Research |
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私達が目指すもの / Our Goal
私達は
1. 原子・分子が自然に組み上がる仕組みを巧みに操り、
2. 無機材料科学に立脚して新しい機能性ナノ構造とその機能を設計・創出し、
3. グリーンイノベーション・ライフイノベーションを生み出す新しいデバイス群を提案・実証する究極のモノづくり
を目指しています。
柳田研究室では、ナノ材料科学における基本原理の構築と新規デバイス開発を目指す、科学・応用の両輪で研究を進めていきます。
ナノ材料化学の最先端研究とグローバルに活躍できる人材の輩出で科学技術と社会に貢献していきます。
私達は
1. 原子・分子が自然に組み上がる仕組みを巧みに操り、
2. 無機材料科学に立脚して新しい機能性ナノ構造とその機能を設計・創出し、
3. グリーンイノベーション・ライフイノベーションを生み出す新しいデバイス群を提案・実証する究極のモノづくり
を目指しています。
柳田研究室では、ナノ材料科学における基本原理の構築と新規デバイス開発を目指す、科学・応用の両輪で研究を進めていきます。
ナノ材料化学の最先端研究とグローバルに活躍できる人材の輩出で科学技術と社会に貢献していきます。
はじめに / Introduction
私達は、既存の技術の延長では決して到達できない科学技術分野・産業分野におけるイノベーション創出を目指す最先端研究を行っています。
私達は、既存の技術の延長では決して到達できない科学技術分野・産業分野におけるイノベーション創出を目指す最先端研究を行っています。
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世の中に存在する全ての物質は原子や分子の集合体から成り立っています。
原子の大きさは約1Å(オングストローム）で人間の100億分の1のサイズスケールです。
自然界に存在する生命や身の回りにある様々なものがそれぞれ全く別の形をし、別の性質をもっているのは、この原子や分子の種類・組み合わせ・積み上げ方の違いによるものなのです。
もし ”原子や分子を自分の狙った場所に配置して自由に組み上げる”ことができたら?
既存の技術よりも圧倒的に優れた高性能の実現や今まで誰も見たことがないような全く新しい機能の創造、更にはそれらを自由に組み合わせることができるようになるでしょう。
柳田研究室では原子・分子レベルからナノ構造体を設計・構築し、ナノ材料化学に立脚してナノ機能物性を創出する究極のモノづくりに挑戦しています。
原子の大きさは約1Å(オングストローム）で人間の100億分の1のサイズスケールです。
自然界に存在する生命や身の回りにある様々なものがそれぞれ全く別の形をし、別の性質をもっているのは、この原子や分子の種類・組み合わせ・積み上げ方の違いによるものなのです。
もし ”原子や分子を自分の狙った場所に配置して自由に組み上げる”ことができたら?
既存の技術よりも圧倒的に優れた高性能の実現や今まで誰も見たことがないような全く新しい機能の創造、更にはそれらを自由に組み合わせることができるようになるでしょう。
柳田研究室では原子・分子レベルからナノ構造体を設計・構築し、ナノ材料化学に立脚してナノ機能物性を創出する究極のモノづくりに挑戦しています。
ナノ構造体とは原子10個~1,000個程度の大きさを持つナノスケール（nm, 10億分の1メートル）の構造体で、 私達の日常生活に存在するバルク材料からは予想もつかないようなユニークな性質を持っています。制限された空間内に閉じ込められることで初めて見えてくる 物理現象の本質、表面付近で結合が歪んだ原子配列によって生じる特異な物性・化学的性質がバルク材料との大きな差異を生み出すのです。
中でも1次元ナノ構造体である単結晶ナノワイヤは、高い構造自由度と比表面積を有し、表面や制限空間内で得られたナノ機能物性を結晶粒界を介することなく直接電極から抽出することが可能であるなど、ナノ物性探索から応用展開において大きな強みとなる、他のナノ材料と一線を画する特徴があります。
中でも1次元ナノ構造体である単結晶ナノワイヤは、高い構造自由度と比表面積を有し、表面や制限空間内で得られたナノ機能物性を結晶粒界を介することなく直接電極から抽出することが可能であるなど、ナノ物性探索から応用展開において大きな強みとなる、他のナノ材料と一線を画する特徴があります。
しかし、目に見えない小さな原子や分子をどうやって狙った位置に運ぶことができるのでしょうか？
自然界ではある規則性を持って原子や分子が自然に集まり、見事に組み上がる仕組みが存在します。
私達は自己組織化と呼ばれるこの原子・分子が自然に組み上がる仕組みに倣い、それを巧みに操ることで狙った位置への原子の配列を行っています。
実はこの魔法のような現象は、タネも仕掛けもある科学的な理論に基づく技術なのです。
このような現象や仕組みを理解・体系化し、様々な機能性ナノ材料を作り上げる技術こそが私達の強みです。
私達は現在、多彩な物性を示すことで知られ、様々な環境中において化学的安定性に優れる金属酸化物の1次元ナノ構造体（ナノワイヤ・ナノロッド）に着目しています。身近な金属酸化物を例に取ると、錆びや焼き物、化粧品、宝石、パワーストーンなどがあります。
これら酸化物材料群を原子・分子レベルから構造設計することで、既存の微細加工技術では決して真似することのできない高次酸化物ナノ構造体を創り出し、従来半導体材料やバルク材料では見られない酸化物ナノ構造体ならではの機能物性の実証、ひいては人類の役に立つ産業応用においてグリーンイノベーション・ライフイノベーションを生み出す新デバイス群の提案・実証を目指しています。
自然界ではある規則性を持って原子や分子が自然に集まり、見事に組み上がる仕組みが存在します。
私達は自己組織化と呼ばれるこの原子・分子が自然に組み上がる仕組みに倣い、それを巧みに操ることで狙った位置への原子の配列を行っています。
実はこの魔法のような現象は、タネも仕掛けもある科学的な理論に基づく技術なのです。
このような現象や仕組みを理解・体系化し、様々な機能性ナノ材料を作り上げる技術こそが私達の強みです。
私達は現在、多彩な物性を示すことで知られ、様々な環境中において化学的安定性に優れる金属酸化物の1次元ナノ構造体（ナノワイヤ・ナノロッド）に着目しています。身近な金属酸化物を例に取ると、錆びや焼き物、化粧品、宝石、パワーストーンなどがあります。
これら酸化物材料群を原子・分子レベルから構造設計することで、既存の微細加工技術では決して真似することのできない高次酸化物ナノ構造体を創り出し、従来半導体材料やバルク材料では見られない酸化物ナノ構造体ならではの機能物性の実証、ひいては人類の役に立つ産業応用においてグリーンイノベーション・ライフイノベーションを生み出す新デバイス群の提案・実証を目指しています。
研究内容 / Research Topics
- 単結晶酸化物ナノワイヤ形成メカニズムの解明
Interpretation of Growth Mechanism for Single Crystalline Oxide Nanowires
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Selected Papers
・ Nano Lett. 20, 599 (2020) ・Nano Lett. 17, 4698 (2017) ・Nano Lett. 16, 7495 (2016) ・ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 27892 (2016) ・Nano Lett. 15, 6406 (2015) ・J. Am. Chem. Soc. 135, 7033 (2013) ・Phys. Rev. E 83, 061606 (2011) ・Appl. Phys. Lett. 99, 193105 (2011) |
- 機能性酸化物ヘテロナノワイヤの創成
Synthesis of Atomically Controlled Oxide Nanowire Heterostructures
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Selected Papers
・J. Am. Chem. Soc. 131, 3434 (2009) ・J. Am. Chem. Soc. 130, 5378 (2008) ・Appl. Phys. Lett. 92, 173119 (2008) |
- ナノワイヤ配列法/単一ナノワイヤ物性測定素子の開発
Development of Post-growth Nanowire Assembly Method and Single Nanowire Measurement Devices
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Selected Papers
・Sci. Rep. 4, 5943 (2014) ・Appl. Phys. Lett. 96, 073110 (2010) |
- 酸化物ナノワイヤによる次世代不揮発性メモリMemristorの起源探索及び極微メモリ特性の解明
Probing Nanoscale Mechanism of Next-generation Nonvolatile Memory Memristor using Oxide Nanowires
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Selected Papers
・Sci. Rep. 3, 1657 (2013) ・Nano Lett. 12, 5684 (2012) ・Nano Lett. 11, 2114 (2011) ・Nano Lett. 10, 1359 (2010) ・J. Am. Chem. Soc. 134, 2535 (2012) ・J. Am. Chem. Soc. 133, 12482 (2011) ・J. Am. Chem. Soc. 132, 6634 (2010) |
- 不純物分布が空間的に制御されたナノワイヤ構造体における高熱電変換性能の実証
Demonstration of High Thermoelectric Performance on Si Nanowires by Modulating A Dopant Distribution
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Selected Paper
・J. Am. Chem. Soc. 136, 14100 (2014) |
- ナノワイヤ3次元構造体による超高速生体分子分析デバイスの開発
Ultra-fast Analysis of Biomolecules using 3-dimensional Nanowire Structure
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Selected Papers
・Sci. Rep. 5, 10584 (2015) ・Sci. Rep. 4, 5252 (2014) ・ACS Nano 7, 3029 (2013) |
- 紙資源であるセルロースナノファイバーを用いた超フレキシブルメモリの開発
Ultra-flexible Nonvolatile Memory using Cellulose Nanopaper
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Selected Paper
・NPG Asia Mater. 8, e310 (2016) ・Sci. Rep. 4, 5532 (2014) |
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