ナノメカニカル構造機能化とそのセンサ応用

SDGs

研究内容

ナノメカニカル振動子は、振動を介し様々な微小物理量（変位，機械的・電磁気的力，温度，電荷，スピン等）を検出できることから、NEMS(Nanoelectromechanical systems)センサのキーコンポーネントとして期待されている素子である。当研究室では、ナノメカニカル構造のセンサへの応用を進めるとともに、その研究開発の鍵となるナノ構造作製技術，振動計測技術，ナノメカニカル構造体の特性解明，機能化に関する研究を行っている。
ナノメカニカル振動子の高性能化，センサ応用を行った例を紹介する。図１は、歪印可によりグラフェン振動子を高Q値化した例である。振動子に引張応力を印可することで、共振周波数の高周波数化に加え、センサ感度に関係するQ値を大幅に改善(現時点で24倍の高Q値化を達成)することができる。その他、形状や表面状態，材質を工夫することで、振動子の高性能化，高感度化に取り組んでいる。また、センサ応用の一例として、図２に波長計測素子を示す。光通信技術，分光技術などの材料評価技術への応用を狙った素子である。このように、ナノメカニカル構造を活用したセンサ素子，或いはその高性能化に関する研究を進めている。

【図１歪印可グラフェン振動子】
グラフェン振動子内部の歪（引張応力）を制御することによって、振動子を劇的に高Q化できることを見出した。本手法は、シリコン振動子をはじめとする様々な振動子の高性能化に有効な手法である。センサ開発における応答特性や感度向上の手段として期待できる。
© 米谷　玲皇

【図２光波長計測ナノメカニカル振動子】
Au/DLC/Si薄膜振動子にプラズモニック構造を組み合わせることで、振動子に波長選択性を付与し、波長計測を行った例である。
24pmの波長分解能を達成している。振動子は様々な物理量，作用に対しその共振特性を敏感に変化させることから、多様なセンシングへの応用が可能である。
© 米谷　玲皇

連携への希望

当研究室では、ナノメカニカル構造，NEMSの製作や特性評価、及びその高性能化について共同研究を行う用意がある。「このような対象をセンシングできないか？」や「このような素子を高性能化できないか？」などのご相談にも対応可能であり、そのような中から意義のある連携，共同研究が生まれることを期待している。

公開日 / 更新日

2021年11月18日

識別番号

No. 00016-03

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