NIMS連携大学院プログラム【金属材料分野】の教員情報

超高速分光計測による無機・有機ナノ光学材料の非線形光学特性、過渡的光学応答、局所場光物性の研究。先進的イオンビーム技術を駆使したナノ構造の制御及び有機・無機材料の表面改質・機能化、生体分子を用いたナノ粒子配列化技術を利用した機能性光学材料の物性研究。これらの研究成果の水素エネルギー、環境分野への応用。

データストレージ、スピントロニクス、エネルギー・環境分野で用いられる磁性材料に関する研究。具体的には、次世代ハードディスクドライブ用磁気記録媒体・再生ヘッド用磁気センサーの開発、重希土類元素を使わない高特性磁石材料の開発を最先端の原子レベル解析手法を駆使しつつ行う。

最新鋭の薄膜成長プロセスを用いた原子レベルの構造制御、および、新規磁性体や磁性体ナノ構造の創製を行う。界面や量子力学的トンネル過程での新奇なスピンの振舞いに注目し、微細加工による素子作製や先端的な磁気・スピン物性の測定を通じて、スピン輸送を中心としたスピントロニクス分野の新機能の探索・特性改善や次世代デバイスの開発を行う。

高温超伝導体、ダイヤモンド超伝導体、鉄系超伝導体、BiS2超伝導体、圧力励起超伝導体など様々な超伝導体の基礎研究。ナノテクノロジーを応用し、材料の特徴を利用した新機能デバイスの開発。超伝導体、磁性体、ダイヤモンド、カーボンナノチューブ等を用いた光素子、電界効果素子、量子ビット等の研究開発も行う。

• Takano Lab. @ NIMS and Tsukuba Univ.

大容量データストレージに対応できる磁気記録技術に必要な磁性材料とそれを応用したデバイスの開発を行っています。4 Tbit/in2を超えるハードディスクドライブの実現には、現行の垂直磁気記録方式からエネルギーアシスト磁気記録方式への移行が必要です。本グループでは、熱・高周波磁場・円偏光などのエネルギーアシストによる効率的な磁化反転を実現するための磁気記録媒体の設計を磁化ダイナミクス計測とシミュレーションを併用することにより取り組んでいます。

高温用金属材料の3D積層造形に関して、ミクロ組織と結晶集合組織の制御技術の開発、組織形成メカニズムの解明、積層造形プロセスに適した新合金の開発を行っています。主な対象材料はチタン合金、ニッケル基超合金、耐熱鋼であり、アプリケーションは航空機や発電用ガスタービン、自動車です。積層造形に適した新合金を開発し、ミクロ組織と集合組織を制御して積層造形材の特性向上を目指します。

次世代ジェットエンジン、超高効率複合発電、コジェネレーションなどの熱効率向上とCO2排出削減を目的として、高性能Ni基超合金をはじめとした、各種超耐熱材料の研究を行っています。母相と析出相、結晶粒界などの界面制御や、クリープ強度などの機械的特性と高温酸化、腐食などの耐環境特性の評価、開発合金に適したコーティングの開発を行うとともに、材料設計法を確立して低コスト・高パフォーマンスな合金の開発を促進します。また、開発材料のリサイクル活用を提案し、高性能な超耐熱材料の実用化を目指します。

Mg合金は、自動車などの輸送機器の軽量化構造材料として期待されているだけでなく、骨固定材や血管用ステントの生体内溶解性／吸収性金属材料として注目されています。Mg合金の実用化には、表面処理による腐食制御が不可欠です。そこで、使用環境に適した耐食性と機能を示す被膜を目指し、構造材料用には環境負荷の低い酸化物被膜を、生体用にはポリマー－リン酸カルシウム複合被膜を開発しています。水溶液処理により被覆し、被膜の電子顕微鏡やX線回折によるキャラクタリゼーション、浸漬試験や電気化学測定による腐食評価、細胞培養試験による生体適合性評価などを行っています。

鉄鋼材料を主な研究対象とし、相変態によるミクロ組織形成機構や変形・破壊挙動（特に水素脆性などの脆性破壊）とミクロ組織の相関について研究している。そして、高強度・高延性・高破壊特性を実現した鉄鋼材料を開発するための合金設計指針・ミクロ組織設計指針を理論的な背景から提案することを目指している。

グリーンエネルギーへの転換やデータストレージへの応用に向けた、高性能の磁性材料の開発を進めています。そのため、高度なマルチスケール微構造キャラクタリゼーション、データサイエンス、マイクロマグネティックシミュレーション、材料プロセッシングを含め、世界的にもユニークなコンビナトリアル研究アプローチを取り入れています。

磁性やスピンに由来する特殊な輸送効果や熱電変換効果に注目し、磁性薄膜材料や積層ナノ構造の作製と物性評価を行う。基礎的興味に留まらず、次世代データストレージ、超高感度磁気センサや新規な熱電発電応用など実用デバイスに向けた応用研究を進める。

構造用金属材料（鉄鋼等）における加工熱処理の研究を行っています。加工熱処理は良好な特性を有する材料開発に役立ちます。(応力利用など)これまでにないナノ組織制御を可能とする材料組織学の新しい学理構築と、新規材料やプロセスの開発を目指します。

航空機エンジンや発電用ガスタービンの高効率化およびCO2削減は、2050年カーボンニュートラル目標を達成する上での最重要課題の一つです。これら課題解決のために、Ni基超合金やセラミックスをはじめとした耐熱材料の設計、評価、特性予測に関する研究を進めています。更に、骨の治癒を参考に設計した、自己治癒セラミックスの開発を推進し、その社会実装を目指します。

• 亀裂を自分で修復するセラミックス

金属材料の信頼性や安全性を決定づける重要な特性である「腐食」について研究を行っています。主に水素関連の設備、医療用インプラントデバイス、インフラ関連などで課題となる材料劣化について、腐食機構の解明、新たな腐食評価手法の開発、および最適な防食技術の検討などに取り組んでいます。