戦略目標：「レアメタルフリー材料の実用化及び超高保磁力・超高靱性等の新規目的機能を目指した原子配列制御等のナノスケール物質構造制御技術による物質・材料の革新的機能の創出」
研究領域：「新物質科学と元素戦略」
研究総括：細野 秀雄（東京工業大学 フロンティア研究機構／応用セラミックス研究所 教授）
さきがけ
| 氏名 | 所属機関 | 役職 | 課題名 | 研究型 | 研究 期間 |
課題概要 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 石坂 香子 | 東京大学 大学院工学系研究科 | 准教授 | 酸化物半導体表面における新機能の探索 | 通常型 | 3年 | 結晶の表面近傍における電子系は、内部の固体そのものにはない機能を引き出します。これまですでに透明電極や光触媒として実用化されているものもあり、新たな物質探索手法の１つとして注目され始めています。本研究では、ありふれた材料でありながら、元素の種類によりさまざまな性質を示す酸化物半導体の表面を対象とし、電子分光とレーザーを組み合わせた手法を用いて、表面に現れる電子構造の解明とその光応答の探求を目指します。 |
| 竹内 恒博 | 名古屋大学 エコトピア科学研究所 | 准教授 | フェルミ準位近傍の微細電子構造と特徴的フォノン分散を利用した環境調和型熱電材料と機能性電子材料の創製 | 通常型 | 5年 | 第一原理計算や高分解能角度分解光電子分光などの先端的な研究手法を駆使すれば、熱電物性を支配する電子構造とフォノン分散に関する情報が得られます。本研究では、これらの情報を最大限に活用することで、熱電材料を環境に優しい合金系において、廃熱から電力を回収できる環境調和型熱電材料と、自動車や電子機器におけるエネルギー利用効率を高めることが可能な機能性電子材料を創製することを目指します。 |
| 辻 勇人 | 東京大学 大学院理学系研究科 | 准教授 | 有機エレクトロニクスの革新に資するユビキタス有機材料の開発 | 通常型 | 3年 | 本研究では、炭素、酸素、窒素等のありふれた元素から、エネルギー・環境問題解決に資する革新的機能性物質の創製を目指します。特に、クラーク数第一位の酸素を鍵とする環状化合物である「フラン」が縮環したπ共役系分子に注目します。分子構造を自在に修飾することで、分子配列を制御し、電荷移動度が高い材料の開発を図るほか、新たな原理の省エネルギー型発光素子や太陽光エネルギーの有効利用による高効率太陽電池の開発等を行います。 |
| 中野 秀之 | （株）豊田中央研究所 無機材料研究部 | 主任研究員 | 遷移金属フリーのアニオン二次電池の開発 | 通常型 | 3年 | リチウムイオン二次電池は車載用電源として普及し始めています。本研究では、リチウムイオン二次電池並みのエネルギー密度と、キャパシタに匹敵する出力密度と安全性を兼ね備えた蓄電デバイスを、コバルトやニッケル等の遷移金属を用いずに構築することを目標とします。そのため、電気化学的酸化・還元に伴い、アニオンを吸蔵・脱離可能なイオン化シリコンを創製し、アニオンを電荷担体とする新原理蓄電デバイスに挑戦します。 |
| 西山 宣正 | 愛媛大学 地球深部ダイナミクス研究センター | 准教授 | ＳｉＯ２ナノ多結晶体：超高靭性高硬度を有する新材料の開発 | 通常型 | 3年 | 本研究では、硬く割れにくいセラミックスであるナノ多結晶スティショバイト（ＮＰＳ）の実用化を目指します。ＮＰＳは硬質材料として、広く使用されている炭化タングステンよりも優れています。ＮＰＳは地球上に最もありふれた成分であるシリカ（ＳｉＯ２）からできているので、それを実用化できれば、レアメタルであるタングステンの消費量を大幅に抑えることができます。ＮＰＳは来るべき持続可能社会に適合した硬質材料です。 |
| 野呂 真一郎 | 北海道大学 電子科学研究所 | 准教授 | 「フェイク分子」法による多孔性金属錯体空間の超精密ポテンシャル制御とオンデマンド二酸化炭素分離機能発現 | 通常型 | 3年 | 既存吸着分離材料であるゼオライトと比較してより高効率に二酸化炭素を分離できる多孔性金属錯体の開発を行います。本研究では、表面分子固溶に基づく「フェイク分子」法により、従来分子合成技術では構築不可能な“仮想分子”を構築し、吸着ポテンシャル場を“超精密”に創出することで、オンデマンドな二酸化炭素分離機能発現を目指します。 |
| 畠山 琢次 | 京都大学 化学研究所 | 助教 | 次世代半導体材料を目指した螺旋π共役分子の創製 | 通常型 | 3年 | 有機薄膜太陽電池、有機ＦＥＴ、有機ＥＬの高効率化を可能とする次世代の有機半導体材料として螺旋（らせん）π共役分子を創製します。具体的には、多環式芳香族炭化水素類の炭素骨格にホウ素や窒素といったヘテロ元素を導入（元素ドーピング）することで、分子構造を変えることなくＨＯＭＯ・ＬＵＭＯエネルギーを最適化します。そして、その配列を高度に制御することでデバイス性能の飛躍的向上を目指します。 |
| 藤田 武志 | 東北大学 原子分子材料科学高等研究機構 | 准教授 | ユビキタス元素を用いた革新的ナノポーラス複合材料とデバイスの創成 | 通常型 | 3年 | 近年、電解液中で合金中の特定の元素のみを溶出する方法（脱合金化）によって新奇なナノポーラス金属が生成され、バイオ生体分野、化学分野、エネルギー分野にまたがり、大きな学術領域が形成されています。本研究では、その特長のある３次元構造と表面特異性に着目し、ユビキタス元素を用いたナノポーラス金属と機能性材料の複合材料を用いることで、革新的なデバイスの創成に取り組みます。 |
| 堀毛 悟史 | 京都大学 大学院工学研究科 | 助教 | 固体イオニクス未開領域を拓く錯体集積体の創出 | 通常型 | 3年 | 固体中でイオンが高速で流れる化合物は、電池の固体電解質として性能の鍵を握る材料です。本研究では既存材料では実現が難しいイオン伝導機能を、金属と有機物から組み上がる「錯体集積体」を駆使して創出します。特にこれらの構造ダイナミックス・固体界面場・金属欠陥などの特性を利用し、無加湿・中温度領域の高プロトン伝導、高ＯＨ-イオン伝導を実現し、燃料電池のエネルギー効率の劇的向上・貴金属フリー化を行います。 |
| 松尾 司 | （独）理化学研究所 基幹研究所 | 副ユニットリーダー | 低配位汎用元素を鍵とする機能性物質科学の開拓 | 通常型 | 3年 | 本研究は、配位数の少ない低配位構造を有するケイ素などの汎用典型元素や鉄などの汎用遷移金属を鍵として、従来の化学結合論や磁性研究の常識の枠を超える新しいパイ共役電子系や磁性材料の開発を行います。未だ知られていない「低配位汎用元素」の持つ物性や機能を深く理解して利用することにより、元素戦略の観点から機能性物質科学の新領域を開拓し、新しいサイエンスに立脚した革新的な材料研究の開発に貢献します。 |
| 薬師寺 啓 | （独）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 | 主任研究員 | 単原子層デザインによる希少金属フリー超高磁気異方性薄膜の開発 | 通常型 | 3年 | コンピュータのゼロ待機電力化による劇的な消費電力削減を可能とする、磁性体エレクトロニクス（スピントロニクス）の超高性能化を目指します。これまでは貴金属やレアアースに頼った開発がほとんどでしたが、本研究では、原子の配列に特徴的なデザインを付与するという、これまでにない新しい切り口を開発の柱とすることで、安価で入手容易な金属のみによる、性能向上のブレークスルーにチャレンジします。 |
| 山本 明保 | 東京大学 大学院工学系研究科 | 助教 | 粒界エンジニアリングで創る超高保磁力ユビキタス磁石 | 通常型 | 3年 | レアアースを含まず、ネオジム磁石以上の高保磁力を持つ小型磁石の創製に挑戦します。強力擬似永久磁石としての素質を持つ高温超伝導バルクは、超高保磁力の起源となる永久電流が結晶粒界で数％以下に抑制される「弱結合」というアキレス腱を持ちます。本研究では単一粒界を用いた起源解明、固体化学的手法による弱結合の克服・軽減に有効なプロセス設計を通じて、液体ヘリウムフリーで動作可能な超高保磁力磁石を実現します。 |
（五十音順に掲載）
＜総評＞ 研究総括：細野 秀雄（東京工業大学 フロンティア研究機構／応用セラミックス研究所 教授）
第２期にあたる今回の公募には１７５件の応募があり、書類選考を経て２７名の候補者に対して面接選考を実施し、最終的に１２件の提案を採択しました。女性研究者による提案は９件ありましたが、採択に至ったものは１件でした。また、今回は大挑戦枠で採択になった提案はありませんでした。
昨年の総評の際に、以下の留意事項を記しました。
細分化された領域でしかテーマ設定が理解できない提案ではなく、コンセプトやアプローチが明確で、隣の分野のエキスパートなら容易に理解できることが必要です。
提案内容に関する予備的な検討結果が必要です。全くのゼロからの挑戦的研究を３年間で行うという提案を採択してくれというのは明らかに無理です。
本領域の趣旨を求めているものをもう一度確認してください。本領域では、単なる希少元素の代替や使用量低減を求めていません。あくまで、サイエンスに立脚した、元素の伝統的なイメージを超えるブレークスルーを狙う提案を求めています。
今年の提案では、とについては、かなり周知されてきたことがはっきり読み取れるものが大幅に増えました。しかしながら、についてはいまだかなりの割合の提案が努力を要する、と判断されました。本領域の元素戦略は、これまでの元素のイメージを刷新するような試みを求めています。そのため、伝統的な分類や細目を超えた提案が望まれるので、狭い領域でしか通用しない説明や用語を多用した内容では明らかに不十分です。広い視点に立ち、隣接分野のエキスパートにもエッセンスが理解できるような内容と表現の工夫が必要です。
選考に際しては、本領域で採択されたことにより飛躍が期待できるかどうかを重要視しました。提案テーマの分野、所属などよりも、研究内容そのものを優先しました。また、領域アドバイザーの主宰する研究室メンバーからの提案については、それ以外からの提案よりも採択に関して高い基準を設定しました（領域総括の利害関係者は応募不可）。その結果、採択された１２件の提案は、いずれも本領域の趣旨に合致し、内容の優れたものです。例えば、地球科学の気鋭研究者による、ありふれた酸化物で超硬合金（ＷＣ）に匹敵する高硬度でしかも脆くない機械材料を作製するという提案は、まさに本領域が求めているものの典型例といえます。それ以外にも、これからどう展開するかワクワクするような提案があり、これからが楽しみです。今回の選考に惜しくも漏れた提案の中にも、もう少し予備的に検討が進んでくれば十分に採択候補となりうると思われるものがいくつもありましたことを付け加えます。