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最近の研究成果

太陽電池 2017年6月13日発表

高効率ガリウムヒ素太陽電池を低コストで製造-太陽電池製造用の HVPE装置、国内の商用機製品化を後押し-

低コストでガリウムヒ素(GaAs)太陽電池を高いスループットで製造できるハイドライド気相成長(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE)装置を開発した。太陽電池の発電効率を高める次世代技術として、複数の種類の太陽電池を積層させた多接合太陽電池の研究開発が近年盛んに行われている。中でもGaAs太陽電池は太陽電池の中でも発電効率に優れていることから、多接合太陽電池のトップセルやミドルセルとしての利用が期待されている。しかし、GaAs太陽電池の有機金属気相成長(MOVPE)装置を用いた従来の製造方法では高価な有機金属を用いるために製造コストが高く、製造コストを低減する技術が求められていた。今回、三者はMOVPE装置と比較して製造方法の大幅な低コスト化を実現できるHVPE法を用いた成膜技術に着目して、高速に成膜できる太陽電池製造用のHVPE装置の開発に取り組んだ。開発したHVPE装置の成膜を行う機構にはマルチチャンバー方式を採用し、更には製造できる太陽電池の大型化・大口径化に繋がるよう装置の構造を水平置き縦型とした。また、GaAs太陽電池を基板全面に均一性良く製造することができるなど面内均一性にも優れ、同装置を用いて試作したGaAs太陽電池はHVPE装置によるものとしては世界トップレベルの発電効率20.3 %を実現した。この成果は、太陽電池製造用HVPE装置の製品化の後押しとなることが期待される。

今回開発したHVPE装置の反応炉(左)と反応炉内の成長メカニズム(右)の図

ミトコンドリア 2017年4月25日発表

細胞内における硫黄修飾の新たな反応機構を解明-ミトコンドリア機能制御の研究に手がかり-

ミトコンドリアは、細胞のエネルギーを生産する重要な細胞小器官です。近年、ミトコンドリアの活動は転移RNAの硫黄修飾と関連が深いことが報告されており、ミトコンドリアの機能を制御する新たな経路が予想されていました。ヒトを含む真核生物の細胞質で硫黄修飾を行う酵素は同定されていますが、その詳細な反応機構は長い間不明でした。本研究は細菌由来の硫黄修飾酵素TtuAに注目し、完全無酸素の条件下での分光学、生化学及びX線結晶構造解析により、TtuAが酸素に接すると崩壊する不安定な「鉄硫黄クラスター」と呼ばれる因子を用いて機能することを同定しました。また複合体構造解析の結果から、TtuAが、鉄硫黄クラスターをあたかもタンパク質の一部のように用いて硫黄を転移する、これまで知られていない硫黄修飾メカニズムを用いることを提唱しました。本研究の成果は、ミトコンドリアによるエネルギー生産の制御機構を解明するための重要な手がかりを与えると期待されます。

硫黄修飾酵素TtuAと硫黄供給タンパク質、鉄硫黄クラスターの複合体の構造モデルとTtuA活性部位中の鉄硫黄クラスターの拡大図

スパコン 2017年6月19日発表

東工大TSUBAME3.0と産総研AAICが省エネ性能スパコンランキングで世界1位・3位を獲得!

国立大学法人 東京工業大学と国立研究開発法人 産業技術総合研究所でそれぞれ保有するスパコンが、世界のスパコンの省エネ性能ランキングGreen500 Listにおいて1位と3位を獲得しました。これはドイツ・フランクフルト市で開かれたスーパーコンピューターに関する国際会議 "ISC HIGH PERFORMANCE 2017 (ISC 2017) "において6月19日(ドイツ時間)に発表されました。本成果は、2017年2月20日に設置された「産総研・東工大 実社会ビッグデータ活用オープンイノベーションラボラトリ」における研究協力によるものです。東工大 学術国際情報センター (GSIC) が2017年8月に本格稼動予定のスーパーコンピューター「TSUBAME3.0」は、Green 500 Listの2017年6月版において1ワットあたり14.090ギガフロップスという値を記録し、実際に運用するスパコンとしては日本で初めて世界1位になりました。また、産総研 人工知能研究センター(AIRC)が、2017年4月に稼働を開始したクラウド型計算システム「産総研AIクラウド」(AAIC)が、上記のGreen 500 Listにおいて1ワットあたり12.681ギガフロップスという値を記録して世界3位になりました。

TSUBAME 3.0 の完成予想図

電磁波遮蔽 2017年6月12日発表

カーボンナノチューブを用いた塗料で電磁波遮蔽(しゃへい)-多様な基材に、過酷環境でも使える電磁波遮蔽塗布膜を実現-

スーパーグロース法で作製した単層カーボンナノチューブ(SGCNT)を用いて、高い電磁波遮蔽(しゃへい)能を持つ膜を形成する塗料を開発した。さまざまな電子機器の電磁波を遮蔽する方法として、電子機器やそれに接続する部品を金属の筐体(きょうたい)に収納する方法が従来用いられている。最近では、電子機器の多様化や小型軽量化に伴い、樹脂やゴムの複雑な形状の筐体やそれらの材料で覆われた部品が用いられることも多くなっており、複雑な形状の筐体や部品を基材として電磁波遮蔽塗料を塗布し、電磁波遮蔽能を付与する方法が注目されている。しかし、既存の電磁波遮蔽塗料は、基材の選択性に制限があったり、付与できる電磁波遮蔽能が低いなどの課題があった。今回、電磁波遮蔽能を持つ塗布膜を形成できる、SGCNTを用いた水性塗料(SGCNT系水性塗料)を開発した。この塗料は、基材の選択性が高く、バーコート法、スプレー法、ディップ法などのさまざまな塗布方法が利用できる。そのため平面ばかりではなく複雑な形状の基材にも塗布膜を形成することができる。さらに形成した塗布膜は高い電磁波遮蔽能と高温での耐久性を持ち、柔軟性があり、基材の変形にも追随できる。今後、高温環境で使用される自動車用ワイヤーハーネスや、可動部や複雑形状を持つ産業用ロボットなど、さまざまな分野での電磁波遮蔽対策への活用が期待される。

今回開発したSGCNT系水性塗料を用いてポリイミドシートへ形成した塗布膜の写真

不揮発性メモリ 2017年6月26日発表

原子の形を変えて超省エネ磁気メモリ-大型放射光施設SPring-8で電圧磁気効果の新原理解明-

電圧により電気的に原子の形を変えることで超省エネ磁気メモリを実現する新しい原理を発見しました。従来はナノメートルサイズの磁石を用いたメモリの駆動原理として電流通電が必要でした。そこで発熱を極力抑えられる瞬時の電圧による磁極反転が期待されています。一方でこの電圧磁気効果は実用レベルに対し10分の1以下と小さく、新材料開発が望まれていました。本研究グループは、原子レベル(1000万分の2ミリメートル)で制御した鉄プラチナ人工磁石を作製しました。そして大型放射光施設SPring-8での実験と理論計算により、電圧による原子の変形が電圧磁気効果の増大につながる新原理を明らかにしました。本研究による知見を使った材料設計により将来的に現状比10倍の電圧磁気効果が可能となり、発熱を極力抑えられる超省エネ不揮発性メモリの実現が期待されます。

素子の電子顕微鏡写真と鉄プラチナ磁石に電圧を印加し、大型放射光施設SPring-8のX線を用いた実験の図

日本地形の成り立ち 2017年6月29日発表

日本列島の地殻変動の謎を解明-フィリピン海プレートの動きが東西短縮を引き起こす-

アナログ模型を併用した思考実験に基づいて、第四紀の日本列島の東西短縮地殻変動の原因が、これまで考えられていた太平洋プレートの運動ではなくフィリピン海プレートの運動であることを明らかにした。山が隆起し陸地の拡大が続く日本列島の地殻変動は、本州で頻発する内陸地震の原因でもある。今回の研究により、日本列島を取り巻くプレートの運動と地殻変動が論理的に結びついたことで、過去のプレート運動と過去の地殻変動の因果関係だけでなく、将来の地殻変動についても、地質学的なシナリオを描くことが可能となる。

アナログ模型で明らかにした日本列島の地殻変動の力学的枠組みの概念図

レーザー加工 2017年6月14日発表

加工用レーザーのパワー制御システムを開発-レーザー加工の歩留まり向上に貢献-

加工用の高出力レーザーのパワーを高精度に制御するシステムを開発した。高出力レーザーは、複合材料などの加工が難しい材料の切断や、自動車ボディーの溶接などへの利用が拡大している。しかし、実際の加工現場では、作業環境の温度変化などによってレーザーのパワーが揺らぐことがあり、歩留まりの良い加工を行うため、レーザーのパワーを安定化する技術が求められていた。今回、対向する2個のプリズムからなる素子を用いて光の反射量を精密に調整することで、高出力レーザーのパワーを高精度に制御するシステムを開発した。このシステムを用いて、2 kW/cm2の加工用レーザーを制御し、パワーの揺らぎを0.1 %以下に抑制して、レーザー出力を安定化できることを実証した。さらに、この技術は、レーザービームの形状制御にも応用できるため、材料特性や加工用途に最適なビーム形状の生成も可能となる。

今回開発した高出力レーザーパワー制御システムの図

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