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資料1

戦略的創造研究推進事業 総括実施型研究(ERATOタイプ)
(平成18年度発足)

研究領域「マルチフェロイックス」

写真

十倉 好紀 氏
(東京大学 大学院工学系研究科 教授)

研究領域「マルチフェロイックス」の概要
 固体中では、外部から加えられた磁場(H)は磁化(M)を、電場(E)は電気分極(P)を誘起しますが、磁化と電気分極が強く絡み合う現象の研究は現代においてもなお、未開拓と言ってよい分野です。
 19世紀末、Pierre Curieによって電気磁気効果(磁場で電気分極を、また電場で磁化を起こす効果)を示す物質の存在が予言されました。それから60年以上経た1960年頃、ようやくロシアの研究者によって電気磁気効果の基となる物質相(マルチフェロイックス=強誘電性と強磁性が共存する物質相)が発見されましたが、その電気磁気効果は非常に弱く、応用上の意味を持つまでには至りませんでした。ところが、最近、強い電気磁気効果を持つマルチフェロイックスが、十倉等によって発見された(2006年)ことで、Pierre Curieの予言が改めて注目を集めるようになってきました。このマルチフェロイックスは、世界で初めて磁場による電気分極の反転を示しただけでなく、その逆の電場による磁化反転の存在を示唆しており、この材料系の大きな広がりを予感させられるものでした。強い電気磁気効果は、磁化と電気分極の強い相関から生まれますが、この未開拓の分野の研究を進めることは、科学的に大きな意義を持つだけでなく、これまで存在し得なかった動作原理に基づく革新的な電子デバイスの創製につながると期待されます。
 本研究領域では、磁化と電気分極の強い相関を持つマルチフェロイックスの創製と、その物性を説明する学理の構築を総合的に行うことで、材料の新たな設計指針を見出しつつ、ものづくり手法の高度化と合わせて、新規材料群の開拓を行います。また、将来の電子デバイス創製に向けて、電気磁気相関の制御技術の基礎を築きます。それに加え、強い電気磁気相関によって発生する特異的な光学応答現象を研究するための電気磁気光学を創成します。
 具体的には、次の二つの設計指針、a) マルチフェロイックスとなりうるスピン超構造(電子スピンの方向が結晶格子上で周期的に変化している構造)を持つ物質群の探索、b) 強磁性物質を含み電気分極が発生するよう設計された人工的な界面物質相の形成、に沿って材料開発を行います。これを実行するために、理論設計、バルク単結晶育成、界面物質相作成の各項目について、研究を進め、物質探索と創製を行います。また、見出されたマルチフェロイックスの磁化と電気分極の相関を実験によって検証し、その物性機能発現のモデル化を行います。それによって、より強い電気磁気効果を持つ物質の開発を目指すと同時に、電気磁気相関の制御技術の基礎を築きます。また、方向2 色性などのマルチフェロイックス特有の様々な電気磁気光学効果の検証、それを用いたレーザ発振の可能性の探索など、新たな研究分野である電気磁気光学を創成します。加えて、放射光施設におけるビームライン・測定系の開発によって、電気磁気効果の基礎となる構造物性研究を行います。
本研究領域は、「マルチフェロイックス」という新たな概念を導入した固体電子物理学の新展開を目指すものであり、これを精密に制御することで新規な物性を発現させる方法論の確立につながると期待されます。さらに、わずかな消費電流(変位電流のみ)による磁化制御機能を用いた省電力半導体記録素子など、革新的な電子デバイスの創製につながると期待できます。よって、本研究領域は、戦略目標「情報処理・通信における集積・機能限界の克服実現のためのナノデバイス・材料・デバイスの創製」に資するものと期待されます。
研究総括 十倉好紀氏の略歴等

1.氏名(現職) 十倉 好紀(とくら よしのり)

 (東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻 教授)52歳

2.略歴

昭和51年3月 東京大学工学部物理工学科卒業
昭和56年3月 東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻博士課程修了工博
昭和56年4月 東京大学工学部物理工学科助手
昭和59年8月 東京大学工学部物理工学科講師
昭和61年7月 東京大学理学部物理学科助教授
平成 6年1月 東京大学大学院理学系研究科物理学専攻教授
平成 7年4月 東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻教授
この間
平成 5年 7月〜平成14年 1月工業技術院・産業技術融合領域研究所・アトムテクノロジー研究体グループリーダー・フィールドリーダー(併任)
平成13年 4月〜平成20年 3月(予定)産業技術総合研究所強相関電子技術研究センター長(併任)
平成13年10月〜平成18年 9月科学技術振興機構 創造科学技術推進事業「スピン超構造」プロジェクト総括責任者(併任)

3.研究分野

 物性物理学強相関電子系分野、光物性分野

4.学会活動等

 第20期日本学術会議会員
 21 世紀COE「強相関物理工学」(東大)拠点リーダー、
 「Science」誌前シニア・エディター、「固体物理」誌編集委員、
 「Journal of the Physical Society of Japan」誌アドバイサリー・ボード、
 国際ワークショップ(JRCAT,CERC,ERATO、国際高等研共催)「強相関電子系の相制御」
 1996 年以来9 回のオーガナイザー
 その他の国際会議アドバイザリー・ボード多数

5.業績等

 強相関電子物理学分野において、数多くの先駆的かつ独創的な研究業績を挙げ、内外で主導的な役割を果たしてきた。強相関電子系関連研究の初期には、高温超伝導の転移温度のドーピング濃度依存性、十倉ブロック層ダイアグラムによる高温超伝導体設計とそれに基づく新規高温超伝導体の発見、など現代の高温超伝導研究の基幹となる成果を挙げている。その後、より広範な強相関電子系物質群の開拓を目指し、絶縁体−金属転移(モット転移)の探求を行っている。具体的には、フィリング(電子数)制御とバンド幅(電子遍歴性)制御の両方が可能なペロブスカイト型遷移金属酸化物の系統的な単結晶合成と広範な電子物性測定により、強相関電子系での相転移現象の特徴を次々と明らかにしてきた。これらの基礎的研究により、強相関電子系の重要性の認識が広まり、ポスト高温超伝導研究の新しい流れが生み出された。その他の特筆すべき例として、マンガン酸化物などの巨大磁気抵抗(CMR)物質の開発と多彩なCMR効果の電子論的機構の解明を果たしたことが挙げられる。  CMR効果の本質は、結晶格子上に周期的に固定された電子状態(軌道・電荷秩序状態)が、磁場によってrbM融解されることであるが、この物理の本質をCMR研究の早い時期から見抜き、世界的な大流行となったこの分野の研究を主導してきた。最近では、スピン超構造体における新しい磁気電気的・磁気光学的物性の発現に関する研究に着手し、強磁性体の異常ホール効果に関する斬新な物理イメージを導出するなど大きな成果を挙げており、この成果が本研究領域「マルチフェロイックス」の基礎となっている。
 また、有機物質・光物性研究分野においても、大きな研究業績を残している。たとえば、共役ポリマーの1次元励起子構造を明らかに、その非線形光学応答における重要性を定量的に指摘した。また、有機電荷移動錯体や共役ポリマーにおける光誘起相転移現象をはじめて観測し、我が国を中心とする盛んな研究のさきがけとなった。
 既発表論文はNature誌15編、Science誌16編、Phys.Rev.Lett.誌90余編、他。


6.受賞等

平成 2年 仁科記念賞:「電子型高温超伝導体の発見」
平成 2年 IBM 科学賞:「高温超伝導物質の一般則の発見」
平成 3年 Bernd Matthias Prize:「高温超伝導体の普遍性の実証」
平成10年 日産科学賞:「酸化物巨大磁気抵抗の発見と機構」
平成11年 日本物理学会論文賞:「Giant Magnetotransport Phenomena in Filling-Controlled Kondo Lattice System」
平成14年 朝日賞「強相関電子物質の研究」
平成15年 紫綬褒章「物性物理学研究功績」
平成17年 James C. McGroddy Prize for New Materials:
 「新しいスピン電荷秩序をもつ遷移金属酸化物の創製」