応用物理工学プログラム ／新材料・半導体分野

荒井研究室
研究テーマ：超格子構造作製とレーザ給電デバイス作製と光センシングの農業応用

超格子デバイスの作製:
有機金属気相成長法により10種類の元素を組み合わせた超格子構造を成長し、中赤外光の発光・受光デバイスを作りガスセンシングに応用します。

レーザ給電用デバイス開発:
長距離のエネルギー伝送を目指して、レーザ光を光電変換する専用のデバイスを結晶成長からデバイス設計・作製、給電実験まで行います。



研究室の結晶成長装置で作製した超格子の電子顕微鏡写真

光センシングの農業への応用:

結晶成長、電極設計、加工し作製したレーザ給電用デバイスの順バイアス発光

レーザを用いた農作物の収穫量予測や近赤外光の反射率から水分含有量測定、タンパク質含有量分布測定を行うための、計測技術を研究します。
ドローンから計測した2波長画像測定によって推定した牧草地の栄養素分布

応用物理工学プログラム ／新材料・半導体分野

亀山研究室
研究テーマ：光ファイバーを用いたセンシング技術の開発


TFBGを用いた温度屈折率同時計測センサーの開発:
液体の温度と屈折率を同時に計測することのできるセンサーの開発を行っています。

FBGを用いた歪計測センサーの開発:
ダムや橋などの巨大建造物の歪を常時モニターすることのできるセンサーの開発を行っています。

FBGを用いた超音波センサーの開発:

光ファイバーセンサー作製装置

FBGと共振器を組み合わせて、水中の超音波などを検知することのできるセンサーの開発を行っています。

Core mode
Ghost mode

LP0n
Cladding mode

LP1n
Cladding mode

TFBGセンサーの透過スペクトル応用物理工学プログラム ／新材料・半導体分野

鈴木研究室

研究テーマ：

超高効率多接合太陽電池用新材料の研究

原子層単位で構造制御した半導体の作製:
原子層エピタキシー法を用いて、結晶中に特定の元素を原子層単位で制御して導入し、これまでに無い特性を有する半導体材料の作製を行なっています。

多接合太陽電池中の結晶欠陥の解析:
超高効率な太陽電池を作製するためには、複数の特性の異なる半導体薄膜を、結晶欠陥をなるべく少なく積み重ねる必要があります。大規模放射光施設SPring-8の高輝度X線を利用することで、薄膜作製中の欠陥形成過程をリアルタイムで観察したり、積み重ねた薄膜中の欠陥分布を評価しています。(QST, JAXAとの共同研究)

主に２種類の原子(赤、青)から構成される半導体に、別種の原子(黄)を原子層単位で制御して導入した結晶モデル。原子数は同じだが、分布を意図的に変化させている。

結晶成長の進行大規模放射光施設(SPring-8)にて半導体結晶の作製中に導入される結晶欠陥をリアルタイムで観察した例。

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画素選択・データ処理回路

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カラムアンプ

サンプル回路画素選択・データ処理回路

出力アンプ

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応用物理工学プログラム ／新材料・半導体分野

福山研究室
研究テーマ：ナノサイズ半導体によるエネルギー変換素子のブレイクスルー


超高効率な量子井戸太陽電池の開発:
太陽光吸収層に量子井戸(MQW)を挿入して変換効率50%以上を実現し、エネルギー問題解決を目指します (東京大学先端科学技術研究センターとの共同研究)



高温度安定性量子ドットレーザーの開発:
発光層に量子ドット(QDs)を挿入して温度特性や高輝度性を大幅に改善し、センシングや医療への応用を目指します (物質・材料機構との共同研究)



発熱しない半導体デバイスの開発:
シリコンを低次元(NP)化することで熱伝搬を抑制した発熱しない半導体素子を実現し、IoTやセンシング技術への応用でSociety5.0の実現を目指します (東北大学流体科学研究所との共同研究)

1.00

pin-SL10 b1.9 nm
F=1.12 e6 [V/m]
0.90

0.80

0.70

0.60

0.50

0.40

20406080

100

Position (nm)電子の波動関数の重複による新たなミニバンド形成のシミュレーション結果
NP間隔25 nm

50 nm
熱伝搬を抑制するSi-NPの顕微鏡画像

応用物理工学プログラム ／新材料・半導体分野

前田研究室

研究テーマ：電子を利用した光に関する材料の研究

赤外線の発光や受光素子の評価:
ナノメートルサイズで、原子を周期的に並べると通常と全く異なる光の吸収や発光をするようになります。その性質を利用して二酸化炭素ガスや温度を測定できる広い範囲の赤外線の利用を目的にしています。



力を加えると光る材料の開発:
白色LEDなどに使われている蛍光体という材料の中には、力を加えると発光するものがあります。
まだ、発光が弱いのでほとんど実用化されていませんが、更に強く発光をするものを開発しています。また、X線をあてると可視光で光ったり、光を当てた後、光を切っても光る材料(残光）なども扱っています。

極微弱な光を検出できる測定装置

様々な応力発光材料

応⽤物理⼯学プログラム ／量⼦・計測技術分野

前⽥幸重研究室
研究テーマ︓原⼦核の基礎的性質の解明、ビーム加速器施設での原⼦核実験u

原⼦核の性質の基礎的研究:
国内外の「量⼦ビーム加速器」という⼤型施設を利⽤して原⼦核同⼠を衝突させ、その散乱を測定することで、原⼦核に働く「核⼒」の多体効果や、原⼦核の⼤きさの精密測定を⽬指しています。

理化学研究所RIBF施設の超電導リングサイクロトロン（東⼤、東⼯⼤、京⼤、阪⼤、九⼤、東北⼤との共同研究）u

放射線計測技術の開発と応⽤:
原⼦核実験で使⽤する荷電粒⼦検出器の開発、⾼速中性⼦検出器のシミュレーションなどをします。

u

⼤阪⼤学RCNPの⾼分解能磁気スペクトロメーター同位体（アイソトープ）標的の製作:
原⼦核実験で使⽤する同位体標的（主に⽔素同位体、炭素同位体）の開発・制作をします。
（東北⼤電⼦光理学研究センターとのクロスアポイント締結）

真空散乱槽内のポリエチレン標的とシリコン半導体検出器群

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応用物理工学プログラム ／量子・計測技術分野

山内 研究室研究テーマ：高エネルギー宇宙物理学はげ --- 激しく活動する宇宙を解明--

ブラックホールの調査:
人工衛星や望遠鏡を使った観測により、ブラックホール誕生の様子や、ブラックホールがどのように成長するのかを明らかにすることが目的です

学内の天体望遠鏡(JAXAを中心とした国内他大学との共同研究)



新天体の探索と発見:
国際宇宙ステーションに搭載した観測装置で宇宙を監視して突然輝き出す新天体を発見し、その正体を解明することが目的です (JAXAや理研を中心とした国内他大学との共同研究)



国際宇宙ステーション ©NASA

人工衛星に搭載する観測装置の開発:
上記研究を行うために、人工衛星に搭載する観測装置を開発します (JAXA、NASA、ESAや国内他大学との国際共同研究)
次期Ｘ線天文衛星 ©JAXA

応⽤物理⼯学プログラム ／新材料・半導体分野

横⾕研究室

研究テーマ︓⾼エネルギー光⼦の発⽣と学術・産業技術への利活⽤u

真空紫外光による物質プロセス:
光⼦エネルギーが 7〜9 eVと⾼い値をもつ真空紫外光が、⾼効率で光化学反応を起こす性質を利⽤
して、薄膜作製や表⾯処理技術への応⽤を⽬指した研究をおこなっています。

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原⼦レベルでの薄膜育成:

真空紫外光を発⽣できるエキシマランプ

レーザーアブレーションという極めて簡単な⼿法を⽤いて原⼦レベルで平坦な超薄膜を作ることに挑戦しています。どのような膜が出来たかはUHVSTMで観察しています。
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真空紫外レーザーの開発と新規分析技術への応⽤:
半導体評価や⽣体の組織を分析できる新しいレー
ザー脱離分析技術の実現を⽬指し、光源開発から解析⼿法までを⼀貫して開発しています。

整然としたシリコンの原⼦の並びが⾒える清浄表⾯にちりばめられたC60単独分⼦

応用物理工学プログラム ／新材料・半導体分野

横山研究室
研究テーマ：発光材料の開発、X線回折による新規開発材料の評価
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応力発光材料の開発:

弾性応力刺激に応じて発光する新材料（アルミン酸ストロンチウム蛍光体）の開発と特性評価 (本学科前田幸治教授との共同研究)
応力発光が起きるメカニズ
ムの提案例



X線回折法による新規開発材料等の評価:
作製した材料等を産学・地域連携センターにある高分解能X線回折装置等を用いて組成分析・結晶同定・構造解析等を行います。
X線を使って作製した物質がどのような物か調べます