相変化に伴い大きく物性（電気抵抗や光学特性）が変化する材料を「相変化材料」と呼びます。その物性変化を利用して、次世代の不揮発性メモリや変位センシングが可能となります。本研究では、省エネルギーで動作する次世代型の相変化材料の創成を目指しています。

一般的な相変化材料は、アモルファス相と結晶相の相変化を利用します。しかし、アモルファス化のためには材料を融解する必要があり、必然的に動作エネルギーが大きくなってしまう欠点があります。本研究では、新しいカルコゲナイド系相変化材料を創出し、省エネルギー動作を可能とし、かつ、高い耐熱性や高速動作を可能とする次世代型の相変化材料の開発を行ってます。

• 　従来、アモルファス相と結晶相間の相変化を利用する相変化材料では、結晶相の方がアモルファス相よりも抵抗が低い特徴があります。電気的な不揮発性メモリでは、ジュール加熱により相変化材料の相変化が生じますが、結晶の抵抗が低いため、アモルファス化（融解する）するために大電流が必要であり、動作エネルギーが高くなってしまいます。私たちの開発する材料は、逆の抵抗変化を示す（結晶の方が抵抗が高い）ため、アモルファス化に大電流を必要としないことによって省エネルギー動作を可能とします。
• 　また、アモルファス化を伴わない材料を見出しています。この場合、変位型の相変化で大きな物性変化を生じることが可能なため、省エネルギー動作のみならず高速動作や高い耐熱性が実現できます。更には、非カルコゲナイド材料でも、結晶/ 結晶相変化により大きな物性変化がえられることを見出しています。
• 　加えて、ポリイミド基板上に成膜したこれら相変化材料は、大きな歪みゲージ率を示すため、超高感度なセンシング材料にも応用が可能です。

不揮発性メモリやセンシング材料に適用が可能と考えています。

• 金属やセラミックスにおける状態図の実験的決定と計算状態図の研究を行っています。状態図を基に、優れた性能や特異な機能性を有する新しい構造材料（鉄合金、銅合金、耐熱材料etc.）や機能材料（形状記憶合金、超弾性合金etc.）の提案と、ミクロ組織制御・特性評価を通じた材料設計を行っています。特に、相変態を利用した単結晶製造方法の開発や、新規形状記憶合金の開発と制震部材への応用展開などに取り組んでいます。

新規材料開発における基盤技術として、「相平衡や状態図を知りたい」、「ミクロ組織と特性の関係を明らかにしたい」、といったニーズに対して連携の可能性があります。

• 反射防止薄膜、電池、電源、メモリなどの高性能化・高耐久化、ひいては、豊かな情報の発信・受信や持続的なエネルギー供給に寄与する機能性セラミックスを新規開発しています。電子論と熱力学を中心に据えたマテリアルデザインにより、高屈折率な透明材料（図1）や、電気的絶縁性ながらも濃い黒色を呈する色材（図2）などを開発してきました。独自に構築したイオンビーム支援パルスレーザー堆積装置による酸窒化物や酸水素化物の合成や、セラミックスのレーザー焼結技術（図3）の開発にも取り組んでいます。

研究成果のアウトプット先の一例に、光学的機能膜（反射防止膜、透明電極、太陽電池、LiDAR 用光フィルタなど）、二次電池、固体酸化物型燃料電池および水蒸気電解式水素製造装置、メモリ関係（抵抗変化、相変化）があります。

• 触覚・触感は、粗骨感、硬軟感、乾湿感、温冷感などの基礎感覚やその組み合わせの複合的な感覚であるが、これらの感覚は力、ひずみや温冷情報、粘性、振動などの情報で表現できると考えられる。これまで、ヒトの感覚受容器に対応させた触覚センサと触動作を模したセンサ機構を統合した能動型触覚センサシステムを開発し、種々の感性ワードや粗さ、柔らかさや温冷感の測定が可能となるシステムを実現した。また、触覚・触感はこれらの感覚に加え、その組み合わせなどもあり、メカニズムの解明は、センサの開発において重要である。本研究ではこれまで得られた基礎的な感覚やその他の感覚の関係、またその感覚取得に関連する物理情報等、触覚・触感のメカニズムを明らかにし、高機能な触覚・触感情報を可能とするセンサシステムの開発をする。

ライフサイエンスのみにとどまらず、香粧品業界や繊維等の業界の他にも一般メーカーなども対象となり、ものづくりの分野で有効である。

• 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のある機能性結晶の開発と、融液からの結晶成長を活かした新規結晶成長技術の開発に興味を持ち、1）化学と物理の両面からの材料設計、2）相互作用の評価と理解、3）合成プロセスの開発、の3つの切り口から研究を進めています。研究室内で「物理」と「化学」、「基礎研究」と「社会実装を目指した応用研究」など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や製造技術に関しては、そのデバイス化、実機搭載、社会実装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。共同研究企業や研究室発スタートアップでの実用化・社会実装も進めています。
　難加工性合金は既存のプロセスでは幾つものプロセスを経て線材化されますが、融液成長を使うとシングルプロセスでの線材化が可能です。また、酸化物はイリジウムという貴金属を坩堝に用いていますが、そのためにCAPEX もOPEXも高額になる問題があります。このイリジウムを銅＋水で代替することで、経済的な問題に加えて、品質的な問題も解決可能です。斯様なブレークスルー・ゲームチェンジになるような製造技術についても、スタートアップを起業するなどして実用化を見据えて、開発を進めています。

新規固体電解質を備える二次電池
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T07-229.html

• 近年、ポータブル機器の普及に伴い、小型大容量の二次電池に対する需要が高まっています。現在実用化されている二次電池の中で、最もエネルギー密度の高いリチウムイオン電池は電解質として有機溶媒電解液を用いていることから、その安全性に対して問題があり、安全性の高い固体状の電解質が求められています。特に自動車用途では電池サイズが大きく衝撃の危険性があるため、とりわけ安全性の向上が要望されています。本発明では、リチウムイオン電池用の新規固体電解質に関するものであり、その組成は、LiBH4とMX（M はアルカリ金属、Xは①ハロゲン原子 or ② NR2基 or ③N2R 基：ただしR は水素原子またはアルキル基）である事を特徴とし、LiBH4の115℃の転移温度未満においても高いイオン伝導性を示すため、リチウムイオン二次電池用電解質として有用です。

リチウムイオン二次電池用電解質などへの応用が想定されます。

磁性ガーネットの作製を行っています。磁性ガーネットは、磁性を持ったガーネット構造を持った材料のことを指します。磁性ガーネットの中でも、特に、YIG（イットリウム鉄ガーネット）のYサイトを、CeやBiといった希土類材料で置換し、磁気光学効果を増大した材料を作製しています。作製方法は、イオンビームスパッタ法を用いており、緻密な膜の作製が可能です。エピタキシャルな膜作製が可能です。

エピタキシャルに磁性ガーネットを作製するには、900度程度に、基板加熱を行いながら、成膜を行う必要があるため、専用の装置を必要とします。

• 　磁性ガーネット膜の作製が可能です。磁性ガーネットは、YIG（yttrium iron garnet, Y3Fe5O12）を基本組成とし、このY のサイトに、他の元素を置換することで、磁気光学効果が大きくなったり、高周波（スピン波）の応答が変わったりします。私は、このY サイトに、Ce、Bi、Dy、などの希土類を置換することで、大きな磁気光学効果を持つ材料を作製しています。これを用いたデバイス応用についても取り組んでいます。
• 　さらに、磁気異方性を制御することが、デバイス応用上重要となりますが、これを、イオンビームスパッタ法の場合は、成膜中に、調整することが可能になるため、応用上有利です。さらに、磁気ドメインをもつ膜にしたり、磁気光学効果を大きくしたりすることが可能で、デバイスに合わせた材料の設計と作製と試作が可能です。図は、最近、新規開発したガーネットの磁気ドメイン像です。

以下のような社会実装への応用が想定されます。
・磁性ガーネットを利用したデバイスプロトタイプの性能を向上し、実用化製品の開発研究。
・磁性ガーネットを利用した磁気光学あるいはスピン波に関する基礎的な共同研究。