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Affiliation |
Faculty of Engineering, Division of Systems Research |
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Job Title |
Professor |
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Date of Birth |
1963 |
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Research Fields, Keywords |
ナノテクノロジー, マイクロマシン, 化合物半導体, 光素子, 酸化物ワイドギャップ半導体, 無電解めっき, 量子ドット |
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Mail Address |
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Web Site |
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Related SDGs |
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MUKAI Kohki
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ORCID
The Best Research Achievement in Research Career 【 display / non-display 】
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【Awards】 応⽤物理学会第14回（2020年度）フェロー表彰 2020.09
【Awards】 科学技術分野の文部科学大臣表彰 科学技術賞（研究部門） 2008.04
【Published Thesis】 1.3-µm CW Lasing Characteristics of Self-assembled InGaAs/GaAs Quantum Dots 2000
The Best Research Achievement in the last 5 years 【 display / non-display 】
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【Published Thesis】 Study of energy band diagrams required for intermediate band solar cells using PbS quantum dots based on photoemission yield spectroscopy measurements in air(COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS) 2025.03
【Published Thesis】 Improvement of solar cell performance using PbS quantum dot superlattices with iodine ligands(COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS) 2024.03
【Published Thesis】 Theoretical study of multi-band solar cells with a single PbS quantum dot superlattice film as a light absorption layer(JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS) 2022.09
【Published Thesis】 Study on the chemical synthesis process of Ga2O3 nanowires and their ultraviolet light sensor properties(CRYSTENGCOMM) 2022.10
【Published Thesis】 Improvement of monodispersity and shape symmetry of silica shell for PbS quantum dots by introducing surface silanization and adjusting reverse micelle size(JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS) 2021.10
Degree 【 display / non-display 】
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Doctor of Engineering - Kyoto University
Campus Career 【 display / non-display 】
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2017.4
Duty Yokohama National UniversityFaculty of Engineering Division of Systems Research Professor
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2009.4-2017.3
Duty Yokohama National UniversityFaculty of Engineering Division of Materials Science and Chemical Engineering Professor
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2007.4-2009.3
Duty Yokohama National UniversityFaculty of Engineering Division of Materials Science and Chemical Engineering Associate Professor
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2003.4-2007.3
Duty Yokohama National UniversityFaculty of Engineering Division of Materials Science and Chemical Engineering Associate Professor
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2018.4
Concurrently Yokohama National UniversityGraduate school of Engineering Science Department of Mechanical Engineering, Materials Science and Ocean Engineering Professor
External Career 【 display / non-display 】
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1999.4-2001.3
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1999.4-2000.3
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1990.3-2003.3
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1986.4-1990.2
Academic Society Affiliations 【 display / non-display 】
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2019.12-2020.12
Material Research Society
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応用物理学会
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日本物理学会
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The Institute of Pure and Applied Physics (IPAP)
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電子情報通信学会
Research Areas 【 display / non-display 】
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Nanotechnology/Materials / Applied physical properties
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Nanotechnology/Materials / Thin film/surface and interfacial physical properties
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Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Electron device and electronic equipment
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Manufacturing Technology (Mechanical Engineering, Electrical and Electronic Engineering, Chemical Engineering) / Electric and electronic materials
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Nanotechnology/Materials / Nano/micro-systems
Qualification acquired 【 display / non-display 】
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Organic Solvent Work Chief Person
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Specified Chemical Substances Work Chief
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X-ray Work Chief Person
Research Career 【 display / non-display 】
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ワイドギャップ半導体工学
Basic Science Research Program
Project Year： 2017.4
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ナノ構造半導体工学
Basic Science Research Program
Project Year：
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新規な全光信号処理素子の設計と動作評価
Advanced Technology Development Research
Project Year：
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金属製３次元マイクロマシンの製造技術
Advanced Technology Development Research
Project Year：
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最先端フォトニック材料およびデバイス
Advanced Technology Development Research
Project Year：
Books 【 display / non-display 】
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量子情報技術への応用を目的としたPbS量子ドットへのシリカコーティング
向井剛輝、他（ Role： Joint author）
技術情報協会『量子ドット技術の最前線』
Language：Japanese Book type：Scholarly book
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メタマテリアルの設計、作製と 新材料、デバイス開発への応用
向井 剛輝, 他（ Role： Contributor）
株式会社技術情報協会 （ ISBN:978-4-86104-876-0 ）
Total pages：508 Language：Japanese Book type：Scholarly book
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Self-assembled quantum dot structure composed of III-V compound semiconductors
（ Role： Joint author）
Nano and Micro Materials, Springer
Language：English Book type：Scholarly book
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Self-Assembled InGaAs/GaAs Quantum Dots
（ Role： Joint author）
Semiconductors and Semimetals (Academic Press, New York)
Language：English Book type：Scholarly book
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Semiconductor Quantum Well Intermixing : Material Properties and Optoelectronic Applications
（ Role： Joint author）
Gordon & Breach, Amsterdam
Language：English Book type：Scholarly book
Thesis for a degree 【 display / non-display 】
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Growth and Characterization of Self-Assembled InGaAs/GaAs Quantum Dots and Their Application to Lasers
向井 剛輝
2000.9
Doctoral Thesis Single Work [Reviewed]
京都大学博士(工学)工学研究科 電子工学専攻 論工博第３５４１号
本博士論文の目的は、1)InGaAs量子ドットの自己形成現象（特に通信用波長である1.3ミクロンで発光する量子ドットについて）、2)自己形成量子ドットの基礎的な光学物性、3)自己形成量子ドットの半導体レーザへのsuccessfulな応用、を示すことにある。本研究開始時には量子ドットの自己形成現象は未だ発見されていなかったが、現在では自己形成量子ドットを用いたレーザが、いくつかの特性において量子井戸レーザと肩を並べるまでになった。筆者は、この分野におけるいくつかの重要な発展に貢献した。まず、自己形成量子ドットが一般に知られる以前に、筆者は独自にInGaAs/GaAs量子ドットの自己形成現象を発見した。そのドットの発光波長は1.3や1.5ミクロンの実用波長をカバーし、通常のStranski-Krastanov (SK)タイプのドットとは異なることが後に分かった。SKドットより高均一なそのドットを用いて、初めてドット内部の離散準位からの発光を観測した。また、その離散準位間のフォノンボトルネック(PB)現象（エネルギ保存則を満たすフォノンが無いことに起因する、準位間キャリア緩和レートの低下）を早い段階で実験的に検証した。提案した新しいモデルによって量子ドット固有のフォトルミネッセンス (PL)減衰曲線を再現し、PB現象を定量的に評価した。また筆者は、量子ドットレーザのミリアンペアでの室温発振を実現し、さらに、世界で初めての（光通信波長帯の）1.3ミクロンにおける室温連続発振を達成した。
Papers 【 display / non-display 】
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Mukai, K; Sato, Y; Yoshikuni, N; Ikeda, S
COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS 708 2025.3 [Reviewed]
Language：English Publishing type：Research paper (scientific journal) Joint Work
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Mukai, K; Uchiyama, K; Iwata, K; Pribyl, I
NANOMATERIALS 15 ( 5 ) 2025.3 [Reviewed]
Language：English Publishing type：Research paper (scientific journal) Joint Work
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Mukai, K; Wanibuchi, R; Nunomura, Y
JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS 35 ( 10 ) 2024.4 [Reviewed]
Language：English Publishing type：Research paper (scientific journal) Joint Work
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Improvement of solar cell performance using PbS quantum dot superlattices with iodine ligands
Mukai, K; Ikeda, S; Pribyl, I; Sato, H; Masuda, I
COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS 685 133285 2024.3 [Reviewed]
DOI Web of Science CiNii Research
Language：English Publishing type：Research paper (scientific journal) Publisher：Elsevier Joint Work
We investigated the method to improve the performance of solar cells that use colloidal quantum dots (QDs) as light absorption layers. By replacing ligands of PbS QDs with iodine, adjusting QD concentration in a solvent suitable for the ligands, and preparing QD films by the sedimentation method, photoelectric conversion efficiency of QD solar cells was improved. It is known that by depositing QDs freely onto a substrate in a solvent, QDs are closest packed to form a superlattice. A suitable solvent that aided the free sedimentation of QDs facilitated the QD superlattice formation. Iodine ligands had narrowed QD spacing, promoting intermediate bands formation in the QD superlattices. QD concentration had affected the film quality. To achieve high performance expected for QD superlattice solar cells in future, it is necessary to develop carrier transport layers that extract carriers from high energy bands originating from excited states in QDs.
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Mukai, K; Pribyl, I; Nakagawa, T; Uchiyama, K
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 63 ( 2 ) 02SP37 2024.2 [Reviewed]
DOI Web of Science CiNii Research
Language：English Publishing type：Research paper (scientific journal) Publisher：IOP Publishing Joint Work
We propose a polarization-controlled ultrasmall single-photon emitter that combines a single photon source and an elliptical split ring (SR) type metamaterial element. Simulations using the finite difference time domain method showed that in elliptical metamaterial elements, the annular mode is suppressed and axial electric field oscillations occur preferentially, resulting in upward light emission from the photon source with controlled polarization. We fabricated prototype devices by focused ion beam lithography and PbS quantum dots. Evaluation of the optical properties of the devices revealed that the emission spectrum width was narrower and the emission lifetime was shorter than those of quantum dot ensemble, and that the polarization was controlled along the minor axis of ellipse. These suggested that the quantum dot emission and the metamaterial element resonated as expected. The combination of a single quantum dot and a single elliptical SR-type metamaterial element was shown to have the potential to operate as a polarization-controlled single-photon emitter.
Review Papers 【 display / non-display 】
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超高効率のマルチバンド量子ドット超格子太陽電池 --- 提案とその性能予測 ---
向井剛輝
クリーンテクノロジー 33 ( 01 ) 29 - 33 2023.1
Authorship：Lead author, Last author, Corresponding author Language：Japanese Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media) Single Work
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超高効率なタンデム型太陽電池の構造の簡素化とその製造技術 <タンデム型量子ドット超格子太陽電池>
向井剛輝
クリーンエネルギー 31 ( 11 ) 27 - 33 2022.11
Authorship：Lead author, Last author, Corresponding author Language：Japanese Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media) Single Work
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QDを用いた量子情報処理素子
向井剛輝
Yano E puls 164 ( 11 ) 33 2021.11
Language：Japanese Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media) Single Work
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Special Issue “Superlattice Devices"
Kohki Mukai
2019.7
Language：Japanese Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (trade magazine, newspaper, online media) Single Work
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向井剛輝
光アライアンス Vol.30 ( 7 ) 16 - 19 2019.7
Language：Japanese Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (bulletin of university, research institution) Publisher：日本工業出版 Single Work
Works 【 display / non-display 】
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8-16 量子ドット（QD）
向井剛輝
2018
Work type：Database science Location：電子情報通信学会 知識ベース「知識の森」
Industrial Property Rights 【 display / non-display 】
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マイクロファスナー、マイクロファスナーの製造方法、及びマイクロファスナー素子
向井剛輝、丸尾昭二
Applicant：横浜国大
Application no：特願2010-005809 Date applied：2010.1.14
Country of applicant：Domestic
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微小構造体の製造方法
向井剛輝、丸尾昭二、八高隆雄
Applicant：向井剛輝、丸尾昭二、八高隆雄
Application no：特願2004-217825 Date applied：2004.7
Country of applicant：Domestic
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光制御素子、発光素子、光回路装置
向井剛輝
Applicant：向井剛輝
Application no：特願2004-215574 Date applied：2004.7
Country of applicant：Domestic
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光干渉器
向井剛輝
Application no：特許2002-324761 Date applied：2002.11.8
Country of applicant：Domestic
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モノリシック光干渉素子
向井剛輝
Application no：特許2002-298445 Date applied：2002.10.11
Country of applicant：Domestic
Awards 【 display / non-display 】
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quarterly HOT article collection（CrystEngComm論文賞）
2023.1 Royal Society of Chemistry
Individual or group name of awards：Kohki Mukai and Keishiro Hirota
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2020.9 公益社団法⼈ 応⽤物理学会 光通信波⻑帯量⼦ドットとそのレーザー応⽤に関する先駆的研究
Individual or group name of awards：向井剛輝
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文部科学大臣表彰 科学技術賞
2008.4
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JJAP編集貢献賞
2008.4
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船井情報科学振興賞
2007.4
Grant-in-Aid for Scientific Research 【 display / non-display 】
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コロイド型量子ドットによる超格子薄膜の製造技術と新原理太陽電池の創生
2025.4 - 2028.3
Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
Investigator(s)：向井剛輝
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
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ナノ結晶とメタマテリアル共振器を組み合わせた革新的な極小単一光子放出器の創生
2021 - 2024.3
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
Authorship：Principal investigator Grant type：Competitive
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コロイド型量子ドット超格子膜の開発による太陽電池の高効率化の実証
2018.4 - 2021.3
科学研究費補助金 Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
Investigator(s)：向井剛輝
Grant type：Competitive
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化学合成した量子ドットを用いる量子光学固体素子の製造技術の研究
2012.4 - 2015.3
科学研究費補助金 Grant-in-Aid for Scientific Research(B)
Investigator(s)：向井剛輝
Grant type：Competitive
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ポリマー分散型量子ドットを内包するマイクロキャビティ構造の研究
2008.4 - 2011.3
科学研究費補助金 Grant-in-Aid for Scientific Research(C)
Grant type：Competitive
Other external funds procured 【 display / non-display 】
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コロイド型量子ドットによるメタ単結晶薄膜と新原理太陽電池の創生
2025.2 - 2027.3
Private Foundations
Investigator(s)：向井剛輝
Authorship：Principal investigator
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中空糸膜モジュールによるQDのサイズ選択制御
2021.4 - 2022.3
Private Foundations
Authorship：Principal investigator
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コロイド型量子ドット超格子を有する高効率有機太陽電池の研究
2018.2 - 2020.3
Private Foundations 能村膜構造技術振興財団
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コロイド型量子ドットとメタマテリアルの結合を用いた単一光子源の開発
2017.5 - 2018.3
Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology ナノテクノロジープラットフォーム
Investigator(s)：向井剛輝
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超高効率太陽電池を実現するコロイド型量子ドット超格子の拡大均一化技術
2016.4 - 2018.3
Private Foundations 岩谷直治記念財団研究助成
Presentations 【 display / non-display 】
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楕円形リングナノ共振器を用いたコロイド型PbS量子ドット発光の偏光制御
プリブル 一生, 城詰 大翔, 岩田 滉平, 向井 剛輝
春期応用物理学会講演会 応用物理学会
Event date： 2025.3
Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)
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中間バンド型太陽電池実現に向けたコロイド型 PbS 量子ドット層へのN ドーピング
佐々木 颯輝, 池田 征弥, 吉國 希望, 向井 剛輝
春期応用物理学会講演会 応用物理学会
Event date： 2025.3
Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)
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中間バンド型太陽電池の実現を目的としたブチルアミン配位子を持つコロイド型 PbS 量子ドットの配列制御
吉國希望, 池田征弥, 向井剛輝
春期応用物理学会講演会 応用物理学会
Event date： 2025.3
Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)
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シリカコート量子ドットの光子源としての特性改善とプレーナー配置技術の開発
城詰 大翔, プリブル 一生, 池田 征弥, 吉國 希望, 向井 剛輝
春期応用物理学会講演会 応用物理学会
Event date： 2025.3
Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)
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ヨウ素配位子を持つコロイド型 PbS 量子ドットの単分散化に向けたハンセン溶解度パラメタの検討
池田征弥, 田中潤, 吉國希望, 向井剛輝
春期応用物理学会講演会 応用物理学会
Event date： 2025.3
Language：Japanese Presentation type：Oral presentation (general)
Preferred joint research theme 【 display / non-display 】
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次世代型高効率太陽電池（量子ドット超格子）
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量子ドット単一光子放出器
Past of Collaboration and Commissioned Research 【 display / non-display 】
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中空糸膜モジュールによるQDのサイズ選択制御技術
Cooperative Research within Japan
Project Year： 2021.4 - 2022.3
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酸化ガリウム基板の光素子応用のための基礎検討
Cooperative Research within Japan
Project Year： 2017.4 - 2018.3
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Ni-Ti合金金属薄膜のドライプロセスによる作製と機能創生
Offer organization: 横浜市工業技術支援センター Cooperative Research within Japan
Project Year： 2012.4 - 2014.3
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光造形技術を応用したマイクロ部品成形技術の研究
Offer organization: 日本発条 Cooperative Research within Japan
Project Year： 2011.6 - 2012.3
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３次元マイクロ光造形技術のMEMS応用
Offer organization: ソニー Cooperative Research within Japan
Project Year： 2010.12 - 2014.3
Charge of on-campus class subject 【 display / non-display 】
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2025 Exercises in Physics
College of Engineering Science
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2025 Statistical Physics
College of Engineering Science
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2025 Electronic Properties of Solids
College of Engineering Science
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2025 Introduction to Materials for Electronics and Optoelectronics
Graduate school of Engineering Science
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2025 Advanced Materials Engineering
Graduate school of Engineering Science
Committee Memberships 【 display / non-display 】
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ＮＥＤＯ技術委員会
2025.4 - 2028.3 技術委員
Committee type：Government
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NEDOグリーンイノベーション基金「太陽光発電導入拡大等技術開発事業」採択審査会
2025.4 - 2025.6 審査委員
Committee type：Government
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A-STEP審査会
2024.4 査読委員
Committee type：Government
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NEDO太陽電池リサイクル革新的技術開発 採択審査会
2024.1 - 2024.4 採択審査委員
Committee type：Government
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NEDO多接合型等を対象とした太陽電池開発の採択審査会
2023.5 - 2023.6 採択審査委員
Committee type：Government
Social Contribution(Extension lecture) 【 display / non-display 】
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セミナー「PbS量子ドットの化学合成と光量子エレクトロニクス分野ヘの応用」
Role(s)： Lecturer
技術情報協会 技術情報協会セミナー／「量子ドット(QD)」の設計， カドミウムフリー化，応用，今後の展望 2024.3
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JST新技術説明会
Role(s)： Lecturer
JST 2022.6
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日本工業出版「光アライアンス」寄稿
Role(s)： Filming support, Consultant, Official expert, Report author
2019.7
Audience： University students, Graduate students, Researchers, General public, Scientific organization, Company, Government agency
Type：Promotional material
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矢野経済研究所「Yano E Plus」寄稿
Role(s)： Filming support, Edit, Consultant, Report author
矢野経済研究所 2019.7
Audience： Researchers, General public, Scientific organization, Company, Government agency, Media
Type：Promotional material
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技術情報協会講演会
Role(s)： Guest
技術情報協会 2019.1
Audience： Researchers, General public
Type：Lecture
Media Coverage 【 display / non-display 】
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矢野経済研究所「Yano E Plus」寄稿
矢野経済研究所 2021.11