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高機能ナノフォトニック材料
～超高感度でコンパクトなバイオ・環境センサー～

バイオセンサーとは、体内の血液中に存在する微量の生体分子（抗体、DNAなど）を検出し、病気の診断や薬剤開発を行うためのデバイスです。高誘電体からなるナノフォトニック構造や、金属内の自由電子の集団振動を空間的に制御したプラズモニック材料を用いれば、超高感度でポータブルなセンサーが実現できると考えられています。この技術により、家庭でのガン検診や、現場での汚染物質の検出、また病院での診断の高速化が期待されています。当グループでは、自己組織化やリソグラフィーを応用した自由電子の空間制御のみならず、組成や結晶組織など電子のエネルギーやメゾスコピックな組織制御をして、新たなプラズモニック・センシング技術を開発しています。
これらの研究は、スイス連邦工科大学チューリヒ校（スイス）、シャルマース工科大学（スウェーデン）、ヴァイツマン研究所（イスラエル）、九州大学など国内外の研究グループとの共同研究をしながら遂行しています。

光の場を電子で見る
～カソードルミネセンス～

ナノフォトニック構造は、ナノスケールに光の場を閉じ込めるのが特徴ですが、通常、光の電場を波長（数百nm）より小さいサイズで観察することはできません。当研究室では、電子線を使って光を「可視化」しています。加速電子により励起されたプラズモンを放射光として検出し（カソードルミネセンス）、電子線を走査すれば、光の電場マッピングが1nmスケールで可能になります。自由電子の表面波である表面プラズモンが、あたかも水面を伝わる波のように観察できます。
プラズモン材料と同様、スイス、スウェーデン、米国、英国、京都大学、大阪大学、九州大学など、国内外と共同研究を行っています。

透過型電子顕微鏡法（TEM）の開発
～材料開発の「目」を創る～

材料開発において、原子スケールで物質の構造を可視化できる「透過型電子顕微鏡」（TEM）は必要不可欠のツールです。TEMは20世紀初頭に誕生して以来、現在も進化し続けています。当グループでは、TEMを基本とした新技術、新しい応用手法の開発も行っています。この「観る」技術の進歩は、材料開発の進歩そのものであり、ここから新しい科学が生まれます。
これらの研究開発は、東京工業大学物理学科（大岡山キャンパス）、自然科学研究機構生理学研究所など大学･研究所だけでなく、テラベース株式会社、日本電子株式会社など企業とも共同で行っています。

物質理工学院

三宮研究室

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