研究キーワード：ナノテクノロジー

ナノテクノロジーとは、物質をナノメートル（1 nm = 100万分の1 mm）の単位で、分析、作製や制御する技術。電子、原子、分子あるいは光子を自在に制御し、それらの位置や量を適切に設定したり、調整したり、あるいは、一旦設置された原子や分子を組み替えたりすることにより、新しい機能を有する材料、電子デバイス、光デバイスや電子－光融合デバイスが作製可能となると期待されます。 量子情報エレクトロニクスコースでは、そのような技術の開発を目指して、例えば、ナノスケールの構造を原子レベルで自由に組み立てるアトム・テクノロジーの研究、ナノレベルの炭素原子シートからなる新素材の研究、あるいは、ナノサイズの電子デバイスにおける電子の振舞いの理論的研究など、最先端の種々の装置や高性能計算機を活用したトップレベルの研究を行っています。今後新たに開発される様々な実用デバイスは、ナノスケールで制御された作製技術により初めて可能となる、と考えられており、当コースで行われている研究は、いずれも、多かれ少なかれナノテクノロジーが関わっています。

研究キーワード：高度集積（電子）デバイス

私たちの身の回りのあらゆるところに、色々な電子回路やそれらを集積化・システム化したものが使われ、私たちの生活は便利で文化的にも豊かになってきています。現時点で10億個以上もの素子が1cm程度のチップに詰め込まれている集積デバイスは、年々、その集積度が増大し、動作速度も向上しています。この分野の進展に寄与するため、量子情報エレクトロニクスコースでは、デバイスに使用される物質中の電子の振舞いについて、nm領域からcm領域に亘り、実験的または理論的に調べ、より高速に動作する、あるいは、より高度な機能を発する様々な量子情報デバイスに関する研究を行っています。また、これまで研究や開発の主対象であった電子を制御する技術（エレクトロニクス）のみならず、情報伝達に盛んに使用されるようになった光を制御する技術（フォトニクス）、新たな自由度であるスピンを制御する技術（スピントロニクス）、あるいは、これらすべての相互変換を制御できる画期的な集積デバイス技術の研究を行っています。更には、より高機能を呈するスピントロニクス材料の探索や、脳の働きを学ぶことにより得られる集積デバイスの基礎研究も行っています。

研究キーワード： 新（電子）材料

高度な機能を発するデバイスを実現する上で、その基となる材料の高品質化、あるいは、新規材料の開拓は不可欠な要素です。そのため、量子情報エレクトロニクスコースでは、今後使用が期待される電子材料の高品質化、あるいは、新たな素材の研究開発を行っています。シリコン（ケイ素）を代表とする従来半導体材料のみでは支えられないグリーンテクノロジーを担う、優れた機能のある新規半導体の高品質結晶作製技術の開発、光をより高エネルギーの光に高効率で変換できる新しい波長変換材料の開発、あるいは、エレクトロニクス分野やフォトニクス分野で実用化に向けて大幅な活用が期待される色々な有機材料の作製、高品質化や結晶化、並びに、それらのデバイス化に関する基礎研究を行っています。 　例えば、当コースの研究室で生み出され、世界的に評価されている波長変換結晶は、高性能紫外線レーザーとして実用化され、半導体産業の進歩に貢献しています。また、有機材料については、人体や自然環境にやさしく、従来半導体デバイスに比べ格段に安価で作製できる有機太陽電池、有機ELや有機レーザーなどの有効性を実証することにより、これらの分野の発展に寄与しています。

研究キーワード： 次世代光デバイス

現在、情報は光ファイバ通信により瞬時に遠方まで伝わり、高速なCPUにより大量に処理され、高度な情報化社会が実現されていますが、それらの伝達・処理速度は既に飽和を迎えています。これに対して量子情報エレクトロニクスコースでは、ビッグデータ解析や人工知能といった、更なる情報通信量の増大や高度情報化を支える次世代光デバイスを開発しています。具体的には、ナノスケールの超微細構造体であるフォトニック結晶の理論的・実験的研究と、この成果を用いた超高速・高安定なフォトニック結晶半導体レーザーの開発を行い、特にデータセンタのボトルネックの解決や劇的な省電力化を目指しています。更に、量子もつれ光子対光源や量子干渉計といった量子光学デバイスにより構成される、従来の古典計算機の処理速度を遥かに凌ぐ超高速計算が可能な光導波路型量子コンピュータの開発を行っています。加えて、半導体レーザーと非線形光学素子の集積により、深紫外・テラヘルツ域といった未踏波長域の超小型・省エネルギーな光源を開発し、低炭素社会への貢献を目指すとともに、テラヘルツ波や高強度レーザーを用いた新規な学理と応用分野を探求しています。