東北大学研究者紹介

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ナガクボ　アキラ

長久保　白

Akira Nagakubo

所属

大学院工学研究科　材料システム工学専攻　マイクロシステム学講座（材料システム計測学分野）

職名

准教授

学位

博士（工学）（大阪大学）
修士（工学）（大阪大学）

researchmap

https://researchmap.jp/nagakubo

J-GLOBAL ID

201901020309197123

e-Rad 研究者番号

70751113

ORCID

https://orcid.org/0000-0001-7494-5099

経歴 12

2024年10月～継続中

東北大学　高等研究機構新領域創成部（兼務）
2024年10月～継続中

東北大学　大学院工学研究科マテリアル・開発系　准教授
2022年4月～ 2024年9月

大阪大学　大学院工学研究科附属フューチャーイノベーションセンター　若手卓越教員助教
2020年4月～ 2022年3月

大阪大学　大学院工学研究科物理学系専攻　助教
2018年4月～ 2020年3月

大阪大学　大学院工学研究科精密科学・応用物理学専攻　助教
2017年4月～ 2018年3月

京都大学　化学研究所ナノスピントロニクス　日本学術振興会特別研究員(PD)
2016年10月～ 2017年3月

大阪大学　大学院基礎工学研究科機能創成専攻非線形力学領域　特任助教
2016年4月～ 2016年9月

ロスアラモス国立研究所　応用材料物理学　客員研究員
2016年4月～ 2016年9月

大阪大学　大学院基礎工学研究科機能創成専攻非線形力学領域　招聘研究員
2015年4月～ 2016年3月

大阪大学　大学院基礎工学研究科機能創成専攻非線形力学領域　特任助教
2014年4月～ 2015年3月

大阪大学　大学院基礎工学研究科機能創成専攻非線形力学領域　日本学術振興会特別研究員(PD)
2012年4月～ 2014年3月

大阪大学　大学院基礎工学研究科機能創成専攻非線形力学領域　日本学術振興会特別研究員(DC1)

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学歴 3

大阪大学　大学院基礎工学研究科機能創成専攻非線形力学領域　博士後期課程

2012年4月～ 2014年3月
大阪大学　大学院基礎工学研究科機能創成専攻非線形力学領域　博士前期課程

2011年4月～ 2012年3月
大阪大学　基礎工学部システム科学科機械科学コース　学部生

2007年4月～ 2011年3月

委員歴 4

公益社団法人応用物理学会関西支部　庶務

2024年4月～継続中
電子情報通信学会　超音波研究専門委員会

2020年6月～継続中
超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム　運営委員会

2020年4月～ 2022年3月
超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム　現地実行委員

2019年4月～ 2020年3月

所属学協会 2

IEEE

2024年3月～継続中
応用物理学会

2011年1月～継続中

研究キーワード 9

スピントロニクス
音響物理学
フォノン
センサ
レーザー
薄膜
音速
弾性定数
超音波

研究分野 2

ナノテク・材料 / ナノ材料科学 /
ナノテク・材料 / 応用物理一般 /

受賞 8

大阪大学賞

2022年11月　大阪大学　若手教員部門
Outstanding Reviewer Awards 2021

2022年4月　IOP Publishing
超音波シンポジウム奨励賞

2014年12月　超音波シンポジウム運営委員会
第37回応用物理学会講演奨励賞

2014年9月　応用物理学会
海外論文発表奨励賞

2013年9月　生産技術振興協会
大学院基礎工学研究科賞

2011年3月　大阪大学
武藤栄次賞優秀学生賞

2010年3月　日本設計工学会
基礎工学部賞

2010年3月　大阪大学

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論文 66

Deep-Learning Generation of High-Resolution Images of Live Cells in Culture Using Tri-Frequency Acoustic Images 査読有り

Natsumi Fujiwara, Midori Uno, Hiroki Fukuda, Akira Nagakubo, Shao Ying Tan, Masahiro Kino-oka, Hirotsugu Ogi

Physical Review X　15　(2)　021015　2025年4月15日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevx.15.021015 　

eISSN：2160-3308

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Ultrasound microscopy is the only technique that has the ability to monitor live-cell morphology over a long period of time without causing any damage to the cells, but its longer wavelength prevents one from obtaining high-resolution cell images. Here, we propose a deep-learning (DL) method for generating high-resolution acoustic images. By preparing datasets consisting of many pairs of acoustic and optical-microscope images for the same cells and training them, a high-resolution image comparable to optical microscopy is generated from an acoustic image. Importantly, the most accurate images are generated when three-layer (RGB) images containing not only high-frequency (approximately 180 MHz) images but also lower-frequency (approximately 100 MHz) images are used as the input images, which is attributed to enhanced acoustic absorption in the nucleus because the nucleus resonates in this low-frequency band. The DL scheme with the tri-frequency image input is applied to human mesenchymal stem cells and human induced pluripotent stem cells, and the high image-generation capability is demonstrated. As a result, high-resolution acoustic microscopy images are obtained for the same cells for over 24 h, without the typical cell damage encountered using optical imaging. Published by the American Physical Society 2025
Coupled Nanomechanical Resonator with Protein-Interaction Vibration for an Ultrasensitive Label-Free Biosensor 査読有り

Ryo Hirose, Takuya Haraguchi, Akira Nagakubo, Masamitsu Tachibana, Mutsuaki Murakami, Hirotsugu Ogi

ACS Applied Materials & Interfaces　17　23405　2025年4月2日
出版者・発行元： American Chemical Society (ACS)
DOI： 10.1021/acsami.5c03549 　

ISSN：1944-8244

eISSN：1944-8252
Time course observation of cross-sectional shape of iPS cell colony using ultrasound spectroscopic imaging 査読有り

Natsumi Fujiwara, Takaki Matsumoto, Akira Nagakubo, Shao Ying Tan, Masahiro Kino-oka, Hirotsugu Ogi

npj Biological Physics and Mechanics　2　(1)　1　2025年1月10日
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s44341-024-00004-0 　

eISSN：3004-863X
Sensitivity enhancement of hydrogen-gas sensor by sub nm Au on Pd surface of a wireless quartz resonator 査読有り

Akira Nagakubo, Tokiya Matsukura, Hirotsugu Ogi

Japanese Journal of Applied Physics　63　(7)　074002-074002　2024年7月1日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/ad61a7 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065

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Abstract Hydrogen (H₂) is an important source of next-generation energy production. The various H₂ sensors developed to date cannot easily detect very low concentrations of H₂ (<10 ppm) at room temperature within 100 s. In this study, we develop H₂ sensors by depositing a 200 nm thick palladium (Pd) film on AT-cut quartz resonators and adding a sub nm gold (Au) layer on the Pd surface. Moderate Au deposition on the Pd surface improves the sensitivity of the sensor by decreasing the activation energy of atomic-hydrogen migration from the surface to the subsurface. The optimal Au thickness that minimizes the activation energy is 0.5 nm. Finally, we show that the approximate detection limit at room temperature is 5 ppm.
Development of a focused-ultrasound spectroscopic-imaging system combined with optical imaging for applying mechanical stimulation on living cells and the possibility of selective stimulation for the nucleus 査読有り

Natsumi Fujiwara, Shao Ying Tan, Takaki Matsumoto, Akira Nagakubo, Masahiro Kino-oka, Hirotsugu Ogi

Japanese Journal of Applied Physics　63　(3)　03SP65-03SP65　2024年3月1日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/ad2651 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065

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Abstract Various techniques have been used for the mechanical stimulation of cells, but most of them require direct contact with cells and can damage them. Here, we propose a focused ultrasound technique for non-invasive localized mechanical stimulation in a culture environment. First, we develop the focused ultrasound system for establishing the spectroscopic images and for applying mechanical stimulation combined with optical observation. Second, we construct the acoustic-absorption spectroscopic images of human mesenchymal stem cells, leading to the finding of the ultrasound absorption band of the nucleus around 130 MHz caused by its resonance. Finally, we find that the nucleus less absorbs ultrasound before the cell division, supporting our view that the acoustic absorption band is related to the resonance of the nucleus. Our results show the potential for realizing selective and effective mechanical stimulation for nuclei non-invasively, which is critically important for a deeper understanding of mechanobiology.
GHz surface-wave phononic crystal biosensor using a Fano resonance at the bandgap edge

Wenlou Yuan, Akira Nagakubo, Oliver B. Wright, Hirotsugu Ogi

Japanese Journal of Applied Physics　63　(1)　017006-017006　2024年1月1日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/ad193a 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065

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Abstract We propose an ultrahigh-sensitivity biosensor based on a GHz surface-acoustic-wave nanopillar phononic crystal using a Fano resonance at the bandgap edge. By means of numerical simulations, we find that the asymmetric, sharp and controllable transmission dip at the bandgap edge arising from the Fano resonance, which is caused by mode coupling between a local nanopillar resonance and the surface acoustic waves, allows ultrasensitive detection of attached biomolecules. The effect of such mass loading is studied, showing an attogram detection limit, and a unique “on–off” triggering at the sub-femtogram level for each individual Au nanopillar. This study opens up frontiers for biosensing applications of phononic crystals and ultrahigh-frequency surface acoustic wave devices.
Elastic constants of GaN grown by the oxide vapor phase epitaxy method 査読有り

Hiroki Fukuda, Akira Nagakubo, Shigeyoshi Usami, Masayuki Imanishi, Yusuke Mori, Hirotsugu Ogi

Applied Physics Express　17　(1)　016501-016501　2023年12月26日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1882-0786/ad0ba2 　

ISSN：1882-0778

eISSN：1882-0786

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Abstract Oxide vapor phase epitaxy (OVPE) has attracted much attention as a highly efficient method for synthesizing high-quality bulk GaN crystals, but the mechanical properties of OVPE GaN have not been clarified. We measured the five independent elastic constants of the OVPE GaN by resonant ultrasound spectroscopy. The in-plane Young modulus E ₁ and shear modulus C ₆₆ of the OVPE GaN are smaller than those of the hydride vapor phase epitaxy GaN by 1.8% and 1.3%, respectively. These reductions agree with predictions by density functional theory calculations. We also calculated the Debye temperature, revealing that oxygen impurity decreases its magnitude.
2E1-4 培養細胞力学刺激付与のための集束超音波画像と光学画像の同時観察システムの開発

藤原夏実, 松本崇揮, Tan Shao Ying, 長久保白, 中島吉太郎, 紀ノ岡正博, 荻博次

超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集　44　84　2023年11月13日
出版者・発行元：特定非営利活動法人超音波エレクトロニクス協会
DOI： 10.24492/use.44.0_2e1-4 　

ISSN：1348-8236

eISSN：2433-1910
Deep-Learning-Assisted Resonant Ultrasound Spectroscopy for Cubic Solids 査読有り

Hiroki Fukuda, Akira Nagakubo, Oliver B. Wright, Kazuhiro Kyotani, Hirotsugu Ogi

Physical Review Applied　20　(3)　2023年9月21日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevapplied.20.034048 　

eISSN：2331-7019
High sensitivity biosensing scheme based on a GHz phononic crystal waveguide 査読有り

Wenlou Yuan, Akira Nagakubo, Oliver B. Wright, Hirotsugu Ogi

Japanese Journal of Applied Physics　62　(SJ)　SJ1012-SJ1012　2023年2月14日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/acb2d6 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065

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Abstract We propose a high sensitivity biosensor based on a GHz phononic crystal (PnC) waveguide, and demonstrate its operation by numerical simulations. The geometry consists of a micron-scale freestanding PnC silica waveguide plate with embedded Au nanopillars for bioparticle attachment, the PnC plate lying between two groups of periodic metal strips for GHz Lamb-wave acoustic generation and detection with ultrashort light pulses. By precise choice of the waveguide defect width, this biosensor is designed to work using a single, isolated waveguide mode. We study the influence of the waveguide defect width on the acoustic dispersion and transmission of this mode. Bioparticle attachment is simulated by investigation of the Au nanopillar mass loading, and is shown to shift the waveguide transmission peak to lower frequencies. We thereby demonstrate femtogram detection, showing that our approach provides a new methodology for label-free ultra-sensitive biosensing.
3Pb2-4 高周波集束超音波による培養細胞への非侵襲局所力学刺激システムの構築

藤原夏実, 松本崇揮, 長久保白, 紀ノ岡正博, 荻博次

超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集　43　425　2022年11月7日
出版者・発行元：特定非営利活動法人超音波エレクトロニクス協会
DOI： 10.24492/use.43.0_3pb2-4 　

ISSN：1348-8236

eISSN：2433-1910
The angular dependence of magnetization dynamics induced by a GHz range strain pulse 査読有り

Kakeru Tojo, Akira Nagakubo, Hirotsugu Ogi

Japanese Journal of Applied Physics　61　(SG)　SG1007-SG1007　2022年7月1日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/ac4a04 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065

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<title>Abstract</title> The dynamics of magnetization is important in spintronics, where the coupling between phonon and magnon attracts much attention. In this work, we study the angular dependence of the coupling between longitudinal-wave phonon and magnon. We investigated the magnetization dynamics using the time-resolved magneto-optical Kerr effect, which allows measuring spin-wave resonances and the magnetic echo signal. The frequency, mode number, and amplitude of the spin-wave resonance change with the out-of-plane angle of the external magnetic field. The amplitude of the magnetic echo signal caused by the strain pulse also changes with the angle. We calculate these angular dependences based on the Landau–Lifshitz–Gilbert equation and find that the angles of the external field and magnetic moment are important factors for the phonon–magnon coupling when phonon propagates in the thickness direction under the out-of-plane magnetic field.
Lattice thermal conductivity in isotope diamond asymmetric superlattices 査読有り

Hsu Kai Weng, Akira Nagakubo, Hideyuki Watanabe, Hirotsugu Ogi

Japanese Journal of Applied Physics　61　(SG)　SG1004-SG1004　2022年7月1日

DOI： 10.35848/1347-4065/ac4304 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
Determination of the electron trap level in Fe-doped GaN by phonon-assisted conduction phenomenon 査読有り

Hiroki Fukuda, Akira NAGAKUBO, Shigeyoshi Usami, Masashi Ikeda, Masayuki Imanishi, Masashi Yoshimura, Yusuke MORI, Kanta Adachi, Hirotsugu OGI

Applied Physics Express　15　(7)　071003-071003　2022年5月30日
出版者・発行元： IOP Publishing
DOI： 10.35848/1882-0786/ac749c 　

ISSN：1882-0778

eISSN：1882-0786

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Abstract We acoustically measured the energy level for thermally activated conduction (TAC) in high-resistivity Fe-doped GaN using the non-contacting antenna-transmission acoustic-resonance method. The acoustic attenuation takes a maximum at a specific temperature, where the TAC is accelerated with the help of phonon energy. The Debye type relaxation is thus observed for acoustic attenuation, and its activation energy (0.54±0.04 eV) was determined with attenuation measurements at various frequencies and temperatures. This value agrees with the E3 level in GaN, indicating that thermally associated conduction originates from the E3 trap level. We also measured the five independent elastic constants at high temperatures.
Variable repetition frequency asynchronous optical sampling method without a feedback loop 査読有り

A. Nagakubo, K. Kanai, H. Tamura, A. Tange, H. Ogi

AIP Advances　12　(4)　045323-045323　2022年4月1日
出版者・発行元： AIP Publishing
DOI： 10.1063/5.0083354 　

eISSN：2158-3226

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The ultrafast pump–probe measurement represents a key technique to study fs–ps dynamics. The asynchronous optical sampling (ASOPS) method realizes fast and long time-range measurement with high time resolution using different repetition frequency pump–probe light pulses. The frequency difference Δ f is an important parameter, as it dictates the measurement time and time resolution. However, usual ASOPS measurements require a complex and precise stabilizer to control Δ f or it is difficult to change Δ f. In this study, we use two free-running titanium/sapphire pulse lasers to develop a variable repetition frequency ASOPS (VRF-ASOPS) method without a stabilizer or feedback loop, where we can easily alter Δ f by changing the cavity length of the probe light laser. To detect the coincidences of the pump–probe light pulses, we cause the instantaneous reflectivity change in a 100 nm platinum film by irradiating the pump light and observe it by the probe light. We use this signal as the trigger signal to directly determine Δ f, which enables us to average and convert the measured responses without a stabilizer or feedback loop. Using this VRF-ASOPS system, we obtain pulse echo signals and 100 GHz Brillouin oscillations, which are equivalent to those measured by the mechanical delay line method, confirming the validity of our developed method.
Suppression of Brillouin oscillation in transparent free-standing diamond thin films in picosecond ultrasound 査読有り

H. K. Weng, A. Nagakubo, H. Watanabe, H. Ogi

Applied Physics Letters　120　(11)　112203-112203　2022年3月14日
出版者・発行元： AIP Publishing
DOI： 10.1063/5.0087648 　

ISSN：0003-6951

eISSN：1077-3118

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Brillouin oscillation appears in picosecond ultrasonics for a transparent specimen because of backward light scattering by moving strain pulse. Its amplitude is comparable with those of other responses, such as pulse-echo signals and through-thickness resonance, obscuring these non-Brillouin-oscillation responses. We here find that Brillouin oscillation can be suppressed in a transparent free-standing film by coating both sides with a metallic thin film of appropriate thickness and that this peculiar behavior is caused by strain pulses generated on both sides with a slight phase difference. This phenomenon allowed us to fabricate a Brillouin-oscillation-free diamond free-standing film, which showed a high capability for sensor applications.
Effect of interfacial damping on high-frequency surface wave resonance on a nanostrip-bonded substrate 査読有り

Wenlou Yuan, Akira Nagakubo, Hirotsugu Ogi

Journal of Applied Physics　131　(1)　015103-015103　2022年1月7日

DOI： 10.1063/5.0075585 　

ISSN：0021-8979

eISSN：1089-7550
1J4-2 ヒトiPS細胞の超音波スペクトロスコピーイメージングとメカノバイオロジー

藤原夏実, 松本崇揮, 長久保白, 紀ノ岡正博, 荻博次

超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集　42　n/a　2021年10月25日
出版者・発行元：特定非営利活動法人超音波エレクトロニクス協会
DOI： 10.24492/use.42.0_1j4-2 　

ISSN：1348-8236

eISSN：2433-1910
Phonon propagation in isotopic diamond superlattices 査読有り

H. K. Weng, A. Nagakubo, H. Ogi, H. Watanabe

Physical Review B　104　(5)　2021年8月16日
出版者・発行元： American Physical Society (APS)
DOI： 10.1103/physrevb.104.054112 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Elastic constant of dielectric nano-thin films using three-layer resonance studied by picosecond ultrasonics 査読有り

Hiroki Fukuda, Akira Nagakubo, Hirotsugu Ogi

Japanese Journal of Applied Physics　60　(SD)　SDDA05-SDDA05　2021年7月1日
出版者・発行元： {IOP} Publishing
DOI： 10.35848/1347-4065/abec5a 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
MEMS hydrogen gas sensor with wireless quartz crystal resonator 査読有り

Lianjie Zhou, Fumihito Kato, Nobutomo Nakamura, Yasushi Oshikane, Akira Nagakubo, Hirotsugu Ogi

Sensors and Actuators B: Chemical　334　129651-129651　2021年5月
出版者・発行元： Elsevier {BV}
DOI： 10.1016/j.snb.2021.129651 　

ISSN：0925-4005
Thermal conduction in isotope diamond thin films studied by pump-probe laser reflectivity measurement 査読有り

Hsu Kai Weng, Akira Nagakubo, Hideyuki Watanabe, Hirotsugu Ogi

Japanese Journal of Applied Physics　59　2020年7月1日

DOI： 10.35848/1347-4065/ab7c0f 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
Enhancement of sensitivity of Pd-based hydrogen-gas sensor by plasma exposure studied by wireless quartz resonator 査読有り

Lianjie Zhou, Nobutomo Nakamura, Akira Nagakubo, Hirotsugu Ogi

Japanese Journal of Applied Physics　59　(SK)　SKKB02-SKKB02　2020年7月1日

DOI： 10.35848/1347-4065/ab78e2 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
Interplanar stiffness in defect-free monocrystalline graphite 査読有り

Koichi Kusakabe, Atsuki Wake, Akira Nagakubo, Kensuke Murashima, Mutsuaki Murakami, Kanta Adachi, Hirotsugu Ogi

Physical Review Materials　4　(4)　2020年4月20日

DOI： 10.1103/PhysRevMaterials.4.043603 　

eISSN：2475-9953
Elastic constants of beta tungsten thin films studied by picosecond ultrasonics and density functional theory 査読有り

A. Nagakubo, H. T. Lee, H. Ogi, T. Moriyama, T. Ono

Applied Physics Letters　116　(2)　021901-021901　2020年1月13日
出版者・発行元： {AIP} Publishing
DOI： 10.1063/1.5131768 　

ISSN：0003-6951

eISSN：1077-3118
GHz-range resonant ultrasound spectroscopy for a free-standing nano film studied by picosecond ultrasonics 査読有り

Akira Nagakubo, Kanta Adachi, Tokihiro Nishihara, Hirotsugu Ogi

Applied Physics Express　13　(1)　2020年1月1日

DOI： 10.7567/1882-0786/ab600d 　

ISSN：1882-0778

eISSN：1882-0786
Highly sensitive hydrogen detection using curvature change of wireless-electrodeless quartz resonators 査読有り

L. Zhou, N. Nakamura, A. Nagakubo, H. Ogi

Applied Physics Letters　115　(17)　2019年10月21日

DOI： 10.1063/1.5126135 　

ISSN：0003-6951
Zero temperature coefficient of sound velocity in vitreous silicon oxynitride thin films 査読有り

A. Nagakubo, S. Tsuboi, Y. Kabe, S. Matsuda, A. Koreeda, Y. Fujii, H. Ogi

Applied Physics Letters　114　(25)　2019年6月24日

DOI： 10.1063/1.5098354 　

ISSN：0003-6951
Nano-plate biosensor array using ultrafast heat transport through proteins 査読有り

Hirotsugu Ogi, Shigeru Iwagami, Akira Nagakubo, Takuya Taniguchi, Teruo Ono

Sensors and Actuators, B: Chemical　278　15-20　2019年1月1日

DOI： 10.1016/j.snb.2018.09.030 　

ISSN：0925-4005
Theoretical study on elastic properties of Si<inf>2</inf>N<inf>2</inf>O by ab initio calculation 査読有り

Seiya Tsuboi, Kanta Adachi, Akira Nagakubo, Hirotsugu Ogi

Japanese Journal of Applied Physics　57　(7)　2018年7月

DOI： 10.7567/JJAP.57.07LB04 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
アモルファス酸窒化シリコン薄膜の音速の温度依存性:ゼロ温度係数の実現

坪井誠也, 荻博次, 長久保白, 松田聡, 壁義郎, 是枝聡肇, 藤井康裕

日本物理学会講演概要集(CD-ROM)　73　(2)　2018年

ISSN：2189-079X
Phonon anharmonicity in zirconium tungstate single crystal investigated by broadband light scattering 査読有り

Eiichi Oishi, Yasuhiro Fujii, Daisuke Katayama, Akitoshi Koreeda, Akira Nagakubo, Hirotsugu Ogi

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　56　(10)　2017年10月

DOI： 10.7567/JJAP.56.10PB06 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
超音波探測斜方晶構造を有する液晶ポリマーの弾性率計測

長久保白, 中島静香, 荻博次, 太田晃仁

超音波techno　29　(5)　99-101　2017年9月
出版者・発行元：日本工業出版
ISSN：0916-2410
タングステン酸ジルコニウムのラマン散乱分光

大石栄一, 片山大輔, 藤井康裕, 是枝聡肇, 長久保白, 荻博次

日本物理学会講演概要集(CD-ROM)　72　(1)　2017年

ISSN：2189-079X
Temperature behavior of sound velocity of SiON thin films studied by picosecond ultrasound 査読有り

Seiya Tsuboi, Hirotsugu Ogi, Akira Nagakubo, Nobutomo Nakamura, Satoru Matsuda, Yoshiro Kabe

2017 IEEE INTERNATIONAL ULTRASONICS SYMPOSIUM (IUS)　2017年

DOI： 10.1109/ULTSYM.2017.8092986 　

ISSN：1948-5719
Thermal Mode Spectroscopy for Thermal Diffusivity of Millimeter-Size Solids 査読有り

Hirotsugu Ogi, Tatsuya Ishihara, Hideshi Ishida, Akira Nagakubo, Nobutomo Nakamura, Masahiko Hirao

PHYSICAL REVIEW LETTERS　117　(19)　2016年11月

DOI： 10.1103/PhysRevLett.117.195901 　

ISSN：0031-9007

eISSN：1079-7114
Piezoelectric coefficients of GaN determined by hopping conduction of carriers 査読有り

K. Adachi, H. Ogi, A. Nagakubo, N. Nakamura, M. Hirao, M. Imade, M. Yoshimura, Y. Mori

APPLIED PHYSICS LETTERS　109　(18)　2016年10月

DOI： 10.1063/1.4966995 　

ISSN：0003-6951

eISSN：1077-3118
Elastic constants of GaN between 10 and 305K 査読有り

K. Adachi, H. Ogi, A. Nagakubo, N. Nakamura, M. Hirao, M. Imade, M. Yoshimura, Y. Mori

JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　119　(24)　2016年6月

DOI： 10.1063/1.4955046 　

ISSN：0021-8979

eISSN：1089-7550
Elastic constant C-11 of C-12 diamond between 10 and 613 K 査読有り

A. Nagakubo, M. Arita, H. Ogi, H. Sumiya, N. Nakamura, M. Hirao

APPLIED PHYSICS LETTERS　108　(22)　2016年5月

DOI： 10.1063/1.4952613 　

ISSN：0003-6951

eISSN：1077-3118
Impact of interface stiffness in surface-wave resonances on nanostrip-attached substrates 査読有り

Ogi Hirotsugu, Masuda Shoichi, Nagakubo Akira, Nakamura Nobutomo, Hirao Masahiko, Kondou Kouta, Ono Teruo

PHYSICAL REVIEW B　93　(2)　2016年1月22日

DOI： 10.1103/PhysRevB.93.024112 　

ISSN：1098-0121

eISSN：2469-9969
21aAF-6 負の熱膨張を示すZrW_2O_8のブリルアン散乱

和仁裕之, 藤井康裕, 是枝聡肇, 長久保白, 荻博次

日本物理学会講演概要集　71　2694-2694　2016年
出版者・発行元：一般社団法人日本物理学会
DOI： 10.11316/jpsgaiyo.71.1.0_2694 　

ISSN：2189-079X
ピコ秒超音波法と透過型電子顕微鏡を用いた同位体ダイヤモンドの弾性率計測

長久保白, 荻博次

大阪大学超高圧電子顕微鏡センター年報　(45)　43-45　2016年
出版者・発行元：大阪大学超高圧電子顕微鏡センター
Refractive index and extinction coefficient of Si at 400nm between 10 and 300K 査読有り

Akira Nagakubo, Hirotsugu Ogi, Masahiko Hirao

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　54　(12)　2015年12月

DOI： 10.7567/JJAP.54.128001 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
G213 タンパク質を介するフォノン輸送を利用したマイクロドット大規模多チャンネルバイオセンサー(OS-12:先端計測による熱工学の学際的展開(2))

岩上慈, 荻博次, 長久保白, 平尾雅彦, 谷口卓也, 小野輝男

熱工学コンファレンス講演論文集　2015　"G213-1"-"G213-2"　2015年10月23日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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Biosensors are important measurement tools for diagnosis and drug discovery. Especially in drug-discovery processes, high-throughput biosensors are required because of many drug candidates. Then we developed a new concept high-throughput biosensor using picosecond ultrasound method. A metal microdot is irradiated with ultrashort optical pulse, where ultrahigh-frequency phonons are excited. They are transferred into the solution across the proteins captured on the microdot, leading to the phonon intensity change. We observe this phenomenon using a time-resolved pump-probe method. We can detect 67 pM rabbit IgG using reflective change caused by phonon intensity change due to protein coupling onto the sensor chip. In addition, we achieved detection of difference between specific binding and non-specific binding using multi-channel microdots. And we developed theoretical calculation for this measurement principle. In this study, Our new concept biosensor can be a powerful tool as a large-scale multichannel biosensor.
ダイヤモンド薄膜の弾性定数に対する異常同位体効果の観測

蟻田真里, 長久保白, 森上健太, 荻博次, 平尾雅彦, 渡邊幸志

応用物理学会学術講演会講演予稿集　2015.2　340-340　2015年8月31日
出版者・発行元：公益社団法人応用物理学会
DOI： 10.11470/jsapmeeting.2015.2.0_340 　

eISSN：2436-7613
Acoustic properties of co-doped AlN thin films at low temperatures studied by picosecond ultrasonics 査読有り

Akira Nagakubo, Mari Arita, Tsuyoshi Yokoyama, Satoru Matsuda, Masanori Ueda, Hirotsugu Ogi, Masahiko Hirao

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　54　(7)　2015年7月

DOI： 10.7567/JJAP.54.07HD01 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
Temperature behavior of sound velocity of fluorine-doped vitreous silica thin films studied by picosecond ultrasonics 査読有り

A. Nagakubo, H. Ogi, H. Ishida, M. Hirao, T. Yokoyama, T. Nishihara

JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　118　(1)　2015年7月

DOI： 10.1063/1.4923353 　

ISSN：0021-8979

eISSN：1089-7550
Hopping conduction and piezoelectricity in Fe-doped GaN studied by non-contacting resonant ultrasound spectroscopy 査読有り

H. Ogi, Y. Tsutsui, N. Nakamura, A. Nagakubo, M. Hirao, M. Imade, M. Yoshimura, Y. Mori

APPLIED PHYSICS LETTERS　106　(9)　2015年3月

DOI： 10.1063/1.4913973 　

ISSN：0003-6951

eISSN：1077-3118
Elastic properties of single-crystalline omega phase in titanium (vol 61, pg 7543, 2013) 査読有り

Tane M, Okuda Y, Todaka Y, Ogi H, Nagakubo A

ACTA MATERIALIA　84　515　2015年2月1日

DOI： 10.1016/j.actamat.2014.11.006 　

ISSN：1359-6454
Erratum: Elastic properties of single-crystalline ω phase in titanium (Acta Materialia 61 (2013) (7543-7554))

M. Tane, Y. Okuda, Y. Todaka, H. Ogi, A. Nagakubo

Acta Materialia　84　515　2015年2月1日

DOI： 10.1016/j.actamat.2014.11.006 　

ISSN：1359-6454
3P1-1 ピコ秒超音波法を用いた2次元Auナノブリッジ内のガイド波の計測査読有り

長久保白, 岩上慈, 荻博次, 谷口卓也, 小野輝男, 平尾雅彦

超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集　36　(0)　_3P1-1-1_-_3P1-1-2_　2015年
出版者・発行元：特定非営利活動法人超音波エレクトロニクス協会
ISSN：1348-8236
1P1-1 ピコ秒超音波による負の熱膨張を示すZrW_2O_8の弾性定数の異常温度依存性の研究(ポスターセッション) 査読有り

深澤俊輔, 長久保白, 荻博次, 平尾雅彦

超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集　35　19-20　2014年12月3日
出版者・発行元：超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム運営委員会
ISSN：1348-8236
1P3-3 ピコ秒超音波法を用いた2元素添加AlN薄膜の音響特性の極低温計測(ポスターセッション) 査読有り

長久保白, 蟻田真里, 横山剛, 松田聡, 上田政則, 荻博次, 平尾雅彦

超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集　35　83-84　2014年12月3日
出版者・発行元：超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム運営委員会
ISSN：1348-8236
Elasticity and hardness of nano-polycrystalline boron nitrides: The apparent Hall-Petch effect 査読有り

A. Nagakubo, H. Ogi, H. Sumiya, M. Hirao

APPLIED PHYSICS LETTERS　105　(8)　2014年8月

DOI： 10.1063/1.4894377 　

ISSN：0003-6951

eISSN：1077-3118
Monitoring of Longitudinal-Wave Velocity and Attenuation of SrTiO3 at Low Temperatures Using Picosecond Ultrasound Spectroscopy (vol 51, 07GA09, 2012) 査読有り

Akira Nagakubo, Akihiro Yamamoto, Kenichi Tanigaki, Hirotsugu Ogi, Nobutomo Nakamura, Masahiko Hirao

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　53　(5)　2014年5月

DOI： 10.7567/JJAP.53.059201 　

ISSN：0021-4922

eISSN：1347-4065
Elastic properties of single-crystalline ω phase in titanium 査読有り

M. Tane, Y. Okuda, Y. Todaka, H. Ogi, A. Nagakubo

Acta Materialia　61　(20)　7543-7554　2013年12月

DOI： 10.1016/j.actamat.2013.08.036 　

ISSN：1359-6454

eISSN：1873-2453
2E1-1 低温域におけるフッ素添加石英ガラス薄膜の音響特性(英語講演3「超音波物性・光超音波,圧電デバイス」) 査読有り

長久保白, 増田翔一, 松田聡, 荻博次, 平尾雅彦

超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集　34　375-376　2013年11月20日
出版者・発行元：超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム運営委員会
ISSN：1348-8236
F124 熱共振現象を利用した直方体微小試料に対する新しい熱拡散率計測法の開発(OS-8:熱物性・計測(1))

森上健太, 長久保白, 荻博次, 石田秀士, Maris Humphrey J., 平尾雅彦

熱工学コンファレンス講演論文集　2013　177-178　2013年10月18日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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Thermal conductivity is a crucial value in designing devices, and materials with high thermal conductivity are favorable for wide variety of applications. However, some of those materials are so small that conventional methods fail to measure thermal conductivity precisely. Here, we introduce a new technique for thermal diffusivity measurement, which observes the thermal resonance and is valid for a small specimen such as synthesized diamond. We describe the theory and the experimental method for this technique and present experimental results for small rectangular parallelepiped specimens. The results show quantitative agreement with reported values.
物性・評価サブTHz超音波を用いた機能性酸化物の音速・減衰の極低温計測招待有り

長久保白, 荻博次, 平尾雅彦

超音波techno　25　(5)　89-92　2013年9月
出版者・発行元：日本工業出版
ISSN：0916-2410
Elastic constants of cubic and wurtzite boron nitrides 査読有り

A. Nagakubo, H. Ogi, H. Sumiya, K. Kusakabe, M. Hirao

APPLIED PHYSICS LETTERS　102　(24)　2013年6月

DOI： 10.1063/1.4811789 　

ISSN：0003-6951

eISSN：1077-3118
1105 熱共振現象を利用した新しい熱伝導率測定法の開発(GS-6 熱工学(3))

森上健太, 長久保白, 荻博次, 石田秀士, 平尾雅彦

関西支部講演会講演論文集　2013　(88)　"11-15"　2013年3月16日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会
1J1-1 ブリルアン振動法による同位体比制御ダイヤモンド薄膜の弾性定数の精密計測(超音波物性,光超音波,圧電デバイス) 査読有り

森上健太, 長久保白, 荻博次, 平尾雅彦, 渡邊幸志, 鹿田真一

超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集　33　135-136　2012年11月13日
出版者・発行元：超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム運営委員会
ISSN：1348-8236
1P1-9 サブTHz超音波を用いたGaNの音速・減衰係数の極低温計測(ポスターセッション) 査読有り

長久保白, 筒井裕貴, 荻博次, 中村暢伴, 平尾雅彦

超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集　33　35-36　2012年11月13日
出版者・発行元：超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム運営委員会
ISSN：1348-8236
Monitoring of Longitudinal-Wave Velocity and Attenuation of SrTiO3 at Low Temperatures Using Picosecond Ultrasound Spectroscopy 査読有り

Akira Nagakubo, Akihiro Yamamoto, Kenichi Tanigaki, Hirotsugu Ogi, Nobutomo Nakamura, Masahiko Hirao

JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS　51　(7)　2012年7月

DOI： 10.1143/JJAP.51.07GA09 　

ISSN：0021-4922
3Pb1-4 ピコ秒超音波法を用いたSrTiO_3の低温相変態における音速と減衰のモニタリング(ポスターセッション)

長久保白, 山本晃大, 荻博次, 平尾雅彦

超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集　32　459-460　2011年11月8日
出版者・発行元：超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム運営委員会
ISSN：1348-8236
OS02-2-5 Picosecond Ultrasound Spectroscopy for High Purity Boron Nitrides 査読有り

Nagakubo Akira, Tanigaki Kenichi, Ogi Hirotsugu, Hirao Masahiko, Sumiya Hitoshi, Harano Katsuko

Abstracts of ATEM : International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics : Asian Conference on Experimental Mechanics　2011　(10)　"OS02-2-5-1"　2011年9月19日
出版者・発行元：一般社団法人日本機械学会

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講演・口頭発表等 39

サブTHz超音波を用いたエレクトロマイグレーションの早期非破壊検出

長久保白, 出馬秀平, 西村淳, 壁義郎, 荻博次

第85回応用物理学会秋季学術講演会　2024年9月16日
In situ monitoring of electromigration in a single nano wire by picosecond ultrasonics

A. Nagakubo, E. Asanuma, H. Ogi

184th Meeting of the Acoustical Society of America　2023年5月9日
Machine learning prediction of initial values of elastic constants in resonant ultrasound spectroscopy

Hiroki Fukuda, Akira Nagakubo, Hirotsugu Ogi

The 43rd Symposium on Ultrasonic Electronics　2022年11月7日
Propagation properties of longitudinal wave in defect-free multilayer graphene at low temperatures and high magnetic field

K. Tojo, A. Nagakubo, M. Tachibana, K. Murashima, M. Murakami, H. Ogi

The 43rd Symposium on Ultrasonic Electronics　2022年11月7日
Effects of Au atoms deposition on Pd film for hydrogen gas sensor using wireless and electrodeless quartz crystal resonator

T. Matsukura, L. Zhou, A. Nagakubo, H. Ogi

The 43rd Symposium on Ultrasonic Electronics　2022年11月7日
Numerical Study on High Sensitivity Biosensing Scheme Based on Waveguide Phononic Crystal

W. Yuan, A. Nagakubo, H. Ogi

The 43rd Symposium on Ultrasonic Electronics　2022年11月7日
Shear moduli of liquid crystalline polymers and relaxation process in poly methyl methacrylate studied by resonant ultrasound spectroscopy

K. Fujita, A. Nagakubo, H. Ogi

The 43rd Symposium on Ultrasonic Electronics　2022年11月7日
GHz phonon biosensor using free-standing SiN nanofilm with real-time monitoring by asynchronous optical sampling picosecond ultrasonics

The 2022 IEEE International Ultrasonics Symposium　2022年10月11日
Interaction between ultrasound and magnetization in ferromagnetic thin film studied by picosecond ultrasonics

K. TojoA, Nagakubo, H. Ogi

The 42nd Symposium on Ultrasonic Electronics　2021年10月25日
Elastic constants of tungsten carbide single crystal studied by picosecond ultrasonics

M. KimotoA, Nagakubo, H. Ogi

The 42nd Symposium on Ultrasonic Electronics　2021年10月25日
Development of nano-thin film biosensors using asynchronous picosecond ultrasound method

A. Tange, A. Nagakubo, H. Ogi

The 42nd Symposium on Ultrasonic Electronics　2021年10月25日
Acoustic properties of metal/antiferromagnet epitaxial multilayers

H. Fukuda, A. Nagakubo, H. Ogi

The 41st Symposium on Ultrasonic Electronics　2020年11月25日
Relationship between Temperature Coefficient of Sound Velocity and Bond Angle in Vitreous SiO2-Type Films

A. Nagakubo, H. Ogi, S. Tsuboi, A. Koreeda, Y. Fujii

2019 IEEE International Ultrasonics Symposium　2019年10月6日
Time-range controllable asynchronous picosecond ultrasonics with titanium-sapphire pulse lasers

A. Nagakubo, H. Tamura, H. Ogi

2019 International Congress on Ultrasonics　2019年
Resonance frequencies of AlN and metal freestanding multilayers studied by picosecond ultrasonics

A. Nagakubo, T. Nishihara, H. Ogi

The 39th Symposium on Ultrasonic Electronics　2018年10月29日
ピコ秒超音波法を用いたa及びb型タングステンナノ薄膜の弾性率計測および重水素照射による機械特性の変化

長久保白, 土生善昭, Lee Heun Tae, 上田良夫, 荻博次

2018年9月18日
Guide wave excitation and detection in a single nanowire

A. Nagakubo, T. Taniguchi, H. Ogi, T. Ono

2017 International Congress on Ultrasonics　2017年12月18日
Elastic constant of alpha and beta tungsten films studied by picosecond ultrasonics

A. Nagakubo, Lee Heun Tae, Y. Ueda, H. Ogi, T. Moriyama, T. Ono

The 38th Symposium on Ultrasonic Electronics　2017年10月25日
Discussion on very small temperature dependence of diamond's elastic constants

A. Nagakubo, H. Ogi, M. Hirao

5th Joint Meeting of the Acoustical Society of America and Acoustical Society of Japan　2016年11月28日
Wave-propagation properties of alpha and beta Lanthanum studied by ab-initio calculations

A. Nagakubo, H. Ogi, K. Kusakabe, M. Hirao

The 37th Symposium on Ultrasonic Electronics　2016年11月16日
Guided wave propagation in a 2-D patterned nano-bridge studied by picosecond ultrasonics

A. Nagakubo, S. Iwagami, H. Ogi, T. Taniguchi, T. Ono, M. Hirao

The 36th Symposium on Ultrasonic Electronics　2015年11月5日
The apparent Hall-Petch effect of nano-polycrystalline cubic boron nitrides

A. Nagakubo, K. Tanigaki, H. Ogi, M. Hirao, H. Sumiya

9th International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2015　2015年5月24日
Elasticity measurements by Picosecond ultrasound spectroscopy 招待有り

A. Nagakubo, H. Ogi, M. Hirao

Seminor in Academy of Sciences of the Czech Republic　2015年5月18日
Precise measurement of sound velocity of amorphous silica at low temperatures by picosecond ultrasounds: correction of static heating effect

A. Nagakubo, H. Ishida, H. Ogi, M. Hirao

2015 International Congress on Ultrasonics　2015年5月10日
Elastic stiffness of cubic and wurtzite boron nitride

A. Nagakubo, K. Tanigaki, H. Ogi, M. Hirao, H. Sumiya

TMS (The Minerals, Metals and Materials Society) 2015, 144th annual Meeting　2015年3月15日
極低温ピコ秒超音波法を用いた異なるキャリア密度のGaNに対するキャリアダイナミクスの観測招待有り

長久保白, 石原達也, 荻博次, 中村暢伴, 平尾雅彦

第62回応用物理学会春季学術講演会　2015年3月10日
Acoustic properties of co-doped AlN thin films at low temperatures studied by picosecond ultrasonics

A. Nagakubo, M. Arita, T. Yokoyama, S. Matsuda, M. Ueda, H. Ogi, M. Hirao

The 35th Symposium on Ultrasonic Electronics　2014年12月3日
極低温ピコ秒超音波法を用いたGaNのキャリアダイナミクスの観測と圧電定数計測

長久保白, 石原達也, 荻博次, 中村暢伴, 平尾雅彦

第75回応用物理学会学術講演会　2014年9月17日
Temperature coefficients of fluorine-doped amorphous-SiO2 thin films measured by picosecond ultrasonics

A. Nagakubo, S. Matsuda, H. Ogi, M. Hirao

2014 IEEE International Ultrasonics Symposium
Measurement and Calculation of Elastic Constants of Boron Nitrides

A. Nagakubo, K. Tanigaki, H. Ogi, M. Hirao, H. Sumiya

2013 International Congress on Ultrasonics
Acoustic properties of fluorine-doped silica-glass thin films at low temperatures

A. Nagakubo, S. Masuda, S. Matsuda, H. Ogi, M. Hirao

The 34th Symposium on Ultrasonic Electronics
Sub-terahertz-frequency attenuation and sound velocity of GaN at Cryogenic Temperatures Studied by Picosecond Ultrasound Spectroscopy

A. Nagakubo, Y. Tsutsui, H. Ogi, N. Nakamura, M. Hirao

The 33rd Symposium on Ultrasonic Electronics
極低温域における圧電体・誘電体に対するサブTHz超音波の減衰計測

長久保白, 筒井裕貴, 荻博次, 中村暢伴, 平尾雅彦

第73回応用物理学会学術講演会
Study of Phase Transition in SrTiO3 Using Ultrasonic Attenuation at Sub-Terahertz Region

A. Nagakubo, H. Ogi, M. Hirao

Quantitative Nondestructive Evaluation (QNDE) 2012
Elastic Constants of Boron Nitrides at Cryogenic Temperature

A. Nagakubo, K. Tanigaki, H. Ogi, M. Hirao, H. Sumiya, K. Harano

Materials Research Society(MRS) Fall Meeting 2011
Monitoring of sound velocity and attenuation in SrTiO3 across the phase transition at low temperature using picosecond ultrasonics

A. Nagakubo, A. Yamamoto, H. Ogi, M. Hirao

The 32nd Symposium on Ultrasonic Electronics
Picosecond Ultrasound Spectroscopy for High Purity Boron Nitrides

A. Nagakubo, K. Tanigaki, H. Ogi, M. Hirao, H. Sumiya, K. Harano

International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2011 The 10 th Annual Conference of the Asian Society
Elasticity of High Purity Boron Nitrides at Cryogenic Temperatures Studied by Picosecond Laser Ultrasound and ab-initio Calculation

A. Nagakubo, K. Tanigaki, H. Ogi, M. Hirao, H. Sumiya, K. Harano

5th International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2011
高純度BN多結晶体の超高弾性とその極低温計測:ピコ秒超音波計測と第一原理計算

長久保白, 谷垣健一, 森田啓, 荻博次, 平尾雅彦, 角谷均, 原野佳津子

第58回応用物理学関係連合講演会

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共同研究・競争的資金等の研究課題 11

nm/サブTHz領域における極限超音波技術の創出

長久保白

提供機関：Japan Science and Technology Agency

制度名：Fusion Oriented Research for disruptive Science and Technology

研究機関：Osaka University

2022年1月～ 2029年3月
単一ナノワイヤのリアルタイム超音波計測によるエレクトロマイグレーション機構の究明

長久保白

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Osaka University

2022年4月～ 2026年3月
非同期ピコ秒超音波法を用いた高感度・リアルタイムバイオセンサの確立

長久保白

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

研究機関：Osaka University

2022年6月～ 2024年3月
Understanding the synthesis and electronic behavior of beta tungsten thin film materials

Lee HeunTae, 伊庭野健造, 長久保白, Dino Wilson, 佐藤仁

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Osaka University

2020年4月～ 2024年3月

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令和3年度の研究実績は下記のとおりである。１）ベータタングステン(β-W)の合成メカニズムは動力学的な機構に支配されていることが分かった。成膜時のプロセスパラメーターであるAr圧力とターゲット基板間距離を変化させ、それらがβ-Wの結晶構造の安定性に及ぼす影響を調査した。成膜速度を増加るとα-Wからβ-Wに結晶構造が変化することから、β-W膜成長は動力学的な機構に支配されていると考えられる。また、β-W膜の弾性定数は第一原理計算から求めた弾性定数と良く一致することから、欠陥や応力の少ない純粋なβ-Wの成膜に成功したと考えられる。２）β-Wが本来持つ電子状態の光電子分光測定に世界はじめて成功した。放射光を用いてβ-W とα-Wのフェルミレベル付近の電子密度を測定した結果、0から-1 eVの範囲のβ-Wの電子状態が、α-Wの電子状態より高いということが分かった。この違いは第一原理計算から得られた電子状態とも良く一致した。またXPS法によって、β-Wはα-Wに比べ、W-coreのスペクトルの幅がより広いという結果が得られた。この結果はβ-Wがα-Wに比べ価電子帯の電子密度が高いことを意味し、放射光実験結果と良く一致した。以上の結果よりβ-Wのフェルミレベル付近の電子状態が高いことは、β-Wの巨大なスピンホール効果に起因すると考えられた。３）第一原理計算を用いてβ-Wとα-W中の不純物（酸素、水素、ヘリウム）の安定性と電子状態に及ぼす影響を調査した。β-Wとα-W中の酸素の溶解度エネルギーはそれぞれ-0.34 eVと+0.66 eVであったことから、酸素はβ-Wと発熱反応を起こすことが分かった。また、β-W中の酸素はフェルミレベル付近の電子状態を高めることが分かった。β-Wはα-Wと比べ水素の溶解度エネルギーが低いため、水素の吸蔵が増加すると予想される。
ナノ薄膜炭素材料のフォノン物性学理の深化

荻博次, 草部浩一, 渡邊幸志, 長久保白

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

研究機関：Osaka University

2019年4月～ 2023年3月

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ナノダイヤモンド薄膜や多層グラフェン等のナノ炭素材料は、極めて高い弾性率や熱伝導率を示す。その優れたフォノン物性を利用した実用研究が加速する一方、フォノン物性の基礎的理解が追随しているとは言い難い。本年度は、同位体比を制御したホモエピタキシャルダイヤモンド薄膜およびホモエピタキシャルダイヤモンド超格子薄膜に対して、顕微ピコ秒レーザー超音波法を用いて、膜厚方向の熱拡散率の評価を行った。通常の理論では説明することのできないフォノン特性が観測された。この成果は、Japanese Journal of Applied Physics に掲載された。また、無欠陥のグラファイト単結晶を作製することに成功し、この試料に対して顕微ピコ秒レーザー超音波法により、c軸方向の弾性定数を正確に評価したところ、従来信じられていた値よりも大幅に高いことが判明した。さらに、理論的に短距離電子相関効果から非調和性が強まることを発見し、この実験値を再現することに成功した。これはグラファイトの弾性定数を再現すると信じられていた乱雑位相近似を用いる理論計算に変更が必要であることを強く示す結果である。この成果により、ファンデルワールス力に潜む量子効果がさらに深く理解されることが期待できる。これらの成果は、Physical Review Materialsに掲載された。
フォノンとマグノンの相互作用を用いた反強磁性ナノ薄膜中のスピンダイナミクスの解明

長久保白, 森山貴広, 塩田陽一

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Osaka University

2018年4月～ 2022年3月

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本研究ではフェムト秒パルスレーザーを用いたポンプ・プローブ法を用い、フォノン（超音波）とマグノン（磁化振動）の相互作用・カップリングを通じてナノ薄膜中における反強磁性共鳴の励起・検出を目的としている。そのためには高周波フォノンを反強磁性ナノ薄膜に励起することが必要である。昨年度は高周波フォノンの励起源としてPtナノ薄膜を、反強磁性ナノ薄膜としてNiOを採用し、これら材料の周期多層ナノ薄膜をAl2O3基板上に作製し、一連の実験を行った。まず高周波フォノンを励起するためには膜厚の薄い試料を作製することが必要である。しかし、膜厚の薄いNiO薄膜は反強磁性特性を示さない場合があるため、結晶性が高く欠陥の少ない高品質な薄膜を作製する必要があるので、PtもNiOもエピタキシャル成長させることができるAl2O3基板を採用した。だが報告されている両材料をエピタキシャル成長させるための最適成膜温度は異なる。そこで単層試料、多層試料をそれぞれ作成し、結晶性をX線構造解析により評価することで結晶性の高いPt/NiO多層膜を作製するができる条件を見出し、高周波フォノンを励起することに成功した。励起したフォノンの周波数は膜構造及び推定音速から計算した結果とおおむね一致し、共振周波数を膜構造によってデザインすることができることも確認した。これは今後、基板を加工することなどにより励起したフォノンを膜内に閉じ込める改良を施し、周波数を一致させることでカップリングの実現へとつながる。
ナノワイヤ中のホットエレクトロンを用いた横波ピコ秒超音波法の開発

長久保白

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

研究機関：Osaka University

2019年6月～ 2021年3月

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本研究ではフェムト秒パルスレーザを用いたピコ秒超音波法において様々な材料に対して横波を励起・検出することが出来る手法の解決を行っている。このピコ秒超音波法はサブTHzオーダーの超高周波超音波を励起検出できるため、ナノ薄膜や微小バルク材の音響特性・力学特性を計測することが出来る極めて重要な手法である。しかし、熱膨張を利用した現在の手法では一般的には縦波超音波しか励起することが出来ず、横波音速・せん断弾性率・横波超音波を用いたセンサ応用などが出来ないという欠点があった。そこで本研究ではナノワイヤ中を高速で拡散するホットエレクトロンと静磁場による相互作用でローレンツ力を発生させ、横波ピコ秒超音波法の確立を目指している。初年度にあたる昨年度はまず最大5Tの高磁場下においてもレーザの照射位置と焦点距離を微調整することが出来る光学系の構築に努めた。ナノメートルオーダーで光の照射位置を調整するためには自由度が高く高精度で位置や角度を調整する機構が必要になる。しかし可動部を有する多くの光学部品は磁性体を含んでいるものが多いため、本研究では磁場の影響をなるべく避けるために従来とは調整機構が異なる光学系を非磁性体を用いて構築し、出来る限り磁場中心から離れた位置で調整をすることが可能となるような光学系を構築した。また同時に実際の計測結果をリルタイムで確認しつつ光学系の調整を行うことが出来る革新的な計測法の開発も実現した。この計測法の開発段階では横波超音波の励起・検出が効率的に行えるように試料形状、寸法、膜厚を変更した試料に対してパルスレーザの照射位置や入射角度を微調整しつつ、計測条件を改良する必要がある。そこで本研究では非同期計測という手法に着目し、従来とは全く異なるアルゴリズムを採用することでほぼリアルタイムで計測波形を得られるシステムを本研究室で実現した。
高い時空間分解能を持つ超音波計測法と微細加工技術を融合した磁性ナノデバイスの開発

長久保白

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows

研究種目：Grant-in-Aid for JSPS Fellows

研究機関：Kyoto University

2017年4月～ 2020年3月

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本研究ではフェムト秒パルスレーザーを用いた超高速ポンププローブ計測法と電子線リソグラフィを用いたナノメートルオーダーの微細加工技術を組み合わせ、フォノン(超音波)による磁壁の移動現象の実験的解明を目指して研究を行った。電子線リソグラフィを用いることで独自に提案した形状のデバイスを作製し、ナノワイヤの方端部にポンプ光を照射して超音波を励起し、もう一端まで伝播してきた超音波をプローブ光の反射率変化を通して検出することに成功した。その計測の結果、ナノワイヤ中を伝わる2つの現象を発見した。1つはポンプ光の照射後、100 ps以内に数ミクロンの距離を伝播するパルス的な応答である。もう1つは1000 ps以上経ってから数ミクロンの距離を伝播してくる振動的な応答である。細線の材料や寸法を変えるとパルス応答の振幅や、振動の周波数や伝播時間にも変化が現れた。これらは細線中を伝わる電子や超音波の応答を捉えていると考えられ、今後これを用いることで磁壁の移動現象の実験へとつなげることが可能となった。また光学系を改築し、磁気光学Kerr効果をピコ秒オーダーにおいてとらえることで磁化の超高速動的挙動も観測することができるようになった。本研究で構築した光学系では、検出光の分離方法を変えるだけで同一の励起条件下における磁化の応答と超音波の応答をそれぞれ独立に計測できる。これにより超音波の挙動と磁壁・磁化振動の挙動を時間領域において計測できるようになり、これらの相互作用を解明することができるようになった。
軽元素同位体制御工学の実現に向けたダイヤモンドの物性解明

鹿田真一, 寺地徳之, 石井良太, 渡邊幸志, 櫛引淳一, 丹野健徳, 荻博次, 長久保白, マジディサマン

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Kwansei Gakuin University

2016年4月～ 2019年3月

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本研究では、同位体濃縮によりフォノン特性に大きな影響があるダイヤモンドに関して、物性そのものにフォーカスして計測・解析を行った。同位体制御合成に関しては酸素を高濃度供給する条件を適用し、12C同位体濃縮自立結晶の成長に成功した。弾性に関して、４結晶対称反射型X線回折で超精密格子定数等を得た。ブリルアン振動法を用いた計測を行い13C結晶の弾性定数精密値を得た。極低温下における一軸性応力下フォトルミ・微分吸収分光を行い、12C結晶の自由励起子遷移が一軸性応力によって分裂することを初めて観測した。また12Cと13Cのギャップ差およびフォノン・エキシトンに対する同位体効果を精密同定することに成功した。
室温から極低温に渡るナノ～マイクロ薄膜の音速・屈折率・膜厚同時計測法の確立

長久保白

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

研究種目：Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

研究機関：Osaka University

2015年4月～ 2017年3月

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本研究では携帯電話などの無線通信機器に欠かすことのできない音響フィルタ材料の音速計測に取り組んだ。独自に開発した光学系を用いることによってマイクロオーダーの薄膜中を伝播する超音波を2つの異なる入射角度のもと観測する手法を確立することに成功した。これにより薄膜の音速・屈折率・膜厚を同時に計測する手法を開発した。またAlNやダイヤモンドといった材料の音響特性を室温から極低温域にわたって解明し、デバイス開発や材料科学の発展につながる重要な知見を数多く得た。
サブTHz超音波を用いた物質の弾性と機能との強相関の究明

長久保白

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for JSPS Fellows

研究種目：Grant-in-Aid for JSPS Fellows

研究機関：Osaka University

2012年4月～ 2015年3月

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今年度は本研究の最終年度として今までの研究成果の論文執筆・学会発表に努めた。その中でダイヤモンドに次ぐ高硬度材料として知られる窒化ホウ素の硬度が測定法によっては弾性率の影響を受けて過大評価されてしまうことを示した。これは超硬材料の硬度測定法に関して重要な指針である。なぜなら近年、窒化ホウ素の硬度がダイヤモンドの硬度を上回るという報告や、従来のダイヤモンドの2倍以上の硬度を誇るダイヤモンドの合成に成功したという報告がなされており、硬度の計測法自体に疑問がもたれているからである。またフッ素を添加した石英ガラス薄膜の音速の温度依存性がバルクよりも小さく、また石英ガラスの熱伝導率の低さによってレーザー加熱の影響が無視できないということを示した。石英ガラス薄膜は携帯電話など無線通信デバイスで特製周波数の電波を受信するための音響フィルタ中で温度補償材として使用されている。しかしその薄膜の特性を直接計測することは従来法では困難であり、音速の絶対値やその温度係数などは未知のままであった。本研究は初めてそれを直接計測することに成功し、デバイス開発やガラス薄膜の音響特性の解明に大きく貢献した。音響フィルタ中では電波信号を音響信号に変換する素子として窒化アルミニウム(AlN)などの圧電体が使用されており、マグネシウムとハフニウムまたはジルコニウムを添加したAlN薄膜の音速計測も行った。これは信号変換効率を上昇させるために新たに作成された材料であり、デバイスとして実用化するためには音響特性の解明が欠かせない。計測の結果、異種元素を約10％添加することで音速が10％以上低下することを解明した。以上の結果はすべて今年度に学会で発表または論文として執筆を行った。

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担当経験のある科目(授業) 11

精密科学実験　大阪大学
先端科学序論II　大阪大学
ゼミナール III　大阪大学
ゼミナール II　大阪大学
精密工学演習　大阪大学
数学解析演習II　大阪大学
数学解析演習I　大阪大学
学問への扉　大阪大学
基礎物理学実験　大阪大学
機械工学総合演習　大阪大学
機械工学実験　大阪大学

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