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光量子工学研究センター量子オプトエレクトロニクス研究チーム

チームディレクター加藤雄一郎（Ph.D.）

English Page

研究概要

電子と光子の相互作用を巧みに利用するオプトエレクトロニクス技術は、太陽電池や発光ダイオードなど、私たちの社会で広く使われており、今も進歩が続いています。微小デバイス作製技術の発展に伴い、単一電子や単一光子による光電変換がもたらす技術革新も少しずつ現実味を帯びてきているのです。量子オプトエレクトロニクス研究チームでは、微細加工技術を駆使してナノ材料を組み込み、電子や光子の量子性を利用することで、従来の光デバイスとは異なる新しい機能を発現する素子の開発に挑んでいます。電子と光子の相互作用を量子力学的なレベルで制御し、電子スピンや光子統計を活用することで、光量子センサーや量子光源などの光量子デバイスの実現を目指しています。

研究主分野

総合理工

研究関連分野

数物系科学
化学
工学
光工学・光量子科学
ナノ構造物理

キーワード

光エレクトロニクス
量子デバイス
ナノデバイス
カーボンナノチューブ
フォトニック結晶

主要論文

「*」は、理研外のみでの成果です。

1. N. Fang, Y. R. Chang, S. Fujii, D. Yamashita, M. Maruyama, Y. Gao, C. F. Fong, D. Kozawa, K. Otsuka, K. Nagashio, S. Okada, Y. K. Kato:
"Room-temperature quantum emission from interface excitons in mixed-dimensional heterostructures"
Nature Commun. 15, 2871 (2024).
2. S. Fujii, N. Fang, D. Yamashita, D. Kozawa, C. F. Fong, Y. K. Kato:
"van der Waals decoration of ultra-high-Q silica microcavities for χ(2)-χ(3) hybrid nonlinear photonics"
Nano Lett. 24, 4209 (2024).
3. N. Fang, Y. R. Chang, D. Yamashita, S. Fujii, M. Maruyama, Y. Gao, C. F. Fong, K. Otsuka, K. Nagashio, S. Okada, Y. K. Kato:
"Resonant exciton transfer in mixed-dimensional heterostructures for overcoming dimensional restrictions in optical processes"
Nature Commun. 14, 8152 (2023).
4. N. Fang, D. Yamashita, S. Fujii, K. Otsuka, T. Taniguchi, K. Watanabe, K. Nagashio, Y. K. Kato:
"Quantization of mode shifts in nanocavities integrated with atomically thin sheets"
Adv. Opt. Mater. 10, 2200538 (2022).
5. D. Kozawa, X. Wu, A. Ishii, J. Fortner, K. Otsuka, R. Xiang, T. Inoue, S. Maruyama, Y. Wang, Y. K. Kato:
"Formation of organic color centers in air-suspended carbon nanotubes using vapor-phase reaction"
Nature Commun. 13, 2814 (2022).
6. H. Machiya, D. Yamashita, A. Ishii, Y. K. Kato:
"Evidence for near-unity radiative quantum efficiency of bright excitons in carbon nanotubes from the Purcell effect"
Phys. Rev. Research 4, L022011 (2022).
7. Z. Li, K. Otsuka, D. Yamashita, D. Kozawa, Y. K. Kato:
"Quantum emission assisted by energy landscape modification in pentacene-decorated carbon nanotubes"
ACS Photonics 8, 2367 (2021).
8. K. Otsuka, N. Fang, D. Yamashita, T. Taniguchi, K. Watanabe, Y. K. Kato:
"Deterministic transfer of optical-quality carbon nanotubes for atomically defined technology"
Nature Commun. 12, 3138 (2021).
9. A. Ishii, H. Machiya, Y. K. Kato:
"High efficiency dark-to-bright exciton conversion in carbon nanotubes"
Phys. Rev. X 9, 041048 (2019).
10. *Y. K. Kato, R. C. Myers, A. C. Gossard, D. D. Awschalom:
"Observation of the spin Hall effect in semiconductors"
Science 306, 1910 (2004).