研究テーマ
無機薄膜材料を利用した新奇電子物性・イオン輸送特性の探索
キーワード
無機固体化学、表面・界面科学、固体電気化学、マテリアルズインフォマティクス
ある物質と別の物質が接する「界面」では、大変興味深い現象がみられます。トランジスタのように界面において電荷を誘起させ、デバイス応用されることもあれば、Li電池のように電極と電解質の界面をまたぐLiの移動が阻害され、電池特性が損なわれることもあります。精緻な薄膜技術によりこのような界面をモデル化し、モデル界面を利用した新奇な電子物性やイオン輸送特性を探究しています。具体的には、通常のバルク体では存在しない界面を利用した準安定な金属水素化合物の合成、固体内水素の電荷制御による物性開拓、フッ化物イオン電池における界面修飾と電池特性向上メカニズムの解明などに取り組んでいます。
また、このような物質材料研究の発展を加速させるため、ロボットやAIを導入した実験室の自動化・自律化に取り組んでいます。従来の物質科学では、目的物質を1つ1つ丁寧に作製し、高品質化した後に電子／イオン物性を評価してきましたが、その合成条件最適化は単純作業の積み重ねです。ここに、繰り返し精度の高いロボットや発展著しいAIの技術を導入します。また、ロボットの利用により、不活性ガス雰囲気やX線照射環境などの人間では実験不可能な極限環境における実験も可能となり、合成できる物質の幅が広がります。このように、実験の自動化を進め、物質材料研究における人間とロボットの共生を目指しています。
(left): Multiple-field-induced functions of hydride-related materials. (right): Conceptual illustration of experiments combining artificial intelligence (AI) and robots.
参考文献
- Y. Komatsu, R. Shimizu, R. Sato, M. Wilde, K. Nishio, T. Katase, D. Matsumura, H. Saitoh, M. Miyauchi, J. Adelman, R. McFadden, D. Fujimoto, J. Ticknor, M. Stachura, I. McKenzie, G. Morris, W. Macfarlane, J. Sugiyama, K. Fukutani, S. Tsuneyuki, T. Hitosugi, "Repeatable Photoinduced Insulator-to-Metal Transition in Yttrium Oxyhydride Epitaxial Thin Films", Chem. Mater. 34, 3616 (2022).
- S. Chon, Y. Sugisawa, S. Kobayashi, K. Nishio, M. Wilde, N. Kishi, D. Sekiba, K. Fukutani, T. Hitosugi, R. Shimizu, "Selective Epitaxial Growth of Ca2NH and CaNH Thin Films by Reactive Magnetron Sputtering under Hydrogen Partial Pressure Control", J. Phys. Chem. Lett. 13, 10169 (2022).
- R. Shimizu, S. Kobayashi, Y. Watanabe, Y. Ando, T. Hitosugi, "Autonomous materials synthesis by machine learning and robotics", APL Mater. 8, 111110 (2020).
- R. Shimizu, H. Oguchi, T. Hitosugi, "Metal Hydrides: Epitaxial Growth and Electronic Properties", J. Phys. Soc. Jpn. 89, 051012 (2020).
- R. Shimizu, K. Sugawara, K. Kanetani, K. Iwaya, T. Sato, T. Takahashi, T. Hitosugi, "Charge-density wave in Ca-intercalated bilayer graphene induced by commensurate lattice matching", Phys. Rev. Lett. 114, 146103 (2015).
- R. Shimizu, K. Iwaya, T. Ohsawa, S. Shiraki, T. Hasegawa, T. Hashizume, T. Hitosugi, "Atomic-scale visualization of initial growth of homoepitaxial SrTiO3 thin film on an atomically ordered substrate", ACS Nano 5, 7967 (2011).
