レーザーなどの光が物質に照射されると、物質中の原子や電子のダイナミクスが駆動されます。私たちは、このように駆動される原子・電子のダイナミクスを、量子力学に基づく微視的シミュレーションを用いて詳細に解析する研究を行っています。さらに、このシミュレーション手法を通じて、光が誘起する現象の背後にあるミクロな物理過程の解明にも取り組んでいます。

従来の物質科学計算では、密度汎関数理論に基づく静的な第一原理計算シミュレーションが広く用いられてきました。しかし、そのような静的手法では、光によって物質中に駆動されるダイナミクスを捉えることは容易ではありません。本研究手法は、物質のダイナミクスを扱うことのできる時間依存密度汎関数理論を用いることで、静的な記述を超え、光が駆動する非平衡現象・非線形現象・超高速現象を精密に解析することを可能にします。

• ・光科学の第一原理計算
• ・光が駆動する原子-電子の非平衡ダイナミクスを時間領域で解析可能
• ・シミュレーション結果からミクロな物理過程を解明

私たちは、光が駆動する非線形・非平衡な原子・電子のダイナミクスを精密に記述する理論計算手法を開発するとともに、光駆動現象を基盤とした新たな科学技術の創出を目指して研究を進めています。私たちの研究が、新たな科学技術の社会実装に貢献できれば幸いです。

• 　本研究では、レーザ照射を利用して材料表面に様々な機能を付与する手法の開発を行っています。特に、レーザを材料に照射した際に生じる現象を、シミュレーションおよび実験的な手法を用いて明らかにし、新しい機能性インターフェースの創成を行っています。
• 　具体的には、高機能バイオインターフェースの創成を進めています。人工臓器や人工血管、あるいはバイオインプラントなどに利用される材料は、生体組織や細胞に対する高い親和性が求められます。そこで、本研究室では、レーザ照射による表面創成プロセスにより、「生体に優しい」表面づくりに取り組んでいます。本手法により、チタン系材料に対して生体に活性な機能を付与することに成功しています。このような機能を持つ材料を生体内に埋入すると、表面にハイドロキシアパタイト（骨や歯の主成分）が自然に析出します。本研究では、このような手法を駆使し、バイオ分野への新たなブレークスルーを目指しています。

本研究の成果は、生体・医療用デバイスへの応用をはじめとして、幅広い分野への波及効果が期待できます。例えば、骨との固着性に格段に優れるインプラントを作製することが可能であり、人工関節や歯科インプラントなどへの応用が期待できます。

6 MGOe以上のBHmaxを示すレアアースフリー強磁性粒子粉末
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken_h/T19-390_T19-706_T19-709.html

• 　近年、ネオジムの国際相場が高騰しています。脱炭素化を国策として推進している中国において、風力発電用や電気自動車用のモーターとして需要が増大していることが原因とみられます。また、日本国内では経済安全保障の観点からの議論も活発であり、レアアースを含有しない磁性材料が強く求められるようになってきました。なかでも、鉄と窒素のみから成る安価なFe-N 系磁性材料への期待は大きいです。特に、結晶がbct 構造であり、大きな飽和磁化をもつことが予測されているα”-Fe16N2は高い注目を集めています。
• 　しかし、α”-Fe16N2 自体は、Fe-N系化合物をアニールした際に晶出する準安定化合物であり、バルク体として単離した報告はほとんどありません。数少ない報告例も、α”-Fe16N2 と安定相との共晶や、100℃環境で10 日間しか存在しないものなどであり、α”-Fe16N2 単相をバルクとして安定的に単離した例は存在しません。
• 　本発明は、α”-Fe16N2 の安定単離粉末に関するものです。本磁性粉末は、フェライトやアルニコより大きな6MGOe（48kJ/m3）以上のBHmaxを示します。また、金属Fe を上回る221emu/g の飽和磁化値を示し、アルニコ磁石より大きくフェライト磁石と同程度の2kOe（160kA/m）以上の保磁力を示します。本磁性粉末により、レアアースフリーで、かつフェライト磁石やアルニコ磁石より優れた磁石特性が期待され、将来的には希土類系ボンド磁石の一部を代替する磁石材料として、様々な家電用・車載用モーター等への応用が期待できます。

以下のような社会実装への応用が想定されます。
・異方性磁石
・圧粉磁石
・ボンド磁石
・その他、モーターなどネオジム磁石の代替磁石としての用途

• 高容量・高出力・高安全性・低コストの次世代蓄電エネルギーデバイスであるポストリチウムイオン電池を実現するために、単原子層物質グラフェン、金属硫化物ナノシート、ナノ結晶活物質、ナノ粒子、ナノ多孔材料などの新しい機能材料の開拓とデバイス応用を研究します。全固体型リチウム二次電池、マグネシウム電池、燃料電池、大容量キャパシタ、ウェアラブル電池などの高性能電極材料・デバイス創製の精密化学プロセスを研究します。

ポストリチウムイオン電池および革新的エネルギー材料開発を研究シーズとして素材産業、電池メーカー、電気自動車企業、スマートグリッドや再生可能エネルギー等の電力ビジネス企業との共同研究を積極的に推進します。

水蒸気を混合した加圧ガスを噴射ノズルから噴出することにより、水蒸気を大気により冷却・凝縮（液化）させ、高速で噴射されるナノメートルスケールの液滴（高速ナノミスト）を生成することが可能です。本技術は、その方法と装置に関するものです。

・ナノミスト発生装置
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T20-702.pdf

本技術は液滴径が小さく、薬剤を用いずとも力学的・化学的作用などによる殺菌・洗浄が可能。必要水量も少なくドライかつ低温での殺菌・洗浄処理が可能。

• 水蒸気を混合した加圧ガスを噴射ノズルから噴出することにより、水蒸気を大気により冷却・凝縮（液化）させ、高速で噴射されるナノメートルスケールの液滴（高速ナノ液滴）を生成することが可能です。本技術は、その方法と装置に関するものです。
• ・高速でナノメートルスケールの液滴を噴出することが可能
• ・低温、超節水、薬剤フリー、濡れない、殺菌
• ・洗浄が可能・液滴径のサイズや数の制御・計測が可能

以下のような社会実装を念頭に、研究を進めています。
・手洗い、シャワー（寝たきり、水インフラがない地域、災害、治療等）
・食品殺菌（食肉、農産物、魚介類、加工品、調理用具、身の回りの物品）
・半導体洗浄、耐熱性の低い材料や濡らさない必要のある材料の殺菌･洗浄

• 超臨界水を反応場とする有機修飾ナノ粒子の合成技術を利用することで、サイズ、結晶面が制御された、様々な金属酸化物ナノ粒子の合成に成功している。低温域での酸素貯蔵/放出能力が非常に高く、有意な速度で酸化的炭化水素の改質反応が進行する。

バイオマス廃棄物・重質油やメタンの低温改質反応。将来的には廃棄物・プラスチックのCO2フリー完全リサイクルをはじめとした低炭素社会構築につながる技術として期待される。