プロジェクトについて

ERATO内田磁性熱動体プロジェクトでは、マクロスケールで磁気を利用して自在に熱変換・熱制御・熱移送できる新エネルギー材料群「磁性熱動体」の創製に取り組みます。従来、熱スピン変換やスピンによる熱制御機能はナノスケールでのみ顕在化し、実用可能なサイズにスケールアップできないことが課題でした。本プロジェクトでは、固定概念に囚われない多階層構造・相界面設計と時空間熱計測技術によりこのスケールの壁を打ち破り、マクロスケールでエネルギーの高効率利用に資する機能性材料を開発します。

総括メッセージ

研究総括

内田　健一 Ken-ichi UCHIDA
国立研究開発法人 科学技術振興機構(JST) ERATO内田磁性熱動体プロジェクト　研究総括
国立研究開発法人 物質・材料研究機構(NIMS) 磁性・スピントロニクス材料研究センター
スピンエネルギーグループ　上席グループリーダー
東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻　教授

　磁石は、電気自動車用モータや発電機に用いられるなど、私たちの生活に無くてはならない材料です。このような身の回りにありふれている磁石を使って、熱を電気に直接変換したり、電流や磁場を印加することで冷却したり、能動的に熱の流れを制御出来たりしたら、革新的な省エネ・創エネ技術に繋がるのではないか、という夢が本プロジェクトの根幹にあります。これを実現するためのエネルギー材料の総称を「磁性熱動体」と定義しており、本プロジェクトではそれぞれ熱変換・熱制御・熱移送を担う熱電永久磁石、磁性複合熱スイッチ材料、相界面制御磁気冷凍材料の３種を創製し、それを応用展開することを目指します。そのための鍵となるのが、次世代電子技術の有力候補であるスピントロニクスと熱電・熱輸送物性が融合することで発展してきた「スピンカロリトロニクス」です。これまで基礎研究に限定されてきたスピンカロリトロニクスに異分野の技術や知見を導入し、スピン（磁気の源）によって駆動される新原理のエネルギーハーベスティング・熱マネジメント技術に発展させることで、持続可能社会の実現に貢献することが本プロジェクトの最終目標です。

　本プロジェクトの核心は、従来ナノスケールでのみ利用可能であった熱とスピンの変換原理とマクロスケールにおける材料物性を結び付けることにあります。スピンカロリトロニクス分野では熱流・電流・スピン流（磁気の流れ）の相互作用に着目することで新しい物理現象が次々と発見されてきましたが、それらの現象の多くはスピン拡散長と呼ばれるナノ～マイクロメートルオーダーの特性長に支配されており、これを既存技術の延長で熱エネルギーの有効利用に資するバルク固体にスケールアップするのは不可能でした。本プロジェクトでは、最先端のスピンカロリトロニクスの知見に基づくトランススケール材料科学と相界面制御により、ナノの世界とマクロの世界に立ちはだかる壁を乗り越え、これまで原理実証や要素機能開拓に留まっていたスピンカロリトロニクスに大きな転換をもたらします。

　博士号取得後の私のこれまでの研究は、常にJSTと共にあったと言っても過言ではありません。2012～2017年度には戦略的創造研究推進事業さきがけ「エネルギー高効率利用と相界面」領域（大挑戦型）においてスピンゼーベック効果（熱流によるスピン流生成現象）の原理拡張と高効率化のための基礎研究に取り組み、2017～2023年度にはCREST「ナノスケール・サーマルマネージメント基盤技術の創出」領域において熱を出力とした各種スピンカロリトロニクス現象の計測法の確立と機能性の実証に取り組みました。これらの成果もありスピンカロリトロニクスは未だ国際的に活発な分野となっていますが、それをいつまでも基礎研究に留まらせていては恒常的な発展は望めません。スピンカロリトロニクスを真に応用を検討できる水準にまで引き上げ、この分野の未来を提示することが私たちの責務であるという決意で、本プロジェクトに臨んでいます。

　本プロジェクトの研究体制は６グループから構成されており、元来スピンカロリトロニクスを専門としていた物性物理分野の研究者のみならず、冶金学(磁石材料開発)・ナノ組織解析・熱計測・伝熱工学などの幅広いバックグランドを有する研究者がグループリーダーとして参画している点が特徴です。この異分野融合に基づいて従来のスピンカロリトロニクスの壁を打ち破り、世界に先駆けて磁性熱動体のための新たな物質・材料科学を創り上げます。

　ご指導、ご支援のほど宜しくお願い申し上げます。