Homeナノサイズの光アンテナを开発！－受信电波が増大する不思议な金属棒はどこまで小さくなるのか？－
大学院先端物質科学研究科 量子物質科学専攻 量子物質科学講座 （かどや ゆたか）教授
に聞きました。 （2010.4.27 社会連携?情報政策室 広報グループ ）
研究の概要
角屋教授らの研究チームは、80年前に日本で発明された「八木?宇田アンテナ（注1）」を応用したナノスケールバージョンの光アンテナを开発しました。これは光の持つ波动性（反射、屈折などの现象を引き起こす性质）を利用したものです。
（注1） 数本の金属棒を平行に並べた魚の骨のような、電波を受発信するテレビなどのアンテナで、発 明者の名前から命名されています。
世界中の屋根には现在も、テレビ电波の受信のための八木?宇田アンテナを见ることができます。今回、ナノレベルに缩小し、若干の修正を加えた极小アンテナは、指向性（电波の、ある方向に强く発信される性质）が高くて强い电波を受発信できる八木?宇田アンテナを１００万分の１のサイズで実现したもので、光の高度な指向性制御が可能となります。
この研究成果は、３月１５日付け科学誌「Nature Photonics（電子版）」で発表され、冊子版5月号に掲載されました。なお、冊子版5月号では表紙を飾っています。（http://www.nature.com/nphoton/index.html）
また、国内ではネイチャーダイジェスト４?５月合併号（日本语版4/25発行）に、紹介記事が掲載されました。
コーヒーブレイクで、ブレイクスルー
角屋教授は量子情报生命科学国际プロジェクト研究センター（広岛大学プロジェクト研究センターのひとつで、量子物理学と生命科学の融合を目的に设置）のセンター长を务めています。センターでの研究の一つに、生物発光の研究があります。生物が発する光は、光自体が弱い。教授は、弱い光を集めて一定方向に出す方法はないかと模索していました。
教授のもともとの専门は光デバイスの研究です。以前から进めていたナノメートルサイズ（ナノメートル＝１メートルの１０亿分の１）の金属を配列させることで、この问题を解决できそうだと漠然と考えていた教授は、同僚であるホフマン?ホルガ准教授（先端物质科学研究科?电磁波研究）とコーヒーを饮みながら雑谈していた时に、「光を特定の方向に出すのならアンテナ型にすればいい」というアドバイスを受けます。光も电波も同じ电磁波の一种。八木?宇田アンテナを応用した光アンテナ开発が本格的にスタートします。
理论では可能なナノサイズのアンテナ
ホフマン准教授の理论を基に、アンテナの设计はすぐにできました。
ところが、その设计にあわせて実际にアンテナを作製するまでが大変でした。
八木?宇田アンテナは、受信する电波の波长や特性に合わせて作られているため、それぞれ形状や大きさが违います。
アンテナの金属棒の大きさは、电波の波长によって决まるのです。
広岛大学法人本部栋屋上のテレビアンテナ
左の长い棒のアンテナが痴贬贵用、右の短い棒のアンテナが鲍贬贵用
アナログの鲍贬贵の波长（300惭贬ｚから3骋贬ｚ）は、痴贬贵の波长（30惭贬ｚから300惭贬ｚ）より短いため、アンテナも小さくなっています。光の波长は电波の波长と比べて极めて短いだけでなく、光の领域ではアンテナを构成する金属が电波の领域とは异なる性质を持つため、アンテナはそれ以上に小さなものを作らなければなりません。今回开発したアンテナも、性能のいい光学顕微镜で最大限拡大しても、形がわからないほど小さなものです。
光学顕微镜で见た光アンテナ（赤い波线の丸の中に见える中央の点が、アンテナ）
そのため、光アンテナの作成には电子线リソグラフィーという装置を使用しました。
滨颁などの集积回路を作るのに利用するのが光リソグラフィーという、光を使う装置です。电子线リソグラフィーは、それよりもっと细かい细工をするため、光より小さくできる电子ビームを利用して作业する装置です。
电子线リソグラフィー
なぜそんなに细かい作业が必要なのでしょうか？
どんなに小さいアンテナであっても、縦?横?高さの割合や形を正确に作らないと、正常に动作しないからです。
この难题に挑戦したのが、当时博士课程后期の学生だった小迫照和さん（现在は篠田プラズマ株式会社勤务）です。小迫さんは、角屋教授のアドバイスを受けながら、1年以上の时间をかけて、ついにこれを成し遂げました。特にアンテナの高さ（厚み）を合わせるのに苦労したといいます。
完成した光アンテナ
これは电子顕微镜を使って撮影した光アンテナの写真です。
顕微镜で利用するスライドガラスの上に作られています。
スライドガラス上に作製した光アンテナ(电子顕微镜で撮影)
完成した光アンテナの大きさは、通常の八木?宇田アンテナの１００万分の１のサイズで、５００ナノメートルの范囲に、长さ７５～１２５ナノメートルの金の棒５つで构成されています。あまりに小さいため、电子顕微镜で见てもはっきりとはわかりません。
ただ、左から２番目の部分が斜めになっているのはよく分かります。
この斜めになっていることが一番重要なところで、ここに外部からの小さな刺激（波长６６２ナノメートルの赤色光）を当て反射させると大きな振幅を引き起こし、一定の方向に强い光が放たれるのです。
このナノアンテナを使用すれば、ナノスケール光源（个々の分子や半导体量子ドットなど）からの光の放出と検出の両方の増强が可能になり、小さな弱い光でも、センサーを利用して计测?判别することや、光を用いた分子などの分析をより効率的にさせることが可能となります。また将来的には、分子と分子の间を光で通信させることや、未来の情报通信技术として期待されている、量子コンピューターや量子通信などで用いる単一光子源（光の粒である光子を１个づつ発生させる装置）の性能向上にもつながることが期待されます。
光アンテナの可能性について语る角屋教授
计测への远くて长い道のり
试行错误の末作製したアンテナでしたが、そのアンテナが実际に光を一定方向だけに出しているのかどうかを计测する作业は、困难を极めました。
アンテナ自体が非常に小さく、また、ごく限られた一定方向だけに光を出しているため、计测する场所を正确に特定するだけでも大変な作业です。
小迫さんは、本学技术职员の谷口弘さんの强力な支援のもと、写真のような特殊な测定器を开発します。何度も失败を繰り返しながら计测を行い、実际に测定に成功したのは、アンテナが完成してから更に１年后でした。
小迫さんの开発した测定器
広大から世界へ羽ばたけ！
角屋教授の指导方针のひとつに「国际学会を含めて、出来るだけレベルの高い学会で発表してもらう」というものがあります。実际に、毎年研究室から２～３人の学生が国际学会で発表しているそうです。
小迫さんは、この分野で最もレベルの高い国际学会で今回の研究成果を発表しました。
そして、日本における応用物理学会の讲演奨励赏も受赏しました。
「今回の成果は、広大生がこのような国际间研究竞争に参加して、世界のトップレベルの研究者たちと互角以上に渡り合えることを示しており、皆さんも、大いに自信を持って顽张って欲しい」と角屋教授。
また、このWebサイトを見ているかも知れない高校生にもメッセージを贈ります。「ぜひ広島大学に来て、世界を相手に、一緒に研究や開発の団体戦を戦いま しょう」と。
ネイチャーフォトニクスが開催した記者会見（東京）で（写真提供Chris Gilloch氏）。
左からホフマン准教授、角屋教授、小迫さん
あとがき
何の知识もない私に角屋先生は、まず「光」の説明から始めてくださいました。非常にわかりやすく、丁寧な説明に、「へ～」「うそ～」の连続で、みるみる先生のペースに嵌っていきました。目で见ることの出来ない世界の话ですが、先生の説明を闻いて、スライドガラスの上に作られた金色のアンテナが想像できるようになりました。
「学生といえども一人の研究者。研究室では対等の関係です。勿论指导はしますが、自由な発想で研究できる今の环境を大切にしていますし、気に入っています」と。また、基本に立ち返って新しい光デバイスを开拓してゆく、前任の山西正道教授（元副学长、名誉教授）からの伝统が、このようにして受け継がれていくんだと、ふと「広大ブランド」という言叶が头を过ぎりました。紧张した初めての取材でしたが、さわやかにハッピーに终わりました。（罢2）
