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最近の研究成果

固体酸化物形燃料電池用電極 2021年6月25日発表

ナノ構造制御した固体酸化物形燃料電池(SOFC)用高性能電極を開発-世界最高レベルの発電性能を実現-

複数企業と戦略的共同研究を行う固体酸化物エネルギー変換先端技術コンソーシアム(ASEC)での取り組みにおいて、ナノ構造制御した高性能空気極を開発した。さらにそれを搭載した固体酸化物形燃料電池(SOFC)単セルは、世界最高レベルの発電性能を示したSOFC単セルには、パルスレーザー堆積法(PLD法)を用いて作製した自己組織化ナノ複合空気極に加え、空気極の性能を十分に発揮するために開発した、ナノ柱状多孔質集電層、ナノ複合化燃料極機能層を搭載し、700 ℃で4.5 W/cm2以上という世界最高レベルの出力密度を達成した。この成果は、SOFCセルスタックの小型化、製造コスト削減に貢献する。

エネルギー・環境領域の最近の研究成果の概要図

細胞情報抽出 2021年7月27日発表

個々の細胞の糖鎖をプロファイリングする技術を開発-創薬や再生医療に貢献する1細胞解析技術-

1細胞の糖鎖と遺伝子を同時にプロファイリング(特徴を抽出)する世界初の技術を開発した。DNAバーコードを導入した糖鎖結合タンパク質(レクチン)を複数用いることで、細胞の目印である糖鎖と、細胞の性質を示す遺伝子を、次世代シーケンサー(DNA解読装置)で1細胞ごとに同時プロファイリングする技術を開発した。本技術は疾患の原因となる希少細胞を標的とした治療薬の開発や、再生医療に用いる細胞の品質管理をはじめさまざまな生命医学研究への貢献が期待される。

生命工学領域の最近の研究成果の概要図

ハイブリッドクラウド 2020年12月14日発表

自社内外の計算環境を安全に連携したAI開発環境の運用を開始-自社運用計算環境での使い勝手はそのままにAI開発を加速-

オンプレミスとクラウドに構築された異なる情報システムを安全に連携させたハイブリッドクラウドのAI開発環境を構築し、12月より試験運用を開始した。この環境には、新たに開発した、高度な認証機能とセキュリティー機能を持つクラウドオブジェクトストレージを用いたジョブデータ管理技術を搭載しており、安全性を維持しながらクラウドとのデータ共有を可能とする。

情報・人間工学領域の最近の研究成果の概要図

トポロジカル絶縁体 2021年7月27日発表

ベイズ推定を用いた新たな電子構造の解析法を開発-トポロジカル絶縁体などを巡る数々の論争の決着へ-

IT分野などで幅広く用いられている「ベイズ推定」という統計学的手法を用いて電子構造の全貌を明らかにする新しい解析方法を開発しました。本手法により、近年提唱された「トポロジカル絶縁体」と呼ばれる新奇物質における、相対論的ディラック電子の質量を10年越しに正確に決定することに成功しました。本解析法は、トポロジカル絶縁体だけでなく様々な機能性材料に対しても広く適用可能で、次世代放射光などによって得られる電子構造データの解析にも役に立つと期待されます。

材料・化学領域の最近の研究成果の概要図

磁気抵抗メモリー 2021年7月21日発表

原子層制御により磁気メモリー素子の平坦性および磁気安定性を改善-次世代不揮発性磁気抵抗メモリーMRAMの開発を加速-

原子層レベルで制御されたタンタルを用いることで、磁気抵抗メモリー(以下、「MRAM」)の磁気安定性を飛躍的に改善する技術を開発した。電圧により強磁性金属からなる磁気記憶層の磁化を制御する電圧磁化制御技術は、MRAMの消費電力を低減するキーテクノロジーとして注目されている。情報書き込みに電圧を用いる電圧書き込み方式MRAM(以下、「電圧駆動MRAM」)の磁気記憶層は厚みがおよそ1 ナノメートル(100万分の1ミリメートル)と非常に薄いため、配線工程で400˚C近い高温にさらされた際に電極材料と混ざり合い、記憶特性の指標である磁気安定性や電圧磁化制御効率(以下、「制御効率」)が大きく低下してしまうことが課題となっていた。今回、磁気記憶層としてコバルト鉄ボロン(CoFeB)合金を用い、CoFeBとほとんど混ざり合わない酸化マグネシウム(MgO)を拡散防止層として金属電極との間に挿入することで、磁気安定性や制御効率を低下させる要因となる原子拡散をブロックすることに成功した。また、わずか1原子のタンタル(Ta)層をCoFeB層の下地として用いることで積層膜の平坦性が劇的に改善され、磁化の向きがそろった磁気記憶層を形成できることを見いだした。今回開発した磁気記憶層を用いた電圧駆動MRAMは書き込み時の電流を極限まで抑えることができるため、現在主流である電流書き込み方式MRAMに比べて駆動電力を大幅に低減でき、超低消費電力な次世代MRAMの実現につながると期待される。

エレクトロニクス・製造領域の最近の研究成果の概要図

脳内神経伝達物質挙動 2021年6月30日発表

マウス脳微小透析法の温故知新-神経伝達物質の濃度変化を1分ごとに観測し、ベイズ統計モデリングから単一マウスの時系列データ解析が可能に-

マウス脳微小透析法(脳マイクロダイアリシス法)と探針エレクトロスプレーイオン化タンデム質量分析(PESI/MS/MS)を組み合わせ、自由行動下マウスの神経伝達物質の濃度変化を1分ごとに観測可能な技術を開発しました。また、単一マウスの時系列データにベイズ統計モデリングによる状態空間モデルを適用し、1匹のマウスから神経伝達物質の挙動を解析できることを明らかにしました。今後、本手法をアルツハイマー病モデルマウスやパーキンソン病モデルマウスなどに適用すれば、各病態における脳内神経伝達物質の挙動をより詳細に解析することができ、新たな病態機序の解明や治療薬の応答性評価などに繋がることが強く期待されます。

地質調査総合センターの最近の研究成果の概要図

有機LED 2021年6月25日発表

次世代有機LED材料の電子の動きを直接観察することに成功-発光効率低下の原因を解明-

有機LED(OLED)は、次世代のディスプレー材料として期待されています。中でも、熱活性型遅延蛍光(TADF)と呼ばれる特異な発光を示す分子材料は、軽元素のみからなり、発光量子効率100%の実現が可能であることから、次世代のOLEDの中心を担う材料として大きく注目され、盛んに研究が進められています。TADF材料の発光を支配するのは、励起状態の電子の動き(ダイナミクス)です。従来、電子のダイナミクスは、発光から間接的に推測されてきましたが、直接的な計測は困難でした。今回、改良した時間分解光電子顕微鏡(TR-PEEM)を用いることで、構造がよく制御されたTADF材料の薄膜に対して、TADF発光過程の電子のダイナミクスを直接観察することが初めて可能になりました。これにより、励起電子の生成から、発光による失活、また、濃度消光と呼ばれる特異な無輻射失活過程までの電子の動きを捉えることに成功しました。また、観察の結果、励起電子により生成された励起子が自発的に解離することで長寿命の電子が生成され、この電子がTADFの発光効率を低下させていることを突き止めました。本研究成果は、TADF発光過程の本質を理解するための基礎的な知見となります。よく制御された薄膜中での励起電子のダイナミクスを系統的に研究することで、高性能のTADFデバイスの開発が加速されると期待されます。

計量標準総合センターの最近の研究成果の概要図

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国立研究開発法人産業技術総合研究所