東京大学産学連携プロポーザル

素粒子・原子核・物質・生命科学研究、宇宙観測、医学、放射光等での様々な産業利用において、微小な光を精度良く計測するセンサーは最も重要な基盤のひとつである。また、医療現場・産業においても精密計測の基盤技術となっている。この研究室では次世代の光センサーとして注目を集めるPPD（pixelated photon detector）の開発を進めている。シリコン半導体にガイガーモードで動作する多数の微小ピクセルを造り何個のピクセルが光量子によりヒットしたかを出力することで光量子の数を「デジタル的に数える」という新しい概念での検出器で、これまで１０年程度の世界的な研究ですでにSiPMやMPPCという名称で実用に供され始めている。この研究室では更に、このセンサーの動的（時間変化まで追った）精密数値シミュレーションを用いて設計を最適化すること、および最大の課題である熱電子・ホール起源のノイズの抑制を図ること、そして増幅率を向上させるための積層型素子を実現すること等を、研究の主項目としている。

この研究室では素粒子物理の飛躍を目指して次世代大型加速器「リニアコライダー」のための幅広い技術研究を進めている。この加速器は地下に掘られた40km近い長さの直線トンネルの中に先端技術の総合システムである超伝導電子加速器を並べ光の速度まで加速された電子とその反物質の陽電子を衝突させることで新しい素粒子反応を調べようという計画である。

移動ロボットを遠隔操作する際、ロボットに搭載された複数のカメラの情報を効率的にオペレータに提示することが重要である。そこで当研究室では、ロボットに取り付けた複数台のカメラで映像に対してリアルタイム画像処理を施し、あたかもロボットを真上から見たような別視点映像を生成し、オペレータに提示する技術を開発した。

当研究室では、人間とロボットが共存する環境において、人間を目的地まで案内する移動ロボットの研究開発を行っている。 案内ロボットは、人間の邪魔にならないように行動すること、すなわち、人間の意図を推定することが重要である。そこで、人間の行動をリアルに再現するモデルを構築し、歩行者の行動を忠実にシミュレーションできる手法を構築した。

音速の異なる材料や構造の周期構造からなるフォノニック結晶や音響メタマテリアルを活用することで、音波や超音波の制御が可能であり、本研究室でも、フォノニック結晶共振器を用いた弾性波・超音波の制御などの研究を進めてきた。 音波や超音波は、身近な古典的波動であり、音響効果の制御や医療機器での利用など幅広く応用されており、フォノニック結晶や音響メタマテリアルの特徴をこれらの応用に適用して従来にない機能の実現や装置や設備の小型化が可能になると期待でき、関心を持っている。  

物性科学の分野では電子のバンド構造のトポロジカルな性質（バンドトポロジー）が新たな物質相の発現に重要な役割を担っており、その新たな物質相を活用した様々な魅力的応用が議論されている。このバンドトポロジーの概念を、光や音波、弾性波に適用することで、光や音波の新たな制御技術や応用の可能性が拓かれる。 本研究室では、トポロジーの概念を活用した波動の制御をトポロジカル波動工学とよび、その物理の探求と応用の可能性を探索している。これまでに、フォトニック結晶のバンドトポロジーを制御することで急峻な曲げがあっても高効率に伝搬できる導波路やトポロジーの性質を用いた光および弾性波の共振器等を実現してきた。また、このトポロジーの概念は、音波や機械系、構造物の振動などにも応用が可能であり、音響学や構造体の振動制御などの分野でも広く活用できる可能性があり、その展開を模索している。

発光性化合物は有機エレクトロルミネセンス(EL)材料などディスプレー素材として着目を浴びている。発光性物質の多くは芳香環（πユニット）で連結した化合物群であるが、その多くは有色（可視光に吸収を有する）であり、固体状態でπ-スタッキングや凝集を起こし、蛍光強度の低下がしばしば観測される。こうした欠点を打破するためケイ素を含む有機化合物の研究を行っている。具体的にはケイ素を含む5員環（ジベンゾシロール類）、6員環化合物（9,10-ジヒドロ-9,10-ジシラアントラセン類）やケイ素―ケイ素結合（ジシラン類、オリゴシラン類）を有する化合物を金属錯体触媒と塩基の存在下、効率良く合成している（図）。これらは単結晶X線構造解析により固体状態では分子間に相互作用は存在せず、それ故に固体中で高い蛍光量子収率を示す。

文部科学省は共用設備の活用による研究開発を推進しており、平成24年度にプラットフォーム事業を開始した。東京大学は微細加工および微細構造解析の各分野で事業拠点となり、共用設備の利用を開始している。また令和3年度からはマテリアル先端リサーチインフラ事業に引継ぎ、継続的な研究支援を行っていく予定である。 本リサーチインフラハブは、電子顕微鏡をはじめ、表面分析装置、結晶構造解析装置、電磁特性測定装置、光学特性測定装置など、様々な分野の装置を取り揃えており、1カ所で多角的な分析ができるのが大きな特長である。 電子顕微鏡は走査型透過電子顕微鏡(STEM)、透過型電子顕微鏡（TEM）、走査型電子顕微鏡（SEM）が設置されており、各種の用途に応じて使われている。特にSTEM/TEMではJEM-ARM200F(日本電子)が4台、稼働しており、原子分解能観察や各種分析に活用されている。 結晶構造解析装置は薄膜、粉末用にSmartLab（リガク）3台、単結晶用にVariMax Dual（リガク）、さらに高精度の解析向けにSuperLab（リガク）が設置されている。この他に有機高分子材料用にMicro7HFM-AXISⅦなどが設置されている。 SIMSは空間分解能50nmのNanoSIMS 50L(アメテック)が設置されている。国内で外部に利用が解放されているのは当拠点のものだけである。 その他にもXPS、エリプソメーター、プローバー、など各種の分析機器が設置されている。 利用については、まずコーディネート室(Tel:03(5841)6372, mail:info@lcnet.t.u-tokyo.ac.jp)にお問い合わせいただきたい。問い合わせ内容により、利用者、設備担当者およびコーディネート室の3者で相談できる場を設け、試料の組成や形状および分析目的等の説明をしていただき、分析可能かどうか、他に手法はあるかなどを検討する。また、その場で利用規則を説明し、了解をいただいた後、利用申請の手続きを行うことにしている。利用者は連絡先や研究課題などを登録し、手続きが完了する。利用申請後、利用者は直接、設備担当者に連絡し、設備の利用予約をして、利用が開始される。 利用形態は、利用者自身が機器を利用する機器利用、設備担当者に補助をしてもらいながら利用する技術補助、試料分析を依頼する技術代行があるが、当拠点では機密保持、マンパワーの点から機器利用を推奨している。初めての方は技術補助から始めることができるが、速やかに機器利用に移行していただけるよう、各種機器の利用に関する講習会や分析手法についてのセミナーを開催している。

力覚提示技術と非接触浮上技術の統合により、精密パーツ、易損物などを非接触で手軽に搬送できるツールの実現をめざして研究を進めている。

静電気力を駆動力として数ニュートンオーダの高い推力を発生する高出力静電モータの研究開発を行っている。