超高感度光圧センシングNEMS技術創出と光-ナノ構造の相互作用の解明

新たな物質操作・輸送技術や分析技術，合成技術の創出に向け、ナノメカニカル振動子をコンポーネントとするNEMS（Nanoelectromechanical systems）を利用した光圧の超高感度センシング技術を生み出すことと、これを活用することによりナノ構造と光の相互作用に関する理解を深化させることが、本研究の狙いである。当年度は、多様な環境におけるナノメカニカル振動子の振動挙動に関して理解を深めるための基礎的研究，振動検出方法に関する研究を推進した。特に、液中の振動挙動に関し液濃度の計測を通してその理解深化に関する研究を進めた。ナノメカニカル振動子は、集束イオンビームによるイオン注入およびウエットエッチングを利用したプロセスにより作製したシリコンからなる両持ち梁振動子を用いた。結果として、共振周波数変化や振幅変化を直接的に用いる従来の手法と比較し、畳み込みニューラルネットワークに基づく深層学習を用いて液中においてナノメカニカル振動子の振動を高感度に検出可能であることを示すとともに、深層学習の学習プロセスの可視化手法を本研究に適用することにより振幅の小さな振動が高感度であることを見出した。従来NEMSナノメカニカル振動子を利用したセンシングにおいて活用されていなかった振動挙動が高感度である可能性を示唆する知見でもある。この成果は、畳み込みニューラルネットワークを利用した振動検出法が、光圧の高感度なセンシングを達成するための有力な手段であることを期待させるものである。

新たな物質操作・輸送技術や分析技術，合成技術の創出に向け、ナノメカニカル振動子をコンポーネントとするNEMS（Nanoelectromechanical systems）を利用した光圧の超高感度センシング技術を生み出すことと、これを活用することによりナノ構造と光の相互作用に関する理解を深化させることが、本研究の狙いである。当年度は、多様な環境におけるナノメカニカル振動子の振動挙動に関して理解を深めるための基礎的研究，振動検出方法に関する研究を推進した。特に、液中の振動挙動に関し液濃度の計測を通してその理解深化に関する研究を進めた。ナノメカニカル振動子は、集束イオンビームによるイオン注入およびウエットエッチングを利用したプロセスにより作製したシリコンからなる両持ち梁振動子を用いた。結果として、共振周波数変化や振幅変化を直接的に用いる従来の手法と比較し、畳み込みニューラルネットワークに基づく深層学習を用いて液中においてナノメカニカル振動子の振動を高感度に検出可能であることを示すとともに、深層学習の学習プロセスの可視化手法を本研究に適用することにより振幅の小さな振動が高感度であることを見出した。従来NEMSナノメカニカル振動子を利用したセンシングにおいて活用されていなかった振動挙動が高感度である可能性を示唆する知見でもある。この成果は、畳み込みニューラルネットワークを利用した振動検出法が、光圧の高感度なセンシングを達成するための有力な手段であることを期待させるものである。