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MESSAGE代表挨拶

領域代表名古屋大学大学院工学研究科教授 
松永 克志

新学術領域「機能コアの材料科学」発足にあたって

人類文明の発生以来、環境・エネルギー・情報通信などの各分野におけるイノベーションは、半導体、金属、セラミックスなどの新材料開発によって支えられてきました。材料開発のための学問体系である材料科学は、人類社会の発展において重要な役割を果たしてきたといえます。しかし、近年の複雑化・多様化・グローバル化する社会状況の変化において、これまでには無かった構造や機能をもつ新材料の開発に対する期待が高まっています。そのためには、新しいコンセプトに基づいた革新的な材料科学が必要不可欠です。

多くの先進材料において、材料内部に存在する点欠陥や粒界、界面、転位等が、材料特性発現の起源となっています。したがって、結晶欠陥を高度に制御し、その機能を最大限に引き出すことができれば、材料研究における大きなブレークスルーとなることが期待できます。そこで本領域では、粒界や界面、転位などの結晶欠陥特有の電子状態が作り出す場を、材料機能発現の源である「機能コア」とみなし、電子・原子レベルからの新しい材料科学の構築を目指します。理論計算、ナノ計測、材料プロセスの研究者の精鋭が一体となり、密接な連携研究を行います。さらには、「機能コア」というコンセプトに基づいた新材料機能創出および萌芽的材料創製に取り組み、材料科学さらには未来社会の創造に貢献します。

RESEARCH研究内容

本領域の目的

本領域では、粒界や界面、転位などの、格子非整合領域である結晶欠陥特有の電子状態が作り出す場(=量子場)を、材料機能発現の源である「機能コア」とみなし、理論計算とナノ計測、多様な材料分野における材料創製研究者が一体となり連携研究を行います。

従来の材料研究では、材料内部のバルク領域の平均的構造と巨視的特性を主たる対象としていました。一方、近年のナノ計測技術や計算科学の発展は著しく、結晶欠陥の電子・原子レベル構造に関する情報が定量的に得られるようになっています。その結果、多くの先進材料において、材料内部に存在する点欠陥や粒界、界面、転位などの結晶欠陥が、材料特性発現の起源であることが明らかとなってきました。したがって、結晶欠陥の電子・原子レベル構造と材料機能の関係についての系統的理解が、今後の新材料開発の重要指針となります。また、そうした結晶欠陥の機能を積極的に利用した材料開発も行われつつあるのが現状です。

そこで本領域では、熱や電場、磁場、光、力などの外部刺激の下で発現する、結晶欠陥の「機能コア」としての素性を解明し、それに基づく新しい材料科学の学理構築と、機能コアにもとづいた新材料機能創出および萌芽的材料創製を目指します。

本領域の内容

機能コアという共通概念のもと、材料科学の新学理構築と新材料機能創出を目指すため、本領域は以下の研究項目から構成されています。

  • 研究項目A01 機能コアの理論解析
  • 研究項目A02 機能コアのナノ計測
  • 研究項目A03 機能コアに基づく新材料機能創出

本領域では、機能コアの局所構造と局所機能の相関に関する定量的で包括的な理解を得ることが必要不可欠です。そこでA01とA02では、粒界や界面、転位などの機能コアの構造―機能相関に関する基礎学理を構築するため、世界最高水準の電子状態計算、情報科学的解析およびナノ計測により研究推進します。また、基礎学理的な研究にとどまらず、機能コアを最大限に活用した材料機能を創出するためには、機能コアを実材料にビルトインするプロセス技術も欠かせません。そこでA03では、高機能コアを用いた材料の高機能化を実証します。そのため、A03は、高圧や高温合成、その他特殊な物理場を利用した合成プロセス、原子層単位での薄膜合成など、単にバラエティに富むだけでなく、国際的にも学術的優位性を有するプロセス技術を有する研究者で構成されています。

期待される成果

  • 結晶欠陥を活用・制御した、新規な材料機能創出を行うための基礎学理
  • 多様な材料分野における材料の高機能化もしくは新材料創出
  • 計算解析、評価・計測、材料合成など、各要素技術の高度化や飛躍的発展

社会的意義・波及効果

機能コアという新概念のもとに、結晶欠陥を利用した材料機能向上および新材料機能創出が達成できれば、学術的に大きなインパクトとなります。従来、多くの場合、材料機能における“悪玉”とされてきた結晶欠陥を、優れた機能をもつ“善玉”として活用するという材料科学における発想の転換が期待できます。

MEMBER組織・メンバー

総括班

松永 克志(名古屋大学) 全体の総括、モデル試料センター担当、計算解析センター担当
溝口 照康(東京大学) 計算解析センター担当、連携研究担当
柴田 直哉(東京大学) ナノ計測センター担当、国際連携担当
阿部 真之(大阪大学) 広報担当、ナノ計測センター担当
遊佐 斉(物質・材料研究機構) 交流推進担当、国際連携担当
太田 裕道(北海道大学) モデル試料センター担当、交流推進担当
北岡 諭(ファインセラミックスセンター) 交流推進担当、連携研究担当
平山 雅章(東京工業大学) 若手育成担当、連携研究担当
吉矢 真人(大阪大学) 計算解析センター担当、若手育成担当
中村 篤智(名古屋大学) モデル試料センター担当、事務担当
吉田 英弘(東京大学) ナノ計測センター担当、広報担当

評価委員

佐久間 健人(東京大学 名誉教授)
森 博太郎(大阪大学 特任教授)
森田 清三(大阪大学 名誉教授)
香山 正憲(産業技術総合研究所 招聘研究員)

領域アドバイザー

田中 功(京都大学 教授)
幾原 雄一(東京大学 教授)

学術調査官

緒明 佑哉(慶応義塾大学 准教授)
古川 森也(北海道大学 准教授)

計画班

A01機能コアの理論解析

A01(ア)機能コアのモデリング
研究代表者
研究分担者
A01(イ)情報科学による機能コア計算設計
研究代表者
研究分担者

A02機能コアのナノ計測

A02(ウ)界面機能コア解析
研究代表者
研究分担者
A02(エ)表面機能コア解析
研究代表者
研究分担者

A03機能コア制御にもとづく新材料機能創出

A03(オ)高温高圧プロセスによる新材料機能創出
研究代表者
研究分担者
A03(カ)界面制御による高機能薄膜材料創製
研究代表者
研究分担者
A03(キ)耐熱・耐環境セラミックスの高機能化
研究代表者
  • 北岡 諭(一般財団法人ファインセラミックスセンター材料技術研究所 主幹研究員)
    研究室ホームページ
研究分担者
A03(ク)高機能固体イオニクス材料の創出
研究代表者
研究分担者

APPEAL公募研究募集

本領域は、公募研究により共同研究の場を提供し、領域研究の活性化を推進します。
特に、本領域の計画研究班がカバーしていない計算解析手法やナノ計測手法、物質・材料群に関する研究提案、
領域研究者との共同研究により大きな進歩が期待できる研究提案を期待します。
採択後、研究実施に際しては、領域内共通試料・設備の提供を受け共同研究を進めることも可能です。
また、若手研究者の意欲的な提案も大いに歓迎します。

研究期間:第一期:令和2年度~令和3年度、第二期:令和4年度~令和5年度

研究項目 応募上限額 採択目安件数
研究項目A01
機能コアの理論解析
300万円 3件
研究項目A02
機能コアのナノ計測
300万円 3件
研究項目A03
機能コア制御にもとづく新材料機能創出
300万円 6件

研究項目A01では、第一原理計算を中心とした計算科学や情報科学にもとづく理論解析に関する研究、A02ではナノ計測手法を用いた、材料中の粒界や界面、転位の構造解析や局所機能の実験計測に関する研究、A03では各種合成プロセスを活用した機能コアにもとづく新材料創製に関する研究を主な対象とします。

公募要領・様式等:http://www.mext.go.jp/a_menu/shinkou/hojyo/boshu/1394559.htm

ACHIEVEMENT研究成果

  • 2019.11.09 
    令和元年日本セラミックス協会 東北北海道支部研究発表会 優秀発表賞 
    「ブラウンミラライト型SrCoO2.5薄膜の異常熱電能」 
    楊倩、ジョ・ヘジュン、Joonhyuk Lee、馮斌、幾原雄一、Hyoungjeen Jeen、太田裕道

  • 2019.11.09 
    薄膜材料デバイス研究会 第16回研究集会 in 京都 「新時代に向けた薄膜材料のデバイス技術」 スチューデントアワード 
    「バンド絶縁体SrTiO3-モット絶縁体LaTiO3全率固溶体エピタキシャル薄膜の熱電特性」 
    須郷堅雄、張雨橋、ジョ・ヘジュン、太田裕道

  • 2019.11.09 
    薄膜材料デバイス研究会 第16回研究集会 in 京都 「新時代に向けた薄膜材料のデバイス技術」 スチューデントアワード 
    「アモルファスSnO2透明薄膜トランジスタの熱電能電界変調」 
    梁豆豆、張雨橋、ジョ・ヘジュン、太田裕道

  • 2019.10.09 
    11th International Symposium on Transparent Oxide and Related Materials for Electronics and Optics (TOEO-11) Best Poster Award (Gold) 
    “New Deep-Ultraviolet Transparent Oxide Semiconductor, La-doped SrSnO3“ 
    Mian Wei, Anup V. Sanchela, Bin Feng, Yuichi Ikuhara, Hai Jun Cho, and Hiromichi Ohta

  • 2019.10.07 
    日本金属学会・日本鉄鋼協会東海支部第29回学生による材料フォーラム 奨励賞 
    「塩化アンモニウムを用いた層状ニオブ窒化物の高温高圧単結晶育成」 
    生駒鷹秀、Gaida Nico Alexander、佐々木拓也、丹羽健、長谷川正

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