圧電共振センサーは、化学および生物センシングに関連する多様な応用において不可欠です。これらは、真空、ガス、または流体中での分析物の表面への堆積による圧電共振子の共振周波数シフトを連続的に検出することに依存しています。微小な分析物の変化を検出するためには、高品質因数（quality factor, Q factor）を有する共振子が必要です。従来、品質因数を向上させる方法は、共振子の振動モード、構造、および材料を最適化することでした。しかし、これらの方法は複雑でコストがかかることが多いです。本論文では、Fano共振（Fano resonance）を利用して圧電センサーの品質因数を向上させる新しい方法を提案しています。 Fano共振は、原子や固体物理学で最初に発見された普遍的な散乱波現象です。こ...

ファイバーオプティクスに基づく表面増強ラマン分光法センサーを用いた生鶏肉中の食中毒病原菌の迅速多重検出 学術的背景 食中毒は世界的な公衆衛生上の重大な課題であり、その中でもサルモネラ菌（Salmonella）は主要な病原体の一つです。米国だけでも、年間135万件の感染症、26,500件の入院、420件の死亡が報告されています。国家レベルでの改善目標があるにもかかわらず、米国におけるサルモネラ感染率は過去30年間ほとんど変化していません。特に、鶏肉や七面鳥製品はサルモネラ感染の主要な源であり、サルモネラ症の約23.4%を占めています。米国疾病予防管理センター（CDC）によると、スーパーで販売される鶏肉パッケージの25個に1個はサルモネラに汚染されていると推定されています。サルモネラによる米国へ...

低ノイズ発振読み出し回路を備えた14 μHz/√Hz分解能および32 μHzバイアス不安定性を有するMEMS水晶共振加速度計の研究 学術的背景 マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）加速度計は、慣性航法、地震検出、ウェアラブルデバイス、インテリジェントロボットなどの分野で広く使用されています。特に、衛星制御や無人水中ビークルなどのアプリケーションでは、高分解能で低ドリフトの加速度測定が最も重要な性能指標の一つです。MEMS共振加速度計は、入力加速度信号をキャリア周波数に変調し、センシティブ要素の共振周波数を測定値として出力することで、振幅出力型加速度計（例えばMEMS容量型加速度計）よりも低いノイズレベルを実現します。さらに、共振加速度計は高分解能、広い測定範囲、大きなダイナミック...

圧電ナノ発電機を用いた音響エネルギー収集技術の進展 学術的背景 IoT（Internet of Things）デバイスの普及に伴い、持続可能なエネルギー源への需要が高まっています。従来の電池駆動方式には寿命の限界やメンテナンスコストの高さといった課題があるため、研究者たちは環境からエネルギーを収集する革新的な方法を模索しています。音響エネルギー収集（Acoustic Energy Harvesting）は、環境中の騒音を圧電効果を利用して電気エネルギーに変換する新興技術であり、幅広い応用が期待されています。圧電ナノ発電機（Piezoelectric Nanogenerators, PENGs）は音響エネルギー収集の中核技術の一つで、圧電材料を用いて機械振動を電気エネルギーに変換します。本論文...

電熱駆動型Al-SiO₂バイモルフを用いたマイクログリッパーの研究 学術的背景 マイクログリッパー（microgripper）は、マイクロおよびナノスケールでの組立や操作において重要な役割を果たし、マイクロエレクトロニクス、MEMS（マイクロ電気機械システム）、バイオメディカルエンジニアリングなどの分野で広く利用されています。脆弱な材料や微小な物体を安全に操作するためには、マイクログリッパーは高い精度、迅速な応答、使いやすさ、強力な信頼性、低消費電力などの特性を備える必要があります。これまでに、静電駆動、電磁駆動、光駆動など、さまざまな駆動メカニズムを用いたマイクログリッパーが開発されてきましたが、これらの技術にはいくつかの限界があります。例えば、光駆動マイクログリッパーは特定の光源と光学パ...