[研究室] 先端研

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フォトニックナノ構造とトポロジカル波動工学

フォトニック結晶とは光の波長程度の屈折率周期構造をもつ人工光学材料構造です。それを利用することで、従来の材料では困難であった光学制御や特異な光学現象などが実現可能となります。

我々は、従来の光デバイスの小型化の可能性を探求するとともに、光と物質の相互作用の高度な制御やそれを利用した量子デバイス、更には光の角運動量やトポロジカルな性質などの新たな自由度を活用した新奇光デバイスの実現を目指しています。

岩本 敏 / 岩本研究室

 

①	自然界に存在するフォトニック結晶の例
自然界に存在するフォトニック結晶の例
②	人工的に作成されたフォトニック結晶の例
人工的に作成されたフォトニック結晶の例

 

応用例
応用例

 

岩本研集合写真
研究室メンバー

“超”精密加工がもたらす先端科学技術

mimura lab.
原子レベルで滑らかなガラス表面の創生
mimura lab.
X線ミラーで実現する先端科学技術
mimura lab.
高速X線撮像による加工現象の学理解明

「蛋白質の謎」を理論化学的手法で解き明かそう

光合成蛋白質におけるプロトン共役電子移動
光合成蛋白質におけるプロトン共役電子移動

 

ロドプシンでは蛋白質が吸収波長と機能を同時に制御している
ロドプシンでは蛋白質が吸収波長と機能を同時に制御している
蛋白質におけるクロロフィルの吸収波長調整機構
蛋白質におけるクロロフィルの吸収波長調整機構

石北 央 / 石北研究室

化合物半導体を用いたフォトニックデバイス

レーザー光波長変換素子
レーザー光波長変換素子

 

ペロブスカイト型半導体
ペロブスカイト型半導体

近藤高志 / 近藤高志研究室

非経験的計算手法に基づく機能物質の理論設計

高圧下水素化物超伝導体の結晶構造予測
高圧下水素化物超伝導体の結晶構造予測

 

磁気構造予測の概念図
磁気構造予測の概念図

 

トポロジカル磁性エレクトライドの理論物質設計
トポロジカル磁性エレクトライドの理論物質設計

有田 亮太郎 / 有田研究室

持続可能な社会における材料の生産・使用・リサイクルを考える

生産

生産には多くのエネルギーが消費され、現行プロセスでは温室効果ガスが多く発生しています。また、天然資源から生産する際には、採掘に伴って環境や社会への負荷がかかっています。それらプロセスでの負荷の評価や、その負荷削減のための革新技術の効果量の評価をおこなっています。

さらに、二次資源から生産した際には、意図しない元素が混入することがあります。リサイクル材の中の不純物濃度のモニタリングならびに、各不純物による機能への影響を明らかにし、循環社会における機能劣化しない材料生産システムを目指しています。

使用

動的物質フロー分析により、材料の需要量は1人あたり使用量(in-use stock per capita)の蓄積が支配していることを明らかにしてきました。その使用量が飽和することが明らかになったことより将来需要量の推計モデル(stock-driven model)を開発しました。

自動車では軽量化材料の採用による燃費向上が望まれています。その一方、材料生産のエネルギー消費が大きいと燃費向上の効果との比較が必要です。ライフサイクルを通した材料選択の評価手法を開発しています。その評価指標として、環境影響だけでなく社会影響の評価指標を開発しています。

リサイクル

二次資源には、多くの意図しない異物が混入してしまいます。そこで、深層学習に基づいた画像解析技術を開発し、異物検出によって異物混入の少ない二次資源流通技術ならびにシステムを開発しています。

また、そのための基礎的な知見として、異物の混入源の特定は欠かせません。現行リサイクルにおける異物混入の実態を、フィールド調査に基づいたパラメータを物質フロー分析モデルで解析することにより明らかにしています。

ライフサイクル全体

使用済み製品から二次資源が回収されリサイクルされる材料のライフサイクルは、複数の製品のライフサイクルにまたがっています。一般的な製品ライフサイクルを対象としてライフサイクルアセスメント(life cycle assessment: LCA)を拡張した材料のためのLCA手法を開発しています。

金属材料はリサイクル性が高いのが特徴ですが、そのリサイクル回数の実測は困難です。そこで、リサイクル回数の推計のためにマルコフ連鎖モデルに基づいた数理モデルを開発しています。

セマンティックセグメンテーションによるヘビー鉄スクラップに対する鋼材厚さの分類器
セマンティックセグメンテーションによるヘビー鉄スクラップに対する鋼材厚さの分類器

 

使用済みガラスと酸化物系セラミックスの元素に着目したリサイクル最適化
使用済みガラスと酸化物系セラミックスの元素に着目したリサイクル最適化

醍醐 市朗 / 醍醐研究室