極限材料物性学分野

教授
須藤祐司
准助教
安藤大輔
助教
Shuang Yi (双 逸)

未来技術の実現に向けて、必要不可欠な「材料」の力。社会に求められる材料の創製に向けて、応用を視野に置いた基礎研究を。

 

進展する科学技術を、実際の社会や暮らしに架橋する材料の可能性。
持続可能な社会、環境調和型社会、省エネルギー・低炭素社会など、さまざまな言葉で語られている未来社会の実現のために必要不可欠なのが「材料」です。日進月歩の科学技術を、工業技術へと架橋する―すなわち実際の社会や暮らしへとつなげるのが材料の力であるといえます。また、既存のシステムや製品をさらに向上・進化させていくためにも、材料が担う役割は非常に大きなものがあります。一方で新しい材料が開発された場合、それが適切に実用に展開され、持てる機能を十全に発揮していくためには、性能や信頼性を評価するための新しい計測技術が必要になってきます。
須藤・安藤研究室では、電子デバイスから構造機能デバイス(情報メモリ,環境発電,低摩擦コーティング,軽量構造デバイスなど)まで様々な社会ニーズに応える機能を有する知能デバイスの性能・機能を極限まで引き出す事を目指しています。その実現に向け、電子・化学結合状態といった原子スケールから結晶組織といったナノ・マイクロスケールでの材料相制御や材料界面物性・界面組織制御による機能性の創出や向上に関する研究について取り組み、バルク材料自身の電気物性や強度特性、また、材料界面における電気物性・熱物性、更に、ナノ表面硬さや界面強度といったマルチスケールでの物性評価を通して革新的な知能デバイスへの応用展開を目指し、企業などと連携しながら応用を見据えた基礎研究を行っています。研究対象は、性能・寿命の向上、コスト低減、省エネルギーを目指した次世代型の電子材料や半導体デバイス材料の開発、低摩擦・耐摩耗性コーティングの開発から自動車や航空機材料に求められる軽くて強く耐久性のある材料開発(軽量構造材料として注目されるマグネシウム合金)、また、新しい生分解性の生体材料の開発など多岐に渡ります。

独自の視点とユニークな発想、スピードで、国際競争に先んじる研究成果を。
科学技術は、真理を追究したいという人間の根源的な欲求、そして世界中の研究者同士の切磋琢磨…つまり“競争”を原動力として進歩発展してきたという面があります。材料研究も例外ではなく、常に国際的な開発競争のなかで推し進められています。その背景のひとつには、新しい材料やそれを活用したシステムによって、先端産業が抱える技術的課題が解決した時のインパクト(特に経済面)が非常に大きいという点が挙げられるでしょう。
世界に先駆けた成果を次々と生み出してきた須藤・安藤研究室。その推進力となっているのが、従来の発想にとらわれない独自の視点、新規性を構築する力、そして研究のスピードです。研究機関としての大学の役割を果たしていくことを目的に、須藤・安藤研究室では学生一人ひとりが一つずつの異なるテーマを担う研究体制を敷き、個々が自覚と責任を持って、材料の未来と対峙しています。

Projects

半導体の多形変化を利用した超省エネ型不揮発性メモリ、「多形変化メモリ」

 

MnTe半導体が、ジュール加熱やレーザー加熱といった高速加熱による多形変化により、大きな電気的・光学的特性変化を生じる事を発見。この多形変化は、ある特定の原子面が特定の方向にわずかにずれるだけで実現でき、かつ可逆的に生じるため、超省エネルギーかつ超高速に動作する不揮発型メモリのコア材料として期待されています。

Society 5.0には欠かせない、データを保管する電子デバイス、「不揮発性メモリ」

現在、フラッシュメモリと呼ばれるデバイスが不揮発性型のメモリの主役になっていますが、その記憶容量が原理的に限界に達しつつあるとも言われています。また、膨大なデータを処理するには相当の電力が必要になってくるため、不揮発性メモリ動作の省エネ化も重要な課題となっています。
最近、“相変化メモリ”と呼ばれるメモリが新しい不揮発性型のメモリとして注目されています。皆さんもご存知の様に、水は0℃以下で氷に、100℃以上で水蒸気に変化します。このような物質の状態の変化は、金属材料や半導体材料、絶縁体材料でも起こります。相変化メモリは、ある特殊な半導体材料中の状態(結晶構造)の変化によって引き起こされる電気抵抗の変化を利用してデータを記録する事が出来ます。材料自身の状態の変化を利用する極めてシンプルな動作原理であるため、大記録容量化や動作電力の省エネ化を実現できる革新的なメモリです。

半導体材料の多形変化を利用してデータを不揮発に記憶する

既存の相変化メモリに利用されている材料は、半導体のアモルファス相(原子の並びがランダム)と結晶相(原子の並びが規則的)間の状態変化による電気抵抗変化を利用してデータを記録しています。ただし、結晶相をアモルファス相に変化させるには材料を溶かすほどの大きなジュール熱が必要であり、また、ランダムな原子配置から規則正しい原子配置に変化するために動作速度に限界がありました。新たに見出されたMnTe半導体の多形変化では、原子の規則的な並びが僅かに変化するだけで達成されるため、従来に比較して動作エネルギーを1/20以下まで低減かつ、動作速度を3倍以上高速化することが可能です。
今後、膨大に増加するデータを省エネ、大容量かつ高速に保存・利用するためには、情報を保管するメモリ材料のさらなる性能向上が必要です。材料研究のブレークスルーを視界に置いた須藤・安藤研究室の挑戦は続きます。

Topics

大学院入試を控えた4年生を激励『院試バーベキュー』
お腹はいっぱい、あとはがんばるのみ!

大学院入試に“勝つ”ためのゲン担ぎとして知られているものにトンカツを食べる「院試トンカツ」があります。小池研究室の場合は、ちょっと豪華に炭火焼。毎年8月上旬、総合研究棟1階のテラスで「院試バーベキュー」を開催し、8月下旬に試験を控えた学部4年生を激励します。卸売業者に直接注文するという肉は、実に18キロ! その他、野菜、やきそばなどが、旺盛な食欲に応えます。先輩からの温かい励まし(プレッシャー?)が奏功してか、これまでの受験者の結果も上々です。
みんなで同じテーブルを囲む懇親会を通じて、親睦を深める機会の多い小池研究室。留学生や海外からの研究員が多いことから、会話はおのずと英語に。それぞれの国の習慣や文化について語り合うひとときは、“英語の論文を読んだり、書いたりするのは得意だけど、話すことが苦手”という学生さんの格好の学習機会になっています。