通信〜 世 界 最 先 端 の 材 料 研 究 の 現 場 から〜

1vol.

2010.6

今︑原子・分子が躍動するとき◆表紙絵／みなさんは表紙の絵をご覧になってどんなことをお感じになりましたか？ この絵は県内にお住まいの小学校3年生（制作時）、増田愛子さんの作品です。
ご本人は、地球を始め宇宙のいろいろな星に幸せを運ぶ「コウノトリ」というイメージで描いたそうです。私（本誌編集者）
はこの絵を初めて見たとき、材料の中から原子や分子が躍り出て、「 私が主役になるときよ！」と誇らしげに宣言しているように感じました。まさに物質をその構成単位である原子・分子のレベルから問いただし、新しい材料科学を創成しようとしている当研究機構の理念を象徴しているかのようです。
この作品は第7回ブリヂストンこどもエコ絵画コンクールで「エコ絵画賞」に入賞したもので、作品は株式会社ブリヂストンが所蔵しています。今回、この作品の使用を快諾くださった、株式会社ブリヂストン、そして作者ご本人とご家族に厚く御礼申し上げます。

東北大学原子分子材料科学高等研究機構

通信創刊によせて

原子分子材料科学高等研究機構

そう遠くない将来に素晴らしい材料が仙台から生み出されるだろう。
東北大学 原子分子材料科学高等研究機構（WPI-AIMR）
機 構 長

山本との関係は？

世界には、スタンフォード大学のBio-X、マサチューセッツ工科Research Center Initiativeであり、「 WPIプログラム」と呼ば大学（MIT）のメディアラボなど、それぞれの分野において誰もれています。
またこのプログラムで設立された5つの研究拠点はが世界拠点と認めるような研究機関が存在します。
このような世「WPI拠点」と呼ばれています。私たち、東北大学原子分子材界拠点においては、次々に有能な人材が流入し、さらなる発展

料 科 学 高 等 研 究 機 構（ 英 称はA d v a n c e d I n s t i t u t e f o rへとつながる、理想的なフィードバックが繰り返されています。文Materials Research 略称AIMR）は、
このプログラムによって部科学省は、このような世界拠点を形成することが今後の我が採択され設立された下記５つのWPI拠点のひとつです。学都

国の科学技術水準の維持・向上に不可欠であるとの認識から、仙台に設立されたAIMRのことを広く皆様に知っていただくこと

平成19年より「世界トップレベル研究拠点プログラム」
を開始しまが、この広報誌TOHOKU WPI通信No.1をお届けする最大のした。
このプログラムの英称は、World Premier International目的です。

5 つのWPI研究拠点
東北大学

原子分子材料科学高等研究機構

拠点長：山本 嘉則

嘉 則

材料科学・物理学・化学・工学に関する世界第一線級の研究者が集まり、優れた研究環境の下、材料科学研究拠点を形成する。

Yo s h i n o r i Ya m a m o t o

人 類が最 初に使った材 料は、石 器？

WPIってなんだろうのが、材料科学の目的です。

時 代の石でした。その後 、青 銅 器 、鉄

原子分子材料科学高等研究機構

へと材 料は広がり、１８世 紀から１９世

では、原子･分子の科学の完全な理解紀にかけてイギリスから起こった産 業に基づき、新時代に相応しい革新的な革命を経て、材料は人類にとって必要材料、人類の直面している諸問題（エ東京大学

数物連携宇宙研究機構

拠点長：村山 斉
暗黒エネルギー、暗黒物質、統一理論などの研究を数学、物理学、天文学における世界トップクラスの研究者の連携によって進め、宇宙の起源と進化の解明を目指す国際研究拠点を形成する。

不 可 欠なものになっています。現 在でネルギー、環境、安全、健康等）の解決は、鉄や合 金あるいはセラミックス（ 陶に貢献できるような材料、を世の中に提磁器）のような硬い材料のみならず、プ供することを目的としています。世界中

ラスチック（合成樹脂）やゴムあるいはから材料科学のトップの研究者が我々生体分子（タンパク質やＤＮＡなど）のの機構に集まっており、そような柔らかい物 質からできている材

う遠くない料（ソフトマテリアル）
も、みなさんの生

将 来に素活と密接に関係し、日常生活で常に身晴らしい 材の回りで見かけるものばかりです。
これ料が仙台からの材料を形づくっている元は、原子･ら生 み出され分 子ですが、それ等の並び 方や構 造るでしょう。社の違いが、柔らかいとか硬いとかの性会 人 の 方 々や質の違いになって表れます。材料の基次 代を担う若 い本の構造を形づくっている原子･分子皆さまに、材 料 科の科学を、正確に詳しく理解することに学 の 面 白さと大 切

拠点長：青野 正和

よって、いろいろな角度から材 料 全 体

さを理 解してもらえ

５つのキーテクノロジー「制御された自己組織化」「科学的ナノ構造操作」「場を利用した材料制御」「新しい原子・分子操作」「理論的モデル化・設計」
により、革新的新材料を創製する。の性質を解明し、目的に合うように変えれば大変うれしく思うたり、性質を飛躍的に向上させたりするしだいです。

京都大学

物質ー細胞統合システム拠点

拠点長：中辻 憲夫
メゾ制御と幹細胞をキーワードとし、物質科学と細胞科学を統合した学際領域「幹細胞システムのメゾ制御」と「機能性構造体のメゾ制御」を創出する。

大阪大学

免疫学フロンティア研究センター

拠点長：審良 静男
伝統的な免疫学研究にイメージング（画像化技術）とバイオインフォマティクス（生体情報学）の手法を取り入れて、免疫学に革新的な成果をもたらす。

物質・材料研究機構

国際ナノアーキテクトニクス研究機構

続々とトップレベル研究者が集結し、世界拠点体制作りを進めています。
0203

世界からトップサイエンティストが集う研究拠点

東北大学WPI-AIMRが目指すもの
私たちの役割は「材料」による社会貢献です。金属、半導体、プラスチック、ゴム、セラミックスなど、世の中で活躍してい東北大学原子分子材料科学高等研究機構

る材料はたくさんあります。
それらは一見、既に完成されたものに見えますが、原子・分子から見直していけば、それらに新し世界最先端研究グループを指揮する主任研究者

い性質、機能を持たせ、新しい材料をつくることができると考えています。①〜④の流れで進み、反省点を再び①にフィードバックすることで、社会に役立つ新材料を生み出していきます。

23

4

原 子・分 子 を 見 る ︑理解する

原 子・分 子 を あ やつる

新 しい材 料 をつく る

新 しいモノをつく る︻社会貢献︼

1

材料物理グループ

Bulk Metallic Glasses Group

Materials Physics Group

金 属はもともと結 晶になりやす

未来の電子デバイスや機能デバ

く、ガラス化は難しいとされてきまし

イスを創製するために、物理学的なた。当グループは世界に先駆けて実験手法、計算手法を用いて、原塊形状のガラス合金を作る技術を子・分子の視点から新たな材料探開発し、金属の性能を高めたり、新索をしています。

しい機能を付与することに成功しています。

リーダー

陳

分子ができ、分子が最小単位になっているものもあります。
それらの並び方や構造の違いが、柔らかいとか硬いとか、材料の性質の違いになって表れます。
私たちは、この微小構成単位である原子や分子を十分に理解するという根本的土台から出発し、原子・分子の挙動を正確に制御することによって材料全体Gの性質を制御し、新たな機能をもった材料開発を進めていきます。
そして、そのような材料づくりの道筋を可能にする新しい材料科学の創成を目指しています。
無機物質

有機物質

徳山 道夫

Ａ.ヤバリ

物質・材料は原子が集まってできています。
また、いくつかの原子が集まってB

リーダー

明偉

谷垣 勝己

高橋

Ｄ.ルズギン

Feedback

原子の世界
・分子の世界バルク金属ガラスグループ

Ｌ.グリアー

Ｋ.ヘンカー

隆

川崎 雅司

山田 和芳

塚田捷

幾原 雄一

Ｍ.ラガリーＡ.シュルガー

薛

其坤

Ｐ.ワイス

Ｗ.タイツァー

ソフトマテリアルグループ

デバイス/システムグループ

Soft Materials Group

Device/System Group

ソフトマテリアル（柔軟性物質：スピンラム（Spin-RAM）の基盤ソフトマターと呼ばれることも）は技術の開発、メムス（MEMS）と呼様々な側面で社会を支えています。

ばれる微小電気機械システム、n型ゴム、ナイロン、プラスチックなどのシリコン、金属ガラスナノワイヤー、高分子化合物がその代表です。
こ

生体疑似材料等の作製技術や応れらの合成や性質の評価を行って用に関する研究を進めています。

います。
また、最近では、半導体の性 質を示す有 機 化 合 物（ 有 機 半リーダーリーダー

山本 嘉則

宮崎 照宣

導体）が注目され、当グループでも研究が進められています。

板谷 謹悟

原子の世界

山口 雅彦

西敏夫

江刺 正喜

下村 政嗣

大見 忠弘

Ｔ.ゲスナー

Ａ.カデムホッセイニ

呉

分子の世界
栗原 和枝

04

阿尻 雅文

Ｔ.ラッセル万

立駿

洪05

研究連携〜原子・分子から材料、そして応用へ〜
どんな研究をしているのか
見てみよう！

原子・分子を見て、理解して、あやつることに より、新しい材料をつくり、これまでにできなかったような新しいモノづくりを進めています。今回はその ほんの一例を紹介します。

原 子・分子を見るB

新 しい材料をつくる【材料物理グループ／ソフトマテリアルグループ】【バルク金属ガラスグループ／ソフトマテリアルグループ】

金属ガラス
高速電子線

G

微小針
結晶金属・合金
秩序原子配列ガラス
無秩序原子配列

有機-無機複合材料
大寸法（センチメートル級）
バルク金属ガラス

微小電流

原子１個の大きさは、なんと１億分の１センチメートル程度！

二酸化珪素を主成分とする一般的なガラスは、高温の液体状態ソフトマテリアルの代表である有機物質と様々なの構造（無秩序）を冷却後も保ち「ガラス」になりやすい物質の代

電子物性を発現する無機物質のコンビネーショ表です。
それに対し金属は、原子が規則的に配列した結晶になりやンは、新たな可能性を秘めた新しい材料と期待さすい物質の代表です。バルク金属ガラスグループは元素の配合操れます。超臨界流体を使った新しい化学反応制

高速電子線や、針先端から材料表面に流れ出す電流を利用して、原子や分子の１個１個を直接見ることができます。

作を駆使して、常識を打ち破る大きさの金属ガラスを製造する技術

御技術を用いれば、写真のような有機-無機ハイ結晶の内部や表面では原子や分子が規則正しく並んでいます。時にはこんな神秘的な構造にも出会えるのです。

を開発し、世界の金属ガラス研究をリードしています。

ブリッド多元ナノブロックの創製が可能です。

原 子・分子をあやつる【ソフトマテリアルグループ／材料物理グループ／バルク金属ガラスグループ】

新 しいモノづくり【デバイス/システムグループ／バルク金属ガラスグループ】

微小電気機械
赤潮の原因毒と考えられている分子
ブレベトキシンＢ

籠の中に入れた異種原子が動き回る

新たな原子・分子操作技術を用いれば、ナノメートルスケール（１千万分の１センチメートル程度）

こんなに複雑な分子でさえ、合成することが可能です。の空間をもつ物質群をつくることができます。
その空間に原子や分子を閉じ込めることで、もともとは存在しない分子の振動や、それに基づく新しい機能を発現させることができます。

自然の現象を活用

半導体集積回路の製作技術を中心に用い、高付加価値微小機械を作製しています。微小機械システムの安価供給が可能になります。

自然界には自発的に構造がつくられる現象（自己組織化）があり、驚くほど規則的な構造が形成されます。
この現象を使って、材料やデバイス作製の省エネルギープロ自己組織化現象を利用して作製した、「水滴をはじいて強く吸着する材料」表面の電子顕微鏡像 セスが可能となります。

次世代メモリ金属ガラスの応用

電子がもつスピン（微小磁石）を利用したメモリの基礎構造を開発しています。不揮発、高速、低電圧駆動の次世代メモリMRAM実現が期待されています。

ナノ共振器：片持ち梁形状に固定された金属ガラスナノワイヤ。

！

電気化学処理（脱合金化処理）でできるナノポーラス金属は、微小な穴の働きで応用の幅を広げます。

次号以降で、各研究室の紹介など、もっと詳しい説明をしますので、お楽しみに
06

07

倶楽部
予NEWS
川崎 雅司 教授と上野 和紀 助教が13「第14回超伝導科学技術賞」を受賞
4

13

阿尻 雅文 教授が文部科学大臣表彰「科学技術賞（研究部門）」を受賞

4

13

ご意見やご質問をSQUARE

ニュース

4

みなさんからの告一杉 太郎 准教授が文部科学大臣表彰「若手科学者賞」を受賞

お待ちしています！

次号よりスタート！

左：ゲンちゃん
右：ブンちゃんGB

読者の皆様との 交流スクエア
読者の皆様と私たち研究者の相互交流、相互理解を図るため、交流スクエアを開設します。主に「材料」をテーマとして科学・技術に関する皆様からの意見を掲載したり、質問にお答えしていきたいと思います。ご意見、ご質問をお寄せください。
またあまり目にすることのない、「 材 料を題 材にした」エッセイ、俳句、短歌、絵画などの作品も歓迎です。それらが次の材料科学を生み出すヒントになるかもしれません。

INFORMATION
インフォメーション

私共の研究内容、成果をさらに詳しく知っていただくために、学校でのセミナー・授業、地域の催し等での展示やミニ授業などをさせていただきたいと思います。

6 5

ご興味のある方は、アウトリーチ担当者までご連絡ください。

科学・技術フェスタin 京都
http://www.
kagakugijutsufesta.jp/

小を理解・操作して大を制御する
５つのWPIがみな出展

私たちの目指すもの

原子陽子
中性子
電子

7 28 29

東北大学
オープンキャンパス
http://www.bureau.
tohoku.ac.jp/
nyushi/other/koho/index.htm

私たちは、原子・分子と材料全体の関係に着目しています。
この小と大の関係を、もっと尺度を広げてみてみましょう。原子はさらに素粒子と呼ばれる微小単位に分けられることが知られています。さて大きい側ですが、原子・分子はWPIも出展予定

結晶（鉱物）を形作り、それが集まって岩石となり、地球を作り、宇宙の一部を構成しています。表紙の絵も微小な原子・分子が広大な宇宙につながっていることを連想させてくれます。さて、このような小から大へのつながりは、どんな法則によって成り立っているのでしょう？実は、原子・分子から数mm、数cmの材料をつなぐ作業でさえ、大変難しい問題なのです。
なぜなら、原子の大きさは１億分の１cm程度しかなく、7桁も8桁も違う世界なのですから。
私たちは、原子・分子の深い理解から出発し、それらの挙動が材料全体に編集

後記

TOHOKU WPI通信第一号はいかがでしたか？ 普段目にすることのない原子・分子が、身近なものになりましたでしょうか？ すべての物質・材与える影響を正確に把握し、革新的な機能をもった材料をつくり出すことを目指しています。
その難しい目標を達成するために、物理、化学、デバイスなどの様々な分野のトップ研究者が集まり、互いの知恵を出し合い、融合を通じて新しい道を切り拓こうとしています。

料は原子・分子から成り立っています。当研究機
構では、この原子・分子の理解から出発して、新たな機能をもった材料を作り出し、世界トップの研究センターを構築することを目指しています。
一般読者の皆様もこの新たな挑戦に興味をもっていただき、時にご意見をお寄せいただくことで、ように頑張って編集していきます。皆様の参加を〒980-8577 宮城県仙台市青葉区片平 2-1-1
東北大学原子分子材料科学高等研究機構
アウトリーチ担当：池田 進
電話：022-795-6468 電子メール：outreach@wpi-aimr.tohoku.ac.jp

お待ちしています。

http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/index.php

私たちの研究活動を後押ししてください。
次号より、「 交流スクエア」
がその機能を果たす

問い合せ先