01

表紙モチーフについて

Advisory Board

半 導 体マイクロ・ナノメカニカル 素 子

外部の著名研究者に研究成果ならびに研究計画を客観的に評価していただき、今後の研究マネジメントに反映させるために「アドバイザリ

カンチレバーや 両 持ち 梁と呼 ばれるメ
カニカル 共 振 器 構 造 は 、ミクロンあるボード」を設置しています。隔年で開催されているこのボードミーティン

いはナノスケール に 微 細 化 することにグで頂いた提案や助言は、研究マネジメントや実際の研究に反映されより、極 めて 小さな力 に 応 答 する性 質ています。また、若手研究者とボードメンバの意見交換の場も設けていを持ちます 。また 、このような 微 小メカます。第10 回ボードミーティングは、2019 年1月に開催されます。

ニカル 構 造は、その 弾 性 的な変 形 により大きな 歪を発 生させることが できる
ため 、材 料 の 物 性を局 所 的 に 操 作 するツールとして用 いることも可 能です 。
我 々は半 導 体 ヘテロ構 造とメカニカル
共 振 器を融 合させることにより、このよ
うな 特 徴を活 かした 全く新しい 機 能を有する半 導 体 デバイスの 実 現を目指しています 。

N T T- B R L S e m i n a r
国内外より講 師の方をお招きし、研 究 所内の会 議 室にて小 規 模セミ
ナーを開 催しています。本 年も30 名の先 生 方にお越し頂きました。
最新の研究内容や実験データを共有頂き、議論を交わす機会を得ることが出来ました。

ごあ いさつ日頃より、私どもN T T 物 性 科 学 基 礎 研 究 所の研 究 活 動に多 大なご支援・ご関心をお寄せ頂きまして、誠にありがとうございます。
N T T 物 性 科 学 基 礎 研 究 所では、1 0 ～ 2 0 年 後を見 据え、速 度・容量・サイズ・エネルギーなどの点で、従 来のネットワーク技 術の壁を超えるような新 原 理・新 概 念を創 出することを目的として基 礎 研 究を行っています。そして、この 新 原 理・新 概 念を創 出する過 程で見出した有 望な技 術を新しい産 業の種とすることにより、中 長 期 的なN T T 事 業への貢 献を果たしています。これらのミッションを達 成す
るため、物 理・化 学・生 物・数 学・電 気 電 子・情 報・医 学などを専 門とする幅 広い分 野の研 究 者が 、機 能 物 質 科 学 、量 子 電 子 物 性 、量子光物性に関する研究分野で日々研究に取り組んでいます。
研 究を進 める上では 、N T T 内での 研 究 協 力はもちろんのこと、世界 各 国の大 学や研 究 機 関とも幅 広く共 同 研 究を行い、「 世 界に開かれた研 究 所 」としての役 割を果たしています。また、「 I S N T T 」な

02

N T T- B R L S c h o o l
N T T 物 性 科 学 基 礎 研 究 所を広く知っていただくとともに、若 手 研 究者が大きく育つ機 会を提 供するため、主に博 士 課 程の学 生を対 象とした「 N T T - B R Lスクール」を開 催しております。2017 年には“T h ep r i n c i p l e s o f s o l i d s t a t e q u a n t u m c o m p u t a t i o n”
をテーマに、根 本 香 絵 教 授 ( 国 立 情 報 学 研 究 所)、中 村 泰 信 教 授 ( 東 京大 学)、武 居 弘 樹 上 席 特 別 研 究員による一 連の講 義を実 施いたしま
した。スクール生は講 義、ラボツアーに参 加するだけでなく、同 時 開 催されたI S N T Tでの研究発表も行いました。

ISNTTInternational School and Symposium on Nanoscale Transport and phoTonics

ナノ構 造における電 子・光 物 性 の 研 究と応 用に関する国 際シンポジウム「 I S N T T 」を隔 年で開 催しています。2017 年 にはS e r g e
H a r o c h e 教授 ( L a b o r a t o i r e K a s t l e r B r o s s e l , C o l l e g e
de France)による特 別 基 調 講 演、18 件 の 招 待 講 演を含め、142 件の口 頭・ポスター発 表が行われ、関 連する分 野における最 新の研究成果について議論を行いました。

どの国 際 会 議や「サイエンスプラザ 」を当厚 木 R & Dセンタで開 催することにより、積 極 的な情 報 発 信を行うとともに、皆さまのご意 見やご批 判を頂けるように努めております。さらに、世 界の若 手 研 究 者
を対 象にした「 N T T - B R Lスクール」を開 催することにより、若 手 研
究 者が 大きく育つ機 会を創出するとともに、世 界 中から集まる参 加
者とN TT研究者との間の緊密な交流を促しています。
これらの活 動を通じまして、N T T 事 業のみならず、学 術 的な貢 献も果たしてゆく所 存でございますので、今 後とも一 層 のご指 導・ご鞭撻を賜りますようお願い申し上げます。

NTT物性科学基礎研究所

所 長

03

組織図
Organization

NTT物性科学基礎研究所

所長

企画担当

部長

寒川哲臣

機能物質科学研究部

後藤秀樹

部長

山本秀樹

P5

藤原

聡

P7

部長

後藤秀樹

P9

● ナノデバイス研究グループ● 量子光制御研究グループ● 低次元構造研究グループ● ナノメカニクス研究グループ● 理論量子物理研究グループ● 分子生体機能研究グループ● 超伝導量子回路研究グループ● 量子光デバイス研究グループ● 量子固体物性研究グループ●フォトニックナノ構造研究グループ

2018 年12月31日付●リサーチアソシエイト・リサーチスペシャリスト… 1 2 名●共 同 研 究 協力者 … 1 0 名●海 外 研 修 生 累 計 … 1 5 名

部長

量子光物性研究部● 薄膜材料研究グループ

NTT 物性科学基礎研究所 現在員数
●研 究員… 9 8 名

量子電子物性研究部●一 般 実 習 生 累 計 … 3 3 名

04
2018 年12月31日付

第9 回アドバイザリボードミーティング（2017 年1月30日）にて

アド バイザリボード
Advisor y Board
University of California, Berkeley, U.S.A.

Prof. John Clarke
ナノフォトニクスセンタ

センタ 長

納富雅也

理 論 量 子 物 理 研 究センタ

センタ 長William John Munro

Harvard University, U.S.A.

Prof. Evelyn Hu

University of Gothenburg, Sweden

Prof. Mats Jonson

Imperial College London, U.K.

Prof. Sir Peter Knight

University of Illinois at Urbana-Champaign, U.S.A.

Prof. Anthony J. Leggett

The University of Texas at Austin, U.S.A.

Prof. Allan H. MacDonald

Forschungszentrum Jülich, Germany

Prof. Andreas Offenhäusser
The University of Queensland, Australia

Prof. Halina Rubinsztein-Dunlop
Max Planck Institute for Solid State Research, Germany

Prof. Klaus von Klitzing
P11

P11

リサーチプロフェッサ
Research Professors
関西学院大学 教授

日比 野 浩 樹
国立循環器病研究センター 名誉病院長
公益財団法人日本心臓血圧研究振興会附属榊原記念病院 顧問
東京都病院協会 副会長

友池 仁暢

05

Materials Science Laborator yグループ 紹 介

機能物質科学研究部

Group Introduction

薄膜材料研究グループ「 新 奇 化 合 物 半 導 体デバイス」
遠紫外～近赤外発光デバイス、高効率創エネルギーデバイス、
光・電気・磁気複合新機能デバイスの創製

研究部概要

低次元構造研究グループ「2 次元層状物質」

Over view

次世代原子層エレクトロニクスに向けた究極に薄い機 能 物 質 科 学 研 究 部では、原 子・分 子レベルで物 質の構 造や配 列

機能性層状物質の創製を制 御することにより、新しい物 質や機 能を創 造し、物 質 科 学 分 野「多元酸化物薄膜」

での学 術 貢 献を行うとともに、情 報 通 信 技 術を変 革する種の創 出を

従来のコンセプトを変える超伝導物質・磁性物質の創製目指して、広 範な物 質を対 象に研 究を進めています。その範 囲は、ガリウム砒 素や窒 化ガリウムをはじめとする化 合 物 半 導 体からグラフェ

分子生体機能研究グループ

ンなどの二 次 元 構 造 物 質、酸 化 物 超 伝 導 体・磁 性 体、導 電 性 高 分「ソフトマテリアル生 体 適 合 素 材 」

子、さらには生 体 物 質などのソフトマテリアルに至り、高 品 質 薄 膜 成

深層生体情報を計測するソフトマテリアル複合素材の開発

長 技 術や、物 質の構 造と物 性を精 密に測 定する技 術をベースに、理「 界 面 相 互 作用」

論や、データ科 学の手 法(マテリアルズ・インフォマティクス)も取り入れて最先端の研究を推進しています。

細 胞- 固 体 間、細 胞- 細 胞 間などの界 面 制 御によるバイオデバイス・
ソフトロボットの創製「 バイオセンシング」
極微量試料を検出するオンチップ型バイオセンシング技術

多 元ソース分 子 線エピタキシー
装 置：複 合 酸 化 物・窒化物の高品 質 薄 膜を成 膜できるほか、新奇 超 伝 導 体・ 磁 性 体などの 探索にも活用されています。

06

2 0 1 8 年 の 主な研 究 成 果Achievements in 2018

(c)	

1

Method: Fe L2,3-edges XAS
Material: CoFe: 2O4
Raw data points:
250 250

0.5

0Intensity y (a.u.)(a.u.)

705

(b)	

1

710 715 720 725
Photon Energy (eV)
(eV)

730

evaluation:· sqrt(| |):40 data points
40
predict
pred ±

0.5

0705

710 715 720 725
Photon Energy (eV)
(eV)

730

M gドープ A l N / A l 0 .75 G a 0 .25 N 超格子の( a ) 断面T E M 像 、( b ) 価電子帯端の概略図 、( c ) ホール濃度（左）新材料開発サイクル （右上）従来の測定手法でのスペクトル [250 測定点]（右下）本手法で40 測定点から予想したスペクトル

分極電界を利用したAlN系超格子の高ホール濃度化

機械学習を用いた予測による高効率スペクトル測定

A l G a N 系L E Dやレーザは、小型・低消費電力・高寿命な深紫物性研究に用いるスペクトルを、効率良く測定する手法を開発

外 固 体 光 源として殺 菌、医 療 等の分 野で期 待されています。

しました。この手法は、機械学習のガウス過程回帰モデルを活応用への課題の1つは、高いA l 組成（>70 %）のp 型A l G a N

用してスペクトルの形 状を予 想するもので、情 報 科 学を専 門とのホール濃度が低いこと（<10 15 c m -3 ）です。今回、M gドープ

するN T Tコミュニケーション科 学 基 礎 研 究 所との協 働の成 果

A l N / A l 0 .75 G a 0 .25 N 超格子を作製し、超格子界面に発生するです。本 手 法により、従 来の実 験の6 分の１程 度の測 定 点 数

大きな分 極 電 荷を利 用することで、アクセプタの実 効 的なイオ

で、スペクトル中のピークの位置・形状を予想できるようになりま

ン化エネルギーを下げ、10 18 c m -3 台の高いホール濃度を実現した。新材料の開発とその特性評価には、様々なスペクトル測しました。本成果により、深紫外L E D の高効率化や深紫外レー定が必要不可欠であるため、本手法がもたらす実験時間とコスザの実現に向けた研究が加速されると期待されます。

トの大幅な削減によって、新材料開発が加速されると期待されます。

K. Ebata, J. Nishinaka, Y. Taniyasu, and K. Kumakura, Jpn. J. Appl. Phys. 57, 04FH09 (2018).

軟らかいハイドロゲル	

硬いハイドロゲル	

Y. K. Wakabayashi, T. Otsuka, Y. Taniyasu, H. Yamamoto, and H. Sawada, Appl. Phys. Express 11,
112401 (2018).

医療療⽤用hitoe®	
  スポーツ⽤用hitoe®	  hitoe®ウェアラブル�
⼼心電図測定システム	
  

10 µm
ハイドロゲルの硬さによる神経細胞の神経突起形成の制御	

基材の硬さで細胞の成 長を制 御
生体で細胞は細胞外マトリクス（E C M）と接着しており、その硬さや形状等の機械的特性を認識することで、細胞機能の調整を行っています。本研究では、E C Mと類似した特性を持つハイ
ドロゲルを細 胞 培 養 基 材とし、その硬さを操 作した際の、神 経細胞の神経突起形成について検討しました。その結果、硬いハ
イドロゲル上では神経突起形成が抑制されることを明らかにしました。ハイドロゲルは様々な機 能を化 学 的に付 与することが可能なため、神経細胞を成長誘導するための培養基材への応用が期待されます。

A. Tanaka, Y. Fujii, N. Kasai, T. Okajima, and H. Nakashima, PLOS ONE 13, e0191928 (2018).

hitoe電極	  スポーツ・リハビリ分野での�
筋電位計測に活⽤用（試作品）	
  

拡がるhitoe®の実⽤用化展開	  拡がるh i t o e ® の 実 用 化 展 開

東レと共同開発した⽣生体情報の連続計測を可能とする
東レと共同開発した生体情報の連続計測を可能とする機能素
機能素材hitoe®を⽤用いた医療療⽤用「hitoe®ウェアラブル
材h i t o e ®を用いた医療用「h i t o e ®ウェアラブル心電図測定シ
⼼心電図測定システム」が2018年年9⽉月に東レ・メディカ
ルより販売開始されました。最⼤大2週間、無充電で連ステム」が2018 年9月に東レ・メディカルより販売開始されまし
続⼼心電測定が可能となり、将来の在宅宅医療療における重た。最 大2 週 間、無 充 電で連 続 心 電 測 定が可 能となり、将 来
要な計測ツールとなることを期待しています。また®の筋電位計測⽤用ウェアを試作し、各種スポーツの在宅医療における重要な計測ツールとなることを期待していhitoe
やリハビリなどでの筋活動・筋疲労計測の実証試験をます。またh i t o e ®を用いた筋電位計測用ウェアを試作し、各種
⾏行行っています。hitoe®のグローバル展開を進めながらスポーツやリハビリなどでの筋活動・筋疲労計測の実証試験を
多様な分野での⽤用途拡⼤大を図っています。	
  行っています。h i t o e ® のグローバル展開を進めながら多様な分野での用途拡大を図っています。

M a t e r i a l s S c i e n c e L a b o r a t o r y ：機能物質科学研究部

Intensity y (a.u.)(a.u.)(a)	

07

Physical Science Laborator yグループ 紹 介

量子電子物性研究部

Group Introduction

ナノデバイス研究グループ「 単 電 子デバイスによる極 限エレクトロニクス」
電子1 個の転送・検出による高精度・高感度・低消費電力デバイス「 新 機 能ナノデバイス」

研究部概要

シリコンやハイブリッド材料系を用いた新機能デバイス

Over view「 半導体オプト・エレクトロメカニクス」

量 子 電 子 物 性 研 究 部では、半 導 体、超 伝 導 体、あるいは異 種 材 料
ハイブリッド系の新奇物性を開拓し、将来のＩＣＴ社会に大きな変革をもたらす固 体デバイスの創 出を目指しています。結 晶 成 長、微 細 加工などの高 度な技 術を軸とし、単 電 子、メカニクス、量 子、電 子 相 関、

ナノメカニクス研究グループ
機械的機能を持つ半導体構造による新機能素子「フォノン操 作 技 術 」
人工構造を用いた音響波の伝搬制御

スピンなどの新しい自由 度に基づく低 消 費 電力デバイス、量 子 情 報

超伝導量子回路研究グループ

処 理デバイス、高 感 度センサなどの革 新・極 限デバイスの開 発に挑「超伝導量子回路」

戦しています。

超伝導素子による量子状態の制御「極限量子計測技術」
量子力学の原理を用いた物理量の超高感度計測

量子固体物性研究グループ「 半 導 体ヘテロ・ナノ構 造の量 子 伝 導 」
量子デバイスにおける非従来型の電荷・スピン輸送現象「 量 子デバイスにおけるキャリアダイナミクス」
電子のコヒーレントな運動による情報処理3

H e /4H e 希 釈 冷 凍

機: 超 伝 導 素 子や半導 体 量 子 デ バイスな
どの極 低 温 測 定（ 1 0 0
ミリケルビン以 下 ）に使われています。

08

2 0 1 8 年 の 主な研 究 成 果結合	Si transistor
area
明状態	
Sensing
暗状態	Surface potential change （AU）	

100 um	Ion sensing	

歪：有	
 暗状態の発光	

センサ構造	出口	
血清導入口	

歪：無	

100 um	

トランジスタ
検出エリア
エネルギー	  (eV)	

Added ion （mol/l）（左）明状態・暗状態の励起子を含むカンチレバー	
  （右）明-­‐暗状態の結合による暗状態からの発光	
100 nm	

100 nm	

イオン検出	

添加イオン濃度（mol/l）

振 動 歪 による励 起 子 明 - 暗 状 態 の 結 合 制 御シリコン・トランジスタによる血清中イオン濃度の計測

半導体多層膜からなるカンチレバー構造の振動歪を利用して、ナノスケールのシリコントランジスタを流れる電流が、その表面上明状態・暗状態と呼ばれる性質の異なる2 種類の励起子の結にある水溶液中の様々な陽イオンの濃度により変化することを合を制御することに成功しました。励起子の暗状態は長い寿命

見出し、血清中に存在する複数の陽イオンの濃度を個別に計を有していますが、光吸収や発光が起こらないため、これまで光測することに成功しました。従来の技術では、陽イオンを識別すデバイスに利 用できませんでした。今 回 実 現した歪による励 起るため特殊な処理が必要とされていましたが、今回のトランジス

子間の結合制御を利用すると、明状態を介した暗状態の光吸タは、この処理を必要としないことから簡便かつ安定したイオン

収・発光が可能になります。本研究成果は暗状態の長い寿命濃度の測定が可能となります。また、微小なシリコントランジスタを活かしたメモリなどの新しい光デバイスへの応用が期待されまで特徴的に観測される今回の現象は、表面化学分野に新たなす。

知見を提供するものです。

R. Ohta, H. Okamoto, T. Tawara, H. Gotoh, and H. Yamaguchi, Phys. Rev. Lett. 120, 267401 (2018).

マイクロ波
IN

D2

7+]OLJKW

b axis
Er:YSO 結晶

9°
D1



B0

マイクロ波
OUT

磁場 (mT)JBAの磁束シフト (A)JBA

周波数 (GHz)Ź6'ŷŷUHI 

BJBA

R. Sivakumarasamy, R. Hartkamp, B. Siboulet, J.-F. Dufreche, K. Nishiguchi, A. Fujiwara, and N.
Clement, Nature Mater. 17, 474 (2018).






Ź*





)UHTXHQF\ 7+]ৰୡ໪റ௕岞 6L26L ੦ഝ ਷౦ 峼7+] ลઽ崡嵂崗崰嵓岞  峎峘崼嵤崗岶ਠ島峐岴峴岝ঽഞੌ௶৲౐ী৕Ⴭ‫ق‬6$0 崒嵔嵛崠౦‫ك‬峇島峈島岝 崘嵑崽崏嵛 6$0岝 崘嵑崽崏嵛 6L2

峑৖ীఊ෪峃峵岽峒峕峲峴岝 崘嵑崽崏嵛峘嵆崌崗嵕嵒嵄嵛峕൷峂੢峫峳島峉崿嵑崢嵊嵛ཫକ峕崕嵋嵒崊ഡ২峼૬৑৓峕૗৹峁峐岮峵岞ৌૢ峃峵岞（上）E S R の測定配置 （下）E r : Y S O のE S Rスペクトラム

ジョセフソン分岐増幅を用いた電子スピン共鳴測定

キャリア密度変調によるグラフェンプラズモン閉じ込め

周波数可変なジョセフソン増幅器を用いて、磁場と周波数を同グラフェンプラズモンは、その特性が電気的に変調できることか

時に掃引することのできる局所電子スピン共鳴測定（E S R）をら、
プラズモニックデバイスの基盤材料として期待されます。我々実現しました。
さらに、検出体積0 .16 p Lに対して、1 秒間の測は、キャリア密度を空間的に変調したグラフェンにおけるプラズ

定で15 ,000 電 子スピンを測 定できる感 度を達 成しました。本

モン励起を調べています。マイクロリボン状にキャリア密度が変測 定 方 法は、Y S O 結 晶 中のエルビウム電 子スピンのように非調されたグラフェンにおいてT H z 分光を行い、空間的にキャリア

等方的な超微細構造定数や核四重極相互作用により複雑な密度を変調することによりプラズモンを閉じ込めることが出来る

スペクトルを示す電子スピンの特性解析に最適なツールです。

ことを示しました。この結果は、電気的に制御可能なプラズモン
導波路等への応用が可能です。

R. P. Budoyo, K. Kakuyanagi, H. Toida, Y. Matsuzaki, W. J. Munro, H. Yamaguchi, and S. Saito, Phys. Rev.
Mater. 2, 011403 (2018).

N. H. Tu, M. Takamura, Y. Ogawa, S. Suzuki, and N. Kumada, Jpn. J. of Appl. Phys. 57, 110307 (2018).

P h y s i c a l S c i e n c e L a b o r a t o r y：量子電子物性研究部

Blood	
  inlet	
カンチレバー	

光強度	
  (a.u.)	

10 µm	
Outlet	光強度	
  (a.u.)	

Transistor sensor	

表面ポテンシャルの変化（AU）	

Achievements in 2018

09

Optical Science Laborator yグループ 紹 介

量子光物性研究部

Group Introduction

量子光制御研究グループ「量子光通信」
光の量子状態制御と新しい通信への応用「 量 子 光 学 技 術を用いた非ノイマン型コンピューティング」

研究部概要

相互作用する光発振器群による新しい計算機の創出

Over view「 量 子 情 報 科 学の理 論 的 研 究 」

量子光物性研究部では、光通信技術や光情報処理技術に大きなブ

量子コンピュータ、量子通信、量子ネットワーク、量子計測に関する

レークスルーをもたらす革 新 的 基 盤 技 術の提 案、量 子 光 学・光 物 性
分 野における学 術 的 貢 献を目指して研 究を進めています。半 導 体 量

理論量子物理研究グループ

理論体系の構築

子ドットや希 土 類イオンなどのナノ構 造 光 物 性 研 究、極 微 弱な光の量子光デバイス研究グループ

量 子 状 態 制 御、光を用いた物 理 計 算 機、高 強 度 極 短パルスおよび「 超 高 速・超 高 精 度 光 制 御 技 術 」

超 高 精 度 周 波 数 光 発 生と物 性 解 明、超 音 波やフォトニック結 晶を応高度に制御された光による超高速物性解明と光周波数基準の用した光特性制御などの研究がおこなわれています。

構築「 光 活 性 固 体の物 性のナノスケール評 価 」
半 導 体ナノ構 造・希 土 類 系での光 子・励 起 子・スピンの振る舞いの探求

フォトニックナノ構造研究グループ「ナノフォトニクスを駆 使した光 集 積 技 術 」
超小型・超低エネルギー光素子・回路の実現、新奇光機能の創出

光 の 分 散 および チャー
プ 制 御 装 置：アト 秒 領域の超 高 速 光パルス実
現 のために光 特 性 の 補正を行う装 置です。

10

2 0 1 8 年 の 主な研 究 成 果Achievements in 2018

IAP：極端紫外アト秒パルス
NIR：近赤外フェムト秒パルス
クロム添加サファイア(Cr:Al2O3)

22

1

0
35

40
45
50
IAP光子エネルギー (eV)44

Down spin(c)12

p = 0.63

エネルギー (eV)p = 0.76

10

8.7 eV(CB)865 eV(IM)

4

IAP
NIR

2
0
-2

z=3

z = 21z = 39z = 57

共振器周回数 z

K

Γ A
波数

IAP先行

-2 -1
46

２次元モデルでドメイン構造の形成過程を観測
Copyright©2018	  	
  NTT	
  corp.	
  All	
  Rights	
  Reserved.	

1	

遅延 (fs)
1 2 3

NIR先行

4

5

6

44
42
40
38
0.4

周期: 667-383 as

0.2

VB

0

H

-2 -1

CB: 伝導帯
IM : 中間準位
VB: 価電子帯

z = 7500

1 2 3
遅延 (fs)

4

5

6

-0.1
0.3
0.7
相対吸光度 (ΔOD)（a）過渡吸収アト秒分光、（ b）
クロム添加サファイアのエネルギー準位図、（c）アト秒電子振動の干渉波形

OPOネットワークでの２次元イジングモデル模擬実験

アト秒パルス光源を用いた超高速電子振動の観測

我々は光パラメトリック発振器( O P O ) のネットワークに基づくコ可視近傍の光が持つ周波数は、1000 兆ヘルツ
（10 15 ヘルツ：

ヒーレントイジングマシン( C I M )を用いて、極低温下の２次元イ

P H z）領域にまで達します。100 京分の1 秒という極短時間でジングモデルの模 擬 実 験に成 功しました。2 次 元イジングモデ

煌めくアト秒（10 -18 秒：a s）パルス光源を用いることで、可視近ルでのドメイン構造の形成過程を観測した結果、ドメイン境界が傍の光により誘 起された物 質 内の超 高 速の電 子 振 動（667 -

固定化されるフリーズアウトと呼ばれる現象がC I M の動作を制383アト秒周期）を捉えることに成功しました。これらの光周波限していることが分かりました。そこで、O P O のポンプ光振幅を数に相当する電子振動を時間的に解明することは、物質の新発 振 閾 値 付 近に調 整することでフリーズアウトを回 避し、C I M

たな光機能性を創出する可能性があり、また将来の電子・光デが1936スピンで構成される2 次元イジングモデルの最低エネル

バイスの特性改善にも繋がると考えられます。

ギー状態に到達することを確認しました。

H. Mashiko, Y. Chisuga, I. Katayama, K. Oguri, H. Masuda, J. Takeda, and H. Gotoh, Nature Commun. 9,1468 (2018).

F. Böhm, T. Inagaki, K. Inaba, T. Honjo, K. Enbutsu, T. Umeki, R. Kasahara, and H. Takesue,
Nature Commun. 9, 5020 (2018).

磁場1.0
周波数依存ミラー|A| 2 (V)

10 -1
0.5
10 -2

S z(a.u.)

ダイヤモンド

P out
25mK

P in

0.0
10 -3

AWG

0

200

400
時間（ns）

600

量子ハイブリッド系からのマイクロ波放射

制御可能な光トポロジカル絶縁体とエッジ状態

量子ハイブリッド系での超放射の観測

利得・損失を用いた光トポロジカル絶縁体の生成・制御

超放射は多数の原子が位相と方向を揃えて協同的に遷移する

光トポロジカル絶縁体とは、内部が光絶縁体であるにもかかわらことで巨大な振幅を有する短パルス光を放出する現象です。人ず、端には素子構造の乱れに強い特殊な光波状態（トポロジカ

工的な素子で超放射を起こすために、不均一拡がりのあるN V

ルエッジ状態）を持つ人工光学材料です。しかし、従来はエッジ

中心の集団と三次元光共振器とからなる量子ハイブリッド系を状態の有無（光トポロジー）
は素子構造により決まり、変えること作製しました。ここで両者は磁気誘導的に結合されました。そのが困難でした。我々は、電流制御可能な光の増幅利得と吸収

結果、超放射による短パルス光の観測に成功しました。光放射

損失のみを用い、一次元結合レーザアレイに基づく光トポロジカに伴う励起準位占有率の減衰レートは単独のN V 中心の場合

ル絶縁体を生成し制御する手法を発見しました。本手法は、アと較べて10 の12 乗 倍も速く、超 放 射が裏 付けられました。放レイ内でエッジ状態の位置や数を自在に制御することを可能に

射光の強度がN V 中心の個数に対して非線形に増大することし、再構成可能で強固な光トポロジー回路という新技術に繋がからも超放射の確証が得られました。

ります。

A. Angerer, K. Streltsov, T. Astner, S. Putz, H. Sumiya, S. Onoda, J. Isoya, W. J. Munro, K. Nemoto, J.
Schmiedmayer, and J. Majer, Nature Phys. 14, 1168 (2018).

K. Takata and M. Notomi, Phys. Rev. Lett. 121, 213902 (2018).

O p t i c a l S c i e n c e L a b o r a t o r y：量子光物性研究部

極端紫外分光器(b)

IAP
光子エネルギー (eV)1p = 0.85

44

ポンプ光の振幅 p(a)

Up spin

22

ΔOD

p = 1.101

強度（任意単位）

日本語版

11

2 0 1 8 年 の 主な研 究 成 果Achievements in 2018

Nanophotonics Center150

N a n o p h o t o n i c s C e n t e r：ナノフォトニクスセンタ

光電流 [µA]

ナノフォトニクスセンタ

静特性

フォトニック結晶

通常の受光器の動作領域

ナノ受光器の埋込み吸収層
動作領域「太陽電池モード」

入力光 [µW]
100

50

0
−1.0

p-InP

107

n-InP

67
42
26
16
6

光入力
−0.5
0
バイアス電圧 [V]

+0.5

1 µm

動特性
40 Gbit/s
太陽電池領域で高速動作するフォトニック結晶ナノ受光器

センタ概 要太陽電池領域で動作する高感度・高速なナノ受光器

Over view

通常の受光器では、光吸収で生成された電子正孔対を逆バイ

ナノフォトニクスセンタは、ナノフォトニクス技 術を駆 使して、様々な機

アス電圧で引き抜くことで、光信号を電流に変換します。一方、能をもつ光デバイスを大 量・高 密 度に集 積する大 規 模 光 集 積 技 術

フォトニック結晶と呼ばれる円孔ナノ構造を利用すると、光導波の確 立、および 光 情 報 処 理の消 費エネルギーの極 限 的な低 減を目

路・光吸収層・p n 接合の３者を非常に狭い空間に形成したナ

指す革新研究を行うために、2012 年4月に設立されました。

ノ受光器を作製できます。これにより、逆バイアス電圧が不要な

量 子 光 物 性 研 究 部フォトニックナノ構 造 研 究グループのメンバを中だけでなく、太陽電池で利用される順バイアス電圧領域でも光

心に、物 性 科 学 基 礎 研 究 所および先 端 集 積デバイス研 究 所の中で電流や高速性を損なわずに受光動作が可能です。微小な光エ

ナノフォトニクス研究に関わるメンバにより構成されています。

ネルギーのみで光 通 信が可 能となり、C M O Sチップ上の高 密

フォトニック結晶、プラズモニクスによる極限的相互作用増強の探求

度な光ネットワーク、コンピューティング応用が期待できます。

●●

ナノ光スイッチ、ナノレーザなど超小型・超低消費エネルギー光素子の追求●

ナノインプリントやSPMリソグラフィによる微細構造作製と応用

シリコン上に様々な高性能光デバイスを集積●

K. Nozaki, S. Matsuo, T. Fujii, K. Takeda, A. Shinya, E. Kuramochi, and M. Notomi, APL Photonics 3,046101 (2018).

Research Center for Theoretical Quantum Physics

理論量子物理研究センタ
R e s e a rc h C e n t e r f o r T h e o re t i c a l Q u a n t u m P h y s i c s：理論 量子 物理 研究センタ

センタ概 要Over view

磁場センサの感度改善を達成するスキーム

物 質 や 光 の 原 子レベ ル の 現 象を説 明 する量 子 力 学 は 前 世 紀 、
大 変な成 功を収めました。その 直 感 に 反する原 理は、私たちの 世
界 における「 実 在 」についての 理 解を変えさせただけでなく、技 術
革 新をもたらしてきました。いまや 量 子 力 学は私たちのデジタル 社
会 の 根 幹を支えています 。量 子 力 学が 指し示 す 世 界とは 一 体 何なのか。またその 原 理が 可 能とする技 術 的 進 歩は何なのか。これらの 疑 問 の 全 容はいまだ解 明されずにいます 。これら最 先 端 研 究の 遂 行を目 指し、2 0 1 7 年 に 新 設された 理 論 量 子 物 理 研 究 セン
タには、N T T 研 究 所 の 垣 根を越え、様々な分 野（ 物 理 学 、計 算科 学 、数 学 や 化 学など）の 研 究 者が 集められています 。
●

量子力学の基礎●

量子物質（ハイブリッド量子系、強相関系、凝縮系、超伝導系）●

量子アルゴリズムと計算複雑性●

量子計測、量子センシング●●

位相緩和下で古典限界を超える感度を実現する量子計測
古典センサで磁場を計測する場合、感度は積算時間Tの平方根
で改善します。一方で、量子センサを用いると理想的な状況では、その感度は積算時間Tに対して線形に増大することが理論的に示されています。しかし量子センサは環境からのノイズに対して脆弱であるため、現実的には量子性由来の感度改善を実現するのは難しいと考えられてきました。そこで我々は、量子センサに対して量子テレポートを行うことで、環境からの影響を低減して、位相緩和と呼ばれる現実的なノイズが存在する状況でも、積算時間Tに対して線形に感度を改善できるスキームを提唱しました。

量子通信、量子シミュレーション、量子コンピュータ

原子、分子、光学物理

Y. Matsuzaki, S. Benjamin, S. Nakayama, S. Saito, and W. J. Munro, Phys. Rev. Lett. 120, 140501(2018).

12

N T T フェロー
NTT Fellow「 N T Tフェロー」は、世 界 的 に 認 められる研 究 業 績を挙げた社 員の 中で、N T Tとして必要 不 可 欠な分 野 の 研 究テーマに 対し今 後も高 い 成 果が 期 待できる研 究 者 に 与えられる称 号であり、重 要 分 野 の 革 新 的な研 究を推 進していく使 命を担っています。
「特別研究

医 学・情 報 科 学 研 究 統 括

員 」は社 内 外からとりわけ優 秀な研 究 者として認められている革 新 研 究 者であり、その中

Shingo Tsukada

でも極 めて優 秀な研 究 者が「 上 席 特 別 研 究 員 」です。共 に、N T Tグループにとって長 期

塚田信吾

的 に 重 要と判 断される研 究 分 野 において、革 新 研 究／ 先 導 的な技 術 開 発を牽 引する使命を担っています。
2018 年12月31日付

上 席特別 研究員
Senior Distinguished Researcher

ナノフォトニクスセンタ長量 子・ナノデ バイス研 究 統 括Masaya Notomi

Hiroshi Yamaguchi

Koji Muraki

研究テーマ

研究テーマ

研究テーマ

フォトニックナノ構造による光波制御

半導体ナノメカニクス

低次元半導体構造の量子電子物性

量子電子物性研究部長

理 論 量 子 物 理 研 究センタ長

納富雅也

山口浩司

村木康二

研究テーマ

先端医療材料を用いた
生体情報の取得・機構解析

Akira Fujiwara

藤原特別 研究員Distinguished Researcher

聡

Hiroki Takesue

武居弘樹

William John Munro

研究テーマ

研究テーマ

半導体ナノ構造を用いた量子インターフェイスと光通信波長帯における量子通信実験

極限エレクトロニクス

量子中継のアーキテクチャ

コヒーレントイジングマシン

Norio Kumada

熊 田 倫 雄Shiro Saito齊 藤 志 郎Katsuhiko Nishiguchi

西 口 克 彦Imran Mahboob

研究テーマ

Haruki Sanada

Kengo Nozaki

Hiroki MashikoKazuhide Kumakura

Koji Azuma

Yuko Ueno

眞 田 治 樹熊 倉 一 英野 崎 謙 悟東浩 司

増 子 拓 紀上 野 祐 子13

学 術 論 文 掲 載 件 数と主な掲 載 先（

Publication List

）内 数 字 …インパクトファクター2 0 1 7（ 1 論 文あたりの 平 均 I F = 7 . 3 0 7 ）2 0 1 8 年 に掲 載された学 術 論 文 の 件 数は、物 性 科 学 基 礎 研 究 所 全 体で9 5 件です 。
PHYSICAL REVIEW LETTERS（8.839）

10
9

APPLIED PHYSICS LETTERS（3.495）
7

NATURE COMMUNICATIONS（12.353）

7

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS（1.452）
6

PHYSICAL REVIEW B（3.813）

6

PHYSICAL REVIEW A（2.909）
5

APPLIED PHYSICS EXPRESS（2.555）
NATURE（41.577）

3

NPJ QUANTUM INFORMATION（9.206）

3
3

QUANTUM SCIENCE AND TECHNOLOGY（―）
NATURE PHYSICS（22.727）

2

PHYSICAL REVIEW APPLIED（4.782）

2

SCIENTIFIC REPORTS（4.122）

2

OPTICS EXPRESS（3.356）

2
2

PHYSICAL REVIEW MATERIALS（―）
NATURE MATERIALS（39.235）

1

JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY（14.357）

1

NANO RESEARCH（7.994）

1

ADVANCED OPTICAL MATERIALS（7.430）

1

CARBON（7.082）

1

NEW JOURNAL OF PHYSICS（3.579）

1
1

NANOTECHNOLOGY（3.404）
1

2

3

4

5

6

4

8

特許出願件数Presentations

Patents

社外表彰受賞者一覧
AwardsFor Contributions to Silicon Single-electron Devices

藤原 聡IEEE Distinguished Lecturer Award

Coherent Ising Machine: a Photonic Ising Model Solver Based on Degenerate Optical Parametric Oscillator Network

武居 弘樹

International Symposium on Compound Semiconductors (ISCS) - Quantum Device Award For Leading Contributions to the Development of Compound Semiconductor Opto/Electromechanical Systems

文部科学大臣表彰 若手科学者賞

アト秒パルスを用いた半導体電子系のペタへルツ光動作の研究

文部科学大臣表彰 若手科学者賞

量子ホール系における電子ダイナミクスの実験研究

山口 浩司

増子 拓紀

橋坂 昌幸

文 部 科 学 省 ナノテクノロジープラットフォーム 秀でた利 用 成 果 優 秀 賞
量子ホールエッジチャネルにおける電荷ダイナミクス研究

標準化貢献賞

情報処理学会 情報規格調査会の活動に対する貢献

橋坂 昌幸 ，
村木 康二 ，
藤澤 利正

本庄 利守

マガジン論文賞

着るだけで生体情報計測を可能とする機能素材h i t o e の開発及び実用化

レーザー学 会 奨 励 賞

半導体電子系におけるペタヘルツ光学操作

河西 奈保子 ，
小笠原 隆行 ，
中島 寛 ，
塚田 信吾

増子 拓紀

応用物理学会講演奨励賞

Chemical Vapor Deposition Growth of Uniform Monolayer Hexagonal Boron Nitride

応用物理学会講演奨励賞

自己組立てされた筒状構造体による細胞の組立てと操作技術

応用物理学会

講演奨励賞

応用物理学会

講演奨励賞

ボトル光共振器と電気機械共振器とのエバネッセント結合

応用物理学会 Poster Award

ナノピラーの化学修飾による神経細胞の制御の試み

小野 真証

浅野 元紀

河西 奈保子 ，
田中 あや，
手島 哲彦 ，
住友 弘二 ，
中島 寛

応用物理学会 Poster Award

Tuning of Plasmonic Reflection in Graphene by Carrier Density Modulation

化学とマイクロ・ナノシステム学会第38回研究会 優秀研究賞

物理境界の計算機支援設計に基づく細胞集団における トポロジカル欠陥の生成位置誘導

RIEC AwardW a n g S h e n g n a n ，D e a r l e A l i c e ，
日比野 浩樹 ，
熊倉 一英

手島 哲彦 ，
中島 寛 ，
上野 祐子 ，
佐々木 智 ，
ヘンダーソン カルム，
塚田 信吾

30 x 20 n m 2コアのプラズモニック導波路によるグラフェン光吸収の増強

量子情報通信のための高度光子状態制御に関する研究

松田 信幸

10

国際会議発表件数

1 9 3 件（うち招 待 講 演 6 0 件 ）IEEE Fellow

9

高村 真琴 ，
熊田 倫雄 ，S h e n g n a n W a n g ，
熊倉 一英 ，
谷保 芳孝

宮廻 裕樹 ，
手島 哲彦 ，
上野 祐子

46件

14