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〒910-8507 福井県福井市文京3-9-1 国立大学法人福井大学工学部1号館3号棟2F

研究室の概要

当研究室は、福井市内文京キャンパスに存在する国立大学法人福井大学・工学部・電気・電子工学科に所属し、教員スタッフ2名、大学院生6名、および卒業研究生4名からなる構成です。研究の内容は、赤外から紫外まで10兆分の1秒のパルス光を任意の波長で発生できるレーザー分光学評価装置を開発し、光を磁性体材料・光エネルギー変換材料・ワイドギャップ半導体などに当てて、ダイナミクスが発生するまでの電子の運動を詳しく観察しております。この現象をレーザーを組み合わせた新技術でさらに詳しく研究する準備を進めています。

研究テーマ

省エネルギーデバイスの開発に向けて:強磁性半導体EuOのスピントロニクス過渡応答

キャリア注入誘起のキュリー温度増加など興味深い磁性を有する強磁性半導体であるEuO薄膜における時間分解磁気光学効果についてfd遷移に対応する光エネルギーを選び探査している。面直磁場印加下で磁化のフェムト秒レーザー照射による過渡的な変化を偏光回転法により評価し、光生成キャリアの媒介効果に伴う交換相互作用の強化による磁化増大が観測された。この結果は、キュリー温度付近でのみ支配的だと信じられてきた交換相互作用が超高速時間領域では低温域でも磁化を増大しうることを示唆する。また、円偏光照射による磁化歳差運動制御に成功し、左回り円偏光照射時には歳差運動が消失し、逆に右回り円偏光にすると増強するような磁場が存在することが分かった。光の角運動量によるフェムト秒時間スケールでの非熱的な歳差運動制御は光誘起磁化増大効果と円偏光方向に対する奇の依存性を持つ逆ファラデー効果との組み合わせにより実現されるという実用上も有益な知見を得ている。

超短パルスレーザーを用いた動的光物性の解明

種々の凝縮系における動的な光物性を超高速現象を刻々と直接観測することを可能とする超短パルスレーザー分光法を用いて探査している。時間分解発光分光法によるZnO超格子ベース量子効果デバイスにおける励起子局在化の解明のほか、酸化物モット絶縁体における全光動作スイッチの応用を見据えた過渡的光非線形性の解明、デラフォサイトCuScO2薄膜の超高速励起子ダイナミクスの解明に取り組み、その知見を集積した。特に、ZnO超格子ベース量子効果デバイスおよびCuScO2薄膜に関する研究はAmerican Institute of Physicsの刊行するウェブジャーナルであるVirtual Journal of Nanoscale Science & Technologyに採択され、世界的な注目を集めている。

創エネルギー材料(光電変換材料)に関する研究

再生可能エネルギーのキーデバイスとして色素増感太陽電池・強相関電子系材料・トポロジカル絶縁体など新材料に基づいた太陽電池が注目されている。化学合成技術の発展により通常の元素金属に比べても遜色のない導電性をもつ有機電子材料が得られるようになってきたことも研究の進展を加速化している。導電性高分子と酸化物からなる光センサーにおいて理論的な限界に近い光電変換効率を得たという実績を踏まえ、種々の新光電変換材料界面での重要な鍵を握る「界面分極層」の電子構造と電荷分離・電荷輸送・電荷収集といった素過程との関係性を最先端のレーザー分光法によって正確に理解しようとしている。また光吸収による励起子生成・拡散といったエネルギー伝達機構も解明しようとしている。このような界面電子構造の解明を通じて光センサーや太陽電池の高効率な光電変換特性につながる設計指針の樹立を目指している。

ZnO(酸化亜鉛)の受光素子応用に関する研究

ZnO(酸化亜鉛)を礎とした紫外線光センサーへの応用に関わる研究にも取組み、導電性高分子(PEDOT:PSS)との有機無機複合材料における光電特性を解明した。それにより100%近くの光電変換効率を達成した。本研究成果は、高効率紫外線光センサーの萌芽研究として着目され日刊工業新聞等に掲載された。ZnO紫外線光センサーの研究は共同研究へと発展している。

論文

2008, 2009 , 2010 , 2011 , 2012 , 2013 , 競争的資金

2008

  1. M. Nakano, T. Makino, A. Tsukazaki, K. Ueno, A. Ohtomo, T. Fukumura, H. Yuji, Y. Nishimoto, S. Akasaka, D. Takamizu, K. Nakahara, T. Tanabe, A. Kamisawa, M. Kawasaki: " MgxZn1-xO-Based Schottky Photodiode for Highly Color-Selective Ultraviolet Light Detection " Appl. Phys. Express 1(12) (2008) p. 121201-1—3
  2. T. Makino, Y. Segawa, A. Tsukazaki, A. Ohtomo, M. Kawasaki: " Photoexcitation screening of the built-in electric field in ZnO single quantum wells " Appl. Phys. Lett. 93(12) (2008) p. 121917-1—3
  3. M. Nakano, T. Makino, A. Tsukazaki, K. Ueno, A. Ohtomo, T. Fukumura, H. Yuji, S. Akasaka, K. Tamura, K. Nakahara, T. Tanabe, A. Kamisawa, M. Kawasaki: " Transparent polymer Schottky contact for a high performance visible-blind ultraviolet photodiode based on ZnO" Appl. Phys. Lett. 93(12) (2008) p. 123309-1—3

 

2009

  1. T. Makino, Y. Furuta, Y. Segawa, A. Tsukazaki, A. Ohtomo, Y. Hirayama, R. Shen, S. Takeyama, Y. Takagi, M. Kawasaki : " Magneto-optical study of n-type modulation-doped ZnO/MgxZn1-xO single quantum well structures, " Phys. Rev. B 80(15)(2009) p. 155333-1—5
  2. T. Yamasaki, T. Fukumura, Y. Yamada, M. Nakano, K. Ueno, T. Makino, M. Kawasaki: " Co-doped TiO2 films grown on glass: Room-temperature ferromagnetism accompanied with anomalous Hall effect and magneto-optical effect," Appl. Phys. Lett. 94(12) (2009) p. 102515-1—3
  3. H. Hiraga, T. Fukumura, A. Ohtomo, T. Makino, A. Ohkubo, H. Kimura, M. Kawasaki : " Optical and magnetic properties of CuMnO2 epitaxial thin films with a delafossite-derivative structure " Appl. Phys. Lett. 95(3) (2009) p. 032109-1—3
  4. H. Hiraga, T. Makino, T. Fukumura, A. Ohtomo, and M. Kawasaki "Excitonic characteristics in direct wide-band-gap CuScO2 epitaxial thin films" Appl. Phys. Lett. 95(21) (2009) p. 211908-1—3

2010

  1. F. Liu, T. Makino, H. Hiraga, T. Fukumura, Y. Kong, and M. Kawasaki "Ultrafast dynamics of excitons in delafossite CuScO2 thin films" Appl. Phys. Lett. 96(21) (2010) p. 211904-1—3
  2. Y. Iwasaki, T. Fukumura, H. Kimura, A. Ohkubo, T. Hasegawa, Y. Hirose, T. Makino, K. Ueno, and M. Kawasaki, "High-throughput screening of ultraviolet-visible magneto-optical properties in spinel ferrite (Zn,Co)Fe2O4 solid-solution epitaxial film with a composition-spread approach", Appl. Phys. Express 3(10), pp. 103001-1?3 (2010).

2011

  1. H. Hiraga, T. Makino, T. Fukumura, H. M. Weng, and M. Kawasaki, "Electronic structure of the delafossite-type CuMO2 (M = Sc, Cr, Mn, Fe, and Co): Optical absorption measurements and first-principles calculations", Phys. Rev. B 84(4), pp. 041411(R)-1—4 (2011)
  2. S. Chakraverty, K. Yoshimatsu, Y. Kozuka, H. Kumigashira, M. Oshima, T. Makino, A. Ohtomo, and M. Kawasaki, "Magnetic and electronic properties of ordered double-perovskite La2VMnO6 thin films", Phys. Rev. B 84(13), pp. 132411-1—4 (2011).

2012

  1. Y. Matsubara, T. Makino, H. Hiraga, C. Chen, S. Tsukimoto, K. Ueno, Y. Kozuka, Y. Ikuhara, and M. Kawasaki, "High crystallinity CuScO2 delafossite films exhibiting ultraviolet photoluminescence grown by vapor-liquid-solid tri-phase epitaxy", Appl. Phys. Express 5(1), pp. 011201-1—3 (2012).
  2. F. Liu, T. Makino, T. Yamasaki, K. Ueno, A. Tsukazaki, T. Fukumura, Y. F. Kong, and M. Kawasaki, "Ultrafast time-resolved Faraday rotation in EuO thin films", Phys. Rev. Lett. 108(25), pp. 257401-1—5 (2012).
  3. T. Makino, F. Liu, T. Yamasaki, K. Ueno, A. Tsukazaki, T. Fukumura, Y. Kozuka, Y. F. Kong, and M. Kawasaki, "Ultrafast optical control of magnetization in EuO thin films", Phys. Rev. B 86(6), pp. 064403-1?4 (2012)
  4. Y. Kozuka, J. Falson, Y. Segawa, T. Makino, A. Tsukazaki, and M. Kawasaki, "Precise calibration of Mg concentration in MgxZn1-xO thin films grown on ZnO substrates", J. Appl. Phys. 112(4), pp. 043515-1—5 (2012).

2013 top へ

  1. Y. Takagi, R. Minamihara, and T. Makino, "Impulsive optical spin orientation by Zeeman state mixing in ruby", J. Magn. & Magn. Mater. 326, P. 186—196 (2013).
  2. T. Makino, Y. Segawa, A. Tsukazaki, H. Saito, S. Takeyama, S. Akasaka, K. Nakahara, and M. Kawasaki, "Magneto-photoluminescence of charged excitons from MgxZn1-xO/ZnO heterojunctions" Phys. Rev. B 87(8), pp. 085312-1?7 (2013).

競争的資金

 

獲得状況 (2007年度現在)
制度名研究課題名研究費(千円)研究期間 役割(代表者/分担者)
科学研究費・若手研究(B)非線形分光法に基づくトランジスター構造を対象とした非接触バンドラインアップ決定総額3600千円2006年度から2年代表
旭硝子財団自然科学系助成(奨励枠)コンビナトリアル手法を援用した半導体・絶縁体界面における内的光電子放出と高調波発生を利用した非接触かつ非破壊なバンドラインナップ決定装置の開発総額2000千円2006年から2年 代表
池谷科学技術振興財団 酸化亜鉛系発光デバイスにおける発光機構の解明1000千円2006年度一年のみ代表
大学特別教育研究助成(奨励枠)酸化亜鉛系変調ドープ超格子における光誘起新凝縮相の観測1100千円2006年度一年代表
県特別教育研究助成(海外渡航分)Photonics West 2006, 22 January 2006, San Jose, California, USA15万円単発海外渡航費
県特別教育研究助成(海外渡航分)The E-MRS 2006 Spring Meeting (E-MRS - IUMRS - ICEM 06) in Nice (France), from May 29 to June 2, 200615万円単発海外渡航費
財団法人村田学術振興財団(海外派遣)Photonics West 2007, 20--25 January 2007, San Jose, California, USA20万円単発海外渡航費
県特別教育研究助成(海外渡航分)The 2nd International Conference on Optical, Optoelectronic, and Photonic Materials and Applications (ICOOPMA - 2007) in London (United Kingdom), from July 29 to August 3, 200715万円単発海外渡航費

メンバー

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准教授:牧野 哲征
技術職員:小林 英一(学内限定)
M2:伊藤 竜一
M2:山内 亮彦
M2:渡辺 貴洋
M1:和座 一憲
M1:新村 周平
M1:前田 翌檜
B4:上野 眞人
B4:竹内 智哉
B4:山出 拓史
B4:浅井 郁帆

実験設備

実験室で撮像した装置

Ultrafast laser spectroscopy set-up
超高速光誘起吸収分光セットアップ
光学実験室のレーザー稼働状況(学内限定)

アクセス

 

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リンク

  1. 国立大学法人福井大学工学部
  2. 理化学研究所
  3. 東京大学物性研究所(嶽山研究室)
  4. 東京大学工学部物理工学科川崎研究室
  5. 東北大学金属材料研究所塚崎研究室