元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞研究ダイジェスト

物質から材料へ■主催●

磁性材料研究拠点（国立研究開発法人物質･材料研究機構）●

電子材料研究拠点（国立大学法人東京工業大学）●

触媒･電池材料研究拠点（国立大学法人京都大学）●

構造材料研究拠点（国立大学法人京都大学）

新学理が牽引する物質･材料機能発現メカニズムの■共催●

SPring-8

理解と産業応用（国立研究開発法人理化学研究所放射光科学総合研究センター、
公益財団法人高輝度光科学研究センター）●

J-PARC/MLF（大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構、
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構、一般財団法人総合科学研究機構、
茨城県）●

放射光科学研究施設「PF」（大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構）
●

HPCI
（「京」
･ポスト
「京」）
、

（ 国立研究開発法人理化学研究所計算科学研究機構［ AICS］、
一般財団法人高度情報科学技術研究機構［ RIST］）●

国立大学法人東北大学金属材料研究所●

国立大学法人東京大学物性研究所●

大学共同利用機関法人
自然科学研究機構分子科学研究所●

情報統合型物質･材料開発イニシアティブ「MI²I」（国立研究開発法人物質･材料研究機構）●

計算物質科学研究センター（CCMS）（東京大学物性研究所）

文部科学省
元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞
ト＜研究拠点
点形成型＞
研究ダイジェスト2016
2016 20172018年3月28日発行
発行
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＞
戦略プロジェクト＜研究
戦略プロジェク
究拠点形成型＞
究拠点形成型＞
ケーションズズ デザインデデザ
ン：高田事務所 撮影：由利修一
制作協力：サイテック･コミュニケーシ
©本誌掲載の写真･画像･図版･記事の無断掲載を禁じます。2018.3
記事の無断掲載載を禁じます。2018.3★ 本冊子は2018年2月5日（月）、6日（火）に東京大学 伊藤謝恩ホールで開催された元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞/大型研究施設 連携シンポジウム（第3回）―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―で発表された研究成果をもとに制作しました。

Element Strategy Initiative:
tiative:
To Form Core Researchch Centers
Understanding the function expression mechanism of materials andtheir industrial applications led by new theories

Research
Digest2016─2017

元素戦略プロジェク
ト＜研究拠点形成型＞／
大型研究施設 連携シンポジウム（第３回）
開催にあたって

１
３

5

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞/
大型研究施設 連携シンポジウム（第3回）開催にあたって

磯谷桂介

大型研究施設 連携シンポジウム 第3回
一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 開催趣旨

福山秀敏

研究拠点ハイライト
磁性材料領域
電子材料領域
触媒･電池材料領域
構造材料領域

広沢 哲
細野秀雄
田中庸裕
田中 功

５
７
9
11

13 経産省･文科省から元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞は、希少元
素代替材料の創成をめざして2012年にスタートしました。
代替素材技術は、現行の第5期科学技術基本計画においても、省資源化技術と並んで重要な政策課題と位置づけられています。また国際的にも、国連で採択された
SDGs（持続可能な開発目標）のように、
持続可能社会の産学連携が新たな価値を生み出す時代へ
佐藤文一
元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞5年間の成果 齊藤康志
14 大型研究施設／ソフト･データ
SPring-8
KEK-PF
J-PARC
物質科学アプリ
物質科学データ
19 招待講演

構築は大きな潮流となっています。この目標に貢献し、世界をリードする本事業については、
今後の発展を期待する声が広く聞かれるところです。

坂本修一
高田昌樹
堂前和彦
日置敬子
岸本浩通

19
21
23
25
27

三輪真嗣
小野寛太

29
31

清水克哉
小嶋健児
齋藤英治
辛
埴

33
35
37
39

菅野了次
小林玄器
山田淳夫
前田 理

41
43
45
47

高橋 淳
安田秀幸
澁田 靖

49
51
53

澤岡 昭
玉尾皓平

57
58

磁性材料領域ら応用への流れを確実にし、画期的な成果の創出に向けて、引き続き着実に取り組んでまいりたいと考えます。

電子材料領域研究の加速化には、放射光施設SPring-8、J-PARCやスパコン「京」などの大型研究施設を活用した解析技術が不可欠です。第3回を迎える本シンポジウムで、プロ

文部科学省 研究振興局長

14
15
16
17
18

29 各研究領域の研究

10年計画の事業も残すところ4年となりました。学理か

磯谷桂介

櫻井吉晴
村上洋一
金谷利治
常行真司
伊藤 聡

触媒･電池材料領域

ジェクトの成果はもちろん、大型研究施設や民間企業の研究成果も交えて、参加者各位の間で議論が深まり、さらなる連携強化の機会が生まれることを期待しております。

構造材料領域

末尾ながら、
本シンポジウムの企画と開催に尽力された関係者に敬意を表するとともに、ご列席の皆様のますますのご発展を祈念して、私の挨拶とさせていただきます。

55 ポスター発表
57 PD講評

2018年2月5日

0102

元素戦略プロジェクト<研究拠点形成型>と連携体制

大型研究施設連携シンポジウム 第3回

プログラムの作成に当たられたプログラム委員の先生方に、誌面を借りてお礼申し上げます。

─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

磁性材料拠点

触媒･電池材料拠点

電子材料拠点構造材料拠点

解析評価グループ

解析評価グループ解
解析評価グループ解
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■ プログラム委員
雨宮 慶幸

東京大学

入山 恭彦

大同特殊鋼(株)魚崎 浩平

物質･材料研究機構

潮田 浩作 日鉄住金総研(株)
材料創製グループ

開催趣旨

材料創製グループ

材料創製グループ

材料創製グループ

大型研究施設HPCIした。その後、2010年に希少金属が逼迫する問題が起

分子研

こり、
その緊急性を踏まえて2012年1月6日にナノテクノロ

物性研
金研

ジー・材料科学技術委員会において、それまでのJSTに

川合 眞紀

分子科学研究所

杉山(株)豊田中央研究所

純

瀬戸山 亨

三菱ケミカル(株)高尾 正敏

元大阪大学／パナソニック(株)高梨 弘毅

東北大学金属材料研究所

常行 真司

東京大学

寺倉 清之

物質･材料研究機構

林

総合科学研究機構

眞琴

細野 秀雄

東京工業大学福山 秀敏

東京理科大学

よる個別研究に加え、物質材料研究そのものに革新をもたらし飛躍させるべく、元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞の活動が決定されました。

学界シーズ

そこで打ち出されたビジョンは、「材料科学、
金属学、
物
理学、
化学、
先進機器解析等を結集し、従来の学問体系を超えて研究を大きく展開し、さらにその場で人材育成を

産業界ニーズ行う」と、「産業界の視点を取り入れ、
イノベーションの創出

元素戦略
プロジェクト
＜研究拠点形成型＞

他プロジェクト･研究機関

連携シンポジウムの役割『元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞・
大型研究施設連携シンポジウムは、「学理の追究を通して」物質材料科学にかかわる研究者・に直結する高い達成目標設定、分野融合による基礎科学

研究機関および産業界の間の連携・協力をの領域拡大、
学問的課題解決を目指す」というもので、物促進するポンプの役割を果たしている。

質・材料基礎科学が社会性をもつ、ないしはその意識をもつ必要があるという指摘でありました。これは、
かねてから当該アカデミアがもつ課題を克服する道筋の提示であり、元素戦略プロジェクトプログラム運営委員会専門委員

本プログラム導入の際の文科省関係者の方々のご尽力に、あらためて謝意を表します。

究をおこなってまいりました。

ジェクトの体制はそれらを包みこむように拡大しつつありま

拠点の活動を強力に推し進める際に重要な役割を果す。本シンポジウムでもこれが反映され、元素戦略プロ

福山秀敏

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞の英語名

たしたのは、
わが国が誇る最先端の大型研究施設との連ジェクトに限らず、関連する多彩な研究が紹介されます。

はElement Strategy Initiative: To Form Core携でした。さらに、プロジェクトの各拠点と大型研究施設

元素戦略プロジェクトのような研究活動は世界でもあ東京理科大学

Research Centersです。これは個別の研究テーマの集の間の連携を、分子科学研究所
（分子研）
、
東北大学金

まり例がありません。今後は世界に向けて発信し、次回

まりではなく、研究拠点の形成が、日本にとって必要である

属材料研究所（金研）、
東京大学物性研究所（物性研）の第4回は国際シンポジウムとして海外からも多くの聴衆

文部科学省元素戦略プロジェクト設置の背景は、2007

ことを意識したものです。具体的には、磁性材料、電子等の基礎研究機関が支えるという盤石な体制がつくられをお招きし、活動の輪を広げたいと考えておりますので、年の文部科学省元素戦略検討委員会報告書に記され材料、触媒・電池材料、構造材料の4拠点がそれぞれにました。

ご協力のほど、よろしくお願い申し上げます。

た、「物質・材料の特性・機能を決める元素の役割を解

解析評価、
電子論、
材料創製の研究グループをもち、たが一方、
プロジェクトの進捗に伴って、外部の研究プロ＊本シンポジウムのホームページでは、プログラム委員による座談会
「元素戦

明し、
利用する観点から材料の創成につながる研究」
でいに連携して社会のニーズを認識したうえでの学理の追ジェクトと協同して研究する機会も多くなり、元素戦略プロ

略のこれから」を掲載しています。合わせてご覧いただきたいと思います。

"Element Strategy Initiative" Research Digest

2016─20170304

■■■■ 研究拠点ハイライト

磁性材料領域
磁

P

oint

元素戦
元素戦略磁性材料拠点が創出した
永久磁石の材料科学とその応用● 実測と第一原理計算により、希土類磁石材料のデータベースを拡張● 原子モデルの保磁力理論を構築

を大量生産するには、希少元素をするのを食い止めるため複相組推定できるようにしたいと考えて

デル、つまり原子配置と各原子の磁力の温度変化を熱活性化過程

あまり使わず、
動作温度でもっと高織にしていますが、従来のネオジいます。現在は、磁石材料を記述

磁性をもとにしており、さらに熱励ありとなしで比べられるわけで、
こ

い磁力を出せる永久磁石が求めら

ム磁石ではディスプロシウムを加する記述子の開発などを進めて起の効果を取り込んでいます[2]。

れは非常に大きな進歩です。

れています。

えることで磁化を減衰させていまいます。

例えば、Nd₂Fe₁₄Bの各格子点にこうしたモデルと現実材料との磁気モーメントを置いた原子スピ接点となる界面の構造[3]についンモデルをつくり、
スピン間の相互ても、種々の界面について大規模作用を第一原理計算で求めて議な第一原理計算シミュレーション

この分野では、元素戦略プロジェ

す。そこで、複相組織を制御してクトの前半期末に、われわれは1-12

物質本来の究極的な性能を引き系Sm-Fe-Co材料で、ThMn₁₂のきわ出すことを今期の目標にしていま

電子論から微細単結晶の磁化過程を記述

めて高純度な単結晶薄膜をつくり、す。そのための学理としては、材原子モデルの保磁力理論も、こ論する。それによって、
ダイナミク

を行って、
微量元素を入れることで従来のNd₂Fe₁₄Bを大きく超える飽料組織制御の指針となる「原子モの拠点の研究で生まれたものでスを計算したり、熱統計量として、構造がどう変化するかなどを計算

和磁化を測定しました[1]。また、デルの保磁力理論」と、材料創製す。従来の保磁力理論は連続体

磁化や異方性などを計算したりししています。また、1-12系につい300K以上では、
従来のどの永久磁プロセスの指針となる「熱力学のモデルであって、
交換長
（数nm）
未

ていく。あるいは、磁化反転のエてもスピンモデルをつくっており、石用化合物よりも高い磁化を示し、データベース」があります。

満の組織を議論することができま

ネルギーバリアを計算して保磁力

磁気異方性の温度依存性なども200℃で の 磁 化と磁 気 異 方 性をまず、熱力学のデータベースにせんでした。これに対して、原子を議 論 することができるように実験とかなり合うようなレベルに種々の物質と比較したところ、両方ついて紹介します。磁石の材料とモデルの保磁力理論では、原子モなってきています。その結果、保達しています。

元素戦略磁性材料研究拠点の数値が、200℃まで使用できるDy

いうのは本質的に非常に微細な代表研究者

を多量に含んだ従来のネオジム系構造をもつ非平衡組織です。そ

物質･材料研究機構

磁石を超える領域にあることがわのような組織が生成するダイナ

かりました。

ミックな過程をモデル化する研究

広沢哲

ネオジム磁石を超える
材料候補の発見
永久磁石はいろいろなところに05● ネオジム磁石を超える永久磁石をめざし、
1-12系Sm-Fe-Co単層膜を合成

この1-12系Sm-Fe-Co材 料 を 何がかなり進んでいます。ある組織とか実用の材料にしたいというのの生成と物性値との関係、例えばがわれわれの願いです。

拡散係数、表面エネルギー、生成

緩和時間の磁場依存性
M ( T,H,t ) ,Hc ( T,t )物性値・自由エネルギの温度変化（熱統計平均値）
M ( T,H ) ,Ku ( T ) ,E ( T,H )臨界磁界の温度依存性
サイズ依存性⇒粗視化
ΔE act ( T,H ) ,Hc ( T )エネルギーの範囲などを推定できるようになってきたのです。こ使われていますが、
近年、
電気自動

熱力学の
データベース構築に向けて車で需要が急速に拡大し、
風力発

永久磁石というのは単相では備されてきました。

電にも需要の拡大が予測されてい保磁力が出ません。表面付近で次の段階では、機械学習を使っます。それに対応して高性能磁石

発生する磁化反転が内部へ進行て、逆問題的に組織から物性値をれに実測値を加えて、データが整

参考文献：[1] Y. Hirayama, YK Takahashi, et al. Scripta Mater. 138, 62 (2017). [2] S. Miyashita et al. Scripta Mater. in press ,https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2017.11.012 [3] T.T. Sasaki, T. Ohkubo, K. Hono, Acta Mater. 115, 269 (2016).
連携機関：東北大学、産業技術総合研究所、東京大学、東京大学物性研究所、京都大学、高エネルギ加速器研究機構、高輝度光科学研究センター、名古屋大学、北陸先端科学技術大学院大学、東京工業大学、九州大学、東北学院大学、兵庫県立大学

原子モデル保磁力理論の構築
ここでは、磁石化合物の結晶10nm立方の中にある約8万3000個のスピンの運動を計算し、磁石の使用温度で緩和時間や自由エネルギーがどのくらい変化するかなどを調べている。

関連 Webhttp://www.nims.go.jp/ESICMM/research/index.html
06

■■■■ 研究拠点ハイライト

電子材料領域電元素戦略「電子材料拠点」
元素戦：最近の進歩からPoint● 多存元素を活用した透明ｐ型アモルファス半導体を新たに開発● 普遍的な不純物である水素の役割の解明をめざす● IGZOの特性向上にも水素が重要であることを明らかにする

まずは、室温でこれまで実現でき究していこうというスタンスをとっ

図2）を開発しました。TDSは加熱

光が当たって、
ほとんどの時間はn型

なかった液相から合成できる透明pています。その1つ が 水 素で す。

して出てくる水素を調べるので、の場合マイナスの状態になっていま

型アモルファス半導体を創出しまし水素はさまざまな材料の中に普遍感度を上げるため、ガスが出ないす。ところが、閾値が移動して制御た(図1)。透明p型半導体の研究は的に存在していますが、本格的にように、材質を選択し、レーザーでが困難になることが起こります。

20年来続けてきましたが、材料の解析して、材料特性にどう効いて加熱して、真空度を高くして排気速

その原因はバンドギャップ（電子

ぼしているかを計算したところ、H-

設計指針を転換し、
Cu-Sn-Iという3

いるかを研究したプロジェクトは度を減らすシステムにしました。

が存在できない領域）だと考えられが大きく効いているという結果が成分に着目したことで実現したもありませんでした。

この 装 置 の 検 出 限 界をS/N比てきましたが、実験的な証拠は得ら出てきました。さらに、
TDSで測定のです。透明p型アモルファス半oまず、水素原子H は陽子1個、電3と仮定すると、
１cm×１cm×１㎛

れていませんでした。われわれは導体の電子の移動度は、すでに実子1個からなりますが、電子1個のの 薄 膜 試 料 か ら1cm³あ た り

まず、SIMS（二次イオン質量分析したところ、金属イオンとくっついたH-がオリジンであることがほぼ用化されているIGZO（In-Ga-Zn-O）

状態は不安定なので、自然界では9.5×10¹⁵個の水素原子が定量で計）でIGZO薄膜の水素原子を測り証明されました。問題はH-をどうに代表されるｎ型アモルファス半単独で存在することはあまりありきます。ZnOの薄膜のように今まました。その結果、
10²⁰cm ³の水素

やって除去するかですが、原因は導体に匹敵します。

ませせん。電子を失って水素イオではまったく測定できなかったもが含まれていることに驚かされま

わかったので対処の仕方はあるだのができるようになったわけで、こした。SPring-8の硬X線でもその存ろうと考えています。

れからはいろいろな解析に使って在が確認されました。そこで、薄膜いこうと考えています。

のスペクトルをとり、透過と反射の+

細野秀雄

ク基板上への成膜が容易にできる

ンH になったり、電子をもらって水素化物（ヒドリドイオン）H-になっ元素戦略電子材料研究拠点

ので、曲がる透明な電子回路の開たりしています。NMRのケミカル

代表研究者

発や、
有機EL、
ペロブスカイト型太シフトが水素の電荷を評価するの

東京工業大学

陽電池の正孔輸送層などへの応に広く使用されていますが、化学用が期待されています。ちなみ

シフトの電荷の対応は1：1ではありません。H- であってもOHの同じ

この新しい半導体はプラスチッ

に、
材料のI
（ヨウ素）
の生産では日本は世界第2位の産出国で、多存−を求めたところ、酸素欠損サイトにH-が入っている、つまりOHとH-が存在することがわかりました（図3）。
次に、OHとH-のどちらが害を及波長を調べました。そのデータを
IGZO-TFTの特性を損なう
水素の役割を解明もとにしてシミュレーションで構造
CuSnI Solution

IGZOは2003 〜 04年にTFT（薄膜ような位置に出てくることがあります。これがH-の存在が見過ごされトランジスタ）をつくり、
2012年くらてきた原因だと感じています。わ

IGZO-TFTで動作する大型有機ELテ

溶液塗布だけでできる透明p型
アモルファス半導体の開発

元素の活用につながります。
元素のの活

電子材料領域は広範囲の材料をれわれはIGZOの水素不純物と特レビが 家 電 量 販 店 に出ました。

対象としており、使用される元素も高感度水素測定装置
TDSを開発性劣化の関係に着目しました。ま2016年には65インチ4Kディスプレ

きわめて多くなります。本日は、最われわれの拠点では、
従来行わ

ずは、従来の装置では感度が足りイができましたが、まだまだ問題が近の代表的な成果に絞って紹介しれてこなかった電子材料研究の中ないので、ppmオーダーの検出感あるのです。TFTは1個1個の画素ます。

から、重要なテーマを見つけて研度をもつ昇温脱離ガス分析法(TDS、をスイッチさせているので、
つねに

SnI4

CuI

図2

いから実用になってきて、
2015年に試作した高感度水素測定装置TDS

Deposition

Solution-fabricated
CuSnI
Bare Glass

参考文献：[1] T.Hanna et al. Rev. Sci. Instrum. 88, 053103 (2017). [2] J.Bang et al. Appl. Phys. Lett. 110, 232105 (2017). [3] Y. Hinuma
et al. Nat. Commun. 7, 11962 (2016).
連携機関：物質･材料研究機構、高エネルギー加速器研究機構、東京大学

07

関連 Web

図1 透明p型アモルファス半導体
室温下で、溶液コーティングで製膜にでき、印刷も可能。電子の移動度はｎ型アモルファス半導体に匹敵する。

図3 IGZO薄膜の構造モデル。
酸素欠損サイトを占めるH-が特性変化を起こしていることを明らかにした。

http://www.ties.titech.ac.jp/
08

■■■■ 研究拠点ハイライト

触媒･電池材料領域
触京大 触触媒・電池元素戦略研究拠点が創出した学理とその応用P

oint● 実験と理論計算科学のインタープレイで学理を追究● 担体が関わる新機構に基づく革新的な三元触媒担体材料● 超濃度電解液の新展開̶高性能と高い安全性

希少元素の減量と代替をめざす

燃焼の一酸化炭素、
窒素酸化物の化され、N₂分子が発生することを

これ まで、わ れ わ れ は「世 界 のました。

3つを同時に除去することから三突き止めました（図1）。さらに、Mｎ

材 料 開 発 センター」と言 わ れる

溶 媒 の 研 究 で は、高 電 圧、高われわれの拠点の目的は希少元触媒と呼ばれるのですが、それ修飾六方晶YbFeO₃が、低温で高酸ほど多くの材料を開発してきまし

レートが期待できる超濃厚溶液の元素フリーの触媒・電池を創製すらの除去にロジウムやパラジウム化活性を示し、同機構に基づいてた。そして2014年 には、従 来、使考え方を提唱し、リチウムイオン水るための方法論を確立することと、が使われているのです。

NOの低温還元を進ませることがわれなかった硫酸塩の物質「アル系電解質ではこれまでになかった

そのための化学反応を支配する

これらの触媒反応の中で最も重わかり、パラジウムの量を5分の1

オード石」
で、
3.8Vの高電圧を実現

３Vを超える高電圧系フルセルが指導原理を明確にすることです。

要なのはNOxの還元です。従来、〜10分の1に減らせる可能性が出しました。しかも、1分以下の超高可能なことを実証しました（図2）。

対象となる元素としては、触媒ではNOxの還元は金属粒子の表面にてきたのです。

速充放電ができることがわかった

また、
超濃厚溶液をナトリウムイ

白金、
パラジウム、ロジウムのほぼ

NOが吸着し、窒素と酸素原子に解70％以上が自動車の排ガス浄化触離。COがその酸素を使ってCO₂に媒に使われており、白金族の減量あのです。

オン電池に拡充し、TMP（リン酸ト

負極材料でも、
チタン、
アルミニ

リメ チ ル）を 使っ たＮaFSA/TMP

なり、窒素が出ていくという反応機

電極、溶媒でも革新的な材料を開発

ウム、炭素からなる「MXen」を開が、高寿命、高性能なNa電池となるいは代替が課題となっています。

構で 考えられていました。した

電 池 の 研 究で は、LiをNaに 転発しました。MXenは高いサイクることを示しただけでなく、不燃

田中庸裕

電池でのターゲット元素は言うまがって、貴金属粒子を高分散化し換し、エネルギー密度の高い材

ル特性とレート特性を示し、高速性、消火性のある、絶対安全電池

でもなくリチウムです。リチウムはて表面積を担保することが非常に料を得ることをめざしています。

充放電を実現できることがわかりへと展開しています。

元素戦略触媒･電池材料研究拠点

チリ、
アルゼンチンといった限られ重要だと言われてきました。

代表研究者

た地域で80％が産出されており、
需

わ れ わ れ は、理 論 計 算と実 験

京都大学大学院工学研究科

要が急増していますので、いつまでを 進 め て、CO等 の 酸 化 に は、貴安定供給されるかわからない状況

金属だけでなく、担体の酸素欠損です。したがって、
リチウムを別のが重要な役割を果たすMars van

元素に替えていくことが必要です。

Krebelen（MvK）機構が重要である

分子工学専攻ことを見いだしました。MvK機構
パラジウムの量を10分の1まで減量

では、COは酸化され、
また酸素の

まず、
自動車触媒を代表する三化されます。そこで、酸素欠損サ

元触媒への取り組みをご紹介しまイトがNOにより再酸化されるようす。ガソリン車の排ガスの中に含な担体候補を探しました。そして、まれるハイドロカーボン、不完全

Sr₃Fe₂O₇で酸素欠損サイトが再酸

欠損サイトは酸素分子により再酸

参考文献：[1] H. Asakura et al.,; J. Am. Chem. Soc., 140, 176 (2018), DOI: 10.1021/jacs.7b07114 [2] K. Beppu et al.; Catal. Sci. Technol.,8, 147 (2018), DOI: 10.1039/C7CY018. [3] A. Yamada et al.; Nature Energy, published on line, DOI:10.1038/s41560-017-0033-8
連携機関：東京大学、
自然科学研究機構分子科学研究所、九州大学、熊本大学、東京理科大学

09

図1 新規触媒担体Sr₃Fe₂O₇ -δは非常に高い酸素貯蔵能をもっている。

関連 Web

図2 濃厚水溶性電解質により高電圧を達成

http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research̲results/2017/171211̲3.html
https://www.t.u-tokyo.ac.jp/foe/press/setnws̲201711281032490218235794.html
10

■■■■ 研究拠点ハイライト

構造材料領域
構

「強さ」
「強さ
と
「ねばさ」
を具備する構造材料の創製−元素戦略研究拠点（ESISM）の挑戦−● 構造材料で「強さ」と「ねばさ」の両立をめざす● 常識を覆す力学特性を合金元素に頼らずに導く● 材料の変形についての新しい学理を開拓

る原子状の欠陥が活動することで結晶体なのに対して、
バルクナノメ近くになり、
延性もそれほど劣らなています。中性子では、変形中のより、塑性変形にともなう原子の集引き起こされます。転位の運動・タルは結晶粒径を1μm以下にしいという結 果 が 出ました（図3）。

試料の内部までを見通すことがで団運動を格子振動の観点から解増殖を促進すれば塑性変形が容た、いわば粒界だらけの金属材料

これは旧来の転位論ではまったくきるため、加工熱処理に伴う相変析することや、大規模な分子動力易になるため延性（ねばさ）が現です。一般にバルクナノメタルは、

説明できない現象です。

態や双晶形成など重要な情報が学シミュレーションで変形子形成れ、逆にうまく抑制すれば塑性変

粗大粒径の多結晶体に比べて高得られます。

の素過程を解析し、大きな成果を形が困難になるため強度（強さ）い強度を示します。例えば純粋なが増します。したがって、強さとね

アルミニウムであっても、うまく組最先端の実験と理論計算技法を駆使して研究を展開

ばさはトレードオフの関係となる織制御すると鉄並みの強度になり

バルクナノチタンの中で何が起ことは常識で、転位メカニズムのます。それでも、転位論の呪縛かこっているのか、原子レベルで調宿命と考えられてきました。

らは逃れられず、粒径を小さくする

べました。チタンのような六方晶ことで強度は上がっても、延性は金属では、結晶学的な方位に応じほとんど失われてしまいます。

て、転位が分類されます。バルク

これまでの多くの研究では、強さとねばさのバランスをとるため、功

さまざまな合金元素を添加するこ

ところが、この問題を克服できる

ナノチタンを圧縮変形させた後にとが 行わ れてきました。私 たち

場合があることがわかってきまし電子顕微鏡観察すると、通常のチ元素戦略構造材料研究拠点

は、転位メカニズムの宿命というた。ある種のバルクナノメタルでタンの変形では見られない特殊な代表研究者

固定概念を打破して、合金元素をは、従来の転位メカニズムとは異転位が多数活動していることがわ

京都大学大学院工学研究科

添加することなしに、組織制御になる塑性変形を起こすのです。そかりました。これが、バルクナノチ

よって革新的な構造材料を創出すの場合には、粒界において、特殊タンにおける延性向上を担っている、そのための学理構築をめざしな転位や双晶、相変態に成長するるのです。同様の研究をチタンと

ています
（図1）
。

ような特異な原子の集団運動が生同じ六方晶のマグネシウムについじることがわかってきました。これても実施し、粒径を制御すること

バルクナノチタンにおける
特異な現象

を私たちは
「変形子」
と呼んでいまで、強度と延性をバランスさせるこす（図2）。これをうまく制御するとに成功しました。

加わると、力を除いても元の形に

これまでの研究では、「バルクナと、強度と延性が両立できます。

そのほかにもさまざまな解析評

戻らない「塑性変形」を起こしまノメタル」という材料に着目してき

工業用純チタンで粒径21μmと1価実験を行っていますが、とりわけす。金属材料の塑性変形は、結晶ました。普通の金属材料が10 〜μmの試料をつくって比較したとJ-PARCによる中性子回折実験で中に多数存在する「転位」と呼ばれ100μm強の結晶粒径からなる多ころ、1μmの粒径では強度が2倍は重要なデータを得ることができ田中

転位メカニズムへの挑戦

通常の金属材料に大きな力が参考文献：[[1] Y. Z. Tian, et al; Sci. Rep., 5, 16707 (2015) [2]J.Y. Zhang, K. Kishida and H. Inui; Int. J. Plasticity 92 45 (2017). [3] A. Togo,and I. Tanaka; Scr. Mater., 108, 1 (2015)【被引用数 535】
連携機関：東京大学、
大阪大学、
物質・材料研究機構、
九州大学 経産省 ISMA、
内閣府 SIP

11

P

oint

関連 Web理論計算では、第一原理計算に

図1 転位メカニズムの宿命への挑戦

バルクナノメタル
粒径1μm以下上げています。

図3 バルクナノチタンにおける強度と延性の両立

従来金属 粒径
10 〜100μm

図2 バルクメタルと変形子の粒界核生成

http://esism.kyoto-u.ac.jp/
12■■■ 大型研究施設／ソフト･データ■■■■ 経産省／文科省から産学連携が新たな価値を生み出す時代へ

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞
5年間の成果SPring-8における物質・材料科学と産業応用

佐藤文一

齊藤康志

櫻井吉晴

経済産業省 産業技術環境局 審議官

文部科学省 研究振興局参事官
ナノテクノロジー物質材料担当

公益財団法人高輝度光科学研究センター
SPring-8の施設の空撮（理化学研究所提供）

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞は、経元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞は、
わがSPring-8は1997年10月から供 用 開 始し、生 命 科

利用があります。長年、メゾスコピック領域を調べる

産省の「革新的新構造材料等研究開発」や内閣府の国の産業競争力に直結する4領域である「磁性材料」、

学、物質科学から産業応用に至るまで、さまざまな手法がなく、分解能ギャップが存在するといわれてき

戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）の一環で「電子材料」、「触媒・電池材料」、「構造材料」
で構成さ

課題解決に貢献してきました。低エミッタンス、高ました。これを解決するために、X線ナノCTの開発をある「革新的構造材料」などの事業と連携しており、産れ、卓越した各代表研究者のもとに、密接な連携と協エネルギー X線光源といった特徴を利用して、物質進めています。

業界としても経産省としても、大きな期待を寄せてい働によって一体的に進んでまいりました。その領域

領 域 から材 料、製 品 に 至るまで、多 様 な 領 域をカ

高エネルギー X線の利用は、製品をターゲットにするところです。

は、物質の機能を支配する元素の役割の理論的解明、バーする手法を用意しています。一方で、次の光源ることをめざしています。高エネルギー X線散乱に新材料の創成、その特性評価に及びます。

に向けた議論も進めています。次期光源では、マル

よって、電池の中のリチウム濃度分布を調べた例があチスケールでの計測技術がなお一層進展すると期待ります。充電過程においてセパレータ部分に若干リしています。

チウムが残っているのを見ることができました。電

経産省では最近、「コネクテッド・インダストリー」
を推進しています。多様な産業やサービスをつな

プロジェクトは6年目に入り、多数の成果があがってげて新たな価値を生み出すことを意味しており、そおります。消火機能を備えたナトリウムイオン電池のれによって社会的課題の解決をめざそうということ

電解液材料、マテリアルズ・インフォマティクスを活物質科学での最近の研究成果の例としては、永久池容量の損失の原因になっていると見られています。

です。こうした動きにとっても、材料の重要性が高用した赤色半導体材料、材料特性に大きな影響を及

磁石材料の保磁力機構解明に向けた磁区解析、
シリ

この2つの取り組みは、物質領域から製品領域に至まっています。

ぼす微量水素の検出とその作用の解明、ネオジム磁

コン基板上の高Ge濃度シリコン結晶の可視化、実燃る幅広い構造の可視化を、
シームレスに達成すること

本プロジェクトは、材料分野におけるわが国の国際石を超える材料候補の発見、大型解析設備を活用し料電池の劣化過程の可視化、KUMADAIマグネシウムが可能になることを示すものです。

競争力を強化する上で極めて重要であり、本格的なた微小磁気検出や構造材料の変形挙動解析などがあ合金に関する研究、
リチウムイオン電池での酸化・異分野協働の先頭を走る取り組みです。また、基礎り、
本日のシンポジウムでも成果を発表いたします。

還元軌道の可視化などがあります。

と応用を融合させて産学連携事業の新たな姿を示す

本シンポジウムが、今後の連携と先端技術の創出

産業応用に向けた取り組みとしては、
メゾスコピッ

や活用のきっかけとなることを期待するとともに、参ク領域の3D/4Dイメージングと高エネルギー X線の好例となるものと考えます。
このシンポジウムが産学の連携のさらなる契機となることを期待し、ご成功を心より祈念する次第です。

産業を結ぶことを考えています。また階層的な視点のもとで、放射光、中性子、計算機科学の連携は今後
ますます重要になっていくと考えています。

加者の皆様には活発なご議論をお願い申し上げる次第です。

関連 Web13

われわれはマルチスケール計測を推進して学術と

http://www.spring8.or.jp
14

■■■■ 大型研究施設／ソフト･データ

KEK-PFにおける物質・材料科学と元素戦略への取組み

J-PARCにおける元素戦略の取組み

物質･生命科学実験施設

村上洋一

金谷利治

高エネルギー加速器研究機構
物質構造科学研究所放射光科学研究施設

高エネルギー加速器研究機構
J-PARCセンター 物質･生命科学実験施設

J-PARC施設の空撮

高エネルギー加速器研究機構（KEK）
フォトンファ

電子材料は薄膜となるケースが多いのですが、これ

J-PARC（大強度陽子加速器施設）のMLF（物質・生MLFには高温高圧のビームラインがあります。高圧

クトリー（PF）は、1982年に放射光発生に成功したＸ

まで薄膜の精密構造解析はほとんど行われていま

命科学実験施設）
では、加速器からパルス陽子ビームでつくられる物質の起源を探るために役立っています。

線領域で日本初の放射光施設です。PFはSPring-8

せんでした。特殊な透過配置によるＸ線回折実験を受け取り、中性子とミュオンのビームを発生させ具体的には、地球の内部構造や鉄中の水素、低温高圧に比べて比較的エネルギーの低いX線を利用できまを行い、精密な吸収補正、多数の測定点収集、基盤て、物質科学と生命科学の実験を行っています。放における新しい氷の相の発見などの研究があります。

す。その強みを生かすための改造を継続的に行うからの反射の分離など基本的なことを積み重ねるこ

射光と比べると、中性子は強度で6〜7桁下がります

1つの金属原子に9つの水素が結合した物質群が高ことにより、現在でも国際的競争力を保っています。

とにより、薄膜構造解析手法を確立することができが、その特徴を生かした研究が行われています。

PFは数多くの国家プロジェクトに参画しており、元ました。

圧合成でつくられ、その試料の中性子回折測定を行い最近の成果をいくつか紹介します。

ました。新たな高密度水素貯蔵材料、超伝導材料、素戦略プロジェクトもその1つです。特に電子材料

KEKでは、放射光だけでなく他の量子ビームも提

中性子が水素やリチウム等の軽元素に敏感である

および固体電解質としての展開に期待しています。

と磁性材料の拠点においては、PFスタッフがPIとし供しています。水素ドープの鉄系超伝導体の研究ことを利用し、全固体セラミックス電池でのリチウム世界初となるエネルギー分散型のイメージング装て研究に参画し、新材料の評価・解析、材料コンセ

では、放射光による精密な結晶構造情報に加え、中の電導パスが正確に決められました。

プトの確立、材料評価手法の開発などに力を入れて性子では磁気構造を、ミュオンでは磁性相と非磁性

高性能タイヤの開発にも関係しています。中性子がいます。

相の割合の決定などの決定を迅速に行いました。

軽元素、特に水素に対して非常に敏感であること、
また

電子材料拠点では、エレクトライドの材料開発に

このようなマルチプローブによる材料研究は、今後

軽水素と重水素を見分けることを利用した実験です。

より効率的に施設を利用していただくために、3年取り組んでいます。PFでの光電子分光実験により、ますます重 要 になっていくでしょう。材 料 創 製グ

磁性材料の基礎物性評価に関する成果もありま

間のビームタイムを保証する長期課題枠を設けまし

理論的に予言された電子状態が実際に実現していループ、電子論グループと協力し、放射光、中性子、す。一般に磁石の性能を決めるパラメータには、保た。また、施設のスタッフが申請の初期から関わるリることを明らかにしました。この研究は、新規アン

ミュオン、陽電子を利用した精密測定・解析を迅速

磁力、キュリー温度などがあり、それらに対応する微エゾン（課題提案者）の制度を導入しました。積極的

モニア触媒の開発にも役立っています。一方、PFでに行うことにより、量子ビーム利用を材料開発に役視的な量があります。中性子ブリルアン散乱法で、に連携し、試料環境やデータ解析環境を相談しながらは材料評価方法の開発も精力的に行っています。

立てていきたいと考えています。

それらのパラメータを決定しました。

進める制度です。

関連 Web15

PFとPF-AR（アドバンストリング）。PFは39ステーション、
PF-ARは8ステーションある。

ハドロン実験施設

http://www2.kek.jp/imss/pf/

関連 Web

置も2年前から稼働し始めました。磁気イメージング
やブラッグエッジイメージング、共鳴吸収イメージン
グが行えます。

https://j-parc.jp/MatLife/ja/index.html
16

■■■■ 大型研究施設／ソフト･データ

物質科学シミュレーションのアプリ開発と普及

常行真司

伊藤東京大学大学院理学系研究科
東京大学物性研究所

国立研究開発法人物質･材料研究機構

聡
次世代材料データプラットフォーム構想

物質科学シミュレーションのポータルサイトMateriAppsのトップページ

現在、研究を進める上では、
日本中のさまざまな「京」のデバイスと材料に関するグループの代表を務MI²I（情報統合型物質・材料開発イニシアティブ）は、物れる特性は異なるので、プロセスに関するデータも収集する

スーパーコンピュータを利用しながら進めることが必めています。そこでは例えば量子デバイスシミュレー性研究者やデータ科学研究者が参加するマテリアルズイン

必要があります。ここでは研究者が日々研究室で得ている

要な状況になっています。そのような環境を実現する

タのアプリ開発や、さまざまな材料の物性値を計算でフォマティクス（MI）の研究推進および体制構築プロジェク

データをいかにして収集するかが鍵になります。NIMSでは、のが、HPCI（革新的ハイパフォーマンス・コンピューきる手法の開発などが行われています。

トです。

そのようなデータをデータベース化する事業を昨年から始め

ティング・インフラ）という基盤システムです。これは物質科学の分野も含め、
世界的にアプリの無償公開

MI研究を進める上で重要なものは材料データベースでました。重要なことは、研究者に大きな負担をかけずにデー「京」
コンピュータと、
全国の大学・研究機関に設置さや商用化が進みました。公開されているアプリに新す。MI²Iは、NIMSが運用してきた大規模な材料データベー

タが集められる方法を開発することと同時に、誰が見ても意れたスーパーコンピュータをネットワークで結び、ユー機能を追加することできるようになっており、アプリのスMatNaviをベースにしていますが、MatNaviは人が参照

味がわかるようにしておくことです。また、データ科学に基づ

ザーの多様なニーズにこたえるための革新的な共用

公開は手法開発に携わる研究者にも恩恵をもたらしすることを前提につくられているため、現在、
ソフトウェアかくスペクトル解析などの付加価値をつけるなど、データの高付

計算環境を実現するものです。

ています。

ら呼 び 出 すた め のAPI(Application Program Interface)を加価値化によってデータ収集のインセンティブとすることを考開発しています。最近の成果としては、ベイズ最適化手法

えています。

そのような状況の中で、アプリ開発はここ10年で大アプリ開発がチーム化され、プロジェクトが大型化

きく様変わりしました。計算機が速くなり、
大規模、
長

する中で、
アプリの公開や普及が重要になってきてい時間、
あるいは近似精度の高い計算が可能になってきます。そのための方法として、われわれは計算物質科

ました。それによりシミュレーションの守備範囲が拡

学のポータルサイトMateriAppsをつくりました。現在大しました。一方で、高度なプログラミング技術が要は200以上のアプリが紹介されています。MateriApps

求されるようになり、
アプリ開発がチーム化され、あるLIVE!という環境も提供しています。これはUSBメモリ

いはプロジェクトが大型化してきました。

に入っており、
ノートPCなどで手軽に利用できるように

アプリ開発の大規模なプロジェクトとしては
「京」
や
ポスト
「京」コンピュータがあります。 私は、ポスト関連 Web17

HPCI

MI²I拠点における物質科学データの整備と普及

http://ma.cms-initiative.jp

したものです。

を用いた化合物半導体の熱物性設計や、ベイズ推論による新規化合物探索などがあります。

SPring-8やJ-PARCのような大型研究施設とも連携してデー
タを取り込んだり、論文や機関リポジトリから材料データを収

バイオ分野に比べて材料のデータは少ないのですが、材集する仕組みも考えています。産業界はそこから手法を学び、料科学の強みは、
実験データがなければ基礎方程式をコン“本番のデータ”を活用してビジネス展開につなげてもらえれピュータで解くことによってデータをつくり出せることです。

ばと思います。各企業のもつ“本番のデータ”はすぐには世のそのためMatNaviも含めて、計算データベースをつくる動き

中には出てこないでしょうが、
産業界の特許の情報が、いずれは世界中にありますが、そこでは近似手法等をそろえたデー

データプラットフォームに入ってくるだろうと考えています。

タをきちんと用意することが極めて重要です。

そのような仕組みをこの4月から本格的に設計・開発してい固体・材料では、同一組成でもプロセスが異なれば得ら関連 Web

こうとNIMSでは考えているところです。

http://www.nims.go.jp/MII-I/index.html
18

■■■■ 招待講演

P

oint

今求められる大学発イノベーション● 学術的な成果をもとに価値を生み出していくことが必要● 学問分野を再構成し、新しい領域を開拓することが産学連携の肝大学発イノベーションの観点における日本の状況る必要があります。一方で専門分

幅広い研究コミュニティの連携を

関係は、研究成果や技術を企業が野の教育においては、
1つの専門分深化させ、そして国際的にも高い水

どう取り込むかだけではなく、企業

大学の技術をもったベンチャー

学問が取り組むべき重要な課題

野だけでは何も実現できず、他の準にある学問分野の再構成によっが将来展開しようとする事業戦略

が大学から生み出されてアライア

は数多く社会に存在します。最近

専門知識とともに価値に結びつけてまったく新しい研究アプローチをに必要な技術シーズを協働でつく

ンスの先となる、そして重要な部

は、
新たな領域を開拓する人材のることを教えなければなりません。

生み出す。さらに価値創造の実践ることを企業側は望みはじめてい分を担っていくところまで、今後は育成を含めて、本格的な産学官連そういった変革に、欧米の有力にまで踏み込むことを、元素戦略プます。さらに製造部門や事業部門

連携のあり方が必要になってくる携が重要であるという議論が盛ん

大学は積極的に対応しています。

ロジェクトは掲げたものといえます。

まで、大学に大きな役割が期待さと考えています。

になされています。今の知識社会

図1はアメリカの政治学者ストーク

学問分野の再構成を行って新しの中で、大学あるいは学問のありスの考えに従い、動機によって研い領域を開拓する、
その芽となる方は変わらなければならないとい究を分類したものです。分類にような課題を探索していく活動を、う社会的要請があります。

は、根本原理を追究するかしない

われわれは分野を超えて進めていドラッガーは著書『断絶の時代』か、用途を考慮するかしないかときたいと考えています。それが産の中で、教育と研究に加えて、
社会いう2つの軸が設定されています。

学連携の肝でもあります。

への貢献、
すなわち知識を行動に

日米のトップ1％の研究者を調査

文部科学省 科学技術･学術政策局

移し、社会に価値をもたらす第3の

した結果、
右上の
「パスツールの象

産業連携･地域支援課

機能が大学には加わったと書いて限」に該当する研究は、アメリカが企業と大学の連携のありかたが変わる

います。

33％、
日本が15％でした。

企業の研究開発部門と大学との坂本修一

この新しい機能の内容は次のよ

この 結 果 は、大 学 発 イノベ ー

うなものです。大学が社会に価値ションという観点から見て、日本でをもたらすことが期待されるにつは大きな懸念が生じ得る状況にあれ、これまでの専門分野の論理でることを示しています。日本でも、はなく、社会的課題を中心に学部論文発表だけではなく、学術的なの再編成を行うことが求められる成果をもとに価値を生み出すとこようになってきました。社会的課題

ろまで実践する必要があると、わに対応するための学際的なアプ

れわれは考えています。

ローチの教育においては、専門家の国家戦略として重要な高性能材

仕事に敬意をもつべきことを教え料の創製を目標としつつ、
関連する

れています
（図2）
。

図1 これまでの産学連携と今後の産学連携モデルの在り方※ある企業提供の資料を基に文部科学省が改変

図2 ストークスに従った研究プロジェクトの分類に関する日米比較調査
出典：科学技術政策研究所、
一橋大学イノベーション研究センター、
ジョージア工科大学 「科学における知識生産
プロセス：日米の科学者に対する大規模調査からの主要な発見事実」、
調査資料-203（平成23年12月）

関連 Web19● 大学・学問のあり方は変わらなければならない

http://www.jst.go.jp/opera/koubo.html
20

■■■■ 招待講演

計測

3GeV放射光が変える材料科学と産業活用−東北放射光計画の現状とこれから−次世代放射光源は物の見え方を変える

高田昌樹
東北大学多元物質科学研究所

P

oint

● 空間分解能は5nm、輝度は100倍、
コヒーレンスは100倍に● SLiT-Jの輝度は世界の3GeV放射光施設を上回る● 年間に6000時間利用できる安定光源をめざす

進行への影響を3次元的に可視まれたものです。現世代から次学 連 携 による、持 続 可 能 なイノ化しています。

世代へは、偏向電磁石の数（Bendベーションエコシステムとしてビ

今後の展開最適化された低エミッタンス

そのような可視化は、現状では数）が2個から多数個になっていジネスエコシステムを考えていま

イノベーションエコシステムの電子ビーム光源である次世代放非常に時間がかかりますが、次世

ま す。SPring-8-II計 画 で はBend

す。学術の協調と会社どうしの競実現に向けて、われわれは学術、

射光源によって、物の見え方が変代放射光では短時間でできるよう数 が5つ のもの を 計 画していま争をしっかりとやっていきます。

産 業 界 だ けで なく、NIMSや 産 総わります。放射光のいちばんのになります。次世代放射光では、す。われわれが進めている東北

3GeV放 射 光 は 外 殻 電 子を中研、経団連や銀行の方々とも議論

利点は元素選択性です。また高

空間分解能は100nmから5nmに、放射光施設計画SLiT-J（ 図1）は、心に、幅広い領域をターゲットにを進めています。分析会社による

輝 度 性、コヒーレント性 の 活 用

輝度は100倍、
コヒーレンスは100

ユ ー ザ ー 側 が 必 要とする 光 源

できます
（図2）
。SLiT-Jではイノベー

利用支援をシステムとして取り入で、機能の可視化が進んでいくと倍になりますので、材料科学に大性 能 を 検 討した 結 果、4つ の 偏ションを加速するために、世界にれ、ビジネスエコシステムのプラッ

考えています。個別計測から機きく寄与できると考えています。

向電磁石からなる DDBA（Double

も類を見ない年6000時間利用でトフォーム強化をめざしています。

能を見る統合計測へ進むべきと

Double-Bend Achromat）を採用

きる安定光源をめざしています。

次世代放射光は科学の方法をして取り組んできて、最近になっしています。

効率よく進めるために、計測装置一変させ、仮説検証サイクルの高SLiT-Jの輝度は、世界の3Gev放はスタンドアロンで配置し、ビー速化を加速します。われくわれは

射光施設を上回っています。軟X

ム調整のための時間ロスを排除

元素戦略プロジェクトなどとともてそれを見ることが可能になって

東北放射光施設計画SLiT-J

きました。
放射光の偏光を活用して、100

低エミッタンスの放射光は、電線領域での光源性能は海外の約してすぐに実験ができるようにしに、材料科学の産業活用を推進し

ナノ分解能で磁区の性能を可視

子蓄積リングの進化によって生10倍 に なります。SLiT-Jで は、産

ています
（図3）。

ていきたいと考えています。

化するなど、その先駆
けは 始まっています。
また燃料電池でも、マイクロメートルの分解能でコンピュータトモ
グラフィとXAFSを組み合わせて、元素の化学
状 態 選 択で3D可 視 化
されています。全固体リチウムイオン電池でも、クラックによる反応

図1 SLiT-Jの建設予想図

図2

3GeV放射光は主に外殻電子をターゲットとし、軽元素までカバーする。

関連 Web21

図3 ハイスループットを高めるビームライン（BL）とエンドステーション（ES）

http://www.mext.go.jp/b̲menu/shingi/gijyutu/gijyutu4/toushin/̲̲icsFiles/aﬁeldﬁle/2017/ 07/31/
1388523̲001̲1̲1.pdf
http://www.mext.go.jp/component/b̲menu/other/̲̲icsFiles/aﬁeldﬁle/2017/12/22/1399821 ̲1.pdf

22

■■■■ 招待講演

計測

量子ビームのモノづくりへの活用と将来への期待

P

oint

● オペランド状態解析と3次元非破壊構造解析を中心に技術開発● 今後は単なる材料解析から部品の解析に注力

量子ビームの特徴を利用して研究を進めるの結果、ニッケルの価数も構造変が生じていることがわかりました

熱疲労をX線CTで観察することに部品そのものを解析したいとい化も、不可逆的に変化しているこ（図2）。

より、接合材料の疲労亀裂の内部

う希望が増えてきているので、今トヨタ自動車では、2050年にはとがわかりました。

将来のパワーモジュール内の接の進展挙動がわかってきました。

後力を入れていきたいと思ってエンジンだけで動く車をほぼゼロ

リチウム二次電池は負極の表

合材料は、現在よりも高温に耐えわれわれは、結晶粒レ ベルでにしようという目標を立てていま

面にSEI被膜があります。被膜のる必要があります。接合材料の候の継続変形、強度を見るためにす。その中で、ハイブリッド車や形成には最初の充電条件が深く

補の1つが銅ナノ粒子です。銅ナ

走 査 型3次 元XRD顕 微 鏡を開 発

プラグインハイブリッド車 の パ

関係しており、その条件を決める

ノ粒子の接合材を使用した時のしました。マイクロビームを走ワーコントロールユニットや二次ことは重要です。従来見ることが査しな がら回 折 パ

放射光でのリアルタイム性や、電池を改良していくことを目標に難しかったのですが、最近、われターンを撮り、結 晶

中性子での空間・時間分解能の研究を進めています。

われは中性子反射率を使って、充構造を3次元に再構向上を期待しています。また大放電しながら膜厚や組成の変化

成 す る も の で す。

量のデータの処理や解析についを調べています。

金属変形や、結合材てユーザーレベルで使いやすく

料 の 中で の 応 力 発したり、オペランド計測などを一生などを見ていこう

般ユーザーが簡単にできるようと考えています。

にしたりといったサポートが増え

量子ビームの高強度であること、物質透過能があること、高輝度であること、
スピンがあることなど

また、排ガス浄化触媒の白金のの 特 徴を利 用し、SPring-8やKEK

状態をXAFS測定で測定しながら

500
50
00

株式会社豊田中央研究所

PF、J-PARCなどで研究を進めてき

排出ガスの分析を同時に行うこと

分析部量子ビーム解析研究室

ました。

で、
白金の表面での反応がわかる

/
p.
m
Te

堂前和彦

● くるまの電動化に向けたパワーコントロールユニットや二次電池の改良が目標

50

X-ray energy /eV

料を見るだけでなくようになってきました（図1）。従23

リチウム二次電池や排ガス浄化触媒などでの応用例

来はブラックボックスであった触いくつかの応用例を紹介します。

うになっています。

最近では、単に材います。

機能の向上やサポートの充実にも期待てくれるとありがたいと考えています。

図1 Pt/Al₂O₃触媒にNO-CO混合ガスを流して昇温しながら、Ptの酸化数変化と触媒活性を調べた。

媒での貴金属の変化がわかるよ

リチウム二次電池が高温で過リチウム二次電池の急速充放熱した時の反応をあらかじめ知っ

電時における、
リチウムイオンのておくことは重要です。そこで新挙動をリアルタイムで見てみましたに開発したXAFS-XRD同時計測

た。時間変化を追うと、リチウムセルを利用して、室温から450℃の濃度むらが生じており、それをまで加熱しながらニッケルの価数

画像としてあらわすと、充放電条や構造の変化を調べました。そ件とリチウムイオンの分布に偏り

図2

放電時のリチウムイオンの偏りのイメージ

24

■■■■ 招待講演

実験

磁性材料領域

重希土
重希土類元素フリー熱間加工ネオジム磁石の開発と自動車駆動モータへの実用化

日置敬子
大同特殊鋼株式会社Point● 熱間加工磁石の特徴を生かす開発を行った● ハイブリッド車(HEV)の駆動モータに使用可能な板磁石の量産化を達成● 磁石材料の開発とモータ設計技術の融合で、HEV用駆動モータの重希土類フリー化を達成

重希土類フリー磁石が求められている

工磁石の特徴を生かす開発を

磁気的な孤立状態が高まったことています。新設計のモータの磁

行ってきました。熱間加工磁石はが保磁力向上の原因だろうと考え

場解析の結果を見ても減磁が起要求特性は引き続き高い目標へ

今 後、電 動 車 両 が 増 えると、結晶粒が微細であるため、重希土ています。

きていません。

従来、HEV用駆動モータには、モータに搭載されるネオジム磁類元素に頼らずとも耐熱性を上磁石形状に関して、今回、ハイ

今回の開発では、板磁石の成ジスプ ロ シウム が8 〜10 wt.％

石 の 需 要も急 速 に 増 大します。

げるのに有利です。ただし従来ブリッドの駆動モータに使用可能

形を可能にした上で、粒界相の制入った磁石が必要でした。最近

ネオジム磁石にはその使用環境

技 術 のままで は、一 般 的 に駆 動な板磁石の量産化を達成しまし

御などによって、ジスプロシウム

は、
重希土類元素の使用量抑制のに応じて重希土類元素を添加しモータに使用される板状に成形た（図2）。本 田 技 術 研 究 所 が 今が4〜5 wt.%入ったレベルの焼結流れの中で、高残留磁束密度、 r･ていますから、重希土類元素の需

できないこと、磁気特性の面でも回開発したモータでは、磁石形状

磁石の特性まで、完全重希土類フ

低保磁力の流れになっています。

要も今後急速に増えていくことに保磁力が不足していることなどのやローター構造の新設計によっリーで量産実用化を達成することこの傾向はモータの冷却能力のなります。

課題がありました。

て磁石にかかる逆磁界を低減しができました。

向上、磁気回路改善、磁石の厚肉

一方で、
重希土類元素は採算性

ネ オジ ム 磁 石 は 微 細 組 織 をのある鉱山が中国に偏在していもっていますが、成形条件の制御

今後は同等特性でコスト低減、ることや、採掘において環境負荷

でさらに微細化を行いました。そまた保磁力は維持してモータ小が高いという問題があります。重れにより耐熱性の面でも改善する型化のための高磁力化、
また資源

希土類フリー磁石の開発は、その結果が見られました（図1）。

リスクを抑えたままで高耐熱性化化などによって実現しています。

ような状況下でなされているさま

粒界相量を変えて組織解析をのための高保磁力化の方向など、

ざまな取り組みの中の1つです。

行った結果、磁石の粒界相の厚み

引き続き要求特性は高い目標にを調整することによって保磁力向完全重希土類フリーで量産実用化を実現りました。従来から予想されては

今回は磁石材料の開発と、本田いましたが、近年の観察技術の進技術研究所のモータ設計技術の25

上に効果があることが明らかにな

向かって変化すると考えています。
図1

結晶粒微細化制御により、高保磁力化、温度特性向上を達成

図2

新開発のモータ（ロータ）と重希土類フリーネオジム磁石

歩によって実証されました。

融合によって、重希土類元素を使

粒界相の組成を調査した結果、用しないハイブリッド自動車の量

粒界相の組成がネオジムリッチ

産を可能にしました。

になるほど、言い換えると鉄比がネオジム磁石の現在の主流は減るほど保磁力が向上することが焼結磁石ですが、私たちは熱間加明確になりました。結晶粒間の図3

重希土類フリー化の達成

26

■■■■ 招待講演

計測計算

構造材料領域

量子ビ
量子ビームとスーパーコンピュータの連携活用による低燃費タイヤの開発

P

oint

● タイヤゴムの物性･機能を生み出すゴム内部の構造とダイナミクスの把握が重要● 軟X線、
ミュオン、
中性子などを複合的に利用して研究を進めた● コンピュータシミュレーションも活用して実験と組み合わせたタイヤの性能向上と次世代技術開発に必要なこと

発現しているのです。また、ゴムはJ-PARCの中性子です。軟X線、ミュ調べ、反射率からその構造を調べ

幅広い時間スケールで機能していオン、中性子などを複合的に利用ました。その結果、シリカ界面吸タイヤゴム内部のさらなる理解に向けてタイヤの性能向上には、
グリップます。そこでゴム内部の構造が生しながら、ゴムの階層構造とダイ

着ポリマーのダイナミクスと、
シリ

グリップ性能、
燃費性能、
耐摩耗

性能、
低燃費性能、耐摩耗性能の3

み出す応答特性、
ダイナミクスを知ナミクスの研究を行ってきました。

カとポリマーの相互作用がゴムの性能はともに変化していきます。

つを向上させる必要があります。

ることが非常に重要です。

その結果、ゴム内部のシリカ粒破壊などと非常に密接に関係して性能変化の抑制や次世代の技術いることがわかりました。

開発を進めていくためには、
有機物

子は一次凝集構造と二次凝集構

しかしこれらは相反的な関係にあ造などでネットワークを形成してこのような実験結果に基づき、コ質の化学状態をもっと知る必要が次世代技術開発のためには、
従来

量子ビームを利用してゴムのダイナミクスなどを研究いることがわかりました。また、
応

ンピュータシミュレーションも活用あります。そのために高輝度の軟見えなかったゴムの内部構造を把これまでの構造解析だけでは、力がずっと発現する歪領域ではポすることで、破壊を抑えることがで

X線を活用したいと考えています。

グリップ、燃費、摩耗を切り分ける

リマーが非常に強く配向すること

きる結合剤の最適な分子長がわか

コヒーレントX線回折イメージ

タイヤのゴムの素材は、10数種ことがなかなかできませんでした。

で強度を上げることや、
シリカ階層

りました
（図2）
。その結果、
グリップ

ングなどを応用して、さらにゴム内類以上の素材からなる非常に複雑

しかし、例えば時間方向で見たら、構造の変化がポリマーに多彩な性能と低燃費性能が最高クラスで部構造のローカルな部分で起きてります。3大性能すべての向上と、握して制御することが必要です。

岸本浩通

な構造をしています。ナノ領域かグリップと燃費を分けられるので変化をもたらしてゴムの強度を向ありながら、従来なら摩耗性能がいることを詳細に調べていくこと

らマクロ領域までの階層構造が複はないか（図1）。それを見るため上させていること、
ヒステリシスロ10％程度上がればよいところが、で、タイヤゴム内部の理解がさら

住友ゴム工業株式会社

雑に相互作用して、ゴムは機能をのツー ル がSPring-8の 放 射 光 やスとシリカの構造変化が密接に関50％も上げることに成功しました。

に進むだろうと考えています。

研究開発本部係していること、高次の凝集構造の存在が低燃費性能に影響していることなどがわかってきました。
また、
シリカ粒子をつなぐ界面ポリマーが物性に大きく関与しているのではないかと考え、J-PARCの中性子準弾性散乱からシリカ界
面吸着ポリマーのダイナミクスを

図2

結合剤と破壊の関係をシミュレーション

図1 ゴム材料中の時間・空間の階層構造と、タイヤ性能（推定）との関係

関連 Web27

http://www.spring8.or.jp/ja/news̲publications/press̲release/2015/151112/
http://www.srigroup.co.jp/newsrelease/2016/sri/2016̲098.html

28

計測

計算

磁性材料領域磁
プロジェクト名プ

JJST革新的研究開発推進プログラム（ImPACT）

P

oint

電圧制御による超省電力スピントロニクス
デバイスの材料開発と放射光による界面磁気機能の解明

三輪真嗣● IT機器の低消費電力化には不揮発性メモリ（MRAM）用材料開発が有効● 電圧磁気効果の機構をSPring-8の放射光と第一原理計算で解明● 軌道磁気モーメントに加え、磁気双極子 項が電圧で変調する機構を発見

MRAMの性能アップをめざして

電圧磁気効果の機構を放射光で調べる方性の変化が起きるかを確かめま

気四極子により生じる物理量です。

FePtの電圧磁気効果を示す指標

した。強磁性を示すPt1原子層をこれらの結果から、電圧磁気効

140 fJ/Vmはそれぞれ逆符号の軌

電力を消費せずに書き込んだ

電圧磁気効果の機構を明らかはさんだデバイスからは、電圧によ

果の機構は、
3 遷移金属では軌道

道磁気モーメント機構と電気四極情報を維持できる不揮発性メモリにするために原子数層分の厚さ

り格子間隔が変化して磁気異方性

磁気モーメント機構が支配的で、子機構が相殺された結果である（MRAM）があれば、IT機器の消費の金属磁石をはさんだデバイスをが変わっているかをEXAFS振動か

5 遷移金属では軌道磁気モーメ

ために140という小さな値になっ電力は大幅に削減できます。情報

作製しました（図1）。SPring-8によら確認しました。これらにより酸化ント機構と電気四極子機構の足しているとわかりました。

書き込み時の省エネをふまえる

る 放 射 光X線 分 光 実 験 を 行 い、

還元反応や格子緩和の影響は極め算になっていることがわかりまし本研究で明らかになった電圧と、磁気トンネル接合を用いたス

XMCD法とサムルール解析をするて小さいことがわかりました。

た。特にこれまで知られていな

磁気効果の発現メカニズムを考

ピントロニクスデバイスを電圧書と、デバイス内部の軌道磁気モーCo1原子層をはさんだデバイス

かった電気四極子機構の関与は

慮して、電圧磁気効果が大きいス

き込み式で使うデバイスが有望視

メントやスピン磁気モーメント、
そは元素選択的にCoのみプローブ

重要な発見です。
（図2）

ピントロニクスデバイス材料開発

されています。ただ、実用化する

して磁気双極子 項が評価できま

して、
軌道磁気モーメントの変化をためには現在の5 〜10倍の性能す。本研究では、これらの物理量捉えました。FePtとMgOを使ったが 必 要で す。そこで、SPring-8でが外部電圧によりどのように変化

デバイスでは、同様に元素選択

スピントロニクスデバイス材料の開発につなげるの実験と理論計算から電圧磁気効するかを調べました。

的 にPtのみプローブして磁気双第一原理計算で、それぞれの機Fe3原子層とMgOのデバイスで

極子モーメント 項の変化を捉え

構が電圧磁気効果にどのように寄は、酸化還元反応によって磁気異ました。 項は強磁性体中の電与しているかを分解してみると、

大阪大学果の機構を明らかにする研究を行大学院基礎工学研究科いました。

を戦略的に進めていこうと考えて(hard x-ray

Pt-L3, L2

fcc-MgO(001)
L10-FePt (001)[Pt 2ML + Fe 2ML]
fcc-Pd(001)

MgO
Pt
Fe
Pt
Fe

'
4μB

Pd

+++++

2 nm

[001]

図1 大型放射光施設SPring-8を使用した実験設計
右の電子顕微鏡断面写真から、
1原子層レベルで精密に制御された狙い通りのサンプルかできていることを確認。このような高品質素子を使うことで、第一原理計算との厳密な比較が可能になった。

29(m

参考文献：[1] T. Maruyama et al. ; Nat. Nanotechnol. 4, 158 (2009). [2] T. Kawabe et al. ; Phys. Rev. B 96, 220412(R) (2017).
[3] S. Miwa et al. ; Nat. Commun. 8, 15848 (2017).
連名者
（共著者）
：鈴木義茂・Frédéric Bonell・松田健彰・塚原拓也・河辺健志・吉川晃平・縄岡孝平・田村英一・後藤穣
（大阪大学）、
野崎隆行・湯浅新治（産業技術総合研究所）、
鈴木基寛・中村哲也・小谷佳範・豊木研太郎（高輝度光科学研究センター）、
辻川
雅人・白井正文（東北大学）、
宝野和博・大久保忠勝（物質・材料研究機構）

=

L,

(

,

)

mL,

) 221μ E ' m

,

)

2

T

B

ex

+++++

+++

(mL)

います。

=

+++

Tz (mT)

図2 電圧磁気効果を第一原理計算で分解
電圧磁気効果は、
電子増減（軌道磁気モーメント）
や再配列（磁気双極子 項）により生じていることがわかった。

関連 Webhttp://ysuzukilab.html.xdomain.jp/web̲miwa̲HP/index.html
30

計測

計算

磁
磁性材料領域
プロジェクト名

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞（磁性材料研究拠点；ESICMM）

量子ビームを用いた希土類永久磁石の研究

小野寛太
高エネルギー加速器研究機構

31

P

oint

● 量子ビームを用いて磁気構造や磁気的相互作用エネルギーを可視化● X線顕微鏡 高分解能磁気イメージングによるネオジム磁石の保磁力解析● 中性子回折によるDy置換ネオジム磁石の希土類サイト選択性の解明

高性能磁性材料開発のために
新規評価･解析法を光ができる装置を開発しました。
新規材料開発などで、単結晶が得中性子を使った
新規評価･解析法

電気自動車や発電機に使われられなくても、
X線MCDから多結晶

中性子回折を利用すると、原子るモーター用希土類永久磁石材料

体の一部の基礎物性値を分析でレベルの構造解析も可能です。こには希少元素が使われています。

きます。

の手法の成果として、Dy含有ネオ

希少元素をなるべく使わずにさらそのほかにも、特定の元素を識ジム磁石の結晶構造の解析がありなる高性能磁性材料を開発するた別して磁区観察ができますので、ます。結晶構造には希土類元素

め、
微細構造制御などが研究され磁石のジスプロシウム
（Dy）
のみ・

が入れる2種のサイトがあります。

ています。それゆえ、磁性材料内

ネオジム（Nd）のみの磁区観察も4fと4gです。Dyがどちらに入るの部の新規評価・解析法にも高い

可 能 で す。Dy磁 区 の 定 量 解 析かこれまで実験的に確認されてい性能が求められます。

データを使って、「Dy粒界が拡散しませんでした。そこで、Dy濃度を磁性材料の特性は、原子レベルていると磁壁エネルギーが増大変化させ、2つのサイトのどちらにに起因する特性（飽和磁化・磁気し、それが高保磁力化につながる」

入りやすいかを中性子回折実験で異方性定数・キュリー温度）と、もっという知見が得られました。

確認しました（図2）。

と大きな粒界相や磁区構造に起さらに、X線顕微鏡を使った、磁実験結果を再現できる熱力学

因する特性（保磁力・残留磁化）

気エネルギーの直接可視化も可

CALPHAD法、第一原理計算の生があります。原子レベルの結晶構能です。この手法で、熱間加工磁

成エネルギー計算を使ったモデ

造解析や磁気構造解析には中性石の磁気双極子相互作用エネル

ルも構 築で き、
この 成 果 を 使え

子回折やX線回折が、磁区構造やギーが低減する様子を観察できまば、サイト占有率が計算から求め結晶粒径、組織構造には中性子小した（図1）。Nd-Cu浸透処理なしられるはずです。今後、磁気異方角散乱やＸ線顕微鏡が有効です。

の磁石では、
外部磁場をかけられ性を高める物質設計への指針をると周りの粒子の影響で非常に大与えることに貢献できるのではな

X線を使った新規評価･解析法

きな反磁場がかかる様子、
そして、いかと考えています。

薄片化した試料をX線顕微鏡でとそれが低減される様子がわかり観察し、15nmという高い空間分解ました。高保磁力化のメカニズム

能で局所領域の磁気的な顕微分が解明できました。

図2 Dy含有ネオジム磁石の構造解析(Nd₁-xDyx)₂Fe₁₄Bの結晶構造（左上）。中性子回折パターン（左下）と放射光粉末回折の同時解析によりDy元素のサイト占有率を求めた。実験結果と整合性の良い熱力学CALPHAD法と第一原理計算を融合した方法が構築で
きた
（右上）
。

結晶粒界にNd-Cu浸透処理をする

参 考 文 献：K.Ono; まてりあ, 56,199(2017)、T.Ueno et al.; AIP Advances 7,056804(2016) .Saito et al.; J. Alloys. Compounds
721,476(2017). T.Ueno et al.; Scientific Reports 6, 28167(2016).
連名者
（共著者）
：矢野正雄･庄司哲也･真鍋明･加藤晃（トヨタ自動車）、
上野哲朗（関西光科学研究所）、
阿部太一（物質･材料研究
機構）
、
土居抄太郎
（東京大学）、Paul Scherrer Institut; 斉藤耕太郎･Joachim Kohlbrecher、
Forschungszentrum Jülich;Zhendong
Fu･Vitaliy Pipich、Helmholtz-Zentrum Berlin;Uwe Keiderling

図1 Nd-Cu合金浸透による磁気双極子エネルギー変化
Nd-Cuで熱間加工すると、高保磁持力化することが知られている。外部磁場をかけたときに減磁のため磁気双極子エネルギーが変化するが、その変化がNd-Cu浸透処理で低減されている様子が視覚的にわかるようになった。

関連 Webhttp://ono.kek.jp32

計測

電子材料領域
プロジェクト名プ

科学研究費補助金 特別推進研究「超高圧力下の新物質科学：メガバールケミストリーの開拓」
科

高圧下における硫化水素の高温超伝導相の結晶構造を解明P

oint● 硫化水素において200Kという高温超伝導相の結晶構造を解明● 制約の多い超高圧下での測定を実現● エネルギー問題解決の糸口となる室温超伝導体の実現への一歩−室温で電気抵抗ゼロになる物質の探索に向けて−難しさのために研究が進んでいづけました。また低温下（10K）と転移温度の圧力変化から、超 伝

測されていますが、水素貯蔵合金

ませんでした。

室温下において結晶構造に違い

導 相 に は2つ の 構 造 が あり、そや炭化水素などの水素を多く含むは観察されませんでした。硫化水の2つは理論計算で予測されて水素リッチな系の高圧状態におい

素H₂S分子が高圧下でH₃Sに構造いた六方晶構造のH₃Sと立方晶ても、水素由来の超伝導が期待でいます。超伝導体となった物質を超伝導相における
硫化水素の結晶構造を解明

変化し、
このH₃Sが超伝導を示して構 造 のH₃Sで あることが わ かりきると考えられます。今回の結果送電線として使用すれば、電気をわれわれは、大型放射光施設

いることを世界で初めて明らかにました。

は、他の水素リッチな系において

ロスなく運ぶことができるため、エSPring-8の高圧専用ビームライン

ネルギー問題の解決に貢献するこ

BL10XUを用いた結晶構造回折ととができます。

電気抵抗による超伝導検出などを200Kの超伝導体の発見

物質を冷却したときに電気抵抗がゼロになる現象を
「超伝導」
とい

しかし、
超伝導を発現するには、物質を非常に低い温度に冷却す

清水克哉

33

500万気圧を超える超高圧で固また、同 時 に計 測した 超 伝 導体金属水素には室温超伝導が予も、より高い高温超伝導の可能性を示唆しているといえます。

同時に行い（図1）、超伝導相の結晶構造を明らかにしました。

る必要があります。室温の超伝導

実 験 で は、H₂Sと硫 化 重 水 素

体の発見および生成は、
物理研究

（D₂S）
を用いました。ダイヤモン

者を長く魅了するテーマです。

ドアンビルセルにより150万気圧

近年、
硫化水素
（H₂S）
は150万気まで圧縮した試料を10Kまで冷却

基礎工学研究科

圧の高圧力下において、200K（約し、その冷却過程における電気抵

附属極限科学センター-70℃）という高温で超伝導体にな抗をモニターし、
超伝導転移（抵抗ることが報告されました。この高ゼロ）を約180Kで 観 測しました。

温超伝導の機構を解明し、さらに同時に収集したX線回折データ高い超伝導転移温度を示す物質

から、
H₃Sの形成を示唆する硫黄がを探索していくためには、高圧力bcc位置に配置した構造を示しま

下の硫黄水素化物の結晶構造のした（図2）。この構造は、理論予測情報は必要不可欠です。現在、世されたR3mとIm-3m構造とよく一界中でこの超伝導の再現実験や致したが、同時測定した電気抵抗

結晶構造の研究が行われていまの圧力依存性をもとにIm-3m構造

すが、超高圧発生などの実験的なが200Kの超伝導相であると結論

大阪大学

しました。

参考文献：[1] A. Drozdov et al., Nature 525, 73 (2015). [2] M. Einaga et al., Nature Physics, 12, 835 (2016).
[3] Duan et al., Sci. Reports 4, 6968 (2014).
連 名 者：榮永茉莉、
中尾敏臣、
坂田雅文
（大阪大学大学院 基礎工学研究科 附属極限科学センター）
、
大石泰生、
平尾直久
（公益財
団法人高輝度光科学研究センター）

図1 試料をセットした高圧装置を冷凍機の中に入れ、温度変化させ、
X線回折実
験および電気抵抗の測定をする。

関連 Web

図2 硫化水素の高温超伝導相（立方晶構造のH₃Sの結晶構造

http://www.hpr.stec.es.osaka-u.ac.jp/
http://www.spring8.or.jp/ja/news̲publications/press̲release/2016/160510/
34計測

電子材料領域
プロジェクト名

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞（電子材料研究拠点；TIES)

ワイドギャップ半導体IGZOとZnO中の格子間水素の電子状態

P

oint

● 半導体IGZOにおける水素の電子状態を測定● IGZOと同じ局所構造をもつZnOの水素状態を測定● 酸化物半導体の特性変化に与える水素の役割の理解へ−酸化物半導体の特性変化の解明とその解決を目指して−小嶋健児
高エネルギー加速器研究機構

酸化物半導体中の水素が物性を左右による物性変化の機構を明らかに

の分光器
（図1）
とスイスのPSI-LEM

でも非結晶でもこの結果は変わ

サイトと一致し、同じ局所構造をもしたいのですが、
IGZOは非結晶で施設の分光器を用いました。

りません。

つIGZOの水素位置と、おそらく同

インジウム
（In）
、
ガリウム
（Ga）
、

あるため、解析手法が限定されま

その結果、IGZO（絶縁体組成）

ZnOにおいては、単結晶試料を亜鉛（Zn）、酸素（O）から構成されす。そこで、わ れわ れ は、IGZOお中でミュー粒子はすべて反磁性

入手でき、印加磁場の結晶軸に対IGZO中のミュー粒子が反磁性る半導体IGZOは、
スマートフォン

よびIGZOと同じ局所構造をもつ状態（閉殻のH またはH-）をとる

する方位から、
超微細構造定数の状態を取ることは、この物質で水やパソコンモニター、大型有機EL

ZnOにおいて、水素がとるべき位ことが 明らか に なりまし た（図対称性を測定することがJ-PARC

素が電子ドナーとしてふるまうことの直接的な証拠といえます。

++

じことが示唆されました。

テレビ、
タブレットなど、すでにさ

置や荷電状態を、加速器から得ら2）。H は電気陰性度の大きな酸MLFでできるようになりました。こ

まざまな家電製品のディスプレイ

れる正ミュー粒子（μ+）
を用いた化物イオンとO-H状の結合を生れにより、ミュー粒子の形成する浅こうした機能性酸化物の水素状

駆動用透明半導体として実用化さミュオンスピン緩和
（μSR）
法で調

成していると思われ、H-は周辺原

い水素状態の位置を実験的に決態の測定を通して、酸化物中の水れています。

べました。水素のシミュレーター

子と結合をつくらずに孤立した定したところ、
この対称性は、ZnO素の役割に関する一般的な理解

しかし、IGZO薄膜トランジスタ

として正ミュー粒子をIGZOに注入状態にあると思われます。結晶

ボンド中心サイトとアンチボンドをめざしています。

を製品として使う際、印加電圧やすることで、
その電子状態を知るこ

光照射によって動作特性が変化しと が で きる の で す。実 験 で は劣化することが問題になっており、

J-PARC（大強度陽子加速器施設）

水素がその特性に関して重要な役割を果たしていることがわかっています。IGZO中の水素状態を知ることは、劣化原因の解明と解決法を明らかにすることにつながります。

水素の電子状態を
ミュー粒子を用いて調べる
酸化物半導体において、
水素はH 、H⁰、H-の荷電状態をとり、電子+ドナーとしてふるまいます。水素の電子状態を調べることで、水素35

図1 J-PARK MLFの汎用μSR分光器ARTEMIS（アルテミス）

参考文献：[1] J. Bang, S. Matsuishi and H. Hosono, Appl. Phys. Lett. 110, 232105 (2017). [2] K.M. Kojima et al. preprint (2017). [3] M. Hiraishi, K. M.
Kojima, M. Miyazaki, I. Yamauchi, H. Okabe, A. Koda, R. Kadono, S. Matsuishi, and H. Hosono. Phys. Rev. B., 93, 121201(R), (2016).
連 名 者：平石雅俊、
岡部博孝、
幸田章宏、
門野良典
（高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所およびJ-PARC MLF）、
Andreas Suter，Thomas Prokscha，
Zahar Salman（PSI LMU）、
大橋直樹（物質・材料研究機構）
、
井手啓介、
松石 聡、
神谷利夫、
雲見日
出也、
細野秀雄
（東京工業大学）

図2 J-PARCでの多結晶体IGZO測定

関連 Webhttp://pfwww.kek.jp/sokendai/research/muon-c/
36

計測

電子材料領域
プロジェクト名JST ERATO「スピン量子整流」

P

oint

スピン流とスピントロニクス−新しい「回転」の科学−● スピン流の測定技術が大幅に進展● 熱やナノメカニクス応用などスピン流の新しい可能性の提示

メモリーやハードディスクへの応用が期待されるスピントロニクス

ホール効果」というスピン流の基に変換され、
この現象はスピンのな物性現象が明らかになってき礎現象を発見し、スピン流を測定

整流性を利用した新たな熱電変ました（図2）。また、スピン流の電子には、電荷をもつ性質のほしたり電気的に利用することがで換原理として注目されています。

諸現象は、固体のスピン物性をきるようになりました。

スピンゼーベック効果に基づく熱調べる手法としても利用されるよ

かに、
「スピン」
という磁石の性質

齋藤英治● 固体中でスピン流が示す基礎現象群を発見もあります。これらの2つの性質

また、スピン流を利用したまっ電変換素子は、理論的には従来のうになってきています。特 に近を両方とも利用した工学応用やたく新しい量子原理による熱発電

熱電素子を上回る性能が期待で年は、スピン流によるスピンダイ

新しい物理現象を研究する分野

方法を発見しました。温度勾配のきます。

ナミクス測定技術が大幅に進展

を「スピントロニクス」といい、すある系では、
古くから知られる熱電で に メ モリー 技 術 や 省 エ ネ ル

変換現象であるゼーベック効果や

ギーコンピュータ技術への応用が進んでいます。

しました。そして、スピン流の活躍 の 舞 台 は 電 子 物 性 の み なら

ペルチェ効果が現れます。このとスピン流の諸現象を解明し、新たな利用原理を提示する

き熱流からスピン流が生成されま

これまでの研究から、固体中で力学などさまざまな系に広がっ物質中の電子角運動量の流れす。これが「スピンゼーベック効

スピン流が引き起こすさまざまを「スピン流」
とい います（図1）。

果」です。生成されたスピン流はわ れ わ れ は2008年 に「逆スピン逆スピンホール効果を通じて電圧ず、ナノ機械運動、マイクロ流体てきています。

東北大学金属材料研究所
東北大学材料科学高等研究所

図1 スピン流の概念図

参考文献：[1] E. Saitoh, M. Ueda, H. Miyajima, and G. Tatara; Appl. Phys. Lett., 88, 182509 (2006). [2] K. Uchida, S. Takahashi, K.
Harii, J. Ieda, W. Koshibae, K. Ando, S. Maekawa, and E. Saitoh; Nature, 455, 778-781 (2008). [3] R. Takahashi, M. Matsuo, M. Ono, K.
Harii, H. Chudo, S. Okayasu, J. Ieda, S. Takahashi, S. Maekawa and E. Saitoh; Nat. Phys., 12, 52‒56 (2016).

37

図2 固体中のスピン流の基礎現象の発見

関連 Webhttp://saitoh.imr.tohoku.ac.jp/index.html
38

計測

電子材料領域P

oint

レーザー光電子顕微鏡が明らかにする、物質の未知の性質● 2.6nmという世界最高の分解能をもつ紫外レーザー光電子顕微鏡の開発● LaAlO₃/SrTiO₃界面とSrTiO₃表面の強磁性を可視化● 常識を覆す酸化物の物性を証拠づける成果−酸化物表面・界面における強磁性の可視化−

世界最高の分解能をもつ
全く新しい光電子顕微鏡

極限まで抑え、空間分解能2.6nm（図1）。レーザー PEEMを用いて

30 〜 40nmの強磁性ドメインサイを達成することができました。

調べたところ、
LaAlO₃/SrTiO₃薄膜

ズをもつことが明らかになりまし

界面は30〜 40nmの磁区ドメインた。強磁性転移の温度は、900Kで埋め尽くされていることが明ら

程 度 でした。これらの 結 果 は、に、
一般的には放射光を用いた光酸化物の強磁性をレーザー
PEEMで確認

かになり、強磁性の磁石ができて

LaAlO₃/SrTiO₃薄 膜 界 面 および

電子顕微鏡（PEEM）が用いられ、ランタンアルミネート（LaAlO₃）いることがわかりました。

SrTiO₃の表面が、強磁性を示すこ

その空間分解能は約20 nmまで到とストロンチウムタイタネ ート

一方、
真空中でフラッシュアニー

達しています。

（SrTiO₃）という2つの酸化物は、とル（高速熱処理）したSrTiO₃も表面

これらの酸化物の強磁性を応用

われわれはPEEMをさらに高度

もに電気を通さない絶縁体ですに2次元電子ガスを生じることがすることで、
レアメタルを使わずに、化し、紫外レーザーとPEEMを組みが、こ れ ら を 貼 り 合 わ せ た

知られて い ま す。フラッシュア

低コスト・大容量の磁気記録デバ

合わせた全く新しい光電子顕微鏡

LaAlO₃/SrTiO₃薄膜の界面では、ニールしたSrTiO₃も図2のように、イスを開発できる可能性があります。

（レーザー PEEM）
を開発しました。

LaAlO₃の厚みが増すのにともな

連続波のレーザーを用いること

い、電子が高速で運動できる2次で、放出した電子同士のクーロン

元 的 な 層（2次 元 電 子ガス）が 生

東京大学

反発によって空間分解能が悪化す

じ、超伝導となると同時に強磁性

物性研究所

る問題
（スペースチャージ効果）を体になることが知られています

ナノレベルの微細な構造や磁性などの物性を明らかにするため

辛

埴との証拠であるといえます。

Vacuum level

Conduction band
EF

4.4eV

h =4.66eVｃ
2.2eV

3.2eV
5.6eV

Valence band

SrTiO₃

図1

LaAlO₃x
4.4eV

hu=4.66eV%"&#$

surface
SrTiO₃LaAlO₃/SrTiO₃界面のバンド構造（左）とアニールしたSrTiO₃表面のバンド構造（右）参考文献：[1] T.Taniuchi, Y.Kotani, S.Shin, Rev. Sci. Instrum.86, 023701 (2015). [2] T.Taniuchi, Y.Motoyui, K.Morozumi, T.C.Rödel,F.Fortuna, A.F.Santander-Syro, S. Shin,39

図2 a：アニールしたSrTiO₃表面のPEEM像。表面ステップ構造が黒い線として観測されている。b：真空中でフラッシュアニールしたSrTiO₃表面の磁気円2色性PEEM像。
c：aとbを重ねた図（黒い線がステップ構造）。d：Tcより高温での1000KのSrTiO₃表
面のPEEM像。磁気円2色性が消失している。

関連 Webhttp://shin.issp.u-tokyo.ac.jp/index.html
http://shochou-kaigi.org/interview/interview̲24/
40

計測

実験

触媒･電池材料領域
触

P

oint

イオン伝導体の物質開拓と
全固体セラミックス電池の開発● 中性子構造解析により固体電解質の3次元的なイオン伝導経路を解明

従来のリチウムイオン電池の3倍以上の出力特性をもつ全固体電池

Li₉ .₅₄Si₁ .₇₄P₁ .₄₄S₁₁ .₇Cl₀ .₃が 3次元骨開発した全固体電池は、既存の電気自動車やプラグインハイブ

われわれは、有機電解液に匹敵格構造をもつ物質であり（図1）、リチウムイオン電池のほか、次世

リッド車、
スマートグリッド（次世代するイオン 伝 導 率 を もつ 材 料

その骨格構造内にリチウムが鎖代電池として開発が進められてい送電網）が社会に浸透するために

Li₁₀GeP₂S₁₂を見いだしました。さら状に連続して存在していること、る各種の電池と比較しても、はるは、容量・コスト・安全性のいずにその後、最高のイオン伝導率をも室 温 で3次 元 的 な 伝 導 経 路 をかに優れた出力とエネルギー特れの面においても、現在のリチウ

つLi₉.₅₄Si₁.₇₄P₁.₄₄S₁₁.₇Cl₀.₃や、広い電もっていることが、高いリチウムイ

性をもつことが明らかになりましムイオン電池を超える次世代電池

位窓をもちリチウム金属負極の電オン伝導性の実現に寄与してい

た
（図2）
。

の開発が不可欠です。そして、
そ解質として利用できるLi₉.₆P₃S₁₂²、
まのカギとなるのが電池の構成材料

た、より安価で合成が容易なSnSiの1つである“電解質”です。

系 材 料Li₁₀+δ[SnySi₁-y]₁+δP₂-δS₁₂もまた、中性子構造解析により、る ことを明らかにしました。

見いだしています。

電解質として有機電解液が用いら

これらの電解質を用い、不燃性れていますが、われわれは固体のや安全性の面で期待されていた

東京工業大学

電解質を用い、正極と負極を含め全固体セラミックス電池を製作

物質理工学院

た材料をすべて固体で構成する全

し、現在のリチウムイオン電池よ固体電池の開発に取り組んできまりもはるかに高速充電と高出力がした。固体の電解質を用いること本質的に可能であることを実証しで、従来の電解液系ではなしえなました。開発した全固体電池は、

いバイポーラ積層構造など、既存

既存のリチウムイオン電池より、の電池パック設計の常識を覆すコ

室温で出力特性が3倍以上である

ンセプトが可能になり、電池のさらとともに、有機電解液を用いるリなる高容量化・高出力化が期待

チウムイオン電池の課題であるできます。また、全固体であるた

低温（-30℃）
や高温（100℃）
でも優

め電池の安全性も高まります。

れた充放電特性を示しました。

参考文献：[1] Kamaya, N. et al., Nat. Mater. 2011, 10 (9), 682-686. [2] Kato, Y., et al., Nature Energy 2016,16030. [3] Sun Y., et al.,Chemistry of Materials , 2017, 29(14), 5858-5864.

41● リチウムイオン電池の3倍以上の出力特性をもつ全固体電池を開発

次世代電池の開発のカギを握る“電解質”

現在のリチウムイオン電池は、

菅野了次● 従来の電解液より高いリチウムイオン伝導率をもつ固体電解質を発見

図1 Li₉.₅₄Si₁.₇₄P₁.₄₄S₁₁.₇Cl₀.₃の3次元骨格構造と室温での
リチウム
（Li）
の分布

関連 Web

図2 さまざまな電気化学デバイスの出力とエネルギー密度の相関図。全固体電池は蓄電池とキャパシタの特徴を兼ね備える。

http://www.kanno.echem.titech.ac.jp/
42

計測

実験

触媒･電池材料領域
触プロジェクト名プ

J
JSTさきがけ「新物質科学と元素戦略」、科研費 新学術領域「ナノ構造情報のフロンティア開拓」、
科
科研費 新学術領域「複合アニオン化合物の創製と新機能」

P

oint

−

ヒドリドイオン “H ” 導電体の物質設計−全く新しい作動原理をもつ蓄電・発電デバイスの開発に向けて−

H−を電荷担体とした導電体

ウム（Li）を採用し、H−からの電子

土類金属水素化合物のH−導電性供与を抑制することで、電子伝導−可能になります。

将来的には、
H−導電体を蓄電・

また、
中性子回折および放射光

発電デバイスに応用することを考が指摘されて以来、本格的な物質の寄与のない輸率1のH 導電体

X線回折により、
LSLHOの結晶構造

えています。そのため、今まではロトン（H＋）が担体となり、酸化物

探索は行われてきませんでした。

La₂ -x-y Sr x+y LiH₁ -x+y O₃ -y（LSLHO）

を決 定しました（図2）。H−は、酸

高圧下でLSLHOを合成してきましを見いだしました。

水素化物の格子内において、価数

たが、より簡便につくれるように、開発されてきました。
一方で、水素の陰イオンである−

新物質LSLHOから見えてきた
応用への可能性の低いカチオンの周辺を選択的

現在は常圧下での合成方法の確−たことですが、H は、より電子供与に占有する傾向があることがわか立に取り組み、合成時の圧力がど

われわれは、
化学的に安定な酸性が強いLiのようなカチオンと副りました。こうした結果を物質設ういった影響を与えるかについても検討を行っています。

−

物質探索を行う中でわかってき

ヒドリド
（H （
）図1）
は、
酸化物イオ

化物の結晶格子内でH をイオン格子を形成すると、電子をもらって計の指針として、今後、より高いイン（O²−）やフッ化物イオン（F−）と導電させることをめざし、
H−とO²−

H−の状態で安定化し、負の電荷をオン導電性をもった物質探索を継同程度のイオン導電に適したイオが共存するアニオン副格子をもつ保ったままイオン導電することが続して行っていきます。

ン半径と、非常に強い還元力をも酸水素化物を対象にして、物質探−つことから、H 導電体を蓄電・発索を行ってきました。酸水素化物

電デバイスに応用することで、高に することで、格 子 内 のH −の 量

エネルギー密度の新規エネル

や配列を変化させることが可能

ギーデバイスが実現できる可能性になります。構 成 元 素 には、H −があります。このようにH−は電荷より電子供与性の強いランタン担体として優れた特徴があるにも（La）、ストロンチウム（Sr）、
リチ

図1 新たな電荷担体としてヒドリド
（H−）
に着目

参考文献：[1] G. Kobayashi, M. Yonemura, I. Tanaka, R. Kanno et al., Science, 351, 1314 (2016). [2] A. Watanabe, G. Kobayashi et al.,Electrochemistry, 85(2), 88-92 (2017). [3] M. C. Verbraeken, J. T. S. Irvine et al., Nat. Mater., 14, 95-100 (2015).
連 名 者：菅野了次（東京工業大学）

43−● H 導電体を応用した新規エネルギーデバイスの開発可能性を示唆

通常、水素のイオン導電では、
プ

まな物質系で、多くのH＋導電体が分子科学研究所● LSLHOの結晶構造の決定かかわらず、1970年代にアルカリやポリマー、固体酸などのさまざ

小林玄器

−

● ヒドリド（H ）がイオン導電する新物質LSLHOを開発

図2 La₂-x-ySrx+yLiH₁-x+yO₃-y（x=0, y=0,1,2）の結晶構造

関連 Webhttps://www.ims.ac.jp/research/group/kobayashi/
44

計測

実験

触媒･電池材料領域
触プロジェクト名プ

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞（触媒・電池材料研究拠点；ESICB)
元

P

oint

二次電池用消火性有機電解液の開発

山田淳夫

可燃性有機電解液による電池の発火・爆発事故

発事故が多く報告されています。

● 自己消火機能をもち、200℃でも揮発せず引火しない有機電解液を開発● 可燃性溶媒なしに長期の安定充放電が可能であることを確認● 二次電池の高エネルギー密度化・大型化と安全性の両立が可能に

電 解 質 塩 LiN(SO₂F)₂(LiFSA) orて、従来の電解液・電解質によるこれまで難燃性が付与されたさま

自己消火機能をもつ高濃度電解液を開発

NaN(SO₂F)₂(NaFSA)の み か ら 構

常識をはるかに超えての長期にわ

スマートフォンやパソコンなど

ざまなタイプの電解液・電解質が触媒・電池材料研究拠点では、成され、自己消火機能を有するとたる安定充放電サイクルが可能でに搭載される二次電池（充電式電

研究されてきましたが、実用化に以前から高濃度電解液の研究をともに、少なくとも200℃付近まであることを確認しました。解析の池）
は、より高いエネルギー密度をはいたっていません。また、既存

行ってきました。電解液はイオン

揮発せず引火点をもちません（図結果、
アニオン由来の安定な不動実現するために、さまざまな研究

電解液への難燃性溶媒の添加も伝導度をベースに濃度が決められ

1）。さらに、200℃以上への温度

態被膜が形成されることがわか

が活発に行われています。一方

検討されてきましたが、電池の充ています。通常は1mol/Lの濃度上昇時に発生する蒸気も消火剤

り、
これが安定なくりかえし充放電

で、可燃性の有機電解液に起因す

放電可能回数が大きく低下するこが選択されるのですが、われわれになることから、電池の発火リスクを可能にしていると考えられます。

るリチウムイオン電池の発火や爆とが課題となっていました。

は3mol/Lという非常に高濃度のが積極的に低減されます。

本研究で見いだされた消火性

電解液が有する特異な構造や物

また、
これまで必須とされてきた有機電解液は、
これまでジレンマ性に着目し、
これを応用することに炭酸エステル溶媒（可燃性）を一とされてきた二次電池の高エネル

一般的な電解液

新規高濃度電解液

よって、消火機能を備える高性能切使用していないにもかかわら

ギー密度化や大型化と、高度な安1.0 M NaPF₆/EC:DEC(1:1)

3.3 M NaFSA/TMP

有機電解液を開発しました。具

ず、リチウムイオン電池用の黒鉛

全性の確保の両立を可能にする

体的には、
この電解液は難燃性

負極およびナトリウムイオン電池

ものです。

であるリン酸トリメチル（TMP）と用のハードカーボン負極につい東京大学
大学院工学系研究科

図1 燃焼性の比較。一般的な電解液に火を近づけると引火して火炎を発生するが、新規高濃度電解液には着火しないばかりか、逆に消火することもできる。

参考文献：[1] Y. Yamada et al., and A. Yamada; J. Am. Chem. Soc., 136, 5039 (2014). [2] Y. Yamada et al., and A. Yamada; Nat.
Energy, 1, 16129 (2016). [3] J. Wang, Y. Yamada et al. and A. Yamada; Nat. Energy, 3, 22-29 (2018).
連 名 者：山田裕貴（東京大学大学院工学系研究科）

45

図2 ナトリウムイオン電池用ハードカーボン負極の充放電サイクル。開発した有機電解液（3.3M NaFSA/TMP）
は1200回以上（時間にして１年半以上）の安定な充放電が可能。

関連 Webhttp://www.yamada-lab.t.u-tokyo.ac.jp/
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/soe/press/setnws̲201711281032490218235794.html
46

計算

情報

触媒･電池材料領域
触プロジェクト名プ

J CREST「新機能創出を目指した分子技術の構築」
JST、
JJST ACT-C「量子シミュレーションに基づく不斉C-H活性化触媒の開発」

人工力誘起反応法による反応経路の自動探索前田理● 化学反応の経路を自動探索できるAFIR法を開発● AFIR法では、モデル関数を用いて反応物同士に人工的な力を加える● さまざまな既存の計算手法と組み合わせることで高度な汎用化を達成

反応の生成物や経路を自動的に予測する

反応物同士を押しつけて、エネルギーバリアをなくす

関数を用い、初期状態からAFIR関革新的な化学反応が見つかれ

従来の計算化学では、
反応機構

ば、社会的にも経済的にも大きな数を極小化するという操作をくります。

て探索法を適用する多状態アルゴ
リズ ム や、結 晶 など固 体 を 扱う

かえして生成物を見いだします。

さまざまな計算技術と組み合わせることよって汎用化を推定しない限り、1億分の1秒程

また、実際の反応経路やエネル

全探索は、原子数が多くなると

応 な ど を扱うためのQM/MM法

波及効果をもたらすことができま

度の非常に短時間で起こる反応以

ギーについては、
人工力の定数α

計算量の問題で難しくなってきま

やMicroiteration法など、さまざます。しかしながら、現時点では、
お外は解析できませんでした。そのを0（ゼロ）にし本来のポテンシャ

す。そこで、
限定
（部分）
探索を行う

な計算技術とAFIR法とを組み合わ

びただしい数の実験を試行錯誤しため、推定を誤ると間違った結果

ルに戻して計算し直して決定しま

オプションを導入し、原子数が数十せることで、適用範囲の拡大を進て行わない限り、新しい反応を発が出てしまいます。十分に系統的す。こうして、遷移状態の位置も簡〜100程度からなる反応系へも応めてきました。現時点では、有機見することはできません。もし、反な解析や信頼できる予測を行うた

単に求めることができるようにな

用してきました。例えば、有機合

合成反応、微粒子触媒反応、固体

応物や触媒などの組を入れると、めには、反応経路を自動探索できりました。

成反応の反応機構や生成物の選

表面反応、
光反応、
酵素反応、
結晶

量子化学計算に基づ いて、生成る手法が必要です。今回紹介する

AFIR法は分子間で起こる反応だ

択性に関する解析などを、
これま相転移など、多種類の化学反応へ

物、副生成物、
それらを生じる経路のは2010年に開発した
「人工力誘

けでなく、
1つの分子の中のさまざで精力的に進めてきています。

の 応 用 が 可 能 に なっています。

を自動的に予測する計算法を構築

起 反 応 法（AFIR法：図1）」で、そ のまな部位同士を押し付け合った

また、
光反応では複数のポテン

個々の興味のある反応系に特化しすることができれば、反応や材料汎用化が順調に進んでいます。

り、引っ張ったりすることで、分子内シャルエネルギー曲面が反応に関た高速化を導入しながら、実験に与しますが、
そのような場合に対し先立つスクリーニングに利用する

北海道大学の開発速度は一変するでしょう。

AFIR法の要は、反応物同士を押で起こる反応へも適用できます。

大学院理学研究院化学部門

私たちがめざしているのは、
まさ

しつけて、
強制的に反応させることこのようにすると、最初に入力した理論化学研究室にこのようなことです。

にあります。例えば、
原子Aと原子構造から始まる反応経路を系統的

Bの 間 には ポテンシャルエネ ルに探索し、新たな安定構造を多数

ギーのバリアがあります。両者に発見できます。それで得られる安

人工的な力を加えて押し付けあう

定構造を出発点とする探索を、得と、バリアがなくなってAとBがポテられたすべての安定構造に対してンシャルの谷底へ落ち込むよう次々に行っていけば、与えられたになり、反応過程を素早く探索で化学組成で可能な全ての反応経きるように なります。具 体 的 に路を探索できます。こうして得らは、AとBの 距 離「 AB」に比 例 する

れる反応経路のネットワークを項「α AB」（αは比例定数）をポテ「Global Reaction route map

ンシャルエネルギーに加えたAFIR(GRRM：図2)」と私たちは呼んでい図1

人工力誘起反応(AFIR)法

参考文献：[1] S. Maeda, K. Morokuma, J. Chem. Phys. 2010, 132, 241102. [2] S. Maeda, Y. Harabuchi, M. Takagi, K. Saita, K. Suzuki, T.
Ichino, Y. Sumiya, K. Sugiyama, Y. Ono, J. Comput. Chem. 2018, 39, 233. [3] S. Maeda, K. Sugiyama, Y. Sumiya, M. Takagi, K. Saita,
Chem. Lett. 2018, 47, 396.

47

P

oint

関連 Web

た め の 周 期 境 界 条 件 、酵 素 反

図2 Global reaction route map (GRRM)

https://aﬁr.sci.hokudai.ac.jp/
48

計測

構造材料領域構

アトムプローブを用いた鉄鋼中のトラップ水素と粒界偏析ボロンの直接観察

淳

新日鐵住金株式会社● 3次元アトムプローブ技術の高度化でナノスケール元素可視化● 鋼中の水素可視化、ナノ析出物の水素トラップサイトを提案● ボロン（B）添加鋼の粒界偏析挙動と焼入性の相関を定量解析

不均質な鉄鋼材料を
原子レベルで解析する

粒界結合を弱めるなどして破壊を発したうえで、装置内で重水素を針引き起こすことがあります。鋼中鉄鋼は多くの結晶欠陥を含む不難しいため、Bの焼入性向上機構

試料にガスチャージし急冷する方

ボロン（B）
粒界偏析解析で焼入性向上をめざすの水素挙動を理解し水素脆化を法を開発し、
トラップ水素を3DAP

鋼を高強度化するためには焼効果を得ることが難しいという問

均質な材料であり、結晶欠陥周囲防ぐためにも、鋼中の水素を原子で可視化できるようになりました。

入れ(鋼の製造時に高温から高いで生じる合金元素や不純物元素のレベルで直接観察する技術が求

この測定法を使って、TiC析出鋼の冷却速度で冷やすこと)によってマルテンサイト変態前の旧オー

偏析、分配、析出がその特性に大められていました。

Ti、
重水素
（D）
の位置を測定しまし硬質なマルテンサイト組織をつく

ステナイト粒界を針試料に加工す

題がありました。

きく影響します。だからこそ、
局所

3次元アトムプローブ（3DAP）はた。ナノサイズのTiC板状析出物のりこむことが重要です。しかしなる技術を開発し、10ppmB添加鋼

領域の元素分布を定量解析でき

H、B、C、Nのような軽元素から重正面と側面からの観察結果から、がら、厚い鋼板では板厚中心部のに適用し、Bはラス界面やブロック

るナノスケールの解析法が求めら

元 素 ま で 優 れ た 検 出 下 限（〜水素トラップ位置は板状TiCのブ

冷却速度が低くなるため、マルテ

境界には偏析せず、
旧γ粒界にのれています。

10at.ppm）で 測 定で きる方 法でロード表面全体で、
1析出物あたりンサイト組織を得ることが困難とみ偏析することがわかりました（図す。しかし、観察領域が非常に小10原子ほどだとわかりました（図1）。

なりま す。Bは、鋼 に 極 微 量(数2）。Bの偏析挙動と焼入性を定量

水素脆化機構解明のための
水素直接観察さいことや、
バックグラウンドの水

また、3nm以下の微細な板状TiCppm)添 加 することで、焼 入 れ 時

的に調べてみると、冷却速度を上素が多いことなどの技術課題を抱の周囲には重水素は観察されまの冷却速度が低くてもマルテン

げるとともにBの偏析量が減少し鉄鋼表面から侵入した水素が鋼えていました。

せんでした。これより、TiCの深いサイト組織を得やすくなる（焼入

ました。これより、拡散律速での中の欠陥やひずみに集積し、欠陥そこで、観察したい領域を針先トラップ サイトの 起 源 は①ミス性向上）効果を有するため、厚い

平衡偏析によって偏析量を予測でを発生したり、転位を助長したり、に着実にもってくる加工技術を開

フィット転 位 芯、ま た は②TiCブ

鋼板の高強度化において重要なきること、そして、析出が生じない

ロード表面の炭素空孔のいずれ

元 素で す。しかしながら極微量

場合においては、焼入性はBの偏かだと推定しています。

のBの存在状態を検出することは析量と相関があるとわかりました。

25nm x 25m x 110nmࣛࢫቃ⏺ ࣈࣟࢵࢡቃ⏺

ᪧγ⢏⏺ C

Fe

TiC

B
10nm x 10nm x 10nm
図1

10nm x 10nm x 10nm

重水素チャージした針試料の３D元素マップ

参考文献：[1] J. Takahashi, K. Kawakami, Y. Kobayashi, T. Tarui; Scripta Mater., 63, 261 (2010). [2] J. Takahashi, K. Kawakami, T. Tarui;
Scripta Mater., 67, 213 (2012). [3] J. Takahashi, K. Ishikawa, K. Kawakami, M. Fujioka, N. Kubota; Acta Mater., 133, 41(2017).
連名者（共著者）：川上和人・小林由起子・石川恭平（新日鐵住金株式会社）

49

は不明な点が多く、安定してBの

図2

B concentration (at.%)

高橋

P

oint

5
4
3
2
1
0

0

5

10

15

Distance (nm)20

B添加鋼の旧オーステナイト（γ）粒界の3D元素マップ

関連 Webhttp://www.nssmc.com/index.html
http://www.nssmc.com/tech/report/nsc/pdf/391-22̲3-2.pdf
http://www.nssmc.com/tech/report/nssmc/pdf/406-08.pdf
50

計測

構造材料領域構

二次元および三次元時間分解・その場観察による
金属材料の凝固現象の解明

安田秀幸
京都大学 大学院
工学研究科材料工学専攻● 金属材料の冷却・凝固組織形成過程を2次元と3次元でその場観察可能に● 炭素鋼などの凝固組織形成は従来理解とは異なっていた● 時間分解の透過像、回折像の観察とＭＤ計算からマッシブ的変態を裏づけ

高温金属が冷える過程を直接観察したいとその方位が確認できます。ままた、
一方向凝固の変態過程をた、
アクチュエーターを導入すれ詳細に観察すると、δから微細な

これまで、金属の凝固・鋳造現ば、高温での変形過程の組織変化

γがマッシブ的な変態で出てき象は室温まで冷却された後の組が観察できます。EDS検出器を挿て、そのすぐ後ろに粗大化したγ織を観察して凝固現象を推定して入すれば、元素分析もできます。

も観察できました。このことから、きました。それゆえ、未解明の部

ニッケル基超合金のように10元素

定常凝固になっても、マッシブ的分が多く残されています。凝固過からなるサンプルでも、それぞれに固相変態でγからδに一気に程を直接観察し、
金属材料の組織の元素が固・液にどう分配してい

変わっていくことが支配的だと考がどのように成長しているのかをるかを直接測定することが可能でえました。4D-CT観察において試理解したいという要望は、学界だす。試料を回転させながらCTを料回転と同期したX線回折像を分けでなく産業界からも寄せられて用いて3次元観測もできるように析してみると、変態後は多結晶にいます。組織は金属材料特性になり、μｍから1ｍｍスケールまでなっていることが わ かり、BCCと大きな影響を及ぼすからです。

の空間を、時間を追って観測でき

FCCの最密面が一致する確率が高るようになりました（図1）。

いことを確認しました。

SPring-8で見えた
デンドライト成長過程

図1

2次元および3次元時間分解・その場観察による金属凝固現象の全体像

これらをふまえて、
BCCで核生成

金属材料が凝固していく過程を

新規凝固過程〈マッシブ的変態〉を直接観測を緩和するためにγ相で核生成調べるため、
SPring-8の硬X線領域

炭素鋼の冷却過程では液相とδが連続して起こると考えていますの高輝度単色光を使いました。材

（BCC）の「包晶反応」
によりγ（FCC）料を透過し、
高温での輻射の影響が生成すると教科書などにも記載

これらの観察結果は、工学的なを受けずに、時間分解・その場観されてきました（図2上）。しかし、問題解決にも役立つはずです。

察ができます。固液の密度差を検

0.45％炭素鋼をSPring-8でその場

現在は、凝固組織をどう制御する出できますので、反応性の高いチ観察すると、最初にδのデンドラ

か、粗大化を制御するためにはどタン合金以外のほとんどの実用合イト（樹枝状結晶）
がし成長、
過冷状

ういう結晶組織にすればよいかと金は観測が可能です。

態から一瞬でγに変わりました。

いった研究に着手しています。

透過像と回折像の観察を併用

1ｍｍ厚試料で3次元的に観察しすれば、組織だけでなく、結晶構造ても変態の形態は同様でした。

参考文献：[1] T. Nagira et al, Metall. Mater. Trans. A, 45A (2014) 1415., [2] G. Zeng et al, Acta Mater. 83 (2015) 357.
[3] K. Yamane et al, Metall. Mater. Trans. A, 46A (2015) 4937-4946.
連名者（共著者）：森下浩平（京都大学）、吉矢真人・柳楽知也（大阪大学）

51

P

oint

が起こり、
その後全体的なひずみ（図2）。

関連 Web

図2 これまでの組織形成の理解「包晶反応」（上）と、その場観察からみえてきた「マッシブ的変態」（下）

http://cast.mtl.kyoto-u.ac.jp
https://elements-strategy.jp/pdf/02̲P-14.pdf
52

計算

構造材料領域構
プロジェクト名プ

ポスト「京」重点課題（7）「次世代の産業を支える新機能デバイス･高性能材料の創成」
における高信頼性構造材料分野

原子・組織レベルの凝固・粒成長プロセスの
大規模シミュレーション

実用材料の複雑な製造プロセスを可視化する

P

oint

● 構造材料の製造プロセスを可視化して各段階の現象を理解する● 分子動力学法で原子レベルを、フェーズフィールド法で組織レベルを可視化する● 古典理論では説明できないさまざまな特異現象が生じていることを発見

前者では原子レベルを、後者では現象がいろいろ起きていることが由エネルギーが常に減少するようを連成して解くことで、未解明なさ

組織レベルを見ていきます。

明らかにになっています。

に変化するので、原則的にはこれ

まざまな現象を再現できるようにに基づいて解きます。

なりました。例えば、デンドライドPF法は非平衡過程におけるさ

多くの金属材料の製造プロセス

まざまなパターンを表すのに非常PF法を使って、デンドライドの競ができることで液相の流れがどう経て、その後さまざまな加工熱処

従来の理論からはずれる現象を多数見いだすに適した手法です。場の中で界面合成長を見ると、従来考えられて変わるかが現在議論されています

理が行われ製品がつくられていま

MD法を使って、純鉄の約1200が動いて複雑な形状ができるとききたことと違うことも見えてきましが、これもPF法でデンドライドを生す。経験あるいは実験により、各万個の原子の凝固過程の配列解に、秩序変数（オーダーパラメー

た。普通、BCC やFCCの金属では成した後で流体計算して導き出さ過程はかなりの精度で制御されて析を行いました。BCCの核が発生

タ）の分布の時間的発展を見るこ＜100＞方位に優先成長します。

れる透過率を用いた解析によっていますが、実際に何が起こっていするのは当然ですが、詳細に見るとで複雑な形状を再現します。例

温度勾配と＜100＞が平行な図２

明らかにされようとしています。

るかを知るのはなかなか難しいこと、
まず液相中に多面体構造が出えば、デンドライド生成の過程での緑のデンドライトは、傾いた赤MD法およびPF法による研究結とです。

て、すぐにそれがBCCに変わりまは、系の固相を１、液相を0として、いデンドライトに勝つと教科書に果を紹介してきましたが、超大規われわれは、現象の可視化をはす。さらに10億個の原子で解析を

秩序変数の時間発展を解いてい

書かれていますが、必ずしもそう模計算ができるようになったため

かりつ つ 、凝 固 組 織 形 成 や 結

行い、核生成の過程を丹念に見てけば、その値の分布が複雑な組織でないことがわかりました。

に、MD法で出てきた結果を初期

晶 粒 成 長 に お ける未 解 明 現 象

いくと、理論則から導き出されたを表現します。時間発展は系の自東京大学

を 理 解 するために、分子動力学

大学院工学系研究科
マテリアル工学専攻

では、液相からの凝固、粒成長を澁田靖

デンドライドの3次元競合成長状態として直接PF法で解くことがマッケンジー・プロットと呼ばれもスパコンを用いたできるようにもなっています。異（Molecular Dynamics : MD）とるランダム分布からずれる領域が大規模解析によりシなるスケールの計算手法がカバー

フ ェ ー ズ フ ィ ー ル ド（Phase

必ずあることがわかりました。そミュレートすることできる範囲が重なりつつあるの

Field : PF）の2つの手法を使って、の原因として、過剰エネルギーのが で きま す（図3）。

で、マルチスケール解析の概念がシミュレーションを進めています。

低い双晶粒界が、核発生の段階でまた、流体と拡散場大きく変わってくるでしょう。

特異的に多く発生することを突き

図2 デンドライトの2次元競合成長止めました。また、ニッケルとアルミニウムの合金でも、本来はFCCの核が発生すべき組成領域でも、まず準安定なBCCの核が発生することを明らかにしました。このように、原子レベルで見ると、
古典理論
図1 純鉄の核生成・凝固過程を超大規模MD計算でシミュレーション（10億原子）では表現できない局所的な特異参考文献：[1] T. Takaki, et al.; J. Crystal Growth, 442, 14 (2016). [2] Y. Shibuta, et al.; Nature Communications, 8, 10 (2017).
[3] M. Ohno, et al.; Phys. Rev. E, 96, 033311 (2017).
連 名 者：高木知弘（京都工芸繊維大学）、大野宗一（北海道大学）、S. K. Deb Nath・毛利哲夫（東北大学）

53

図3 デンドライトの3次元競合成長（Al-Cu合金）

関連 Webhttp://www.mse.t.u-tokyo.ac.jp/
http://www.cmd.kit.ac.jp/
54

■■■■ ポスター発表■■■■ 第3回シンポジウムの企画委員
触媒･電池材料領域

ポスター発表課題名

今回のシンポジウムでは、ポスター発表の分類を研究領域とせず、基礎研究から応用研究までを段階的に分類しました。
PD:Post deadline
ESICMM(磁性)、TIES(電子)、ESICB(触媒･電池)、ESISM(構造)代表者

所属
元素戦略研究拠点課題名

産業界の挑戦

1

2

代表者

所属
元素戦略研究拠点

機能理解のための先端解析

大 型 研 究 施 設 を 駆 使した 電 気 今井英人 日産アーク
自動車用リチウムイオン電池の解析
高エネルギー X 線を用いた車載 山重寿夫 トヨタ自動車
向けリチウムイオン電池の反応分
布オペランド観測
社会実装を目指す応用研究

13

課題名

KEK 物構研

所属
元素戦略研究拠点

4

5

自動車排ガス浄化触媒の計測

朝倉博行 京大

微量白金の複合化による触媒機 佐藤勝俊 京大
能の向上とXAFS 法を用いた作用機構の検討
低温で高活性なアンモニア合成 阿部 仁 KEK 物構研
新触媒で見出した触媒粒子のア
ンカー結合

6

オプトエレクトロニクスへの応用 椴山儀恵 分子研を指向した全フッ素化リレン化合物の合成研究7

SPring-8 NIMS ビームラインの回 坂田修身 NIMS
折分野の元素戦略に関わる現状

8

軽元素材料による超伝導デバイ 山本浩史 分子研
ス開発

9

長寿命ペロブスカイト型太陽電池 白井康裕 NIMSの開発

10 酸化物イオンの電荷補償を利用 藪内直明 東京電機大
した高エネルギー密度電池材料
11 In-situ 放射光回折実験による超 足立大樹 兵庫県立大微細粒を有する金属材料の変形機構解明

12 新たな固体電解質群としての “錯 折茂慎一 東北大
体水素化物” −高速陽イオン伝
導の学理探求と次世代電池デバ
イスへの実装−（PD)東京理科大学
元素戦略Pj運営統括会議（幹事代表）

広沢

磁性材料研究拠点(ESICMM)/拠点長
NIMS

東工大

27 Y₂Cの 2次元エレクトライド電子状 堀場弘司

KEK物構研山田淳夫

触媒･電池材料研究拠点(ESICB)/副拠点長
東大/京大

28 鉄系高温超伝導体 ¹⁵⁴SmFeAsO₁-x 飯村壮史

東工大

真島

電子材料研究拠点(TIES)/グループリーダー
東工大

磁性と超伝導の関係 ‒圧力下で得られた新たな知見‒

哲

態と磁気的性質

による表面原子配列の精密決定

15 放射光ナノビームによる磁気イ 豊木研太郎 SPring-8
メージングと局所磁性解析への応用展望
16 高 保 磁 力 Ga 添 加 Nd-Fe-B 焼 結 岡﨑宏之

29 X 線吸収分光で観る溶液中触媒種 高谷

光 京大

30 光触媒作用をもつアナターゼ型 湯川龍 KEK物構研

17 材料内部の非破壊・高精細解析 竹内晃久

SPring-8

18 SACLA/SR の 相 補 的 利 用 による 野澤俊介

KEK IMSS

TiO₂ 表面に誘起される機能解析：
電子状態と表面構造のための大型放射光 X 線 CT 技術

超高速光反応の追跡と人工光合成反応への応用

31 ユビキタス金属錯体を触媒とする 正岡重行

分子研

32 全固体リチウムイオン電池向け新 中山将伸

名工大院工/
NIMS

酸素発生反応規電解質探索

NIMS

現代数理学の融合による 乱れた構造に潜んだ秩序の抽出:宇宙実
験との協奏へ向けて

33

Mg 基 LPSO 相の強化機構の X 線 細川伸也 熊本大
非弾性散乱による起源解明の研究

34 Sm(FeCo)₁₂エピタキシャルおよび 小川大介

極限環境での新素材探査

構造材料研究拠点(ESISM)/副拠点長
京大

中村哲也

SPring-8/副主席研究員

金谷利治

J-PARC/MLFディビジョン長

山田和芳

KEK-PF/物構研所長

折茂慎一

東北大学金属材料研究所/教授

鈴木博之

東京大学物性研究所/シニアURA

横山利彦

自然科学研究機構分子科学研究所/教授

NIMS

伊藤

情報統合型材料研究拠点(MI²I)拠点長
NIMS

聡

高 配 向 多 結 晶 薄 膜 の 構 造と磁性（PD)20 高温高圧下の物質中の水素を見 服部高典

原研

21 高圧力を活用した新規金属水素 町田晃彦

量研るツール「超高圧中性子回折装置
PLANET」

学理の追究（計算･データ）

化物の探索−放射光 X 線と中性子を利用した構造研究−

35 相対論的電子論が拓く革新的機能 中井浩巳

22 量子ビームを用いた外場制御下 山崎裕一

NIMS

23 グラフェン−金 属 接 合デ バイス 雨宮健太

KEK 物構研

24 モット絶縁体 Sr₂IrO₄ の磁気相関 田中良和

理化学研究所における磁気スキルミオンの観測

スクリーニングによる新規 大場史康 東工大
窒化物半導体の探索と実験による実証

37 アト秒パルスレーザーを用いた固 矢花一浩

常行真司

幹事
計算物質科学研究センターセンター長（東大物性研/東大理）

古宇田光

幹事･事務局
計算物質科学研究センター
シニアURA（東大物性研）

林

里沙

事務局
文部科学省研究振興局参事官（ナノテクノロジー･物質･材料担当）
付

西村慎也

事務局
文部科学省研究振興局参事官（ナノテクノロジー･物質･材料担当）
付

堀口嘉樹

事務局
文部科学省研究振興局参事官（ナノテクノロジー･物質･材料担当）
付

早大

材料設計

36

学理の追究（物質）筑波大

体 光 応 答 の 第 一 原 理シミュレ ーション

38 「京」によるネオジム磁石組織界面 合田義弘 東工大の第一原理計算のマルチプローブ観察：界面の構造と磁性

超高速ダイナミックス

25 ワイル磁性体：トポロジーを用い 中辻落合庄治郎

SPring-8磁石の放射光解析

19 量子ビーム実験･構造モデリング･ 小原真司

豊

Dx の合成と中性子回折

の分子構造

3

福山秀敏

26 鉄系超伝導体における結晶構造・ 山浦淳一

大気圧光電子分光と実用システ 高木康多 SPbing-8/
分子研
ムオペランド計測

14 全反射高速陽電子回折（TRHEPD） 望月出海

代表者

39 内殻電子の絶対束縛エネルギー 尾崎泰助の計算手法開発とシリセンの構造
決定

東大物性研

知 東大 物性研た新しい機能性磁性体の開発"Element Strategy Initiative" Research Digest

2016─20175556

■■■■ PD講評

文科省元素戦略プロジェクト
13年間のPDを務めて元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞PD澤岡昭

大同大学名誉学長

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞
今後4年間の成果収穫期への期待

文部科学省が実施する元素戦念の徹底に苦労しましたが、第110年プロジェクトとして発足した

略プロジェクト＜研 究 拠 点 形 成

回中間評価以降は国の研究開発

当初からPDを務められた村井眞

Feへの代替」型＞では、プロジェクトのスムー

プロジェクトのお手本になったと

二先生と澤岡 昭先生がそれぞれ4構造材料拠点ズ な 進 行 の た め、文 科 省と研 究自負しています。村井眞二先生と年目および6年目でご勇退され、筆「バルクナノメタル化と多彩な変機関との調整役としてPD（プログ

私のPDで始まった拠点型ですが、者がその後のPDをお引き受けす

形子の制御･組み合わせによる鉄ラム・ディレクター）が委嘱され今後は玉尾皓平先生がPDを担わることとなりました。残り4年間と鋼、Ti、Mg構 造 材 料 の 高 強 度/高

ています。

れます。

いう成果収穫期のPDであり、責任延性の両立の実現」

文科省の元素戦略プロジェクト拠点型では国の大型研究施設

重大です。微力ながら気を引き締は<産学官連携型>として、
平成19の活用が奨励され、
平成26年に第

めて、各拠点との情報交換を密に年度に始まり3年間で計15課題が1回連携シンポジウムが開催され、とりつつ取り組みたいと思います。

採用され、それぞれ5年間の研究

本年は3回目です。ポスターセッ

4拠点の残り4年間の達成目標

開発が行われました。これらのPD

ションには多くの若手研究者の発は以下のように要約できましょう。

も務めましたが、最も苦労した点表が行われ、交流の良い機会には、
科学研究費補助金の公募研究なったと考えています。

と異なる、プロジェクトの委託研究

私の研究者としての原点は、北での研究契約の概念の理解に、
拠大大学院生の頃、
東大物性研の実点代表をはじめ研究者が時間を要

験装置を共同利用させて頂いたこした点です。もう一つは、組織改とです。物性研はもちろん、全国編によって脱退する企業が出たこからこられた研究者からご指導頂とでした。

くことによって、研究はいかにある

平成24年度に10年間の元素戦

べきかについて考える大きなきっ略プロジェクト<研究拠点形成型>

かけになりました。未知の大学やが設置され、4課題が採択されま研究機関の研究者と交わることがした。本 年 度 が6年目であり、各いかに大切かを痛感しています。

課題ともに大きな成果を挙げつ本プロジェクトが異分野、異文化をつある中、第2回中間評価も行わもつ機関の研究者と交わる道場にれます。拠点型も研究契約の概なることを期待しています。

元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞サブ PD

特筆すべき成果も出つつあり、今後の取り組みに大いに期待して代替；二次電池のLi、Co からNa、元素戦略研究は、単なる課題解
決型プロジェクトではなく、サイエンスベースでの学理構築とそれに基づくイノベーション創出・
産業応用に繋げる国家プロジェク
トです。
最近の産業界の技術革新のス

玉尾皓平

います。

理化学研究所研究顧問

磁性材料拠点ます。この国家プロジェクトは産「2-14-1系Dyフリーネオジム磁石

業界から信頼され、尊敬され、期および1-12系RFe₁₂系究極高性能

待される存在でなければなりませ

磁石材料の実現」

ん。そのためにも、各拠点は産業

電子材料拠点界との情報交換の密度をこれま「物質の構造･化学状態の多様性

で以上に高める必要があります。

と多存元素の活用およびマテリア

それを通じた、産業応用、社会実

ルインフォマティックスに基づいた、装の基盤となるレベルの高い学

真に実用に耐える材料の開発」

理の構築と、それに基づ いた革

触媒･電池材料拠点

新的な物質材料創出に期待して「自動車触媒のPd、Rh、Ptの減量･います。

グローバル研究クラスタ長

ピードには目を見張るものがあり"Element Strategy Initiative" Research Digest

2016─201757

58