超短パルスレーザー加工法によるナノマテリアル作製とプラズモニクス応用

　近年レーザー加工研究で最も注目されているのが超短パルスレーザーを用いた物質加工です。その特徴として、１．熱変性の悪影響が抑制出来る、２．多光子プロセスでワイドバンドギャップ材料の超微細加工が出来る、３．回折限界を超える解像度で加工が出来ること、などが有ります。
　その一方で、干渉した超短パルスレーザーを用いた周期構造の一括作製が注目を浴びています。干渉パターンに応じた形状を物質表面に直接加工するには、微細加工能力を持つ超短パルスレーザーが最適です。さらに本研究グループでは被加工材料を薄膜に限定することにより、従来にない新ナノマテリアルを創製しています。

周期配列カイラル構造の一括作製に関する論文がScientific Reports誌に掲載されました。

研究内容の概要

１．干渉フェムト秒レーザーによる薄膜加工を用いた新ナノマテリアルの創製

　超短パルスレーザーのナノ加工能力・可干渉性・局在熱プロセス等を用いて、従来にない形状を持つ新しいナノマテリアルの創製を行い、ナノテクノロジーやプラズモニクス分野に新しい展開をもたらしています。

周期配列カイラル構造の一括作製に関する論文がScientific Reports誌に掲載されました。

あらゆる光パターンにおける光輻射圧分布の計算が可能に　Scientific Reports

２．超短パルスレーザー干渉装置の開発: 　フェムト秒レーザーは波連が極端に短い（数十ミクロン）ため、縮小光学系を応用した専用の干渉加工装置を開発しています。従来の装置と比較して、干渉範囲の広さや装置の簡便さなど多くの特徴を持っています。図の装置では、フェムト秒レーザーは透過型の回折格子により分割され、縮小光学系によって加工部位に導かれます。これを用いることで、光の波長に匹敵する非常に微細な周期構造を広範囲に一括で作製することが出来ます。

３．新ナノマテリアルの応用：メタマテリアル

　上記のナノマテリアルは従来と比べて異なる材質・特性を持っているため、従来型を超えた、より高度なナノテクノロジーを構築できると考えられます。下はその例ですが、これまでのナノテクノロジーの制限を超えた、より高機能で実用的な研究を目指しています。実用化へ向けた企業との共同研究も行っています。

研究内容の公開
・国内、国際学会で研究成果を報告しています。特に、学生による発表に力を入れています。
・論文や学会誌への投稿、学内外の講演会や委員会での発表などを通じた情報発信に努めています。
・企業や研究機関からの相談を受け付けています。

受賞
・令和4年度"Best presentation award", FrontierLab@Osaka Univ.
　Hendrik Jackel　(2022年）
・令和2年度　菅田-Cohen賞
　小坂悠起（M2)　(2021年）
・Best Paper Award in 2020 "Nanodot array deposition via single shot laser interference pattern using laser-induced forward transfer"
　Yoshiki Nakata, Eiki Hayashi, Koji Tsubakimoto, Noriaki Miyanaga, Aiko Narazaki, Tatsuya Shoji and Yasuyuki Tsuboi （2021年）
・レーザー学会業績賞・論文賞(オリジナル部門)「コヒーレントビームの干渉パターン制御とナノ周期構造の形成」(2016年)
　中田芳樹
・応用物理学会春季学術講演会第１回フォトコンテスト・優秀賞「金の周期ナノドロップ」(2013年)
　中田芳樹
・Photonic West Best Student Poster
　Takuya Hiromoto（2011年）、2011 Photonics West Best Student Poster を廣本拓也君（M2）が受賞！
　　　　　　
・レーザー学会進歩賞「ファインＭＥＭＳ」(2009年)
　藤田雅之，末田敬一，中田芳樹，宮永憲明，福士秀幸，江刺正喜，田中秀治
・電気学会優秀技術活動賞（技術報告賞）(2008年)
　「最新レーザプロセシングの基礎と産業応用」中田共著・章担当
・電気学会　優秀論文発表賞 "Debris-Free Laser-Assisted Low-Stress Dicing for Multi-Layered MEMS"(2009年)
　Yusaku Izawa, Yosuke Tsurumi, Shuji Tanaka, Hideyuki Kikuchi, Keichi Sueda, Yoshiki Nakata, Masayoshi Esashi, Noriaki Miyanaga, Masayuki Fujita
・電気学会　優秀論文発表賞（2005年）
　中田芳樹「干渉フェムト秒レーザー加工を用いた新ナノマテリアルの創製」
・船井情報科学奨励賞（2005年）
　中田芳樹
・レーザー学会奨励賞（2005年）
　中田芳樹「JPN J APPL PHYS 2 42 (12A): L1452-L1454 DEC 2003"を中心とした、干渉フェムト秒レーザーを用いた薄膜加工によるナノマテリアルの創製研究に関する一連の業績。」