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NISTEP注目科学技術 - 2020_E317

電子および原子を強い光電場により制御する技術に注目している。これは高速に振動する光の電場成分を用いて電子や原子を制御する技術であり、デバイスの微細化・高速化を飛躍的に押し進める上で欠かせない技術である。またリチウムイオン電池をはじめとして、エネルギー蓄積の小型化・高密度化を実現するためにはイオンのダイナミクスの理解が必要不可欠であるが、強い光電場により制御されたイオンの挙動を観測は媒質中でのイオンの挙動を理解する上で強力なツールになると考えられており、日本が強みを持つ材料開発をアクティブなデバイスへ繋げる上でも重要な技術であると考えている。
光電場強度としては物質内部の電場強度である 1Åあたり1Vが目安であり、光電場の周波数帯域としてはポスト5Gと目されるサブテラヘルツ領域から電子の最高速であるペタヘルツ周波数領域において国内外で研究開発が進められているが、実験・観測・理論の困難さから未だに物理的解釈についても統一的理解は確立していない。また現在は巨大な実験装置群が必要であることから社会実装を実現するためには、飛躍的な光源等の小型化が必要であり、光源・材料・微細加工技術・観測手法開発・応用研究の密接した協創関係の構築が必要となるものであると考えている。

任意の光波形を高強度で発生させる技術が確立しておらず、光源開発ならびに光学素子のブレイクスルーが必要である。また現在の実験装置群が巨大であることから、目的に合わせた高強度の光電場を発生させる小型光源の開発が必須である。また小型化された光電場を有効に利用するためには目的に合わせた材料・微細加工技術の大きな進展と、微細空間における光と物質の相互作用の学術的理解が重要になるものと考えている。