横浜国立大学
大学院工学研究院 知的構造の創生部門
Faculty of Engineering, Division of Intelligent Systems Engineering,
Yokohama National University

Hot topics in research 2022
電力・制御システム

集積エレクトロニクス

システム制御研究室

シリコンデバイス研究室

M&Eエネルギー変換研究室

集積エレクトロニクス研究室

電力・エネルギー研究室

マグネティックス研究室

モーションコントロール研究室

半導体フォトニクス工学研究室

パワーエレクトロニクス研究室

スピントロニクス研究室

エネルギーシステム研究室

集積ナノデバイス研究室
超伝導量子集積エレクトロニクス研究室

通信・回路システム

情報通信システム

電磁波研究室

知能システム研究室

ナノ構造フォトニクス研究室

情報通信システム研究室

ディジタル技術研究室

人間情報工学研究室

マイクロ波回路研究室

進化的知能研究室

光ナノマテリアル研究室

マルチモーダル情報処理研究室

センシングフォトニクス研究室

ワイヤレスネットワーク研究室

M&Eエネルギー変換研究室
PI: 赤津 観 教授

電磁波研究室

http://melab.ynu.ac.jp/akatsu.html
akatsu-kan-py@ynu.ac.jp

PI: 新井 宏之 教授

http://www.arailab.dnj.ynu.ac.jp/
arai-hiroyuki-vk@ynu.ac.jp

研究ハイライト研究ハイライト

kW級ワイヤレス電力伝送はEVやドローンへの給電方式として注目されています。当研究室ではアンテナ（カプラ）の小型・軽量化を目的に
13.56MHzを使用した7.7kW電力伝送を目指しています。今年度は銅線の代わりに銅箔を用いることで表皮効果と近接効果を抑えつつ、圧倒的に軽量なカプラを製作し、3kW電力を効率90%で送信することに成功しました。

電磁波研究室は、第5世代移動通信システム(5G)を超越する通信世界を築くために、アンテナ・
通信回路・電波の振る舞いについて研究しています。例えば、電波の到来方向推定システムや高速で高精度なアンテナ測定手法、5G/6Gを見据えた無線基地局に関わる基礎研究等、幅広いテーマを扱い、高品位な研究を推進しています。 2021年
度はIoT機器と連携して高精度に位置測位するアンテナを新たに提案し、国際科学論文誌を通した
対外発表*を行いました。また、関連内容で博士学生が国際学会で最優秀論文賞を受賞しました。

論文情報

論文情報

笹原 衣純, 赤津 観, "13.56MHzを用いたEV用ワイヤレス給電アンテナの設計", 電気学会産業応用部門大会, Y-52, 2021年8月.

J. Tamura, H. Arai and T. Itoh, "High-Impedance Surface-Based Null-Steering Antenna for Angle-of-Arrival
Estimation," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 70, no. 5, pp. 3269-3276, May 2022.
DOI: 10.1109/TAP.2021.3137469.

写真：アンテナ測定に使用する電波暗室

ワイヤレスネットワーク研究室

半導体フォトニクス工学研究室
PI: 荒川 太郎 教授

研究室程大きいです。音も吸い取ります！

http://www.arakawa-lab.ynu.ac.jp/
arakawa-taro-vj@ynu.ac.jp

PI: 石川 直樹 准教授

https://ishikawalab.ynu.ac.jp/
ishikawa-naoki-fr@ynu.ac.jp

研究ハイライト研究ハイライト
半導体量子井戸と呼ばれる微細構造を有す
る光導波路と金属アンテナを集積した、光無線用の電波信号-光信号変換素子を提案し、世界で始めて動作実証を行いました。将来の高速6G通信への適用が期待されます。
この成果は、Optica （アメリカ光学会）の論文誌Optics Expressに掲載されました。
開発した素子の概要図

開発した素子の断面の電子顕微鏡像

論文情報• Y. Miyazeki, H. Yokohashi, S. Kodama, H. Murata, and T. Arakawa, Optics Express, vol.
28, pp. 11583-11596, 2020. DOI: 10.1364/OE.389574• H. Kamada and T. Arakawa, Photonics 2021, vol. 8, no.2, 37 (2021)
DOI: 10.3390/photonics8020037

2021年度は香月優真氏（M1）がIEEEの国際会議にて口頭発表し、同発表に対してIEEE VTS Tokyo/Japan Chapterより奨励賞が授与されました。また、法本雅矢氏（B4）の量子計算機による高次最適化、最尤検出の量子加速、佐野友貴氏（M1）の2
進表現によるNP困難問題の量子ビット数削
減、水野友氏（卒業生）の無線Wi-Fi通信品
質推定法に関して特許出願4件、無線通信の量子加速に関する石川准教授の単著論文がIEEE国 際 誌 に 採 録 さ れ ま し た 。 そ の 他 のニュース一覧は下記をご参照ください。
https://ishikawalab.ynu.ac.jp/announcements.html#2021

IQFT

論文情報
N. Ishikawa, “Quantum Speedup for Index Modulation,” IEEE Access, vol. 9, pp.
111114–111124, August 2021. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3103207（和文解説：https://www.eurekalert.org/news-releases/933340?language=japanese）

集積ナノデバイス研究室

ディジタル技術研究室
PI: 市毛 弘一 教授

http://www.ichilab.dnj.ynu.ac.jp
ichige-koichi-wf@ynu.ac.jp

研究ハイライト
本研究室では，ディジタル情報を取り扱うための信号処理の知識を基盤として，センシン
グ，最適化，DSP（ディジタルシグナルプロ
セッサ）実装などの技術をもとに，移動体通信，画像処理，音声・音響信号処理などの幅広い応用研究を行っています．自動運転応用を見据えた，車載レーダによる高分解能障害
物検知アルゴリズムの開発などがその一例です．実アンテナ素子のみでなく，仮想アンテ
ナ素子における受信信号を推定・合成することで，高分解能レーダが実現できます．

論文情報
S. Wandale and K. Ichige, "Simulated Annealing Assisted Sparse Array Selection
Utilizing Deep Learning", IEEE Access, vol. 9, pp. 156907-156914, Dec. 2021.
DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3129856

情報通信システム研究室

PI: 大矢 剛嗣 准教授

http://arrow.ynu.ac.jp
oya-takahide-vx@ynu.ac.jp

研究ハイライト
大矢研究室では、モノづくり系とシミュレーショ
ン系の2本柱で研究を進めている。一つはユニー
クなカーボンナノチューブ複合材（複合紙、複合
糸、複合布、ゲル）の開発とその応用研究であり、もう一つは自然・生物の挙動に学ぶ新しい情報処
理手法の量子デバイスへの実装方法に関する研究である。カーボンナノチューブ複合材については
JST新技術説明会や企業向け展示会等で「動く紙（紙アクチュエータ）」や「熱電発電紙」を紹介し多くの方の興味を集めた。

論文情報
T. Ampo and T. Oya, "Development of Paper Actuator Based on Carbon-NanotubeComposite Paper," Molecules, vol. 26, 14・63 (12 pages) (2021).
DOI: 10.3390/molecules26051463

マルチモーダル情報処理研究室
PI: 大塚 和弘 准教授
研究ハイライトhttp://otsuka-lab.ynu.ac.jp
otsuka-kazuhiro-xb@ynu.ac.jp

大塚研では、人の対話場面を対象として、「以心伝心」や「場の空気を読む」といった
社会的知性の実現に向けた人工知能の研究を進めています。その一例として昨年、対話者の主観的印象を予測するモデルを提案しました。印象として雰囲気の良さや楽しさなどを対象として、対話者の頭部運動から思考や理解の表出など様々な機能を自動的に認識し、特徴量として用いることで、単なる頭部運動の物理的な特徴からでは読み取ることの難しい対話者の行動や内面が捉えられ、印象予測の性能向上につながることを見出しました。

論文情報
大土 隼平、石井 陽子、中谷 桃子、大塚 和弘：「複数人対話における頭部運動機能に基づく対話参加者の主観的印象の予測」、電子情報通信学会論文誌D、Vol.J105-D, No.09, 2022.

エネルギーシステム研究室

論文情報

東北
九州・沖縄

東京

研究ハイライト

ベース*

北海道
西日本

本研究室では，ノイズフリーの新しい
パワーエレクトロニクス分野創生に挑戦しており，高い変換効率を維持しつつ原理的に電磁ノイズを一切発生しないマルチレベルリニアアンプと呼ばれる各電力変換方式を技術体系化した。
3 つ の 基 本 回 路 方 式 で あ る DCLA ，
FCLA，MCLAの試作回路を開発し，
通常のリニアアンプよりも高効率かつ通常のインバータよりも極低ノイズで電力変換が可能であることを実証した。

30

20

RE100*

0

RE100

10

原子力

電力価格 [円/kWh]

40

CCS

研究ハイライト2050年のカーボンニュートラル実現に向けて、日本のCO2排出の8割超を占めるエネルギーシ
ステムの変革が求められています。大槻准教授
は、2050年までの日本のエネルギー需給を高い
時間解像度（24時間365日）で分析可能な数理モデルを開発し、太陽光・風力発電の出力変動を考慮した上で、シナリオ別のエネルギー構成
や電力価格（右図）等を示しました。
本成果は我が国のエネルギー基本計画の策定を担当する審議会（経済産業省 総合資源エネル
ギー調査会 基本政策分科会）に提供されました。

PI: 小原 秀嶺 准教授

https://otsuki.ynu.ac.jp
otsuki-Takashi-fx@ynu.ac.jp

ベース

PI: 大槻 貴司 准教授

パワーエレクトロニクス研究室

2050年

松尾雄司, 大槻貴司, 尾羽秀晃, 川上恭章, 下郡けい, 水野有智, 森本壮一, “2050年カーボンニュートラルのモデル試算”, 経済産業省 総合資源エネルギー調査会 基本政策分科会（第44回会合）資料6 (2021).

マイクロ波回路研究室
PI: 久我 宣裕 准教授

https://obalab.ynu.ac.jp
obara-hidemine-mh@ynu.ac.jp

論文情報
Hidemine Obara, Tatsuki Ohno, and Atsuo Kawamura, “Systematization of a Multileveltopology-based Linear Amplifier Family for Noiseless DC-AC Power Conversion”, IEEE
Access, Vol. 9, pp. 159627-159639, 2021. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3130681

モーションコントロール研究室
https://kugalab.ynu.ac.jp
kuga@ynu.ac.jp

研究ハイライト
移動体通信の基地局アンテナでは、送信波が通過する際に発生するPIMノイズが、受信障害を引き起こす場合があります。これに対し本研究室では、PIM源となる金属接触を排除した非接触PIM
測定法を開発することで、安定したPIM測定法を実現すべく研究を進めています。2021年度は、アレーアンテナを対象とした新しい非接触PIM測定法や、ノイズ源の位置特定法を提案しました。

論文情報
村田翔，桑田昌佳，久我宣裕，「近傍界プローブを用いたアレーアンテナの非接触PIM源位置特定，」 信学論B, vol.J105-B, no.10, pp. 1–3, Oct,. 2022
DOI:10.14923/transcomj.2021MJL0002
室伏竜之介，久我宣裕，花山英治，「被接続線路の構造を変更不要なMSL 用非接触コネクタ，」信
学論B,Vol.J105-B,No.10,pp.1-3, Oct. 2022(DOI:10.14923/transcomj.2021MJL0001)

スピントロニクス研究室

人間情報工学研究室

PI: 関口 康爾 教授
研究ハイライトスピン波とは磁石材料に存在する波動現象です。この波の伝搬には電荷移動を伴わないので電気的ジュール発熱が存在せず、電気トランジスタの消費電力を大きく下回る次世代情
報キャリアとして有望視されています。
関口研究室は、このスピン波のスイッチン
グ動作を初めて実現し、スピン波だけでいわば磁気トランジスタを組む基礎的技術を確立しました。今後、スピンを用いて省エネル
ギーデバイスとしての研究をしていきます。

論文情報
M. Iwaba and K. Sekiguchi,“Spin-wave switching using a dynamic
magnonic crystal” Applied Physics Express
14, 073002 (2021).
DOI:10.35848/1882-0786/ac0677

マグネティックス研究室
PI: 竹村 泰司 教授

電力・エネルギー研究室
https://http://www.takemura.ynu.ac.jp/
takemura-yasushi-nx@ynu.ac.jp

研究ハイライト
竹村研究室は、医療応用技術を研究しています。磁性ナノ粒子を使う画像診断や癌の温熱治療の実用を目指しています。
生体磁気計測用に開発された超高感度磁気センサを応用することで腫瘍などに集積させた微量の磁性ナノ粒子を検出ことに成功しました。
日本経済新聞等6紙、日経エレクトロニク
ス等専門雑誌2誌に掲載されました。

論文情報

腫瘍や血管に集積させた
磁性ナノ粒子印加磁界（交流磁界）

磁化信号（磁界）を検出
画像診断に用いる

印加磁界に応答して磁化が回転し、磁化信号を発する

磁性ナノ粒子Suko Bagus Trisnanto, Tamon Kasajima, Taiju Akushichi, Yasushi Takemura
Magnetic particle imaging using linear magnetization response-driven harmonic signalof magnetoresistive sensor
Applied Physics Express, 14(9), 095001, Aug. 2021.
10.35848/1882-0786/ac1d63

http://www.spin.ynu.ac.jp/
sekiguchi-koji-gb@ynu.ac.jp

進化的知能研究室

光ナノマテリアル研究室

https://ynlab.ynu.ac.jp
nishijima-yoshiaki-sp@ynu.ac.jp

PI: 西島 喜明 准教授
a

研究ハイライト
西島研究室は、金属-誘電体-金属ナノ構造からなるメタ表面材料で、誘電体に高分子材料を使うこ
局在電場とにより、超狭帯域熱放射を得ることに成功した。
中赤外の波長域でLEDに置き換わる画期的な放射光源を実現できる。
この成果は、英国王立化学会の論文誌Journal of
Materials Chemistry Cに掲載され、裏表紙に選出された。

b
金ナノディスク

金ナノディスク

ポリイミド

論文情報
Y. Nishijima, S. Morimoto, A. Balcytis, T. Hashizume, R. Matsubara, A. Kubono, N. To, R.
Meguya, J. Morikawa, S. Juodkazis, “Coupling of molecular vibration and metasurface
modes for efficient mid-infrared emission,”
Journal of Materials Chemistry C, vol. 10, pp. 451-462, 2022.
DOI: 10.1039/D1TC04519A

シリコンデバイス研究室

ナノ構造フォトニクス研究室
PI: 馬場 俊彦 教授

http://www.baba-lab.ynu.ac.jp/
baba-toshihiko-zm@ynu.ac.jp

研究ハイライト
馬場研究室は、多次元周期ナノ構造であるフォトニック結晶と、シリコンフォトニクス大規模光集積技術を組み合わせた高度な光デバイスを開発している。本年度は特に、3次元センサ（LiDAR）の世界初のワンチップ化と、新しい光物理を生み出すトポロジカルフォトニクス現象に取り組み，
米国電気電子学会IEEEの招待論文や、Scienceの姉妹誌に論文が掲載された。

論文情報
T. Baba, et al., “Silicon photonics FMCW LiDAR chip with slow light grating beam scanner,”IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 28, 8300208 (2022).
A. Balcytis, T. Ozawa, T. Ota, S. Iwamoto, J. Maeda, T. Baba, “Synthetic dimension band
structures on a Si CMOS photonic platform,” Science Advances 8, eabk0468 (2022).

知能システム研究室
PI: 濱上 知樹

教授

システム制御研究室
https://hamagamilab.jimdofree.com/
hamagami-tomoki-hy@ynu.ac.jp

研究ハイライト
人工知能(AI)と機械学習の基礎理論の深耕と新たな知的機構の創出によって，高度な社会システムや医療サービスの知能化を実現する，
知能システムエンジニアリング研究を推進しています。
高度な知識と経験に支えられている生殖医療
分野において，専門家の知識を効果的に組み合わせ，目的に応じた精度調整を可能にする
新たな学習アルゴリズム（AT-Boosting)を開発し，世界で初めての精子グレーディング
システムの実現に至りました。

AIによる精子グレーディングシステム

論文情報
H. Sasaki, M. Nakata, M. Yamamoto, T. Takeshima, Y. Yumura, T.Hamagami,“ Investigation about Control of False Positive Rate for Automatic Sperm Detection in
Assisted Reproductive Technology ”,Proc of IEEE Systems, Man, and Cybernetics,
pp.1960-1965, 2018

センシングフォトニクス研究室
PI: 水野 洋輔 准教授

https://mizuno.ynu.ac.jp
mizuno-yosuke-rg@ynu.ac.jp

超伝導量子集積エレクトロニクス研究室
PI: 山梨 裕希 准教授

研究ハイライト研究ハイライト

光ファイバヒューズとは、高パワー光の入射により光ファイバに発生した輝点が光源に向かって伝搬する現象です。水野研究室は、プラスチック光ファイバ中のヒューズ現象の初観測に成功し、ガラス光ファイバ中よりも数10倍遅い伝搬速度、螺旋状のヒューズ跡やその導電性など、種々の特異な性質を解明しました。さらに、この現象を応用して超高感度の磁界センシングを実証しました。これらの成果により、水野准教授は文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞しました。

超伝導回路は100 GHzを超える周波数での動作が可能です。このような高い動作周波数では、回路作製時のパラメータのばらつきにより、同じ回路を並べてもそれぞれの動作周波数が微妙に異なってきてしまい、全ての回路を同期させることが難しくなります。
本研究では複数の回路の動作周波数を自動的に完全に揃えることができる周波数同期の方法を提案しました。動作周波数が異なる2つの回路（右図CG1とCG2）を170 GHzを超える完全に同じ速度（fsync ）で動作できることを実証しました。これは将来の大規模な超伝導回路システ
ムを同期させるのに重要な技術となります。

論文情報
A. Leal-Junior, C. Marques, H. Lee, K. Nakamura, and Y. Mizuno, “[Invited review]
Sensing applications of polymer optical fiber fuse,” Adv. Photon. Res., 2100210 (2021).
DOI: 10.1002/adpr.202100210

http://www.nashilab.ynu.ac.jp
yamanashi-yuki-kr@ynu.ac.jp

論文情報
Y. Yamanashi, R. Kinoshita, and N, Yoshikawa, “Frequency synchronization of single
flux quantum oscillators,” Supercond. Sci. Technol., vol. 34, 105004,(2021).
DOI: 10.1088/1361-6668/ac1d96

集積エレクトロニクス研究室

横浜国立大学
大学院工学研究院 知的構造の創生部門
Faculty of Engineering, Division of Intelligent Systems Engineering,
Yokohama National University

Hot topics in research 2022
電力・制御システム

集積エレクトロニクス

システム制御研究室

シリコンデバイス研究室

M&Eエネルギー変換研究室

集積エレクトロニクス研究室

電力・エネルギー研究室

マグネティックス研究室

モーションコントロール研究室

半導体フォトニクス工学研究室

パワーエレクトロニクス研究室

スピントロニクス研究室

エネルギーシステム研究室

集積ナノデバイス研究室
超伝導量子集積エレクトロニクス研究室

通信・回路システム

情報通信システム

電磁波研究室

知能システム研究室

ナノ構造フォトニクス研究室

情報通信システム研究室

ディジタル技術研究室

人間情報工学研究室

マイクロ波回路研究室

進化的知能研究室

光ナノマテリアル研究室

マルチモーダル情報処理研究室

センシングフォトニクス研究室

ワイヤレスネットワーク研究室

M&E Energy Conversion Laboratory
PI: Prof. Kan Akatsu

http://melab.ynu.ac.jp/akatsu.html
akatsu-kan-py@ynu.ac.jp

Electromagnetic Waves Laboratory
PI: Prof. Hiroyuki Arai

Research Highlight

Research Highlight

High power Wireless Power Transfer (WPT)
has been much focused for EV charging. In
my lab., 13.56MHz is used to make smalltransfer system. This year a copper foil
coupler that can achieve lightweight coupler
has been made, 3kW power can be
successfully transmitted with over 90%
efficiency.

We are researching antennas, circuits, andhttp://www.arailab.dnj.ynu.ac.jp/
arai-hiroyuki-vk@ynu.ac.jp
The room is large and absorbs sound！

propagation. Research topics are direction-ofarrival estimation, antenna measurements,
fundamental study of base stations, andmore! InFY2021, we

proposeda newantenna for accurate positioning with IoT
devicesandpublisheditthroughaninternational scientific journal*. In addition, a
student received the Best Paper Award at aninternational conference for related content.

A photo of Arai lab. anechoic chamber

Article Information

Article Information

Izumi Sasahara and Kan Akatsu, “A Coupler Design for High power WPT using
13.56MHz”, 2021 IEE-Japan Industry Application Society Conference, Y-52, Aug. 2022.

J. Tamura, H. Arai and T. Itoh, "High-Impedance Surface-Based Null-Steering Antenna for Angle-of-Arrival
Estimation," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 70, no. 5, pp. 3269-3276, May 2022.
DOI: 10.1109/TAP.2021.3137469.

Semiconductor Photonic Device Lab.
PI: Prof. Taro Arakawa

http://www.arakawa-lab.ynu.ac.jp/
arakawa-taro-vj@ynu.ac.jp

Wireless Network Laboratory
PI: A. Prof. Naoki Ishikawa https://ishikawalab.ynu.ac.jp/
index.en.html

Research Highlight

Research Highlight

We have proposed a radio signal-opticalsignal conversion device for opticalwireless applications that integrates asemiconductor quantum well opticalwaveguide and a metal antenna. The
device is expected to be applied tohigh-speed 6G communications in the
future.
This achievement was published in
Optics Express, a journal of Optica(Optical Society of America).

In FY2021, Mr. Yuma Katsuki, amaster's course student in our lab, gavean oral presentation at IEEE VTC2021Fall and received an encouragement
award from IEEE VTS Tokyo/Japan
Chapter. In addition, four patentapplications were filed on quantum
computation
andwireless
communications, which were the effortsof our lab students. For further details,
please refer to the following webpage:https://ishikawalab.ynu.ac.jp/announce
ments.en.html#2021

Article Information

Schematic device
structure

Scanning electron
microscopy image ofcrosse section of device• Y. Miyazeki, H. Yokohashi, S. Kodama, H. Murata, and T. Arakawa, Optics Express, vol.
28, pp. 11583-11596, 2020. DOI: 10.1364/OE.389574• H. Kamada and T. Arakawa, Photonics 2021, vol. 8, no.2, paper no. 37, 2021.
DOI: 10.3390/photonics8020037

ishikawa-naoki-fr @ ynu.ac.jp

IQFT

Article Information
N. Ishikawa, “Quantum Speedup for Index Modulation,” IEEE Access, vol. 9, pp.
111114–111124, August 2021. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3103207(News release: https://www.eurekalert.org/news-releases/933340)

ディジタル技術研究室

Integrated Nanodevices Laboratory
PI: A. Prof. Takahide Oya

http://arrow.ynu.ac.jp
oya-takahide-vx@ynu.ac.jp

Research Highlight
We are currently studying and developing
carbon-nanotube(CNT) composite papers,
composite threads (fabrics), and hydrogels
including their applications, and designing
unique single-electron circuits mimicking
behaviors of natural things including living
things. For example, our unique CNT
composites and their applications including“paper actuators” and “thermoelectric
generating papers” were attracting muchattention from many researchers who were inacademias or industries at some exhibitions

Article Information
T. Ampo and T. Oya, "Development of Paper Actuator Based on Carbon-NanotubeComposite Paper," Molecules, vol. 26, 14・63 (12 pages) (2021).
DOI: 10.3390/molecules26051463

情報通信システム研究室

Multimodal Informatics Laboratory
PI: A. Prof. Kazuhiro Otsuka
Research Highlight

http://otsuka-lab.ynu.ac.jp
otsuka-kazuhiro-xb@ynu.ac.jp

Our laboratory aims to create artificial
social intelligence technologies that canunderstand human behavior and mind in
our communication. As an example, wehave proposed a machine-learning model
for predicting the subjective impressionsof conversation participants including
atmosphere and enjoyment. In this model,
we developed functional head-movement
features such as the frequencies ofthinking and understanding. Experiments
confirmed that these features cancontribute to better prediction.

Article Information
Shumepi Otsuchi, Yoko Ishii, Momoko Nakatani, Kazuhiro Otsuka, “Prediction ofInterlocutors’ Subjective Impressions Based on Functional Head-Movement Features inGroup Meetings,” in Proc. ACM International Conference on Multimodal Interaction(ICMI2021), pp. 352–360, 2021, DOI:https://doi.org/10.1145/3462244.3479930

Energy System Laboratory

TohokuKyusyu

Tokyo

30

20

RE100*

Base*

RE100

10

0

2050

Article Information

Y. Matsuo, T. Otsuki, H. Obane, Y. Kawakami, K. Shimogori, Y. Mizuno, S. Morimoto,“Modeling and analysis for achieving Japan’s carbon neutrality by 2050”, The 44th Strategic
Policy Committee, Advisory Committee for Natural Resources and Energy, Ministry of
Economy, Trade and Industry, Japan (2021).

Microwave Circuits Laboratory
PI: A. Prof. Nobuhiro Kuga

https://obalab.ynu.ac.jp
obara-hidemine-mh@ynu.ac.jp

Research Highlight
Hokkaido
West JP

Nuclear

Energy system transition is critical for realizing
Japan’s carbon neutrality by 2050, as theenergy-related CO2 accounts for 80%+ of total
CO2 emissions in the country. We analyzed
Japan’s long-term energy scenarios and theireconomic implications, including electricity price(right side figure), by using a temporally
disaggregated energy system optimization
model. Simulation results are presented at theStrategic Policy Committee which is responsiblefor drafting Japan’s Strategic Energy Plan.

Electricity price [JPY/kWh]

40

CCS

Research Highlight

PI: A Prof. Hidemine Obara

https://otsuki.ynu.ac.jp
otsuki-takashi-fx@ynu.ac.jp

Base

PI: A. Prof. Takashi OTSUKI

Power Electronics Laboratory

https://kugalab.ynu.ac.jp
kuga@ynu.ac.jp

Research Highlight
In the base-station antenna of mobile
communications, PIM noise generated by thetransmitting wave causes a serious
interference on the reception signal.
Our lab has been studying a contactless PIMmeasurement method to realize a stable PIM
measurement. In 2021, we proposed a newscheme applicable to array antennas, and
new PIM-source localization method.

Article Information
K. Murata，M. Kuwata，N. Kuga，"Non-contact PIM-source localization for array antennausing near-field probes," IEICE Trans. B, vol.J105-B, Vol.J105-B,No.10,pp.-,Oct. 2022
(DOI:10.14923/transcomj.2021MJL0001)
R. Murofushi, N. Kuga, E. Hanayama, "A microstrip line non-contact connector whose
connected lines need not change their structure," IEICE Trans. B, vol.J105-B, Vol.J105B,No.10,pp.1-3,Oct. 2022 (DOI:10.14923/transcomj.2021MJL0001)

We try to create a new field of
noise-free power electronics. In
this
work,
proposed
power
conversion
methods
calledmultilevel linear amplifiers with nonoise and relatively high efficiency
have been systematized based on
the operation principles. Prototype
converters
of
three
basic
topologies such as DCLA，FCLA，and MCLA were developed, andthey performed high efficiency andlow noise, simultaneously.

Article Information
Hidemine Obara, Tatsuki Ohno, and Atsuo Kawamura, “Systematization of a Multileveltopology-based Linear Amplifier Family for Noiseless DC-AC Power Conversion”, IEEE
Access, Vol. 9, pp. 159627-159639, 2021. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3130681

モーションコントロール研究室

Spintronics Laboratory

人間情報工学研究室

PI: Prof. K. Sekiguchi
Research HighlightSpin-wave is a promising information carrier
which generates no Joule heating. The
application of spin-wave will overcome thedifficulty of current electric transistors, theincrease of power consumption.
The switching behavior of spin-wave wasachieved using dynamic magnonic crystal
which will be the basis of the, so called
magnon transistor.

Article Information
M. Iwaba and K. Sekiguchi,“Spin-wave switching using a dynamic
magnonic crystal” Applied Physics Express
14, 073002 (2021).
DOI:10.35848/1882-0786/ac0677

Magnetics Laboratory
PI: Prof. Yasushi Takemura

電力・エネルギー研究室

https://http://www.takemura.ynu.ac.jp/
takemura-yasushi-nx@ynu.ac.jp

Research Highlight
When an alternating magnetic
field is applied to the magnetic
nanoparticles selectively
accumulated in a tumor, themagnetic nanoparticles respondthe magnetic field. The detectedsignal is used for a medical
imaging to diagnose disease
called magnetic particle imaging.

Article Information

Magnetic nanoparticles
accumulated in tumor
or blood vessel

Appliedmagnetic field（AC field）

Detects magnetic signal(magnetic field)

Diagnostic imaging
Magnetic particles rotate and generatemagnetic signal in response to
the applied magnetic field.
Magnetic nanoparticles

Suko Bagus Trisnanto, Tamon Kasajima, Taiju Akushichi, Yasushi Takemura
Magnetic particle imaging using linear magnetization response-driven harmonic signalof magnetoresistive sensor
Applied Physics Express, 14(9), 095001, Aug. 2021.
10.35848/1882-0786/ac1d63

http://www.spin.ynu.ac.jp/
sekiguchi-koji-gb@ynu.ac.jp

進化的知能研究室

Nano Photonics & Materials Laboratory
https://ynlab.ynu.ac.jp
nishijima-yoshiaki-sp@ynu.ac.jp

PI: A. Prof. Yoshiaki Nishijima
Research Highlightab
金ナノディスクWe have obtained ultra-narrow band
thermal radiation by using a Metal-InsulatorMetal metasurface with polymer material forthe dielectric layer. It is possible to realize anepoch-making mid-infrared light source that
replaces LEDs or Lasers. This achievement
was published in the Journal of Materials
Chemistry C, a Royal Society of Chemistryjournal, selected as the back cover.

金ナノディスク

局在電場

ポリイミド

Article Information
Y. Nishijima, S. Morimoto, A. Balcytis, T. Hashizume, R. Matsubara, A. Kubono, N. To, R.
Meguya, J. Morikawa, S. Juodkazis, “Coupling of molecular vibration and metasurface
modes for efficient mid-infrared emission,”
Journal of Materials Chemistry C, vol. 10, pp. 451-462, 2022.
DOI: 10.1039/D1TC04519A

シリコンデバイス研究室

Photonic Nanostructure Laboratory
PI: Prof. Toshihiko Baba

http://www.baba-lab.ynu.ac.jp/
baba-toshihiko-zm@ynu.ac.jp

Research Highlight
We have developed advanced photonic
devices based on photonic crystals and silicon
photonic integration platform. In 2021, we
succeeded in on-chip LiDAR 3D sensor
operation and observation of novel topologicalphotonics phenomena, which were reported
in an IEEE invited paper and a Sciencegeneric journal paper, respectively.

論文情報
T. Baba, et al., “Silicon photonics FMCW LiDAR chip with slow light grating beam scanner,”IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 28, 8300208 (2022).
A. Balcytis, T. Ozawa, T. Ota, S. Iwamoto, J. Maeda, T. Baba, “Synthetic dimension band
structures on a Si CMOS photonic platform,” Science Advances 8, eabk0468 (2022).

Intelligent Systems Laboratory
PI: Prof. Tomoki Hamagami

システム制御研究室

https://hamagamilab.jimdofree.com/
hamagami-tomoki-hy@ynu.ac.jp

Research Highlight
We are promoting intelligent systems
engineeringresearchtorealize
intelligent advanced social systems andmedical services by deepening thefundamentals of artificial intelligence(AI) and machine learning and creating
new intelligent mechanisms. In the fieldof reproductive medicine, we havedeveloped a new learning algorithm(AT-Boosting) that effectively combines
the knowledge of experts to adjust
accuracy according to the purpose,
leading to the realization of the world's
first sperm grading system.

AI Sperm Grading System

Article Information
H. Sasaki, M. Nakata, M. Yamamoto, T. Takeshima, Y. Yumura, T.Hamagami,“ Investigation about Control of False Positive Rate for Automatic Sperm Detection in
Assisted Reproductive Technology ”,Proc of IEEE Systems, Man, and Cybernetics,
pp.1960-1965, 2018

Sensing Photonics Laboratory

Superconductive Quantum Integrated Electronics Lab.

PI: A. Prof. Yosuke Mizuno

PI: A. Prof. Yuki Yamanashi

https://mizuno.ynu.ac.jp
mizuno-yosuke-rg@ynu.ac.jp

Research Highlight“Optical fiber fuse” is an interesting
phenomenon, in which optical discharge
travels along an optical fiber back to alight source. Several years ago, we firstobserved this phenomenon in plastic
optical fibers and clarified its uniquecharacteristics, including extremely low
propagation speed, low threshold power,
generation of carbon oxide, etc. Recently,
we have succeeded in using this effect toperform magnetic field sensing with highsensitivity.

Article Information
A. Leal-Junior, C. Marques, H. Lee, K. Nakamura, and Y. Mizuno, “[Invited review]
Sensing applications of polymer optical fiber fuse,” Adv. Photon. Res., 2100210 (2021).
DOI: 10.1002/adpr.202100210

Research Highlight

http://www.nashilab.ynu.ac.jp
yamanashi-yuki-kr@ynu.ac.jp

Superconductor circuits can operate at frequencies
grater than 100 GHz. At such high operating
frequencies, it is difficult to synchronize all circuits
because the operating frequency of each circuit
are slightly different due to deviations inparameters caused by thecircuit fabrication
process.
In this study, we proposed a frequency
synchronization method that can completely aligntheoperatingfrequenciesofmultiplesuperconductor circuits. We have demonstrated
that two circuits with different operating
frequencies (CG1 and CG2) can operate at exactly
the same speed above 170 GHz. This will be an
important technique for synchronizing future
large-scale superconducting circuit systems.

Article information
Y. Yamanashi, R. Kinoshita, and N, Yoshikawa, “Frequency synchronization of single flux quantum
oscillators,” Supercond. Sci. Technol., vol. 34, 105004,(2021).
DOI: 10.1088/1361-6668/ac1d96

集積エレクトロニクス研究室