太陽光を任意で制御して、太陽電池や光学素子などの光機能性デバイスに活用する研究を行っています。太陽光をより高度に制御できれば、太陽光エネルギーを現状よりももっと効率的に活用でき、低環境負荷型社会を実現できるからです。たとえば、発電効率の高い太陽電池や、太陽光の入射・反射を任意で調整するスマートウィンドウ、低電圧駆動スイッチングデバイスなどの実現を目指しています。

高度な光の制御を実現するために、本研究では、プラズモニック・メタマテリアルとよばれる金属ナノ構造体の電磁気応答特性を利用します。金属ナノ構造体は、そのサイズや形に応じて特定の波長の光と相互作用し、吸収や反射、散乱などの光学特性を示します。言い換えれば、金属ナノ構造体の形とサイズを適切に設計することで、その構造体が持つ光学特性をもデザインできるのです。この概念を利用したものが、自然界の物質にはない電磁波応答特性を示す人工材料、プラズモニック・メタマテリアルです。

最終的には、高度な光制御技術を確立して高効率な光電変換及び光機能変換を実現し、サステイナブル社会の構築の一端を担える研究に発展させることを目指しています。

I work on developing various functional devices and materials by controlling sunlight. Examples of such devices include solar cells with unprecedented high efficiency, and smart windows that change reflection with environmental temperature. They will be crucial for realizing eco-friendly society in the future.

More specifically, I utilize metal nanostructures to create artificial electromagnetic resonances for the sunlight control. Light absorption, reflection, and scattering of metal nanostructures depend on the interaction between the light and the nanostructures, which in term is determined by their size and shape. This property allows us to manipulate the optical properties of plasmonic devices by designing their nanostructures. Similar principles have been applied to creating metamaterials, which could lead to the invention of invisibility cloak in the future.

At present, through designing unique metal nanostructures, I have succeeded in confining light at the nanoscale, as well as controlling light propagating direction. The next step will be to apply this technique to developing optoelectronics devices and materials with useful applications.