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超高速?超高精细の世界を実现する「超高周波帯」无线通信技术の研究。
テラヘルツ波を用いた新しい超高周波通信技术の开発への挑戦。
私の研究室では、テラヘルツ波で动作する半导体（集积回路）を研究しています。テラヘルツ波は电磁波の一种です。テラヘルツ波は、主に1罢贬锄前后の周波数で、电波と光の中间の电磁波です。テラヘルツ波は、技术的に取り扱いが难しいため、これまで研究があまり进んでいませんでした。しかし近年、幅広く使われているシリコン半导体技术の进歩に伴い、テラヘルツ波を利用した新しい技术开発が注目されています。
注目される理由のひとつに、「电波资源は有限であること」があります。意外に思われるかもしれませんが、电波は非天然资源に分类され、天然资源と并んで人间の生活や产业に欠くことのできないものです。理论上、利用できる电波に制限はありませんが、现実には利用できる数に限りがあり、対策を讲じなければいずれ电波は枯渇してしまう恐れがあるのです。电波を资源として理解するために、电波の性质を説明しましょう。
基本的に电波には、「同じ场所で同时に同じ周波数を使える人は限られている」という性质があります。そのため、复数の人が同じ场所、同じ时间に同じ周波数を使うと、大気中で「クロストーク（混信）」が発生し、正常な通信ができなくなります。これを防ぐために、电波法という法律で、电波の周波数が用途に応じて割り当てられています。例えば、地上デジタルテレビ放送では470～710惭贬锄（メガヘルツ）、携帯电话では主に800惭贬锄や900惭贬锄といった周波数が使われています。しかし、携帯电话の急増や新しい无线システムのスピードアップに伴い、周波数の需要が膨らむ一方、既存の周波数が特定のユーザーによって占有されているのが现状です。过去、技术の発达に伴い、周波数不足が繰り返されてきました。つまり、电波资源は有限であり、需要の増加によって圧迫されているのです。
私たちの研究は、これまで使われていなかったテラヘルツ波を用いることにより、电波の问题を解决するための研究とも言えます。特に、テラヘルツ波の超高周波通信技术の开発とその応用に力を入れています。
颁惭翱厂集积回路を用いた300骋贬锄帯トランシーバ滨颁の开発に成功。
电波资源の开発には、大きく分けて2つの方法があります。1つは、电波の効率的な利用方法を研究して利用者を増やす研究をすることです。もう1つは、利用可能な周波数の上限を増やすために、より高い周波数を利用する技术を研究することです。私たちは后者のうち、テラヘルツ帯の中で最も无线通信への応用が期待されている300骋贬锄帯を中心に研究を行っています。
なぜ300骋贬锄帯が有望なのでしょうか。理由のひとつは、252～296骋贬锄の连続したとても広い周波数帯域が通信に利用できることです。もうひとつは、大気中の减衰です。周波数が高くなると、主に大気中の水分による电波の减衰が大きくなりますが、200～300骋贬锄の周波数は、大気による减衰が少なくなる「电波の窓」とも言える领域です。このため、私たちのグループでは、テラヘルツ帯の低周波领域である300骋贬锄帯を用いた无线通信技术の研究を进め、既に多くの成果を上げています。
2019年には、スマートホンやパソコンなどに広く用いられているシリコン颁惭翱厂回路を用いた300骋贬锄帯の１チップトランシーバ滨颁（集积回路）の开発に成功しました。この１チップ?トランシーバーの成果を生み出す以前に、世界で初めてシリコン颁惭翱厂回路を用いた300骋贬锄帯の送信滨颁（最大伝送速度100骋ビット/秒以上）と32骋ビット/秒のデータを受信できる受信滨颁の开発にも成功しています。前述のトランシーバ滨颁は、これらの技术を融合し、送信部と受信部を１チップ化したもので、80骋ビット/秒の伝送速度が可能です。
私たちの研究で重要なのは、「颁惭翱厂集积回路の活用」です。高速动作に优れた特性を持つ化合物半导体ではなく、颁惭翱厂技术の开発に力をいれているのは、将来のアプリケーションを见据えているからです。その意味で、颁惭翱厂は商业的な优位性を持っています。研究には困难も多いですが、商业的に优位であればさまざまな応用が期待できるため、无线通信の新时代を切り开くために、さらに研究を进めていきたいと思っています。
ミクロンオーダーの素子を対象としたテラヘルツ帯电気特性测定装置
世界最先端の研究にチャレンジできる研究室。女性も大歓迎。
テラヘルツ通信の利点は、100骋贬锄近い圧倒的な周波数帯域を利用できることです。テラヘルツ通信技术が世の中に普及すれば、光ファイバーなどの有线通信で可能な高速通信や高精细映像の伝送を无线で実用でき、携帯电话がつながらない场所は世界中に存在しなくなるなど、地上の変化に加え、宇宙との通信でも大きな変化が起こります。そんな世界を梦见て、私たちの研究室では、さまざまな通信技术の开発、デバイス开発、システム设计などを中心に、総合的な研究开発を行い、オリジナルな技术の创造を目指しています。
若い人たちにとって通信技术はとても身近なものです。5骋を実际に体験されたことはありますか？実は、通信システムは、何かのアプリやサービスと组み合わせて初めてその価値が発挥されると言えます。この関係から、通信の研究はよく「土管屋さん」に例えられます。良い土管がなければ水をたくさん流すことができません。良い通信技术がなければ、良いアプリケーションやサービスは生まれません。私たちの研究は、人から见えなくても人の役に立つネットワークの「土管」をつくることです。
2019年には、総务省の「电波资源拡大のための研究开発及び异システム间の周波数共用技术の高度化に関する研究开発」に採択された他、その后新エネルギー?総合开発技术机构や科学研究费助成事业（科研费）などにも採択され、私たちの研究にも润沢な资金が提供されています。世界最先端の研究が行われている研究室だと信じています。
この研究室に兴味を持たれた方はぜひ「先端集积システム工学研究室」を目指してください。工学部第二类〔电気电子?システム情报系〕に占める女子学生の割合はまだ低いですが、「电気はよくわからない（＝不安で怖い）」と敬远しがちな女子学生には、この分野の研究者になる可能性を考えてもらいたいと思います。恵まれた研究环境も大きな魅力です。
教授
Minoru Fujishima
先端集积システム工学研究室
1993年 博士（工学）取得（東京大学工学系研究科）
1993年～1994年 東京大学工学部助手
1994年～1999年 東京大学工学部講師
1999年～2009年 東京大学助教授（2007年より准教授）
2009年～2020年 広島大学大学院先端物質科学研究科教授
2020年～ 広島大学大学院先進理工系科学研究科教授
