フッ素ドープでBNが磁性半導体に

ライス大学の研究グループは少量のフッ素ドープにより2D絶縁体であるBNがワイドギャップ磁性半導体に変化することを見出した。磁性半導体としても磁性メモリなどの新しい応用が期待されている(Science Advances 3; e1700842 (2017))。

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電気化学とエネルギー科学〜鍵となる電解質の理解

20世紀に花開いた産業といえば電子技術だが、それを支えた基礎科学は固体物理であった。一方、21世紀に入ると素子の微細化で電子機器が小型化し個人が持ち歩く携帯端末が発展した。その電源にも携帯性が要求され、エネルギー密度の大きいLiイオンバッテリーが不可欠となっている。また排気ガス規制も深刻になり、化石燃料から電力への転換が加速した。風力や太陽光などの再生可能エネルギーの安定化を目的としてバッテリー技術の研究開発が活発化した。

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エバネッセント光単一分子バイオセンシング

単一分子バイオセンシングとは分子に標識した単一分子の蛍光を観測する生体分子1個を可視化する手法である。標的分子に注目して信号をバックグラウンドから抽出することが不可欠となる。それにはスライドグラスとサンプル溶液の境界面で全反射されるときに発生するエバネッセント光(注1)を励起光とする。

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電気熱量効果の応用で大きく変わる冷却技術

教科書に載っているような物理の原理が実用になり、従来の技術を置きかえる21世紀は物理の世紀と呼べるかもしれない。例えば量子暗号技術や量子計算機の一部は市販化されている。

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常磁性金属の添加でつくる新しい強力磁石

現在最も強力な永久磁石、ネオジウム磁石(ネオジウム(Nd)と鉄(Fe)を主成分としたNd-Fe-B磁石)は加速器技術を支える存在と言える。その生産量は年々増大する一方で、いまでは驚くような低価格で誰でも手にすることができる。それでもネオジウム磁石を超えるより強力な永久磁石の開発は脈々と続いている。

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新素材セラミック・ナノファイバースポンジが開発される

超軽量のナノポーラス材料は通常は存在形態が炭素高分子、金属が一般的な広範囲の元素で、新たなナノ材料として応用されるようになってきた。しかし軽量でも高温で機械的強度を持たせることが難しかったが、ブラウン大学の研究グループは高温でも強度を失わない超軽量のセラミックを用いたナノファイバースポンジが開発した(Science Advances 3,6,e1603170 (2017))。

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新しいIIIV族半導体:GaAsNBi系が切り開く集光型太陽光発電

太陽電池の効率競争によって太陽電池効率は目覚しい進展を遂げ、最高効率はシリコンで26%以上となり単結晶市販モジュールでも16%台が標準となった。一方、IIIV族半導体にもエネルギーギャップ以下(近赤外)の光子を吸収すること(フォトンアップ)によって50%以上の超高効率も可能であることが示され、集光型太陽光発電に有望とされるIIIV族材料に再び注目が集まっている。

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水資源のアウトソーシングリスクに備える未来技術

水資源のリスクは人口増大に伴う世界的な規模の枯渇問題がある。また現実問題として「水の多国籍企業」が各国の水道事業のアウトソーシング先として、120カ国の水資源の管理、供給で急速な成長を見せている。水需要が驚異的な伸びを見せている中国は別として、日本でもアウトソーシングの域を越えた水道事業の「民営化」の議論が始まっている。

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