CMOS互換のひずみ工学を単層半導体トランジスタに適用 学術的背景 半導体技術の進化に伴い、2次元（2D）材料はその原子レベルの薄さから、高密度・低電力の電子デバイスにおいて大きな可能性を示しています。特に、二硫化モリブデン（MoS₂）などの遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDs）は、優れた電気的特性から、将来のトランジスタチャネル材料として期待されています。しかし、2D材料が実験室レベルで優れた性能を示す一方で、既存のCMOS（相補型金属酸化膜半導体）技術との互換性をどのように実現するかは、依然として大きな課題です。 ひずみ工学（Strain Engineering）は、現代のシリコンベースの電子デバイスにおいて重要な役割を果たしてきました。1990年代に導入されて以来、ひずみ工学は材料のバ...

炎症性皮膚疾患である乾癬（psoriasis）と酒さ（rosacea）は、世界中で一般的な慢性皮膚疾患であり、患者の生活の質に深刻な影響を及ぼします。従来の局所薬物療法は、皮膚浸透性の低さや長期的な副作用が問題となっています。そのため、効果的かつ安全な局所治療法の開発が求められています。 酸化ストレスは、乾癬や酒さを含む多くの炎症性皮膚疾患の病態において重要な役割を果たしています。過剰な活性酸素（reactive oxygen species, ROS）の蓄積は、皮膚の生理的な抗酸化能力を低下させ、表皮微小環境の酸化還元システムを破壊します。研究によると、スーパーオキシドディスムターゼ（superoxide dismutase, SOD）とマトリックスメタロプロテアーゼ9（matrix me...

動的3Dメタサーフェスホログラフィー：カスケード型ポリマー分散液晶を用いた革新的研究 学術的背景 メタサーフェス（Metasurface）は、2次元のサブ波長構造を持つ光場の位相と振幅を局所的に変調する技術であり、小型化光学デバイスの設計に新たな解決策を提供しています。しかし、既存のメタサーフェスホログラフィー技術は静的特性に限定されており、リアルタイムでの動的変調ができないため、インテリジェントディスプレイシステムへの応用が制限されています。動的3Dホログラフィックディスプレイの要求を満たすために、研究者たちは多重化メタサーフェス、構造変更メタサーフェス、および統合メタサーフェスを含む複数のアクティブメタサーフェス技術を探求してきました。その中で、液晶（Liquid Crystal, LC...

樹根にインスパイアされたテンプレート制約付き積層印刷による高耐久性コンフォーマル電子デバイスの製造 学術的背景 スマートロボティクス、スマートスキン、統合センシングシステムなどの新興アプリケーションシーンの急速な発展に伴い、自由曲面におけるコンフォーマル電子デバイスの応用が重要となっています。しかし、既存のコンフォーマル電子デバイスは、機械的または熱的影響下で容易に破断、断裂、またはクラックが発生し、その応用信頼性が制限されています。この問題を解決するため、研究者は樹根系の力学メカニズムからインスピレーションを得て、高耐久性のコンフォーマル電子デバイスを製造するためのテンプレート制約付き積層印刷（Template-Confined Additive, TCA）技術を提案しました。 論文の出典...

原子層MoS₂ナノ電気機械共振器における密接なモード間の非線形結合の研究 学術的背景 ナノテクノロジーの急速な発展に伴い、ナノ電気機械システム（Nanoelectromechanical Systems, NEMS）はセンサー、信号処理、量子計算などの分野で大きな応用可能性を示しています。特に、二硫化モリブデン（MoS₂）などの二次元（2D）材料は、原子レベルの厚さ、優れた機械的特性、および電気的特性を備えており、NEMSを構築するための理想的な材料となっています。MoS₂などの2D材料は、ナノスケールで多モード共振と非線形ダイナミクスを示し、これらの特性は新しいデバイス物理学を研究するためのユニークなプラットフォームを提供します。 NEMS共振器において、非線形モード結合は重要な研究テーマ...

圧電ナノ発電機を用いた音響エネルギー収集技術の進展 学術的背景 IoT（Internet of Things）デバイスの普及に伴い、持続可能なエネルギー源への需要が高まっています。従来の電池駆動方式には寿命の限界やメンテナンスコストの高さといった課題があるため、研究者たちは環境からエネルギーを収集する革新的な方法を模索しています。音響エネルギー収集（Acoustic Energy Harvesting）は、環境中の騒音を圧電効果を利用して電気エネルギーに変換する新興技術であり、幅広い応用が期待されています。圧電ナノ発電機（Piezoelectric Nanogenerators, PENGs）は音響エネルギー収集の中核技術の一つで、圧電材料を用いて機械振動を電気エネルギーに変換します。本論文...

学術的背景 タンパク質の自己集合は生物学的システムにおいて普遍的な現象であり、その機能は構造支持から生化学的反応の制御まで多岐にわたる。近年、タンパク質設計の分野で顕著な進展が見られたが、既存の自己集合タンパク質構造は通常、厳密な対称性に依存しており、そのサイズと複雑性のさらなる向上が制限されていた。この制限を打破するため、研究者らは細菌のマイクロコンパートメントやウイルスカプシドに見られる擬似対称性（pseudosymmetry）に着想を得て、大規模な擬似対称性を持つ自己集合タンパク質ナノ材料を設計するための階層的な計算手法を開発した。この研究は、厳密な対称性の制約を超えることで、より大きく、より複雑なタンパク質ナノケージ（nanocages）を設計し、自己集合タンパク質構造の多様性を拡大...

四成分タンパク質ナノケージの設計：プログラムされた対称性破壊による 学術的背景 タンパク質ナノケージ（protein nanocages）は、高度な対称性を持つタンパク質集合体であり、ワクチン開発、薬物送達、ナノ材料設計などの分野で広く利用されています。自然界のウイルスは、通常、対称性破壊（symmetry breaking）を通じて複雑な構造を構築します。特に、高三角数（higher triangulation number, T）の二十面体（icosahedral）構造がよく見られます。しかし、自然界では、四面体（tetrahedral）や八面体（octahedral）の高T数構造を対称性破壊によって構築する例は見つかっていません。この分野を探求するため、研究者たちは、擬似対称化（pse...

単結晶2次元半導体の成長ベースのモノリシック3次元統合技術に関する研究 学術的背景 現代の電子産業の急速な発展に伴い、3次元（3D）統合技術は電子デバイスの性能を向上させる重要な手段となっています。従来の2次元（2D）集積回路は、サイズの縮小と性能向上において多くの課題に直面しており、特にナノスケールでは抵抗-容量（RC）遅延問題が顕著になっています。これらの制限を克服するため、研究者たちはチップを垂直に積層することで配線距離を短縮し、消費電力を削減し、データ伝送効率を向上させる3次元統合技術の探求を始めています。 現在、シリコン貫通ビア（Through-Silicon Via, TSV）技術は単結晶デバイスの3次元統合を実現する唯一の方法です。しかし、TSV技術にはコストが高い、チップの位...

MINFLUXナノ顕微鏡の生物組織への応用：蛍光顕微鏡の分解能限界を突破 学術的背景 蛍光顕微鏡は生物学研究において重要な役割を果たしていますが、その分解能は回折限界によって制約され、通常は約200ナノメートル程度に留まります。近年、超解像顕微鏡（super-resolution microscopy, SR）技術の発展により、この限界を突破し、ナノスケールで生物分子の分布を観察することが可能になりました。しかし、複雑な生物組織、特に厚いサンプルでは、光学収差や光の吸収・散乱などの問題が超解像顕微鏡の性能に深刻な影響を与えます。生理学的に関連する環境でナノスケールのタンパク質分布を可視化するために、研究者たちは新しいイメージング技術の探索を続けています。 MINFLUX（minimal ph...