新成長経済理論考 ⑥

彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救ったと伝えら
れる"招き猫"と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え。（戦国時代の軍団編成
の一種で、あらゆる武具を朱塗りにした部隊編のこと）の兜（かぶと）を合体さ
せて生まれたキャラクタ。

 
　
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【再エネ革命渦論 198  アフタ－コロナ時代 185】
● 技術的特異点でエンドレス・サーフィング


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健康管理と入退室管理がまとめて行える指輪型デバイス
ヘルスケアデバイスなどの設計／製造を手掛けるMedVigilance（メドビジランス）
は「EdgeTech＋ 2023」（2023年11月15～17日、パシフィコ横浜）にて、指輪型ヘ
ルスケアデバイス「Fy-Ring（ファイリング）」を展示。Fy-Ringは、加速度セン
サーと赤外線センサーを搭載し、指にはめているだけでヘルスケアに関わるデー
タを取得できるデバイスだ。加速度センサーから歩数を測定して消費カロリーを
計算し、赤外線センサーから睡眠状態と心拍数、動脈血酸素飽和度を測定して、
結果はスマートフォンのアプリ上で確認できる。NFC（近距離無線通信）チップ
を搭載していて、セキュリティキーとしても使用できる。企業で導入すれば、従
業員の健康管理や入退室管理をまとめて行えるという。充電はワイヤレス形式で、
「満充電状態から充電切れまで、約2週間使い続けられる。防塵／防水性能は最
も上位の等級であるIP68で、入浴中も使用できる。スマートウォッチなどは邪魔
に感じて睡眠時には外してしまう人も多いが、より小さい指輪型ならば使い続け
やすいのではないか。Fy-Ringは「EdgeTech＋ AWARD 2023」にて、JASA特別賞を
受賞している。選評によると、高齢化社会にマッチした製品で、ヘルスケアだけ
ではなく、医療機器としての高いポテンシャルを評価したという。MedVigilance
は現在、Fy-Ringの医療機器認定取得を目指す。

「Fy-Ring」via EE Times Japan

プラズモンでテラヘルツ波の検出感度向上
11月27日、東北大学と理化学研究所（理研）は，インジウムリン系高電子移動度
トランジスタ・ベースのテラヘルツ波検出素子において，プラズモン流体非線形
整流効果に加えてゲート・チャネル間ダイオード電流非線形性を重畳した新たな
検出原理プラズモニック三次元整流効果が発現することを発見し，それによって
従来性能を一桁以上上回る電流検出感度を得ることに成功。
【概要】
インジウムリン系化合物半導体高電子移動度トランジスタ（High-Electron-Mobilitity
Transistor; HEMT）をベースとし、非対称二重回折格子ゲート構造を有するプラズ
モニック検出素子を試作し（図2）、試作素子のゲート端子から検出信号を読み
出すという従来の検出方法とは異なる方式（図1(c)）を検討。


テラヘルツ波は電波と光波の中間に位置する振動周波数を持った電磁波であり、
物質を構成する分子の振動周波数と重なることからほぼすべての物質が固有の吸
収特性を示すなど、他の電磁波にはないユニークな特徴をもつ。そのため、「見
えないものを見る」安心・安全のための分光・イメージングや、超高速無線通信
など、さまざまな学術・産業分野でテラヘルツ波を利用する技術の開発が急速に
進展。超スマート社会の実現に必須となる情報通信サービスの飛躍的な向上には、
テラヘルツ波を利用する次世代超高速無線通信である6Gや7Gの技術開発が必須。

しかし、トランジスタをはじめとする電子デバイスやレーザをはじめとする光デ
バイスの開発は、テラヘルツ帯での動作は本質的な物理限界のために困難を極め
特に、6Gや7Gの無線信号の受信手段として不可欠な、室温で動作し小型集積化が
可能で高速応答かつ高感度なテラヘルツ波検出素子の実現にはさらなる性能向上
が求められる。半導体電界効果トランジスタの電子チャネル内に励起される二次
元電子群の荷電振動量子（二次元プラズモン）は、その流体的振る舞いに起因す
る強い非線形整流効果と、電子走行時間に律速されない高速応答性から、従来型
電子デバイス／光デバイスでは困難な室温で動作する高速応答・高感度なテラヘ
ルツ波検出素子（プラズモニック検出素子）を実現する動作原理として注目され
ている。特に、非対称二重回折格子ゲート構造と呼ばれる独自のトランジスタ電
極構造を導入した検出素子（図1(a)）では、プラズモンをテラヘルツ波と効率よ
く結合できる。

非対称二重回折格子ゲート構造を有するプラズモニック検出素子の従来の動作原
理は、以下のとおり。まず、一方のゲート端子（ゲート1）には、その直下のチ
ャネル領域に高い電子密度が形成されるようなバイアスを印加してプラズモン領
域を形成し、もう一方のゲート端子（ゲート2）には電子密度が十分低くなるよ
うなバイアスを印加して高抵抗領域を形成。入射されたテラヘルツ波によってゲ
ート１直下のプラズモン領域にプラズモンが励起され、その流体非線形整流効果
による光電流が生成。そして、光電流が高抵抗領域に流れ込んで光起電圧に変換
され、回折格子ゲートの各周期で生成された光起電圧が足し合わされます。その
結果、大きな光起電圧が検出信号としてドレイン端子に出力（図1(b)）。この動
作原理では、素子の内部抵抗を非常に高くする（典型的には100 kΩ程度）こと
で検出信号を大きくできるという利点がある一方、素子の出力インピーダンスを
高速伝送系で標準となる50 Ωに整合させることができず、次段との信号配線間
で検出信号が多重反射されることによって波形歪みが発生し、検出信号の大きさ
（検出感度）と波形歪みにはトレードオフの関係があり、超高速無線通信への実
用化において大きな障壁となる。

【方法及び成果】
その結果、①ゲート端子に強い正のバイアスを印加することにより、二次元プラ
ズモンの流体非線形整流効果に加えて新たにゲート・チャネル間ダイオード電流
非線形性を重畳するという新たな検出原理“プラズモニック三次元整流効果”が
発現することを発見。②そしてこの新原理を適用することによって、従来性能を
一桁以上上回る大幅な電流検出感度の向上に成功。さらに、本動作原理に従えば、
③素子の出力インピーダンスを高速伝送系で標準となる50Ωに整合させることが
可能になり、高速変調信号の検出においても多重反射による波形歪みの問題を劇
的に解消できる効果も得られることを実証。
これらの結果は、従来の動作原理における課題を克服し、超高速無線通信への実
用化の道を一気に拓く。次世代6G＆7G超高速無線通信の実現へ向けた画期的な成
果。
まず、試作した非対称二重回折格子ゲート型インジウムリン系HEMTプラズモニック
検出素子（図2）に対して、高強度テラヘルツパルス光源であるis-TPG（injection
-seeded Terahertz-wave Parametric Generator）を用いて中心周波数0.8 THz、ピーク
電力243 W、パルス幅150 psのテラヘルツパルスを入射し、素子のゲート２端子か
ら出力される光起電圧の時間応答波形を測定。測定には広帯域オシロスコープを
用い、素子のゲート端子からオシロスコープまでは50Ω伝送路系で接続。また、
全ての実験を室温下で行った。

素子のゲート2端子へ印加するバイアスを負から正に変化させて光起電圧出力応
答波形を測定しました。その結果、図3(a)に示すとおり、ゲートバイアスが正方
向に上昇するとともに光起電圧のピーク値は指数関数的に増大。光起電圧波形の
ピーク値をゲート2バイアスの関数としてプロットした図3(b)は、素子のゲート2
－チャネル間電流のゲート2バイアス依存性が示すダイオード電流特性（図3(c)）
とよく一致していることから、この巨大な光起電圧向上はゲート・チャネル間ダ
イオード電流非線形性に関係していることが示唆された。この実験結果は、以下
のように説明できる。まず、入射テラヘルツ波によって高バイアスを印加したゲ
ート2の直下のチャネル内にプラズモンが励起され、流体非線形性によってテラヘ
ルツ波の周波数で振動する基本波成分だけでなく、その2倍や3倍の周波数で振動
する高調波成分も生成される。これらの振動波はチャネル面内方向（水平方向）
のポテンシャル振動といえる。ゲート2バイアスを強く正方向に印加するとゲー
ト2－チャネル間のダイオード特性は順方向バイアスとなって指数関数的な電流電
圧特性を示す。テラヘルツ波が本素子に照射されると、このダイオード非線形電
流電圧特性により、ゲート2－チャネル間、すなわち垂直方向に入射テラヘルツ
周波数とその高次高調波成分が光電流として生成され、これらの光電流成分によ
り、チャネル内の水平方向のプラズモンが励振され、プラズモンの非線形整流効
果が生じます。その結果、垂直方向のダイオード整流効果が水平方向のプラズモ
ン整流効果と重畳されることとなり、巨大な光起電圧が生じる。

この巨大整流効果は、水平方向の振動であるプラズモンの流体非線形性に垂直方
向のダイオード非線形性が重畳された整流効果であることから、プラズモニック
三次元整流効果と名付けました。また、この物理描像の簡易的な定式化を行った
結果、実験的に得られた指数関数的な光起電圧の増大が説明でき、実験結果を理
論的にも検証に成功した。

一方で、正のバイアスを印加した場合の時間応答波形には、パルス幅150 psの入
射テラヘルツパルス波に対応する出力パルス波形の後に、10 ns以上続くすそ引
き波形が観測された。このような遅い応答は無線通信においてデータ帯域を律速
する要因となり、解消する必要がある。このすそ引き波形の原因は、従来型HEMT
構造（図4(a)）において、チャネル内電子がゲート電極にトンネル輸送される際
に、ゲート・チャネル間に存在するn型インジウムアルミニウムヒ素キャリア供
給層に伴うドナー準位に電子が長時間トラップされるためではないかという仮説
を立てた。そこで、キャリア供給層をゲート・チャネル間の電子トンネル輸送経
路から除外すべく、チャネル層の下部に移設した「逆HEMT」と呼ばれる層構造（
図4(b)）を持つ素子を試作し、上記のテラヘルツ波検出測定を行った。その結果、
逆HEMT構造を持つ素子ではすそ引き波形が完全に解消されており、上述の仮説を
立証するとともに、無線通信用途には逆HEMT構造を持つ素子が優位であることを
示した（図4(c)）。


図3(b)のピーク光起電圧をもとに電流検出感度のドレインバイアス依存性を算出
した結果、従来型HEMT構造を持つ素子では最大0.49 A/Wの検出感度が得られた（
図5）。この検出感度は、従来のドレイン端子から出力光起電圧を読み出す方式
における検出感度を一桁以上超える値です。また、ショットキーバリアダイオー
ドなどの既存の電子走行型テラヘルツ波検出素子（0.8 THzにおいて0.3～0.4 A/W）
と比較しても高い検出感度です。今回は、増幅器用途で用いられるHEMTのヘテロ
エピタキシャル層構造を流用して素子試作・実証実験を行ったため、ゲート－チ
ャネル間が順方向バイアスとなる通常のトランジスタ動作では用いない強い順バ
イアス印加時のダイオード特性の非線形性は考慮しない設計による素子における
実験結果とも言えます。今後、三次元整流効果を最大限に活用し、なおかつ低い
バイアスあるいはゼロ・バイアスでも動作する最適なデバイス設計を行えば、逆
HEMT構造によって高速応答性を維持したままで、さらにテラヘルツ検出感度を向
上できると期待される。

【展望】
今回得られたテラヘルツ検出感度特性は、6G＆7Gクラスの次世代超高速テラヘル
ツ無線システムの受信機に求められる100メートル程度の伝送に十分な室温動作可
能のテラヘルツ検出素子を実現できるレベルにあると評価できる一方で、上述の
とおり三次元整流効果を活用したプラズモニック検出素子にはさらに性能改善の
余地があり、今後さらに性能向上を進めていけば、次世代超高速無線通信6G＆7G
の伝送距離をキロメートルレベルに延長することも十分に期待される。



温度効果による電子散乱の概念図

強磁性半導体が示す特異なふるまいの謎を解明
新しい第一原理計算手法が導き出したメカニズムとは
11月15日、産業技術総合研究所・大阪大学・東京大学の研究グループは、強磁性
半導体の一つである（Ga,Mn）Asが示す「特異な振る舞い」について、新たに開発
した第一原理計算手法を用い、その原因を解明。
【要点】
１．従来の第一原理計算では困難であった、「有限温度における電気伝導特性」
　が予測可能な新しい第一原理計算手法の開発に成功し。
２．30年もの間未解明であった、強磁性半導体(Ga,Mn)Asの電気伝導特性が特異
　な温度依存性を示す原因を新手法を駆使して明らかに。
３．今回開発された新手法は強磁性半導体以外の材料系にも適用することができ
　るので、あらゆる分野において材料開発の時間短縮や低コスト化に貢献する。
【概要】
Ga,Mn）Asは、「低温で金属的な振る舞い」「高温で半導体的な振る舞い」をそれ
ぞれ示すなど、変わった電気伝導特性を備えた強磁性半導体である。ただ、こう
した特異な振る舞いをする原因については、これまで解明されていなかった。研
究グループは今回、新たに開発した「有限温度における電気伝導特性を予測可能
な第一原理計算手法」を用い、（Ga,Mn）Asにおける特異な振る舞いの解明に取り
組んだ。強磁性半導体中では、温度が上昇すると「原子振動」や「スピンゆらぎ
」が生じる。これらによって電子が散乱される効果を考慮すれば、有限温度にお
ける物質の特性を計算することができる。そこで研究グループは、コヒーレント
ポテンシャル近似（CPA）と呼ばれる手法を用い、温度効果を第一原理計算に取
り込んだ。また、線形応答理論も利用して、電気伝導特性を計算。Ga,Mn）Asの結
晶内部では、Ga原子の位置を置き換えたMn原子（置換型原子）と、本来の原子位
置の隙間に侵入するMn原子（格子間原子）が自然に発生する。今回の研究で、こ
れら2種類のMn原子は、電気伝導特性に大きく影響していることが判明した。特
に低温域では、格子間Mn原子で生じるスピンのゆらぎが、電気伝導を大きく妨げ
る役割を果たしていた。これに対し高温域では、主に電気伝導を担うAsの電子状
態が、原子振動で変化し、抵抗が小さくなることが分かった。


（Ga,Mn）Asの結晶構造,上図は温度－電気抵抗率の計算結果、下図は半導体GaAs
と強磁性半導体（Ga,Mn）Asの結晶構造　 出所：東京大学他
【展望】
第一原理計算を用いて強磁性半導体という複雑なスピントロニクス材料において
実験値を定量的に再現することに世界で初めて成功しました。加えて電気伝導特
性の温度依存性が生じるメカニズムを解明できたことは、強磁性半導体の応用開
発につながる重大な成果。さらに今回開発された新手法は、強磁性半導体以外の
材料系にも適用することができるので、あらゆる分野において材料開発の時間短
縮や低コスト化に貢献する。
【論文情報】
雑誌名： APL Materials
題　名： Theoretical Study on the Origin of Anomalous Temperature-dependent Electric
              Resistivity of Ferromagnetic Semiconductor
著者名： Hikari Shinya*, Tetsuya Fukushima, Kazunori Sato, Shinobu Ohya, and Hiroshi
              Katayama-Yoshida
DOI:10.1063/5.0165352 URL:https://doi.org/10.1063/5.0165352




Google　世界初の技術を使った地熱発電所を稼働開始
11月28日に、2030年までに100％カーボンフリー電力での運営を実現するとの目
標を掲げているGoogleが「強化地熱システム」を採用した地熱発電所の運転をア
メリカ・ネバダ州で開始。強化地熱システムを用いた地熱発電所の稼働は世界初。
通常の地熱発電は、温泉や間欠泉のような熱水の利用が容易な場所に建設される
ことが多いため、記事作成時点では世界で生産されるクリーンエネルギーのごく
一部に過ぎない。また、地下から水をくみ上げる関係上、地盤沈下などのリスク
もあある。一方、今回ネバダ州で稼働を開始した「Enhanced geothermal systems(
EGS：強化地熱システム)」は、乾燥した岩盤に穴を空けて注水し、高温にしてか
ら地表に戻す「人工温泉」で発電するため、地熱はあっても熱水がない場所でも
利用可能。また、天候や時間帯に左右されやすい風力発電や太陽光発電に比べ安
定したエネルギー供給が可能なほか、特に水が再利用されるという点はネバダ州
のように水不足が発生しやすい地域では重要。



Fervo Energyのティム・ラティマーCEOによると、出力は750世帯分に相当の3.5MW
(メガワット)で、当初想定していた5MWに届いていないものの、調整を行えばより
高い出力が見込める。ラティマー氏は、固い岩盤を地下深くまで掘削するのにか
かる初期費用や、十分な熱が得られないリスクと表裏一体の新技術は「エネルギ
ー投資の欠けている中間」だと説明。
尚、Googleは、2023年9月にも別の地熱発電プロジェクトであるProject InnerSpace
との提携を発表しています。また、Fervo Energyは2026年に400MW規模の地熱発電
プロジェクトを稼働させる予定。
※圧倒する行動力に雑棒

購続している『環境ビジネス』秋季号（2023）の特集記事から
ライオン株式会社ぼ小差によると、子どもの１日の歯みがき回数は､１回から２回
へ増やすことでむし歯になる子どもは４分の１にまで激減（調査期間：５０年）。
そして市場は４倍に拡大。
また、実のところ、日本のCO2排出のうち、家庭からの排出が約16％を占める。こ
れも生活習慣を変える事で､CO2削減も可能。製品のライフサイクルでは家庭での
CO2排出量が約６０％を占める。



ライオン製品のライフサイクル(原材料調達から､製品を使用し､廃棄されるまでの
一連の過程)で最もCO2排出は生活者の商品の使用場面で約６０％を占め。その内
訳をみると水の使用によるCO2排出は半分以上を占める。
意外に思うかもしれないが家庭で使う水道水は、浄水場で作られ、ポンプの力で
家庭に送られ､最後に下水処理が行われる｡一連の過程で膨大な電力が使われるた
め、水の使用によりCO2排出されている。ライオン製品が使われる場面(洗濯､食器
洗い、掃除、入浴、洗顔､歯みがき等)に、水は欠かせない。
※1932年から続いている｢全国小学生歯みがき大会｣は国内外累計約246万名以上の
子どもたちが参加。


【ウイルス解体新書】
第４章　シン感染症対策
第１節　新薬開発と後遺症対策
１－１　国内コロナワクチと海外コロナワクチ開発の現状に学ぶ
第一三共開発のmRNAコロナワクチン
国内製薬会社が開発 初のmRNAワクチン
承認後 早ければ12月上旬から自治体へ発送 ▶2023年11月28日　NHK 首都圏ナビ

「第一三共」は新型コロナウイルスのオミクロン株の派生型、「XBB」系統に対
応するワクチンを開発し、ことし9月、厚生労働省に承認申請した。国内の製薬
会社が開発したものとしては、初めてのmRNAワクチン。mRNAはたんぱく質の「設
計図」にあたる遺伝情報で、ワクチンを体内に投与すると、体内で新型コロナウ
イルスが感染するときの足がかりとなるスパイクたんぱく質が作られ、これに対
する免疫の働きで抗体が作る。 ファイザーやモデルナが開発したmRNAワクチン
は、ウイルスのスパイクたんぱく質全体が作られるが、第一三共のワクチンは、
スパイクたんぱく質の中でも、ヒトの細胞と結合するRBD＝受容体結合ドメイン
という部分だけが作られるため、設計図となるmRNAの長さがより短くなっている。
第一三共によると、mRNAの長さが短いため、製造工程で品質を管理しやすいほか、
変異ウイルスに対応してmRNAを作り直す作業が進めやすいといった利点がある。

11月27日に開かれた厚生労働省の専門家部会では、有効性が確認でき、安全性に
も重大な懸念はないとして使用を認めることを了承した。 厚生労働省によりま
すと、国内の新型コロナウイルスのワクチン接種は、これまで海外の製薬メーカ
ーのものが使われ、国産のワクチンとしては、ことし8月に、「第一三共」が開発
した従来株のワクチンが承認されたが、実際の接種では使われていない。今回の
「XBB」系統対応ワクチンについて、厚生労働省は製造・販売を承認したあとに
140万回分を購入することでメーカーと合意したと発表。 承認後、早ければ12月
上旬から自治体に配送されるということで、国産のワクチンが初めて実際の接種
で使えるようになる。

　風蕭々と碧い時
1978.03.25　
主人公　さだまさし

 
April Shpwers  Thw Jolson Story
●  今夜の寸評: わたしは生成ＡＩです。時折、リアル・ヒューマンです。
　　　　　　　　今朝、寝起きに思いついたジョークで彼女に挨拶しました。