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フォトクロミズムとナノ光学の融合による階層的光相関の自発的形成の基礎と応用

研究課題

研究課題/領域番号 21K04925
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分30020:光工学および光量子科学関連
研究機関山梨大学

研究代表者

内山 和治  山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (70538165)

研究分担者 成瀬 誠  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 教授 (20323529)
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 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードナノフォトニクス / ナノ光電子機能 / フォトクロミズム / 走査型近接場光学顕微鏡法 / ナノ光学 / 動的記憶構造 / 走査型近接場光学顕微鏡 / 近接場光学 / 記憶構造 / ナノフォトクロミズム
研究開始時の研究の概要

光で色が変わるフォトクロミズムによる記憶とナノスケールにおける光伝達を合わせたナノフォトクロミズムにもとづき、ミクロに形成されるナノサイズの光伝達構造を、マクロにおいて有用な機能へ展開することを目標とする。そのため、フォトクロミック微結晶の2次元配列構造を導入し、独自の多点ナノ光計測を駆使して、フォトクロミズムのミクロ・マクロ光相関を解明し、機能応用を見据えた重要な基盤的知見を獲得する。

研究成果の概要

機能発現の省エネルギー化と高速度化を目指し、非配線化の鍵となる物質中の共鳴的な励起輸送に注目した。ミクロにおける光異性化の連鎖とそのマクロへの階層的接続による自発的機能発現のため、光で色が変わるフォトクロミック結晶を基礎とする動的光伝達構造の作製と微視的計測手法を確立し、ナノ光異性化とナノ光電子輸送を統合する理論を構築した。また、光異性化とナノ電子特性の相関を発見し、非破壊の光異性化計測方法として応用した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電子デバイスの限界を光との融合により克服する社会的要請の中で、ナノ光記憶機構であるフォトクロミック微結晶を単位とする履歴を有する構造を自発的過程で形成し、励起から計測まで含めた機能として実現した点は重要な社会的意義を持つ。また、研究の中で、光異性化状態と局所電子特性の相関を発見し、さらにナノ光異性化とナノ光電子輸送を統合する理論を構築したことは、光電融合に向けた学術的にも応用上も重要な物理系を与えた。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 5件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件)

  • [国際共同研究] Univ. Grenoble Alpes/CNRS/Institut Neel(フランス)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Grenoble Alpes/CNRS/Institut Neel(フランス)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Grenoble Alpes/CNRS/Institut Neel(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] History-dependent nano-photoisomerization by optical near-field in photochromic single crystals2024

    • 著者名/発表者名
      Arakawa Yuji、Uchiyama Kazuharu、Uchida Kingo、Naruse Makoto、Hori Hirokazu
    • 雑誌名

      Communications Materials

      巻: 5 号: 1 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1038/s43246-024-00464-w

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mathematical modeling of morphological changes in photochromic crystals by catastrophe theory2023

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Suzui, Kazuharu Uchiyama, Kingo Uchida, Ryoichi Horisaki, Hirokazu Hori, and Makoto Naruse
    • 雑誌名

      JOURNAL OF APPLIED PHYSICS

      巻: 133 号: 5 ページ: 055110-055110

    • DOI

      10.1063/5.0119073

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 光の極限性能を生かすフォトニックコンピューティング2022

    • 著者名/発表者名
      成瀬 誠, 内田 淳史, 内山 和治, 赤羽 浩一
    • 雑誌名

      電子情報通信学会 基礎・境界ソサイエティ Fundamentals Review

      巻: 15 号: 4 ページ: 310-317

    • DOI

      10.1587/essfr.15.4_310

    • ISSN
      1882-0875
    • 年月日
      2022-04-01
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Double-probe atomic force microscopy for observing spatiotemporal dynamics in a photochromic thin film2022

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Suzui, Kazuharu Uchiyama, Keito Takase, Ryo Nakagomi, Luna Kono, Kingo Uchida, Nicolas Chauvet, Ryoichi Horisaki, Hirokazu Hori, and Makoto Naruse
    • 雑誌名

      APPLIED PHYSICS LETTERS

      巻: 120 号: 7 ページ: 071105-071105

    • DOI

      10.1063/5.0081113

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Scanning near-field optical spectroscopy and carrier transport based analysis in mesoscopic regions for two-dimensional semiconductors2022

    • 著者名/発表者名
      Anri Sakurai, Kohei Iwamoto, Yoshihiko Miwa, Hirokazu Hori, Akira Ishikawa, Kazuharu Uchiyama, Kiyoshi Kobayashi, Katsumi Kishino, and Masaru Sakai
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 10348-10348

    • DOI

      10.1038/s41598-022-13492-8

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Optical trapping of photochromic microcrystals by a dual fiber tweezers2022

    • 著者名/発表者名
      K. Uchiyama, J. Fick, S. Huant, K. Uchida, M. Naruse, and H. Hori
    • 雑誌名

      APPLIED PHYSICS LETTERS

      巻: 121 号: 11 ページ: 111103-111103

    • DOI

      10.1063/5.0101484

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Order recognition by Schubert polynomials generated by optical near-field statistics via nanometre-scale photochromism2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuharu Uchiyama, Sota Nakajima, Hirotsugu Suzui, Nicolas Chauvet, Hayato Saigo, Ryoichi Horisaki, Kingo Uchida, Makoto Naruse & Hirokazu Hori
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 19008-19008

    • DOI

      10.1038/s41598-022-21489-6

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] フォトクロミック結晶における光異性化による電子スペクトル変化2024

    • 著者名/発表者名
      堀江 龍斗、内山 和治、内田 欣吾、堀 裕和
    • 学会等名
      第71回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] フォトクロミック結晶における光異性化過程の走査トンネル分光計測2023

    • 著者名/発表者名
      堀江 龍斗、内山 和治、内田 欣吾、成瀬 誠、堀 裕和
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Nano-Photoisomerization by Optical Near-Field Excitations2023

    • 著者名/発表者名
      K. Uchiyama, K. Uchida, T. Fukaminato, S. Nakamura, M. Naruse, H. Hori
    • 学会等名
      10th International Symposium on Photochromism
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 上下ダブルファイバープローブ近接場光学顕微鏡を用いたフォトクロミック結晶におけるナノ光異性化経路の内部構造の観察2023

    • 著者名/発表者名
      荒川 侑司、内山 和治、橋本 祐希、内田 欣吾、深港 豪、中村 振一郎、成瀬 誠、堀 裕和
    • 学会等名
      第70回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Order Structure Recognition by Optical Near-Field Statistics via Photoisomerized Nano-Structures2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuharu Uchiyama, Ryo Nakagomi, Hirotsugu Suzui, Kingo Uchida, Makoto Naruse, and Hirokazu Hori
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Erasure and reformation of nano-photoisomerization pathways in photochromic single crystals2022

    • 著者名/発表者名
      Yuji Arakawa, Kazuharu Uchiyama, Yuki Hashimoto, Kingo Uchida, Hirotsugu Suzui, Makoto Naruse, and Hirokazu Hori
    • 学会等名
      The 13th Asia-Pacific Conference on Near-Field Optics (APNFO13)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Order Structure Recognition by Schubert Polynomials Generated by Optical Near-Field Statistics via Nanometer-Scale Photochromism2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuharu Uchiyama, Ryo Nakagomi, Hirotsugu Suzui, Kingo Uchida, Makoto Naruse, and Hirokazu Hori
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Near-Field Optics, Nanophotonics and Related Techniques
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of the history dependence of two nano-photoisomerization pathways in photochromic single crystals2022

    • 著者名/発表者名
      Yuji Arakawa, Kazuharu Uchiyama, Yuki Hashimoto, Kingo Uchida, Hirotsugu Suzui, Makoto Naruse, and Hirokazu Hori
    • 学会等名
      The 16th International Conference on Near-Field Optics, Nanophotonics and Related Techniques
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 2次元半導体のメゾスコピック領域における走査型近接場光分光とキャリア輸送に基づく解析2022

    • 著者名/発表者名
      櫻井 杏梨、岩本 亘平、三輪 嘉彦、石川 陽、堀 裕和、内山 和治、小林 潔、岸野 克巳、酒井 優
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] フォトクロミック単結晶におけるナノ光異性化経路の消去特性観測2022

    • 著者名/発表者名
      荒川 侑司、内山 和治、橋本 祐希、内田 欣吾、成瀬 誠、堀 裕和
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] フォトクロミック単結晶におけるナノ光異性化経路の履歴特性2022

    • 著者名/発表者名
      荒川 侑司、内山 和治、内田 欣吾、橋本 祐希、成瀬 誠、堀 裕和
    • 学会等名
      2022年第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] フォトクロミックジアリールエテン単結晶の走査トンネル分光2022

    • 著者名/発表者名
      若林 慧、内山 和治、内田 欣吾、成瀬 誠、堀 裕和
    • 学会等名
      2022年第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] History-dependent nano-photoisomerization by optical near-field in photochromic single crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Yuji Arakawa, Kazuharu Uchiyama, Yuki Hashimoto, Kingo Uchida, Hirotsugu Suzui, Makoto Naruse, and Hirokazu Hori
    • 学会等名
      The International Symposium on Physics and Applications of Laser Dynamics 2019
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Continuous observation of boundary formation on photochromic materials observed by double-probe AFM2021

    • 著者名/発表者名
      Hirotsugu Suzui, Kazuharu Uchiyama, Kingo Uchida, Nicolas Chauvet, Andre Rohm, Ryoichi Horisaki, Hirokazu Hori and Makoto Naruse
    • 学会等名
      The International Symposium on Physics and Applications of Laser Dynamics 2019
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フォトクロミック単結晶におけるナノ光異性化経路形成観測2021

    • 著者名/発表者名
      荒川 侑司、内山 和治、橋本 祐希、内田 欣吾、成瀬 誠、堀 裕和
    • 学会等名
      2021年第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ダブルプローブAFMによるフォトクロミック単結晶薄膜境界の連続計測2021

    • 著者名/発表者名
      鈴井 洸胤、内山 和治、内田 欣吾、ニコラ ショヴェ、堀﨑 遼一、堀 裕和、成瀬 誠
    • 学会等名
      2021年第82回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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