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ビジョン
30 年後の未来社会では、我々人類が知覚できる領域の地平線はどこまで広がっているでしょうか？知覚の地平線は、どれだけ豊かな「情報」をこの世界からセンシングできるかによ
って決まります。センシングと言えば、昨今の IoT 化の興隆およびそれに伴う各国の積極投資によって、爆発的に発展している技術分野です。ところが、今日センシング技術で得られる情報というのは、已然として人間生活に近い領域に限定された、つまり”常温常圧”で”マクロスケール”を対象としたものがほとんどではないでしょうか。本研究では、人類の知覚が未だおよんでいない領域から有益な情報を得るためのセンシング技術を開発します。
最終用途例
APPLICATION
例えば数百度に達する炉の中にある部品の動作状況を磁場や温度を通して高い分解能で可視化できるようになります。
MARKET
人間の生活とは少し離れますが、高温になる工場や部品を扱う分野における需要を想定しています。
IMPLEMENTATION
磁場や温度の分布を高空間分解能でマッピングできることになります。分解能は感度とのトレードオフがありますが、ナノスケールのモニタリングも可能です。
強み
ダイヤモンドは数百度といった高温や、数十GPaといった高圧下でも物性が安定しています。そのためダイヤモンド中のNVセンターを用いた量子センシング技術は、このような極限環境でも高い性能を発揮することができます。
ダイヤモンド中のNVセンターは点欠陥であり、その大きさは原子レベルです。そのため、非常に高い空間分解能で量子センシングを行うことができます。
ダイヤモンド中のNVセンターは量子センサであるため、その状態が磁場や温度など様々な物理量によって影響を受けます。裏を返せば、これらの物理量を同時に計測できる可能性があるということです。
テクノロジー
NVセンターの量子状態は緑光を用いて初期化・読み出しを行います。基底状態から励起状態に励起される際、スピンの状態がms = 0であればほとんど100%の確率で赤色光を発光しますが、ms = +/-1であればその確率が減少します。実験室では532nmの波長を持つレーザーを使うことが多いですが、LEDなどの光源でも励起できるため、小型化に向いています。
NVセンターの量子状態はマイクロ波を用いてコヒーレントに制御します。スピンのms = 0とms = +/-1とのエネルギー差に相当する周波数を持ったマイクロ波を用います。実験室では金属ループに高周波を流して発生させますが、マイクロ波の強度自体は小さくて済むため、ダイヤモンドに直接組み込むなど、小型化に向いていると考えられます。
共同研究仮説
実際のユースケース実証に向けて、小型デバイスのプロトタイプを一緒に作成して下さる企業様を探しています。
将来のさらなる需要の発掘に向けて、最初のユースケース実証に共同で取り組んで下さる企業様を探しています。
研究設備
ナノスケール分解能を持つ磁場・温度・圧力の量子イメージング装置を運用しています。
数百GPa、数百℃まで印加できる、量子イメージング装置組み込み型の加圧加温装置を運用しています。
共用設備としてリソグラフィなどの加工ができます。簡単なアイデアであればすぐに試せる環境が整っています。
研究者
■経歴
2016.1 マサチューセッツ工科大学 Ph.D.（物理学）
2016.4 ハーバード・スミソニアン ポストドクトラルフェロー
2017.1 ボストン・コンサルティング・グループ
2020.2 東京工業大学 助教
2022.4 東京工業大学 准教授（現在に至る）
■ホームページ
https://keigoarai.net
