈良崎愛子、佐藤正健、新納弘之、 中田芳樹、東海林竜也、坪井泰之
    • 学会等名
      産総研 材料・化学シンポジウム「21世紀の化学反応とプロセス -快適な生活を支える機能性材料の新展開-」
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Laser-Induced Forward Transfer of Functional Oxides2016

    • 著者名/発表者名
      A. Narazaki, T. Sato, H. Niino
    • 学会等名
      第26回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜情報文化センター
    • 年月日
      2016-12-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Induction of energy on nano-region by laser and material processing2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, K. Osawa, M. Yoshida, N. Miyanaga
    • 学会等名
      EMN Energy and Sustain 2016
    • 発表場所
      hotel mystays Shin Osaka conference center
    • 年月日
      2016-11-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超短パルスレーザーの6ビーム干渉パターンを用いた金薄膜の加工2016

    • 著者名/発表者名
      吉田 匡孝、大澤 一仁、中田 芳樹、宮永 憲明
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 空間光位相変調器を用いたビーム強度分布の整形2016

    • 著者名/発表者名
      大澤 一仁、吉田 匡孝、中田 芳樹、宮永 憲明、奈良崎 愛子、東海林 竜也、坪井 泰之
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] On-Demand Deposition of Gold Nanodots by Laser-Induced Dot Transfer2016

    • 著者名/発表者名
      A. Narazaki, Y. Nakata, T. Shoji, Y. Tsuboi
    • 学会等名
      JSAP-OSAジョイントシンポジウム
    • 発表場所
      朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Nano-fabrication by interference pattern of coherent beam2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, M. Yoshida, K. Osawa, N. Miyanaga
    • 学会等名
      10th International conference on photoexcited processes and applications
    • 発表場所
      Transilvania University
    • 年月日
      2016-08-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Recent progress on interference femtosecond laser processing2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, M. Yoshida, K. Osawa, N. Miyanaga
    • 学会等名
      International symposium "Fundamentals of Laser Assisted Micro-and Nanotechnologies"
    • 発表場所
      Kochubey Mansion hotel
    • 年月日
      2016-06-27
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Interference femtosecond laser processing using six beams2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, M. Yoshida, K. Osawa, N. Miyanaga
    • 学会等名
      17th International symposium on laser precision microfabrication
    • 発表場所
      Whyndham Grand Xi'an South
    • 年月日
      2016-05-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Metal droplets smaller than 100 nm radius fabricated by femtosecond laser processing of thin films2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakata, N. Miyanaga
    • 学会等名
      EMN meeting on Droplets 2016
    • 発表場所
      NH Collection Aranzazu
    • 年月日
      2016-05-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 修士学位論文:空間光位相変調器とフーリエ光学系を用いた ビーム整形の精度向上と加工応用に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      大澤 一仁
    • 総ページ数
      67
    • 出版者
      大阪大学
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [産業財産権] ビーム整形装置2018

    • 発明者名
      中田芳樹、大澤一仁
    • 権利者名
      中田芳樹、大澤一仁
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-117035
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] 光渦発生方法及び光渦発生装置2018

    • 発明者名
      中田芳樹、吉田匡孝
    • 権利者名
      中田芳樹、吉田匡孝
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-118906
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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