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

2024 - 2025

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 2024-012

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。

と考えられてきました。 ところが、 超解像顕微鏡技術をチームリーダー 香取 秀俊■ 量子オプトエレクトロニクス研究チーム

・・・・ 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■ 生命光学技術研究チーム

・・・ 09・・・・ 10・・・・・・・・・・・・・・・ 11

チームリーダー 宮脇 敦史

非破壊で装置の内部構造や食品の異物混入を検査し■ 画像情報処理研究チーム

たい、 ということもあるでしょう。 それを実現するのが、・・・・・・・・・・・・・・・ 12

チームリーダー 横田 秀夫

テラヘルツ光です。 テラヘルツ光はかつて “未踏の光”

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

副チームリーダー 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

では、 その波長の半分以下より小さい構造は見えない

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

微鏡ならば生きた細胞を観察できます。 しかし可視光

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

た細胞を高分解能で見たい、 そう思うでしょう。 光学顕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■ フォトン操作機能研究チーム ・・・・・・・・・・・・・ 13
光量子工学研究センター
センター長

緑川 克美

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■ 光励起デジタルツイン理研ECL研究チーム

・・・・・ 15

理研ECL研究チームリーダー 谷 峻太郎

テラヘルツ光研究領域

たことがないものを見ようとしています。 見ることができれば、 それを理解し、 制御することにも近づきます。

■ テラヘルツ光源研究チーム ・・・・・・・・・・・・・・ 17
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

・・・・・・・ 18

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 ・・・・・・・・・・ 19
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

・・・・・・・・・・・・・・・ 20

チームリーダー 和田 智之■ 先端光学素子開発チーム

・・・・・・・・・・・・・・・ 21

チームリーダー 山形 豊

■ 中性子ビーム技術開発チーム

・・・・・・・・・・・ 22

チームリーダー 大竹 淑恵■ 技術基盤支援チーム

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 23

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

超高速分子計測研究チーム Ultrafast Spectroscopy Research Team

チームリーダー

チームリーダー

緑川 克美

工学博士

理学博士

総合理工、工学、物理学、化学

研究分野

▲

▲

研究分野

田原 太平

化学、物理学、生物学／生化学

複雑な分子の変化を解明する

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

多光子顕微鏡ダイナミクス、界面

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主要論文の結果、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、

高強度レーザー科学、非線形光学、

2. Midorikawa, K.: “Progress on table-top
isolated attosecond light sources” , Nature
Photonics 16, 267 (2022).
3. 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).
4. Lin, Y-C., Nabekawa, Y., and Midorikawa, K.:“Optical parametric amplification of
sub-cycle shortwave infrared pulses” , Nat.
Commun. 11, 3413 (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. Lin, Y-C., Midorikawa, K., Nabekawa, Y.:“Wavefront control of subcycle vortex pulses
via carrier-envelop-phase tailoring” , Light:
Sci. & Appl. 12, 279 (2023).

アト秒光工学

フェムト秒の光で▲

光科学の地平を拓く

1. Kuramochi, H., Tsutsumi, T., Saita, K., Wei, Z.,
Osawa, M., Kumar, P., Liu, L., Takeuchi, S.,
Taketsugu T., Tahara, T.: “Ultrafast Raman
observation of the perpendicularintermediate phantom state of stilbene
photoisomerization” , Nat. Chem. 16, 22(2024).
2. Sung, W., Inoue, K., Nihonyanagi, S., Tahara,
T.: “Unified picture of vibrational relaxation of
OH stretch at the air/water interface” , Nat.
Commun. 15, 1258 (2024).
3. Kumar, P. Kuramochi, H. Takeuchi, S. Tahara,
T.: “Photoexcited plasmon-driven ultrafast
dynamics of the adsorbate probed byfemtosecond time-resolved
surface-enhanced time-domain Raman
spectroscopy” , J. Phys. Chem. Lett. 14, 2845
(2023).
4. 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).

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).

5. Kusaka, R., Nihonyanagi, S., and Tahara, T.:“The photochemical reaction of phenol
becomes ultrafast at the air–waterinterface” , Nat. Chem. 13, 306 (2021).

▲

主要メンバー

鍋川 康夫・永田 豊・磯部 圭佑・沖野 友哉・
藤原 孝成・LIN Yu-Chieh・山崎 馨・小林 徹・
若林 多起子

▲主要メンバー

石井 邦彦・二本柳 聡史・松崎 維信・
BORTER Jan Georg

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

アト秒科学研究チーム Attosecond Science Research Team

超高速分子計測研究チーム Ultrafast Spectroscopy Research Team

チームリーダー

チームリーダー

緑川 克美

工学博士

理学博士

総合理工、工学、物理学、化学

研究分野

▲

▲

研究分野

田原 太平

化学、物理学、生物学／生化学

複雑な分子の変化を解明する

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

多光子顕微鏡ダイナミクス、界面

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主要論文の結果、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、

高強度レーザー科学、非線形光学、

2. Midorikawa, K.: “Progress on table-top
isolated attosecond light sources” , Nature
Photonics 16, 267 (2022).
3. 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).
4. Lin, Y-C., Nabekawa, Y., and Midorikawa, K.:“Optical parametric amplification of
sub-cycle shortwave infrared pulses” , Nat.
Commun. 11, 3413 (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. Lin, Y-C., Midorikawa, K., Nabekawa, Y.:“Wavefront control of subcycle vortex pulses
via carrier-envelop-phase tailoring” , Light:
Sci. & Appl. 12, 279 (2023).

アト秒光工学

フェムト秒の光で▲

光科学の地平を拓く

1. Kuramochi, H., Tsutsumi, T., Saita, K., Wei, Z.,
Osawa, M., Kumar, P., Liu, L., Takeuchi, S.,
Taketsugu T., Tahara, T.: “Ultrafast Raman
observation of the perpendicularintermediate phantom state of stilbene
photoisomerization” , Nat. Chem. 16, 22(2024).
2. Sung, W., Inoue, K., Nihonyanagi, S., Tahara,
T.: “Unified picture of vibrational relaxation of
OH stretch at the air/water interface” , Nat.
Commun. 15, 1258 (2024).
3. Kumar, P. Kuramochi, H. Takeuchi, S. Tahara,
T.: “Photoexcited plasmon-driven ultrafast
dynamics of the adsorbate probed byfemtosecond time-resolved
surface-enhanced time-domain Raman
spectroscopy” , J. Phys. Chem. Lett. 14, 2845
(2023).
4. 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).

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).

5. Kusaka, R., Nihonyanagi, S., and Tahara, T.:“The photochemical reaction of phenol
becomes ultrafast at the air–waterinterface” , Nat. Chem. 13, 306 (2021).

▲

主要メンバー

鍋川 康夫・永田 豊・磯部 圭佑・沖野 友哉・
藤原 孝成・LIN Yu-Chieh・山崎 馨・小林 徹・
若林 多起子

▲主要メンバー

石井 邦彦・二本柳 聡史・松崎 維信・
BORTER Jan Georg

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

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

チームリーダー

香取 秀俊

博士（工学）

Ph.D.

総合理工、工学

量子エレクトロニクス、原子時計、

量子計測、光格子時計、相対論的測地学▲

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).
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).
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).

相対論的時空間をエンジニアリングする

電子や光子の量子性を利用する

工学、物理学、化学、総合理工

光デバイスを目指して

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

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。

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

キーワード

光エレクトロニクス、量子デバイス、

フォトニック結晶
主要論文▲

1. Takamoto, M., Ushijima, I., Ohmae, N., Yahagi,T., Kokado, K., Shinkai, H., and Katori, H.: "Testof general relativity by a pair of transportable
optical lattice clocks", Nat. Photonics 14,
411-415 (2020).

超高精度原子時計で

▲

▲

キーワード

研究分野

▲

▲

研究分野

加藤 雄一郎1. Fang, N., Chang, Y. R., Fujii, S., Yamashita, D.,
Maruyama, M., Gao, Y., Fong, C. F., Kozawa D.,
Otsuka, K., Nagashio, K., Okada, S., Kato, Y. K.:“Room-temperature quantum emission frominterface excitons in mixed-dimensional
heterostructures,” Nature Commun. 15, 2871
(2024).
2. Fujii, S., Fang, N., Yamashita, D., Kozawa D.,
Fong, C. F., Kato, Y. K.: “van der Waals
decoration of ultra-high-Q silica microcavitiesfor χ(2)-χ(3) hybrid nonlinear photonics,” Nano
Lett. 24, 4209 (2024).
3. Fang, N., Chang, Y. R., Yamashita, D., Fujii, S.,
Maruyama, M., Gao, Y., Fong, C. F., Otsuka, K.,
Nagashio, K., Okada, S., Kato, Y. K.: “Resonant
exciton transfer in mixed-dimensional
heterostructures for overcoming dimensional
restrictions in optical processes,” Nature
Commun. 14, 8152 (2023).

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
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。

4. Kozawa, D., Wu, X., Ishii, A., Fortner, J.,
Otsuka, K., Xiang, R., Inoue, T., Maruyama, S.,
Wang, Y., Kato, Y. K.: “Formation of organic
color centers in air-suspended carbon
nanotubes using vapor-phase reaction,”
Nature Commun. 13, 2814 (2022).

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

主要メンバー

5. 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).

髙本 将男・山口 敦史・伊藤 伸史▲

主要メンバー

西留 比呂幸・王 梦胡・ERKILIC Ufuk・
DELEAU Clement
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

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

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

チームリーダー

香取 秀俊

博士（工学）

Ph.D.

総合理工、工学

量子エレクトロニクス、原子時計、

量子計測、光格子時計、相対論的測地学▲

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).
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).
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).

相対論的時空間をエンジニアリングする

電子や光子の量子性を利用する

工学、物理学、化学、総合理工

光デバイスを目指して

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

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。

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

キーワード

光エレクトロニクス、量子デバイス、

フォトニック結晶
主要論文▲

1. Takamoto, M., Ushijima, I., Ohmae, N., Yahagi,T., Kokado, K., Shinkai, H., and Katori, H.: "Testof general relativity by a pair of transportable
optical lattice clocks", Nat. Photonics 14,
411-415 (2020).

超高精度原子時計で

▲

▲

キーワード

研究分野

▲

▲

研究分野

加藤 雄一郎1. Fang, N., Chang, Y. R., Fujii, S., Yamashita, D.,
Maruyama, M., Gao, Y., Fong, C. F., Kozawa D.,
Otsuka, K., Nagashio, K., Okada, S., Kato, Y. K.:“Room-temperature quantum emission frominterface excitons in mixed-dimensional
heterostructures,” Nature Commun. 15, 2871
(2024).
2. Fujii, S., Fang, N., Yamashita, D., Kozawa D.,
Fong, C. F., Kato, Y. K.: “van der Waals
decoration of ultra-high-Q silica microcavitiesfor χ(2)-χ(3) hybrid nonlinear photonics,” Nano
Lett. 24, 4209 (2024).
3. Fang, N., Chang, Y. R., Yamashita, D., Fujii, S.,
Maruyama, M., Gao, Y., Fong, C. F., Otsuka, K.,
Nagashio, K., Okada, S., Kato, Y. K.: “Resonant
exciton transfer in mixed-dimensional
heterostructures for overcoming dimensional
restrictions in optical processes,” Nature
Commun. 14, 8152 (2023).

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
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。

4. Kozawa, D., Wu, X., Ishii, A., Fortner, J.,
Otsuka, K., Xiang, R., Inoue, T., Maruyama, S.,
Wang, Y., Kato, Y. K.: “Formation of organic
color centers in air-suspended carbon
nanotubes using vapor-phase reaction,”
Nature Commun. 13, 2814 (2022).

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

主要メンバー

5. 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).

髙本 将男・山口 敦史・伊藤 伸史▲

主要メンバー

西留 比呂幸・王 梦胡・ERKILIC Ufuk・
DELEAU Clement
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

博士（工学）

理研白眉研究チームリーダー 森本 裕也

Ultrashort Electron Beam Science RIKEN Hakubi Research Team

Ph.D.

総合理工、工学、複合領域

高出力シングルサイクルレーザー、

アト秒レーザー、中赤外レーザー、
コヒーレント軟X線、高強度光科学

1. Lu, X., and Takahashi, E.J.: “Dual-chirped
optical parametric amplification ofhigh-energy single-cycle laser pulses” ,Nature Photonics 18, 99-106 (2024).
2. Bing, X., Tamaru, Y., Fu, Y., Yuan, H., Lan, P.,
Mücke, O.D., Suda, A., Midorikawa, K., andTakahashi, E.J.: “Gigawatt-class, tabletop,
isolated-attosecond-pulse light source” ,Optica 9, 360-363 (2022).

革新的な軟X線光を創り出す

超短パルス電子線で化学、物理学、総合理工、光学

化学反応初期過程を時空間分解イメージングする

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非線形光学、アト秒科学、原子衝突

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3. Lu, X., Bing, X., Ishii, N., Itatani, J.,
Midorikawa, K., and Takahashi, E.J.: “100-mJ
class, sub-two-cycle, carrier-envelope
phase-stable dual-chirped optical parametricamplification” , Opt Lett 47, 3371-3374(2022).

求します。

キーワード

超短パルス電子線、電子線イメージング、

主要論文

▲

▲

主要論文

レーザー光の極限性を利用して

▲

▲

キーワード

研究分野

▲

▲

研究分野

超短パルス電子線科学理研白眉研究チーム

1. Morimoto, Y.: "Attosecond electron-beamtechnology: a review of recent progress” ,Microscopy 72, 2-17 (2023).
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. 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).

主要メンバー▲

5. 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).

立花 佑一・OUILLE Marie・山下 由衣▲

主要メンバー

鍋川 康夫・神田 夏輝・今坂 光太郎・
西宮 海人・池田 大・RAJPOOT Rambabu・
IBRAHIM Ahmed Ramadan・
DONG Dianhong・XIA Minshuang
シングルサイクルレーザーの増幅

08

光の波による電子ビームの時間変調09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

博士（工学）

理研白眉研究チームリーダー 森本 裕也

Ultrashort Electron Beam Science RIKEN Hakubi Research Team

Ph.D.

総合理工、工学、複合領域

高出力シングルサイクルレーザー、

アト秒レーザー、中赤外レーザー、
コヒーレント軟X線、高強度光科学

1. Lu, X., and Takahashi, E.J.: “Dual-chirped
optical parametric amplification ofhigh-energy single-cycle laser pulses” ,Nature Photonics 18, 99-106 (2024).
2. Bing, X., Tamaru, Y., Fu, Y., Yuan, H., Lan, P.,
Mücke, O.D., Suda, A., Midorikawa, K., andTakahashi, E.J.: “Gigawatt-class, tabletop,
isolated-attosecond-pulse light source” ,Optica 9, 360-363 (2022).

革新的な軟X線光を創り出す

超短パルス電子線で化学、物理学、総合理工、光学

化学反応初期過程を時空間分解イメージングする

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非線形光学、アト秒科学、原子衝突

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3. Lu, X., Bing, X., Ishii, N., Itatani, J.,
Midorikawa, K., and Takahashi, E.J.: “100-mJ
class, sub-two-cycle, carrier-envelope
phase-stable dual-chirped optical parametricamplification” , Opt Lett 47, 3371-3374(2022).

求します。

キーワード

超短パルス電子線、電子線イメージング、

主要論文

▲

▲

主要論文

レーザー光の極限性を利用して

▲

▲

キーワード

研究分野

▲

▲

研究分野

超短パルス電子線科学理研白眉研究チーム

1. Morimoto, Y.: "Attosecond electron-beamtechnology: a review of recent progress” ,Microscopy 72, 2-17 (2023).
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. 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).

主要メンバー▲

5. 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).

立花 佑一・OUILLE Marie・山下 由衣▲

主要メンバー

鍋川 康夫・神田 夏輝・今坂 光太郎・
西宮 海人・池田 大・RAJPOOT Rambabu・
IBRAHIM Ahmed Ramadan・
DONG Dianhong・XIA Minshuang
シングルサイクルレーザーの増幅

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

生細胞超解像イメージング研究チーム Live Cell Super-Resolution Imaging Research Team

生命光学技術研究チーム Biotechnological Optics Research Team

副チームリーダー

チームリーダー

中野 明彦

理学博士

医学博士

研究分野

▲

▲

研究分野

宮脇 敦史

サブ波長高速イメージングで▲生細胞内のナノスケールの活動を見る

光るタンパク質を活用する

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、生体分子が生きた細胞の中でどのように振舞うかを可視化することが求められています。生バイオイメージング、蛍光タンパク質、発色団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」という重体分子の示す動的な振る舞いは、細胞の増殖、分化、ガン化の機序を知る上で重要です。より実要な要素を加え、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

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ど

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、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

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

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展開します。

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

総合生物、複合領域、総合理工
生物学／生化学キーワード

共焦点顕微鏡、細胞小器官▲

主要論文

1. Tojima, T., Suda, Y., Jin, N., Kurokawa, K., andNakano，A.: “Spatiotemporal dissection of
the Golgi apparatus and the ER-Golgi
intermediate compartment in budding
yeast” , eLife 13, e92900 (2024).
2. Obata, Y., Kurokawa, K., Tojima, T., Natsume,
M., Shiina, I., Takahashi, T., Abe, R., Nakano,A., and Nishida, T.: “Golgi retention andoncogenic KIT signaling via PLCγ2-PKD2-PI4KIIIβ activation in gastrointestinal
stromal tumor cells” , Cell Rep. 42, 113035(2023).

に応用していきます。

3. Toshima, J. Y., Tsukahara, A., Nagano, M.,
Tojima, T., Siekhaus, D. E., Nakano, A., andToshima, J.: “The yeast endocytic
early/sorting compartment exists as anindependent sub-compartment within thetrans-Golgi network” , eLife 12, e84850(2023).

主要論文

1. Hirano M., Yonemaru Y., Shimozono S., Sugiyama
M, Ando R, Okada Y, Fujiwara T, and Miyawaki A.
“StayGold photostability under different
illumination modes.” Sci. Rep. 14, 5541 (2024).
2. Ando R, Shimozono S, Ago H, Takagi M,
Sugiyama M, Kurokawa H, Hirano M, Niino Y,
Ueno G, Ishidate F, Fujiwara T, Okada Y,
Yamamoto M, and Miyawaki A.: “StayGoldvariants for molecular fusion andmembrane-targeting applications.” Nat. Methods(2023).
3. hirano, M., Ando, R., Shimozono, S., Sugiyama, M.,
Takeda, N., Kurokawa, H., Deguchi, R., Endo, K.,
Haga, K., Takai-Todaka, R., Inaura, S., Matsumura,Y., Hama, H., Okada, Y., Fujiwara, T., Morimoto, T.,
Katayama,K., Miyawaki, A.: “A highly photostableand bright green fluorescent protein” , Nat
Biotechnol. 40, 1132–1142 (2022).

5. 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).
▲

主要メンバー

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。

阪上-沢野 朝子・平野 雅彦・戸崎 麻子▲

主要メンバーキーワード

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 cortical segments” ,Cell Rep.37(6), 109966 (2021).

4. 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).
5. 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▲

超解像ライブイメージング、

医歯薬学、工学、総合生物、

戸島 拓郎・松浦 公美・神 奈亜子・宮代 大輔・
石井 久美子・和賀 美保・蛭川 英男

1011

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

生細胞超解像イメージング研究チーム Live Cell Super-Resolution Imaging Research Team

生命光学技術研究チーム Biotechnological Optics Research Team

副チームリーダー

チームリーダー

中野 明彦

理学博士

医学博士

研究分野

▲

▲

研究分野

宮脇 敦史

サブ波長高速イメージングで▲生細胞内のナノスケールの活動を見る

光るタンパク質を活用する

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、生体分子が生きた細胞の中でどのように振舞うかを可視化することが求められています。生バイオイメージング、蛍光タンパク質、発色団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」という重体分子の示す動的な振る舞いは、細胞の増殖、分化、ガン化の機序を知る上で重要です。より実要な要素を加え、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

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ど

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、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

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

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展開します。

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

総合生物、複合領域、総合理工
生物学／生化学キーワード

共焦点顕微鏡、細胞小器官▲

主要論文

1. Tojima, T., Suda, Y., Jin, N., Kurokawa, K., andNakano，A.: “Spatiotemporal dissection of
the Golgi apparatus and the ER-Golgi
intermediate compartment in budding
yeast” , eLife 13, e92900 (2024).
2. Obata, Y., Kurokawa, K., Tojima, T., Natsume,
M., Shiina, I., Takahashi, T., Abe, R., Nakano,A., and Nishida, T.: “Golgi retention andoncogenic KIT signaling via PLCγ2-PKD2-PI4KIIIβ activation in gastrointestinal
stromal tumor cells” , Cell Rep. 42, 113035(2023).

に応用していきます。

3. Toshima, J. Y., Tsukahara, A., Nagano, M.,
Tojima, T., Siekhaus, D. E., Nakano, A., andToshima, J.: “The yeast endocytic
early/sorting compartment exists as anindependent sub-compartment within thetrans-Golgi network” , eLife 12, e84850(2023).

主要論文

1. Hirano M., Yonemaru Y., Shimozono S., Sugiyama
M, Ando R, Okada Y, Fujiwara T, and Miyawaki A.
“StayGold photostability under different
illumination modes.” Sci. Rep. 14, 5541 (2024).
2. Ando R, Shimozono S, Ago H, Takagi M,
Sugiyama M, Kurokawa H, Hirano M, Niino Y,
Ueno G, Ishidate F, Fujiwara T, Okada Y,
Yamamoto M, and Miyawaki A.: “StayGoldvariants for molecular fusion andmembrane-targeting applications.” Nat. Methods(2023).
3. hirano, M., Ando, R., Shimozono, S., Sugiyama, M.,
Takeda, N., Kurokawa, H., Deguchi, R., Endo, K.,
Haga, K., Takai-Todaka, R., Inaura, S., Matsumura,Y., Hama, H., Okada, Y., Fujiwara, T., Morimoto, T.,
Katayama,K., Miyawaki, A.: “A highly photostableand bright green fluorescent protein” , Nat
Biotechnol. 40, 1132–1142 (2022).

5. 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).
▲

主要メンバー

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。

阪上-沢野 朝子・平野 雅彦・戸崎 麻子▲

主要メンバーキーワード

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 cortical segments” ,Cell Rep.37(6), 109966 (2021).

4. 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).
5. 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▲

超解像ライブイメージング、

医歯薬学、工学、総合生物、

戸島 拓郎・松浦 公美・神 奈亜子・宮代 大輔・
石井 久美子・和賀 美保・蛭川 英男

1011

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

フォトン操作機能研究チーム

チームリーダー

チームリーダー横田 秀夫

博士(工学)

博士(工学)

工学、情報学、コンピューター科学

多次元画像処理、多次元イメージング、

バイオエンジニアリング、画像解析、医用工学
1. Sasaki, S., Mori, T., Enomoto, H., Nakamura,S., Yokota, H., Yamashita, H., Goto-Inoue, N.,“Assessing Molecular Localization of
Symbiont Microalgae in Coral Branches
Through Mass Spectrometry Imaging” , Mar
Biotechnol (2024).
2. Wang, J., Maeda, E., Tsujimura, Y., Abe, T.,
Kiyonari, H., Kitaguchi, T., Yokota, H.,
Matsumoto, T., “In situ FRET measurement ofcellular tension using conventional confocal
laser microscopy in newly establishedreporter mice expressing actinin tension
sensor” , Scientific Reports. 13, Article
number, 22729 (2023).

サブ波長構造を用いて画像処理研究光を思いのままに操る

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3. Takemoto, S., Hori, K., Yoshimasa, S.,
Nishimura, M., Nakajo, K., Inaba, A., Sasabe,
M., Aoyama, N., Watanabe, T., Minakata, T.,
Ikematsu, H., Yokota, H., Yano, T.:“Computer-aided demarcation of earlygastric cancer: a pilot comparative study withendoscopists” , Journal of Gastroenterology(2023).

る様々な色を発色させることができます(図(c))。

キーワード

メタマテリアル、プラズモニクス、
主要論文

1. Chu, C. H., Chia, Y.-H., Hsu, H.-C, Vyas, S., Tsai
C.-M., Yamaguchi, T., Tanaka, T., Chen, H.-W.,
Luo, Y. , Yang P.-C., and Tsai, D. P.: "Intelligent
Phase Contrast Meta-Microscope System",Nano Letters 23, 24, 11630-11637 (2023).
2. Chen, M. K., Chu, C. H., Liu, X., Zhang, J., Sun,
L., Yao, J., Fan, Y., Liang, Y., Yamaguchi, T.,
Tanaka, T., and Tsai, D. P.: "Meta-Lens in theSky", IEEE Access 10, 46552-46557 (2022).
3. Tanaka, T., Yano T., and Kato, R.:"Nanostructure-enhanced infrared
spectroscopy", Nanophotonics 11, 2541-2561(2022).
4. 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).
5. 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. Umebayashi, M., Takemoto, S., Reymond, L.,
Sundukova, M., Hovius, R., Bucci, A.,
Heppenstall, P.A., Yokota, H., Johnsson, K.,
Riezman, H.: “A covalently-linked probe tomonitor local membrane properties
surrounding plasma membrane proteins” ,Journal of Cell Biology, 222(3):e202206119(2023).

主要メンバー▲

5. Mitsui, T., Mori, A., Takamatsu, T., Kadota, T.,
Sato, K., Fukushima, R, Okubo, K., Umezawa,M., Takemura, H., Yokota, H., Kuwata, T.,
Kinoshita, T., Ikematsu, H., Yano, T., Maeda,
S., Soga, K., “Evaluating the identification of
the extent of gastric cancer by over-1000 nm
near-infrared hyperspectral imaging using
surgical specimens” , Journal of Biomedical
Optics. Vol. 28. Issue 8, 086001 (2023).

工学、総合領域、総合理工

▲

▲

主要論文

科学情報に対する

▲

▲

キーワード

研究分野

▲

▲

研究分野

田中 拓男

Innovative Photon Manipulation Research Team早澤 紀彦・BALGOS Maria Herminia Marallag・
OLAYA Cherrie May Mogueis・山口 剛史
Image Processing Cloud▲主要メンバー

吉澤 信・太田 聡史・野田 茂穂・道川 隆士・
竹本 智子・中村 佐紀子・辻村 有紀・
西村 将臣・HAN Shuning・及川 虎太郎

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

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

フォトン操作機能研究チーム

チームリーダー

チームリーダー横田 秀夫

博士(工学)

博士(工学)

工学、情報学、コンピューター科学

多次元画像処理、多次元イメージング、

バイオエンジニアリング、画像解析、医用工学
1. Sasaki, S., Mori, T., Enomoto, H., Nakamura,S., Yokota, H., Yamashita, H., Goto-Inoue, N.,“Assessing Molecular Localization of
Symbiont Microalgae in Coral Branches
Through Mass Spectrometry Imaging” , Mar
Biotechnol (2024).
2. Wang, J., Maeda, E., Tsujimura, Y., Abe, T.,
Kiyonari, H., Kitaguchi, T., Yokota, H.,
Matsumoto, T., “In situ FRET measurement ofcellular tension using conventional confocal
laser microscopy in newly establishedreporter mice expressing actinin tension
sensor” , Scientific Reports. 13, Article
number, 22729 (2023).

サブ波長構造を用いて画像処理研究光を思いのままに操る

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3. Takemoto, S., Hori, K., Yoshimasa, S.,
Nishimura, M., Nakajo, K., Inaba, A., Sasabe,
M., Aoyama, N., Watanabe, T., Minakata, T.,
Ikematsu, H., Yokota, H., Yano, T.:“Computer-aided demarcation of earlygastric cancer: a pilot comparative study withendoscopists” , Journal of Gastroenterology(2023).

る様々な色を発色させることができます(図(c))。

キーワード

メタマテリアル、プラズモニクス、
主要論文

1. Chu, C. H., Chia, Y.-H., Hsu, H.-C, Vyas, S., Tsai
C.-M., Yamaguchi, T., Tanaka, T., Chen, H.-W.,
Luo, Y. , Yang P.-C., and Tsai, D. P.: "Intelligent
Phase Contrast Meta-Microscope System",Nano Letters 23, 24, 11630-11637 (2023).
2. Chen, M. K., Chu, C. H., Liu, X., Zhang, J., Sun,
L., Yao, J., Fan, Y., Liang, Y., Yamaguchi, T.,
Tanaka, T., and Tsai, D. P.: "Meta-Lens in theSky", IEEE Access 10, 46552-46557 (2022).
3. Tanaka, T., Yano T., and Kato, R.:"Nanostructure-enhanced infrared
spectroscopy", Nanophotonics 11, 2541-2561(2022).
4. 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).
5. 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. Umebayashi, M., Takemoto, S., Reymond, L.,
Sundukova, M., Hovius, R., Bucci, A.,
Heppenstall, P.A., Yokota, H., Johnsson, K.,
Riezman, H.: “A covalently-linked probe tomonitor local membrane properties
surrounding plasma membrane proteins” ,Journal of Cell Biology, 222(3):e202206119(2023).

主要メンバー▲

5. Mitsui, T., Mori, A., Takamatsu, T., Kadota, T.,
Sato, K., Fukushima, R, Okubo, K., Umezawa,M., Takemura, H., Yokota, H., Kuwata, T.,
Kinoshita, T., Ikematsu, H., Yano, T., Maeda,
S., Soga, K., “Evaluating the identification of
the extent of gastric cancer by over-1000 nm
near-infrared hyperspectral imaging using
surgical specimens” , Journal of Biomedical
Optics. Vol. 28. Issue 8, 086001 (2023).

工学、総合領域、総合理工

▲

▲

主要論文

科学情報に対する

▲

▲

キーワード

研究分野

▲

▲

研究分野

田中 拓男

Innovative Photon Manipulation Research Team早澤 紀彦・BALGOS Maria Herminia Marallag・
OLAYA Cherrie May Mogueis・山口 剛史
Image Processing Cloud▲主要メンバー

吉澤 信・太田 聡史・野田 茂穂・道川 隆士・
竹本 智子・中村 佐紀子・辻村 有紀・
西村 将臣・HAN Shuning・及川 虎太郎

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

サブ波長フォトニクス研究領域

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

理研ECL研究チームリーダー 谷 峻太郎

Ph.D.

▲

工学、材料科学、総合理工、学際研究▲

マイクロ・ナノ加工、3次元加工、バイオチップ

▲

主要論文

1. Zhang, J., Obata, K., Ozasa, K., Uzawa, T., Ito,Y., Sugioka, K.: “Rapid manufacturing ofglass-based digital nucleic acid amplification
chips by ultrafast Bessel pulses” , Small Sci.
4, 2300166 (2024).
2. Kawabata, S., Bai, S., Obata, K., Miyaji, G., and
Sugioka, K.: “Two-dimensional laser-induced
periodic surface structures formed on
crystalline silicon by GHz burst mode
femtosecond laser pulses” , Int. J. Extreme
Manuf. 5, 015004 (2023).
3. 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).

高機能マイクロ・ナノシステムの作製

マルチスケール現象のデジタルツイン構築

研究分野

総合理工、物理学、工学
キーワード

精密レーザー加工、超高速分光、深層学習、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

レーザー技術の発展により、原子間結合の強さに匹敵する光電場を自在に物質に印加できるよ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、うになってきました。このような強く自在な光電場は精密なレーザー加工をはじめとする物質状

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

態制御への活用が期待されています。一方、連続的な固体が離散的な原子へと破断するような▲フェムト秒レーザー、レーザー加工、光励起により駆動される

▲

キーワード

フェムト秒レーザー３次元加工：

▲

研究分野

光励起デジタルツイン理研ECL研究チーム Digital Twin for Light-Matter Interaction RIKEN ECL Research Team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。さらに開発した技術の応用

不可逆過程の物理は未だ明らかになっておらず、自在な制御を行うためには膨大な試行錯誤

として、高機能マイクロ・ナノデバイス作製を試みています。一例として、異なるフェムト秒レーが欠かせないのが現状です。本チームでは実験の全自動化を通して、光励起を出発点とする微ザー加工技術を組み合わせることにより（複合フェムト秒レーザー加工）、３次元マイクロ流体

視的過程を大規模に観測し、現象の「文脈」を抽出する手法を開発することで、物質が不可逆

1. Endo, T., Tani, S., Sakurai, H., and Kobayashi,
Y.: “Probing thermal dissipation dimensionality
to laser ablation in the pulse duration range
from 300 fs to 1 µs” , Opt. Express 31, 36027(2023).

表面増強ラマン分光(SERS)チップの作製を行いました。作製したSERSチップを用いることによに変化する過程の支配方程式を明らかにすることを目指します。このような手法を開発することり、微量物質のリアルタイム検出、さらにはアトモーラーレベルの超微量分析を実現しました。

で、現実世界と同じように振る舞うサイバー空間の双子「デジタルツイン」を構築し、現実世界

本技術は、ウイルス感染やアルツハイマー病などの病気を、高感度に早期診断することへの応の問題を数値計算やアルゴリズムを用いて最適化できる技術を開発します。

用が期待されます。

デジタルツイン、自律実験
主要論文

2. Tani, S., and Kobayashi, Y.:"Pulse-by-pulse
evolution of surface morphology driven by
femtosecond laser pulses", J. Appl Phys. 133,
143104 (2023).
3. Shimahara, K., Tani, S., Sakurai, H., andKobayashi, Y.:” A deep learning-based
predictive simulator for the optimization ofultrashort pulse laser drilling", Commun. Eng.
2, 1 (2023).
4. Tani, S., Sugiyama, K., Sukegawa, T., Sato, T.,
Ishizuka, Y., Taya, S., Feng, F., Komeda, O.,
Suto, H., Saitoh, H., and Kobayashi,Y.:” Real-time high-spectral-resolution
mid-infrared spectroscopy with asignal-to-noise ratio of ten thousand” , Opt.
Express 30, 36813 (2022).

4. 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).

5. Tani, S., and Kobayashi, Y.:"Ultrafast laser
ablation simulator using deep neuralnetworks” , Sci. Rep. 12, 5837 (2022).

5. 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).

▲

主要メンバー▲

主要メンバー

小幡 孝太郎・BAI Shi・ZHANG Jiawei・
MOMENIBIDZARD Ashkan・尾笹 一成・
川端 祥太

14

（左）アトモーラー分析を可能にする新しいSERS分析手法（液界面支援SERS: LI-SERS）の概略図。
（右）マイクロ流体SERSチップを用いた10-17MのR6G溶液のLI-SERS分析結果。

光励起により駆動されるマルチスケール現象のデジタルツイン構築

15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

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

理研ECL研究チームリーダー 谷 峻太郎

Ph.D.

▲

工学、材料科学、総合理工、学際研究▲

マイクロ・ナノ加工、3次元加工、バイオチップ

▲

主要論文

1. Zhang, J., Obata, K., Ozasa, K., Uzawa, T., Ito,Y., Sugioka, K.: “Rapid manufacturing ofglass-based digital nucleic acid amplification
chips by ultrafast Bessel pulses” , Small Sci.
4, 2300166 (2024).
2. Kawabata, S., Bai, S., Obata, K., Miyaji, G., and
Sugioka, K.: “Two-dimensional laser-induced
periodic surface structures formed on
crystalline silicon by GHz burst mode
femtosecond laser pulses” , Int. J. Extreme
Manuf. 5, 015004 (2023).
3. 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).

高機能マイクロ・ナノシステムの作製

マルチスケール現象のデジタルツイン構築

研究分野

総合理工、物理学、工学
キーワード

精密レーザー加工、超高速分光、深層学習、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

レーザー技術の発展により、原子間結合の強さに匹敵する光電場を自在に物質に印加できるよ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、うになってきました。このような強く自在な光電場は精密なレーザー加工をはじめとする物質状

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

態制御への活用が期待されています。一方、連続的な固体が離散的な原子へと破断するような▲フェムト秒レーザー、レーザー加工、光励起により駆動される

▲

キーワード

フェムト秒レーザー３次元加工：

▲

研究分野

光励起デジタルツイン理研ECL研究チーム Digital Twin for Light-Matter Interaction RIKEN ECL Research Team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。さらに開発した技術の応用

不可逆過程の物理は未だ明らかになっておらず、自在な制御を行うためには膨大な試行錯誤

として、高機能マイクロ・ナノデバイス作製を試みています。一例として、異なるフェムト秒レーが欠かせないのが現状です。本チームでは実験の全自動化を通して、光励起を出発点とする微ザー加工技術を組み合わせることにより（複合フェムト秒レーザー加工）、３次元マイクロ流体

視的過程を大規模に観測し、現象の「文脈」を抽出する手法を開発することで、物質が不可逆

1. Endo, T., Tani, S., Sakurai, H., and Kobayashi,
Y.: “Probing thermal dissipation dimensionality
to laser ablation in the pulse duration range
from 300 fs to 1 µs” , Opt. Express 31, 36027(2023).

表面増強ラマン分光(SERS)チップの作製を行いました。作製したSERSチップを用いることによに変化する過程の支配方程式を明らかにすることを目指します。このような手法を開発することり、微量物質のリアルタイム検出、さらにはアトモーラーレベルの超微量分析を実現しました。

で、現実世界と同じように振る舞うサイバー空間の双子「デジタルツイン」を構築し、現実世界

本技術は、ウイルス感染やアルツハイマー病などの病気を、高感度に早期診断することへの応の問題を数値計算やアルゴリズムを用いて最適化できる技術を開発します。

用が期待されます。

デジタルツイン、自律実験
主要論文

2. Tani, S., and Kobayashi, Y.:"Pulse-by-pulse
evolution of surface morphology driven by
femtosecond laser pulses", J. Appl Phys. 133,
143104 (2023).
3. Shimahara, K., Tani, S., Sakurai, H., andKobayashi, Y.:” A deep learning-based
predictive simulator for the optimization ofultrashort pulse laser drilling", Commun. Eng.
2, 1 (2023).
4. Tani, S., Sugiyama, K., Sukegawa, T., Sato, T.,
Ishizuka, Y., Taya, S., Feng, F., Komeda, O.,
Suto, H., Saitoh, H., and Kobayashi,Y.:” Real-time high-spectral-resolution
mid-infrared spectroscopy with asignal-to-noise ratio of ten thousand” , Opt.
Express 30, 36813 (2022).

4. 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).

5. Tani, S., and Kobayashi, Y.:"Ultrafast laser
ablation simulator using deep neuralnetworks” , Sci. Rep. 12, 5837 (2022).

5. 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).

▲

主要メンバー▲

主要メンバー

小幡 孝太郎・BAI Shi・ZHANG Jiawei・
MOMENIBIDZARD Ashkan・尾笹 一成・
川端 祥太

14

（左）アトモーラー分析を可能にする新しいSERS分析手法（液界面支援SERS: LI-SERS）の概略図。
（右）マイクロ流体SERSチップを用いた10-17MのR6G溶液のLI-SERS分析結果。

光励起により駆動されるマルチスケール現象のデジタルツイン構築

15

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）

緑川 克美

光量子工学研究センター
センター長

最先端テラヘルツ波技術でアト秒レーザーが世界を変えたでした。どうするか考えていたころ、レーする光「レーザー」。微細加工や通信、顕ザー強度を飛躍的に上げる「チャープパル

微鏡観察などその応用範囲は広く、最近でやりたかったことの一つが、「アト秒パス増幅」（2018年ノーベル物理学賞）といも2018年、2023年には関連の発明がノー

ルスの時間幅の計測」でした。高次高調波

う画期的な方法が発明され、卓上サイズの

ベル物理学賞を受賞するなど重要な科学技装置でも可能性があると思いつきました。

が櫛の歯状のスペクトルになっているのを術の一つです。光量子工学研究センターの緑川 克美 センター長は、競争の激しいこの分野で、世界最高出力の「アト秒パルスレーザー」を開発するなど、大きな成果を上げてきました。

レーザーとの出会い40年ほど前、大学院生だった私は、次世代のエネルギーとされていた核融合を起こす手段としてレーザーの研究を始めました。卒業後はレーザー技術を生かして理研のウラン濃縮プロジェクトに参加し、プロ
ジェクトの目標達成を機に「X線レーザーをつくりたい」と申し出て、以来、この思いを貫いてきました。

発見に次ぐ発見で不可能が可能に
1980年代初め、レーザー界は「次はX線だ」という機運に沸いていました。しを発生させるには巨大な励起用レーザーが必要で、当時の理研ではつくれません

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、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波領域のところが、いざ装置の開発を始める

ルスが列をなしていることが容易に想像でと、X線のミラーがないため位相（波の山

きます。しかし、可視域とは違って光学素や谷の位置）を揃えて増幅できないことが子がほとんどないX線領域でのパルス幅のも行い、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

計測は容易にはできません。

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

問題になりました。その頃、これも後にノーベル物理学賞（2023年）をとる「高世界中の研究者がこの問題に挑む中、次高波」という現象が発見され、出力は微

私たちはアト秒パルスレーザーのパルス

弱ながら位相の整った状態で波長を短くでを2分割して双子パルスをつくり、それきることが分かったのです。この現象を利らを干渉させる装置を開発しパルスの時用して、2002年、X線波長領域で高出力の「アト秒パルスレーザー」の開発に成功しました。開発した手法は、今では高出力の高次高調波を発生させる国際標準になっています。
ノーベル賞級の研究成果に裏付けられた装置開発でしたが、実際につくるのは大変でした。強度が出ずに悩んでいた時のことですが、レーザー光を閉じ込めるための中
空ファイバーをたまたま外してしまったら、なんとその問題が解決されたという幸運もありました。

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

光源・検出・応用の確立を目指します。

初めてアト秒パルス同士でのアト秒時間計測に成功したのです。アトとは百京分

1. Nishida, M., Notake, T., Takida, Y., Hirosawa, K.,
Ohata, N., and Minamide, H.:“High-repetition-rate injection-seeded
terahertz-wave parametric generation pumped
by a 1.5 μm sub-nanosecond laser” , Appl.
Phys. Lett. 124, 12 121105 (2024).
2. Satou, A., Negoro, T., Narita, K., Hosotani, T.,
Tamura, K., Tang, C., Lin, T.-T., Retaux, P.-E.,
Takida, Y., Minamide, H., Suemitsu, T., andOtsuji, T.: “Gate-readout and a 3D rectification
effect for giant responsivity enhancement ofasymmetric dual-grating-gate plasmonic
terahertz detectors” , Nanophotonics 12, 23
4283–4295 (2023).

4. Muldera, J.E., Nawata, K., Takida, Y., Yadav, D.,
and Minamide, H.: “Tunable backward
terahertz-wave parametric oscillator centered
at a high frequency of 0.87 THz with injection
seeding” , Opt. Express 31, 15 23966-23973(2023).

の1（10-18）のことで、電子の動きが測れる短さです。全く違った時間軸でモノを観察できるようになり、「アト秒科学」という分野が誕生しました。

5. Tamura, K., Tang, C., Ogiura, D., Suwa, K.,
Fukidome, H., Takida, Y., Minamide, H.,
Suemitsu, T., Otsuji, T., and Satou, A.: “Fast andsensitive terahertz detection with acurrent-driven epitaxial-graphene asymmetricdual-grating-gate field-effect transistor
structure” , APL Photonics 7, 12 126101(2022).

私の研究の集大成とも言えるこれらの成果に、若手たちの活躍が続いていくのが楽しみです。とはいえ、私自身もレーザーへの興味は尽きません。かつてノーベル賞を受賞した著名な研究者の「レーザーに限界
えています。

主要論文

3. Shirato, M., Takida, Y., Kanno, T., Matsuura, H.,
Niwano, Y., Minamide, H., Nakamura, K.:“Mutagenicity assessment of high-power
1.6-THz pulse laser radiation” , Photochem.
Photobiol. 100, 146-158 (2023).

間幅を計測しました。2005年、世界ではない」という言葉に、ますます共感を覚

高感度テラヘルツ波検出、テラヘルツ波応用、

主要メンバー▲

かし、強力な励起が必要なX線レーザー

見れば、そこではアト秒領域の時間幅のパ

キーワード

高出力テラヘルツ波光源開発、▲

人工的につくり出され、単一波長で直進工学、総合理工▲世界を切り拓く

研究分野▲﹁レーザーの無限の可能性﹂
に導かれて

私の
科学道

テラヘルツ光研究領域

超小型テラヘルツ波光源（左）と、PPLN結晶（右上）およびテラヘルツ波イメージング（右下）

瀧田 佑馬・MULDERA Joselito・
YADAV Deepika・DE LOS REYES Alexander・
XU Yuehong

取材・構成：池田 亜希子／撮影：相澤 正。

『RIKEN NEWS』2024 年 Summer 号より転載

16

17

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）

緑川 克美

光量子工学研究センター
センター長

最先端テラヘルツ波技術でアト秒レーザーが世界を変えたでした。どうするか考えていたころ、レーする光「レーザー」。微細加工や通信、顕ザー強度を飛躍的に上げる「チャープパル

微鏡観察などその応用範囲は広く、最近でやりたかったことの一つが、「アト秒パス増幅」（2018年ノーベル物理学賞）といも2018年、2023年には関連の発明がノー

ルスの時間幅の計測」でした。高次高調波

う画期的な方法が発明され、卓上サイズの

ベル物理学賞を受賞するなど重要な科学技装置でも可能性があると思いつきました。

が櫛の歯状のスペクトルになっているのを術の一つです。光量子工学研究センターの緑川 克美 センター長は、競争の激しいこの分野で、世界最高出力の「アト秒パルスレーザー」を開発するなど、大きな成果を上げてきました。

レーザーとの出会い40年ほど前、大学院生だった私は、次世代のエネルギーとされていた核融合を起こす手段としてレーザーの研究を始めました。卒業後はレーザー技術を生かして理研のウラン濃縮プロジェクトに参加し、プロ
ジェクトの目標達成を機に「X線レーザーをつくりたい」と申し出て、以来、この思いを貫いてきました。

発見に次ぐ発見で不可能が可能に
1980年代初め、レーザー界は「次はX線だ」という機運に沸いていました。しを発生させるには巨大な励起用レーザーが必要で、当時の理研ではつくれません

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、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波領域のところが、いざ装置の開発を始める

ルスが列をなしていることが容易に想像でと、X線のミラーがないため位相（波の山

きます。しかし、可視域とは違って光学素や谷の位置）を揃えて増幅できないことが子がほとんどないX線領域でのパルス幅のも行い、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

計測は容易にはできません。

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

問題になりました。その頃、これも後にノーベル物理学賞（2023年）をとる「高世界中の研究者がこの問題に挑む中、次高波」という現象が発見され、出力は微

私たちはアト秒パルスレーザーのパルス

弱ながら位相の整った状態で波長を短くでを2分割して双子パルスをつくり、それきることが分かったのです。この現象を利らを干渉させる装置を開発しパルスの時用して、2002年、X線波長領域で高出力の「アト秒パルスレーザー」の開発に成功しました。開発した手法は、今では高出力の高次高調波を発生させる国際標準になっています。
ノーベル賞級の研究成果に裏付けられた装置開発でしたが、実際につくるのは大変でした。強度が出ずに悩んでいた時のことですが、レーザー光を閉じ込めるための中
空ファイバーをたまたま外してしまったら、なんとその問題が解決されたという幸運もありました。

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

光源・検出・応用の確立を目指します。

初めてアト秒パルス同士でのアト秒時間計測に成功したのです。アトとは百京分

1. Nishida, M., Notake, T., Takida, Y., Hirosawa, K.,
Ohata, N., and Minamide, H.:“High-repetition-rate injection-seeded
terahertz-wave parametric generation pumped
by a 1.5 μm sub-nanosecond laser” , Appl.
Phys. Lett. 124, 12 121105 (2024).
2. Satou, A., Negoro, T., Narita, K., Hosotani, T.,
Tamura, K., Tang, C., Lin, T.-T., Retaux, P.-E.,
Takida, Y., Minamide, H., Suemitsu, T., andOtsuji, T.: “Gate-readout and a 3D rectification
effect for giant responsivity enhancement ofasymmetric dual-grating-gate plasmonic
terahertz detectors” , Nanophotonics 12, 23
4283–4295 (2023).

4. Muldera, J.E., Nawata, K., Takida, Y., Yadav, D.,
and Minamide, H.: “Tunable backward
terahertz-wave parametric oscillator centered
at a high frequency of 0.87 THz with injection
seeding” , Opt. Express 31, 15 23966-23973(2023).

の1（10-18）のことで、電子の動きが測れる短さです。全く違った時間軸でモノを観察できるようになり、「アト秒科学」という分野が誕生しました。

5. Tamura, K., Tang, C., Ogiura, D., Suwa, K.,
Fukidome, H., Takida, Y., Minamide, H.,
Suemitsu, T., Otsuji, T., and Satou, A.: “Fast andsensitive terahertz detection with acurrent-driven epitaxial-graphene asymmetricdual-grating-gate field-effect transistor
structure” , APL Photonics 7, 12 126101(2022).

私の研究の集大成とも言えるこれらの成果に、若手たちの活躍が続いていくのが楽しみです。とはいえ、私自身もレーザーへの興味は尽きません。かつてノーベル賞を受賞した著名な研究者の「レーザーに限界
えています。

主要論文

3. Shirato, M., Takida, Y., Kanno, T., Matsuura, H.,
Niwano, Y., Minamide, H., Nakamura, K.:“Mutagenicity assessment of high-power
1.6-THz pulse laser radiation” , Photochem.
Photobiol. 100, 146-158 (2023).

間幅を計測しました。2005年、世界ではない」という言葉に、ますます共感を覚

高感度テラヘルツ波検出、テラヘルツ波応用、

主要メンバー▲

かし、強力な励起が必要なX線レーザー

見れば、そこではアト秒領域の時間幅のパ

キーワード

高出力テラヘルツ波光源開発、▲

人工的につくり出され、単一波長で直進工学、総合理工▲世界を切り拓く

研究分野▲﹁レーザーの無限の可能性﹂
に導かれて

私の
科学道

テラヘルツ光研究領域

超小型テラヘルツ波光源（左）と、PPLN結晶（右上）およびテラヘルツ波イメージング（右下）

瀧田 佑馬・MULDERA Joselito・
YADAV Deepika・DE LOS REYES Alexander・
XU Yuehong

取材・構成：池田 亜希子／撮影：相澤 正。

『RIKEN NEWS』2024 年 Summer 号より転載

16

17

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

チームリーダー

博士（理学）平山 秀樹

博士（工学）

▲

研究分野

▲

研究分野

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

工学、宇宙科学、分子生物／遺伝学、

▲

キーワード

テラヘルツ光、分光・イメージング、

センシング、細胞の構造・機能制御、超伝導検出器

1. De Miguel, J., Hernández-Cabrera, J. F.,
Hernández-Suárez, E., Joven-Álvarez, E.
Otani, C., and Rubiño-Martín, J. A.: “Discovery
prospects with the Dark-photons & Axion-Likeparticles Interferometer” , Physical Review. D
19, 6, 062002 (2024).

イメージングと応用開拓

コンパクト、ポータブルな

光デバイス工学、量子エレクトロニクス、
半導体物性

テラヘルツレーザー光源の開発

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、産業の広範な分野で利用が始まりつつあります。当チームでは、テラヘルツ光をプローブとす

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るセンシングとイメージングを基軸として、テラヘルツ光利用に関する新技術開発と研究・応用

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

分野開拓を進めています。特に、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(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、究、超伝導検出器を用いた超高感度イメージングデバイスの研究開発と観測的研究などを行う

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、社会への実装をとともに、企業との共同研究による応用開拓も進めています。

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。

2. Feng, C. H., Otani, C., and Hoshina, H.:“Characterization of Different Types of
Crystallization from Cocoa Butter by Using
Terahertz Spectroscopy,” Appl. Sci. 14, 35(2024).

キーワード

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

▲

▲

主要論文

テラヘルツセンシング、▲

物理学、農学、化学、総合理工

1. Wang, L., Lin, T. T., Wang, K., and Hirayama, H.:“Clean three-level direct-phonon injection
terahertz quantum cascade laser” , Applied
Physics Letters, Vol. 122, pp. 221103 (2023).
2. Wang, L., Chen, M., Lin, T. T., Wang, K., andHirayama, H.: “Interdiffusion limiting on
self-consistent optical gain in terahertz
quantum cascade lasers” , Applied Physics
Express Vol. 16, 072004 (2023).
3. Wang, L., Lin, T. T., Chen, M., Wang, K., andHirayama, H.: “Terahertz quantum cascadelaser considering compositional interdiffusion
effect” , Applied Physics Express Vol. 16, pp.
032007 (2023).

3. Ikari, T., Sasaki, Y., and Otani, C.: “275-305
GHz FM-CW radar 3D imaging forwalk-through security body scanner” ,Photonics. 10, 3, 343 (2023).

4. Lin, T. T., Wang, L., Wang, K., Grange, T., Birner,
S., Miyoshi, T., and Hirayama, H.:” Increasing
the output power of a heavily doped terahertz
quantum cascade laser by avoiding thesubband misalignment” , Journal of Applied
Physics, Vol. 132, pp. 173101-1-10 (2022).

4. 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).

5. Lin, T. T., Wang, L., Wang, K., Grange, T., Birner,
S., and Hirayama, H.: “Over one watt output
power terahertz quantum cascade lasers byusing high doping concentration and variablebarrier-well height” , physica status solidi RRL,
Vol. 16, pp. 2200033 (2022).

5. Lee, K., Génova-Santos, R. T., Hazumi, M., Honda,
S., Kutsuma, H., Oguri, S., Otani, C., Peel, M. W.,
Suzuki, J., Tajima, O., Won, E.: “A forecast of thesensitivity on the measurement of the opticaldepth to reionization with the GroundBIRD
experiment” , Astrophys. J., 915, 88 (2021).

主要メンバー▲▲

主要メンバー

保科 宏道・佐々木 芳彰・中島 周作・
亀井 雄斗・De MIGUEL HERNANDEZ Javier・
宇野 慎介・上野 佑也・伊藤 凌太

18（左）テラヘルツ光照射による細胞内のアクチンタンパク質繊維化による細胞分裂の阻害（顕微鏡像）。
（右）高い共振Q値を有する薄膜超伝導マイクロ波共振器のVNAスペクトル（Qi〜108）。
テラヘルツ量子カスケードレーザー（THz-QCL）の外観と動作特性

WANG Li・KRISHAN Kumar・
MISHRA Shashank Shekhar・
石田 峻之・山澤 健二・門脇 学

19

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

チームリーダー

博士（理学）平山 秀樹

博士（工学）

▲

研究分野

▲

研究分野

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

工学、宇宙科学、分子生物／遺伝学、

▲

キーワード

テラヘルツ光、分光・イメージング、

センシング、細胞の構造・機能制御、超伝導検出器

1. De Miguel, J., Hernández-Cabrera, J. F.,
Hernández-Suárez, E., Joven-Álvarez, E.
Otani, C., and Rubiño-Martín, J. A.: “Discovery
prospects with the Dark-photons & Axion-Likeparticles Interferometer” , Physical Review. D
19, 6, 062002 (2024).

イメージングと応用開拓

コンパクト、ポータブルな

光デバイス工学、量子エレクトロニクス、
半導体物性

テラヘルツレーザー光源の開発

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、産業の広範な分野で利用が始まりつつあります。当チームでは、テラヘルツ光をプローブとす

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るセンシングとイメージングを基軸として、テラヘルツ光利用に関する新技術開発と研究・応用

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

分野開拓を進めています。特に、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(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、究、超伝導検出器を用いた超高感度イメージングデバイスの研究開発と観測的研究などを行う

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、社会への実装をとともに、企業との共同研究による応用開拓も進めています。

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。

2. Feng, C. H., Otani, C., and Hoshina, H.:“Characterization of Different Types of
Crystallization from Cocoa Butter by Using
Terahertz Spectroscopy,” Appl. Sci. 14, 35(2024).

キーワード

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

▲

▲

主要論文

テラヘルツセンシング、▲

物理学、農学、化学、総合理工

1. Wang, L., Lin, T. T., Wang, K., and Hirayama, H.:“Clean three-level direct-phonon injection
terahertz quantum cascade laser” , Applied
Physics Letters, Vol. 122, pp. 221103 (2023).
2. Wang, L., Chen, M., Lin, T. T., Wang, K., andHirayama, H.: “Interdiffusion limiting on
self-consistent optical gain in terahertz
quantum cascade lasers” , Applied Physics
Express Vol. 16, 072004 (2023).
3. Wang, L., Lin, T. T., Chen, M., Wang, K., andHirayama, H.: “Terahertz quantum cascadelaser considering compositional interdiffusion
effect” , Applied Physics Express Vol. 16, pp.
032007 (2023).

3. Ikari, T., Sasaki, Y., and Otani, C.: “275-305
GHz FM-CW radar 3D imaging forwalk-through security body scanner” ,Photonics. 10, 3, 343 (2023).

4. Lin, T. T., Wang, L., Wang, K., Grange, T., Birner,
S., Miyoshi, T., and Hirayama, H.:” Increasing
the output power of a heavily doped terahertz
quantum cascade laser by avoiding thesubband misalignment” , Journal of Applied
Physics, Vol. 132, pp. 173101-1-10 (2022).

4. 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).

5. Lin, T. T., Wang, L., Wang, K., Grange, T., Birner,
S., and Hirayama, H.: “Over one watt output
power terahertz quantum cascade lasers byusing high doping concentration and variablebarrier-well height” , physica status solidi RRL,
Vol. 16, pp. 2200033 (2022).

5. Lee, K., Génova-Santos, R. T., Hazumi, M., Honda,
S., Kutsuma, H., Oguri, S., Otani, C., Peel, M. W.,
Suzuki, J., Tajima, O., Won, E.: “A forecast of thesensitivity on the measurement of the opticaldepth to reionization with the GroundBIRD
experiment” , Astrophys. J., 915, 88 (2021).

主要メンバー▲▲

主要メンバー

保科 宏道・佐々木 芳彰・中島 周作・
亀井 雄斗・De MIGUEL HERNANDEZ Javier・
宇野 慎介・上野 佑也・伊藤 凌太

18（左）テラヘルツ光照射による細胞内のアクチンタンパク質繊維化による細胞分裂の阻害（顕微鏡像）。
（右）高い共振Q値を有する薄膜超伝導マイクロ波共振器のVNAスペクトル（Qi〜108）。
テラヘルツ量子カスケードレーザー（THz-QCL）の外観と動作特性

WANG Li・KRISHAN Kumar・
MISHRA Shashank Shekhar・
石田 峻之・山澤 健二・門脇 学

19

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

先端光学素子開発チーム Ultrahigh Precision Optics Technology Team

チームリーダー

チームリーダー

和田 智之

Ph.D.

博士（工学）

工学、物理学、生物学/生化学、農学、医歯薬学▲

素粒子制御・計測、医療・農業計測、

微量ガス計測、自然エネルギー利用、
宇宙利用

1. Nakamura, Y., Moriyama, D., Isomura A.,
Sasoh, A., Tsuno, K., Ogawa, T., Wada, S.,
and Fukushima, T.: “Laser ablation impulse
dependence on beam Spatial-Profile” ,Optics & Laser Technology, Volume 169,
110160 (2024).
2. Yumoto, M., Miyata, K., Kawata, Y., andWada, S.: “Mid-infrared self-difference
frequency generation via random
quasi-phase-matching in Cr:ZnSe laser” ,Optics & Laser Technology, Volume 169,
110161 (2024).
3. Murakami, T., Morishita, K., Koike, K., Fujii,K., and Wada, S.: ” Electrolyte potentials
and impedance measurement of polymer
electrolyte membrane CO2 reduction
electrolyzer” , Japanese Journal of Applied
Physics, Volume 62, Number SK (2023).
4. Tsuno, K., Koike, K., Fujii, K., Ogawa, T., andWada, S.: “User-on-demand Renewable
Energy Supply System Using Modified
DC-bus Signaling” , IFAC-PapersOnLine,
Volume 56, Issue 2, Pages 9098-9103(2023).
5. Nozawa, S., Saito, N., Kawahara, T., Wada,S., Tsuda, T. T., Maeda, S., Takahashi, T.,
Fujiwara, H., Narayanan, V. L., Kawabata, T.,
and Johnsen, M. G.: “A statistical study of
convective and dynamic instabilities in thepolar upper mesosphere above Tromsø” ,Earth, Planets and Space volume 75, Article
number: 22 (2023).

超精密加工技術で光量子技術の開発

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
マンαコヒーレント光源の開発とそれを用いた超低速ミュオンの生成、レーザーを基礎とした
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)

(d)

▲

主要論文

1. Fujiie T, Hino M, Hosobata T, Ichikawa G,
Kitaguchi M, Mishima K, Seki Y, Shimizu M. H,
and Yamagata Y, Development of NeutronInterferometer Using Multilayer Mirrors andMeasurements of Neutron-Nuclear
Scattering Length with Pulsed Neutron
Source, Phys. Rev. Lett. 132, 023402 (2024).
2. Iwaguchi, S., Nishizawa, A., Chen, Y.,
Kawasaki, Y., Ishikawa, T., Kitaguchi, M.,
Yamagata, Y., Wu, B., Shimizu, R., Umemura,K., Tsuji, K., Shimizu, H., Michimura, Y., andKawamura, S., "Displacement-noise-freeinterferometeric gravitational-wave detector
using unidirectional neutrons with four
speeds", Phys. Lett. A 458, 128581 (2023).

5. 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).

主要メンバー▲

20

新たに開発されたスーパーミラー式中性子干渉計(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。

生産技術、中性子光学素子

4. 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).

主要メンバー

斎藤 徳人・加瀬 究・松山 知樹・佐々 高史・
守屋 繁春・小川 貴代・藤井 克司・
宮田 憲太郎・小田切 正人・村上 武晴・
犬飼 学・篠崎 琢也・春日 博・坂下 亨男・
津野 克彦・森下 圭・川田 靖・棚橋 晃宏・
宮島 早紀・松鷹 宏・樫福 亜矢・月花 智博・
松山 典弘・黒瀬 範子・大野 陽子・松本 健・
奈良 美幸

キーワード

超精密加工、超精密計測、非球面光学素子、

3. Aoki, H., Yuki, M., Shimizu, M., Hongoh, Y.,
Ohkuma, M., and Yamagata, Y., "Agarose gel
microcapsules enable easy-to-prepare,picolitre-scale, single-cell genomics, yielding
high-coverage genome sequences", Sci. Rep.
12, 17014–17026 (2022).

宇宙デブリの除去やセンシング技術の開発も推進しています。これらの応用研究は、光材料、(a)

工学、総合理工

▲

▲

主要論文

基礎科学の研究や社会課題解決の要となる

▲

キーワード

研究分野

▲

▲

研究分野

山形 豊

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・竹田 真宏

21

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

先端光学素子開発チーム Ultrahigh Precision Optics Technology Team

チームリーダー

チームリーダー

和田 智之

Ph.D.

博士（工学）

工学、物理学、生物学/生化学、農学、医歯薬学▲

素粒子制御・計測、医療・農業計測、

微量ガス計測、自然エネルギー利用、
宇宙利用

1. Nakamura, Y., Moriyama, D., Isomura A.,
Sasoh, A., Tsuno, K., Ogawa, T., Wada, S.,
and Fukushima, T.: “Laser ablation impulse
dependence on beam Spatial-Profile” ,Optics & Laser Technology, Volume 169,
110160 (2024).
2. Yumoto, M., Miyata, K., Kawata, Y., andWada, S.: “Mid-infrared self-difference
frequency generation via random
quasi-phase-matching in Cr:ZnSe laser” ,Optics & Laser Technology, Volume 169,
110161 (2024).
3. Murakami, T., Morishita, K., Koike, K., Fujii,K., and Wada, S.: ” Electrolyte potentials
and impedance measurement of polymer
electrolyte membrane CO2 reduction
electrolyzer” , Japanese Journal of Applied
Physics, Volume 62, Number SK (2023).
4. Tsuno, K., Koike, K., Fujii, K., Ogawa, T., andWada, S.: “User-on-demand Renewable
Energy Supply System Using Modified
DC-bus Signaling” , IFAC-PapersOnLine,
Volume 56, Issue 2, Pages 9098-9103(2023).
5. Nozawa, S., Saito, N., Kawahara, T., Wada,S., Tsuda, T. T., Maeda, S., Takahashi, T.,
Fujiwara, H., Narayanan, V. L., Kawabata, T.,
and Johnsen, M. G.: “A statistical study of
convective and dynamic instabilities in thepolar upper mesosphere above Tromsø” ,Earth, Planets and Space volume 75, Article
number: 22 (2023).

超精密加工技術で光量子技術の開発

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
マンαコヒーレント光源の開発とそれを用いた超低速ミュオンの生成、レーザーを基礎とした
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)

(d)

▲

主要論文

1. Fujiie T, Hino M, Hosobata T, Ichikawa G,
Kitaguchi M, Mishima K, Seki Y, Shimizu M. H,
and Yamagata Y, Development of NeutronInterferometer Using Multilayer Mirrors andMeasurements of Neutron-Nuclear
Scattering Length with Pulsed Neutron
Source, Phys. Rev. Lett. 132, 023402 (2024).
2. Iwaguchi, S., Nishizawa, A., Chen, Y.,
Kawasaki, Y., Ishikawa, T., Kitaguchi, M.,
Yamagata, Y., Wu, B., Shimizu, R., Umemura,K., Tsuji, K., Shimizu, H., Michimura, Y., andKawamura, S., "Displacement-noise-freeinterferometeric gravitational-wave detector
using unidirectional neutrons with four
speeds", Phys. Lett. A 458, 128581 (2023).

5. 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).

主要メンバー▲

20

新たに開発されたスーパーミラー式中性子干渉計(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。

生産技術、中性子光学素子

4. 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).

主要メンバー

斎藤 徳人・加瀬 究・松山 知樹・佐々 高史・
守屋 繁春・小川 貴代・藤井 克司・
宮田 憲太郎・小田切 正人・村上 武晴・
犬飼 学・篠崎 琢也・春日 博・坂下 亨男・
津野 克彦・森下 圭・川田 靖・棚橋 晃宏・
宮島 早紀・松鷹 宏・樫福 亜矢・月花 智博・
松山 典弘・黒瀬 範子・大野 陽子・松本 健・
奈良 美幸

キーワード

超精密加工、超精密計測、非球面光学素子、

3. Aoki, H., Yuki, M., Shimizu, M., Hongoh, Y.,
Ohkuma, M., and Yamagata, Y., "Agarose gel
microcapsules enable easy-to-prepare,picolitre-scale, single-cell genomics, yielding
high-coverage genome sequences", Sci. Rep.
12, 17014–17026 (2022).

宇宙デブリの除去やセンシング技術の開発も推進しています。これらの応用研究は、光材料、(a)

工学、総合理工

▲

▲

主要論文

基礎科学の研究や社会課題解決の要となる

▲

キーワード

研究分野

▲

▲

研究分野

山形 豊

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・竹田 真宏

21

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

技術基盤支援チーム

チームリーダー

チームリーダー

大竹 淑恵

理学博士

博士（工学）

物理学、工学、総合理工

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隙可視化、

▲

主要論文

1. Otake, Y., Wakabayashi, Y., Takamura, M., Mizuta, M.,
and Takanashi, T., “RIKEN Compact Neutron Source
Systems RANS Project” , Nuclear Physics News,
Volume 33, Issue 2, Pages 17-21, (2023).
2. Hatsuda, M., Kawasaki, H., Yamakura, F., Taketani ,A., Takanashi, T., Wakabayashi, Y., Otake, Y., Kamata,Y., Kurokawa, C., Ikeda, K., Shigenaga, A., Iesaki, T.,
and Nagaoka, I., “Effects of neutron radiation ascosmic radiation on food resources” , Journal of
Neutron Research, 25, 41–46, (2023).
3. Ikeda, S., Kobayashi, T., Otake, Y., Matsui, R.,
Okamura, M., and Hayashizaki, N.: “Fabrication and
RF test of the 500 MHz-RFQ linear accelerator for atransportable neutron source RANS-III” J. NeutronRes. vol. vol. 24, no. 3-4, pp. 249-259 (2022).

研究工作物の例と新たな非破壊分析技術開発

工学、総合理工

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ならびに非破壊計測技術の研究開

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

発 を 行って い ま す。理 研 小 型 中 性 子 源 システムRANS(ランズ

RIKEN Accelerator-driven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

compact neutron systems)プロジェクトは、大きく二つの開発目標があります。一つは、ものづ

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、それらの装置をくり分野などで利用できる評価解析システムの実現、もう一つは、インフラ予防保全に役立つ開発､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・改修等を非破壊検査技術の開発ならびに装置の実現です。RANSでは中性子イメージングによる水素を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含む接着接合可視化定量評価法の確立、高速中性子散乱イメージング法による非破壊検査法

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の実現に成功し、路面表面から内部劣化の可視化が可能となりました。さらに塩害による劣化

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。

の予防保全に資するための塩分検出技術開発に取り組み、橋梁点検車に搭載可能なRANS-μの開発に成功しました。可搬型中性子源システムRANS-IIIも実現も間近にせまっており、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キーワード

生産技術、機械加工、レーザー加工、
主要論文▲

コンクリート内部塩分検出（中性子誘導即発γ線分析）

理研小型中性子源システムRANSによる

▲

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キーワード

加速器小型中性子源システム、金属材料組織

研究分野

▲

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研究分野

山形 豊

Advanced Manufacturing Support Team

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).

用されることが期待されます。

4. 大竹淑恵，水田真紀.: “中性子技術を用いたコンクリートの評価技術の最前線③小型中性子源の開発と維持管理への活用最前線，” , コンクリート工学. vol.
Vol.60，No.4，pp.406-411 (2022).

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. Wakabayashi, Y., Yan, M., Takamura, M., Ooishi, R.,
Watase, H., Ikeda, Y., and Otake,Y.: “I Development of
neutron salt-meter RANS-μ for non-destructive
inspection of concrete structure at on-site use” , J.
Neutron Res. 24, no. 3-4, pp. 411-419 (2022).

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).

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主要メンバー

小林 知洋・水田 真紀・高梨 宇宙・
奥野 泰希・福地 知則・若林 泰生・
MUNEEM Abdul・大塚 翔▲

主要メンバー

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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研究機器製作品の例と2023年度の工作依頼件数の分布

細畠 拓也・池田 滋・藤本 武・竹田 真宏・
綿貫 正大・小川 貴代

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