研究領域事後評価 さきがけ 光極限 - 光の極限制御 積極利用と新分野開拓 - 研究総括植田憲一 2021 年 2 月 23 日 1

研究領域事後評価

さきがけ

「光極限」

－光の極限制御・積極利用と新分野開拓－

研究総括

植田 憲一

目次

1. 研究領域の概要

2. 研究総括のねらい

3. 研究課題の選考

4. 領域アドバイザー

5. 研究領域の運営

6. 研究成果

7. 総合所見

１．研究領域の概要

分野俯瞰図

（H27文科省資料より）

• 生体機能イメージング • ホログラフィック3DTV 量子コヒーレンストモグラフィ スピン波エレクトロニクス 量子暗号 量子メモリ スピン系量子計算 量子リソグラフィ 原子波干渉計 量子ドットレーザー 半導体レーザー 光格子時計 メタマテリアル 量子テレポーテーション フォトニック結晶 プラズモニック結晶 X線自由電子 レーザー シンクロトロン放 射光 電子ビーム 中性子ビーム イオンビーム 光コヒーレンストモグラフィ アト秒パルスレーザー コヒーレント制御 バイオフォトニクス ナノフォトニクス レーザー加工 プラズマフォトニクス 量子ビーム分光 量子ドット技術 量子エレクトロニクス 超伝導 スピントロニクス 物質波レーザー 量子通信・計算 テラヘルツフォトニクス レーザープラズマ加速 パワーレーザー 分子シミュレーター 小型電子源 • プラズマミラー • 原子・分子の電子状 態制御 先端光がん診断・治療 量子計測 • 高精度重力加速度計 • 高感度ジャイロスコープ • 超微細加工 • 超大規模情報処理 • 分子化学反応制御 • 分子の捕捉・操作 • 量子計測の高精度化 • 地下資源探索 • 地殻変動観測 • 高速大容量通信システム • 超電導磁石 （MRI, リニア鉄道, 核融合） • 大容量磁気ストレージ • 不揮発・書き換え可能ロジック回路 • 完全レンズ • 光学迷彩 • 高効率発光素子 • 微小光回路素子 • 生体断層画像診断 • 非侵襲観察 • 高速・高セキュリティ通信 • シングルショット極短パルス分析 • 生体観察 • グリーンレーザー（高効率溶接） • 超短パルス非熱レーザ加工 • 物質改質 • 遺伝子制御 • 生体観察 • メタマテリアル制御 • 超高速信号伝送 • 超省電力演算 • モータフリー発電 • 光スイッチ • プローブ顕微鏡

■近年のノーベル賞（物理学賞、化学賞）

2000 （物理）

Z. Alferov, H. Kroemer

半導体レーザーなど

2001 （物理）

E. Cornell, A. Ketterle, C. Wieman

BEC 原子物理

2005 （物理）

R. Glauber, J. Hall, Th. Haensch

光コム、超精密計測

2008 （化学）

下村脩、M. Chalfie, R. Tsien

蛍光タンパク

2009 （物理）

Ch. Cao, W. Boyle, G. Smith

光ファイバー、CCD光検知器

2012 （物理）

S. Haroche, D. Wineland

レーザー冷却原子 量子計算

2014 （物理） 赤崎勇、天野浩、中村修二

青色LED、LD

（化学）

S. Hell, E. Betzig, W. Moerner

超解像レーザー顕微鏡

2015 （物理）

梶田隆章, A. McDonald

ニュートリノ（チェレンコフ光検出）

2017 （物理）

R. Weiss, (B. Barish, K. Thorne)

力波検出（大型レーザー干渉計）

2018 （物理）

A. Ashkin, G. Mourou, D. Strickland

レーザートラップ、CPA超高出力レーザー

本質的な限界を持たないといわれる

光を使って

限界に挑戦し

それを

超えようとする

⚫ 光の特徴を活かして、次世代の人材育成につなげる

⚫ 概念構築から実用化への壁の原理的究明まで

⚫ さきがけは道場

⚫ 旧い世代の経験を選択的に吸収する場も提供

２．研究総括のねらい

⚫ 研究の真髄

限界への挑戦を通じて、科学や技術の本質を理解し、発

展させる。そのために

必要なことは“すべてやる”

。

⚫ サイエンスに限定せず

高度に発展した技術も、現時点での限界に満足せず、理

論限界を追求しながら、社会的に有用・有益な技術やデ

バイスに結実させるのも限界追究研究。

⚫ 絶え間ない限界への挑戦を繰り返し、新たな地平を生み出

すことを、本研究領域では狙いたい。

２．研究総括のねらい

公開鍵暗号Martin Hellman

⚫ 光科学は現代のあらゆる科学技術の基盤を与える存在で

ある。出口はいろいろあっても、原理は光というものが数多

く存在する。

⚫ 21世紀は光の時代（2015年は国際光年）

毎年のように光関係でノーベル賞（2000年以後で22名）

物理、化学、バイオなどあらゆる分野に関係している。

⚫ 10の18乗（アト秒科学、ペタワット集光、マイナス18乗精度

の時計）、その後をどうするか？

⚫ 大きな飛躍（パラダイムシフト）のための準備が必要。

２．研究総括のねらい

⚫ 光科学技術の軸を通して

異分野との交流

を積極的に行い、

多様で複雑な対象を扱う分野の先端研究において、新たな

視点や発想の創出

を目指す。

⚫ 限界の追究とは、明確な目標を持つことでもある。研究者に

は、

自身の目で研究を俯瞰し、目標と限界までの距離を計り

ながら努力

してもらう。

⚫ 採択にあたっては、

提案者自身の構想実現に向けた「強いこ

だわり」と、異分野との交流・連携によって大きく発展し得る研

究提案

を重視。

２．研究総括のねらい

海外における研究も可能

２０１６年夏までに３名を国際会議招待講演に推薦、招待

548名の応募者に対して、36名の選考で、約15倍の競争率であった

。

想定していたバイオ、医学応用、イメージング、ナノフォトニクスデバイス、冷却原子や

光格子による極限物性追求、高エネルギー密度や高強度電場による新しい光科学技

術に加え、高分子・有機材料などからも多くの参加が得られた。

採択年度

応募件数

書類選考

採択件数

面接選考

採択件数

倍率

2015年度

276

28

13

21.2

2016年度

161

30

11

14.6

2017年度

111

31

12

9.3

合計

548

89

36

15.2

３．研究課題の選考

３．研究課題の選考

情報処理・通信

バイオ・医療

ものづくり・環境

フロンティア

操作

計測

光源・

量子源

など

【H27年度採択者】

たんぱく質発現操作 【小笠原慎治】 北大→信州大（終了直後） オプトジェネティクス 【井上圭一】 名工大→東大 アト秒化学反応制御 【沖野友哉】 理研 がん細胞破壊治療 【小川美香子】 北大 スピンによる コヒーント変換 【久保結丸】 サックレ→OIST 相対論的磁気リコネクションによる量子源 【余語覚文】 阪大 局在プラズモン駆動ナノモーター 【田中嘉人】 阪大→東大 遺伝子発現の光制御 【磯村彰宏】 京大 3次元高速イメージング 【小澤祐市】 東北大 mｇ量子的振動子 【松本伸之】 東北大 量子近接場顕微鏡 【岡本亮】 京大 サブテラヘルツ波発生 【時田茂樹】 阪大 計測用高速信号処理 【坂本高秀】 NICT→都立大（終了直後）

３．研究課題の選考

情報処理・通信

バイオ・医療

ものづくり・環境

フロンティア

操作

計測

光源・

量子源

など

【H28年度採択者】

新奇ナノプローブ 【上村直】 九工大 局所応力イメージング 【齊藤尚平】 京大 ホログラフィック マルチカラーセンシング 【田原樹】 関西大→NII→NICT 新紫外モノサイクルパルス光源 【貴田祐一郎】 理研 固体量子光源 【岩﨑孝之】 東工大 光メタ表面の機能化 【種村拓夫】 東大 重元素低主量子数電子の電離機構の解明 【西内満美子】 量子機構 量子多体系の非平衡物理 【松永隆佑】 東大理→物性研 極低温分子イオントラップ化学反応 【向山敬】 電通大→阪大 人工光合成にむけたＰＳＩＩ機構解明 【秋田総理】 岡山大 微弱QED過程の極限制御 【植竹智】 岡山大

３．研究課題の選考

情報処理・通信

バイオ・医療

ものづくり・環境

フロンティア

操作

計測

光源・

量子源

など

【H29年度採択者】

光熱変換細胞制御 【大山廣太郎】 慈恵医大→量研機構 蛍光バイオイメージング 【浅沼大祐】 東大 有機無機界面フォトセンサー 【石井あゆみ】 青学大→横浜桐蔭大 糖・脂質代謝制御 【佐藤真理】 北大 冷却分子の精密分光 【小林淳】 京大→北大 メカノプローブ 【相良剛光】 北大→東工大 光音響サイトメトリ 【中川桂一】 東大 電子線光ホログラム 【三宮工】 東工大 リモート分子イメージング 【南川丈夫】 徳島大 データ駆動計算機光学 【堀﨑遼一】 阪大→東大 電子分光化学反応計測 【倉持光】 理研→分子研 アロスティック計測 【福原学】 東工大

４．領域アドバイザー

氏 名 所 属 専 門 分 野 井上 宏明 元 日本オクラロ(株) 執行役員 ＣＴＯ 光通信フォトニクス 神成 文彦 慶應義塾大学 理工学部 教授 レーザー、光制御 竹内 繁樹 京都大学 大学院工学研究科 教授 量子計測、量子通信 武田 光夫 電気通信大学 名誉教授 光学、光計測 塚田 秀夫 浜松ホトニクス(株) 中央研究所 主幹 PET 計測 寺川 進 浜松医科大学 名誉教授 細胞生理学、光計測 年吉 洋 東京大学 生産技術研究所 教授 光ＭＥＭＳ 波多野 睦子 東京工業大学 工学院 教授 ダイヤモンドデバイス、 太陽電池 松尾 由賀利 法政大学 理工学部 教授 高分解分光、不安定核 三澤 弘明 北海道大学 電子科学研究所 特任教授 ナノフォトニクス、光化学 【アドバイザー一覧（青：企業関係者)】

• 領域会議

分野の権威者として俯瞰した視点から、学術的な

背景、現状、先端研究の状況を報告

し、その中で、

各自の研究進捗を報告。

• 新たな研究課題、方向性を見出すことも重要視

。

• 研究者間

および

分野間の融合

を意識的に進めた。

• 領域外との共同セミナー、シンポジウムを推奨。

• 展示会等へ出展し、応用先との交流を深めた。

５．研究領域の運営

５．研究領域の運営

【領域会議関連】

回 日付 場所 工場見学等

第1回

2016/04/16-17 東京都府中市 ナイトセッション：研究倫理を自律的に考える

第2回

2016/10/30-31 沖縄県国頭郡 ナイトセッション：光科学の将来方向

第3回

2017/04/22-23 千葉県幕張市 ナイトセッション：科学と技術の再結合

第4回

2017/10/29-30 大阪府大阪市 大阪大学レーザー科学研究所の見学

第5回

2018/04/20-22 千葉県柏市 矢花一浩先生（筑波大、教授）の特別講義 ポスターセッション

第6回

2018/10/27-29 静岡県浜松市 山西正道先生（浜松ホトニクス、ﾘｻｰﾁﾌｪﾛｰ）の特別講義 ナイトセッション：コンバージェンス研究の提案と議論 浜松ホトニクス中央研究所の見学

第7回

2019/04/20-22 千葉県柏市 秋山英文先生（東大、教授）の特別講義 ポスターセッション 東京大学物性研究所の見学

第8回

2019/10/26-28 北海道札幌市 根本知己先生（北大⇒分子研、教授）の特別講義 ナイトセッション：若い時代の研究経験

第9回

2020/07/26-27 WEB会議 ナイトセッション：新型コロナと科学リテラシー 年吉ADの特別講義（7/27）

第10回

2020/10/18-19 WEB会議 ナイトセッション：研究人生を振り返るため一次情報整理術 ブレイクアウトセッション（ポスターセッションの代わり）

青字は植田研究総括の講演、

緑色は研究施設の見学会

５．研究領域の運営

【シンポジウムやセミナー】

開催名

場所・回

開催日

参加者数

OIST-JST Presto Joint Symposium on

Frontiers in Optics and Photonics

OIST・第2回

2016/10/31

62

JST PRESTO Open Seminar

｢Frontier in Photonics｣

阪大・第4回

2017/10/30

60

｢光極限｣公開セミナー

北大・第8回

2019/10/28

60

開催名

場所

開催日

参加者数

メカノバイオロジーと光科学、分子技術 CSJ化学フェスタ 2018/10/23

62

バイオ・医療分野における光科学技術

の新展開

生体医工学会

2019/06/6-7

100

｢光極限｣公開シンポジウム

InterOpt(WEB)

2020/12/10

127

◆他学会・展示会との連携

◆領域会議後の共催、主催

６．研究成果

【論文・発表・特許】

論文 特許 口頭発表 合計 国内 国際 合計 国内 国際 合計 国内 国際 2015年度 採択研究課題 85 2 83 13 9 4 256 (142) 186 (99) 70 (43) 2016年度 採択研究課題 84 2 82 6 5 1 233 (121) 156 (68) 77 (53) 2017年度 採択研究課題 76 1 75 3 3 0 208 (108) 161 (76) 47 (32) 研究領域合計

₂₄₀

₅

₂₃₅

₂₂

₁₇

₅

697

(371)

503

(243)

194

(128)

（招待講演数は括弧で口頭発表数の内数として記載）

◆ 国際学術誌： 235報

※Nature系：24報、 Science系：5報、 Phys. Rev. Lett.：8報、

J. Am. Chem. Soc.：5報、 Angew. Chem. Int. Ed.：4報

など

基礎物理学

原子・分子分光学による ニュートリノ物理の研究 集団的コヒーレンスの利用 松本伸之 植竹 智 冷却原子の新しいトラップ方式 小林 淳 物理量m_e/m_pの恒常性検証 不安定核とAg40+_{多価イオンのレーザー加速} 西内満美子 巨視的量子力学 量子力学と重力 重力定数の測定

化学反応基礎

沖野 友哉 冷却原子・イオンによる化学反応 における量子効果の計測 倉持 光 向山 敬 分光と解離種の運動量同時計測 偏光イメージングに発展 アト秒精度の 2次元電子スペクトルの 時間発展計測

化学からのアプローチ

量子物理からのアプローチ

量子化学からのアプローチ

アト秒光化学 電子の運動量同時測定

光学・イメージング

田原 樹 岡本 亮 伝統的科学技術 堀﨑 遼一 Application to microscopy 量子エンタングルメントを 利用した微弱光計測 新しいイメージングデバイスと 計算ホログラム 新原理による イメージング • 発光体に強い量子エン タングルメント計測 • 光源から出た情報のす べてを利用する機械学 習イメージング（ゴー ストイメージングな ど） 小澤祐市 機械学習散乱 イメージング

メカノバイオロジー

光熱変換細胞制御

大山 廣太郎 光熱変換の積極利用と細胞制御 齊藤 尚平 従来の電気、化学的刺激と異なる細胞制御 を実現、同時に細胞温度計測も 相良 剛光

超音波と弾性率の

画像計測

浅沼 大祐 フェムト秒の時間分解能 フェムト秒パルスで細胞への超音波の 影響をコマ撮りするSTAMP技術 中川 桂一

光褐色を克服した

長時間画像計測

バイオ、医学関係

光で分子構造が変化し、細胞膜に穴を開けて細胞爆発へ 免疫細胞が癌情報を学んで転移先まで効果が及ぶ がんだけを光らせるイメージング剤の開発に取り組み、新 しく作ったイメージング剤をがん細胞にふりかけて、がん 細胞が死んでしまった事がきっかけで生まれた。 『光免疫療法』 _{小川 美香子} 失敗から新しい治療法へ 井上 圭一 細胞膜のイオンチャンネルの 発見と解明

超分子

アロステリックシグナル

増幅センシング

有機無機界面利用増幅型光イメージセンサー

小澤 祐市 田原 樹 石井 あゆみ

領域内議論から生まれた

共同研究の成果の一例

円偏光イメージセンサー 円偏光検出素子の構造

Optics Letters, vol. 46, pp. 669-672(2021)

Tatsuki Tahara, Yuichi Kozawa, Ayumi Ishii, Koki Wakunami, Yasuyuki Ichihashi, and Ryutaro Oi

Applied Optics, vol. 60, pp. A260-267 (2021)

６．研究成果

【プレスリリース】

レーザーによる粒子加速を大幅に効率化 余語 覚文 （2017.4）阪大 球体からの円偏光放射の制御に成功 三宮 工 （2020.9）東工大 光の波長より小さな世界で、走り、回る、新発想の光駆動ナノマシン 田中 嘉人 （2020.11）東大

研究機関/

JST共同プレス発表１８件、研究機関からのプレス発表１４件

を行い、

さきがけ「光極限」研究領域として効果的な研究成果の発信を行った。

引っ張ると白い蛍光を出すゴムの開発に成功 ～材料が受けるダメージの可視化に期待～ 相良 剛光 (2019.4）北大/JST フィルターなしで円偏光を高感度に検出 ～応力など物体表面の可視化技術として期待～ 石井 あゆみ (2020.7）桐蔭横浜大/JST 高強度のレーザー光による世界最大の電場発生を実証 ～重イオン加速器の飛躍的な小型化に期待～ 西内 満美子 （2020.7）QST/JST 「光極限」研究者間の共同プレス３件 わずかな粘度の違いを感じとる「羽ばたく蛍光分子」を開発 ～ナノサイズの動きで液体のサラサラ度を測る～ 齊藤 尚平/倉持 光 （2020.6）京大/理研/JST 自然な光を用いる瞬間カラーホログラフィックセンシングシステムの開発に成功 ～３次元動画像観察が可能な瞬間カラー多重蛍光ホログラフィック顕微鏡が実現～ 田原 樹 /石井 あゆみ (2020.7）NICT/桐蔭横浜大/ JST サブミクロンの分解能を持つ高速ホログラフィック蛍光顕微鏡システムを開発 ～スキャンが不要、アルゴリズムの同時開発で自然な光の高速測定が可能～ 田原 樹/小澤祐市/石井 あゆみ (2021.1）NICT/東北大/桐蔭横浜大/ JST 研究機関プレス 研究機関/JST共同プレス

６．研究成果

【受賞

国内：４４件 国際：１２件

】

賞の名称 授与者名 受賞者名（受賞年）

若手科学者賞

文部科学大臣

岡本 亮

沖野 友哉、田中 嘉人、松永 隆佑

岩﨑 孝之、相良 剛光

倉持 光、堀﨑 遼一

Young researcher oral

presentation awards

IUPAC

井上 圭一

APA Prize for Young Scientist

The Asian and Oceanian

Photochemistry Association

(APA)

齊藤 尚平

Biomedical Imaging and Sensing

Conference 2017 Best Paper

Award

Biomedical Imaging and

Sensing Conference

田原 樹

PCCP（Physical Chemistry

Chemical Physics)

Royal Society of Chemistry

倉持 光

ゴットフリード・ワグネル賞2019

在日ドイツ商工会議所

堀﨑 遼一

<2017>

<2018>

<2019>

<2020>

６．研究成果

【受賞

国内：４４件 国際：１２件

】

○採択した36名の研究者のうち、半数以上

20名

が昇任

キャリアｱｯﾌﾟ状況 人数 研究者名 准教授⇒教授 １名 向山 敬 助教⇒准教授 ８名 井上 圭一、 岡本 亮、 小澤 祐市、 秋田 総理 岩﨑 孝之、 松永 隆佑、 相良 剛光、 堀﨑 遼一 講師⇒准教授 ２名 三宮 工、 南川 丈夫 研究員⇒准教授 １名 倉持 光 主任研究員⇒准教授 １名 坂本 高秀（終了直後） 特定准教授⇒准教授 １名 小林 淳 助教⇒研究員 １名 田原 樹 助教⇒講師 ２名 中川 桂一、 浅沼 大祐 特別研究員⇒主任研究員 １名 大山 廣太郎 ﾘｻｰﾁｴﾝｼﾞﾆｱ⇒ｸﾞﾙｰﾌﾟﾘｰﾀﾞ １名 久保 結丸 博士研究員⇒特定助教 １名 磯村 彰宏

６．研究成果

【情報発信】

発表者 所属 講演題目 坂本 高秀 (1期生) 東京都立大 (現所属) 光時間周波数信号処理による超高速光計測 田原 樹 (2期生) 情報通信研究機構 自然な光のカラー多重ホログラフィックイメージング法 日付 発表者 所属 出展題目 2017/8/31-9/1 田原 樹 関西大学 (2017年所属) 3次元画像のレンズレス瞬時記録とマル チカラー化 上村 直 九州工業大学 (2017年所属) 生体組織や細胞の力を診断する新規ナノ プローブの開発 2018/30-31 中川 桂一 東京大学 世界最速カメラの開発と未踏領域の開拓

■JST新技術説明会 2021/2/5

日付 発表者 所属 出展題目 2018/2/15-17 田原 樹 関西大学 (2017年所属) レンズレスで自然光の高速記録を実現す るマルチカラーホログラムセンシング技術 2019/1/30-2/1 坂本 高秀 情報通信研究機構 (2019年所属) 超高速光オシロスコープ

■JSTフェア

■ナノテク展

６．研究成果

【情報発信

課題の紹介動画

】

各自10分程度、チュートリアル的な内容をJSTの

７．総合所見

【領域の成果件数】

１．

548

件（3年間3期）の応募があり、領域アドバイザ、外部選考委員の協力を得て、

「光極限」領域として幅広い分野から36課題を採択することができた。

２．研究成果として、総論文数：

240

報（Nature系：24報、Science系：5報、 Phys. Rev.

Lett.：8報、J. Am. Chem. Soc.：5報、 Ange. Chem. Int. Ed.：4報）への論文掲載、

特許件数:

22

件（国際特許：5件）、招待講演件数：

371

件（国際会議の招待講演：

128件）であった。

３．研究者の育成では、半数以上の

20

名が昇任し、国内の表彰では

8

名が文部科

学大臣表彰若手科学者賞を受賞し、国際会議等では

12

件の受賞があった。

４．JST新技術説明会で2件の発表、JSTフェアで3件、ナノテク展で2件の出展があり、

JSTとの共同プレスリリースが18件、研究機関からのプレスリリースが14件あり、

さらにJSTのYou-tubeチャネルへの掲載21件など、光極限の成果を十分に

発信した。

７．総合所見

次代を担う研究者には、自分自身の価値に自ら目覚める必要がある。 それは他から与えることができない。自分が発案したアイデアがもっとも研究力を発揮させる。 メンバーを分野の代表者と扱い、領域会議や勉強会は他分野の先端研究者からの批判を受ける場となった。 「自分たちに知らないものがある」ということを意識させる結果となった。 さきがけでは、優れた若手研究者であるさきがけメンバーとの交流が重要だった。 領域会議で研究総括はほとんど質問しなかった。毎回のナイトセッションが役割メンバー同士の質疑の方が 厳しかった。アドバイザもメンバー間の議論を楽しんだ。

プロコロフの言葉 最も優れた教育は、

「優れた研究者と

交わらせることだ」

を実践した。

切磋琢磨と連携が

自然に生まれた

。楽しいコミュニティー

が形成できた。