研究経歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• ワイドギャップ半導体工学

  基礎科学研究  

  研究期間： 2017年4月 - 現在

• ナノ構造半導体工学

  基礎科学研究  

  研究期間：

• 新規な全光信号処理素子の設計と動作評価

  先端技術開発研究  

  研究期間：

• 金属製３次元マイクロマシンの製造技術

  先端技術開発研究  

  研究期間：

• 最先端フォトニック材料およびデバイス

  先端技術開発研究  

  研究期間：

著書 【 表示 ／ 非表示 】

著書 【 表示 ／ 非表示 】

• 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（ 担当： 分担執筆）

  株式会社技術情報協会  2022年3月  （ ISBN:978-4-86104-876-0 ）

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  総ページ数：508   記述言語：日本語 著書種別：学術書

• Self-assembled quantum dot structure composed of III-V compound semiconductors

  （ 担当： 共著）

  Nano and Micro Materials, Springer  2008年 

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  記述言語：英語 著書種別：学術書

• Self-Assembled InGaAs/GaAs Quantum Dots

  （ 担当： 共著）

  Semiconductors and Semimetals (Academic Press, New York)  1999年 

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  記述言語：英語 著書種別：学術書

• Semiconductor Quantum Well Intermixing : Material Properties and Optoelectronic Applications

  （ 担当： 共著）

  Gordon & Breach, Amsterdam  1999年 

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  記述言語：英語 著書種別：学術書

• Self-Assembled InGaAs/GaAs Quantum Dots

  （ 担当： 共著）

  Academic Press, New York  1999年 

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  記述言語：英語 著書種別：学術書

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学位論文 【 表示 ／ 非表示 】

学位論文 【 表示 ／ 非表示 】

• Growth and Characterization of Self-Assembled InGaAs/GaAs Quantum Dots and Their Application to Lasers

  向井　剛輝

  2000年9月

  学位論文（博士）   単著    [査読有り]

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  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。
  

論文 【 表示 ／ 非表示 】

論文 【 表示 ／ 非表示 】

• Study of energy band diagrams required for intermediate band solar cells using PbS quantum dots based on photoemission yield spectroscopy measurements in air

  Mukai, K; Sato, Y; Yoshikuni, N; Ikeda, S

  COLLOIDS AND SURFACES A-PHYSICOCHEMICAL AND ENGINEERING ASPECTS   708   2025年3月  [査読有り]

  DOI Web of Science

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  記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   共著  

• An In-Plane Single-Photon Emitter Combining a Triangular Split-Ring Micro-Optical Resonator and a Colloidal Quantum Dot

  Mukai, K; Uchiyama, K; Iwata, K; Pribyl, I

  NANOMATERIALS   15 ( 5 )   2025年3月  [査読有り]

  DOI Web of Science PubMed

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  記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   共著  

• Improved performance of solar cells using chemically synthesized SnSe nanosheets as light absorption layers

  Mukai, K; Wanibuchi, R; Nunomura, Y

  JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS   35 ( 10 )   2024年4月  [査読有り]

  DOI Web of Science

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  記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   共著  

• 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年3月  [査読有り]

  DOI Web of Science CiNii Research

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  記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：Elsevier   共著  

  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.

• Polarization-controlled ultrasmall single photon emitter combining a quantum dot and an elliptical split ring metamaterial element

  Mukai, K; Pribyl, I; Nakagawa, T; Uchiyama, K

  JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS   63 ( 2 )   02SP37   2024年2月  [査読有り]

  DOI Web of Science CiNii Research

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  記述言語：英語   掲載種別：研究論文（学術雑誌）   出版者・発行元：IOP Publishing   共著  

  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.

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総説・解説記事等 【 表示 ／ 非表示 】

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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年1月  [依頼有り]

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  担当区分：筆頭著者,　最終著者,　責任著者   記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）   単著  

• 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年11月  [依頼有り]

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  担当区分：筆頭著者,　最終著者,　責任著者   記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）   単著  

• QDを用いた量子情報処理素子

  向井剛輝

  Yano E puls   164 ( 11 )   33   2021年11月  [依頼有り]

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  記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）   単著  

• 特集「超格子デバイス」

  向井剛輝

  (株)矢野経済研究所「Yano E Plus」   2019年7月  [依頼有り]

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  記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（商業誌、新聞、ウェブメディア）   単著  

• コロイド型量子ドットを用いた光子発生器

  向井剛輝

  光アライアンス   Vol.30 ( 7 )   16 - 19   2019年7月

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  記述言語：日本語   掲載種別：記事・総説・解説・論説等（大学・研究所紀要）   出版者・発行元：日本工業出版   単著  

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作品・芸術・データベース等 【 表示 ／ 非表示 】

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• 8-16 量子ドット（QD）

  向井剛輝

  2018年 - 現在

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  作品分類：データベース   発表場所：電子情報通信学会 知識ベース「知識の森」  

産業財産権 【 表示 ／ 非表示 】

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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

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  出願人：横浜国大

  出願番号：特願2010-005809  出願日：2010年1月14日

  出願国：国内  

• 微小構造体の製造方法

  向井剛輝、丸尾昭二、八高隆雄

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  出願人：向井剛輝、丸尾昭二、八高隆雄

  出願番号：特願2004-217825  出願日：2004年7月

  出願国：国内  

• 光制御素子、発光素子、光回路装置

  向井剛輝

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  出願人：向井剛輝

  出願番号：特願2004-215574  出願日：2004年7月

  出願国：国内  

• 光干渉器

  向井剛輝

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  出願番号：特許2002-324761  出願日：2002年11月8日

  出願国：国内  

• モノリシック光干渉素子

  向井剛輝

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  出願番号：特許2002-298445  出願日：2002年10月11日

  出願国：国内  

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

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• quarterly HOT article collection（CrystEngComm論文賞）

  2023年01月   Royal Society of Chemistry  

  受賞者：Kohki Mukai and Keishiro Hirota

• 応⽤物理学会第14回（2020年度）フェロー表彰

  2020年09月   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  

  受賞者：向井剛輝

• 文部科学大臣表彰　科学技術賞

  2008年04月    

• JJAP編集貢献賞

  2008年04月    

• 船井情報科学振興賞

  2007年04月    

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科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】

科研費（文科省・学振）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】

• 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年 - 2024年3月

  挑戦的研究 (開拓)

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  担当区分：研究代表者  資金種別：競争的資金

• 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年4月 - 2021年3月

  科学研究費補助金  基盤研究(C)

  代表者：向井剛輝

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  資金種別：競争的資金

• 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年4月 - 2015年3月

  科学研究費補助金  基盤研究(B)

  代表者：向井剛輝

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  資金種別：競争的資金

• 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年4月 - 2011年3月

  科学研究費補助金  基盤研究(C)

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  資金種別：競争的資金

その他競争的資金獲得・外部資金受入状況 【 表示 ／ 非表示 】

その他競争的資金獲得・外部資金受入状況 【 表示 ／ 非表示 】

• 中空糸膜モジュールによるQDのサイズ選択制御

  2021年4月 - 2022年3月

  民間財団等 

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  担当区分：研究代表者

• 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年2月 - 2020年3月

  民間財団等  能村膜構造技術振興財団

• 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年5月 - 2018年3月

  文部科学省  ナノテクノロジープラットフォーム

  代表者：向井剛輝

• 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年4月 - 2018年3月

  民間財団等  岩谷直治記念財団研究助成

• メタマテリアルと量子ドットを用いた極小単一光子放出器の創出

  2016年4月 - 2018年3月

  民間財団等  キャノン財団研究助成

  代表者：向井剛輝

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

• ヨウ素配位子置換によるPbS量子ドット超格子太陽電池の高性能化

  池田征弥、増田伊吹、向井剛輝

  春期応用物理学会講演会  応用物理学会

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  開催年月日： 2024年3月

  記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

  開催地：東京都市大学世田谷キャンパス  

• PbS量子ドットの厚膜シリカコーティング形成のための初期シラン化とTEOS熱強制分解法の検討

  城詰大翔、プリブル一生、内山恭介、向井剛輝

  春期応用物理学会講演会  応用物理学会

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  開催年月日： 2024年3月

  記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

  開催地：東京都市大学世田谷キャンパス  

• ヨウ素配位子を用いたPbS量子ドット超格子太陽電池実現のための諸検討

  吉國希望、池田征弥、増田伊吹、向井剛輝

  春期応用物理学会講演会  応用物理学会

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  開催年月日： 2024年3月

  記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

• PbS量子ドット超格子太陽電池の実現に向けたバンドダイアグラムの検討

  佐藤友哉、吉國希望、池田征弥、増田伊吹、向井剛輝

  春期応用物理学会講演会  応用物理学会

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  開催年月日： 2024年3月

  記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

  開催地：東京都市大学世田谷キャンパス  

• 量子ドットと楕円形スプリットリング型メタマテリアルを組み合わせた偏光制御単一光子放出器

  プリブル 一生、内山 恭介、向井 剛輝

  ナノテク交流シンポジウム  2024年3月 

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  開催年月日： 2024年3月

  記述言語：日本語   会議種別：口頭発表（一般）  

  開催地：横浜市立大学  

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学会誌・論文誌編集等 【 表示 ／ 非表示 】

学会誌・論文誌編集等 【 表示 ／ 非表示 】

• （社）電子情報通信学会 レーザ・量子エレクトロニクス研究専門委員会

  専門委員 

  2007年5月

  -

  現在

   

• Japanese Journal of Applied Physics

  編集委員 

  2002年4月

  -

  2010月4日

   

共同研究希望テーマ 【 表示 ／ 非表示 】

共同研究希望テーマ 【 表示 ／ 非表示 】

共同・受託研究情報 【 表示 ／ 非表示 】

共同・受託研究情報 【 表示 ／ 非表示 】

• 中空糸膜モジュールによるQDのサイズ選択制御技術

  国内共同研究  

  研究期間： 2021年04月  -  2022年3月 

• 酸化ガリウム基板の光素子応用のための基礎検討

  国内共同研究  

  研究期間： 2017年04月  -  2018年3月 

• 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

  提供機関: 横浜市工業技術支援センター  国内共同研究  

  研究期間： 2012年04月  -  2014年3月 

• 光造形技術を応用したマイクロ部品成形技術の研究

  提供機関: 日本発条  国内共同研究  

  研究期間： 2011年06月  -  2012年3月 

• ３次元マイクロ光造形技術のMEMS応用

  提供機関: ソニー  国内共同研究  

  研究期間： 2010年12月  -  2014年3月 

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担当授業科目（学内） 【 表示 ／ 非表示 】

担当授業科目（学内） 【 表示 ／ 非表示 】

• 2025年度   材料工学演習B

  大学院理工学府

• 2025年度   材料工学演習C

  大学院理工学府

• 2025年度   材料工学演習D

  大学院理工学府

• 2025年度   材料設計スタジオ

  大学院理工学府

• 2025年度   材料特性スタジオ

  大学院理工学府

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教育活動に関する受賞 【 表示 ／ 非表示 】

教育活動に関する受賞 【 表示 ／ 非表示 】

• 日本金属学会・日本鉄鋼協会奨学賞

  2012年03月10日   日本金属学会・日本鉄鋼協会  

  受賞者（グループ）： 田中 潤

その他教育活動及び特記事項 【 表示 ／ 非表示 】

その他教育活動及び特記事項 【 表示 ／ 非表示 】

• 2020年03月

  　

  　

  PbS量子ドット超格子膜の面方位制御と有機太陽電池への応用   (学会等における学生の発表実績)

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  ナノテク交流シンポジウム

• 2020年03月

  　

  　

  シリカコートPbS/PbSeコア-シェル型量子ドットのサイズ制御と発光特性の改善   (学会等における学生の発表実績)

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  ナノテク交流シンポジウム

• 2020年03月

  　

  　

  PbS量子ドットとメタマテリアルを組み合わせた単一光子発生素子の高性能化   (学会等における学生の発表実績)

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  ナノテク交流シンポジウム

• 2020年03月

  　

  　

  HCl添加による化学合成Ga2O3ナノワイヤーの長繊維化   (学会等における学生の発表実績)

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  春期応用物理学会講演会

• 2020年03月

  　

  　

  沈降法を用いて作製したPbS量子ドット超格子膜の太陽電池への応用   (学会等における学生の発表実績)

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  春期応用物理学会講演会

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委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

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• A-STEP審査会

  2024年04月 - 現在  査読委員

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  委員区分：政府 

• NEDO太陽電池リサイクル革新的技術開発 採択審査会

  2024年01月 - 2024年4月  採択審査委員

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  委員区分：政府 

• 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年05月 - 2023年6月  採択審査委員

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  委員区分：政府 

• NEDOエネルギー・環境新技術先導研究プログラム採択審査会

  2023年02月 - 2023年3月  採択審査委員

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  委員区分：政府 

• NEDOエネルギー分野における革新的技術の国際共同研究開発事業審査会

  2022年07月 - 2022年8月  ステージゲート審査委員

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  委員区分：政府 

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社会活動（公開講座等） 【 表示 ／ 非表示 】

社会活動（公開講座等） 【 表示 ／ 非表示 】

• 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」

  役割：講師

  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年3月

• JST新技術説明会

  役割：講師

  JST  2022年6月

• 矢野経済研究所「Yano E Plus」寄稿

  役割：取材協力,　助言・指導,　報告書執筆

  矢野経済研究所  2019年7月

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  対象： 研究者,　社会人・一般,　学術団体,　企業,　行政機関,　メディア

  種別：会誌・広報誌

• 日本工業出版「光アライアンス」寄稿

  役割：取材協力,　助言・指導,　情報提供,　報告書執筆

  2019年7月

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  対象： 大学生,　大学院生,　研究者,　社会人・一般,　学術団体,　企業,　行政機関

  種別：会誌・広報誌

• 技術情報協会講演会

  役割：出演

  技術情報協会  2019年1月

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  対象： 研究者,　社会人・一般

  種別：講演会

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メディア報道 【 表示 ／ 非表示 】

メディア報道 【 表示 ／ 非表示 】

• 矢野経済研究所「Yano E Plus」寄稿

  矢野経済研究所  2021年11月

学内活動 【 表示 ／ 非表示 】

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