采访了研究生院尖端物质科学学科  量子物质科学专业  量子物质科学教研室　角屋丰（Kadoya Yutaka）教授

（2010.4.27 社会合作与信息政策办公室  宣传小组）

研究概要

角屋教授的研究小组应用80年前日本发明的“八木・宇田天线（注1）”开发了纳米级版的光天线。这是利用光具有的波动（引起反射和折射等现象的性质）的天线。

（注1）这是以发明者的姓名命名的，平行排列几根金属棒的像鱼刺那样的，接收电波的电视机等的天线。

现在也能看到，外面的屋顶上的接收电视电波的八木・宇田天线。现在把它缩小到纳米级，并作了若干修改的极小的天线，是以100万分之一尺寸实现方向性（电波的向某个方向很强的传输的性质）很强，能接收强电波的八木・宇田天线，还能准确地控制光的方向性。

这项研究成果发表在3月15日科学杂志“Nature Photonics（电子版）”，以及书面版5月刊上。并刊登在书面版的封面上。（http://www.nature.com/nphoton/index.html）
国内期刊Nature文摘4月5月合刊（日语版4/25发行）上刊登了介绍这项发明的报导。

角屋教授担任量子信息生命科学国际项目研究中心（为了结合量子物理学和生命科学开展研究而设立的广岛大学项目研究中心之一）的主任。中心的研究课题之一是生物发光。生物发的光本身很弱，但是教授研究把这些光集中起来，向一个方向输出的方法。

角屋教授原来是研究光器件的。教授觉得可以用以前研究的排列纳米级（纳米＝1米的10亿分之1）金属的方法，解决这个问题。他与同事霍夫曼・霍尔格副教授（尖端物质科学学科研究电磁波）喝着咖啡聊天时，霍夫曼副教授说，“既然能让光向特定的方向输出，把它做成天线型就好了”。角屋教授受到了很大的启发。光和电波都是电磁波的一种，于是他正式开始了应用八木・宇田天线开发光天线的研究。

根据霍夫曼副教授的理论，马上完成了天线的设计。
但是，按照设计实际制作天线那是太难了。

八木・宇田天线是根据接收电波的波长和特性制作的，因此形状和大小都不一样。
天线金属棒的大小由电波的波长决定。

广岛大学法人总部屋顶上的电视机天线
左边金属棒长的是VHF天线，右边短的是UHF天线

模拟信号的UHF的波长（300MHz至3GHz）比VHF的波长（30MHz至300MHz）短，所以天线也小。光的波长不仅比电波的波长要短得多，并且在光的领域，制作天线的金属具有与电波的领域不同的性质，所以天线必须做得更小。这次开发的天线，即使使用性能好的光学显微镜，将它放大到最大限度，还是看不清楚它的形状。

光学显微镜看到的光天线（红色虚线圆圈中心的点就是天线）

因此，制作光天线要使用电子束光刻机。
制作IC等集成电路使用的是光刻机这一利用光的设备。电子束光刻机因为要进行更细的加工，因此是利用比光还要小的电子束进行工作的装置。

电子束光刻机

为什么要刻得这么细呢？
因为不管多小的天线，都必须长宽高的比例以及形状制作得准确，才能正常工作。
挑战这个难题的是当时的博士课程后期的学生小迫照和同学（现在在篠田等离子株式会社工作）。小迫同学在角屋教授的指导下，花了1年多的时间，终于完成了天线制作。据说尤其是为了调整天线的高度（厚度），还真不知道费了多大功夫呢。

这是使用电子显微镜拍摄的光天线照片。
这是在显微镜使用的玻璃片上制作的。

制作在玻璃片上的光天线（用电子显微镜拍摄）

制作的光天线只有普通的八木・宇田天线的100万分之1的大小，在500纳米的范围内，用长度为75至125纳米的5根金棒组成。由于太小了，即使用电子显微镜看也看不清楚。
但是还是可以看到左边第2个的部分是斜的。
这个斜的部分是最重要部分，外部的微小刺激（波长662纳米的红色光）射到这里后反射，则会引起很大的振幅，向一定的方向射出强烈的光。

使用这个纳米天线，能增强纳米级光源（每个分子和半导体量子点等）的光的输出和检测，再弱的光也可以利用传感器测量和判断，能更有效地分析使用光的分子等。另外，将来有可能用光在分子与分子之间通信，还能提高有望作为未来的信息通信技术的量子计算机和量子通信等使用的单光子源（1个个产生光粒子的装置）的性能。

讲述光天线可能性的角屋教授

在不断尝试后制作的天线。但是要测量这个天线是否只向某个方向输出光是极为困难的。
天线本身非常小，另外为了让光只向有限某个方向输出，正确地确定测量位置也是非常困难的工作。
小迫同学在本校技术中心 (该链接为日语页面)技术员谷口弘的帮助下，开发了如照片那样的特殊测量仪。在经过无数次失败后，成功地进行测量是在天线完成一年之后。

小迫同学开发的测量仪

角屋教授的指导方针之一是“尽量在国际学会等高水平的学会中发表论文”。据说实际上研究室每年有2至3个学生在国际学会发表论文。小迫在这个领域最高水平的国际学会上发表了这个研究成果。
并且获得了日本应用物理学会的发表鼓励奖。
角屋教授说，“这项研究成果表示广岛大学的学生参加了国际间的研究竞争，能与世界上顶级研究人员进行势均力敌的竞争。希望大家要有自信，继续努力”。
另外，我还想对看到这个网页的高中生说，“请一定来广岛大学，以世界为对手，和我们一起进行研究开发吧！”。

Nature Photonics召开的记者会（东京）（照片由Chris Gilloch提供）。
从左至右霍夫曼副教授，角屋教授，小迫

对我这个毫无这方面知识的人，角屋教授从“光”开始向我说明。听着这通俗易懂，详细的说明，我不由得说“是吗？”，“有这种事？”，完全被教授的说明吸引了。这是用肉眼看不见的世界，听了教授的说明，我也能想象到制作在玻璃片上的金色的天线了。
教授说，“虽然是学生，但也是研究人员。在研究室里是平等的。当然我要进行指导，但是重视能自由地进行研究的现在的环境，我很喜欢”。另外，继承前任山西正道教授（前副校长，名誉教授）以来的传统，立足于基础，开发新的光器件。突然，我的大脑里闪现了“广岛大学品牌”这个词。这次是我第一次采访，很紧张，但非常顺利地完成了采访。（T2）