テラヘルツ・赤外光電場の3次元制御と階層的トポロジーを持つ物質のナノスケール分析

• 研究課題/領域番号: 21H01746
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分28020:ナノ構造物理関連
• 研究機関: 中央大学
• 研究代表者: 河野 行雄 中央大学, 理工学部, 教授 (90334250)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2022年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2021年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: テラヘルツ光 / 赤外光 / テラヘルツ / 赤外 / テラヘルツ波 / 顕微測定

研究開始時の研究の概要

テラヘルツ（THz）～赤外光の光子エネルギーは、様々な分子の振動や分子間相互作用、水素結合や固体結晶中電子や格子の振動に対応する重要な領域であるため、THz・赤外計測はこれらを探求する強力なツールとしての期待が高い。ところが、光の中では波長が非常に長いため、画像化計測の空間分解能が光の波長程度に制限される問題が顕在化する。本研究では、波長よりも小さな分解能で赤外・THz光を画像化し、観測対象の幾何学的な性質まで踏み込んだ分析を可能にする。

研究成果の概要

テラヘルツ（THz）～赤外領域の光計測技術は、様々な物質材料を研究するための有効なツールとなっている。ところが、一般的に光学イメージングの空間分解能は波長程度に制限されるため、光の中では波長の長いTHz・赤外光による画像化には空間分解能が低いという課題がある。本研究では、独自の集光素子を作製することで、この問題を克服し、物質材料のミクロなTHz・赤外光物性の解明につなげた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光による計測は主に可視光や近赤外光を中心として発展してきたため、より波長の長い領域の光学イメージングにおいて波長による制限を超える空間分解能が得られたことは、今後の光計測に拡張をもたらす意義がある。さらに本研究では、光の振動方向を変えながら画像化することが可能となったため、特徴的な構造を持つ物質材料の分析に有効である。

研究成果

• [雑誌論文] Ultraflexible Wireless Imager Integrated with Organic Circuits for Broadband Infrared Thermal Analysis (2024)
  • 著者名/発表者名: Rei Kawabata, Kou Li, Teppei Araki, Mihoko Akiyama, Kaho Sugimachi, Nozomi Matsuoka, Norika Takahashi, Daiki Sakai, Yuto Matsuzaki, Ryo Koshimizu, Minami Yamamoto, Leo Takai, Ryoga Odawara, Takaaki Abe, Shintaro Izumi, Naoko Kurihira, Takafumi Uemura, Yukio Kawano, Tsuyoshi Sekitani
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 36 号: 15 ページ: 2309864-2309864
  • DOI: 10.1002/adma.202309864
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Broadband Photodetectors and Imagers in Stretchable Electronics Packaging (2023)
  • 著者名/発表者名: Araki Teppei、Li Kou、Suzuki Daichi、Abe Takaaki、Kawabata Rei、Uemura Takafumi、Izumi Shintaro、Tsuruta Shuichi、Terasaki Nao、Kawano Yukio、Sekitani Tsuyoshi
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: - 号: 20 ページ: 2304048-2304048
  • DOI: 10.1002/adma.202304048
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Graphene-based midinfrared photodetector with bull’s eye plasmonic antenna (2023)
  • 著者名/発表者名: Deng Xiangying、Oda Shunri、Kawano Yukio
  • 雑誌名: Optical Engineering 巻: 62 号: 09 ページ: 097102-097102
  • DOI: 10.1117/1.oe.62.9.097102
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] All‐Screen‐Coatable Photo‐Thermoelectric Imagers for Physical and Thermal Durability Enhancement (2023)
  • 著者名/発表者名: Kou Li, Yuto Matsuzaki, Sota Takahara, Daiki Sakai, Yuto Aoshima, Norika Takahashi, Minami Yamamoto, Yukio Kawano
  • 雑誌名: Advanced Materials Interfaces 巻: 10 号: 35 ページ: 2300528-2300528
  • DOI: 10.1002/admi.202300528
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Stretchable broadband photo-sensor sheets for nonsampling, source-free, and label-free chemical monitoring by simple deformable wrapping (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Li, T. Araki, R. Utaki, Y. Tokumoto, M. Sun, S. Yasui, N. Kurihira, Y. Kasai, D. Suzuki, R. Marteijn, J. D. Toonder, T. Sekitani, and Y. Kawano
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 号: 19
  • DOI: 10.1126/sciadv.abm4349
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Carbon nanotube-based, serially connected terahertz sensor with enhanced thermal and optical efficiencies (2022)
  • 著者名/発表者名: D. Suzuki, Y. Takida, Y. Kawano, H. Minamide, N. Terasaki
  • 雑誌名: Science and Technology of Advanced Materials 巻: 23 号: 1 ページ: 424-433
  • DOI: 10.1080/14686996.2022.2090855
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] カーボンナノ材料のテラヘルツ検出・撮像デバイスへの応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 酒井大揮，木下祐哉，李恒，河野行雄
  • 雑誌名: 月刊MATERIAL STAGE 巻: 21 ページ: 37-44
• [雑誌論文] カーボンナノチューブの光・熱物性制御によるフレキシブル全方位テラヘルツ撮像検査チップ (2021)
  • 著者名/発表者名: 河野行雄
  • 雑誌名: 応用物理 巻: 90 号: 5 ページ: 303-307
  • DOI: 10.11470/oubutsu.90.5_303
  • NAID: 130008034655
  • ISSN: 0369-8009, 2188-2290
  • 年月日: 2021-05-05
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robot-assisted, source-camera-coupled multi-view broadband imagers for ubiquitous sensing platform (2021)
  • 著者名/発表者名: Kou Li, Ryoichi Yuasa, Ryogo Utaki, Meiling Sun, Daichi Suzuki, and Yukio Kawano
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41467-021-23089-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 円形開口を有するアルキメデスの螺旋構造を用いたテラヘルツ局在円偏光場生成 (2024)
  • 著者名/発表者名: 小西優一,西山黎,橋谷田俊,河野行雄
  • 学会等名: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 近接場光学顕微鏡による表面フォノンポラリトンの異方性の観測 (2024)
  • 著者名/発表者名: 白幡 香太朗,瀬崎 達也,橋谷田 俊,河野 行雄
  • 学会等名: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] シート状テラヘルツ・赤外撮像センサと非破壊マルチビュー画像検査応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 河野行雄
  • 学会等名: 日本光学会 光設計研究グループ 第 75 回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Flexible and Stretchable Terahertz/Infrared Imagers for Multi-View Visualization and Inspection (2023)
  • 著者名/発表者名: 河野行雄
  • 学会等名: International Symposium on Imaging, Sensing, and Optical Memory 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Near-field hyper-spectral imaging of surface phonon polaritons in quartz (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Shirahata, A. Oi, S. Hashiyada, Y. Kawano
  • 学会等名: The 31st International Conference on Photochemistry
  • 国際学会
• [学会発表] Characterizing surface phonon polaritons in quartz by near-field microscopy (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Shirahata, A. Oi, S. Hashiyada, Y. Kawano
  • 学会等名: ICEAA'23
  • 国際学会
• [学会発表] トポロジカル絶縁体BiSbのテラヘルツ吸収特性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西山 黎，ファム ナム ハイ，橋谷田 俊，河野 行雄
  • 学会等名: 日本光学会年次学術講演会
• [学会発表] テラヘルツ円偏光場生成に向けた円形開口を有するアルキメデスの螺旋型サブ波長構造体の設計 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小西優一,西山黎,橋谷田俊,河野行雄
  • 学会等名: 第32回日本赤外線学会研究発表会
• [学会発表] シート状広帯域テラヘルツ・赤外撮像センサと全方位検査分析応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 河野行雄
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] A Flexible and Stretchable Terahertz Imaging Sheet for Multi-View Visualization (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawano
  • 学会等名: 29th International Display Workshops
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シート状ブロードバンド撮像センサと検査分析応用～テラヘルツ光から可視光まで～ (2022)
  • 著者名/発表者名: 河野行雄
  • 学会等名: 2022年度第2回プリンテッド・エレクトロニクス研究会
  • 招待講演
• [学会発表] A mechanically stretchable and optically broadband imager sheet (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Li, T. Araki, T. Sekitani, Y. Kawano
  • 学会等名: 8th International Workshop on Nanocarbon Photonics and Optoelectronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] カーボンナノチューブ膜型フレキシブルテラヘルツ波撮像シートカメラ (2022)
  • 著者名/発表者名: 河野行雄
  • 学会等名: 2022年度日本写真学会オンライン年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] シート状ブロードバンドイメージャーと非破壊検査分析応用 ～テラヘルツ光から可視光まで～ (2022)
  • 著者名/発表者名: 河野行雄
  • 学会等名: 第28回画像センシングシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] A flexible terahertz imaging sheet for multi-view visualization and inspection (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawano
  • 学会等名: 12th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Making the Invisible Visible with Terahertz: The Last Frontier of the Electromagnetic Wave (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawano
  • 学会等名: Innovation Harbour Lectures
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] サブ波長領域でのセンシングに向けた固浸法テラヘルツ帯ブルズアイ構造体の3Dアパチャー形状 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西山黎，菅谷俊夫，河野行雄
  • 学会等名: 第82回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Chemically-enriched and integrated carbon nanotube photo-thermoelectric scanners for non-sampling, source and label-free chemical monitoring (2021)
  • 著者名/発表者名: Kou Li, Yukio Kawano
  • 学会等名: 第61回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
• [学会発表] Freely attachable broadband camera sheet based on series photo-thermoelectric coupling structure (2021)
  • 著者名/発表者名: Kou Li, Yukio Kawano
  • 学会等名: 1st Japan-France Virtual Workshop on Thermoelectrics
  • 国際学会
• [学会発表] カーボンナノチューブによるシート状フレキシブルテラヘルツ帯イメージャーと 検査分析応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河野 行雄
  • 学会等名: テラヘルツ材料セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] A carbon nanotube terahertz camera patch sheet for multi-view imaging (2021)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawano
  • 学会等名: 5th International Caparica Symposium on Nanoparticles/Nanomaterials and Applications 2022
  • 国際学会 / 招待講演