宇宙・推進

アウト
プット

衛星コンステレー
ション

サンプル
リターン

スペース
デブリ除去

オール
電化衛星

プラズマ推進が宇宙進出の基盤となる⼤規模建造物のための低コスト⼤量物資輸送を担う

低コスト
⼤量物資輸送⼤電⼒ホールスラスタ，ヘリコンスラスタ，核融合推進，MPDスラスタ（ニュートン 〜 100 ニュートン級）
ホールスラスタ，イオンエンジン，ヘリコンスラスタ（ミリニュートン〜ニュートン級）

研究開
発項⽬

⼩型イオンエンジン，エレクトロスプレー，PPT
マイクロニュートン〜ミリニュートン級スラスタ
農業（栽培，飼育） 栽培・飼育の活性化

バイオ

アウト
プット

研究開
発項⽬

省資源・低炭素

アウト
プット

⾷品・肥料・飼料

消毒・殺菌・殺⾍

鮮度維持・フードロス削減

細胞機能活性化

創薬・医薬品
前臨床  臨床 細胞へのミクロ分⼦注⼊

成膜・材料合成

アウト
プット

研究開
発項⽬

アウト
プット

安全性検証PMDA細胞へのマクロ分⼦（遺伝⼦）注⼊

１細胞処理

ドーズ量・導⼊量の⽣物内時空間分布のモニタリングと制御
全固体Liイオン電池 S-C系
CO2のCH4化・CH4熱分解⾰新型電池（F系，Zn系）

リチウム空気電池

CH4熱分解実装

液体燃料合成貴⾦属レス触媒

持続可能
航空燃料合成空気からN化合物合成（硝酸，アンモニア，アミノ酸）

全固体Liイオン電池 S-Si系

機能性カーボン材料
研究開発項⽬

⽔産・⼟壌環境の改質

健康・再⽣医療医療（がん・免疫・感染症）

プラズマ
農林⽔産
は宇宙でも活⽤量産技術の省エネ・グリーン化

プロセス電化／リサイクル・リユース技術

シリコン系

低次元半導体（ナノシート／ナノワイヤ）
三次元配線ナノデバイス

量⼦コンピュータ⽤半導体⾼速⽣成
光電融合LSIデバイス

カーボン系

ダイヤモンド⼤⾯積単結晶ウェハ
ナノカーボンデバイス
低次元半導体

無機系

機能性デバイス⽤酸化物 次世代パワー半導体⽤酸化物
⼆次電池⽤ナノ材料量産 ⾼出⼒／超寿命⼆次電池材料
レアアースフリー強磁性体 ⼆元系合⾦ナノ材料 ⾰新的太陽電池材料 環境無負荷デバイス

超⾼効率パワーデバイス
有機無機ハイブリッド

プラズマ
化学⼯業がプラズマ
農林⽔産を カーボンニュートラルなプラズマ化学⼯業が機能性触媒や機能性化成品を合成・リサイクル
⽀える

カーボンニュートラル⾃律制御型⾼精度プラズマ装置がWell-Being & Society 5.0 の基盤材料を合成・デバイス化

CO2循環技術が材料プロセスの低炭素化を⽀援

ダイヤモンド単結晶成⻑技術の⾼精度化・⾼速化・⼤⾯積化 ダイヤモンドのスピン／導電性制御 低ダメージ低温⾼速成膜
CNTカイラリティ制御 Si系選択転写／選択成⻑ ⼆次元材料積層⾓⾼精度制御 １分⼦レベル構造・配向制御・集積化
多元素ナノ材料合成 ウェハボンディング ⾼温超電導ナノ構造 量⼦物性制御合成 ⾃⼰組織化ナノ粒⼦ 環境低負荷プロセス
従来情報デバイスの⾼度化・⾼集積化
Fin/GAA FET

量⼦コンピューティング，ニューロモルフィック（新材料，新構造デバイス）
3D積層(CFET)

新チャネル材料 (Ge, 2D材料, CNT, 酸化物)
3D積層・ヘテロ接合デバイス

加⼯

⾼度情報
処理デバ
イスがプ
ラズマ計
算科学を加速⾃律制御化（⾼精度モニタ，フィードバック制御，AI援⽤フィードフォワード制御）
⾼精度化（⾼アスペクト⽐，横⽅向⾼精度化，ダメージ抑制・回復，原⼦・分⼦再配列，...）粒⼦密度分布制御

基礎科学

2020年

テイラー
メイド
医療

量⼦デバイス
バイオ⼈⼯臓器

Qカーボン⽣成・計測・制御・モデリング・シミュレーション

研究開
発項⽬

機能性作物・肥料・燃料（資源還元型）

常温触媒科学

低環境負荷化（低GWPガス，エネルギー循環，...）

アウト
プット

デザイ
ナー
細胞

分散型⾮熱プラズマ反応装置のスケールアップ

裏⾯配線（新配線材料・構造）
研究開
発項⽬

極限環境
農林⽔産
（宇宙）
（深海）

プラズマ
医療は宇
宙⽣活でも活⽤

仮想プラズマプロセス空間のVR化

第⼀原理計算の⾼度化（電⼦励起，振動励起，回転励起，放射，...）

2030年

その場計測とデジタルツインによるプロセスナビシステム

機械学習・AIによる素過程のホワイトボックス化

複数パラメータの時空間分解⾼速計測シミュレーションのマルチスケール・マルチフェーズ化
⾼信頼基礎データ計測・集積

対話型ＶＲプラズマプロ
セス設計・解析ツール

原⼦・分⼦レベルの素反応制御と⾃⼰組織化制御

粒⼦エネルギー制御

情報・計算科学援⽤のデータ補完

2040年

励起状態の量⼦ダイナミクス計算
⾼信頼DBの短期アップデート

2050年

カーボンニュートラル・ウェルビーング・Society 5.0

プラズマ科学ロードマップ（作文案：2023-03-21）

人類が目指す豊かで持続可能な未来社会の実現のために，国連によって地球規模の 17 の開発目標「SDGs」が示されている．我が国では，SDGs 達成に向けて「Society 5.0」が提案されている．Society 5.0 とは，AIや IoT が社会実装された超スマート社会であり，革新的技術を最大限活用することにより経済発展と社会的課題の解決を両立する未来社会のコンセプトである．本ロードマップは，Society 5.0 の達成年代を 2050 年代とし，その社会で必須となる革新的技術をプラズマ科学で創出するために必要な研究・開発項目をバックキャストしたものである．以下にその概要を述べる．

●「加工」技術：2030 年代中頃までに加工精度を原子レベルにまで微細化するとともに，ダメージレス化を達成する．その後，その高精度加工技術をベースとして新材料（Ge，二次元材料，酸化物半導体）や新構造（裏面配線，三次元積層，ヘテロ接合）を導入し，Society 5.0 の根幹を支える超低消費電力半導体デバイスを実現する．また，プラズマ生成への再生可能エネルギー利用とプラズマ生成の超低消費電力化によって，加工技術のカーボンニュートラル化を達成する．

●「成膜・材料合成」技術：
プラズマを用いた成膜・材料合成技術においては，究極の制御である原子配置制御とその高速化を追求する．
この成果は，カーボンニュートラルを支える超高効率パワーデバイスや高度情報処理を支える量子コンピュー
ティングデバイスに必要な大面積単結晶ダイヤモンドウェハ，ウェルビーングを支える人工臓器に必要な機能性ダイヤモンドライクカーボン，エネルギーから医療に至る広範な用途で必要となる機能性複合ナノ材料の実現など，Society 5.0 を支える多岐にわたる革新的技術を実現する．

●「省資源・低炭素」技術：
CO2 リサイクルのためのメタネーションと，生成されたメタンの熱分解による再利用の実装を 2030 年末頃までに達成する．この成果は Society 5.0 での航空産業に必須となる持続可能航空燃料（SAF）の実現にもつながる．また，プラズマ材料プロセスを用いた全固体リチウムイオン電池の高効率・長寿命化を 2030 年末頃までに達成する．その成果を利用し，Society 5.0 ではリチウム空気電池を実現する．CO2 リサイクルや電池に必須となる触媒についても，プラズマ材料プロセスによって貴金属レスの高効率触媒を実現する．その技術の活用により，2050 年代にはハーバーボッシュ法を超えるアンモニア合成技術や，各種の窒素化合物を空気・水・再生可能エネルギーだけを用いてオンサイト・オンデマンド合成する技術を確立する．

●「バイオ」技術：
プラズマ農業の深化により栽培・飼育の活性化，水産・土壌環境の改質，機能性農林水産物の栽培・飼育，を実現する．これにより，Society 5.0 における地上の農林水産を持続可能にするとともに，極限環境である

宇宙や深海における農林水産をも実現する．また，プラズマ殺菌技術を食品の鮮度維持技術へと進化させ，食品ロス問題を解決する．プラズマ細胞工学については，遺伝子導入などを発展させることで，設計した機能や再生能力を有するデザイナー細胞を実現する．すでに前臨床試験の段階にあるプラズマ医療技術については，臨床試験と安全性検証（PMDA）を経て社会実装を実現する．これらの技術を統合したプラズマバイオ医療技術は，Society 5.0 におけるウェルビーングを支える革新的技術となる．

●「宇宙・推進」技術：
地球ならびに宇宙規模の情報網の活用を前提とする Society 5.0 では，地上だけではなく宇宙開発のための革新的技術も必須となる．その中で，プラズマ技術は「はやぶさ」で実証された推進という重要な要素を担う．
その推力は，ミリニュートン級からニュートン級を経て，2050 年には 100 ニュートン級の推力を実現する．
その過程で，2030 年後半には，化学燃料を用いないプラズマ推進のオール電化衛星を実現し，それを Society5.0 に必須の衛星コンステレーションとして配備する．その後，スペースデブリ除去などを経て，低コスト大量物資輸送を実現する．これにより，地上だけではなく，宇宙ステーション・月，さらには火星においてもSociety 5.0 を実現する．

●「基礎科学」：
プラズマ科学においては，Society 5.0 を支える以上の革新的技術を実現するためにプラズマの理解と制御に関する学理を深化させる．
トップダウンプロセスである「加工」
・「バイオ」技術では，反応種の空間・エネルギー領域における分布制御を実現する原理を見出す．これにより，エネルギー制御した単活性種の選択照射や実用的な反応速度を持つ単原子層の堆積・エッチング，或いは生体分子操作が実現される．
固体表面上でのボトムアッププロセスである「成膜・材料合成」では，実用的な原子配列制御に必須となる自己組織化成長を生産技術として実現するとともに，その高速化・無欠陥化の可能性を追求する．律速機構の解明とトップダウンプロセス研究の活性種輸送の成果を融合し，自己組織化援用反応場制御原理を確立する．
気相中でのボトムアッププロセスであるメタネーションなどの分子変換プロセスでは，トップダウンプロセ
ス研究の活性種の空間・エネルギー領域における分布制御を活用し，特定の励起状態を高効率で生成することで，所望の分子変換プロセスを実現する．
基礎科学に共通の基盤技術としては，計測技術とシミュレーションの技術を高度化する．計測できないものは制御・加工できない．原子レベルの生産プロセスの実現には，精度を不確定性原理の極限まで追求し，反応場に影響を与えない無擾乱計測や反応制御と融合した計測，瞬時計測，全反応場の同時計測，ナノ構造の反応計測，プロセス中のデバイス特性その場計測やオペランド計測，シミュレーションと融合した予測計測の原理を追求する．シミュレーションでは，高精度化に加え，マルチスケールでの高速計算・モデル化手法が課題である．基礎データとして，原子分子の電子・光励起断面積や反応確率，表面反応素過程のデータ収集は適宜その対象を変え，高精度化や利用しやすさを考慮して推進される．励起状態にある活性種・活性表面の素過程のデータ収集とモデル化・シミュレーション技術を確立する．

上記基礎研究により確立した反応制御の原理をこれまでに掲げた各技術にフィードバックし，現実の生産技術へ展開する．モニターやシミュレーターを利用しやすいチャンバ装置構成でフィードバックを容易にし，生産性・制御性を高める．反応制御原理に基づき、高精度・大面積・安定性・生産性を追求する．