現代が情報化社会と呼ばれて久しいですが、昨今は、AI の普及により大量のデータ処理や演算の需要が益々高まっています。これらは消費電力の指数関数的な増加に直結しています。これまではSi が半導体デバイスの中心でしたが、近い将来、微細化だけによる高性能化、低消費電力化には物理的な限界が見え始めつつあります。そこで、カルコゲナイドと呼ばれる周期表の第16族元素を含んだ全く新しい材料によって、既存のSi 半導体を凌駕する電子デバイスの実現を目指して研究を行なっています。トランジスタやメモリといった現代社会に欠かせない電子デバイスに、新材料の切り口で挑戦をしています。また、東北大学青葉山新キャンパス内で稼働を開始した、次世代放射光施設「ナノテラス」を用いた実験にも取り組んでおり、世界最先端の研究環境で高機能の材料開発を進めています。

カルコゲナイド材料薄膜は、量産化とも相性の良いスパッタリング法にて作製しています。これにより、材料の基礎研究と実用化との障壁を大きく下げることができます。また、従来全く検討されてこなかった材料の組み合わせや、自然界には存在しない準安定な薄膜材料の創製など、これまでにない手法での材料技術の高度化を目指しています。さらに、放射光実験や第一原理計算も取り込みながら、材料の理解も同時に進めています。

• 新規カルコゲナイド材料による電子デバイスの高機能・低消費電力化
• 実用化を見据えた新規電子材料設計・開発
• 放射光や理論計算による電子状態の解明

半導体は、デバイスメーカーだけでなく、半導体製造装置メーカー、半導体素材・材料メーカーと非常に裾野の広い産業です。サプライチェーンの安定化が望まれる中、日本発の新材料技術として社会実装を目指します。

• 硫化スズ（SnS）は、安価で安全な元素からなる太陽電池材料です。SnS 太陽光パネルの原材料費は、例えばCIGS 太陽電池の1/14です。SnS は通常p 型伝導性を示すため、これまではp 型SnS とn 型CdS 等のヘテロ接合によって太陽電池が研究されてきましたが、変換効率は5% に留まっていました。独自に開発したプロセスにより、n 型SnS 薄膜を世界で初めて実現し、SnS 太陽電池の高効率化への道を拓きました。

環境にやさしい薄膜太陽電池への応用や、赤外波長領域で用いるフォトダイオードへの応用が期待できます。実用化に向けた観点の研究に興味ある企業様との協働を期待しています。

• 融液からの結晶成長技術を利用した新規の機能性結晶材料を開発することを特徴とした研究を行っています。具体的には、シンチレータ材料・光学材料・圧電材料・熱電材料・金属材料を対象物質として研究を行っています。さらに、独自の結晶成長技術を用いた新規機能性材料のバルク単結晶化や難加工性金属合金の線材化技術などを開発しています。

シンチレータや圧電素子等の単結晶が利用されている検出器や光デバイス、電子機器向けの新規材料探索や材料の高品質化に貢献することができます。さらに、融液の直接線材化技術を用いた様々な難加工性合金の細線化が可能です。

• Langmuir-Blodgett 法や浸漬法などのボトムアップ的手法を基盤技術として利用し、様々なナノ材料の分子構造が示す表面・界面での相互作用を考慮することで、合目的的にナノ構造制御された光電子機能性高分子ハイブリッドナノ材料の開発を行っています。

例として、以下のような社会実装が想定されます。
・0.4 nm で膜厚制御可能なSiO2超薄膜
・発光型溶存酸素センサー
・強誘電性高分子エレクトロニクスデバイスなど

省電力デバイスとして研究開発が行われているスピントロニクス材料に用いられている反強磁性合金の研究や、性能向上が期待できるハーフメタルであるホイスラー合金材料の探索研究（完全補償型フェリ磁性材料も含む）を行っています。電子状態は放射光を用いて共鳴非弾性X線散乱(RIXS)とＸ線磁気円二色性(XMCD)で測定し、理論計算との比較から構造と機能の推定を行います。

反強磁性合金やホイスラー合金の電子状態観測の研究は少なく、放射光を用いることで直接的に測定ができるようになりました。

• このシーズは、下記の特徴を持ちます。
• ・理論計算で予測された材料系について金属学的な知見を基にして材料探索。
• ・高周波溶解法、アーク溶解法、液体急冷法、ガスアトマイズ法等を駆使して反強磁性材料およびホイスラー合金材料の結晶試料を作製。
• ・放射光を用いた磁性材料の電子状態の直接的な測定。
• ・測定した電子状態から材料本来の構造と機能の理解。
• ・量子ビームを用いた磁性材料分析についての知見。

反強磁性合金やホイスラー合金の電子状態から、スピントロニクスデバイスに適用した時に期待される特性と課題を推測することで、省電力デバイスの特性向上に貢献できます。

本提案は、優れたパール効果を有する新規リン酸バナジウムベース板状粒子に関する提案です。溶液プロセスと水熱合成を使用し、約200μm 程度の大きな板状単結晶粒子を合成することができ、鮮やかな黄色や緑色などを発色し、液体中における流れ線、光学顕微鏡における虹状光沢が肉眼で確認でき、撮影角度による色変化も確認できます。従来型と異なる構造を有し、単一組成で構成される新規パール顔料としての利用価値が期待されます。

従来型パール顔料はマーカーの表面に酸化チタンなどをコーティングした構造であり、2-Stepで合成されることは一般的であり、組成は酸化チタンに限定されることはほとんどである。

• 本提案は従来のコンポジット型ではなく、基板フリーな新規パール顔料である。単一組成、尚且つ層状構造を有し、大きな板状形態により、パール効果がより顕著となる。溶液プロセスで合成されるため、板状粒子サイズの制御も可能である。

化粧品・車用塗料・携帯外装装飾などへの応用が期待される。