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2021 年度 実績報告書

光マネジメント科学の学理構築:包括的理解に基づく材料とナノ構造の最適化

研究課題

研究課題/領域番号 19H02434
研究機関京都大学

研究代表者

村井 俊介  京都大学, 工学研究科, 助教 (20378805)

研究分担者 冨田 恒之  東海大学, 理学部, 准教授 (00419235)
篠崎 健二  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (10723489)
中西 貴之  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (30609855)
徳留 靖明  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50613296)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード光源技術 / セラミックス / 光マネジメント / メタ表面 / ナノアンテナ / ナノアンテナシール / 磁気光学
研究実績の概要

昨年度の研究を受け、今年度は以下の研究を行った..得られた成果を13報の原著論文と15報の学会発表として報告した.
A:ナノシリンダーアレイの基礎特性:実験とシミュレーションを組み合わせ,基礎特性に関する学理確立を目指した.A-1:2021年度は誘電体アレイナノアンテナの開発に注力し、金属ナノアンテナに比べ高い光閉じ込め効率と、蛍光体と組み合わせたときの高い発光指向性の付与に成功した。A-2:アップコンバージョン発光のアレイによる変調・増強:アップコンバージョン蛍光を示す希土類含有ナノ粒子を合成し,アレイ上に塗布しアップコンバージョン蛍光を測定した.特に水の透明領域に当たる波長800nm付近の光を使うアップコンバージョン系とアレイの組み合わせによる蛍光増強をはじめて報告した。A-3:光磁気光学(ファラデー効果・カー効果)のアレイによる変調・増強:光磁気効果の表面プラズモンによる増強に最適な構造を作製し、大幅な増強を達成しました。特にナノアンテナシールと磁性体薄膜の組み合わせで大幅なカー回転の増大が得られた。得られた成果を特許申請しました。
Bナノシリンダーアレイの作製技術の確立:モールドの作製,ナノインプリントとリフトオフの各プロセスの最適化を図り,作製技術を改善した。C周辺技術の開拓: C-1:ナノシリンダーアレイの熱処理技術の確立:金属および誘電体ナノシリンダーアレイを実用に供するに当たって,熱処理による改質をおこなった.C-2:ナノアンテナ転写技術の開発:2020年度に開発したアルミニウムに続き、2021年度は銀と誘電体(シリコンおよびTiO2)ナノアンテナをフレキシブルな基板に転写する手法を開発した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2022 2021 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 5件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件) 備考 (1件) 産業財産権 (3件) (うち外国 1件)

  • [国際共同研究] アイントホーフェン工科大学(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      アイントホーフェン工科大学
  • [雑誌論文] Electric tuning and switching of the resonant response of nanoparticle arrays with liquid crystals2022

    • 著者名/発表者名
      van Heijst Erik A. P.、ter Huurne Stan E. T.、Sol Jeroen A. H. P.、Castellanos Gabriel W.、Ramezani Mohammad、Murai Shunsuke、Debije Michael G.、G?mez Rivas Jaime
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 131 ページ: 083101~083101

    • DOI

      10.1063/5.0079016

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fabrication of Flexible Sticker of Si Metasurfaces by a Transfer Process2022

    • 著者名/発表者名
      MURAI Shunsuke、INOUE Yuto、TANAKA Katsuhisa
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy

      巻: 69 ページ: 87~90

    • DOI

      10.2497/jjspm.69.87

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improving Metasurface Performance by Nano Metallurgy Process2022

    • 著者名/発表者名
      MURAI Shunsuke、TANAKA Katsuhisa
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy

      巻: 69 ページ: 63~67

    • DOI

      10.2497/jjspm.69.63

    • 査読あり
  • [雑誌論文] ナノアンテナシールによる発光制御-貼るだけでもっと明るく2022

    • 著者名/発表者名
      村井俊介
    • 雑誌名

      レーザ加工学会誌

      巻: 29 ページ: 40-42

  • [雑誌論文] 貼るだけで灯りを明るくするナノアンテナシール2022

    • 著者名/発表者名
      村井俊介
    • 雑誌名

      JETI

      巻: 69 ページ: 85~86

  • [雑誌論文] Microstructure and Faraday effect of Tb2O3‐Al2O3‐SiO2‐B2O3 glasses for fiber‐based magneto‐optical applications2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yeming、Murai Shunsuke、Maeno Ayaka、Kaji Hironori、Shimizu Masahiro、Shimotsuma Yasuhiko、Ma Zhijun、Qiu Jianrong、Tanaka Katsuhisa
    • 雑誌名

      Journal of the American Ceramic Society

      巻: 105 ページ: 1198~1209

    • DOI

      10.1111/jace.18163

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Tunable Faraday rotation of ferromagnet thin film in whole visible region coupled with aluminum plasmonic arrays2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Feifei、Atsumi Taisuke、Xu Xiaolun、Murai Shunsuke、Tanaka Katsuhisa
    • 雑誌名

      Nanophotonics

      巻: 11 ページ: 275~288

    • DOI

      10.1515/nanoph-2021-0327

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Loss Control with Annealing and Lattice Kerker Effect in Silicon Metasurfaces2021

    • 著者名/発表者名
      Liu Libei、Zhang Feifei、Murai Shunsuke、Tanaka Katsuhisa
    • 雑誌名

      Advanced Photonics Research

      巻: 3 ページ: 2100235~2100235

    • DOI

      10.1002/adpr.202100235

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photoluminescence from an emitter layer sandwiched between the stack of metasurfaces2021

    • 著者名/発表者名
      Murai Shunsuke、Agata Kenichi、Tanaka Katsuhisa
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 129 ページ: 183101~183101

    • DOI

      10.1063/5.0047352

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evidence of the retardation effect on the plasmonic resonances of aluminum nanodisks in the symmetric/asymmetric environment2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Feifei、Martin Jerome、Murai Shunsuke、Adam Pierre-Michel、Plain Jerome、Tanaka Katsuhisa
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 ページ: 14799~14799

    • DOI

      10.1364/OE.425136

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Oxidation pathway to the titanium dioxide metasurface for harnessing photoluminescence2021

    • 著者名/発表者名
      Murai Shunsuke、Zhang Feifei、Aichi Koki、Tanaka Katsuhisa
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 129 ページ: 163101~163101

    • DOI

      10.1063/5.0046637

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Up-conversion Luminescence Enhanced by the Plasmonic Lattice Resonating at the Transparent Window of Water2021

    • 著者名/発表者名
      Gao Yuan、Murai Shunsuke、Shinozaki Kenji、Tanaka Katsuhisa
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 4 ページ: 2999~3007

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c01826

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evolutionary optimization of light-matter coupling in open plasmonic cavities2021

    • 著者名/発表者名
      Bai Ping、ter Huurne Stan、van Heijst Erik、Murai Shunsuke、G?mez Rivas Jaime
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 154 ページ: 134110~134110

    • DOI

      10.1063/5.0042056

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] ZrO2ナノ粒子アレイにおける電気および磁気表面格格子共鳴を利用した発光増強2022

    • 著者名/発表者名
      〇(D)東野 真, 村井 俊介,田中 勝久
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 銀ナノアンテナシールの開発と発光制御2022

    • 著者名/発表者名
      〇(M1)羅天昜, 村井 俊介, 田中 勝久
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Loss reduction via annealing and lattice Kerker effect in silicon metasurfaces2021

    • 著者名/発表者名
      L. Liu*; F. Zhang; S. Murai; K. Tanaka
    • 学会等名
      14th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 14) including Glass & Optical Materials Division 2021 Annual Meeting (GOMD 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Plasmonic Enhancement of Luminescence from Er3+/Yb3+/Nd3+ Co-doped Upconversion Nanoparticles by Aluminum Lattice Mode2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Gao*; S. Murai; K. Shinozaki; K. Tanaka
    • 学会等名
      14th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 14) including Glass & Optical Materials Division 2021 Annual Meeting (GOMD 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] Combining sol-gel-derived thin films with metasurfaces to tailor the optical functionalities2021

    • 著者名/発表者名
      S. Murai
    • 学会等名
      14th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PACRIM 14) including Glass & Optical Materials Division 2021 Annual Meeting (GOMD 2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Loss control via annealing and directional scattering in silicon metasurfaces2021

    • 著者名/発表者名
      L. LIU,F. Zhang,S. Murai,K. Tanaka
    • 学会等名
      8.第62回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
  • [学会発表] チタニアメタ表面の作製と蛍光制御への応用,2021

    • 著者名/発表者名
      愛知 広樹, 村井 俊介, 田中 勝久
    • 学会等名
      10.2021 年度第 3 回半導体エレクトロニクス部門委員会第 2 回研究会 2021 年度第 2 回ナノ材料部門委員会第 1 回研究会
  • [学会発表] 転写プロセスによるナノアンテナシールの開発2021

    • 著者名/発表者名
      井上 雄斗
    • 学会等名
      日本セラミックス協会関西支部若手フォーラム
  • [学会発表] プラズモニックナノ粒子アレイの熱改質2021

    • 著者名/発表者名
      東野 真
    • 学会等名
      日本セラミックス協会関西支部若手フォーラム
  • [学会発表] Metasurface Phosphors for Lighting2021

    • 著者名/発表者名
      SHUNSUKE MURAI
    • 学会等名
      WPI-MANA Virtual City Workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tailoring photoluminescence with metasurfaces2021

    • 著者名/発表者名
      SHUNSUKE MURAI
    • 学会等名
      82回応用物理学会
    • 国際学会
  • [学会発表] Tiの酸化を経由したTiO2メタサーフェスの作製と発光制御への応用2021

    • 著者名/発表者名
      ○愛知広樹・村井俊介・田中勝久
    • 学会等名
      日本セラミックス協会関西支部 第15回学術講演会
  • [学会発表] 転写プロセスによるナノアンテナシールの開発2021

    • 著者名/発表者名
      井上雄斗、村井俊介、田中勝久
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 2021年度春季大会第127回講演大会
  • [学会発表] Plasmonic Enhancement of Luminescence from Er3+/Yb3+ co-doped Upconversion Nanoparticles by Aluminum Lattice Mode2021

    • 著者名/発表者名
      Yuan Gao, Shunsuke Murai, Kenji Shinozaki (AIST), Satoshi, Ishii (NIMS), Katsuhisa Tanaka
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 2021年度春季大会第127回講演大会
  • [学会発表] 協会賞受賞記念講演(研究功績賞)金属酸化物および金属単体のナノ構造制御による磁気特性と光機能の創出2021

    • 著者名/発表者名
      田中 勝久
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 2021年度春季大会第127回講演大会
    • 国際学会
  • [備考] ASSISTANT PROF. SHUNSUKE MURAI

    • URL

      http://dipole7.kuic.kyoto-u.ac.jp/?page_id=167

  • [産業財産権] 磁気光学デバイス2021

    • 発明者名
      町田賢司、東田諒、船橋信彦、青島賢一、村井俊介、田中勝久
    • 権利者名
      国立大学法人京都大学、NHK放送技術研究所
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2021-172600
  • [産業財産権] Wavelength Conversion Device and Light Source Device2021

    • 発明者名
      S. Murai、Y. Yokobayashi et al
    • 権利者名
      国立大学法人京都大学、スタンレー電気株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      US 10907773 B2
    • 外国
  • [産業財産権] 照明装置2019

    • 発明者名
      村井俊介、横林裕介、倉本大、高島啓次郎、久保将策
    • 権利者名
      国立大学法人京都大学、スタンレー電気株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特許第6918304号

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公開日: 2022-12-28  

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