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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より、光子の量子性を利用する新たな光デバイスがもたらす技術革新も現実味を帯びてきました。当研究チームでは、光を量子単位で扱う機能やナノ物質の量子物性を活用する機能を備えた新しい光エレクトロニクス技術の創出を目指しています。トップダウンの微細加工技術とボトムアップの精密合成技術を融合させ、室温かつ通信波長帯で動作する単一光子制御デバイスや光による量子情報処理を可能にする集積フォトニクスの開発に挑んでいます。

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. D. Yamashita, N. Fang, S. Fujii, Y. K. Kato:
"Hybrid silicon all-optical switching devices integrated with 2D material"
Adv. Opt. Mater. 13, 2402531 (2025).
2. D. Kozawa, S. Fujii, Y. K. Kato:
"Intrinsic process for upconversion photoluminescence via K-momentum-phonon coupling in carbon nanotubes"
Phys. Rev. B 110, 155418 (2024). [Editors' Suggestion]
3. C. F. Fong, D. Yamashita, N. Fang, S. Fujii, Y.-R. Chang, T. Taniguchi, K. Watanabe, Y. K. Kato:
"Self-aligned hybrid nanocavities using atomically thin materials"
ACS Photonics 11, 2247 (2024).
4. 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).
5. 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).
6. 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).
7. 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).
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).