材料科学 – Securities.io

2026年7月31日

著者 Daniel Martin

より強靭なタービン材料: GE Aerospace の事例

投資家向け注記: 最終セクションでは、GE Aerospace が先進的なタービン材料の広範な商業化への公開市場でのエクスポージャーをどのように提供するかを検討します。ジェットエンジン、発電用タービン、その他の極限環境で使用される材料は、永続的なエンジニアリング上のトレードオフに直面しています。膨大な熱的・機械的応力下でも強度を保つ必要がありますが、同時に突然破断することなく変形に耐えなければなりません。金属間化合物はこれらの用途に有望な候補です。2 つ以上の金属元素が秩序ある結晶構造で配列したものからなる金属間化合物は、卓越した強度、高い融点、持続荷重下での変形抵抗性を提供できます。これらの特性により、特定の金属間系は航空宇宙、自動車、エネルギー分野で価値を持っています。しかし、強度の源である秩序ある原子構造は、常温で金属間化合物を極めて脆くすることもあります。このため、製造の容易さ、許容できる損傷量、エンジニアが使用を検討できる範囲が制限されます。 Science Advances に掲載された研究1は、パデュー大学とヒューストン大学の研究者がこの問題に対する新たなアプローチを提示しています。アモルファス界面の設計フレームワークと異常に高密度の既存転位を組み合わせることで、ナノ結晶コバルトアルミニウム（CoAl）が常温で顕著な塑性変形を維持しつつ、卓越した強度を犠牲にしないことを実証しました。簡単に言えば: 研究者はナノスケールの欠陥と界面境界を工学的に設計することで、常温で柔軟かつ極めて強靭なコバルト‑アルミニウム合金を実現しました。この結果はまだ量産向けタービン合金ではありません。蒸着によって作製されたマイクロメートルスケールの材料実証であり、圧縮試験で評価されています。それでも、基礎となるメカニズムは、航空宇宙、防衛、エネルギー、その他の過酷な産業向けに、より強くかつ損傷耐性の高い材料を開発するための新たな設計戦略を研究者に提供する可能性があります。なぜ強靭な金属間化合物はしばしば脆いのか従来の延性金属では、永久変形は主に転位の移動によって起こります。転位は結晶格子内の線状の不規則性で、材料の一部が段階的にシフトできるようにし、全原子面が同時に移動する必要をなくします。この転位活動により、金属は局所応力を再分配できます。すぐに割れるのではなく、延性金属は曲げたり伸ばしたり圧縮したりしながら荷重を保持し続けることができます。金属間化合物は異なる挙動を示します。その原子は特定の秩序ある位置に配置されており、その秩序を乱すにはかなりのエネルギーが必要です。金属結合、共有結合、イオン結合が混在するため、転位の核形成と移動に対する抵抗が高くなります。また、いくつかの金属間化合物は多方向変形を受け入れるための十分な独立したすべり系を欠いています。粒界は別の潜在的な弱点をもたらします。いくつかの金属間系では、粒界の結合が比較的弱く、割れが生じやすい場所となります。水分による水素脆化は特定のアルミニドの脆さをさらに悪化させることがあります。その結果、多くの金属間化合物は常温での加工硬化がほとんど見られません。加工硬化は、変形が進むにつれて転位が増殖・相互作用し、材料が単一の割れやせん断帯に変形を集中させるのではなく、増大する応力に耐えることを可能にします。これまでの金属間塑性向上の試みには、微量合金化、金属‑金属間複合材、相変態工学、粒径細分化、高エントロピー合金設計などが含まれます。これらのアプローチは特定の材料系で有効であるものの、同時に高強度、顕著な塑性変形、持続的な加工硬化を実現することは依然として困難です。二つのナノスケールメカニズムの組み合わせ研究者はナノ結晶 CoAl に以下の二つの相補的特徴を組み込むことで課題に取り組みました: 結晶性...

2026年7月21日

著者 Jonathan Schramm

太陽光駆動ポリマー技術で淡水化コストを半減

By Jonathan Schramm

現代社会の多くは、道路や港、電線など、しばしば忘れられがちなインフラに依存しています。もう一つの重要なインフラは水であり、取水から廃水の浄化・処理までを含みます。清潔な水へのアクセスは、日常生活や汚染抑制にとどまらず、製造業やデータセンターなどにとっても不可欠な資源です。残念ながら、地球上の水の圧倒的多数は海や北極・南極の氷河に閉じ込められており、利用可能な淡水は1％未満にすぎません。そのため、費用が高く電力を大量に消費する従来の方法に依存しない効率的な淡水化手法は大きなイノベーションとなり得ます。これは、現在高価な淡水化に頼っている乾燥地域を支援するだけでなく、地球上のすべての海岸で淡水を生成できる可能性があり、世界人口の80％がすでにその沿岸に住んでいます。 The cumulative contracted desalination capacity has now surpassed 1億立方メートル/日を超え、淡水化の約60％が人間の消費に充てられています, with already 21,000の海水淡水化プラント世界中に. このような施設の効率を高めることで、エネルギー消費を削減し、二酸化炭素排出量の削減にもつながります。地球温暖化自体が砂漠化や水不足の要因であり、淡水化の必要性をさらに高めているため、重要なステップです。北京科学院の中国人研究者は、蒸発を加速させる新しい三次元（3D）光熱アーキテクチャを持つ新しいポリマーを開発し、太陽光駆動の淡水化を大幅に効率化し、蒸発のエネルギー消費を45.7％削減しました。彼らはその成果をAdvanced Materials1に掲載し、タイトルは「相互ロック安定化3D光熱ナノアーキテクチャが分散型太陽淡水化を可能にする」です。太陽光駆動淡水化海水から塩分を除去して飲料可能な淡水に変える方法は数多くあります。現在、最も一般的な大規模淡水化手法は逆浸透であり、高圧ポンプが水を微細な孔を持つ特殊膜に通すことで、溶存塩分から純水を分離します。問題は、このプロセスがかなりエネルギー集約的であり、費用のかかる人工膜が必要になることです。代替手段として熱方式があり、水が蒸発すると塩分が残り、蒸気は純粋な淡水になるという事実を利用します。しかし、これもエネルギー集約的なプロセスです。ほとんどの乾燥地域は砂漠で、強い日照が特徴であるため、日光は淡水化に利用すべき論理的なエネルギー源です。たとえば、以前にハイドロゲルは熱に関係なく光子が蒸発を促進できるや、イオン濃縮プロセスが10キログラム未満の携帯型淡水化装置の作成に利用できることを取り上げました。中国の研究者が開発した新しいポリマーの特徴は、耐久性と製造の容易さを兼ね備え、実地テストでボトル入り水よりも安価に淡水を生産し、作物栽培にも利用できる経済的実現性が示されたことです。ポリマーを用いた太陽光駆動淡水化...

2026年6月19日

著者 Jonathan Schramm

3Dプリントパネルによる受動的6G通信強化

By Jonathan Schramm

材料科学は、材料を顕微鏡的、しばしば原子レベルで理解し、改良する領域です。最も一般的な目標は、鋼、ガラス、セラミックなどの従来形態よりも強くすることです。メタマテリアルは、構造を変えることでさらに一歩進め、基礎材料の特性とは異なる特性を付与します。これは、正確な形状、幾何学、サイズ、向きなどの繰り返しパターンを作成することで最も一般的に実現されます。このようなメタマテリアルは、データをエンコードする、スケーラブルな量子光源を作成する、DNAによる自己組織化構造を作成する、さらには3Dレーザー印刷されたことができます。ほとんどの受動型メタサーフェスは、1つの偏波、周波数帯、または入射角に対してのみ有効であり、実用性が制限されます。メタクリスタルと呼ばれる新しい設計が、3Dプリンティングの一形態で作成され、フィンランドのアアルト大学と米国のスタンフォード大学の研究者によって提案されています。この設計は「複数の入射波に対して同時かつ独立に高度に複雑な多重応答を可能にする」ことができます。この研究はNature Communications1に掲載され、タイトルは「Metacrystals: 逆設計された3Dプリントインテリジェントパネルによる6G通信」です。この発見は、低コストで6Gテレコムやその他の無線システムに重要な応用が期待できます。 6Gテレコム向けメタクリスタル 6G技術における応用 6Gテレコムは、ミリ波（mm波）やサブTHz帯域などの周波数を使用することで、より高いデータレート、エネルギー効率の向上、低遅延を実現すると期待されています。これらの無線周波数はデータ伝送に大きな可能性を持ちますが、大気減衰の高さ、自由空間伝搬損失、障害物に遭遇した際の散乱効果の増大といった課題も伴います。このため、エンジニアは従来のマルチパス伝搬ではなく、指向性ビームに依存せざるを得ません。独自の反射または屈折特性により、メタサーフェスは壁、天井、さらには窓に戦略的に配置でき、屋内外の信号カバレッジを大幅に向上させることができます。特に、受動型設計は電源が不要で低コストで製造できるため魅力的です。これまでプログラマブルメタサーフェスは高価で、広範な採用にはコストがかかり、さらに物理的フットプリントが大きい（約1平方メートル）ことが課題となっていました。「従来の設計アプローチでは、指定された機能をカバーするために3つの別々のインテリジェント表面が必要でしたが、提案されたメタクリスタルはそれらすべてを置き換えることができ、導入フットプリントを削減し、材料使用を最小化し、潜在的な干渉問題を回避できます。」理想的には、完璧なメタマテリアルは、信号の偏波、複数の周波数帯、さまざまな到来角度に対して効果的に動作し、さらには同時にすべてをカバーできるインテリジェント表面です。メタクリスタルとは何か？本研究で提案された材料、メタクリスタルは「全誘電体二値複合材料」です。本質的に、受動型メタクリスタルは信号を受信し、最小限の損失またはエネルギー消費で別の方向に再放射できるため、特に都市環境で遮蔽されやすい6Gなどのテレコム信号の完璧なリレーとなります。「受動的で製造に適したメタクリスタルの特性は、低コスト、低電力、高い指向制御が重視される静的インフラ統合にとって魅力的な候補となります。」この用語自体は、フォトニック結晶（複数の回折次数をサポート）とメタマテリアル（波長よりはるかに小さい構成要素）という、両者に似た材料特性から派生しています。メタクリスタルの製作研究者は、概念が実際の例で実証可能であり、製造方法をテストできることを示すために、3つのデモンストレーターを作成しました。設計自体は、隣接ベースのトポロジー最適化を用いた逆設計手法など、メタマテリアルの製造で既に使用されている多くの複雑な技術を活用しました。最初の2つのデモンストレーターでは、「グレースケール誘電率分布」を使用し、結晶表面上の特性をゆっくりと変化させました。 3つ目のデモンストレーターは3Dプリンティングで製造されました。研究者は構造的完全性を確保し、既存の3Dプリンティング能力で実装できるようにするため、薄い支持層を追加しました。...

A photorealistic close-up of a high-temperature memristor chip glowing cherry-red on a ceramic base within a thermal testing chamber, with two precision metal probes making contact with its surface.

2026年4月7日

著者 Daniel Martin

原子工学: 新しいAIチップが1300°Fの熱バリアを突破

By Daniel Martin

現代のコンピューティングの基盤は、静かだが決定的な熱の壁に直面しています。何十年もの間、私たちはシリコンベースのチップに依存して世界のデータを処理・保存してきました。これがノートパソコンの動作方式であり、グローバルインターネットを支えるサーバーが稼働し続ける仕組みです。しかし、より強力な人工知能や過酷な環境への探査を推進するにつれ、標準的な電子機器は物理的な融点に近づいています。この転換は、シリコンが失敗する場所でも生き残れる「極端環境」電子機器への大きな文明的シフトを意味します。解決策は、原子レベルの工学: 高温メムリスタにあります。先進的な界面工学を活用することで、科学者は他のデバイスが蒸発するような環境でも動作するメモリーデバイスを作り出しました。これらの部品は特殊なセラミック層と耐久性のある電極で構成されているため、従来のハードウェアが溶けてしまうような高熱でもデータを保持し計算を実行できます。現在、この技術は実験室を超えて、エンジニアリング: 最も根深いボトルネックの一つである、地球上およびそれ以外の最も過酷な条件で機能的インテリジェンスを提供する課題を解決しつつあります。 700°Cのマイルストーン: 熱バリアの突破エンジニアは最近、ジャーナルScienceに掲載された新しいクラスのチップ1で可能性の境界を押し広げました。現在のハイエンド電子機器は150°Cを少し超える温度で故障し始めますが、この新デバイスは700°C（1300°F）でも完全に動作し続けました。視覚的に言えば、これは溶岩の熱を超える温度であり、ナノスケールの部品に対して以前は到達不可能と考えられていた耐久性の飛躍を示しています。これは自動化の未来に向けた大きな前進です。金星の表面やジェットエンジン内部を模した環境でこれらのチップをテストすることで、研究者はデータ保存に大型の冷却システムが不要であることを実証しました。しかし、熱耐性だけがこれらの小型デバイスが変革をもたらす唯一の領域ではありません。同じアーキテクチャが将来的に地上でのAIハードウェア構築方法を革命的に変える可能性があるという新たなデータも示されています。 AI革命の基礎的ツールこれらの「メムリスティブ」システムへのシフトは、ハードウェア自体が人間の脳の効率性を模倣し始めるという広範な動きの一部です。熱に耐えるだけでなく、これらのデバイスはメムリスタとして機能します—情報を保存し同時に処理できる部品です。これにより、現在のコンピュータを遅くする「メモリ壁」が解消され、深宇宙ロボティクスから次世代AIに必要な大規模サーバーファームまで、あらゆる領域に影響を与えます。最もエキサイティングな成長分野の一つは、「ニューロモルフィック」コンピューティングの開発です。これらの小型メモリセルは、極めて高い効率で大規模な並列処理を可能にします。同時に、新しい界面工学技術が登場しており、材料層を極めて高精度で積層することで、高熱下でチップがクラッシュする原因となる原子レベルの「漏れ」を防止します。これらの進歩により、電子機器はこれまで不可能だったスケールと温度で「考え」そして「記憶」できるようになり、インテリジェンスが産業用炉や宇宙船エンジンの中心部に組み込まれる世界が実現します。極端な科学を産業の現実へ研究者が真空チャンバーでこれらの概念を実証している間に、産業界はすでにこの技術を商業部門に導入する方法を模索しています。研究では、エンジニアはこれらのチップが単に熱に耐えるだけでなく、むしろ熱の中で繁栄し、テスト装置の限界においても劣化の兆候を示さないことを実証しました。エネルギーおよび航空宇宙分野にとって、これは重いシールドから軽量で冷却不要なセンサーへとシフトすることを意味し、地熱掘削や高性能タービン内部での使用が可能になります。この新システムの美しさはその原子レベルの安定性にあります。特殊な層構造を用いることで、原子自体が激しい熱エネルギーで振動していても電気信号がぼやけることを防ぎます。これにより長期的なデータの完全性が保たれ、チップは高熱環境で数年にわたり動作し続けてもメモリを失わないことが可能になります。これは、従来の「ハード化」電子機器がしばしば遅く、高価で、突然の故障しやすいという問題に比べて大きな改善です。計算速度と電力の向上現代AIにとって最大の障壁の一つは、プロセッサとメモリ間でデータを移動させる際に大量のエネルギーが無駄になることです。このプロセスは熱を発生させ、結果としてコンピュータの速度を低下させます。研究チームが開発したメムリスタは、この二つの作業を同時に行うことで解決します。メモリセル内で直接計算を行うことで、システムは無駄な熱を減らし、従来のシリコンハードウェアに比べてはるかに高速に動作します。信頼性の低い環境での安定した性能高性能技術に対する一般的な不満は、その壊れやすさです。データセンターで冷却ファンが故障すれば、システム全体が数秒で破壊されてしまいます。新しいメムリスタ規模のシステムは、これらの熱スパイクに「免疫」を持つことでこの問題を解決します。これにより、ハードウェアははるかに信頼性が高く、火山モニタリングステーションや原子力発電所、惑星ランダーなど、修理やチップ交換が不可能なプロフェッショナルな環境でも容易に使用できるようになります。コンピューティングアーキテクチャの比較チップ世代一般的な用途故障点主な利点標準シリコン消費者向けラップトップ ~150°C...

An abstract 3D visualization of a crystalline superconductor lattice with two glowing blue electrons moving in a frictionless pair through a microscopic channel.

2026年3月23日

著者 Daniel Martin

圧力クエンチングが超伝導記録を破った方法

By Daniel Martin

材料科学における注目すべき前向きな進展1として、ヒューストン大学（UoH）の研究者たちは超伝導分野で長年の記録を打ち破りました。2026年3月19日、物理学者のチンウー・チュウとリャンツィ・デンが率いるチームは2、常圧下で記録的な温度151 K（-122°C）での超伝導を達成したと発表しました。この成果は単なる数値的マイルストーンにとどまらず、物理学: 室温かつ常圧での電気抵抗ゼロの追求――物理学の「聖杯」への科学者のアプローチに根本的な変化をもたらします。圧力クエンチングとして知られる高度な技術（人工ダイヤモンドの製造に用いられるプロセスに類似）を利用することで、チームは圧力が解除された瞬間に通常は消失する高圧電子状態を「固定」することに成功しました。このブレークスルーにより、超伝導の進展が大幅に近づき、新たな技術革命の道を切り開く可能性が高まります。

2026年1月2日

著者 Jonathan Schramm

バッテリーデザインの前提を再考する

By Jonathan Schramm

リチウムイオン電池における正極クラックの新しい理解 Improving battery power density is a key driver for the adoption of EVs over internal combustion engines. Consumer safety is another major concern, though the...

2025年12月12日

著者 Jonathan Schramm

製紙工場の廃棄物がグリーン水素の触媒に変わる

By Jonathan Schramm

製紙工場の廃棄物を水素触媒に変えるグリーン水素の生産を経済の基盤にする鍵は、化石燃料や他の人工液体燃料と競争できるほどコストを下げることです。このプロセスはできるだけ持続可能である必要があります。化石燃料の汚染を別の種類の汚染に置き換えることは逆効果になるからです。投資とインフラの不足も問題となっており、European Hydrogen Backbone (EHB) のようなメガプロジェクトが解決すべき課題です。それでも、水素生産の主な問題は触媒にあります。長い間、水素電解はプラチナやパラジウムを使用した高価な触媒に依存してきました。これらの金属は非常に希少で高価であるため（「Investing In Platinum – The Universal Catalyst」で説明したように）、水素電解装置も非常に高価になります。幸いなことに、代替案が次々と登場しています。例えば、nanorods of nickel、iron nanoscopic hollow balls、silicon carbide for photocatalysis、あるいはcobalt tungsten oxideなどがあります。...

2025年12月5日

著者 Jonathan Schramm

設計されたグラフェン欠陥が新たな技術可能性を解き放つ

By Jonathan Schramm

設計された欠陥がグラフェン性能を向上させる方法単一原子層を形成する2次元材料で、グラフェンは最も理解され、最も広く研究されているものです, alongside borophene, goldene, and others, display remarkable properties that are strongly different from the same atoms in a normal 3D atomic structure. 主にこれは、グラフェンの非局在化したπ電子が2次元格子上を自由に移動できることに起因し、優れた熱的、電気的、機械的特性をもたらします。しかし、最高の性能は、これらの材料が完全に均一であるのではなく、余分な不純物を含むことで、さらに独自の量子的・化学的効果を生み出す場合にしばしば観察されます。...

2025年11月17日

著者 Gaurav Roy

光を制御する新しい方法で、より高速な未来のコンピュータを実現

By Gaurav Roy

科学者たちは、光子コンピューティング向けに包括的な光遮断機能を提供できる新しいタイプのメタマテリアルを作成しました。メタマテリアルは工学的材料ですその特性は基礎成分の化学組成からではなく、慎重に設計された内部構造から生じます。そのため、これらの材料は自然に存在する材料には見られない異常な特性を示すことができます。これらの材料は通常、金属やプラスチックなど複数の材料から構成され、繰り返し配置された波長未満の構造となっています。形状、サイズ、ジオメトリ、向き、配置が特性を決定し、電磁波、音波、または地震波を吸収、屈折、増幅、または遮断することで、従来の材料では不可能な利点を実現します。ニューヨーク大学の研究者が新しいメタマテリアルを開発1し、液体と結晶に典型的に関連付けられる特徴を組み合わせ、両者を上回る全方向からの光遮断能力を実現しました。新しいクラスの機能的に相関した無秩序材料である「ジャイロモルフ」は、液体のようなランダム性と大規模な構造パターンを融合させ、あらゆる方向から光を遮断します。研究は次のように述べています：「スペクトル最適化手法により 2D および 3D のジャイロモルフを生成し、強い離散回転秩序は示すものの長距離平行移動秩序は持たず、十分に大きな 퐺 に対して短距離で回転等方性を維持することを確認しました。」このイノベーションにより、研究者は長年科学者を悩ませてきた準結晶ベースの設計上の制限を解決しました。また、光子コンピューティングの進展にも寄与します。準結晶からジャイロモルフへ：光子コンピューティングにおける変遷光子コンピューティングでは、電流の代わりに光子を用いて計算を行います。この新世代のコンピュータは実現すれば、従来の機械に比べてはるかに効率的かつ高速になる可能性があります。光速でのデータ処理により、AI などの高性能タスクに期待が持てますが、現在は小型化とコストの課題に直面しています。分野の進展により、ハイパフォーマンスコンピューティングサーバーに統合可能な機能的光子チップが開発されました。しかし、光駆動コンピューティングはまだ初期段階であり、研究者はチップ内を通過する微小な光流を制御するのに苦慮しています。これらの微小光信号を強度を損なうことなく再配向するには、慎重に設計された材料が必要です。信号が弱まらないようにするには、あらゆる方向からの散乱光を防ぐ軽量で特殊な物質をハードウェアに組み込む必要があります。この実現の鍵となるのが等方性バンドギャップ材料の組み込みです。この材料は、周波数がバンドギャップ内にある限り、すべての方向で光や他の波の伝搬を阻止します。このような材料は無秩序でありながらハイパーユニフォームで、長距離平行移動秩序は欠くものの、特定の制御されたランダム性を持ちます。等方性バンドギャップ材料の設計において、研究者は長年準結晶に注目してきました。...

Boron Arsenide Offers Superior Thermal Conductivity to Diamonds

2025年11月13日

著者 David Hamilton

ホウ素砒素が熱伝導でダイヤモンドを超える

By David Hamilton

An international team of scientists led by University of Houston engineers just proved a long-held thermal conductivity theory incorrect. Their work pushed the boundaries of material...

Room-Temperature Superconductivity Breakthrough

2025年11月11日

著者 Gaurav Roy

MIT、MATTGにおける非従来型超伝導性を確認

By Gaurav Roy

超伝導は、電子がペアを形成することで起こります。通常の導体や日常的な材料では電子は散乱しますが、ペアになった電子は「クーパー対」と呼ばれ、抵抗のない完全な電流の流れを作り出します。この驚異的な特性は観測されており、超伝導体が特定の「臨界温度」以下に冷却されると現れます。電流がエネルギー損失なく無限に流れ続けるだけでなく、これらの材料は磁場を排除し、浮上させることができます。アルミニウムなどの従来型超伝導体は極低温が必要ですが、研究者はより実用的な高温で超伝導を示す材料の開発に積極的に取り組んでおり、これはエネルギーや量子技術に革命をもたらす可能性があります。 MITの研究者はこの突破口を達成しました。彼らは特徴的なV字型エネルギーギャップを観測し、マジックアングルグラフェンにおける非従来型超伝導性を示す重要な進展を示しました。マジックアングルグラフェンと『ツイストロニクス』：層の回転が物理を変える仕組み「マジックアングル」グラフェンの発見以来、研究者は相関絶縁状態や非従来型超伝導性からチューニング可能な磁性、トポロジカル相に至るまで、数多くのエキゾチックな量子現象を明らかにしてきました。 2018年、MITのパブロ・ハリロ＝エレロ率いる物理学者チームが初めてマジックアングルグラフェンの効果を作製・観測しました。二層のグラフェンを非常に特定の角度で積層したときに、超伝導などの異常な電子特性が検出されました。そのねじれ構造は「マジックアングルねじれ二層グラフェン（MATBG）」として知られています。グラフェンは炭素原子が単層で構成された材料で、厚さはわずか1原子層です。炭素原子が六角形のハニカム格子を形成し、驚異的な強度、耐久性、熱・電気伝導性を示します。二層グラフェンは、二つの格子が特定の向きで配置された二層構造です。純粋な二層グラフェンにおいて、ハリロ＝エレロとそのチームは、二層がマジックアングルでねじれたときに、強い電子間反発に起因する絶縁体（モット絶縁体）挙動を観測しました。これが「ツイストロニクス」の開発につながり、隣接する層を回転させることでグラフェンの電子特性を調整する有望な新手法が誕生しました。その手法は、MIT、ハーバード大学、そして日本のNIMSの研究者チームによって、電場を加えることでねじれ二層を超伝導状態にするために利用されました。時間が経つにつれ、多くの研究者がさまざまな多層グラフェン構造を調査し、非従来型超伝導性の兆候を示すことが分かってきました。 2021年、ハーバードの物理学者は三層のグラフェンを積層し、マジックアングルでねじることで、二層系よりも高温で頑健な超伝導性を示す三層系を実現しました（参考文献1）。外部電場に敏感であり、電場の強さを調整することで超伝導性もチューニングできました。この実験により、三層構造の超伝導は強い電子間相互作用に起因し、より高温に対して耐性があることが理解されました。同年、プリンストン大学の研究者は驚くべき類似性2を、マジックグラフェンの超伝導と高温超伝導体のそれと報告しました。走査トンネル顕微鏡（STM）を用いて、ペアになった電子が有限の角運動量を持つことを発見しました。もう一方は、温度上昇や磁場適用で超伝導状態が消失したときの挙動に関心を持っていました。従来型超伝導体では電子はペアが解離しますが、非従来型では何らかの相関が残ります。 MIT、常温超伝導への道を切り開く超伝導体が抵抗ゼロで電流を伝える能力は、MRIスキャナー、送電・蓄電、先進的コンピューティング、粒子加速器などの技術にとって重要です。しかし従来型超伝導体は極低温でしか動作せず、超伝導状態を維持するために特殊な冷却システムが必要です。もしこれらの材料がより高く、実用的な温度で超伝導を示せば、世界中の技術システムを再定義できるでしょう。その目的のため、MITの科学者は従来の振る舞いから逸脱する非従来型超伝導体の研究に取り組んでいます。最近、MITの物理学者は「マジックアングル」ねじれ三層グラフェン（MATTG）においてこの現象を観測し、MATTGが非従来型超伝導性を宿すことを直接確認しました3。共同第一著者のパーク・ジョン・ミンは、従来型超伝導体ではクーパー対の電子は互いに遠く、結合が弱いのに対し、マジックアングルグラフェンでは「ペアが非常に強く結合しており、ほぼ分子のようだ」と指摘し、「この材料には何か非常に異なるものがある」というヒントが見られたと述べました。過去の研究は手がかりを提供していましたが、正確な確認には至っていませんでした。研究は、マジックアングルグラフェンにおける超伝導ギャップの特定が最大の課題であると指摘しています。しかしMITチームはMATTGの超伝導ギャップを測定に成功し、温度ごとの超伝導状態の強さを明らかにしました。従来型超伝導体とは全く異なるギャップが観測され、MATTGの超伝導は異常なメカニズムに依存していることが示唆されました。...

2025年11月10日

著者 David Hamilton

3Dニット：先進テキスタイルの未来

By David Hamilton

革新的なエンジニアチームは、複雑な形状と構造を作り出すことができる新しい3Dステッチングマシンを開発しました。彼らの設計は計算ファブリケーション研究の限界を押し広げ、より耐久性が高く機能的なテキスタイルへの道を開きます。以下では、3Dプリントニットが服に対する考え方を変える可能性と、今後数年間でテキスタイル業界全体に与える影響について説明します。 2025年の世界テキスタイル市場の成長最近のレポートによると、テキスタイル産業は今年末までに1.07兆ドルを超える規模になると予測されています。この成長は複数の重要な要因に起因しています。デジタル印刷とデザインの最近の進歩、そしてAIの統合により、メーカーは耐久性を損なうことなく生産量を増やすことができました。スワイプしてスクロール → セグメント 2024年市場規模（USD十億）予測2028年市場規模（USD十億）年平均成長率（%）アパレル&ファッション 630 760 4.8 テクニカルテキスタイル 210 310 8.5 ホームファーニッシング 165 200 4.0 服は最も身近なアイテムの一つであることを考えると、快適さ、耐久性、手頃さを向上させるための研究が盛んになるのは当然です。現在の最先端テキスタイルは、わずかな保温以上の多くの機能を備えています。スマートテキスタイル...

Abstract macro depiction of WO₃ nanodisks reflecting iridescent colors

2025年11月6日

著者 Gaurav Roy

Retina E-Paper が人間の目の解像度に到達 (WO₃)

By Gaurav Roy

Display sizes have steadily shrunk while resolutions have soaring, bringing screens ever closer to our eyes. 初期の頃、テレビやプロジェクターは遠距離での共有視聴向けに設計されていました。そのため、サイズが大きく、重く、固定式で、ユーザーは画面に合わせて調整せざるを得ませんでした。それはパーソナルコンピュータの台頭まで続き、画面が腕の届く範囲に置かれるようになりました。やがてディスプレイは個人向けとなり、共有から個別のインタラクションへと変化しました。そしてスマートフォン革命が訪れ、画面はさらに目に近づきました。私たちは画面をどこへでも持ち運べるようになり、インタラクションはより親密になりました。 Now, in the latest stage of this...

A close-up of a glowing chromium–molybdenum alloy sample inside a high-temperature laboratory furnace, emitting intense orange-red heat. The alloy rests on metallic supports as sparks and reflections highlight the extreme testing environment, symbolizing breakthrough materials research.

2025年10月27日

著者 Gaurav Roy

新Cr-Mo-Si合金がジェットエンジンの熱限界を刷新する可能性

By Gaurav Roy

研究者たちは、非常に高い耐熱性を持つ新素材を開発し、ジェットエンジンへの利用に大きな可能性があることを示しました。ジェットエンジン、ガスタービン、産業機械、X線装置などの高度な技術は、極めて高温に耐えられる材料を必要とします。タングステン（W）、クロム（Cr）、モリブデン（Mo）などの耐火金属は、融点が約2,000℃以上と非常に高く、熱・摩耗・変形に対する優れた耐性を持つため、こうした用途に理想的です。しかし、これらの金属は熱的安定性は高いものの、常温では非常に脆くなります。また、酸素にさらされると急速に酸化し、600〜700℃の温度帯で材料が破壊されやすくなります。そのため、これらの材料はX線回転陽極のような真空環境下でのみ効果的に使用できます。この制約を克服するため、エンジニアは長らくニッケル系超合金に依存し、高熱に耐える部品を製造してきました。ニッケル系超合金: 強み、限界、そしてなぜ限界に達しているのか超合金は高性能合金の一種で、極端な熱と高応力に対する卓越した機械的特性と耐性で知られています。また、表面と相の安定性が高く、酸化・腐食耐性にも優れています。これらの合金は当初、航空機タービンエンジン向けに開発され、その後、時間とともにガスタービン、ロケットエンジン、発電、化学加工、石油プラントなど、さまざまな過酷な用途へと拡大しました。主にニッケル、鉄、またはコバルトを基盤とし、他の合金元素を加えることで、他の多くの合金が失敗する温度領域でも機械的完全性を維持します。ニッケル（Ni）はここで重要な役割を果たします。銀白色で光沢のある遷移金属は、ステンレス鋼合金に広く使用されているだけでなく、バッテリーのエネルギー密度と性能にも重要で、電気自動車の航続距離を伸ばす要因となっています。この金属の特性は航空宇宙部品にも不可欠で、温度変化や湿度にさらされる環境でも、酸化・腐食に強く、部品寿命を延長し、運用効率と安全性を高めます。ニッケル系超合金は、実際には最も高温部品に最も広く使用されており、先進航空エンジンの重量の50％以上を占めています。その理由は、クリープや高温での応力破壊に対する卓越した耐性にあります。さらに、高温強度、疲労耐性、軽量耐久性、優れた電気伝導性も備えています。これらの多成分合金はニッケルを主成分とし、アルミニウム（Al）、クロム（Cr）、コバルト（Co）、チタン（Ti）、モリブデン（Mo）などの合金元素を加えて特性を向上させます。ただし、ニッケル系超合金にも制限があります。高価で、加工硬化による加工困難、熱伝導率が低いこと、溶接や積層造形時の割れやすさが挙げられます。また、酸化が進行しやすく、望ましくない析出物の形成により機械的特性が劣化することもあります。「既存の超合金は多種の金属元素で構成されており、希少なものも含むため、複数の特性を兼ね備えています。常温で延性があり、高温でも安定し、酸化に強いのが特徴です。」 – カールスルーエ工科大学（KIT）応用材料・材料科学・工学部のマーティン・ハイルマイヤー教授しかし、問題は「使用できる安全温度範囲」であり、これは「安全に使用できる温度」のことで、最大で1,100℃までです。彼は付け加えました: 「この温度は、タービンや他の高温用途での効率向上の潜在力を十分に引き出すには低すぎます。燃焼プロセスの効率は温度が上がるほど向上します。」この制限を取り除くため、ドイツ研究財団（DFG）が資金提供し、研究者は開発に成功しました1。クロム（Cr）、モリブデン（Mo）、シリコン（Si）からなる新合金です。こちらをクリックして、極端な産業要求に対応するハイパーアダプタ合金について学んでください。 Cr-Mo-Si耐火合金: 常温延性＋1,100℃酸化耐性自動車やトラックが急速に電動化され、持続可能な輸送と脱炭素化が進む中でも、長距離航空機の燃焼エンジンは少なくとも今後数十年は必要とされます。...

A symbolic sequence of towering monoliths representing the ages of materials: raw stone, glowing bronze, crystalline silicon, modern steel skyscraper, and a futuristic AI-powered crystal lattice, illustrating humanity’s progression from ancient metallurgy to AI-driven material discovery.

2025年10月3日

著者 Gaurav Roy

今日の材料発見を変革する5つのAIブレークスルー

By Gaurav Roy

人工知能（AI）は世界を変革し続け、人類の未来を再構築しています。この技術は、人間の知能を必要とするタスクを実行することで、ほぼすべてのセクターで変化をもたらしています。AIシステムは膨大なデータを利用してパターンを特定し、意思決定を行います。このようにして、AIは人間に似た推論や認知プロセスのあるレベルをシミュレートできるのです。世界貿易機関のWorld Trade Reportによると、AIの生産性向上とコスト削減効果により、2040年までに世界GDPが12〜13％増加すると予測されています。高所得経済圏とのデジタルインフラ格差を50％縮小し、AIの導入を広げることで、低・中所得経済圏は収入が最大15％増加する可能性があります。国が生産性、貿易、経済的地位を強化するのに加えて、AIは産業全体でイノベーションを促進し、社会に貢献できます。その現在の主な取り組みの一つが材料発見です。材料発見におけるAIの約束材料の発見は常にイノベーションの鍵でした。何世紀も前、銅と錫の混合により青銅器時代が生まれ、より強靭な道具や武器が貿易と社会を変革しました。その後、鉄器時代が訪れ、鉄の熟練が経済を再構築しました。19世紀に進むと、鋼が広く採用されました。鉄と炭素の合金である鋼は、鉄道、超高層ビル、船舶、機械の基盤となり、産業革命と世界的拡大を牽引しました。 20世紀後半、シリコン時代は半導体の発見と精錬により世界を変え、現代エレクトロニクスの基礎を築きました。現在は先進材料の時代で、グラフェン、炭素ナノチューブ、量子材料がクリーンエネルギー、軽量航空機、超高速コンピューティングへの扉を開いています。 AIと機械学習（ML）の登場は、材料やそれに関連するさまざまな産業のイノベーションに貢献し、材料発見、設計、最適化のプロセスを大幅に加速させています。そのために、AIはアルゴリズムとモデルを活用して、特定の用途に必要な候補の膨大なデータベースをスクリーニングします。ここで、グラフニューラルネットワーク（GNN）やリカレントニューラルネットワーク（RNN）などのディープラーニングモデルが、材料科学で見られる複雑なデータセットを分析する上で重要です。これらは、データベースから目的の特性を持つ既存材料を特定したり、組成と構造に基づいて材料の特性を予測したりすることもできます。 AIの助けを借りて、材料科学の分野は従来の試行錯誤法を超えることができるようになり、時間とコストが大幅に削減されます。さらに、AIモデルは特定の要件に合わせた新規材料構造を生成できます。自動実験プラットフォームと統合すれば、AIは材料発見から製造への長いプロセスを高速化できます。これらの利点にもかかわらず、特定の材料に対するデータの質や量の不足という課題が残っています。新たに発見・設計された材料を実験室で合成することも大きな課題です。 UCSBの材料科学者アンソニー・チータムはNatureで1、DeepMind（Alphabet （Google）の子会社）が開発したAIツールGNoMEが見つけた220万件の仮想結晶リストを調査した後に次のように述べました。「化合物を発見することは一つのことですが、全く新しい機能性材料を発見することは全く別のことです。」多くのAI予測化合物が実用的でないことを指摘し、チータムは次のように述べました：「かなり多くのものが馬鹿げていることが分かりました。」これは予測と実際の実現のギャップを示しています。このギャップを埋めるには、AIと人間の専門知識、実験科学の組み合わせが必要です。それでも、AIが材料科学を革命的に変えるという約束は無視できません。エネルギー、医療、自動車、航空宇宙などの重要な応用向けに材料開発を迅速化できる能力は、無視できないほど大きなインパクトがあります。それでは、材料科学におけるAIの適用例の中で、材料発見とイノベーションの境界を押し広げる可能性を示す最も顕著な例をいくつか見てみましょう。スワイプしてスクロール...