Institute of Innovative Research,
Tokyo Institute of Technology

Laboratory for Materials & Structures

No.2 October 2016

CONTENTS
フロンティア研・ナウ：

2

日本国際賞を受賞して研究の展望：
マテリアルズ・インフォマティクスによる新しい窒化物半導体の効率的な探索

フロンティア材料研究所

3

学術賞：

研究奨励部門：光・電気・磁気特性を切替え可能な薄膜機能デバ
イスの開発

4

研究業績部門：Bi を含む新しい化合物の水熱合成と特性評価

4

社会貢献部門：東日本大震災における学校体育館の被害に関する体系的調査と被害要因分析結果の耐震化対策への反映

5

研究の周辺：
電子分布の研究と全国共同利用

フロンティア材料研究所 NEWS LETTER No.2

6

地震時における建物内の非構造物の揺れと被害

6発

ひび割れを追いかけて 30 年

7

行

日

平成28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

受賞、ワークショップ・研究会、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

研究の展望フロンティア研・ナウ

マテリアルズ・インフォマティクスによる新しい
窒化物半導体の効率的な探索

日本国際賞を受賞して
細野秀雄

教授

教授

標記について何か寄稿せよということなので、思いつくままに雑感を記します。振り返ってみると、全くの大場史康

昨今の資源・環境問題やエネルギー情勢を背景に、卓越した機能はもちろんのこと、地球上に豊富に存在する

偶然だろうが、今年は受賞対象となった 3 つのテーマの最初の論文が出版されてから何れも数十周年に相当す

元素により構成され、安価で高い環境調和性をもつ新物質の開拓が望まれている。物質探索では、元素の種類と（JACS）に掲載されたのが 2006 年なので 10 周年。また、ディスプレイの駆動用薄膜トランジスタとして実用化が要となる。近年の計算科学の進展とスーパーコンピュータの演算能力の向上により、物質の安定性や特性を高ることに気付いた。すなわち、LaFePO が Tc ＝ 4K のバルク超伝導を示すことを報告した速報が米国化学会誌された IGZO の基となった透明アモルファス酸化物半導体（TAOS）の物質設計指針と実例を初めて報告した論文（J.Non-Cryst.Sol）の出版から 20 年、そして普通の固相反応で合成したままの 12CaO・7Al2O3（C12A7）結晶中に ~10 cm の O2- が包接されていることを報告した論文（Inorganic Chemistry）の出版からは 30 年になる。い19-3ずれの論文も書いたときは、自分（たち）らしい視点や発見だとの多少の自負はあったが、現在のように学術や組成の無限の組み合わせの中で可能な限り広く探索し、そこから有望な候補を的確に絞り込むための指針と手法

精度かつ網羅的に理論予測できるようになってきた。このような先進計算科学、さらにはデータ科学や合成・評
価実験に基づいたスクリーニングにより材料開発の加速を目指した「マテリアルズ・インフォマティクス」が世界各国で盛んになっている。

数ある物質の中でも、窒化物は半導体としての応用に適した電子・光学物性だけでなく、地球上に豊富に存在

応用の広がりを見せるとは思っていなかった。物質・材料研究の醍醐味と可能性の大きさを実感している。

する窒素の化合物というメリットをもつ。しかし、現在実用化されている窒化物半導体は、紫外線、青色、緑色

プロジェクト（1999 年から 10 年間）」のお陰である。JST から依頼され研究構想を提出した当時は、銅酸化物高リアの輸送特性に優れ、多様な波長領域に対応するバンドギャップをもつ窒化物半導体が開発できれば、赤色の上記のテーマが大きく進展したのは、総括責任者を務めた科学技術振興機構（JST）の ERATO「透明電子活性

温超電導から派出した遷移金属酸化物の多彩な電子物性が盛んに研究され始めた時期で、それを横目で見ながら「皆が東海道を行くなら、中山道をいくか」という気分で競争を避けて、「透明な（非遷移金属ということ）酸化の発光ダイオードに用いられる窒化ガリウムとその固溶体にほぼ限定されている。希少元素を含まず、伝導キャ
発光デバイスや太陽電池など、窒化物半導体のより広範な応用が期待できる。

我々は最近、第一原理計算に基づいたマテリアルズ・インフォマティクス手法と細野・平松グループの高圧合物の代表であるガラスを中心に研究してきたので、ここにこだわって拙くとも独自のアイディアでやってみよう。

成・物性評価を連携させることで、新しい窒化物半導体を探索した。安定性や物性を指標とした計算スクリーニ

めた。そして研究のルーツが自分たちにあるテーマを取りでも図 2 に示す CaZn2N2 は、豊富な元素のみで構成され、発光や吸光に適した直接遷移型のバンド構造と小さなそれで駄目だったら研究者としてはそれまで」と覚悟を決ング（図 1）により、約 600 種類の候補から有望な物質を絞り込んだ結果、11 種類の新物質が選出された。なか

キャリアの有効質量をもつことが予測された。バンドギャップは 1.8 eV であり、赤色の発光が期待できる有望な上げ、プロジェクトを開始した。参集した若い研究員や研物質である。そこで、この CaZn2N2 を合成実験のターゲットとした。合成方法としては、3 元系状態図の計算よ究室のメンバーの頑張りで、国際的に認められる成果が得られるようになった。若い力がうまく結集すると凄いパ

り CaZn2N2 が高い窒素分圧下において安定であることを踏まえ、高圧合成を選択した。1200 ℃、5.0 GPa の高温・透明酸化物の半導体の研究は、川副－細野－神谷というンドギャップは 1.9 eV と理論予測にほぼ一致する値に見積もられ、直接遷移型のバンド構造を示唆する急峻な光ので、1988 年に銅酸化物高温超電導体の発見とセラミッ11 種類の有望な新 3 元系窒化物の理論予測と CaZn2N2 の実験的な実証に関する以上の結果は、窒化物半導体

高圧条件下において CaZn2N2 相が得られ、その結晶構造は予測されたものと等しいことがわかった。さらに、バワーになるものだ。

吸収スペクトルの立ち上がりと赤色発光を観測した。

旧応セラ研の同じ研究室で 3 代 20 年に亘って継続したもクスエンジンの実現に授与されたて以来、途絶えていた日のこれからの応用の可能性を広げるだけでなく、マテリアルズ・インフォマティクスにより物質探索を加速でき（上記 3 名の共同受賞）。

実験により検証することで、新物質のさらなる開拓が期待できる。

ることを示す実例である。今後、探索範囲を拡張して計算スクリーニングを実行し、より多様な新物質を選定し、本セラミックス大賞が 28 年ぶりにこの研究に授与された「新しい領域を切り開けないようならここにいる資格はない」と言わんばかりの緊張した雰囲気と活気に満ちた場をつくられた 1998 年当時の研究所の諸先輩に厚く御礼をこれからです。材料研究は論文を書いただけでは完結しま

せん。やはり使われてこそ材料です。もうひと頑張りします。

日本国際賞

授賞式にて

Property

申し上げます。受賞は過去のことが対象、重要なのは今とStability

Promisingmaterials

図 1  計算科学に基づいた候補物質のスクリーニングの概念図

2

図 2 新 物 質 CaZn2N2 の 安 定 性、 結 晶 構 造、 バ ン ド 構 造
に関する理論予測と赤色発光の実証 [Y. Hinuma, T.
Hatakeyama, Y. Kumagai, L. A. Burton, H. Sato, Y.
Muraba, S. Iimura, H. Hiramatsu, I. Tanaka, H. Hosono,and F. Oba, Nature Communications 7, 11962 (2016).]3

研究の展望フロンティア研・ナウ

マテリアルズ・インフォマティクスによる新しい
窒化物半導体の効率的な探索

日本国際賞を受賞して
細野秀雄

教授

教授

標記について何か寄稿せよということなので、思いつくままに雑感を記します。振り返ってみると、全くの大場史康

昨今の資源・環境問題やエネルギー情勢を背景に、卓越した機能はもちろんのこと、地球上に豊富に存在する

偶然だろうが、今年は受賞対象となった 3 つのテーマの最初の論文が出版されてから何れも数十周年に相当す

元素により構成され、安価で高い環境調和性をもつ新物質の開拓が望まれている。物質探索では、元素の種類と（JACS）に掲載されたのが 2006 年なので 10 周年。また、ディスプレイの駆動用薄膜トランジスタとして実用化が要となる。近年の計算科学の進展とスーパーコンピュータの演算能力の向上により、物質の安定性や特性を高ることに気付いた。すなわち、LaFePO が Tc ＝ 4K のバルク超伝導を示すことを報告した速報が米国化学会誌された IGZO の基となった透明アモルファス酸化物半導体（TAOS）の物質設計指針と実例を初めて報告した論文（J.Non-Cryst.Sol）の出版から 20 年、そして普通の固相反応で合成したままの 12CaO・7Al2O3（C12A7）結晶中に ~10 cm の O2- が包接されていることを報告した論文（Inorganic Chemistry）の出版からは 30 年になる。い19-3ずれの論文も書いたときは、自分（たち）らしい視点や発見だとの多少の自負はあったが、現在のように学術や組成の無限の組み合わせの中で可能な限り広く探索し、そこから有望な候補を的確に絞り込むための指針と手法

精度かつ網羅的に理論予測できるようになってきた。このような先進計算科学、さらにはデータ科学や合成・評
価実験に基づいたスクリーニングにより材料開発の加速を目指した「マテリアルズ・インフォマティクス」が世界各国で盛んになっている。

数ある物質の中でも、窒化物は半導体としての応用に適した電子・光学物性だけでなく、地球上に豊富に存在

応用の広がりを見せるとは思っていなかった。物質・材料研究の醍醐味と可能性の大きさを実感している。

する窒素の化合物というメリットをもつ。しかし、現在実用化されている窒化物半導体は、紫外線、青色、緑色

プロジェクト（1999 年から 10 年間）」のお陰である。JST から依頼され研究構想を提出した当時は、銅酸化物高リアの輸送特性に優れ、多様な波長領域に対応するバンドギャップをもつ窒化物半導体が開発できれば、赤色の上記のテーマが大きく進展したのは、総括責任者を務めた科学技術振興機構（JST）の ERATO「透明電子活性

温超電導から派出した遷移金属酸化物の多彩な電子物性が盛んに研究され始めた時期で、それを横目で見ながら「皆が東海道を行くなら、中山道をいくか」という気分で競争を避けて、「透明な（非遷移金属ということ）酸化の発光ダイオードに用いられる窒化ガリウムとその固溶体にほぼ限定されている。希少元素を含まず、伝導キャ
発光デバイスや太陽電池など、窒化物半導体のより広範な応用が期待できる。

我々は最近、第一原理計算に基づいたマテリアルズ・インフォマティクス手法と細野・平松グループの高圧合物の代表であるガラスを中心に研究してきたので、ここにこだわって拙くとも独自のアイディアでやってみよう。

成・物性評価を連携させることで、新しい窒化物半導体を探索した。安定性や物性を指標とした計算スクリーニ

めた。そして研究のルーツが自分たちにあるテーマを取りでも図 2 に示す CaZn2N2 は、豊富な元素のみで構成され、発光や吸光に適した直接遷移型のバンド構造と小さなそれで駄目だったら研究者としてはそれまで」と覚悟を決ング（図 1）により、約 600 種類の候補から有望な物質を絞り込んだ結果、11 種類の新物質が選出された。なか

キャリアの有効質量をもつことが予測された。バンドギャップは 1.8 eV であり、赤色の発光が期待できる有望な上げ、プロジェクトを開始した。参集した若い研究員や研物質である。そこで、この CaZn2N2 を合成実験のターゲットとした。合成方法としては、3 元系状態図の計算よ究室のメンバーの頑張りで、国際的に認められる成果が得られるようになった。若い力がうまく結集すると凄いパ

り CaZn2N2 が高い窒素分圧下において安定であることを踏まえ、高圧合成を選択した。1200 ℃、5.0 GPa の高温・透明酸化物の半導体の研究は、川副－細野－神谷というンドギャップは 1.9 eV と理論予測にほぼ一致する値に見積もられ、直接遷移型のバンド構造を示唆する急峻な光ので、1988 年に銅酸化物高温超電導体の発見とセラミッ11 種類の有望な新 3 元系窒化物の理論予測と CaZn2N2 の実験的な実証に関する以上の結果は、窒化物半導体

高圧条件下において CaZn2N2 相が得られ、その結晶構造は予測されたものと等しいことがわかった。さらに、バワーになるものだ。

吸収スペクトルの立ち上がりと赤色発光を観測した。

旧応セラ研の同じ研究室で 3 代 20 年に亘って継続したもクスエンジンの実現に授与されたて以来、途絶えていた日のこれからの応用の可能性を広げるだけでなく、マテリアルズ・インフォマティクスにより物質探索を加速でき（上記 3 名の共同受賞）。

実験により検証することで、新物質のさらなる開拓が期待できる。

ることを示す実例である。今後、探索範囲を拡張して計算スクリーニングを実行し、より多様な新物質を選定し、本セラミックス大賞が 28 年ぶりにこの研究に授与された「新しい領域を切り開けないようならここにいる資格はない」と言わんばかりの緊張した雰囲気と活気に満ちた場をつくられた 1998 年当時の研究所の諸先輩に厚く御礼をこれからです。材料研究は論文を書いただけでは完結しま

せん。やはり使われてこそ材料です。もうひと頑張りします。

日本国際賞

授賞式にて

Property

申し上げます。受賞は過去のことが対象、重要なのは今とStability

Promisingmaterials

図 1  計算科学に基づいた候補物質のスクリーニングの概念図

2

図 2 新 物 質 CaZn2N2 の 安 定 性、 結 晶 構 造、 バ ン ド 構 造
に関する理論予測と赤色発光の実証 [Y. Hinuma, T.
Hatakeyama, Y. Kumagai, L. A. Burton, H. Sato, Y.
Muraba, S. Iimura, H. Hiramatsu, I. Tanaka, H. Hosono,and F. Oba, Nature Communications 7, 11962 (2016).]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 学術賞

研究奨励部門：光・電気・磁気特性を切替え可能な薄膜機能デバイスの開発
北海道大学 電子科学研究所 助教

片瀬貴義

遷移金属酸化物は、エレクトロクロミズムに代表されるように、酸素

社会貢献部門：東日本大震災における学校体育館の被害に関する体系的調査と被害要因分析結果の耐震化
対策への反映東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所/未来産業技術研究所 教授

比率やプロトン濃度によって、遷移金属イオンの価数が変化し、光・電気・山田

哲

東日本大震災において被災した学校体育館について、文部科

磁気特性が大きく変化する。本研究では、電池の構造から着想した、漏れない “ 水 ” を利用した薄膜デバイス構造を遷移金属酸化物に適用し、光・学省の依頼により、2011 年度に 147 棟の現地調査（鉄骨造文教た。具体的には、水を含んだナノ多孔質ガラスをゲート絶縁体とする薄敷准教授（東工大）をはじめ卒業生、後輩諸氏とともに実施した。

電気分解し、遷移金属酸化物の酸素比率とプロトン濃度を室温制御する

れた災害復旧資料を調査対象に加え、1473 棟の学校体育館の被外線透過率－導電率制御メモリ素子」、「SrCoOx 薄膜の強磁性 / 反強磁性

文部科学省における学校施設の耐震化事業の資料として、東日でありながら、光・電気・磁気特性を同時に切替可能であり、固体イオの落下防止対策については、熊本地震において、天井を撤去しでは得られなかった、高容量・多機能メモリ素子の実現に向けて大きくとしても継続使用できたことで有効に機能したことが示された。

電気・磁気特性を不揮発に同時切替え可能な多機能メモリ素子を開発し施設全体では 216 棟）を日本建築学会の鉄骨 WG 主査として吉膜トランジスタ構造で、ナノ平行平板間にゲート電圧を印可して、水をさら 2012 年度には、設置者（自治体）から文部科学省に提出さことで、「WO3 薄膜のエレクトロクロミックメモリ素子」、「VO2 薄膜の赤災状況を整理分析し、取り纏めた。これらの調査・分析結果は、－金属 / 絶縁体の同時切替メモリ素子」を実証した。たった一つの素子

本大震災以降の学校施設の耐震化対策に寄与した。特に天井等

二クスと半導体エレクトロニクスを融合することにより、従来の半導体

た多くの学校体育館が避難所として機能するとともに、体育館

前進するものと期待する。

また、日本建築防災協会から刊行された「2013 年改訂版 既存鉄骨造建築物の耐震改修施工マニュアル」、「2015 年改訂版 震災

建築物の被災度区分判定基準および復旧技術指針」に反映され、文教施設をはじめとする建物の耐震性向上に貢献するとともに、研究業績部門：Biを含む新しい化合物の水熱合成と特性評価
山梨大学大学院総合研究部附属クリスタル科学研究センター 教授

被災し天井が落下した体育館

熊本地震で被災した建物の被災度区分判定に役立てられている。

熊田伸弘

Biは酸化物ではBi3+あるいはBi5+の原子価を取ることができるが、一部の系を除くとBi5+の状態は高温で不安定であり、通常の固相反応では合成が困難である。しかし、Bi5+を含むNaBiO3∙nH2Oを出発物質に用いた水熱反応によって+
2+= Li, Ag）
、A2+Bi2O（A= Mg, Zn, Sr, Ba, Cd, Pb）、（K1.00（Ba） 1.00（Bi）
Bi2O4、A+BiO（A3
6
3
0.89 Na 0.11）
4 O12およびLiCuBiO 4などのBi5+を含む酸化物を合成できることを見出した。これらの化合物の中でBi2O4（図1）はBi3+/Bi5+の電荷不均化を生じ（K1.00）ており、このような明確な電荷不均化は巨大な負の熱膨張を示すBiNiO3等に認められているだけである。また、（Bi（Ba1.00）
3
0.89Na0.11）
4 O12（図2）はAサ

イト秩序型ペロブスカイト構造を持
つ初めての超伝導体であり、同様の手法によって合成されるBi3Mn4O12（NO3 ）はS=3/2ハニカム格子反強磁性体の初めてのモデル物質である。
このように水熱反応によって「ありそうでなかった化合物」を合成でき、今後も「新奇化合物」の発見が期
待される。

4

図1

Bi2O4 の結晶構造

図 2 （K1.00（）Ba1.00）（Bi
30.89 Na 0.11）
4 O12 の結晶構造

2016年度フロンティア材料研究所学術賞授賞式にて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 学術賞

研究奨励部門：光・電気・磁気特性を切替え可能な薄膜機能デバイスの開発
北海道大学 電子科学研究所 助教

片瀬貴義

遷移金属酸化物は、エレクトロクロミズムに代表されるように、酸素

社会貢献部門：東日本大震災における学校体育館の被害に関する体系的調査と被害要因分析結果の耐震化
対策への反映東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所/未来産業技術研究所 教授

比率やプロトン濃度によって、遷移金属イオンの価数が変化し、光・電気・山田

哲

東日本大震災において被災した学校体育館について、文部科

磁気特性が大きく変化する。本研究では、電池の構造から着想した、漏れない “ 水 ” を利用した薄膜デバイス構造を遷移金属酸化物に適用し、光・学省の依頼により、2011 年度に 147 棟の現地調査（鉄骨造文教た。具体的には、水を含んだナノ多孔質ガラスをゲート絶縁体とする薄敷准教授（東工大）をはじめ卒業生、後輩諸氏とともに実施した。

電気分解し、遷移金属酸化物の酸素比率とプロトン濃度を室温制御する

れた災害復旧資料を調査対象に加え、1473 棟の学校体育館の被外線透過率－導電率制御メモリ素子」、「SrCoOx 薄膜の強磁性 / 反強磁性

文部科学省における学校施設の耐震化事業の資料として、東日でありながら、光・電気・磁気特性を同時に切替可能であり、固体イオの落下防止対策については、熊本地震において、天井を撤去しでは得られなかった、高容量・多機能メモリ素子の実現に向けて大きくとしても継続使用できたことで有効に機能したことが示された。

電気・磁気特性を不揮発に同時切替え可能な多機能メモリ素子を開発し施設全体では 216 棟）を日本建築学会の鉄骨 WG 主査として吉膜トランジスタ構造で、ナノ平行平板間にゲート電圧を印可して、水をさら 2012 年度には、設置者（自治体）から文部科学省に提出さことで、「WO3 薄膜のエレクトロクロミックメモリ素子」、「VO2 薄膜の赤災状況を整理分析し、取り纏めた。これらの調査・分析結果は、－金属 / 絶縁体の同時切替メモリ素子」を実証した。たった一つの素子

本大震災以降の学校施設の耐震化対策に寄与した。特に天井等

二クスと半導体エレクトロニクスを融合することにより、従来の半導体

た多くの学校体育館が避難所として機能するとともに、体育館

前進するものと期待する。

また、日本建築防災協会から刊行された「2013 年改訂版 既存鉄骨造建築物の耐震改修施工マニュアル」、「2015 年改訂版 震災

建築物の被災度区分判定基準および復旧技術指針」に反映され、文教施設をはじめとする建物の耐震性向上に貢献するとともに、研究業績部門：Biを含む新しい化合物の水熱合成と特性評価
山梨大学大学院総合研究部附属クリスタル科学研究センター 教授

被災し天井が落下した体育館

熊本地震で被災した建物の被災度区分判定に役立てられている。

熊田伸弘

Biは酸化物ではBi3+あるいはBi5+の原子価を取ることができるが、一部の系を除くとBi5+の状態は高温で不安定であり、通常の固相反応では合成が困難である。しかし、Bi5+を含むNaBiO3∙nH2Oを出発物質に用いた水熱反応によって+
2+= Li, Ag）
、A2+Bi2O（A= Mg, Zn, Sr, Ba, Cd, Pb）、（K1.00（Ba） 1.00（Bi）
Bi2O4、A+BiO（A3
6
3
0.89 Na 0.11）
4 O12およびLiCuBiO 4などのBi5+を含む酸化物を合成できることを見出した。これらの化合物の中でBi2O4（図1）はBi3+/Bi5+の電荷不均化を生じ（K1.00）ており、このような明確な電荷不均化は巨大な負の熱膨張を示すBiNiO3等に認められているだけである。また、（Bi（Ba1.00）
3
0.89Na0.11）
4 O12（図2）はAサ

イト秩序型ペロブスカイト構造を持
つ初めての超伝導体であり、同様の手法によって合成されるBi3Mn4O12（NO3 ）はS=3/2ハニカム格子反強磁性体の初めてのモデル物質である。
このように水熱反応によって「ありそうでなかった化合物」を合成でき、今後も「新奇化合物」の発見が期
待される。

4

図1

Bi2O4 の結晶構造

図 2 （K1.00（）Ba1.00）（Bi
30.89 Na 0.11）
4 O12 の結晶構造

2016年度フロンティア材料研究所学術賞授賞式にて5

研究の周辺

ひび割れを追いかけて30年

電子分布の研究と全国共同利用
教授

佐々木聡

篠原保二

准教授

振り返えってみると、全国共同利用という仕組みに随分助けられた。結晶中電子の挙動を調べるには、電子の約 9 年間、民間の企業でプラントの設計・建設業務に従事後、助手としてフロンティア材料研究所の前々身であ

空間情報のみならず、エネルギー情報をも同時に利用する必要がある。そのため、フォトン（X 線）のエネルギー

る工業材料研究所に戻ってから取り掛かった研究テーマは「コンクリートの破壊力学」である。大学院時代の鋼構研究施設は大変重宝した。実験装置もない大学の研究室で学生を抱えながら何とか研究を続けられたのも、このンクリートのひび割れという非常に脆性的な挙動に関する研究へと真逆の転換であった。しかしコンクリートで使を自由に選べる放射光光源が必須であり、まだ自前の装置を持てなかった助教授時代、大学共同利用機関の大型造の火災時を対象とした高温クリープという極めて延性的な挙動から、連続体としての変形をほとんど伴わないコ

共同利用研究システムに負うところが大きいと感謝している。

用される材料の種類によって、ひび割れ挙動が大きく異なることに興味を持ち、マイクロスコープや AE センサーにはフロンティア研のような全国共同利用型附置研（現、共同

生とゼミをご一緒させて頂き、鉄筋コンクリート（RC）構造のあったように、専門分野の学術研究を追及する場である。私自身、鉄筋が引張力を負担し、引張強度を期待しないコンクリートに定な単結晶を合成するとともに高圧科学の洗礼を受けた。現在生じる。これら多様なひび割れ性状に基づいて RC 部材の非線学などを研究している。その利用研究は、人材育成や解析法の

最近は鉄筋腐食による RC 建造物の経年劣化や繊維補強によるを使ってひび割れ挙動を追いかけ、7 年間で学位論文をまとめることができた。その後、前々所長である林静雄先大学単独で揃えるには難しい高額の大型施設以外にも、大学

利用・共同研究拠点）が存在する。最初の設立が京大基礎研で勉強と研究に取り掛かることになる。RC 部材の引張領域では大学院生のときに東大物性研の高圧発生装置を使い、高圧で安は容易にひび割れが発生するが、圧縮領域にも割裂ひび割れがの研究室では、全国の研究者と共同で精密構造解析や結晶物理

形挙動や破壊メカニズムを考察することが研究の柱となった。

レベルアップにつながり、共鳴磁気散乱など、分光と回折を融耐衝撃性の向上など、また材料分野に戻っているが、やはりひ合させた先端的解析技術の開発に寄与している、と思われる。

図1

実験の一コマ（@PF-BL6C）

び割れ性状に基づいて研究を構築している。

約 30 年間、ひび割れの研究を支えて頂いた研究所と研究室の皆様に心より感謝致します。

地震時における建物内の非構造物の揺れと被害
教授

笠井和彦

2011 年の東日本大震災以降、屋内被害が注目されるようになった。地震で建物が揺れると、建物内の吊られた天井や空調機などの揺れがもっと大きくなって落下したり、床上に完全には固定しないコピー機、機器、ピアノなどが右往左往してぶつかるなど、様々な被害が生じた。建物の骨組み、つまり構造が大丈夫でも、これら非構造物の被害により事業停止に追いやられたケースも多い。

図は、配線ケーブルを吊るラックが落ちた例を示す。ケーブルは軽そうに見えて結構重い。銅線であるからだ

受

横方向プレストレスによるせん断ひび割れの抑制効果

賞

受賞者

受賞名

受賞年日

認定団体

受賞内容

山田

哲

日本建築学会賞（論文）

平成28年5月30日

日本建築学会

鋼部材の終局挙動解明と鋼構造剛接骨組の終局
耐震性能評価

細野
神谷

秀雄
利夫

日本セラミックス大賞

平成28年6月3日（授賞式）

日本セラミックス協会

無機電子機能材料の創出と応用に関する研究

ワークショップ・研究会
開催日

開催名

開催場所

対応教員・主催等

平成28年6月29日「多元秩序制御による熱・体積機能の開拓」
第2回研究会 フォノンと熱・体積機能R3棟1階 会議室

東

平成28年7月8日

2016年 日中韓−高層建築フォーラム（共同利用研究）

大岡山キャンパス
西9号館・ディジタル
多目的ホール

山田

クにかかるということである。

平成28年8月2日〜4日

3rd Joint Workshop on Building/Civil Engineering between
Tongji & Tokyo Tech（共同利用研究）すずかけ台キャンパス
J2棟20階 中会議室

山田 哲

いロッドが左右に大きく曲げられ、ついに破断して、ラック全

平成28年8月31日「多元秩序制御による熱・体積機能の開拓」
第4回研究会 電荷・軌道と熱・体積機能R3棟1階 会議室

東

平成28年9月22日〜24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） かんぽの宿が、例えばラックの幅 1m に直径 2cm のケーブルが 60 本載った場合（それ以上もあり得る）、ラック長さ 10m

で約 1 トンの重さになる。前述したように、この揺れの加速度は、建物の揺れの数倍になり、2G くらいにはなる。
つまり水平力は 2 トンとなり、小型車の重量ほどの水平力がラッ

この結果、ラックの水平振動が顕著になり、ラックを吊る細体が落ちてしまう経過を、我々は実物の振動実験により確認した。このような事態を防ぐため、現在我々は、ラックシステムに小型のダンパーを取り付けて振動を減らす方法の検討を行っ異動日

上記の 2G を 0.5G くらいに落とすことを目標としており、それには至っていない。建物の振動を抑えることも、勿論効果があり、それも含めて今後研究を進めていく。

岐阜羽島

正樹

哲

正樹

若井

史博

人事異動（平成28年4月〜）ている。今のところ、ダンパーによる振動低減は確認できたが、

6

研究の周辺

2011年東北大震災における配線ケーブルラックシステムの落下事故

氏名

区分

新所属

旧所属

平成28年5月1日

奥部

真樹

退職

東北大学

准教授

材料機能設計部門

助教

平成28年10月1日

北條

元

退職

九州大学

准教授

未踏材料開発部門

助教

7

研究の周辺

ひび割れを追いかけて30年

電子分布の研究と全国共同利用
教授

佐々木聡

篠原保二

准教授

振り返えってみると、全国共同利用という仕組みに随分助けられた。結晶中電子の挙動を調べるには、電子の約 9 年間、民間の企業でプラントの設計・建設業務に従事後、助手としてフロンティア材料研究所の前々身であ

空間情報のみならず、エネルギー情報をも同時に利用する必要がある。そのため、フォトン（X 線）のエネルギー

る工業材料研究所に戻ってから取り掛かった研究テーマは「コンクリートの破壊力学」である。大学院時代の鋼構研究施設は大変重宝した。実験装置もない大学の研究室で学生を抱えながら何とか研究を続けられたのも、このンクリートのひび割れという非常に脆性的な挙動に関する研究へと真逆の転換であった。しかしコンクリートで使を自由に選べる放射光光源が必須であり、まだ自前の装置を持てなかった助教授時代、大学共同利用機関の大型造の火災時を対象とした高温クリープという極めて延性的な挙動から、連続体としての変形をほとんど伴わないコ

共同利用研究システムに負うところが大きいと感謝している。

用される材料の種類によって、ひび割れ挙動が大きく異なることに興味を持ち、マイクロスコープや AE センサーにはフロンティア研のような全国共同利用型附置研（現、共同

生とゼミをご一緒させて頂き、鉄筋コンクリート（RC）構造のあったように、専門分野の学術研究を追及する場である。私自身、鉄筋が引張力を負担し、引張強度を期待しないコンクリートに定な単結晶を合成するとともに高圧科学の洗礼を受けた。現在生じる。これら多様なひび割れ性状に基づいて RC 部材の非線学などを研究している。その利用研究は、人材育成や解析法の

最近は鉄筋腐食による RC 建造物の経年劣化や繊維補強によるを使ってひび割れ挙動を追いかけ、7 年間で学位論文をまとめることができた。その後、前々所長である林静雄先大学単独で揃えるには難しい高額の大型施設以外にも、大学

利用・共同研究拠点）が存在する。最初の設立が京大基礎研で勉強と研究に取り掛かることになる。RC 部材の引張領域では大学院生のときに東大物性研の高圧発生装置を使い、高圧で安は容易にひび割れが発生するが、圧縮領域にも割裂ひび割れがの研究室では、全国の研究者と共同で精密構造解析や結晶物理

形挙動や破壊メカニズムを考察することが研究の柱となった。

レベルアップにつながり、共鳴磁気散乱など、分光と回折を融耐衝撃性の向上など、また材料分野に戻っているが、やはりひ合させた先端的解析技術の開発に寄与している、と思われる。

図1

実験の一コマ（@PF-BL6C）

び割れ性状に基づいて研究を構築している。

約 30 年間、ひび割れの研究を支えて頂いた研究所と研究室の皆様に心より感謝致します。

地震時における建物内の非構造物の揺れと被害
教授

笠井和彦

2011 年の東日本大震災以降、屋内被害が注目されるようになった。地震で建物が揺れると、建物内の吊られた天井や空調機などの揺れがもっと大きくなって落下したり、床上に完全には固定しないコピー機、機器、ピアノなどが右往左往してぶつかるなど、様々な被害が生じた。建物の骨組み、つまり構造が大丈夫でも、これら非構造物の被害により事業停止に追いやられたケースも多い。

図は、配線ケーブルを吊るラックが落ちた例を示す。ケーブルは軽そうに見えて結構重い。銅線であるからだ

受

横方向プレストレスによるせん断ひび割れの抑制効果

賞

受賞者

受賞名

受賞年日

認定団体

受賞内容

山田

哲

日本建築学会賞（論文）

平成28年5月30日

日本建築学会

鋼部材の終局挙動解明と鋼構造剛接骨組の終局
耐震性能評価

細野
神谷

秀雄
利夫

日本セラミックス大賞

平成28年6月3日（授賞式）

日本セラミックス協会

無機電子機能材料の創出と応用に関する研究

ワークショップ・研究会
開催日

開催名

開催場所

対応教員・主催等

平成28年6月29日「多元秩序制御による熱・体積機能の開拓」
第2回研究会 フォノンと熱・体積機能R3棟1階 会議室

東

平成28年7月8日

2016年 日中韓−高層建築フォーラム（共同利用研究）

大岡山キャンパス
西9号館・ディジタル
多目的ホール

山田

クにかかるということである。

平成28年8月2日〜4日

3rd Joint Workshop on Building/Civil Engineering between
Tongji & Tokyo Tech（共同利用研究）すずかけ台キャンパス
J2棟20階 中会議室

山田 哲

いロッドが左右に大きく曲げられ、ついに破断して、ラック全

平成28年8月31日「多元秩序制御による熱・体積機能の開拓」
第4回研究会 電荷・軌道と熱・体積機能R3棟1階 会議室

東

平成28年9月22日〜24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） かんぽの宿が、例えばラックの幅 1m に直径 2cm のケーブルが 60 本載った場合（それ以上もあり得る）、ラック長さ 10m

で約 1 トンの重さになる。前述したように、この揺れの加速度は、建物の揺れの数倍になり、2G くらいにはなる。
つまり水平力は 2 トンとなり、小型車の重量ほどの水平力がラッ

この結果、ラックの水平振動が顕著になり、ラックを吊る細体が落ちてしまう経過を、我々は実物の振動実験により確認した。このような事態を防ぐため、現在我々は、ラックシステムに小型のダンパーを取り付けて振動を減らす方法の検討を行っ異動日

上記の 2G を 0.5G くらいに落とすことを目標としており、それには至っていない。建物の振動を抑えることも、勿論効果があり、それも含めて今後研究を進めていく。

岐阜羽島

正樹

哲

正樹

若井

史博

人事異動（平成28年4月〜）ている。今のところ、ダンパーによる振動低減は確認できたが、

6

研究の周辺

2011年東北大震災における配線ケーブルラックシステムの落下事故

氏名

区分

新所属

旧所属

平成28年5月1日

奥部

真樹

退職

東北大学

准教授

材料機能設計部門

助教

平成28年10月1日

北條

元

退職

九州大学

准教授

未踏材料開発部門

助教

7

Institute of Innovative Research,
Tokyo Institute of Technology

Laboratory for Materials & Structures

No.2 October 2016

CONTENTS
フロンティア研・ナウ：

2

日本国際賞を受賞して研究の展望：
マテリアルズ・インフォマティクスによる新しい窒化物半導体の効率的な探索

フロンティア材料研究所

3

学術賞：

研究奨励部門：光・電気・磁気特性を切替え可能な薄膜機能デバ
イスの開発

4

研究業績部門：Bi を含む新しい化合物の水熱合成と特性評価

4

社会貢献部門：東日本大震災における学校体育館の被害に関する体系的調査と被害要因分析結果の耐震化対策への反映

5

研究の周辺：
電子分布の研究と全国共同利用

フロンティア材料研究所 NEWS LETTER No.2

6

地震時における建物内の非構造物の揺れと被害

6発

ひび割れを追いかけて 30 年

7

行

日

平成28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

受賞、ワークショップ・研究会、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