• 我々は、結晶成長過程における界面現象と育成された結晶の特性の関係を明らかにするといった立場から、主として融液からのバルク結晶の成長に取り組んでいます。特に、界面に電場を印加することにより結晶と融液の間に電気二重層という極薄領域を形成しナノメータスケールで結晶育成を制御しています。電場印加による具体的な結晶作製研究例として、
• 1. 融液と結晶のエネルギー関係を制御し、従来育成が不可能とされていた高温圧電センサー用ランガサイト型結晶の開発。
• 2. 結晶化が困難なタンパク質の核形成を電場印加により容易に実現。
• 3. シリコン結晶成長において界面の不安定性を制御し、理想的な構造を持つシリコン結晶の開発。
• このように21 世紀高度情報化社会に必要な、光学、圧電、磁性等の分野で有用な新結晶や、あるいは、従来育成が困難とされていた結晶の創製の分野で有意義な共同研究ができるものと考えます。

主に放射光の回折を用いて、高い精度で構造観測を行います。エピタキシャル薄膜や固液界面など，計測技術が確立していない測定対象を見るのが特徴です。

大強度の放射光と，情報科学を併用することで，標準的なX線構造解析の手法が適用できない物質の構造を明らかにします。

• 周期性が完全でない物・表面や界面の構造解析を行う。
• 有機半導体の表面構造緩和
• 酸化物の界面構造
• ある程度平滑な表面（AFMで見える程度，ステップ表面）があれば、その表面近傍の構造を非破壊・非接触で0.01nmの精度で決める事が可能

固液界面でのプロセスの進行過程を見るような応用が考えられます。 図1:測定セットアップ，図2：20ms露光でのX線反射率測定による固液界面構造観測例

多種の金属元素からなる多元系酸化物は、近年触媒材料として注目される材料である。当研究グループでは最近、多種の金属元素からなる多元系酸化物ナノ粒子の合成法を確立した。得られた触媒は、高活性な電気化学触媒（電極触媒）材料、あるいは物質・エネルギー変換反応を進行させる触媒として機能することが期待できる。

従来研究では、多元素酸化物のナノ粒子化は困難であったが、本研究では粒子径の制御された単分散ナノ粒子の合成に成功した。

• 従来法では合成できなかった多元系酸化物ナノ粒子が合成できる
• 目的とする反応に応じて、様々な金属元素・組成を有するナノ粒子を設計可能
• 従来触媒では達成できなかった活性・安定性を有すると期待できる

高効率な電気化学的物質・エネルギー変換反応、選択的な物質変換(バイオマス等)反応を実現する触媒材料として、環境・エネルギー問題に貢献できると期待できる。

• 機能性酸化物材料の創製と物性・機能開発を行う研究に取り組んでいます。パルスレーザー堆積法やスパッタ法を用いた薄膜作製やバルク合成、そして新合成ルートの開発を行っています。最近は、電気伝導性をもつ希土類酸化物、透明導電性をもつ室温強磁性体、ビスマス単原子層を含む層状超伝導体等の酸化物材料を扱っています。今後は、扱う材料の幅を広げ、酸化物へテロエピタキシーにも取り組んでいきます。

新規導電性酸化物を活用する酸化物エレクトロニクスや、透明強磁性体や新規強磁性体を用いた酸化物スピントロニクスの分野での共同研究。

• 放射線や光、熱、圧力等の外部からのエネルギーと結晶との相互作用に興味を持ち、㈰化学と物理の両面からの材料設計、㈪合成プロセスの開発、㈫相互作用の評価と理解、の3 つの切り口から先駆的な機能性結晶の研究を進めています。研究室内で異分野融合を行っており、要素技術の上流から下流までを垂直統合する体制で取り組んでいます。優れた特性を持つ結晶に関しては、そのデバイス化、実機搭載にも主体的に関わる点も特徴です。

シンチレータは、核医学、セキュリティ、核融合、資源探査、宇宙物理等、に用いる放射線検出器に応用されます。高発光量、高速応答、長波長発光、高エネルギー分解能、高温域での安定性など、ユーザーのニーズに合わせた材料設計が可能です。また、ランガサイト型圧電結晶は室温近傍の温度特性と低インピーダンスである特性を利用して、振動子、発振器、音叉等への応用も考えられております。また、高温域での特性に注目し、特に、自動車の燃焼圧センサー等への応用も検討されております。

• 機能性酸化物材料の創製と物性・機能開発を行う研究に取り組んでいます。パルスレーザー堆積法やスパッタ法を用いた薄膜作製やバルク合成、そして新合成ルートの開発を行っています。最近は、電気伝導性をもつ希土類酸化物、透明導電性をもつ室温強磁性体、ビスマス単原子層を含む層状超伝導体等の酸化物材料を扱っています。今後は、扱う材料の幅を広げ、酸化物へテロエピタキシーにも取り組んでいきます。

新規導電性酸化物を活用する酸化物エレクトロニクスや、透明強磁性体や新規強磁性体を用いた酸化物スピントロニクスの分野での共同研究。

• 固体イオニクスを中心として高度なエネルギー変換を実現するための機能性材料の開発を行っている。燃料電池や蓄電池の高性能化のためには、高いイオン伝導度と化学的安定性を有するイオン導電体や混合導電体が必要とされ、これら材料を酸化物の欠陥化学や熱力学に基づき探索し、デバイスに応用している。これまでに酸素分離膜型水素製造システムや全固体リチウム電池を開発している。

酸化物イオン・電子混合導電体は小型水素製造システムや燃料電池の電極材料、酸素吸蔵放出材料、純酸素の工業的利用と関連が深く、リチウム伝導体は発火の危険性のない全固体電池への応用が期待される。

• 半導体デバイスからなる電子製品は、半導体自体はもとより、半導体に接続する金属配線があって製品として動作する。金属配線に求められる課題は、半導体材料との良好な電気的コンタクト、相互拡散の防止、良好な密着性、および配線材料の低電気抵抗、耐腐食性、プロセス耐性などがある。本研究室では、種々のデバイスのニーズにあった配線材料の開発ならびにコストパフォーマンスを追求したプロセス技術を開発することによって、高性能かつ高信頼性の先端デバイス開発に貢献している。

Si半導体多層配線において拡散バリア層を自己形成するCu合金配線、IGZO 酸化物半導体に対して熱反応によるキャリアドーピングを行えるCu 合金配線、SiC パワー半導体に対して優れた熱・機械的信頼性と良好なコンタクト特性を示すNb 合金配線、タッチパネル用途などのITO透明導電膜に対するCu 合金配線、太陽電池におけるCu ペースト配線、などがある。

• 新しい材料の登場は、我々が予想もしない波及効果を生み出す力を秘めています。私たちの研究グループでは、化学結合や電子構造の理解に基づく材料設計、固体中のイオン移動を利用した材料創製プロセス、固相、液相、気相法など各種のプロセスを基盤技術として、エネルギー製造や省エネルギーを成し遂げる新材料を提供すべく、材料の設計から、製造プロセスの開発、プロトタイプ素子の作製までをカバーした研究を展開しています。

現在は、太陽電池、燃料電池を主なターゲットとし、酸化物半導体、プロトン伝導性電解質・電極材料などの研究を実施しています。新しい無機材料の創製技術の適用範囲は、これらに限定的されるものではありません。

• 金属から半導体・絶縁体まで、原子１個１個を３次元実空間で原子スケールの分解能でマッピングできるレーザー３次元アトムプローブ法と、原子１個が格子点から抜けた単原子空孔から空孔集合体までを非常に高い感度で検出できる陽電子消滅法を組み合わせて、従来の分析方法では検出困難な、微細なクラスターや欠陥を分析し、それらが材料にあたえる影響や機能の解明を行っている。

ナノ構造を制御した新規材料開発、構造材料の劣化機構の解明から半導体デバイス製造の歩留まり低下の原因解明、量子デバイス開発まで幅広い分野について上記解析技術を活用したい企業や団体と共同研究を希望する。

安全性を確保しつつ、自動車の燃費改善または構造物の小型化を実現するため、最も多く使われている鉄鋼材料の高強度化が求められる。これまで合金組成や熱処理プロセス条件を変えることで材料全体の平均的な組織制御が行われてきたが、ナノスケールの組織制御が未成熟である。本研究では、これまでの実験調査で困難であったナノスケールの構造・組成不均一性の生成挙動を調査し、高強度鋼組織制御の指針構築に取り組んだ。

従来では鉄鋼材料の組織制御は経験的な条件に基づくことが多いが、本研究では熱力学・速度論・結晶学などの知識に基づき鉄鋼材料におけるナノスケールの組成・構造不均一性の挙動を解明した。

• 様々な先端技術を組み合わせた多面的解析手法で実験調査を行い、ナノスケールの構造・組成不均一性の生成挙動を調査した。
• 実験結果をもとに、熱力学・速度論・結晶学などの観点で解析を行うことにより、その不均一性におよぼす諸因子の影響を解明した。
• 実験解析に留まらず、熱力学データを活用してその挙動の再現、さらに予測ができるような理論計算も同時に実施した。

鉄鋼材料の高強度化に基づき、自動車をはじめとした輸送機器の軽量化または構造物の小型化が可能となり、素材製造や輸送分野のCO2削減の観点でカーボンニュートラルの実現への貢献が期待される。