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荒井聡[2017/07/03]

スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究チームは、電磁波などの振動現象全般について、100年来の常識であった「Q値」に関する物理的制約をくつがえす発見をしたと発表した。研究論文は、科学誌「Science」に掲載された。

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電磁波などの波を従来考えられていたよりも広いバンド幅と長い時間にわたって保持できることが明らかにされた(出所：EPFL)

電磁波、音波、機械振動などの共振現象を利用するさまざまなシステムの性能を評価するため、よく使われる指標としてQ値(クオリティ・ファクター)がある。

Q値は、共振周波数ω0を振動の減衰率Γで割った値であると定義される(Q＝ω0/Γ)。Q値が大きければ大きいほど、共振周波数ω0は高くなり、ω0を中心とするバンド幅Δωは狭くなる。つまり、強くて鋭い共振になる。

また、Q値の定義からは、減衰率Γがバンド幅Δωに等しいという関係が導かれる。これは、導波路や共振器の内部に振動を保持できる時間とその振動のバンド幅の間には物理的なトレードオフがあり、振動を長時間とどめておこうとすれば、必然的にバンド幅を狭く取らなければならなくなることを意味している。

このトレードオフの関係は、100年以上前にK.S.ジョンソンがQ値を定式化したときから、まぬがれることのできない根本的制約であると考えられてきた。原子・分子振動における放射減衰とスペクトル線幅にもこの関係がみられるし、共振器、水晶振動子、圧電素子、MEMS、超音波や弾性波を利用する音響システムなど、振動を利用したあらゆる分野のデバイス設計に同じ関係が取り入れられている。

今回の研究は、この制約に実は現実的な突破口があったということを示した点で、大きな注目を集めている。論文によると、突破のカギは「ローレンツの相反定理」にあるという。

ローレンツの相反定理とは、ある領域内に電流密度J1とJ2の2つの電流が流れていて、それぞれが電界E1とE2を発生させているとき、J1･E2を全空間で積分した値がJ2･E1を積分した値に等しくなるという関係のことである。媒質が線形の場合、ローレンツの相反定理が成り立つことはマクスウェル方程式から直接導出できる。

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https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00431249

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試作したＭＥＭＳスキャナー（早大提供）

早稲田大学理工学術院基幹理工学部の岩瀬英治准教授らの研究チームは、約１・５ミリメートル四方のミラーが全体面積の約８０％を占める新型の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スキャナー（走査装置）を開発した。ミラー面積を従来と同等にした場合、ＭＥＭＳスキャナーのサイズを４分の１程度に小さくできる可能性がある。現在は２次元画像のみを映し出す内視鏡やヘッド・マウント・ディスプレー（ＨＭＤ）の３次元画像の表示や小型化につながる。

岩瀬准教授らは、光の走査に使う可動ミラー部を支える支持梁（はり）の形状を工夫してＴ字型に作り込み、ミラー駆動に必要な複数の共振周波数を分離させた。

これにより、一対の支持梁で単一の駆動部ながら、３自由度光走査できるようになった。従来は梁部が多重構造になっており、梁の面積が大きく、ミラー部は１０―２０％にとどまっていた。

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(2017/6/8 05:00)

本体部分の大きさがわずか原子２個分という世界最小のラジオ受信器を、米ハーバード大学の研究者が開発した。
ダイヤモンドの結晶欠陥が持つ特殊な性質を利用し、高温といった厳しい環境でもきちんと機能するという。
ダイヤモンドは生体適合性も高いことから、宇宙での探査や通信、生体用の高感度センサーなどに将来応用できる可能性があるとしている。

ラジオは通常、電源と受信器、空中を飛び交う高い周波数の電磁波信号を低い周波数に変える変換器、特定の周波数の電磁波に同調するチューナー、それにスピーカーという５種類の部品で構成される。

ハーバード大工学・応用科学大学院のマルコ・ロンカー教授（電気工学）らは、このうち受信器の部分を小さなダイヤモンド結晶で作製。
３５０度Cの高温環境で、電磁波に載せた音楽を受信し、再生することに成功した。成果は米物理学会の応用物理学専門誌フィジカル・レビュー・アプライドに１５日掲載された。

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https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00411570

◆マリアナ海溝の不思議な「金属のような音」の源が特定される

少し前にマリアナ海溝の不思議な「金属のような音」が、学者たちによって記録された。
これを「あの世の音」と不吉な言葉で呼ぶ人たちもいた。

5つの部分から構成されたよく響く「歌」の長さは、３．５秒弱で、「金属のような」音で終わっている。
この「歌」は、秋と春の間、定期的に確認された。
研究者たちは、この「よく通る声の持ち主」は、ミンククジラではないかと考えている。

「歌」は、３８ヘルツから８０００ヘルツまでの周波数を網羅する音を含んでいる。
なお人間が音として聞き取れる周波数は、２０ヘルツから２０万ヘルツ。
オレゴン大学のシャロン・ネイキルク氏は、「低周波のうなり声は、ヒゲクジラにとって典型的なものだが、よく響く音が含まれていたその一部は、実際にユニークなものだ」と語った。

音は、いわゆる「パッシブ海洋音響グライダー」として知られる自動化された海洋「ロボット」によって記録された。
この「ロボット」は１０００メートルの深さまで潜ることができる。
先に米カリフォルニア州にあるモントレー水族館研究所の専門家達が、極めて珍しい深海魚「幽霊サメ」の撮影に初めて成功したと報じられた。

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Sputnik日本　2016年12月20日 08:23
https://jp.sputniknews.com/science/201612203154837/