平成30年度文部科学大臣表彰をNIMS職員が受賞

「分子界面の新規機能発現に向けた走査型プローブ顕微鏡の研究」
有機分子の機能を保持したまま安定な金属上に均一膜を形成する技術は有機デバイスの進展に欠かせません。その鍵となる分子界面の構造や相互作用を解析できる走査型トンネル顕微鏡 (STM) と原子間力顕微鏡 (AFM) には、扱える試料の制限が多いという技術的課題があります。
本研究では、金属電極上の電子輸送膜、光スイッチ型分子の均一膜構造の製作に成功し、金属-分子界面における分子物性の変化と膜形成機構をSTM測定により解明しました。さらに三次元的表面に対する高解像度AFM測定法を確立し、現在は不均一構造をもつ材料に対応するマルチスケールSTM/AFM同時測定装置を設計・開発中です。
本研究成果は、有機デバイス研究の進展や、エネルギー・環境問題の解決に通じる材料開発を支える計測技術の発展に寄与するものと期待されます。

「発電細菌を用いた生体電子移動機構に関する研究」
生体における電子移動を真に理解することは、生物を利用したエネルギー・物質変換の効率向上に不可欠であり、生命機能の解明においても本質的に重要です。しかし、生体の一部を切り取る既存の方法論では、生命活動と電子移動の有機的な関係を理解することが困難でした。
本研究では、電極への細胞外電子移動を行う「発電細菌」を用いたアプローチを開拓し、生体電子移動研究の分野を牽引しました。同氏は、再現性よくかつ高感度に細胞外電子移動を追跡する手法を確立し、細胞外電子移動の分子レベル機構を解明、その一般性を実証しました。さらに、細胞外電子移動の律速過程が共役するプロトン移動であると特定し、その知見を呼吸と発酵の両方の特徴を持つ新規な生体エネルギー獲得機構の発見へと繋げました。
本研究成果は、細菌による発電や物質生産など幅広いバイオ技術にも貢献すると期待されます。

「酸化亜鉛ヘテロ界面の高品質化による量子機能性開拓の研究」
これまで、電子の量子性を用いる半導体量子デバイスの研究では、電子の散乱が少ない高品質なGaAsが主に用いられてきました。しかしながら、酸化物半導体は電子の散乱頻度が多く、量子デバイスの材料として注目されてきませんでした。
本研究では、酸化亜鉛薄膜の成長条件の最適化を行い、最高品位の半導体とされるGaAsと同程度まで電子の散乱頻度を抑制し、高品質な酸化亜鉛薄膜の作製手法を確立しました。さらに、高品質な酸化亜鉛薄膜では、酸化物に特有の強い電子相関を有し、信頼性の高い量子計算 (トポロジカル量子計算) への応用が期待される新たな量子状態が発現することを見出しました。
本研究成果は、量子デバイスの材料として高品質酸化亜鉛が非常に稀有な物質系であることを明らかにし、信頼性の高い量子計算への応用が期待されます。