Institute of Innovative Research,
Tokyo Institute of Technology

Laboratory for Materials & Structures

No.4 October 2017

CONTENTS
フロンティア研・ナウ：
固体中電子の隠れた超機能の開拓を目指して

2

研究の展望：

3

室温での電場印加磁化反転を目指して

フロンティア材料研究所

フロンティア材料研究所 NEWS LETTER No.4
発行日

平成29年10月1日

編集 ・ 発行

東京工業大学 科学技術創成研究院
フロンティア材料研究所
共同利用・研究支援室

お問い合わせ〒226-8503
横浜市緑区長津田町4259 R3-27
TEL.045-924-5968 FAX.045-924-5978
電子メール kenkyushien@msl.titech.ac.jp
ホームページ http://www.msl.titech.ac.jp

学術賞：

熱マネジメントのためのセラミックス材料開発

4

ビスマス系層状ラシュバ物質 BiTeX（X = Cl, Br, I）における圧力誘起
トポロジカル相転移の研究

4

結晶データベースと第一原理計算に基づいた新規酸化物の探索

5

損傷位置保証型鉄筋コンクリート骨組への座屈拘束ブレースの適用に
関する研究

5

研究の周辺：
異なる分子を同時に活性化できる触媒の開発

6

水平 2 方向外力を受ける免震構造用 U 字形鋼材ダンパーの損傷評価法

6

学術賞、受賞、国際会議・ワークショップ等、人事異動

7

共同利用・共同研究拠点
先端無機材料共同研究拠点

フロンティア材料研究所
東京工業大学 科学技術創成研究院

フロンティア研・ナウ

研究の展望

固体中電子の隠れた超機能の開拓を目指して
准教授

室温での電場印加磁化反転を目指して

笹川 崇男

教授

新しい原理で動作する電子デバイスの実現を目指して、物質そのものに備わっている超電子機能の追求を我々

東正樹

現在の高度情報化社会は、磁気メモリであるハードディスクドライブに蓄えられた大量のデータに支えられてのグループでは行っています。固体中の電子は、構成元素や結晶構造の影響を受けて、現在のシリコン技術で扱います。一方で、電子マネーの FeliCa には強誘電体メモリが使われています。両者の性質を合わせ持つ強磁性強持っています。例えば超伝導を引き起こす電子対としてのボーズ粒子や、質量ゼロで高速に動き回れるディラッ

はコイルに電流を流して磁場を発生することが必要で、大きな消費電力を避けられません。電場で強誘電分極をわれているありふれたフェルミ粒子から姿を変え、様々な機能に結び付く新しい量子状態に変化できる可能性をク粒子、右巻きと左巻きというカイラル性に起因した量子力学的効果をもつワイル粒子、粒子（電子）と反粒子（正孔）との重ね合わせ状態として量子コンピュータへの利用が理論提言されているマヨラナ粒子などがあります。
それらの舞台としての高温超伝導体やナノテク新素材、そしてトポロジカル絶縁体・トポロジカル半金属・トポ
ロジカル超伝導体などを対象として、凄い電子機能をもつ物質を創製すること、それら革新的機能を自在に操ること、そして背景メカニズムを理解することの全てについて、我々のグループは欲張りに挑戦してきました。

誘電体はマルチフェイクス材料と呼ばれ、ここ 15 年ほど活発に研究されてきました。磁気メモリの書き込みに反転させることで、磁化も反転できるような材料が見つかれば、電場書き込み・磁化読み込みの、超低消費電力
メモリにつながると期待されます。高温超伝導体フィーバーの後、低次元磁性体やマンガン酸化物の巨大磁気抵

抗効果に取り組んでいた研究者が、こぞってマルチフェロイクス材料の研究に参入したため、口の悪い人は「マルチフェロは失業対策」などと言いますが、明確な出口があるのは魅力です。

我々は、室温で強誘電性と反強磁性を合わせ持つビスマスフェライト（BiFeO3）の研究に取り組んできました。

自慢の一つは、研究対象とする固体物質を、全て純良大型な単結晶として合成していることです。世界で我々

元々は、チタン酸鉛（PbTiO3）型構造を持つ BiCoO3 との固溶体、BiFe1-xCoxO3 にすることで結晶構造を変化させ、あります。これらの単結晶試料を用いることで、異方性がある場合や中身と表面で異なる場合などの電子物性を

スピンの並び方が変わることに気づいたのです。BiFeO3 のスピン構造は、隣り合うスピンが反平行に並ぶ、G 型

しか単結晶化に成功していない物質や、新化合物にも関わらず初めから単結晶化に成功している物質なども多数
精密に解明することに取り組んでいます。そして、共同研究ネットワークを最大限に活用して、電子構造の詳細について運動量空間・実空間・時間変化・スピン方向依存性に至るまでを直接に観察することにより、電子物性を発現させている背景メカニズムの解明にも挑戦しています。今では珍しくなくなりましたが、自ら第一原理電子状態計算を行うことにより、観察した電子構造を理解することや、そこから発現する電子物性を考察することを 10 年以上前から始めていたことも自慢です。この第一原理計算は、経験や実験データに頼らない新物質・新物性の開拓にも活用しています。特にトポロジカル電子物質の開拓は計算科学の力なしではなしえない分野ですが、理論計算を自ら行って物質の選定や設計を行った上で、試料を単結晶として開発している我々のような単独研
究室は世界でも類を見ないと自負しています。このような圧電性を向上させよう、という目的でしたが、コバルトの濃度が低い領域では、BiFeO3 の結晶構造はそのままに、反強磁性秩序です。次近接のスピン同士は平行に並ぶはずですが、隣に進むに従い、少しずつ傾きが変化していく、
サイクロイド型と呼ばれる変調構造が重畳しています。スピンの向きは 62nm 進むと一周しますから、磁化の和（自発磁化）はゼロです。鉄を 10％程コバルトで置換するとサイクロイド変調が消失し、代わりに隣り合うスピン同士が交互に少し傾く傾角構造を取るようになります。今度はスピンと直交する方向にベクトル和の成分が残るので、自発磁化が出現します。しかも磁化の方向は電気分極と直交するので、上手に分極を反転すれば磁化も反転すると期待できます。レーザーアブレーション法で作製した薄膜試料を用い、確かに室温で強磁性と強誘電性が共存することを確認する事ができました。また、薄膜の方位を工夫すると、プローブ顕微鏡を用いて電場を印加することで、磁化を反転できる、という予備的な結果も得ています。デバイス化に近づけるか、正念場です。

研究アプローチで蒔いてきた種は実りの時を迎えており、
2015 年と 2016 年の 2 年間で Nature 姉妹紙に 6 報の論文が掲載されました。新聞等でも 2016 年だけで 5 回報道されましたが、自慢の結晶たちと共に、自身の顔を全国紙に晒されてしまう顛末に至ったことには気恥ずかしい思いも感じています（図）。

今後も、物質科学研究によってエレクトロニクスの革命を引き起こすことを目指して、固体中の電子が持つ隠れた超機能の追求を引き続き行ってゆきます。従来の延長線上にはない、新世代を担う電子機能材料の開発が目標であり、特にトポロジカル量子コンピュータを実現するための

図1

 iFeO3（左）と BiFe0.9Co0.1O3（右）の磁気構造の模式図。BiFe0.9Co0.1O3 ではスピンがB
傾斜しているため、磁化は打ち消し合わずに自発磁化が現れる。

図2

BiFe1-xCoxO3 の室温での電気分極（左）および磁化（右）。

革新的素材であるトポロジカル超伝導体の創製に力を注

いでゆきます。量子情報技術という、物質科学とは一見して縁遠い分野にあえて挑戦することにより、モノづくり日
本の底力を新たな切り口から世界に見せつけることが密かな野望です。魅力にあふれた超伝導とトポロジカル電子相の研究テーマで学生さんたちを鼓舞することにより、彼らとともに大きなホームランの一発を狙ってゆきたいと思っています。

2

3

フロンティア研・ナウ

研究の展望

固体中電子の隠れた超機能の開拓を目指して
准教授

室温での電場印加磁化反転を目指して

笹川 崇男

教授

新しい原理で動作する電子デバイスの実現を目指して、物質そのものに備わっている超電子機能の追求を我々

東正樹

現在の高度情報化社会は、磁気メモリであるハードディスクドライブに蓄えられた大量のデータに支えられてのグループでは行っています。固体中の電子は、構成元素や結晶構造の影響を受けて、現在のシリコン技術で扱います。一方で、電子マネーの FeliCa には強誘電体メモリが使われています。両者の性質を合わせ持つ強磁性強持っています。例えば超伝導を引き起こす電子対としてのボーズ粒子や、質量ゼロで高速に動き回れるディラッ

はコイルに電流を流して磁場を発生することが必要で、大きな消費電力を避けられません。電場で強誘電分極をわれているありふれたフェルミ粒子から姿を変え、様々な機能に結び付く新しい量子状態に変化できる可能性をク粒子、右巻きと左巻きというカイラル性に起因した量子力学的効果をもつワイル粒子、粒子（電子）と反粒子（正孔）との重ね合わせ状態として量子コンピュータへの利用が理論提言されているマヨラナ粒子などがあります。
それらの舞台としての高温超伝導体やナノテク新素材、そしてトポロジカル絶縁体・トポロジカル半金属・トポ
ロジカル超伝導体などを対象として、凄い電子機能をもつ物質を創製すること、それら革新的機能を自在に操ること、そして背景メカニズムを理解することの全てについて、我々のグループは欲張りに挑戦してきました。

誘電体はマルチフェイクス材料と呼ばれ、ここ 15 年ほど活発に研究されてきました。磁気メモリの書き込みに反転させることで、磁化も反転できるような材料が見つかれば、電場書き込み・磁化読み込みの、超低消費電力
メモリにつながると期待されます。高温超伝導体フィーバーの後、低次元磁性体やマンガン酸化物の巨大磁気抵

抗効果に取り組んでいた研究者が、こぞってマルチフェロイクス材料の研究に参入したため、口の悪い人は「マルチフェロは失業対策」などと言いますが、明確な出口があるのは魅力です。

我々は、室温で強誘電性と反強磁性を合わせ持つビスマスフェライト（BiFeO3）の研究に取り組んできました。

自慢の一つは、研究対象とする固体物質を、全て純良大型な単結晶として合成していることです。世界で我々

元々は、チタン酸鉛（PbTiO3）型構造を持つ BiCoO3 との固溶体、BiFe1-xCoxO3 にすることで結晶構造を変化させ、あります。これらの単結晶試料を用いることで、異方性がある場合や中身と表面で異なる場合などの電子物性を

スピンの並び方が変わることに気づいたのです。BiFeO3 のスピン構造は、隣り合うスピンが反平行に並ぶ、G 型

しか単結晶化に成功していない物質や、新化合物にも関わらず初めから単結晶化に成功している物質なども多数
精密に解明することに取り組んでいます。そして、共同研究ネットワークを最大限に活用して、電子構造の詳細について運動量空間・実空間・時間変化・スピン方向依存性に至るまでを直接に観察することにより、電子物性を発現させている背景メカニズムの解明にも挑戦しています。今では珍しくなくなりましたが、自ら第一原理電子状態計算を行うことにより、観察した電子構造を理解することや、そこから発現する電子物性を考察することを 10 年以上前から始めていたことも自慢です。この第一原理計算は、経験や実験データに頼らない新物質・新物性の開拓にも活用しています。特にトポロジカル電子物質の開拓は計算科学の力なしではなしえない分野ですが、理論計算を自ら行って物質の選定や設計を行った上で、試料を単結晶として開発している我々のような単独研
究室は世界でも類を見ないと自負しています。このような圧電性を向上させよう、という目的でしたが、コバルトの濃度が低い領域では、BiFeO3 の結晶構造はそのままに、反強磁性秩序です。次近接のスピン同士は平行に並ぶはずですが、隣に進むに従い、少しずつ傾きが変化していく、
サイクロイド型と呼ばれる変調構造が重畳しています。スピンの向きは 62nm 進むと一周しますから、磁化の和（自発磁化）はゼロです。鉄を 10％程コバルトで置換するとサイクロイド変調が消失し、代わりに隣り合うスピン同士が交互に少し傾く傾角構造を取るようになります。今度はスピンと直交する方向にベクトル和の成分が残るので、自発磁化が出現します。しかも磁化の方向は電気分極と直交するので、上手に分極を反転すれば磁化も反転すると期待できます。レーザーアブレーション法で作製した薄膜試料を用い、確かに室温で強磁性と強誘電性が共存することを確認する事ができました。また、薄膜の方位を工夫すると、プローブ顕微鏡を用いて電場を印加することで、磁化を反転できる、という予備的な結果も得ています。デバイス化に近づけるか、正念場です。

研究アプローチで蒔いてきた種は実りの時を迎えており、
2015 年と 2016 年の 2 年間で Nature 姉妹紙に 6 報の論文が掲載されました。新聞等でも 2016 年だけで 5 回報道されましたが、自慢の結晶たちと共に、自身の顔を全国紙に晒されてしまう顛末に至ったことには気恥ずかしい思いも感じています（図）。

今後も、物質科学研究によってエレクトロニクスの革命を引き起こすことを目指して、固体中の電子が持つ隠れた超機能の追求を引き続き行ってゆきます。従来の延長線上にはない、新世代を担う電子機能材料の開発が目標であり、特にトポロジカル量子コンピュータを実現するための

図1

 iFeO3（左）と BiFe0.9Co0.1O3（右）の磁気構造の模式図。BiFe0.9Co0.1O3 ではスピンがB
傾斜しているため、磁化は打ち消し合わずに自発磁化が現れる。

図2

BiFe1-xCoxO3 の室温での電気分極（左）および磁化（右）。

革新的素材であるトポロジカル超伝導体の創製に力を注

いでゆきます。量子情報技術という、物質科学とは一見して縁遠い分野にあえて挑戦することにより、モノづくり日
本の底力を新たな切り口から世界に見せつけることが密かな野望です。魅力にあふれた超伝導とトポロジカル電子相の研究テーマで学生さんたちを鼓舞することにより、彼らとともに大きなホームランの一発を狙ってゆきたいと思っています。

2

3

フロンティア材料研究所

学術賞

フロンティア材料研究所

研究業績部門：熱マネジメントのためのセラミックス材料開発
ΔL / L (500 K) [10-3 ]

名古屋大学
0
-1

応用物理学専攻教授

竹中 康司

環境負荷の低減や社会の持続的発展への関心から、熱の有効利用やマネ

ジメントに対する要求が、かつてないほど高まっている。なかでも、熱膨張

Mn3.1Zn0.5Sn0.4N
Mn3.2Zn0.6Sn0.2N
Mn3.27Zn0.45Sn0.28N
Mn3Cu0.5Sn0.5N

制御はその中核的技術の一つとして、とりわけ産業界から強い要求がある。
そのため、「温めると縮む」負熱膨張材料に高い関心が集まっている。しか

-2
-3

200
300
400
Temperature [K]500

研究奨励部門：結晶データベースと第一原理計算に基づいた
新規酸化物の探索
京都大学

や樹脂（α〜数十 ppm/K）といった多様な材料の熱膨張制御には不十分で

ロトタイプ構造を用いて作成し、系統的な第一原理計算を行った。熱物（SnO-M Oq /2 ）において約 3500 の既知および仮想的な酸化物を無機結晶構造データベース（ICSD）にあるプ
力学的な安定性とバンドギャップおよびバンド端準位により合成候補のスクリーニングを行った結果、7 個の酸化物が有望な光触媒候補とし構成元素一部置換等により、巨大な負熱膨張を実現した。逆ペロフスカイトて予測された。また、予測した未知酸化物のβ -SnMoO4 を実際に合成型マンガン窒化物 Mn3AN（A: 遷移金属、半導体元素）ではα =-30 ppm/K（図し、メチレンブルーの分解実験による光触媒能を評価したところ、高性能の光触媒材料として知られている BiVO4 や SnWO4 と同程度の性能

2）。今後、精密光学機器や電子デバイスなど幅広い分野での利用が見込まを有することがわかった。本手法にように、多種多様な未知化合物ま積効果に伴う大きな熱量変化を圧力熱量効果として取り出すことにも成功

今後光触媒分野に限らず、汎用的・効率的な材料開発技術としての重で含めて熱力学的安定性や物性を第一原理計算で評価する材料探索は、れる。さらに、マンガン窒化物の磁性を圧力で制御することにより、磁気体

要性を大きく増すものと期待される。

した。新たな固体冷凍材料の開発につながる成果として期待されている。

研究奨励部門：研究奨励部門：ビスマス系層状ラシュバ物質 BiTeX（X =Cl, Br, I）
における圧力誘起トポロジカル相転移の研究

損傷位置保証型鉄筋コンクリート骨組への座屈拘束ブレースの適用に関する研究

ビスマス系層状ラシュバ物質 BiTeBr は空間反転対称性のない結晶構造をもつ極性半導体として知られる（図 1）。

本研究は鉄筋コンクリート（以下、RC）造建築物の耐震安全性向上を目的として、RC 梁に制振ダンパーであ新潟大学研究推進機構

助教

大村彩子

千葉大学

大学院工学研究院

助教

毎田悠承

本研究では、圧力 P c = 3 GPa（1 GPa~1 万気圧）における BiTeBr の圧力誘起トポロジカル相転移－自明な半導体

る座屈拘束ブレース（以下、BRB）を取り付けるための接合方法を提案し、主として梁の降伏位置を梁端から遠の開閉と構成元素の p z 軌道間のバンド反転が必要条件として理論予測されていた。本研究では、まず X 線回折ものである。まず、2 種の BRB 接合方法に HR の有無を組み合わせたものをパラメータとした実験を行った。実から非自明なトポロジカル絶縁体への転移－を明確に示すことに成功した。本相転移では、バンドギャップ（E g）

で構造パラメータの圧力変化を取得し、結晶構造の軸比 c /a が 2.5 − 3 GPa で最小となることを見出した。次に、バンド計算から E g の開閉が 3 GPa（= P c）で生じること（図 2）
、またウィルソンループ解析によ験の結果、いずれの接合方法においても BRB は梁より早期にエネルギ吸収を開始し、有効に機能させることができた。また、梁主筋のひずみ分布から HR が設計通りに行えることが確認できた。さらに BRB 接合部挙動からクスタディを行い、梁主筋の HR 断面位置での先行降伏を保証し、大変形域まで柱面位置を弾性範囲に保つととることを初めて示した。一方、物性的には、軸もに、BRB 接合部の損傷を抑制

比 c /a が最小となるとき、電気抵抗率の圧力変化するために必要な、BRB 軸力をに異常な振る舞いがみられ、さらに P c を境に金考慮した HR 曲げ終局強度比を示

属的な伝導が半導体的に変化することを見出しした。HR を施すことで BRB 接合た。軸比 c /a の極小は結晶構造が積層方向（c 軸部の損傷を抑えられ、BRB をよ方向）に最も歪むことを意味しており、このこ

り有効に機能させることができとが p z 軌道間のバンド反転、つまりトポロジカ

ル相転移を引き起こしていると結論付けられた。

ざけるヒンジリロケーション（以下、HR）技術に着目した実験と有限要素解析を行い、その力学挙動を把握した

HR を施すことで BRB 接合部の変形を抑えられることを示した。最後に、有限要素解析モデルを用いたパラメトリッ

り P c 以上の高圧相がトポロジカルに非自明であ

4

博之

究では Sn（II）に注目し、周期表の 4A（Ti, Zr, Hf）、5A（V, Nb, Ta）、6A（Cr, Mo, W）の各元素との擬二元系酸化らの負熱膨張材料を金属や樹脂と複合化する技術の開発も行ってきた（図 n3AN 系巨大負熱膨張材料を熱膨張抑M制剤として含む金属複合材料。放電プラ
ズマ焼結による。

林

触媒能が報告されている化合物として、ns 2 電子配置をとる Bi（III）や Sn（II）の複合酸化物があげられる。本研

1）、層状ルテニウム酸化物ではα =-115 ppm/K に達している。また、これ

図2

助教

太陽光の大部分を占める可視光に対して活性を示す光触媒は現在精力的に探索されている。近年、特に高い光あった。そこで、相転移に際して低温相で体積が大きくなる物質群に着目し、

 n3AN 系巨大負熱膨張材料の線熱膨張
M（基準温度：500 K）。

大学院工学研究科しながら、β - ユークリプタイト（LiAlSiO4）に代表される従来材料は、線膨張係数αがたかだか -10 ppm/K であり、アルミニウム（α〜 23 ppm/K）

-4
100

図1

大学院工学研究科

学術賞

るため、実構造物への普及を期
図1

BiTeBr の結晶構造

図2 E
 g の圧力変化及び P c の見積待する。

実験時の記念撮影

有限要素解析モデル

5

フロンティア材料研究所

学術賞

フロンティア材料研究所

研究業績部門：熱マネジメントのためのセラミックス材料開発
ΔL / L (500 K) [10-3 ]

名古屋大学
0
-1

応用物理学専攻教授

竹中 康司

環境負荷の低減や社会の持続的発展への関心から、熱の有効利用やマネ

ジメントに対する要求が、かつてないほど高まっている。なかでも、熱膨張

Mn3.1Zn0.5Sn0.4N
Mn3.2Zn0.6Sn0.2N
Mn3.27Zn0.45Sn0.28N
Mn3Cu0.5Sn0.5N

制御はその中核的技術の一つとして、とりわけ産業界から強い要求がある。
そのため、「温めると縮む」負熱膨張材料に高い関心が集まっている。しか

-2
-3

200
300
400
Temperature [K]500

研究奨励部門：結晶データベースと第一原理計算に基づいた
新規酸化物の探索
京都大学

や樹脂（α〜数十 ppm/K）といった多様な材料の熱膨張制御には不十分で

ロトタイプ構造を用いて作成し、系統的な第一原理計算を行った。熱物（SnO-M Oq /2 ）において約 3500 の既知および仮想的な酸化物を無機結晶構造データベース（ICSD）にあるプ
力学的な安定性とバンドギャップおよびバンド端準位により合成候補のスクリーニングを行った結果、7 個の酸化物が有望な光触媒候補とし構成元素一部置換等により、巨大な負熱膨張を実現した。逆ペロフスカイトて予測された。また、予測した未知酸化物のβ -SnMoO4 を実際に合成型マンガン窒化物 Mn3AN（A: 遷移金属、半導体元素）ではα =-30 ppm/K（図し、メチレンブルーの分解実験による光触媒能を評価したところ、高性能の光触媒材料として知られている BiVO4 や SnWO4 と同程度の性能

2）。今後、精密光学機器や電子デバイスなど幅広い分野での利用が見込まを有することがわかった。本手法にように、多種多様な未知化合物ま積効果に伴う大きな熱量変化を圧力熱量効果として取り出すことにも成功

今後光触媒分野に限らず、汎用的・効率的な材料開発技術としての重で含めて熱力学的安定性や物性を第一原理計算で評価する材料探索は、れる。さらに、マンガン窒化物の磁性を圧力で制御することにより、磁気体

要性を大きく増すものと期待される。

した。新たな固体冷凍材料の開発につながる成果として期待されている。

研究奨励部門：研究奨励部門：ビスマス系層状ラシュバ物質 BiTeX（X =Cl, Br, I）
における圧力誘起トポロジカル相転移の研究

損傷位置保証型鉄筋コンクリート骨組への座屈拘束ブレースの適用に関する研究

ビスマス系層状ラシュバ物質 BiTeBr は空間反転対称性のない結晶構造をもつ極性半導体として知られる（図 1）。

本研究は鉄筋コンクリート（以下、RC）造建築物の耐震安全性向上を目的として、RC 梁に制振ダンパーであ新潟大学研究推進機構

助教

大村彩子

千葉大学

大学院工学研究院

助教

毎田悠承

本研究では、圧力 P c = 3 GPa（1 GPa~1 万気圧）における BiTeBr の圧力誘起トポロジカル相転移－自明な半導体

る座屈拘束ブレース（以下、BRB）を取り付けるための接合方法を提案し、主として梁の降伏位置を梁端から遠の開閉と構成元素の p z 軌道間のバンド反転が必要条件として理論予測されていた。本研究では、まず X 線回折ものである。まず、2 種の BRB 接合方法に HR の有無を組み合わせたものをパラメータとした実験を行った。実から非自明なトポロジカル絶縁体への転移－を明確に示すことに成功した。本相転移では、バンドギャップ（E g）

で構造パラメータの圧力変化を取得し、結晶構造の軸比 c /a が 2.5 − 3 GPa で最小となることを見出した。次に、バンド計算から E g の開閉が 3 GPa（= P c）で生じること（図 2）
、またウィルソンループ解析によ験の結果、いずれの接合方法においても BRB は梁より早期にエネルギ吸収を開始し、有効に機能させることができた。また、梁主筋のひずみ分布から HR が設計通りに行えることが確認できた。さらに BRB 接合部挙動からクスタディを行い、梁主筋の HR 断面位置での先行降伏を保証し、大変形域まで柱面位置を弾性範囲に保つととることを初めて示した。一方、物性的には、軸もに、BRB 接合部の損傷を抑制

比 c /a が最小となるとき、電気抵抗率の圧力変化するために必要な、BRB 軸力をに異常な振る舞いがみられ、さらに P c を境に金考慮した HR 曲げ終局強度比を示

属的な伝導が半導体的に変化することを見出しした。HR を施すことで BRB 接合た。軸比 c /a の極小は結晶構造が積層方向（c 軸部の損傷を抑えられ、BRB をよ方向）に最も歪むことを意味しており、このこ

り有効に機能させることができとが p z 軌道間のバンド反転、つまりトポロジカ

ル相転移を引き起こしていると結論付けられた。

ざけるヒンジリロケーション（以下、HR）技術に着目した実験と有限要素解析を行い、その力学挙動を把握した

HR を施すことで BRB 接合部の変形を抑えられることを示した。最後に、有限要素解析モデルを用いたパラメトリッ

り P c 以上の高圧相がトポロジカルに非自明であ

4

博之

究では Sn（II）に注目し、周期表の 4A（Ti, Zr, Hf）、5A（V, Nb, Ta）、6A（Cr, Mo, W）の各元素との擬二元系酸化らの負熱膨張材料を金属や樹脂と複合化する技術の開発も行ってきた（図 n3AN 系巨大負熱膨張材料を熱膨張抑M制剤として含む金属複合材料。放電プラ
ズマ焼結による。

林

触媒能が報告されている化合物として、ns 2 電子配置をとる Bi（III）や Sn（II）の複合酸化物があげられる。本研

1）、層状ルテニウム酸化物ではα =-115 ppm/K に達している。また、これ

図2

助教

太陽光の大部分を占める可視光に対して活性を示す光触媒は現在精力的に探索されている。近年、特に高い光あった。そこで、相転移に際して低温相で体積が大きくなる物質群に着目し、

 n3AN 系巨大負熱膨張材料の線熱膨張
M（基準温度：500 K）。

大学院工学研究科しながら、β - ユークリプタイト（LiAlSiO4）に代表される従来材料は、線膨張係数αがたかだか -10 ppm/K であり、アルミニウム（α〜 23 ppm/K）

-4
100

図1

大学院工学研究科

学術賞

るため、実構造物への普及を期
図1

BiTeBr の結晶構造

図2 E
 g の圧力変化及び P c の見積待する。

実験時の記念撮影

有限要素解析モデル

5

研究の周辺異なる分子を同時に活性化できる触媒の開発
准教授

鎌田慶吾

学術賞、受賞、国際会議・ワークショップ等、人事異動
平成 29 年度フロンティア材料研究所 学術賞

本研究所では、『フロンティア材料研究所学術賞』を実施し、共同利用研究の奨励と助成を行っています。平成 29 年度は 4 名が選考されました。

複数の触媒活性点による分子の同時活性化は、高い触媒活性や特異的な選択性の発現に寄与する。中でも、相

受賞者

受賞部門

反する性質をもつ酸点と塩基点が近接した位置に存在する酸塩基触媒は、高原子効率な官能基変換、ワンポット

名古屋大学 大学院工学研究科
竹中 康司と求電子剤の両方に作用することを見いだした（Chem. Sci. 2017, 8, 3146.）。水熱法により合成した単斜晶 CePO4

新潟大学 研究推進機構
大村 彩子

合成反、不斉合成など広範な反応に応用されている。最近、我々のグループは、希土類オルトリン酸塩が求核剤
触媒が、従来の酸塩基触媒とは大きく異なり、糖由来化合物である 5- ヒドロキシメチルフルフラールの高官能基選択的アセタール化反応に有効である（右図参照）。反応機構の検討から、CePO4 上の均質な Lewis 酸

教授

助教

京都大学 大学院工学研究科
林 博之

助教

千葉大学 大学院工学研究院
毎田 悠承

助教

受賞内容

研究業績部門熱マネジメントのためのセラミックス材料開発

研究奨励部門ビスマス系層状ラシュバ物質 BiTeX（X = Cl, Br, I）における圧力誘起
トポロジカル相転移の研究

研究奨励部門結晶データベースと第一原理計算に基づいた新規酸化物の探索

研究奨励部門損傷位置保証型鉄筋コンクリート骨組への座屈拘束ブレースの適用に関する研究点（Ce3+）と弱い塩基点（PO43–）がそれぞれ HMF とメタノールと相互作用する二元機能触媒として機能し、高効率かつ官能基選択的なアセタール化反応を達成したと考えている。本アプローチが、求電子剤および求核剤の温和な条件下での非解離活性化を経由した「高効率な不均一系触媒反応の開発」を可能とする新しい設計指針になることを期待する。

図CePO4 触媒による分子同時活性化を利用した高効率アセタール化反応

水平 2 方向外力を受ける
免震構造用 U 字形鋼材ダンパーの損傷評価法
第 18 回日本免震構造協会賞（技術賞）受賞
准教授

吉敷祥一

一般的な免震構造は、薄いゴムと鋼板を交互に幾層にも重ね合わせて製作される積層ゴムアイソレーターによ左から毎田氏、竹中氏、神谷所長、大村氏、林氏

受

賞

受賞者

受賞名

受賞年日

認定団体

受賞内容

鎌田

慶吾

東工大挑戦的研究賞
学長特別賞

2017年7月6日

東京工業大学

高難度反応実現のための複合酸化物触媒の創製

山田
吉敷

哲
祥一

第18回日本免震構造協会賞
技術賞

2017年6月26日

日本免震構造協会

水平 2 方向外力を受ける免震構造用 U 字形鋼材
ダンパーの損傷評価法

り支持されている。積層ゴムアイソレーターは、薄いゴムが鋼板により広がりを拘束される『漏れない水』の原理によって建物重量を支持し、それと同時に水平方向の柔らかさによって地震時の揺れ軽減を実現する。この柔らかい動きに揺れを静める減衰効果を加えるのが、U 字形鋼材ダンパーの役割である。

免震構造は、地盤と建物をつなぐ免震層がアイソレーターとダンパーのみで構成されるため、一般の耐震構造

国際会議・ワークショップ等
開催日

開催場所

対応教員・主催等と比べて抵抗機構が明瞭であり、『部材性能の組み合わせ』による目標性能の達成も比較的容易である。しかし、2017年9月9日が重要となる。我々の研究グループでは、従来の性能検証が水平 1 方

2017年9月7日〜9日

バルクセラミックスの信頼性に関するワークショップ（共同利用研究）ハートピア熱海

若井

平 2 方向の変形に対する U 字形鋼材ダンパーの性能を把握し、その評

2017年8月1日〜3日

The Tenth International Conference on the Science andTechnology for Advanced Ceramics（STAC-10）

メルパルク横浜

フロンティア材料研究所
物質・材料研究機構（NIMS）

活用した実験研究の貢献が大きく、現在も全国共同利用研究をはじめ、2017年7月10日【セミナー】局所構造と負熱膨張

すずかけ台キャンパス

フロンティア材料研究所

換言すれば、免震効果という利点の享受には、個々の『部材性能の把握』
向変形のみにより行われてきたことを問題視し、実地震時に生じる水価手法を構築した。これらは、2009 年に設置した多自由度載荷装置を

様々な耐震部材の水平 2 方向変形下における力学挙動の解明を精力的て耐震技術の発展を加速させていきたい。

大岡山キャンパス

神谷

利夫
史博

人事異動（平成 29 年 4 月〜）に進めている。今回の受賞を励みに、安全・安心な社会の実現に向け

6

開催名
卓越した機能発現を目指したセラミックプロセッシングに関する
ワークショップ（共同利用研究）

免震構造用 U 字形鋼材ダンパーの水平 2 方向載荷実験

異動日

氏名

区分

新所属

2017年6月1日

篠田

豊

採用

融合機能応用領域

2017年9月30日

寒野

善博

退職

東京大学大学院情報理工系研究科
附属情報理工学教育研究センター

旧所属

特任助教

教授

構造機能設計領域

准教授

7

研究の周辺異なる分子を同時に活性化できる触媒の開発
准教授

鎌田慶吾

学術賞、受賞、国際会議・ワークショップ等、人事異動
平成 29 年度フロンティア材料研究所 学術賞

本研究所では、『フロンティア材料研究所学術賞』を実施し、共同利用研究の奨励と助成を行っています。平成 29 年度は 4 名が選考されました。

複数の触媒活性点による分子の同時活性化は、高い触媒活性や特異的な選択性の発現に寄与する。中でも、相

受賞者

受賞部門

反する性質をもつ酸点と塩基点が近接した位置に存在する酸塩基触媒は、高原子効率な官能基変換、ワンポット

名古屋大学 大学院工学研究科
竹中 康司と求電子剤の両方に作用することを見いだした（Chem. Sci. 2017, 8, 3146.）。水熱法により合成した単斜晶 CePO4

新潟大学 研究推進機構
大村 彩子

合成反、不斉合成など広範な反応に応用されている。最近、我々のグループは、希土類オルトリン酸塩が求核剤
触媒が、従来の酸塩基触媒とは大きく異なり、糖由来化合物である 5- ヒドロキシメチルフルフラールの高官能基選択的アセタール化反応に有効である（右図参照）。反応機構の検討から、CePO4 上の均質な Lewis 酸

教授

助教

京都大学 大学院工学研究科
林 博之

助教

千葉大学 大学院工学研究院
毎田 悠承

助教

受賞内容

研究業績部門熱マネジメントのためのセラミックス材料開発

研究奨励部門ビスマス系層状ラシュバ物質 BiTeX（X = Cl, Br, I）における圧力誘起
トポロジカル相転移の研究

研究奨励部門結晶データベースと第一原理計算に基づいた新規酸化物の探索

研究奨励部門損傷位置保証型鉄筋コンクリート骨組への座屈拘束ブレースの適用に関する研究点（Ce3+）と弱い塩基点（PO43–）がそれぞれ HMF とメタノールと相互作用する二元機能触媒として機能し、高効率かつ官能基選択的なアセタール化反応を達成したと考えている。本アプローチが、求電子剤および求核剤の温和な条件下での非解離活性化を経由した「高効率な不均一系触媒反応の開発」を可能とする新しい設計指針になることを期待する。

図CePO4 触媒による分子同時活性化を利用した高効率アセタール化反応

水平 2 方向外力を受ける
免震構造用 U 字形鋼材ダンパーの損傷評価法
第 18 回日本免震構造協会賞（技術賞）受賞
准教授

吉敷祥一

一般的な免震構造は、薄いゴムと鋼板を交互に幾層にも重ね合わせて製作される積層ゴムアイソレーターによ左から毎田氏、竹中氏、神谷所長、大村氏、林氏

受

賞

受賞者

受賞名

受賞年日

認定団体

受賞内容

鎌田

慶吾

東工大挑戦的研究賞
学長特別賞

2017年7月6日

東京工業大学

高難度反応実現のための複合酸化物触媒の創製

山田
吉敷

哲
祥一

第18回日本免震構造協会賞
技術賞

2017年6月26日

日本免震構造協会

水平 2 方向外力を受ける免震構造用 U 字形鋼材
ダンパーの損傷評価法

り支持されている。積層ゴムアイソレーターは、薄いゴムが鋼板により広がりを拘束される『漏れない水』の原理によって建物重量を支持し、それと同時に水平方向の柔らかさによって地震時の揺れ軽減を実現する。この柔らかい動きに揺れを静める減衰効果を加えるのが、U 字形鋼材ダンパーの役割である。

免震構造は、地盤と建物をつなぐ免震層がアイソレーターとダンパーのみで構成されるため、一般の耐震構造

国際会議・ワークショップ等
開催日

開催場所

対応教員・主催等と比べて抵抗機構が明瞭であり、『部材性能の組み合わせ』による目標性能の達成も比較的容易である。しかし、2017年9月9日が重要となる。我々の研究グループでは、従来の性能検証が水平 1 方

2017年9月7日〜9日

バルクセラミックスの信頼性に関するワークショップ（共同利用研究）ハートピア熱海

若井

平 2 方向の変形に対する U 字形鋼材ダンパーの性能を把握し、その評

2017年8月1日〜3日

The Tenth International Conference on the Science andTechnology for Advanced Ceramics（STAC-10）

メルパルク横浜

フロンティア材料研究所
物質・材料研究機構（NIMS）

活用した実験研究の貢献が大きく、現在も全国共同利用研究をはじめ、2017年7月10日【セミナー】局所構造と負熱膨張

すずかけ台キャンパス

フロンティア材料研究所

換言すれば、免震効果という利点の享受には、個々の『部材性能の把握』
向変形のみにより行われてきたことを問題視し、実地震時に生じる水価手法を構築した。これらは、2009 年に設置した多自由度載荷装置を

様々な耐震部材の水平 2 方向変形下における力学挙動の解明を精力的て耐震技術の発展を加速させていきたい。

大岡山キャンパス

神谷

利夫
史博

人事異動（平成 29 年 4 月〜）に進めている。今回の受賞を励みに、安全・安心な社会の実現に向け

6

開催名
卓越した機能発現を目指したセラミックプロセッシングに関する
ワークショップ（共同利用研究）

免震構造用 U 字形鋼材ダンパーの水平 2 方向載荷実験

異動日

氏名

区分

新所属

2017年6月1日

篠田

豊

採用

融合機能応用領域

2017年9月30日

寒野

善博

退職

東京大学大学院情報理工系研究科
附属情報理工学教育研究センター

旧所属

特任助教

教授

構造機能設計領域

准教授

7Institute of Innovative Research,
Tokyo Institute of Technology

Laboratory for Materials & Structures

No.4 October 2017

CONTENTS
フロンティア研・ナウ：
固体中電子の隠れた超機能の開拓を目指して

2

研究の展望：

3

室温での電場印加磁化反転を目指して

フロンティア材料研究所

フロンティア材料研究所 NEWS LETTER No.4
発行日

平成29年10月1日

編集 ・ 発行

東京工業大学 科学技術創成研究院
フロンティア材料研究所
共同利用・研究支援室

お問い合わせ〒226-8503
横浜市緑区長津田町4259 R3-27
TEL.045-924-5968 FAX.045-924-5978
電子メール kenkyushien@msl.titech.ac.jp
ホームページ http://www.msl.titech.ac.jp

学術賞：

熱マネジメントのためのセラミックス材料開発

4

ビスマス系層状ラシュバ物質 BiTeX（X = Cl, Br, I）における圧力誘起
トポロジカル相転移の研究

4

結晶データベースと第一原理計算に基づいた新規酸化物の探索

5

損傷位置保証型鉄筋コンクリート骨組への座屈拘束ブレースの適用に
関する研究

5

研究の周辺：
異なる分子を同時に活性化できる触媒の開発

6

水平 2 方向外力を受ける免震構造用 U 字形鋼材ダンパーの損傷評価法

6

学術賞、受賞、国際会議・ワークショップ等、人事異動

7

共同利用・共同研究拠点
先端無機材料共同研究拠点

フロンティア材料研究所
東京工業大学 科学技術創成研究院