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ナノ物性理論グループ

人類は、資源・エネルギー、食料と人口、気候変動・自然災害、都市化と貧困などの地球規模の課題に直面しています。それらを乗り越えて持続可能な社会を築くためには、人と人の絆、そして人と自然との共生を大切し、問題解決に希望をつなぐテクノロジーの発展が求められています。サステナブル社会の実現と価値ある未来のために、私たちは材料そのものの設計から、異種材料の組み合わせや新構造の採用によって、革新的な機能を発現するデバイスの創製を目指し、幅広い見地から次世代のグリーンナノエレクトロニクスを支える研究開発を進めています。

ナノ物性工学領域

革新的ナノスケールのイメージング技術の開発を進めながら、ナノ物質に発現する特異な物理・化学現象の探索と解明を進めている。具体的には、光誘起力顕微鏡を用いて、分子の電子遷移の誘起分極パターンを画像化し、光と物質の相互作用の本質に迫る研究を推進している。また、固体表面で発現する新奇な触媒反応の解明と探索を進めている。さらに、低消費電力・超高速なバイアスの開発に不可欠な半導体界面の散乱中心や界面電荷をナノメートルの空間分解能で可視化・解析する技術の開発を進めている。

ナノマテリアル領域

ナノマテリアル領域では、カーボンナノチューブ(CNT)やグラフェンなどの構造を思いのままに操る成長技術の開拓や、将来のナノデバイス応用に向けた新規機能を引き出す研究を進めています。そのための基礎となるナノ構造形成過程の背後にひそむ表面現象について原子レベルでの理解を進め、自己組織化によるナノ構造形成の研究へとフィードバックしていきます。さらに、これらナノ構造体が持つバルク材料とはまったく異なるユニークな物性を活用して、新機能ナノデバイスへと応用展開を図ります。

ナノフォトニクス領域

助教 ドビノー ステファニー
特任教授 セカット ズヘア
特任准教授 山中 真仁
特任助教 李 梦露

藤田研究グループは、光と分子・イオン・原子との相互作用を駆使して「ナノの世界を観る・操作する」ナノフォトニクス技術を研究しています。さらにナノフォトニクス技術を活用し、常識を覆すイメージング技術・センシング技術・デバイスの開発や、その材料科学、バイオメディカル分野での応用も展開しています。

ナノスペクトロスコピー領域

ナノスケールの試料を光を使って観察することは大変魅力的です。光は直接的に物質と相互作用するので、構成分子について多彩な情報を得ることができます。本研究室では、ナノスケールの空間分解能で分光測定を行う手法を開発しています。プラズモニクスと近接場効果を、ラマン散乱やフォトルミネッセンスといった分光法を組み合わせると、ナノの世界を可視光で見ることができます。

ナノエレクトロニクス領域

本研究室ではプラズモニクスやメタマテリアルの基礎研究を通じて革新的なナノフォトニックデバイスの実現をめざしています。 メタマテリアルでは2次元のメタマテリアルであるメタサーフェス(メタ表面)の研究を行っています。これは金属ナノ構造体や高屈折率誘電体をミー共振器として平面基板上に配列させたものです。メタ原子の散乱と吸収を制御することで、回折限界分解能を示すカラー印刷、完全吸収体や赤外線エミッターなど多様な機能を実現することに成功しています。また、プラズモニクスではプラズモニック導波路やハイパボリックメタマテリアルの研究を行っています。これにより、回折限界のために原理的に不可能と思われていた超微細かつ低消費電力のフォトニックデバイスの実現を目指しています。また、メタサーフェス完全吸収体を熱輻射フィラメントに応用し、黒体輻射を制御した高効率エコ電球のプロトタイプを実現しました。

先端電子顕微鏡工学グループ

透過型電子顕微鏡(TEM)を中心に新しい計測技術の開発、ならびに新しい概念に基づく先導的機器開発を行い、バイオから無機材料に至る様々な材料の局所領域の構造、組成、電子状態の解析、ならびに表面・界面における反応素過程や新しい機能発現のメカニズムを原子・分子スケールで明らかにする研究と教育を行っています。

表面ナノ物性領域

本領域では、自然界に存在しないナノ物質の創製と、それらナノ物質で発現する新奇物理現象の解明、さらにナノ物質を用いたデバイス創出への応用研究を展開しています。具体的には、固体表面上に作製した原子レベルの厚さ・太さの2次元・1次元ナノ物質中に閉じ込められた電子の特異な振る舞いを観測し、その起源を解明しています。研究は、我々が開発・高度化した学内の装置に加え、国内外の放射光施設なども積極的に利用することで進めています。

フォトニック情報工学領域

准教授 小西 毅

本研究室では、超高速伝搬性・広帯域性・多次元性の観点から極限的な光である超短光パルスに着目した独創的な信号処理の「光化」の研究を進めています。現在、インターネットに様々な「モノ」が接続されるIoT時代の到来を迎えており、経済活動や地球環境をも巻き込んだ「モノ」からの膨大な「信号」が「ビッグデータ」としてやりとりされる時代となってきています。そこでは、実世界からの超高速・超広帯域・超多次元な「信号」をIoTに資するための適切な形に変換する「信号処理」がますます重要となってきており、実世界と接する境界であるセンシングを含むICT技術のフロントエンドにおいて、”光”の持つ極限的な特徴を活用する挑戦:「光化」が求められてきています。本研究室の取り組みは、産業界からも大きな期待が寄せられており、最近、一部の研究成果の商品化にも成功しています。

分子フォトニクス領域

先駆的な光操作・光計測技術群を駆使し、新奇な物質・生命機能を探求しています。
❶レーザーによる秩序構造形成の自在制御:レーザーの物理的作用(熱・電場など)により分子や原子の集合・配列を自在制御し、従来法では得られない構造・形状・サイズ・機能を有する革新的材料(エレクトロニクス素子、医薬品、人工細胞など)の創製を目指しています。
❷ソフトマターの特異な構造・機能の解明:系の引力・斥力バランスを乱さない非侵襲な光計測技術を駆使し、膜、ゲル、細胞組織(オルガノイド)などの柔らかい物質群に特異な構造や機能を調べています。

先端物性工学領域

先端物性工学領域(小野研究室)では、ナノメートルからマクロスケールにわたるマルチスケールで構造や物性を解明するために、X線・中性子線などの量子ビームとインフォマティクス技術を組み合わせた先端ナノ計測・解析技術開発を行っています。また、それらを利用してナノ材料、ナノデバイスで発現する物理現象の解明と新たな材料・デバイス開発を目指した研究を進めています。

極限計測・ナノサイエンスグループ

准教授 李 艶君

半導体光触媒は、有機物に対する高い分解機能や光励起親水化機能などの
セルフクリーニング機能を有し、様々な環境浄化に重要な役割を担う。しかし、その反応機構については未解明な部分が多く残されている。原子間力顕微鏡を
駆使して、光誘起表面キャリアの挙動や光触媒プロセスなどの解明を進めている。このような研究は、従来の触媒にはない、新しい機能を持った触媒設計の開発や新しい物性を持った新奇材料の発見に結びつくものと考えています。

計画数理学講座[情報科学研究科]

車の自動運転や交通機関の運行最適化に代表されるサイバーフィジカルシステム(Cyber-Physical System)を実現するためには、動きを計画する意思決定(Decision)と計画した動きを実行する制御(Control)の研究が必要不可欠です。本講座では、意思決定と制御に関する数学的理論、アルゴリズム、およびそれらの実問題への応用について研究しています。ロバスト最適化や乱択アルゴリズム、数式処理などのアプローチにより、意思決定と制御における真に有用な方法論およびツールを確立することを目指します。

非線形数理講座[情報科学研究科]

世の中には非線形現象があふれています。工学・情報・生体等のシステムに現れる多様な現象が、非線形数理モデルにより記述されます。非線形数理講座では、様々な実現象の数理モデルを対象として、実現象の背後にある非線形数理を理解すること、非線形数理モデルを解析するための方法を開発すること、さらには非線形数理を工学・情報システムに応用することを目指して研究を進めています。

情報フォトニクス講座[情報科学研究科]

自然界の原理や法則を解明する自然科学に対して、人間が作り上げた人工物を取り扱うための科学技術が重要になっています。情報科学はその中心的存在であり、さまざまな取り組みが展開されています。本講座では、自然科学と情報科学の融合をめざして、光現象や光技術を基盤とする情報技術である「情報フォトニクス」に関する教育・研究を行っています。

システム数理学講座[情報科学研究科]

システム数理学講座では、数理計画法や統計的手法などの数理科学的アプローチによるシステム化とその応用に関する教育研究を行っています。最適化手法やデータ解析法の理論的展開に取り組み、企業における生産活動、社会現象や自然現象のモデリング、不確実性科学に基づくシステム解析、システム評価のための多基準型データ分析法などの研究を通じてシステム化技術を養うことを目指しています。

ナノ・バイオフォトニクス研究グループ[生命機能研究科]

ナノテクノロジーとバイオロジー、さらにフォトニクスを融合したナノ・バイオフォトニクスと呼ばれる研究分野の開拓を行っています。金属ナノ粒子、金属ナノクラスター、半導体量子ドットなどのナノマテリアルに代表されるナノテクノロジー、赤外分光やラマン分光など分子を分析・識別する振動分光法、超短パルス光を用いる非線形フォトニクスを駆使し、細胞や生体分子を超高感度・高分解能でセンシングする技術の研究・開発を行っています。

協力講座:先進電子デバイス研究分野

特任教授 民谷 栄一
特任准教授 植村 隆文
特任助教 野田 祐樹
特任研究員 根津 俊一
特任研究員 飯田 博一
特任研究員 秋山 実邦子
特任研究員 大田 裕
招へい准教授 和泉 慎太郎
招へい教員 吉本 秀輔

本研究室では、多様性に富む、有機材料の分子構造、電子状態、物性を高度に制御し、フレキシブルエレクトロニクス、フォトニクスへと昇華させていくための基礎科学と先端技術の融合科学を研究しています。数学や物理学などの基礎科学に根ざした学術から実社会に貢献するシステムまでを学ぶことをモットーにしています。

知能アーキテクチャ講座[産業科学研究所]

パソコンを初めとする情報環境が普及するにつれて、インタフェースの悪さに起因するテクノストレスや、スパムメール、多量データによる情報洪水の問題に社会の関心が集まっています。本研究室では、これらの原因がコンピュータシステムの柔軟性の欠如にあることを早くから指摘し、その対策として適応能力を持ったコンピュータの開発を提唱してきました。心理実験と高度な機械学習技術の組合せにより、こうした課題の克服を目指しています。

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