第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告

ナノテクノロジーは，超スマート社会（Society 5.0）
実現や，持続可能な開発目標（SDGs）の達成に，必要不可欠な基盤技術である．工学分野から始まったナノテクノロジーでは，量子技術が展開し，生物や医学との融合が進み．AI 活用による材料革新の動きも広まった．一方，文部科学省委託事業の「ナノテクノロジープラットフォー
ム」は，最先端の設備共用により分野融合を図り，イノ
ベーションの創出を目指してきた．この事業の一環として開かれてきた「ナノテクノロジー総合シンポジウム」
は第 18 回を迎え，「ナノテクノロジーが切り拓く量子・
バイオ・AI 技術」“Quantum Science, Bio-technology and
AI Technology driven by Nanotechnology” を テ ー マ に，2020 年 1 月 31 日に東京ビッグサイトで開かれた．本
シンポジウムでは，ナノテクノロジープラットフォーム
事業の成果を紹介するとともに，ナノテクノロジーと AI，バイオテクノロジー，量子科学との連携についての展望

ナノテクノロジーは，第 5 期科学技術基本計画においがなされた．出席者には Proceedings が配布されている．

て，Society 5.0 実現に向けたコアとなる基礎技術の一つであり，イノベーションの源泉と位置付けられている．
ナノテクノロジーには，積極的に継続して投資してきた．

【開会挨拶／ Opening Remarks】

若手研究者育成，研究環境整備と一体になって，研究設備

村田 善則（文部科学省研究振興局長）／ Yoshinori
Murata（Director-General, Research Promotion
Bureau Ministry of Education, Culture, Sports,
Science and Technology）

クノロジープラトフォーム事業はその先進的役割を果た

NanotechJapan Bulletin Vol. 13, No. 2, 2020の共用，スマートラボラトリ化を進めているが，ナノテしている．令和元年度の利用件数は年間 3,000 件に達し，その 3 割が民間の利用である．秀でた利用成果の最優秀賞にトヨタ自動車が排ガス浄化触媒の挙動を名古屋大学

第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -1

の電子顕微鏡で解析した成果が選ばれた（https://www.

フォームは最先端の装置を設置するだけでなく，その使

nanonet.go.jp/ntj/topics_gov/?mode=article&article_

い方や，解析のエキスパートを置くことが有効である．

no=5011）．ナノテクノロジープラットフォームにおいて，企業はプラットフォームの利用がしやすくなり，企業の多くの方の利用が進み，イノベーションが創出されるこ

利用は大学にとってニーズを知る機会となり，共同研究とを期待する．

にもつながる．NPJ の運営費は，財源内訳が文科省事業委託費 33%，法人負担（運営費交付金等）40%，利用料

橋本 和仁（物質・材料研究機構理事長）／ Kazuhito
Hashimoto (President, National Institute forMaterials Science, Japan)

収入 19%，その他 8% となっている．平成 29 年度の利用件数の 41% は大学，7% が公的機関，27% が企業だった．利用者の 73% が利用に満足し，リピータの利用が多い．平成 29 年度のリピータの割合は 60% を超える．PF
利用の成果は公開が原則だが，企業などの非公開利用も認めている．平成 29 年度に公開の利用料は 5 億 7 千万円，
非公開は 3 億 2 千万円だった．NPJ は研究開発者に出会いの場を提供し，投入される国費は産業を育成している．
NPJ の終了する 2 年後以降もこの活動を拡大したい．
産業に有効な，NPJ よりさらに良いものを作りたい．地
域性を考慮したセンターを置き，その周りに連携の拠点を設けるのが良いと考えている．
また，マテリアルズインフォマティクス（MI）に力を入れる．データと AI の組み合わせを利用した材料開発が，実用になることがわかってきた．IBM が量子計算と AI で化学会社の新材料開発を支援した．新材料探索の元になる材料データを学術誌出版社が論文から集めている．データが研究開発の重要な資源になる．この動きに

本シンポジウムは文部科学省委託事業「ナノテクノロ

対し，NIMS は材料情報統合データプラットフォームをジープラットフォーム（NPJ）」の一環として開催する．

構築する．ここでは，AI で論文等からデータを集め，実この事業は，平成 24 年度（2012 年）に始まり，8 年を

験データを自動収集してデータを「つくる」；集めたデー

経過した．この機会に，これまでの活動を振り返り，今タを統合・機械可読化して大容量・高速解析サーバ（10後について考える．2019 年 9 月には「先端共用施設・技PB/0.5PFLOPS）に「ためる」；解析変換して材料開発に「つ術プラッットフォーム展望調査 WG 報告書」をまとめてかう」．データ解析者を増やし，解析の結果をもとにさらいる（シンポジウム当日，希望者に配布）．

にデータをとって，増やしていく．NPJ からも実験デー

NPJ は，25 の大学と法人が微細構造解析，微細加工，タを集める．非公開のデータも取得者の権利を保障する

分子・物質合成の，三つの技術領域に，共用設備のネッ仕組みのもとに収集し，公開されたデータとの組み合わトワークを構築・運営している．ナノテクのための装置

せて使えるようにする．企業・大学の協力を期待する．

と使用上のノウハウの提供，これによる産学連携の推進，若手人材の育成の三つの目標を掲げ，利用件数は年間
3,000 件，うち産業界の利用は 30% になった．特許出願【基調講演／ Plenary Lecture】

は年 150 件，学術誌への論文掲載数は年 1,000 件を超えた．特に被引用件数の多い論文が増えている．利用成果

座長

小出 康夫（NIMS）の例に，ベンチャー企業が複数のプラットフォーム（PF）
を利用し，それぞれの得意とする技術を組み合わせて行った，パワーデバイスとして期待される Ga2O3 ダイオード試作の成功がある．また，3 大学が共同で光によって剥がせる接着剤の開発に成功した．さらに，中小企業が開発した高性能鉛フリーハンダの接合機構を電子顕微鏡で解「カーボンエミッションゼロを目指した取り組み」／“En Route to Realize Zero Carbon Emission”：天野 浩（名古屋大学）／ Hiroshi Amano (Nagoya University,
Japan)
天野氏は，2014 年に，赤崎 勇氏，中村 修二氏ととも析し，特許固めに役立てた．
文部科学省は基礎研究力強化を先ず図るが，日本としに，「高輝度で省電力の白色光源を実現可能にした青色てはその先に産業力強化が求められる．第 6 期科学技術

発光ダイオードの発明」でノーベル賞を受賞した．現在

基本計画の策定が始まり，産学の融合を図るべく産学連

は，名古屋大学 未来材料システム研究所に未来エレクト

携プラットフォームを作る話も出ている．共用プラット

ロニクス集積研究センター（CIRFE: Center for Integrated

NanotechJapan Bulletin Vol. 13, No. 2, 2020

第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -2

電力系統は AI で管理し，高速・高電圧スイッチングできるインテリジェントパワーコンディショナーが制御する．
GaN HEMT は，1μs 以下の高速スイッチング，10kV 以上の高電圧動作が可能で，このパワーコンディショナー
に適用できる．自動車などの消費エネルギー削減に向け，
横型 GaN HEMT を用いてインバータの超高効率化を行い，モジュールにして搭載した All GaN Vehicle を 2019 年の東京モーターショーに出展した．消費エネルギーは Si を用いた従来のインバータから 60% 下がり，車の中でインバータの占める割合は 40% なので，車全体では 24% の削減になる．さらに，GaN LED をヘッドランプに使って，消費エネルギーを下げられる．電気自動車（EV）では，
バッ
テリーとその充電が問題になる．ワイヤレス充電ができれば，充電のために車を止めなくてよいから時短効果が生まれる．GaN 高速スイッチング素子の利用が期待され，
Research of Future Electronics）を設けて，窒化ガリウム

方式としては，13.56MHz の電界共鳴方式がコストも低（GaN），カーボンナノチューブ（CNT），SiC などのポス

く有望である．ワイヤレス充電はパワーアシストロボッ

トシリコン材料からシステムまでの研究を推進している．

トやセンサへの給電も可能にし，ドローンに給電して 24

CIRFE は，GaN の新しい研究展開と GaN 社会実装を目

時間飛ばすこともできる．EV が普及しないのは，パーソ指す研究拠点として，結晶成長からデバイス作製，回路，

ナルユースが進んでも，インフラが伴わないことがある．

システムまで一気通貫の研究を行う．48 の企業，20 のパーソナルユース系と，インフラ系の共同開発が望まれ大学，2 つの国研が参加するコンソーシアムを作り，ワン

る．

2

チームで研究を推進する．1,000m のクリーンルームは運営経験者が専任で運営に当たっている．ここには，幾【質

つもの技術・ノウハウが積み上がりつつある．パワーデ

Q：プロセスインフォマティクスの見通しを伺いた

バイスでは，縦型トレンチ MOSFET をつくれる GaN プロ

い．プロセスのレシピがオープンになっていないの

セス標準レシピがある．また，これまではできなかった，でデータ不足にならないか．

GaN への p 型イオン注入に成功した．GaN デバイスは

A：結晶成長のデータは企業にあったが，共同研究

MOCVD（有機金属化合物気相成長）で作るが，成長過程を，にし，AI に必要なデータを出してもらった．第一原

スーパーコンピュータ「京」を用いた解析と精密な実験

理計算を行い，データを精密化している．

疑】とを比較しながら追求している．第一原理計算・熱力学
解析・数値流体力学を組み合わせたマルチフィジックス
シミュレーションで，Ga(CH3)3 が分解して Ga 金属となっ【特別講演／ Special Lecture】て表面に吸着し，結晶成長が進んでいることが分かった．
今のところ成長過程を ps までしか追えていないので今後

座長

小出 康夫（NIMS）

は「富岳」を用いて ns まで時間を拡張して行く．GaN の結晶成長過程は GaAs と異なることが分かり，GaN 結晶成長装置の設計に役立てた．このような研究をプロセスイ
ンフォマティクスと呼んでいる．
さて，GaN LED はインフラを持たない世界 15 億人を照らす．世界の LED 省エネ効果（950TWh/ 年）は日本の総発電量（1040TWh/ 年）に匹敵する．Ga は地球上に豊「エネルギー革新に向けた MI 基盤の構築」／“Launching the MI platform program toward energy
innovation”：五十嵐 仁一（一般社団法人 産業競争力懇談会）／ Jinichi Igarashi (COCN (Council on
Competitiveness-Nippon))

富にある Al 鉱石のボーキサイトからとれるので資源量の五十嵐氏は，JXTG エネルギー株式会社の研究所長や懸念はない．日本やアジアは発電に石炭などの化石燃料

CTO を歴任し，産業競争力懇談会（COCN）の実行委員をを 50% 以上使っているが，日本は温室効果ガスを 2050

務めている．COCN は，業界の有志により，日本の産業

年に現在の 20% にする目標を立てた．CO2 排出量は，人口，競争力強化のため，科学技術・イノベーション政策や官GDP，エネルギー消費で決まる．人口変化などを考慮し，民の役割分担などを政策提言としてとりまとめ，その実自動車など最終製品のエネルギー消費を 60% に，再生可現を図る活動までも行う．40 の企業，4 大学（東大，東能エネルギーの活用で発電エネルギー消費を 30% に削減

工大，京大，早大），2 国研（産総研と理研）が会員となり，すれば，この目標は達成できる．再生エネルギー中心のボランティアで事業を推進している．

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データベースは 100 以上の科学論文のデータから創設し，104 組のイオン伝導体実験データを持っている．化学構
造と導電性の関係は AI に訓練させた．企業連携で，JXTG
がデータを持ち込んだので，学習するデータ多くなり，
AI が賢くなった．この結果，AI は，学習には使われていない伝導体の性能を正確に予測し，この MI システムの予測能力が確かめられた．目的とする新材料の探索を進めると，添加剤を含めて 1 万の候補が見つかり，AI で狙いをつけて選び出したもので実験を行い，導電率 10mS/mのものが見つかった．MI により，新材料探索の期間を劇的に短縮できた．
大学に設けた MI のプラットフォームは，公開のデータと，企業が蓄積しているデータと連携させて，協調領域にとどまらず，競争領域まで MI を進める基盤になり得る
ことが確かめられた．
事業の中核は「推進テーマ活動」で，ありたい姿（ビジョン）を描き，プロジェクトを組織して，実現に向けた方【質策を検討し，自らも実現に向けた活動を推進する．2006

Q：企業からのデータ提供，データの連携を，産業疑】年から 2019 年に 117 のプロジェクトを行った．ICT/AI，

界はどのように見ているか．

製造技術，材料などのコア技術で 38，エネルギー・資源

A：今回のプロジェクトでは，JXTG だけがデータ

で 34 のプロジェクトを取り上げた．12 の超高齢化社会を提供するという結果になった．古いデータには紙のプロジェクトも行った．プロジェクトの出口は，明確

ベースのものもあり，データの読み込みに苦労するなビジネスモデルを持った事業化，研究組合のような企こともあった．

業グループによる将来事業の基礎作り，SIP（内閣府の戦
略的イノベーション創造プログラム）のような政府プロ
グラムへの参加である．SIP の半分くらいは COCN が関【Session 1：量子と生命科学／ Quantum
Science & Biotechnology】

係している．水素供給ステーションは，2008 年に COCN
で枠組み作りを行い，業界共通のスペックを作った．第5 次科学技術基本計画の目指す Society 5.0 に対しては座長

馬場 嘉信（名古屋大学）

データ駆動社会の建設に必要な社会基盤構築の政策提言を行った．2018 年度から，「エネルギー革新に向けた MI
基盤の構築」を推進テーマに取り上げ，その中で電池に使う高分子機能材料を例題として MI 基盤構築の活動を行うことになった．
早稲田大学 西出 宏之 教授をリーダーとし，エネルギー，「ダイヤモンド量子センサの可能性」／ “Thepotential of diamond quantum sensors”：波多野睦子（東京工業大学）／ Mutsuko Hatano (Tokyo
Institute of Technology)

デバイス，材料，解析の各分野の企業，国研，早稲田大
学からメンバーが集まり，COCN の実行員会がアドバイスした．産業界は何が必要かを提示し，材料開発に必要なデータを集積し高分子のデータベースをコンピュータ上に構築し，データ科学の教育に向け大学に MI の寄付講座を作った．
MI による新材料の探索では，深層学習から相関の良いものを選び出す．狙いは Li イオン電池の固体電解質で，イオン伝導性の良い材料の開発である．セラミックスに
は導電性の良いものがあるが，有機材料では導電性を従来のものから 2 桁高める必要があった．早稲田大学の研究チームは，固体二次電池の新しい Li イオン伝導体を探索するための AI を開発した．ポリマー A に添加剤 B を加えたもののイオン導電性や活性化エネルギーなどを解析で求め，AI により添加剤 C を見つけ出す．AI の学習する

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量子科学技術（光・量子技術）を駆使して，非連続的

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な解決（Quantum leap）を目指す研究開発プログラム：光・を試みている．SiC の緩衝層を設けてその上に成長させる

量子飛躍フラッグシッププログラム（Q-LEAP）が始まっと，N-V 軸の結晶方位がよく揃ったダイヤモンドができる．

ている．波多野氏は，その「量子計測・センシング」技

セ ン シ ン グ・ 測 定 系 は，CMOS カ メ ラ で の 撮 像，APD

術領域の Flagship プロジェクト「固体量子センサの高度（Avalanche Photo-Diode）
を利用した共焦点レーザ顕微鏡，制御による革新的センサシステムの創出」の研究代表者

連続波 / パルス光磁気共鳴（ODMR）をもとに構成する．

を務める．

2m × 1m の光学定盤に載っていた装置を長さ 25cm のプ

世界的に高齢化が進み，認知症患者は急増している．
高齢者が介護・支援を必要とする原因の約 3 割が脳・神ロトタイプにまとめることができた．将来はチップ化したい．

経疾患である．健康寿命の延伸には，脳・神経活動の可Q-Leap では，ダイヤモンドセンサを用いて，細胞レベ視化が必要になる．このようなところへのダイヤモンド

ルから脳機能までの神経活動のイメージング計測，ラッ量子センサの応用を考えている．

トリンパ筋内の磁気ナノ粒子の検出の生体実験，パワー

ダイヤモンド中の炭素原子を置換した窒素原子（N）とデバイスにおける電界集中の観察，EV 用電池の電流と温炭素格子の空孔（V）からなる NV センターは，大気環境度の同時計測など多数の応用を試みている．この研究は下，室温においても，量子コヒーレンスを保っているの

欧米でも盛んに行われている．研究促進・応用開拓には，で，量子情報の単位である Q-bit になる．ダイヤモンドは理学・工学・情報・生命などの分野融合が必要である．

エネルギーギャップ 5.5eV の半導体で，NV センターの準

産学連携強化，研究会，コンソーシアム設立など計画し，

位は 2.6eV にあり，フォノンの影響を受けにくく，室温

多くの方の参加を期待している．最後に，ピンクダイヤ

でも固体中で最長のスピン緩和時間を示す．このためス

モンドの大きな結晶の写真が示された．

ピン状態の初期化，制御，検出が可能になる．NV センターに局在する電子のスピン状態は，スピン =1 の三重項基底状態（磁気量子数 mS ＝ 0 と mS ＝± 1）にある．緑色の光を当てると，基底状態にある NV センターの電子スピンは励起され，励起状態の準位から基底状態の mS ＝± 1の準位に遷移して赤色の蛍光が観測される．ここで，マイクロ波を周波数掃引して照射すると mS ＝ 0 と mS ＝±
1 のエネルギー差に対応する周波数で，マイクロ波が吸「生命科学を革新するナノおよび量子技術による
磁気共鳴イメージング」／ “Nano- and Quantum
Technology-based MR Imaging for Life Science”：青木 伊知男（量子科学技術研究開発機構）／ Ichio Aoki
(National Institutes for Quantum and Radiological
Science and Technology)

収されて mS ＝± 1 の量子状態が埋まるので蛍光が共鳴的に減少する，光検出磁気共鳴（ODMR）が観測される．
磁場を印加すると，mS ＝± 1 のエネルギー準位はゼーマ
ン効果によって分裂するので，ODMR のピークが二つに分かれる．このピークの分裂を用いて，ダイヤモンド NV
センターは磁場の高感度センサとなる．この磁気センサの感度は極低温・超伝導を使った SQUID に匹敵する．ス
ピンのエネルギーは，スピンの双極子相互作用を介して，温度，歪み，電界に依存するから，NV センターは室温動
作の温度，歪み，電界センサとなる．
量子磁気センサと比較すると，ダイヤモンドセンサは，広い温度範囲（数 mK 〜 700K）で動作し，ダイナミッ
クレンジと磁場に対する線形性に優れる．空間分解能は，
NV センターをクラスタにすることによって nm から mmまで変えられる．ダイヤモンドセンサは，ベクトル磁場

量子科学技術研究開発機構（QST）は，2016 年 4 月に，イメージングという独特の機能を持ち，細胞・ニューロ

放射線医学総合研究所と日本原子力研究開発機構の量子ンの動きの観察や非破壊検査に適する．温度と磁場の同ビーム部門・核融合部門が再編統合されて発足した国立

時計測のような多様性も持っている．

研究開発法人である．放射線医学，量子ビーム科学，核デバイス化はプラズマ CVD（化学気相成長）で行う．

融合エネルギーの三つの部門に加えて，2019 年 4 月に量

メタンの水素還元（CH4+H2）でダイヤモンドを作ってい子生命科学領域を設け，量子論・量子技術と生命科学をる．リン（P）ドープダイヤモンドにより室温で 2.4ms の融合するための研究開発を推進している．

スピン緩和時間を実現した．NV センターの高密度化で感磁気共鳴イメージング（MRI）診断装置は，日本に 6,000

度が上がる．ダイヤモンドを基板にすると，基板の大き台設置され，年間 1,200 万件の診断が行われている．また，さは数 mm にとどまるので Si 基板上のダイヤモンド成長

MRI は年間 2 万本の論文が出て，強力に研究の進められ

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第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -5

ている研究分野である．

に運動している．このため磁場をかけても，磁場の方向

幾つかの技術革新が，最近の MRI に大きな進歩をもたに核磁子の向きをそろえるプロトンは一部にとどまる．

らしており，その一つがナノ粒子を使った造影剤の進歩

MRI の感度を上げるには向きの揃った核磁子を増やしたである．リポソーム，量子ドット，ナノミセルなど多様

い．超伝導磁石による高磁場化で核磁子の向きを揃え，なナノ粒子が開発され，MRI 造影剤，癌治療薬に応用さ

解像度を上げた．最近では，量子技術の進展に注目が集れている．高分子薬物ナノ粒子が透過性の亢進した血管

まり，電子スピンを励起し，それを原子核スピンに遷す

壁から血流に入り腫瘍組織に到達して蓄積するという効ことで核スピンの大多数を励起することにより，磁場強果は薬剤送達システム（DDS）に利用され，臨床試験の最度に非依存的で，劇的な信号上昇を可能とする「超偏極後の第 3 相まで進んでいるものもある．ところが，癌の（Hyperpolarization）」技術が生まれた．従来の MRI 造影

内部環境は多様で，薬剤送達性や感受性が異なるという剤の感度を理論値で 10 万倍まで向上できると期待され癌の不均一性があって難治性につながる重要な因子だが，る．超偏極 MRI の開発にはスピンの励起状態を長く保て

診断・評価が難しい．MRI は薬剤が癌に到達・付着してる分子プローブと核偏極技術の開発が必要となる．これ

腫瘍の変化する様子を局所的に観察でき，生体イメージにはダイヤモンドに 13C を含ませたものが使える．

ング等の画像診断あるいは体外診断のツールとなる．ナ

今後も MRI の技術開発を進め，癌の早期発見，治療予測，

ノ粒子の MRI への応用は，①ナノ粒子を MRI 造影剤で標精密治療を目指す．QST では MRI アライアンスを組織し識し動態を観察する「コンパニオン診断」，②ナノ粒子中て，産学で予備実験を加速する．先端イメージング技術に造影剤と薬剤の両方を包含する「セラノスティクス」，

で病態や治療効果を評価して創薬を行い，造影剤を開発③ MRI 造影剤に標的性を持たせる「標的性造影剤」，④

する．MRI は脳機能解析にも有効である．

生体や病巣の環境に応答して信号を変化させる「反応性造影剤」，⑤感度あるいは安全性を向上させる「高感度・【質疑】

高安全性型」などが進んでいる．④に関連した例として，

Q：MRI はその他にどんな応用がされているか．

治療中の腫瘍内血管の変化を MRI 観察で追求できた．低A：全身 MRI は保険適用ができるようになった．肺，

酸素領域の癌細胞は，放射線や抗癌剤に耐性を持ち，が脳をカバーし，再生医療にも役立つ．

んの悪性度に関わるので，腫瘍内の pH 変化を感知するナ
午前のセッションを終わり，昼食休憩に入った．会場ロノミセル造影剤が開発された．
MRI は水の中の水素の原子核であるプロトンの持つビーには，「文部科学省ナノテクノロジープラットフォー

核磁気モーメントの電磁波による共鳴吸収：核磁気共ム」のパネルが展示され，プラトフォームの概要と微細鳴（NMR）を利用している．量子力学では，水素原子構造解析，微細加工，分子・物質合成の各技術領域プラッ

中の電子は決まった軌道を持たない．原子核はバラバラ

トフォームの活動状況が紹介された．

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第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -6

インクジェット技術であれば，形状任意でフレキシブル

座長【Session 2：nano tech 大賞 2019 講演／
nanotech 2019 award lecture】

な電池も作れる．

秋永 広幸（京都大学）

クに変換するかである．従来の LIB 正極・負極懸濁液は，印刷可能電池材料の開発の主要課題は，金型塗工に用いられる高粘度の懸濁液のインクをいかに低粘度のイン幾つかの材料と高分子分散液の混合物で，その粘度は数「リチウムイオン電池のデジタル印刷を目指して」／ “Prospects for Digital Print Manufacturing ofLithium-ion Batteries”：後河内 透（株式会社リコー）／ Toru Ushirogochi (Ricoh)

千 mPa･s と高い．そこで，ナノディスパーサントと呼ぶ，新しい分散剤を開発した．従来の分散剤の中では，電極材料の粒子はクラゲのように足が出ており，これが絡まって凝集する．開発した分散剤の中では足がたたまれてウニのトゲのようになる．この分散剤により，40% という比較的高い濃度で，数十 mPa･s という低粘度のインクが作れた．既存の印刷機を用いてこのインクで印刷し，工場生産に適用可能な高い印刷速度の得られることを確かめた．また，Li イオン移動度の高いインクジェット印刷
可能なナノポア紙というセパレータ素材の開発に成功した．これらの技術を用い，既存の工業用インクヘッドで電池の各シートが印刷できることを確かめた．LIB のイン
クジェト印刷機の小型プロトタイプはすでにできており，大型化を計画している．
自由形状の電池インクジェット印刷の例として野球帽の “R” のマークの電池を作った．帽子に載っているセン
サの電源とし，運動中に生体情報を計測して無線で送るといった使い方が期待される．開発したインクで作った電池は，従来の印刷電池より瞬発力が高くなっていた．

リチウムイオン電池（LIB）にとって，2019 年は吉野Bluetooth のように伝送に大きな電力を要する IoT デバイ

博士らがノーベル賞を受賞した記念すべき年だった．LIB

スの電源に適すると見られる．柔軟な印刷システムによは電解液の中に負極と正極がセパレータを挟んでシートる電池を搭載して無数の IoT 端末や VR（仮想現実）に電状に重なっている．LIB 普及に向けて量産技術が追求され，力を供給することによりその普及にも貢献できよう．

形状は固定化される傾向にある．これに対し，LIB をより自由な形状に印刷で製造する技術を開発した．

インクジェット印刷は既存の電極塗布システムを組み合わせたハイブリッド印刷を可能とし，電池性能を効果

株式会社リコーは 1936 年に創業し，現在は 220 社か的に改良できる．非接触で薄く印刷できるインクジェッ

らなるリコーグループとして，顧客の設計から，開発，ト印刷の利点を活かし，電極の危険箇所にセラミックス

製造，販売，サービス，保守のすべての事業プロセスを，

保護層を印刷できる．これにより，誤用による発火の可プリンタ，カメラなどのオフィス機器，光学機器，内蔵能性をテストする釘刺し試験や耐熱試験に耐えるようにする IC などの製造販売でサポートしている．プリンタ用することができた．講演では釘刺し試験の動画が示されに開発したインクジェット技術は個人用複合機から，1 分

た．インクジェットで社会に貢献することを望んでいる．

間に 150m 印刷する商用機にまで適用している．さらに紙以外のものへの印刷から，機能性印刷や，ディスプレ【質イ製作，プリンテッドエレクトロニクス，電池などに展

Q：ウェアラブルになると電池は摩耗しそうだが，開している．

耐久性や電池寿命に問題ないか．

その中で，電池応用が nano tech 大賞 2019 を受賞した．受賞理由には「インクジェット技術を用いて，ロー疑】

A：印刷する材料の選択により，インクジェットでも信頼性は従来と同等にできると考えている．

ル・ツー・ロールでリチウムイオン二次電池を自由な形状で製造する技術を開発し，電池のデジタル印刷製造を大きく前進させたことを賞す．
」と記されている．これま【Session 3：海外ナノテク共用施設・研究成果紹介／ Overseas Nanotechnology
User Facility Programs】

での電池は少ない品種を大量に作ることはできるが，少し形の違ったものを作ろうとすると段取りが大変になって，多品種少量生産は難しい．電池の形は決まっていてその隙間に入るように回路を設計することになっていた．

NanotechJapan Bulletin Vol. 13, No. 2, 2020

座長

秋永 広幸（京都大学）

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NNIN を引継いでいる．この支援により，ナノテクノロジー「NNCI とコンバージェントテクノロジー」／“The National Nanotechnology CoordinatedInfrastructure (NNCI) and Selected Convergent
Technologies.”：Daniel J. C. Herr (Joint School of
Nanoscience and Nanoengineering, University ofNorth Carolina, USA)の論文数は 1990 年の 1 千件から，2019 年には 10 万件を超えるようになった．NNIN には 2 つの基本サイトがあり，Moore の法則に従った CMOS やポスト CMOS の微細化を支援した．これに対し，NNCI では 16 の地域クラスタが設けられ，対象領域は，生物医学，地球科学，環境科学などにまで広がり，マイクロ／ナノ加工と広範な解析・評価設備を提供している．具体的には，16 のサイトに，13のパートナーが加わり，17 の州にわたって，69 の施設で2,000 台を超える設備を提供している．NSF は 2015-2020に総額 81M$ の資金を投じた．NNIN はこの資金を基に，最先端の施設とともに，スタッフの専門知識（expertise）を，ベンチャー企業を含めて全米に提供し，教育を支援し，ネッ
トワーク化により足し算以上の効果を狙う．
NNCI の利用件数は年間 13,000 件を超え，毎年 5,000の新規ユーザを訓練し，利用ごとの使用時間は約 80 時間，利用料収入は 40M$ である．ユーザは地域の大学が 75%を占める．分野別では，材料が 27%，化学 13%，エレク
トロニクス 12%，ライフサイエンス 10% などとなっている．2017 年の外部発表は 4,887 件であった．
NNCI における成果例には，絶縁体上の 3C-SiC を用い

コンバージェントテクノロジー（融合・統合化技術）

た高 Q 値フォトニックマイクロ共振器，金属共役・生体についてまず考えてみる．電子スイッチは，1904 年に真刺激分子の自己集合による 3nm ナノワイヤの 6-7nm ピッ空管が発明されて 1946 年まで発展したが，1947 年にトチでのパターン形成，生体内の移動観察を介した有害物

ランジスタが発明されて置き換えが進み，1958 年の IC

質排除などがある．

発明，1959 年のモノリシック IC 実現へと進展し，半導体産業が生まれた．これに伴って 1955 年頃から新たな【質製造業者が生まれたが，1970 〜 1975 年をピークに減少

Q：公的施設の NNCI 利用成果の商用化を認めていしてこの 15 年はほとんど生まれてない．新たな製造業者，

るが，どのように管理しているか．

スタートアップはブレークスルーによって生まれる．半A：企業が NNCI から情報を取ることは妨げない．

導体という一つの分野ではブレークスルーは難しい．学

特許は企業に取らせる．スタートアップの支援は学

際的研究，各分野共通の言語の下に，多分野の技術を活生の教育になる．ノースカロライナ州立大学からも用して一つの目標に向かう融合研究が必要になる．

スタートアップが生まれている．

ITRS（国際半導体技術ロードマップ）は微細化が進ん

疑】

Q：私企業とネットワークの関係はどうなっている

で 2035 年には原子サイズになるとしたが，進歩は遅れ，か．

高分子レベルに留まっている．融合技術の種の一つは生

A：NNCI は大学と民間の橋渡し役にもなっている．

物機能にある．白血球には，センサ，プロセッサ，アクチュ

ネットワーク全体で協力する．クラスタ内で，微細エータが集積され，血流中でバクテリアを追跡している．

構造解析の得意な大学を，微細加工の得意な大学が自然に存在する形態と機能の融合・集積で血液試験チッ

支援するなど，足りないところを補い合っている．

プを作ればその市場は年間 1T$ と見積もられ，2013 年

クラスタ間の協力はまだ努力が要るだろう．

に最高を記録した半導体売上高の 300B$ を超える．ITRS

Q：コンピュータ技術との連携はどのように行われは 2012 年に More than Moore に移行し，融合研究へのているか．

研究開発資源投入が進むようになった．

A：日本における MI の進捗は素晴らしい．NNCI が一 方，NSF（ 米 国 科 学 財 団 ） は ユ ー ザ 共 用 設 備 を仲立ちになってコンピュータとの連携を進めたい．

支 援 し，1977 〜 1993 に は コ ー ネ ル 大 学 に National
Nanotechnology Facility を 置 い た．1993 〜 2003 にNational Nanotechnology Users Network（NNUN），2004〜 2015 に National Nanotechnology Infrastructure
Network（NNIN）を支援した．2015 年からは，National
Nanotechnology Coordinated Infrastructure（NNCI） がNanotechJapan Bulletin Vol. 13, No. 2, 2020

【Session 4：ナノテクノロジープラット
フォームの成果と将来展望／ Topics andfuture perspectives of nanotechnology
platforms】

第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -8

座長

三留 正則（NIMS）「イントロダクション」／ “Introduction”：田沼 繁夫（物質・材料研究機構ナノテクノロジープラットフォー
ムセンター長）／ Shigeo Tanuma (Director, Center
for Nanotechnology Platform, National Institute forMaterials Science, Japan)

ノ構造・状態解析共用拠点として，表面構造解析，電子状態解析，内部構造・3D 構造解析のトライアングルに知の集約を行って高度な計測技術支援を行っている．超高圧電子顕微鏡，走査電子顕微鏡（SEM），集束イオンビー
ム（FIB），X 線光電子分光等の幅広い装置で，産学連携による異分野融合とイノベーション，新規材料開発の飛躍的進展を図っている．
特徴ある装置の一つは，マルチビーム超高圧電子顕微
このセッションの 3 件の講演では，各技術領域のプラッ鏡で，電子線の加速電圧は超高圧の 1,300kV，2 つのイ

トフォームがそれぞれの特徴を紹介し，それをどう伸ばオン加速器を持ち，イオン打ち込みをしながらのその場していくかを話していただく．ナノテクノロジープラッ

観察．材料解析ができるのは世界でここだけである．フェトフォームセンターでは，WG を設けて，先端共用施設・

ムト秒レーザなど様々な量子ビームを当てた時の材料解技術プラットフォーム展望調査を行い報告書にまとめた析もできる．FIB-SEM 装置（FIB 付き走査型電子顕微鏡）
は，（開会の挨拶で引用）．現在までに達成されていることを材料の観察から元素分析，結晶方位解析までを 1 台の装明らかにし，今後取り組むべき課題は何か，成果のエビ置に集約し，中小企業の利用者も多い．収差補正透過電

デンスを集めて分析した．

子顕微鏡は，原子分解能 STEM（走査透過型電子顕微鏡）達成しつつあることは，装置・技術を持たない研究者システムで，加速電圧は 60-300kV，4 つの SDD（シリコが先端的な装置と高度な専門技術者の支援を受けて，最ンドリフト検出器）での EDS（エネルギー分散 X 線分光）

先端の研究を行うことが可能な体制ができてきたことで分析，トモグラフィーによる原子レベル 3 次元構造解析

ある．ユーザは 1 億 5,000 万円の利用料を払ったが，22ができる．

億円のユーザ便益を得るという経済効果も見積もられた．

電子顕微鏡によるバイオ研究はイメージングに展開しその一方，新しい技術課題への対応が難しく，装置群のている．例えば，DDS に用いるナノ粒子のコア・シェル

老朽化が進み，高度な専門性を持った技術人材を恒常的階層構造を STEM により可視化できた．電子線が透過しに雇用・配置することが困難であるといった課題がある．

ない大きな試料の 3D 観察には FIB-SEM を用いる．電子

今後は，分散ネットワーク的な配置で，「ハブ＆スポーク」

線が届かない表面から離れた場所の構造は FIB で削って体制をとり，先端設備の戦略的導入，既存設備の更新，露出した断面を SEM で観察する．骨細胞の 3D 観察を行

高度専門技術を持った支援人材の安定的な確保が必要にい，骨細胞が細胞突起を介して構成するネットワーク構なると考えている．

造の役割を解明した．骨細胞間のネットワークに力が伝わって，骨の成長が起こっていた．また，コラーゲン繊「電子顕微鏡による構造解析手法を用いたバイオ研究」／ “Biotechnology research by using a nano, micro
structural analysis with electron microscope”：松尾保孝（北海道大学）／ Yasutaka Matsuo (Hokkaido
University)

維を豊富に含む皮膚の真皮では，コラーゲン細繊維が糖北海道大学 微細構造解析プラットフォームは，先進ナ

観察では試料の固定化が必須なため，生きたままでの観

NanotechJapan Bulletin Vol. 13, No. 2, 2020

鎖（Glycosanominoglycan chain, GAC 鎖）によって束ねられているのを，STEM により 3D 形態解析で観察し，新たな立体構造モデルを提唱した．
これからのバイオイメージングでは，光学顕微鏡によるライブセルイメージングを行う．電子顕微鏡での細胞

第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -9

察が難しいためである．画像解析による超解像顕微鏡法

西澤 潤一先生（元総長，故人）が創設した半導体研究

で，蛍光顕微鏡で取得した画像の蛍光強度を，時間的・所が 2008 年に，東北大学に移管され，MEMS 始め，微空間的に解析することで 100nm 程度の高い空間分解能が細加工全般の支援を行う施設となった．9,000m2 の建得られる．この光学顕微鏡で得られない分解能での解析

屋 の う ち，3,000m2 を ク リ ー ン ル ー ム と し， そ の 中 のは電子顕微鏡を頼ることになるが，そこでは水の処理が1,800m2 をスーパークリーンルームにしている．前身の課題になる．特殊な皮膜で試料全体を覆い，水の蒸発を施設では 4 インチウェハの半導体工場だったところに，防ぐ．その一つが分子・物質合成 PF で技術提供している

退官した先生の研究室や企業にあった装置を導入して，ナノスーツ法である．また，イオン液体を用いた撥水性

120 台以上の装置が設置されているが，まだ拡張の余地

超薄膜ラッピング法がある．観察には，溶液対応 TEM（透はある．ショールームを設け，試作したサンプルなどを過型電子顕微鏡）ホルダーと高速カメラの開発を必要と展示している．

し，電子顕微鏡によるライブイメージ取得にも挑戦する．

利用形態は機器利用が中心だが，支援の人材も提供す

また，AI を活用した次世代イメージング研究への発展

る．試作品など加工した結果はすべて報告してもらい，がある．複数画像の情報（画像と測定条件）から補完デー

結果を共有して次の加工に役立てるというポジティブ

タを計算して画像を構成するが，十分な情報が得られなフィードバックを行っている．2010 年に試作ラインを開い時，現在は目的の画像が得られるまで再測定を行う．

放し，271 の企業，35 の大学，21 の公的機関，計 327

これに対し，ナノテクプラットフォムームに蓄積されての機関が利用した．月に 1,000 件の利用があり，月 2,000

ゆく無数のデータを活用し，深層学習によって最適な実万円の利用料収入がある．6 〜 7 割が学外で，生産設備

験条件，最適な測定法を抽出し，補完データを取得するとの相性が良いため，企業からの利用が多い．運営費のことができよう．観察，データ蓄積，AI 支援，データ創成，

70% は利用料収入で賄っている．2012 年から収入は 2.8

実験へのフィードバックのスパイラルにより研究開発の倍，利用時間は 1.6 倍，件数は 2.4 倍になっている．利

加速を図る．

用時間に比べて件数が増えているのはスループットが上がったためである．課題 / 装置別年間利用実績を集計し【質疑】ているが，微細加工ではデバイス開発のために多種多様

Q：脳のイメージングで AI は使われているか．

な装置を繰り返し使う必要があり，特にリソグラフィ装

A：AI を用いてユーザと実験方法を探し，脳のイメー

置の繰り返し使用が多い．ボトルネックができて工程がジングにも用いている．

停滞しないようにすることが求められている．
本施設は，元々 Si の微細加工設備だったが，各種の「共用設備を基盤としたオープンコラボレーションによる研究開発支援」／ “R&D support by open
collaboration based on shared facilities”：戸津 健太郎（東北大学）／ Kentaro Totsu (Tohoku University)

材料を加工するようになった．中性子位相イメージング
用 Gd 回折格子，石英製シリンドリカルレンズ，THz 領
域のメタマテリアルフィルムなどの加工例がある．AI・
IoT 応用にはデバイスからモジュールに展開する必要があり，フォースセンサ・Wi-Fi モジュールを作った．技術ス
タッフ 8 名により機器利用支援を行い，公設試（公設試
験研究機関：地域ごとに設置された技術センター）と連携し，公設試の技術者が企業の利用者に付き添って利用する例もある．また，講習会・見学会を開催して人材育成を図っている．例えば 2006 年から毎年全国各地を回って MEMS 集中講義を行っており，多い時には 200 人を超える参加者がある．
今後の展開としては，デバイス開発加速のためのスループット向上，加工材料の Si から化合物・金属・セラミッ
クス・ポリマーへの拡大，デバイスからモジュール・シ
ステムへの展開による新材料・デバイス社会実装の加速などがある．一方，一連のプロセスを経験した人材の育成が必要であり，利用者側のリソースが限られるため機器利用は難しいとして頼まれる委託加工への対応も考えたい．スループット向上には夜間・休日利用も考える．

東北大学微細加工 PF は， オープンコラボレーション

多種材料使用によるクロスコンタミの対策を取り，ウェを主眼に，「試作コインランドリ」と名付けて共用設備を

ハは 8 インチの要求に応えたい．微細加工は，材料科学，

運営し，支援を行っている．

生命科学などのサイエンスを Society5.0 や SDGs の社会

NanotechJapan Bulletin Vol. 13, No. 2, 2020

第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -10

で使える形に実装するための重要なツールでもある．研するための量子ドット材料合成とイメージングを支援し，究基盤，産業基盤として重要な「微細加工」を実施でき

この量子ドット材料は市販されるようになった．肺の中る開発支援体制を構築・維持・改善し，社会に貢献したい．

の iPS 細胞のイメージングを行って，免疫細胞の挙動を観察する．イメージングのための安い装置を作り，医学【質

疑】部の建物に設置して評価した後，市販するようになった．

Q：新しい科学が進むと危険な材料を取り扱うこと

これをもとに，PM2.5 エアロゾルのセンサを作った．デも起こるだろう．健康被害の総合対策はしているか．

バイス中にエアロゾルを導入し，AI でその特徴を捉えてA：材料に合わせた個別の対策をとっている．

識別する．

Q：最先端の研究をしているが，ムーンショット（内一方，量子技術イノベーション戦略が策定され，量子閣府の挑戦的研究開発）計画につながるか．

生命技術が取り上げられている．例えば，量子もつれ光

A：プラットフォーム直接でなく，ムーンショット

をイメージングに用いると従来光の S/N を超える高感度計画に参加している人の支援を行う．

計測が可能になる．この研究を支援し，ダイヤモンド NVセンター（Session 1 参照）が電子スピン共鳴時に蛍光が「ナノテクノロジーとバイオ・量子・AI 融合領域の支
援成果とナノテクノロジープラットフォームの将来展望」／ “Research Support for the Interdisciplinary
Research between Nanotechnology, Biotechnology,
Quantum Technology, and AI, and Future Perspective
for Nanotechnology Platform”：馬場 嘉信（名古屋大学）／ Yoshinobu Baba (Nagoya University)

変化するのを捉え，ナノスケールの温度，磁気，電気の超高感度センシングを行った．これにより世界ではじめての幹細胞内の温度測定を実現し，細胞内の温度が iPS 細胞の治療効果に効いていることが分かった．NIH（アメリカ国立衛生研究所）の光線力学療法と免疫療法を組み合わせた，肺癌の光免疫療法を支援し，高度化のために量子センサを利用している．
名古屋大学は，ナノテクノロジープラットフォーム参画・研究推進に加えて，オープンイノベーションの核にしようと，同大学 未来社会創造機構にナノライフシステ
ム研究所を設置した．プロジェクト開発を行い，起業家も支援する．ナノ量子デバイスプロジェクトをオープン
イノベーション機構で進め，基礎から事業化まで大学が関与する．産学連携センターを 2013 年に設置し，教員は企業から出してもらった．ナノバイオデバイス実証プ
ラットフォームを作って社会実装につなげる．ナノテク
ノロジープラットフォームをもとに社会変革を起こす．
人材育成も卓越大学院と協力して推進する．
【質疑】Q：（1）金魚を飼っていると泡が出ているので酸素ではないかと思うが，利用できないか．（2）食肉の放射能汚染が話題になったが，食肉動物の癌検査は名古屋大学 分子・物質合成ナノテクノロジープラット

行われているか．（3）枯山水の庭に置かれた古い石フォームは，ナノテクノロジーと生物工学の間の学際領でカビているものといないものがある．何か開発の域を支援してきた．これらの支援をナノバイオデバイス

種にならないか．

のための AI システムや生体分子イメージングのための量

A：（1）気体保持に関するナノテクは今後の課題だ

子技術に広げようとしている．

ろう．（2）提案している癌の検出法では検査に必要

ナノ流体デバイスの開発を支援し，数十億のナノワイ

なサンプル量を少なくできるので小動物の癌検査に

ヤ構造を作った．このナノ流体デバイスは，血液や尿のも有効と思う．
（3）土壌から有用な微生物が見つかっような体液試料 1mL の中にある数十億の細胞外小胞体をているから何か新しい発見があるかもしれない．

効率よく分離する．ナノワイヤセンサで取得したデータをビッグデータ化し，AI の支援で疾病を判断する．肺癌【Session 5：ナノテクノロジーのシステ
ム化と産業応用／ Beyond Nano・AI】の識別率は 60% から 97% に上がった．平成 30 年度の秀でた利用成果に選ばれ，尿中マイクロ RNA による癌診断
ベンチャーが創業された．
また，iPS 細胞の in vivo（生体内）イメージングを実現

NanotechJapan Bulletin Vol. 13, No. 2, 2020

座長

藤田 大介（NIMS）

第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -11

「機械学習を使った材料探索の最新動向と今後の展望」／ “Materials Discovery Using Machine Learning:
Latest Trends and Future Prospects”：岡野原 大輔（株式会社 Preferred Networks）／ Daisuke Okanohara(Preferred Networks)

AI を用いた材料探索では，無限とも言える化合物群から有望な分子候補を網羅・抽出し（分子候補生成），他の分子との結合性や合成可能性評価など，その分子性質を評価し，狙った性質を持つように化合物を最適化して，次段の分子候補とする．このサイクルの全てを AI で行うことができ，これまでにない精度，高速，網羅性を達成できる．分子生成では，特定の性質を持った二つの化合物の間を補間して（内挿），新しい化合物を提示できるよ
うになった．これには画像認識の技術が利用され，文字列，グラフ，原子配列ベースで分子が生成される．分子性質の評価は，分子構造からポテンシャル関数をニュー
ラルネットワークでモデル化し，エネルギーなどを DFT（密度関数理論）より 100 万倍速く推論できる．最適化は，離散空間上の化合物を，連続な潜在空間に移して行うことにより，少ない試行回数で高速に有望な化合物を探索できる．また，自然言語処理の手法などを活用して，目的の分子から逆方向に，一連の反応を通して出発材料を探す逆合成問題による出発材料探索も行われている．
今後の展開としては，深層学習は内挿問題を得意とす
るが，外挿問題を苦手としていることへの対応がある．
また，シミュレーションと現実世界のギャップを埋める株式会社 Preferred Networks（PFN）は IT，
AI の会社で，よう，実験結果をもとにモデルを調整する学習化シミュ

材料探索の他，自動運転，産業用ロボットなどの AI を開レータが重要になる．さらに，完全な自動化でなく，研発している．「現実世界を計算可能にする」をミッション

究者が自分の知識を加え，AI システム，実験設備，計算とし，現実世界の課題を AI で解決しようとしている．多クラスタと協調することが重要となる．

数の会社と協業しているが，JXTG とは材料探索を行った．
AI の技術の中で現在さかんになっているのは深層学習【質疑】（Deep Leaning：DL） で あ る．DL は 大 き な ニ ュ ー ラ ル

Q：記述設計によって外挿問題と思っているものをネットワークを用いる機械学習の枠組みである．ニュー

内挿問題にできることはないか．

ラルネットワークは，簡単な計算単位のニューロンを多A：表現学習によって，良い表現をすれば内挿問題

数のシナプスで結びつけることにより複雑な計算機能をに転換できるものと思う．化合物や化学反応ではま実現する．計算結果の傾向を見てシナプスを更新し（学だ表現方法が限られていて，文字列にグラフが加習），正解を求める．伝統的なニューラルネットワーはわったような表現方法の拡大で，外挿の範囲が狭ま

一層に数百ニューロンで，3 〜 5 層であったが，深層学ることも期待される．

習は，一層あたり 10 万〜 100 万個のニューロンが数百

Q：強化学習は多数のデータを力任せで学習させて層の，大きなニューラルネットワークを用いる．この大いる．環境やエネルギー節約のためにアルゴリズム

きなニューラルネットワークを創薬などに用いて成功しを見直そうという動きはあるのか．

たことから，画像認識，音声認識，自然言語処理のよう

A：人間が少ないサンプルで学習しているのに倣っな，挑戦的な問題に用いるようになった．機械学習の研て，少ないサンプルで学習する試みもされている．

究が拡大し，投稿論文数は 1 日平均 100 本となり，年率このまま AI が進むと将来，地球上で使うエネルギー60% 超で増え続けている．深層学習成功の要因の一つはの 3 分の 1 を AI が消費するとも言われる．また，計算能力の向上である．Moore の法則に従った高性能化

人間はコンピュータの 1 万倍くらい効率よく処理をは頭打ちになったが，並列計算の活用などで最先端 AI 研

している．ハードウェアを劇的に改善しようとする

究に必要な計算能力は 3 〜 4 ヶ月で倍増している．AI に研究も行われている．

は，AI に特化した専用チップを高速接続した計算クラス
タ（スパコンに相当）の利用が不可欠である．PFN には，
合計 200PFlops の計算能力を持った大規模 CPU クラスタ，
524TFlops/500W の電力対比性能を持った深層学習プロ
セッサを用意し，これらの計算インフラを使うためのソ
フトウェア群，ライブラリ，サービスを構築している．

NanotechJapan Bulletin Vol. 13, No. 2, 2020

「自動車におけるナノテクノロジー : ナノマテリ
アルと部品・ユニット」／ “Nanotechnology inautomobiles : Nanomaterials in parts and units”：平田 裕人（トヨタ自動車株式会社）／ Hirohito Hirata(TOYOTA)第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -12

に搭載した電池パックにして車に載せる．LIB は数年の間に出力密度を約 4 倍とした．LIB の出力密度は大きいが，航続距離を支配するエネルギー密度は高くないので，EV向けに高いエネルギー密度を求めて全固体電池の開発が進められている．プロピレンカーボネート有機電解液に代わり，無機固体電解質 Li7P3S11 を使うと，有機電解液
が分解してしまうような高い電位の正極材が使えるので電池の出力電圧を高くできる．しかし，固体電解質粒子が接触している部分しか Li イオンが移動できないので固体電解質ナノ粒子の混合状態の制御が重要になる．
燃料電池（FC）はカソード触媒層，電解質層，アノー
ド触媒層を重ねた単セル（厚さ 1.3mm）を 370 枚重ねた
体積 37L の FC スタックにして FCV に搭載する．各層の形成にナノテクノロジーの活用が求められる．
自動車技術の開発にはナノテクノロジープラット
1886 年，ベンツにより世界初の実用的なガソリンエン

フォームを利用している．令和元年度「秀でた利用成果」

ジン自動車が実用化され，1908 年にフォードによる世界【最優秀賞】に「ガス環境下における自動車触媒ナノ粒子

初の大量生産方式の自動車「モデル T」の販売が始まった．

のオペランド TEM 観察」が選ばれた．トヨタ自動車，日現在の自動車生産台数は世界で年産 9,000 万台を超え，本電子，名古屋大学の研究チームが名古屋大学微細構造

自動車業界は，100 年に一度の大変革時代に入った．
「コ

解析プラットフォームを利用して得られた成果である．

ネクテッド」，「自動化」，「シェアリング」，「電動化」をキー

電動化の時代とはいうが，2050 年になってもエンジン車

ワードに技術革新が急速に進んでいる．

は運行している自動車の過半数を占める．排出ガスの主

これらの技術革新のうち，ナノテクノロジーが貢献するな有毒成分は窒素酸化物（NOx），一酸化炭素（CO），炭部分が多い「電動化」に関して，トヨタは 1997 年に第一化水素（CH4 など）の 3 成分で，触媒で活性化して窒素（N2），世代のハイブリッド車（HV），
2014 年には燃料電池車（FCV）

炭酸ガス（CO2），水（H2O）に変換して排気ガスを浄化を発売した．HV 技術は，
プラグインハイブリッド車（PHV），

する．1969 年に触媒の研究を始め，1977 年に量産車両

電気自動車（EV），FCV に展開する．HV はガソリンエン

として世界初の三元触媒を実用化した．1973 年の規制か

ジン，燃料タンク，制御用の CPU，昇圧コンバータ・インバーら約 40 年間で排出量規制値は約 50 倍厳しくなり，今でタなどのパワー素子を搭載したインテリジェントパワーモ

は浄化率 99％以上が求められるようになった．排ガス触ジュール，二次電池を搭載している．HV 技術は様々な電媒には白金（Pt），パラジウム（Pd），ロジウム（Rh）が動車両にも共通して利用可能なコア技術で，HV の電池容用いられるが，Pd, Rh の総需要の 85% を排ガス触媒が占

量を増やして外部充電機能を追加すれば PHV に，PHV か

める．Pt は約 25% が宝飾品に使われるため，割合は低いが，ら，エンジンと燃料タンクを取り除くと EV に，HV のエ

それでも約 40% が排ガス用途である．秀でた利用成果は，

ンジンと燃料タンクを燃料電池と水素タンクに置き換えれ超高圧電子顕微鏡（HVTEM）で触媒の動作観察を行った

ば，FCV になる．世界車両生産台数に占めるエンジン車のものである．名古屋大学の HVTEM ではガスを導入した

割合は現在 90% を超えるが，次第に電動車両の生産が増し，環境で試料を加熱して 0.2nm の高分解能観察ができる．

2050 年には HV と PHV が 60% 以上を占め，エンジン車，

Rh 触媒粒子に NO ガスを噴射すると，Rh 表面に RhO2 膜

EV，FCV がそれぞれ 10% 強になるとみられている．

が出来，NO 由来酸素の吸・脱着によりサブ秒の時間スケー

HV 技術の中で，パワー素子は，材料が Si から，SiC，
GaN と変わることにより，パワーモジュールの体積はルで Rh → RhO2 → Rh →‥，の反応が起こっていることを直接観察できた．講演の中でその動画が示された．

1/3 になり，駆動用モーターは HV の第一世代から第四世
代にかけて体積が 1/5 になった．モーターの電磁石は省【質

ネオジム（Nd）化が進み耐熱性を高める希少金属ディス

Q：パワーモジュールに GaN を使いたいというが，プロシウム（Dy）などの添加量も少なくなった．さらに

GaN は熱伝導率が低い．車に使えるだろうか．

Nd の一部をセリウム - ランタン（Ce-La）に置き換えよう

A：部品としてトータルな性質を見て行く．GaN はという動きもある．

将来のパワーデバイス候補の一つと考えている．

車載用のリチウムイオン電池（LIB）はセパレータを疑】

Q：2020 年代に革新電池を出すと言っていたがその挟んで有機電解液に浸った正極材料と負極材料が厚さ約

動きはどうなっているか．

150μm の 3 層構造を作り，これを巻いて作った 140 ×
80 × 20mm の電池セルを数十個，冷却用送風機ととも

A：以前に革新電池といったのは全固体電池のこと

NanotechJapan Bulletin Vol. 13, No. 2, 2020であった．

第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -13

【Closing Remarks / 閉会挨拶】
田沼 繁夫（JAPAN NANO 2020 組織委員長，物質・材料研究機構ナノテクノロジープラットフォーム
センター長）／ Shigeo Tanuma (Chairperson of
the Organizing Committee of JAPAN NANO 2020
/ Director, Center for Nanotechnology Platform,
National Institute for Materials Science, Japan)

本シンポジウムには 500 名の参加があり，ナノテクノ
ロジープラットフォーム事業の成果を紹介し，ナノテク
ノロジーの切り拓く将来を展望した．基礎から応用まで，幅広いナノテクノロジーの発展には，プラットフォームのサポートと皆様方の協力が必要なことを改めて感じる
機会となった．
（古寺 博）

NanotechJapan Bulletin Vol. 13, No. 2, 2020

第 18 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2020）開催報告 -14