Hidden Role of Electron Accumulation in Driving Room-Temperature Topotactic Substitution for Janus 2D Semiconductors...

Luminescent Donor-Acceptor Radical with Propeller Chirality: Bright and Photostable Red Circularly Polarized Luminescence and Whispering Gallery Mode Resonance...

ダンゴムシは、飼育する時に虫かごに石を入れるとよいことが知られています。異なる種類の鉱物を与えて飼育した結果、ダンゴムシは食べた鉱物をそのまま殻にするのではなく、体内で鉱物の構造を作り替えていることを発見しました。生物が鉱物の構造を制御して利用する仕組みの理解につながる成果です。　甲殻類や貝類など多くの生物は、炭酸カルシウムなどの鉱物を利用して硬い外骨格を形成しています。このように生物が体内で鉱物を作る現象は「生体鉱物化（biomineralization）」と呼ばれ、生物材料科学や進化生物学の分野で重要な研究テーマとなっています。　ダンゴムシの外骨格（背殻）は、炭酸カ...

多くの光合成細菌にとって酸素は有害ですが、海洋性紅色非硫黄細菌は酸素存在下でも生育できます。この細菌において光合成を担うタンパク質複合体の構造をクライオ電子顕微鏡で観察したところ、新たな膜タンパク質を発見し、酸素存在下でも効率よくエネルギー変換できる仕組みの一端を解明しました。　光合成細菌は光合成の際に酸素を発生しませんが、太陽光エネルギーを高効率で化学エネルギーへ変換する能力を持ちます。また、植物が利用しない近赤外光を利用でき、淡水や海水、温泉など多様な環境に適応しています。中でも海洋性紅色非硫黄細菌Rhodovulum sulfidophilum は、酸素存在下で...

　MHz帯かつ最大0.5テスラの強磁場条件下で、磁性材料の飽和に至るまでの全磁化ヒステリシスループ（磁力の変化過程）を高精度に測定できる新しい磁気計測システムを開発しました。この手法は、従来は測定が困難であった「大振幅・高周波条件下での磁化過程」を直接評価することができます。　磁性材料の高周波特性は、電源回路やインダクタ、トランスなどの電力変換機器の高効率化・小型化・高周波化を実現する上で不可欠な指標です。しかし従来の計測手法では、強磁場を印加するために大きな電力や電圧が必要となる、あるいは磁場振幅が制限され初期磁化領域の評価にとどまるなど、実際のデバイス動作条件を十分に再現でき...

素粒子実験などにおいて粒子の検出に用いられているシリコン（Si）半導体は、高放射線環境下では異常を来たすため長期利用は困難です。今回、放射線耐性がより高い窒化ガリウム（GaN）半導体を用いて、単一の放射線粒子の位置をリアルタイムかつ2次元で正確に検出することに成功しました。　シリコン（Si）半導体は、私たちの身の回りでたくさん使われていますが、高い線量の放射線に曝される環境では、特性劣化や誤動作、故障を引き起こすため、長期利用が困難です。そのため、高エネルギー加速器を用いた素粒子実験や、原子炉の格納容器内部での使用、長期間の月面探査といった場面では、新たな材料開発が必要になります。...

太陽光発電は天候に左右されやすく、計画通りの発電ができない場合、電力市場では「インバランス料金」と呼ばれる罰則的費用が発生します。本研究では、人工知能（AI）を用いて太陽光発電と蓄電池の運用を最適化する手法を開発し、従来に比べ最大47％のインバランス料金の削減を実現しました。　再生可能エネルギーの普及に伴い、太陽光発電と蓄電池を組み合わせた電力供給システムの活用が重要性を増しています。電力市場では、発電事業者は翌日に供給する電力量を「計画発電量」として提出し、これに基づいて取引を行います。しかし、太陽光による発電量は天候に左右されやすく、計画と実際の供給量にずれが生じると市場全体の...

NV中心と呼ばれる格子欠陥を導入したダイヤモンドを原子スケールの空間分解能を持つ原子間力顕微鏡（AFM）の探針（プローブ）に用い、二次元層状物質の表面近傍の電場をフェムト秒（1000兆分の1秒）・ナノメートル（10億分の1メートル）の時空間分解能で計測することに成功しました。　ダイヤモンドの結晶中に不純物として窒素（Nitrogen）が存在すると、すぐ隣に炭素原子の抜け穴（空孔：Vacancy）ができることがあります。これをNitrogen-Vacancy（NV）中心と言います。そして、NV中心を導入したダイヤモンドに電界を加えると、その屈折率が変化するようになります。これは電気光...

電子デバイスなどの材料に用いる鉄酸化物薄膜の作製において、反応性スパッタ中に生じるプラズマ発光スペクトルの全波長データを機械学習で解析し、生成する薄膜の価数状態と成長速度をリアルタイムに推定する方法を開発しました。本技術は、成膜プロセスの高精度な制御につながると期待されます。　金属の酸化物や窒化物の薄膜は、電子デバイスやエネルギー材料として広く利用されています。その作製方法の一つである反応性スパッタ法は、ターゲット金属と酸素や窒素などのガスを反応させて薄膜を堆積する汎用的な手法ですが、ターゲット表面が金属状態と化合物状態の間を移行するため、膜の成長速度や組成が大きく変動し、同じ条件...

偏光面を磁場により回転させるファラデー回転現象と、導電性高分子の電気化学的酸化と還元を組み合わせ、磁場中において低電圧で導電性高分子ポリチオフェンの光学回転を制御する新しい手法を発見しました。本手法は、磁場検出素子や光通信デバイスなどに用いる新しい素子への応用が期待されます。　導電性高分子は、導電性以外にも多様な特性を持ち、発光素子や電磁波の遮断材料、防錆材料などへの応用研究が行われてきました。その特性の一つに、電気化学的な酸化によりドーピングに伴って発生するポーラロン（電気伝導を担う仮想的粒子）の発生があります。これにより、光学的特性や磁気的性質が大きく変わります。本研究では、磁...

装着者がロボットを自ら動かそうとする「意思」がある時、高次な動作の計画や準備を制御する運動前野などの脳領域が活発に働くことを、ロボット動作中の脳計測により世界で初めて明らかにしました。装着者の意思に応じて動くロボットを用いた能動的治療が、脳の再構築を助ける可能性を示しています。　病気やけがで手足が動かしにくくなった人たちのために、腕や足の動きをサポートし、脳が運動を学習することを支援するニューロ・リハビリテーション用のロボットが少しずつ広まってきています。しかし、そのロボットに「ただ動かされる」場合と、「自分で動かそう」と考えながら使う場合とで、それぞれ脳がどのように反応するのかは...

Why Does the Performance of Nitrogen-Doped Carbon Electrocatalysts Decrease in Acidic Conditions?（なぜ窒素ドープカーボン電極触媒は酸性条件下で性能が低下するのか？）...

鉛を含まず環境負荷が少ないペロブスカイト太陽電池として注目されているスズ系ペロブスカイト太陽電池において、電子輸送層の改良でより高い開放電圧が実現されるメカニズムを、電子スピン共鳴法を用いて解明しました。スズ系ペロブスカイト太陽電池のさらなる高効率化を目指す上で重要な成果です。　ペロブスカイト太陽電池は軽量で柔軟性があり、印刷技術で製造が可能であるなどの特徴を持つため、次世代型太陽電池として注目されています。その中でも高効率なペロブスカイト太陽電池には、鉛系ペロブスカイトが用いられてきました。しかし、鉛には毒性の懸念があるため、幅広い実用化に向けて、鉛を環境負荷の少ないスズで代替し...

再生可能エネルギーの大量導入に向けた運用モデル作りから、それを支える蓄電池や燃料電池まで、脱炭素社会の実現につながる研究開発に取り組んでいるのが、秋元さんです。 　秋元さんがエネルギー研究で重視しているのが経済性と環境、安定供給のバランスです。その中でも安定供給の視点から注目しているのがレジリエンスです。非常時にどれだけ柔軟に対応できるかという強じん性のことで、太陽光発電と蓄電池を備えた建物のレジリエンスの指標を開発しています。公共施設を中心に太陽光発電と蓄電池を併設した建物が増えています。再エネの導入拡大に加え、自然災害などで外部からの電源供給が停電しても、自家発電や蓄電池...

金色の光沢を示す導電性高分子ポリアニリンの合成に世界で初めて成功しました。この金色ポリアニリンは、電気化学重合および高電圧スパーク処理による前駆体微粒子の作成と、これに続く化学重合法による2段階合成により得られ、その反射スペクトルは、金属Au（金）と極めてよく似ています。　物質は、その作成方法や加工条件によって、同じ物質でも異なる特性が引き出されることがあります。ポリアニリンは水中で合成可能な導電性高分子で、通常は濃い緑色を示します。しかしながら、本研究では、1段階目に短時間の電気化学重合、高電圧スパーク処理などで微粒子を作成し、その後の2段階目に化学重合を行うことにより、金色の光...

Giant Bulk Photovoltaic Effect in a Chiral Polar Crystal based on Helical One-dimensional Lead Halide Perovskites...

高塩濃度・高アルカリといった極限環境に適応して棲息する紅色硫黄細菌などの光合成硫黄細菌が行う光合成は、植物やシアノバクテリアとは異なり、硫化水素を使って太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換します。この過程では、光を集めるタンパク質複合体である光捕集2複合体（LH2）とコア光捕集反応中心複合体（LH1-RC）が重要な役割を果たしています。紅色硫黄細菌の一種であるHalorhodospira halophila（Hlr. halophila）は、LH2とLH1-RCが一体化しているかのように振る舞うことで、効率的に光合成を行なっていると考えられています。一方で、一般的な紅色非硫黄細菌ではLH2とLH1-RCの相互作用は弱いことが報告されており、この違いは謎に包まれていました。...