国立研究開発法人 理化学研究所

光量子工学研究センター
RIKEN Center for Advanced Photonics

2022 - 2023

国立研究開発法人理化学研究所 光量子工学研究センター〒351-0198 埼玉県和光市広沢 2-1
Email : rap-info@riken.jp

https://rap.riken.jp
RIKEN 2022-007

無限の可能性を秘める光科学。 その地平を拓く
光量子工学研究センター
今まで見えなかったものを見たい ─ その夢を実現す

光量子工学研究センターでは、 新しい光技術を研究るのが、 光量子工学研究センターです。

の世界だけのものとせず、 実用可能な装置をつくるとこ

例えば、 高速現象をとらえるためには短い時間だけろまで行い社会に役立てることを強く意識しています。

発光するストロボが使われますが、 分子や原子の動き

センター名に 「工学」 が入っているのは、 そのためでは速すぎて普通のストロボでは見えません。 そこで、す。 19世紀には蒸気機関が、 20世紀には電子技術

フェムト秒 （10－15 秒） やアト秒 （10－18 秒） というとてもが、 それぞれ社会基盤を大きく変えました。 21世紀の

短い間隔のパルスを発振できるレーザーを開発し、 現

社会基盤を変えるのは、 光技術です。 光の可能性は無

在は原子や分子内の電子の動きまで見ることができる

限に広がっています。 私たちが到達できているのは、ようになっています。

まだほんの一部。 2013年に発足した光量子工学研究

また、 電子顕微鏡ならば高分解能での観察が可能で領域は、 2018年に光量子工学研究センターとなり、 光

すが、 試料を真空中に置かなければいけません。 生き

科学の地平を広げ続けていきます。

た細胞を高分解能で見たい、 そう思うでしょう。 光学顕・・・・ 07

チームリーダー 加藤 雄一郎■ 超高速コヒーレント軟X線光学研究チーム ・・・ 08
チームリーダー 高橋 栄治■ 画像情報処理研究チーム

テラヘルツ光です。 テラヘルツ光はかつて “未踏の光”

れば、 それを理解し、 制御することにも近づきます。

■ 量子オプトエレクトロニクス研究チーム

・・・ 09・・・・ 10・・・・・・・・・・・・・・・ 11

チームリーダー 宮脇 敦史

たい、 ということもあるでしょう。 それを実現するのが、たことがないものを見ようとしています。 見ることができチームリーダー 香取 秀俊■ 生命光学技術研究チーム

非破壊で装置の内部構造や食品の異物混入を検査し私たちは、 光の新しい使い方を提案 ・ 追究し、 誰も見■ 時空間エンジニアリング研究チーム ・・・・・・・ 06

チームリーダー 中野 明彦

界が見えるのです。

源によるコンクリート構造物の非破壊内部診断等……。

・・・・・・・・・・・・・ 05

チームリーダー 田原 太平■ 生細胞超解像イメージング研究チーム

つかうとその限界を超えて、 より小さいナノメートルの世な光格子時計による相対論的な測地学、 小型中性子■ 超高速分子計測研究チーム

サブ波長フォトニクス研究領域と考えられてきました。 ところが、 超解像顕微鏡技術をほかにも、 メタマテリアルによる光の操作、 超高精度

チームリーダー 緑川 克美

理研白眉研究チームリーダー 森本 裕也

では、 その波長の半分以下より小さい構造は見えない

進み、 応用の段階に入りつつあります。

■ アト秒科学研究チーム ・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 04■ 超短パルス電子線科学理研白眉研究チーム

微鏡ならば生きた細胞を観察できます。 しかし可視光と呼ばれていましたが、 今では光源や検出器の開発がエクストリームフォトニクス研究領域

チームリーダー 横田 秀夫

光量子工学研究センター
センター長

緑川 克美

・・・・・・・・・・・・・・・ 12
山路を登りながら■ フォトン操作機能研究チーム ・・・・・・・・・・・・・ 13
チームリーダー 田中 拓男■ 先端レーザー加工研究チーム

・・・・・・・・・・・ 14

チームリーダー 杉岡 幸次

テラヘルツ光研究領域■ テラヘルツ光源研究チーム ・・・・・・・・・・・・・・ 15
チームリーダー 南出 泰亜■ テラヘルツイメージング研究チーム

・・・・・・・ 16

チームリーダー 大谷 知行■ テラヘルツ量子素子研究チーム ・・・・・・・・・・ 17
チームリーダー 平山 秀樹

光量子技術基盤開発領域■ 光量子制御術開発チーム

・・・・・・・・・・・・・・・ 18

チームリーダー 和田 智之■ 先端光学素子開発チーム

・・・・・・・・・・・・・・・ 19

チームリーダー 山形 豊

■ 中性子ビーム技術開発チーム

・・・・・・・・・・・ 20

チームリーダー 大竹 淑恵■ 技術基盤支援チーム

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 21

チームリーダー 山形 豊

センター長室 室長 中野 明彦

エクストリームフォトニクス研究領域

エクストリームフォトニクス研究領域

アト秒科学研究チーム Attosecond Science Research Team
チームリーダー

緑川 克美

超高速分子計測研究チーム Ultrafast Spectroscopy Research Team
チームリーダー

工学博士

田原 太平

理学博士

▲

▲

研究分野

研究分野

総合理工、工学、物理学、化学

光科学の地平を拓く

フェムト秒の光で化学、物理学、生物学／生化学▲

アト秒光工学

複雑な分子の変化を解明する▲

高強度レーザー科学、非線形光学、

近年のフェムト秒高強度レーザー技術の進展により、レーザー光子場強度が著しく増大すると生命活動を始めとする自然界の現象のほとんどは分子の動的な振舞いによって実現されていま

ダイナミクス、界面多光子顕微鏡ともに光電場にして数サイクルの超高速パルスの発生やその位相制御も可能となりました。そす。この分子の動的変化の中で最も重要なものは反応ですが、これによって化学結合の開裂や▲の結果、光と原子・分子の非線形相互作用に関する研究が飛躍的に進展し、高次高調波発生

生成が起こり、分子の核の配置が変わります。また、反応しない分子でもその核は常に振動しやクーロン爆発、高エネルギーＸ線・粒子の発生等の新しい研究領域が生まれてきました。高ており、この振動を観測することで分子の性質を深く理解することができます。分子の核の動き

次高調波は、極端紫外から軟Ｘ線（XUV）領域において非線形光学現象を引き起こすことがではフェムト秒（千兆分の一秒）の時間スケールで起こっているので、フェムト秒は分子現象を解きるような強力なアト秒パルスを発生可能な唯一の光源です。一方、この高次高調波の発生自明するのに本質的な時間領域です。当チームでは、フェムト秒光パルスと分子の相互作用を通体が原子・分子内で起こるアト秒領域の超高速現象の観測を可能とする非常にユニークな物理

して、基本分子、生体分子や分子集合体などの複雑分子系、さらに液体界面など特別な環境に現象でもあります。当チームでは、フェムト秒高強度レーザー技術を基盤として、高次高調波をある分子の動的な振舞いを明らかにし、それによってどのように分子がその機能を実現するの用いた高強度なアト秒パルス光源を開発することにより、XUV領域における非線形光学およびかを明らかにしようとしています。特に、新規な分光計測法の開発・展開を通して、分子の科学

原子・分子のアト秒ダイナミクスに関する研究を推進し未踏の光科学領域を開拓します。

の新しい領域を開拓します。

キーワード

アト秒科学、超高速レーザー、

▲

主要論文

1. Midorikawa, K.: “Progress on table-top
isolated attosecond light sources” , Nature
Photonics 16, 267 (2022).
2. Matsubara, T., Fukahori, S., Lötstedt, E.,
Nabekawa, Y., Yamanouchi, K., andMidorikawa, K.: “300 attosecond response ofacetylene in two-photon
ionization/dissociation processes” , Optica 8,1075 (2021).
3. Kanda, N., Imahoko, T., Yoshida, K.,
Tanabashi, A., Eilanlou, A. A., Nabekawa, Y.,
Sumiyoshi, T., Kuwata-Gonokami, M., andMidorikawa, K.: "Opening a new route tomultiport coherent XUV sources via
intracavity high-order harmonic generation” ,Light: Sci & Appl. 9, 168 (2020).

キーワード

超高速分光、非線形分光、一分子分光、主要論文

1. Chang, C., Kuramochi, M., Singh, M.,
Abe-Yoshizumi, R., Tsukuda, T., Kandori, H.,
and Tahara, T.: “A unified view on varied
ultrafast dynamics of the primary process in
microbial rhodopsins” , Angew. Chem. Int. Ed.
61, e202111930 (2022).
2. Kuramochi, H., and Tahara, T.: “Tracking
ultrafast structural dynamics by time-domain
Raman spectroscopy” , J. Am. Chem. Soc.
143, 9699 (2021). Perspective
3. Kusaka, R., Nihonyanagi, S., and Tahara, T.:“The photochemical reaction of phenol
becomes ultrafast at the air–waterinterface” , Nat. Chem. 13, 306 (2021).
4. Inoue, K., Ahmed, M., Nihonyanagi, S., andTahara, T.: “Reorientation-induced relaxationof free OH at the air/water interface revealed
by ultrafast heterodyne-detected nonlinear
spectroscopy” , Nat. Commun. 11, 5344
(2020).

4. Lin, Y-C., Nabekawa, Y., and Midorikawa, K.:“Optical parametric amplification of
sub-cycle shortwave infrared pulses” , Nat.
Commun. 11, 3413 (2020)

5. Ahmed, M., Inoue, K., Nihonyanagi, S., andTahara, T.: “Hidden isolated OH at the
charged hydrophobic interface revealed by
two-dimensional heterodyne-detected VSFG
spectroscopy” , Angew. Chem. Int. Ed. 59,
9498 (2020).

5. Xue, B., Tamaru, Y., Yuan, H., Lan, P., Mücke, O.
D., Suda, A., Midorikawa, K., and Takahashi, E.
J.: “Fully stabilized multi-TW optical
waveform synthesizer: Toward gigawatt
isolated attosecond pulses” , Science
Advances 6, eaay2820 (2020).

▲▲

主要メンバー

主要メンバー

石井 邦彦・二本柳 聡史・松崎 維信・
MOHAMMED Ahmed

鍋川 康夫・永田 豊・磯部 圭佑・沖野 友哉・
藤原 孝成・LIN Yu-Chieh・道川 貴章・
山崎 馨・XUE Bing・XU Lu・
TRAN Giang Nahan・・小林 徹・若林 多起子

アセチレンから生じた炭素イオン生成量によるアト秒パルス列の自己相関型測定波形
反応するタンパク質発色団のコヒーレントな核運動

0405

エクストリームフォトニクス研究領域

エクストリームフォトニクス研究領域

時空間エンジニアリング研究チーム Space-Time Engineering Research Team
チームリーダー

香取 秀俊

量子オプトエレクトロニクス研究チーム Quantum Optoelectronics Research Team
チームリーダー

博士（工学）

加藤 雄一郎

Ph.D.

▲

▲

研究分野

研究分野

総合理工、工学

超高精度原子時計で電子や光子の量子性を利用する

総合理工、工学、数物系科学、化学▲

相対論的時空間をエンジニアリングする

光デバイスを目指して▲

量子計測、光格子時計、相対論的測地学

普遍な周期現象を利用して、皆で時間を共有する道具が時計です。太古から人々は、太陽の位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

ナノデバイス、カーボンナノチューブ、▲

置―地球の自転―を測って時間を共有してきました。現在では、遥かに正確な周期性をもつ原オードなど、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

フォトニック結晶子の振動で時間を決めています。さらに進化した原子時計は、重力によって曲がった相対論的術の発展に伴い、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な時空を映し出すことで他者との時間共有の難しさを浮き彫りにしています。この一方、原子時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計は、原子時計が基礎をおく物理定数の恒常性まで研究の対象にしようとしています。

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

光格子時計は、魔法波長のプロトコルによって、超高速・高精度な新たな原子時計の可能性を

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提起しました。2001年の提案以来、現在までに20以上の研究拠点で開発が進み、光格子時計

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

3. Takano, T., Takamoto, M., Ushijima, I., Ohmae,N., Akatsuka, T., Yamaguchi, A., Kuroishi, Y.,
Munekane, H., Miyahara, B., and Katori, H.:"Geopotential measurements withsynchronously linked optical lattice clocks",
Nat. Photonics 10, 662-666 (2016).

の精度は、現行のSI秒の精度を凌駕し秒の再定義に迫ろうとしています。

量子デバイスの実現を目指しています。

4. Yamanaka, K., Ohmae, N., Ushijima, I.,
Takamoto, M., and Katori, H.: "Frequency ratioof 199Hg and 87Sr optical lattice clocks
beyond the SI limit", Phys. Rev. Lett. 114,
230801 (2015).

エンジニアリングを展開しています。たとえば、可搬型の光格子時計をフィールドにもち出せキーワード

量子エレクトロニクス、原子時計、

主要論文

2. Ushijima, I., Takamoto, M., and Katori, H.:"Operational magic intensity for Sr opticallattice clocks", Phys. Rev. Lett. 121, 263202(2018).

光エレクトロニクス、量子デバイス、当チームでは、原子物理学・量子光学の手法を総動員して光格子時計の高精度化・小型化と長▲1. Takamoto, M., Ushijima, I., Ohmae, N., Yahagi,T., Kokado, K., Shinkai, H., and Katori, H.:"Test of general relativity by a pair oftransportable optical lattice clocks", Nat.
Photonics 14, 411-415 (2020).

キーワード

主要論文

1. Li, Z., Otsuka, K., Yamashita, D., Kozawa, D.,
and Kato, Y. K.: “Quantum emission assisted
by energy landscape modification inpentacene-decorated carbon nanotubes” ,ACS Photonics 8, 2367 (2021).
2. Otsuka, K., Fang, N., Yamashita, D., Taniguchi,T., Watanabe, K., and Kato, Y. K.:“Deterministic transfer of optical-quality
carbon nanotubes for atomically definedtechnology” , Nature Commun. 12, 3138
(2021).
3. Ishii, A., Machiya, H., and Kato, Y. K.: “High
efficiency dark-to-bright exciton conversion incarbon nanotubes” , Phys. Rev. X 9, 041048(2019).

時間連続運転の実現に取り組み、光格子時計が生み出す新たな時間リソースを使った時空間

4. Ishii, A., Uda, T., and Kato, Y. K.:“Room-temperature single-photon emission
from micrometer-long air-suspended carbon
nanotubes” , Phys. Rev. Applied 8, 054039(2017).

ば、原子時計は重力ポテンシャル計として 機能するでしょう。このような、相対論的測地の与えるインパクトを実験的に探究していきます。

5. Ushijima, I., Takamoto, M., Das, M., Ohkubo,T., and Katori, H.: "Cryogenic optical latticeclocks", Nat. Photonics 9, 185-189 (2015).
▲

5. Jiang, M., Kumamoto, Y., Ishii, A., Yoshida, M.,
Shimada, T., and Kato, Y. K.: “Gate-controlled
generation of optical pulse trains using
individual carbon nanotubes” , Nature
Commun. 6, 6335 (2015).

主要メンバー▲

髙本 将男・山口 敦史

主要メンバー

小澤 大知・藤井 瞬・山下 大喜

理研と東大の光格子時計をつなぎ、一般相対論効果により両者で標高の違いに応じて時間の進み方が異なることを観測した。

06

架橋カーボンナノチューブ電界効果トランジスターの電子顕微鏡写真

07

エクストリームフォトニクス研究領域

エクストリームフォトニクス研究領域

超高速コヒーレント軟Ｘ線光学研究チーム Ultrafast Coherent Soft X-ray Photonics Research Team
チームリーダー高橋 栄治

超短パルス電子線科学理研白眉研究チーム
理研白眉研究チームリーダー 森本 裕也

博士（工学）

Ultrashort Electron Beam Science RIKEN Hakubi Research Team

Ph.D.

▲

▲

研究分野

研究分野

総合理工、工学、複合領域

レーザー光の極限性を利用して超短パルス電子線で化学、物理学、総合理工、光学▲

革新的な軟X線光を創り出す

化学反応初期過程を時空間分解イメージングする▲

コヒーレント軟X線、

レーザー光は人類が生み出した究極の光であり、現在我々の社会生活に必要不可欠な基盤

電子線は、電子顕微鏡や電子線描画装置など、高い空間分解能での観測や加工に用いられて

光量子ビーム、高強度光科学、

ツールとなっています。当チームでは、超短パルス性、超広帯域性、そして超高出力性といったいます。また、電子線をパルス化することで、化学反応の進行に伴って時々刻々と物質の構造

レーザー光が持つ極限性を巧みに利用することで、人類が未だ手にしていない革新的なコヒーが変化する様子を、原子レベルの空間分解能で観測することもできます。当チームでは、最先レント光源を創り出すことを大きな目標としています。特に光電場の振動が数サイクルしかない

端のレーザー光と電子線の技術を組み合わせることで、極限的なアト秒（1アト秒は100京分の高出力レーザー光源を開発しそれを励起光とすることで、時間・空間で完全コヒーレンス性を1秒）の精度で時間構造を制御された電子線を発生させ、化学反応の観測と制御に応用しま持ち、且つその偏光特性も制御できる高機能軟X線レーザー光源の開発に挑んでいます。またす。具体的には、光反応の初期過程である電子密度分布の超高速変化を動画撮影できる手法

他の研究グループと共同研究を行い、開発した極限レーザー光源を物理学、化学、生物学等のを開発します。更に、電子線と原子や分子の間の反応断面積を、電子線のアト秒時間構造に分野に利用展開することで、高強度光科学の新しい研究領域の開拓を目指します。

よって制御することにも挑戦します。電子線とレーザー技術の融合により、それぞれ単独では不キーワード

高出力数サイクルレーザー、

超短パルス電子線、電子線イメージング、▲

1. Bing, X., Tamaru, Y., Fu, Y., Yuan, H., Lan, P.,
Mücke, O.D., Suda, A., Midorikawa, K., andTakahashi, E.J.: “A Custom-Tailored Multi-TW
Optical Electric Field for Gigawatt Soft-X-Ray
Isolated Attosecond Pulses” , Ultrafast
Science 2021: 9828026 (2021).
2. Nishimura, K., Yuxi, F., Suda, A., Midorikawa,K., and Takahashi, E.J.: “Apparatus forgeneration of nanojoule-class water-window
high-order harmonics” , Rev. Sci. Instrum. 92:
063001 (2021).

可能であった測定や制御を可能にし、化学反応機構や物質の光物性、原子分子衝突過程を探求します。

3. Bing, X., Tamaru, Y., Fu, Y., Yuan, H., Lan, P.,
Mücke, O.D., Suda, A., Midorikawa, K., andTakahashi, E.J.: “Fully stabilized multi-TW
optical waveform synthesizer: Toward
gigawatt isolated attosecond pulses” ,Science Advances 6: eaay2802 (2020).

非線形光学、アト秒科学、原子衝突▲

超高速軟X線光学
主要論文

キーワード

主要論文

1. Morimoto, Y., Shinohara, Y., Ishikawa, K.L., andHommelhoff, P.: “Atomic real-space
perspective of light-field-driven currents ingraphene” , New J. Phys. 24, 033051 (2022).
2. Morimoto, Y., Shinohara, Y., Tani, M., Chen,
B.H., Ishikawa, K.L., and Baum, P.:“Asymmetric single-cycle control of valence
electron motion in polar chemical bonds” ,Optica 8, 382 (2021).
3. Morimoto, Y., Hommelhoff, P., and Madsen,
L.B.: “Coherent scattering of an
optically-modulated electron beam byatoms” , Phys. Rev. A 103, 043110 (2021).
4. Morimoto, Y., and Baum, P.: “Single-Cycle
Optical Control of Beam Electrons” , Phys.
Rev. Lett. 125, 193202 (2020).
5. Morimoto, Y., and Baum, P.: “Diffraction andmicroscopy with attosecond electron pulse
trains” , Nat. Phys. 14, 252 (2018).

▲

4. Yuxi, F., Nishimura, K., Shao, R., Suda, A.,
Midorikawa, K., Lan, P., and Takahashi, E.J.:“High efficiency ultrafast water-window
harmonic generation for single-shot soft
X-ray spectroscopy” , Communications
Physics 3: 92 (2020).

主要メンバー立花 佑一

5. Lu, X., Nishimura, K., Suda, A., Midorikawa, K.,
Fu, Y., and Takahashi, E.J.: “Optimization of amulti-TW few-cycle 17-μm source based on
Type-I BBO dual-chirped optical parametricamplification” , Optics Express 28: 15138-47(2020).
▲

主要メンバー

鍋川 康夫・Xu Lu・TRAN Nahan Giang

コヒーレント軟X線発生媒質の発光

08

光の波による電子ビームの時間変調

09サブ波長フォトニクス研究領域

サブ波長フォトニクス研究領域

eam
生細胞超解像イメージング研究チーム Live Cell Super-Resolution Imaging Research TTeam
チームリーダー

中野 明彦

生命光学技術研究チーム Biotechnological Optics Research Team
チームリーダー

理学博士

宮脇 敦史

医学博士

▲

▲

研究分野

サブ波長高速イメージングで光るタンパク質を活用する

生細胞内のナノスケールの活動を見る

バイオイメージング技術の開発

膜交通、小胞輸送、

光は、生命科学研究における最先端のツールです。中でも、GFPをはじめとする蛍光プローブ

今、生物学はポストゲノム時代に突入したと言われています。生体分子が生きた細胞の中でどのバイオイメージング、蛍光タンパク質、発色団

超解像ライブイメージング、の開発と光学顕微鏡技術の発達は、細胞レベルでの微細構造観察に、「生きたまま」という重ように振舞うかを可視化することが求められています。生体分子の示す動的な振る舞いは、細胞▲要な要素を加え、生命活動の動的な理解に革命を起こしました。当研究チームでは、超高速共の増殖、分化、ガン化の機序を知る上で重要です。ポストゲノムプロジェクトを云々するに、より

焦点スキャナと超高感度カメラシステムの組み合わせによって、高速かつ精細な撮像を行い、実際的な意味において、細胞内シグナル伝達系を記述するための同時観測可能なパラメータを画像処理によって回折限界を大きく超える方法SCLIMを開発しています。この方法を用い、生細どんどん増やす試みが重要です。いろいろな場面において細胞の心をつかむためのスパイ分子

胞内の膜交通や細胞小器官動態を高速かつサブ波長空間解像の４次元で観察し、その分子機を我々は開発しています。我々はまた、新しい ʻ光るタンパク質ʼ を求めて、様々な生き物からのク構を解明します。またこれらの顕微鏡技術の開発をさらに進め、医療、創薬等の応用分野にもローニングを行っています。狙いのひとつは、蛍光などの様々な物理特性を引き出して、新しいス展開します。

タイルのバイオイメージング技術を開発することです。光るタンパク質の発色団を彷徨う電子の総合生物、複合領域、総合理工
生物学／生化学▲

主要論文

1. Nakano, A.: “The Golgi apparatus and its
next-door neighbors” , Frontiers Cell Dev. Biol.
in press (2022).
2. Shimizu, Y., Takagi, J., Ito, E., Ito, Y., Ebine, K.,
Komatsu, Y., Goto, Y., Sato M., Toyooka, K.,
Ueda, T., Kurokawa, K., Uemura, T., andNakano, A.: “Cargo sorting zones in thetrans-Golgi network visualized bysuper-resolution confocal live imaging
microscopy in plants” , Nat. Commun.
12:1901 (2021).

心をつかむための研究を推し進めます。さらに、光や色に関する、生物に優しい技術を材料科学に応用していきます。

3. Rodriguez-Gallardo, S., Kurokawa, K.,
Sabido-Bozo, S., Cortes-Gomez, A., Ikeda, A.,Zoni, V., Aguilera-Romero, A., Perez-Linero,
A.M., Lopez, S., Waga, M., Araki, M., Nakano,M., Riezman, H., Funato, K., Vanni, S., Nakano,A., and Muñiz, M.: “Ceramide chain
length-dependent protein sorting into
selective endoplasmic reticulum exit sites” ,Sci. Adv. 6:eaba8237 (2020).

生物学／生化学
キーワード

主要論文

1. Michikawa, T., Yoshida, T., Kuroki, S., Ishikawa, T.,
Kakei, S., Kimizuka, R., Saito, A., Yokota, H.,
Shimizu, A., Itohara, S., and Miyawaki, A.:“Distributed sensory coding by cerebellar
complex spikes in units of cortical segments” ,Cell Rep.37(6), 109966 (2021).
2. Katayama, H., Hama, H., Nagasawa, K.,
Kurokawa, H., Sugiyama, M., Ando, R., Funata, M.,
Yoshida, N., Homma, M., Nishimura, T.,
Takahashi, M., Ishida, Y., Hioki, H., Tsujihata, Y.,
and Miyawaki A.: “Visualizing and Modulating
Mitophagy for Therapeutic Studies of
Neurodegeneration” , Cell 181(5), 1176-1187(2020).
3. Iwano, S., Sugiyama, M., Hama, H., Watakabe, A.,
Hasegawa, N., Kuchimaru, T., Tanaka, KZ.,
Takahashi, M., Ishida, Y., Hata, J., Shimozono, S.,
Namiki, K., Fukano, T., Kiyama, M., Okano, H.,
Kizaka-Kondoh, S., McHugh, TJ., Yamamori, T.,
Hioki, H., Maki, S., and Miyawaki, A.: “Single-cellbioluminescence imaging of deep tissue in freely
moving animals” , Science 359 (6378), 935-939(2018).

4. Tojima, T., Suda, Y., Ishii, M., Kurokawa, K.,
and Nakano, A.: “Spatiotemporal dissectionof the trans-Golgi network in budding yeast” ,J. Cell Sci. 132:jcs231159 (2019).

4. Sakaue-Sawano, A., Yo, M., Komatsu, N.,
Hiratsuka, T., Kogure, T., Hoshida, T., Goshima, N.,
Matsuda, M., and Miyawaki, A.: “Geneticallyencoded tools for optical dissection of the
mammalian cell cycle” , Mol. Cell 68, 626-640(2017).

5. Kurokawa, K., Osakada, H., Kojidani, T., Suda,
Y., Asakawa, H., Haraguchi, T., and Nakano,A.: “Visualization of secretory cargo transport
within the Golgi apparatus in living yeast
cells” , J. Cell Biol. 218:1602-1618 (2019).
▲

5. Hama, H., Hioki, H., Namiki, K., Hoshida, T.,
Kurokawa, H., Ishidate, F., Kaneko, T., Akagi, T.,
Saito, T., Saido, T., and Miyawaki, A.: “ScaleS: an
optical clearing palette for biological imaging” ,Nat. Neurosci. 18 (10), 1518-1529 (2015).

主要メンバー▲

黒川 量雄・戸島 拓郎・神 奈亜子・宮代 大輔・
植村 知博・須田 恭之・伊藤 容子・伊藤 瑛海・
石井 久美子・和賀 美保・蛭川 英男

医歯薬学、工学、総合生物、

▲

▲

キーワード

共焦点顕微鏡、細胞小器官

10

研究分野

左：SCLIM2顕微鏡。
右：SCLIM2で撮像した酵母トランスゴルジ網（赤）とそこで集合・離散するクラスリン（緑）。高速3D動画の１コマ。

光色変換蛍光タンパク質Kaedeを発現するヒト由来HeLa細胞群。紫色レーザー光の局所照射の前（左）と後（右）。照射された細胞質あるいは核のみが緑―赤の色変換をします。

主要メンバー

平野 雅彦・戸崎 麻子

11サブ波長フォトニクス研究領域

サブ波長フォトニクス研究領域

画像情報処理研究チーム Image Processing Research Team
チームリーダー横田 秀夫

フォトン操作機能研究チーム
チームリーダー

博士(工学)

田中 拓男

Innovative Photon Manipulation Research Team

博士(工学)

▲

▲

研究分野

研究分野

工学、情報学、コンピューター科学

科学情報に対する

サブ波長構造を用いて工学、総合領域、総合理工▲

画像処理研究光を思いのままに操る▲

バイオエンジニアリング、画像解析、医用工学

当チームでは、理化学研究所オリジナルな画像処理技術の開発、多次元の計測技術の開発に当チームでは、サブ波長スケールの極微細構造と光波との相互作用やそこから生み出される光ナノフォトニクス、近接場光学、応用光学▲

より、科学技術に貢献することを目的とします。特に、新規の情報処理技術、画像処理技術の研

学現象や光機能を研究し，さらにそれらを、フォトンを思いのままに創成・操作する技術として▲究開発により、理化学研究所内外の研究者に向けた、生命現象を定量化する新規ツールを確深化させます。そして、その新しい光科学技術を用いて、ナノメートルスケールの極微細の構造

立することにより、数理生物学、バイオメディカルシミュレーション、医療診断・治療技術の向を有する立体構造物を自由に作りだす光加工技術や、分子を１つずつ検出・同定できる超高感上に貢献します。

度な光センシング技術などの実現へと展開します。図はその一例で、図(a)は、サブ波長サイズ

キーワード

多次元画像処理、多次元イメージング、

主要論文

1. Tamura, N., Goto, S., Yokota, H., and Goto, S.:"Contributing Role of Mitochondrial Energy
Metabolism on Platelet Adhesion, Activation
and Thrombus Formation under Blood Flow
Conditions", Platelets 1-7 (2022).
2. Yamashita, N., Matsuno, T., Maeda, D.,
Kikuzuki, M., and Yokota, H.: “Efficient 3D
observation of steel microstructure using
serial sectioning with precision cutting andon-site etching” , Precision Engineering 75,
pp.37-45 (2022).

メタマテリアル、プラズモニクス、のアルミニウム構造からなる光吸収体でつくった理研のロゴの電子顕微鏡写真です。この構造
は、光の波長と比較して遙かに薄い構造にもかかわらず、そのサイズや形で決まる特定の波長

3. Takematsu, M., Umezawa, M., Sera, T.,
Kitagawa, Y., Kurahashi, H., Yamada, S.,
Okubo, K., Kamimura, M., Yokota, H., andSoga, K.: “Influence of the difference inrefractive index on the interface of an object
and the surrounding in near-infrared
fluorescence tomography” , Applied Optics(2021).

の光を選択的にほぼ完全に吸収します。この構造に白色光を照射して観察したのが図(b)で、高い精度で原図の色を再現できています。構造のサイズを変化させれば、可視光全体をカバーする様々な色を発色させることができます(図(c))。

4. Michikawa,T., Yoshida, T., Kuroki, S., Ishikawa,T., Kakei, S., Kimizuka, R., Saito, A., Yokota, H.,
Shimizu, A., Itohara, S., and Miyawaki, A.:“Distributed sensory coding by cerebellar
complex spikes in units of corticalsegments” , Cell Reports 37,6, 109966(2021).

主要論文

1. Jung, W., Jung, Y., Pikhitsa, P., Feng, J., Yang,
Y., Kim, M., Tsai, H., Tanaka, T., Shin, J., Kim,
K., Choi, H., Rho, J., and Choi, M.:"Three-dimensional nanoprinting via charged
aerosol jets", nature 592, 54 (2021).
2. Luo, T., Chu, C., Vyas, S., Kuo, H., Chia, Y.,
Chen, M., Shi, X., Tanaka, T., Misawa, H.,
Huang, Y., and Tsai, D.: "Varifocal Metalens
for Optical Sectioning Fluorescence
Microscopy", Nano Letters 21, 5133-5142(2021).
3. Olaya, C. M., Hayazawa, N., Hermosa, N., andTanaka, T.: "Angular Goos-H nchen shift
sensor using gold film enhanced by surface
plasmon resonance", J. Phys. Chem. A 125,451-458 (2021).
4. Balois, M. V., Hayazawa, N., Yasuda, S., Ikeda,
K., Yang, B., Kazuma, E., Yakota, Y., Kim, Y.,
and Tanaka, T.: "Visualization ofsubnanometric local phonon modes in aplasmonic nanocavity via tip-enhanced
Raman spectroscopy in ambient", NPJ 2DMater. Appl. 3, 38 (2019).

5. Hori, K., Ikematsu, H., Yamamoto, Y.,
Matsuzaki, H., Takeshita, N., Shinmura, K.,
Yoda, Y., Kiuchi, T., Takemoto, S., Yokota, H.,
and Yano, T.: “Detecting colon polyps inendoscopic images using artificial
intelligence constructed with automatedcollection of annotated images from anendoscopy reporting system” , Digestive
Endoscopy (2021).

5. Le, H.-H.-T., Morita, A., Mawatari, K., Kitamori,T., and Tanaka, T.: "Metamaterials-Enhanced
Infrared Spectroscopic Study of
Nanoconfined Molecules by
Plasmonics-Nanofluidics Hydrid Device", ACS
Photonics 5, 3179-3188 (2018).

▲▲

主要メンバー

キーワード

主要メンバー

Image Processing Cloud
早澤 紀彦・OGUCHI Maria Vanessa Balois・
BALGOS Maria Herminia Marallag・
OLAYA Cherrie May Mogueis・山口 剛史

吉澤 信・太田 聡史・野田 茂穂・道川 隆士・
竹本 智子・森田 正彦・山下 典理男・
SUN Zhe・中村 佐紀子・辻村 有紀・
西村 将臣・ZHANG Xianping・岩瀬 紘章・
植松 高史

サブ波長アルミニウム構造によるメタマテリアル光吸収体を用いた「色」

1213

サブ波長フォトニクス研究領域

テラヘルツ光研究領域

先端レーザー加工研究チーム Advanced Laser Processing Research Team
チームリーダー

杉岡 幸次

工学博士

テラヘルツ光源研究チーム Tera-Photonics Research Team
チームリーダー

南出 泰亜

博士（工学）

▲

▲

研究分野

研究分野

工学、材料科学、総合理工、学際研究

フェムト秒レーザー３次元マイクロ・ナノ加工：

最先端テラヘルツ波技術で工学、総合理工▲純粋なタンパク質からなる３次元構造体の作製

世界を切り拓く▲

マイクロ・ナノ加工、3次元加工、バイオチップ

本チームでは、環境負荷が少なく、高品質・高効率の材料加工を実現する先端的なレーザープ

当チームでは、幅広いテラヘルツ波(THz波)応用分野で利用可能な新しい波長可変THz波光源▲

ロセッシング技術の研究・開発を行なっています。特にフェムト秒レーザーを用いることにより、の開発を、独創的な発想・手法で行い、応用分野の隅々まで THz波光を届けることを目指して

非破壊検査応用、非線形光学

３次元加工、固体表面ナノ構造化、新規ナノ物質創成等を実行する新しいプロセスを開発するいます。非線形光学現象を利用して、高性能なTHz波光源開発を行い、「高出力」、「広帯域同▲とともに、ビーム整形技術によりプロセスの高度化を図っています。開発した技術の応用とし調」、「高安定」、「狭線幅(CW)」、「高速・ランダム波長可変」などの新規技術開発に取り組み、て、機能マイクロ・ナノデバイス作製も試みています。３次元加工の一つとして、純粋なタンパ研究を進めています。また、高感度なTHz波検出に関する研究や、世界に向けたTHz波領域のク質からなる３次元マイクロ・ナノ構造体を作製する技術を開発しました。この手法を用いて、スペクトルデータベースの公開も積極的に行っています。一方、研究グループ間での共同研究

複雑な３次元形状のウシ血清アルブミン（BSA）構造体の作製に成功しました。さらに、１つのも行い、開発した光源と組み合わせた応用展開、THz波応用分野の開拓にも尽くします。研究

基板上に高感度緑色蛍光タンパク質と高感度青色蛍光タンパク質を形成し、２色同時蛍光イ

進展において必要な技術開発などは、広く産業界の協力を得ながら、世界をリードするTHz波

メージ（理研ロゴ）の取得を実現しました。作製したタンパク質の３次元構造体は、細胞培養、

光源・検出・応用の確立を目指します。

キーワード

フェムト秒レーザー、レーザー加工、

主要論文

1. Zhang, D., Li, X., Fu, Y., Yao, Q., Li, Z., and
Sugioka, K.: “Liquid vortexes and flows
induced by femtosecond laser ablation inliquid governing formation of circular andcrisscross LIPSS” , Opto-Electron. Adv. 5,210066 (2022).
2. Bai, S., Serien, D., Ma, Y., Obata, K., and
Sugioka, K.: “Attomolar sensing based on
liquid-interface assisted surface enhanced
Raman scattering in microfluidic chip byfemtosecond laser processing” , ACS Appl.
Mater. Interfaces 12, 42328–4233 (2020).
3. Bai, S., Serien, D., Hu, A., and Sugioka, K.:“Three-dimensional microfluidic SERS chips
fabricated by all-femtosecond-laserprocessing for real-time sensing of toxic
substances” , Adv. Funct. Mater. 28, 1706262(2018).

キーワード

高出力テラヘルツ波光源開発、
高感度テラヘルツ波検出、テラヘルツ波応用、

再生医療、バイオチップ、マイクロマシーン等、幅広い応用が期待できます。

主要論文

1. Takida, Y., Nawata, K., Notake, T., Otsuji, T., andMinamide, H.: "Optical up-conversion-based
cross-correlation for characterization of
sub-nanosecond terahertz-wave
pulses” ,Optics Express 30, 7, 11217–11227(2022).
2. 南出泰亜: "後進テラヘルツ波パラメトリック光源", CSJ 42 Current Review42 赤外線の化学利用-近赤外からテラヘルツまで- 32-36 (2021).
3. Minamide, H., Nawata, K., Moriguchi, Y.,
Takida, Y., and Notake T.: "Injection-seeded
terahertz-wave parametric generator withtiming stabilized excitation for nondestructive
testing applications", Review of Scientific
Instruments 92, 9, 093002, 1-8 (2021).
4. Shibuya, K., Nawata, K., Nakajima, Y., Fu, Y.,
Takahashi, E., Midorikawa, K., Yasui, T., andMinamide, H.: "Characteristics of nonlinear
terahertz-wave radiation generated by
mid-infrared femtosecond pulse laser
excitation", Appl. Phys. Express14, 9, 092004(2021).

4. Wu, D., Xu, J., Niu, L., Wu, S., Midorikawa, K.,
and Sugioka, K.: “In-channel integration ofdesignable microoptical devices using flat
scaffold-supported femtosecond-laser
microfabrication for coupling-free optofluidic
cell counting” , Light Sci. Appl. 4, e228
(2014).

5. Han, Z., Ohno, S., and Minamide, H.:“Electromagnetic Wave Tunneling from
Metamaterial Antiparallel Dipole Resonance” ,Adv. Photonics Res. 2, 2000186, 1-7 (2021).

5. Sugioka, K., and Cheng, Y.: “Femtosecond
laser three-dimensional micro- andnanofabrication” , Appl. Phys. Rev. 1, 041303(2014).

▲

主要メンバー▲

瀧田 佑馬・野竹 孝志・縄田 耕二・
大野 誠吾・森口 祥聖

主要メンバー

小幡 孝太郎・ZHANG Jiawei・BAI Shi・
尾笹 一成・SIMA Felixi・SERIEN Daniela

超小型テラヘルツ波光源（左）と有機非線形光学結晶（右）（左）フェムト秒レーザー３次元加工技術によって作製された複雑な３次元構造のウシ血清アルブミン（Bovine serum albumin: BSA）。
（右）高感度青色蛍光タンパク質と高感度緑色蛍光タンパク質のフェムト秒レーザー３次元造形により作製された理研ロゴ。

14

15

テラヘルツ光研究領域

テラヘルツ光研究領域

テラヘルツイメージング研究チーム
チームリーダー

大谷 知行

Terahertz Sensing and Imaging Research Team

テラヘルツ量子素子研究チーム Terahertz Quantum Device Research Team
チームリーダー

博士（理学）平山 秀樹

博士（工学）▲▲

研究分野

コンパクト、ポータブルなイメージングと応用開拓

テラヘルツレーザー光源の開発

テラヘルツ科学、テラヘルツ分光、

テラヘルツ光は、物質透過性や物質固有の吸収スペクトルの存在といった特長を有し、研究・

電波の透過性と、光の高分解能の両方の性質を有するテラヘルツ光は、各種透視・非破壊検

テラヘルツ、量子カスケードレーザ、

テラヘルツイメージング、テラヘルツ制御、産業の広範な分野で利用が期待されています。当チームでは、テラヘルツ光をプローブとする査用の光源として幅広い応用分野での利用が期待されています。我々は、大変コンパクトで携センシングとイメージングを基軸として、新技術開発と研究・応用分野開拓を進めています。特帯可能、高出力なテラヘルツ光源として期待されている、テラヘルツ量子カスケードレーザーに、テラヘルツ光の照射による分子構造と機能の制御に関する研究、高分子のテラヘルツ分光(THz-QCL)の開発を行っています。新規量子サブバンド構造や窒化物半導体などの導入により、学研究、超高感度ミリ波・テラヘルツ波イメージングデバイス開発とそれを用いた観測的研

これまで不可能であった室温発振や動作周波数領域の拡大を行うことにより、社会への実装を

究、高強度テラヘルツ光による物性物理学的研究などを行うとともに、企業・外部機関と連携目指したTHｚ−QCLの開発を行っています。次世代のコンパクト・テラヘルツイメージング素

して種々の応用開拓も進めています。

子を開発することにより、近未来の豊かな社会の実現を目指しています。

化学、物理学、分子生物／遺伝学、農学
▲

キーワード

超伝導検出器

2. Yamazaki, S., Ueno, Y., Hosoki, R., Saito, T.,
Idehara, T., Yamaguchi, Y., Otani, C., Ogawa,Y., Harata, M., and Hoshina, H.: “THzirradiation inhibits cell division by affecting
actin dynamics” , PloS One 16, e0248381(2021).

サブバンド間遷移、窒化物半導体レーザー、
分子線エピタキシー
主要論文

1. Wang, L., Lin, T., Wang, K., Grange, T., andHirayama, H.: “Leakages suppression byisolating the desired quantum levels for hightemperature terahertz quantum cascadelasers” , Scientific reports 11, 23634 (2021).
2. Wang, L., Lin, T., Wang, K., Grange, T., andHirayama, H.: “Engineering ofelectron–longitudinal optical phonon couplingstrength in m-plane GaN terahertz quantum
cascade lasers” , Applied physics Express 14,
11, 112003 (2021).

4. Wang, L., Lin, T., Wang, K., and Hirayama, H.:“Parasitic transport paths in two-wellscattering-assisted terahertz quantum
cascade lasers” , Applied Physics Express 12,
8, 082003-1-5 (2019).

4. Yamashita, M., and Otani, C.: “Intrinsic andextrinsic effects on intraband optical conductivityof hot carriers in photoexcited graphene” ,Physical Review Research 3, 013150 (2021).

5. Lin, T., Wang, L., Wang, K., Grange T., andHirayama, H.: “Optimization of terahertz quantum
cascade lasers by suppressing carrier leakage
channel via high-energy state” , Appl. Phys.
Express 11, 11, 112702 1-5 (2018).

5. Ikeda, S., Yamashita, M., and Otani, C.: “Hot carrier
dynamics and electron-phonon coupling inphotoexcited graphene via time-resolved
ultrabroadband terahertz spectroscopy” , PhysicalReview Research 3, 043143 (2021).

▲▲

保科 宏道・佐々木 芳彰・Miguel Hernandez Javier・CHEN Mingxi・
上野 佑也

キーワード

3. Wang, L., Lin, T., Wang, K., Grange, T., Birner,
S., and Hirayama, H.: “Short-period
scattering-assisted terahertz quantum
cascade lasers operating at hightemperatures” , Scientific Reports 9, 9446
(2019).

3. Momiyama, H., Sasaki, Y., Yoshimine, I., Nagano,S., Yuasa, T., and Otani, C.: “Depth super-resolved
imaging of infrastructures defects using aterahertz-wave interferometer” , NDT&E Int’ l. vol.
120, 102431 (2021).

主要メンバー

半導体物性

▲

▲

主要論文

1. Feng, C. H., Otani, C., and Ogawa, Y.:“Innovatively identifying naringin andhesperidin by using terahertz spectroscopy
and evaluating flavonoids extracts fromwaste orange peels by coupling withmultivariate analysis” , Food Control vol.137,
108897 (2022).

16

光デバイス工学、量子エレクトロニクス、

テラヘルツセンシング、▲

総合理工、工学、宇宙科学、研究分野（左）生体高分子(アクチン繊維)の蛍光顕微鏡像。
（右）テラヘルツ光照射によるアクチン繊維形成数の増加。

主要メンバー

林 宗澤・WANG Li・定 昌史・WANG Ke
テラヘルツ量子カスケードレーザー（THz-QCL）の構造と動作特性

17

光量子技術基盤開発領域

光量子技術基盤開発領域

光量子制御技術開発チーム Photonics Control Technology Team
チームリーダー和田 智之

先端光学素子開発チーム Ultrahigh Precision Optics Technology Team
チームリーダー

Ph.D.

山形 豊

博士（工学）

微量ガス計測、自然エネルギー利用、宇宙利用

1. Miyata, K., Kato, K., Wada, S., and Petrov, P.:“Thermo-optic dispersion properties of
CdSe for parametric nonlinear
interactions ” , Opt. Mater. Express 12,
963-969 (2022).
2. Fujii, K., Goto, T., Koike, K., Sugiyama, M.,
Nakamura, S., and Wada, S.: “Carrier
Pathway for Photoelectrochemical Water
Oxidation with Intermediate State in n-type
GaN Compared with Route of Anodic
Corrosion” , The Journal of Physical
Chemistry C 125 (16), 8562-8569 (2021).
3. Matsuura, R., Lo, CW., Wada, S., Somei, J.,
Ochiai, H., Murakami, T., Saito, N., Ogawa, T.,
Shinjo, A., Benno, Y., Nakagawa, M., Takei,M., and Aida.,Y.: “SARS-CoV-2 disinfectionof air and surface contamination by TiO2
photocatalyst-mediated damage to viralmorphology, RNA, and protein” , Viruses 13,
942 (2021).
4. Tsuyama, S., Taketani, A., Murakami, T.,
Sakashita, M., Miyajima, S., Ogawa, T.,
Wada, S., Maeda, H., and Hanada, Y.:“Quantitative prediction of a functional
ingredient in apple using Raman
spectroscopy and multivariate calibration
analysis” , Appl. Phys. B 127, 92 (2021).

基礎科学の研究や社会課題解決の要となる

超精密加工技術で工学、総合理工

光量子技術の開発

先端的光学素子を開発

当チームは、自然環境の保護、健康維持、老朽化したインフラの検査やエネルギー資源問題な

当チームは、先端的な超精密／微細加工技術の開発とそれらを利用した先端的科学機器の開ど、人類の暮らしにおける重要な課題に、光技術を駆使して取り組んでいます。具体的な研究

発を通じ理化学研究所内外の基礎科学研究をサポートし、更には産業 界や社会の役に立つ技の柱として、生活や産業現場で発生するさまざまなガスを計測対象とした光学的遠隔検知シス術を開発することを目的としています。主な研究開発課題は、（1）超精密光学素子のデザイン・

テム、高エネルギー宇宙線の飛来の有無や太陽活動の指標となる大気情報を得るための大気加工・計測・シミュレーション技術、特に金属基材を用いた中性子集光ミラー開発 、（2）超精

モニター用リモートセンシングシステム、健康状態を知る手がかりとなるレーザー呼気計測技

密切削加工などによる微細構造形成技術、（3）マイクロ流路等を用いた生物・生化学のための術、トンネルの劣化を検出するための近距離ライダー、太陽光を直接エネルギー源としたレー

先端的危機の研究開発等を行っています。これらの研究開発課題は、他の支援チーム とは異ザーシステムの開発を推進しています。また、次世代のバイオ、医療、農業への応用を目的としなり原則として共同研究を基礎とした方式により行っています。

た、新しい医療用レーザー、光音響計測法、光生体反応センシングシステムの開発にも取り組んでいます。これらの研究を通して、人類が安全、安心に生活できる社会環境を形成、保持していくことに貢献します。併せて、素粒子物理学のブレークスルーに必須の要素技術、高出力ライなどの基礎科学の研究も推進しています。これらの応用研究は、光材料、光制御にかかわる基礎研究の成果として得られています。

(b)

(c)

▲

主要メンバー

1. Heacock, B., Fujiie, T., Haun, W.R.,.Henins, A.,
Hirota, K., Hosobata, T., Huber, M.G.,
Kitaguchi, M., Pushin, D.A., Shimizu, H.,
Takeda, M., Valdillez, R., Yamagata, Y., andYoung, A.R.:"Pendellosung interferometryprobes the neutron charge radius, latticedynamics, and fifth forces", Science 373,
1239-1243 (2021).
2. Yamada, N., L., Hosobata, T., Nemoto, F., Hori,
K., Hino, M., Izumi, J., Suzuki, K., Hirayama,M., Kanno, R., and Yamagata, Y.: “Applicationof precise neutron focusing mirrors forneutron reflectometry: latest results andfuture prospects” , J. Appl. Cryst. 53 (2020).

5. Notake, T., Takeda, M., Okada, S., Hosobata,T., Yamagata, Y., and Minamide, H.:“Characterization of all second-ordernonlinear-optical coefficients of organic
N-benzyl-2-methyl-4-nitroaniline crystal” ,Scientific Reports 9(1) (2019), DOI:
10.1038/s41598-019-50951-1▲

18

ペンデル干渉実験用のシリコン単結晶の超精密加工・計測(a) ナトリウムライダーによる超高層大気物理の現象解明。
(b) 超低速ミュオン発生のためのコヒーレントライマンα共鳴放射（サリチル酸メチルの蛍光）。
（株）トプコン(c) レーザーインフラ計測。 協力 静岡県交通基盤部、(d) 植物栽培への光量子制御技術の導入。

主要論文

4. Hosobata, T., Yamada, N., L., Hino, M.,
Yoshinaga, H., Nemoto, F., Hori, K., et al.:“Elliptic neutron-focusing supermirror for
illuminating small samples in neutronreflectometry” , Optics Express Vol. 27, Issue
19, pp. 26807-26820 (2019),
https://doi.org/10.1364/OE.27.026807(d)

5. Yumoto, M., Kawata, Y., Abe, T. Matsuyama,T., and Wada, S.: “Non-destructive mid-IR
spectroscopy with quantum cascade laser
can detect ethylene gas dynamics of apple
cultivar ‘Fuji’ in real time” , Sci. Rep. 11,
20695 (2021).

斎藤 徳人・加瀬 究・松山 知樹・佐々 高史・
小川 貴代・湯本 正樹・藤井 克司・
宮田 憲太郎・丸山 真幸・村上 武晴・
小田切 正人・伊敷 喜斗・坂下 亨男・
津野 克彦・種石 慶・森下 圭・川田 靖・
岡下 敏宏・大野 陽子・松本 健

生産技術、中性子光学素子

3. Saiki, T., Hosobata, T., Kono, Y., Takeda, M.,
Ishijima, A., Tamamitsu, M., Kitagawa, Y., Goda, K.,
Morita, S., Ozaki, S., Motohara, K., Yamagata, Y.,
Nakagawa, K., and Sakuma, I.: "Sequentially timed
all-optical mapping photography boosted by abranched 4f system with a slicing mirror", Opt.
Express 28, 31914-31922 (2020).

マンαコヒーレント光源の開発とそれを用いた粒子制御、レーザーを基礎とした小型中性子源

(a)

キーワード

超精密加工、超精密計測、非球面光学素子、

▲

▲

主要論文

研究分野

▲

▲

キーワード

素粒子制御・計測、医療・農業計測、

▲

▲

研究分野

工学、物理学、生物学/生化学、農学、医歯薬学

主要メンバー

城田 幸一郎・田島 右副・滝澤 慶之・
青山 哲也・海老塚 昇・青木 弘良・
細畠 拓也・江川 悟・竹田 真宏

19

光量子技術基盤開発領域

光量子技術基盤開発領域

中性子ビーム技術開発チーム Neutron Beam Technology Team
チームリーダー

大竹 淑恵

技術基盤支援チーム
チームリーダー

理学博士

山形 豊

Advanced Manufacturing Support Team

博士（工学）

▲

▲

研究分野

研究分野

物理学、工学、総合理工

理研小型中性子源システムRANSによる研究工作物の例と工学、総合理工▲新たな非破壊分析技術開発

研究支援件数の分布▲

私たちは理研キャンパス内において小型中性子源システムを基軸とする新しいコンパクト線源

研究室が広範な分野にわたって基礎および応用の研究を円滑かつ効率的に推進していくため

CAD/CAM/CAE、３Dプリンター

および非破壊計測技術の研究開発を行っています。理研小型中性子源システムRANS(ランズには、これを支え、促進し得るような、様々な先端的な研究用実験装置の確保、あるいは装置▲

RIKEN Accelerator-driven compact neutron source)は、大きく二つの開発目標があり、一つ改造等が必要不可欠です。当チームの主任務は、研究者からの要求に応じて、それらの装置をは、ものづくり分野など産業利用の現場で利用できるコンパクトな評価解析装置システムの実開発､製作することにあり、装置の構想・詳細設計、製作、あるいは既設装置の改良・改修等を

現、もう一つは、社会ならびに産業インフラ予防保全、防災に役立つ非破壊観察技術の開発で一貫して行うことにあります。また、機械工作、ガラス工作、電気工作に関わる技術相談や技術

す。RANSでは塗膜鋼材腐食と水の動きの可視化定量評価法の確立、コンクリート内の空伱お指導に応じるとともに、マシンショップの管理も行っています。そのためにエンジニアリング能

よび水に対する反射中性子（後方散乱中性子）を利用する非破壊検査法を世界で初めて開発

力と製造技能を磨き、業務のスピードアップなどにたゆまない向上を行っています。

キーワード

加速器小型中性子源システム、金属材料組織
観察、インフラ非破壊観察技術開発、コンクリート劣化水分空伱可視化、
コンクリート内部塩分検出（中性子誘導即発γ線分析）▲

主要論文

1. Kobayashi, T., Ikeda, S., Otake, Y., Ikeda, Y., andHayashizaki, N.: “Completion of a new
accelerator-driven compact neutron source
prototype RANS-II for on-site use” , Nucl. Instrum.
Methods Phys. Res. A. Vol.994, 165091 pp1-6(2021).
2. 藤田訓裕，岩本ちひろ，高梨宇宙，大竹淑恵，野田秀作.: “散乱中性子イメージング法を用いた道路橋床版の滞水・土砂化検知システム” 日本材料学会第21回コンクリート構造物の補修，補強，アップグレード
シンポジウム論文集.Vol. 21, pp484-489 (2021).
3. Otake, Y.: “RIKEN Accelerator-driven compact
Neutron systems, RANS project -RANS, RANS-II, III,RANS-μ-” J. Neutron Res. vol. 23, no. 2-3, pp119-125(2021).

キーワード

生産技術、機械加工、レーザー加工、し、さらに塩害による劣化を初期予防するための塩分検出技術開発に取り組んでいます。また
高張力鋼板等の革新材料開発に貢献する、複相鋼板オーステナイト相分率の高精度評価（1％主要論文

1. Heacock, B., Fujiie, T., Haun, W.R.,.Henins, A.,
Hirota, K., Hosobata, T., Huber, M.G.,
Kitaguchi, M., Pushin, D.A., Shimizu, H.,
Takeda, M., Valdillez, R., Yamagata, Y., andYoung, A.R.:"Pendellosung interferometryprobes the neutron charge radius, latticedynamics, and fifth forces", Science 373,
1239-1243 (2021).
2. Teshima, Y., Hosoya, Y., Sakai, K., Nakano, T.,
Tanaka, A., Aomatsu, T., Yamazawa, k.,
Ikegami, Y., and Watanabe, Y.: “Developmentof Tactile Globe by Additive Manufacturing” ,Springer LNCS 12376, 419-426 (2020).
3. Yamazawa, K., Teshima, Y., Watanabe, Y.,
Ikegami, Y., Fujiyoshi, M., Oouchi, S., andKaneko, T.: “Three-Dimensional Model
Fabricated by Layered Manufacturing for
Visually Handicapped Persons to Trace Heart
Shape” , Springer LNCS 7383, 505-508(2012).

以下）に成功しました。これにより、ますます小型中性子源の利用範囲が拡大されるとともに、
コンパクトな中性子源システムが現場で利用されることが期待されます。

4. Wakabayashi, Y., Yan, M., Takamura, M., Ooishi, R.,
Watase, H., Ikeda, Y., and Otake, Y.: “Conceptual study ofsalt-meter with 252Cf neutron source for on-site
inspection of bridge structure” J. Neutron Res. vol. 23,
no. 2-3, pp207-213 (2021).

4. Oouchi, S., Yamazawa, K., and Secchi, L.:“Reproduction of Tactile Paintings for Visual
Impairments Utilized Three-Dimensional
Modeling System and the・ Effect of Difference in
the Painting Size on Tactile Perception” , Springer
LNCS 6180, 527-533 (2010).

5. Xu, P.G., Ikeda, Y., Hakoyama, T., Takamura, M.,
Otake, Y., and Suzuki, H.: “In-house texture
measurement using a compact neutron source” , J
Appl Crystallogr Vol.53, pp444-454 (2020).

▲

5. Yamazawa, K., Hashizume, D., Nakao, A.,
Anzai, M., Narahara, H., and Suzuki, H.:“Proposal for Artificial Bone Formation using
Powder-layered Manufacturing: Surface andInternal Chemical Composition of Formed
Artificial Bone” , Transactions of theJapanese Society for Medical and BiologicalEngineering Vol.47, No. 4, 359-365 (2009).

主要メンバー▲

竹谷 篤・髙村 正人・小林 知洋・若林 泰生・
水田 真紀・高梨 宇宙・藤田 訓裕・
岩本 ちひろ・YAN Mingfei・池田 翔太・
後藤 誠

主要メンバー

山澤 建二・池田 滋・藤本 武・竹田 真宏・
綿貫 正大・高橋 一郎・霜田 進
研究機器製作品の例と2021年度の工作依頼件数の分布
床版内部劣化非破壊検出システム（未来予想図）
小型中性子源反射型イメージングによるアスファルト層の下の劣化を見つける

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