東北大学金属材料研究所

Institute for Materials Research, Tohoku University

第1部会
共同利用・共同研究拠点

研究所・センターの概要

所長
高梨　弘毅
Takanashi, Koki

キーワード: 材料物性、材料設計、物質創製、材料プロセス・評価、エネルギー材料、社会基盤材料、エレクトロニクス材料
住所: 〒980-8577
宮城県仙台市青葉区片平2-1-1

物質・材料研究の世界的中核拠点として

本研究所すなわち“金研”は、1916年、本多光太郎博士により、鉄鋼材料の自給という当時の社会的命題に答えるために設立されました。その後、鉄鋼から金属全般、そして非金属へと研究領域を広げ、物質・材料の学術・応用研究の世界的中核拠点に発展し、1987年には東北大学に附置したままで全国共同利用型の研究所に生まれ変わり、さらに2009年には、材料科学共同利用・共同研究拠点に認定されました。2016年に創立100年を迎えた本研究所では、環境・エネルギー､情報・通信、生体、高度安全空間など、最先端の科学・工学の基盤となる材料科学の学理の探求と応用を目的として、研究活動を推進しています。

平成29年度の研究活動内容及び成果

液体ヘリウム不要の超伝導磁石で世界最高磁場24.6テスラ発生に成功

金属材料研究所附属強磁場超伝導材料研究センターは、（株）東芝、古河電気工業（株）と共同で、高温超伝導材料を用いた無冷媒高温超伝導磁石の開発を行い、直径52 mmの室温実験空間に24.6テスラの強磁場を発生させ、無冷媒超伝導磁石の発生磁場世界記録を大きく更新しました。
無冷媒超伝導磁石は、他の強磁場磁石と比べて、コスト・安全性・利便性・柔軟性など多くのメリットを有する電磁石です。この利点を生かせば、内部磁場の解析手法である固体NMR などの物性研究や、強磁場中の材料プロセス研究に広く用いることが可能となります。さらに今回、24.2テスラの長時間保持が実証され、超伝導磁石を用いた世界最高磁場におけるNMR測定にも成功しました。開発した無冷媒超伝導磁石は、世界最高の実用超伝導磁石として全国の研究者に公開され（全国共同利用）、今後24テスラ級の強磁場応用が拓かれていくものと期待されます。また開発によって得られた超伝導磁石技術は、より強い磁石の開発や超伝導磁石を用いた機器（MRIや加速器、核融合など）への応用が期待できます。

なぜ固体中の電子はガラス化するのか？その謎を初解明

低温電子物性学研究部門（佐々木研究室）では、固体結晶中の電子がガラス化・結晶化するメカニズムを解明することに初めて成功しました。ガラス物質はわれわれの生活になじみが深いにもかかわらず、その形成メカニズムは未だ完全に理解されておらず、物性物理学に残された最大の未解決問題の一つとされてきました。研究グループでは、分子性固体結晶中の電子のガラス化および結晶化過程を詳細に調べることで、電子のガラス化現象は一般的なガラス形成物質と多くの類似点をもつことを明らかにしました。この成果は、自然界で普遍的に現れるガラス化現象への理解をより一層深めるものと考えられます。本研究成果は2017年9月29日発行の米科学誌Scienceに掲載されました。

新しく開発した25テスラ無冷媒超伝導マグネットの外観とコイルイメージ

(a) 物質の三態(気体/液体/固体)とガラス状態。(b) 分子性固体m-(BEDT-TTF)2TlZn(SCN)4では、電荷が動ける液体状態（高温）から徐冷すると、斜め方向に整列した電荷結晶（固体）状態となる。しかし、急冷すると様々な配列様式が混ざり合って電荷ガラス状態になる。

(a) 物質の三態(気体/液体/固体)とガラス状態。(b) 分子性固体θ_m-(BEDT-TTF)₂TlZn(SCN)₄では、電荷が動ける液体状態（高温）から徐冷すると、斜め方向に整列した電荷結晶（固体）状態となる。しかし、急冷すると様々な配列様式が混ざり合って電荷ガラス状態になる。

社会との連携

金研発の技術によるベンチャー企業の活動

平成29年度は、4月に東北大学ベンチャーパートナーズ（株）（THVP）から第三者割当増資を受け、（株）Piezo Studioが事業を拡大、9月にはTHVPの出資を受け、（株）パンソリューションテクノロージーズが設立、10月には双日（株）と（株）コイワイの出資を受け、日本積層造形（株）が設立し、その技術顧問に千葉教授が就任するなど、ベンチャー企業の設立等が相次ぎました。現在、金研に関するベンチャー企業は5社あり、本所の技術・成果の社会実装を推進しています。
（株）Piezo Studio：電子部品及びその材料の開発、設計、試作、実験、解析、評価、製造販売、コンサルティング
（株）パンソリューションテクノロージーズ：太陽電池及び半導体用材料検査装置の製造・販売、太陽電池用材料及び半導体用材料技術のコンサルティング及びライセンスビジネス
日本積層造形（株）：3Dプリンタによる実用品/量産品としての金属製品の製造・販売、積層技術の普及

コバルト合金「コバリオン®」の実用化

「コバリオン」は、本所の加工プロセス工学研究部門（千葉研究室）が開発したコバルト合金であり、（株）エイワで製造され、（財）いわて産業振興センターが「コバリオン」として商標登録しています。コバリオンは力学的特性に優れ、また金属アレルギーの主原因であるニッケルの含有量を極限まで低減しています。このため、脊椎内固定器具（センチュリーメディカル（株））、ジュエリー（京セラ（株））および腕時計（カシオ計算機（株））に利用されています。