東北大学　研究シーズ集

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さ 行
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〈スピン制御〉

半導体における電気的スピン生成・制御とスピン機能デバイスに関する研究

 
 
 
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特徴・独自性
  • ㈽ -㈸族化合物半導体では電子スピンに内部有効磁場が働く。この効果は、外部磁場の替わりに利用できることから、電気的スピン生成や電気的スピン制御が可能になると期待されている。我々は、㈽-㈸族化合物半導体ヘテロ接合における内部有効磁場を設計し、電気的スピン生成および電気的スピン制御、さらにスピン緩和を完全に抑制することのできる永久スピン旋回状態に関する研究を行っている。また時間分解スピン測定手法を用いることで電子スピン緩和やスピン軌道相互作用の評価に向けた基盤研究にも取り組んでいる。
実用化イメージ

電気的なスピン生成・制御が可能になることで省電力スピン機能デバイスが実現できる可能性がある。また将来半導体産業においてスピン自由度を活用するためにはスピン緩和を抑制しなければならない。この様な技術を活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

研究者

大学院工学研究科 知能デバイス材料学専攻 情報デバイス材料学講座（電光子情報材料学分野）

好田 誠  

Makoto Koda

〈スピン生成〉

半導体における電気的スピン生成・制御とスピン機能デバイスに関する研究

 
 
 
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特徴・独自性
  • ㈽ -㈸族化合物半導体では電子スピンに内部有効磁場が働く。この効果は、外部磁場の替わりに利用できることから、電気的スピン生成や電気的スピン制御が可能になると期待されている。我々は、㈽-㈸族化合物半導体ヘテロ接合における内部有効磁場を設計し、電気的スピン生成および電気的スピン制御、さらにスピン緩和を完全に抑制することのできる永久スピン旋回状態に関する研究を行っている。また時間分解スピン測定手法を用いることで電子スピン緩和やスピン軌道相互作用の評価に向けた基盤研究にも取り組んでいる。
実用化イメージ

電気的なスピン生成・制御が可能になることで省電力スピン機能デバイスが実現できる可能性がある。また将来半導体産業においてスピン自由度を活用するためにはスピン緩和を抑制しなければならない。この様な技術を活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

研究者

大学院工学研究科 知能デバイス材料学専攻 情報デバイス材料学講座（電光子情報材料学分野）

好田 誠  

Makoto Koda

〈スピンダイナミクス〉

スピントロニクス材料と情報通信技術への応用

 
 
 
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特徴・独自性
  • 1. マンガン系磁性材料を主とする新薄膜磁性材料の研究開発（図1）
  • ２. フェムト秒パルスレーザーに対する磁性体の超高速応答の基礎研究（図2）
実用化イメージ

次のような、電子・通信産業と産学連携の可能性があります。
○ 新材料を用いたトンネル磁気抵抗素子の、大容量磁気メモリ、磁気ストレージ、ミリ波〜テラヘルツ波通信素子への応用。
○ フェムト秒パルス光を用いたテラヘルツ波輻射への応用。
○ パルス光を用いた磁気スピン波の制御と論理デバイスへの応用。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所 デバイス・システムグループ

水上 成美  

Shigemi Mizukami

〈スピントロニクス〉

スピントロニクス材料と情報通信技術への応用

 
 
 
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特徴・独自性
  • 1. マンガン系磁性材料を主とする新薄膜磁性材料の研究開発（図1）
  • ２. フェムト秒パルスレーザーに対する磁性体の超高速応答の基礎研究（図2）
実用化イメージ

次のような、電子・通信産業と産学連携の可能性があります。
○ 新材料を用いたトンネル磁気抵抗素子の、大容量磁気メモリ、磁気ストレージ、ミリ波〜テラヘルツ波通信素子への応用。
○ フェムト秒パルス光を用いたテラヘルツ波輻射への応用。
○ パルス光を用いた磁気スピン波の制御と論理デバイスへの応用。

研究者

高等研究機構材料科学高等研究所 デバイス・システムグループ

水上 成美  

Shigemi Mizukami

半導体における電気的スピン生成・制御とスピン機能デバイスに関する研究

 
 
 
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特徴・独自性
  • ㈽ -㈸族化合物半導体では電子スピンに内部有効磁場が働く。この効果は、外部磁場の替わりに利用できることから、電気的スピン生成や電気的スピン制御が可能になると期待されている。我々は、㈽-㈸族化合物半導体ヘテロ接合における内部有効磁場を設計し、電気的スピン生成および電気的スピン制御、さらにスピン緩和を完全に抑制することのできる永久スピン旋回状態に関する研究を行っている。また時間分解スピン測定手法を用いることで電子スピン緩和やスピン軌道相互作用の評価に向けた基盤研究にも取り組んでいる。
実用化イメージ

電気的なスピン生成・制御が可能になることで省電力スピン機能デバイスが実現できる可能性がある。また将来半導体産業においてスピン自由度を活用するためにはスピン緩和を抑制しなければならない。この様な技術を活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

研究者

大学院工学研究科 知能デバイス材料学専攻 情報デバイス材料学講座（電光子情報材料学分野）

好田 誠  

Makoto Koda

トンネル磁気抵抗素子を用いた室温動作の高感度磁気センサの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 近年、室温においても大きな磁気抵抗効果を示すトンネル素子が多く報告され、これを用いた高感度な磁気センサへの応用が期待される。磁気センサに関しては現在、地磁気程度の磁場から極微小な生体磁場まで非常に広範囲の磁場検出のニーズに対して、様々な原理に基づく様々なセンサが開発されてきている。トンネル磁気抵抗素子を用いた磁気センサは、広範囲の磁場感度、簡易的、室温動作、安価、などの要求を原理的に満たす。
実用化イメージ

本技術を用いると簡易的な手法で室温において生体磁場を検出でき、現在主流であるSQUIDによる高価な装置を置き換えられる可能性があり、医療分野で興味のある企業、団体との有意義な共同研究ができるものと考える。

研究者

大学院工学研究科 応用物理学専攻 先端スピントロニクス医療応用工学共同研究講座

安藤 康夫  

Yasuo Ando

スピントロニクス素子技術

特徴・独自性
  • 電子の持つ電気的性質と磁気的性質を同時に利用することで発現する新奇物理現象を明らかにし、工学応用に繋げることを目的とした研究を進めている。論理集積回路の高性能化、低消費電力化、既存のノイマン型計算機では実現が困難な複雑なタスクを処理する脳型コンピュータ、確率論的コンピュータ、量子コンピュータなどを実現する。
実用化イメージ

研究者

電気通信研究所 計算システム基盤研究部門 スピントロニクス研究室

深見 俊輔  

Shunsuke Fukami

スピン制御レーザー

 
 
 
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特徴・独自性
  • Qスイッチという光学デバイスは、高安定・高出力で知られる固体レーザーのパワーを著しく増大することができます。現在は、電気光学効果あるいは音響光学効果を用いたQスイッチが主流ですが、磁気光学効果を用いても、Qスイッチができることを、我々は見出しました。実際に、磁気光学材料を使って、Qスイッチを作製し、「スピン制御レーザー」という名前で、デバイス化しています。
実用化イメージ

膜型のQスイッチは、他にありません。磁性膜を使うことで初めて実現されました。固体レーザーのパワーを飛躍的に増大できるものであり、現在のハイパワーなレーザーを、小型化できるデバイスと言えます。

研究者

電気通信研究所 人間・生体情報システム研究部門 生体電磁情報研究室

後藤 太一  

Taichi Goto

第一原理計算に基づく新材料・素子機能の理論設計

 
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特徴・独自性
  • 超高密度磁気記録用読出しヘッドや不揮発性スピンメモリなど高機能なスピントロニクス素子を実現するため、高スピン偏極材料を用いた磁気抵抗素子における電気伝導に関する理論研究に取り組んでいます。また、磁化の熱ゆらぎに対する耐久性向上を目指して、垂直磁気材料を用いた磁気抵抗素子の研究にも着手しています。強磁性体と酸化物の界面での結晶構造を理論的に設計して、磁気抵抗性能を向上させるための指針を得ることに成功しています。経験的パラメタを必要としない第一原理計算手法は、スピントロニクス分野に限らず、多様な材料研究・開発の場において重要な役割を果たすものと確信しています。共同研究のご要望がございましたら、ご一報ください。
実用化イメージ

研究者

電気通信研究所 計算システム基盤研究部門 物性機能設計研究室

白井 正文  

Masafumi Shirai

〈スピントロ二クス〉

スピン流の方向と大きさを光で自在に制御可能！

概要

磁気メタマテリアル、スピン流制御装置及びスピン流制御方法
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T20-3091.pdf

従来技術との比較

特徴・独自性
実用化イメージ

研究者

大学院理学研究科 物理学専攻 量子物性物理学講座（光物性物理分野）

松原 正和  

Masakazu Matsubara

〈スピントロ二クスデバイス〉

スピン流の方向と大きさを光で自在に制御可能！

概要

磁気メタマテリアル、スピン流制御装置及びスピン流制御方法
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T20-3091.pdf

従来技術との比較

特徴・独自性
実用化イメージ

研究者

大学院理学研究科 物理学専攻 量子物性物理学講座（光物性物理分野）

松原 正和  

Masakazu Matsubara

〈スピン波〉

新規磁性ガーネット膜の開発

概要

磁性ガーネットの作製を行っています。磁性ガーネットは、磁性を持ったガーネット構造を持った材料のことを指します。磁性ガーネットの中でも、特に、YIG（イットリウム鉄ガーネット）のYサイトを、CeやBiといった希土類材料で置換し、磁気光学効果を増大した材料を作製しています。作製方法は、イオンビームスパッタ法を用いており、緻密な膜の作製が可能です。エピタキシャルな膜作製が可能です。

従来技術との比較

エピタキシャルに磁性ガーネットを作製するには、900度程度に、基板加熱を行いながら、成膜を行う必要があるため、専用の装置を必要とします。

特徴・独自性
  • 磁性ガーネット膜の作製が可能です。磁性ガーネットは、YIG（yttrium iron garnet, Y3Fe5O12）を基本組成とし、このYのサイトに、他の元素を置換することで、磁気光学効果が大きくなったり、高周波（スピン波）の応答が変わったりします。私は、このYサイトに、Ce、Bi、Dy、などの希土類を置換することで、大きな磁気光学効果を持つ材料を作製しています。これを用いたデバイス応用についても取り組んでいます。
  • さらに、磁気異方性を制御することが、デバイス応用上重要となりますが、これを、イオンビームスパッタ法の場合は、成膜中に、調整することが可能になるため、応用上有利です。さらに、磁気ドメインをもつ膜にしたり、磁気光学効果を大きくしたりすることが可能で、デバイスに合わせた材料の設計と作製と試作が可能です。
実用化イメージ

・磁性ガーネットを利用したデバイスプロトタイプの性能を向上し、実用化製品の開発研究。
・磁性ガーネットを利用した磁気光学あるいはスピン波に関する基礎的な共同研究。

研究者

電気通信研究所 人間・生体情報システム研究部門 生体電磁情報研究室

後藤 太一  

Taichi Goto

〈スピン流〉

スピン流の方向と大きさを光で自在に制御可能！

概要

磁気メタマテリアル、スピン流制御装置及びスピン流制御方法
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T20-3091.pdf

従来技術との比較

特徴・独自性
実用化イメージ

研究者

大学院理学研究科 物理学専攻 量子物性物理学講座（光物性物理分野）

松原 正和  

Masakazu Matsubara

〈SPECT〉

医工放射線情報学

 
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特徴・独自性
  • 主に核医学に関わる医用工学分野の研究を行なっています。PETやSPECTに代表される核医学検査では、さまざまな薬剤に放射性同位元素をラベルし、その薬剤の体内の動態を非侵襲的に画像化できます。非常に高い感度、定量性を持った検査です。しかし、PET/SPECTのデータは、さまざまな情報、雑音が混合しており、そこから有益な情報を引き出す必要があります。そのための、数理モデルの構築や、画像処理の研究を行なっています。
実用化イメージ

画像処理・データ解析ソフトウェアを医療機器メーカーに提供できます。現在、PETは創薬の分野で注目を集めています。分子イメージング技術をいかした早期薬効評価の指標としてPETを利用しようというものです。そのためのPET 評価系の構築技術を提供できます。

研究者

サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター 放射線管理研究部

渡部 浩司  

Hiroshi Watabe

化合物半導体を用いた放射線検出器の開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 材料純化、結晶成長、結晶加工、電極形成、検出器製作を一貫して行い、化合物半導体を用いた放射線検出器の開発を行っている。特に化合物半導体の一つである臭化タリウム（TlBr）に着目し研究を行っている。TlBr検出器は非常に高い検出効率を持ち、PET やSPECT 等の核医学診断装置やガンマ線CT、産業用X線CT、コンプトンカメラ等への応用が可能である。
実用化イメージ

化合物半導体成長技術はシンチレーション結晶育成、X線フラットパネルセンサー用直接変換膜製作へ応用が可能である。これらの結晶成長・検出器製作技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

研究者

大学院工学研究科 量子エネルギー工学専攻 粒子ビーム工学講座（放射線高度利用分野）

人見 啓太朗  

Keitaro Hitomi

〈スペクトル線幅〉

ICT応用に向けた新機能半導体レーザ光源技術

 
 
 
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特徴・独自性
  • 半導体レーザの高機能化を実現する新機能半導体レーザ光源技術の創出を目指し、以下の研究開発を進めています。
  • １． 100Gbps NRZ 信号で動作可能な集積型半導体レーザの実現を目指して研究開発を進めています。
  • ２． 光フィルタを周波数弁別器とした光負帰還法を単一モード半導体レーザへ適用することで、小型な超狭線幅光源の実現を目指しています。
  • ３． 光変調器を用いた平坦な光周波数コム発生の研究を進めています。
実用化イメージ

研究開発で実現を目指す新機能半導体レーザ光源技術は、次世代光通信システムや超精密光計測システムの機能や性能を大幅に改善できる技術と考えています。

研究者

電気通信研究所 情報通信基盤研究部門 応用量子光学研究室

八坂 洋  

Hiroshi Yasaka

〈すべり〉

すべり転倒の工学解析に基づく転倒抑制フットウェアの開発

 
 
 
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特徴・独自性
  • 歩行動作解析ならびに靴底/床面間のトライボロジー解析に基づいて、すべりなどの外乱による転倒防止のための歩行方法を提案している。さらに、油の上でも超耐滑性に優れているゴム靴底パターンや、防滑性の高い歩道用コンクリート平板、靴/ 床の摩擦係数測定システムを地域企業とともに開発し、実用化に成功している。
実用化イメージ

労働現場における転倒事故や高齢者の転倒事故を防止するための製品開発など。

研究者

大学院工学研究科 ファインメカニクス専攻 ナノメカニクス講座（ソフトメカニクス分野）

山口 健  

Takeshi Yamaguchi

〈スマートコントラクト〉

ブロックチェーンを活用した安全なクラウド・ストレージ技術および個人データ取引のための実用的スマートコントラクト技術の開発

 
 
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特徴・独自性
  • 不特定多数のユーザ端末が供出する空きストレージとブロックチェーンを活用して、高度な安全性を実現するP2P型ストレージの構築技術を開発しています。構築ストレージは、中央管理サーバの問題に起因する保存データの大規模情報漏洩リスクも回避可能です。また、暗号通貨を報酬と利用料に使用し、全ユーザの公平なストレージ利用も実現します。さらに、実用的なデータ商取引を可能にするスマートコントラクト技術も開発しています。
実用化イメージ

ブロックチェーン技術を活用したスマートコントラクトやフィンテックなどのBitcoin2.0 型アプリケーション、モノインターネット（IoT）、医療情報データベース関連などの開発を行う企業との共同研究を希望します。

研究者

データ駆動科学・ＡＩ教育研究センター データ基盤・セキュリティ教育研究部門

酒井 正夫  

Masao Sakai

〈スマートフォン〉

圏外でも通信可能な“スマホdeリレー”

 
 
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特徴・独自性
  • 爆発的に普及したスマートフォンですが、そのWiFiを活用すれば、携帯電話がつながらなくても、隣の人はもちろん、周囲のスマートフォンにデータをリレーしてもらうことで遠くの人とも情報を交換することが可能になります。現在研究開発を進めている省電力技術やセキュリティ技術が確立すれば、電池残量を気にする必要もなく、他人にデータを見られる心配もなく、通信することが可能になります。
実用化イメージ

災害等の緊急時の情報発信、商店街等での広告・クーポン配布、イベント会場等での少人数グループ内情報交換、団体旅行・登山等でのトランシーバ的な利用、新興国等での通信サービスなどへの応用が期待できます。

研究者

大学院情報科学研究科 応用情報科学専攻 応用情報技術論講座（情報通信技術論分野）

加藤 寧  

Nei Kato

あらゆるモノ同士の直接通信の効率化を実現する技術

 
 
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特徴・独自性
  • モノが通信する時代では、通信インフラを利用することなく、あらゆるモノ同士が自由自在に直接通信できることが望まれます。モノが密集した状況でも、移動している状態でも、効率的な無線通信を実現することを目指し、局所集中型通信技術の研究を推進しています。なお、当該技術の一部を応用した事例の一つとして「スマホdeリレー」がありますが、こちらの研究開発詳細については研究室ウェブサイトをご覧下さい。
実用化イメージ

無線通信機、通信システム、及び通信サービスに関連する業界。ならびに防災・減災など災害時の情報通信に関係する業界

研究者

大学院工学研究科 通信工学専攻 通信システム工学講座（通信方式分野）

西山 大樹  

NISHIYAMA Hiroki

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