未来のコンピュータは熱で動く

ミクロ領域の熱世界

これまではもっぱら再生するだけだったDVDやCDですが、記録装置とメディアの大幅な値下がりによって、オリジナルの音楽CDやDVDビデオを作る機会もずいぶん増えてきました。これらの記録メディアは、基本的には二枚のプラスチックの円盤の間にごく薄い感熱フィルムが挟まれた積層構造になっており、フィルムの上の微小な領域をレーザーで加熱し、組織を部分的に変質させることによって0と1のデータを書き込んでいます。
ここで最も問題なのは、ディスクの積層構造を作っているプラスチックと感熱フィルムという二つの材料には、熱の伝わり方に大きな違いがあるということです。一般的に言って、ほかの材料と比べるとプラスチックは比較的熱を通しにくく、結果的に熱を溜め込んで劣化を早めてしまいます。また、実際にレーザーがフィルムを焼いているとき、どのような熱の挙動が起こっているかがわからないと、長期保存ができ、エラー率も低い高品質な記録メディアは作れません。
このため、従来よりはるかにミクロな領域の熱世界を観測できる機械が開発され、よりよい記録メディアのための材料開発や、さまざまな会社の製品を公正に評価できる基準と測定方法の確立が行われてきました。

熱を制するもの、ITを制す

ここで開発された熱観測技術は、シリコン以外の材料から作る柔軟性を持った薄膜半導体や、廃熱・体温など微量な熱からでも電気を発生させることができる熱電素子など、未来のIT社会を支える基盤技術の開発に役立っています。
熱電素子というのは、二つの領域の間の温度差を利用して発電する電気部品です。その性質上、容易に熱を伝えてしまっては温度差が生じにくく、発電の効率が落ちてしまいます。ですから、一般の電子回路の設計とは逆に、いかにして熱を伝えないかが重大な問題となってきます。この技術が実用化されたときには、体温で動く腕時計やバッテリーいらずのウェアラブルコンピュータなどが世に出回っていることでしょう。

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先生情報 / 大学情報

茨城大学工学部物質科学工学科教授太田弘道先生

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メッセージ

工学という学問は、必ずしもすぐ役立つような短期的な技術開発ばかりをしているわけではありません。それはどちらかといえば企業の役割であり、大学の研究はむしろそれを支えるより良い理論や測定方法などの基礎分野が中心です。さらに、鉄やガラスの熱に対する挙動から物質の根源的な構造に迫るなど、理学部も顔負けの超基礎研究も行っています。企業と密接に連携した新技術開発から純粋な科学的研究まで、工学は非常に幅の広い学問だと言えるでしょう。

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茨城大学は、人文社会科、教育、理、工、農、地域未来共創学環の5学部1学環からなる国立の総合大学です。本学の特色である「プラスIプログラム」は、どの学部・学環でも「サステイナビリティ学」「数理・データサイエンス・AI」「アントレプレナーシップ」「グローバルコミュニケーション」といった多様なプログラムから選んで「もうひとつの力」を身に付けられます。また3年生の秋シーズンには「iOPクォーター」があります。必修科目を原則的に開講せず、海外研修やインターンシップなどの学外活動に取り組むことができます。

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