学術的背景 グリーンエネルギーに対する世界的な需要の高まりに伴い、燃料電池や金属空気電池はその高いエネルギー密度から、エネルギー変換と貯蔵の有望な解決策と見なされています。しかし、これらの技術の商業化は、カソードにおける酸素還元反応（Oxygen Reduction Reaction, ORR）の遅い反応速度によって制限されています。現在、白金（Pt）とその合金は、効率的な4電子プロセスと優れた触媒性能により、最も効果的なORR電極触媒とされています。しかし、Ptの希少性と高コストのため、非貴金属や金属フリーの電極触媒を探求することが研究の焦点となっています。 炭素系材料は、その高い導電性、低コスト、耐腐食性から、有望な代替材料とされています。しかし、Pt系触媒と比較して、炭素系材料は同様の...

無定形前駆体からの結晶出現の予測：ディープラーニングがもたらす材料科学の新たな突破口 背景紹介 結晶が無定形物質から徐々に生成されるプロセスは、自然界から実験室まで広く重要な意義を持っています。このプロセスは地質から生物現象に至るまで様々な現象に見られ、新材料の開発においても中心的な役割を果たしています。しかし、無定形状態から結晶態への変換において、最初に現れるのはしばしば熱力学的に安定な状態ではなく、準安定状態（metastable state）の結晶です。この準安定状態の形成は「オストワルドの法則」によって説明され、無定形前駆体（amorphous precursor）と類似した局所構造を持つ結晶が優先的に核生成しやすいとされています。 無定形材料の結晶化プロセス、特にそのエネルギーラン...

CrドープV₂O₃薄膜の圧電抵抗効果に関する研究とMEMSセンサーへの応用 学術的背景 圧電抵抗式マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）センサーは、材料の圧電抵抗効果を利用して、観測対象の物理的特性によって引き起こされる応力変化を抵抗変化に変換するデバイスであり、自動車、航空宇宙、バイオメディカル、研究分野で広く使用されています。現在、ほとんどの圧電抵抗式センサーはドープシリコンを圧電抵抗材料として使用していますが、その圧電抵抗効果は限られており、縦方向のゲージ係数（Gauge Factor, GF）は通常120以下です。センサー性能を向上させるために、研究者たちは新しい圧電抵抗材料の探索を続けており、バナジウム酸化物材料はその独特な圧電抵抗特性から注目を集めています。特に、Crド...

二機能性Cu₂O/g-C₃N₄ヘテロ接合：高性能SERSセンサーと光触媒自己洗浄システムによる水質汚染の検出と修復 学術的背景 工業化と農業活動の急速な拡大に伴い、水質汚染は世界的な環境問題として深刻化しています。染料、抗生物質、農薬などの有害物質が水生生態系に直接または間接的に排出され、水生生物の生息地を破壊し、食物連鎖を通じて人間の健康に重大なリスクをもたらしています。従来の水処理技術では、これらの持続性、隠蔽性、複雑性を持つ汚染物質を完全に除去または分解することが困難です。そのため、効率的な検出と修復が可能な多機能デバイスの開発が重要となっています。 表面増強ラマン散乱（Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS）技術は、その高感度と広範囲の検出能力...

超薄・超平坦ダイヤモンド膜のスケーラブルな生産 学術的背景 ダイヤモンドは、その優れた物理的特性から、電子、光子、力学、熱学、音響学など幅広い分野で応用が期待される材料です。しかし、過去数十年にわたる研究の進展にもかかわらず、大規模な高品質な超薄膜の生産は依然として大きな課題でした。従来のダイヤモンド膜の生産方法、例えばレーザー切断や化学気相成長（CVD）は、高品質な単結晶ダイヤモンド（SCD）を生産することができますが、大規模な工業的応用においては多くの制約があり、特に大面積で超薄かつ表面が平坦なダイヤモンド膜の生産が困難でした。これらの問題は、ダイヤモンド材料の半導体技術への応用を大きく妨げていました。 この問題を解決するため、研究者たちは大面積で超薄、超平坦かつ転写可能なダイヤモンド膜...