東北大学研究Discovery Saga

東京大学大学院理学系研究科の見波将特任助教（研究当時、現：京都大学大学院工学研究科助教）、Yangming Wang博士課程学生（研究当時）、中村紘人博士課程学生（研究当時）、酒井明人講師と中辻知教授らの研究グループは、同大学大学院有田亮太郎教授（兼：理化学研究所創発物性科学研究センターチームディレクター）、理化学研究所創発物性科学研究センターの大岩陸人基礎科学特別研究員（研究当時、現：北海道大学講師）、東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の相馬清吾准教授、佐藤宇史教授らと共同で、フェリ磁性体（注 1）GdCo5において、室温で過去最大の横磁気熱電伝導率（注 ...

キーワード：スーパーコンピュータ/計算量/結晶格子/カゴメ格子/ネルンスト効果/角度分解光電子分光/幾何学/光電子分光/磁気秩序/熱電効果/閉じ込め/量子化/ガドリニウム/波動関数/量子化学/磁気モーメント/磁性体/材料科学/電子分光/フェリ磁性体/強磁性/熱電素子/持続可能/持続可能な開発/強磁性体/電気伝導/電子状態/熱電変換/電気伝導性/コバルト/スピン/スピントロニクス/第一原理/第一原理計算/半導体/密度汎関数理論/量子力学/干渉効果/結晶構造/ラット

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発表日：2026年4月14日

ナノサイズの「磁気の渦」の正体を解明

― 次世代・超省電力メモリ実現へ新たな設計指針 ―

スキルミオンは、電子のスピン（小さな磁石）が渦巻状に並んだ特殊な構造（図1a）で、一度できると壊れにくく、しかもごくわずかな電流で動かせるという優れた性質を持つことから、次世代の超低消費電力メモリや情報デバイスの切り札として注目されています。これまでスキルミオンの形成には、結晶構造に表と裏の区別がある特殊な環境が必要であると考えられていました。しかし近年、これまでの常識では説明できない材料から、直径わずか約2ナノメートルという「世界最小級」のスキルミオンが発見され、世界的な注目を集めています。特にEu（Ga,Al）...

キーワード：化学物質/トポロジー/フェルミ面/角度分解光電子分光/光電子分光/加速器/軟X線/放射光/γ線/磁場/赤外線/超伝導/スキルミオン/磁性体/材料科学/電子分光/メモリ/可視光/強磁性/持続可能/紫外線/持続可能な開発/強磁性体/電子状態/アルミニウム/スピン/ナノサイズ/ナノメートル/低消費電力/電磁波/結晶構造/スキル

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発表日：2026年4月8日

高誘電体を高精度に予測・発見するAI手法を開発

― 分解統合型AIが切り拓く高誘電体探索 ―

物質の微視的構造が示す振る舞いを高精度に理解することは新規材料の創出や特性制御に不可欠ですが、その本質的理解には膨大な計算資源を要する量子力学計算が必要であり、大規模材料探索や迅速な設計の大きな障壁でした。東北大学大学院工学研究科の滝川敦之大学院生、同大学金属材料研究所の清原慎講師、熊谷悠教授らのグループは、物質の原子配列情報のみから誘電率へのイオンの寄与を高精度に予測できるAI手法を開発しました。具体的には、物質の結晶構造をグラフとして表現し、グラフニューラルネットワーク（GNN）を用いてBorn有効電荷（注４...

キーワード：AI/グラフニューラルネットワーク/ニューラルネットワーク/機械学習/人工知能（AI）/電気分極/材料科学/DFT/バンドギャップ/フォノン/誘電体/誘電率/持続可能/持続可能な開発/原子配列/点欠陥/電子構造/電子状態/ニューラルネット/金属材料/酸化物/周波数/密度汎関数理論/量子力学/結晶構造/スクリーニング

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発表日：2026年3月12日

p型・n型制御に成功：窒化物熱電薄膜の実用化に前進

―残留酸素を活用した欠陥設計でキャリア極性を制御―

近年、集積化や小型化に適した薄膜熱電材料（注4）への関心が高まっています。中でも、高温環境下で安定に動作する遷移金属窒化物は有望材料とされ、特にクロム窒化物（CrN）は優れたn型熱電特性を示すことが知られています。一方、実用的な薄膜熱電モジュールには、同一材料系でn型とp型の両立が不可欠ですが、従来手法ではプロセスの複雑さが課題となっていました。東北大学大学院工学研究科の双逸助教と須藤祐司教授らの研究グループは、スパッタリング装置内の残留酸素を活用し、反応性窒素ガス流量を制御す...

キーワード：EXAFS/放射光/スペクトル/耐熱性/クロム/遷移金属/キャリア/スパッタ法/持続可能/高温環境/持続可能な開発/窒化物/電気伝導/熱電材料/スパッタリング/フーリエ変換/第一原理/第一原理計算/半導体/結晶構造

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発表日：2026年3月10日

光で湿度を測る新材料を開発

― 蛍光の明るさと寿命、二刀流センサーが環境管理を変える ―

湿度の精密な制御は、食品・医薬品の品質管理や半導体製造など幅広い産業で不可欠です。従来の電気式センサーは電磁ノイズの影響を受けやすく、電子部品が密集する環境での使用に課題がありました。東北大学多元物質科学研究所の長谷川拓哉准教授、大阪大学産業科学研究所の後藤知代特任教授（常勤）（奈良先端科学技術大学院大学先端科学技術研究科教授兼務）、岡山理科大学理学部の佐藤泰史教授らの研究グループは、モリブデン酸イッテルビウム（Yb2(MoO4)3）にエルビウムイオン（Er3+）を添加した蛍光材料を合成し、この...

キーワード：品質管理/環境変化/結晶格子/蛍光寿命/水分子/物質科学/ノイズ/近赤外/近赤外線/赤外線/モリブデン/可視光/蛍光体/持続可能/構造モデル/持続可能な開発/光学特性/センサー/マイクロ/レーザー/半導体/結晶構造/ゆらぎ/寿命

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発表日：2026年2月16日

タンパク質の動きを捉える新しい試料導入システムを開発

－テープ搬送による試料導入で試料消費量を低減－

理化学研究所（理研）放射光科学研究センタービームライン開発チームの姜正敏研究員、同SACLAビームライン基盤グループの矢橋牧名グループディレクター、高輝度光科学研究センターXFEL利用研究推進室の登野健介チームリーダー、東北大学多元物質科学研究所の南後恵理子教授、京都大学大学院医学研究科の岩田想教授らの国際共同研究グループは、X線自由電子レーザー（XFEL）施設「SACLA注1」において、タンパク質の動きを捉える連続フェムト秒結晶構造解析（SFX）注2のための試料を導入する新たなシステムを開発しました。本研究成果により、わずかな量の試料で...

キーワード：X線自由電子レーザー/パルス/自由電子レーザー/物質科学/SPring-8/加速器/放射光/結晶構造解析/微小液滴/光励起/持続可能/光照射/持続可能な開発/ナノメートル/フェムト秒/レーザー/結晶構造/構造変化/動的構造

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発表日：2026年1月13日

反強磁性体で電流による電子の液晶化を実証

―エレクトロニクス応用可能な電気抵抗変化として世界初観測―

近年、自発的な磁化を持たない反強磁性体は、耐磁場性などの利点から次世代デバイスへの応用が期待されています。現在の開発の主流は、磁化を持つ強磁性体と同様に時間反転対称性のみが破れた反強磁性体です。一方、空間反転対称性も同時に破れる特殊な反強磁性体では、強磁性体とは全く異なる電子状態となるため、新原理の電気伝導が予言されていましたが、実験的な証拠はこれまで得られていませんでした。東北大学金属材料研究所の酒井英明教授（研究開始時：大阪大学大学院理学研究科）、宮本雄哉氏（研究当時：大阪大学大学院理学研究科）、日本原子力研究開発機構の木俣基研究副主幹（研究開始時：東北大学金属材料研究所）らは...

キーワード：ディラック方程式/フェルミ面/時間反転対称性/精密測定/対称性/反強磁性/反強磁性体/非線形/磁場/液晶/空間反転対称性/磁性体/キャリア/メモリ/渦電流/強磁性/持続可能/持続可能な開発/強磁性体/電気抵抗/電気伝導/電子状態/電気伝導性/スピン/金属材料/原子力/半導体/結晶構造

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発表日：2026年1月13日

中温域で10⁻²S/cmを大きく超える酸化物超イオン伝導体a軸配向SDC電解質膜を開発

～中温作動型固体酸化物燃料電池への応用に一歩前進～

東京理科大学先進工学部物理工学科の樋口透教授、同大学大学院先進工学研究科物理工学専攻の森實亮太氏（2025年度修士課程2年）、田淵理久氏（2025年度修士課程2年）、東北大学多元物質科学研究所の志賀大亮助教、組頭広志教授らの共同研究グループは、200 ~ 550℃の中温域で動作する固体酸化物燃料電池（SOFC）の新規電解質材料として、a軸配向Sm3+ドープCeO2（Ce0.75Sm0.25O2-δ: SDC）薄膜を作製し、世界最高水準の酸化物イ...

キーワード：物質科学/高周波/電気二重層トランジスタ/固体酸化物燃料電池/酸化物イオン伝導体/イオン伝導体/固体酸/トランジスタ/絶縁体/電気二重層/SOFC/YSZ/イオン伝導/イオン輸送/固体酸化物形燃料電池/固体電解質/単結晶/電解質膜/電池/燃料電池/ジルコニア/スパッタリング/酸化物/電解質/結晶構造

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発表日：2025年12月23日

東北大学と富士通、「NanoTerasu（ナノテラス）」の測定データに因果発見AIを適用し、超伝導発現メカニズム解明に繋がる因果関係を自動抽出地球環境問題を解決する新規機能性材料の研究開発を加速

国立大学法人東北大学（以下、東北大学）と富士通株式会社（以下、富士通）は、「3GeV高輝度放射光施設NanoTerasu（以下、ナノテラス）」の測定データに因果関係を自動抽出するAI技術を適用し、物性発現メカニズムの全容解明が期待されるカゴメ格子超伝導材料（注4）において、超伝導発現メカニズムの解明に繋がる新しい知見の導出に成功しました。本成果は2025年12月22日付けで科学誌Scientific Reportsに掲載されました。両者は、富士通のAIプラットフォーム「Fujitsu Kozuchi」のコア技術である因果発見技術をベースに、信頼性が高い因果関...

キーワード：コンピューティング/人工知能（AI）/パートナーシップ/空間分布/化学物質/カゴメ格子/コヒーレント/角度分解光電子分光/光電子分光/因果関係/加速器/放射光/γ線/磁場/赤外線/超伝導/光電子分光法/材料科学/電子分光/新物質/可視光/高温超伝導/超伝導材料/電子デバイス/持続可能/地球環境問題/紫外線/持続可能な開発/地球環境/電気抵抗/電子構造/電子状態/ダイナミクス/環境問題/機能性材料/自動化/低消費電力/電磁波/分解能/機能性/結晶構造/SPECT/空間分解能/ラット/創薬

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発表日：2025年12月20日

働く酵素の姿をミリ秒で捉える

―SACLAが拓く新しい時分割タンパク質構造決定法の可能性―

大阪医科薬科大学，大阪大学，東北大学，龍谷大学，大阪公立大学，量子科学技術研究開発機構，神戸大学，理化学研究所，高輝度光科学研究センター，京都大学，兵庫県立大学などから構成される研究グループは，X線自由電子レーザー（XFEL）※1施設「SACLA※2」を用いた連続フェムト秒結晶構造解析（SFX）※3により，銅含有アミン酸化酵素の触媒過程の可視化に成功しました。本研究では，SACLAが開発を主導した二液混合装置※4が提供されました。本装置を用いることにより，酵素と基質が反応を開始してから数十から数百ミリ秒経過後の，反応時間軸に沿った様々な中間体の構造を決定しました。得られた構造情報から，本酵素...

キーワード：X線自由電子レーザー/コヒーレンス/パルス/フェムト秒パルス/時間分解/自由電子レーザー/物質科学/SPring-8/加速器/放射光/タンパク質構造/結晶構造解析/原子分解能/アミン/持続可能/持続可能な開発/フェムト秒/マイクロ/レーザー/分解能/酸化酵素/結晶構造/構造決定/空間分解能/反応時間/構造変化/立体構造

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発表日：2025年12月13日

材料に潜む「欠陥」を予測する新AI技術を開発

―新材料探索の新たな基盤技術として期待―

物質中に必ず存在する点欠陥は、材料特性を大きく左右する重要な要素であり、新材料の発見においてその特性の把握は不可欠です。しかし、欠陥形成エネルギーの評価には多大な計算資源が求められる量子力学計算が必要であり、実用材料探索の大きな障壁となっていました。東北大学大学院工学研究科の澁井千紗大学院生（研究当時）、同大学金属材料研究所の清原慎講師、Soungmin Bae助教、熊谷悠教授らは、結晶をグラフとして扱うグラフニューラルネットワーク（GNN）を活用し、半導体や絶縁体中の欠陥がとり得る複数の電荷...

キーワード：AI/グラフニューラルネットワーク/ニューラルネットワーク/機械学習/人工知能（AI）/材料科学/DFT/バンドギャップ/光吸収/絶縁体/持続可能/材料特性/持続可能な開発/ドーピング/点欠陥/電気伝導/電子構造/ニューラルネット/金属材料/酸化物/半導体/密度汎関数理論/量子力学/エネルギー変換/結晶構造/スクリーニング

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発表日：2025年12月4日

ひずみ状態が逆でも同じ磁気特性

―成長誘導磁気異方性が支配する新しい磁性材料作製法を確立―

磁性ガーネット薄膜、特にセリウム置換イットリウム鉄ガーネット（Ce:YIG）は、優れた磁気光学効果を示すため、情報通信・処理デバイスへの応用が期待されています。これらのデバイスでは、膜面に垂直な磁化配向（垂直磁気異方性）が重要です。従来、Ce:YIG薄膜の垂直磁気異方性は、基板と薄膜の格子定数差によって生じる格子ひずみ（弾性磁気異方性）で制御されると考えられ、基板選択が材料設計の自由度を制約していました。東北大学、豊橋技術科学大学、信越化学工業株式会社、マサチューセッツ工科大学による国際共同研究グループは、イオンビームスパッタ法を用いて、格子定数の異なる2種類のガーネット基板上にC...

キーワード：電気通信/情報通信/磁気光学/X線回折/異方性/化学組成/近赤外/磁場/光学材料/磁気異方性/磁区構造/ガーネット/スパッタ法/光通信/磁気光学効果/持続可能/持続可能な開発/希土類/原子配列/材料設計/磁気特性/磁性材料/垂直磁化/垂直磁気異方性/イオンビーム/スピン/スピントロニクス/ひずみ/レーザー/結晶成長/磁気記録/結晶構造

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発表日：2025年11月27日

多様な元素置換が可能な歪んだ三角格子反強磁性体を開発

―「複合アニオン化合物」で磁性の一次元化の謎に迫る―

東京大学物性研究所の厳正輝助教、小濱芳允准教授、河村光晶助教（研究当時）、廣井善二教授、名古屋大学大学院工学研究科の平井大悟郎准教授、矢島健准教授、東北大学大学院理学研究科の森田克洋助教、同大学多元物質科学研究所の那波和宏准教授、佐藤卓教授、高エネルギー加速器研究機構の幸田章宏教授、日本原子力研究開発機構J-PARCセンターの古府麻衣子研究副主幹（研究当時）らの共同研究グループは、磁性を持つレニウム原子が異方的に歪んだ三角形格子のネットワークを持つ複合アニオン化合物の開発に成功し、非磁性元素の置換によって磁気的性質を自在に制御できることを明らかにしました。本研究では全7種類...

キーワード：フラストレーション/高エネルギー/三角格子/三角格子反強磁性体/磁気相転移/反強磁性/反強磁性体/物質科学/揺らぎ/J-PARC/ハロゲン/加速器/相転移/アニオン/磁性体/レニウム/複合アニオン/新物質/強磁性/持続可能/持続可能な開発/強磁性体/スピン/極低温/原子力/酸化物/結晶構造

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発表日：2025年11月15日

従来困難だった磁性体の結晶対称性由来の磁区を識別する手法を開発

─ 超低消費電力・高速動作素子を実現するスピントロ二クス材料の開発に拍車 ─

交替磁性体は全体としての磁化がゼロでありながら、スピンの分極した電子バンドを持つため、スピントロニクス材料として注目されています。交替磁性体の代表例であるMnTeにおいては従来技術では識別が難しい結晶構造の対称性に由来する磁区の存在が詳細な電子状態解明の障害となっていました。東北大学学際科学フロンティア研究所の鈴木博人助教らの研究グループは、早稲田大学先進理工学部の武上大介博士研究員、大阪公立大学大学院工学研究科の播木敦准教授らとの共同研究により、円偏光を用いた共鳴非弾性X線散乱（RIXS）による新たな磁区識別法を開発しました。本研究では、右・左回り円偏光の散乱強度の差である円二色...

キーワード：空間分布/バンド構造/異常ホール効果/時間反転対称性/対称性/反強磁性/反強磁性体/反磁性/ホール効果/軟X線/非弾性/放射光/スペクトル/円二色性/吸収スペクトル/円偏光/磁性体/対称性の破れ/マンガン/強磁性/持続可能/持続可能な開発/強磁性体/電子状態/スピン/スピントロニクス/低消費電力/結晶構造

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発表日：2025年10月29日

ポータブル装置による世界最強110テスラ磁場発生とX線実験に成功

電気通信大学大学院情報理工学研究科基盤理工学専攻の池田暁彦准教授と理化学研究所放射光科学研究センターの久保田雄也研究員らを中心とした共同研究グループは、110テスラという極限強磁場下でX線自由電子レーザー実験に成功しました。本研究では、固体酸素が異方的に1％もの巨大な磁歪を示すことを観測し、その成果が国際的な物理学の学術誌Physical Review Letters に掲載され、注目論文（Editors' Suggestion）に選ばれました。...

キーワード：電気通信/X線自由電子レーザー/パルス/パルス磁場/強磁場/自由電子レーザー/超強磁場/X線回折/地磁気/放射光/磁場/固体酸/持続可能/持続可能な開発/電子状態/レーザー/金属材料/極限環境/機能性/結晶構造/イミン

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発表日：2025年10月8日

電子の「自転」と「公転」がもつれ合う姿を可視化

―物性起源の解明から量子材料設計へ―

東京大学大学院新領域創成科学研究科の鬼頭俊介助教、有馬孝尚教授（兼：理化学研究所創発物性科学研究センターセンター長）、高輝度光科学研究センターの中村唯我研究員、近畿大学理工学部の杉本邦久教授、東北大学金属材料研究所の野村悠祐教授らの研究グループは、東京大学大学院工学系研究科、同大学大学院理学系研究科、理化学研究所との共同で、ランタノイド元素周りに存在する「4f電子」の空間的な広がりを世界で初めて直接観測しました。本研究グループは、大型放射光施設SPring-8（BL02B1ビームライン）でのX線回折実験（注4）と、独自に開発した「コア差フーリエ合成（cor...

キーワード：空間分布/強い相互作用/原子核/量子コンピュータ/SPring-8/X線回折/希土類元素/放射光/放射光X線/持続可能/持続可能な開発/希土類/材料設計/電子状態/スピン/レアアース/金属材料/数値解析/結晶構造/ナノテクノロジー/バイオテクノロジー/ランタノイド

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発表日：2025年10月5日

新半導体材料GeSnの量子井戸構造における量子・スピン物性を解明 GeSnが切り拓く量子技術とスピントロニクスの未来

世界中で増え続けるデータを支えるには、従来のシリコン半導体だけでは限界が見えてきています。その次世代を担う有力候補として研究者の注目を集めているのがゲルマニウム・スズです。東北大学大学院工学研究科の好田誠教授は、ドイツ・ユーリッヒ研究センターおよびカナダ・エコールポリテクニック・モントリオールとの国際共同研究により、GeSnの量子井戸構造におけるスピン（注5）量子物性を世界で初めて明らかにしました。本研究では、従来のシリコンやゲルマニウムでは得ることが困難であった低有効質量や大きなg因子、さらには強いスピン軌道相互作...

キーワード：コンピューティング/情報通信/スピン軌道相互作用/相対論的効果/有効質量/量子コンピュータ/磁場/量子ビット/CMOS/トランジスタ/光デバイス/半導体材料/量子井戸構造/持続可能/持続可能な開発/半導体産業/量子コンピューティング/ゲルマニウム/熱電変換/シリコン/スピン/スピントロニクス/低消費電力/半導体/量子井戸/結晶構造

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発表日：2025年10月1日

単純な酸化処理で層状クロム酸化物薄膜の電気抵抗が20万分の1に！

ー次世代メモリデバイス開発への新たな一歩ー

遷移金属酸化物には結晶構造や化学組成の違いによって性質が大きく変わる材料が多く存在します。なかでも、酸素の出入り（脱挿入）によって電気抵抗率が大きく変化する材料は、次世代メモリーや高感度センサーなどへの応用が期待されています。東京都立大学大学院理学研究科の岡大地准教授、大阪大学大学院基礎工学研究科のZhaochen Maさん（大学院生）、東北大学大学院理学研究科の福村知昭教授（東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）兼務）、同大学多元物質科学研究所の組頭広志教授（高エネルギー加速器研究機構（KEK）兼務）らの研究グループは、単純な酸化処理によって室温での電気抵抗率が約20万分...

キーワード：高エネルギー/遷移金属酸化物/物質科学/加速器/化学組成/材料科学/クロム/遷移金属/メモリ/持続可能/持続可能な開発/材料設計/酸化物薄膜/電気抵抗/電子状態/センサー/金属酸化物/酸化物/結晶構造

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発表日：2025年9月25日

AI時代を支える新磁性体、二酸化ルテニウム薄膜の「交代磁性」を実証

～AI・データセンター向け高速・高密度メモリ開発に期待～

NIMSは東京大学、京都工芸繊維大学、東北大学と共同で、二酸化ルテニウム（RuO₂）薄膜が第三の磁性体である交代磁性を示すことを実証しました。「第三の磁性体」は、強磁性体を用いたメモリの問題点を解決し得るものであり、高速・高密度な次世代メモリ素子として応用が期待されています。本研究により、RuO₂がその有力候補であることに加え、結晶配向制御による機能向上の可能性も示されました。研究成果は2025年9月24日付で『Nature Communications』に掲載されました。■従来の課題　二酸化ルテニウム（RuO2）は、「第三の磁性」である交代磁性...

キーワード：最適化/人工知能（AI）/磁気秩序/磁気抵抗/反強磁性/反強磁性体/磁場/配向制御/磁性体/メモリ/メモリ素子/強磁性/微細化/持続可能/省エネ/持続可能な開発/強磁性体/電気抵抗/電子構造/電子状態/スピン/金属材料/省エネルギー/第一原理/第一原理計算/結晶構造/ルテニウム

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発表日：2025年9月16日

ひずみで強く光る鉛フリー新材料の発光メカニズムを解明

インフラの老朽化をモニタリングするセンサなどの開発指針に

橋梁やビルなど長年の使用で劣化したインフラが壊れる事故が各地で起きています。人手をできるだけ使わずに事故を未然に防ぐ手段として、機械的な力が加わると発光する応力発光（メカノルミネッセンス：ML）　センサで安全管理するシステムの開発が進められています。東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センターの二宮翔助教と西堀麻衣子教授、同大学大学院工学研究科の徐超男教授の共同研究グループは、特定の組成でML強度が異常に増強される鉛フリーの新しい多機能材料であるプラセオジム添加ニオブ酸リチウムナトリウム（Li₁₋ₓNaₓNbO₃:Pr）に着目し、これまで謎だった強い発光のメカニズ...

キーワード：ウェアラブル/ウェアラブルデバイス/物質科学/放射光/可視光/持続可能/安全管理/持続可能な開発/劣化診断/ニオブ/原子配列/ニオブ酸リチウム/ひずみ/モニタリング/リチウム/機能性材料/機能材料/機能性/結晶構造/ナトリウム

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発表日：2025年9月16日

固体電解質の従来の２大焼結法で特性に差異がでないことを確認

─電気自動車などに用いる全固体電池の早期実用化に道─

全固体電池は火災や発火の危険性が少なく、安全性や寿命などの点で優れていることから、次世代電池として大きな期待が寄せられています。全固体電池の重要な構成要素である固体電解質の作製手法としては、代表的な手法にHPとSPSがありますが、これまではSPSが特に優れていると考えられてきました。今回、東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の程建鋒准教授らの研究チームは、固体電解質材料であるガーネット型酸化物Li7La3Zr2O12（LLZO）を対象に、HPとSPSを用いた焼結を直接比較しました。その...

キーワード：パルス/化学組成/材料科学/ナノサイエンス/全固体電池/ガーネット/持続可能/持続可能な開発/イオン伝導/固体電解質/電池/アルミニウム/金属材料/黒鉛/酸化物/自動車/電解質/電気自動車/SEM/結晶構造/寿命/ナノテクノロジー

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発表日：2025年9月8日

電子の連携、量子物質の巨大分極を誘発

─高速エレクトロニクスを拓く新材料としての応用に期待─

強誘電体はメモリや光変調器などのエレクトロニクスに欠かせない材料です。昨今のデジタルトランスフォーメーション（DX）（注8）と呼ばれる情報の活用方法の変革は、電気素子のテラ（1兆）ヘルツ以上の超高速動作を至近の課題としています。ところが従来の強誘電体は、結晶内で重いイオンや分子を動かす必要があり、高速動作の妨げとなっていました。また、この機構にはエネルギー消費や結晶劣化を招くという問題もあります。東北大学大学院理学研究科の岩井伸一郎教授と伊藤弘毅助教（現在：関西学院大学理学部物理・宇宙学科教授）、東京科学大学理学院化...

キーワード：AI/人工知能（AI）/ビジネスモデル/テラヘルツ光/パルス/光誘起相転移/高温超伝導体/超伝導体/電荷秩序/電気分極/反強磁性/反強磁性体/誘電性/希土類元素/相転移/テラヘルツ/超伝導/トポロジカル/トポロジカル物質/強誘電性/磁性体/有機分子/パルスレーザー/テラヘルツ波/メモリ/強磁性/光エレクトロニクス/光変調/光変調器/高温超伝導/超短パルス/波長変換/分極反転/誘電体/エネルギー消費/持続可能/持続可能な開発/希土類/強磁性体/強誘電体/電気抵抗/レーザー/酸化物/周波数/電磁波/導電性/有機物/量子力学/超短パルスレーザー/結晶構造

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発表日：2025年9月4日

電力ロスを大幅に低減！革新的な鉄系磁性材料を開発

～新たな組織と磁化制御技術で実現次世代トランス・EV部品への応用に期待～

　NIMSは、東北大学および産業技術総合研究所と共同で、鉄系の軟磁性アモルファスリボンに新たなナノ組織・磁区構造の制御技術を導入し、電力損失を従来比で50％以上削減することに成功しました。特に、次世代高周波トランスや電気自動車の駆動用電源回路などで求められる数十キロヘルツの高周波領域で高性能を発揮し、電動機器の省エネ化やカーボンニュートラル実現への貢献が期待されます。本成果は、9月3日にNature Communications誌に掲載されました。【研究成果の概要】■従来の課題　AI向けデータセンターや電気自動車などの電力利用が急速に拡大する中、電力の...

キーワード：人工知能（AI）/物質科学/高周波/磁区構造/カーボンニュートラル/持続可能/省エネ/持続可能な開発/アモルファス/磁性材料/カーボン/パワーエレクトロニクス/モーター/金属材料/構造制御/自動車/組織制御/電気自動車/結晶構造

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発表日：2025年7月16日

硫化物系電池材料の特性を巡る長年の謎を解明規則・不規則構造の硫化物系材料の充放電反応機構の詳細解析

横浜国立大学藪内直明教授、名古屋工業大学中山将伸教授、島根大学尾原幸治教授、東北大学髙橋幸生教授、群馬大学鈴木宏輔准教授、立命館大学 SRセンター、National Synchrotron Radiation Research Center (台湾) からなる研究グループは、構造の規則・不規則性を制御したリチウム過剰系硫化物材料の充放電反応機構を実験・理論の観点から詳細に解析しました。その結果、構造の不規則化が鍵となり、硫化物イオンにおいて電子の非局在化が進行することで電子伝導性の向上と電池性能の高性能化に繋がることを明らかにしました。これは、従来層状構造の限界を超える、次世代の電...

キーワード：物質科学/放射光/反応機構/リチウムイオン電池/持続可能/持続可能な開発/局所構造/材料設計/電池/リチウム/金属材料/結晶構造/規則構造

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発表日：2025年7月3日

もみ殻と鉱山副産物から高耐久性燃料電池触媒を開発

～農業・鉱山副産物の再資源化で持続可能な電池技術へ～

世界で年間約1億トン以上が発生するもみ殻は、分解されにくく用途が限られるため、多くが焼却処分されてきました。一方、銅鉱石である「チャルコパイライト（黄銅鉱：CuFeS2）」の副産物であるパイライトも活用が進んでおらず、環境負荷が問題となっています。東北大学学際科学フロンティア研究所の中安祐太助教と同阿部博弥准教授、同大学院工学研究科のEdwin Nyangau Osebe大学院生と渡邉賢教授らの研究グループは、こうした未利用資源に着目し、秋田大学、北海道大学、物質・材料研究機構などとの共同研究により、もみ殻とパイライトを原料とした燃料電池用触媒の開発に成功しま...

キーワード：再資源化/再生可能エネルギー/ケイ素/非晶質/持続可能/持続可能な開発/アモルファス/電池/燃料電池/シリカ/レアメタル/活性炭/環境負荷/耐久性/導電性/廃棄物/結晶構造/パイライト/寿命

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発表日：2025年6月24日

100℃以下の熱も高密度で蓄えられるナノシートを開発低温廃熱の回収・再利用によりカーボンニュートラル実現貢献へ

脱炭素社会の実現に向け、200℃以下の低温廃熱の有効活用が求められており、これを貯蔵し再利用する蓄熱材料の開発が課題となっています。層状二酸化マンガンは、これまで約130℃で大気中の水分子を層間に取り込む、高密度かつ高速に蓄放熱可能な材料として注目されてきました。東北大学大学院工学研究科の吉迫大輝大学院生、同大学金属材料研究所の岡本範彦准教授と市坪哲教授（日本原子力研究開発機構原子力科学研究所先端基礎研究センター耐環境性機能材料科学研究グループリーダー兼任）らの研究グループと、日本原子力研究開発機構原子力科学研究所先端基礎研究センター耐環境性機能材料科学研究グループ...

キーワード：水分子/太陽/材料科学/インターカレーション/マンガン/分子吸着/微細化/カーボンニュートラル/持続可能/省エネ/低炭素/マネジメント/持続可能な開発/ナノシート/熱電変換/カーボン/ナノメートル/金属材料/原子力/構造制御/酸化物/省エネルギー/熱輸送/機能材料/太陽熱/結晶構造

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発表日：2025年6月14日

ルイ・パスツールもきっと驚く！？左右を選別するナノ光ピンセットによるキラル結晶化制御の可能性を示唆

キラリティという、右手と左手の関係のように鏡合わせの構造同士が異なる性質は、自然界に普遍的に存在し、生命の起源、創薬やスピントロニクス（注4）とも関わる重要な性質です。東北大学多元物質科学研究所の新家寛正助教と中川勝教授らの研究グループはこれまでに、円偏光（注5）照射によりMie共鳴（注6）の励振された誘電体メタ表面上で水溶液からのキラル結晶化（注7...

キーワード：水溶液/対称性/物質科学/核形成/生命の起源/磁場/直線偏光/キラル/らせん構造/円偏光/表面プラズモン共鳴/光機能/対称性の破れ/ナノ結晶/ナノ構造体/プラズモン/金属ナノ構造/表面プラズモン/誘電体/持続可能/光照射/持続可能な開発/光機能材料/光学特性/スピン/スピントロニクス/ナノ構造/ナノ粒子/屈折率/結晶化/微細加工/光ピンセット/微細加工技術/機能材料/近接場/結晶構造/創薬/細菌

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発表日：2025年5月19日

＼「隠れた色素」の働きを解読／クリプトクロム光受容タンパク質による光応答シグナル伝達の中間体構造を解明

台湾大学のManuel Maestre-Reyna助理教授、ドイツ・フィリップ大マールブルグのLars-Oliver Essen教授、大阪大学大学院基礎工学研究科の山元淳平准教授、台湾中央研究院・生物化學研究所の蔡明道特聘研究員らは、理化学研究所の別所義隆客員研究員、公益財団法人高輝度光科学研究センターの大和田成起主幹研究員、東北大学の南後恵理子教授、京都大学の岩田想教授、兵庫県立大学の當舎武彦教授、名古屋大学の梅名泰史准教授、およびグルノーブル・アルプ大学、欧州シンクロトロン放射光研究所の研究者らとの国際共同研究にて、緑藻類をはじめとした植物やハエの内に存在する青色光受容タンパク質であるク...

キーワード：X線自由電子レーザー/コヒーレンス/パルス/自由電子レーザー/非線形/物質科学/SPring-8/加速器/酸化還元状態/放射光/分子構造/芳香族/励起状態/アニオン/酸化還元酵素/X線結晶構造解析/結晶構造解析/光応答/光受容/光受容タンパク質/青色光/シンクロトロン放射/シンクロトロン放射光/パルスレーザー/クロム/原子分解能/光励起/非線形光学/持続可能/還元反応/持続可能な開発/フェムト秒/マイクロ/レーザー/酸化還元/電子ビーム/半導体/分解能/X線結晶構造/リン酸/結晶構造/立体化学/クリプトクロム/ビタミン/空間分解能/アデノシン/分子機構/光遺伝学/アミノ酸/ラジカル/構造変化/立体構造/ツール開発/遺伝学/概日リズム

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発表日：2025年5月16日

次世代形状記憶合金の相変態機構を解明

～形状回復とエネルギー吸収性能を活かした応用に期待～

次世代の形状記憶合金として期待されるCu-Al-Mn系形状記憶合金は、原料が安価で加工しやすく、良好な超弾性を発現することから、耐震用構造材料や医療用デバイスなど幅広い分野での応用が期待されています。近年、この合金を単結晶化すると大きな形状回復を示すことが報告されていましたが、そのメカニズムは明らかとなっていませんでした。長崎大学大学院総合生産科学研究科の赤嶺大志准教授（前九州大学大学院総合理工学研究院助教）と、九州大学大学院総合理工学府修士2年の高松凌氏（研究当時。現株式会社デンソー）、九州大学の西田稔名誉教授、東北大学学際科学フロンティア研究所の許勝助教、東北大学大学院工学研...

キーワード：X線回折/放射光/放射光X線/材料科学/原子分解能/マンガン/持続可能/エネルギー吸収/持続可能な開発/マルテンサイト/マルテンサイト変態/形状記憶効果/相変態/単結晶/超弾性/電子回折/アルミニウム/形状記憶合金/結晶化/電子顕微鏡/電子顕微鏡観察/透過電子顕微鏡/分解能/結晶構造/構造変化

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発表日：2025年4月30日

高輝度放射光を用いて高温超伝導体中の電子の振動を解明超伝導発現機構の解明や転移温度を高める手がかりになると期待

超伝導とは、ある特定の温度以下で金属の電気抵抗がゼロになり、電気がスムーズに流れるようになる現象です。多くの超伝導体はおよそ−200℃以下という非常に低い温度でしかこの性質を示さないため、より高い温度で超伝導を示す物質が望まれる一方、超伝導の発現機構と超伝導転移温度を高める指針は解明されていません。電気の流れや振動を詳しく調べることで、これらの課題を解決する手がかりが得られる可能性があります。東北大学学際科学フロンティア研究所の鈴木博人助教らの研究グループは、量子科学技術研究開発機構（QST）NanoTerasuセンター、兵庫県立大学、産業技術総合研究所、物質・材料研究機構などとの...

キーワード：パートナーシップ/分析技術/コヒーレント/高温超伝導体/酸化物超伝導体/超伝導体/銅酸化物/銅酸化物高温超伝導体/加速器/軟X線/非弾性/放射光/超伝導/高温超伝導/酸化物高温超伝導体/持続可能/持続可能な開発/磁性材料/電気抵抗/電子状態/ダイナミクス/ナノメートル/酸化物/分解能/結晶構造

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発表日：2025年4月25日

次世代形状記憶合金の原子配列と原子の動きの観察に成功

─より高性能の合金開発の指針に─

次世代の形状記憶合金として期待されるCu-Al-Mn系形状記憶合金は、原料が安価で加工しやすく、良好な超弾性を発現することから、耐震材料や医療デバイスなど幅広い分野での応用が期待されています。さらに性能を高めるためには合金の原子の並びと配列の変化を詳しく知る必要があります。しかしこれまでの技術でこれらを調べることは困難でした。東北大学と九州大学、株式会社古河テクノマテリアル（神奈川県平塚市、花谷健社長）の共同研究グループは、Cu-Al-Mn系形状記憶合金の原子レベルでの構造変化を解明しました。X線吸収分光法（XAS）（注４）と第一...

キーワード：結晶格子/X線吸収分光/反強磁性/物質科学/エントロピー/放射光/材料科学/マンガン/固溶体/DFT/強磁性/持続可能/持続可能な開発/局所構造/金属ガラス/形状記憶効果/原子配列/超弾性/電子状態/アルミニウム/スピン/ナノスケール/金属材料/形状記憶合金/第一原理/第一原理計算/熱処理/量子力学/結晶構造/ゆらぎ/構造変化

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発表日：2025年4月15日

電子機器内の熱流を自在に制御できるメカニズムを発見

-次世代デバイスの性能向上と省エネ化に期待 -

電子機器に組み込まれた半導体デバイスの中で、電子や磁気（スピン）は設計した回路に沿って移動させることができます。しかし発生してしまう熱を思った方向に流して逃がすことは困難です。電子機器の性能を高めるには、半導体デバイスの発熱を適切にコントロールすることが不可欠です。東北大学大学院工学研究科の小野円佳教授ら、北海道大学電子科学研究所、同大大学院工学研究院、高輝度光科学研究センターからなる共同研究チームは、絶縁膜であるアモルファスシリカ（SiO2）薄膜の熱の流れを自在に制御できるメカニズムを...

キーワード：プロファイル/ケイ素/プラズマCVD/半導体デバイス/非晶質/持続可能/省エネ/持続可能な開発/アモルファス/原子配列/CVD/シリカ/シリコン/スピン/振動特性/動特性/半導体/膜構造/結晶構造

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発表日：2025年4月10日

結晶多形の選択機構をコロイド結晶により解明

─ 創薬や新材料開発で結晶多形の制御への貢献に期待 ─

化学組成が同じで結晶構造が異なる物質を結晶多形といい、物性や化学的性質が異なるため、その中から所望の構造を選択的に成長させることは材料や医薬品の創製において重要なポイントです。しかしながら、多形間に転移をともなう結晶化の詳細なプロセスは未解明であり、分子や原子スケールでの描像が求められています。本研究では、相転移のモデルとしてコロイド系を用いて、結晶多形の選択機構の解明にアプローチしました。東北大学金属材料研究所の野澤純特任助教、金沢大学学術メディア創成センターの佐藤正英教授、東北大学未来科学技術共同研究センターの宇田聡教授、東北大学金属材料研究所の藤原航三教授からなる研究...

キーワード：産学連携/グラファイト/揺らぎ/核形成/相転移/化学組成/スチレン/ポリスチレン/結晶育成/エピタキシャル成長/フォトニクス/ヘテロエピタキシー/持続可能/コロイド粒子/持続可能な開発/エピタキシー/エピタキシャル/コロイド結晶/コロイド/その場観察/マイクロ/化学工学/金属材料/結晶化/結晶成長/結晶方位/分解能/結晶構造/創薬

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発表日：2025年4月8日

薄膜生成時の枝分かれ現象を、トポロジー・物理・AIの融合で解明

〜Beyond 5Gを支える基盤技術への応用に期待〜

東京理科大学先進工学部マテリアル創成工学科の小嗣真人教授、岡山大学の大林一平教授、京都大学の平岡裕章教授、筑波大学数理物質系の三俣千春教授らの研究グループは、トポロジーと自由エネルギーを活用した機械学習（AI）解析を実施し、薄膜結晶の電気的特性に大きな影響を与える樹枝状構造の枝分かれメカニズムを明らかにしました。これは、高品質な薄膜結晶の作製プロセスにつながる成果であり、次世代の電子デバイスへの応用が期待されます。Beyond 5Gの実現に向けて、現世代の 5Gよりも一桁以上高いテラヘルツ（THz）周波数帯で動作する電荷移動度（＊１）の高いデバイスが求められています。...

キーワード：電気通信/AI/ワークフロー/機械学習/最適化/自由エネルギー/情報学/人工知能（AI）/産学連携/ホモロジー/トポロジー/六方晶窒化ホウ素/テラヘルツ/電荷移動度/マテリアルズ・インフォマティクス/h-BN/トランジスタ/電子デバイス/半導体デバイス/半導体材料/持続可能/持続可能な開発/エネルギーモデル/グラフェン/センサー/移動度/化学工学/周波数/多層膜/電荷移動/半導体/膜構造/インフォマティクス/ホウ素/結晶構造/ステント

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発表日：2025年4月7日

室温に近い温度でスルフィドからスルホンを選択的に合成

－高性能な六方晶ペロブスカイト酸化物ナノ粒子触媒を開発－

　東京科学大学（Science Tokyo）*総合研究院フロンティア材料研究所の鎌田慶吾教授と和知慶樹特任助教、東北大学金属材料研究所の熊谷悠教授らの研究チームは、マンガン（Mn）、ストロンチウム（Sr）、ルテニウム（Ru）を組み合わせたペロブスカイト酸化物（用語1）が、酸素分子（O2）のみを酸素源として、硫黄化合物であるスルフィド（用語2）を有用なスルホン（用語3）へと効率的に変換できることを発見しました。　酸素分子を酸化剤とするスルフィド酸化は高難度反応の一つであり、新しい固体触媒の設計と開発が切望されていました。特に、スルフィドからスルホンへの酸化で...

キーワード：産学連携/遷移金属酸化物/超伝導体/ストロンチウム/超伝導/スルフィド/磁性体/マンガン/貴金属/固体触媒/酸素分子/遷移金属/ペロブスカイト/ペロブスカイト酸化物/選択性/誘電体/持続可能/持続可能な開発/圧電体/強誘電体/電子状態/ナノ粒子/ポリマー/金属イオン/金属材料/金属酸化物/酸化物/第一原理/第一原理計算/天然ガス/機能性/結晶構造/ルテニウム/官能基/酸化反応

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発表日：2025年4月3日

強磁性窒化鉄において磁気ひずみの巨大変調を実証フレキシブルなスピントロニクス素子のための新材料として期待

身につけられる柔軟なエレクロニクス素子に磁石の特性を融合させるフレキシブルスピントロニクスは、ひずみセンサシートなどを実現できる分野として期待を集めています。しかし、センサの高感度化に向けては、大きな磁気抵抗効果（磁石の向きによって電気抵抗が変化する効果）などのスピントロニクス機能と同時に、ひずみに対して磁石の向きが敏感に変化する「磁気ひずみが大きな材料」を探し出すことが切望されていました。今回、東北大学金属材料研究所の伊藤啓太助教と関剛斎教授は、同研究所の嶋田雄介助教（研究当時、現：九州大学准教授）、大学院工学研究科の遠藤恭教授、物質・材料研究機構磁性・スピントロニクス材料研究...

キーワード：産学連携/結晶格子/磁気抵抗/磁気抵抗効果/磁性体/材料科学/フレキシブル/ペロブスカイト/強磁性/持続可能/持続可能な開発/強磁性体/窒化物/電気抵抗/コバルト/スピン/スピントロニクス/センシング/ひずみ/金属材料/結晶構造

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発表日：2025年4月2日

"鉄さび" で排ガス浄化用助触媒の酸素貯蔵量が40％以上増加

― 自動車排ガス浄化触媒の低コスト化に貢献 ―

自動車産業において電気自動車（EV）シフトに停滞感も出る中、エンジン車の排ガス規制強化の対応が喫緊の課題です。排ガスを浄化する触媒の高性能化とパラジウムなどの高価な貴金属の使用量削減の鍵を握るのが、酸素を蓄える機能を持つ酸素貯蔵セラミックスです。東北大学大学院工学研究科知能デバイス材料学専攻の高村仁教授らは、わずか5体積%の鉄さび（酸化鉄）をCe−Zr系酸化物に混ぜて熱処理することで、400 ℃において従来よりも43%高い酸素貯蔵能力が得られることを発見しました。さらに、この優れた性能の発現には、製造時の精密...

キーワード：産学連携/酸素濃度/ナノサイエンス/貴金属/持続可能/酸化鉄/持続可能な開発/エンジン/酸化物/自動車/電気自動車/熱処理/結晶構造/ジルコニウム/パラジウム/規則構造

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発表日：2025年3月27日

鎖が引力でつながった原子層薄膜の構造相変化を発見

―三次元、二次元材料を超える超微細高機能材料実現に道―

半導体の進化は、私たちの生活をますます発展させる可能性を大いに秘めています。情報の爆発的な増大に伴い、超微細な電子デバイスの実現が求められる中、次世代の材料として注目されているのが、一次元ファンデルワールス（1D-vdW）材料です。現在、次世代の微細半導体としてグラフェンに代表される二次元（2D）-vdW材料（注4）に関する研究が盛んに行われていますが、1D-vdW材料によってさらなる高機能化が待ち望まれています。東北大学大学院工学研究科の双逸助教（材料科学高等研究所：WPI-AIMRおよび高等研究機構新領域創成部兼...

キーワード：産学連携/グラファイト/パルス/絶縁体-金属転移/二次元材料/原子層/材料科学/ファンデルワールス力/メモリ/絶縁体/層状物質/電子デバイス/量子デバイス/持続可能/持続可能な開発/ニオブ/電気抵抗/グラフェン/構造制御/相変化/熱処理/半導体/機能材料/結晶構造/構造変化

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発表日：2025年3月17日

量子スピン液体の検証方法を確立

――磁場の方向で温まりやすさが変化することに着目――

東京大学大学院新領域創成科学研究科の房圣杰（ファン　センジェー）大学院生、水上雄太助教（研究当時、現在東北大学大学院理学研究科准教授）、橋本顕一郎准教授、芝内孝禎教授らの研究グループは、磁場の角度によって比熱がどのように変化するかを測定することで、蜂の巣格子を持つコバルト酸化物磁性絶縁体Na₂Co₂TeO₆（NCTO）のスピン状態の詳細を解明しました。本研究では、アレクセイ・キタエフにより予測された量子スピン液体（キタエフ・スピン液体、注1）ではマヨラナ粒子が磁場の方向に敏感に依存して熱的に変化をもたらすことに着目しました。磁場方向を変えてNCTOの比熱を測定することで、マ...

キーワード：情報学/量子計算/産学連携/キタエフ模型/コバルト酸化物/スピン液体/マグノン/マヨラナ粒子/準粒子/熱測定/揺らぎ/陽電子/量子スピン/素粒子/磁場/量子スピン液体/絶縁体/持続可能/持続可能な開発/コバルト/スピン/極低温/酸化物/量子力学/結晶構造/ルテニウム

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発表日：2025年3月13日

複雑なナノスピン構造に由来する物性を予測する第一原理計算手法を開発

―次世代高速・低消費エネルギーのスピントロニクス素子開発に貢献―

近年、非共面スピン構造を持つ物質はスピントロニクス研究で重要な位置を占め、有望な次世代材料として大きな期待を集めています。これまで、この分野では実験研究が急速に進む一方で、理論的な解析はまだ簡略化されたモデルに頼っており、物質の個性を反映した実験で得られた経験的なパラメータを使わずに近似的に解く非経験的予測手法の開発が求められていました。しかし一般に非共面スピン構造はサイズが大きく数値シミュレーションに膨大な計算資源が必要であるため、解析が非常に難しくなっていました。東北大学金属材料研究所の陳曉邑助教（理化学研究所創発物性科学研究センター客員研究員）、東京都立大学大学院理学研究科の...

キーワード：産学連携/ホール効果/数値シミュレーション/波動関数/スキルミオン/トポロジカル/磁気モーメント/磁性体/持続可能/持続可能な開発/磁性材料/電子状態/シミュレーション/スピン/スピントロニクス/ナノスケール/金属材料/第一原理/第一原理計算/密度汎関数理論/量子力学/結晶構造/スキル

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