電気化学プロセス法を用いた強磁性体金属/半導体ハイブリッド構造の
形成・評価とそのスピントロニクス応用 |
| 北陸先端科学技術大学院大学 ナノマテリアルテクノロジーセンター 助手 赤堀誠志 |
良好な強磁性体金属/半導体ハイブリッド構造の実現のため、スピン才差運動の制御可能な狭ギャップ半導体ヘテロ構造の結晶成長と、製作された半導体上への強磁性体金属の形成について研究を進めてきた。しかしながら、これまでに行ってきた真空蒸着法やスパッタ蒸着などの標準的な金属形成法では、界面酸化膜の残存やプラズマによる加工ダメージなどの点で問題があり、良好な界面形成が困難であった。
そこで本研究では、新たな金属形成法として、清浄環境でかつ低プロセスダメージの実現が可能な金属イオンを含む電解液を用いる電気化学プロセス法を取り入れ、強磁性体金属/半導体ハイブリッド構造の形成ならびにその物性評価を目的とする。 |
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高強度放射光回折による耐熱合金表面に形成したクリスタル硝子薄膜の
接合機構の解明とその工学的応用に関する研究 |
| 日本原子力研究所 大洗研究所 主任研究員 石山新太郎 |
資源・エネルギー及び環境に関する問題は益々重要で本邦で例えば原研でも「高温原子炉の熱を利用し水素を作るISプロセス」や「高温固体燃料電池を併用しCH4を部分酸化し、水素と電力を効率良く生産するシステム」等が研究されている。
本研究者は原研にあって長年この関係の研究やシステムの設計をし、国内外の学会誌に論文を発表し多くの賞等を得ているが、さらにそれらの実用化を目指し大型装置の構成材料としてセラ
ミック系複合材の研究にも着手している。しかしそこでは、その材料の選定と開発の重要性・困難さを悟り、より加工し易くかつ低コストのものを求める努力が始まり、続けられた。
耐熱合金にクォーツ硝子を薄く被覆した材料の耐急熱急冷性を丹念に研究し、ここに偶然にも使えそうなものが有るかもと曙光を見出し本計画を提案している。まず、両相の熱膨張差が大き
いのに何故それが緩和されつづけられるのかを確かめる。硝子相中の結晶粒子を極端に微細化し、コーティング条件を選定した試料につき、格子歪（両相の）を詳しく測定しその接合機構を明らかにする。耐熱、耐食性、保修技術を研究してゆく。
これが明らかになれば、最近の「局在量子構造に基づいた新しい材料機能創出技術」の一例として、従来常識外と思われていた材料を開発する原理がわかり、学問的、技術的貢献は大きい。
困難も少なくなかろうが、頑張って進んでもらいたい。 |
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超伝導特性をもつナイトライド半導体InNの特性制御と
超高速デバイスへの応用 |
| 東海大学 電子情報学部 教授 犬島喬 |
本研究は、GaInN系の発光材料の一翼を担うInNに関する半導体基礎物理に関するもので、決して応用的研究ではない。InNはよく使われている割にはその基礎物性がよく分かっていない。
例えば、バンド構造、禁制帝副Eg、有効質量、伝導物性など未だ確定していない状況である。2000年以前にはEgは1.9eVと考えられていたが、犬島教授は測定により、1.1eVより小さいことを2001年に指摘した。それ以後犬島教授を含むいくつかの追試により、0.65eVに近いことが分かってきた。一方、InNに温度に対する抵抗変化に異常のあることは1987年ころの東工大・小長井研の測定に見られたようだが、犬島教授はキャリヤ濃度が1019cm-3の時超伝導を示すことを見出した。GaAsのある場合に超伝導性を示すことは1991年代に、InAｓ/AlSb系で1980年に報告があるが、InNに関しては犬島教授が最初である。
これら、InNの物性は未だに謎につつまれているが、その原因は結晶成長が困難で多くは針状の結晶の集合であり、n型のキャリヤ濃度が1019〜1018cm-3より小さくならないなどに起因している。
犬島教授は本研究助成により、小型のクライスオスタットを試作して極低温での測定ができる環境を整えて物性確定を目指しており、この一年でも論文をいくつか報告しているなど着実な進展を見せている。 |
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| 界面電場を利用した非コングルーエント・ランガサイト融液のコングルーエント化 |
| 東北大学 金属材料研究所 教授 宇多聡 |
本提案は結晶成長を行う際に、結晶と融液との間に高い電界を印加し、それによって界面付近の融液の性質を変えようと試みるもので、野心的な提案である。このような観点からの研究はこれまで行われておらず、それが成功にいたるかどうかについては必ずしも楽観するわけではないが、興味ある独創的なアプローチといえると考える。
実際に選ばれる系は融液がコングルーエントでなく、そのために融液からそのままの組成での結晶成長ができない系を取り上げ、それを電界の元で可能にできるかどうかを見るという方法をとっている。これは電界の効果の生むを検知する方法として、非常にスマートな方法といえるであろう。
このようなプロセスに電界が効果を及ぼすことがあれば、さらに発展的な応用が考えられるであろう。 |
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| レプリカグリ−ンシ−トを用いた無機材料の新たな微細成形方法の研究 |
| 日本大学 理工学部 助教授 内木場文男 |
セラミックス多層デバイスが増々広い分野で使用されるようになってきており、その性能の更なる向上が要求されている。ところが現在採用されている作製方法によりセラミックスと金属を積層させる場合、金属層の厚みを充分にとれない、積層数を多くすると金属部分が盛り上がるなど、早急に解決すべき問題が多数存在する。
本研究者はこれ等の点を克服できる新しい立体微細構造形成技術として、レプリカグリ−ンシ−ト法の確立をめざした研究を進めている。
この方法では、先ず、感光性樹脂シ−トにフォトリソグラフィ−により任意のパタ−ンを形成する。これにセラミックス材料或いは金属材料に有機結合材等を混合したスラリ−を塗布し、乾燥・剥離することにより、感光性樹脂シ−トのパタ−ンに対するレプリカパタ−ンが転写されたグリ−ンシ−トを得る。この様なシ−トを組み合わせ、焼成処理を行うことにより目的の立体構造をもつ焼結体を得ようというものである。
既にセラミックス材料、金属材料のレプリカシ−トおよびその焼結体を得ることには成功しているが、更に精度を高めるためには、スラリ−組成と剥離法の改良を必要としている。
この技術の確立はセラミックス材料および金属材料よりなる多重積層材料内部に微細なパタ−ンを形成することを可能とし、多層セラミックス・デバイス等の性能向上につながるばかりではなく、電子デバイス以外の分野でも微小パ−ツを形成する新しい方法を提供できる可能性をもつものと期待される。 |
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超臨界流体場における有機金属化合物の溶解
−析出挙動の解析およびセラミックス薄膜形成技術への応用 |
| 上智大学 理工学部 化学科 助手 内田寛 |
物質の臨界温度および臨界圧力（H2O：374℃･22.1MPa、CO2：31℃･7.38MPa、等） を超越した状態の超臨界流体は、高密度･低粘性･高拡散係数･種々の物質をその内部に溶解し得るなど、従来の流体（気体･液体状態） とは全く異なる特徴を有する。このような特徴を最大限に利用するため、種々の化学反応プロセスへの超臨界流体の高度応用が新たに注目されている。
申請者の所属する研究グループでは近年、超臨界反応場を利用した化学反応プロセスに関する研究を進めており、有機物反応を観察する装置など装置を作製した実績がある。
本研究では、超臨界流体場中での有機金属化合物の反応プロセス解明を通じ、それに基づいた新規の薄膜作製プロセスを立案･設計することである。そして、超臨界流体の特徴（高密度･低粘性･高拡散係数等）を活用することにより、従来の気相法や液相法などの薄膜作製プロセスが内包する問題点（凹凸基板上での段差被覆性や組成制御性など）を一挙に解決することが可能である。これらの特徴は従来の薄膜作製プロセスでは実現が困難（あるいは不可能）なものであり、本薄膜作製プロセスの適用により高品質なセラミックス薄膜をこれまで以上に効率的に作製することが可能になるものと期待される。
また、有毒物質の使用を忌避すること、ならびに、原料回収→ 再利用の処理過程を確立することにより、“低環境負荷型”かつ“物質循環型”の環境志向的なプロセスを実現できることが期待される。 |
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| ナノ結晶シリコンのレーザーアブレーション過程と表面生成機構 |
| 甲南大学 理工学部 物理学科 助教授 梅津郁朗 |
水素ガス雰囲気中でシリコン結晶をパルスレーザーアブレーションして、強い発光強度を持つ、直径4〜5 nmのSiナノ結晶の作製に成功した。このナノ結晶内部は水素とシリコンの混晶系ではなく、水素は表面にのみ偏在していることが解った。
そこでこのナノ結晶の生成過程と水素化した表面の形成過程を解明する。そのためにレーザーアブレーション中のプルーム発光の時間的、空間的変化を分光して捉え、Si原子種とH原子種の発光位置とその時間的変化を追跡し、水素のプラズマ化と反応に関する知見を得る。さらに水素ガスへの窒素ガスの混入、雰囲気ガス圧やレーザー強度を変化させてその影響を調べる。
しかし水素がナノ結晶内に存在しないのは、ナノ結晶化の後に表面が水素化するのではなく、固体内の水素が結晶化の際に表面に拡散しやすいためであろう。すなわちプルーム内では水素を内部に含有し、表面も水素で覆われたナノ粒子が生成し、プルームの周辺で冷却して、結晶化する際に粒子内の水素原子が表面に拡散し、ホットアトムとして脱離する可能性が高い。
このことを考慮して研究計画を立てることが肝要であろう。 |
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| 導電性ダイヤモンド電極の表面改質による多機能化 |
| 慶應義塾大学 理工学部 化学科 助教授 栄長泰明 |
凹凸のある多結晶ダイヤモンド薄膜表面をArイオンスパッタエッチングすると、表面が鏡面化することを見出した。ホウ素を高濃度にドープした導電性ダイヤモンド電極を鏡面化すると、バックグラウンド電流を小さくなり、電気化学的な微量分析の有用な電極材料になるという興味ある結果を得た。一方、Niイオンを注入した金属−ダイヤモンド複合電極を作製したところ、グルコースに応答した。
またイオン注入による金属−ダイヤモンド複合電極は安定性の点ですぐれた性質を持つ。
このようにイオンエッチング、イオン注入という、良い意味での陳腐な表面改質法をダイヤモンド電極に適用して、すぐれた成果を得ている。他の金属をイオン注入することにより、生体関連物質、環境汚染物質をはじめとするさまざまな微量物質の電気化学的センシングの電極として、広い応用が期待できる。
そのためさまざまな金属イオンの注入を試みようとしているが、このときに、しっかりとした指導原理を立てながら、研究を進展させるようにして欲しい。 |
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| 大気圧パルスレーザー堆積法を用いたフルカラー有機ＥＬ素子の開発 |
| 佐世保工業高等専門学校 電気工学科 助手 大島多美子 |
次世代フラットパネルディスプレイ（FPD）として、エレクトロルミネッセンス（EL）ディスプレイの市場拡大が望まれている。有機ELに用いられる材料には低分子系と高分子系があり、高分子系材料は低分子系材料に比べ真空状態を必要とせず、また室温で合成できることから量産が可能となり、有機ELの低コスト化が実現できる。
本研究では、ドライプロセスの一つであるパルスレーザ堆積（PLD）法を用いて、高分子系有機薄膜の製作を行なう。
大気圧下成膜、さらにはRGBフルカラー構造の作成が可能となるような、PLDプロセスにおける新手法を開発する。 |
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シラノール基で化学修飾したハイブリッドゲル中における
セラミックスナノ粒子の析出 |
| 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助教授 大槻主税 |
生体活性セラミックスでは、大腿骨などの大きな荷重の架かる組織を置換するには、十分な機械的特性を有していない。生体活性セラミックスは軟組織とも高い親和性を示すので、軟組織を置換する材料としての利用も期待されるが、柔軟性がないため使用出来る部位は限られてしまう。
生体組織修復材料には、生体組織に対して、生物学的な親和性とともに、修復部位に類似した力学的性質を併せ示す必要がある。すなわち、生体の修復に用いられる材料には、生物学的性質と力学的性質において骨組織との適合性を同時に達成しなくてはならない。
そこで、生体活性な有機−無機ナノハイブリッドに、シリカ、チタニア、リン酸カルシウムなどの無機物のナノ粒子の析出を試み、酸化物ナノ粒子を複合化した高次ハイブリッドを構築し、生物学的ならびに力学的な特性を調べ、新規な骨組織修復材料の設計指針を確立する。
まず医療用高分子として用いられている親水性のヒドロキシエチルメタクリレートと3-メタクリロキシプロピルメトキシシランから得られる有機−無機ハイブリッドに、種々の有機金属化合物を導入しゾル−ゲル過程を経て、高次な有機−無機ハイブリッドを合成し、その微構造とアパタイト形成能、力学的性質、細胞毒性、生体組織反応の関係を調べ、有機−無機ハイブリッドの微構造と生体活性、力学的特性、生体組織親和性を制御する基本因子を明らかにする。
ナノメーターレベルでの生体活性を誘因する化学種を有機修飾した有機−無機ナノハイブリッドを次世代の生体材料として用いるための、基本的な設計指針の確立を目指すものである。
セラミックスのナノ粒子を複合化した高次のハイブリッドを構築し、骨修復材料としての力学的性質の選択性を拡張する。この様な着想に基づく新規骨組織修復用材料の創成が期待される。 |
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| 遷移金属酸化物ヘテロ界面の制御と輸送現象に関する研究 |
| 東京大学 物性研究所 助手 大西剛 |
遷移金属酸化物を高性能なデバイスとして実用化するためには、酸化物ヘテロ接合界面での諸現象を理解することが必須である。
SrTiO3ステップ基板上に2分子層のLaTiO3をヘテロエピタキシーした良質なヘテロ界面を作製したところ、界面の低抵抗化とともに、ステップに平行、垂直な方向でシート抵抗の異方性を観測した。これは界面に存在するステップでの電荷移動の面内異方性によるものと考えられる。
そこでSrTiO3などの微斜面基板を切り出し、傾きに線形の堆積膜厚分布を作るレーザー励起の分子線エピタキシー（レーザーMBE）法を用いてホモエピタキシーをし、酸化物表面でステップ密度を制御する。さらにレーザーMBE法で機能性ペロブスカイト酸化物薄膜を2〜3分子層エピタキシーし、ヘテロ界面を形成する。そして異方性を考慮した面内電気抵抗を測定し、ステップが電気伝導に与える影響を明らかにする。
ステップ密度を制御した界面を作り出し、電気抵抗の異方性を調べることは重要であるが、この試料作成時に界面のステップ形状だけではなく、組成の乱れも生じる可能性があるのではないか。それを諸物性の立場から調べることも重要になるであろう。 |
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高密度誘電体薄膜装荷ランガサイト基板を用いた
高結合・高安定ラブ波型弾性表面波 |
| 山梨大学 大学院 医学工学総合研究部 助教授 垣尾省司 |
弾性表面波（SAW）デバイスはフィルタなどの信号処理機能デバイス、とくに小型なために移動体通信用として実用化されている。しかし通信需要の増大に伴い、高性能化が求められている。
それには電気‐表面波間の高い結合係数と温度安定性を必要とする。そのために高い温度安定性を有する圧電結晶のランガサイトを基板として、高密度材料のTa2O5、Auの薄膜を装荷し、弾性波エネルギーを表面近傍にトラップする。さらにラブ波型弾性表面波を発生させて高結合化を図った。
その結果、結合係数はTa2O5/Alでは0.7%、Auでは1%に達した。次のステップとして、高密度材料を装荷した後に熱処理することで、界面を伝搬するラブ波を有効に使うこと、高密度誘電体としては他の材料、たとえばBGO（Bi4Ge3O12）を用いるなどを試みる。これはフォノンの特性を活かしてデバイスの高性能化を図るというユニークな研究である。
すだれ状電極の形状の改良に目を向けると、ラブ波を励起するのに効果的な解が得られるかもしれない。 |
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| β-FeSi2歪超格子の作製とその直接遷移変性メカニズムの解明 |
| 東京工業大学 大学院 理工学研究科 材料工学専攻 助手 掛本博文 |
β-FeSi2は光デバイス用半導体材料として現在利用されているGaAs等の化合物半導体に代わり得る、地球環境にも優しい直接遷移型半導体として注目されている。しかし、β-FeSi2薄膜の光吸収特性は実験的には直接遷移性を再現性よく示すにも拘わらず、バルク結晶体に対する理論計算では、間接遷移型であるとの結果が報告されている。この不一致はSi基板とβ-FeSi2との格子不整合歪みに起因するものと推察される。β-FeSi2薄膜の更なる性能向上のためには、電子構造に立脚してその光吸収特性の変性機構を実験的に解明することが望まれる。
従来の作製法によるβ-FeSi2薄膜は不完全性が著しいため、本研究では先ず、完全な歪超格子の作製がなされる。Si基板上に電子銃により発生させたFeおよびSi分子線を交互に蒸着させる分子線エピタキシイ−法が採用され、分子線の発生量をコンピュ−タ−制御する一方、反射高速電子回折により膜成長のその場観察を行って、欠陥の少ない薄膜が得られるように条件を制御する。
得られた歪超格子薄膜の電子構造を軟Ｘ線吸光法および角度分解電子分光法により評価し、直接遷移変性を受けているβ-FeSi2歪超格子のバンド構造や電子構造を明らかにすることが計画されている。本研究の成果は、単にβ-FeSi2薄膜の直接遷移変性機構が明らかとなり、その光デバイス用材料としての性能向上に役立つだけではなく、広くSi系半導体の光学特性の理解を深めることにも貢献することが期待される。 |
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電気化学的方法を利用した光触媒活性を有する
新規遷移金属酸窒化物の合成と評価 |
| 学習院大学 理学部 助手 勝又哲裕 |
酸化チタンは光の化学エネルギー変換にとって画期的な材料であることが、ホンダ・フジシマ効果の発見以来証明されてきた。しかしながら、太陽光を用いる場合に酸化チタンのバンドギャップがやや大きすぎるためにエネルギー変換効率が落ちる課題がある。
本提案はその問題解決を図ろうとするもので、酸化チタンに窒素をドープしてバンドギャップを小さくした材料を合成しようとするものである。
このような試みは本申請者だけではないが、オリジナリティの感じられる点はその困難な合成を500度Ｃ程度以下の比較的低温で溶融塩中での電気化学反応を駆使して行おうとしている点である。
これにより酸化・還元ポテンシャルを制御した状態で合成を行い、高濃度の窒素のドーピングを可能ならしめんとするものであり、その試みに期待したい。 |
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| ナノドメイン制御による強誘電相転移とリラクサー挙動の修飾 |
| 東京工業大学 応用セラミックス研究所 助教授 川路均 |
ペロブスカイト構造の酸化物で、AサイトにPb、Bサイトに複数のイオンを含む一連のリラクサー誘電体は、広い温度範囲で比較的高い誘電率を示すが、構造ゆらぎのため典型的相転移は起こらない、本研究はリラクサー挙動の原因と考えられるナノサイズのマイクロドメイン構造の制御による物性制御を種々の強誘電材料に応用するものである。
本研究では、Bサイトイオンの規則度が熱処理条件により制御可能はPbSc1/2Ta1/203、および、PbSc1/2Nb1/203について、その規則度を制御することにより、ナノドメイン構造を制御した試料を、粉末では固相反応法で、単結晶はフラックス法で合成する。精密熱容量測定は、50mKに至る極低温領域では3He、4He希釈冷凍機による特殊熱量計を用い、格子振動状態について詳細な解析を、13Kより440Kまでは断熱方熱量計を用い、Bサイトの秩序化と強誘電相転移の関連について定量的な解析を行い、さらに計算機シミュレーションと組み合わせて微視的側面からも検討する。
本研究によりナノドメインを積極的に利用した誘電体、とくに現在鉛含有ぺロブスカイト化合物でのみ観測されている室温付近での高誘電率特性を、鉛フリーな化合物で実現するための有用な情報が得られるものと期待される。 |
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| 電界による粒子の搬送と粒度分別 |
| 早稲田大学 理工学部 教授 川本広行 |
本研究は静電気相互作用を利用して粉体の搬送を行おうとするもので、平行縞状の微細電極パターンに交流電圧を印加して、電極板上に置かれた電荷を有する粉体を同期的に運動させ、搬送しようとするものである。
申請者らはすでに予備的実験により部分的な成功を見ている。本方式による搬送を安定に行うことができれば、粉体搬送にユニークな選択が可能となり、特殊な搬送方式として実用的にも注目されるものとなろう。特に小型無振動な点に特色がある。
本申請者は多数のユニークなアイディアをこれまでにもものにしてきた実績があり、その洞察力に期待したい。 |
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ナノ形状制御による超高速光応答と偏光無依存を同時実現した
半導体光アンプの研究 |
| 神戸大学 工学部 電気電子工学科 助教授 喜多隆 |
量子ドットの基礎物性に根ざした独自の量子ドット多元制御技術を適用することにより、光通信波長帯でこれまで困難であった偏光無依存特性と超高速応答特性との両立を可能とする量子ドット材料の開発を世界に先駆けて実行する。
この量子ドットを用いた光アンプ素子により、超高速パルスの全光スイッチングを実証し、これを通じて、実用的な超高速光パルス信号処理デバイスとしての有効性を明らかにする。 |
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| 水酸アパタイト皮膜作製の新プロセスの構築とその評価 |
| 名古屋大学 大学院 工学研究科 材料マテリアル理工学専攻 助手 黒田健介 |
近年、骨機能再生医療のために、金属上へのアパタイト（Hap）コーティングが有望とされてきているが、従来のコーティング法をHApに適用した場合、複雑形状の多い歯科用、整形外科用インプラント材への均一なHApコーティングが不可能であり、良好なコーティング技術が切望されてきた。
そこで申請者らは、より体内環境に近い水溶液中でのコーティング技術、すなわち「水中熱基板法」なる新水溶液プロセスを提案し、この方法を用いて、チタン表面へのHApコーティングを試み、これまで不可能とされてきた複雑表面上に容易にHAp膜が生成し、新生骨の生成が速いことを明らかにしてきた。
さらなる高速治癒を目指し、HAp単相ではなく、より骨に近い成分のインプラント材の開発が必要不可欠であるが、骨を構成している主要成分である炭酸置換型HAp（以下CO3-Apと略す）とコラーゲンを同時に複合化させた人骨に極めて類似した複合材は、高温での作製が不可能であった。
そこで本研究では、水中熱基板法により、CO3-Apとコラーゲンの複合膜をTi基板上にコーティングし、さらに作製した複合膜を、擬似体液に浸漬させ、無機環境下での新生骨の生成の良否ならびに有機含有環境下での試料表面への骨芽細胞の吸着・増殖挙動の観察を行うとともに、ビーグル犬への埋入（in vivo）試験を行い、回復挙動とインプラント材構成成分の関係やインプラント材表面状態との相関関係を明らかにすることを目的とする。
表面形態まで制御した「新たな生体材料」として、人骨疾病の早期治癒に役立つことが期待される。 |
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| 不純物を含むアモルファス氷への紫外線照射によるダイヤモンドの生成機構 |
| 北海道大学 低温科学研究所 教授 香内晃 |
本研究者等は宇宙空間におけるダイヤモンドの生成機構を研究する過程で、宇宙空間に多量に存在すると考えられているCO, NH3, CH4等の不純物を含むアモルファス氷に超高真空、10Kという極低温下で紫外線を照射すると、微細なダイヤモンド結晶が生成することを見出した。超高圧下に安定領域をもつダイヤモンドがCVD法などにより、低圧下でも生成することはよく知られているが、上記のような方法によりダイヤモンドを晶出させ得ることは従来全く知られていなかった。
しかし、本研究者等の目的が宇宙空間でのダイヤモンドの生成機構の解明にあったため、実験に用いたアモルファス氷の不純物組成も複雑であり、ダイヤモンドの生成に必要な物理的、化学的条件がどの様なものであるかは不明である。
本研究はCH4等の不純物を含むアモルファス氷に紫外線を照射してダイヤモンドを晶出させるのに必要な不純物の種類や温度圧力等の物理的条件を明らかにすることを目的としている。ダイヤモンド、特にその薄膜は光学材料を初めとして、種々の目的に利用される可能性をもつ材料であることから、良質なダイヤモンド薄膜の作製技術の確立に向けた研究が精力的になされている。
本研究によるダイヤモンド結晶の全く新しい合成法の確立は、ダイヤモンド薄膜の作製法に、より広い幅を与えるもので、ダイヤモンド薄膜利用の促進に寄与するところが大きいものと考えられる。 |
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| セルロースハニカム構造体をテンプレートとする無機分子配向材料の創製 |
| 九州大学 大学院 農学研究院 助教授 近藤哲男 |
セルロースを用いる3次元制御構造構築プロセスを築き、出来上がった3次元構造体の表面に、さらに無機分子を配向させて新規無機/有機分子配向材料の創製を目指すものである。
食品の分野でナタデココとして一般に知られるバクテリアセルロースを生産する微生物の酢酸菌は、菌体外に4-60ナノメートル幅のセルロース繊維を生産する。その際の噴出エネルギーを駆動力として、生産方向と逆方向に運動することがわかってきた。
申請者らは、このような菌体外繊維生産微生物のランダムな方向への物質生産に起因する自由運動を制御するため、セルロース分子からなる平行に並んだ高分子分子鎖のレールに沿った制御運動ならびに物質生産させて、表面に創出される生成物の分子集合体構造（分子配向シートの創製）の制御までも可能とする、物質生産と構造構築が同時に行われ、しかも極めて低エネルギー消費プロセスを提案した。
すなわち、
1）菌体外にナノ繊維生産する微生物を構造生産マシンとして用いる、
2）特定の構造を有する2次元シートを土台（足場：Scaffold）として築き、その土台に沿って微生物に繊維を生産させることにより、自動的に繊維を積み上げ、足場の構造を保持したまま3次元構造構築へと進行させること、
3）出来上がった3次元構造体の表面をテンプレートとして、さらに無機分子を配向させる。
セルロースナノ繊維の配向した3次元セルロースハニカム構造体が構築される。この構造体を、オルトケイ酸テトラエチル/塩化アルミニウム水溶液中でともに反応させることにより、構造体の表面でイモゴライトをエピタキシャルに堆積させる。 |
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一次元同素体カルビンライクカーボン電極の開発と
リチウムイオンドーピング挙動の解明 |
| 群馬大学 大学院 工学研究科 ナノ材料システム工学専攻 助手 白石壮志 |
本研究は炭素の新たな形態であるカルビンのリチウム電極としての特性を探ろうとするもので、カルビンが安定的に得られれば科学的には必然的な研究方向といえる。
問題はカルビンの合成であるが、提案者はすでにカルビンを高濃度に含む炭素膜の合成に成功しており、それをさらに発展させることにより、膜質を変えつつリチウムイオン電極としての特性を求めていくもので、成果も期待できそうに思われる。
問題は長期的な安定性にあると思われるが、仮にそれに失敗しても学問的な興味も高いものがある。 |
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| 次元性と乱れの制御によるバナジウム酸化物薄膜の新物性探索 |
| 東京大学 大学院 新領域創成科学研究科 助手 須崎友文 |
4価のバナジウムは3d1価電子状態にあるため、一連の遷移金属酸化物研究において最も基本的であり、しかも酸化物のエネルギーギャップの大きさが可視域にあるので、光デバイスへの応用が期待される。
相関の強いバルクの系においては、次元性及び格子欠陥、不純物置換などの不規則性が系の物性に決定的な役割をするが、薄膜では次元性の寄与は避けられず、また薄膜中の乱れを完全に除去することは不可能である。本研究はバナジウム酸化物超薄膜において、次元性および結晶中の不規則性を系統的に変化させ、新物性探索を行うのが目的である。
実施計画で、次元性制御はレーザーアブレーション法による製膜時にRHEED（高速反射電子線回折）振動をモニターすることで薄膜の厚みを原子層単位で変化し、2次元から擬3次元に至る試料を作成する。不規則性制御には電子線照射、アルゴンイオンスパッタリンク、さらに酸素気中でのアニールを組み合わせることで系統的に物理的不規則性を単結晶基板上に導入し、RHEED解析で定量化する。
作成した試料の物性は、14テスラPPMS装置で電気抵抗を、多反射条件で光スペクトルを高感度で測定し、乱れの効果がどのように電子状態に反映されるかを検討する。
基礎的、系統的な「乱れ」の研究で、新物性探索への発展が期待される。 |
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利得変調によるブリルアン散乱測定技術の開発と
石英ガラス系平面型光波回路の屈折率分布の超高空間分解能測定 |
| 群馬大学 工学部 電気電子工学科 教授 高田和正 |
波長分割多重（WDM）光通信システムを支える重要な光部品に石英ガラス系平面型光波回路（PLC）があり、その代表はアレイ導波路型回折格子（AWG）である。その特性劣化は主として各光路長の設計値からのずれによって生じるので、改善には各光路での位相誤差を高精度に測定する必要がある。
従来の方法は各光路からの累積位相量でしか測定できなかったが、本研究は、光路上での実行屈折率分布そのものを100μmの空間分解能で高精度に測定する方法の提案である。
新しい方法は、シリコン基板上に形成された石英ガラス系光導波路内で、CWポンプ光（周波数（νP）とCWストークス光（νS）を対向伝搬させて、測定部分でストークス光をブリュアン
散乱により増幅させる。この導波路が速い熱応答特性を有することに着目し、矩形波パルスCO2レーザー集光ビームで測定部分（〜100μm長）の温度を約1kHzで変調することにより、ブリュアン利得を変調する。νPを変化させながら利得変調に同期したストークス光パワー成分を検波し、検波量を最大とするνPとνSの値から測定部の実行屈折率を求めることができる。
この新しい手法の確立により光波回路機能を検査するための高精度診断システムへの実用化が期待される。 |
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| イオンビーム支援窒化物エピタキシャル成長の研究 |
| 東北大学 金属材料研究所 助手 高村（山田）由起子 |
本研究では、プロセス中心の従来の正方晶系窒化ホウ素（cBN）膜堆積研究では見過ごされがちであった膜生成・成長の初期過程に着目する。
Si、cBN、ダイアモンド、Niなどを基板として用い、基板表面構造とそれに依存する窒化ホウ素膜の表面結晶構造、結合状態を超高真空下での原子分解能表面分析手法を用いて調べることでcBN膜の核生成・成長過程を明らかにし、さらには、エピタキシャルcBN膜成長の素過程を明らかにして、イオンビーム支援による高温高圧相窒化物合成への指導原理を得ることを目的とする。 |
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| シンクロトロン放射光を用いた透過表面X線回折法の開発 |
| 財団法人高輝度光科学研究センタ− 放射光研究所 研究員 田尻寛男 |
異種原子吸着等により形成される結晶表面の再構成構造を精密に知ることは、その表面の電子状態や物性を解明する上で不可欠であり、表面固有の電子・磁気構造が主役となるナノデバイスの設計・製作に当たっての必須条件といえる。
近年、大型放射光施設が利用できるようになったことにより、X線回折法による結晶表面構造の解析が可能となった。現在、表面X線回折デ−タの収集には、表面に対して0.5゜程度の低角でX線ビ−ムを入射させ、多軸回折計を用いて逆格子空間内を点マッピングするという方法が採られている。そのため必要な回折強度デ−タを収集するのには長時間を費やさねばならない。
本研究は新しい表面X線回折強度の測定法を開発することにより、短時間に高精度の回折デ−タを収集することを可能にすることを目的としている。この方法では結晶基板を薄くしておき、X線ビ−ムを表面に垂直に入射させる。計測にはダイナミック・レインジの広い2次元検出器であるイメ−ジングプレ−トが用いられる。表面層からの微弱な回折X線を測定するためには、バックグラウンドを極力低下させる必要があるが、本研究者は既にバックグラウンドの大きな原因となる基板結晶からの熱散漫散乱を充分に低下させることに成功している。
光路上の散乱体からの散乱を更に低下させる技術の確立により、垂直入射法による表面回折X線強度の短時間測定が実現し、表面が関係する材料の開発に貢献できるものと期待される。 |
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ナノメートルレベルで導電性高分子を透明無機半導体で挟んだ
新型ナノ太陽電池の開発 |
| 大阪大学 大学院 工学研究科 物質化学専攻 講師 橘泰宏 |
本提案は太陽電池の効率を上げるために、比較的バンドギャップの大きなn型、およびp型半導体層の間にややバンドギャップの小さな半導体層をサンドイッチし、その界面で生じる電子移動過程を利用して高効率な発電が行える可能性を探ろうとするものである。中央にサンドイッチされる層としては高分子の半導体層が想定されている。両側の層には安定性をも考慮して無機半導体がきとされている。
このような構造において生じる特殊な光吸収過程と電荷移動過程に注目し、高効率な電荷分離反応を期待するもので、このような構造でどのようなプロセスが起きるかについては興味のもたれるところである。
本申請者は多層構造を電着法で試みようとしており、実験的にもユニークなアプローチと見受ける。 |
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磁性複合材料と複合誘電材料のハイブリッド構造を用いた
左手系メタマテリアルの開発 |
| 広島大学 大学院 教育学研究科 助教授 蔦岡孝則 |
誘電率と同時に透磁率も負になる媒質中での電磁波の伝搬は可能である。
しかしそこでの電磁波の伝搬特性は通常の物理現象とは鏡面対称な左手系で記述される。そしてこの媒質中では電磁波の屈折率が負になったり、負のインピーダンスが得られたりする。
このような物質系の応用面としては、たとえばマイクロ波領域まで広げた通信機器の、小型で高性能な超広帯域アンテナの実現がある。これまでにNi-Znフェライトなどのソフトフェライト焼結体の透磁率の研究で、負の透磁率の実現を見ている。イットリウム鉄ガーネット（YIG）とパーマロイ粒子、あるいは2種類のフェライト粒子を高温で接合するなどして負の透磁率の複合材料を開発し、負の透磁率特性を解析する。
一方、負の誘電率を実現するために、金属線を樹脂や低誘電率の有機媒質中に分散させた金属線複合誘電体を作製し、高い周波数帯で負の誘電特性を得る材料設計のための指針を確立する。そして最終的には両者を結合するが、最終段階までには長い年数必要とするであろう。
しかし大変興味深い研究である。 |
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| フッ化物混晶系超薄膜ヘテロ構造による共鳴トンネルデバイスの研究 |
東京工業大学 大学院 総合理工学研究科 電子機能システム専攻
助教授 筒井一生 |
Si結晶表面にCaF2の超薄膜（0.9-1.5nm）を成長する際に、成長層が基板を完全に被覆せず、基板表面を露出した微小領域を残してピンホール欠陥を発生させる。
一般にヘテロエピタキシーにおけるこのような現象の発生原因としては、表面エネルギーの不整と格子定数の不整が考えられる。結晶面方位が（111）方位の場合、CaF2の表面エネルギーはSiの表面エネルギーより顕著に低いため、表面エネルギー不整では説明できない。
従って、CaF2がSiに対して持つ+0.6%（常温）から+1.0%（成長温度750℃程度）の格子不整による成長層の格子歪み蓄積が原因と推測される。
そこで本研究では、新たに、CaF2をMgF2と混晶化し、この格子不整を補償することによってこのピンホールの発生を抑制し、高品質の弗化物混晶系の量子井戸構造を実現することを目的としている。 |
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| ペロブスカイト型ルテニウム酸化物における磁気抵抗効果の研究 |
| 京都大学 大学院 理学研究科 講師 中辻知 |
より高密度の磁気記録素子、より高精度の磁気センサーの開発には、大きな磁気抵抗効果を示す金属の探索と、その磁気抵抗発現機構の解明が必須である。そのような材料としてマンガン酸化物などのペロブスカイト型遷移金属酸化物が注目されているが、本研究者が在米研究中にルテニウム酸化物Ca2-xSrxRu04が低温で50〜100%に及ぶ大きな磁気抵抗効果を発見し、これは弱い磁場で起こる金属状態での軌道秩序の二次相転移が起源と考えられた。本研究は、このルテニウム酸化物における大きな磁気抵抗と、その磁気抵抗発現機構の解明を目指すものである。
研究計画は、浮遊帯域法炉で試料単結晶の純良化を行い、高精度交流電気抵抗測定装置で300Kから10mKまでの温度、15Tまで磁場の位相平面上での単結晶の電気抵抗の変化を測定する。特に、軌道相転移による磁気抵抗効果の現れる温度をSr濃度を変えることにより制御し、高温でより大きな磁気抵抗の可能性を追求し、さらに、この軌道の相転移をOKに近づけることで、その量子相転移点で現れる新奇な重い電子状態と臨界ゆらぎの関係を明らかにしようとするものである。
本研究は独創的で、巨大な磁気抵抗機構の解明のみならず、さらに新しい物理分野を広げるものと期待される。 |
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| 衝撃圧縮によるガラス状アモルファスダイヤモンドの生成とその発光特性 |
| 兵庫教育大学 自然系教育講座物理教室 助教授 庭瀬敬右 |
C60フラーレン粉末を出発物質として、50GPa程度に衝撃圧縮すると、温度上昇により非晶質炭素が生成する。そこで金薄膜にC60を蒸着し、金を外側にして張り合わせ、熱伝導により温度上昇を減らす衝撃圧縮超急冷法を用いると、短距離ではダイヤモンド構造、長距離としては周期性を持たないガラス状アモルファスダイヤモンドが生成する。このバンドギャップは、カソードルミネッセンスの光学測定では4.1〜4.6 eV、電子エネルギー損失からは3.4〜4.5 eVと大きな値である。
そのため紫外線を発光する素子への応用の可能性が大きく、その発光特性や構造を明らかする。
また作製条件を変えて、関連するさまざまな炭素系物質を作製する。しかしC60とは異なり、類似なオニオンライクの多重壁をもつ炭素クラスターが知られている。これを出発物質とするのは、生成機構を解明する上からもよいのではないだろうか。
また他の大学や研究機関を積極的に利用するのも良いが、兵庫教育大によい研究環境を作る努力もして欲しい。 |
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水溶液中に分散した有機
―無機ナノハイブリッド組織体の作製と機能化 |
| 奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助手 橋詰峰雄 |
最近有機無機ハイブリッドの研究が非常に盛んに行われており、制御された構造を有し、機能特性を示す種々の材料が合成されている。これらの有機無機ハイブリッドは固体として機能を発揮するものであり、また、構造の制御は溶液が固体に変わる際に行われるので、制御の効果に限界があると考えられる。
本研究は溶液中でのゾルーゲル反応および自己組織化を利用して表面に無機のシリカ骨格を有し、内部に脂質部分がある中空の有機無機ナノハイブリッドの安定なセラソームをつくり、溶液中でそのセラソームの表面修飾によって機能化をはかるとともに集積と分散を調節できる分散材料の合成も進める予定である。これにより、溶液フィルター、触媒、ドラッグデリバリーのキャリアーを開発できると思われる。また、シリカ層の厚さを数ナノメーターのオーダーにして機能性のイオンや分子をドープすることにより、新しい光学特性あるいは磁気特性を有する機能材料を合成するための指針になると期待される。さらに、溶液中で精密な設計によって合成した機能性有機無機ハイブリッド微粒子を固体として基板上に析出させるもことによって構造と機能が設計された固体を作製することができると考えられる。 |
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| Bi2O3-B2O3-SiO2系ガラス融体の密度、表面張力、粘度に関する研究 |
| 九州大学 大学院 総合理工学研究院 助手 藤野茂 |
高温ガラス融体の密度、粘度、表面張力などの物性値は、タンク窯でのガラスの製造にあたってきわめて重要である。また、ガラスによるコーティング、封着、接着、ICパッケージの作製のためにも必要であることはいうまでもない。
しかし、精度のよい測定が困難であるために、この分野の研究は一般に少なく、ソーダ石灰ガラスやホウケイ酸ソーダガラスにかぎられている。
一方、ディスプレイや光情報処理などに使用される光機能性ガラスとして従来見られなかった新しい組成のガラスが実用されるにつれて、高温融体の物性値の測定の必要性は著しく大きくなっている。
本研究はそのような要求を満たすために、光機能性ガラスとしてBi2O3-B2O3-SiO2 系ガラスを選び、融体の密度、粘度、表面張力を精度よく測定することを目的としている。密度はアルキメデス２球法で800〜1200°Cで範囲で測定するが、絶対誤差が±0.5%以内であることを目指している。表面張力は白金リングを用いて測定する。粘度は坩堝回転法と貫入法により、低粘度域から高粘度域まで測定する。
これらの測定は広い温度範囲をカバーするだけでなく、組成による粘度変化も含んでいるので、今後の機能性ガラスの組成開発に著しく貢献すると期待される。 |
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| 磁気科学プロセスを駆使した層状酸化物系熱電変換材料の高性能化 |
| 東京大学 大学院 工学系研究科 超伝導工学専攻 助手 堀井滋 |
酸化物は高温でも化学的に安定なことから、廃熱発電の熱電変換素子として好適な材料になる。層状構造をもつコバルト酸化物の単結晶は優れた熱電特性をもつ。そこで熱電変換素子の実用化のために、多結晶の層状コバルト酸化物を試料とする配向化と緻密化による高性能化を目指す。
これまでに層状結晶のc軸方向に磁化容易軸を持つCa3Co4O9（[Ca2CoO3-δ]〜0.62CoO2, Ca349相）や[Ca2（Co0.65Cu0.35）2O4]〜0.62CoO2（CCCO相）で磁場配向法による高配向試料の作製に成功している。このことを踏まえ、磁性元素置換をして磁場配向化に適した材料を創製する。
緻密化については、配向化に実績があるCa349相を用いて、コロイド化学的なプロセスと固相焼結により、無磁場下での緻密化の手法の確立する。そして磁気科学的配向化とコロイド化学的緻密化を一つのプロセスで実現することと、Ca349相以外の磁場配向化に成功した新規物質の配向緻密化試料も作製を試みる。そしてその熱電変換特性を評価し、最終的には1000Kで無次元性能指数ZT=0.8以上の性能の達成を目指す。
実用化を期待する。 |
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| バイオミメティックアプローチによるフッ素ドープ酸化スズ透明電極の作製 |
| 東京農工大学 工学部 応用分子化学科 助手 松嶋雄太 |
透明電極は新型テレビ、太陽電池、ガスセンターの普及とともに需要が急増している。現在、ITOが広く用いられているがInは資源・コスト等の面で問題を抱えている。
本研究者は、その代替材料としてフッ素ドープ酸化スズ（SnO2-x/2Fx）に注目し、それを低コストで製造する方法を研究し、実用化可能な製品を作成する道を探ろうとしている。
これ迄に、水溶液中でフッ化スズを加水分解させる反応を利用し、ガラス基板上に相当量のフッ素がドープされた酸化スズ超薄膜を作りその諸特性を検べ一応有望な結果を得たとしている。スプレー熱分解法に較べ低い温度で成膜でき、フッ素の損失も低いことが強調されている。
しかし自ら指摘しているように1、2の大きな難問が残っており、まだ準備不足の感もある。しかし成功すれば、波及効果は大きい。
究者の創意と研究への情熱を尊重し、選考委員会の基準に照らし、強い期待をこめて推薦する。慎重に研究を発展されたい。 |
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| 無アルカリガラスの構造解析とガラス中の微量成分分析手法の開発 |
| 愛媛大学 工学部 助教授 山下浩 |
液晶ディスプレイを始め、各種のディスプレイ機器用の基板ガラスとしてナトリウムやカリウムを含まない無アルカリガラスが注目されている。無アルカリガラスはSiO2, B2O3, Al2O3 などのガラス網目を形成する酸化物にアルカリ土類酸化物のMgO, CaO, SrO またはBaO が加えられた組成を持っており、アルカリ土類イオンと網目を形成する酸化物との結合状態がガラスの性質に重要な影響を及ぼすと考えられる。しかし、この点に着目した研究はこれまであまり見あたらない。
本研究では、無アルカリガラスについてNMR, ラマン、赤外などの各種分光法を用いてガラス構造を解析し、構造単位の構造と分布を調べてアルカリ土類イオンの役割りを明らかにする。
また、ガラス転移温度、軟化温度、硬度などのガラスの諸性質を測定して、ガラスの組成―構造―物性の相互関係を明らかにすることをめざしている。
本研究でガラスの構造ならびに物性にたいするアルカリ土類の種類および含有量の影響が明らかになれば、目的に応じた無アルカリガラスの組成設計が容易になり、ガラス工学ならびにガラス工業の発展にたいする貢献は大きいと考えられる。 |
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| 金属ガラス材料の切削加工に関する研究 |
| 富山大学 工学部 設計生産工学講座 助教授 山田茂 |
固体材料の中でバルク材としてナノテク効果が発揮され、実用期に入りつつあるのは、過冷金属が最初であり、その将来性は極めて大きい。しかしそれには、特異な機械的、化学的性質があり極めて機械加工が難しいようである。そして最適な工具の選定や切削、研削さらには研磨方法迄も早く確立しておく必要がある。
にもかかわらず実績は殆ど見当たらない。
本研究者は、従前から黄銅を中心とした改良銅合金について切削試験を詳細におこない成果を収めており、さらに超急冷アモルファス合金の切削についても強い興味を持って調査し、新しい切削、観察の装置を揃えて予備的実験を実施している。
本年は超高速リニアシェーパーを使用し二次元切削を行って、切削挙動の詳細把握に努め、工具類の摩耗等を含めて、金属ガラスの切削抵抗、仕上面あらさ、加工変質層等切削特性を明らかにして行く。そして更に旋削実験まで実施する計画である。
本研究の実施に伴い、最先端の過冷金属研究者との交流を深められれば、研究室のスタッフが手揃いで、地元の企業も協力して研究しており、より大きな進歩が遂げられて、それに伴う波及効果も随分拡大すると期待している。 |
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| 新規構造を持つZn含有ゼオライトの合成 |
| 東北大学 多元物質科学研究所 助手 山本勝俊 |
近年では規則的に配列したゼオライトのような細孔構造を利用したの合成は重要な課題である。
新しい構造を持つゼオライトを合成するにはいくつかの戦略が考えられるが、Zn は、酸素12員環以上の細孔を持つ、大細孔ゼオライトの合成を目的とナノデバイイス、への応用を念頭においたキャラクタリゼーションを行うものである。本研究では、安価で、比較的単純な構造を持つ有機化合物（例えばヘキサメチレンイミンとテトラエチルアンモニウムヒドロキサイド）を組み合わせて用いる。これにより工業的にも合成、利用が可能な物質の合成を目指すが“trial and error”で得られるのが現実である。そのため、本研究においても大量の合成実験が必要オートクレーブを特注し、回転装置を取り付けた恒温槽中に固定し、オートクレーブごと回転、攪拌させながら水熱合成を行う。
申請者はこの方法にて、新規ゼオライトの合成にすでに成功しており本研究のアプローチは新しいゼオライト合成に対して極めて有効である。アルゴン吸着の結果（Fからも、マイクロ孔が存在することが示唆され、細孔径やマイクロ孔容積が、12員環を持つゼオライトよりも大きいこともわかった。これらの、新規結果を更に充実させ、当分野の発展に寄与するもと思われる。 |
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