［電気電子工学系］

［経歴］

1室
究研
ス
ク
ニロ
トク
レエ
光

1999 年 04 月–
日本学術振興会 特別研究員
2002 年 04 月–
京都工芸繊維大学 助手
2007 年 04 月–
京都工芸繊維大学 助教
2013 年 04 月–
京都工芸繊維大学 准教授
2016 年 04 月– 2017 年 03 月
英国ケンブリッジ大学

キャベンディッシュ研究所 客員研究員
2017 年 01 月–
京都工芸繊維大学 教授［研究分野］

レーザ，太陽電池，有機デバイス，ポラリトン

研究室探訪

光エレクトロニクス
研究室［研究概要］

大きな可能性を秘めた「ポラリトン」

タ自体は研究開発が進み、世にも出てきていま

その量子コンピュータへの応用を探る

すが、マイナス200度以下の極低温でないと動「世界的に関心が持たれている研究に取り組を考えた際、極低温に冷却する必要があるとなみ、最先端を知る。研究者にとっては、それがると、エネルギー問題もある中で持続的に使っかせないという弱みがあります。今後の実用化良い成果を出すこと以上に価値あるものだと考ていけるかは疑問です。この課題をクリアするえています」。そう語るのは、光エレクトロニクスために、私の研究室では室温下でのポラリトン研究室で光電子デバイスグループを率いる山下状態の形成に取り組んできました。そして、『鉛兼一先生。どのような先端研究に取り組んでいハライドペロブスカイト半導体』という材料を使るのか、詳しくお話を伺いました。「現在メインうことによって、室温で形成可能であることを発テーマとしているのは『ポラリトン』の研究です。

見しました」。ペロブスカイトは、シリコンに替わNature誌やScience誌といったトップジャーナルる太陽電池の先端材料として近年大きな注目をにもたくさん記事が載るような、非常にホットな分集めてきた材料です。研究室でも以前からペロ野です」。ポラリトンとはいったい、どのようなもブスカイトの研究を行っており、ポラリトン状態ののなのでしょうか。先生は次のように説明します。

形成に適用したところ、ちょうどいい性質を持っ「一言で言うと、光と電子（物質）のハイブリッていることが判明。最先端を追い続けてきたこ

ドにあたる量子状態です。光には質量がありまとが、画期的な発見につながりました。

Fig.1̶ 光学測定によるデバイス評価実験

せんが、電子は質量を持つ物質です。ポラリトンはその複合体であり、質量のある粒子でありな光電子デバイスのがら、光の性質も併せ持っています。これまでさらなる高機能化を目指しては、光と電子を分けて考えてきたのですが、それらが混ざったポラリトン状態に学者として強いペロブスカイトを用いたポラリトン状態の室温形興味を持ち、原理や物性にまで立ち戻って研成を中心に、研究室では光電子デバイスの高機究を行っています」。光と電子を別々に捉え、そ能化に関する研究も展開しています。その一つ

れぞれを橋渡しする研究は昔から行われてきたが「広帯域有機波長可変レーザ」の開発です。といいます。具体例として、LEDやレーザ、太その内容について、先生はこう説明してくれまし陽電池を挙げながら、先生はこう話してくれました。
「光には色があり、レーザにもいろんな色がた。
「これらの光電子デバイスは長い研究の積あります。その色を自由に変えられるレーザがあみ重ねがあり、すでに製品化・実用化も進んれば使い勝手がよいのでは、というコンセプトででいます。今取り組んでいるポラリトンの研究は、行っている研究です。コンパクトな装置を開発でそのもう一歩先にある量子を使った演算や通信きれば、血液検査やガス検知などを簡便に実施を見据えたものとなっています」

できるようになります。その実現に向けて、赤かFig.2 ̶ ポラリトンデバイスが発光している様子

Fig.3 ̶ 実験サンプルの作製工程

量子を用いて演算を行う「量子コンピュータ」

ら紫まで幅広い波長の光を出し、かつ実際にレーに関する研究も行っています。ペロブスカイト太層を薄く被覆するように、10nmの厚さで膜を塗成に関係するボーズ・アインシュタイン凝縮といの研究は、現在世界中で盛り上がりを見せていザ発振を起こせる物質を探索してきました。学生

陽電池は研究者が多く、非常に競争の激しいるのが最適だと分かってきています」

うアイデアも提起していました。レーザがそうであったように、ポラリトンについても今後どんどんます。今のコンピュータは電子を用いて「0」とたちが何代にもわたって研究を重ねてきて、最近分野。山下先生は視点を変えたアプローチで、「1」の組み合わせによって情報を処理するのついに適当な材料が見つかりました。グラフェン技術の発展に貢献しようとしています。「太陽に対して、量子コンピュータでは「0でもあり1で量子ドットと呼ばれるもので、グルコースに処理を電池の性能の良しあしは、材料だけでは決まらもある」という重ね合わせの状態を使って処理加えることで手軽に手に入る物質です。ある学ないことを示そうとしています。太陽電池は複今後の研究の展望について尋ねると、先生ポラリトンの未知なる可能性を開放していく研究が進んでいくでしょう。その中で、ポラリトンの可能性をどこまで解放してあげられるかが、私の研究の焦点となります」。そして最後に、する点が特徴です。それにより、現在のコン生がこの物質に目を付けて、実験してみたところ、数の層で構成されており、光を電気に変えるペは次のように語ってくれました。
「ポラリトンの持先生はこう付け加えました。
「宇宙の始まりといピュータでは難しい、大規模で複雑な計算を高求めていた性能が得られました」。研究室では、ロブスカイトの層を挟むようにして、発電した電つ力をどこまで発揮させられるのか、それが大われるビッグバンが起きた時にさまざまな粒子が速・高精度で実行できると期待されています。

自分の専門領域以外の論文もたくさん読むよう気を取り出すキャリア抽出層があります。私はきなテーマです。現在、世の中のさまざまな場生まれ、最終的に残った粒子が光と物質でし

量子にはさまざまな種類があり、ポラリトンもその指導しているという山下先生。それにより、学生脇役であるキャリア抽出層に着目し、適した成面で使われているレーザ技術も、元はアインシュた。現在の世界の構成要素である光と物質、一つです。山下先生は、ポラリトンに着目したたちは広い視野と洞察力が磨かれ、この成果に膜方法や温度環境を探ることで、主役であるペタインが1900年代初頭に提唱したもので、それそのハイブリッドであるポラリトンを使って何かを独自のアプローチで、量子コンピュータが抱える結び付いたのです。

ロブスカイトの性能を最大限に引き出そうと考え以降の人間が研究を重ねてここまで発展してきなそうという今の研究は、ロマンに満ちた非常ています。これまでの研究で、ペロブスカイトのました。そしてアインシュタインは、ポラリトンの生に魅力あるものです」

課題の解決に挑んでいます。
「量子コンピュー

そしてもう一つ、「ペロブスカイト太陽電池」

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性能の良い光電子デバイスを実現するには、物質中での光と電子の相互作用を理解・制御することが重要になります。
本研究室では有機半導体やペロブスカイト半導体が持つ特徴的な電子物性に着目し、これを従来の光波制御の技術と組み合わせることにより、光-電子間の相互作用を効果的に制御することを考えています。

次世代量子デバイスの研究にも挑む山下兼一先生にお話を伺いました。

KITnews Vol.62

KITnews Vol.62

山下兼一 教授

こうした光電子デバイスの高機能化とともに、室究研ス
クニロトクレエ光を探究する

電子を光に、あるいは光を電子に変換する技術が用いられています。

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訪
探室
究研

ハイブリッド「ポラリトン」

訪
探室
究研

光と物質の

これらは光電子デバイスの一種であり、｜｜光エレクトロニクス
研究室

今や私たちの暮らしに広く浸透している LED やレーザ、太陽電池。