フォトニクス：連続状態中の光子束縛状態からのレーザー発振作用
Nature 541, 7636 doi: 10.1038/nature20799
量子力学が誕生してからわずか3年後の1929年に、フォン・ノイマンとウィグナーはシュレーディンガー方程式が連続状態しきい値より上に束縛状態を持ち得ることを示した。この特異な状態は、連続状態中の束縛状態（BIC）と呼ばれ、減衰しない共鳴として現れる。その後数十年の間この概念は議論されることもなく、主に数学上の奇妙なものと見なされていたが、1977年にHerrickとStillingerが半導体超格子においてBICを観測できると示唆したことで、BICは再び注目され始めた。BICは、FriedrichとWintgenが説明したように、共鳴に関するフェッシュバッハの量子力学理論から自然に現れるため、最初に考えられたよりも物理的である。最近、BICは本質的に波動現象であり、そのため量子力学の範囲に限定されないことが分かった。それ以来、BICは、音響学、マイクロ波、ナノフォトニクスなど、波動物理学のさまざまな分野において生じることが示されている。しかし、BICの実験的な観測は受動的な系に限定されており、BICレーザーはまだ実現されていない。今回我々は、室温において光ポンピングされたBIC共振器からのレーザー発振作用を報告する。作製したBIC共振器はおのおのが宙に浮いた状態の円柱ナノ共振器のアレイでできていて、今回の結果は、BICモードの理論予測に従って、そのレーザー発振波長がナノ共振器の半径とスケーリング関係になることを示している。さらに、設計したBIC共振器からのレーザー発振作用は、このアレイをわずか8 × 8のナノ共振器へ縮小した後でも持続する。BICレーザーは、トポロジカルチャージと本質的な関係があり、光トラッピング、生物センシング、量子情報の分野で強く求められている自然なベクトルビーム源（すなわち、複数のビーム形状が存在し得る）であるため、光–物質相互作用の研究に新しい道を開くものである。
