マテリアル インテグレーション 2004年1月号
特集　異方性工学のすすめ(1)　構造と異方性

巻頭言
新産業支援インターマテリアル機構(IMAGINE)異方性工学研究会座長　原　邦彦
工業製品に使われている物質や材料の持つ性質は,気体や液体を除けば,それが天然自然の物であれ,人工的に合成された物であれ,全く等方的であることは稀である.周りを見渡してみると,性質が異方的であることを積極的に利用して役に立つものを作り出している場合がむしろ多い.たとえば,液晶ディスプレイにおける液晶分子の持つダイポール性の利用,超高速スイッチング用半導体超格子素子における電子の2 次元性の利用,FRM ,FRP に代表される繊維強化材料の一軸性高強度特性の利用,高性能圧電セラミックスにおける圧電分極異方性の利用,高安定水晶振動子におけるピエゾ係数の異方性の利用など,さまざまな事例を挙げることができる.
機械構造材料,電気・電子材料,磁性材料,光学材料,半導体材料,化学材料,触媒材料,生体機能材料など機能材料の特異的諸性質と,材料を構成する原子・分子の短距離配列や長距離秩序性あるいは材料の微視的な構造など,広義のナノ構造との関係を「異方性」のキーワードで体系的に整理することによって,金属材料学やセラミックス材料学など従来の属性分類学的または縦割り的な材料学に対して,材料全体を横断的に俯瞰した新しい機能材料設計原理や材料合成の手法が生み出されるのではないだろうか.この新しいコンセプト,すなわち「新しい有用人工物を生み出すために,物質や材料の持つ異方的な性質を解明する,または創造する,または積極的に利用する科学と技術」を定義し,これを「異方性工学」と名づけ,最近,研究会を立ち上げた.この研究会を中心にして異方性工学が高邁に切り拓かれ,これまでの材料学の手法では実現困難とされていた二律背反の性質を併せ持った全く新しい物質や機能材料が数多く創造され,もって創造科学立国日本にふさわしい高付加価値の人工物が生み出されていくことを期待している.
本誌に3 回にわたって,構造と異方性,プロセスと異方性ならびに異方性のインテグレーションの3 分類で異方性工学の特集を組み,斯界第一線でご活躍の先生方にご執筆をいただけることになった.本特集号が異方性工学に対する理解と今後の発展に大いに貢献することを確信している.

半導体シリコンカーバイドの結晶成長と物性に見られる異方性
■著者
京都大学工学研究科電子工学専攻　名誉教授　松波　弘之　他

■要約
シリコンカーバイド(SiC) は珪素(Si) と炭素(C)の原子比が1 対1 の化合物で,1892 年に人工合成され始め,主として炉材や研磨材など,熱的・化学的耐性や硬さが利用されてきた.半導体的性質は1940 年代に予測されていたが,電子デバイス応用を意識して研究・開発に取り組まれたのは1950 年代半ばから1970 年代にかけてである.しかしながら,結晶成長が困難であったためにデバイスの実現にはつながらず,研究・開発の意欲は途絶えたかにみえた.1980 年代前半に昇華法を活用するバルク結晶成長法が提案されて基板結晶の大面積化への道のりが見えるとともに,1980 年代後半に,著者のグループからSiC 基板上に高品質の単結晶が作製できるステップ制御エピタキシー技術が提案されて,この材料に対する期待が大きく高まった.優れた物性を活かして,現用のSi やGaAs 電子デバイスの性能を大きく凌駕するデバイスの研究・開発に拍車がかかり,高耐圧・小型・低損失のショットキーダイオードが市販され,トランジスタの実用化も間近に迫ってきた.実用化へのロードマップが論じられるほど注目されるようになった.本稿では,このように注目されている半導体SiC の物性の異方性について記述したのち,いくつかの異なる結晶面を積極的に利用する試みを紹介し,その特性がそれぞれの結晶面でどのように変化するか(異方性をもつか)を述べる.


Li-Nb-Ti系酸化物における階層的異方構造制御
■著者
大阪大学　産業科学研究所　COE特任教員　山本　陽　他

■要約
本稿でははじめに結晶格子レベルで構造制御されたLi-Nb-Ti 系酸化物M相固溶体について構造異方性の観点から解説し,次にこの固溶体が自発的に形成する規則的組織を例にとりあげて,結晶構造の異方性を要因とした結晶格子レベルからミクロンレベルにまで至る高次構造制御の可能性について述べる.


強誘電体結晶の異方性を利用したエンジニアード・ドメイン構造
■著者
東京工業大学大学院理工学研究科　材料工学専攻　助教授　和田　智志　他

■要約
強誘電体の物性,特に圧電特性はドメイン構造によって支配されるといっても過言ではない.強誘電体が発見されてから今日までドメイン構造を如何に制御するかという問題は常に大きな課題であった.その中で,圧電セラミックスにアクセプターを添加することでドメイン壁の移動を抑制することで抗電界を増加させるドメイン制御技術が確立され,圧電トランス等に実際応用されている.また,強誘電体単結晶のドメイン構造に外部電場を用いて意図的な周期構造を持たせることにより入射光の波長変換を行う非線形光学材料としての応用も最近注目されている.これらの技術はドメインエンジニアリングにとって重要な技術であり,ドメイン構造制御による新規物性の発現や新たな応用分野の開拓に今後とも貢献していく技術である.このようなドメインエンジニアリングの中で,最近強誘電体単結晶の異方性を利用することでドメイン構造を制御し,それによって圧電特性の飛躍的な向上を獲得するエンジニアード・ドメイン構造という新しいドメイン構造制御の概念が注目を集めている.本稿では,エンジニアード・ドメイン構造について解説する.


異方性ナノ空間形成材料-配向性メソポーラス薄膜-
■著者
キヤノン(株)先端技術研究本部　宮田　浩克

■要約
筆者らは,固ミ液界面における相互作用を利用し,面内での細孔の方向が一方向に制御された,二次元ヘキサゴナル構造のメソポーラスシリカ薄膜を作製する研究を行っている.現在までに,表面の構造異方性を有する種々の基板を用いて薄膜中の細孔の配向制御を達成しており,最近では物性の異方性を発現させることにもある程度成功している.ここでは,メソポーラスシリカ薄膜と,その細孔配向制御についての研究を簡単にレビューし,筆者らの研究の一部について紹介する.


μSRでみた層状コバルト酸化物熱電体の磁気異方性
■著者
(株)豊田中央研究所　フロンティア研究　第6グループ　主任研究員　杉山　純

■要約
単結晶試料の抵抗率はCoO2 面に平行な方向と垂直な方向で大きな差がある.しかし現状では大きな単結晶試料の育成は困難で,応用のみならず各種物性測定においても無配向多結晶が用いられる場合が多かった.確かに単結晶試料を用いた測定は理想的であるが,磁性に与える粒界の影響は比較的小さいことも知られている.つまり結晶軸さえ揃っていれば多結晶体を用いても,ある程度の情報は得られる.ここでは,配向多結晶体の磁気異方性が磁気構造の決定に大きく貢献した例を説明する.


一方向に伸びた多数の微細孔を有するポーラス金属
■著者
大阪大学産業科学研究所　玄　丞均 他

■要約
筆者らは,気泡を繊維のように一方向に揃えることによって,軽量なしかもポア成長方向に強いポーラス金属を作製する研究を行ってきた.これまで欠陥扱いされてきた気泡を意識的に金属中に取り込むというものである.本稿では,そのようなポーラス金属の作製方法と,ポアが一方向に揃っていることに起因して異方性を示す機械的性質や電気伝導度などの性質を紹介する.


連載
タイ便り(17)-俳句
■著者
Chulalongkorn Univ.Faculty of Science　教授　和田　重孝

■要約
俳句は日本固有の表現手法ですが,近年海外にも広まっているようです.そして,その場合,俳句の難し い議論は別にして,何でも思ったまま表現してみよう,という流儀もあるようです.


連載
近代日本のセラミックス産業と科学・技術の発展に尽力した偉人,怪人,異能,努力の人々(7)江副孫右衛門,森村勇,松尾義人,星野茂雄,水野智彦,小川修次,小林朗などの日本特殊陶業社長,会長と宮田應禮(3)-日本碍子,日本特殊陶業,立川工作所の発展-
■著者
宗宮　重行


連載
第2次世界大戦後の日本のセラミックス科学の発達に,友好や親善に尽力した世界の大学教授(4)日本・フランス両国のSolid State Chemistryの発展に尽力し,Japan-Bordeaux Solid State Chemistry Societyを設立して日本-フランスの親善・友好に努力したPaul Hagenmuller教授
■著者
宗宮　重行