デバイス応用をめざした新材料・新物性研究の取り組み方
浅.

は じ

めに2014年ノーベル物理学賞に輝いた，赤崎.
勇，天野井彰二郎

目 標 が 大 切浩，研究者，特にアカデミアに所属する方々には，それが美し中村修二の三氏による「青色発光ダイオード」は，科学技術いと考えるのか，まずは基礎科学の中で，知識体系への貢献的な意義ばかりか，社会的・経済的インパクトから見てももをめざしてあるテーマを掘り下げる，という考えが多いようっとも成功した，「デバイス応用をめざした新材料・新物性です．その場合，「研究の結果は学術論文に著わしたからその研究」の最好例です．日本の三研究者が基礎研究と製品事れでよい．私の論文に価値を見出す人がいたら，その人が応業化の両端を結ぶ偉大な業績を挙げ最高の栄誉に輝いたこと用してくれるだろう」という願望をもって研究を終えることをご同慶に思います．材料研究はまだまだ進歩するでしょうが多いのではないでしょうか．しかし，「こんなものが要る」

し，これに匹敵する成果を世に届けたいという志を抱く研究という社会と時代の要請を知って研究すれば，基礎知識に止者・技術者，指導者が，金属学会会報「まてりあ」の読者のまらず有用な研究成果に至る確度が確実に高まります．また中に大勢いらっしゃることでしょう．またそれは，実現可能そこまで成功すれば大きな達成感が得られます．

な夢である，と思います．

昔は新しいデバイスの実現までに基礎研究から長い時間が私は固体物性を専門とし，日立製作所，日立メディコ，リかかりました．だから研究の出発点は知識の確立，原理の発ガクと，企業の技術畑に 50 年近く勤務しました．今や昔，見にあり，それが発明，概念実証，コスト確認を含めた製品

1968 年に大学院を出て日立の中央研究所に入った頃は，身化の長い過程を経て，ようやく実用化に至る，という理解がの程も知らず「新しい物性を発見しそれを応用してデバイス一般的であったと思われます．ところが実際には半導体デバ開発新事業を拓く」と志していました． GaAs 高周波 FET,イス，例えばトランジスタや半導体レーザなどの発明は，電Si LSI 用 MOSFET の微細化，ツールとしてのデバイス動

気通信技術の進歩への強い要請があって，欧米の研究機関や作シミュレーションや電子線描画技術の開発などに取り組み大学が人材を集め，組織的に研究を推進したからこそ結果がました．ノーベル賞にはとても及びませんが，多くの先輩や出たのだと思います．冒頭に触れた青色発光ダイオードの研同僚のおかげで，いくらか社会の役に立つ仕事をすることが究も時代の要請に応えた基礎研究であった事は明白です．本

できたのを幸運と思っています．
そこへ思いがけず，本誌への執筆の機会をいただきました．浅慮を顧みず本題について述べ，読者，特に若手の研究者のお考えに供したいと思います．

題からちょっと外れますが，iPS 細胞の山中伸弥教授の研究目標は当初から「安全に使える幹細胞」であったと知り，すばらしい目標設定だと感銘を受けました．
注意すべきことは，社会的要請が出てから答えが出されるまでの時間がどんどん短くなっていることです．現在は，一方でありとあらゆる発見や発明が，一方で社会，産業，経済，人々のニーズとその充足に向けた提案や試みに関する情株式会社リガク顧問(〒1968666 昭島市松原町 3912)
Research in New Materials and Material Properties―to Materialize in Innovative Electron Devices; Shojiro Asai(Rigaku Corporation,Akishima)
Keywords: electron devices, materials, material properties, research goals, societal needs
2015年 8 月31日受理[doi:10.2320/materia.55.3]

ま て り あ 第55巻 第 1 号(2016)
Materia Japan報が，紙媒体よりはむしろインターネットで即時に報じらのような場合，または研究資金に応募する場合，研究者は考れ，駆け巡っていますから，シーズがニーズに，ニーズがシえを売り込んで理解を求めねばなりません．その時キーとなーズに出会う可能性は格段に高まり，その所要時間も短くなるのは，たとえ小さな一歩でも，大きな方向に向けた進歩のっています．材料研究者といえども，その応用先としてどん証左を持っていることです．たゆまぬ努力で証左が積み上げなデバイスが求められているか，さらにその外側にはどんなられてくると，達成目標や競争相手との間合いも見えてきシステムが作られようとしているのか，システム→デバイスて，研究と目標(目標も多くの場合時間と共に少しずつずれ→物性への外側からの要請を，感度を高めて知覚することがて行く)の整合性が密になっていることが感じとられます．

大切と思われます．つまり，「いつか役立つ物性の研究をす

そうなると達成目標がさらに具体化し，目前にクローズアッる」ではなく，「必要とされているものに物性から答えを出プされます．そして，いわばよい香りがしてくるようになす」態度が効果的なのです．

り，周囲の理解も得られやすくなるものです．

.

.

目標に向けて突き進む．時折立ち止まって確かめる

これからのニーズは何か，そのために必要な物性，材料は何かだからと言って，研究をそっちのけにして，どこにどんなニーズがあるのかを嗅ぎまわってばかりいたら，それだけでそれでは，これからの社会や産業，生活で，いったいどん時間がどんどん経って行きます．賢明な研究者は，自らのアなデバイスが必要とされるのか，それらを実現するのにどんイデアに集中没頭しつつも，時折立ち止まって，社会ニーズな物性，材料が必要かについて少し考えてみましょう．の発展方向と技術の発展方向が整合しているかどうか，またこれから伸びる産業は，情報通信，自動車，ロボット，エ

既存技術や競争技術に対する独自性，優位性はどうかを点検

ネルギー，医療，農業，インフラストラクチャーとその保し確認しているようです．そうやって自分のアイデアを研ぎ全，宇宙，そしてこれらに必要な新デバイス産業，新材料産

澄まし，実データで実証することにより，研究の価値を高め業でしょう．ていきます．そうした時期の研究者は，外から見ると頑固者

情報通信は，ネットワーク技術の適用先が，通信そのものに見えます．しかし結局は信念，むしろ執念が，研究を成功を目的としていた旧来の範疇を越えて広がる IoT ( Internetさせるのだと思います．執念は成功の十分条件ではないが，of Things)の時代を迎え，様々な機器のスマート化・ネット必要条件であると言えるようです．

ワーク化とそれに伴うバンド幅要求を受けて，今までの目覚では，よい目標はどのようにすれば設定できるのでしょう

ましい発展をさらに越える大きな発展を遂げるでしょう．こか．「科学や社会の進歩はまっすぐではなく折れ曲がるようこでは，機器のスマート化を実現するためのセンサやアクチに起こる」と言います．人間の努力は，単一の進路をとると必ュエータ，電気的エネルギーを機械的，熱(温度)的，化学ず行き詰まるようです．そこに屈折点が生じます．その屈折的，光(電磁)エネルギーなどに変換する，またはその逆変換点で，過去に一度考えられたが何かの理由で不可能と断念さをするデバイスが重要になりそうです．電磁波と光の間にあれた応用目標，逆に挫折していた材料や方法，別の世界のブるテラヘルツ波の利用も視野に入ります．コンピュータも，レークスルーなどが適用されたりすると，それまでの常識を今のスーパーコンピュータ並みの計算力が掌にのる時代がや覆す大変革が起きて新たな進歩が始まるものです．そういうってきます．量子コンピューティングや量子暗号通信が不連きっかけが自分や周辺に起こったら，それは大きなヒントや続な進歩をもたらすと思われます． Si LSI は微細化の限界チャンスになります．屈折点を知る，予測することが，優れを迎えるので，原子的，分子的な新デバイス，新材料の研究た目標設定，独創的な手段を特定するよい方法と思われます．に期待がかかります． LSI の実装技術にも 3 次元化，無線しかし当初考えたアイデアやアプローチに狭くこだわるの化，光接続などの技術革新が起きそうで楽しみです．

が必ずしも賢明とは言えません．ニーズに起こるわずかな方自動車でもスマート化・ネットワーク化が進み，自動運転向変化や，縦横の他分野に起きた顕著な進歩，他人がやってが徐々に普及すると考えられます．こうなると自動車もロボいること，などを見聞きして，自分の創造性，優位性，目的ットの一種ですが，家庭電器や工場や農場の生産力，医療・合一性を確かめながら進むのだと思います．「信念のある研

介護用機器，陸海空の輸送手段などがロボット化し，今世紀究者は，自分の研究に没頭するから結果を出す．だから人のの最大の技術革新をもたらすでしょう．情報検索や情報分やっていることをあまり知らない方がよい」という見解もよ析，証券取引などももはやロボットと言ってよい仕組みで実く聞きます．しかし，良くできる人は，他人の研究もよく調行されているようです．

べています．いろんなアプローチを比較検討しつつ，日々のエネルギーについては，化石燃料の枯渇と地球温暖化に直努力の積み重ねから自分のアプローチの優位性に確信を深め

面し，省エネルギー・高効率化技術，再生可能エネルギー技て行くのです．

術が進みますが，加えて核融合の実用化が今世紀の最大の課

組織的研究の場合は，目標に向けて異なる複数のアプロー題になるでしょう．こうしたエネルギー分野の展開のためにチを比較検討し失敗のリスクを低くします．管理者は成功，新しいデバイス，材料が求められます．複合構造を持ち今ま不成功に責任を取るため何を選び何を捨てるか決めます．そでの単純な金属，非金属無機，有機材料では実現できない電

プロムナード気的/電磁的/磁気的/機械的/熱的/化学的性質を示す新材

.

料，各種センサや小さなエネルギー回生デバイスを内蔵しス研究の手段についてマート化・ネットワーク化された部品などの開発が進むと思われます．省エネルギーのために金属よりも軽量で機械的強

前節では今後の社会，市場ニーズから求められるデバイ度の高い構造材料カーボンファイバーで強化したプラスチッ

ス，そしてそのために必要となる材料について展望を述べまク材料( CFRP )は航空機の主翼などに実用化されています

した．続いて，その展望に向かうデバイス応用を目指した物

が，こうした材料にもさらに改良，進歩が起きます．水素吸性，材料の研究のために，どんな方法をとったらよいかにつ蔵材料，燃料電池や 2 次電池の電極材料，化学反応の効率いて考えてみましょう．

を高める新触媒が求められています．今まで用いられてきたまずは目標となるデバイスに求められる機能，性能から，遷移金属や希土類金属に代わりうる新材料が出てきそうでどのような材料特性，どのような物性上の特徴が有用である

す．注目すべき金属酸化物の最近の研究例として，東工大細かを推測し，有望な材料，有用な物性の候補について目星を野秀雄教授の鉄系高温超電導材料の研究があります(1)．液体つけることになります．青色の波長における発光デバイスが窒素温度よりも高い転移温度を持つ高温超電導材料は，磁気求められて，バンドギャップから， GaN が候補になったこ

浮上輸送，核融合プラズマ閉じ込め，低損失直流送電などのとが一例です．しかしうまく行くと実証されるまでは候補材応用を見ていますが，銅酸化物系とは異なるアプローチであ料と望まれる物性との関係は仮説です．前節で述べた複合材

り，今後さらなる発展が期待されます．金属を含む有機錯体

料やバイオ関係のマテリアルとなると，構造も機能もより複化合物(2)(4) も自然に存在しない新しい材料で，触媒などの雑となるので，乗り越える障壁はより大きくなります．

新機能を提供しようと，国内外で研究されています．

そこで，研究上の手段を整えて仮説の実証に挑むことにな

医療ではこれからも新しい医薬品や治療法が生み出され，ります．まず，材料の作成と評価が決め手になります．材料

激烈な伝染病や難病，生活習慣病などへの対抗手段が増えるの特性は純度や構造に敏感なことも多いので，材料の作成にでしょう．その過程で，新しい材料・デバイスを用いた生体は古今東西の知識を用いて方法を選択し，なおかつ一工夫す

反応の観察・可視化の方法が新たに開発され，遺伝子とそのることが必要です．さらに，材料を作成したら，それがどん変異の病気との関係，それに人間の脳や神経の働きがさらにな構造(元素構成を含み原子/分子/マクロレベルの構造)を取解明されるでしょう．東京大学の染谷隆夫教授の研究室で研っているのか調べておくことは，物性・材料研究の鉄則で究されている有機薄膜エレクトロニクスデバイスは，生体親す．そこで，電子線， X 線，トンネル電流などを用いた構和性や柔軟性が高く，生体装着による計測，検査，治療など造同定により，客観的な物証の第一要件を確立します．次に活用が期待されています(5)．農業でも医療と同様，バイオに，客観証拠の第二要件として，必要とされ着目する有用物

サイエンス，バイオテクノロジーの成果としてデバイス，材性を求めて測定を行います．この時，直接的で有効な方法料，物性が生かされ，質と生産性の向上に貢献するに違いあは，求められる機能をとにかく発揮するデバイスを試作してりません．

その特性(入力刺激と出力応答との関係)を測定することで安全・環境モニターや通信高度化のための宇宙開発，土木す．その外，第三証拠を提供するため，いくつかの関連する建築，水道，交通などのインフラストラクチャーのスマート物性を測定すれば，目標地点への指針，距離感を与えてくれ

化，ネットワーク化，保全のためにも新しいデバイスや材料ます．いずれの測定も，影響しうる因子(温度，電磁場，そが開発されることでしょう．の他環境)をパラメタとして変化させつつ行う，たとえば電また，適用対象が十分に特定されたか不明ですが，生体構圧と電流などの物理量間の関係の測定です．

造に学んだ， bio mimicking materials という材料群があり実測と合わせて有効なのが計算機シミュレーションです．

ますし，関連して自己組織化による材料合成法はバイオ・エ

原子や分子の既知の力学的原理またはモデルに基づいて，原ンジニアリングやナノエレクトロニクス加工法として既に広子や分子の配置，巨視的な組織構造までを予測するシミュレ

く適用されています．

ーションが，コンピュータ技術の著しい進歩に助けられて，以上述べてきたことは，新しい材料，物性由来の大きなイいまや「材料特性の設計ツール」の域に達しようとしていまノベーションの可能性を示すいくつかの例に過ぎません．こす．また，デバイスの構造，材料情報，動作条件を与えて，のような，新材料によるイノベーションを幅広く狙った研究特性を予測するデバイス・シミュレーションも目覚ましい発が，世界中で開始されています．アメリカでは，オバマ政権達を遂げています．こうした手段を駆使して，困難な要求にが始めた，「材料ゲノム計画(MGI)｣(6)，「フレキシブル・ハ応えるデバイスを実現し，世の中に提供できたら，物性・材

イブリッド材料生産技術計画( FHMI)｣(7) が走っており，日料研究者として冥利に尽きると言ってよいでしょう．

本でも内閣府 SIP (戦略的イノベーション創造プログラム)「革新的構造材料｣(8)，新構造材料技術研究組合(ISMA ―In-.

特許は論文とならぶ，またはそれ以上の業績

novative Structure Materials Association)(9)による研究開発が進行中です．いずれも巨大なプロジェクト研究であり，動向が注視されます．

ま て り あ 第55巻 第 1 号(2016)
Materia Japan

新しい材料，物性を，新しいデバイスとして実現できたら，あるいはその見通しを立てられるエビデンスが得られた

ら，そこには発明として取り出せる概念が含まれているので向性や目標を点検することの重要性は，既に述べたところであり，特許の種となります．研究者にとって，査読を受けたす．さらに，最近は横の分野の融合(たとえば有機と無機)も学術論文発表が，科学上の知識に貢献するオリジナルな研究進歩の源となっていますから，学会は分野間の縦横の情報交成果として認められるものであり，最重要視される業績であ流をもっと盛んにするのがよいと思われます．

ることは言うまでもありません．しかし，発明を特許出願し私はこれまで 4 つの学会に所属してきましたが，ここでて受理されれば得られる知的財産権は，実用的，経済的な価米国に本拠のある IEEE (Institute of Electrical and Electron-値を持ち，学術論文とは異なる視点から，場合によっては論

ics Engineers)(10)の活動に触れたいと思います．この学会は，文にも劣らない業績，技術的貢献とみなされるものです．冒

40 万人を超える大所帯で，電気，電子技術を中心に関連す頭に触れた青色発光ダイオードにおいても，ノーベル賞受賞る広い分野をほぼ網羅していることが特徴です．核・プラズ

者による発明は大変重要なものがあり，高く評価されていま

マ，電力・エネルギー，ロボティックス，宇宙航空，通信，す．

コンピュータ，回路システム，車両，実装・製造，磁性，人以下，特許についてのヒントを少し記します．研究者は，工知能，コンピュータ，電子デバイス，フォトニクス，リモ原理的な事項を特許の請求項に記しておけば，強力な特許にートセンシング，信頼性など， 39 分科会， 6 協議会をかかなると考えがちです．実は必ずしもそうではありません．発

え，電気電子分野をそっくりカバーしています．アメリカで明は，オリジナルでなければ特許として認められないので，会員数の増加が頭打ちになった 1970 年代から，国際的な会その点では論文と同じようなところがあります．しかし，原員確保にも力を入れています．

理発明が既に特許として権利化されていても，それを実現す

IEEE は，ここに至る過程で，1963年には IRE (Instituteる上で避けて通れない構造，製法，用途などにつきオリジナof Radio Engineers)と，AIEE (American Institute of Elec-

ルな考案があれば特許として認められることが多く，そちらtrical Engineers)を合併させ今の名称に統一し，その後も，の方が原理特許よりも権利としては長生きし，ゆえに効果が新しく発展する分野に分科会活動を拡張してきたなど，一貫大きい場合が少なくありません．原理の用途が具体的に特定して特異性と総合性の両方を求めて組織の価値づくりをしてされて特許出願があり，新規な考案であると認められると，います．また，規模の停滞や衰退は活動にも停滞衰退を招く排他性の高い特許となります．ここが学術論文とは価値観のと見なす考えがあり，会員数の成長も追及してきました．そ異なるところです．の結果，この大組織の活動を注視していれば，電気・電子シ

ところが，折角よい発明をしても，競争相手に権利化で後ステムの社会との関わり，市場と技術の新しい動向，技術階れてしまうことは珍しくありません．同じことを考えている層間や異種技術間の縦横のインパクトなど，広範な情報が入人が必ず世界のどこかにいるものです．したがって，良い評

っ て き ま す ． ま た IEEE は STEM ( Science,価を与えられた発明の権利化は急ぐのが得策です．特許は原Engineering, Mathematics)など，若者の教育，すなわち自理と応用を結ぶ通過地点につくる関所です．抜け道を許さならの再生産にもたいへん熱心で，こんなに面白いテーマが世い要所を抑える工夫が大切です．こうした工夫は，実際の課の中にはあるよ，といろんなメディアを通じて発信していま題，つまり応用をよく知ってこそ可能なもので，研究者は必す．IEEE は例外的に大きな学会ですが，日本の諸学会は分ずしも自分で出願申請書の明細を書くことは得意でありませ化し過ぎていると感じています．したがって研究者の立場でん．しかし，考案を得た場合には，所属組織の知財部門に連は，いくつかの学会にまたがって活動することをお勧めしま

絡し，特許としての権利化につき相談してみることをおすすす．学会としてもより包括的な課題を取り上げ対応できるよめします．最近は研究機関の知財部門が内外弁理士の助けをう，複数の学会が連携して活動する，場合によっては合併も仲介，提供することも多くなっています．

検討するのがよいのではないかとすら考えています．

.

学会について.

最後Technology,に最後に，学会活動について記します．学会での発表は，他本誌(まてりあ)に執筆の機会をいただき，たいへん光栄にの研究者に自分の研究について伝える行為ですが，それは他思います．乏しい経験，見識を顧みず書き連ねた文を最後まの講演の聴講や質疑応答を通じ発表者にも跳ね返ります．自でお読み下さりありがとうございました．

分が発表するからこそ得られるものも大きくなります．その本稿は，筆者が 2014 年 10 月に公益財団法人電磁材料研究

ポジティブなフィードバックは，科学と技術の進歩にとって所で行った講演をもとにしています．講演の機会を与えてくも，個々の研究者の成長にとっても必要不可欠なものです．

ださった同研究所増本健理事長(当時)に感謝申し上げます．

材料・物性の研究は，その上に属するデバイス・装置の階層を経由してシステム・アプリケーションに至るまで縦に並参考 URL

ぶ階層の構造(特に，上位階層ほど，ソフトウェアの重要性が増します)を全部通して始めて社会，経済に大きなインパクトを与えるため，その階層を通した情報に接して研究の方( 1 ) 東京工業大学ホームページ
http: // www.titech.ac.jp / research / stories / hideo _ hosono _ 1.

プロムナードhtml( 2 ) Wikipedia, ``Metalorganic framework''
https: // en.wikipedia.org / wiki / Metal organic _ framework #References( 3 ) 京都大学ホームページ
http://www.sbchem.kyotou.ac.jp/kitagawalab/index.html( 4 ) 京都大学ホームページ
http: // www.kuchem.kyoto u.ac.jp / organization / member /kitagawa.html( 5 ) 東京大学大学院染谷研究室ホームページ
http://www.ntech.t.utokyo.ac.jp/( 6 ) 材料ゲノムイニシアティブ(MGI, Materials Genome Initiative)ホームページ
https://mgi.nist.gov/( 7 ) フレキシブルハイブリッド生産イニシアティブ( FHMI )ホームページ
http: / / www.manufacturing.gov / docs / FHE _ Institute _Proposers_Day.pdf( 8 ) 革新的構造材料研究プログラムホームページ http: // www.
jst.go.jp/sip/k03.html( 9 ) 新構造材料技術研究組合ホームページ
http://isma.jp/index.html(10) IEEE ホームページ
http://www.ieee.org/societies_communities/index.html

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Materia Japan★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
1968 年

浅井彰二郎

東京大学大学院工学研究科博士課程満期退学(1969年工学博士)
1999年 株式会社日立製作所 常務，研究開発本部長
2003年 株式会社日立メディコ 専務
2006年 株式会社リガク 取締役副社長，X 線研究所長
2014年 7 月以降現職
2007 年2015 年 JST (科学技術振興機構) CREST プ
ログラム「ディペンダブル LSI システム基盤技術の研究」研究総括
1997年
2004年 Stanford 大学 School of Engineering
Advisory Council メンバー
専門分野半導体物性◎半導体デバイス，LSI などの研究開発全般に従事．
応用物理学会，IEEE を中心に学会活動．文科省，JST ，大学の政策・運営評価，プロジェクトの採択，評価などに参画．

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