材料イノベーションを加速する先進計測テクノロジーの現状と動向物質・材料研究のための先進計測テクノロジー概要版国立研究開発法人物質・材料研究機構 NIMS-RAO-FY2016-3 自然の成り立ちやあり方を理解し、説明するには、それらを観察し、客観的なものさしで表現する必要がある。そのための計測技術の発展は、知られていなかった現象の発見をうながし、自然科学の進歩に寄与してきた。この計測技術がもたらす知識を体系化した科学は新たな技術革新を促し、その結果生産性を向上させ、生活水準が高まり、社会に実益をもたらしている。さらに、世界規模の競争がさまざまな分野で激しさを増すなか、今後も社会に実益をもたらし得る新たな価値を日本が創造しつづけるには、日本における計測技術の発展が不可欠である。ただ単に “対象を量的に測る” だけが、計測技術ではない。“対象を特徴付ける”、もしくは “対象の状態の変化をとらえる” といった統合作業も、特定の目的のために事物を量的にとらえる計測技術である。量的・統合的にとらえるということは、特徴・状態の変化を数値として表現可能にするということであり、自然環境や社会環境など広範囲の対象を数値化し、可視化することにもつながる。計測技術は、常に、高度化、小型化、低価格化、量産化などが図られており、科学の深化のための技術としてのみならず、より身近に使える技術として、あるいは多角的に物質・材料を見るための技術として、さらには社会活動を記述するための技術として、大きな期待が寄せられている。さらに、物質・材料イノベーションの基盤として重要な位置を占めてきた計測技術は、新たに大規模データとインフォマティクスの概念が加わることによって、計測によって得られたデータを活用してイノベーションにつなげるという、マテリアルズ・インフォマティクスの先進計測テクノロジーとして、新しい局面を迎えつつある。つまり、今までの計測データに別の視点を加え、新たな価値を生み出そうとしている。この先進計測テクノロジーは、科学技術の発展や国際競争力の向上をもたらし、ひいては、持続可能社会への円滑な転換につながると考える。これらの背景から、国立研究開発法人　物質・材料研究機構（以下、NIMS）調査分析室では、『物質・材料研究のための先進計測テクノロジー』をテーマに、NIMS に在籍する研究者の協力を得て、新たな価値を創造するための計測テクノロジーとは何かを客観的立場で調査・分析・考察し、報告書『材料イノベーションを加速する先進計測テクノロジーの現状と動向』としてまとめた。報告書の構成は次のとおりである。第１部「計測テクノロジー」の現状とビジョン計測テクノロジーとは何か、また、これまでのイノベーションにどう計測が貢献したかを紹介し、次世代の計測テクノロジーのビジョンを考察する。第１章「計測テクノロジー」とは：計測テクノロジーとは何かの紹介。第２章材料イノベーションと先進計測テクノロジー：計測テクノロジーがイノベーションへどう貢献してきたかを紹介し、新たな価値を創造するための計測テクノロジーのビジョンについて考察する。 1 #!4-8A/E !4-8A/E F " 736BE- %5E2 !+C9,:4*-0 .;<@E.=C ' :4>)?1D+C9,:4*-0 ! & ('$ 第２部計測テクノロジー最前線様々な先進計測テクノロジーをテーマとして取り上げ、紹介する。それぞれの節では、概要、世界や日本における研究開発動向を俯瞰した上で、ニーズを考察し、将来課題、特に、材料イノベーションに向けた課題や今後の展望について述べている。各計測テクノロジーは以下の第 1 章から第 6 章に分類した。取り上げた先進計測テクノロジーと執筆者は以下の通り。第１章原子一つにせまるテクノロジー原子の電流をはかる　- STM - 藤田　大介原子間の力をはかる　- AFM - 清水　智子、クスタンセ　オスカル原子の並びを直視する　- アトムプローブ - 大久保　忠勝、宝野　和博原子を削って重さを測る　- SIMS - 坂口　勲、渡邉　賢光をあてて原子・分子の特性を測る　- 分光計測 - 野口　秀典分子や結晶中の原子を識別して化学結合を見える化する　- 表面分析法吉川　英樹、岩井　秀夫原子核ごとの磁気を測る　- NMR- 丹所　正孝、端　健二郎後藤　敦、清水　禎 2 第２章電子を用いたテクノロジー原子一つ一つをみる電子を使った顕微鏡　- 高分解能 TEM - 木本　浩司実際に働いている様子を原子レベルで捉える顕微鏡　- Operando TEM - 三石　和貴細く絞った電子ビームでスキャンする顕微鏡　- SEM - 関口　隆史遅い電子で表面をみる顕微鏡　- LEEM・PEEM - 山内　泰第３章先進計測のための粒子ビームテクノロジー励起した原子のビーム技術　- 準安定原子ビーム - 山内　泰状態を制御した分子のビーム技術　- 分子ビーム - 倉橋　光紀スピンが偏極したイオンのビーム技術　- イオンビーム - 鈴木　拓電子ビーム発生技術　- ナノエミッター - 張　晗第４章大型施設によるビームテクノロジー高輝度の X 線を用いて高精度の測定をする　- シンクロトロン放射光 - 坂田　修身多様なイメージングを可能にする超高輝度 X 線　- シンクロトロン放射光・自由電子レーザー桜井　健次原子の並びをみる中性子のビーム技術　- 中性子ビーム - 北澤　英明素粒子ミュオンを用いて材料内の磁場をみる　- ミュオン - 北澤　英明第５章社会応用のための計測テクノロジー環境因子を電気信号に変えてとらえる　- 環境センシング - 篠原　正、川喜多　仁材料を壊さないで中の状態を調べる　- 非破壊検査 - 志波　光晴、渡邊　誠非破壊で透視して３D 化する　- クロノイメージング - 川喜多　仁いつでもどこでもだれでも使える　- 化学センサ - 吉川　元起第６章マテリアルズ・インフォマティクスのための計測テクノロジーマテリアルズ・インフォマティクスのための計測技術知京　豊裕データ活用型材料探索のための計測テクノロジー　- 計測とデータ - 吉武　道子、柳生　進二郎データ活用型材料探索のための合成テクノロジー　- 合成とデータ - 長田　貴弘高輝度放射光とデータ山下　良之計測データフォーマット標準化吉川　英樹 3 原子一つにせまるテクノロジーマテリアルズ・インフォマティクスのための計測テクノロジー電子を用いたテクノロジー社会応用のための計測テクノロジー先進計測のための粒子ビームテクノロジー大型施設によるビームテクノロジー高度な人材高度な人材これからの「先進計測テクノロジー」のために将来にわたって材料イノベーションを継続・発展させるために必要とされる、今後日本が取り組まなければならない先進計測テクノロジーと、それを開発・推進するにあたっての課題をまとめる。本報告書によって、材料イノベーションに貢献する計測テクノロジーが広く認知されるようになり、社会や科学技術の発展の一助となれば幸いである。調査分析室 4 アドバイザー室町　英治、藤田　高弘、藤田　大介、村川　健作企画・分析・検討・編集山内　泰、三石　和貴、川喜多　磨美子本レポートに関するお問い合わせ先国立研究開発法人物質・材料研究機構調査分析室〒305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1 TEL: 029-859-2000 ( 代表 ) FAX: 029-859-2049 調査分析室 [email protected] © 2016 National Institute for Materials Science (NIMS) 国立研究開発法人