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2023 年度 実施状況報告書

小型核磁気共鳴測定用容量型アンテナに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 23K03868
研究機関九州工業大学

研究代表者

孫 勇  九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (60274560)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
キーワード核磁気共鳴 / 容量型アンテナ / 小型装置 / 自動計測 / 電磁ノイズ
研究実績の概要

最初年度の研究は順調に進み次のような結果が得られている。
①試料の測定について  水素同位体1H試料作製を試みた。水素プラズマとシリコン結晶との反応を利用し、単結晶シリコン基板上に1H試料を作製してみた。水素ガスについて、1H原子が多く含まれるものを購入し、スパッタリングガスとして利用した。基板温度やガス圧などの作製条件を調整し、厚さ2マイクロメートル程度の微粒子SiHxの薄膜を準備した。また、強磁性体試料La2CuO4を購入し、酸素のナイトシフト等の効果を確認した。また、超伝導体試料DyBCOとYBCO等の既存超伝導材料を用い、スピン一重項、スピン三重項、核スピンー格子緩和などの測定を通じて、本開発装置の性能を確認する予定である。
②データ収集と処理の自動化について  自動計測では、パソコンによる温度や電源信号及びオシロスコープの制御を通じて必要とするデータの収集を実現し、エクセル方式で保存した。しかし、データの量が膨大で手作業では無理があった。これらのデータを必要なパラメーターの関数として処理する必要がある。
③容量型アンテナの作製  平面型容量アンテナの作製は終了している。基板はLiNbO3結晶で、電極とアンテナは金属のアルミ薄膜で作製されている。アンテナは、長さの異なる容量電極がマイクロメートルの間隔で並んでいる。また、櫛状電極にリード電線を引いた。櫛状電極に交流信号を印加すれば、基板の圧電体の効果で弾性表面波が励起され、アンテナに近づくと電波に変換される。測定試料をアンテナの表面付近に設置すれば、アンテナから放射した電波に照射され、試料の電波吸収を励起する。試料の電波吸収を経てアンテナを通過した弾性表面波は、もう一方の櫛状電極によって電気信号に変換され検出された。これによって電波吸収の定量化を実現できた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

令和5年度には国際特許1件の出願と数件の発表があった。令和6年度には、データの蓄積もあり、雑誌発表論文や国際会議での発表を増やしたいと考えている。また、知的財産権の確保のために特許の出願も引き続き努める。更に、各種展示会と集会や新聞発表等にも積極的に参加・アピールしたいと考えている。国際会議や国際交流などにも計画している。

今後の研究の推進方策

令和6年度の研究では具体的な実行計画は次のように立てている。
主要計画内容は容量型アンテナの特性評価にある。 LiNbO3結晶基板上にアルミニウム金属アンテナを作製したが、アンテナの形状等について、測定の要求に応じて既存のCADプログラムを用い設計のベスト条件を見つける。アンテナパターンの形成は微細加工技術で行う。令和6年度には、このアンテナの電波発射特性を確認し、性能の改善を図る。アンテナの性能指数として次のような評価点が考えられる。①発射電波の周波数範囲である。電波周波数はアンテナの長さで決まるが、今回作成した長さは2mm~10mmの範囲内にあり、対応電波周波数は1.0 GHz~5.8 GHzの範囲にある。②アンテナは、空気/LiNbO3界面に作製されているので2種類波長の電波が発射される可能性があり、これについて確認する。③電波発射の距離分布の同定である。直流の場合には遠距離への電波の発射が無視できる。MHz以上になると空気中に放射されると言われている。従って、MHz以下の周波数を持つものは、界面付近に分布する交流電界などの局在波になる可能性があり、NMR測定に与える影響について調べる必要がある。

次年度使用額が生じた理由

次年度にSiウェハーの加工を計画している。必要予算が50万円程度と見積もられている。来年度に予定している国際会議やセミナーなどの予定などを考慮し、Siウェハーの加工を来年度に実施するにした。特に研究計画に影響がないと考えている。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (6件) 図書 (1件) 産業財産権 (2件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Toward the Realization of Nanogate Capacitors: In Search of Practical Advice2023

    • 著者名/発表者名
      Hong Yu Li, Yong Sun and Shigeru Kanemitsu
    • 雑誌名

      Qeios

      巻: 2 ページ: 1-11

    • DOI

      10.32388/5KKSPY.2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Irreducible characters of the icosahedral group2023

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Kanemitsu, Jay Mehta and Yong Sun
    • 雑誌名

      Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics

      巻: 4 ページ: 405-412

    • DOI

      10.17586/2220-8054-2023-14-4-405-412

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Toward a realization of nano-gate capacitors for want of practical advices2023

    • 著者名/発表者名
      Hong Yu Li, Yong Sun and Shigeru Kanemitsu
    • 雑誌名

      Qeios

      巻: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.32388/5KKSPY.

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] GO/Cu構造の負性容量特性2023

    • 著者名/発表者名
      安永 光、酒井 啓之、野田 将吾、孫 勇
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] CNT/Cu構造の負性容量特性2023

    • 著者名/発表者名
      谷岡 優樹、松尾 海飛、藤本 颯太、清藤 亮、孫 勇
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] CNT/Cuの負性容量特性2023

    • 著者名/発表者名
      松尾 海飛、谷岡 優樹、藤本 颯太、清藤 亮、孫 勇
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] ナノ酸化グラフェンのAC特性評価2023

    • 著者名/発表者名
      酒井 啓行、野田 将吾、小谷 真弘、南瀬 颯、清藤 亮、藤本 颯太、安永 光、李 想、孫 勇
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] ナノ酸化グラフェンの誘電特性2023

    • 著者名/発表者名
      野田 将吾、酒井 啓行、小谷 真弘、南瀬 颯、清藤 亮、藤本 颯太、安永 光、李 想、孫 勇
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] SAWデバイスによる表面伝導測定2023

    • 著者名/発表者名
      小谷 真弘、前川 創、竹下 尚希、孫 勇
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [図書] リチウムイオン電池の長期安定利用に向けたマネジメント技術2023

    • 著者名/発表者名
      向井孝志 他77名
    • 総ページ数
      567
    • 出版者
      技術情報協会
    • ISBN
      978-4-86104-938-5
  • [産業財産権] デバイス2023

    • 発明者名
      孫 勇
    • 権利者名
      九州工業大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-114620
  • [産業財産権] デバイス2023

    • 発明者名
      孫 勇
    • 権利者名
      九州工業大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      PCT/JP2023/019341
    • 外国

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公開日: 2024-12-25  

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