金属導波路を用いたテラヘルツ・遠赤外分光法の高度化と動的揺らぎの研究展開

• 研究課題/領域番号: 16K05649
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 山本 晃司 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 准教授 (70432507)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2017年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2016年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
• キーワード: テラヘルツ分光 / 遠赤外分光 / 金属導波路 / テラヘルツ / 遠赤外 / テラヘルツ/赤外材料・素子 / 化学物理 / 誘電体物性 / 生物物理 / 応用光学・量子光工学

研究成果の概要

金属平板導波路にプラスチックチューブを挟んだ系に対して、テラヘルツ波透過特性を明らかにし、微量液体流路をカップルさせたテラヘルツ分光法の開発に一歩前進した。特に、分光実験から得られた知見と合わせて、有限要素法と用いたシミュレーション実験からの治験を組み合わせることで、減衰ピーク共鳴を利用することが可能であることを明らかにした。
ヒト成人ヘモグロビン（Hb A）の酸素親和性制御に起因するタンパク質主鎖のゆらぎに関して、Hb Aの協同的酸素結合機能発現における遠赤外領域振動の差異の実験的検証を行い、脱酸素形と酸素形のテラヘルツ領域における主鎖のゆらぎの差異を検討した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

金属導波路を用いて微量液体流路をカップルさせた金属導波路の開発を進めることができ、タンパク質の「機能発現」と「テラヘルツ領域の揺らぎ」との相関に関する新たな知見を得ることに成功し、テラヘルツ分光が動的揺らぎの研究の進展に寄与することを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Study on irradiation effect of mid-infrared free electron laser on hen egg-white lysozyme by using terahertz-time domain spectroscopy and synchrotron radiation vacuum-ultraviolet circular-dichroism spectroscopy (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kawasaki, Y. Izumi, G. Ohori, H. Kitahara, T. Furuya, K. Yamamoto, K. Matsuo, M. Tani, K. Tsukiyama
  • 雑誌名: Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: 40 号: 10 ページ: 998-1009
  • DOI: 10.1007/s10762-019-00626-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metal-Coated <100>-Cut GaAs Coupled to Tapered Parallel-Plate Waveguide for Cherenkov-Phase-Matched Terahertz Detection: Influence of Crystal Thickness (2018)
  • 著者名/発表者名: delos Santos Ramon、Mag-usara Valynn、Tuico Anthony、Copa Vernalyn、Salvador Arnel、Yamamoto Kohji、Somintac Armando、Kurihara Kazuyoshi、Kitahara Hideaki、Tani Masahiko、Estacio Elmer
  • 雑誌名: Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves 巻: 39 号: 6 ページ: 514-520
  • DOI: 10.1007/s10762-018-0487-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Terahertz emission characteristics of GaMnAs dilute magnetic semiconductor under 650 mT external magnetic field (2017)
  • 著者名/発表者名: Alexander De Los Reyes, Elizabeth Ann Prieto, Karim Omambac, Jeremy Porquez, Lorenzo Lopez Jr., Karl Cedric Gonzales, John Daniel Vasquez, Mae Agatha Tumanguil, Joselito Muldera, Kohji Yamamoto, Masahiko Tani, Armando Somintac, Elmer Estacio, and Arnel Salvador
  • 雑誌名: Curr. Appl. Phys. 巻: 17 号: 4 ページ: 522-526
  • DOI: 10.1016/j.cap.2017.01.021
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Heterogeneity between Two α Subunits of α2β2 Human Hemoglobin and O2 Binding Properties: Raman, 1H Nuclear Magnetic Resonance, and Terahertz Spectra (2017)
  • 著者名/発表者名: Shigenori Nagatomo, Kazuya Saito, Kohji Yamamoto, Takashi Ogura, Teizo Kitagawa, and Masako Nagai
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 56 号: 46 ページ: 6125-6136
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.7b00733
  • 査読あり
• [雑誌論文] テラヘルツ時間領域分光で迫る物質の性質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本晃司
  • 雑誌名: 照明学会誌 巻: 101 ページ: 500-503
  • 査読あり
• [雑誌論文] Defect-related temperature dependence of THz emission from GaAs/AlGaAs MQWs grown on off- and on-axis substrates (2017)
  • 著者名/発表者名: Jessica P. C. Afalla1, Alexander de los Reyes, Valynn Katrine Mag-usara, Lorenzo P. Lopez Jr., Kohji Yamamoto, Masahiko Tani, Armando S. Somintac, Arnel A. Salvador, and Elmer S. Estacio
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 7 号: 12 ページ: 125210-125210
  • DOI: 10.1063/1.5004597
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] External magnetic field distribution mapping using terahertz emission from indium antimonide (2017)
  • 著者名/発表者名: Valynn Katrine Mag-usara, Dmitry S. Bulgarevich, Mitsuharu Shiwa, Makoto Watanabe, Masahiko Tani
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 56 号: 2 ページ: 028001-028001
  • DOI: 10.7567/jjap.56.028001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aperture transmission measurements for characterization of focusing of sub-THz radiation (2016)
  • 著者名/発表者名: .Osamu Morikawa, Kohji Yamamoto, Kazuyoshi Kurihara, Masahiko Tani, Fumiyoshi Kuwashima, and Masanori Hangyo
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B 巻: 33 号: 7 ページ: 1456-1461
  • DOI: 10.1364/josab.33.001456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sub-terahertz imaging using a low-cost system with photoconductive spiral antennas and a multimode laser diode (2016)
  • 著者名/発表者名: Osamu Morikawa, Kohji Yamamoto, Kazuyoshi Kurihara, Masahiko Tani, Fumiyoshi Kuwashima, and Masanori Hangyo
  • 雑誌名: Journal of the Optical Society of America B 巻: 33 ページ: 1940-1948
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cherenkov-phase-matched nonlinear optical detection and generation of terahertz radiation via GaAs with metal-coating (2016)
  • 著者名/発表者名: Ramon delos Santos, Shinpei Ozawa, Valynn Mag-usara, Syougo Azuma, Anthony Tuico, Vernalyn Copa, Arnel Salvador, Kohji Yamamoto, Armando Somintac, Kazuyoshi Kurihara, Hideaki Kitahara, Masahiko Tani and Elmer Estacio
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 24 号: 22 ページ: 24980-24988
  • DOI: 10.1364/oe.24.024980
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low temperature-grown GaAs carrier lifetime evaluation by double optical pump terahertz time-domain emission spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Valynn Katrine Mag-usara, Stefan Funkner, Gudrun Niehues, Elizabeth Ann Prieto, Maria Herminia Balgos, Armando Somintac, Elmer Estacio, Arnel Salvador, Kohji Yamamoto, Muneaki Hase, Tani, Masahiko
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 24 号: 23 ページ: 26175-26185
  • DOI: 10.1364/oe.24.026175
  • 査読あり
• [学会発表] Transmittance of terahertz wave through a metal parallel plate waveguide coupled with a metal taper investigated by FDTD simulation (2019)
  • 著者名/発表者名: 103.Kohshi Inomata, Kohji Yamamoto, Kazutoshi Fukui, and Masahiko Tani
  • 学会等名: The 7th International Workshop on Far-Infrared Technologies 2019 (IW-FIRT 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Sensitivity Improvement of Heterodyne Electro-Optic Sampling (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Kitahara, Takuro Yasumoto, Daiki Goto, Hiroyuki Kato, Masaki Shiihara, Jessica Afalla, Valynn Mag-usara, Kohji Yamamoto, Takashi Furuya, Elmer Estacio, Michael Bakunov, and Masahiko Tani
  • 学会等名: 2018 43rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement Of Electric Field In E-plane Sectoral Horn Antennas Reconsidered By Plasmonic Theory (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuyoshi Kurihara, Kiwamu Kusama, Fumfiyoshi Kuwashima, Osamu Morikawa, Kohji Yamamoto, Hideaki Kitahara, Masahiko Tani
  • 学会等名: 2018 43rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] FDTD法による金属テーパー構造導波路のテラヘルツ帯透過解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田畑 寛明, 北原 英明, 山本 晃司, 福井 一俊, 栗原 一嘉, 森川 治, 桑島 史欣,谷 正彦
  • 学会等名: 第78回応用物理学会 秋季学術講演会
• [学会発表] ヘモグロビンの酸素親和性制御に関係する大振幅ヘリックス揺らぎの実験的検証：テラヘルツ（THz）分光による研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長友 重紀, 山本 晃司, 長井 雅子, 北川 禎三
  • 学会等名: 日本生物物理学会第55回年会
• [学会発表] Application of a metal parallel-plate waveguide to terahertz spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Kohji Yamamoto, Hiroaki Tahata, Itsuki Kurata, Kazuyoshi Kurihara, Fumiyoshi Kuwashima, Osamu Morikawa, Ohki Kambara, Kazutoshi Fukui, and Masahiko Tani
  • 学会等名: Molecular Photoscience Research Center International Symposium
  • 発表場所: Takigawa Memorial Hall （Kobe University, Kobe)
  • 招待講演
• [学会発表] 金属平行平板を用いたテラヘルツ分光とその定量解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山本晃司、田畑 寛明、倉田 樹、福井 一俊、神原 大、栗原 一嘉、森川 治、桑島史欣、谷正彦
  • 学会等名: 分子科学討論会2016
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県・神戸）
  • 年月日: 2016-09-13