量子欠陥 | 小澤大知 NIMS - 筑波大学

Nano Lettersに論文掲載：カーボンナノチューブにおける単一有機発光中心の決定論的形成

Thu, 21 Aug 2025 17:30:47 +0900

私たちの研究論文「カーボンナノチューブにおける単一有機発光中心の決定論的形成」がNano Lettersに掲載されました！

量子通信という言葉を聞いたことがありますか？これは、サイバー攻撃が絶対にできない究極のセキュリティ通信技術です。今回、私たちの研究チームが、この量子通信の実現に不可欠な「量子光源」を狙い通りに作る技術を世界で初めて開発しました。

光化学反応をリアルタイムで監視しながら、カーボンナノチューブに量子欠陥が一つだけできる瞬間を捉えて、わずか500ミリ秒で反応を止める技術です。これにより、量子欠陥の数を1個に限定し、位置をサブミクロン精度で制御し、発光波長も調整できるようになりました。成功率は77％で、これまで「運任せ」だった量子材料の作製が、ついに設計可能になったのです。

この技術で作った量子光源は、室温で通信波長の単一光子を確実に放出することが確認されています。これにより、既存の光ファイバー通信インフラをそのまま活用できる量子通信デバイスの開発が加速し、サイバーセキュリティの未来が大きく変わるかもしれません。

この研究は、JSPS科研費、JST ASPIRE、キヤノン財団、三菱財団、村田学術振興財団、およびMEXT ARIM助成金により支援されました。

D. Kozawa, Y. Shiota, M. Wang, Y. K. Kato, Deterministic Formation of Single Organic Color Centers in Single-Walled Carbon Nanotubes,

(2025年8月28日)
“理研、CNT上に量子光源を高精度形成　量子通信向け” (2025年9月10日)
“理研、カーボンナノチューブ量子光源を狙い通りにつくる” (2025年9月8日)
“カーボンナノチューブ量子光源を狙い通りにつくる－次世代量子通信技術の実用化に前進－” (2025年8月28日)
“カーボンナノチューブ量子光源を狙い通りにつくる～次世代量子通信技術の実用化に前進～” (2025年8月28日)

META 2025で招待講演を行いました

Thu, 24 Jul 2025 00:00:00 +0000

2025年7月24日に開催されたで招待講演を行う栄誉に恵まれました。

講演詳細

タイトル: “Deterministic Formation of Single Organic Color Centers in Single-Walled Carbon Nanotubes”

著者: Daichi Kozawa, Yuto Shiota, Yuichiro K. Kato

会議: META 2025 - 第15回メタマテリアル・フォトニック結晶・プラズモニクスに関する国際会議

日時: 2025年7月24日

この発表では、カーボンナノチューブにおける量子欠陥の制御された生成に関する最新の研究成果について報告し、量子フォトニクスと単一光子源への重要な意義について議論しました。

Leila Akishevaさんがインターンシップ生として研究グループに加入

Wed, 07 May 2025 21:25:05 +0900

新しいインターンシップ生が研究グループに加わりました

さんが研究グループにインターンシップ生として加わりました。レイラさんはナザルバエフ大学の理工学部物理学科の4年生で、同大学でリサーチアシスタントも務めています。

インターンシップ期間中は、量子欠陥プロジェクトに取り組んでもらいます。物理学の知識と研究経験を活かして、プロジェクトに貢献してくれることを期待しています。

レイラさんとの共同研究を楽しみにしています。どうぞよろしくお願いします。

六方晶窒化ホウ素の量子光源

Tue, 03 Jan 2023 00:00:00 +0000

私たちの研究グループは、二次元六角形窒化ホウ素の量子欠陥発光エネルギーの離散化とその化学的相互変換を実証しました。hBNは、量子コンピューティングや通信への応用が期待される材料であり、その量子エミッターの特性を明らかにすることは重要です。私たちは、単一で孤立したゼロフォノンライン（ZPL）の2000以上のスペクトルを収集し、それらを7つの離散化された放出エネルギーに整理しました。また、水とホウ酸エッチングによる化学処理スキームを開発し、特定のエミッターの生成や変換を実現しました。これにより、hBNの量子放出特性の理解が大幅に進展し、将来的な量子デバイスの開発に貢献できると考えています。

Discretized hexagonal boron nitride quantum emitters and their chemical interconversion.

Daichi Kozawa, Sylvia Xin Li, Takeo Ichihara, Ananth Govind Rajan, Xun Gong, Guangwei He, Volodymyr B Koman, Yuwen Zeng, Matthias Kuehne, Kevin S Silmore, Dorsa Parviz, Pingwei Liu, Albert Tianxiang Liu, Samuel Faucher, Zhe Yuan, Jamie Warner, Daniel Blankschtein, Michael S Strano.

Nanotechnology, 34, 115702 (2023).

清浄なカーボンナノチューブへの量子欠陥の導入

Fri, 20 May 2022 00:00:00 +0000

量子欠陥を導入したナノチューブの模式図（左）と電子顕微鏡写真（右）.

私たちの研究グループは、気相反応を用いた架橋カーボンナノチューブの有機発光中心の形成手法を実証しました。本研究では、単層カーボンナノチューブの有機発光中心に焦点を当てています。これらは、室温で通信波長帯の単一光子を生成するという、他の材料にはない優れた能力で知られています。私たちの革新的なアプローチでは、気相反応を用いて架橋ナノチューブに発光中心を形成し、溶液中で行われる現行の合成方法の制限を克服しています。このプロセスは発光分光法によって直接確認され、発光中心は強い直径依存性の発光を示します。私たちの研究は、ナノチューブ構造が発光特性に及ぼす影響について貴重な知見を提供し、高性能近赤外量子光源の開発への道筋を示しています。この成果により、量子通信技術の発展に大きく貢献できると考えています。

Formation of organic color centers in air-suspended carbon nanotubes using vapor-phase reaction.

Daichi Kozawa, Xiaojian Wu, Akihiro Ishii, Jacob Fortner, Keigo Otsuka, Rong Xiang, Taiki Inoue, Shigeo Maruyama, YuHuang Wang, Yuichiro K. Kato.

Nature Communications, 13, 2814 (2022).

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