ドッド・ウォールズ・センター

ドッド・ウォールズ・センターの研究者たちは、さまざまな表面やシステムを感知および画像化するために、レーザー分光技術を開発、応用、改良しています。実験研究は、非線形光学に重点を置いた理論と数値モデリングによって支えられています。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

オークランド大学のバイオフォトニクスグループのフレデリック・ヴァンホルスベックとそのチームは、光コヒーレンストモグラフィー（OCT）を使用して神経活動を測定し^{[ 15 ]} 、癌^{[ 16 ]}や眼疾患^{[ 17 ] [ 18 ]}を検出し、変形性関節症の初期兆候のために骨軟骨を画像化し[ ^{19 ] [ 17 ]}、心臓活動を監視しています。^{[ 19 ]また、}蛍光分光法を使用して食品上の細菌をほぼリアルタイムで測定し^{[ 17 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}、胃腸疾患を診断しています^{[ 23 ] 。}

キース・ゴードンとオタゴ大学の彼のグループは、ラマン分光法と振動分光法を計算化学と併用して、材料の分子構造、機能、組成を分析しています。^{[ 24 ]}彼らは、太陽電池の最適化、^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}環境中のマイクロプラスチックの測定、 ^{[ 27 ] [ 28 ]}医薬品の結晶形の特定、^{[ 25 ]}食品の品質と組成の評価、^{[ 29 ] [ 25 ]}歴史的遺物^{[ 30 ]}と生物学的試料^{[ 31 ] [ 32 ]の分析、医療診断ツールの開発[ 33 ] [ 34 ]}に、これらの技術を応用しています。

オークランド大学の物理音響学研究所のKasper van WijkとJami Shepherd Johnson は、地球物理学的手法にヒントを得た光音響、超音波、レーザー超音波イメージング技術を使用しています。屋外では、オークランド火山地帯、地熱探査、流体貯留層の特性評価のための微小地震活動などが対象となっています。研究所では、岩石や氷の構造、木材の硬さ^{[ 9 ] [ 35 ]} 、骨や動脈の構造^{[ 36 ]}、果物の硬さ^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]を測定しています。}

オークランド大学のニール・ブロデリックは、ウェリントンのビクトリア大学の研究者と協力して、ニュージーランド南島のアルパイン断層に900mのボーリング孔を通して挿入された光ファイバーを使用して、断層の振動と温度を測定している。^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}

オークランド大学のフォトンファクトリーのキャザー・シンプソンと研究者たちは、酪農業界向けに雄牛の精子を選別するセンサー^{[ 43 ]} 、牛乳の成分を測定するセンサー^{[ 44 ]} 、 COVID-19に対する免疫を検査するセンサー^{[ 45 ]}を開発している。この研究は、スピンオフ企業であるEngenderとOrbis Diagnosticsの基盤となっている^{[ 46 ]}。

研究者たちは、基礎研究や産業への応用に向けて、新しいレーザーベースの技術、材料、ツールを開発している。異常波^{[ 47 ] [ 48 ]}や時間空洞ソリトン^{[ 49 ]}などの非線形効果の理論研究と数値モデリングは、新しい技術の開発を支えている。^{[ 50 ] [ 51 ]}

オークランド大学のミロ・エルキンタロ、スチュアート・マードック、ステファン・コーエン、オタゴ大学のハラルド・シュヴェーフェルは、レーザー光を異なる周波数に蓄積および変換するために使用される小さな結晶に基づくマイクロ共振器周波数コムの開発に大きく貢献しました。 ^{[ 51 ] [ 52 ]}エルキンタロは、この分野への先駆的な貢献により、2019年にニュージーランド首相のマクディアミッド新進科学者賞と2016年にニュージーランド王立協会のハミルトン賞を受賞しました。^{[ 53 ] [ 54 ] [ 49 ] [ 55 ]}

オークランド大学のフォトンファクトリーでは、研究者たちはモード同期レーザーを用いて、マイクロマシニング、マイクロファブリケーション、分光法への応用を目的としたフェムト秒（fs）およびピコ秒（ps）範囲の特殊な超短パルス光を生成する。^{[ 56 ] [ 57 ]}オークランド大学の研究者たちは、光ファイバーにおける光の挙動にも特化している。^{[ 58 ]}光生成および分析用の機器を設計・製造するオークランドの企業Southern Photonicsは、この研究を基盤としている。^{[ 59 ] [ 60 ]}

ドッド・ウォールズ・センターの他の研究には、低温制御衝突や低温量子化学を含む、極低温量子ガスの基礎的な実験的および理論的研究が含まれます。ボーズ・アインシュタイン凝縮体などの量子流体は、アクセスや制御が難しい他の量子システムの物理を模倣するように構成されています。^{[ 61 ] [ 62 ] [ 14 ]}これにより、基本的な理解が不明瞭な凝縮物質や多体現象を直接調査することができます。 ^{[ 14 ]}ニールス・キェアガードとそのグループは、高精度の原子物理学測定を行うための新しい粒子衝突装置を開発しました。^{[ 63 ]}彼らは光ピンセットを使用して極低温原子の小さな雲を捕捉して衝突させ、低速衝突の量子力学を観察します。 ^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]}マールテン・フーガーランドの超低温ヘリウム原子の実験により、ヘリウム原子のサイズ、色の吸収、量子状態間のエネルギー差の非常に精密な測定が可能になった。また、素粒子物理学の標準モデルの検証も提供した。^{[ 67 ] [ 68 ] [ 69 ]}理論家のアシュトン・ブラッドリーは、量子乱流と古典乱流、渦の理解を進歩させた。^{[ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]}理論家のブレア・ブレイキーとダニー・ベイリーは、超低温磁性ガスの安定した量子液滴の形成を正しく予測した。^{[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ] [ 77 ]}

冷たいガスも精密測定への道を提供している。^{[ 14 ]} 例えば、ミッケル・アンダーセンとそのグループは、原子干渉法に基づいた小型で低コストの重力計を開発した。^{[ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]}

光の単一光子と単一原子間の相互作用を精密に観察および制御することにより、研究者は量子コンピュータなどの量子技術の開発に貢献している。^{[ 14 ]}ドッド・ウォールズ・センターの研究者、例えばハワード・カーマイケルやセンター名の由来となったダン・ウォールズは、現代の量子光学と量子技術の理論的基礎を築くのに貢献した。^{[ 81 ]}カーマイケルの量子軌道理論（QTT）は、量子ジャンプ法の一種であり、個々の量子オブジェクトが観測されたときにどのように振る舞うかを予測する方法を提供する。^{[ 82 ]}最近のイェール大学との共同研究で、カーマイケルはQTTを使用して、量子ジャンプの根本的な性質が瞬間的ではなく滑らかであることを明らかにするのに役立った。^{[ 83 ] [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ]}この発見は、量子コンピューティングのエラー問題を解決するのに役立つ可能性がある。^{[ 87 ]}

多くの研究は量子コンピュータの実現技術の開発に焦点を当てており、複数の研究者が長距離にわたる量子情報の安全な伝送の実現に注力している。理論家のスコット・パーキンスは、日本の実験家である青木隆夫と共同で、1メートルを超える距離で量子もつれを実現する光ファイバーで構成された初期段階の量子コンピューティングネットワークを実証した。^{[ 9 ] [ 88 ]}実験家のマールテン・フーガーランドは、同様の光ファイバーベースの量子コンピューティングシステムに取り組んでいる。^{[ 36 ]}ハラルド・シュヴェーフェルは、誘電体ウィスパリングギャラリーモード共振器を使用して単一のマイクロ波光子を光光子にアップコンバートする技術を開発した。これにより、マイクロ波ベースの量子コンピュータ間で量子情報を伝送するために光ネットワークを使用できるようになる。^{[ 89 ] [ 90 ] [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ]}ジェボン・ロングデルも、希土類イオンをドープした結晶を使用して単一のマイクロ波光子を光光子に変換する方法を開発している。^{[ 94 ]}ロングデルは、希土類イオンをドープした結晶に量子情報を保存する方法も開発しており、これは量子コンピュータのための改良された方法ソリューションを提供する。^{[ 95 ] [ 96 ] [ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]}

ミッケル・アンダーソンは、原子の運動と量子状態を制御し、超精密実験で原子を結合させて分子を形成するために、個々に捕捉された原子を確実かつ一貫して生成する技術を開発した。 ^{[ 100 ] [ 101 ] [ 102 ] [ 103 ] [ 104 ] [ 105 ]}

• ドッド・ウォールズ・センターの研究者の中には、
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  デビッド・ハッチンソン、ディレクター
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  ハラルド・シュヴェーフェル
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  キャサリン・シンプソン
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  ハワード・カーマイケル
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  ミロ・エルキンタロ
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  ミッケル・アンデルセン
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  ジョン・ハーヴェイ

キャザー・シンプソンの2つの会社、EngenderとOrbis Diagnosticsは、Dodd-Walls Centreの研究からスピンアウトした。2016年、シンプソンはOrbis DiagnosticsでKiwiNet研究商業化賞を受賞した。Orbis Diagnosticsは、光パルスを使用してウシの精子をオスとメスに選別する方法を開発している。^{[ 116 ]}シンプソンは、大学が都市、地域、国にとってイノベーションとプラスの経済的利益をより良く促進する方法について、公に発言している。彼女はまた、「フォトンファクトリーを繁栄する、影響力の大きい「イノベーションハブ」に変える」というビジョンについても語っている。^{[ 117 ]}ディレクターのデビッド・ハッチンソンは、量子物理学とフォトニクスを通じて技術とスピンオフ企業を開発することによるニュージーランドの潜在的な経済的利益について公に発言している。彼は、これが「高度なスキルを持つ個人がニュージーランドに留まるためのキャリアパスの開発」に貢献することで「科学分野の頭脳流出に対抗する」と考えている。^{[ 118 ] [ 119 ]}

ドッド・ウォールズ・センターは、オークランドに拠点を置くサザン・フォトニクス社と提携しています。サザン・フォトニクス社は、ジョン・ハーベイ氏が3人の学生とともに2001年に設立し、博士号取得者にハイテクの機会を提供しています。^{[ 120 ]}サザン・フォトニクス社は、ドッド・ウォールズ・センターの研究に基づき、世界中の通信業界や学術・産業研究室で使用されるさまざまな光パルス試験・測定機器を製造しています。^{[ 121 ]}ダニーデンに拠点を置くフォトニック・イノベーションズ社も、超高感度ガス検知機器を製造しており、ドッド・ウォールズ・センターと提携しています。^{[ 122 ] [ 123 ] [ 121 ]}

ディレクターのデイビッド・ハッチンソン氏によると、ドッド・ウォールズ研究所の科学者たちは、ニュージーランドの食肉、乳製品、果物、羊毛産業と協力して、輸出製品に付加価値を付けている。「材料のサンプルに光を当てて、返ってくるものを分析すると、材料の構造、機能、品質に関する膨大な情報が得られます」とハッチンソン氏は述べている。^{[ 106 ]}フレデリック・ヴァンホルスベック氏と他のドッド・ウォールズ研究所の研究者たちは、ニュージーランドの食肉産業、クラウン研究所アグリリサーチ、その他のニュージーランドの大学の研究者と協力し、細菌を検出する技術（蛍光分光法を使用）と肉の品質を測定する技術を開発している。^{[ 124 ] [ 125 ] [ 126 ] [ 127 ]}ポスドク研究員のサム・ヒッチマンは、2019年の国際食肉科学技術会議（ICoMST）で国際食肉事務局（IMS）の食肉科学技術分野の若手人材賞を受賞しました。^{[ 128 ]}

ドッド・ウォールズ・センターは医療技術にも注力している。^{[ 106 ]}オタゴ大学のサラ・ミラーはレーザー分光法を用いてセリアック病やその他の消化器疾患を診断するツールを開発しており、 ^{[ 33 ]}オークランド大学の博士課程学生サイモン・アシュフォースはフェムト秒レーザーを用いた骨手術用ツールを開発している。ドッド・ウォールズの研究者たちは眼疾患、皮膚の火傷、その他いくつかの症状を検出する技術にも取り組んでいる。^{[ 106 ]}

ドッド・ウォールズ・センターの連携したアウトリーチ活動は、キャザー・シンプソンがニュージーランド国際光年委員会の共同議長に就任した2015年に始まりました。ユネスコが主導したこの祝典は、経済、芸術、科学など、私たちの生活のあらゆる側面における光と光ベースの技術の重要性についての認識を高めることを目的としていました。^{[ 137 ]}ドッド・ウォールズ・センターの研究者と学生のチームが、ニュージーランド各地の都市や小さな町の8つの博物館と協力して活動やイベントを企画しました。^{[ 137 ]}彼らはニュージーランド政府の「好奇心旺盛な心を解き放つ」プログラムから資金提供を受けました。マオリとの交流を通じて、この祝典はマオリ語で春を意味する「テ・コアンガ」と名付けられました。このプログラムには、アートとロゴのコンテスト、 MOTATでのローンチイベント、光を使った実験の実演、専門家による講演、光をテーマにした科学ショー、UVフェイスペイント、没入型3D体験、光にインスパイアされた歌や音楽、天文学のセッション、オタゴでのフィナーレイベントが含まれていました。^{[ 137 ]}アウトリーチコーディネーターで博士課程の学生であるアンディ・ワンは、ニュージーランドの数万人の子供や若者が利用できる、光に関連した実演実験を含む、子供向けの低価格の持ち帰り光学キットの作成を主導しました。^{[ 19 ] [ 137 ]}これらの活動は、蛍光細菌から食用光学まで多岐にわたり、箱自体がインタラクティブな実験を備えた分光器として機能しました。^{[ 137 ] [ 138 ] [ 139 ]}

2015年以来、ドッド・ウォールズの研究者と学生は、1960年にレーザーが初めて成功した記念日である5月16日に祝われるユネスコの年次「光の日」のためにイベントや活動を企画してきました。^{[ 140 ]} 2020年には、オークランドのオタゴ博物館とエレン・メルビル・センターで子供向けの体験型科学イベントが開催されました。^{[ 141 ] [ 142 ]} 2019年には、キャザー・シンプソンがユネスコのために持続可能な農業のための光ベースの技術の使用に関する記事を執筆し、講演を行いました。^{[ 143 ] [ 133 ]}シンプソンは、光の日はドッド・ウォールズ・センターが草の根研究を社会正義と持続可能性のグローバルな問題と結びつけることを奨励していると述べています。^{[ 133 ]}

2017年、同センターはオタゴ博物館と「エクストリーム・サイエンス」という共同プロジェクトを開始した。これはニュージーランドのアクセス困難な遠隔地のコミュニティを対象としたインタラクティブな科学プログラムである。ニュージーランド政府の「好奇心旺盛な心」プログラムの支援を受け、科学者、学生、博物館教育者のチームがチャタム諸島とピット諸島を訪れ、子供、家族、地元住民に一連のインタラクティブな科学アクティビティを提供した。チームは学校、コミュニティセンター、パブ、コピンガ・マラエで講演、ショー、インタラクティブなアクティビティを行った。彼らは移動式プラネタリウムを設置し、コミュニティに望遠鏡と地震計を寄贈した。^{[ 144 ] [ 145 ]}

それ以来、エクストリームサイエンスプログラムは、イーストケープ、フィヨルドランド、スチュアート島、西海岸、ベイオブアイランズ、グレートバリア島など、ニュージーランドの他の遠隔地にも拡大されました。^{[ 146 ] [ 147 ]}

ドッド・ウォールズ・センターは、米国大使館、ニュージーランド航空、ニュージーランド外務貿易省の資金提供を受けてオタゴ博物館が主催するニウエ、クック諸島、トンガ、フィジーへの教育普及プログラムにも参加している。^{[ 148 ] [ 149 ]}

オタゴ大学を通じて、このセンターはサイエンス・ワナンガと呼ばれるプログラムに参加しています。このプログラムはマラエで開催され、マオリコミュニティとのつながりを築き、学校の生徒や科学者に学習の機会を提供することを目的としています。科学のトピックはコミュニティや学校によって選ばれ、多くの場合、フィールドワークや実践的な活動が含まれます。大学の研究者や大学院生が参加します。全員がマラエに一緒に滞在し、夕方にはカウマトゥアが伝統的な知識や科学を共有します。^{[ 150 ] [ 151 ] [ 152 ]}

センターのアウトリーチ活動のいくつかは、より多くの少女や女性が参加するように促すことで、物理科学におけるジェンダー不均衡に対処することに焦点を当てています。センターはオタゴ博物館とマクダイアミッド研究所と提携し、「Full STE(a)M Ahead」というプロジェクトを実施しました。これは、ダニーデンとサウスランド地域の若者と、 STEM分野に関わるロールモデルやメンターとの関係を構築することを目的としています。このプログラムには、ワークショップ、パネルディスカッション、そして「100人の女性、100の言葉 - 無限の可能性」と題されたポートレート展が含まれます。この展覧会は、科学者とは誰かという若者の認識を変えることを目的としており、コミュニティのメンバーによって推薦された100人の女性の写真と、STEMが彼女たちの人生で果たした役割を説明する100語のキャプションが展示されます。^{[ 153 ] [ 154 ]}

同センターは、国​​際女性デーに関連した数々の活動を主催・参加しており、2019年にはオタゴ博物館で学校生徒や教育者向けのワークショップシリーズを開催したほか^{[ 155 ]} 、ペリメーター研究所の年次「科学分野における未来の女性を鼓舞する」会議では、高校生200名を対象にキャザー・シンプソンによる講演を行った^{[ 156 ]} 。2018年には、ニュージーランドで女性が参政権を獲得してから125周年を記念して、科学と産業における女性のリーダーシップに関するパネルディスカッションを開催した^{[ 131 ]}。

ドッド・ウォールズ・センターは、ニュージーランドを巡回する科学展「Might Small Mighty Bright」の開発に貢献しました。この展覧会は、 MOTAT、オタゴ博物館、マクダイアミッド研究所と共同で開発され、来場者は体験型実験を通してフォトニクス、先端材料、ナノテクノロジーを探求し、ニュージーランドのイノベーションの例を目にすることができます。^{[ 157 ]}同センターは、物理学と演劇芸術を融合させたインタラクティブなワークショップにも携わっています。^{[ 158 ]}