加藤 雄一郎/KATO Yuichiro

加藤 雄一郎 准教授

【研究分野】
ナノ物理・デバイス分野
【研究領域】
量子オプトエレクトロニクス
【研究室URL】
http://ykkato.t.u-tokyo.ac.jp/

研究内容

ナノメートルスケールの世界では、電子や光子は量子力学に従い、不思議な振る舞いをします。電子波の位相や、電子に磁石としての性質を与えるスピン、光子の偏光などを自在に操れるようになれば、現在のコンピュータより指数関数的に早い量子計算や絶対に盗聴できない量子通信などが可能になると言われています。当研究室では、そのような電子や光子の量子力学的な性質を制御し利用する「量子オプトエレクトロニクス」を目指して、単一のカーボンナノチューブを組み込んだデバイスの研究を行っています。

カーボンナノチューブ・オプトエレクトロニクス

カーボンナノチューブのように、通信波長帯で発光する直接半導体でトランジスターに組み込めるナノ材料はなかなかありません。一本のナノチューブを使って光を出したり、検出し、光子を一つずつ制御できるデバイスを目指しています。

カーボンナノチューブ・フォトニクス

ナノスケールで光を制御するフォトニック構造とナノチューブを組み合わせれば、ナノレーザーや集積可能な波長変換素子が出来るかもしれません。未来の光集積回路の基礎となりうるデバイスを念頭に研究を進めています。

カーボンナノチューブ・スピントロニクス

電子は一つひとつが小さな磁石として振舞いますが、電子にこの性質を与えるのが量子力学的な角運動量であるスピンです。電子スピンは量子ビットとして利用できるので、カーボンナノチューブの特性を利用して、これまでに例のない方法で電子スピンを制御する量子情報素子の実現をねらっています。

主要論文

  • •“Electrical control of spin coherence in semiconductor nanostructures”, Nature 414, 619(2001).
  • •“Gigahertz electron spin manipulation using voltage - controlled g - tensor modulation”, Science 299, 1201(2003).
  • •“Coherentspin manipulation without magnetic fields in strained semiconductors”, Nature 427, 50(2004).
  • •“Observation of the spin Hall effect in semiconductors”, Science 306, 1910(2004).
  • •“Electrically driven thermal light emission from individual singlewalled carbon nanotubes”, Nature Nanotech. 2, 33( 2007).

学生へのメッセージ

自作することにこだわりがあります

プラズマの実験研究は未知なる事象への挑戦であるといえます。当初の思惑通りに研究が進展することはまれであり、実験を行いながら現象を解釈し、仮説を立て、それを実証するために新たな実験を計画するというプロセスを経てひとつの知見がもたらされます。「何かを不思議に感じたらそれを解明する」という科学の本質に近い環境で研究を行ってみたいという皆様を歓迎します。

求む!新しいことに挑戦するのが好きな人

プラズマの実験研究は未知なる事象への挑戦であるといえます。当初の思惑通りに研究が進展することはまれであり、実験を行いながら現象を解釈し、仮説を立て、それを実証するために新たな実験を計画するというプロセスを経てひとつの知見がもたらされます。「何かを不思議に感じたらそれを解明する」という科学の本質に近い環境で研究を行ってみたいという皆様を歓迎します。

英語力を鍛えましょう

効果的な発表や議論をする英語力は、科学者を目指す人にはもちろん、企業に就職する人にとっても是非とも習得したいスキルです。当研究室の学生には、国際社会で十分に活躍できるよう、英語での発表および作文能力を磨いてもらいます。本人の努力無しで身に付くものではありませんが、英語でのグループミーティングや発表、論文執筆を通して訓練します。グローバル化した今日の世界で活躍したいと思っている人、大歓迎です。

図1:単層カーボンナノチューブ
図2:光学実験室
図3:カーボンナノチューブ電界効果トランジスターの走査電子顕微鏡像
図4:自作のレーザー顕微分光器で測定したカーボンナノチューブの発光励起スペクトル
図5:単層カーボンナノチューブの走査電子顕微鏡像