北川研究室ではトリプレットDNP（光励起三重項電子を用いた動的核偏極）法による室温超偏極技術と量子符号化技術を用いたMRIとNMRの超高感度化を研究しています

私たちは現在，光ファイバ通信，光ディスク，照明，ディスプレイ，カメラなどで光技術を，携帯電話，無線LAN，テレビ，ラジオ，レーダなどで電波を縦横無尽に使って生活をしています．光と電波の共通する物理現象である電磁波を人類が人工的に発生させ，利用し始めてから100年あまりになりますが，光と電波の境界に位置するおよそ0.1テラヘルツから10テラヘルツの周波数の電磁波であるテラヘルツ波は，未開拓の状況です．本エレクトロニクスコースでは，光技術であるフォトニクスと電子技術であるエレクトロニクスを融合させるアプローチでテラヘルツ波の実用化を目指した研究に挑戦しています．フォトニクスに基づくテラヘルツ波送信システムを高周波エレクトロニクスを駆使して構築することで，テラヘルツ波の高い周波数という特長を活かした50 Gbpsという世界最速のエラーフリー無線通信に成功しています．また，微細周期構造フォトニック結晶と量子効果電子デバイスRTD融合の物理を解き明かしつつ，独自のテラヘルツ集積回路による高速通信や高感度センシングなどの応用を開拓しています．

現代の固体電子工学は、量子論・相対論・トポロジーを包括する広大な科学分野になっています。この研究グループでは、関連する基礎理論と各種技巧を習得し、理論物理学的アプローチから新たな物質機能の創出に挑んでいます。左図はトポロジカル絶縁体の一種、量子スピンホール系のエネルギースペクトルです。この系のバルク領域はギャップフルなバンド絶縁体でありながら、エッジ領域にはギャップレスな（無質量）1次元ディラック電子系が存在しています。エッジ状態は単方向性（一方通行）でありかつスピン偏極しているため、電荷とスピンの完全伝導が実現可能です。また最近ではフォノンの量子輸送とその制御にも着目しています。フォノンは結晶格子の振動に由来するボーズ粒子であり、熱（エネルギー）を輸送します。右図は有限系におけるフォノンの透過係数の量子化の一例です。熱流の制御は熱電発電の効率化の鍵でもあり、私たちは理論からそのブレークスルーを目指しています。