研究課題一覧（ナノ製造技術の探索と展開）

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有機・無機ナノ複合体の創製と精密微細構造制御

赤松　謙祐
（甲南大学フロンティアサイエンス学部　生命化学科教授）

本研究は、金属ナノ粒子を内包した高分子ナノコンポジット薄膜の微細構造を厳密に制御する手法の開発を目的としています。微細構造として膜厚、粒子サイズおよび濃度の３つを独立に制御し、これらのパラメータと薄膜の光学・磁気物性との相関を系統的に評価することにより、次世代センサーやメモリなどのデバイス設計に有用なデータベースの構築を目指します。

SWNT量産用自動直径制御合成システムの構築とSWNT加工プロセス基礎技術の開発

斎藤　毅
（（独）産業技術総合研究所ナノチューブ応用研究センター研究チーム長）

ナノテクノロジーの中核素材である単層カーボンナノチューブ（SWNT）の高効率・低コストな大量合成法の基盤を構築し、自動化を進めることにより量産技術へと発展させます。さらに、量産技術で得られるSWNTの超精密直径制御技術、および薄膜化・紡糸などのSWNT加工プロセス基礎技術を開発し、電気特性・光学特性・熱特性の評価を行うことにより応用分野の探索を行います。

金属ナノギャップ電極による抵抗スイッチ効果の発生メカニズムの解明

内藤　泰久
（（独）産業技術総合研究所ナノシステム研究部門主任研究員）

金属ナノギャップ構造を用いた抵抗スイッチ現象のメカニズムを解明します。この現象は、ナノギャップのサイズが10nm付近以下でのみ発現するナノスケール特有の現象です。また、抵抗変化は不揮発性を有し、不揮発メモリーやストレージ装置への応用が期待できます。本研究では、メカニズム解明の研究を通して本現象がどの程度のデバイスポテンシャルを持っているか探求します。

生体分子モーターを動力源としたマイクロマシン

平塚　祐一
（北陸先端科学技術大学院大学マテリアルサイエンス研究科准教授）

生体内にはモータ蛋白質と呼ばれる「動き」に関わる蛋白質が存在しています。この蛋白質は大きさが数ナノメーターで、高いエネルギー効率で駆動する分子機械であることが知られています。本研究では、この生物由来の分子機械とシリコン等の微細加工素子を融合させた生体素子で駆動されるマイクロメカニカルデバイスを作成し、従来の電場・磁場・光を動力源とした微小素子にはない特徴をもつ微小機械を実現します。

バンド構造制御によるカーボンナノチューブ電子材料の創製

前田　優
（東京学芸大学教育学部基礎自然科学講座分子化学分野准教授）

ナノ炭素材料として注目されている単層カーボンナノチューブ（SWNTs）は、金属や半導体の電気特性を示す混合物として合成されます。本研究では、金属性SWNTsと半導体SWNTsの分離技術、化学修飾法によるSWNTsの電気特性制御法の開発を行います。目的に適したSWNTsを使い分けることができれば、電子デバイスの特性が向上するばかりでなく、混合物では実現が困難であった応用研究への道が拓けるものと期待されます。

界面場を用いたナノ材料集積化技術の創製

松井　淳
（東北大学多元物質科学研究所助教）

本研究は液／液界面をナノ材料集積場として用い、ナノ材料の簡便かつ汎用性のある高密度集積技術の創製を目的としています。まず、カーボンナノチューブ（CNT）を用い、界面エネルギーや電場・磁場などを操作することによって高配向高密度CNT集積膜の構築を目指します。そして、この技術を無機材料・有機材料・無機有機ハイブリッド材料などから構成されるナノ材料へと展開します。

３次元ナノ光造形マルチモールディング

丸尾　昭二
（横浜国立大学工学研究院准教授）

本研究では、独自の3次元ナノ光造形法により母型を作製し、多様な材料を用いて立体構造を複製する「立体マルチモールディング技術」を開発します。鋳型として、シリコン樹脂を用いたソフトモールドと、セラミック微粒子を用いたハードモールドを用いて、ナノ材料と3次元形状を活かした様々な応用デバイスを創製します。具体的には、3次元MEMSデバイス、高機能バイオチップ、ソフトアクチュエータなどの開発を目指します。

ラージスケールナノ精度加工・計測・転写プロセスの構築

三村　秀和
（東京大学大学院工学研究科准教授）

数十ミリメートルオーダーのラージスケールにおいて、ナノ精度の形状と表面粗さを持つマスターを作製し、それをナノ精度で転写することにより、ナノ精度の形状と表面粗さを持つ表面を量産できる、一連のプロセスを構築することを目的としています。反射型光学素子に飛躍的な性能向上と低価格化をもたらす、革新的なナノ精度表面生産プロセスの構築を目指します。

高規則性陽極酸化ポーラスアルミナによる膜乳化

柳下　崇
（首都大学東京大学院都市環境科学研究科助教）

本研究では、均一なサイズの細孔が規則配列したナノホールアレー構造材料である、高規則性陽極酸化ポーラスアルミナを膜乳化法に適用し、サイズがナノスケールで制御された単分散エマルションの形成を目的とします。さらに、固化処理による単分散固体ナノ粒子の作製を目指します。

SWNTの電子構造/カイラリティ制御に向けた精密合成法の探索

吾郷　浩樹
（九州大学先導物質化学研究所准教授）

単層カーボンナノチューブ（SWNT）は、ナノスケールの直径と優れた電子輸送特性から将来の電子デバイスに有望と考えられていますが、その実現には電子構造、望ましくはカイラリティを制御したSWNTを合成することが必要とされています。本研究では、SWNTの触媒成長を精密に行うことにより、選択的合成法の開発を目指します。集積化技術と融合させることにより、エレクトロニクスへの応用へ発展することが期待されます。

医療応用に向けた磁気ナノ微粒子の開発

一柳　優子
（横浜国立大学大学院工学研究院准教授）

本研究では、独自の製法で作製した磁気ナノ微粒子を活用し、薬剤輸送、温熱療法、MRIイメージングなど次世代ナノ医療技術を開発します。まず、高性能な強磁性や超常磁性ナノ微粒子を合成し、その物理的特性を明らかにします。これらの磁気ナノ微粒子に各種官能基を修飾し、細胞など生体試料に導入可能な医療用磁気ナノ微粒子を創製します。さらには外部磁場により生体内で局在化や昇温を実現するなど、革新的な医療技術を確立します。

ナノ光リソグラフィーによる金属ナノパターン作製技術の開発

上野　貢生
（北海道大学電子科学研究所准教授）

シングルナノメートルの加工分解能を有するナノ光リソグラフィー技術を開発し、プラズモニックデバイスやナノ電気回路として動作する金属ナノパターンを作製する技術を確立します。高い光電場増強を示すナノギャップ金構造をフォトマスクとして、近赤外光による局所的なフォトレジストの非線形光反応を誘起し、高分解能リソグラフィーを実現する従来とは異なる動作原理に基づいた光加工技術を開発します。

有機ナノ結晶を用いた次世代型光機能材料の創出

笠井　均
（東北大学多元物質科学研究所准教授）

本研究では、独自に開発した有機ナノ結晶の作製方法「再沈法」により、サイズ・多形が完全制御された有機ナノ結晶の作製を達成します。その後、一個、一個の有機ナノ結晶の方位が制御されたナノ結晶配向材料を創製し、偏向発光材料や光スイッチング材料のような次世代型光機能素子としての応用展開を目指します。従来にない発想に基づく有機ナノ結晶配向材料が実用化されれば、明るさやコントラストが飛躍的に向上した次世代ディスプレーの実現などの波及効果が考えられます。

有機化学手法によるカーボンナノチューブのキラリティ制御

櫻井　英博
（自然科学研究機構分子科学研究所准教授）

本研究はキラリティ制御を含めた単一組成単層カーボンナノチューブ(SWNT)の自在合成実現のために、「バッキーボウル」を基盤としたボトムアップ製造技術を開発するものです。CNTの先端構造に相当する半球バッキーボウルのキラリティ制御を含めた立体選択的合成手法を開発します。バッキーボウルを足がかりにチューブ成長を行うことで、直径、カイラル角、螺旋方向が全て一義的に決められたSWNTのみを合成します。

高性能有機ナノ結晶トランジスタの低環境負荷製造法の開発

長谷川　裕之
（北海道大学　大学院理学研究院　特任助教）

ナノワイヤを電極間に架橋成長させることが可能な「ナノ電解法」を用い、新しいナノデバイス製造法を開発します。原料分子は電気分解の際、電気伝導に有利な配列を自ら形成するため、高性能な有機トランジスタの実現が期待されます。電解に用いる電極基板を印刷技術で作製し、全ての工程を大気中で行うことを可能とします。高性能なナノデバイスの省エネルギー・低環境負荷な製法としてナノ製造技術のブレークスルーとなることを目指します。

基本論理素子に向けたナノスピンバルブ構造の選択形成

原　真二郎
（北海道大学量子集積エレクトロニクス研究センター准教授）

強磁性体ナノ構造を選択的に形成する独自の手法により、トップダウン型微細加工では困難な「結晶軸が揃った強磁性体／半導体接合構造」をナノメータ領域で任意の位置に形成するビルドアップ型作製技術を確立します。原子レベルで平坦な結晶面・急峻な異種材料接合界面が得られる本手法により、ナノメータサイズの横方向／縦方向スピンバルブ磁気抵抗素子を実現しその基礎物性評価を行うと共に、新しい基本論理素子応用を目指します。

単層マルチカラーエレクトロクロミック材料

樋口　昌芳
（物質・材料研究機構国際ナノアーキテクトニクス研究拠点独立研究者）

次世代表示デバイスの簡素化・省エネルギー化を目的として、単層でRGB（赤、青、緑）カラーを表現できる革新的エレクトロクロミック材料を創成します。電圧によって色を変える有機／金属ハイブリッドポリマーを開発し、金属イオンと有機モジュールの選択により色調を精密制御します。さらに、複数の金属イオン種をハイブリッドポリマー内に導入することで多色表示を実現します。

超尖鋭プローブによる局在場制御と新材料創成

藤田　淳一
（筑波大学大学院数理物質科学研究科教授）

本研究では、超尖鋭金属プローブによる局在場可視化技術を中核技術とし、炭素系・無機系材料に対する局所電子励起反応を解明します。さらに、この超尖鋭プローブによる励起反応を溶接・切断工具として利用するグラフェンシートの切り貼り型ナノ製造加工技術や、酸化物系材料の電子励起接合形成技術の研究を行います。すなわち、超尖鋭プローブによるトップダウン型自己組織化反応制御技術を開発し、新概念電子機能素子構造の創出を目指します。

生体ナノ粒子を模倣した医療用金属ナノ粒子の創製

村上　達也
（京都大学物質-細胞統合システム拠点助教）

生体にはHDLと呼ばれるナノ粒子が存在します。HDLは善玉コレステロールとして知られており、いわば生体にとって良い働きをするナノ粒子です。一方で金属ナノ粒子は、医療機器と組み合わせることにより、次世代の癌治療に応用できると期待されています。この研究ではHDLと金属ナノ粒子の機能を組み合わせることにより、生体には優しく、癌には厳しいナノ粒子を創製することを目指します。

相変態を利用したバルク熱電材料のナノ構造化

池田　輝之
（カリフォルニア工科大学材料科学分野科学技術振興機構　さきがけ研究者）

熱電変換技術は、従来捨てられていた熱の電気としての有効利用を可能にします。そのための材料には高い電気伝導性と低い熱伝導性という一見相矛盾した性質が求められます。本研究では、自己組織化作用を利用した熱電材料のナノ構造化により、高い材料性能を引き出すことを目指します。熱電変換技術の広汎な活用に向け、材料の高い性能と手間のかからない製造プロセスを実現します。

ナノ半導体への不純物ドーピング効果の解明と低抵抗ナノフィルム半導体の創製
（最先端・次世代研究開発支援プログラム採択による研究終了）

内田　建
（東京工業大学大学院理工学研究科准教授）

ナノスケール半導体は、量子効果によりバルクと異なる性質を示すことが知られており、次世代情報処理デバイス用の高機能性材料として注目を集めています。一方で、半導体デバイスの実現には、ドナーやアクセプターとよばれる不純物原子を導入することが必要です。本研究では、ナノ半導体に不純物原子を高濃度で導入する方法を開発するとともに、ナノ半導体中での不純物原子の特異な性質を明らかします。

電界誘起二次元伝導層の熱起電力と制御

太田　裕道
（名古屋大学大学院工学研究科准教授）

伝導電子の熱的ド・ブロイ波長よりも薄いSrTiO₃二次元伝導層は、量子サイズ効果により巨大な熱起電力を発生するため、クリーンエネルギー技術の一つである熱電変換用の材料として注目されています。本研究では、SrTiO₃電界効果トランジスタに高ゲート電圧を印加することにより電界誘起二次元伝導層の厚さを熱的ド・ブロイ波長以下に制御し、その巨大熱起電力を利用した高効率熱電変換材料の創製を目指します。

グラフィン融合助剤を用いた高強度軽量カーボンワイヤーの創製

佐藤　義倫
（東北大学大学院環境科学研究科准教授）

本研究では、1本のカーボンナノチューブの持つ高強度機械特性を、バルク領域まで反映させた高強度軽量のカーボンワイヤー創製技術の確立を目指します。具体的には、アセンブリー技術によりカーボンナノチューブ繊維を作製し、この繊維にグラフィン面結合・融合助剤を添加し、回転かつ引張応力を負荷しながら熱処理することにより、個々のカーボンナノチューブ同士を融合させ、高強度軽量カーボンワイヤーを創製します。

方向性結合手を有するナノ粒子の製造及び応用技術の開発
(ご本人逝去による研究中止）

鈴木　健二 (ご逝去）
（理化学研究所前田バイオ工学研究室科学技術振興機構　さきがけ研究者）

本研究では、ナノ粒子の表面に、DNAや化学官能基などを、数や位置を精密に制御して固定するための普遍的な方法論を提案し、そのための基礎技術を確立します。さらに、この技術を利用して、ナノ粒子表面に導入した方向性結合手を介して、ナノ粒子間での自己集合を制御し、ナノ粒子複合体のキラリティや、ナノ粒子結晶の結晶性制御を実現します。

被覆共役ポリマーの合成とそのナノ分子デバイスへの応用
（最先端・次世代研究開発支援プログラム採択による研究終了）

寺尾　潤
（京都大学大学院工学研究科・物質エネルギー化学専攻准教授）

環状分子に連結したπ共役ゲスト分子の自己包接により得られる被覆共役モノマーを重合することにより、高い安定性および機能性を有する被覆共役ポリマーの合成法の開発を目指します。また、異なる機能を持つ被覆共役分子が入った溶液にナノ電極を順に浸し、ナノ空間内で連続的に化学反応を行い、溶液プロセスによる単一分子デバイスの作製を試みます。さらに、本手法を応用し、次世代のナノエレクトロニクス素子の開発を目指します。

強磁性絶縁体超薄膜を用いた新規スピントロニクスデバイスの創製

長浜　太郎
（北海道大学大学院工学研究院准教授）

現在問題となっているIT機器の消費電力の問題を解決するには、不揮発性を有するスピントロニクスの活用が有望です。中でも、強磁性絶縁体超薄膜を用いたトンネル素子は、アップスピン電子とダウンスピン電子をより分ける働きを持つため、「スピンフィルター」と呼ばれます。このスピンフィルターと半導体テクノロジーを融合し、省電力性に優れた新規スピントロニクス素子の開発を目指します。

ナノ構造スピン系の電界制御

野崎　隆行
（産業技術総合研究所ナノスピントロニクス研究センター研究員）

スピン自由度を利用して革新的なデバイスの創製を目指す「スピントロニクス」では、低電力での情報書き込み技術が重要な課題となります。本研究では、電界によるナノ構造磁性体の磁気異方性制御を利用し、本質的に電流をほとんど必要としないスピン状態制御法の確立を目指します。その基盤技術として電界誘起型強磁性共鳴を実現し、そのスピンダイナミクスを解明するとともに、新たな純スピン流生成法の可能性を探ります。

異種分子接合型ナノワイヤーの精密構造制御と機能

堀　顕子
（北里大学理学部化学科助教）

金属が高度に配列した異種分子接合型ナノワイヤーを、静電的相互作用を用いることから高選択かつ速やかに組み上げる手法を開発します。ナノワイヤーの中心には異なる種類の金属イオンを交互に一直線に配列することができます。金属のまわりを有機分子が覆っていることから、ナノサイズの電気コードになることが期待できる方法です。本手法を使って金属協同効果が織りなす新しい伝導・磁気・光複合材料の創成を目指します。

酸化物へテロナノワイヤ構造体による不揮発性メモリ素子の創製
（最先端・次世代研究開発支援プログラム採択による研究終了）

柳田　剛
（大阪大学産業科学研究所准教授）

本研究では、微細加工限界を凌駕したナノ空間で機能が集積された遷移金属酸化物へテロナノワイヤ構造体を、自然の摂理を用いた自己集合的な手法で設計・創製します。さらに基板上での位置制御技術により作製される高集積化ナノワイヤ構造体を用いて、制限ナノ空間における不揮発性メモリ素子動作を、そのメカニズムの解明と共に実証することを目指します。