KANSAI UNIVERSITY

システム理工学部

学びのスタイル

理工学研究科 システム理工学専攻
博士課程前期課程 1年次生
左手 宏毅

研究テーマ

4層構造の磁気トンネル抵抗素子に関する研究

ナノサイズの磁石で開発する次世代電子デバイス。電気抵抗を探る計算で、その素材を見極めます。 ナノサイズの磁石で開発する次世代電子デバイス。電気抵抗を探る計算で、その素材を見極めます。

パソコンのハードディスクやメモリなどの情報記録装置は、より小型化、大容量化が望まれています。それを実現する「ナノサイズの磁石を用いた次世代電子デバイス」が、私の研究対象です。コンピュータの中での情報の基本単位である「0と1」をナノメートル程度の大きさの磁石に担わせることで、大幅な性能アップが見込めます。ここで重要になるのが、デバイスを構成する金属などの素材。記録密度の高さや処理スピードの速さといった性能は、物質がもつ電気的・磁気的性質に影響されるため、素材の種類や使用条件によって性質、特に電気抵抗がどう変わるのか計算で求めています。企業における実用化試験に必要となる、重要な計算です。理論と実験の結果が一致しても「良かった」で終わらせず、なぜ一致したのか、改善点はないのかと、引き続き探ることが大切。物理の仕組みは探れば探るほどおもしろく、しかも社会に役立つことが実感できるところが大きな魅力です。大学院に進学してさらに研究を深め、培った力を開発職などで役立てたいです。

社会の発展に結びつく学びが学科全体に含まれ、次世代のものづくりへのアプローチが可能です。

左手さんがめざすのは、量子力学特有の物理現象に基づき、情報記録装置の未来を変えるという、全く新しい発想による次世代のものづくり。こうした社会の発展に直接結びつく学びが、学科全体にあります。大学院では、企業や研究所と連携する研究も少なくありません。左手さんのように考える力を鍛え、自分が一度出した答をも疑ってみる人が、科学技術の新しい境地を切り拓きます。

物理・応用物理学科
伊藤 博介 教授

  • ※この学びのスタイルは2016年度のものです。

理工学研究科 システム理工学専攻
博士課程前期課程 1年次生
竹村 実成

研究テーマ

フェムト秒電子バンチが引き起こすコヒーレント放射現象

理論と実験を通じて量子物理に挑戦。研究室のなかで、光の発生を確認しました。 理論と実験を通じて量子物理に挑戦。研究室のなかで、光の発生を確認しました。

金属表面をかすめるように飛ぶ
電子ビームと発生した放射光

私が所属する量子放射光物理研究室では、光速近くまで加速した電子で光を発生させることを目標に、理論研究と実験を行っています。理論研究は、英文の教科書を読んで発表するところからスタートしました。「理論を理解するとは、数式が表現していることを図に描けるようになること」という先生の教えを受け、表面的に数式を追うのではなく、数式が何を意味しているのかをイメージとして理解することを大切にしています。研究室の仲間は、物理学への情熱が人一倍強い人ばかりで、知的刺激を感じない日はありません。実験では、研究室にあるレーザー装置に自作の装置を組み合わせてシステムを設計し、そこに加速した電子ビームを流すことで、凹凸のある金属板の表面から光が発生することを確かめました。実験結果は日本赤外線学会で発表し、優秀発表賞を受賞。通常は大がかりな実験施設でなければ成功しないだろうと考えられていたことを、研究室内のシンプルな装置を使って世界で初めて実現した点が評価され、とても喜んでいます。

物理が好きな人はもちろん、学ぶ方向を決めていない人にも物理を勧めます。

物理を深く学んでいくと、研究の選択肢が化学、生物など、ほかの専門分野にも広がっていきます。めざす分野が明確でない人や、いろいろなことに挑戦してみたい人は、まず物理を学んでみるとよいと思います。一方、竹村さんは物理の魅力にとりつかれ、研究者をめざすほどになりました。学ぶ意欲にあふれた学生が研究室に加わってくれることは、大変うれしいですね。

物理・応用物理学科
淺川 誠 教授

  • ※この学びのスタイルは2015年度のものです。

理工学研究科 システムデザイン専攻(現 システム理工学専攻)
博士課程前期課程 2年次生
富田 昌志

研究テーマ

確率波動で探るフェムトスケールの核分子

超短寿命な原子核の大きさを推定する方法を開発しました。 超短寿命な原子核の大きさを推定する方法を開発しました。

物質を細かくしていくと、原子にたどり着きます。その原子の中心にあるのは、「原子核」と呼ばれる数fm※1単位の微小な粒子。私は炭素原子核を題材に、この非常に小さな世界を探究しています。身のまわりにある物質の原子核の中では、複数の核子※2が集合し、1つの塊として存在していますが、外からエネルギーを与えるとその塊はα粒子に分離し、分子のように互いに弱く結合し合っている「αクラスター構造」に変化します。炭素の場合、3つのα粒子に分離した「3αクラスター状態」が発現します。3αクラスター状態は不安定で、非常に短時間で壊れてしまいます。そして、αクラスター状態ではもとの半径の1.5倍ぐらいに膨れあがっていると考えられていますが、はっきりした大きさはわかっていません。私は量子力学の理論に基づき、原子核の確率的な波動の反応を数値シミュレーションすることによって、αクラスター状態での大きさを推定する方法を開発しました。炭素の3α状態は地球上には存在しませんが、実は、宇宙の恒星内で一時的に形成され、3αクラスター状態を経由して炭素ができると考えられています。原子核というミクロの世界の研究が、宇宙という最もマクロな世界の解明につながる点に、非常におもしろさを感じます。

  • ※1 fm(フェムトメートル):10のマイナス15乗メートル
  • ※2 核子:陽子と中性子をまとめて核子と呼ぶ

原子核の内部構造は、世界中が注目するホットな研究テーマです。

原子核は、陽子と中性子という2種類の核子が密集した系で、例えて言うなら水滴の中の水分子のように、互いに強く結びつきながら活発に運動しています。富田さんは、原子核のエネルギーが増大した励起状態に関する興味深い性質を研究し、画期的な成果を上げました。最先端の研究として国際会議で発表し注目を浴びたほか、アメリカの学術雑誌にも論文が掲載されました。

物理・応用物理学科
伊藤 誠 准教授

  • ※この学びのスタイルは2014年度のものです。

理工学研究科 システムデザイン専攻
博士課程前期課程 2年次生
廣兼 宗諒

研究テーマ

時間に依存するシュレディンガー方程式の数値解法

大きな原子核が分裂するときの 挙動をシミュレーションで予測しています。 大きな原子核が分裂するときの 挙動をシミュレーションで予測しています。

私が取り組んでいるのは、原子の中心にある原子核の研究。特に質量数が250ほどもある大きな原子核を対象としています。このような大きい原子核は、外部から大きなエネルギーを与えなくても核分裂を起こして2つに割れてしまいますが、そのとき、実際に何が起きているのかは解明されていません。そこで私はコンピュータを使って分裂の数値シミュレーションを実施し、その予測を導こうと研究に取り組んでいます。課題は、アルゴリズムを工夫して計算速度を上げながら、誤差をなるべく少なくして精度の高いシミュレーションを行うこと。研究を始めてから1年、和田先生に何度も相談しながら試行錯誤し、学会発表ができる段階にまで研究がまとまってきました。原子核の運動を理解するためには、量子物理をよく学ぶことが必要です。量子物理は、私にとって物理のなかで最も難しい分野ですが、わからないからこそ知りたいと思って学んできました。最初はバラバラの点でしかなかった知識が、学びが深まるとともにつながり始め、学部時代に感じた疑問が最近になって理解できるようになることも珍しくありません。わかる喜びが、物理を学ぶ魅力だと思います。

原子核の構造変化を解明する 意義深い研究に期待しています。

原子核は陽子と中性子が複数集まってできていますが、多体系の複雑さゆえ未だ解明されていない部分がたくさんあります。原子核の構造を解明し、原子核の反応に際して何が起こっているかを明らかにすることが原子核物理学の大きな目標です。廣兼さんの研究テーマは国際的にも関心を集めており、彼は量子物理をよく理解して研究を進めているので、興味深い成果が出ると期待しています。

物理・応用物理学科
和田 隆宏 教授

  • ※この学びのスタイルは2013年度のものです。

理工学研究科 システムデザイン専攻
博士課程前期課程 2年次生
加藤 恭仁子

研究テーマ

高圧下での金における最密充填構造の安定性と超伝導に関する第一原理的研究

物質の未知なる可能性に迫る 壮大な研究プロジェクトに夢中です。 物質の未知なる可能性に迫る 壮大な研究プロジェクトに夢中です。

物性理論研究室で超伝導現象についての研究に取り組んでいます。超伝導とは、電気抵抗がゼロになること。身近な話では、発電所から各家庭まで送電する間に10%程度の電力をロスすると言われています。しかし、送電線を超伝導性の金属に替えればロスはゼロ。現在はー100℃以下の低温でなければ、物質を超伝導化することはできませんが、もし常温で実現すれば、エネルギーの大きな節約になります。研究室では、予測と実験を通じ、すべての元素の超伝導化をめざす共同研究プロジェクトが進行中。そのなかで私は、研究室のコンピュータを使って「第1原理計算」という計算を実施し、金などが超伝導化する可能性を予測しようとしています。地球の中心にかかるような超高圧下では、すべての物質は金属になると予想されています。近年、実験により、酸素が100ギガパスカル(GPa)という高い圧力をかけると金属化するということが分かりました。つまり、理論上はどんな物質でも超伝導化する可能性があるのです。超伝導現象を常温で実現することは、現代物理学が追い求める夢のひとつ。難しさもありますが、計算を用いて物質の未知なる可能性に迫れるところにおもしろさを感じています。

量子物理は、ミクロの世界の謎を解き明かす可能性に満ちています。

例えば通常は気体である酸素も、100GPa(100万気圧)という圧力をかけると金属化し、これを冷却すると超伝導化することが分かっています。こうした物質の性質を理解しようとするとき、原子レベルの小さな世界で起きている物理現象は、ニュートン力学では説明しきれません。そこで威力を発揮するのが量子力学。第1原理計算も量子力学をベースにしているのです。

物理・応用物理学科
鈴木 直 教授

  • ※この学びのスタイルは2012年度のものです。

理工学研究科 システムデザイン専攻
博士課程前期課程 2年次生
藤原 秀誠

研究テーマ

簡易風洞用磁気支持天秤の開発

小さな装置で簡単に風の流れをつかむために、 模型を空中に浮揚させる装置の作製に挑んでいます。 小さな装置で簡単に風の流れをつかむために、 模型を空中に浮揚させる装置の作製に挑んでいます。

飛行機などのボディを設計する際には、風洞実験を行って風の流れを把握します。しかし風洞内では模型を宙に浮かすことはできないので、吊すなどして支えねばなりません。この場合は風の流れが変わるので、測定後のデータに修正を加える必要があります。わたしは、小規模な風洞実験が手軽にできて、計測したデータをそのまま利用できるようになればと考え、小さな模型を空中に浮揚させる装置の開発に取り組んでおり、現在、永久磁石とコイルを用いた磁力制御によって磁石玉を宙に浮かせる装置を作製中です。難しいのは、磁石玉を釣り合って浮く中立点に保持すること。そのため、玉の位置をレーザーを用いて読み取る装置を開発しました。今のところ玉は、糸で水平方向に仮保持した状態で浮いています。これが糸の助けを借りずに浮くようになれば、さまざまな形の模型に玉を埋め込み、宙に浮かせたいと考えています。この研究のおもしろいところは、完全にゼロからの実験であること。つまり、容易に入手できる汎用品を組み合わせたり、加工することにより、オリジナルで開発している点です。すでに存在するものの改良ではないので、試行錯誤の連続ですが、この研究室では自分たちなりに工夫を凝らし、自由に研究を進めることができます。今後もこの経験を生かし、社会に出ても新しいことにどんどん挑戦したいです。

さまざまな個性をもった人が集まって「流れ」の世界に取り組んでいます。

生物の体内から扇風機の風まで、さまざまなスケールの「流れ」について研究しています。流体の運動を理解しようとすると、理論・実験の両面にわたり広く物理学の知識が必要となりますが、学部時代に機械工学を学んだ藤原さんは、機器に関する豊富な知識や加工の技術を生かし、ユニークな実験に取り組んでいます。理論的な面は教員がフォローするので、楽しみながら自身の得意分野を伸ばしていってほしいですね。

物理・応用物理学科
板野 智昭 准教授

  • ※この学びのスタイルは2011年度のものです。

物理・応用物理学科
4年次生
山本 寛子

研究テーマ

超短パルス電子ビームの放射過程

自作の装置を使って「光を作る」研究に挑んでいます。 自作の装置を使って「光を作る」研究に挑んでいます。

光が出る原理を、量子力学と電磁気学の両方の面から学んでいます。電子は、その軌道を曲げられたり、ものにあたったりすると光を放射します。また、電子は軽く、電圧を加えると簡単に加速する性質があり、その性質を利用すると「光を作る」ことができるのです。私の研究は0.01mm3というとても狭い空間に密集したたくさんの電子が、どのように光を作るのかということを理論と実験の両方から調べることです。まずは物理学の世界で名著といわれている英文の理論書を読み、出てくる数式を目に見える形にするために、グラフやベクトルの立体模型を作ったりして、内容を自分で実感できるように工夫しています。また毎週の発表で、わかったことを言葉で人に伝える練習もしています。研究室の他のメンバーの意見を聞くと、「どこがわかっていないのか」がつかめるので、とても有意義です。内容を完全に理解するのは容易ではありませんが、読み進めるのと並行して、そこに出てくる数学的なアイデアを利用しながら、自分でも理論を組み立てて、装置を作っていきます。目標はテラヘルツ(携帯電話の約1000倍の周波数)の光を発生させることです。この光は固有の振動数を持った物質を特定したり、分子を分解することができるので、非破壊検査や医療診断技術にも生かすことができます。私にとって一番おもしろいと感じるのは「数式が現実の形になっていくプロセス」ですが、理論の向こうに日常生活とのつながりが見えるのも興味深いですね。

光が出るとはどういうことなのか、 原理から考え新しい装置を創造します。

物理・応用物理学科では3年次秋学期から研究室で学びます。山本さんは勉強好きで、毎日熱心に理論的な研究に取り組んでいます。これからは数式を実験装置という具体的な形にすることも学んでもらい、将来、創造力のある技術者として社会で活躍してくれることを期待しています。

物理・応用物理学科
淺川 誠 准教授

  • ※この学びのスタイルは2010年度のものです。

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