背景紹介 アト秒科学（attosecond science）は、原子、分子、固体中の電子の超高速ダイナミクスを研究する最先端の分野です。高次高調波発生（High-Order Harmonic Generation, HHG）とアト秒パルスの実験的実現以来、アト秒科学は急速に発展し、電子ダイナミクスを研究する強力なツールとなっています。しかし、従来のチタンサファイア（Ti:Sapphire, Ti:Sa）レーザーは、高次高調波発生とアト秒パルス生成において優れた性能を発揮するものの、その高い量子欠陥と熱負荷により、高繰り返し周波数と高平均出力での応用が制限されています。近年、イッテルビウム（Ytterbium, Yb）ドープレーザーは、その低量子欠陥、高繰り返し周波数、高平均出力の特性により、...

学術的背景 近年、構造化光（structured light）は、高エネルギー物理学、宇宙論、磁性材料、超流体におけるトポロジカル・スキルミオン（skyrmion）テクスチャを模倣する可能性を示しています。スキルミオンは非特異的で局所的なトポロジカル構造であり、当初は核物理学で提案され、その後、超流体、磁性材料、ボース・アインシュタイン凝縮（Bose-Einstein condensates）で広く研究されてきました。光学スキルミオンはデータエンコーディングやストレージに潜在的な応用がありますが、そのトポロジカル構造を物質に転送し保存する研究は非常に限られています。本論文はこの問題に取り組み、レーザービーム内のスキルミオン・トポロジーを冷原子ガスに高忠実度でマッピングし、新しい非伝播形式で検...

実験による対称場の制約：磁気浮上力センサーの画期的な研究 学術的背景 ダークエネルギー（Dark Energy）は、宇宙の加速膨張を引き起こしていると考えられていますが、その本質は依然として未解明です。ダークエネルギーの性質を説明するために、科学者たちは様々な理論を提案してきました。その中で、対称場理論（Symmetron Field Theory）は、ダークエネルギーを説明する有力な候補とされています。この理論では、物質と相互作用する第五の力（Fifth Force）が予測されていますが、高密度環境ではこの力が遮蔽されるため、実験室での検出が困難でした。これまでのいくつかの実験でモデルのパラメータ空間の一部に制約を与えましたが、まだ多くの未探索領域が残されています。そのため、研究チームは、...

微コーム技術の学際的進展：物理学と情報技術をつなぐ架け橋 学術的背景 光学周波数コーム（Optical Frequency Comb, OFC）は、光周波数領域を一連の離散的かつ等間隔の周波数線に分割する技術であり、精密測定、光通信、原子時計、量子情報などの分野で広く応用されています。しかし、従来の周波数コーム装置は通常、大規模で複雑であり、現代科学や技術が求める携帯性や集積化のニーズを満たすのが困難です。近年、マイクロコーム（Microcomb）技術はそのコンパクトさ、高効率、多機能性により注目を集めています。マイクロコームは、光学マイクロキャビティ内の非線形効果を利用して生成され、チップレベルで周波数コームの機能を実現できるため、多くの分野に革命的な変化をもたらしています。 マイクロコー...

超高速ナノ分光およびイメージング技術の最新進展：プローブ顕微鏡に基づく応用 研究背景 近年、光学顕微技術の急速な発展に伴い、科学者たちはナノスケールでの物理現象に対する理解を大幅に深めました。しかし、従来の遠視野光学顕微技術は光学回折限界に制約され、サブ波長レベルの空間分解能を達成することが困難です。一方で、量子材料、二次元材料（2D Materials）、有機分子材料などの新素材の研究需要が増加しており、これらの材料における光-物質相互作用はしばしば非常に短い時間スケール（フェムト秒からナノ秒）と非常に小さい空間スケール（ナノメートルからオングストローム）で発生します。そのため、高空間分解能と高時間分解能を同時に提供できる顕微技術の開発が科学研究において重要となっています。 従来の光学顕微...

量子イメージング技術の新ブレークスルー：非線形メタサーフェスによる光子対生成と応用 研究背景と問題 近年、量子イメージング技術は、低光子フラックス、古典的回折限界を超える解像度、高セキュリティといった潜在的な利点により注目を集めています。しかし、従来の量子イメージングシステムは通常、体積型の非線性結晶（例えばBBOやPPKTP）に依存しており、これらの材料の厚さは通常ミリメートルレベルであり、横方向運動量整合条件での発光角度範囲が制限され、イメージング視野（Field of View, FOV）や解像度が制約されていました。さらに、従来の結晶の調整可能性は限られており、多波長操作や高速ビームスキャンを実現するのは困難です。 これらの問題を解決するために、研究者たちはメタサーフェス（metas...

Carmine Encapsulationの光物理および非線形光学特性に関する研究 背景紹介 非線形光学（Nonlinear Optical, NLO）材料は、近年レーザー技術、医学、および生物医学イメージングなどの分野で広く注目されています。これらの材料は、光学スイッチ、光学制限、光学処理などの独自の光学特性を有し、光子学分野で重要な役割を果たしています。特に、π電子の非局在化特性を持つ有機染料分子は顕著な非線形光学応答を示し、研究の焦点となっています。Carmine（コチニール）は昆虫から抽出される天然染料であり、その優れた光物理的特性と安定性により、食品産業や芸術分野で広く使用されています。しかし、異なる環境におけるその光物理挙動や非線形光学特性についてはまだ十分に研究されていません。...

研究背景と問題の導入 非線形波動システムは、物理学、光学、および凝縮系物理などの分野における中心的な研究対象の一つです。しかし、現実の非線形波動システムはしばしばランダムなノイズの影響を受け、その影響により波動の振る舞いが大きく変化する可能性があります。例えば、ソリトン（Soliton）の伝播、波動乱流（Wave Turbulence）の形成、そしてパターン生成（Pattern Formation）などが挙げられます。これらの複雑な現象をより正確に記述するために、科学者たちは確率非線形シュレディンガー方程式（Stochastic Nonlinear Schrödinger Equation, SNLSE）を提案し、さらにそれを発展させて確率共鳴非線形シュレディンガー方程式（Stochasti...

クラシカルおよび量子スピン液体における大規模密度変動の異常抑制 学術背景 クラシカルスピン液体（Classical Spin Liquids, CSLs）と量子スピン液体（Quantum Spin Liquids, QSLs）は、凝縮系物理学において非常に魅力的な研究分野です。CSLs は長距離磁気秩序を持たない物質状態で、基底状態に大量の簡併性があります。量子揺らぎを導入すると、これらの古典的基底状態間の力学的相互作用が QSLs を生み出します。QSLs は高度に絡み合った量子相であり、分数的な励起やトポロジカル秩序などの奇妙な特性を持っています。 しかし、理論的な研究では QSLs の理解が進んでいるものの、実験的に Z2 QSLs を直接観測することは依然として困難です。また、CSL...

深層学習フレームワークを用いた多体シュレーディンガー方程式のスピン対称性解法研究：新手法の画期的成果 量子物理学および量子化学の分野において、多体電子系の記述は重要な課題でありながらも非常に困難な問題である。電子間の強い相関を正確に特徴付けることは、触媒、光化学、超伝導性などの分野において特に重要な意義を持つ。しかし、広く使用されているKohn–Sham密度汎関数理論（KS-DFT）などの従来の手法では、多参照系における静的相関の記述に不十分な点が残っている。この不足は「対称性ジレンマ」（symmetry dilemma）として知られる問題を引き起こし、物理的でない状態であるスピン対称性の破れた解がより低いエネルギー結果を得ることがある。さらに、波動関数法は静的相関を捉える点では優れているが...