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パワーエレクトロニクス領域

電気エネルギーの発生・伝送・変換・制御の分野でエネルギー資源・環境問題を視野に入れた新技術の創造を目指し、パワーエレクトロニクスを基礎として超伝導技術の適用をも考慮し、下記のテーマに関する研究と関連学問分野の教育を行っています。 • 環境低負荷の分散形電源を多数含む新しい電気エネルギー流通システムの研究 • 高効率電力変換器を備えた分散形電源および電力貯蔵装置に関する研究 • GaNなど新しいパワー半導体デバイスの応用研究 • パワーエレクトロニクスによる電力系統制御装置に関する研究

インテリジェントシステム領域

現実の多くのシステムは、並行的に動作する複数の要素から構成されており、そのようなシステムはコンカレントシステムと呼ばれます。本領域では、数理モデルに基づく、コンカレントシステムの検証・制御・最適化のための効率的な手法の開発を目指しています。具体的には、コンカレントシステムの解析・制御に関する理論的研究から、知的移動体システムの制御・スケジューリング、分散ソフトウェアのモデル化・検証など幅広く研究を行っています。

パワーシステム領域

本研究室では、電力変換における回路動作での損失や、スイッチング動作に伴い発生する電磁雑音、損失により生じる温度上昇を評価・モデル化し、詳細に模擬した解析をベースに電力変換システムの省エネルギー化、小型軽量化、高性能化を目指しています。このためシステムで用いられているスイッチングデバイスや受動素子、実装方式等のシステムを構成する個々の要素を評価し、システムのモデル構築へとつなげています。

センシングシステム領域

本領域では、システムの最適化と意思決定に関する基礎理論をベース現在、人類社会は、温暖化を始めとする地球規模で生ずる地球環境問題に直面している。この中で、地球環境に関する様々な変数を計測するリモートセンシング技術は基盤技術であり、精確な計測や情報の抽出そして伝達は、安心安全な社会を構築する上で最も重要な課題の一つとなっている。本領域では、リモートセンシングシステムの研究開発を立脚点として、新たな計測手法の研究を通じ、基礎から応用まで、そしてハードからソフトまで幅広く研究を展開する。
また、「物事の合理的な決定」を数学的に取り扱う研究として、システム工学、数理・知能情報学、ソフトコンピューティングなどの境界領域の研究も進めており、最適化、 パターン識別、 カオス理論、 群知能技法などの開発・応用を研究している。

極限プラズマ工学領域

極限状態下のプラズマ現象を理解し、それをもとにした独自の応用展開を導くことで、宇宙物理学やプラズマ物理学を含めたプラズマ科学の分野を発展させるとともに、それをベースにした産業イノベーションにつながる研究を行っています。レーザー実験やナノ構造体の大量合成技術の開発を行うと共に、スーパーコンピューターを用いたシミュレーションを利用して現象の解明を目指します。幅広く米国、英国、フランス、ドイツ、中国、台湾、インドや核融合研、量研、レーザー研等の内外の研究機関や大学とも活発に共同研究を展開しています。

プラズマ生成制御工学領域

核融合エネルギーにおいて、安全かつ持続的にエネルギーを取り出すカギは適切な材料の選択とその制御法の開発にあります。我々は、多種のイオンが同時に入射し、また間欠的な熱負荷が加わる、非常に複雑な核融合プラ ズマと炉材料の現象の解明を科学的かつ工学的な視野から進めています。また、これらの知見を活かして、高気圧プラズマやヘリコンプラズマなどを用いた新たなプラズマ応用工学分野への展開も進めています。

高エネルギー密度工学領域

本研究室では、「パワーレーザー技術を用いた極限状態の科学(高エネルギー密度科学)」に関する研究を行っています。高エネルギー密度科学は、レーザー加工など科学技術イノベーション創出から宇宙で起こる現象の解明などに役立つ学術研究として、世界中で注目されています。日本でも、2020年6月16日に、日本学術会議より「パワーレーザー技術と高エネルギー密度科学の量子的飛躍と産業創成」という提言が出されています。このような中で、本研究室は、レーザーによる高エネルギー密度科学の研究を通じて、持続可能な豊かな社会に貢献する研究や未知の世界を解明し未来の可能性を切り開く研究を行っています。これら研究を推進するために国内外(米、仏、独、伊、露、中国など)機関との連携や国内外の最先瑞大型レーザー(XFELを含む)を利用した国際共同研究を行っています。

先進ビームシステム工学領域

電子サイクロトロン共鳴(ECR)イオン源プラズマは多価イオン収量が高いため、高エネルギー加速器などに利用されています。原子核物理などの理学分野、重粒子線がん治療などの生物・医学分野、更に、イオン注入、宇宙推進、バイオ・ナノ材料などの工学分野で幅広く利用されています。ECRプラズマの基礎並びに応用研究を推進するとともに、次世代を担う新しいビーム源開発に取り組んでいます。

機能創製基礎プロセス領域

照明やディスプレイなど、光技術は人間社会になくてはならない基盤技術です。従来の光学機器ではレンズやミラーなどの比較的大きい素子を用いて光波が制御されてきましたが、ウェラブルデバイスや自動運転などの新技術への期待が高まるにつれ、軽量・小型・特性可変など、高機能な光学素子が求められています。本領域では、数ある材料の中でも液晶性材料に着目し、新しい機能を探求し、応用する研究に取り組んでいます。

マテリアルイノベーション領域

本マテリアルイノベーション領域では、将来の環境問題、高度情報化社会、並びに高齢化社会の課題を解決するために鍵を握る新機能材料におけるイノベーション創出を目指し、特に新能波長変換光学結晶、窒化物半導体結晶、生体化合物結晶に関する教育と研究を行っています。私たちの研究室では、基礎研究から産学連携・ベンチャー創生による実用化までを実践することで、研究者の養成と機能性材料の研究開発による社会貢献を目指しています。

ナノ材料計測領域

本領域では、高度情報化社会をハード面から支えるため、ナノエレクトロニクス材料の表面界面物性の解明と機能探索、ならびに次世代ナノエレクトロニクス材料として有力視されている、カーボンナノチューブ・グラフェンや他のグラフェン類似層状物質等の低次元新材料をベースとして、センシングデバイスを中心としたデバイス創製に関する研究をおこなっている。

量子電子機能材料デバイス領域

教授(兼) 片山 竜二

分子機能材料デバイス領域

本領域では、有機分子・高分子系の材料を中心として、その電子・光物性を明らかにすると共に、エレクトロニクス、フォトニクスへの応用の可能性を探求しています。具体的には、自己組織的に分子が並んで機能を示す「液晶」と、π電子が電界・磁界・光と効率的に相互作用して高い機能を示す「π共役系分子・高分子」の研究をしています。

量子光電子デバイス領域

本領域では、超小型・省エネルギーな未踏波長域の光源の実現による低炭素社会への貢献や、量子並列超高速情報処理システムによるビッグデータ解析や人工知能といった次世代技術の発展を目指し、種々の量子光電子デバイスとシステムの開発を行っています。半導体レーザと非線形光学素子の集積、ワイドギャップ半導体量子構造を用いた量子光源の開発、巨大光学非線形性材料の探索に加えて、これらを集約した新規システムを開拓しています。

先進電子デバイス基礎領域

バーコードリーダー等の光源として身近にある半導体レーザは、理論上、サイズが小さいほど高性能になる。近藤研究室では、直径が約1ミクロンの円形共振器を研究開発している。左図は作製した共振器の電子顕微鏡写真、右図は共振器内部の光分布を示す。半導体内部に閉じ込められた光が回転しながら増幅する円形共振器をフォトニック結晶によってつくりだし、その近傍に光を取り出す光導波路を設置することで、エネルギーロスのない半導体レーザをつくりだそうというアイデアだ。完成すれば通信容量を一気に今の約100倍にできてしまう夢のデバイスなのだ。

有機エレクトロニクスデバイス領域

集積量子デバイス領域

新材料・新構造・新原理を用いた電子デバイスやそれらを集積化したシステムの実現に向けて、計算物理をベースとした理論的な研究を行なっています。極めて微細なデバイスにおいて原子レベルで現れる物理現象の解明から、集積システムの高性能化に至る、広い階層をまたぐ研究を行なっています。

集積機能システム領域

次世代IoT社会を支える半導体集積回路(LSI)の高性能化を目指し、超低消費電力回路設計技術、環境エネルギー利用システム開拓、およびワイドギャップ半導体材料の作製と評価に関する研究を行っています。 LSIチップ、デバイスの設計、試作、評価を通じて、新規LSIアプリケーションの創出を目指して研究を推進しています。

生体システム・デバイス領域

招へい教授 林田 祐樹

生物の脳神経系は、現在用いられているデジタル計算機とは全く異なるアルゴリズム・アーキテクチャによって、感覚情報の知的処理を実現しています。本研究室では、中でも視覚神経システムが持つ計算原理・メカニズムを神経科学の様々な研究手法により調べ、その知見を元に生体模倣型の電子デバイスシステムを開発しています。また近年では、人工視覚補綴などの医用応用を目指した神経系とのインターフェイスデバイスの基礎開発研究にも注力しています。

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