東京大学産学連携プロポーザル

温和な反応条件下での窒素固定法の開発は、化学者が達成すべき最も重要な研究課題の一つである。当研究室では次世代型窒素固定法の開発に関連して、安価な鉄系触媒を用いた常温常圧の窒素ガスからの触媒的シリルアミン合成の開発に成功した。生成物のシリルアミンは加水分解することにより容易にアンモニアへと変換できるアンモニア等価体である。モリブデン錯体に加えて、安価で入手容易な鉄錯体が適用可能なことも明らかにしている。

Si LSIはこれまで過去40年以上に渡り、集積度が18ヶ月で2倍になるというMooreの法則に従ってチップあたりのトランジスタ数を増大させながら性能の向上を図ってきました。しかし、トランジスタのゲート長は20 nm以下になっており、半導体微細化は物理的限界に近づきつつあります。今後10-20年以内に半導体微細化が完全に終焉を迎え、LSIの性能向上が停滞してしまうと危惧されています。 一方、Internet of Things（IoT）の進展と人工知能（AI）の台頭により、更なるコンピューティング能力の向上が必要とされています。このため、半導体微細化に依らずにLSIの性能向上を可能とする次世代コンピューティングに関する研究が世界中で活発化しています。当研究室では、AI・IoT時代を支える次世代半導体デバイスの研究を進めています。Si CMOSをベースとした技術開発およびSiプラットフォーム上にIII-V族半導体やGe、強誘電体材料を集積したトランジスタの研究をしています。 主な研究テーマ  HfO2系強誘電体ゲート絶縁膜トランジスタと強誘電体メモリ  強誘電体デバイスを用いたリザバーコンピューティング  3次元集積CMOSのための極薄膜III-V-On-Insulator MOSFET  3次元集積CMOSのための極薄膜Ge-On-Insulator MOSFET  量子コンピュータのためのSi CMOSの極低温での動作特性の理解 これらに関し興味ある企業等との様々な情報交換の用意があります。

セシウム原子時計の発明により、GPSによる測位や超高速大容量通信ネットワークのタイミング制御など、現代生活を支える基幹技術が生み出されてきた。しかし、セシウム原子時計でも精度の限界があり、セシウム原子の熱運動や、他の原子との相互作用が原因で3000万年に1秒の誤差（15桁の精度）が生じる。 この研究室では、セシウム原子時計を越える精度の原子時計「光格子時計」について研究している。「光格子時計」はレーザー冷却した約100万個の原子を、ある特定の波長（魔法波長）で光トラップし、原子の遷移周波数を測定することで正確な1秒を決めるという原理であり、理論的には1秒で18桁の遷移周波数計測が可能になる。この精度では、時計を1cm高く置くだけで、重力によって時計の進みが早くなることがリアルタイムで計測できる。  

この研究室では、固体基板上で原子のコヒーレントな運動制御を行うことにより、電子や光子に比べて豊富な内部自由度をもつ原子を媒介とする量子情報処理系の実現を目指し研究を進めている。これまでに、ガラス基板上に微細加工した電極に交流電圧を印加することで、シュタルク効果を利用するレーザー冷却原子のトラップに成功している。この方式は、電場による制御に基づいているため、磁場による制御とは異なり、電流に伴う発熱などの問題を回避でき、低消費電力・高集積化デバイスの実現が可能となる。今後、この研究成果をもとに、表面原子トラップの集積化による原子輸送・原子メモリ回路等の開発を行い、量子コンピュータへの展開を図りたい。

当研究室ではJSTの支援を受け、μ秒の分解能で時々刻々と変化する液体の表面張力や粘性を計測するシステムを開発した。このシステムでは液滴を空中に射出し、独自の特許技術でこれを非接触で変形させ、その後の形状変化からこれら液滴の力学物性を高い精度で計測する。またピコリットル液滴が固体基板上で濡れ広がり、あるいは紙などに浸透してゆく様子をマイクロ秒の分解能で動画撮影する技術などを有している。

当研究室では超精密な粘性測定手法の開発を行っている。世界の計量が量子標準に統一されようとしている現在においてもまだ粘性の標準は「水と毛細管」である。我々は独自の粘性測定手法である磁気浮上型EMS(Electro-Magnetically Spinning)法により、純水の1/100,000の低粘性を測定することに成功している。

この研究室で取り組んでいるテーマの一つにナノテクノロジーがある。液状材料のミクロな物性や挙動に関する知見を活かして、この研究室では市販のインクジェット技術を超える独自の超高速ピコリットル液滴射出（毎秒20万発以上）、あるいは簡便なフェムトリットル液滴形成技術を駆使して、微小液体の積層・融合によるハイブリッドな柔構造デバイスの作製を目指している。

ナノテクノロジーは最も注目されている技術の一つであるが、この研究室ではμm薄膜の塗布・硬化・構造形成過程を粘弾性変化の観点からモニタリングする電界ピンセットシステムや、10＾6ｓ＾-1を超える超高歪領域の流動特性を解析するハイパーレオロジー観察システムなど、極限の流体物理を研究する技術の開発を行っている。

この研究室では完全非接触で粘弾性測定が可能なEMS（Electro Magnetically Spinning）粘度測定システムを開発した。密閉環境に置かれた試料の粘弾性を、外部からの遠隔操作で計測することが可能であり、この特徴を活かした医療・バイオ系をはじめ粘性計測を行っているすべての分野への応用展開を目指している。

この研究室では、密度汎関数法による第一原理計算(DFT)、分子動力学計算(MD)、擬連続体計算(QC)、フェーズフィールド法、有限要素法などのシミュレーションを用いて、ナノ・マイクロスケールの強度・物性問題の解明、ならびにマクロまでつながるマルチスケールシミュレーションに取り組んでいる。半導体・金属・酸化物・ポリマーの変形および破壊のシミュレーション、燃料電池電極材料の反応シミュレーション、金属-潤滑油系の潤滑シミュレーションなどを行っている。ナノ・マイクロスケールにおけるこうした現象の解明が実験では困難な場合でもシミュレーションで推定でき、また、実測とよく一致する結果が得られている。