富山大学工学部 電気電子工学コース 電子デバイス工学 Electron Device Engineering

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電子デバイス工学

フレキシブルで人に優しいデバイスを目指して

研究紹介

有機デバイス

液晶、有機EL、有機トランジスタ、有機太陽電池などの有機デバイスの研究

　身の回りの家電製品や携帯電話、テレビや自動車などに入っているコンピュータなどは、エレクトロニクス（電子工学）の力で様々な機能や能力を発揮しています。エレクトロニクスでは、電子の動きを制御する半導体を使い電子回路や素子（デバイス）を作ることで様々な機能を実現しています。半導体の材料には、Si（ケイ素、シリコン）が使われていて、Si半導体技術がエレクトロニクスを進化させてきました。一方、炭素を含んだ化合物である有機化合物のなかに、エレクトロニクスに欠かせない半導体の性質を示す有機半導体が見つかりました。この有機半導体を用いた回路や素子のことを有機デバイスといいます。有機デバイスは、Si半導体デバイスに比べ、軽量、薄い、曲げられる（フレキシブル）などの特徴があるほか、塗布法や印刷法と呼ばれる低温かつ簡易的な作業手順でデバイスを作製できることなどから、従来のデバイスに代わるデバイスとして注目されています。代表的な有機デバイスとしては、有機エレクトロルミネッセンス（有機EL, OLED）、有機電界効果トランジスタ（有機FET, OFET）および有機太陽電池（有機薄膜太陽電池、OPV）の３つがあげられ、情報・通信技術の革新的デバイスとして脚光を浴びてきています。
　研究室では、様々な有機デバイスを実際に作製し、その性能向上のための研究やデバイス作製プロセスの改善・改良をはかるなど、新しい有機デバイスの研究を行っています。

強誘電体デバイス

結晶育成、結晶構解析、強誘電性発現の研究、分極・誘電・圧電・焦電の測定

材料に電圧を加えると電流が流れ、力を加えるとちぢむ（ひずむ）のはよくある物質の性質で、電気的な刺激に対して電気的な応答をし、力学的な刺激に対して力学的な応答をしています。一方、電圧を加えると変形したり、熱を加えると電気が起きるのは、電気的な刺激に対して力学的な応答をし、熱的な刺激に対して電気的な応答をしているので、ちょっと特殊な性質のように思われます。材料に力を加えると電気が起きたり、その逆で、材料に電圧を加えると変形したりする性質を圧電性といい、材料に熱を加えると電気が起きる性質を焦電性といいます。強誘電体は、これらの性質を兼ね備え、さらに表面に現れる電気的な極性を反転できる材料です。ちょうど、鉄釘（磁石の性質からみたときに強磁性体という仲間の材料）に磁石をこすりつけると釘が磁石になり、磁性の極性（N極、S極）はこする方向で変えることができるように、強誘電体では印加する電圧の極性（＋極、̠－極）で表面に現れる電気的な極性を反転できます。表面に現れる電気は導線の中を流れる電子のように自由に移動することはできませんが、ほかの電子を呼び寄せたり遠ざけることができるので、たしかに材料の表面に＋の電気があるのか、－の電気があるのかを区別することができます。この表面に現れる電気は、材料に逆の極性の電圧を加えるまでは極性を変えることはありませんので、不揮発性（電源不要）の記憶素子として使用できます。

　研究室では、強誘電体の性質がどのように発現するのかを調べるため、強誘電体結晶の育成、結晶構造解析、強誘電性の測定を行っています。

有機光量子コンピューティング

単光子発光有機EL、光位相制御素子、光量子コンピューティング

　量子的な光の性質を用いた新しい展開を目指し、単一光子発光、可干渉発光、干渉する光位相制御素子、光量子技術を用いるコンピューティング技術の研究を開始しました。
　詳細には、少数フォトンの光を統計的に取り扱い、可干渉状態での光位相制御を行うことで、発光状態の論理演算を行います。その結果として得られた確率振幅を調べることで、光量子コンピューティングにつながる研究を行っています。
　これにより、液晶デバイスによるYoungの光学構成でのNOT光論理演算、Mach–Zehnder干渉計を用いた極微小光位相制御デバイス、そして「液晶線形光学量子コンピューティング」などを実施しています。今後、単一光子の取り扱いにより、新しい形での量子コンピューティング技術ができるものと期待しています。　
(参考文献)　
・T.Watanabe, and H. Okada, “Fully logical NOT operation of self-aligned liquid crystal optical control devices with two-slit Young’s interference experiment”. Liquid Crystals 51(11), 1926 (2024).
・S. Yokotsuka and H. Okada, “Four-bit Input Linear Optical Quantum Computing with Liquid Crystal Devices”, APL Quantum 1, 046105 (2024).
・A.Terazawa and H. Okada, “Study on Extremely Weak Light Quantum Phase Control and Boson Statistical Distribution using Liquid Crystal Devices”, Proc. AM-FPD’25 (P-26), 159 (2025).

 

メンバー紹介

岡田　裕之

岡田　裕之教授

Professor Hiroyuki OKADA

略歴

学位・資格等

 工学博士  東京工業大学

専門分野

電子デバイス・電子機器

主な業績

researchmap

喜久田　寿郎

喜久田　寿郎准教授

Associate Professor Toshio KIKUTA

略歴

学位・資格等

博士（理学）  北海道大学

専門分野

  • 電子・電気材料工学

  • 物性Ⅰ

令和３年度大学院「電子デバイス工学特論」学生発表資料・レポート

　本年度は、学生さんに、Chris Bernhardt, “Quantum Computing for Everyone” (MIT Press,  Massachusetts, 2019)を、パワーポイントで紹介、プリゼンテーションを行って貰いました。それをpdf化した資料を添付します。授業では、量子コンピューティングについて、一例を計算解析するレポート提出を課題として出しました。
　高校生対象のオープンキャンパス前ですが、大学院の授業の一例として紹介します。
　ここで、資料については、軽量化のため、スライドショー動作が盛り込まれていません。また、一部画像の乱れがありますが、事例紹介として掲載致します。


R3_Advanced_Electron_Devices_1ver_2.718_1
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令和５年度大学院「電子デバイス工学特論」学生発表資料・レポート

 今年度は、先ず、自身のPCでのPython環境整備と学修を行った後、代表的機械学習ライブラリを蓄えるPennyLane (Xanadu)のオープンソースソフトウエアを動作させる。

　　　URL:　https://pennylane.ai/　⇒　Learn　⇒　Demo

その後、担当となるDemoについてパワーポイントによる紹介とprogram動作を行うこととする。

R5_Python_PennyLane_HP

 

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