シンポジウム（T-6）開催報告
Novel photonics using quantum materials and terahertz-infrared electric fields

量⼦マテリアルと THz-⾚外光電場が拓くフォトニクス応⽤
2021 年 3 ⽉ 16 ⽇ (⽕) 13:30 〜 18:00 Z05 会場
近年、THｚから⾚外帯域の光電場と物質が強く相互作⽤することによって、顕著な光学応答を⽰す量⼦材料が数多く⾒出されています。また、ナノスケールの物質制御と組み合わせることによって、特徴的な光機能や⾮摂動論的な光学応答が発現することがわかってきました。本シンポジウムでは、オンライン開催という利点を⽣かし、アジアだけでなくアメリカやドイツを含め、これらの領域の最前線を研究する国内外の研究者から話題提供をいただき、意⾒交換と今後の⽅向性などの議論の場を設けました。
海外からの講演が中⼼ということで、英語でのシンポジウムとなりました。
＜講演内容＞[16p-Z05-1] 13:30〜13:35 Opening Remarks
本シンポジウムの企画趣旨などについて述べられた。⼆次元物質やトポロジカル物質等の量⼦物質において、光と物質の相互作⽤を理解するとともに、光の場を制御することによって、従来は達成できなかったような強い電場や相互作⽤を実現でき、それらが機能をもたらす、という点のコメントがあった。
[16p-Z05-2] 13:35〜14:05 2D materials plasmons: physics and applications
Tony Low (Univ. Minnesota, USA)
グラフェンをはじめとした⼆次元物質のプラズモンを駆使した様々なアプリケーションが紹介された。
グラフェンではゲート電圧によってプラズモン周波数を簡単に変えることができ、それを⽤いたセンシングや、ビーム⾛査等の応⽤が可能になる。⼆次元で量⼦性が⼤きな影響を与える系によって、コンパク
トに様々な機能が実現されている様が印象的であった。
[16p-Z05-3] 14:05〜14:35 Dynamic modulation of spectral response with nanowire photodetectors
Shiqiang Li (A*STAR, Singapore)
メタサーフェスやプラズモンを⽤いたイメージセンサの紹介があった。極めて⾼度なナノ構造作製プロセスを利⽤して、半導体ナノワイヤーで構成されるディテクターを作製することで、マルチカラーのイメージングを⾏うセンサが開発されている。プロセス技術を⽤いて、デバイスとして極めて⾼機能なイメージセンサが実現されている点が興味深く、様々な応⽤が拓けていることがわかった。
[16p-Z05-4] 14:35〜15:05 Phase-Change Mid-Infrared Microcavity Photonics
Toshiharu Saiki1、Masashi Kuwahara2 (1Keio Univ., 2AIST, Japan)
相変化材料という、光によって屈折率や電気抵抗などが⼤きく変化する物質を駆使して、⾚外・可視域の新たな応⽤を開拓する独⾃の研究が紹介された。アブレーションなどを利⽤して構造を作製し、そのプラズモンモードを⽤いて、情報を書き込んだり処理したりすることができるなど、新しい情報処理技術としての可能性が⽰された。物質の⾃由度を追究し特徴的な物質を⽤いることで、新しいデバイス動作が可能となることを例証する興味深い内容であった。
[16p-Z05-5] 15:25〜15:55 Wafer-scale quantum plasmonic switching of electromagnetic waves
Dai Sik Kim (UNIST, Korea)
⾦属のナノギャップを⽤いた光デバイス応⽤が様々に紹介された。特にフレキシブルなポリマーに⾦属を蒸着し、それを曲げることによって、ギャップ⻑をサブナノメータスケールで制御する技術は、偏光素⼦やヘリシティ制御など様々な応⽤を⽣み出していることがわかる。ナノスケールで起こる電⼦トンネリングや、光の遮蔽が、マクロなウエハスケールでも利⽤できることを⽰した重要な成果であると考えられ、今後の展開が期待できる内容であった。
[16p-Z05-6] 15:55〜16:10 Investigation of luminescence from a localized plasmon induced by THz-fielddriven tunneling electrons
Kensuke Kimura1, Yuta Morinaga2, Hiroshi Imada1, Ikufumi Katayama2, Kanta Asakawa2,Katsumasa Yoshioka2, Yousoo Kim1, Jun Takeda1,2 (1RIEKN SISL、2Yokohama Nat. Univ., Japan)
⾦属ナノギャップを制御する別の⼿法として、⾛査型トンネル顕微鏡があるが、それとテラヘルツ領域の電磁波を組み合わせることによって、テラヘルツ電場による電⼦トンネリングが発⽣し、そこからの発光も検出できることを⽰した。超⾼速のナノトンネリングが、ナノスケールの分光分析に利⽤できることを⽰す点が興味深い内容であった。
[16p-Z05-7] 16:10〜16:40 THz spintronics using Magnetic Heterostructures and Topological Materials
Hyunsoo Yang (National Univ. of Singapore, Singapore)
スピントロニクス材料や、トポロジカル材料を駆使して、テラヘルツ波の発⽣や検出を⾏うデバイスが紹介された。逆ホール効果という物理的な現象がテラヘルツ電磁波を放出するメカニズムが興味深く、その⼤きな可能性を感じる内容であった。電⼦のみならずスピンのダイナミクスもテラヘルツ・⾚外領域では機能をもたらすことを⽰したという点で重要であると思われる。
[16p-Z05-8] 17:00〜17:30 Surface chirality probed by circular solid-state high-harmonic generation withpolarization-tailored strong fields
Murat Sivis1,2 (1Univ. of Goettingen, 2Max-Planck Inst., Germany)
円偏光の基本波と倍波を⾼精度に重ね合わせて、三回対称の電場波形を準備することによって、物質の動的な対称性を制御する研究が紹介された。複数の周波数の光を重ね合わせることで、光場の対称性を様々に変化させることができるという点で、極めてユニークな試みであると⾔える。これによって、物質のカイラリティが明らかにできるという点で、⾮常に興味深い内容であった。
[16p-Z05-9] 17:30〜18:00 Non-adiabatic switch-off and subcycle nonlinearities of deep-strong light-

matter coupling
Christoph Lange1,2, Joshua Mornhinweg2, Maike Halbhuber2, Viola Zeller2, Cristiano Ciuti3, Dominique
Bougeard2, Rupert Huber2 (1.TU Dortmund University, Germany、2.University of Regensburg, Germany、
3.Universite de Paris, France)
キャビティ強結合を⽤いて真空エネルギーの起源に迫ろうという意欲的な研究について紹介された。その過程でキャビティの Q 値を超⾼速でスイッチングする技術が利⽤されており、その結果放出される光の位相や振幅などが精密に評価されている。量⼦的な効果である、ゼロ点振動エネルギーが、キャビティのスイッチングによってどのように解放されるかを議論するという基礎物理学的な問題ではあるが、そこで⽤いられる技術はかなり⾼度なものを含んでおり、異分野への応⽤も期待される興味深い内容であった。
＜おわりに＞
本シンポジウムでは、遠隔開催の会議を好機ととらえ、世界各地で最先端の研究をされている若⼿気鋭の研究者を中⼼にご講演いただいた。アメリカ、ドイツ、シンガポール、韓国など、通常では呼べないほど多くの海外の講演者を迎えることができた。内容的にも⼤変レベルが⾼く、刺激的なシンポジウムとなったのではないかと考えている。特に⾮常に⼤きな時差のある場所からの参加だったにも関わらず講演を承諾してくださった講演者の⽅々には深く感謝する次第である。会場には常時 80 ⼈程度の聴講者が参加し、活発に意⾒交換が⾏われた。近年国際会議で海外に⾏く機会が減っている状況ではあるが、ご参加いただいた⽅々には海外での研究動向も含めて本分野の進展を実感していただけたのではないかと考えている。また、光を⽤いたデバイスの実現には、最先端の光制御技術、物質やデバイス構造の作製技術を駆使して、光と物質の相互作⽤を設計・制御することが重要であることを改めて感じたシンポジウ
ムであった。このような研究領域の取り組みを通して新しいアプリケーションや物理現象を⾒つけ出していくには、引き続き国際連携や異分野融合の取り組みを進めていく必要があると感じた。
世話⼈：⽚⼭郁⽂（横浜国⽴⼤学）、⻑尾忠昭（物質材料研究機構）、芦原聡（東京⼤学）