研究介绍（面向3年级学生）
柳谷研究室正在进行关于超声波发生装置和医学工程应用的研究。我们的研究室致力于可实际应用的研究和制造。
- 什么是超声波？
- 超出了人耳听觉的一般上限（20kHz），高频率的声波被称为超声波
在压电体的固有频率下会强烈激发超声波
压电薄膜的应用研究
１．抗原抗体反应传感器
在发达国家，医疗看护费的增加成为了社会问题，为了减少这一支出，疾病预防医学的发展非常重要。本研究正在开发从超声波震动的变化中检测病变标记（癌标记）蛋白质的传感器。
例如，汽车通过以特定频率震动的桥时，其重量会导致振动频率发生变化。同样的，如果抗原附着在长有抗体的纳米尺寸的桥上，则被称作是抗原抗体反应。原有的振动频率会因为反应发生变化，从其变化量上可以反推测出抗原浓度。
但是事实上，由于一般的压电薄膜是纵波振动的，所以无法用于生物方面的检测。如果将生物样品等的液体附着在薄膜上，振动的能量就会泄露到液体中，导致无法振动。
我们的研究室做出了世界上第一个产生纯横波的压电薄膜[1,2]。这样即使在液体中也可以持续振动。我们利用微小的超声波震动变化，以高灵敏度成功地从相当于25米的泳池中测出一勺量的抗原（这是世界最高水准）。
这种技术不仅适用于生物用途，只要液体中的分子之间存在相互作用，这种检测方法就可以发挥它的威力。因此，此方法也可应用于燃料电池的监控和环境传感器等。
※本研究成果是与电气制造商以及其他大学共同研究得出
[1] T. Yanagitani and M. Kiuchi, “Control of in-plane and out-of-plane texture in shear modepiezoelectric ZnO films by ion-beam irradiation,” J. Appl. Phys., vol. 102, no. 4, 044115, (2007).
[2] T. Yanagitani, M. Kiuchi, M. Matsukawa, and Y. Watanabe, “Characteristics of pure-shear mode BAW resonators consisting of (11-20) textured ZnO films,” IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr., Freq. Contr., vol. 54, no. 8, pp.1680?1686, (2007).
２．微粘度传感器
在医疗现场和生物研究中，血液等液体的粘度检测非常重要，特别是需要能够检测一滴左右少量液体样本的技术。本研究室利用在液体与固体界面传播的弹性表面波的音速变化，对液滴粘度的测定技术进行研究。
一般的表面弹性波（瑞利波）会如下图所示向液体泄露能量，无法用于测定液体样品。一般的压电薄膜极化方向与其厚度方向一致，并激励出瑞利波。与之相对，本研究室成功开发了极化方向与厚度方向垂直的薄膜，实现了世界首次利用薄膜产生出横向传播的表面弹性波[3,4]。由此，可以实现在复杂的曲面和载玻片上产生横波型表面弹性波，也可期待将此项研究应用于微量液体传感器。
※本研究成果是与电气制造商以及其他大学共同研究得出
[3] A. Tanaka, T. Yanagitani, M. Matsukawa, Y. Watanabe, “Propagation characteristics of SH-SAW in (11-20) ZnO layer/silica glass substrate structures,” Proc. IEEE Ultrason. Symp., pp. 280?283, (2007).
[4] Y. Nakahigashi, T. Yanagitani, M. Matsukawa, Y. Watanabe “c-axis parallel oriented ZnO film SH-SAW sensor for electrical conductivity measurement in liquid,” Proc. IEEE Ultrason. Symp. pp. 810?813 (2011).
３．超高灵敏度超声波探测
近年来，像车载电子器件这样对可靠性有较高要求的设备不断增加，利用超声波显微镜提高检测技术成为重要的课题。电子器件向着微型化、层叠化急速变化，检测装置的高分辨率化成为当务之急。在超声波显微镜（影像装置）中，基本上都是使用如下图所示的，由压电薄膜和声学透镜构成的超声波探针（传感器），通过水耦合器向零件照射聚焦产生波。通过再次用探针接受反射波，将零件内的缺陷影像化。在此当中，影像的分辨率和清晰度由探针的频率高低和灵敏度的高度决定[5]。
本研究室最近发现了YbGaN薄膜中的巨大压电效应[6]和ScAlN薄膜中的极性反转现象[7,8]。这有可能实现了迄今为止使用的ZnO压电薄膜的5倍以上的高灵敏度化。利用这些技术，治疗现场的生物组织的高分辨率医学成像也指日可待。
[5] 柳谷隆彦、鈴木雅視、高柳 真司「非破壊検査用の高分解能超音波プローブ」日本音響学会誌 vol. 71, no. 5, pp. 230?238 (2015)
[6] T. Yanagitani and M. Suzuki, “Enhanced piezoelectricity in YbGaN films near phase boundary,” Appl. Phys. Lett., 104, 082911 (2014).
[7] M. Suzuki, T. Yanagitani and H. Odagawa, ”Polarity-inverted ScAlN film growth by ion beam irradiation and application to overtone acoustic wave (000-1)/(0001) film resonators,” Appl. Phys. Lett., 104, 172905 (2014).
[8] T. Yanagitani and M. Suzuki, “Electromechanical coupling and gigahertz elastic properties of ScAlN films near phase boundary,” Appl. Phys. Lett., 105, 122907 (2014).
５．利用铁电体外延薄膜的极化反转现象来实现的智能手机频率可变滤波器
制作中……
[9] K. Katada, T. Yanagitani, M, Suzuki and K. Wasa, “Second harmonic mode polarization inverted resonator consisting of PbTiO3 thin film,” Proc. IEEE Freq. Contr. Symp., (2014).
６．利用声波与载流子之间的相互作用来实现对宽带隙半导体的测评
制作中……
[10] T. Yanagitani, H. Sano, and M. Matsukawa, “A method for measuring in-plane unidirectional electrical properties in a wide band-gap semiconductor using a Brillouin scattering method,” J. Appl. Phys., vol. 108, pp. 024910-1?024910-4, (2010).
７．基于声电效应的液体导电率传感器
制作中……
８．基于c轴平行反转多层薄膜技术的非线性光学元件
制作中……
９．利用c轴平行螺旋定向多层薄膜技术的手性光学元件
制作中……
[11] M. Suzuki, T. Yanagitani, H. Odagawa, “Polarization inverted (0001) / (000-1) ScAlN film resonators operating in second overtone mode,” Proc. IEEE Ultrason. Symp. pp. 1922?1924, (2012).
１０．基于c轴平行定向薄膜技术的紫外线传感器
制作中……
参考：本研究室积极参与各种学术会议活动。研究生平均每年参加1次国际学会和4次国内学会进行投稿和演讲。
自制实验装置
