光誘起液相プラズマ反応場を利用したナノダイヤモンドの合成

• 研究課題/領域番号: 16K13929
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 下間 靖彦 京都大学, 工学研究科, 准教授 (40378807)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 液相アブレーション / レーザー / プラズマ / ナノダイヤモンド / グラフェン / 酸化グラフェン / 発光 / ナノ材料 / 量子光工学 / 光物性 / 触媒・化学プロセス / プラズマ加工

研究成果の概要

液相中で形成される超高密度・高圧なプラズマ状態を反応場として活用し、爆轟法では直接合成が困難であった数ナノメートルサイズのナノダイヤモンドの合成技術を開発することを目的に、（１）高効率ナノ粒子合成技術を開発し、（２）合成ナノダイヤモンドの光学的特性の評価、（３）形成メカニズムの解明を試みた。偏光制御したフェムト秒ダブルパルス列による液相レーザーアブレーションにより、シングルパルス列の場合に比べて生成量が約2.5倍となった。立方晶ダイヤモンド構造に加えて六方晶ダイヤモンド構造（ロンズデライト）から成る直径数nmのナノダイヤモンドの高効率合成に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Formation mechanism of self-assembled polarization-dependent periodic nanostructures in β-Ga2O3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakanishi, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, M. Shimizu, K. Miura
  • 雑誌名: Proc. of SPIE 巻: 10520 ページ: 57-57
  • DOI: 10.1117/12.2288276
• [雑誌論文] Photoinduced functional materials by femtosecond laser direct writing (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, Y. Nakanishi, M. Shimizu, M. Sakakura, K. Miura
  • 雑誌名: Proc. of SPIE 巻: 10536 ページ: 66-66
  • DOI: 10.1117/12.2286799
• [雑誌論文] Development of functional materials by using ultrafast laser pulses (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 雑誌名: Proc. of SPIE 巻: 10456 ページ: 107-107
  • DOI: 10.1117/12.2282426
• [雑誌論文] Suppression of stress and crack generation in local glass melting by picosecond laser irradiation at a high repetition rates with temporal energy modulation (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Nakamura, M. Sakakura, Y. Shimotsuma, K. Miura
  • 雑誌名: J. Laser Micro/Nanoengin. 巻: 12 ページ: 126-131
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polarization imaging camera with a waveplate array fabricated with a femtosecond laser inside silica glass (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Ohfuchi, M. Sakakura, Y. Yamada, N. Fukuda, T. Takiya, Y. Shimotsuma, K. Miura
  • 雑誌名: Opt. Express 巻: 25 号: 20 ページ: 23738-23754
  • DOI: 10.1364/oe.25.023738
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unexpected gas sensing properties of SiO2/SnO2 core-shell nanofibers under dry and humid conditions (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Gunji, M. Jukei, Y. Shimotsuma, K. Miura, K. Suematsu, K. Watanabe, K. Shimanoe
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C 巻: 5 号: 25 ページ: 6369-6376
  • DOI: 10.1039/c7tc01642e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunability of form birefringence induced by femtosecond laser irradiation in anion doped silica glass (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, S. Kubota, A. Murata, T. Kurita, M. Sakakura, K. Miura, M. Lancry, B. Poumellec
  • 雑誌名: J. Am. Ceram. Soc. 巻: 100 号: 9 ページ: 3912-3919
  • DOI: 10.1111/jace.14956
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 4H-SiC wafer slicing by using femtosecond laser double-pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: E. Kim, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 雑誌名: Opt. Mater. Express 巻: 7 号: 7 ページ: 2450-2460
  • DOI: 10.1364/ome.7.002450
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of SiO2-SnO2 nanofibers using TEMPO-oxidized cellulose nanofibers as templates (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Gunji, Y. Shimotsuma, T. Fujimoto, K. Miura
  • 雑誌名: Front. Nanosci. Nanotech. 巻: 3 号: 6 ページ: 1-4
  • DOI: 10.15761/fnn.1000144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular dynamics simulation of the Soret effect in a CaSiO₃ glass melt (2017)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Shimizu, Hiroshi Kato, Masayuki Nishi Daisuke Hanakawa, Kohji Nagashima, Heidy Visbal, Hiroki Itasaka, Masaaki Sakakura, Yasuhiko Shimotsuma, Kiyotaka Miura, Kazuyuki Hirao
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 125 号: 3 ページ: 180-184
  • DOI: 10.2109/jcersj2.16187
  • NAID: 130005401721
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nanostructuring in indirect band-gap semiconductor using IR femtosecond double pulses (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, T. Sei, M. Sakakura, K. Miura, H. Udono
  • 雑誌名: J. Laser Micro/Nanoeng. 巻: 11 号: 1 ページ: 35-40
  • DOI: 10.2961/jlmn.2016.01.0007
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-assembled nanostructures inside indirect bandgap semiconductor by using IR femtosecond double-pulses (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Sei, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 雑誌名: J. Laser Micro/Nanoeng. 巻: 11 号: 1 ページ: 76-80
  • DOI: 10.2961/jlmn.2016.01.0014
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nanogratings Embedded in Al2O3-Dy2O3 Glass by Femtosecond Laser Irradiation (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Mori, T. Kurita, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, and K. Miura
  • 雑誌名: Journal of Laser Micro Nanoengineering 巻: 11 号: 1 ページ: 87-90
  • DOI: 10.2961/jlmn.2016.01.0016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Control of periodic nanostructure embedded in SiO2 glass under femtosecond double-pulse irradiation (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Murata, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 雑誌名: J. Laser Micro/Nanoeng. 巻: 11 号: 1 ページ: 95-99
  • DOI: 10.2961/jlmn.2016.01.0018
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-organization of polarization-dependent periodic nanostructures embedded in III–V semiconductor materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, T. Sei, M. Mori, M. Sakakura, K. Miura
  • 雑誌名: Appl. Phys. A 巻: 122 号: 3 ページ: 159-159
  • DOI: 10.1007/s00339-016-9686-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Soret coefficients of alkali oxides in alkali borate glass melts (2016)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Shimizu, Daisuke Hanakawa, Masayuki Nishi, Kohji Nagashima, Visbal Heidy, Masaaki Sakakura, Yasuhiko Shimotsuma, Kazuyuki Hirao, and Kiyotaka Miura
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 124 号: 7 ページ: 774-776
  • DOI: 10.2109/jcersj2.16053
  • NAID: 130005161665
  • ISSN: 1348-6535, 1882-0743
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis and photocatalytic properties of SiO2/TiO2 nanofibers using templates of TEMPO-oxidized cellulose nanofibers (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Gunji, Y. Shimotsuma, K. Miura
  • 雑誌名: J. Sol-Gel Sci. Technol. 巻: 79 号: 1 ページ: 151-159
  • DOI: 10.1007/s10971-016-4033-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of fluorescent nanocarbons by femtosecond laser induced plasma in liquid (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Agatsuma, Y. Fujimatsu, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 9983 ページ: 99831C-99831C
  • DOI: 10.1117/12.2235727
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrashort pulse laser slicing of semiconductor crystal (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Kim, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 雑誌名: Proc. SPIE 巻: 9983 ページ: 99831B-99831B
  • DOI: 10.1117/12.2235146
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Heterogeneous-surface-mediated crystallization control (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Zhou, B. Zheng, Y. Shimotsuma, Y. Lu, Q. Guo, M. Nishi, M. Shimizu, K. Miura, K. Hirao, J. Qiu
  • 雑誌名: NPG Asia Mater. 巻: 8 号: 3 ページ: e245-e245
  • DOI: 10.1038/am.2016.15
  • NAID: 120005980822
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Space-selective precipitation of ZnO crystals in glass by using high repetition rate femtosecond laser irradiation (2016)
  • 著者名/発表者名: Xi Du, Masaaki Sakakura, Torataro Kurita, Hang Zhang, Yasuhiko Shimotsuma, Kiyotaka Hirao, Kiyotaka Miura and Jianrong Qiu
  • 雑誌名: Journal of Non-Crystalline Solids 巻: 448 ページ: 79-82
  • DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2016.06.042
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Modification and Dynamics inside Diamond by Femtosecond Laser Double-Pulse Irradiation (2016)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Sakakura, Takuro Okada, Vibhav Bharadwaj, Bellen Sotillo, Shane M. Eaton, Roberta Ramponi, Ali Serpenguzel, Ulas S. Gokay, Yasuhiko Shimotsuma, and Kiyotaka Miura
  • 雑誌名: Journal of Laser Micro/Nanoengineering 巻: 11 号: 3 ページ: 346-351
  • DOI: 10.2961/jlmn.2016.03.0012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Diamond photonics platform enabled by femtosecond laser writing (2016)
  • 著者名/発表者名: B. Sotillo, V. Bharadwaj, J. P. Hadden, M. Sakakura, A. Chiappini, T. T. Fernandez, S. Longhi, O. Jedrkiewicz, Y. Shimotsuma, L. Criante, R. Osellame, G. Galzerano, M. Ferrari, K. Miura, R. Ramponi, P. E. Barclay, S. M. Eaton
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 号: 2 ページ: 35566-35566
  • DOI: 10.3390/mi8020060
  • NAID: 120006338054
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Formation mechanism of self-assembled polarization-dependent periodic nanostructures in β-Ga2O3 (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakanishi, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, M. Shimizu, K. Miura
  • 学会等名: Photonic West 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Photoinduced functional materials by femtosecond laser direct writing (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, Y. Nakanishi, M. Shimizu, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: Photonic West 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Suppression of crack and stress generation in glass welding using picosecond laser with high repetition rates by temporal modulation of laser pulse energies (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Nakamura, M. Sakakura, Y. Shimotsuma, K. Miura
  • 学会等名: International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • 国際学会
• [学会発表] Polarization-dependent periodic nanostructure embedded in semiconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, Y. Nakanishi, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • 国際学会
• [学会発表] Phase-separated periodic nanostructure in Al2O3-Dy2O3 glass induced by femtosecond laser irradiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, S. Mori, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: European Conference on Lasers and Electro-Optics
  • 国際学会
• [学会発表] Self-assembled periodic nanostructures embedded in wide bandgap semiconductor (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, Y. Nakanishi, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanisms of self-assembled periodic nanostructures induced by the femtosecond laser irradiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, Y. Nakanishi, E. Kim, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: International Conference on Laser Ablation
  • 国際学会
• [学会発表] Polarization imaging with a waveplate array of femtosecond laser written nanogratings inside silica glass (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, T. Ohfuchi, Y. Yamada, N. Fukuda, T. Takiya, Y. Shimotsuma, K. Miura
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Photoinduced polarization-dependent nanostructures in various material and their applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma
  • 学会等名: International Conference on Powder and Powder Metallurgy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of functional materials by using ultrafast laser pulses (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: SPIE Nanophotonics Australasia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impact of multiple stress and heat sources in parallel laser bulk processing inside transparent materials (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, T. Okada, Y. Shimotsuma, K. Miura
  • 学会等名: CerSJ-GOMD Joint Symposium on Glass Science and Technologies
  • 発表場所: 京都大学（京都府・京都市）
  • 年月日: 2016-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Deformation and improvement of IR transmission of single-crystal silicon by direct current heating (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Miura, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, S. Gunji, T. Sakamoto, K. Morishita, S. Hachinohe
  • 学会等名: International Conference on Materials and Technology (ICM&T)
  • 発表場所: ポルトロス（スロヴェニア）
  • 年月日: 2016-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of SiO2/SnO2 nanofibers using templates of TEMPO-oxidized cellulose nanofibers (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Gunji, Y. Shimotsuma, T. Fujimoto, K. Miura
  • 学会等名: International Conference on Materials and Technology (ICM&T)
  • 発表場所: ポルトロス（スロヴェニア）
  • 年月日: 2016-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of stress dynamics after fs laser irradiation inside diamond (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, T. Okada,V. Bharadwaj, B. Sotillo, S. Eaton, R. Ramponi, T. Fernandez, A. Serpenguzel, U. Gokay, Y. Shimotsuma, K. Miura
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会
• [学会発表] Diamond quantum photonics platform enabled by femtosecond laser processing (2016)
  • 著者名/発表者名: T. T. Fernandez, V. Bharadwaj, B. Sotillo, J. P. Hadden, M. Sakakura, A. Chiappini, S. Longhi, R. Osellame, G. Galzerano, Y. Shimotsuma ,M. Ferrari, K. Miura, R. Ramponi, P. E Barclay, S. M Eaton
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photoinduced self-assembly of nanostructure (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrashort pulse laser slicing of wide bandgap 4H-SiC crystal (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Kim, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: JSAP-OSA Joint Symposia
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県・新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会
• [学会発表] Applications of parallel femtosecond laser writing inside glasses and observation of the dynamics (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, Y. Shimotsuma, N. Fukuda, K. Miura
  • 学会等名: Bragg Gratings, Photosensitivity, and Poling in Glass Waveguides (BGPP)
  • 発表場所: シドニー（オーストラリア）
  • 年月日: 2016-09-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Femtosecond laser written photonic circuits in diamond for quantum information (2016)
  • 著者名/発表者名: S. M. Eaton, B. Sotillo, V. Bharadwaj, M. Sakakura, Y. Shimotsuma, A. Chiappini, M. Ferrari, J. P. E. Hadden, P. E. Barclay, K. Miura, R. Ramponi
  • 学会等名: ICTON 2016
  • 発表場所: トレント（イタリア）
  • 年月日: 2016-07-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-assembled nanostructure inside various materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: 2nd Workshop on Progress on Ultrafast Laser Modifications of Materials (PULMM)
  • 発表場所: ヌーシャテル（スイス）
  • 年月日: 2016-06-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photoinduced periodic nanocrystalline structure inside Al2O3-R2O3 (R = Y, La, Dy) glass (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma, S. Mori, T. Kurita, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: CLEO 2016
  • 発表場所: サンノゼ（アメリカ）
  • 年月日: 2016-06-05
  • 国際学会
• [学会発表] The characteristic of birefringence and optical loss in femtosecond-laser-induced region in terms of nanogratings distribution (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Ohfuchi, Y. Yamada, M. Sakakura, N. Fukuda, T. Takiya, Y. Shimotsuma, K. Miura
  • 学会等名: International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • 発表場所: 西安（中国）
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会
• [学会発表] Spatially modulated beam for investigation of femtosecond laser-induced modification in transparent materials (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, T. Okada, Y. Shimotsuma, N. Fukuda, K. Miura
  • 学会等名: International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • 発表場所: 西安（中国）
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会
• [学会発表] Modification and dynamics inside diamond induced by irradiation with femtosecond laser double pulses (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Sakakura, T. Okada, V. Bharadwaj, B. Sotillo, S. M. Eaton, R. Ramponi, A. Serpenguzel, U. S. Gokay, Y. Shimotsuma, K. Miura
  • 学会等名: International Symposium on Laser Precision Microfabrication
  • 発表場所: 西安（中国）
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会
• [学会発表] Femtosecond laser nanoprocessing and its application (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Shimotsuma
  • 学会等名: Glass and Optical Materials Division Annual Meeting
  • 発表場所: マディソン（アメリカ）
  • 年月日: 2016-05-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrashort pulse laser slicing of semiconductor crystal (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Kim, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: Pacific Rim Laser Damage
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-05-18
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of fluorescent nanocarbons by femtosecond laser induced plasma in liquid (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Agatsuma, Y. Fujimatsu, Y. Shimotsuma, M. Sakakura, K. Miura
  • 学会等名: Pacific Rim Laser Damage
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-05-18
  • 国際学会
• [産業財産権] ガラスの加工方法及び加工装置 (2016)
  • 発明者名: 和田正紀、下間靖彦、三浦清貴、坂倉政明、清水政二
  • 権利者名: 京都大学、日本電気硝子、三ツ星ダイヤモンド
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-146534
  • 出願年月日: 2016-07-26
• [産業財産権] 光学素子およびその製造方法 (2016)
  • 発明者名: 下間靖彦、村田敦史、坂倉政明、三浦清貴、大渕隆文、池田萩
  • 権利者名: 京都大学、日立造船、大阪有機化学工業
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-223679
  • 出願年月日: 2016-11-17