文部科学省
元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞
第5回 シンポジウム

革新的マテリアルで
カーボンニュートラルな社会を構築
木 ・4日○
金
2022年2月3日○東京大学 伊藤学術研究センター 謝恩ホール／

オンライン ハイブリッド開催

文部科学省元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞
第5回シンポジウム開催にあたって

元素戦略プロジェクト ＜研究拠点形成型＞の運営関係者
本プロジェクトは下記のメンバーを中心に運営されてきたものです（敬称略、
所属は就任当時のもの）。
ここに記して謝意を表します。

１）歴代 PD
村井眞二 （2012 〜 2015年度）
澤岡 昭 （2012 〜 2017年度）
玉尾皓平 （2018 〜 2021年度）

る「磁性材料」「触媒・電池材料」「電子材料」「構造材料」
4拠点体制の元素戦略＜研究拠点形成型＞10年プ
ロジェクトを開始、
産業競争力の強化と共に安心・安全
な持続社会の構築を目指して取り組んできました。
科学技術の進歩は日進月歩、それにも増して、この10年間で「元素戦略」に関わる世界情勢は大きく変
わってきました。
「2015年 パリ協 定」「国 連 のSDGs」「世界各国による2050年までのEV化」「COP26宣言：、
石炭火力発電の段階的削減、再生エネルギーへの転換」、「日本国政府Society 5.0および2050年カーボンニュートラル社会（脱化石燃料社会）」、「リチウムの供玉尾 皓平 Kohei Tamao
文部科学省 元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞
プログラム･ディレクター

給リスク、
レアアースや貴金属の偏在・米中の保護貿易」、などなど枚挙にいとまがありません。
本プロジェクトはこれらの状況変化にもしっかりと対応しつつ進めてきました。地道な研究による独自の基礎学理の創出による世界に冠たるCOE（Center of
Excellence）の構築とともに、イノベーション創出につ資源の乏しいわが国発のオリジナル戦略「元素戦
略」は、元素資源リスクをサイエンスで克服し、安心・安全な持続社会を目指すイノベーション創出国家戦

01

ながる成果を多数挙げております。すでに社会実装に繋がっているものも少なくありません。
この10年プロジェクトは本年度をもって締めくくり

略です。

ますが、
これまでに培った科学的知見・ノウハウ、膨「元素戦略」
は2004年のJSTの研究集会で提唱される大な情報、4拠点をコアとする全国規模の研究体制、や否や、
文科省では、
ナノテクノロジーに次ぐ戦略目標

研究人材という貴重な財産を活かし、DX化推進によに位置づけられ、2007年には経産省との戦略的府省連るマテリアル革新力強化という国の新たな方針とも携の下で研究プロジェクト＜産官学連携型＞を開始、呼応しつつ、「元素戦略」
を基幹概念とする多様な戦

2010年にはJSTのCRESTとさきがけ研究が展開されま略研究を産学官一体となって強化・発展的に推進すした。これらの取り組みは、
新しい「元素戦略」
コンセべきものと考えます。

プトの周知と共に、研究者および研究シーズ/ニーズのこれらのことを内外にアピールすべく「第5回シン

発掘、人材育成といった、
いわば「元素戦略」の育成期

ポジウム」を開催することとした次第です。忌憚のな

間の取り組みと位置付けられるものです。これらの経

いご意見、ご支援・ご佃撻のほどを、よろしくお願い

験を踏まえ、2012年にわが国の5大基幹産業に直結す

申し上げます。

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers２）2012 〜 2015年度「運営統括会議」【構成員】
主査：村井眞二 （奈良先端科学技術大学院大学）
副査：澤岡 昭 （大同大学）
射場英紀 （トヨタ自動車株式会社）長我部信行 （株式会社日立製作所）
鈴木茂樹 （トヨタ自動車株式会社）＊
高尾正敏 （大阪大学）＊＊
田中一宜 （科学技術振興機構）＊
玉尾皓平 （理化学研究所）
福山秀敏 （東京理科大学）
村上正紀 （立命館大学）
前田正史 （東京大学）
三島良直 （東京工業大学）【専門委員】
魚崎浩平 （物質･材料研究機構）
加藤雅治 （東京工業大学）
北岡康夫 （大阪大学）
新庄博文 （株式会社豊田中央研究所）
瀬戸山 亨 （三菱化学株式会社）寺倉清之 （産業技術総合研究所）
友田 陽 （茨城大学）
宮内昭浩 （株式会社日立製作所）
３）2016年度以降「プログラム運営委員会」
PD 澤岡 昭 （2012 〜 2017年度）
PD 玉尾皓平 （2018 〜 2021年度）
PO 中山智弘 （科学技術振興機構）
PO 林 善夫 （科学技術振興機構）＊
PO 村上正紀 （立命館大学）
射場英紀 （トヨタ自動車株式会社）
魚崎浩平 （物質･材料研究機構）
潮田浩作 （日鉄住金総研株式会社）
梅村 晋 （トヨタ自動車株式会社）＊
瀬戸山亨 （三菱ケミカル株式会社）
高尾正敏 （大阪大学）＊＊
田中裕久 （関西学院大学）
堂坂健児 （本田技研工業株式会社）＊
徳永雅亮 （元日立金属株式会社）
福山秀敏 （東京理科大学）
宮内昭浩 （東京医科歯科大学）
結城正記 （旭硝子株式会社）４）
プロジェクト所管「文部科学省研究振興局」
研究振興局長（2012年度以降のリスト）
吉田大輔 2012年 1月 6日 ‒ 2014年 1月17日
小松親次郎 2014年 1月17日 ‒ 2014年 7月25日
常盤 豊 2014年 7月25日 ‒ 2015年 8月 4日
小松弥生 2015年 8月 4日 ‒ 2016年12月 6日
関 靖直 2016年12月 6日 ‒ 2018年 1月16日
礒谷桂介 2018年 1月16日 ‒ 2019年 7月 9日
村田善則 2019年 7月 9日 ‒ 2020年 7月28日
杉野 剛 2020年 7月28日 ‒ 2021年 9月21日
池田貴城 2021年 9月21日 ‒●ナノテクノロジー･材料開発推進室長
坂本修一 2010年7月30日 ‒ 2012年3月31日
永井雅規 2012年4月 1日 ‒ 2013年3月31日
前田 豊 2013年4月 1日 ‒ 2014年7月24日●●
参事官（ナノテクノロジー･物質･材料担当）
長野裕子 2014年7月25日 ‒ 2015年8月 3日
西條正明 2015年8月 4日 ‒ 2017年1月12日
岡村直子 2017年1月13日 ‒ 2017年7月10日
渡辺正実 2017年7月11日 ‒ 2017年7月17日
齊藤康志 2017年7月18日 ‒ 2019年3月31日
黒澤弘義 2019年4月 1日 ‒ 2021年3月31日
江頭 基 2021年4月 1日 ‒●参事官（ナノテクノロジー･物質･材料担当）付
文部科学省調査員
初 代 本間穂高 （新日鉄株式会社）
２代目 庄司哲也 （トヨタ自動車株式会社）
３代目 西村慎也 （三菱電機株式会社）
４代目 佐伯友之 （旭化成株式会社）
５代目 野瀬雅文 （トヨタ自動車株式会社）＊途中ご退任＊＊2021年9月21日ご逝去：多大なるご貢献への謝意と共に謹んで哀悼の意を表します。

02

■ プログラム･目次

プロジェクト拠点のおおいなる成果
13:30

磁性材料研究拠点
広沢

14:15

哲

15:00

1

16:00

構造材料研究拠点

10:00

文部科学大臣大型研究施設を利用した元素戦略プロジェクトの顕著な成果

松尾泰樹

内閣府科学技術・イノベーション推進事務局長

16:45

大竹真貴

経済産業省 製造産業局金属課 金属技術室長
座長 射場英紀（トヨタ自動車）

元素資源問題：金属資源の世界動向から見る元素戦略の将来展望
加留部 淳 豊田通商
自分の力で世界を変える：世界最強ネオジム磁石の開発
佐川 眞人 大同特殊鋼（(元)住友特殊金属）

̶̶̶̶̶ 07̶̶̶̶̶̶̶̶ 08

17:15

17:45

戦略的取組みによる自動車モーター用重希土類元素フリー磁石開発
尾崎 公洋 産業技術総合研究所

11:25

元素戦略から生まれたユニークな物性をもつ透明酸化物半導体ZSO
中村 伸宏 ＡＧＣ

11:40

自動車排ガス触媒の低貴金属化は不要か？
堂坂 健児 本田技研工業

12:10

̶
̶
̶
̶̶̶̶ 14̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 15

金属の強さとねばさを高度に両立させる新原理 ─プラストン ─
潮田 浩作 日鉄総研
展示･昼食休憩̶̶̶̶̶̶ 13̶̶̶̶̶̶̶ 16

SPring-8／SACLAから見た元素戦略のインパクト
雨宮 慶幸

18:15

座長 魚崎 浩平（NIMS）

̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 41

高輝度光科学研究センター

J-PARC物質･生命科学実験施設における中性子およびミュオン利用
大友 季哉

̶̶̶̶̶̶ 42

高エネルギー加速器研究機構／J-PARCセンター

̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 43

「京」
･「富岳」

常行 真司

東京大学／HPCIコンソーシアム

歴代プログラム･ディレクターからのメッセージ
18:30

進行 野瀬 雅文 (文部科学省）

̶̶̶̶̶̶̶ 44

元素戦略プロジェクト<研究拠点形成型>初代PD（2012-2015）
村井 眞二

18:35

̶̶̶̶̶ 39

物質･材料研究機構

̶̶̶̶̶̶ 09

18:00

11:55

J-PARCでの高温加工熱処理シミュレータを用いた動的相変態に関する研究柴田 曉伸

座長 射場英紀 (トヨタ自動車）

̶̶̶̶̶̶ 37

高エネルギー加速器研究機構

元素戦略プロジェクトの大型研究施設へのインパクト

わが国発の新材料が世界を変える：「元素戦略プロジェクト」の推進
玉尾 皓平 元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞プログラム･ディレクター

̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 35

物質･材料研究機構

量子ビームの協奏と先端利用で電子材料の機能の本質に迫る
門野 良典

17:30

東北大学

「京」
･「富岳」
を用いた蓄電池内現象の見える化
館山 佳尚

座長 魚崎 浩平（物質･材料研究機構）

̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 33

座長 射場英紀（トヨタ自動車）

元素戦略プロジェクトの社会インパクト
11:10

高性能永久磁石の放射光解析
中村 哲也

国家基盤
「元素戦略」の創出と推進
10:50

京都大学

末松 信介

17:00

10:30

̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 29

本誌掲載
ページ

基調講演
10:10

功

̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 25

東京工業大学休憩/展示田中̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 21

京都大学

15:45

＜挨拶＞
講演開始
時間

物質･材料研究機構

電子材料研究拠点
細野 秀雄

日目 2022月年2月3日（木） 司会 野瀬 雅文 文部科学省

̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 17

触媒･電池材料研究拠点
田中 庸裕

座長 村上 正紀 (立命館大学）

奈良先端科学技術大学院大学

̶̶̶̶̶̶ 44

元素戦略プロジェクト<研究拠点形成型>初代PD（2012-2017）
澤岡

昭

大同大学

＜意見交換会＞

進行 古宇田 光 (東京大学）

18:40-19:30 多目的ホールで実施（伊藤謝恩ホール横）

03

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers04

2■ 活動報告の変遷
日目 2022月年2月4日（金） 司会 野瀬 雅文 文部科学省

新たな元素戦略の取り組みと、情報科学を活用した物質･材料研究の展開 座長 中山 智弘（科学技術振興機構）
10:00
10:20
10:40
11:00
11:20
11:40
12:00

̶̶̶̶̶̶̶̶ 45

CREST「未踏探索空間における革新的物質の開発」
北川 宏 京都大学
さきがけ「物質探索空間の拡大による未来材料の創製」
陰山 洋 京都大学
CREST「情報計測」（１）「ベイズ統計スペクトル分解」
赤井 一郎 熊本大学
CREST「情報計測」（２）「機械学習アプローチによる量子多体状態探求」
遠山 貴巳 東京理科大学
元素戦略Pj（1）「計算科学･マテリアルズインフォマティクスが開拓した材料と材料科学」
神谷 利夫 東京工業大学
元素戦略Pj（2）「スパコン「京」･「富岳」を用いた磁性材料研究」
三宅 隆 産業技術総合研究所
昼食休憩̶̶̶̶̶̶̶̶ 46̶̶̶̶̶̶̶̶ 47
̶̶̶̶ 48
̶ 49

̶̶̶̶̶̶ 50

総合討論「マテリアル研究のこれから」：デジタルトランスフォーメーション（DX）を利用した材料開発
座長 福山 秀敏（東京理科大学）
13:30
14:00
14:30
15:00
15:10
15:20
15:30

15:40

（基調講演）
日本発、材料科学の国際会議
細野 秀雄 東京工業大学
材料データプラットフォーム計画
橋本 和仁 物質･材料研究機構
元素戦略からマテリアルDX、そして研究DXへの進化に向けて
坂本 修一 文部科学省 大臣官房審議官
休憩̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 52̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 52（ポジショントーク）
SPring-8/SACLA：データ創出･活用戦略
石川 哲也 理化学研究所
次世代放射光施設：新たなデータ創出拠点としての展望
高田 昌樹 東北大学
サステナブルモビリティ実現のためのMDXの活用
射場 英紀 トヨタ自動車

第1回シンポジウム

第2回シンポジウム

第3回シンポジウム

CMSI(「京」･HPCI）、SPring-8、J-PARC、KEK-PFを利用した物質･材料研究の課題共有と共創

局所構造制御で物質から材料へ新学理が牽引する物質･材料機能発現メカニズムの理解と産業応用

第4回シンポジウム

研究ダイジェスト2012-2015

研究ダイジェスト2016-2017

産学連携研究新展開

物質から材料へ

物質から材料へ

̶̶̶̶̶̶ 53̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 53̶̶̶̶̶̶̶̶ 54̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 54（パネルディスカッション）
パネリスト 細野 秀雄・橋本 和仁・坂本 修一・石川 哲也・高田 昌樹・射場 英紀・常行 真司
モデレータ 福山 秀敏 東京理科大学

総括
17:10

玉尾 皓平

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞プログラム･ディレクター

終了
17:20
付録 データで見る元素戦略プロジェクトの10年55
数字で見る研究成果 ̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 56
連携の力 ̶̶̶
̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 57
大型研究施設群のフル活用 ̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 58
人を育てる ̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 59
社会実装による経済効果予想 ̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶ 61

05

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers06

■ 基調講演

元素資源問題：
金属資源の世界動向から見る
元素戦略の将来展望

自分の力で世界を変える：
世界最強ネオジム磁石の開発

加留部 淳 Jun Karube

佐川 眞人 Masato Sagawa

豊田通商株式会社 取締役会長

大同特殊鋼株式会社（（元）住友特殊金属株式会社）顧問

昨今の世界的なカーボン

本講演では、
トヨタグループの源循環分野の事業の現状についニュートラル実現に向けた取り組

商社として市場草創期から電池・て説明するとともに、資源開発や私は、会社の研究者として、
サマ

講演題目の「自分の力で世界を構造解析、③R-Fe磁石の微細構造

み 強 化 により、再 生 可 能 エ ネ ル

モーターに必要となるリチウム・資源確保、安定供給体制確立の重リウム（Sm）・コバルト（Co）磁石変える」とは、研究者として、社会のと保磁力の関係解明、④R-Fe磁石ギーの導入や電動車をはじめとし

レアアースの開発事業に参画して要性、リチウムイオン電池リサイクの開発に従事していたときに、なニーズを見つけ、それを達成するの微細構造と磁化反転の見える

た次世代自動車へのシフトがかいる豊田通商の経営トップが、同ルにおける課題について現場のぜ希土類（Rという）・鉄（Fe）磁石ための研究を成功させて、世界に化、⑤R-Fe磁 石 の 金 相 学、
⑥R-Fe

つてない速度と規模感で進んで社が展開する非鉄資源および資最前線の観点を交えて解説する。

が存在しないのか疑問をもった。

貢献することである。私は、
住特金

磁石の電子論、⑦R-Fe磁石高性能

R-Fe磁石ができたら世界のための仲間と一緒に、
Nd-Fe-B焼結磁石化のための生産技術開発等、それかかる状況下において次世代に なると思った。それ からずっの量産化を1987年に成功させた。

ぞれの研究分野で世界を大きくのモビリティに不可欠な金属資源と、Sm-Co磁 石 の 研 究 を 正 規 の

Nd-Fe-B焼結磁石の出現はまさにリードしている。今後もこれらのの確保と安定供給の必要性は日テーマとして進めながら、R-Fe磁

世界を変えた。それはハードディ

研究のリードを保ち、かつR-Fe磁増しに高まっている一方で、持続石の研究を勤務時間外に続けてスク装置の超小型化、エアコン、洗石の産業を支え、発展させていく

可能な社会実現のためのリサイク

きた。そして、Sm-Co磁石の研究

濯機、冷蔵庫、電気自動車（EV）のために、本事業の活動は存続させル要請などサーキュラーエコノが成功して目標を達成したので、

省エネルギー化を実現した。

なければならない。

ミーへの移行に向けた課題も表

R-Fe磁石の研究を正規のテーマ

3．元素戦略磁性材料研究拠点

4．若手材料研究者へ面化しており、その対応が急務ととして進めたいと申請したが認め

Nd-Fe-B焼結磁石と、J. Croatに

いつも、世界はどんな材料を必なっている。

られなかった。R-Fe磁石は社会

よるNd-Fe-B超 急 冷 磁 石 の 出 現

要としているか考えよう。材料研の強いニーズである。私はそう確（1982年）後、世 界 中 の 材 料 研 究

究者は自分の力で世界を変えるこ

信して、住友特殊金属(住特金)に者 が、R-Fe磁 石 の 研 究 を 開 始しとができる。それを実現するため支援を求め、
その会社から全面的た。省希少元素化のための科学には、考えて、考え抜くことが一番な支援を得て、世界最強Nd-Fe-B

技 術を目指して2012年に始まっ大事。頭の中で研究を進め、頭の（ホ ウ 素）焼 結 磁 石 に 到 達し たた元素戦略磁性材料研究拠点は、中で実験してみる。人間の頭脳は（1982年）。

①Nd-Fe-B焼 結 磁 石 を 超 える 新

すごい！

いる。

1．ネオジム（Nd）磁石の開発

2．自分の力で世界を変える

R-Fe磁石探索、②R-Fe磁石の微細関連 WEBhttps://www.toyota-tsusho.com/press/detail/211104̲004921.html
https://www.toyota-tsusho.com/about/project/04/

07

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers08

■ 国家基盤「元素戦略」の創出と推進

わが国発の新材料が世界を変える研究体制と達成目標「元素戦略プロジェクト」の推進
元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞プログラム･ディレクター

玉尾 皓平 Kohei Tamao

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞活動のまとめ▶ 資源の乏しいわが国発のオリジナル戦略「イノベーション創出国家戦略」：元素資源リスクをサイエンスで克服し、革新的な物質・材料で持続可能な社会を目指す▶ 国益をもたらすとともに、世界から尊敬される戦略：国連SDGsの課題解決に貢献▶ 戦略達成に向けた5本柱：代替、減量、循環、規制、新機能▶ 2004年：コンセプト提唱、2007年：国家プロジェクト開始（文科省/経産省間の戦略的府省連携）2012年：文科省：元素戦略＜研究拠点形成型＞10年プロジェクト開始▶ 5大基幹産業（化学・輸送・電機・機械・金属）競争力強化に直結する４研究拠点体制:「磁性材料」「触媒・電池材料」「電子材料」「構造材料」▶「学理構築」から「機能材料試作」
までを着実に推進：科学的成果を産業応用・社会実装までつなぐ▶拠点内「材料創製・電子論・解析評価」3グループ間のシナジー効果＋企業アドバイザーの参画
大規模先端研究施設群：SPring-8、J-PARC、「富岳」「京」のフル活用▶次世代人材育成と長期戦略：世界に冠たる研究拠点 Center of Excellence（COE）の構築と活動継続

2010

2011

2012

2013

2014

20 15

2016

2017

2018

2019

文部科学省
（文科省）
：元素戦略プロジェクト＜産学官連携型＞
16課題採択･希少元素の代替/戦略的利用と新材料の探索

文科省：元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞

JST戦略的国際共同研究プログラム（SICORP）「希少元素代替材料」
3課題採択：イリジウム
（Ir）
、
インジウム
（In）
代替等の共通課題の解決をめざす国際共同プロジェクト･･･････

わが国のめざす
Society 5.0（サイバー空間と現実空間の融合）の実現に貢献「材料創製」

代替

減量

Reduce

循環

Recycle

元素戦略

回収･
再活用する

有害元素を
使わない

新たな活用で新機能を引き出す

Regulation

09

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

Function

構造材料（京都大学）

代表研究者

代表研究者

細野 秀雄

田中 功

（元素戦略研究センター長･栄誉教授）（工学研究科
材料工学専攻 教授）

多存元素で実用に耐える電子材料（半導体、
透明電極･伝導体、誘電体など）の実現

バルクナノメタル化･プラストン概念導入による鉄鋼など構造材料の高強度･高延性の両立「電子論」

現代社会を豊かにする
基幹材料･技術：（わが国の得意分野：
多くが、わが国の研究者、企業によって発見、開発）
資源リスクが顕在化
世界最強ネオジム磁石
Nd₂Fe₁₄B / Dy
耐熱性向上にはDy必須
リチウムイオン二次電池
自動車排ガス三元触媒はPt、Pd、Rhなど貴金属「解析評価」

希少元素（Mn、Cr、
Mo、Nbなど）の消費の大半は鉄鋼材料

省エネ･環境･資源リスクの克服･超越
5大産業
（化学、
輸送、
電機、
機械、
金属）
の
基盤と競争力強化
安心･安全は持続可能社会構築
希少元素フリー
高性能モータの実現
EV駆動や風力発電、ロボットへの応用など
希少元素フリー
高性能二次電池
の実用化

HEMS

目標

新機能
新

電子材料（東工大）

透明半導体IGZOの実現
半導体にも希少･有害元素（Ga、Asなど)

拠点内
3グループ間のシナジー効果

4R+F
4
F

規制

貴金属フリー排ガス三元触媒の実現および二次電池のLi、Co からNa、Feなどへの代替目標

希少元素を豊富な元素で
置き替える

使用量を
減らす

2-14-1系Dyフリーネオジム磁石および
1-12系 RFe₁₂系究極高性能磁石材料の実現

目標

JST 産学共創基礎基盤研究：産業界の技術的課題解決に向けた基礎研究プロジェクト・ヘテロ構造制御（2010 -） ・高性能磁石（2011-）

Replace

田中 庸裕（工学研究科分子工学専攻 教授）

目標

経産省：未来開拓型研究プロジェクト
科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業：戦略的基礎研究･新技術シーズ創出プロジェクト
・CREST「元素戦略」：12課題採択･ネットワーク型バーチャルラボ
・さきがけ「元素戦略」：34課題採択･「生意気な」若手の個人型研究2023

産 学 官 の 連 携 体 制 によ る 総 合 力 強 化

レアアース危機はじまる

ワークショップ﹁箱根会議２００４﹂

経済産業省（経産省）：希少金属代替材料プロジェクト

2022

科学力 技
･ 術力 も･ のづくり 力のフル活 用

府省連携

2021

デ ー タ サ イエ ン ス の 戦 略 的 活 用

3課題採択：希少元素高効率抽出技術等の重点プロ ジェクト2020

利 用 可 能な全 元 素の戦 略 的 活 用

文科省：東北発 素材技術先導プロジェクト

J
S
T

広沢 哲
（磁性･材料ユニット
特別研究員）

元素戦略プロジェクト

5大基幹産業（化学･輸送･電機･機械･金属）の競争力強化に向けた 拠点形成型国家プロジェクト

戦略的な
府省連携

代表研究者

希少元素を用いない︵軽減した︶革新的な機能材料の創製
理論的解明 新･材料創製 特･性評価までを一体化

2009

代表研究者

元素戦略＜研究拠点形成型＞事業目標：目指すべき将来像
わが 国の物 質 材 料 研 究 基 盤の構 築に向 けた 継 続 的 取 り組 み﹁元素戦略﹂提唱

2008

触媒･電池材料（京都大学）

大型共通基盤施設（SPring-8/SACLA、
J-PARC、
「富岳」
「京」）
のフル活用

元素戦略プロジェトの歩みと基本方針
2004 ･･･ 2007

磁性材料（物材機構 NIMS）

希少元素
フリー浄化
フィルタ実現

希少元素や毒性元素を含まない光、電子デバイスの実用化

希少元素軽減構造材料：強度･延性両立【自動車･航空機】
・軽量化による燃費向上
・衝突安全性の向上【高層建築、
橋梁】
・安心、
安全を担保

10

■ 国家基盤「元素戦略」の創出と推進

プロジェクト開始時2012年からの世界情勢の変化「EV化の世界動向：2035年 〜2050年までにEV化」「COP26宣言（2021年11月：石炭火力発電段階的削減、再生エネルギーへ」「日本国政府（2020年10月）：20 5 0 年カーボンニュートラル社会（脱化石燃料社会）」「天然元素のアラートシグナル：Liの資源枯渇の心配はないが供給リスク、
レアアースや貴金属の偏在、保護貿易」
これらの状況は、本プロジェクト「強力磁石･モーター、三元触媒貴金属低減･フリー、Naイオン電池、高効率
エレクトロニクス、強靭･軽量金属材料（車体軽量化）」の重要性を再認識させるものである。

4拠点の活動成果の概要

バルクナノメタル化により高強度･高延性両立を達成

プロジェクトのバトンをつなぐ

11

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers12

■ 元素戦略プロジェクトの社会インパクト

戦略的取組みによる自動車モーター用
重希土類元素フリー磁石開発

元素戦略から生まれたユニークな物性をもつ透明酸化物半導体ZSO

尾崎 公洋 Kimihiro Ozaki

中村 伸宏 Nobuhiro Nakamura

産業技術総合研究所 磁性粉末冶金研究センター

AGC 株式会社 材料融合研究所

元素戦略プロジェクトと同時に2012年に「次世代自動車向け高効率モーター用磁性材料開発」
プロ
ジェクトが経済産業省の「未来開拓
プロジェクトの一つとして立ち上がった。磁石材料の研究開発を学
理から進める元素戦略プロジェク
トと、
モノづくりを中心とする本プ
ロジェクトを両輪で進める府省連
携プロジェクトの一つである。
このプロジェクトは、複 数 の 企
業や国の研究所、財団法人で構成される「高効率モーター用磁性材 料 技術研究組合（Technology
Research Association of Magnetic
Materials for H i g h - E f f i c i e n c yMotors 略 称 M a gHEM）」に 委託され、加えて複数の大学ならびに国研が共同実施先として、研究・開発が開始された。研究テーマとして、永久磁石材料開発、
軟磁性材
料開発の材料開発に加え、特徴的なのは、その応用先である高効率
モーター開発・モーター評価技術を組み入れた点にある。さらに、磁性材料やモーターの知財や文献などの技術調査を含め、材料開発、モーター開発、評価技術開発、技術調査が一体となり、自動車用モー
ターの高効率化を目的として、研究開発を進めてきた。プロジェクト開
始5年目にステージゲートを設け、研究テーマの集中と選択を行い、今年度に最終年度を迎えた。
とりわけ重要なテーマである永久磁石材料においては、
参加企業
毎にサブテーマを設け、すべてのサブテーマにおいて重希土類元素を使用しないことを大前提として、開始当初目標を高温での最大エネルギー積（BH(max)）
を高める材料開発とし、材料探索・研究開発を進めた。希土類磁石開発においては、
ナノコンポジット磁石などの検討を経て、高温で高残留磁化を有するネ オジ ム 磁 石（通称；超ネオジム磁 石）を 開 発し た。
さ ら に は、今 後 のモーターの急速な需要に伴う磁石使用量の増加を見越して、Ndの 使 用 量を抑えても高温で高い性能を維持できるネオジム磁石[1]（通称；省ネオジム磁石）を開発した。
これらの開発にはDX技術を用いて効率的に進められた。さらには、希土類を使用しないL1₀-FeNi磁石
材料開発を進めてきた。Fe元素とNi元素を規則的に配列させるために窒化脱窒素法を開発し[2]、高い
収率でL1₀-FeNi磁石粉末を合成できるようになった。
プロジェクト前期は磁性材料の開発とモーターの評価・開発を同時並行に進め、
後期においては、
開発した磁石材料を使用したモーター設計と試作を進め、試作機においてモーターの高効率化を達成している。

代表的な有機薄膜デバイスである有 機ELに 用 いられ る n型 半
導体材料は、高い電子供与性（低仕事関数）、高移動度、高透過率および化学的安定性が求められる。
一般的な n型有機半導体材料は、
低仕事関数、高透過率を有するものの、高移動度、化学的安定性の要 件を満 たすの は 困 難である。
一方、酸化物半導体は高移動度、
高透過率、化学的安定性を満たす
多くのn型材料が存在するが、これらの仕事関数は高く適用できな
い。AGCは元素戦略プロジェクト
電子材料研究拠点(TIES)細野栄誉教授の下、これらの条件を満たす
n型 酸 化 物 半 導 体 材 料ZnO-SiO₂（ZSO）の開発に参画させていた
だいた。
スパッタ法 により成 膜され た
ZSO薄膜は、0.3-1.0cm²/（Vs）と有機薄膜より高い移動度を有し、かつ〜 3.5eVという低仕事関数を実現している。また、さまざまな電極とオーミックコンタクトが可能 で あ る。ZSO薄 膜 のTEM-EDS
像を下の図に示す。ZSO薄膜は、
ZnOナノ粒子とそれを被覆する極
薄ZnO-SiO₂膜 から構 成されていることが わ かる。ZSO膜 の 特 性
は、高透過率、高移動度、オーミッ
クコンタクト性を有するZnO本来の特徴と、極薄ZnO-SiO₂により分離されたZnOナノ粒子の量子サイズ効果による低仕事関数化から生み だされ たものであることがわかった。有機ELディスプレイは、
高コントラスト、高速応答が特徴
で、スマートフォンやテレビで普及してきているが、液晶と比較してコストが高いことが課題となっている。特に、有機材料は高価であると同時に蒸着プロセスを用いていることから利用効率が低く代替材
料・プロセスのニーズが高い。
AGCでは現在、有機EL電子輸送
層向けのZSOスパッタターゲットを 開 発している。得られ たター
ゲットはＤＣ放電可能であり大面積のディスプレイパネルプロセスに適用可能である。現在、有機EL
パネルメーカーにZSO薄膜を評
価いただいているところである。
その他にも、ZSOナノ粒子を担体とした担持触媒を開発、ZSOの高い電子供与性により、ＣＯ₂と水素からメタノールを得る触媒として高いメタノール生成速度が得られることを見いだしている。このようにZn、Si、Oとありふれた元素で構成されていながら高い電子供与性をもつZSOは、有機デバイ
ス用 途 の み ならずCO₂排 出 量 削減の観点からも有用な材料として注目されている。

連名者･連携機関
高効率モーター用磁性材料技術研究組合 (MagHEM)

13

連名者･連携機関

参考文献

細野 秀雄、雲見 日出也、金 正煥 東京工業大学 元素戦略研究センター、宮川直通、渡邉暁AGC株式会社 材料融合研究所[1] M. Ito, M. Yano, N. Sakuma, H. Kishimoto, A. Manabe, T. Shoji, A. Kato, N. M. Dempsey, D. Givord and G. T. Zimanyi, “Coercivity
enhancement in Ce-Fe-B based magnets by core-shell grain structuring” , AIP Advances 6, 056029 (2016)；DOI:10.1063/1.4945040[2] Goto, S., Kura, H., Watanabe, E. et al., “Synthesis of single-phase L10-FeNi magnet powder by nitrogen insertion and topotactic
extraction” , Sci Rep 7, 13216 (2017); DOI:10.1038/s41598-017-13562-2

参考文献

関連 WEB

関連 WEB

http://www.maghem.jp/

東工大の研究グループが有機ELディスプレイの電子注入層と輸送層用の新物質を開発 | 東工大ニュース | 東京工業大学 (titech.ac.jp)

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers[1] H. Hosono, J. Kim, Y. Toda, T. Kamiya, S. Watanabe, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, 233 (2017)[2] N. Nakamura, J. Kim, H. Hosono, Adv. Electron Matter. 1700352 1-9 (2018)[3] H. Yang, J. Kim, K. Yamamoto, H. Hosono, Org. Electron. 46 133-138 (2017)14

■ 元素戦略プロジェクトの社会インパクト

自動車排ガス触媒の低貴金属化は不要か？

金属の強さとねばさを高度に両立させる
新原理 −プラストン−

堂坂 健児 Kenji Dosaka

潮田 浩作 Kohsaku Ushioda

本田技研工業株式会社 日本本部 地域事業企画部 地域環境戦略課

日鉄総研株式会社

ESICBの触媒研究領域は自動車用排ガス浄化触媒の低貴金属化、究極的には貴金属フリー触媒を目指して多岐にわたる基礎研究を推進してきた結果、貴金属を担持する
金属酸化物担体材料および反応メ
カニズム解明に目覚ましい成果を挙げてきた。
一方、
元素戦略プロジェクトがスタートした2012年から現在までの間に、自動車を取り巻く環境は激変したといっても過言ではない。特に、2015年のパリ協定採択を機に、世界中でCO₂削減・脱炭素の動きが加速し、さまざまな国や地域が2050年 カ ー ボ ン ニ ュ ートラ ル（1.5℃シナリオ）達成を宣言し、
ガ
ソリン車・ディーゼル車の販売禁止に向けた動きも加速[1]している。自動車メーカー各社は次々と電動化の加速、電気自動車（BEV）の市場投入を表明し、
今や自動車といえばBEVの話題ばかりが目に付く状況である。
では、もうガソリンエンジンやディーゼルエンジンは市場から締め出されてしまうのか？と言えば、そうではない。ガソリン車・ディー

ゼル車の販売禁止は早くても2035
年以降のことであり、エンジンとモーターを組み合わせたハイブ
リッド車（HEV・PHEV）は販売を容
認する国
（例えば、
日本・米国・中国）もある。また、
これから経済発展を遂げようとしている途上国においては、自国内の発電・送電インフラの発達状況や安定した物流の確保、消費者のより安価な購買指向
からガソリン車・ディーゼル車の需要は底堅いと見えることから、
世界中からエンジンが消えることは当面ないだろう、と筆者は考える。
したがって、
エンジンが無くならなければ、その排ガスを浄化する
触媒は無くならないことは自明である。むしろ、欧州や米国ではさらなる 排 ガ ス 規 制
強 化 も議 論 されており、排ガス浄化触媒 はより高 機 能 に
進 化 する必 要 に 迫られている。
また、足下を見ると資源価格が軒並み
高 騰しており、一 時期の異常な状態は脱したように見えるが、いまだに高水 準で 価 格 は 推 移している。勿論、貴金属も例外ではなく、
特にRhは11万円/gを超える[2]など、とても
自動車の一部品に使える資源と言えない状況にある。
こうした背景を踏まえると、ESICBが目指してきた自動車用排ガス浄化触媒の低貴金属化やフリー化の研究成果は自動車業界にとっては大きなインパクトを持つものであり、
特に、
ESICBが基礎研究で解明してきた三元触媒の貴金属と酸化物
担体間の相互作用メカニズムの解明[3][4]（新しい金属−金属酸化物
接合など）
は、今後の自動車用排ガ
ス浄化触媒の進化に大きく寄与す
るものと考える。

1. 緒言
金属材料は多くの産業を基盤から支える役割を果たし、その需要は世界レベルで大きく拡大している。
しかし、われわれは金属材料の持つ潜在能力のごく一部しか活用できておらず、さらなる高強度化には解決すべき技術課題も多い。たとえば、強度を上げるとねばさが低下するため、その克服は長年の課題となっている。構造材料研究拠点
は、強度とねばさを高度に両立する汎用的な新指導原理の獲得に挑戦し、プラストンという魅力ある新概念を提案した。これはまさに産業界がアカデミアに期待するところである。
2. 新概念「プラストン」
従来の転位のみが変形を担うとする概念では、高強度化するには転位の動きを抑制しなければならない
ため、強度とねばさの両立は根本的に困難であった。また、
変形機構に
ついても、
材料ごとに理解されてきた。構造材料研究拠点では、変形の本質を統一的に解明することに取り組み、新概念プラストンを導き出した[1, 2]。プラストンとは高応力下で集団励起された原子集団であり、それが変形モードを選択して核生成し、新規な転位、変形双晶、相変態などが変形を担うことにより、強度とねばさを両立するという新指導原理である。
3. プラストンを指導原理とした応
用例
Bcc 構 造 の 二 相 鋼（0.1C-2Mn(mass%））
におけるプラストンによる強度と伸びを両立した例[2]について紹介する。加工と熱処理により二相組織を4μm程度まで細粒化す
ると、両特性の高度な両立が達成される(図1)。微細マルテンサイト
が軟質フェライトに囲まれる環境
下では、脆いマルテンサイトに新規な転位が核生成し塑性変形できる。この指導
原理は、高強度鋼板のさらなる適用拡大と機能向上に高度に応用され、自動車の環境負荷低減と安全性確保の両立に貢献すると考える。講演
で は、Fe-31Mn-3Al-3Si
鋼（fcc）の微細化による
粒界プラストン（変形双晶）制御、および純Ti（hcp）の微細化による粒界プラストン（新規な(a+c)転位）制御により強度と伸びを両立させる原理[2]と、産業界へのインパクトについても述べる。
さらに、鋼に高頻度で存在するFe₃C
は一般的にきわめて脆く難加工であるが、その薄肉化によるプラスト
ン（転位）制御で加工性を向上させる原理[2]と応用についても触れる。
4. 今後の期待変形に関する統一的な新概念プ
ラストンは、材料の潜在能力を引き出す新原理として魅力的である。
広範な社会実装、学理の深化と人材育成に向け、継続した産学連携
研究拠点活動を強く期待したい。

図１ 二相鋼（0.1C-2Mn (mass%)）の細粒化により核生成したプラストン（新規転位）が強度と伸びの両立を達成した例[2].

2000年1月〜 2021年12月までの貴金属価格推移［$/ozt］［ 2］

参考文献[3] DXAFS法を利用した自動車触媒用酸素貯蔵材料の動的挙動観察、細川三郎、
別府孝介、
加藤和男、田中庸裕、SPring-8/SACLA利用者情報、
25, 211-216 (2020)。
[4] Sr-Fe 系複合酸化物の自動車触媒材料への応用と形態制御、細川三郎、別府孝介、玉井和樹、田中庸裕、
セラミックス、55, 399-403 (2020)。

関連 WEB[1] COP President daily media statement and latest announcements - 10 November - UN Climate Change Conference (COP26) at theSEC ‒ Glasgow 2021 (ukcop26.org)[2] Price charts - PMM (matthey.com)

15

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

参考文献[1] N. Tsuji, S. Ogata, H. Inui, I. Tanaka, K. Kishida, S. Gao, W. Mao, Y. Bai, R. Zeng and J-P Du: Scr. Mater., 181(2020), 35-42.
[2] The Plaston Concept: Plastic Deformation in Structural Materials, Ed. by I. Tanaka, N. Tsuji and H. Inui, Springer (2022).

16

■ プロジェクト拠点のおおいなる成果

新しい基盤学理の創出

磁性材料研究拠点（ESICMM：物質･材料研究機構）

広沢 哲 Satoshi Hirosawa

代表研究者

究極の高性能磁石を実現させた多面的組織解析と理論法の開発により実現した。この解析過程を基に導いから汎用的な指針を導出た汎用的な指針は、
省ネオジム磁石や1-12型などの新

Nd-Fe-B磁石の高性能化は粒界の組成および磁性のESICMMの到達目標

解明と低融点Nd基合金の粒界拡散を用いた新しい手▶ 希少元素によらずに大量生産可能な次世代永久磁石材料の創製

規磁石の高性能化指針として企業における研究開発の中でも用いられている。
Tb 拡散層150ºC

Dy フリー主相Tb nano-shell (2018)▶ 産業界での開発研究および生産技術に必要な基礎学理と技術基盤の構築

Dy-free (2014)▶ 次世代につなぐ磁性材料研究を担う人材の育成

Ndリッチ粒界相研究体制

Nd0.8Ce0.2-base

Dyフリー主相

これまでの主任研究員、アドバイザー
統括・企画運営

Ndリッチ粒界相(Nd -Cu浸透）

電子論グループ

解析評価グループ

GL:三宅 隆GL:宝野和博

GL:杉本

広沢 哲

（AIST）（NIMS）（東北大）

新材料理論予測

ナノ組織解析

複合組織材料の創製

企画マネージャー常行真司（物性研）

中村哲也（東北大SRIS）

共通基盤、理論構築

放射光解析（2012-2015FY）

小野寛太（KEK）

寺西利治（京大化研）

中性子・Ｘ線解析

磁性ナノ粒子の合成岡本聡(東北大多元研）
微視的・動的磁化
挙動の解析

高橋有紀子（NIMS）

袖山慶太郎（NIMS）
画像インフォマティックス

大久保忠勝（NIMS）

三俣千春

小倉昌子（大阪大）
磁性理論計算（2012FY）

アドバイザー（50音順）
産業界
︵ ︶

11

材料創製グループ

代表研究者

古月 暁（NIMS）
新規磁気現象磁石機能

石坂 力/鈴木健一
（TDK）
入山恭彦
（大同特殊鋼）加藤 晃/庄司哲也（トヨタ自動車）
北村正司/榎本裕治（日立製作所）佐川眞人（大同特殊鋼）中村 元（信越化学工業）
西内武司（日立金属）
三嶋千里（愛知製鋼）（2012-2013FY）

合田義弘（東工大）
大規模計算構造解析

Ce 置換
省Nd主相

非希土類磁石◆ UMR. Seelam et al. J. Magn .Magn Mater. 412 (2016) 234-242.
■ J. Li et al. Acta Mater. 161 (2018) 171-181.
■ X. TanT g et al., Acta Mater. 190 (2020) 8-15.

Nd リッチ粒界相薄膜による新材料探索

基盤的研究から導出した材料組織設計のコンセプト（右）と、ESICMMの高性能Nd-Fe-B系磁石例（角型記号）の150℃での磁気特性（左）バルク磁石材料の創製（2019FY〜）中村裕之(京大・工）
酸化物磁石物質

保磁力理論の祖視化

学界
︵ ︶

8

Nd 拡散層高梨弘毅（東工大）

土浦宏紀（東工大）

赤井久純（東大物性研）
小口多美夫（阪大基礎工）尾崎公洋（AIST/MagHEM）
佐久間昭正
（東北大）
鈴木淳市
（J-PARC）
高田昌樹（東北大PhoSIC）
常行真司
（東大）
寺倉清之
（北陸先端大）諭(2019FY〜)

マイクロマグネティックスの新展開
保磁力理論における温度効果のサイエンスを明確にした。これにより、材料組織に基づいたシミュ
レーションと実測を用いてシミュレータを学習させる、
データ駆動型マイクロマグネティックスによる磁石開発への道を開いた。

宮下精二（物性研）
保磁力の熱統計力学

熱力学
サブグループ只野央将（NIMS）
第一原理格子ダイナミクス

阿部太一(NIMS)

小山敏幸(名大)CALPHAD
熱力学計算

Phase-ﬁeld
応用解析（2019FY〜）

ロードマップ

永久磁石材料の熱力学データベースを構築
熱力学データが凝集されたCALPHADデータベー
スをNIMSに構築。10年前にはできなかった多元系
ネオジム磁石や新規な1-12型磁石の組成設計や、フェーズフィールド法による組織形成過程の解析に威力を発揮している。
Fe-15.3%Nd-5%B alloy (atomic %)at 873 K.

永久磁石の基盤学理を創出し、サイエンスに基づく究極性能永久磁石の開発を先導してきた。
年度

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

“2-14-1系Dy-フリーNd-Fe-B磁石”“R-Fe-X系究極高性能磁石の実現”

新磁石物質探索新磁石物質および副相物質探査

保磁力機構実験解析

保磁力理論の実験検証

2021

理論および先端計測技術の開発、熱力学データベース構築
C.基盤研究複相材料組織創製プロセス、
ナノ組織磁性粒子化学合成プロセスの開発
産学連携準備17

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

学振147委員会（磁石分科会）

NIMS磁石パートナーシップ

産業界の磁石研究開発を先導する

B.物質探索、実験検証

2013

世界最高の磁石研究拠点

A.課題解決（材料開発）

2012

Fe-15.3Nd-5%B-0.2%Cu alloy (atomic %) at 873 K.

time
結晶構造と元素種の情報だけを使って熱ゆらぎのある有限温度の保磁力を計算する種々の手法を開発し、温度効果のサイエンスを明確にした。
S. Miyashita et al., STAM 22 (2021) 658

整備された熱力学データを使って、Nd-Fe-B磁石における必須微量元素 Cu の粒界相形成機能を明らかにした。
T. Koyama et al., STAM 22 (2021) 1

18

■ プロジェクト拠点のおおいなる成果│磁性材料研究拠点

社会実装につながる成果
中性子や放射光磁気顕微鏡による磁石内部の粒界
副相の元素分析磁気構造解析技術の開発
アトムプローブなどの３次元元素マッピングと結晶粒ごとの磁化過程との対照が可能となり、機能発現原理の解析が飛躍的に進歩した。これらの技術
は磁石材料の研究開発に有用であり、企業からの利用も進んでいる。

プロジェクトのバトンをつなぐ
耐熱N d - F e - B 磁石
（D yを4 から8 % 添 加）のDyフ
リー化に成功熱間加工磁石を基材として粒界相ナノ組織を制御
し機能発現元素を局所配置。その指針に基づいて企業が実用化研究を進めている。

新しい産学連携プラットフォーム
ESICMMの成果である基盤的学理と多分野にわたる研究ネットワークをプロジェクト終了後も継続していくことが産業界からも求められている。

磁石製造各社の共通基盤研究を共同実施する枠組
みとして、
NIMSのマテリアルズオープンプラットフォー
ムに「磁石MOP」を設置する構想をたて、発足に向けた準備を進めている。

磁石産業界の実情に沿った学術成果の発信
ESICMM成果を中心とする論文特集をオープンアクセス誌STAMに企画掲載した。
また、磁石関連企業を会員とする
NIMS磁石パートナーシップを設置
し、最新の研究成果を定期的にわか
りやすく発信することを考えている。

元素マッピング機能 + 磁気マッピング機能

②
Fe ③

①
Nd₁₃.₇Pr₀.₀₂Fe₇₇.₉B₅.₉₇Al₀.₁₂Cu₀.₀₉ (at%) 焼結磁石中の結晶粒子ごとの保磁力分布
カラーマップ (放射光磁気顕微鏡：JASRI)
D. Billington et al. Phys. Rev. Mat. 2,104413 (2018)

NIMSの熱間押し出しNd-Fe-B磁石
MI活用により高性能化達成。Dyフリー基材として用い、粒界拡散処理を用いてナノシェル組織を形成することにより、世界最高レベルの高性能を実現した。

データ駆動型研究手法を導入（2019〜)
Nd-Fe-B磁石を超えるSm(Fe-Co)₁₂を創出
薄 膜 技 術 に より 創 製 し た1-12型 化 合 物 は
Nd₂Fe₁₄Bを超える理論限界を示していた。組成改良により安定化し、磁石粉末と焼結磁石の開発が企業でも進められている。

粉末磁石の高性能化に成功
プロセス原理の解明に基づいて原料工程にさかのぼってプロセスを改良し、Nd-Fe-B系異方性磁石粉
末、および、
Sm₂Fe₁₇N/Zn複合磁石で世界最高性能を実現した。

Materials
t i l OpenO
Plaorm
ᾜᾞᾟ M
NIMSとEmpaが共同主催するオープンアクセス誌
STAM (IF値 8.090)

磁石MOP
石M
MOP
「基礎研究所」
研究所
究所」機能

化学MOP

磁石パートナーシップ研究会風景 (2019年4月）

永久磁石の発展史における1-12型新化合物の位置づけ
Nd-Fe-B系磁石はすでに理論限界近くに到達しているが、新規な1-12型化合物
はさらに高い理論限界を持っている。

19

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

Nd-Fe-B系HDDR粉末（東北大−愛知製鋼）
原料粉末のクラック低減と副相分布最適化により高性能化を達成。高性能異方性ボンド磁石としての展開が期待されている。
T. Horikawa et al. STAM 22 (2021) 729

大学
クロアポ
全個体電池MOP

応用

基礎

NIMS

基礎

応用

競争

協調

中長期的な研究開発

協調

競争

基礎 協調
応用 競争
医薬品領域

磁石製造各社の共通基盤研究をMOP上で共同実施

20

■ プロジェクト拠点のおおいなる成果

新しい基盤学理の創出

触媒･電池材料研究拠点（ESICB:京都大学）
代表研究者

田中 庸裕 Tsunehiro Tanaka

ESICBの到達目標▶希少元素使用を節減あるいは代替した高性能触媒・二次電池の開発▶触媒・電池の詳細な記述・指導原理の解明▶次世代研究者の育成

高性能蓄電池につながる濃厚電解液の一般的な溶液
構造･電子状態の検証と解明
塩濃度の増加により電解液の伝導度は向上する
が、粘度の上昇により再び低下するため、濃度は最大値が得られる1mol/L 付近に設定される。一方、従来使えなかった電解質塩や溶媒を組み合わせた濃厚電解液（2-5 mol/L）
では伝導度の向上だけでなく、良質なSEI膜の生成、耐腐食性等の特性があることが、当拠点において見いだされた。その溶液構造や電子構

造が、分光解析や第一原理シミュレーションにより解明された。
すべての溶媒分子がカチオンに配位し、アニオンが複数のカチオンと相互作用をもつという特殊な溶液構造や高濃度化することにより、アニオンに由来す
る変調LUMOが生ずるという電子構造の変化が、
カチオン（Li, Na等）によらず一般的なものであることが示され、高性能電池の創出に対する有望技術として注目を浴びている。

研究体制
これまでの主任研究員、アドバイザー
アドバイザー

企画･マネージメント

触 媒

塚田 捷
（東大）

小久見善八
（京大）

榊 茂好
（京大）

魚崎浩平
（NIMS）

PGM減量触媒田中庸裕（京大）
拠点長（触媒）
代表研究者

田中庸裕
（京大）
GL
酸素貯蔵材

山田淳夫（東大）
副拠点長（電池）

清水研一
（北大）
ナノ粒子

太田浩二（京大）

堂免一成
（東大）

小沢文幸
（京大）

電 池

革新的電解液町田正人

山田淳夫（熊大）GL
三元触媒（東大）GL
電解液

薩摩篤

萩原理加

（名大）
タンデム触媒

（京大）
イオン液体

山下弘巳
（阪大）
DPF

（三重大）

（東工大）

PGMフリー触媒

企画マネージャー

武田保雄
辰巳 敬

材料創製グループ

獨古薫

将来型電池

Naイオン電池

岡田重人（九大）

駒場慎一（理科大）

GL
水系Na電池全固体Na電池

GL
正極･負極開発
Naフルセル佐藤啓文（京大）
分子系･溶液系 統計力学

大谷実（筑波大）
固液界面 シミュレーション

（横国大）
ゲスト包摂

電子論グループ
江原正博
（分子研）
GL

江原正博
（分子研）
表面反応

森川良忠（阪大） 武次徹也（北大）
表面界面シミュレーション
GRRM

館山佳尚（NIMS）
Informatics･DFT-MD（本田技研）

堀 正雄

一般的に濃厚溶液では、初回充電時、LUMO 変調によるアニオン還元分解が進行し、アニオン由来の
SEI 膜が生成する。

基盤研究

堂坂健児

（ユミコア日触）特殊な溶液構造：・溶媒分子は全て
Li+ イオンに配位・アニオンは 2 つ以
上の Li+ イオンと相互作用
・蒸気圧がほぼ０

解析評価グループ佃達哉（東大）GL

佃達哉（東大）オペランド XAS･in-situ INS

山田淳夫（東大）
放射光解析

ロードマップPGMフリー自動車触媒およびNaイオン電池の実現に向けて、基盤学理に基づく研究を展開、先導している。

MvK型NO還元メカニズム
Mars-van-Krevelen（MvK）機構では、HCやCOが格子酸素により酸化され、その結果生じた酸素欠陥は、O₂分子により補充される。MvK型NO還元機構とは、
この補充をNOに担わせてNOを還元するというメカニズムである。酸素貯蔵材料などにごく少量のPGMを加えることにより、PGM近傍の格子酸素を活性化させ、低温NO還元を実現できる。

電解液のマルチスケールシミュレーション
時間スケール、
原子数スケールが異なる４種類のシミュレーションを開発・改良し、これらをシームレスにつないで、電解液で起こる諸現象を解明することができる。短時間で生じる電子状態の変化や、長時間が必要な安定構造体形成などを予測することが可能である。特に、
SEI膜形成の生成過程、膜組成を定量的に予測することができる。

酸素欠陥
の生成

酸素欠陥
の補充

21

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers22

■ プロジェクト拠点のおおいなる成果│触媒･電池材料研究拠点

社会実装につながる成果
低温最高活性により貴金属使用量を大きく節減―
Pd/Mn-YbFeO₃(001)面に配向した六方晶YbFeO₃六角板状結晶にエピタキシャル成長したMnO(111) は、微量のPd添加により、MvK型NO還元を低温で駆動することができ、Pd触媒の低温活性を増大させ、結果的に、従来のPd使 用量を1/5 〜1/10まで節減することができる。本触媒を改良した耐熱性Pd/YbMnO₃は、企業との共同研究により開発され、現在、実用化試験が実施されている。

Pdの添加による活性の顕著な増大

プロジェクトのバトンをつなぐ
ナトリウムイオン電池フルセル
これまで、Naイオン電池実現のボトルネックは負極の容量と大量合成法であった。2019年に容量は480 mA h g-1まで最適化でき大量合成法も2020年に見いだすことができた。当拠点の豊富な正極材料リストから最も安定作動が可能なものを組み合わせコイン型電池を作製し、現在その評価の途中(500cycles)だ が、LiFePO₄/graphite系と同 等 の エ ネ ル
ギー密度のものが実現できている。

ESICBの培ってきた成果のさらなる発展や研究コミュ
ニティの継続は、
プロジェクト終了後も引き続き求められている。今後、
ESICBは，
京都大学触媒・電池拠点と
東京大学電池拠点に再配置され、互いに連携を続けていく。
・京都大学触媒･電池拠点では、
これまでの研究に加え、
二酸化炭素の資源化をテーマの一つに掲げ、「触媒･電池元素戦略拠点 ESICB」
としてレガシーを受け継ぎ、さらに研究分野を拡大していく。
・東京大学電池拠点では、「 再生可能エネルギー最大導入に向けた電気化学材料研究拠点」の蓄電池チームとしてESICB電池部門の成果のさらなる発展と新規シーズの創出を推進し、世界をリードしていく。

触媒電池材料研究拠点

Pd１wt%添加で今までに得られなかった低温活性が実現
コイン型ナトリウムイオン電池フルセル試作

世界で最初のPGMフリー三元触媒の実現 ― 2種類の触媒をタンデム型に配置−MnFe₂O₄+CuCo₂O₃Cu系触媒では、
NO-CO反応に限って、
MvK型NO還元が低温で進行するものがある。一方で、炭化水素
HCを反応系に加えた模擬排ガスとすると、HCの部分
酸化物の蓄積により、強い活性劣化が起こる。そこ
で、触媒を2段階に分けて、上流にCOとは反応せずHCのみを燃焼除去する触媒を、下流にCu 系触媒を配置したタンデム型触媒システムを発明した。これによって、初めて、Rhベンチマーク触媒に匹敵するPGMフ
リー三元触媒が実現した。

革新的電解液ー濃厚電解液の実用化
当拠点では、濃厚電解液の性質として、高レート（高速充放電）、高サイクル性（長寿命）、広い電位窓による高電圧作動（耐還元性，耐酸化性）、溶媒の低
活量（不揮発難燃性）、
耐腐食性、
高い伝導度、
金属負極の可能性（デンドリマー形成の抑制）、
SEI膜形成剤
添加不要等々の機能があることを示してきた。とりわけ、Naイオン電池のために開発された消火性濃厚
電解液（リン酸トリメチル溶媒）
は、
上記の多くの性質を兼ね備えており、濃厚電解液のカチオンに依存しない一般性があり、リチウムイオン電池にも適用が可能である。これらの性質を必要とする電池に関しては、
現在、BtoBでの商業化がすでに行われている。

京都大学 触媒･電池拠点

東京大学 電池拠点

触媒･電池元素戦略研究拠点
ESICB

再生可能エネルギー最大導入に向けた
電気化学材料研究拠点 蓄電池チーム

CO₂ 資源化･VOCs 含窒素化合物浄化･元素戦略型電池

汎用元素 機能最大型蓄電池

濃厚溶液の多彩な機能

23

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers24

■ プロジェクト拠点のおおいなる成果

新しい基盤学理の創出

電子材料研究拠点（TIES：東京工業大学）
代表研究者

細野 秀雄 Hideo Hosono

TIESの到達目標▶多存元素を使用した材料設計コンセプトの創出、材料科学の確立と新機能電子材料の開発▶FPD用半導体材料や、パワーエレクトロニクス用高安定高誘電体材料を産業界へ移転▶元素戦略研究センターを中心とする電子材料拠点の全学的発展（新・元素戦略）研究体制

電子材料中の水素の科学
水素は広範な電子材料に含まれる最も普遍的な不純物だが、その存在状態や物性との関係はほとんど解明されていなかった。本プロジェクトでは、
ミュオ
ン、中性子などの量子ビームによる計測と計算によって、この問題に取り組んだ。その結果、酸化物半導体
中（特に薄膜）にはかなり高い濃度の水素が存在し、その状態はOH（水素の電荷は＋）だけでなく、ヒドリ
ドイオン（電荷は-1）として取り込まれていることがわかった。これらはキャリア電子の生成や光による特性劣化など特性と深く関係していることが分かった。

また性能劣化のオリジンだけでなく、ヒドリドを活用して機能発現にも成功した。酸素イオンを置換することで、これまで不可能であった高濃度の電子をドープした鉄系伝導体を創製し、2つの超伝導ドームとそれに対応する2つの反強磁性母相の存在が初めて明らかになった。また、
プロトンの場合に匹敵する
高い伝導度を示すヒドリドイオン伝導体を実現した。
さ ら に、微 量 水 素 の 検 出 で き る（検 出 限 界：
5x10¹⁶cm-³）超高感度熱脱離分析装置を開発した（計測器メーカから市販）。

これまでの主任研究員、アドバイザー
統括･企画
代表研究者
材料創製GL

細野 秀雄
NIMS拠点長
材料創製GL

材料創製グループ

電子論グループ

解析評価グループ

材料創製SGL
半導体/超伝導体
東工大

エレクトライド/水素
東工大→九州大(-2019)電子論GL
半導体/計算東工大

解析評価GL
量子デバイス
東工大

解析評価GL
透過型電子顕微鏡
NIMS

大友 明

林 克郎

神谷 利夫

真島 豊

木本 浩司

高・強誘電体
東工大

半導体/超伝導体薄膜
東工大

スピン物性理論
東工大

精密構造解析
東工大

放射光回折
NIMS

村上 修一

山浦 淳一

坂田 修身
半導体光物性京都大(2019-)

大橋 直樹

舟窪 浩

平松 秀典

KEK拠点長解析評価GL(-2019)高・強誘電体東工大(2013-20)

発光体/イオン伝導体
東工大

2次元物質理論
東工大

光電子分光
KEK→東北大

村上 洋一

伊藤 満

松石 聡

斎藤 晋

組頭 広志

KEK拠点長解析評価GL(2020-)

高・強誘電体山梨大(2013-)

エレクトライド/触媒
東工大

半導体/計算京大→東工大

和田 智志

大場 史康

表面X線回折東北大(2019-)

門野良典

北野 政明

µSR
KEK
(-2018)

小嶋 健児

若林 裕助

企画マネージャー

高・強誘電体名古屋大(2013-)

2次元原子層物質
筑波大(2016-)

エレクトライド
反応系計算
東工大→九州大

谷口 博基

近藤 剛弘

多田 朋史

高・強誘電体名古屋大(2019-)

バルク超伝導体
東京農工大(2016-)

理論/計算手法
東京大

山田 智明

山本 明保

雲見 日出也

バルク単結晶育成
NIMS

島村 清史

常行 真司

ロードマップ

金光 義彦

H核NMRの化学シフトとH+/H-の関係。化学シフトとは1:1に対応しない。Nat. Commun. (2014)

明かになった水素ドープ鉄系超伝導体の電子相図。 Nat. Commun. (2014), PNAS(2017)

第一原理計算による新規窒化物半導体の設計･探索と実験による実証
第一原理計算に基づいたハイスループットスク
リーニングにより、希少元素を含まず、赤色発光する
新規窒化物半導体CaZn₂N₂の存在を予測し、実験で実証した。また、
格子間F添加によるCu₃Nのp型ドーピング法を提案し、これも実験により実証できた。

エレクトライドの物質科学の進展
アニオン電子が存在する空間はこれまで0次元に限られていたが、1次元および2次元の物質を計算と実験から見いだした。
Y₂Cのアニオン電子のバンドが、
角度分解光電子分光による実測とDFT計算の結果に矛盾がなかったことから、２Dエレクトライドであることが実証された。また、
Y₂Cはトポロジカル物質であることが明らかとなった。

3期にわたり継続する基礎研究から、元素戦略材料への展開とデバイス応用に移行

計 算と実 験で 実 現した赤 色 発 光 半 導体とｐ型Cu₃N
Nat. Commun. (2016)
Adv. Mater. (2018)

1次元・2次元エレクトライド

25

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers26

■ プロジェクト拠点のおおいなる成果│電子材料研究拠点

社会実装につながる成果
極薄膜でも高性能が維持できる 強誘電体
従来のペロブスカイト型強誘電体では、
5 nm以下になると分極が顕著に低下してしまうことが問題だった。本PJは、薄膜化しても特性の劣化がない、
強誘電体(Al,Sc)Nを開発した。超低消費電力で駆動可
能なメモリや高温でも動作可能なメモリ素子としての応用が期待されている。多くの企業が実用化に向けた検討を行っている。

プロジェクトのバトンをつなぐ
ポリシリコンに匹敵するアモルファス酸化物薄膜トランジスタ(TFT)
約20年前に発表したIGZO-TFTは、
アモルファスシリ
コンよりも電子の移動度が一桁ほど高く、作製が容易な
ので、各種ディスプレイの駆動に広く実用化されている。
この研究では、移動度と安定性のトレードオフ関係（経験則）を解明することで、多結晶シリコンに匹敵する高い移動度と電圧印加で劣化しないアモルファス酸化物半導体（ITZO）TFTを実現した。これにより次世代ディスプレイだけでなく、論理回路など新
しい応用が期待される。

本プロジェクトの成果に関する成著と総説

ハフニウム酸化物系
強誘電体

強誘電体薄膜の特性と厚さ。Appl. Phys. Exp.(2021)

新ITZO-TFTの安定性（NBS:ゲートに負バイアスを印加したときの安定性）
Nat. Elec.(2021)
アモルファス酸化物半導体

低電圧で高輝度のペロブスカイトLED
ハライド系ペロブスカイトは塗布で作製しても高い量子効率で発光する。これを使った高性能LEDには、
電極からこの層に電子を速やかに注入でき、しかも生成した正孔と電子を閉じ込めて励起子を高効率で生成させる電子注入層が必要となる。
これらの両方を満たすアモルファス（a）ZnO-SiO₂（ZSO）薄膜を用いることで、2.9 Vで10,000 cd/m²、
5 Vで500,000 cd/m²の輝度（通常のスマートフォンの最大輝度は400 cd/m²程度）を達成した。

貴金属を使わないアンモニア合成触媒
低圧・低温下でも高濃度のアンモニアを合成できる触媒が求められている。この目的には律速となる窒素分子の活性化に効果的なルテニウムがもっぱら用いられてきた。窒素の活性化をセリウム窒化物の表面に高濃度で生成する窒素欠陥で行い、担持する
金属には水素の解離だけを担わせるという発想で、これまで着目されてなかったニッケルの担持でルテニウムに匹敵する活性を実現した。

東工大元素戦略拠点では、
新型エレクトライド、
エレクトライド電子によるトポロジカル電子状態、
非ペロブスカイト型強・高誘電体、ペロブスカイト型無機発光半導体、
金属間化合物触媒など、前例のない構造・概念の新機能材料群の開発に成功してきた。また、
電子論グルー
プでは高精度・高スループット第一原理計算法を開発し、網羅的な探索計算により新しい半導体や高効率ドーピング手法を材料創製グループに提案し、理論計算の予測を実証してきた。
上記のような成果は、
ロードマップのない研究課題にあえて挑戦する気概と、前例のない新材料を設計・創製する知識とセンスをもつ人材を育成し、材料創製−電子論−解析・評価の異グループ間で忌憚のない意見交換を行う研究風土を醸成してきた結果である。
また、
従来は別々の学術ソサイエティで研究・議論が行われていた、半導体−誘電体−イオン
伝導体−触媒という異分野材料の研究をunder the one roofの拠点内で実施した結果、分野間の材料設計指針・研究手法が交配され、上記のような新材料群を開発する土壌が形成された。
これらの多様な電子材料群の設計指針、
研究データは、データ科学を基盤として統合・交配することで、本拠点の研究者ですら思い至らなかった、
さらに新しい材料を発掘することができる。
一方、従来のマテリアルズインフォマティクスとビッグデータ型の機械学習による材料探索には、すでに得られているデータベースや学習データの内部にある「内挿データ」の範囲でしか新材料が提案されないという問題がある。この点については、
遺伝的アルゴリズムなどの「不連続構造の交配」
により、未知結晶構造を探索することが可能であることが実証されてきており、本拠点でも新型エレクトライドの発掘に成功した。
私たちは、本拠点で培ってきた新材料設計指針・データと、
従来の機械学習の「例外」
を手掛かりとして、
不連続な構造を探索して「前例のない新材料を提案する」
マテリアルDXシステムを構築し、さらに多くの実用に資する新材料群を開発していく「、複相機能開拓拠点」
を提案して
いる。

未知材料を発見するMDXシステムの構築へ
従来型MI: データ科学・網羅的計算・コンビナトリアル技術
研究者の材料設計理念・直観のデータ化
エレクトライドの物質科学

Y

LED素子の構成と発光。Appl. Phys. Rev.(2019)27

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

ニッケル担持窒化物触媒とその機構。Nature (2020)

データ科学の「例外」を理解し、探索領域を拡張

不連続な探索アルゴリズム
超高速第一原理基計算

従来の物性相関関係から解放された複合機能材料を発掘発掘した新大陸を交配して新たな新材料を発掘
既存の材料群新大陸

X

28

■ プロジェクト拠点のおおいなる成果

新しい基盤学理の創出

構造材料研究拠点（ESISM : 京都大学）
代表研究者

田中 功 Isao Tanaka

ESISMの到達目標▶元素添加ではなく微構造制御による革新的な材料創製

ESISMでは変形子＝プラストンという構造材料

端で 優 先 的 に 核 形 成し、結 晶 方 位、応 力レ ベ ル、研究における新しい概念を提示した。プラストン

変 形 速 度・温 度 などに 応じて、種々の 転 位、双 晶とは固体材料における塑性変形の素過程である。

や マル テン サイトなどに 進 展 する。した がって、応力下で集団励起された原子集団が核形成し、そプラストンを制御することで高強度材料に延性をの 運 動 により塑 性 変 形 が 起こる。プラストンは、付 与 することや、脆 性 破 壊を抑 制 することが 可 能

結 晶 表 面（単 結 晶）や 結 晶 粒 界（多 結 晶）、亀 裂 先になる。

▶強度と延性が両立する材料の開発に必要な学理構築と産業応用への貢献▶次世代を担う若手人材の育成と基礎研究ネットワークの中核拠点の構築

変形帯

研究体制

表面
核形成

成長
粒界
核形成

これまでの主任研究員、アドバイザー
統括･企画運営

電子論グループ

解析評価グループ

材料創製グループ田中 將己

GL 田中 功GL 乾 晴行

GL

京都大学

京都大学

京都大学

第一原理計算マイクロピラー
力学実験

バルクナノメタル

破壊制御(2020FY-)

企画マネージャー

尾方 成信

幾原 雄一

大村 孝仁

松原 秀彰

落合 庄治郎

大阪大学

東京大学

NIMS

JFCC・東北大学

力学計算

電子顕微鏡・
原子スケール実験

鉄鋼材料(2016FY-)

セラミックス(-2015FY)佐々木 泰祐

津﨑 兼彰

NIMS

九州大学・NIMS

マグネシウム合金(2019FY-)

疲労特性

代表研究者

田中 功

企画マネージャー補佐

大石 毅一郎 (-2019FY)
橋爪 寛 (2019FY)
川口 利奈 (2019FY-)

常行 真司
東京大学
第一原理計算(-2015FY)

公募研究（所属機関 23）

学内兼任教員28 名

第一原理計算(2013FY-2014FY）

単結晶

山口 正剛

鶴田 健二

JAEA

岡山大学

第一原理計算(-2015FY)第一原理計算(2013FY-2015FY)

アドバイザー（50音順、*退任）

大学

特定教員・研究員

14 名

第一原理計算(-2015FY)

企業

41名

九州大学

ESISM国際・産学連携室@NIMS

鳥取大学

AIST

拠点教員

伸泰

星 健夫

香山 正憲

亀裂先端
核形成

磯部 毅（三菱マテリアル） 潮田 浩作*（新日鐵住金・日鉄総研）
岡田 郁生（三菱重工業）） 黒光 祥郎*（三菱マテリアル）
阪井 博明*（日本ガイシ） 中川 成人（超高温材料研究センター）
山村 武民*（超高温材料研究センター ）掛下 知行（大阪大学・福井工業大学） 後藤 孝（東北大学）
平尾 一之*（京都大学 ） 堀田 善治（九州大学・九州工業大学）
毛利 哲夫（北海道大学・東北大学）

新しい実験技術の開発と活用

多結晶

亀裂先端

新しい計算技術の開発と活用

新しい研究ツールが出現することで、サイエンス

計算機シミュレーションは、実験結果を解釈するは飛躍的に進歩する。ESISMでは材料組織や格子だけでなく、的確な実験をデザインするために不可欠陥を解析するために、中性子や放射光、透過型電欠である。ESISMでは加速分子動力学法や第一原子顕微鏡などを利用したさまざまな実験技術を開理フォノン計算技術を開発・活用した。

発・活用した。

ロードマップ
高強度で延性に富む構造材料を実現するための学理構築と材料開発を先導してきた。
年 度

2013

2014

2015

2016

マイクロピラー力学特性試験技術の開発

2018

2019

新概念プラストンの追究・学理構築
金属間化合物、セラミックス材料の変形機構解明

中性子、放射光、電子顕微鏡を活用した新しい実験技術の開発・応用研究

基盤研究

第一原理フォノン計算技術の開発・応用研究とデータベース構築

産学連携

京都大学拠点研究員制度と国際・産学連携室@NIMSを構築して積極的に活用

府省連携

内閣府SIPおよび経済産業省ISMAとガバニングボードを共有して密接に連携

加速分子動力学シミュレーション法の開発・応用研究

29

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

2020

新概念に基づく強度・延性両立新材料の実現
鉄鋼、
マグネシウム合金、
チタン合金

2021
若 手 人 材 育 成と基 礎 研 究

パルクナノメタル化による強度と延性両立機構の解明
材料設計の基本指針の構築

2017

ネット ワー クの 中 核 拠 点

課題解決･材料開発

2012

30

■ プロジェクト拠点のおおいなる成果│構造材料研究拠点

社会実装につながる成果
新概念に基づく材料開発
プラストンを制御することで、多結晶材料が塑性変形する際に、種々の転位、双晶やマルテンサイトなどさまざまな変形モードを活性化し、延性を大幅に向上させることができる。これを多くの材料系で実証し、従来の常識を凌駕する革新的材料の創製に成功した。

プロジェクトのバトンをつなぐ
展伸用マグネシウム合金の開発に成功
プラストン概念に基づき、マグネシウム合金では、
これまで皆無であった産業利用できる展伸用合金の開発に成功した。これは商用アルミニウム合金(6000系)に匹敵する強度と成形性を有し、アルミニ
ウムに比べて35％軽量になる。

ESISMで挙げられた基礎研究の成果と多分野にわためにNIMS構造材料研究拠点（RCSM）、
データ創出・たる研究ネットワークは、
プロジェクトの終了後も継活用型マテリアル研究開発プロジェクトとの連携・協続していくことが産業界からも求められている。その力を進めていく。

d /d,, d /d京都大学
構造材料元素戦略
研究拠点

•
•
•
•

世界最高水準の科学
国際的・学際的共同研究
産官学連携
学生・若手研究者の育成
ﾃﾞｰﾀ創出・活用型ﾏﾃﾘｱﾙ研究
開発PJとの連携・協力
パ ー ト ナ ー シ ップ,

プラストン誘起塑性変形が確認された完全再結晶バルクナノメタル

NIMS
構造材料研究拠点 (RCSM)

基 礎 学 理 に 立 脚 した
アイデア
イデ

㻌
c+a

FCC

若手
若手研究者育成

多様な化学結合を有する材料での力学特性の解明
ESISMではマイクロピラー単結晶を用いた力学試験技術を開発した。その結果、これまで不明であった金属間化合物やセラミックス材料についての変形モードの臨界せん断応力の評価に成功し、定量的な材料設計に道を開いた。

第一原理フォノン計算コードとデータベースの構築
ESISMで開発した第一原理フォノン計算コード
phonopyおよびphono3pyは、世 界 中で 事 実 上 の標準として広く利用されている。また、約1万種類の物質についてデータベースphonondbを構築し公開している。これは人工知能（AI）による材料開発に貢献している。

「鉄鋼材料グループ」2020年新設
わが国の鉄鋼研究拠点

最先端の産業界で
界での
ニーズ

連携
連携研究

産業界
A

B

C

D

E

F

G

H

マイクロピラー力学特性試験
μmサイズ
フラットパンチ
圧子（ダイヤモンド製）
μmサイズ
単結晶試料

31

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

新概念プラストンについての書籍を出版
ESISMでは、
プラストン概念についての
英 文 で の 解 説 書 を、世 界 で 初 め て
Springer社から2022年1月にオープンア
クセスとして出版した。

32

■ 大型研究施設を利用した元素戦略プロジェクトの顕著な成果
講演の
ポイント

高性能永久磁石の放射光解析

中村 哲也 Tetsuya Nakamura
東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センター
高輝度光科学研究センター 研究プロジェクト推進室

ネオジム磁石の破断面における磁区観察により保磁力機構を解明● 磁気トモグラフィー法の開発で磁石内部の三次元磁区を可視化● 高温in-situ Ｘ線回折による熱処理中の磁石相図の決定●

め、SPring-8施 設 側（理 研、JASRI）

が 可 能 と なっ た[1]。ま た、図1

相 変 化 を 高 温 in-situ X線 回 折の 支 援を得て、2014年 にBL25SU（右）に示したように、透過能に優（XRD）によって明らかにする研究の全面的なアップグレードを実施

れ た 硬X線 領 域 において、X線CTに取り組んだ。XRD用 の 高 温 炉

した。これと並行して、
走査型軟X（Computed Tomography）にや、高温下での意図しない試料の線MCD顕微鏡の開発を進め、
アッ

XMCDを組み合わせた磁気CT技

酸化・変質を防ぐための技術開

プグレードしたBL25SUに設置し術をNd-Fe-B焼結磁石から採りだ

発により、
Nd-Fe-B焼結磁石試料にた。軟 X 線 顕 微 鏡 とし て は、した 微 小 粒 子 試 料 に 適 用した。

ついて1100℃までのX線回折プロ

S T X M （Scanning transmission

その結果、磁石粒子内部の磁区をファイルを取得した。図2に示す

X-ray microscope；走査透過型Ｘ

三次元的に可視化することに成ように、
リートベルト解析による信線顕微鏡）がよく知られている。し功した[2]。今後は、二次元、三次頼性の高い相図を得るとともに、

かしSTXMで観察可能な試料は、元の磁化反転挙動像にデータ科

局所平衡の概念を導入することに軟Ｘ線を透過することのできる厚学 の 手 法を適 用し、保 磁 力 発 現より、磁石構成相の体積分率の変高性能永久磁石における希少

くNd₂Fe₁₄B粒内破断面や粒界三重磁場下MCD測定の技術開発を開さ100nm程度以下の薄片試料に機構の理解を深化する研究に発化の熱力学計算による定量的な元素問題に対して「放射光がどの点などを含む平均情報しか得られ始した。

限られる。また、数テスラの強磁展させる。

説 明 に 成 功した。[3]。今 後 は、ように貢献できる」
かという問いへないこと、および、印加磁場（最大

軟X線ナノビームにより結晶粒場下での測定が行える装置は海外

上記に加えて、産業界におけるDX測定や自動解析に対応し、
産業

の挑戦は、
Nd-Fe-B焼結磁石の軟X

1.9 T）
が磁石試料の飽和には不十（粒径0.2〜5μm）
を選択して局所を含めて皆無であった。そこで、磁石製造プロセス改良への貢献を

界の解析ニーズに応える技術の高線磁気円二色性（MCD）測定に関分であったことが計測技術の課題

磁気特性を評価するためには、本装置では従来のSTXMとは設計目的として、焼結磁石熱処理中の度化を進めていく。

する磁石メーカーとの共同研究ととして露呈した。そこで、2012年

単に軟X線ビームを集光するだ

コンセプトを変え、永久磁石の破して2010年に始まった。

度より元素戦略プロジェクト＜研

けでなく、ビームライン光学系と断面に対する強磁場（最大8 T）
で当初得られたFe、Nd、Oの各吸究拠点形成型＞に参画する機会

実験装置の高い安定性を確保すの測定技術を実現した。

収端での軟X線MCDから、Feの磁を得て、
軟X線ナノビームによる強ることが 不可欠である。そのた

図1（左）に走査型軟X線顕微鏡

気モーメント値がNd₂Fe₁₄Bの文献

装置の概観、
および、
Nd-Fe-B焼結

値よりも有意に小さいことが判明

磁石の破断面における磁区像のした。原因が試料の破断面に露例を示す。磁区像の磁場依存性

出した粒界相にあるらしいことはから磁石粒子ごとの磁化過程を焼結体試料に関する過去の測定得ることに成功し、特定の粒子と経験から想像がついたが、共同研その隣接粒子の磁気特性の相関

究者から「粒界相の磁性が直接的から保磁力機構を考察することに決定できれば磁石の保磁力向上に役立つ」と助言いただき、粒界相の磁性評価を軟X線MCD測定で取り組むべきテーマとした。
一方、Nd-Fe-B焼結磁石が数μm以下の微細な組織構造を有するため、当時の軟X線ビーム径（約φ0.3mm）
では粒界破断面だけでな

33

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

連名者･連携機関
鈴木基寛・関西学院大学、小谷佳範・高輝度光科学研究センター、小林慎太郎・高輝度光科学研究センター

参考文献[1] D. Billington et al., Phys. Rev. Mater. 2, 104413 (2018).
[2] M. Suzuki et al., Synchrotron Radiation News 33, 4 (2020).
[3] S. Kobayashi et al., J. Alloys Compd. 892 162188 (2021).

34

■ 大型研究施設を利用した元素戦略プロジェクトの顕著な成果
講演の
ポイント

「京」･「富岳」
を用いた
蓄電池内現象の見える化

先進的手法開発（熱力学的積分並列化、ヘテロ界面CALYPSO法）● 高精度計算による蓄電池内現象の理論的予言●

分 解 過 程とSEI被 膜 内 に お ける

り、
これが従来モデルの空間電荷

スの固体電解質材料探索も行っ

LixFクラスター構造形成という概層や反応層形成両者につながっている。すでに、逆ペロブスカイ

念を提 起した。最 近で は、SEI被ていくことを理論的に示した。さト構造固体電解質に対して安定

膜ー黒鉛負極界面におけるLi 移らに抵抗上昇を抑制するコート層性と高イオン伝導性を有する有動挙動に関する世界初の第一原の主要な役割が界面電子移動の力組成の提案を行い、それが実際

理計算自由エネルギー解析を実抑制であることも実証した。これに実験合成されるという事例が行した。これらの新規な概念はらの問題では安定なヘテロ固固

得られている。(CM(2021), CM

現代の電解液探索においても利界面のサンプリングが必須であ(2021))

用されている。(JACS(2013), JES

り、われわれが行ったヘテロ界面

4. おわりに(2015), PCCP(2016), PCCP(2020))

CALYPSO法開発とスパコンの高

このように
「京」
「富岳」の多ノー(3) 全固体電池実用化への重要

効率利用によって初めて高精度

ド環境と高精度第一原理計算を+

館山 佳尚 Yoshitaka Tateyama
物質･材料研究機構 エネルギー･環境材料研究拠点

課題の一つ、正極ー硫化物固体

解析が可能となった。(CM(2014),

ベースとする先進的計算手法のは高いが精度も高い第一原理計

電解液が持つ異常な電気化学安

電解質界面における界面抵抗やACS-AMI(2017), CM(2020),

組み合わせにより、次世代蓄電池

蓄電池の大型化、安全性向上

算を基軸として採用している。さ

定性の起源について、第一原理

劣化傾向の増加に関して、充電時

ACS-AMI(2021))

開発に資する蓄電池内現象のさはカーボンニュートラルおよびらに「京」「富岳」の多数ノード環

MD計算から、Li 第一溶媒和圏にに固体電解質の酸化をもたらす(4) われわれは「富岳」の多数ノー

まざまな理論的予言が可能な時

Society 5.0実 現 の 中 心 課 題 と境を有効利用するために、反応自存在するアニオンが犠牲的に還界面の電子移動性が主要因であド環境を利用した、機械学習ベー代に突入してきた。

いって過言ではないだろう。その由エネルギー計算（熱力学的積分

元分解し、それが良好な被膜形成

核心は安全で高性能な電解液・法）の 高 次 並 列 化 を 実 装 し たにつながる という現在の標準的電解質の開発、および電極―電解

stat-CPMDや、ヘテロな固固界面

な 考え方を、世 界 に先 駆 けて理質界面の制御と言える。しかし、の構造を高効率（並列）サンプリ論的に提起した。( JACS(2014),

二次電池内の電子・イオンの動ング可能なヘテロ界面CALYPSO

JPCC(2014)他)。

きは複雑なため、実験的に全貌を法などを開発した。これにより数(2) 負 極 界 面 に お け るSEI被 膜

明らかにすることはいまだに困難

千ノードを一度に用いた大規模形 成 機 構、界 面Li 移 動 に つ いである。そこで、われわれはスパ

第 一 原 理 計 算 ベ ース の ハ イスても、さまざまな 新 概 念を提 起コン「京」「富岳」の高効率利用を

ループットサンプリングが可能としている。例えば第一原理MDと念頭に、先進的計算手法開発とそなり、材料探索や界面微視的過程

Blue-moon ensemble 法の 組

れらを高精度第一原理計算と組の見える化が格段に進んだ。こみ合わせにより、EC溶媒電解液へみ合わせることにより蓄電池内ののように大型研究施設と先進計のVC添加剤の効果として、Li に配

微視的現象の理論的予言・提案

算が連携することで、世界初とな位したECの還元分解生成物をVCに取り組んできた。その事例にるようなインパクトのある研究成が不動態化する過程があることをついて紹介する。

果創出が可能となった。

見 い だした。ま たSEI被 膜 形 成

2. 計算について

3. 研究成果時には負極界面に分解生成物

山田淳夫、山田裕貴／東京大学 奥野幸洋、後瀉敬介／富士フイルム 河村芳海、馬場健／トヨタ自動車
袖山慶太郎、JALEM Randy、JANG Seonghoon、BAO Bo ／物質･材料研究機構、京都大学ESICB

1. はじめに

35

+

+

+

連名者･連携機関

未知現象を取扱う場合、計算側

われわれは「京」「富岳」を用いが 単 純 に 堆 積 するので は なく、参考文献にも相 応 の 精 度 が 求 められる。

て、さまざまな理論的予言を行っ

少し沖合で凝集するNear-shore[1] 館山研究室研究成果 https://www.nims.go.jp/group/cs/research/papers.html

われわれは実験家・産業界へのてきた。

aggregationというメカニズムを

関連 WEB

予言性を担保すべく、計算コスト(1) 最近注目を集めている高濃度実証した。さらに、FEC添加剤の館山研究室 https://www.nims.go.jp/group/cs/
富岳百景 https://fugaku100kei.jp/mag/05/

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers36

■ 大型研究施設を利用した元素戦略プロジェクトの顕著な成果
講演の
ポイント

量子ビームの協奏と先端利用で電子材料の機能の本質に迫る
門野 良典 Ryosuke Kadono
高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所

電子材料研究では、量子ビーム
利用研究の専門家集団からなる
高エネ機構・物構研に副拠点が置かれ、材料創製グループが合成した電子材料について、東工大拠点の解析評価グループとも緊密に協議しながら、拠点では実施できない大型研究施設での放射光・中性子・ミュオンという量子ビームを用いた物性材料評価が実施された。具体的には、放射光X線
回 折 による精 密 構 造 解 析（KEK-PF、SPring-8利 用）、先 端 光電子分光による表面・界面の電子状態の評価、および微小試料領域（数μm）分 析 装 置 開 発（KEK-PF利用）、中性子回折による結晶・磁気・局所構造解析および準弾性・非弾性散乱によるダ
イナミクス解析（J-PARC MLF中性
子 利 用）、ミュオ ン ス ピ ン 回 転（µSR）による磁 性・超 伝 導 の 評
価、物質中の水素電子状態の同定、さらに大強度ミュオンビーム
利用のためのµSR分光器の開発（J-PARC MLFミュオン 利 用）など

37

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

で あ る。さら に、これ ら の 量 子
ビームを相補的・協奏的に駆使する「マルチプローブ解析」
プラッ
トフォーム体制が構築されたことにより、電子材料の精密解析・評価の結果が材料創製グループへ
迅速にフィードバックされ、物質開発速度の向上に貢献した。また、並行して行われた装置の高度化により、量子ビームによる解析・評価の精度、および解析速度の向上が実現した。具体的な成果のハイライトとしては以下の3点が挙げられる。
1）鉄系超伝導体における新たな反強磁性母相の発見：
鉄はありふれた元素であるが、その磁性ゆえに超伝導とは縁遠
い元素とみなされており、2008年のLaFeAsO(1111系)高 温 超 伝 導の発見は銅酸化物に比すべきイ
ンパクトをもたらした。その後、鉄系超伝導体における新たな反強磁性母相の発見● エレクトライド電子の確立と触媒応用における機能発現の機構解明● 電子材料中の水素の電子状態とダイナミクスの評価●

東工大拠点では1111系物質で酸
素-水素置換という新しいキャリア
ドープ法を開発し、これまでにな
い高濃度で電子ドープが可能になった結果、すでに知られていた
低電子ドープ領域で発現する超伝導相（第1）に加え、高電子ドープ領域で新たな超伝導相（第2）、
およびその母相とみなされる第2の反強磁性秩序相の発見に至るとともに、量子ビーム解析により数多くの大変興味深い知見が得られた。
中でも第2母相の発見は重要で、マルチプローブによる迅速な物性評価が行われた結果、多軌
道電子系の高温超伝導における磁性と超伝導の競合・協奏という、単バンド系の銅酸化物に代わる新たな物性研究のパラダイムへの契機となった。
2）
エレクトライド電子の確立と物性評価、およびその触媒応用における機能発現の機構解明：
固 体 エレクトライドは、「原 子
核に束縛されない電子を陰イオンとして固 体 結 晶 に 配 することで 仕 事 関 数 を 下 げる」という新た な 物 質 概念に基づいて東 工 大
拠 点で 開 発された機能性材料で ある。最 初 に
具 現 化され たカル シ ウ ム ア ルミ
酸 化 物（C12A7）
は、セメント材料
としても知られる
ありふ れ た 物 質
で あるにもか かわらず、エレクト
ライド化するとア
ンモ ニア合 成 触媒の担持体として驚異的な性能を示すなど、応用上の大きなインパクトをもたらしている。マルチ
プローブ研究では、その後も続々と合成されたエレクトライド候補
物質について「エレクトライド電子」の存在が立証されるとともに、触媒機能に重要な遷移金属や水素との相互作用に関する微視的な情報、さらにはエレクトライド
電子そのものが持つ特異な性質が明らかにされた。
3）酸化物半導体・誘電体の機能に関わるナノ構造、水素の電子状態とダイナミクスの評価：
安定かつ豊富に存在する酸化物は、現代の電子機器を支える基
幹的な電子材料として常にその性能向上が求められている。東工大拠点でもさまざまな新機材料の開発が行われたが、中でも量子ビーム解析が威力を発揮したのがこれらの材料中での水素に関する研究であり、IGZOをはじめとする透明半導体の性能を左右する微量水素の役割解明、ヒドリ
ド伝導体における水素位置の決定とダイナミクスの解明などの成果が挙がっている。

連名者･連携機関村上洋一 、細野秀雄

参考文献[1] M. Hiraishi, S. Iimura, K. M. Kojima, J. Yamaura, H. Hiraka, K. Ikeda, P. Miao, Y. Ishikawa, S. Torii, M. Miyazaki, I. Yamauchi, A. Koda, K. Ishii, M.
Yoshida, J. Mizuki, R. Kadono, R. Kumai, T. Kamiyama, T. Otomo, Y. Murakami, S. Matuishi, and H. Hosono, Nat. Phys. 10, 300 (2014).
[2] K. Horiba, R. Yukawa, T. Mitsuhashi, M. Kitamura, T. Inoshita, N. Hamada, S. Otani, N. Ohashi, S. Maki, J. Yamaura, H. Hosono, Y. Murakami,
and H. Kumigashira, Phys. Rev. B 96, 045101 (2017).
[3] K. M. Kojima, M. Hiraishi, H. Okabe, A. Koda, R. Kadono, K. Ide, S. Matsuishi, H. Kumomi, T. Kamiya, and H. Hosono, Appl. Phys. Lett. 115, 122104 (2019).

関連 WEBhttps://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/20140317100000/

38

■ 大型研究施設を利用した元素戦略プロジェクトの顕著な成果
講演の
ポイント

J-PARCでの高温加工熱処理
シミュレータを用いた
動的相変態に関する研究柴田 曉伸 Akinobu Shibata
物質･材料研究機構

輸送機器の燃費向上や国土強靭化に資する建築材開発を実現するためには、鉄鋼材料に代表される構造用金属材料のさらなる高強度化･高性能化が必要不可欠である。500℃〜1000℃のような高温での加工と熱処理を組み
わ せ た「加 工 熱 処 理」は、1000年以上前の刀鍛冶から現在の自動車用鋼板や建築材などの鉄鋼材料製造にも引続き適用されている製造プロセスである。しかし、高温度域での加工熱処理中にどのようにミクロ組織が形成されるかを直接観察することは困難であるため、現行の加工熱処理は依然として経験的な側面に大きく依存しているのが現状である。
鉄鋼材料の高強度化･高性能化を実現していくためには、加工
熱処理中のミクロ組織形成過程を明らかにし、メカニズムに基づいた加工熱処理によってミクロ組織を制御していくことが必要である。われわれは、J-PARCのMLF
ビームライン19 (匠) に、実際の鉄39

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

鋼材料製造プロセスを模擬した
加工熱処理中のその場中性子回折実験が可能な高温加工熱処理
シミュレータを導入した。本研究では、「動的フェライト変態」と呼ばれる、今後の加工熱処理の基礎となる新しいメタラジーとして注目されている相変態を研究対象にした。動的フェライト変態は母相オーステナイトの加工中に生じる相変態であり、動的フェライト変態を含む加工熱処理によって結晶粒径が1m以下の超微細粒ミクロ組織が得られることがわかっている。通常、超微細粒ミクロ組織の形成は、繰り返し重ね接合圧延に代表されるような巨大ひずみ加工が必要である。しかし動的

高温加工熱処理シミュレータによるその場中性子線解析● 動的フェライト変態におけるミクロ組織形成メカニズムの解明● 加工熱処理中のオーステナイトの格子欠陥密度変化の定量評価●

フェライト変態を含む加工熱処理
では比較的小さなひずみ量で超微細粒ミクロ組織を得ることが可能であることが大きな特徴である[1]。しかし、
その変態メカニズムや超微細粒ミクロ組織形成メカ
ニズムは不明のままであり、そも
そも変形中に相変態が生じているかどうかも議論の対象となっている。そこで本研究では、
その場
中性子回折実験によって動的フェライト変態におけるミクロ組織形
成過程を明らかにすることを目的として実験を行った。
加工熱処理中に得られたその場中性子回折プロファイルを解析した結果、圧縮加工を負荷し始めてからフェライトに対応する回
折ピークが現れていることが明らかとなった [2]。これは動的フェライト変態が母相オーステナイト
中の加工中に生じていることを実証した非常に重要な成果である。
また、中性子回折プロファイルからフェライト相とオーステナイト相の格子定数変化を解析し、変態に伴って生成した動的フェライト相の格子定数が減少していくことを明らかにした。これは、変態中にめ、バ ルク材 にお いて高 温 度 域
平衡モードがパラ平衡からオルソ
でのオーステナイトの加工状態
平衡へと遷移することに起因するを直接評価することはほぼ不可と考えられる。
能であった。しかし、本研究で用これまで動的フェライト変態のいたその場中性子回折実験用加変態機構については、「せん断型
工熱処理シミュレータは、高温状変態」、「マッシブ変態」、「拡散型
態での加工状態を直接評価する変態」など種々の変態機構が提案ことが可能である。母相オース
されてきているが [3]、上述の変テナイトの転位密度変化の結果
態中の格子定数変化は拡散型変から、動的フェライト変態を含む態を仮定しないと説明できない
加工熱処理によって得られる超ため、本研究によって動的フェラ
微細粒ミクロ組織は、動的再結晶
イト変態は拡散型変態であること
によって生じていることが明らかを明確に示すことができた。さとなった。
らに加工熱処理中の母相オース
テナイトの 格 子
欠 陥 密 度 (転 位密 度) 変 化 を 定
量 評 価 することに成 功した [2]。
通 常、母 相 オ ーステナイトは 室温への冷却中にフェライトもしくはマルテンサイトに 変 態して消図２ 動的フェライト変態に伴う母相オーステナイト中の転位密度変化
失してしまうた連名者･連携機関

その場中性子回折実験用高温加工熱処理シミュレータ

動的フェライト変態に伴う母相オーステナイト中の転位密度変化

竹田泰成・京都大学、Nokeun Park・Yeungnam University、Lijia Zhao・Colorado School of Mines、Stefanus Harjo・J-PARC Center、
川崎卓郎・J-PARC Center、
Wu Gong・京都大学、
辻伸泰・京都大学

参考文献[1] 牧正志ら : 鉄と鋼 , 100 (2014), 1062-1075.
[2] A. Shibata et al.: Scripta Mater., 165 (2019) 44-49.
[3] L. Zhao et al.: Adv. Eng. Mater., 20 (2018) 1701016.

関連 WEB
図1 その場中性子回折実験用高温加工熱処理シミュレータ

http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research̲results/ 2018/190216̲1.html

40

■ 元素戦略プロジェクトの大型研究施設へのインパクト

SPring-８／SACLAから見た元素戦略のインパクト

J-PARC物質･生命科学実験施設における
中性子およびミュオン利用

雨宮 慶幸 Yoshiyuki Amemiya

大友 季哉 Toshiya Otomo

高輝度光科学研究センター 理事長

高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 副所長
J-PARC センター 物質･生命科学実験施設 ディビジョン長

供用開始から25年が経過した
SPring-8で は、施 設 の ア ップ グ
レードに向けて共用ビームライン
再編や利用制度の見直し等の改革が行われている。元素戦略プ
ロジェクト（以後、本プロジェクト）
は、SPring-8のこれらの改革に対して少なからぬ影響を与えた。
本講演では、本プロジェクトがSPring-8に与えたインパクトを概観したのち、今後の材料科学に関わる研究プロジェクトへの期待を述べる。
本プロジェクトにより、放射光計
測技術において、実材料の特徴である複雑系・不均一系への対応
が 促 進 さ れ た。具 体 的 に は、
SPring-8の計測技術の高分解能化（空間、時間、エネルギー）および、ナノスケールからマイクロス
ケールにいたるマルチスケールの計測技術の飛躍的な発展につながった。これと並行して、材料製造プロセスや反応状態のその場観察手法やデバイス材料のオ
ペランド計測技術の発展にも影響を与えた。これらの発展した計測技術は、現在のSPring-8の光源

性能を使い尽くしたレベルに到達したと考えている。
元素戦略プロジェクトの先駆性のひとつは、
マルチプローブの利活用（複数手法の利活用）にあった。
本プロジェクト以前の大型プロジェ
クトは専用ビームラインの建設を伴って行われたが、本プロジェクトは共用ビームラインの各種の計測装置群を最大限に利活用して研究を推進するスタイルをとった。結果として、SPring-8共用ビームライ
ン再編のもとで、
現在進行している
プロダクション・ビームライン群の整備へとつながったと見ている。
これに加えて、産学連携を推進する
本プロジェクトは、必然的に、共用
ビームライン全体における産学連
携研究を推進する方向へ影響を与えた。結果として、学術利用と産業
利用の間の垣根を低くし、共用ビー
ムラインと産業用ビームラインの相互乗り入れを行いやすい利用制
度の改革に推進力を与えた。
このように、本プ ロジェクトのSPring-8利活用は、
現在のSPring-8
動向に大きな影響を与えたと考えている。

今後の材料科学に関わる研究プ
ロジェクトへの期待を述べたい。
グローバルな課題解決に向けた
SDGsの目標達成やそれに伴うわが 国 に お ける2050年 カ ー ボ ン
ニュートラルの実現に向けて、今後の科学技術に対する期待、
とりわけ放射光科学に対する期待は大きいと考えている。このような状況下、
SPring-8/SACLAは、
昨年8月に「グリーンファシリティ宣言」¹）を行い、地球規模での課題解決に貢献することの意思表明をした。
この宣言の下、SPring-8/SACLAは
今後さらなる研究成果の創出に向けて、施設のアップグレードを目指していきたいと考えている。
材料科学における研究成果の創出 にSPring-8/SACLAは さらに パ
ワフルなツールとして、大きな貢献をしたいと考えている。今後の材料科学に関わる研究プロジェク
トでは、SPring-8/SACLAが研究基盤施設として、より積極的に利活用されることを期待している。
1) http://www.spring8.or.jp/ja/
news̲publications/press̲release/2021/210823/

大型陽子加速器施設（J-PARC）
物質・生命科学実験施設（MLF）
では、400 MeV線 形 加 速 器、3GeV シ
ンクロトロン 加 速 器（RSC Rapid
Cycle Synchrotron)により加速された陽子を用い、
パルス状の中性子およびミュオンを発生させ、21本の中性子ビームラインと3本のミュオ
ンビームラインにおいて、基礎的研究から産業利用まで幅広い分野での利用研究が行われている。2021
年4月からは、700 kWの陽子を安定的に利用することができるようになった。海外からも多くの申請があり、世界的な研究拠点の一つとなっている。また、MLFが重視する産業利用の分野においても、企
業との 共 同 研 究、産 学 連 携コン
ソーシアムやNEDOプロジェクトな
どの産学連携アプローチにより多くの成果が挙がっている。
J-PARC MLFが一般利用を開始したのは2008年であり、元素戦略プ
ロジェクトが開始された2012年の段階では、
東日本大震災による9か月の停止からの復旧を果たした直後で、中性子やミュオンビームライ
ンの整備も不十分であり、陽子加速器のパワーもようやく200 kWに達したところであった。その後、加速
器のパワーも上昇し、おのおのビー
ムラインの整備が進む中、MLFも順調に運転され、安定的な成果の創出が可能となった。
元素戦略プロジェクトは、
そのよ
うなJ-PARC MLFの建設期から運用
期の転換期に実施されたものであり、中性子やミュオンの軽元素（とくに水素）の観測能力、
磁気構造観測能 力、物 質 透 過 能 を 生 かした ユ
ニークな成果が多く創出された。
例えば、鉄系超伝導体における新
たな反強磁性母相の発見[1]、金属触媒における水素の振動状態の解析[2]、加工熱処理中のミクロ組織形成過程を研究するため導入された高温
加工熱処理シミュレータ（サーメックマスター）を用いたフェライトの動的変態の性質[3]などである。
MLFにおける元素戦略プロジェ
クトの重要な点は、建設期から運用期への転換期において、MLF施設とユーザーという立場にとどまらず、専門性を生かした役割分担とともに相互関与の関係にあったことであると考える。元素戦略プ
ロジェクトが関わることで、MLFが持つハードウエアの高度化が進み、世界の中でMLFのみがなしえた多くのオリジナルな実験も行われた。今後も、世界トップレベルの成果創出には、
このような関係性をより深めていくことが重要であると考える。

連名者･連携機関
J-PARCセンター 総合科学研究機構（CROSS）
中性子科学センター

参考文献[1] M. Hiraishi, S. Iimura, K. M. Kojima, J. Yamaura, H. Hiraka, K. Ikeda, P. Miao, Y. Ishikawa, S. Torii, M. Miyazaki, I. Yamauchi, A. Koda, K. Ishii, M. Yoshida, J. Mizuki, R.
Kadono, R. Kumai, T. Kamiyama, T. Otomo, Y. Murakami, S. Matsuishi and H. Hosono, Nat. Phys. 10, 300 (2014)[2] H. Yoshida, A. Yamamoto, S. Hosokawa, S. Yamazoe, S, Kikkawa, K. Hara, M. Nakamura, K. Kamazawa, and T. Tanaka, Topics in Catalysis 64 660-671 (2021)[3] Akinobu Shibata, Yasunari Takeda, Nokeun Park, Lijia Zhao, Stefanus Harjo, Takuro Kawasaki, Wu Gong, Nobuhiro Tsuji, Scripta Materialia 165 44-49 (2019)

関連 WEBhttps://mlﬁnfo.jp/ja/

41

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers42

■ 元素戦略プロジェクトの大型研究施設へのインパクト■ 歴代プログラムディレクターからのメッセージ

「京」
･「富岳」

元素戦略プロジェクト<研究拠点形成型>
初代PD（2012-2015）

元素戦略プロジェクト<研究拠点形成型>
初代PD（2012-2017）村井 眞二 Shinji Murai

澤岡

奈良先端科学技術大学院大学 特任教授

大同大学 名誉学長

元素戦略（拠点形成型）は、文科省担当部署とＪＳＴ担当部署の緊密な連携のもとスタートしたものであり、いくつかの際立った特長を持つ。すなわ
ち、複数の研究目標のシャープさ、
グループ横断的な研究手法とグループ内組織の共通性、内外との強 い 連 携、加えて若 い 研 究 者 の 養 成 などである。
大きな成果と波及効果が期待されるプロジェクトであり、現在成功裏に展開されつつある。元素戦略
は、わが国に端を発し今や世界を先導するコンセプ
トである。今後も、元素戦略としての広い発展とともに、物質系研究開発への大きな寄与、さらには、「経済安全保障」ばかりでなく「地球安全保障」の基盤となることを期待したい。

元PDのつぶやき常行 真司 Shinji Tsuneyuki
東京大学／HPCI コンソーシアム 理事「富岳」成果創出加速プログラム 領域総括

元素戦略プロジェクト＜研究拠
点 形 成 型＞が 始 まる 少し前 に、「京」のアプリ開発と分野振興を図るプロジェクト「HPCI戦略プログラ
ム」
の中で、
物性研、
分子研、
金研を
中心として計算物質科学イニシア
ティブ（CMSI）
が設立された。CMSI
では研究のパートナーとして元素戦略各拠点のメンバーとなる方々との繋がりをつくるイベントを開催し、これにより実験(計測)-計算連携の礎が築かれ、CMSIのメンバーも各拠点に組み込まれて、実験と計算が一体となった元素戦略研究拠点が提案された。
以来、CMSIやその後継プロジェ
クトである
「ポスト
「京」重点課題」

が元素戦略プロジェクトと連携する
中で、材料研究者のニーズに応える形で、「京」や「富岳」を利用するための大規模計算技術や、材料研究に役立つ基盤的なアプリの開発が進展した。
「京」
ではこれまでにない大規模計算が可能になり、材料らしい複雑な界面や化学反応などの第一原理計算が行われるようになった。また「富岳」
では大規模計算に加え、データ科学的手法により大量の計算データを活用する研究スタイル、
いわゆるマテリアルズ
インフォマティクスが急速に進展しつつある。
一方、開発されたアプリは、
計算物
質科学ポータルサイトMateriApps

や初心者向けのパッケージ化された ソフトウェア 環 境MateriApps
Live!、
また多数のアプリ講習会を通じて、その普及が進められた。この動きは、国の予算を投入して開発されたアプリの活用という観点で意味があっただけでなく、アプリがより多くのユーザに使われ、ユー
ザニーズのフィードバックを受けて改良され、
その結果としてアプリ開発者が評価されるという、ポジ
ティブフィードバックをもたらすものであり、計算物質科学振興につながったと考える。これらの活動
は、
プロジェクト終了後も物性研を中心とする計算物質科学コミュニティにより継続される予定である。

氏の功績に敬意を表する『Synthesis』
特別号2冊（2021）

昭 Akira Sawaoka

今年度で終了する研究拠点形成型元素戦略プロ
ジェクトの前に産官学連携型16課題が実施され、PDを7年間務めた。1課題5年間のプロジェクトであり、2年間重複して現在の拠点形成型が始まり、PDを6年間務めた。このプログラム立ち上げの会合で、
一人の研究
代表者から
「プログラム終了時にあなたは80歳を越えている、
最後まで続けるつもりか？」とのきつい発言があり、「折り返し点の5年間でバトンタッチしたいと答えた。私と同年齢の村井先生は4年でPDを辞退され、私は6年で玉尾PDと交代した。79歳であった。
1999年に名古屋の私立大学長に就任するとき、研究をやめて大学経営に専念する覚悟であったが、徐々に元素戦略プロジェクトに引き込まれ、PDは悪役に徹しなければ務まらない仕事であることを痛感した。元素戦略プロジェクトは文科省の委託業務である。特に苦労したのは、科研費補助金と受託研究の区別が付かない研究者とのやりとりであった。文
科省担当者は2 〜3年で交代するので、クールでドライなPDの存在はプロジェクト遂行上不可欠である。
学長職と元素戦略PDの仕事をほぼ同時期に終えた頃、路上でばったりと会った元学園理事長から、顔つきが良くなったと褒められた。二つの悪役から解放されたからだと思った。11年間、二足の草鞋の仕事ができたのは中山智弘PO（プログラムオフィサー）の支えがあったからです。感謝します。

関連 WEB
HPCI 広報サイト 富岳百景 https://fugaku100kei.jp/
物質科学シミュレーションのポータルサイト MateriApps

43

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

https://ma.issp.u-tokyo.ac.jp/

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■ 新たな元素戦略の取り組みと、情報科学を活用した物質･材料研究の展開

CREST「未踏探索空間における革新的物質の開発」

さきがけ「物質探索空間の拡大による未来材料の創製」

研究統括

研究統括

北川

宏 Hiroshi Kitagawa

陰山

京都大学 大学院理学研究科

世の中には、水と油の関係のよ
うに、どう工夫しても混ざらない組
み合わせがある。例えば、鉄と銅は原子レベルでは混じり合わない元素同士である。実は社会で使用されている合金触媒の大部分は混じり合わない元素同士で構成されており、異なる金属元素間の相乗効果を最大限には引き出していない。安定な金属元素は60種程度あるため、
その組み合わせは2元系合金で1,700程度存在する。
そのうち任意の割合で原子レベルで混ぜられるのは（全率固溶合金）
3割以下であり、実は7割以上の合
金の組み合わせを人類はいまだ活用できていないことになる。
水と油の関係にある金属元素
同士を原子レベルで混ぜ合わせ、
新しい物質をつくり出す研究を推進している。
その研究戦略には、構成元素が原子レベルでランダムに一様に混
じりあう合金（固溶合金）では、その組成比により連続的に電子状
態、つまり、機能・物性を連続的に

洋 Hiroshi Kageyama

京都大学 大学院工学研究科

制御することが可能なことがあげられる。そのため、あらゆる元素を自在に混合して操る技術を構築できれば、目的の元素を他の元素の組み合わせで既存の元素を凌駕する新しい元素を生み出すことが可能となる。最近では、独自に開発した連続フロー型ソ
ルボサーマル非平衡ナノ合金プ

ロセスにより、任意の元素を任意の割合で混ぜる多元素ナノ合金（図参照）の開発が実現化されよ
うとしている。当該科学技術を基
盤に、材料創製インフォマティク
スとハイスループットスクリーニ
ング（HTS）により、未踏探索空間
における革新的物質の開発が可能になりつつある。

本研究領域は、令和3年度文部科学省の選定した戦略目標「元素戦略を基軸とした未踏の多元素・複合・準安定物質探査空間の開拓」の下に発足し、昨年10月、若手研究者を中心に研究を開始した。
われわれが直面する環境・資源・エネルギー、医療・健康等に代表される社会課題を解決するために、従来技術とは異なる非連続な概念・コンセプトを探求したシン
プルかつ斬新なアイデアにより、
これまでの物質探索空間の枠を超えた、革新的な新機能性材料の創出を目指している。
具体的には、異なる元素同士のシナジー効果を解明した上での元素の複合化による「多元素化」、
元素の配置制御等による材料システムとしての「機能 複 合 化」
、非 平 衡 状 態や速度論的制御を利用する「準安定相」の活用等の視点で、環境・エネルギー関連材
料、
エレクトロニクス材料、医用材
料、構造材料等への利用に向けて夢のある材料・プロセス研究を推進していく。
さらに、将来的な素材化、プロ
セス化技術の流れも意識し、物質創製技術やプロセス制御技術確立のために、計算科学や機械学習等のデータ駆動科学、最先端オペ
ランド計測技術等との融合による原理解明、学理構築等、広い視点を背景とした挑戦的なアプローチ
での研究を行う。
今年度は10課題を採択。採択
率は7％と狭き門となったが、金属・無機系、
有機系、理論計算、
評
価解析と幅広い研究分野からの研究課題で構成されている。
講演では、
本研究領域の概要を説明させていただき、続いて、第1期研究課題を分かりやすく紹介したいと思う。

参考文献[1] K. Kusada & H. Kitagawa, Continuous-Flow Syntheses of Alloy Nanoparticles, Materials Horizon, in press.
[2] K. Kusada et al., Highly Stable and Active Solid-Solution-Alloy Three-Way Catalyst by Utilizing Conﬁgurational-Entropy Eﬀect, Advanced Materials,
33, 2005206 (2021).
[3] D. Wu, et al., Platinum-Group-Metal High-Entropy-Alloy Nanoparticles, J. Am. Chem. Soc., 142, 13833-13838 (2020).

45

関連 WEB

関連 WEBhttps://www.jst.go.jp/kisoken/crest/research̲area/ongoing/bunya2021-4.html
http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/ossc/index.html

https://www.mext.go.jp/content/20210312-mxt̲kiso-000013144̲6.pdf
https://www.jst.go.jp/kisoken/presto/research̲area/ongoing/bunya2021-4.html

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers46

■ 新たな元素戦略の取り組みと、情報科学を活用した物質･材料研究の展開

CREST「情報計測」（1）「ベイズ統計スペクトル分解」

CREST「情報計測」（2）「機械学習アプローチによる量子多体状態探求」

赤井 一郎 Ichiro Akai

遠山 貴巳 Takami Tohyama

熊本大学 産業ナノマテリアル研究所

東京理科大学 理学部 応用物理学科

ミクロ物性を解明する物性研究と、デバイス開発と最適化を行う材
料研究の両輪によって、材料のデバイス応用研究が進められる。ミ
クロ物性研究では、電子・スピン状態や原子スケールの近距離構造を捉えるために放射光を用いたス
ペクトル計測がなされ、そのスペク
トル分解はミクロ物性解明の重要な方法である。一方、
放射光計測法の発展に伴いデバイスのメゾ構造を捉える顕微計測やオペランド
計測が実現され、スペクトル軸に加えて空間や時間軸を含む高次元
ビッグデータの計測も可能となっている。
ベイズ統計スペクトル分解法（ベ
イズ分光法）
は、
ベイズ推定の枠組
みを組み込んだスペクトル解析法
で、因果律の原因と結果の同時確率を考え、ベイズの定理に基づいて結果である計測データを起点として因果律を遡り、原因であるミクロ物性の統計情報を得る新しいス
ペクトル解析法で、材料研究においてさまざまな課題を解決し、新たな発見を導くことができる。

スペクトル分解で用いられるモデル関数には、物性を特徴づける
パラメータが非線形に含まれるため、パラメータ空間内で誤差関数
は多数の局所極小解を持つ。そのため最小二乗法で得られる解は、パラメータ空間探索の初期値に依存してしまう本質的な問題がある。ベイズ分光法ではレプリカ
交換モンテカルロ法を用いて大域的最適解の高速探索を実現して、全ての推定パラメータの統計分
布（事後確率分布）を評価し、事後
確率最大化に基づいてモデル関数の選択も可能である。
講演では、ベイズ分光法の概要と、材料のミクロ構造解析のために計測される広域X線吸収微細構造（EXAFS）の解析にスパースモデリングとベイズ推定を融合させた新 解 析法や、高次元
ビッグデータである顕微X
線吸収スペ
クトルイメージ（2D-XAS）

から、デバイス機能を担うミクロな電子状態の空間分布を評価す
る方法について紹介する。EXAFSの新解析法では、配位原子の元素種を識別した上で、正しい原子間距離で、最近接以遠の長距離構造を高いノイズ耐性で解析することが可能となり、X線吸収量が少な
い薄膜材料においてもミクロ構造の解析が可能となる。2D-XASの解析では、微弱なスペクトル変化も分解可能な片側直交非負値行
列因子分解法とベイズ分光法を融合し、リチウムイオン電池モデ
ル電極においてイオン伝導に寄与するミクロな電子状態の空間分
布の評価が可能となった。
本講演の成果は、JST、CREST、
JPMJCR1861の支援を受けた研究に基づく。

量子力学の下では電子波動関数がミクロな物性を決めているため、波動関数自体を予測できれば物
質・材料の物性予測が可能となる。
電子の波動関数は場所の関数なので、結晶中の格子点に値をもつ「画像」
として波動関数をとらえれば機械学習のアプローチが適用できる。しかし、そのような単純なアプローチが可能なのは電子間に相互作用がない系に限られる。もし電子間に強い相互作用が働くと、各格子点に複素数をもつ画像として表現することは不可能で、スレー
ター行列式の重ね合わせとして記述しなければならない。そのときの、基底の個数は16格子点の半充填（ハーフフィールド）ハバード模型であっても、10⁸という膨大な値になるため、
量子多体状態の予測に機械学習を使おうとすると、
波動関数を表現可能な少数の情報量が必要となる。もしそのような情報量が得られれば、基底状態だけでなく、
例えば光励起による非平衡状態の特徴を明らかにすることが可能となる。われわれは計測と情報を結び付ける研究の中で、波動関数の絡み合いの指標となるエンタ

ングルメント・スペクトルと呼ばれ計算により確認した [2]。また、教る量が、膨大な基底からなる波動
師なし機械学習を用いた光励起状関数の情報をたかだか数百のデー態の解析にも取り組んでいる。相タで 記 述できる最 適 な「画 像」と互 情 報 量 を 最 大 化 するようになっていることを突き止めた。
ニューラルネットワークを構成する
その適用例として一次元ハーフ手法により、
ポンプ光照射前 (時間フィールド拡張ハバードモデルのt=0) を三つの領域に区別した（図
量子相判別を紹介する。密度行列参照）。黄色は電荷密度波状態、
繰り込み群法と呼ばれる数値計算
赤色はスピン密度波状態、それら
手法によってエンタングルメント・の間の青色はボンド秩序波状態にスペクトルを得たのち、ニューラル
対応している。次にポンプ光照射
ネットワークを構築することで、模
後 (t=8.6) も三つの領域に分けた型の二つのパラメータ空間（オンサ
結果、
電荷密度波状態の領域が小イトクーロン相互作用Uと次近接相さなVまで張り出してきていること
互作用V）からなる量子相図を再現がわかった [3]。これは、過去の研した [1]。さらに、光励起されたと究と整合する結果である。現在
きどのような量子相が出現可能かは、光誘起による超伝導相の予測調べるため、
光照射後のエンタングを進めている。
ルメント・スペクト
ルを入 力 すること
で、量子状態を判別させ た。ボンド 電
荷密度波状態にポンプ光を照射すると、ボンドスピン密度波状態と呼ばれ
図 教師なし機械学習手法による20サイト一次元拡張ハバードモデル
る状態が出現するのV-U相 図。(左)ポンプ光 照 射 前(t=0)、(右)ポンプ光 照 射 後(t=8.6)。
ことを予測し、
実際、 挿入図はポンプ光の波形を示しており、ぞれぞれ●で示した時刻での相図となっている。
秩序パラメータの連名者･連携機関岡島敏浩･あいち SR 、水牧仁一朗･JASRI、青西亨･東工大、山崎裕一･物材機構 NIMS

参考文献
[1] AIP Adv. 11, 125013 (2021). [2] J. Phys. Commun. 5, 115005 (2021). [3] STAM: Method 1, 75 (2021).

関連 WEBhttps://www.kumamoto-u.ac.jp/whatsnew/sizen/20211210
https://www.kumamoto-u.ac.jp/whatsnew/sizen/20210709

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Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

参考文献[1] K. Shinjo, K. Sasaki, S. Hase, S. Sota, S. Ejima, S. Yunoki, and T. Tohyama, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 065001 (2019).
[2] K. Shinjo, S. Sota, S. Yunoki, and T. Tohyama, Phys. Rev. B 101, 195136 (2020).
[3] T. Nonomura, K. Shinjo, and T. Tohyama, in preparation.

関連 WEBhttps://mlﬁnfo.jp/ja/

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■ 新たな元素戦略の取り組みと、情報科学を活用した物質･材料研究の展開

元素戦略Pj（1）「計算科学･マテリアルズ
インフォマティクスが開拓した材料と材料科学」

元素戦略Pj（2）「スパコン「京」･「富岳」
を用いた磁性材料研究」

電子材料研究拠点

磁性材料研究拠点

神谷 利夫 Toshio Kamiya

三宅東京工業大学 科学技術創成研究院

産業技術総合研究所 機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センター

東工大元素戦略拠点の電子論グループでは、半導体物性を支配するバンドダイアグラム、
欠陥計算の高精度・高スループット計算法の開発を進め、網羅的第一原理計
算、
遺伝的アルゴリズムなどによる新材料・構造の発掘を行い、材料創成グループとの連携により、実際に新材料の合成と予測された物性の 実 証 などに成 功してきた。また、
解析・評価グループとともに、計測データの解析、理解を進めてきた。以下に、代表的な成果の概略を述べる。
● 高速H-イオン伝導体の機構解明：
本拠点で、酸素ドープLaH₃-₂xOx が2.6x10-² S/cmに達する高いイオン伝導率を示すことを見いだした。
イオン伝導体のシミュレーション
は多数のイオンと長時間にわたる
動的シミュレーションが必要であり、量子分子動力学計算では困難であった。ニューラルネットワーク
ポテンシャルを導入し、力場分子
動力学計算を行うことで、2種類のH イオンの協奏的ホッピングにより高いイオン伝導性を実現していることが示された[1]。
● 新しい2次元エレクトライドの探索：2次 元 エレクトライドCa₂Nをベースに、浮遊電子状態を含む結晶構造をスクリーニングし、第一原理による網羅的計算により8種類の候補物質を見いだした。Y₂Cで合成に成功し、
角度分解高電子分光により2次元エレクトライドであることを実証した。さらに、
Y₂Cはトポロジカル物質であることを見いだし、トポロジカルエレクトライドという新しい物質群を提唱した[2]。
新赤色発光半導体の開発：豊富な元素のみからなる新しい発光半導体の探索を目的として窒化物に着目した。その結果、CaZn₂N₂を候補物質として見いだし、高圧合成により窒素の化学ポテンシャルを上げることで合成に成功するとともに、直接遷移による赤色発光を確認した[3]。
● Cu₃Nにおける高効率p型ドーパントの探索：Cu₃Nは環境親和性が高い元素のみから構成される新半導体であるが、効率的なドーパントが見つかってい●なかった。第一原理計算による網羅的な探索により、Cu₂Nの結晶構造に内因的に存在するアニオン的空伱にFをドープすることが提案され、実験により実証した。
● 半導体中の水素：半導体では不純物水素が物性に大きな影響を与える。本拠点では実験、
理論の両面
から、
多様な物質中の水素の振る舞いを調べてきた。a-In-Ga-Zn-Oで+は水素は、-O²-H とH-@カチオンの両方の状態を安定して取りシン
グルドナーとして働くが、カチオンサイトで は H - ₂の 状 態も安 定
であり、この場合はドーピングに寄与しないことを明らかにした。
μSRの 測 定・解 析と合 わ せて、
a-In-Ga-Zn-Oでは水素濃度が高くなるとH-−H-複合体を作ることが示唆され、実験によるドーピングリ
ミット 10²⁰ cm-³を説明した。

参考文献[1] Characteristic fast H− ion conduction in oxygen-substituted lanthanum hydride Keiga Fukui, Soshi Iimura, Tomofumi Tada, Satoru Fujitsu,
Masato Sasase, Hiromu Tamatsukuri, Takashi Honda, Kazutaka Ikeda, Toshiya Otomo, Hideo Hosono, Nat. Comm. 10 (2019) 2578.
[2] Exploration for Two-Dimensional Electrides via Database Screening and Ab Initio Calculation Takeshi Inoshita, Sehoon Jeong, Noriaki Hamada,and Hideo Hosono, Phys. Rev. X 4 (2014) 031023[3] Discovery of earth-abundant nitride semiconductors by computational screening and high-pressure synthesis Yoyo Hinuma, Taisuke Hatakeyama, Yu Kumagai, Lee A. Burton, Hikaru Sato, Yoshinori Muraba, Soshi Iimura, Hidenori Hiramatsu, Isao Tanaka, Hideo Hosono, and Fumiyasu Oba
Nat. Comm. 7 (2016) 11962

49

隆 Takashi Miyake

永久磁石は主相と副相からなる複相材料である。主相には、高磁化、高結晶磁気異方性、高キュリー
温度が求められ、3d遷移金属（Fe,Coなど）と希 土 類（Nd, Smなど）を主成分とする物質探索に期待がかけられてきた。われわれは、
ThMn₁₂型構造の高鉄濃度化合物（1-12系）に注目し、第一原理計算
によりNdFe₁₂Nが優れた磁気物性値を有することを示した。これと連携してESICMM実験グループにより薄膜が合成され、Nd₂Fe₁₄B（ネオジム磁石の主相化合物）
よりも高
い磁化、
異方性磁場、
キュリー温度を 持 つ こ と が 報 告 さ れ た。
NdFe₁₂Nは準安定で、鉄の一部を他の元素で置換することで安定相を形成することが知られている。そこで、鉄サイト、希土類サイトの置換に対する系統的な第一原理計算を実行し、安定化元素や希土類の検討を行った。さらに機械学習も活用し、複数サイトの同時置換まで考慮した組成最適化を実行した。
計算データと実験データを統合的に利用する「データ同化」
手法と併せて、広い組成空間に対するデー力の発現には、最終的には、副相の微細組織の作り込みが重要になる。そこで、第一原理計算と各種実験を用いた熱力学データベースを構築した。これを用いると、磁石材料の主要な元素の組み合わせに対する計算状態図を作成することができる。また、フェーズフィー
ルド法 により組 織 形 成 のシミュ
レーションも可能となる。1-12系
磁石の副相制御のための3元状態図の作成や、
ネオジム磁石粒界相に対する微量添加元素の影響のシ
ミュレーションなどの実例を含めて
ESICMM熱力学グループの成果を最後に紹介する。

参考文献[1] T. Miyake and H. Akai, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 041009 (2018)[2] T. Miyake, Y. Harashima, T. Fukazawa and H. Akai, STAM 22, 543 (2021)

関連 WEB

関連 WEBhttps://www.ties.titech.ac.jp/

https://www.nims.go.jp/ESICMM/

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

タ科学手法について議論する。
磁石材料の最も重要な特性である保磁力の制御には、外部磁場に対する磁化反転機構の解明が欠かせない。われわれは、第一原理計
算を出発点としてNd₂Fe₁₄Bに対する有効スピン模型を導出し、モンテ
カルロシミュレーションにより有限温度の磁気物性値を再現することに成功した。この模型に基づいて
Nd₂Fe₁₄B結晶粒の保磁力の温度依存性を算出した。その結果、原子スケールの磁気モーメントの熱ゆ
らぎ、特に粒界近傍の磁性が保磁力に大きな影響を与えることを見いだした。現実的な磁石粒界での磁気物性値に対する大規模第一原
理計算と合わせて報告する。保磁50

■ 総合討論「マテリアル研究のこれから」：デジタルトランスフォーメーション（DX）を利用した材料開発■ 基調講演

開催にあたって日本発、材料科学の
国際会議

材料データ
プラットフォーム計画

福山 秀敏 Hidetoshi Fukuyama

細野 秀雄 Hideo Hosono

橋本 和仁 Kazuhito Hashimoto

東京理科大学 総合研究院

東京工業大学 元素戦略研究センター センター長
Material Research Meeting Chair

物質･材料研究機構 理事長

日本の材料研究の優位性が急速に失われつつあ

材料研究においてマテリアルインフォマティクス

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞専門委員

物質・材料探索において、従来「複雑さ」ゆえにを加速』中とのことである。

立ちはだかっていた困難な壁がＤＸの利用にって克服

この総合討論ではまず「基調講演」「ポジショントー

る。学術会議材料工学委員会では、国内の材料系学（MI）が注目されている。ここで重要になるのが材料され、その結果として研究に飛躍的な発展がもたらさク」でマテリアル DX への期待と具体的活動目標、お会の現状と課題について検討した結果、正会員数のデータベースである。今、世界中で材料データを集れることが期待されているが、この期待を現実とするよびその際の課題、について個人（あるいは組織）

急激な減少、論文誌で国際的に通用するものがほとめるプラットフォーム競争がなされている。この競争ための具体像は対象によってさまざまであり、それぞとしてビジョンの紹介、次いで「パネルディスカッショ

んどないなど、多くの問題点が明らかになった。できは大きく分けて、AIに強みを持つ企業が使いやすい

れ個別に模索が続いている。

ン」ではそれら相互間、更に参加者全体で課題の共るところから着手しようということになり、国内で開プラットフォームやAIソフトを提供することにより企折しも文科省は『元素戦略で構築された学問分野

有とその克服に向けての連携・協力体制（人材育成・

催する大規模で広い材料分野を網羅した国際会議

業や研究者が持つデータを集めようとしているものの再構成、融合のアプローチをベースに、マテリアル

研究評価等を含めて）のあり方等、コミュニティ全体がないので、
これを立ち上げようということになっと、学術出版社などが学術誌や公開特許データなど

をユースケースとした研究 DX プラットフォームの開発に関わる事項について意見交換する。

た。そこで、分野横断型の材料研究を標榜しているをデータベース化しているものとに大別できる。

日 本MRS の 賛 同 を い た だ き、Material Research

一方、NIMSでは、過去20年以上にわたり学術誌か

Meeting（MRM）
を開催することになった。MRM は、らのデータベース構築を行ってきたが、最近それにプロの研究者や技術者が参加したくなるトピックス

加えて、
日々実験で作りだされる電子顕微鏡やXPSなについて、ハイレベルの内容を発表し、しっかり議論どのさまざまなデータを自動的にMIに使える形のできる場を提供することを目指している。会議の方データに翻訳し、データサーバーに転送、蓄積できる

式はシンポジウム形式で、オーガナイザーは半数以システムを構築し、すでに140台以上の装置に整備し上を海外の方とすることを応募条件にしている。

た。さらに、
これらのデータを使うためのさまざまな初回となったMRM2019では、公募で集まったシン

AIソフトの開発も併せて進めている。

ポジウムは36。これを分野横断型になるように9つのこのような材料データ収集システムを全国の大クラスターに分類し、クラスター内で自由に合同の企

学、研究機関に展開すべく、文部科学省ではナノテク画ができるようにした。参加者は〜1800名であった。

プラットフォーム事業の後継の位置づけで本年より第2回となるMRM2021は、ハイブリッド開催であった

マテリアル先端リサーチインフラ事業を開始していが、前回と同規模で昨年12月に開催された。次回はる。講演においては、
これらの計画、進捗状況につIUMRSの会議と合同で2023年に京都で開催予定。

いて解説する。

詳しくはMRS-JのHPをhttps://www.mrs-j.org/）参照。

51

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers52

■ 基調講演■ ポジショントーク

元素戦略からマテリアルDX、そして研究DXへの進化に向けて

SPring-8／SACLA：
データ創出･活用戦略

次世代放射光施設：新たなデータ創出拠点としての展望

サステナブルモビリティ実現のためのMDXの活用

坂本 修一 Shuichi Sakamoto

石川 哲也 Tetsuya Ishikawa

高田 昌樹 Masaki Takata

射場 英紀 Hideki Iba

文部科学省 大臣官房審議官（研究振興局及び高等教育政策連携担当）

理化学研究所 放射光科学研究センター 理事長

東北大学 国際放射光イノベーション･スマート研究センター（一財）
光科学イノベーションセンター 理事長

トヨタ自動車株式会社 先端材料技術部
チーフプロフェッショナルエンジニア

第5期科学技術基本計画においては、狩猟社会、農SPring-8/SACLAでは、光源性能、光学系性能、検出

次世代放射光施設では、
その高い輝度・コヒーレ

元素戦略プロジェクトで研究されてきた磁石、半導

耕社会、工業社会、情報社会に続く未来社会の姿とし器性能の向上によって、データ収集時に利用できる試

ント性で、ナノでの「モノの見え方（可視化）」
を変える

体、触媒・電池材料、構造材などは、モビリティの持てSociety 5.0が提唱され、第6期科学技術･イノベー

料上の光子数密度が増大し、単位時間当たりに取得と言われている。この可視化の展開が、AI・データ科

続可能性を向上させるためのキーマテリアルである。

ション基本計画に引き継がれている。それはサイ可能なデータ点数は飛躍的に増大しつつある。ま学と融合し、学術・産業分野のさまざまな課題を止カーボンニュートラルや資源の有効利用などが強く

バー空間（仮想空間）とフィジカル空間（現実空間）がた、ロボットの活用やネットワーク越しのリモート操揚し、放射光による課題解決の多様化・DX化を加速求められる現状の中で、さらなる材料革新の必要性

高度に融合することにより、持続可能性や、経済的、質作の導入などを含むDX化も、取得可能データ量の増すると期待されている。

と、その研究開発手法としてのMDXの活用について、的な豊かさをもたらす社会像とされている。

大に寄与している。光子数密度の向上によって可能

いくつかの事例を紹介する。

Society5.0の実現に向けて、知識・データは社会、になってきた新しいタイプの計測手法もすくなくな

多くの材料の構造解析に用いられるＸ線回折法

産業の基盤を支える極めて重要な資源となり、大学

い。データ量の増大には、(a)試料あたりのデータ量

は、
これまでは結晶構造の特定や格子定数の測定にが取り組む学問についても新たな役割が求められは大きくないが、
ビームタイム当たりの試料数が増大

用いられてきた。この測定データのプロファイルにる。その役割の主要な要素として、新たな知識・技する場合と、(b)マルチモーダルなイメージング計測

は、材料の構造因子に基づく多くの情報が含まれる

術および人材を生み出すことを軸に、学問が社会的のような、新しいタイプの計測手法で、ビームタイム

ため、
これらを次元削減して分類した事例を示す。さ側面を含めた幅広いイノベーション・エコシステム

当たりの試料数は少ないが、試料当たりのデータ量

らに、これらと材料特性との相関を示し、性能向上の形成において中核的役割を果たすことがある。

が膨大になる場合の二つが当面対応を必要とする課

研究開発のためのツールとしての可能性について議このような状況の中で、学問分野の再構成を通じた題である。

データ駆動型研究、それによる新しいサイエンス、イノ

SACLAでは稼働当初から大データ量に対応する

ベーションの方法論開拓の重要性は急速に高まりつつ

データセンターの構築を進めてきた。SPring-8ではある。文部科学省においては、元素戦略で構築された

ビームラインごとに小規模データストレージを設け

学問分野の再構成、融合のアプローチをベースに、マテるなどの対応がとられてきたが、今般、SPring-8にもリアルをユースケースとした研究DXプラットフォームのデータセンターを設置することとなった。上記(a)、開発を加速している。このプラットフォーム開発につい(b)の 課 題 に対 応 するとともに、ユーザーコミュニて、分野特性による最適化、
インセンティブ設計、持続可

ティと連携して、データの利活用に関して検討してい能なマネジメントモデル構築など、
行政とアカデミア、

きたい。

論したい。
東北大学の青葉山キャンパスに建設中の次世代放射光施設
提供：（一財）
光科学イノベーションセンター

産業界が共同で解決すべき課題は多い。
本講演では、
このような学問に求められる新たな役割と文部科学省が進める研究DX政策の方向性、課題について概観する。

53

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers54

Achievement date

■ 数字で見る研究成果

付録

データで見る
元素戦略プロジェクトの10年■ 数字で見る研究成果■ 連携の力■ 大型研究施設群のフル活用■ 人を育てる■ 社会実装による経済効果予想

査読付き論文数

研究費1億円あたりの論文数

プロジェクト後期には企業との共同研究が増国内外の研究機関と比較すると、論文数の突加し、論文投稿数が増加している。

出に研究の著しい進展が表れている。

（報）

研究費１億円あたりの論文数（報）

査読付き論文数

700
600
500
400
300

過去５年間で算出

30
25
20
15
10

各国の平均値※

5
0
日

200

米

中

元素戦略

（元素戦略は2016-2020年度平均)
100※「科学技術指標2018」収蔵の2016年データより、
公的機関の研究費1億円あたりの論文数を算出

02012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020（年度）

天然元素のアラートシグナル
Be■ 100年以内に深刻な枯渇が懸念■ 使用量が増えると枯渇が懸念□ 人工元素高水準で推移し、産業界への連携促進に貢献

有望な材料が続々と創出されており、それに

C

N

O

F

Ne

している。

伴って特許出願数も増加している。

Al

Si

P

S

Cl

Ar

（件）

Na

Mg

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

Ln

Hf

Ta

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

W

An

Rf

Db

Sg

Bh

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Ln ランタノイド

La

Ce

Pr

Nd Pm Sm Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

アクチノ
チノイ
イド
An アク

Ac

Th

Pa

U

Am Cm

Bk

Cf

Es

Fm Md

No

Lr

Fr

Ra

Hs

Mt

特許出願件数B■ 入手が限られており、将来の供給に不安あり■ 現在の使用量に対しては十分な供給あり

研究発表数

（件）
25

2,000

20
1,500

特許件数

Li

He

研究発表数

H

1,000

10
500

Np

Pu

15

5

0

0
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020（年度）

2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020（年度）

出典：国際周期表年2019に向けて European Chemical Society (EuChemS) によって出版された周期表、
https://www.euchems.eu/euchems-periodic-table/、を基に作成
謝辞（情報提供）：Professor David J. Cole-Hamilton, University of St. Andrews, UK

55

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

56

Achievement date

■ 連携の力■ 大型研究施設群のフル活用

研究拠点内の連携実績

SPring-8

大型研究施設との連携実績*SPring-8、KEK-PF、J-PARC、SACLA、「京」、「富岳」など

磁性材料
触媒･電池
電子材料
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 20192012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

（年度）

電子材料

（年度）

強磁場印加XMCD測定装置

電子材料

偏光X線光源を用いた光電子分光測定

機械研磨不要で結晶粒表面の磁区観察が可能

ダイヤモンド素子により、縦・横直線偏光、円偏光のOperando XAFS装置

入射を実現。偏光により s, p, d, f 各軌道の内の特定のX線吸収分光法による触媒構造変化のその場観察

軌道の光電子放出強度を強調

薄膜材料のその場薄膜多軸X線回折装置

構造材料

２次元検出器PILATUS

電界下測定や高温下による回折測定、
時間分解測定高時間分解能での引張変形中のIn-situ XRD/SAXS

粉末回折計に設置の高感度･高速X線検出器

測定

損傷しやすい材料等の迅速測定･温度依存測定など

研究拠点内の複数機関との共著論文の増加と並行して、大型研究施設を利用した論文が増加。プロジェク
トの連携体制が研究の推進力になっていることを実証している。

J-PARC
元素戦略プロジェクトの研究拠点と連携体制
各拠点内に設置した「解析評価」「電子論」「材料創製」の3グループが、国策として設置された文部科学省所

磁性材料

高分解能チョッパー型分光器

電子材料

KEK-PF MUSASHI

管の大型研究施設、SPring-8、J-PARC、KEK-PF、「京」･「富岳」を中核とするHPCI、
また、NIMSに設置された中性子ブリルアン散乱：多結晶永久磁石の磁気測定、

角度分解光電子分光法によるエレクトライドバンドの情報統合型物質･材料開発イニシアティブ（MI²I）（2015-2020年度)との課題共有と共創を打ち出して研究

磁気異方性エネルギーと交換結合定数の同時決定

直接観測開発を推進。
。

触媒･電池

電子材料

中性子非弾性散乱による活性水素種の同定

触媒･電池材料研究拠点

電子材料研究拠点

構造材料研究拠点

解析評価グループ

解析評価グループ

解析評価グループ

解析評価グループ

電子論グループ

電子論グループ

電子論グループ

電子論グループ

J-PARC ARTEMIS

触媒反応の
「その場」
観察が初めて可能に

新開発の陽電子検出器Kalliopeによる水素の電子状

KEK-PF, J-PARC中性子･ミュオンの量子ビーム協奏

態や磁気特性の解析

兆速実験サイクルで、通常見えない電子ドープ域で超磁性材料研究拠点

電子材料

構造材料

伝導の元になる磁気秩序相を発見

高温加工熱処理シミュレータ
鉄鋼材料の高温加工熱処理中のその場中性子回折実験

スパコン
「京」
「富岳」
磁性材料
材料創製グループ

材料創製グループ

材料創製グループ

材料創製グループ

触媒･電池

大型 究施
大型研究施設情報統合型「富岳」材料研究拠点

KEK-PF
KEK
PF

Nd₂Fe₁₄B磁石の主相/粒界相界面における磁気異方性を活用した鉄鋼材料の強度向上への合理構造材料 「京」的指針および交換エネルギーを算出、局所磁気特性の定量

固溶元素とらせん転位との相互作用の支配因子が、固化に初めて成功

溶原子とホストFe原子のサイズミスフィットではなく、「京」を用いた触媒材料および電池材料研究

固溶原子と結晶の積層欠陥との化学結合であることを

触媒分野：コアシェル型金属クラスターおよび微粒解明「京」
による磁石材料組織界面の第一原理計算

子表面における触媒反応の理論解析

電池分野：高 効 率 第 一 原 理MD計 算プ ログラム
stat-CPMDを開発し、二次電池電解液における微視的
提供：理化学研究所

57

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers

提供：理化学研究所

MI²I
M
MI
²II

電子材料

物質･材料探索レベルでは、東工大、NIMS、物性研のコンピューターを活用

反応機構を解明58

Achievement date

■ 人を育てる【構造材料研究拠点】

栄えある受賞・ The 2018 Hatsujiro Hashimoto Medal：

元素戦略プロジェクトの功績に対して、
海外か

幾原雄一
（2018）

ら83件、国内で139件（国内の論文賞・ポスター

・ 本 多 記 念 会 本 多フロンティア賞：津﨑兼彰

賞を除く）
を受賞している。その中から代表的な（2014）、
田中功（2018）、
乾晴行（2019）

受賞を紹介する。

・ 服部報公会 報公賞：幾原雄一（2017）、
田中功【磁性材料研究拠点】（2020）

・ 第7回ドイツ･イノベーション･アワード「ゴット

・ サー･マーティン･ウッド賞：東後篤史（2021）

フリード･ワグネル賞」：Hossein Sepehri Amin･

受賞研究：「材料科学に資するフォノン物性予

秋屋 貴博（2015）

測のためのオープンソースソフトウェアの開受賞研究：「粒界エンジニアリングによるジス
プロシウムフリー高特性ネオジム磁石の開発」（写真左2人が受賞者）

発」（写真右が受賞者）

・ IBA (International Battery Association)
Research Award：山田淳夫（2015）
・ 触媒学会賞：山下弘巳（2014）、
田中庸裕（2017）
・ 石油学会2019年度学会賞：山下弘巳（2019）

新リーダーを育てる
プロジェクトに参画した研究者数は年々増加し【電子材料拠点】

600名を越えた。その中から教授相当・准教授

・恩 賜 賞・日 本 学 士 院 賞、日 本 国 際 賞、Von

相当へ昇格した研究者は80名以上になる。

Hippel Award：細野 秀雄（2015 〜 2016）
受賞研究：「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」

プロジェクトに参画した研究者の延べ人数推移（写真は日本国際賞2016の授与。左が受賞者）
600

・ 日本金属学会 増本量賞：杉本 諭（2015）■ 研究員相当■ 助教相当■ 准教授相当■ 教授相当・ 第61回本多記念賞：宝野 和博（2020）【触媒･電池材料研究拠点】
400

・ 第7回ドイツ・イノベーション・アワード
「ゴッ
延べ人数

トフリード・ワグネル賞」：駒場慎一、
館山佳尚・
袖山慶太郎（2015）
受賞研究：
駒場慎一「次世代蓄電池用新材料の開発」

200

館山佳尚・袖山慶太郎「スパコンの高効率利用によるリチウムイオン電池電解質界面反応の理論的機構解明」

・ 2015 SID Special Recognition Award：
神谷 利夫（2015）（右上の写真は第7回の同賞受章者。前列左か・ 第75回日本金属学会功績賞：大場 史康（2016）

ら順に袖山、
館山、
駒場）

・ 応用物理学会賞フェロー表彰：舟窪 浩（2019）

0
2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020
（年度）

59

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers60

Achievement date

■ 社会実装による経済効果予想

3. 排ガス触媒原料に使用される希少元素の世【磁性材料研究拠点】
重希土類元素（Dy）を用いない高耐熱性ネオジム

界市場規模：Rhが9,300億円（28トン）、Pdが磁石を開発

2兆2,100億円（274トン）に到達

車載用モーターの課題である高温での保持力低下参考）Johnson Matthey PGM Market Resear 2019を抑制できる金属組織の制御技術を構築
1. ネオジム磁石の2030年の需要：年間9万トン、
市場規模：3.6兆円。そのうち、高耐熱性が要求

3. 2030年のFPDパネル世界市場規模：強気の予Li C測で26兆円o

4. 国内生産台数の10％（世界生産台数の1％に相当）の排ガス触媒が、Pd90%節減で200億円/

4. 2028年から製品を上市し、2030年には40％のシェア（10兆円）
を獲得
5. 製造コスト比分率を勘案した0.1％のライセンス
フィーを想定すると、年間特許収益：１,000億円

年、Rh・Pdフリーで300億円/年の削減効果

される自動車用・風力発電用途は50%を占めると予測（三菱化学テクノリサーチより）

Rh P

2. 現在の国内シェア15%で換算した需要予測：年
3. 永久磁石モーター効率（1％改善による省エネ効果）：国内市場だけでも1.2兆円規模に到達

元素添加ではなく微構造制御により高強度・高延性両立を実現するための指導原理を構築

d間2,700億円に到達【構造材料研究拠点】

Li, Coをより豊富にある
Na, Feなどに代替

Li リチウムCo コバルト

高強度鋼板（ハイテン）のさらなる高強度化による自動車の軽量化と省エネルギー化に貢献
1. 1,500MPa超級ハイテンのピラー部品4点が日本の自動車メーカーに採用されると、日本生産乗【電子材料研究拠点】

Nd

使用量低減･フリーへ

Dy

強力磁石に必須の元素用車（833万台）に限定しても経済規模670億円

新しい半導体材料 a-ZSO。万能なオーミック性・
低仕事関数・高移動度で 高輝度・高効率・低消費電力のペロブスカイト発光ダイオードを実現

Rh ロジウム
Pd パラジウム＜電池＞

2. 世界生産（約6,715万台）に発展すると、経済規模
は5,370億円に到達
3. 自動車フレームに限らず足回り部品等についても貢献するため、獲得する市場規模はさらに

In P

b

ナトリウムイオン電池に用いるハードカーボン負Nd ネオジム
Dy ジスプロシウムの見込み

極の容量が2倍に到達

増大へ

Mn

リチウムイオン電池より低コスト化の実現に向けて、材料合成・電池試作と性能実証を産学連携で希少･毒性元素フリー／代替へ

推進中
1. リチウムイオン電池の世界市場規模：年間約【触媒･電池材料研究拠点】＜触媒＞
希少元素のロジウム（Rh）・パラジウム（Pd）を大幅節減、あるいは、まったく使用しないで排気ガスを高効率で浄化できる触媒を続々と開発
1. Mn-YbFeO₃触媒：Pd90%節減に成功し、現在、自動車業界と実用化に向けた共同開発中
2. MnFe₂O₄触媒 : Pd、Rhフリー材料でも高効率な

4兆8,000億円（国内が約4,100億円）
2. そのうち原材料費は約56%の約2兆7,000億円

I n インジウム
Pb 鉛（国内換算で約2,300億円に相当）
3. 次世代ナトリウムイオン電池の目標である原材料費10%減（国内で年間230億円の削減効果）の達成に向けて、電解液に･正極材料の開発を推進中
参考）リチウム(Li)イオン電池の世界の市場規模（年間）、原材料費が占める金額（年間）（富士経済調査）
リチウム(Li)イオン電池の国内の市場規模（年間）（電池工業会）

1. フラットパネルディスプレイ
（FPD）
をスマホ、タNi

Nb

元素添加から微構造制御へ

Mn マンガンN i ニッケル
Nb ニオブ

ブレット、ＴＶ、車載等に応用
2. 現行スマホの500倍の輝度・効率と200％広い
8Ｋ規格の広色域を実現

浄化機能を実現

61

Element Strategy Initiative : to Form Core Research Centers62

文部科学省
文部科
部科学省
元素戦
素戦略プロ
略プロジェクジェク
クト＜研究拠点
ト＜研＜研
研究拠点形成型
形成型＞＞

第 5 回 シン
シンポジウム
ウム
革新的マ
革新
的マテ
的マ
テリアルで
ル カー
ーボン
ボンニ
ニュートラ
トラルな
ル 社会
ルな
社会を
を構築
■主
■主催
文部科学省
文部科
学 元素戦
元素戦略プロ略プロジェク
ジ ト＜研
＜研究拠点
究拠点
拠 形成型
形成 ＞
● 磁性材
磁性 料
料研究
究拠点（国立研（国立研究開発法人物
法人物質･材質 材料研究
質･材
料
機構
機構）
● 触
触媒･
媒 電池材
電池材料研究料研究
究拠点（国立大国
国立
学法 京都大学）
学法人● 電子材
電子 料研究拠点（国立大大学法人
学法人東京工
東京工
京工業大学
業大学）
業大学
● 構造材
造材料研究
材料研究
料研究拠点（国立大料研
国学法人京都大学）
学）
■協賛
● SPr
ring-8
国立研究開発国立研
究開発法人理法化学研究所放射光科
科学研究
研究センタ
研究
センター（RSC）
セン
公益財
公益財団法人益財団法人
法 高輝度
高輝度光科学
光科学研究セ光科
研
ンター (JASRI）● J-PARC/MLF
大学共同利用
大学共同利用機関法機関法人高エ
人
人高エ
ネ
ネル
ネルギ
ー加速
加 器研
器研究
究機構（KEK（KEK））物質構造科
物質構造科
構造 学研究所
学研究
研究所
国立研究開発法人日本原子
子力研究
究開発機
発機構
構（JAEA
（JAEA
E ）
一般財
般財団法人
団法人総合科合科学研究
学研 機構（CROSS）
茨城県
城県（後援
後援）
（いばらき
）
き量子ビ
量子ビーム研ーム研究セン究センター
タ (IQBRC)）
● 次世代
次世代
代放射光
放
一般財団法人
一般財
団法人
団法
法 光科
光 学イノ
ノベーシ
ベーションセョンセンターョンセ
ンタ （Phンター（P oSIoS
SIC）
C）
東北放射光施東北放射光施設推進設推進協議会
協議
● HPC
HPCI（
I「富岳」
「富岳」）
国立研究開発国立研
究開発法人理法人理化学研化学研究所計究所計算科学
算科学研究セ研究センターンタ （R（R-CCSS）
一般財
般 団法人高度情
団法人
法人高度情
度情報科学
報科学技術研
報科学
技術研究機構
技術研
究 （RI
究機構
RIST）
ST
計算物
算物質科学
科学
学協議会
協議
議 （CM
CMSF）
SF
SF）
国立
立大学法
学法人東北大学
大学 金属材
金
料
料研究
所計算
計算材料学
材料学センタ
センター
ー
国 大学法
国立
学法人東京
人
大学 物性研
物性研究所計究所計算物質算物質科学研
科学研究セン
究セン
ンター
自然科学研
自然
科学研究機
究機構 分子科科学研究所･計算科学研究セ
研究センターンタ
国立大学法人大阪大学 ナノサイエンスデザイン教育研究センター

■企画委員
■企画委員
員
玉尾
尾 皓平
中 智弘
中山
智弘
村上
上 正紀
魚崎 浩平
平
潮田 浩作
浩
徳永 雅亮
雅
福山 秀敏
敏
結城
城 正記

企画委員長
員長
長 元素戦
元素戦略プロ
略プロジェ
ジェク
クト＜研究
＜研 拠点形
形成型＞
成型＞PD
PD
D
科学技術振
科学
術振
振興機構
興
立命館大学
立命
館大学
館
学
物 ･材料
物質
･材料研究機
研究機構
研究機
構
日鉄
鉄総研（株）（株）
元 日立金属（株
株）
東京
京理科大
大学
AGC
AG
C（株）
（株）

■アドバイザー■アドバイザ
三俣 千春
春
物質･材料
物質
･材料研究機
機構
太 浩二
太田
浩二
京都大学
京都
大 裕子
大谷
子
京都大学
京都
大学
雲見 日出
日出也
出也 東京
東京工業大
工業大学
工業大
大学
落合 庄治郎
治郎
郎 京都
京都大学
学
川口
口 利奈
奈
京都大学
京都
大学
学
■事務局
■事
野瀬 雅文
雅
古宇田 光

文部科学省
東 大学
東京

All rights reserved
2022年2月1日発行
発行者：文部科学省 元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞
お問い合わせ先：文部科学省 研究振興局／元素戦略プロジェクト広報室
https://elements-strategy.jp/
制作協力：サイテック・コミュニケーションズ デザイン：高田事務所