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カーボンナノチューブとフォトニック結晶の融合によるラマンレーザー

研究課題

研究課題/領域番号 16K13613
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 ナノ構造物理
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

加藤 雄一郎  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (60451788)

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
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードナノチューブ・グラフェン / フォトニック結晶 / ナノ構造物性 / ナノ物性制御 / 光物性 / ナノチューブ・フラーレン / マイクロ・ナノデバイス / 物性実験
研究成果の概要

カーボンナノチューブとシリコンフォトニック結晶共振器を融合させたデバイスの最適化に取り組み、フォトニック結晶共振器の設計やQ値、そして共振器へのナノチューブの結合方法の影響を検討し、ラマン散乱光の増強を調査した。励起強度に対して発光強度が線形以上に増加するデバイスも観測されたが、レーザー発振は確認できなかった。カーボンナノチューブと同じ波長でラマン散乱を起こすグラフェンを転写したデバイスでは、励起光とラマン光との双共鳴により未加工部分と比較して約60倍の増強が実現できた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

カーボンナノチューブやグラフェンなどのナノカーボン物質とシリコンフォトニック結晶共振器を融合させたデバイスによりラマン散乱光の増強が可能であることを確認し、ナノカーボン物質の発光デバイス応用への新しい方向性を示すことができた。また、励起光の増強と発光の増強が同時に起きる双共鳴によりラマン光の大幅な増強を実現し、双共鳴現象の有用性を実証できた。

報告書

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

    (30件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 18件、 招待講演 7件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ロス・アラモス国立研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] ロス・アラモス国立研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ロス・アラモス国立研究所(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [国際共同研究] アールト大学(フィンランド)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Enhanced Raman scattering of graphene using double resonance in silicon photonic crystal nanocavities2018

    • 著者名/発表者名
      Gomulya W.、Machiya H.、Kashiwa K.、Inoue T.、Chiashi S.、Maruyama S.、Kato Y. K.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 113 号: 8 ページ: 081101-081101

    • DOI

      10.1063/1.5042798

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Spectral tuning of optical coupling between air-mode nanobeam cavities and individual carbon nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      H. Machiya, T. Uda, A. Ishii, Y. K. Kato
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 112 号: 2 ページ: 021101-021101

    • DOI

      10.1063/1.5008299

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Enhanced Raman scattering of graphene using double resonance in silicon photonic crystal nanocavities2019

    • 著者名/発表者名
      H. Machiya, W. Gomulya, K. Kashiwa, T. Inoue, S. Chiashi, S. Maruyama, Y. K. Kato
    • 学会等名
      March Meeting of the American Physical Society
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Decay dynamics and diffusion lengths of bright and dark excitons in air-suspended carbon nanotubes”2019

    • 著者名/発表者名
      A. Ishii, H. Machiya, Y. K. Kato
    • 学会等名
      The 56th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Air-suspended carbon nanotubes for nanoscale quantum photonics2018

    • 著者名/発表者名
      Y. K. Kato
    • 学会等名
      International Workshop on Nanocarbon Photonics and Optoelectronics (NPO2018)
    • 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] Single-carbon-nanotube Photonics and Optoelectronics2018

    • 著者名/発表者名
      Y. K. Kato
    • 学会等名
      OSA Advanced Photonics Congress
    • 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] Enhanced single photon emission from carbon nanotube dopant states coupled to silicon microcavities2018

    • 著者名/発表者名
      A. Ishii, T. Uda, X. He, N. F. Hartmann, H. Machiya, H. Htoon, S. K. Doorn, Y. K. Kato
    • 学会等名
      JSAP-OSA Joint Symposia, the 79th JSAP Autumn Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhanced raman scattering of graphene using double resonance in silicon photonic crystal nanocavities2018

    • 著者名/発表者名
      W. Gomulya, H. Machiya, K. Kashiwa, T. Inoue, S. Chiashi, S. Maruyama, Y. K. Kato
    • 学会等名
      JSAP-OSA Joint Symposia, the 79th JSAP Autumn Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Room-temperature single photon emission from carbon nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      A. Ishii, T. Uda, X. He, N. F. Hartmann, H. Machiya, H. Htoon, S. K. Doorn, Y. K. Kato
    • 学会等名
      7th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON18)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhanced Raman scattering of graphene using double resonance in silicon photonic crystal nanocavities2018

    • 著者名/発表者名
      W. Gomulya, H. Machiya, K. Kashiwa, T. Inoue, S. Chiashi, S. Maruyama, Y. K. Kato
    • 学会等名
      7th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON18)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectral tuning of optical coupling between air-mode nanobeam cavities and individual carbon nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      H. Machiya, T. Uda, A. Ishii, Y. K. Kato
    • 学会等名
      7th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON18)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Emission enhancement of air-suspended carbon nanotubes using air-mode nanobeam cavities2018

    • 著者名/発表者名
      H. Machiya, T. Uda, A. Ishii, Y. K. Kato
    • 学会等名
      March Meeting of the American Physical Society
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectral tuning of optical coupling between air-mode nanobeam cavities and individual carbon nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      H. Machiya, T. Uda, A. Ishii, Y. K. Kato
    • 学会等名
      The 54th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Enhancement of Raman scattering from monolayer graphene by photonic crystal nanocavities2017

    • 著者名/発表者名
      I. Kimura, M. Yoshida, M. Sota, T. Inoue, S. Chiashi, S. Maruyama, Y. K. Kato
    • 学会等名
      March Meeting of the American Physical Society
    • 発表場所
      New Orleans, Louisiana, USA
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectral tuning of optical coupling between air-mode nanobeam cavities and individual carbon nanotubes2017

    • 著者名/発表者名
      H. Machiya, T. Uda, A. Ishii, and Y. K. Kato
    • 学会等名
      March Meeting of the American Physical Society
    • 発表場所
      New Orleans, Louisiana, USA
    • 年月日
      2017-03-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of Raman scattering from monolayer graphene by photonic crystal nanocavities2017

    • 著者名/発表者名
      I. Kimura, M. Yoshida, M. Sota, H. Machiya, T. Inoue, S. Chiashi, S. Maruyama
    • 学会等名
      The 52nd Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2017-03-01
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Spectral tuning of optical coupling between air-mode nanobeam cavities and individual carbon nanotubes2017

    • 著者名/発表者名
      H. Machiya, T. Uda, A. Ishii, Y. K. Kato
    • 学会等名
      The 52nd Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2017-03-01
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Single-carbon-nanotube photonics and optoelectronics2017

    • 著者名/発表者名
      Y. K. Kato
    • 学会等名
      JSAP-OSA Joint Symposia, The 78h JSAP Autumn Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single-carbon-nanotube photonic devices2017

    • 著者名/発表者名
      Y. K. Kato
    • 学会等名
      Fundamental Optical Processes in Semiconductors (FOPS)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optical Bistability in Air-Suspended Carbon Nanotubes2017

    • 著者名/発表者名
      Y. K. Kato
    • 学会等名
      231st Electrochemical Society Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spectral tuning of optical coupling between air-mode nanobeam cavities and individual carbon nanotubes2017

    • 著者名/発表者名
      H. Machiya, T. Uda, A. Ishii, Y. K. Kato
    • 学会等名
      JSAP-OSA Joint Symposia, The 78th JSAP Autumn Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectral tuning of optical coupling between air-mode nanobeam cavities and individual carbon nanotubes2017

    • 著者名/発表者名
      H. Machiya, T. Uda, A. Ishii, Y. K. Kato
    • 学会等名
      Fundamental Optical Processes in Semiconductors (FOPS)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface and Screening Effects on Optical Properties of Carbon Nanotubes2016

    • 著者名/発表者名
      Y. K. Kato
    • 学会等名
      Pacific Rim symposium on Surfaces, Coatings & Interfaces (Pacsurf) 2016
    • 発表場所
      Kohala Coast, Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-12-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exciton Dissociation and Trion Generation in Individual Carbon Nanotubes2016

    • 著者名/発表者名
      Y. K. Kato
    • 学会等名
      229th Electrochemical Society Meeting
    • 発表場所
      San Diego, California, USA
    • 年月日
      2016-06-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] "Exciton Physics in Single-Wall Carbon Nanotube Photonic and Optoelectronic Devices", in Handbook of Carbon Nanomaterials edited by R. B. Weisman and J. Kono, Vol. 9, Chap. 7, p. 269-3962019

    • 著者名/発表者名
      A. Ishii, H. Machiya, T. Uda, Y. K Kato
    • 総ページ数
      128
    • 出版者
      World Scientific Publishing
    • ISBN
      9789813235458
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 理化学研究所 加藤ナノ量子フォトニクス研究室

    • URL

      http://katogroup.riken.jp/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書 2016 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-02-21  

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