ナノ物質量子相の科学

ナノ物質で総称される系の原子レベルでの多様な動的、静的構造とその量子状態は、新しい物性を生む母体として注目されている。しかし、ナノダイナミックスや量子位相制御に着目すると、まだその一部が解明されているだけであるといってよい。現在多くの孤立したプロジェクトが組織され、様々な角度から研究が進められているが、一つの研究方向に集中することの必要性の反面、多様な可能性の一端だけを捉えて、他の可能性に気がつかず大魚を逸する危険性を常に秘めている。これを防ぎ、新しい可能性を発掘するための物質科学に立脚し、学術コミュニティ間、各種プロジェクト間の壁を取り払った多角的な総合調査を行い、さらに学理を深く究め、応用を視野にいれてイノベーションへ繋げていく。また、社会科学のコミュニティとの交流を企画し、新たな物質科学技術の社会的受容についても検討する。

ナノ物質で総称される系の原子レベルでの多様な動的、静的構造とその量子状態は、新しい物性を生む母体として注目されている。しかし、ナノダイナミックスや量子位相制御に着目すると、まだその一部が解明されているだけであるといってよい。現在多くの孤立したプロジェクトが組織され、様々な角度から研究が進められているが、一つの研究方向に集中することの必要性の反面、多様な可能性の一端だけを捉えて、他の可能性に気がつかず大魚を逸する危険性を常に秘めている。これを防ぎ、新しい可能性を発掘するための物質科学に立脚し、各種プロジェクト間の壁を取り払った多角的な総合調査を行い、さらに学理を深く究め、応用を視野にいれてイノベーションへ繋げていくことは、現在の情勢から考えて極めて時宜を得ていると考えられる。

本研究会はナノ物質のデザインと創成、構造制御および評価から始まり、光励起、イオン伝導等に伴う動的原子構造変化、光による電子状態制御等のミクロ構造の制御から生まれる新しい物性の研究から、巨大物性応答を利用した各種高感度センサー、高効率触媒と高効率エネルギー変換および新しいクラスの次世代ナノエレクトロニクス関連の各種デバイスへの応用研究をカバーする予定である。ナノ物質は、生体物質研究や環境問題に関連して各種の微量物質の検出と有害物質除去に応用されるようになっているが、新しい需要に応えてより広く可能性を開拓することが期待される。また各種電池や新しい触媒開発も環境問題やエネルギー問題を解決するための大きな目標である。電圧による磁性制御を可能にする強磁性、強誘電性を同時に発揮する物質や非線型電流特性をもつ新しいナノ物質の探求も構造制御されたナノ物質の量子状態の研究課題の例である。転移温度が室温に達しないために、用途が限られていたsuperconductorも、新しい超伝導機構を示唆する各種の新物質の発見とともに、酸化物等でミクロな領域では高温までその性質を保持する可能性が最近発見されている。これらの量子状態を利用するエレクトロニクスは、従来optoelectronics のように、研究対象の物性と物質に応じて、nonlinear, spin, calori, molecular, superconductivity, multiferroic,　oxide等の形容詞を付して分類されていたが、分野横断的な展開が今後ますます重要となる。

本研究会は、専門領域を超えた自由な討論の場を提供することにより、ナノ物質量子相の新しい科学を開拓するための総合調査を実施する。

第1回研究会４月23日～24日　テーマ：環境調和とエネルギー関連の新物質（仮題）

第2回研究会9月　テーマ：スピンと熱（仮題）

いずれも1泊2日週末を予定
これ以外に拡大・総括幹事会を数回開いて、プロジェクトの取りまとめ、報告書の作成を行う。

第1年度である本年度は、キックオフ会議に続いて、「CuO系超伝導、FeAs系新超伝導、有機系超伝導量子相の類似性と非類似性」というテーマで、特に、東工大グループにより2008年2月に発見された鉄系超伝導体の物理を中心に、有機系超伝導体の最近の発展についても議論した。

また、「極端・極限条件下でのナノ量子相の科学」のテーマでは、超高圧下、極低温下、フェムト秒領域での物質の量子現象について議論した。

さらに「ナノカーボンの量子相の科学」のテーマでは、近年話題のグラフェンシートの物理と応用の可能性について、また、カーボンナノチューブ、人工ダイアモンドについても議論した。

研究会

第1回（設立総会）：　2008年7月8日（於：日本学術振興会）組織の構成

第2回：　2008年9月26～27日（於：高等研、参加研究者53人）
テーマ「CuO系超伝導、FeAs系新超伝導、有機系超伝導量子相の類似性と非類似性」

第3回：　2008年12月12～13日（於：高等研、参加研究者36人）
テーマ「極端・極限条件下でのナノ量子相の科学」

第4回：　2009年3月13～14日（於：高等研、参加研究者51人）
テーマ「ナノカーボンの現状と応用への可能性」

通常幹事会

第1回：　2008年6月16日（於：千里中央）

第2回：　2008年9月16日（於：京都）

第3回：　2008年12月13日（於：高等研）

第4回：　2009年1月31日（於：高等研）

第2年度である本年度は研究会として、「光と物質の相互作用によるナノ量子相」というテーマで、表面プラズモンなどの光と物質のナノ領域での相互について最近の学理の進展について議論した。この分野は特に、物性物理と光化学の格別の交流が期待される分野である。

また、「ナノ・メゾ空間での量子相の発現（有機錯体空間、無機物による空間）」のテーマでは、無機、有機物質中に自然に存在するナノ空間、あるいは人工的なナノ空間での特有・特異な現象の理解を深めた。これまで無機と有機についてはそれぞれの研究コミュニティで発展してきたが、今回コミュニティ間の交流が深まった。

今年度は、総括拡大幹事会として、幹事と少人数の参加者で研究テーマの今後の方向について議論することをおこなった。テーマは１「半導体スピントロニクスと強相関酸化物エレクトロニクスの将来展望」、２「分子エレクトロニクスの現状と将来」、３「ナノ超伝導」である。１と３はここ十年進歩が著しい分野であり、高等研でも議論を継続してきた分野である。また「最先端研究開発支援プログラム」にも採択された。　３は前身の研究プロジェクトで議論されたが、実験技術あるいは理論的取り扱いが難しいために、コミュニティへの参入者も少なく、研究の進展は遅々としていたが、最近優秀な若手でトライする人が出てきており、本プロジェクトとしてもその将来進展を期待して戦略的な研究推進の方向を議論した。また2010年度に若手研究者を中心とする研究プロジェクトを立ち上げることも決定した。

研究会

第1回：　2009年6月19～20日　（於：高等研、参加研究者38人）
テーマ：光と物質の相互作用によるナノ量子相

第2回：　2009年9月4～5日　（於：高等研、参加研究者60人）
テーマ：ナノ・メゾ空間での量子相の発現（有機錯体空間、無機物による空間）

拡大(総括)幹事会

第1回：　2009年4月11日（於：高等研）
テーマ：半導体スピントロニクスと強相関酸化物エレクトロニクスの将来展望

第2回：　2009年12月12日（於：高等研）
テーマ：分子エレクトロニクスの現状と将来

第3回：　2010年3月6日（於：高等研）
テーマ：ナノ超伝導

通常幹事会

第1回　2009年 8 月22日（於：高等研）