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産業技術総合研究所は12月14日、強磁場発生装置を使わずに、電気抵抗の精密測定ができる新しい量子抵抗標準素子を開発したことを発表した。新材料「トポロジカル絶縁体」によって発現する「量子異常ホール効果」を応用したもので、ホームセンターでも購入できる安価な材料を使い、国家計量標準と同等の8桁の精度を持つ量子抵抗標準素子を作り上げた。

電気抵抗は、超低温の強磁場下では量子ホール効果という現象を生じる。そのときの抵抗値は常に一定（量子化抵抗値）であるため、国際的な抵抗値の基準に使われている。そうした量子ホール効果を生む量子ホール素子を使った電気抵抗の測定には強磁場が必要で、超伝導磁石などで使われる大型の強磁場発生装置を用いなければならない。

そこで産業技術総合研究所物理計測標準研究部門は、理化学研究所創発物性科学研究センター、東京大学大学院工学系研究科、東北大学金属材料研究所と共同で、強磁場発生装置を必要としない電気抵抗の精密測定を可能にする新しい量子抵抗標準素子を開発した。

これは、2016年にノーベル物理学賞を受賞したトポロジカル絶縁体の研究が下地になっている。研究グループは、トポロジカル絶縁体によって発現する「量子異常ホール効果」という現象に着目した。量子異常ホール効果は、量子ホール効果と同じ量子ホール素子の電気抵抗値が量子化抵抗値となる物理現象だが、一般的に使われる普通の磁石程度の磁力で発現するというものだ。世界中で研究が進められているが、電流を流すと量子抵抗値がずれてしまうという不安定さがあり、現在のところ電気抵抗値の基準としては使えていない。

不安定さの原因は、トポロジカル絶縁体を構成するビスマス、アンチモン、テルル、クロムの4つの元素の濃度の不均一さにある。研究グループは、こららの元素の比率、素子構造、製作時の温度などの条件を最適化することで不均一さを低減した。これにより、測定電流が2μA（マイクロアンペア）以下での量子異常ホール効果のずれがゼロに近づき、強磁場発生装置を使わずとも国家標準と同等の精度の抵抗標準を実現することができた。

画像左：トポロジカル絶縁体を用いて作製した量子抵抗標準素子。画像右：抵抗値の量子化抵抗値からのずれ（相対値）の測定電流依存性

今後は、さらに品質改良を行い、利便性と信頼性を高めるとしている。また、この新型抵抗標準素子を搭載した小型軽量の精密電気測定装置の開発にも取り組むとのことだ。

産業技術総合研究所（産総研）は12月12日、窒化ガリウム（GaN）を用いた高電子移動度トランジスターと、炭化ケイ素（SiC）を用いたPNダイオードを一体化したハイブリッド型トランジスターの製作と動作実証に、世界で初めて成功したことを発表した。これは、産総研先進パワーエレクトロニクス研究センターパワーデバイスチームの中島昭主任研究員と原田信介研究チーム長の研究によるもの。

これは、電力エネルギーの変換や制御を行う電力変換器に使用されるパワートランジスターの一種。パワートランジスターは電気的スイッチとして用いられるため、次の3つの性能が求められる。

1. 高効率な電力変換を実現するための、スイッチオン状態における導通損失を減らす低いオン抵抗
2. スイッチング損失を減らすための、オンとオフの高速な切り替え性能
3. 電力変換回路の異常動作時におけるノイズエネルギーの吸収源としての役割

現在の主流になっているシリコン（Si）トランジスターは、この3つの性能がほぼ限界に達していることから、効率の高いGaNトランジスターの研究が行われてきた。シリコントランジスターには、構造的にソースとドレインという2つの電極がPN接合されているため、本来的にダイオードの性質を持っている。ところが、GaNトランジスターにはそれがない。ダイオードは本来、片方向にだけ電流を流す性質があるが、パワートランジスターに含まれるダイオードには、過電圧がかかったときに一次的に逆方向に電流を逃して（アパランシェ降伏）、熱として消散させ、ノイズエネルギーを吸収する役割を果たす。つまりGaNトランジスターでは、求められる性質の3つ目である、異常動作時におけるノイズエネルギーの吸収が行われない。それが、普及の妨げになっていた。

産総研は、そこにSiCダイオードを追加して一体化することで、アパランシェ降伏動作を得ることができた。さらに、このハイブリッドトランジスターでは、GaNトランジスターのオン抵抗が低く、SiCダイオードの熱伝導率はシリコンの3倍と高いことが認められた。そのことから、次世代電力変換器の高効率化と信頼性向上が期待される。

今回開発したハイブリッド型トランジスターの構造

今回製作されたのは、定格電流20mA（ミリアンペア）程度の小さなものだが、今後は10A（アンペア）程度の大きなものの動作実証に取り組むとのこと。また、GaNとSiCの融合技術は、ハイブリッドトランジスターの他にも多くの可能性が期待されるという。

産業技術総合研究所（産総研）は、首都圏に設置された地震計のデータから、新型コロナウイルス感染症が感染拡大した時期に人の社会活動が低下したことを明らかにした。これにより、地震計は地震動だけでなく、人間活動のモニタリングにも応用できることが示された。

産総研活断層・火山研究部門地震災害予測研究グループの二宮啓研究員と、九州大学地球資源システム工学部門の辻健教授、池田達紀助教による研究チームは、首都圏地震観測網の101台の地震計で得られた4年分のデータから新型コロナ発生後の変動を調べた。調査では、観測点ごとに振動の強さを示すパワースペクトル密度（PSD。Power Spectral Density）を計算した。それにより、次のことがわかった。

101台の地震計の設置場所と池袋の観測点（E.IKBM）

2020年4月、1回目の緊急事態宣言が出されたとき、PSDがもっとも大きく低下した。緊急事態制限が解除されると、平日のPSDは回復し始めたものの、日曜日はしばらく低いままだった。Go Toトラベルキャンペーンが始まって、平日、日曜日ともに例年の水準に戻った。第3波の到来で、日曜日のPSDは再び減少したが、2回目の緊急事態宣言時は、平日の日中のPSDは減少しなかった。そして2回目の緊急事態宣言が解除される前から、平日、日曜日ともにPSDが増加に転じた。

つまり、最初の緊急事態宣言の直後は、経済活動はすぐに回復したものの日曜日は余暇活動を控える人が多く、Go Toトラベル中も日曜日は多くの人が余暇活動を自粛していたと想像される。しかし2回目の緊急事態宣言時には、新規感染者数が減少したことからPSDが増加し、社会意識に変化が表れたと産総研では推測している。

人の活動由来の振動は、交通機関や工場などさまざまな要素が混在しているため、振動源の特定が難しい。また、曜日や季節による変動があるため、そうした要素の影響を取り除かなければ詳細なPSDの変化が掴めない。この研究でも、2017年4月から2019年3月までのデータで曜日と時間帯別にPSDの季節変動を計算し、それをコロナ禍の期間のデータから差し引いている。

ただ人為的な振動は局所的なものなので、狭い範囲を観測することで振動源が特定できる。産総研ではそれを応用して、「振動情報を用いた防犯システムや交通量調査など、人為的な振動を利用したモニタリングや物理探査」を進めるとしている。