松井 裕章/MATSUI Hiroaki

松井 裕章 講師

【研究分野】
バイオ・複雑系分野
【研究領域】
酸化物ナノフォトニクス、バイオ・ケミカルセンシング
【研究室URL】
http://www.bioxide.t.u-tokyo.ac.jp/

研究内容

私たちの研究グループは、酸化物材料科学とナノ光工学の学際融合を軸に、バイオロジー、エネルギー及びスピントロ二クス分野において新しい学術分野の創成とその技術応用を目指します。特に、酸化物は資源的に豊富で、かつ環境調和性の高いのもが多く、古くからセラミックスやエレクトロニクス材料として人類の発展を支えてきました。それにも関わらず、酸化物材料をナノ光工学(プラズモン, メタ表面及び近接場)の観点から研究した例は、以前は殆ど見られませんでした。私たちは、酸化物材料のナノ構造制御に着目し、電子状態や欠陥構造を制御⋅活用して新しい光機能ナノマテリアルの創製を行います。実験理論の両側面に基づいて、独自の視点のアプローチから世界で「初めて」、あるいは「唯一の」結果を出すために研究を進めています。

学際融合から生まれる新しい技術:バイオ、エネルギーそしてスピン応用

物質のナノ構造制御は、新しい物理的機能を生み出す宝庫になります。特に、本グループでは、原子・分子スケールで制御可能なレーザー分子線エピタキシー技術を駆使した酸化物表面操作やナノヘテロ構造や量子ヘテロ構造制御を行います(図1)。更に、ナノインプリントや電子線リソグラフィー等のトップダウン技術も併せて利用します。物質の機能・構造制御は、生体分子機能の検出や操作に向けたプラットフォームとして機能化し、更に、エネルギー分野では、電磁場励起の局所増幅の場を与えます。そして、スピントロ二クス分野への応用展開にも繋げていきます。光と物質の人工制御に基づいた新しい技術開発を進めていきます。

人に優しいスマートシティーの実現:Low-E技術の開発:ゼロエミッション社会へ

省エネルギーや持続社会の実現に向けて、快適な都市空間や社会活動を支えるために省エネルギー技術(ゼロエミッション社会)の実現が重要な課題です。ビルや住宅等から熱線を効率的に遮断する研究開発は増加傾向にあります。我々は、透明酸化物ナノマテリアルを用い、電波透過性やフレキシブル性を併せ持つ光反射熱線遮断フィルムの創製に成功しました。本研究は、局所ナノ空間(空隙)に誘起される近接場現象を積極的に利用し、階層を超えたメートルスケールサイズの光学機能を制御する技術開発です(図2)。酸化物半導体は、太陽電池や液晶ディスプレイの透明導電膜や電子デバイスなどに幅広く利用されています。近年の住宅やビルは、窓を構造体の一部として利用されており、機能を有する窓応用の需要は高くなりつつあります。既存材料の高効率・循環的な利用に基づいて、豊かな人間社会を支える光学機能ナノマテリアルの開発を学際融合から生み出します。

微小な光で照らす生命機能の仕組み:高感度・ハイスループットなバイオ計測技術の開発

赤外・遠赤外領域における細胞・生体分子に由来する興味ある巨大分子的(マクロ)性質を用い、生命機能に関する情報を検出・操作します。フレキシブルな階層的ナノ構造制御(0次元から3次元構造形成)は、微小な局所空間を与え、表面プラズモン場やメタ表面現象が発現し、近接場的な微小な光が生成されるナノプラットフォームとなります(図3)。これらの微小ナノプラットフォームの形成や3次元的な電子動力学的なシミュレーションに基づき、生体情報の検出・操作に向けた生体・無機界面(バイオインターフェイス)を制御し、生体分子機能の解明や高感度・ハイスループットなバイオ計測手法の開発を目指しています。

学生へのメッセージ

研究や技術開発は世の中の動向によって時事刻々と進展して、新しい枝葉を広げながら変遷します。学びは広く、積極的な行動と高い好奇心をぜひ持ってほしいです。また、オリジナリティーの高い研究ほど、孤独で失敗の連続。しかし、自らの思考錯誤の中で解決方法を見いだし、答えを発見したときの喜びは何物にも代え難いはず。研究も人生も、「99%の努力と1%のひらめき」。人生は、まさにロングレース。

図1:バイオ、エネルギー、スピントロ二クス応用と学際融合。原子。分子スケールにおけるナノ構造制御技術の利用。
図2:透明酸化物ナノマテリアルに立脚した高機能な窓応用の構築と産業展開
図3:生体分子機能の解明に向けた階層的なナノ構造制御と電子動力学的シミュレーション。