研究テーマ（Ａ） 【グリーンナノサイエンス・デバイス研究開発】
１） 量子もつれ光を用いた新しい物質・材料の創成と生命研究への展開
- [研究概要]
- 量子もつれ光とは、構成する光子間に強い相関をもつ、通常のレーザー光線などとは全くことなる光の状態である。量子もつれ光の研究は、量子情報通信処理の発展の中で近年精力的に進められてきた。その発展に伴い、量子暗号や量子コンピュータなどの次世代情報通信処理だけでなく、レーザー光などの従来の光では実現不可能な「光と物質との相互作用」や、さらにはその限界を超えた、感度の高い光計測技術などの可能性が、最近理論的に指摘されている。
本研究は、「光子一粒が制御された光」という新しい光の状態を利用する、全く新しい物質・材料・生命研究を、将来的な物質・デバイス領域における新しい学術領域の創出を視野に入れて進めようとするものでる。たとえば、「物質・材料における多光子プロセスの、不確定性原理による限界を超えた高い時間・空間分解能での観察」、「量子もつれ光を用いた、生命現象の超高感度観測技術の開発」などの実現が期待される。本テーマでは「A-5 電子系化合物合成を基盤とする分子光エレクトロニクス」とも連携 して課題に取り組む。
- [オーガナイザー]
- 笹木 敬司 （北海道大学電子科学研究所教授）
- [共同研究教員]
- 竹内 繁樹 （北海道大学電子科学研究所教授）
- 居城 邦治 （北海道大学電子科学研究所教授）
- 田中 秀和 （大阪大学産業科学研究所教授）
- 横山 士吉 （九州大学先導物質化学研究所教授）
２） ナノテクノロジーを基盤とする次世代エネルギー材料・デバイスの物質科学
- [研究概要]
- 再生可能エネルギー普及と持続可能社会構築に資するエネルギー変換デバイス、エネルギー貯蔵デバイスに資する革新的新材料の探索的研究を行う。ナノテクノロジーを基盤として発展する機能性ナノ物質、単原子層電極、カーボンナノチューブ・グラフェン等の新炭素材料、CVD・超臨界流体などの安価量産的合成技術、リチウムイオン電池・キャパシタ等の電力貯蔵デバイス用の炭素電極素材、太陽電池用化合物半導体および超伝導体酸化物薄膜の高速製膜技術など次世代型エネルギー材料・デバイスの物質科学の学理を確立する。
① エネルギー材料のナノプロセッシング
超伝導デバイス・太陽電池半導体薄膜およびキャパシタ電極用の高比表面積炭素電極などの安価高速製造プロセッシングの基礎研究を行う。ナノ界面制御技術に基づき高結晶性、欠陥フリー、高イオン伝導性、低抵抗性の高性能エネルギーデバイスの材料要素技術確立を目標とする。
② 革新的エネルギー物性の探究
理論物理・理論化学の知見に基づき新しい電子・イオン輸送現象・貯蔵原理の提唱や高出力特性のメカニズム解明を進め、革新的エネルギー材料創製の基礎学理を構築する。ナノ界面、単原子層シート、ナノグラフェンなど量子物性発現のメカニズム解明と新材料デバイス開発を結びつける。
- [オーガナイザー]
- 本間 格 （東北大学多元物質科学研究所教授）
- [共同研究教員]
- 本間 格 （東北大学多元物質科学研究所教授）
- 笘居 高明（東北大学多元物質科学研究所助教）
- 加納 純也（東北大学多元物質科学研究所教授）
- 張 其武 （東北大学多元物質科学研究所助教）
- 安藤 陽一（大阪大学産業科学研究所教授）
- 瀬川 耕司（大阪大学産業科学研究所准教授）
- 尹 聖昊 （九州大学先導物質化学研究所教授）
３） 革新的グリーン化学システム構築へ向けたマテリアルサイエンス
- [研究概要]
- 本共同研究では、化学エネルギーから発電を行う燃料電池、太陽光から発電を行う太陽電池、蓄電を行う２次電池・キャパシタといったエネルギーデバイスの高効率化に加え、物質変換のための反応・触媒の高機能化など、グリーン化学プロセスに革新をもたらす新物質を開拓する。資源化学研究所における合成化学および化学工学グループが共同研究教員となり、有機、高分子、無機有機ハイブリッド、ナノ構造体などの高度な合成技術を駆使して新機能物質を創製し、それらを最先端の化学工学に基づき集積化、デバイス化することにより、超省エネルギー・超低環境負荷化学システムの構築を目指す。
- [オーガナイザー]
- 福島 孝典 （東京工業大学資源化学研究所教授）
- [共同研究教員]
- 山口 猛央 （東京工業大学資源化学研究所教授）
- 穐田 宗隆 （東京工業大学資源化学研究所教授）
- 山元 公寿 （東京工業大学資源化学研究所教授）
- 宍戸 厚 （東京工業大学資源化学研究所准教授）
４） 創エネルギー・省エネルギーナノデバイスの開発研究
- [研究概要]
- エネルギー課題解決に向け、次世代エネルギー創成デバイス、Siデバイス超省電力化の実現に向けて、新たなデバイス設計やプロセスの開拓、既存のデバイスを凌駕する機能を持つ物質の創製、さらに、蓄積されたナノテクノロジーを活用した新機能デバイスの創製に関する研究を行う。対象分野として、例えばソーラーデバイス、蓄電デバイス、ナノカーボンエレクトロニクス・デバイスなどが挙げられる。重点課題目標に資する、①次世代パワー半導体SiC、GaNのヘテロ界面の欠陥構造の研究、②生まれ変わるSi技術と新たな展開（プロセスと微細構造、ソーラー、省エネ半導体）、③新電池技術の提案、④ITO代替のためのナノインク透明導電膜（ナノインク合成・焼成プロセス）実験によるナノデバイス動作デモンストレーションなどに関する共同研究を行う。
応募研究者のアイデアが、拠点研究者の研究成果・設備を利用することにより実現され、相乗効果により新たな研究領域の形成につながる研究提案を募集する。
- [オーガナイザー]
- 菅沼 克昭 （大阪大学産業科学研究所教授）
- [共同研究教員]
- 竹田 精治 （大阪大学産業科学研究所教授）
- 小林 光 （大阪大学産業科学研究所教授）
- 岡田 重人 （九州大学先導物質化学研究所教授）
- 村松 淳司 （東北大学多元物質科学研究所教授）
- 阿尻 雅文 （東北大学多元物質科学研究所教授）
５） 電子系化合物合成を基盤とする分子光エレクトロニクス
- [研究概要]
- 得意なσ電子やπ電子構造を有する有機系化合物はこれまでにはない新しい分子特性の発現や無機・半導体材料を超える高い光・電子特性を持つことで期待されている。一方、これらの新規化合物の合成には卓越した有機合成技術が必要であることから、分子フォトニクスやエレクトロニクス材料として展開するには、合成化学分野と密接に連携した共同研究を実施することが重要である。本重点課題では、「電子系化合物の合成を基盤とする研究者」と「機能応用を目指す研究者」が研究連携することによって、新たな電子系化合物の開拓に関する先端的な研究を推進する。
合成を目指す電子系化合物の候補としては、π電子系ヘテロ分子、σ電子系シリコン化合物、π電子縮合系共役分子などが挙げられる。これらを応用した分子特性は開拓では、光・電子応答の解明やスイッチング応用、およびこれを実現する高精度な分子プロセス技術が必要となる。本テーマでは「A-1量子もつれ光を用いた新しい物質・材料の創製と生命研究への展開」とも連携し、高度な有機合成技術によって創出される新規電子系化合物の開拓と分子光エレクトロニクスへの応用につながる材料基盤技術の拡充を目指す。
- [オーガナイザー]
- 横山 士吉 （九州大学先導物質化学研究所教授）
- [共同研究教員]
- 永島 英夫 （九州大学先導物質化学研究所教授）
- 友岡 克彦 （九州大学先導物質化学研究所教授）
- 谷 文都 （九州大学先導物質化学研究所教授）
- 小坂田 耕太郎（東京工業大学資源化学研究所教授）
- 竹内 繁樹 （北海道大学電子科学研究所教授）
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