Studies.
本研究室では、エピタキシャル薄膜結晶成長技術とナノテクノロジーを用いた高温超伝導体及び機能性酸化物の高性能化をテーマとした研究を行っています。
高温超伝導体
機能性酸化物
超伝導体は、永久磁石の上に浮上したり、電気抵抗ゼロなど面白い性質を持っています。しかし、超伝導状態を得るためには-270℃もの極低温が必要でした。
高温超伝導体は安価な液体窒素温度(-196℃ = 77.3 K)で超伝導状態が得られるため、次世代の超伝導材料として注目を集めています。
高温超伝導体を含めた機能性酸化物は、作り方を工夫することで多彩な性質を付与することができます。中には従来材料を超えた機能性や、これまでにない新しい機能性を示す材料もあります。
本研究室では、高温超伝導体、機能性酸化物の機能性を向上させ、さまざまな用途への応用展開を目指しています。
薄膜技術
高温超伝導体や機能性酸化物のポテンシャルを引き出すためには、結晶方位を揃えた試料を作製することが有効です。そこで、半導体でも使われているエピタキシャル薄膜結晶成長技術を用いて高品質な高温超伝導体や機能性酸化物の薄膜を作製する技術の研究・開発を行っています。
本研究室では、パルスレーザー蒸着法（PLD法）を用いて高温超伝導体や機能性酸化物のエピタキシャル薄膜を作製しています。また、創薬分野で用いられているコンビナトリアルケミストリーの手法を取り入れたコンビナトリアルPLD法によって、複数の試料を高速に作製し、研究・開発を高効率に行っています。
薄膜結晶成長
ナノテクノロジー
エピタキシャル成長した薄膜の表面を原子間力顕微鏡で観察すると、スパイラル模様やパンケーキが積み重なった模様など多彩な表面形状が見られます。これらの形状を詳細に観察・分析することで、薄膜結晶成長中における原子・分子レベルでの成長機構を知ることができます。
また、高温超伝導体にある不純物を添加するとその不純物がナノサイズの円柱状（ナノロッド）に自己組織化し、超伝導特性を劇的に向上させることが明らかになりました。この自己組織化ナノロッドも薄膜結晶成長に基づいて形状や密度が変化します。
これらの薄膜結晶成長を観察・制御することで高温超伝導体・機能性酸化物の性能を向上させるキーポイントが見えてきます。
シミュレーション
超伝導体の中では磁場が細分化されて無数の量子化磁束になります。この量子化磁束が超伝導体中で運動することで電気エネルギーの損失が産まれます。しかし、量子化磁束の直径は数ナノ～数十ナノと非常に小さく、音速程度の高速で運動しているため、直接観察は非常に困難です。そこで、シミュレーションによって量子化磁束線を可視化し、量子化磁束線の運動の観察や効率よく運動を抑止する微細構造について研究しています。
また、自己組織化ナノロッドの直径も量子化磁束と同程度であるため、薄膜結晶成長シミュレーションを独自に開発し、自己組織化メカニズムの解明や、形状・密度の制御指針を研究しています。