挿入層遷移金属ジカルコゲニドに基づく高生成率での効率低下が抑えられた発光ダイオード（LEDs）の研究 背景と研究意義 近年、2次元（2D）材料を基盤とした発光ダイオード（LEDs）は、ディスプレイ技術、光通信、ナノ光源などの分野で注目を集めています。しかし、2D材料の強い量子閉じ込め効果と減少した誘電体遮蔽効果により、高生成率下では2D材料LEDに「効率低下」（Efficiency Roll-Off, ERO）が生じる課題が存在します。この現象は主に励起子-励起子消滅（Exciton-Exciton Annihilation, EEA）プロセスに起因します。このプロセスは、ある励起子が別の励起子を非放射的に解離させ、エネルギーを放出するオージェ再結合（Auger recombination）...

高遷移率n型モリブデン⼆硫化物トランジスターにおける分数量子ホール相研究 背景および研究動機 低温環境において、半導体遷移金属ダイカルコゲナイド（Transition Metal Dichalcogenides, TMDs）に基づくトランジスターは、理論的に高いキャリア移動度、強いスピン軌道相互作用、そして量子基底状態における内在的な強電子相互作用を提供することができます。これにより、多体電子相互作用や量子状態の探索に理想的なプラットフォームとなります。しかし、極低温でTMD材料に対して信頼性の高いオーミック接触（Ohmic Contact）を実現する難しさから、フェルミ準位がバンド端近くにある場合の電子相関特性、特に部分充填されたランドー準位（Landau Levels, LLs）での分数...

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...

高音圧圧電マイクロマシニング超音波トランスデューサの研究進展 学術的背景 超音波トランスデューサは、物体検出、非破壊検査、生体医学的イメージング、治療などの分野で広く使用されています。従来のバルク超音波トランスデューサと比較して、圧電マイクロマシニング超音波トランスデューサ（PMUT）は、小型化、低消費電力、広帯域幅などの利点があり、消費電子機器やIoT（モノのインターネット）における測距、ジェスチャー認識、指紋センシング、3Dイメージングなどのアプリケーションに適しています。しかし、これらの小型センサーは出力圧力が比較的低く、さまざまなアプリケーションでの信号伝送が制限されています。例えば、最先端の窒化アルミニウム（AlN）ベースのPMUTアレイは、4メートルの伝送距離しか達成していません...

CrドープV₂O₃薄膜の圧電抵抗効果に関する研究とMEMSセンサーへの応用 学術的背景 圧電抵抗式マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）センサーは、材料の圧電抵抗効果を利用して、観測対象の物理的特性によって引き起こされる応力変化を抵抗変化に変換するデバイスであり、自動車、航空宇宙、バイオメディカル、研究分野で広く使用されています。現在、ほとんどの圧電抵抗式センサーはドープシリコンを圧電抵抗材料として使用していますが、その圧電抵抗効果は限られており、縦方向のゲージ係数（Gauge Factor, GF）は通常120以下です。センサー性能を向上させるために、研究者たちは新しい圧電抵抗材料の探索を続けており、バナジウム酸化物材料はその独特な圧電抵抗特性から注目を集めています。特に、Crド...

電熱駆動型Al-SiO₂バイモルフを用いたマイクログリッパーの研究 学術的背景 マイクログリッパー（microgripper）は、マイクロおよびナノスケールでの組立や操作において重要な役割を果たし、マイクロエレクトロニクス、MEMS（マイクロ電気機械システム）、バイオメディカルエンジニアリングなどの分野で広く利用されています。脆弱な材料や微小な物体を安全に操作するためには、マイクログリッパーは高い精度、迅速な応答、使いやすさ、強力な信頼性、低消費電力などの特性を備える必要があります。これまでに、静電駆動、電磁駆動、光駆動など、さまざまな駆動メカニズムを用いたマイクログリッパーが開発されてきましたが、これらの技術にはいくつかの限界があります。例えば、光駆動マイクログリッパーは特定の光源と光学パ...

超薄・超平坦ダイヤモンド膜のスケーラブルな生産 学術的背景 ダイヤモンドは、その優れた物理的特性から、電子、光子、力学、熱学、音響学など幅広い分野で応用が期待される材料です。しかし、過去数十年にわたる研究の進展にもかかわらず、大規模な高品質な超薄膜の生産は依然として大きな課題でした。従来のダイヤモンド膜の生産方法、例えばレーザー切断や化学気相成長（CVD）は、高品質な単結晶ダイヤモンド（SCD）を生産することができますが、大規模な工業的応用においては多くの制約があり、特に大面積で超薄かつ表面が平坦なダイヤモンド膜の生産が困難でした。これらの問題は、ダイヤモンド材料の半導体技術への応用を大きく妨げていました。 この問題を解決するため、研究者たちは大面積で超薄、超平坦かつ転写可能なダイヤモンド膜...

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...

超狭帯域混合集成自己注入ロック式780nmレーザーに関する研究報告 研究背景 現代科学技術において、狭帯域レーザーは多様な用途で非常に重要な役割を果たしています。これには、古典的および量子センシング、イオン捕捉系、位置測定／ナビゲーション／タイミングシステム、オプティカルクロック、マイクロ波周波数合成器などが含まれます。特に可視光および近赤外光スペクトル範囲における低ノイズレーザーは、量子計算、センシング、原子時計に使用されるレーザービームの束縛および冷却技術のために重要です。本研究では、780nmの動作波長で混合集成された狭帯域レーザーを示し、105Hzの自己異なり帯域幅を実現しました。この研究は、Hzレベルの狭帯域レーザー技術の実現可能性を示すだけでなく、将来の探求のための基礎も築いてい...

背景紹介 光子統合回路（PICs）は、高速データ伝送を実現するために重要な意味を持っています。しかし、従来の光子統合回路は単一平面または少数の重ね合わせられた平面だけを使用していたため、光信号のルーティングは制限されていました。さらに、実際の応用では、結合損失をできるだけ低減する必要があります。現在の光子統合回路は、主に平面製造技術によって構築され、シリコン絶縁体（SOI）、シリコン窒化物（SiN）、リチウムナイオベート絶縁体（LNOI）などの材料が含まれています。しかし、これらの方法は、光路結合損失が高かったり、3D自由経路の光路が複雑で実現が難しかったりする問題にしばしば直面します。 これらの制限を克服するために、研究チームは、新しい製造方法として、光線曝露によって制御される屈折率（SC...