授賞対象分野「物質、材料、生産」分野「物質、材料、生産授賞業績

ナノ構造を活用した画期的な無機電子機能物質・材料の創製
無機電子機能物
細野秀雄 博士
概1953年9月7日生まれ（62歳）
東京工業大学元素戦略研究センター長
同大学応用セラミックス研究所 教授

要

新たな材料の発見は、産業や社会を変革する大きな力になります。細野秀雄博士の挑戦は、まだ誰も成し遂げていない領域で新たな機能性材料を創り出すことでした。例えば、ガラスのような「透明な酸化物」は、電気を通さないため電子機能材料には向かないとされていましたが、博士はそのナノ構造を研究することで「透明アモルファス酸化物半導体」を開発。現在では液晶や有機 EL ディスプレイなど幅広く世の中で役に立っています。そのほか、超伝導物質にはならないというのが常識とされていた鉄系化合物で高い超伝導転移温度を達成したり、典型的な絶縁体と考えられてきた物質のナノ構造を改変することで「電気を通すセメント」を開発するなど、画期的な無機電子機能物質・材料を次々と生み出しました。

スなどの酸化物だけでいろいろな電子機能を持つ材料群

電子の振る舞いに注目社会が求める材料開発に挑戦をつくる」というテーマでした。
無機材料の色や電気的特性は、そのなかの電子の振る舞いによって異なります。ガラスのような酸化物は、専「社会が必要としている課題を解決するような材料開発門家が「ワイドバンドキャップ」と呼ぶ電子の性質があるたに携わりたい」

め色は透明か白。基本的に絶縁体なので電子的にアクティ

高等専門学校時代に『ナイロンの発見』（井本稔著、東京

ブな機能が乏しいと考えられてきました。しかし、1986

化学同人）という本に感銘をうけ、東京都立大学で化学を年に銅の酸化物を用いた超伝導物質が発見されるなど、専攻したという細野秀雄博士は、1982 年から名古屋工業当時、材料研究の可能性が大きく広がっていました。博

大学で助手として研究生活をスタートさせました。当時

士自身も、本来、白色にしかならない酸化物のナノ構造の研究テーマは、高純度シリカガラス（二酸化ケイ素）のに変化が起こると、色を帯びるようになるという実験成

光学的性質と微細構造の解明、およびガラスから作るセ果などを発表。透明な酸化物の可能性に注目していましラミックスでしたが、やがて博士が挑戦したのは、「ガラた。

細野博士が挑戦した研究テーマと主な成果〈 研究テーマ〉

ＬａＦｅＡｓＯ〈 成果 〉

透明酸化物のナノ構造を活用した電子機
能材料の創製

鉄の化合物は超伝導にならないという常識を覆す

透明アモルファス酸化物半導体の物質設計

カルシウムとアルミニウムからなる酸化物（C12 A7）01高温超伝導物質の新大陸

IGZO で透明で曲がる高性能薄膜トランジスタを実現

透明金属
ナノサイズのかご状骨格にある酸化物イオンを電子に置換（初めての安定な電子化物）

次世代ディスプレイの駆動に実用化

高性能
アンモニア合成触媒研究のカギとなるのは電子です。後年、専門誌のインもかかわらず電子の移動度が大きく、透明性が高く、省タビューに応え、博士は「僕としては、固体のなかの電子エネルギーなデバイスとして実用化されました。現在でに関する性質しかやっていないんです。出口は半導体だっは、ＰＣモニター、タブレットＰＣなどの液晶ディスプレたり、超伝導体だったり、あるいは触媒だったりします

イにおいて、アモルファスシリコン半導体から置き換わけれど、どれも固体中の電子をどううまく利用するかとりつつあります。また、最近では大型有機 ELテレビにもいうことだけなんです」と答えています。

実装が開始されています。

ありふれた元素で電子特性の優れた材料を電気を通すセメントや鉄系の超伝導物質に挑戦

1993 年に東京工業大学工業材料研究所（現在の応用セ

また細野博士には、透明酸化物の半導体および光材料ラミックス研究所）の助教授に就任した細野博士は、研究の開発以外にも追求したいテーマがありました。それはの基本テーマを「ガラスのような透明な酸化物を使った電セメントの材料であるカルシウムとアルミニウムの酸化子機能材料の創製」と定めました。

物 C12A7 の電子機能の探索でした。セメントは幾つかの「透明酸化物」は電気を通さないから、電子機能材料には化合物から構成されており、もちろんどの化合物も代表向かないという通念に対し、あえてガラスという「透明」的な絶縁体です。博士は、C12A7 の構造が、ナノサイズな研究対象を選んだ背景には、「まだ誰も手をつけていなのかご状の骨格から構成されていることに注目しました。

いフロンティアで仕事をしたい」という博士自身のこだわ「かご」のなかにフワッと入っている酸化物イオンを電子りもありましたが、同時に大きな社会的ニーズも存在しで置換することにより、エレクトライド（電子化物）と呼ていました。例えば、液晶ディスプレイに使うトランジばれる新しい物質を創製。金属のように電気をよく通し、スタや太陽電池の開発においては、電子材料としての優低温にすると超伝導を示すことを見いだしました。エレれた特徴はもちろん、光を通す半導体が不可欠だったのクトライドは、絶縁体であるセメントのイメージを一新です。当時、この要求を満たす材料としては、スズを少する新物質となりました。またエレクトライドが電子を量含む酸化インジウムがありました。しかし、インジウ放出しやすく、しかも化学的に安定というユニークな性

ムは地球にわずかしか存在しないレアメタルで材料コス質を利用して、さまざまな化学反応の触媒としての可能トが高く、量の確保も困難でした。

性も考えられました。細野博士は、それまで高温高圧が博士の戦略は、透明な酸化物のナノ構造を改変し、あ必要であったアンモニア合成が、エレクトライドの触媒りふれた材料を使って社会のニーズに合った素材を生みなら常圧でも高効率で行えることを実証してみせまし出すことでした。そして、1994 年に透明導電性材料の研た。アンモニアは、肥料や火薬をはじめ、人類に不可欠究開発を開始。酸化物のナノ構造とそこにおける電子のな多くの物質に改変が可能な万能化学物質であり、持続振る舞いの研究から、「透明導電性酸化物では電子伝導を可能社会の実現に大きく寄与すると期待されています。

担う金属イオンの電子軌道に空間的な広がりがある」こと

電気をよく通すセメント。いいかえればナノ構造を改変などを見いだし、それらを設計指針として数多くの酸化することで「セメントを鉄にした」といえます。こうした材物半導体の開発に着手しました。そして、1997 年には、料の特性への挑戦は、細野博士の研究領域をさらに広げる

恩師の川副博司博士とともに世界で初めて「p 型透明酸化ことにつながりました。なかでも、世界を驚かせたのが鉄系物半導体」の開発に成功しています。この研究は後に世界

高温超伝導体の発見です。鉄はそれまで、磁性元素である初の p チャネル酸化物薄膜トランジスタという電子デバイため超伝導を妨げると考えられてきましたが、細野博士はスとしても実を結びます。

鉄（Fe）をリン（P）やヒ素（As）と反応させて層状の結晶構造

博士の取り組みは、やがて国内外から注目されるようを形成することで、電子の働きを制御。鉄系化合物（LaFePO）になり、国の研究助成プログラム「ERATO（戦略的創造が超伝導となることを 2006 年に発見しました。そして、研究推進事業・総括実施型研究）」にも、博士が提案した超伝導転移温度 26 K の LaFeAsOを2008 年に発表するやい「透明電子活性プロジェクト」が選ばれました。そして、こなや、世界中の注目を集めることになりました。のプロジェクトをきっかけに、博士の挑戦は一つひとつ

細野博士の研究により従前の銅系に加えて鉄系超伝導実を結んでいきました。例えば、博士が挑戦したテーマ体が生まれたことで、超伝導体物質探索の新たな領域がは多岐にわたりましたが、実用技術として世界に広がっ広がりました。鉄系超伝導体は臨界磁場が高く、特性のたのは「電子の移動度が大きな透明アモルファス酸化物半異方性が小さいことから、超伝導磁石などに用いる実用導体（TAOS）」です。

材料として期待され、応用研究が進められています。

博士の研究がきっかけになって TAOS は半導体研究の独創的な視点を持ち、物質のなかの電子の振る舞いに主要な分野の一つとなりましたが、なかでも博士が世界で初めて創製した In - Ga - Zn - O 系薄膜トランジスタ（IGZO -注目することで成し遂げてきた細野秀雄博士の研究は、TFT）
は、結晶中のように原子がきれいに並んでいないにています。

これからも社会を変革する材料を生み続けると期待され02