相変化マスクを用いた近赤外半導体ナノイメージング分光法と量子状態制御法の開発

• 研究課題/領域番号: 23360141
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 斎木 敏治 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70261196)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2013年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2012年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2011年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
• キーワード: 量子ドット / 相変化材料 / 近接場光学 / 応力光学 / 近赤外分光 / ナノ分光

研究概要

光通信デバイス・材料の高分解能顕微分光法として、相変化マスクを用いたナノイメージング分光法の提案と実証を行った。相変化材料（GeSbTe）が有するアモルファス相・結晶相間の高い光学コントラストと近赤外域での高い透過率を最大限に活用し、100～200nmの空間分解能と波長1500nm近傍での定損失な信号集光を実現した。また、GeSbTeのアモルファス化は大きな体積変化をともない、量子ドットへの応力印加源としても利用できることを実証した。応力印加位置や印加量の適切な制御により、量子ドットのエネルギー準位を精密に調整可能であることを示し、シミュレーションとも良く一致していることを確認した。

研究成果

• [雑誌論文] Redshifted and blueshifted photoluminescence emission of InAs/InP quantum dots upon amorphization of phase change material (2014)
  • 著者名/発表者名: Nurrul Syafawati Binti Humam, Y. Sato, M. Takahashi, S. Kanazawa, N. Tsumori, P. Regreny, M. Gendry, and T. Saiki
  • 雑誌名: Opt. Expr 巻: 22 号: 12 ページ: 14830-14839
  • DOI: 10.1364/oe.22.014830
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Near-infrared nano-spectroscopy and emission energy control of semiconductor quantum dots using a phase-change material (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Tsumori, M. Takahashi, Nurrul Syafawati Humam, P. Regreny, M. Gendry, and T. Saiki
  • 雑誌名: J. Phys. : Conf. Series 巻: 471 ページ: 012007-012007
  • DOI: 10.1088/1742-6596/471/1/012007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local control of emission energy of semiconductor quantum dots using volume expansion of a phase-change material (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi, Nurrul Syafawati Humam, N. Tsumori, T. Saiki, P. Regreny, and M. Gendry
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 102 号: 9
  • DOI: 10.1063/1.4795291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dependence of Switching Characteristics of GeTe/Sb2Te3 Superlattice Phase Change Materials on Electric Pulse Width and Optical Polarization Direction (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shintani and T. Saiki
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6 号: 11 ページ: 111401-111401
  • DOI: 10.7567/apex.6.111401
  • NAID: 210000136850
  • 査読あり
• [雑誌論文] Switching of localized surface plasmon resonance of gold nanoparticles on a GeSbTe film mediated by nanoscale phase change and modification of surface morphology (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hira, T. Homma, T. Uchiyama, K. Kuwamura, and T. Saiki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 103 号: 24
  • DOI: 10.1063/1.4841975
  • 査読あり
• [雑誌論文] Near-Infrared Nano-Imaging Spectroscopy of Semiconductor Quantum Dots Using a Phase Change Mask Layer (2012)
  • 著者名/発表者名: N.Tsumori
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 号: 6
  • DOI: 10.1063/1.3683537
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lateral Variation of Interface Disorder in the Wetting Layer on the Formation of InAs/InP Quantum Dots Visualized by Near-Field Imaging Spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Tojinbara et al.
  • 雑誌名: JOURNAL OF NANOPHOTONICS 巻: 6 号: 1 ページ: 063521-063521
  • DOI: 10.1117/1.jnp.6.063521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental study of near-field light collection efficiency of aperture fiber probe at near-infrared wavelengths (2011)
  • 著者名/発表者名: N.Tsumori, M.Takahashi, T.Saiki, Y.Sakuma
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 50 号: 29 ページ: 5710-5713
  • DOI: 10.1364/ao.50.005710
  • 査読あり
• [学会発表] ドーナツ状結晶化を併用したサブ回折限界アモルファス領域の形成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 金澤翔平, 津守伸宏, ヌルーシャファワティビンティフマム, 佐藤悠, 斎木敏治
  • 学会等名: 第14回 レーザー学会東京支部研究会
  • 発表場所: 東海大学高輪キャンパス（東京）
• [学会発表] アモルファス/結晶周期構造形成の解明に向けたGeTeにおける結晶化過程の観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 森本悠介, 勝又洋介, 森田貴紀, 新谷俊通, 斎木敏治
  • 学会等名: 第14回 レーザー学会東京支部研究会
  • 発表場所: 東海大学高輪キャンパス（東京）
• [学会発表] 相変化材料による金ナノロッドプラズモン共鳴スイッチングの近赤外分光計測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木原雄也, 平敬, 内山貴之, 鍬村健太, 矢渡将, 新谷俊通, 斎木敏治
  • 学会等名: 第14回 レーザー学会東京支部研究会
  • 発表場所: 東海大学高輪キャンパス（東京）
• [学会発表] 相変化材料と相互作用するプラズモン粒子系へのセルオートマトン機能の実装 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢渡将, 内山貴之, 鍬村健太, 木原雄也, 平敬, 斎木敏治
  • 学会等名: 第14回 レーザー学会東京支部研究会
  • 発表場所: 東海大学高輪キャンパス（東京）
• [学会発表] Active nanophotonics using phase change materials and its possible applications to brain-inspired optical memory (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Saiki
  • 学会等名: UK-Japan Workshop on Photonics and Metamaterials Research
  • 発表場所: 英国大使館（東京）
  • 招待講演
• [学会発表] Improvement of Spatial Resolution of Nano Spectroscopy Imaging using Phase-Change Mask (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato and T. Saiki
  • 学会等名: 25th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS 2013)
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2013-11-28
• [学会発表] Redshifted and Blueshifted Photoluminescence Spectra of InAs/InP Quantum Dots upon Amorphization of Phase Change Material (2013)
  • 著者名/発表者名: Nurrul Syafawati Binti Humam and T. Saiki
  • 学会等名: 25th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS 2013)
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2013-11-28
• [学会発表] Spectroscopy and Emission Energy Control of Individual InAs Quantum Dots Using a Phase Change Optical Mask (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Tsumori and T. Saiki
  • 学会等名: Collaborative Conference on 3D & Materials Research (CC3DMR 2013)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2013-06-25
• [学会発表] Visualization of local perturbation in GaAs quantum dot systems by near-field optical wavefunction mapping (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Saiki
  • 学会等名: 18th Microscopy of Semiconducting Materials Meeting (MSMXVIII)
  • 発表場所: Oxford, England
  • 年月日: 2013-04-10
• [学会発表] Visualization of local perturbation in GaAs quantum dot systems by near‐field optical wavefunction mapping (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Saiki
  • 学会等名: 18th Microscopy of Semiconducting Materials Meeting (MSMXVIII)
  • 発表場所: オックスフォード（イギリス）
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrafast nanoscale optical processes in chalcogenide phase change materials and their application to brain-inspired memory devices (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Saiki
  • 学会等名: Fundamentals of Laser Assisted Micro– and Nanotechnologies (FLAMN-13)
  • 発表場所: サンクトペテルブルク（ロシア）
  • 招待講演
• [学会発表] Spectroscopy and Emission Energy Control of Individual InAs Quantum Dots Using a Phase Change Optical Mask (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Tsumori, M. Takahashi, Nurrul Syafawati Humam, Y. Satoh, and T. Saiki
  • 学会等名: Collaborative Conference on 3D & Materials Research (CC3DMR 2013)
  • 発表場所: チェジュ（韓国）
  • 招待講演
• [学会発表] Active nanophotonics using phase change materials and its possible applications to neuron-inspired devices (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Saiki
  • 学会等名: The 9th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics (APNFO2013)
  • 発表場所: シンガポール（シンガポール）
  • 招待講演
• [学会発表] フェムト秒・ナノスケール相変化がもたらす時空間相関と記憶機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 斎木敏治
  • 学会等名: ナノフォトニクスシンポジウム・ナノフォトニクスにおける複雑性・多様性と機能
  • 発表場所: 慶應義塾大学(横浜)
• [学会発表] Nanophotonic Switching with Chalcogenide Phase Change Materials and its Application to Brain-Inspired Optical Memory (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Saiki
  • 学会等名: International Symposium on Optical Memory (ISOM2013)
  • 発表場所: インチョン（韓国）
  • 招待講演
• [学会発表] Electric and Optical Studies on Non-thermal Recording Mechanism of GeTe/Sb2Te3 Superlattice Phase Change Material (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Shintani and T. Saiki
  • 学会等名: 12th European/Phase Change and Ovonics Symposium (E/PCOS2013)
  • 発表場所: ベルリン（ドイツ）
• [学会発表] Self-organization of a fringe pattern between amorphous and crystalline phases in GeTe induced by femtosecond laser pulse amorphization (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Katsumata, T. Morita, and T. Saiki
  • 学会等名: 12th European/Phase Change and Ovonics Symposium (E/PCOS2013)
  • 発表場所: ベルリン（ドイツ）
• [学会発表] GeTeにおけるフェムト秒パルス照射による結晶相/アモルファス相周期構造の形成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森田貴紀, 勝又洋介, 北村成章, 森本悠介, 斎木敏治
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス(京都)
• [学会発表] ナノフォトニクスの複雑性に潜む機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 斎木敏治
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス(京都)
• [学会発表] 相変化マスク顕微分光の高空間分解能化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤悠, 津守伸宏,ヌルーシャファワティビンティフマム, 金澤翔平, 斎木敏治
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス(京都)
• [学会発表] 金ナノロッドを用いたナノ領域相変化および検出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平敬, 本間貴士, 内山貴之, 斎木敏治
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス(京都)
• [学会発表] Two-Dimensional Finite Element Modeling for Stress Analysis of Emission Energy Control of Quantum Dots using Phase Change Material (2013)
  • 著者名/発表者名: ヌルーシャファワティビンティフマム, 佐藤悠, 津守伸宏, 斎木敏治
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス(京都)
• [学会発表] 相変化光学マスクを用いたInAs量子ドットの局所的な発光エネルギー制御および発光分光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 津守伸宏, 高橋 基紀, ヌルーシャファワティビンティフマム, 佐藤悠, 斎木敏治
  • 学会等名: 日本光学会年次学術講演会（OPJ2013）
  • 発表場所: 奈良県新公会堂（奈良）
• [学会発表] Improvement of Spatial Resolution of Nano Spectroscopy Imaging using Phase-Change Mask (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, N. Tsumori, Nurrul Syafawari Binti Humam, S. Kanazawa, and T. Saiki
  • 学会等名: 25th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS 2013)
  • 発表場所: ホテル瑞鳳（仙台）
• [学会発表] Redshifted and Blueshifted Photoluminescence Spectra of InAs/InP Quantum Dots upon Amorphization of Phase Change Material (2013)
  • 著者名/発表者名: Nurrul Syafawati Binti Humam, Y. Sato, N. Tsumori, T. Saiki
  • 学会等名: 25th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS 2013)
  • 発表場所: ホテル瑞鳳（仙台）
• [学会発表] Formation of a crystalline and amorphous periodic structure by femtosecond pulse excitation of GeTe (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Morita, Y. Katsumata, Y. Morimoto, and T. Saiki
  • 学会等名: 25th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS 2013)
  • 発表場所: ホテル瑞鳳（仙台）
• [学会発表] High contrast optical switching of localized surface plasmon resonance in a single gold nanosandwich using a GeSbTe film (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Kuwamura, T. Hira, T. Uchiyama, Y. Kihara, and T. Saiki
  • 学会等名: 25th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS 2013)
  • 発表場所: ホテル瑞鳳（仙台）
• [学会発表] 相変化材料を用いたアクティブ・ナノフォトニクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 斎木敏治
  • 学会等名: 日本学術振興会アモルファス･ナノ材料第１４７委員会第１１９回研究会
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] 近接場ファイバプローブを用いた相変化マスク顕微分光の高分解能化 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐藤悠
  • 学会等名: 第13回レーザー学会東京支部研究会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Spatially inhomogeneous stress impression on semiconductor quantum dots using volume expansion of phase change material (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi and T. Saiki
  • 学会等名: The 22th Symposium on Phase Change Optical Information Storage
  • 発表場所: Atami, Japan
  • 年月日: 2012-11-29
• [学会発表] Active nanophotonics with chalcogenide phase-change materials (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Saiki
  • 学会等名: The 2nd Sweden-Japan Workshop on Nanophotonics and Related Technologies
  • 発表場所: Kista, Sweden
  • 年月日: 2012-06-18
• [学会発表] Possibility of Emission Energy Control of Individual Quantum Dots using Volume Expansion of Phase Change Material (2012)
  • 著者名/発表者名: Nurrul Syafawati Binti Humam
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 松山
• [学会発表] Spatially inhomogeneous stress impression on semiconductor quantum dots using volume expansion of phase change material (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi
  • 学会等名: The 22th Symposium on Phase Change Optical Information Storage
  • 発表場所: Atami
• [学会発表] Near-Infrared Nano-Imaging Spectroscopy of Semiconductor Quantum Dots using a Phase Change Mask Layer (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Tsumori and T. Saiki
  • 学会等名: Conference on Lasers and Electro-Optics 2011
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 年月日: 2011-05-03
• [備考]
  • URL: http://www.saiki.elec.keio.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.saiki.elec.keio.ac.jp/