波多野・岩﨑研究室のやっていること

波多野・岩﨑研究室では、ダイヤモンドを用いた「ダイヤモンドエレクトロニクス」の研究をしています。宝石として身近な存在であるダイヤモンドですが、その物性にはとても面白いことが潜んでいます。

ダイヤモンドエレクトロニクスの切り拓く未来

MEG(脳磁図)をSQUID(超伝導量子干渉計)で計測する際の問題点

認知症は磁気を用いて診断することができます。現在、MEG(脳磁図)はSQUIDと呼ばれる超高感度な磁気センサを用いて測定を行うことが一般的ですが、その装置は図のようにとても大きく、また動作させるには極低温が必要です。そしてシステムはなんと3億円以上ととても高価です。

私達の提案「ダイヤモンド中のスピンを用いた超高感度量子磁気センサ」

ダイヤモンドを使った簡単な解決方法を紹介しましょう。ダイヤモンドの構造を少し変えることで、宝石から量子センサーに変えることができます。このように作られた量子センサーはSQUIDのように超低温を要求せず、室温でも敏感です。

ダイヤモンドを電子スピンのホストとして使用するダイヤモンドセンサーで、MEG / MRIの小型化を可能にする(I)

ダイヤモンドは炭素原子からできています。 1つの炭素を取り除いて窒素(Nitrogen)で置換し、空孔(Vacancy)と組み合わせれば、電子の特別な状態を実現することができます。その電子のスピン特性は磁場の影響を受けます。

ダイヤモンドセンサがMEG / MRIの小型化を可能にする(II)

私たちはこの電子スピンの量子力学的性質を利用し、ダイヤモンドを用いた高感度量子磁気センサーの研究を行っています。この量子操作によって得られるセンサーは、脳のニューロン活動がおこす磁場の感知を可能にすることができます。

自然のダイヤモンド vs. 合成のダイヤモンド ダイヤモンドをどうやって作っているのか?

天然のダイヤモンドは地球の深いところで長い時間をかけて生成されるため、貴重な素材です。しかし私たちは研究室でダイヤモンドを生産することができます。マイクロ波とメタンガスを組み合わせ、ダイヤモンドを合成しています。

ダイヤモンドセンサーのスケーラビリティ

この原子レベルのセンサーは、DNA・タンパク質・細胞・心臓/脳の活動のような、今までのセンサーでは計測が困難であった分野においても、スケーラブルなアプリケーションの可能性を秘めています。またこのセンサーは、IoTよりもさらに微細な分野をインターネットに繋げられる、"Internet of Nanothings"の可能性も秘めています。

他のセンサーとの比較

ダイヤモンドを用いた量子磁気センサーはナノスケールの世界のみならず、マイクロスケールの分野にも適用できる幅広い空間分解能を実現する可能性を持っています。ホール素子などの他のセンサより幅広い領域をカバーしているため、さまざまな応用が期待できます。

MEG IoT スーパーコンピューティング

近い将来にはダイヤモンドセンサーが脳の大規模な活動を解明する手助けとなるでしょう。スーパーコンピュータと組み合わせた大規模なデータ分析でリアルタイムイメージングを実現します。

IoT /スーパーコンピューティング(ライフサイエンス)を必要とする他の実装例

近年ではAI技術などの隆盛に伴い、運転者の監視・支援といった自動運転技術が急速に進歩しています。ダイヤモンドセンサの応用例の一つとして、運転者にダイヤモンドセンサを使用することで、眠い運転手に警告するといった非侵襲な監視システムが可能になります。

IoT /スーパーコンピューティング(医療)を必要とする他の実装例

私たちの提案する医療用途の1つはリンパ節に広がる乳がんの検出です。現在、乳がんは外科的に検査されています。私たちはダイヤモンドセンサーを用いた非侵襲な検査方法を開発しています。

ナノセンサとナノデバイスのインターネット(ダイヤモンド単電子スピン)のビジョン

ダイヤモンドセンサは、ナノチューンのインターネットにおけるナノセンサの候補となります。ダイヤモンドセンサはは、ポータブルで、安価に、非侵襲的に、そして室温でデータを収集することができます。

私たちの挑戦 - この技術を社会問題解決に応用できるか

私たちは、ナノセンサーとNanothings(ナノスケールのもの)のインターネットをこの地球上でどのように社会に活かしていけるかを考えています。