新しい機能性光ナノ材料の創成と応用 —光重合性ナノコンポジットマテリアル—
レーザー干渉露光によりナノコンポジットマテリアル中に記録された(a)体積ホログラムの外観、ホログラム断面の(b)透過型電子顕微鏡像と(c)電子プローブマイクロアナライザー像。
光重合性モノマーに一様分散されたナノ微粒子や半導体ナノ結晶（量子ドット）の分布パターンを光により単一ステップ、ドライプロセス、大面積で多次元空間中に形成する技術を世界に先駆けて開発した。この技術はフォトニクス、中性子光学、材料科学、エレクトロニクス、バイオ、プリンター技術など多方面の分野への応用が期待される。
[Optics Letters 30, 839 (2005), Optics Letters 31, 1402 (2006), Physical Review A 87, 063810 (2013)]
新しい光記録材料を用いたホログラフィックデジタルデータ記録
(a) 9:16変調コード符号化した250枚のデジタルデータページをナノコンポジットマテリアル中にシフト多重記録したホログラムからの再生データページの一例。再生した各データページの(b)回折効率と(c) シンボルエラーレート(SER)。
逐次光重合反応を有するチオール・エンモノマーとSiO2ナノ微粒子を用いたナノコンポジット構造により、高屈折率変調・低重合収縮・高い熱的安定性を同時に実現出来るホログラフィック記録材料を世界に先駆けて開発した。上の例では、ホログラフィック多重記録において各デジタルデータページが高い信号強度と良好なSERで再生されることを示している。この機械的・熱的安定性を有する光記録材料は回折光学素子や３Dプリンターなどへの応用も期待される。
[Optical Materials Express 1, 207 (2011), Optical Materials Express 1, 1113 (2011), Optics Letters 37, 2250 (2012)]
半導体量子ドット分散ナノコンポジット非線形光学材料とその応用
(a) 表面修飾された半導体CdSe量子ドット(QD)。(b) 水溶液中で化学合成したQDのイオン液体モノマーへの高濃度分散の様子。(b) QD分散ナノコンポジットフィルム（膜厚～µm）中での非線形光波混合により生じる複数の自己回折光。
半導体CdSe QDを光重合性モノマーへ高濃度（> 5 wt.%）に一様分散したナノコンポジットマテリアルを世界に先駆けて開発した。これにより、QDの量子閉じ込め効果による光非線形性の増大とフォトニック格子構造の形成による新しい非線形光学デバイスの実現が期待される。また、フォトニック結晶回路や表面プラズモンデバイスへの利用も期待される。
[Applied Physics Letters 95, 261109 (2009), Optics Express 20, 13457 (2012)]
冷・極冷中性子ビーム制御のためのホログラフィック中性子光学デバイス
ナノコンポジットマテリアルを用いたホログラムからの中性子ビームのブラッグ回折による (a)ビームスプリッター動作（波長2 nm）と(b)ミラー動作（波長3.76 nm）。
基礎物理学研究のための中性子干渉計や非破壊中性子イメージングには、集光・反射・任意分岐などの機能を果たす長波長中性子ビームの波面制御が可能な中性子光学デバイスの実現が望まれている。我々はナノコンポジットマテリアル中に形成したホログラムにより冷中性子ビームおよび極冷中性子ビームに対するビームスプリッター動作とミラー動作を世界に先駆けて実現した。これにより高感度化した中性子干渉計の実現が期待される。
[Physical Review Letters 105, 123904 (2010), Physical Review A 84, 013621 (2011), Applied Physics Letters 100, 214104 (2012), Applied Physics Letters 101, 154104 (2012)]
