半導体-圧電異質構造における巨大な電子媒介フォノン非線形性 現代科学技術において、情報処理の効率と確定性はその応用潜在能力を左右する重要な要素です。光学周波数上の非線形光子相互作用は、クラシックおよび量子情報処理において大きなブレークスルーを示してきました。一方、射周波数領域では、非線形フォノン相互作用も同様に革命的な変化をもたらす可能性があります。本論文では、異質集積高移動度半導体材料を通じて、確定的な非線形フォノン相互作用を効果的に強化する方法を示しています。 研究背景 この研究が行われた理由は、現在の非線形フォノン相互作用の材料が非常に限られており、材料自体のフォノン非線形性による高効率な周波数変換が実現できないためです。いくつかの材料（例えばニオブ酸リチウム）は電声効果と非線形圧電効...

生成型セルオートマトンを用いた金のキラル形態発生の研究 背景と研究目的 キラリティー（chirality）は自然界に遍在し、特定の分子相互作用や多スケール結合を通じてシステム間で伝播および増幅されることがある。しかし、キラリティー形成のメカニズムや成長過程の主要ステップはまだ完全には理解されていません。本研究では、実験結果に基づく生成型セルオートマトン（cellular automata, CA）人工ニューラルネットワークをトレーニングし、非キラルからキラル形態への金ナノ粒子の識別可能な二つの経路を特定しました。キラリティーは初期段階ではエナンチオマー高指数平面境界での非対称成長の性質によって決定されます。深層学習に基づくキラル形態生成の説明は、理論的理解を提供するだけでなく、未知の交差経路...

机器学習と組合せ化学を利用してmRNA送達のための可イオン化脂質の発見を加速する 研究背景 メッセンジャーRNA（mRNA）治療の潜在能力を最大限に引き出すためには、脂質ナノ粒子（LNPs）のツールキットを拡張することが重要です。しかし、LNPs開発の主要なボトルネックは、新しい可イオン化脂質を識別することである。既存の研究では、LNPsが特定の組織または細胞にmRNAを送達するのに顕著な効果を示していることが明らかにされています。クラシックなLNPsの処方は通常、イオン化脂質、コレステロール、補助脂質、及びポリエチレングリコール化脂質（PEG脂質）から構成されており、特にイオン化脂質はmRNAの積載及びエンドソームからの逃避において重要な役割を果たしている。 近年、LNPsは臨床応用の分野...

クリップによる反強誘電薄膜電動機の電応答強化に関する研究 背景紹介 反強誘電薄膜材料は、微小/ナノメートルサイズの電気機械システムにおける潜在的な応用で広く注目を集めています。このようなシステムは、高い電気機械応答を持つ材料を要求しており、電場を加えることで顕著な電気機械変形を生み出します。しかし、従来の電気機械材料（強誘電材料や弛緩強誘電材料など）は、その厚さがサブミクロンレベルに縮小すると、応答が著しく低下します。これは主に、基板の機械的クリップ効果が材料の分極の回転と格子変形を制限するためです。 この制限を克服するために、研究者たちは非伝統的な方法を提案しました。すなわち、電場によって誘導される反強誘電-強誘電相変化と基板の拘束の結合を利用し、反強誘電薄膜の顕著な電気機械応答を実現しま...

ドイツ重ホールスピン量子ビットの最適動作点およびその高異方性ノイズ感度 背景と動機 量子コンピュータ（quantum computer）の発展は、複雑な問題の解決において非常に有望です。しかし、エラー耐性のある量子コンピュータを構築するには、高度にコヒーレントな大量の量子ビット（qubit）を統合する必要があります。スピン量子ビット、特にドイツゲルマニウム（Germanium, Ge）量子井戸のホール量子ビットは、その低ノイズ環境、高効率な制御および製造の難易度の低さにより、徐々に注目を集めています。しかし、これらの量子ビットを制御する過程で、電場によって引き起こされるg-テンソル（g-tensor）異方性によるデコヒーレンスおよび制御の課題に頻繁に直面します。 重ホール（heavy hol...

プログラム可能なトポロジーフォトニックチップの研究進展 研究背景 近年、トポロジー絶縁体（Topological Insulators, TI）は物理学界で大きな注目を集め、その豊富な物理メカニズムとトポロジー境界モードの潜在的な応用が、この分野を急速に発展させました。量子ホール効果（Quantum Hall Effect）の発見以来、トポロジー相（Topological Phase）の研究は大きな進歩を遂げ、次元性、対称性、非エルミート性、欠陥など多岐にわたる内容が含まれます。トポロジーとフォトニクスが出会うと、トポロジーフォトニクス分野が急速に台頭し、独立した研究方向となり、光学科学と技術の発展を革新的に促進しました。トポロジーフォトニクスシステムは、雑音が少なく、格子幾何の制約が少なく...