大阪大学研究Discovery Saga

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、この材料の結晶格子中の空洞が水分子を可逆的に吸脱着する性質を利用して、光学式湿度センサーとして機...

キーワード：マルチモーダル/オープンアクセス/最適化/品質管理/環境変化/結晶格子/クロスオーバー/パルス/蛍光寿命/高エネルギー/時間分解/水分子/水溶液/物質科学/揺らぎ/X線回折/ノイズ/スペクトル/近赤外/近赤外線/検出器/赤外線/発光スペクトル/モリブデン/液晶/蛍光センサー/ラマン/パルスレーザー/ファイバー/レーザー照射/成形加工/前駆体/エネルギー移動/フォノン/温度センサー/可視光/蛍光体/水熱合成法/分光測定/構造モデル/ガスセンサー/希土類/電気抵抗/光学特性/センサー/センシング/マイクロ/モニタリング/レーザー/光センサー/光ファイバー/水素製造/水熱合成/同時計測/半導体/非接触/非接触計測/結晶構造/生体組織/APC/アップコンバージョン/ラマン分光/寿命/ランタノイド

他の関係分野：情報学複合領域数物系科学化学総合理工工学農学

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発表日：2026年2月25日

加速力1000倍のレーザー航跡場加速で自由電子レーザー発振に成功

高エネルギー加速器の卓上化に向けたマイルストーン

大阪大学産業科学研究所の細貝知直教授　（兼理化学研究所放射光科学研究センターチームリーダー）、量子科学技術研究開発機構関西光量子科学研究所の神門正城所長（兼大阪大学産業科学研究所招へい教授）、高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所の山本樹名誉教授らの研究グループは、レーザー航跡場加速（Laser Wakefield Acceleration; LWFA）で生成した電子ビームを用いて極端紫外線（XUV）領域での自由電子レーザー（Free Electron Laser; FEL）の発振に成功しました。本研究成果は、米国科学誌『Physical Review Re...

キーワード：X線自由電子レーザー/コヒーレント/パルス/高エネルギー/自由電子レーザー/超高速ダイナミクス/揺らぎ/加速器/内部構造/放射光/磁場/衝撃波/太陽/材料科学/超短パルス/半導体材料/紫外線/原子配列/微細構造解析/ダイナミクス/ナノメートル/フェムト秒/レーザー/永久磁石/軽量化/実証実験/電子ビーム/半導体/微細構造/量子ビーム/構造変化

他の関係分野：数物系科学工学

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発表日：2026年1月23日

＼冷やしても電子のスピンは凍りつかない？／氷のような乱れによって電子のスピンが低い温度でも揺らいでいる状態を発見

電子スピンがもつれながら揺らぐ機構の解明に期待

大阪大学大学院理学研究科の花咲徳亮教授らの研究グループは、原子の並びが氷のように乱れた物質において、極めて低い温度になっても電子の量子スピンが揺らいでいる状態を世界で初めて明らかにしました。世の中の物質は、温度が下がると結晶化することがよく知られています。これは、原子間や分子間にはたらく相互作用のエネルギーが低くなるように、原子や分子が整列するためであり、...

キーワード：学際研究/フラストレーション/高エネルギー/磁気共鳴/熱測定/物質科学/揺らぎ/量子コンピュータ/量子スピン/J-PARC/エントロピー/ミュオン/加速器/中性子/スペクトル/磁場/共鳴状態/スピン緩和/持続可能/ベンゼン/持続可能な開発/熱力学/スピネル/チタン/電子状態/シミュレーション/スピン/ダイナミクス/マグネシウム/極低温/金属材料/結晶化/原子力/酸化物/核磁気共鳴

他の関係分野：環境学数物系科学化学工学

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発表日：2026年1月9日

＼AIがナノロボットを創る？！／ AI×走査型プローブ顕微鏡で単原子を室温で操作

大阪大学大学院基礎工学研究科システム創成専攻 DIAO ZHUO（刁琢）助教、奥山純矢さん（研究当時：大学院博士前期課程）、同研究科附属極限科学センター阿部真之教授らの研究グループは、AIの手法を走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscopy; SPM）に組み込み、自律的に試料表面の単一原子を動かすことや取り上げることを可能にする技術を開発しました。AIが測定試料表面の状態を原子レベルで把握し、測定装置自身の状態を判断しながら、必要に応じて修正や調整を行い、自律的に個々の単原子を操作します。これまでのいわゆる自動計測とは異なり、人間に代わりAIが実験研究をす...

キーワード：画像認識/言語モデル/人工知能（AI）/熱揺らぎ/揺らぎ/構造形成/プローブ顕微鏡/原子操作/材料科学/超高真空/反応制御/シリコン表面/持続可能/分光測定/持続可能な開発/局所構造/原子配列/シリコン/ナノスケール/ロボット/極低温/自動化/自動計測/酵素反応/ナノテクノロジー/プローブ/ラット

他の関係分野：情報学数物系科学化学総合理工工学

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発表日：2025年12月23日

有機太陽電池材料の新たな知見

ナノ構造の違いが光による電荷の動きに影響を及ぼす

有機薄膜太陽電池は軽量で柔軟かつ加工が容易なため、さまざまな応用が期待されています。発電には光で生じた電荷（ホールと電子）を効率よく分離して取り出す必要があり、その役割を担うのがp型有機半導体・n型有機半導体と、両者が接するp/nヘテロ接合界面です。その界面と電荷移動パスを適切に制御することが重要なため、p型とn型の半導体成分を同一分子に組み込み、自発的な集積（自己組織化）によりp/nヘテロ接合を形成させる手法が注目されています。しかし、単一分子の自己組織化は複雑で、最適なナノスケールのp/nヘテロ接合を得ることが難しいという課題がありました。大阪公立大学大学院工学研究科の前田壮志准...

キーワード：最適化/時間分解/揺らぎ/X線回折/核形成/電気伝導度/輸送特性/スペクトル/太陽/分子構造/自己組織/ナフタレン/吸収スペクトル/広角X線回折/有機太陽電池/有機薄膜太陽電池/有機半導体/光電流/ファイバー/接合界面/キャリア/光励起/単一分子/電子デバイス/分子配列/有機薄膜/ボトムアップ/秩序構造/電荷輸送/ナノファイバー/光電変換/太陽電池/電気伝導/電池/AFM/ナノスケール/ナノ構造/ナノ粒子/マイクロ/マイクロ波/移動度/原子間力顕微鏡/自己集積/電荷移動/電子顕微鏡/透過型電子顕微鏡(TEM)/動特性/半導体/スクアレン/結晶性/組織化/アレン

他の関係分野：情報学数物系科学化学総合理工工学農学

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発表日：2025年11月12日

シングルセル型PLOM-CON法を駆使した細胞周期依存的な薬効の解明と層別化

抗がん剤作用の超早期検出と予兆シグナル同定

東京科学大学（Science Tokyo）総合研究院細胞制御工学研究センターの加納ふみ教授らの研究グループは、培養細胞に対する薬剤の効果を単一細胞レベルで高感度に評価する新手法「シングルセル型PLOM-CON（sc-PLOM-CON）法」を開発しました。本手法は、多重免疫蛍光染色と画像ベースの共変動ネットワーク解析を統合することで、薬剤による細胞周期依存的な早期の細胞状態変化をタンパク質の共変動ネット...

キーワード：画像データ/情報数理/インテリジェンス/ネットワーク解析/主成分分析/揺らぎ/タンパク質合成/オルガネラ/状態推定/安全性評価/実証実験/制御工学/DNA複製阻害/複製阻害/相関解析/SUMO化/一細胞/細胞応答/リン酸/タンパク質翻訳/性周期/生体組織/DNA二本鎖切断/iPS細胞/オミクス/シグナル伝達系/細胞内シグナル/細胞老化/染色体/薬剤スクリーニング/フローサイトメトリー/不均一性/DNA損傷/DNA複製/Hela細胞/RNA/がん細胞/スクリーニング/ストレス応答/ブレオマイシン/プロテオミクス/一細胞解析/細胞核/細胞周期/細胞分化/細胞分裂/神経分化/神経変性/神経変性疾患/創薬/培養細胞/副作用/翻訳後修飾/薬剤感受性/ストレス/バイオマーカー/遺伝子/遺伝子発現/概日リズム/個別化医療/抗がん剤/抗体/老化

他の関係分野：情報学数物系科学生物学工学総合生物農学

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発表日：2025年6月4日

＼原子を「素手」で操作するメタバース実験室／バーチャル・リアリティ×走査型プローブ顕微鏡による混合現実（MR）実験システムを開発

大阪大学大学院基礎工学研究科システム創成専攻 DIAO ZHUO（刁琢）助教、附属極限科学センター阿部真之教授らの研究グループは、バーチャル空間と実験室の現実空間をスムーズに行き来できる混合現実（Mixed Reality; MR）実験システムを開発し、目の前に5千万倍率で投影したシリコン原子を、直感的に観察したり動かしたりすることを可能にしました（図１）。この新しい実験システムでは、研究者が特殊なヘッドセットを装着することで、実験室の現実世界と仮想空間をシームレスに行き来できます。最大の特徴は、手のジェスチャーだけで原子を「見て」「触って」「動かす」ことができる点です。従来は複雑な...

キーワード：インターフェース/データ駆動/仮想空間/触覚フィードバック/バーチャル・リアリティ/フレームワーク/言語モデル/最適化/人工知能（AI）/揺らぎ/プローブ顕微鏡/原子操作/超高真空/シリコン表面/持続可能/分光測定/持続可能な開発/局所構造/エンジン/シリコン/デジタルツイン/ナノスケール/ナノメートル/ナノ計測/フィードバック/異常検知/極低温/自動化/ジェスチャー/ナノテクノロジー/プローブ/コミュニティ

他の関係分野：情報学数物系科学総合理工工学総合生物

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発表日：2025年5月15日

鉄系超伝導体を用いて強磁場下で超伝導ダイオード効果を観測

ボルテックスに由来する整流効果の仕組みを解明

大阪大学大学院理学研究科の小林友祐さん（当時博士前期課程2年）、塩貝純一准教授、松野丈夫教授、東北大学金属材料研究所の野島勉准教授らの共同研究グループは、鉄系超伝導体のひとつであるセレン化・テルル化鉄Fe(Se,Te)を用いることで、数～十数テスラの強磁場において、超伝導ダイオード効果を示す超伝導素子を実現しました。Fe(Se,Te)は、母物質であるFeSeと比較して高い超伝導臨界パラメータと強いスピン...

キーワード：セレン/セレン/スケーリング則/スケーリング則/スピン軌道相互作用/スピン軌道相互作用/強磁場/強磁場/対称性/対称性/超伝導体/超伝導体/鉄系超伝導/鉄系超伝導/鉄系超伝導体/鉄系超伝導体/非対称性/非対称性/揺らぎ/揺らぎ/量子化/量子化/スケーリング/スケーリング/磁場/磁場/超伝導/超伝導/空間反転対称性/空間反転対称性/高調波/高調波/温度依存性/温度依存性/電気抵抗/電気抵抗/スピン/スピン/金属材料/金属材料

他の関係分野：環境学数物系科学総合理工工学

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発表日：2025年5月15日

鉄系超伝導体を用いて強磁場下で超伝導ダイオード効果を観測

ボルテックスに由来する整流効果の仕組みを解明

他の関係分野：環境学数物系科学総合理工工学

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発表日：2025年4月12日

ガラスの「見えない秩序」がテラヘルツ帯の揺らぎを決める

ガラスは一見すると無秩序に結びついた原子の集合体ですが、X線や中性子線を用いて観察すると、わずかに周期的な構造「第一尖鋭回折ピーク（FSDP）」が観測されます。また、ガラスのテラヘルツ（THz）帯の振動として観測される「ボゾンピーク（BP）」は、低熱伝導性や機械的性質、THz光の吸収特性に影響を与えます。しかしながら、FSDPとBPとの関係は未解明でした。本研究では、材料の弾性のばらつきを考慮する不均一弾性体理論により、BPの発生がFSDPと密接に関係することを見いだしました。また、理論が予測する最小の弾性不均一性とFSDPのスケールがほぼ一致し、FSDPがガラスのTHz帯振動特性を決...

キーワード：学際研究/コヒーレント/テラヘルツ光/揺らぎ/周期性/中性子/中性子回折/放射光/スペクトル/テラヘルツ/ケイ素/弾性率/光学材料/持続可能/持続可能な開発/機械的性質/塑性変形/光学特性/シミュレーション/シリカ/ナノメートル/モデル化/携帯電話/周波数/振動特性/弾性体/動特性/熱伝導/振動現象/不均一性

他の関係分野：環境学数物系科学化学工学総合生物

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発表日：2025年3月27日

ガラスの秩序とは何かを解明

熱力学の新たな発展へ

大阪大学産業科学研究所の白井光雲招へい教授は、ガラスの「秩序変数」を新しい理論で説明し、固体における「秩序」の本性を解明しました。「秩序変数」とは、固体・液体・気体など、物質の「相」を区別するための指標の一つで、これを考察することにより、物質の状態を特定します。たとえば、水の密度や、磁石の強度などが、この秩序変数として使われています。　結晶では、原子が規則正しく並んでいるので、その並び方（周期性）に「秩序がある」とされます。一方ガラスは、結晶とは異なり、原子の並び方に規則性はありません。原子の規則性を秩序と考える限り、「ガラスの秩序変数」は、矛盾した存在になります。そ...

キーワード：産学連携/熱揺らぎ/揺らぎ/周期性/磁場/強磁性/熱力学/アモルファス/原子配列/ヒステリシス/スピン

他の関係分野：複合領域数物系科学工学

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発表日：2025年3月27日

＼AIが実験室の主役に！／大規模言語モデル×SNS×走査型プローブ顕微鏡で人間に代わりAIが実験研究を行う革新技術

大阪大学大学院基礎工学研究科システム創成専攻 DIAO ZHUO（刁琢）助教、附属極限科学センター阿部真之教授らの研究グループは、大規模言語モデル（LLM）であるChatGPTとソーシャル・ネットワーキング・サービス（SNS）であるSlackを走査型プローブ顕微鏡（Scanning Probe Microscopy; SPM）に組み込み、人間の指示をChatGPTに判断させ、実験を実行させることで、試料表面の単一原子をイメージングできる技術を開発しました（図１）。これは、これまでのいわゆる自動計測とは異なり、人間に代わりAIが実験研究をする新技術です。つまり、文法的に曖昧な表現であっ...

キーワード：ネットワーキング/AI/SNS/ソーシャルネットワークサービス（SNS）/言語モデル/自然言語/情報学/人工知能（AI）/産学連携/揺らぎ/スペクトロスコピー/プローブ顕微鏡/持続可能/持続可能な開発/ナノスケール/極低温/自動化/自動計測/技術革新/プローブ/生体分子

他の関係分野：情報学複合領域数物系科学総合理工工学農学