http://news.mynavi.jp/news/2017/07/03/096/

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。

http://news.mynavi.jp/news/2017/07/03/096/images/001.jpg

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

http://d1z3vv7o7vo5tt.cloudfront.net/medium/article/img1_file5937b63355a89.jpg
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)

共同発表：長距離光ファイバ共振器を用いて光による大規模人工スピンネットワークの生成に成功
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160419/index.html


ポイント
１０，０００を超える人工スピン群を、長距離光ファイバ共振器を用いて生成した光パラメトリック発振器群で実現。
室温の光パラメトリック発振器群が低温下のスピン群の振る舞いを模擬し、高品質な人工スピンとして使用可能であることを確認。
組合せ最適化問題を高速に解くコンピュータの実現に向けた大きな一歩。


内閣府　総合科学技術・イノベーション会議が主導する革新的研究開発推進プログラム（ＩｍＰＡＣＴ）の山本 喜久　プログラム・マネージャーの研究開発プログラムの一環として、日本電信電話株式会社（東京都千代田区、代表取締役社長　鵜浦 博夫　以下、ＮＴＴ） ＮＴＴ物性科学基礎研究所（所長　寒川 哲臣） 量子光制御研究グループの武居 弘樹　主幹研究員、稲垣 卓弘　研究員らのグループは、大阪大学 大学院工学系研究科の井上 恭　教授らと共同で、組合せ最適化問題の解を高速に探索する「コヒーレントイジングマシン」実現の基盤技術である、光による大規模な人工スピン群の生成に成功しました。

通信網、交通網、ソーシャルネットワークなど、社会を構成する様々なシステムが大規模化、複雑化するにつれ、システムの解析や最適化が重要な課題となっています。これらの課題の多くは組合せ最適化問題と呼ばれる、従来のコンピュータが苦手とする数学的問題に帰着されることが知られています。本研究グループでは、光パラメトリック発振器と呼ばれる光の発振状態をスピン注１）として見立て、相互作用する多数のスピンが全体のエネルギーを最低とするようにその向きをとる現象を利用して組合せ最適化問題の解を探索する「コヒーレントイジングマシン」の研究を行っています。

今回、長さ１ｋｍの長距離ファイバ光共振器中に配置した高非線形光ファイバ中の四光波混合注２）により、時間的に多重された１０，０００を超える光パラメトリック発振器を一括生成することに成功しました。さらに、隣接する発振器を結合することにより、１次元のスピンネットワークを模擬し、光パラメトリック発振器群が低温下のスピンのように振る舞うことを確認しました。

本研究成果は、長距離光ファイバ共振器を用いて時間多重された光パラメトリック発振器を生成する今回の手法が、数千を超えるスピン数を持つコヒーレントイジングマシンの構築のための基盤技術として有用であることを示すものであり、大規模な組合せ最適化問題を従来に比して飛躍的に高速に解くコンピュータの実現に寄与することが期待されます。本研究成果は、２０１６年４月１８日１６時（英国時間）に英国の科学誌「ネイチャー・フォトニクス」のオンライン速報版で公開されます。

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　レーダーから見えにくくなるという「メタスキン」を開発したと、米アイオワ州立大学の研究者が発表した。フレキシブルで伸び縮み可能なのが特徴で、これで覆うことで物体をレーダーから発見されにくくすることができるという。研究が進めば、将来は可視光でも見えにくくなる“隠れみの”もできるかもしれない──という。

・レーダー波を抑えてしまうという「メタスキン」　Photo courtesy of Liang Dong
http://image.itmedia.co.jp/news/articles/1603/10/sk_stealth_01.jpg

　シート上のシリコーンに、外径5ミリ・厚さ0.5ミリ程度というリングの形を埋め込み、リングには液体金属のガリンスタン（ガリウム、インジウム、スズの合金）を満たした。リングはインダクタ（コイル）になり、またそれぞれのリングが持つ1ミリ程度の空乏層によりコンデンサーになるという。その結果リングは共振器として働き、一定の周波数のレーダー波を抑えることができるという。

続きはソースで


成果は「Scientific Reports」に掲載された。


ITmedia　2016年03月10日 15時58分 更新
http://www.itmedia.co.jp/news/articles/1603/10/news116.html

参考：
Iowa State engineers develop flexible skin that traps radar waves, cloaks objects
http://www.news.iastate.edu/news/2016/03/04/meta-skin

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