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ナノ

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1: 2016/03/16(水) 21:11:49.26 ID:CAP_USER.net
産総研:世界最高レベルのQ値を有する光ナノ共振器の大量作製に成功
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2016/pr20160316/pr20160316.html


研究成果のポイント

•工業生産に適したフォトリソグラフィ法を使用し、従来の100万倍のスピードで作製
• 世界最高レベルのQ値(注1)150万を達成、超高Q値光ナノ共振器の普及へ
• シリコンレーザーや光メモリー、簡便に使える医療診断センサーの開発等応用に期待


研究概要

 公立大学法人大阪府立大学(理事長:辻 洋)工学研究科の高橋和准教授と、国立研究開発法人産業技術総合研究所(理事長:中鉢 良治) 電子光技術研究部門の森雅彦研究部門長、岡野誠研究員の研究グループは、世界で初めて、工業生産に適したフォトリソグラフィ法を用いて、100万以上のQ値を有する光ナノ共振器を作製することに成功しました。

 シリコンフォトニック結晶(注2)を用いた光ナノ共振器(注3)は、100万を超える非常に高いQ値を実現しており、光を微小領域に強く閉じ込めることが可能です。
この特長を生かしたさまざまな光素子が研究されており、IoT時代を切り開くシリコンレーザー(注4)、光集積回路で重要となる光メモリー(注5)、どこでも簡便に使える医療診断センサー(注6)などが例として挙げられます。
とくに、近年開発され注目を集めている超低消費電力シリコンラマンレーザー(注7)は、100万以上のQ値を持つ光ナノ共振器が必要不可欠とされています。

 しかし、これまで実現してきたQ値100万以上の光ナノ共振器は全て、電子線リソグラフィ法により作製されたものでした。
産業応用を実現するには、半導体製造で一般的なフォトリソグラフィ法(電子線リソグラフィの100万倍の生産性を持つ)を用いて大面積ウエハー上に一括作製することが重要です。

 一般的に、光ナノ共振器は、非常に小さな空気孔(直径200ナノメートル程度)を周期的に配列した構造からなるため、リソグラフィに高い精度が要求されます。
また、リソグラフィ以外の作製工程でも多くの工夫が必要になります。
そのため、100万以上のQ値を実現することは、電子線リソグラフィ法を用いたとしても容易ではなく、微細パターン形成の精度が劣るとされるフォトリソグラフィ法と、柔軟性に欠ける半導体製造プロセスでは、Q値100万以上の光ナノ共振器を作製することは困難と考えられてきました(図1)。

 これまでに、大阪府立大学のグループは、電子線リソグラフィ法を用いて作製された世界最高レベルのQ値を有する光ナノ共振器を研究してきました。
一方、産業技術総合研究所(略称:産総研)は、フォトリソグラフィ法と半導体製造プロセスを用いたシリコンフォトニクス研究において、世界トップレベルのエンジニアリング技術を保有し、国内最大のシリコンフォトニクス研究拠点として、産業応用を積極的に推し進めてきました。
本研究は、基礎研究と応用研究で世界を牽引するグループが協力することで、初めて可能となりました。
両グループがそれぞれの知識、技術を持ち寄り、融合させることで、フォトリソグラフィ法と半導体製造プロセスを用いて高Q値光ナノ共振器を作製するための最適な方法が考え出されました。
それぞれの強みを生かして、主に、産総研がデバイス設計とサンプル作製を担当し、大阪府立大学がデバイスの特性評価を担当しました。

 サンプル作製は、産総研スーパークリーンルーム(略称:SCR)のシリコンデバイス一貫試作ラインを利用しました(図2)。
最先端のArF液浸フォトリソグラフィ法(注8)と、現場の技術者が有するプロセスノウハウを生かして、大面積30 cmシリコンウエハー全面に、光ナノ共振器を高い精度で作製しました(図3)。
その結果、予想を大きく上回る、150万のQ値を得ることに成功しました(図4)。今後、共振器構造と作製プロセスの最適化を進めることで、これ以上のQ値も十分期待できます。

 本研究成果を受けて研究グループでは、今後、オープンイノベーション推進拠点である産総研SCRにおいて、多くの研究者が高Q値光ナノ共振器を研究できる体制を整えていき、フォトニック結晶デバイスの早期実用化を推進していく予定です。
国内のフォトニクス研究者の連携を強化することで、フォトニック結晶、シリコンフォトニクス技術に基づく新たなフォトニクス産業の創出が期待されます。

 本成果は、平成28年3月22日、東京工業大学で開催される応用物理学会の注目講演として発表される予定です。

続きはソースで

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引用元: 【技術】世界最高レベルのQ値を有する光ナノ共振器の大量作製に成功 従来の100万倍のスピードで作製

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1: 2016/01/26(火) 21:37:38.07 ID:CAP_USER.net
共同発表:ナノ粒子を利用した太陽熱による高効率な水の加熱に成功
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160125/index.html


1.国立研究開発法人 物質・材料研究機構(以下NIMS) 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点(MANA)、ナノシステム光学グループの石井 智 MANA研究者、長尾 忠昭 グループリーダーらの研究チームは、遷移金属窒化物や炭化物のナノ粒子注1)が、太陽光吸収効率が高いことを数値計算で明らかにし、実際に窒化物のナノ粒子を水に分散させた実験で水温上昇速度などが速いことを確認しました。
今後これらのナノ粒子は、太陽光を利用した水の加熱・蒸留などへの応用が期待されます。

2.太陽光は最も有望な再生可能エネルギーの1つで、その利用方法として太陽電池などを用いた発電のほかに、太陽光を吸収して熱に変える光熱変換による給湯などが挙げられます。
家庭の用途別消費エネルギーにおいて給湯と暖房の割合は合計で55%に達するため、太陽光を無駄なく熱に変えて利用できれば、電気を使わずに給湯や暖房ができるため二酸化炭素の削減にも繋がります。
太陽光を吸収するために従来のように集熱パネルや集熱パイプを用いると伝熱ロスが発生するため、水などの媒質に分散させることで直接加熱できるナノ粒子に注目が集まっています。

3.今回研究チームは、NIMS 環境・エネルギー材料部門 環境再生材料ユニット 触媒機能材料グループの梅澤 直人 主任研究員らと共同で第一原理計算注2)を行い、太陽光の光熱変換に適したナノ粒子材料の探索および物性値の予測を行いました。
その結果、セラミックスである遷移金属窒化物と遷移金属炭化物の太陽光吸収効率が高いことを明らかにしました。
さらに、遷移金属窒化物の中でも窒化チタンに注目し、窒化チタンナノ粒子を水に分散させて太陽光を照射したところ、9割に近い高効率で光を熱に変換することを実験的に確認しました。
窒化チタンのナノ粒子は広帯域なプラズモン共鳴注3)を示すため、ナノ粒子1個当たりの太陽光吸収効率では金や炭素のナノ粒子よりも高い性能を示すと考えられます。
今後、この成果を床暖房や給湯および汚水や海水の蒸留などに応用することを検討しています。
これら以外のナノ粒子の応用として、高分子とナノ粒子とのハイブリット材料の開発や、ナノ粒子を介した化学反応の促進などにも取り組んでいます。

4.本研究は、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)「エネルギー高効率利用のための相界面科学」研究領域
(花村 克悟 総括)における研究課題「セラミックスヘテロ層における界面電磁場制御と熱エネルギー利用」(研究代表者:長尾 忠昭)の一環として行われました。

5.本研究成果のうち数値計算と実験に関する部分は、The Journal of Physical Chemistry C誌にて2016年1月25日に掲載されます。

続きはソースで

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引用元: 【エネルギー技術/計算物理学】ナノ粒子を利用した太陽熱による高効率な水の加熱に成功

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1: 2016/01/21(木) 22:04:04.18 ID:CAP_USER.net
【プレスリリース】世界初、一兆分の1mlの微小単位の水を自在に制御する技術を開発 ―化学、バイオなどの幅広い分野を革新― - 日本の研究.com
https://research-er.jp/articles/view/42600


ポイント

•髪の毛の数百分の1の太さのナノ流路に開閉自由な超微小スマートバルブ(弁)の作製に成功。一兆分の1ml 級の水の自在制御を世界で初めて実現
•様々な液体(液相)プロセスの精度、集積度及び処理能力の大幅向上により、化学やバイオ、材料、エネルギー、創薬、臨床医学などの幅広い分野を革新。
•次世代医療変革の推進や次世代化学技術の創出に貢献することも期待される。


研究の概要
 公立大学法人大阪府立大学(理事長:辻洋)ナノ科学・材料研究センターの許岩テニュア・トラック講師と大学院工学研究科の原田敦史准教授らとの共同研究チームは、精密な分子構造を有するソフトマテリアルと新しく開発した超高精度ナノ集積化技術を使って、髪の毛の数百分の1の太さのナノ流路に、外部温度の制御だけで開閉自由な超微小スマートバルブ(弁)を作製することに成功しました。

この超微小スマートバルブを利用することで、一兆分の1ml 級の水を自在に制御することを世界で初めて実現しました。
この研究成果は、化学、バイオなどのプロセスに画期的な革新をもたらすと予想されます。

 微視的な流体の「量」をより微小的に制御することは、基礎研究及び産業開発に関わる極めて重要な要素能力として、常に我々人類が追求してきました。
本研究で示した、水の自在制御の「量」を一兆分の1ml 級の微小な単位まで可能にしたことは、化学やバイオ、物理、機械、材料、エネルギー、創薬、臨床医学など幅広い分野における様々な液体(液相)プロセスの精度、集積度及び処理能力を大幅に向上させます。

例えば、1個の小さな細胞が含むたくさんの生体物質及び分子情報を、極限の精度で網羅的に定量解析することに役に立ちます。
また、1分子単位で溶液中のたくさんの分子を精密に直接操作することも実現可能となり、従来の常識を覆す未来の化学プロセスへと進化する可能性があります。

 今後のさらなる研究、開発を通じてこれらの画期的な革新を実現することにより、がんの超早期診断法の開発や、患者一人ひとりの「個性」を重視した精密適確で有効性の高い創薬、治療の実現を目標とする次世代の医療変革の推進が期待されます。

また、これまで実現できなかった、分子を「積み木」とする究極の精密人工合成法の実現や、収率 100%で、さらに分離・精製のプロセスを必要としない、
新たな環境に優しいグリーンケミストリーの開拓など次世代の化学技術の創出に貢献することも期待されます。

 本研究成果は、2016 年 1 月 20 日(現地時間)に、ドイツ科学雑誌「Advanced Materials」のオンライン速報版で公開されます。

続きはソースで

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引用元: 【ナノテク】世界初、一兆分の1mlの微小単位の水を自在に制御する技術を開発 化学、バイオなどの幅広い分野を革新

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1: 2016/01/11(月) 08:51:50.47 ID:CAP_USER.net
【プレスリリース】1次元での電子の振る舞いを固体表面で実証 - 日本の研究.com


本研究成果のポイント

・半導体表面に1次元ナノ金属※1 を作製し、朝永・ラッティンジャー液体(TLL)※2 と呼ばれる1次元系特有の電子状態が実現していることを発見

・これまで、固体表面でのTLLの作製例はほとんどなく、その電子状態の観測範囲(エネルギー・運動量)も限られていた

・次世代の半導体素子における極度に微細化したナノ金属配線の性質予測など、1次元ナノ金属特有の電子物性の解明に役立つと期待


概要

大阪大学大学院生命機能研究科の大坪嘉之助教、木村真一教授、自然科学研究機構分子科学研究所の田中清尚准教授、Synchrotron SOLEIL(仏)のAmina Taleb(アミナ・タレブ)博士らの研究グループは、半導体の結晶表面に作製した1次元ナノ金属において、朝永・ラッティンジャー液体と呼ばれる1次元系特有の電子の状態・動きを初めて観測しました。
 
この研究は、例えば次世代の半導体素子における極度に微細化したナノ金属配線に現れる電子の性質の予測など、これまでよく知られていなかった1次元ナノ金属特有の電子物性の解明に役立つと考えられます。
本研究成果は12月3日(木)(米国東部時間)に米国物理学会(APS)「Physical Review Letters」(オンライン版)で公開されました。

続きはソースで

 
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引用元: ・【物性物理学】1次元での電子の振る舞いを固体表面で実証 朝永・ラッティンジャー液体が実現していることを発見

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1: 2015/09/09(水) 18:11:16.43 ID:???.net
共同発表:カーボンナノチューブ・ポリアミドのナノ複合膜による高性能、多機能性逆浸透(RO)膜の開発に成功~革新的な造水システムにより地球規模の持続可能性に貢献~
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150907-2/index.html

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http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150907-2/icons/zu1.jpg

CNT(フィラー)とポリアミド(マトリクス)のナノ複合膜の構造モデル(茶色部分がポリアミドで、青~緑の亀甲が多くある構造物がCNT)。CNTの周辺に形成される固有のポリアミドのナノ構造が、この逆浸透膜(RO膜)の高い透水性と脱塩性に寄与し、フィラー(添加剤)のCNTによって耐汚染性(ファウリング特性)も向上すると考えられる。


<研究の位置付け>
21世紀は水の世紀と言われます。地球レベルでの水資源の枯渇問題に対して海水の淡水化は持続可能性を左右する重要技術であり、最近は資源産出に伴う随伴水注1)処理と環境問題、また世界共通の課題になった工業用水や都市排水の浄化等、広範な造水技術の一層の発展は、人類の持続可能性(サステナビリティ)にとって最重要課題の一つです。そのため、十分に練りつくされた現状の透水膜技術、すなわち既存の造水用膜を越える高性能で強靭(ロバスト)性を具備した新しい水分離膜への期待が高まり、国際的に活発な研究開発が進められています。

信州大学アクア・イノベーション拠点では、ナノカーボン注2)に関わるこれまでの研究蓄積をベースに高性能で強靭(ロバスト)な炭素系水分離膜の基礎科学と技術開発により、我が国の水プラント産業の発展と地球規模の持続可能性への貢献を目指しています。

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引用元: 【材料工学/環境】カーボンナノチューブ・ポリアミドのナノ複合膜による高性能、多機能性逆浸透(RO)膜の開発に成功 信州大学など

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1: 2015/08/02(日) 09:22:58.70 ID:???.net
共同発表:原子19個の白金粒子が最高の触媒活性を示す~燃料電池触媒の質量活性20倍、低コスト化に道~
http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150722-5/index.html

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http://www.jst.go.jp/pr/announce/20150722-5/icons/zu1.jpg


<研究成果>
東工大の山元教授らはCRESTプロジェクト「新金属ナノ粒子の創成を目指したメタロシステムの確立」において、デンドリマー注3)と呼ばれる精密樹状高分子を用いた原子数が規定できる超精密ナノ粒子合成法を開発した。今回は同合成法を活用し、白金ナノ粒子の原子数を厳密に12から20原子の範囲でコントロールし、それぞれの酸素還元反応に対する触媒活性を評価した。

白金原子一つ加わるごとに触媒活性が不規則に変化するという興味深い結果が得られた。対称性の高い幾何構造を持つことから、これまで最も安定で有用と考えられてきた13原子の白金粒子(Pt13)は、実は最も活性が低く、それより1原子少ない12原子の粒子(Pt12)はPt13の2.5倍の活性を有する。

さらに、19原子の白金粒子(Pt19)が最も高い活性を示し、Pt13に対する比活性は4倍にもなった。Pt19の質量あたりの活性は、現在、広く用いられている粒径3~5ナノメートル(nm)の白金ナノ粒子担持カーボン触媒の20倍にもなることが分かった(参考図)。

<研究の背景>
近年燃料電池自動車の低コスト化が進んでおり、普及し始めたが、いまだに車両価格の大部分を占める燃料電池製造コストは大きな課題となっている。特に燃料電池触媒として使われる白金は高価であるため、性能を保ったまま白金使用量を削減する技術が強く望まれている。

白金の利用効率を高めるには白金粒子をより細かくして質量あたりの表面積を向上させることが必要である。しかし、これまでの研究で、白金粒子の微細化が進み、粒径が1nmに近づくと急激に白金の電子状態が変化して活性が失われることが広く知られており、大きなジレンマであった。現在では、中間をとった3nm程度の粒径を持った白金ナノ粒子が燃料電池触媒として広く使われている。

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引用元: 【技術/触媒化学】原子19個の白金粒子が最高の触媒活性を示す 燃料電池触媒の質量活性20倍、低コスト化に道

原子19個の白金粒子が最高の触媒活性を示す 燃料電池触媒の質量活性20倍、低コスト化に道の続きを読む
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