戦略的創造推進事業 ＞
CREST ＞
研究領域 ＞ 光展開
戦略目標
研究領域名
研究総括
伊藤 正（大阪大学ナノサイエンスデザイン教育研究センター 特任教授）
概要
本研究領域は、物質・材料、加工・計測、情報・通信、環境・エネルギー、ライフサイエンスなどの異なる分野で個別に行われている光利用研究開発ポテンシャルの連携、融合を加速し、「物質と光の係わり」に関する光科学・光技術におけるイノベーション創出基盤の形成を目指します。
具体的には、高度な性能をもつ最先端レーザーに代表される各種の先端光源をブラックボックス化することなく、光源の特徴を徹底的に駆使した特色ある「物質と光の係わり」に関する研究を推進します。
光利用科学技術のブレークスルーを生み出す先導研究や、ライフサイエンス、環境・エネルギーなどの幅広い分野における目的基礎研究を対象としますが、事象の解析や原理の解明だけに終わることなく、実用化も念頭においた、波及効果の大きい技術シーズ創出に資する研究を対象とします。光源開発そのものは対象としませんが、研究の過程で要求される光源に対する的確で高度なニーズを光源開発にフィードバックし、光利用科学技術をより実効的に発展させる研究も含みます。
平成22年度採択分
研究課題
アト秒精度の凝縮系コヒーレント制御
研究代表者(所属)
大森 賢治 (自然科学研究機構分子科学研究所 研究主幹／教授)
概要
物質の量子波を光で制御する技術をコヒーレント制御と呼びます。本研究では、世界最高レベルのアト秒ピコメートル精度の時空間コヒーレント制御法と光格子中の極低温原子分子結晶を組み合わせた新しい固体量子シミュレーターを開発します。また、そこで得られた固体結晶系の量子波の観測制御スキームを実在の固体に適用することによって、世界に先駆けて凝縮系のコヒーレント制御の実現を目指します。
研究課題
トポロジカル光波の全角運動量による新規ナノ構造・物性の創出
研究代表者(所属)
尾松 孝茂 (千葉大学大学院融合科学研究科 教授)
概要
光波の「全角運動量」は新しい光パラメータで、光波面のトポロジカルな構造に由来する軌道角運動量と偏光に由来するスピン角運動量の量子力学的ベクトル和で与えられます。本研究では、光波の「全角運動量」が物質の新しいナノ構造や物性を創出することから、極限レーザー工学を用いて、光波の「全角運動量」を自在に操り、物質のナノ構造･物性の極限的新機能を創出することを目指します。
研究課題
高性能レーザーによる細胞光イメージング・光制御と光損傷機構の解明
研究代表者(所属)
小林 孝嘉 (電気通信大学先端超高速レーザー研究センター 特任教授)
概要
２種のレーザーを開発します。①超高安定性・超高性能空間・スペクトル域・時間域コヒーレンスを有する可視−近赤外域多色レーザー②分光用に至適な性能を有する深紫外−近視外域の３種の極限的超短パルスレーザー
①を用いて同時多色レーザーイメージング法を開発します。生体・細胞を構成する多種の蛋白・シグナル分子の相互作用を空間・時間分解し、さらに光刺激により細胞内に局所的に生理過程をトリガーし同時に観察して機構を解明します。
②を用いて深紫外−近紫外光による生体分子・高分子の劣化・光毒の機構、ケージド分子の光脱ケージ機構を解明します。
これらにより、発癌・記憶・免疫・光毒機構を解明する手法の確立を目指します。
研究課題
コヒーレントＸ線による走査透過Ｘ線顕微鏡システムの構築と分析科学への応用
研究代表者(所属)
概要
放射光X線の優れた性能を最大限に活用可能とするアダプティブな集光光学系を世界に先駆けて開発し、顕微鏡システムへと展開します。本光学系は、コヒーレントX線の波面を制御することで、損失無しで自由自在にX線のビームサイズをマイクロからナノレベルまで変えることができます。これを用いて、電子密度分布のナノスケール分析と、元素、化学結合状態の分析機能を併せ持つ走査・透過Ｘ線顕微鏡システムの構築を目指します。
平成21年度採択分
研究課題
新規超短パルスレーザーを駆使したin vivo光イメージング・光操作のがん研究・がん医療への応用
研究代表者(所属)
今村 健志 (愛媛大学大学院医学系研究科 教授)
概要
光パラメトリック発振、スーパーコンティニウム光、超小型波長固定超短パルスレーザーなどの新規光源と、多様な生体内での光学的パラメーターを最適化する補償光学系とを駆使し、非線形光学過程を用いた革新的“in vivo”光イメージングを確立します。特に、がん細胞とその周囲環境の多元的な生体内イベントのリアルタイム画像化を実現させる過程を通じて、革新的光源開発を促します。
研究課題
電子線励起微小光源による光ナノイメージング
研究代表者(所属)
概要
本研究では、光を用いて試料の微細構造を実時間で観察でき、ナノメートルの空間分解能を有する実時間・ナノイメージング法の実現を目指します。電子線ビームにより蛍光薄膜を励起し、微小光源を形成し走査するシステムを開発します。この手法は、光学顕微鏡と電子顕微鏡の特徴を融合したもので、全く新しい計測・分析手法として先端科学のイノベーションに寄与します。
研究課題
光技術が先導する臨界的非平衡物質開拓
研究代表者(所属)
腰原 伸也 (東京工業大学大学院理工学研究科 教授)
概要
超高速光デバイス材料、新型高機能触媒、光機能性たんぱく質など、励起状態での相互作用を利用する最先端物質の開発を先導する為に、フェムト秒時間分解光電子顕微鏡（fs-PEEM）と動的Ｘ線観測の組み合わせ手法、並びにコンパクト短パルスレーザーを開発し、物質開発への有用性を実証します。これによって現在の構造科学の枠を乗り越えた、「光励起臨界的非平衡電子構造物性科学」と呼べる新分野を開拓します。
研究課題
モノサイクル量子もつれ光の実現と量子非線形光学の創成
研究代表者(所属)
概要
「モノサイクル量子もつれ光」とは、光が１周期振動する程度の極短時間内に、同時に２つの光子が存在するという、究極の同時刻性を持つ状態です。本研究では、擬似位相整合技術を駆使した素子を開発し、モノサイクル量子もつれ光の実現を目指します。また、実現したモノサイクル量子もつれ光を用い、巨大２光子吸収などの新しい非線形光学を拓き、従来の光の限界を突破する、量子メトロロジーへの応用を図ります。
研究課題
高強度テラヘルツ光による究極的分光技術開拓と物性物理学への展開
研究代表者(所属)
概要
半導体デバイスの内部電場と同程度 のピーク電場強度をもつテラヘルツ波長可変光源を開発し、固体、液体、生体物質を対象とした究極的なテラヘルツ分光技術を探求・実現します。特に、波長の１００分の１の分解能を有する実時間動作顕微鏡や巨大な非線形性をもつ量子構造体を構築し、微小物質のコヒーレント過渡現象を実時間・近接場の領域で可視化します。これにより、バンド構造の動的変化や非摂動論的非線形光学応答などの新たな物性物理学の展開が期待されます。
研究課題
光制御極短シングル電子パルスによる原子スケール動的イメージング
研究代表者(所属)
細貝 知直 (大阪大学光科学センター 特任准教授)
概要
物質が高速で変化する過程をフェムト秒オーダーかつ原子スケールの時間空間分解能をもつ動的イメージング像としてシングルショットで観測するシステムを構築します。高性能パルス電子源開発として、極短光パルス駆動プラズマと高周波空洞をもちいたレーザーバーチャルカソードの研究を推進します。加えて、シングルショットの動的イメージングに必要な極短光パルスと同期したパルス駆動電磁レンズシステムの開発も行います。
平成20年度採択分
研究課題
先端超短パルス光源による光誘起相転移現象の素過程の解明
研究代表者(所属)
概要
光電場の振動を数周期分しか含まない極短パルス光（可視〜中赤外、テラヘルツ）を用いて、光と物質の相互作用の中でも、最も劇的で複雑な現象"光誘起相転移現象"の解明に挑みます。光が直接あるいは、相互作用を介してドライブする電荷、スピン、格子の素過程を明らかにし、さらに、強相関電子系物質の電子的性質を光で自由自在に変化させる方法への道を拓き、光でのみ可能な物質相の創成や光源開発の方向性を与える成果を目指します。
研究課題
ベクトルビームの光科学とナノイメージング
研究代表者(所属)
概要
ベクトルビームは、偏光、位相および強度分布を同時に、かつ精密に制御することで初めて形成される、全く新しい最先端レーザービームです。ベクトルビームの斬新で機能的な特徴が顕著に現れる、焦点付近での光の振舞いを系統的に探り、新しい光科学領域の開拓を目指します。さらに、材料科学・生命科学との融合研究を推進し、遠視野でのナノイメージングを可能とする、未踏の超解像光学顕微鏡法の開発を進めます。
研究課題
高繰り返しコヒーレント軟Ｘ線光源の開発と光電子科学への新しい応用
研究代表者(所属)
概要
ファイバーレーザーの出現に伴い、従来のレーザーではほとんど不可能であった軟Ｘ線領域での物性研究が新しい主役になりつつあります。本研究では、レーザーと光電子科学の両者を結びつけた新しい光科学を目指します。特に究極のエネルギー分解、時間分解、空間分解を可能にする光電子科学の３つの分野を開拓し、世界最高の性能とそれらを組み合わせた新しい物性研究の開発を目標とします。
研究課題
真空紫外・深紫外フィラメンテーション極短パルス光源による超高速光電子分光
研究代表者(所属)
鈴木 俊法 (京都大学理学研究科 教授/(独)理化学研究所 主任研究員)
概要
極短パルスによるフィラメンテーション非線形光学過程を利用して、深紫外、真空紫外域の高輝度極短パルスを発生させ、この新しい光源を利用した時間分解光電子イメージングによって、化学反応途上の分子内に起こる高速な電子状態変化を可視化します。光励起された分子のあらゆる電子状態変化を一挙に観測する革新的な実験を実現し、精密な量子化学計算とも連携しながら、生体分子を含む化学反応機構を明らかにします。
研究課題
超狭線幅光源を駆使した量子操作・計測技術の開発
研究代表者(所属)
概要
ヘルツおよびサブヘルツという極めて線幅の狭い超高安定な光源を開発し、光格子中のレーザー冷却された２電子系原子に適用します。これにより光磁気共鳴イメージングを駆使した単一光格子点の量子操作・検出技術やスピンスクイジングなどを駆使した新量子計測技術を開発して、光格子量子コンピュータのプロトタイプの実現や飛躍的な光格子時計の精度向上へ応用展開することを目指します。
研究課題
光ピンセットによる核内ウイルスＲＮＡ輸送と染色体操作〜ウイルスゲノム除去への挑戦〜
研究代表者(所属)
本田 文江 (法政大学生命科学部 教授)
概要
インフルエンザウイルスは感染すると粒子内のゲノムＲＮＡ／ＲＮＡポリメラーゼ／ＮＰ複合体（vＲＮＰ)が核内に輸送され複製増殖します。蛍光標識ウイルス感染細胞および蛍光標識ＲＮＰ導入細胞の核内ＲＮＰの光ピンセットによる輸送を試み、その結果から核内でのＲＮＰ輸送に必要な力を計測し、算出された値を基に凝縮染色体の捕捉と操作に必要な光ピンセットを開発し、細胞ゲノムに挿入されたウイルスゲノムの除去手術を試みます。
