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先進エネルギーナノ工学科 教員

大谷 昇(おおたに のぼる) 教授

専門分野:ワイドバンドギャップ半導体、結晶成長、結晶欠陥

ワイドバンドギャップ半導体、特にシリコンカーバイド(SiC)と呼ばれる化合物半 導体単結晶の結晶成長や欠陥物理の研究を行っています。SiC単結晶は、家庭や工場で使われる電気エネルギーのロスを大幅に削減できる可能性を持った半導体材料で、革新的な省エネルギー技術の一つとされています。現在、地球温暖化が深刻な問題となっていますが、今後の持続可能(サステナブル)な社会を実現していくためには、SiC半導体のような省エネルギー技術の研究開発が重要です。当研究室では、SiC単結晶の高品質化に向けた、結晶欠陥発生の素過程の解明や、その知見を基にした結晶欠陥低減技術の開発を産業界と連携して行っています。

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小倉 鉄平(おぐら てっぺい) 准教授

専門分野:計算化学、触媒反応、燃料電池

コンピュータを用いて分子レベルの観点から実際の現象に対する計算解析を行っている。量子化学の理論を用いる事で、原子や分子の動きや反応といった肉眼では見えない世界もコンピュータ上で再現する事ができる。さらに熱統計力学を発展させて扱うことで、完全に理論だけに基づいて実際のスケールや時間に対応した反応プロセスを再現する事にも挑戦している。具体的な研究対象としてはエネファームとして近年実用化されつつある燃料電池電極や、その燃料として注目されている水素の製造触媒における現象解明、理論的設計に取り組んでいる。

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尾崎 壽紀(おざき としのり) 専任講師

専門分野:超伝導、ナノ構造制御、デバイス・線材応用

新規超伝導物質を中心に次世代新機能性材料を設計・探索するとともに、超伝導技術を利用した輸送システム技術の革新を目指します。現在、環境負荷の小さな、自然再生エネルギーを利用した新ネットワーク社会へのニーズが急速に高まっています。具体的には、風力・太陽光発電などの発電システムや再生エネルギー導入のためのスマートグリッドの構築、また、これらに用いられる環境にやさしい高効率エネルギー材料の開発などです。このような自然再生エネルギー材料・技術開発の中で、「超伝導材料」は再生エネルギーの最大の欠点である間欠性を補う広域スマートグリッドの切り札になると同時に、新たな機能を生みだす可能性に満ち溢れています。超伝導体は、銅の100〜1万倍の密度でロスなく電流を流すことができるため低損失、かつコンパクトな送電システムが実現可能になります。我々は、21世紀低炭素社会実現のため超伝導材料技術の実用化を目指した研究を行います。また、結晶成長の観点から、ナノ構造・表面・界面・原子配列制御による既存材料の新機能発現及び新機能性材料を創生していきます。

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金子 忠昭(かねこ ただあき) 教授

専門分野:半導体、ナノテクノロジー、表面物理

半導体を利用して、ナノ領域と呼ばれる原子の大きさが認識出来る極微小の世界を舞台に、三次元的な立体構造を自在につくる研究をしています。ここに電子や光を自在に閉じ込めて、究極の光・電子デバイスや極微小の機械、またDNAチップなどを作製することにより、将来の情報通信、エネルギー、マイクロマシンなどへの応用展開を計ります。これらを可能にする手法はナノテクノロジーとも呼ばれる原子一つ一つを自由に動かす独自技術の開拓です。また、液相・気相・固相を目的に応じて自在に組み合わせる事により制御可能な“場”を発現させたりします。結晶表面には、原子の大きさ程度の階段や複数の原子集団からなる秩序構造など、多種多様な構造形態があり、これらを積極的に用いることにより“Big Science from Small Lab”を目指します。

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鹿田 真一(しかた しんいち) 教授

専門分野:省エネルギー、パワーデバイス、ダイヤモンド

地球温暖化で危機的状況を回避するために、2050年に世界で温暖化ガス排出50%減、先進国80%減が勧告されています。地球温暖化問題は、結局エネルギー問題である事、そもそもの化石燃料の近未来の枯渇を考えると、その関連技術の開発は待ったなしの状況にあり、皆さん若い世代の任務は「古今東西」の中でも際立つ最重要任務と言えるでしょう。

エネルギーを創る、蓄える、運ぶ、使うという本学科の4つのコンセプトの中で、「耐環境機能材料・デバイス研究室」では、いかに上手にエネルギーを使うか、というパワーエレクトロニクスに関するマテリアル研究を行います。エネルギー対応計画の中で、省エネルギー技術には削減量の内の1/3の貢献が求められているが、その研究開発の中心となるワイドギャップ半導体材料、ここでは特に究極の材料「ダイヤモンド」を取り上げ、マテリアルからデバイスに至る課題の解決を目指します。その他、耐熱・耐放射線など耐環境用途を目指したマテリアル・デバイスに関しても取り上げます。

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田中 裕久(たなか ひろひさ) 教授

専門分野:エネルギー変換、ナノ材料工学、環境触媒

100年後にどんな世界が望ましいのか。人々の暮らしを支える技術やエネルギーの実現を時間軸で考え、ロードマップに落し込み、研究テーマ化します。もちろん100年後のテーマを今から取り組むのではなく、北極星の如くその道しるべに沿って1歩ずつ研究を進めていきます。具体的にはナノレベルで構造制御した材料研究により、液体燃料から直接発電する「燃料電池」・傷んだら自己治癒する「自動車排ガス浄化触媒」・プラズマによる「ディーゼル排出粒子浄化」・水素爆発を未然に防ぐ「水素再結合触媒」などを開発してきました。これからも産業界や大学・研究所との国際的な連携により「Mastery for Service」を実現することをミッションと考えています。

「答えはひとつではない」社会では答えのない問題(Aporia)に直面したり、自ら課題形成しその答えに悩むということを多く経験していくことでしょう。1つの答えで満足せず前提条件を変えながら別解を求め、深堀りしていく楽しさを味わって欲しいと思います。ダイバーシティ(diversity:多様性)を考えていくと研究テーマはいくらでも沸き出てくることを、是非皆さんに経験して欲しいと希望します。

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日比野 浩樹(ひびの ひろき) 教授

専門分野:二次元物質、表面物性、結晶成長

次世代の電子・光素子の構成材料として、炭素原子の二次元シートであるグラフェンに代表される二次元物質と、それらの複合材料を研究しています。二次元物質は、フレキシブルで透明、軽量という共通的な特長に加え、物質毎に様々な優れた特性をもち、幅広い応用が見込まれています。将来、二次元物質によって、身に付けていることを感じさせないコンピュータなどが可能になるかもしれません。

ところが、現状、産業応用に適した大面積で高品質な二次元物質の合成法は確立されていません。本研究室では、二次元物質の結晶成長の様子をナノメートルスケールで顕微鏡観察することを通して、成長機構を解明するとともに、高品質な結晶成長法を確立します。また、二次元物質では、端や結晶粒界などの欠陥が、物性に大きな影響を及ぼします。このことは、逆に、欠陥を介した物性制御の可能性を示しています。そこで、構造と物性を同時計測可能な顕微鏡を用い、欠陥の物性影響を解明し、物性制御の指針を獲得することに取り組みます。将来は、高品質な結晶成長と物性制御の技術に基づき、二次元物質を用いて、社会の持続的発展に役立つ革新的な素子を開拓したいと考えています。

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藤原 明比古(ふじわら あきひこ) 教授

専門分野:材料科学、エネルギー関連材料、先端放射光分析

エネルギー関連材料の精密分析を行い、新規材料の設計へとつながる研究を推進しています。現在の研究テーマは、2次電池の正極材料、半導体材料などです。2次電池の正極材料としては、従来に比べ高容量の有機硫黄ポリマーを対象に、充放電メカニズムの解明、高容量化、伝導性付与などを目指しています。半導体材料としては、高機能ディスプレイの駆動デバイスとして使用可能な高性能性に加え、生産性、耐久性にも優れた材料の探索を行っています。精密物性測定と先端放射光分析による特性・機能の理解とそれに基づいた材料開発を行っています。

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松尾 元彰(まつお もとあき)准教授

専門分野:材料工学、水素貯蔵、イオン伝導

化石燃料資源の代替エネルギーとして“水素エネルギー”が注目されています。2014年にトヨタ自動車が量産型として世界初の燃料電池自動車・MIRAIを販売開始したことは記憶に新しいでしょう。燃料電池では酸素と水素の化学反応によって電気を生成しますが、水素ガスは天然にはほとんど存在しないため、燃料電池自動車内にガソリン車のガソリンタンクに相当する水素貯蔵装置が必要になります。

私の研究室では、水素をたくさん貯めることができる水素貯蔵材料の開発に取り組みます。また、燃料電池以外にもリチウムイオン二次電池などの蓄電池に水素化物を応用する研究にも取り組みます。現在携帯電話やPCに使用されているリチウムイオン二次電池には、有機溶媒が電解質として利用されています。この有機溶媒の代わりに水素化物を電解質に応用したいと考えています。水素化物を固体電解質として応用できれば、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度と安全性の向上に貢献できるとともに、次世代蓄電池として期待されているナトリウムイオン二次電池やマグネシウムイオン二次電池の実現を後押することができます。

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水木 純一郎(みずき じゅんいちろう) 教授

専門分野:結晶物理学、超高周波X線解析

現代人の誕生から2、3万年という歴史からみると、この100年の科学技術の進歩は急速すぎるように思えるが、物理学を学ぶ者にとっては、百年位の間に蓄積されたことだけを把握しておけばよいという気楽さと、残された未解決な問題を解くという楽しみがある。

地球上の原子の種類は百余りで、限られている。しかし、いくつかの原子が集ってできる物質の種類は無限に存在する。ある物質は固く、ある物質は柔らかい。ある物質は超伝導体になったり、半導体になったりする。これらの性質をうまく利用すると、役に立つ場合もある。

ところで、このような物質の諸性質はどのような起源からでてくるのであろうか。これを解く出発点として、物質中の原子配列の様相を知らなければならない。我々は主にX線やシンクロトロン放射光をもちいて、物質中の原子配列を調べ、その原子配列と物質の諸性質がいかなる法則で支配されているかを探っている。

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吉川 浩史(よしかわ ひろふみ) 准教授

専門分野:二次電池、有機無機複合材料、放射光

2011年の大震災以降、特に夏場は電力問題がお茶の間の話題に頻繁に上るようになっています。また、原子力発電への危険性や嫌悪感から再生可能エネルギーへのシフトが重要視されています。これらの問題を解決するうえで、大容量電力貯蔵は必要不可欠です。しかしながら、これを可能にする技術(材料)は確立されているとは言い難い状況です。一方で、回りを見渡してみますと、携帯電話から電気自動車まで二次電池やキャパシタといった小型の蓄電デバイスは我々の生活になくてはならないものとなっています。このように蓄電(および蓄電デバイス)の重要性は明らかですが、今なお、各種用途ごとに最適な高性能蓄電材料の開発は喫緊の課題です。例えば、リチウムイオン電池は今現在非常に様々なところで利用されていますが、材料および原理の両面から、これを真の意味で越えるような電池の実現が望まれています。私は、有機小分子や高分子から無機物質、有機無機複合材料、炭素材料にいたるまで様々な物質群を対象に、大容量や急速充電をキーワードに、新しい蓄電材料の開発研究を進めています。さらに、そのような新しい材料を用いた電池の反応機構について大型放射光施設を用いて明らかにすることで、より高性能な蓄電材料の実現が可能と考えています。

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若林 克法(わかばやし かつのり) 教授

専門分野:理論ナノ科学、物性理論、計算物理学、原子層科学

私たちの研究室では、ナノスケールの大きさをもつ物質・材料の電子物性を、理論・計算によって解明し、ナノスケールの領域で顕著に起きる特異な電子物性について、新しい機能物性を理論的に予測し、設計を行っています。

私たちの身の回りには、様々な物質があります。銅などの電気を流す金属、シリコンなどのエレクトロニクス素子に利用される半導体。あるいは、ダイアモンド、黒鉛、カーボンナノチューブは、どの物質も、炭素原子だけからなるにも関わらず、ダイアモンドは絶縁体、黒鉛は金属、カーボンナノチューブは金属または半導体となります。これらの違いは、物質内部の原子がなす結晶構造と、結晶中での電子状態が起源です。これらをミクロな視点で明らかにするのが、電子物性理論です。

ナノテクノロジーの急激な進歩によって、グラフェン(炭素原子だけからなる一原子分の厚みしかもたないシート)などの一原子層の厚みしかもたない究極的に薄い物質などが電子・光デバイスに応用されつつあります。そこでは、従来の半導体物理学では記述できない物理現象が数多くあることが分かってきています。さらに、ナノスケールの世界では、表面やエッジの効果が電子物性に強い影響を与えることが分かっており、そこではマクロな世界では現れない特異な量子物理現象が現れます。このため、従来のデバイス物理理論を単純に使うことはできず、それらを書き換えていく必要があります。新しい理論的な知見を得ることで、高効率のエネルギー輸送や変換などを指向した様々機能の設計ができるようになります。私たちの研究室では、(1) 基礎理論の構築、(2)理論を応用した機能設計、(3)新しい物性の予測という大きな三つの目標をかかげて、解析的な理論計算と大規模な数値計算によって、研究を進めています。

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Last Modified : 2016-04-05 16:11

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