量子工学イメージ画像

研究グループ紹介

量子工学専攻の7研究グループの構成と研究内容

量子ナノ構造解析学講座

ナノ構造制御学研究グループ

特色

透過型電子顕微鏡を用いてナノ構造を解析する研究を行う。特に電子顕微鏡内その場動観察および集束イオンビーム法による最新の試料作成技術を駆使して、固体界面のナノ解析、電界効果トランジスタ内2次元電位分布解析、破壊機構の解明、触媒材料の反応過程の その場観察などユニークな研究を行う。また、有機半導体素子の微細構造解析や、ナノ物質の生体毒性の評価など、次世代のソフトマテリアルに関する研究にも挑戦している。

研究内容

  1. 量子顕微鏡によるナノ解析
  2. 固液界面の原子レベルの解析
  3. 電子線ホログラフィーによる電界効果
  4. トランジスタ内2次元電位分布解析
  5. セラミックスの微細構造解析
  6. 破壊過程の微視的機構
  7. 触媒反応の動的解析
  8. はんだ接合部、合金化溶融亜鉛めっきなどの界面構造
シリコン原子上の液体アルミニウム画像

整然と並んだシリコン原子上の液体アルミニウム

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ナノ構造解析学研究グループ

特色

量子デバイスや半導体デバイスの基本動作に関わる、ナノスケール材料、半導体および金属の表面・界面の構造解析とその成長制御に関する研究を電子顕微鏡、走査トンネル顕微鏡、反射高速電子回折により行っている。また、カーボンナノチューブやグラフェンのその場電子顕微鏡法による特性解明、電子デバイスへの応用、表面・界面の構造を研究する新しい手法の開発もあわせて行っている。

研究内容

  1. カーボンナノチューブおよび関連物質の成長と構造
  2. カーボンナノチューブ電子エミッタの特性評価とデバイス応用
  3. シンクロトロン放射光による表面・界面の研究
  4. 走査トンネル顕微鏡および反射高速電子回折による半導体表面におけるナノ構造の形成と制御
  5. 原子レベルでの結晶成長機構の研究
カーボンナノチューブ&Si表面のSTM画像

左上:カーボンナノチューブ
右下:Si表面のSTM像

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量子ビーム工学講座

量子ビーム計測工学研究グループ

特色

電子やイオンなどの荷電量子、エックス線やガンマ線などの高エネルギー光量子、さらに中性子などの量子ビームがもたらす情報を、光ファイバー、レーザー、微細加工、精密シミュレーションなどの最先端技術を駆使して、多次元かつ高精度に計測するための先進原理探求とシステム開発、及びエネルギー、環境、生命に関連した多様な量子ビーム計測応用への展開を図っている。

研究内容

  1. 量子ビーム物理の高度シミュレーション
  2. レーザー分光を用いた量子ビーム計測
  3. 量子ビームの光ファイバーセンシング
  4. 微細加工による超小型量子計測デバイス開発
  5. 多次元かつ高精度な量子計測情報処理
  6. 量子ビームを用いたエネルギーシステム診断・制御
  7. 環境・生命への先進量子ビーム計測応用
共鳴レーザーアブレーション質量分析装置画像 極微量同位体AI-26検出画像

短パルス・高繰り返し率波長可変レーザーを用いた共鳴レーザーアブレーション質量分析装置により極微量同位体AI-26(半減期:72万年)を検出した例

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量子ビーム物性工学研究グループ

特色

加速器から発生する放射光・イオンなどの高エネルギー量子ビームを使って、表界面を中心とした量子機能材料・ナノ構造の原子配列・電子構造・物性に関する基礎と応用について教育と研究を行っている。また、イオン・原子・分子と材料表界面との相互作用や反応について研究し、物性研究における加速器の高度利用技術・解析手法の開発も行っている。このような研究を通じ、量子機能材料の新規創製や特性改良に役立てる。

研究内容

  1. ビームによる量子機能材料の物性評価と制御
  2. 量子機能材料物性評価のための量子ビーム利用技術の開発
  3. 金属表面上有機分子の吸着反応と浄化触媒への応用
  4. 遷移金属合金の電子構造と物性との相関
  5. 金属超薄膜・半導体表面上ナノ構造の原子配列・電子構造と表面反応
  6. 表面とイオンとの反応動力学
高分解機能走査トンネル顕微鏡像と原子配列モデル画像

Si表面上のPb, Sn 2 元金属ナノ構造の高分解機能走査トンネル顕微鏡像と原子配列モデル

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量子ナノエレクトロニクス講座

量子光エレクトロニクス研究グループ

特色

量子光エレクトロニクスの先端技術であるレーザーは、様々な基礎研究から産業・医療まで幅広い分野で活用されており、更なる新しい応用技術の開発が期待されている。その中でも、フェムト秒(10-15秒)台のパルスを出力する超短パルスレーザーを用いると、新しい応用技術を開発することが出来る。本グループでは、最先端のレーザー光源を開発し、超短パルス光を自在に操り、先端光計測技術や新しい光制御技術などの、更なる新しい技術の創造に取り組んでいる。

研究内容

  1. 高次機能超短パルスファイバーレーザー光源の開発に関する研究
  2. カーボンナノチューブを用いた超短パルスファイバーレーザーの開発
  3. 超高分解能光断層計測・3次元光計測技術の開発と応用
  4. 高次非線形な光学応答を利用したレーザー顕微鏡技術の開発
  5. ファイバーレーザーを用いた光周波数コム光源の開発
高次機能超短パルスファイバーレーザー光源画像

高次機能超短パルスファイバーレーザー光源

ヒトの網膜の超高分解能光断層像

ヒトの網膜の超高分解能光断層像

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量子集積デバイス工学研究グループ

特色

超伝導はマクロな量子化現象である。これに起因して超伝導デバイスは微細構造を持たなくとも、高速性、高感度性、低電力性など従来の電子デバイスにはない特徴を有する。本グループでは、将来のセンサシステムや情報ネットワークデバイス、あるいは量子計算システムへの応用を念頭に超伝導デバイスの形成と集積化に関して研究を行っている。

研究内容

  1. 単一磁束量子集積回路設計技術
  2. 超高感度広帯域アナログ/デジタル変換回路
  3. 超伝導マイクロプロセッサの研究
  4. 超伝導デバイスによる量子計算機のシステム化技術
  5. 高温超伝導ジョセフソン接合形成技術
  6. 光インターフェイス技術
超伝導単一磁束量子マイクロプロセッサ画像

超伝導単一磁束量子マイクロプロセッサ

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機能集積デバイス工学研究グループ

特色

情報・エレクトロニクスの発展は、半導体技術の進歩が牽引しているといっても過言ではない。当研究室では、その半導体技術の高度化に貢献するために、材料科学からプロセスインテグレーション・デバイス化技術にわたる横断的な研究を推進する。特に、シリコン系薄膜太陽電池や薄膜トランジスタ、微細MOSトラジスタの高性能化を目指すと共に、光・電子融合デバイス、新機能メモリ等の新世代ナノ電子デバイスの開発に挑戦する。さらに、巨大磁気抵抗効果(GMR)、スピントンネル効果(TMR)、ナノ磁性体のスピン構造制御、スピンの高速反転過程の基礎研究、およびこれらを利用した固体磁気メモリ、磁気センサーなどへの応用研究に取り組んでいる。

研究内容

  1. 半導体ナノ結晶を活用した電子1個を操る機能メモリデバイス開発
  2. ゲルマニウム-シリコン系量子ドットの自己整合複合集積による物性制御と発光ダイオード開発
  3. IV族半導体量子ドットの金属混晶化による新機能材料創成と光・磁気センシングデバイスへの応用
  4. 新世代ナノ電子デバイスのための新材料探索と原子スケール界面制御
  5. 超高効率太陽電池開発・薄膜トランジスタのための高結晶性IV半導体薄膜形成
  6. スピントンネル素子の微細加工プロセスとその磁気抵抗特性
  7. GMR、TMR素子のマイクロ磁気センサーへの応用
  8. フェムト秒レーザによる高速磁気反転過程の解析
Si-Ge量子ドット画像

多値メモリデバイスを目指したSi-Ge量子ドット

Si量子ドットフローティングゲートMOSFETで構成した多ビット一括コンパレータの模式図

Si量子ドットフローティングゲートMOSFETで構成した多ビット一括コンパレータの模式図