Key Projectsナノアーキテクトニクス材料研究センターが推進するプロジェクトをご紹介

量子イノベーションの原動力を生み出す
物質創製と物性理論

物質をナノスケールまで突き詰めていくと、量子力学の法則に支配された特異な現象が立ち現れる。そうした量子現象を積極的に利用する「量子材料」の創出は、NIMSが重点的に取り組むテーマの１つだ。MANAはその中心的な役割を担う。超伝導物質や強相関物質、低次元物質などを対象に、ナノテクノロジーにより界面を緻密に制御することで、未知の量子現象の発見と、新物質の創製に挑む。また、異種ナノ材料の接合や融合により新たな機能の創出をねらうほか、極低温下での量子現象探索をはじめとした先端評価技術を高度化していく。また、理論や数値シミュレーションを組み合わせることにより、量子状態の源である電子や光子、スピンなどのふるまいをつぶさに描き出し、物質の構造との関係を解き明かしていく。

---

量子デバイス応用に向けた礎を築く
量子機能の実現

量子材料の創出を目指す本プロジェクトの中では、量子デバイス応用に主眼を置いた研究開発も推進中だ。たとえば、量子コンピュータの情報処理や量子暗号通信の光子発振を担う「量子ドット」、従来のエレクトロニクスデバイスを凌駕する性能をもたらす「薄膜トランジスタ」はその一例だ。

さらには、物質中のイオン輸送現象を利用した脳型情報処理用の素子など、革新的な量子デバイスの実現に向けた萌芽的な課題にも取り組むほか、それらのデバイス化を実現するための高度微細加工技術の高度化を進める。日本の国家政策である「量子技術イノベーション戦略」の礎を築くにとどまらず、既存の概念を打ち破り新たな価値を創造していく。

ナノ構造の設計と制御による物質創製
構造デザイン

#1 量子材料のプロジェクトでは、量子技術の基礎基盤研究に収れんするのに対し、本プロジェクトではより広範な機能性ナノ材料を対象に「ナノアーキテクトニクス」を実践していく。ナノ構造のサイズや形状、積み重ね方――これらのほんのわずかな違いからダイナミックな物性の変化が生まれる極微の世界。自在なマテリアルデザインを可能にし、新奇機能を引き出すために、ナノ構造の作製技術・制御技術の高度化を推し進める。ケミカル合成技術を駆使したナノメッシュや超分子、鉄オリゴマーなどの構造化・集積化から、超高圧印加による物質の構造制御まで、そのターゲットやアプローチは実に多彩。ナノ空間や界面などの精緻な制御で、独創的な物質の創製に挑む。

---

材料機能の増強と革新的な機能の創出へ
機能デザイン

ナノ材料の機能は、電子状態や光子の波動、フォノンの伝搬といった現象が司る。それらを操ることで、熱電変換材料やセンサ、触媒材料、光電変換材料といった各種材料の高性能化や、機能の大幅な増強を実現していく。そのために、理論・シミュレーション・データ科学を導入し戦略的な研究開発を進めるほか、最先端の評価機器の開発とその場解析を実施。新奇機能の探索も進める。さらには、「構造デザイン分野」との融合、すなわち新たな物質を機能発現の戦略に積極的に取り込み、異種材料・異種機能の相乗効果を狙う、新融合領域を創出する。ゲームチェンジングな物質・デバイスの開発へとつなげ、幅広い技術分野の発展と社会課題の解決に貢献していく。