半導体とは、電気抵抗を自由自在にコントロールできる物質です。コンピュータやスマホはもちろん、自動車の自動運転や人工知能といった技術を支える最も重要な物質は半導体であると言っても過言ではありません。研究課題として、電気抵抗の変化がより大きい物質の開発、無駄な消費電力が小さい物質の開発、大電流・高温など過酷な条件下でも使用できる物質の開発等があります。
これらを実現するため、私の研究室では、新しい半導体結晶の開発や原子配列の制御・結晶欠陥の発生を抑える技術の開発を行っています。コンピュータやスマホの高性能化に結晶の研究が貢献しているというのは意外かも知れませんね。
これからも社会を支え続ける半導体の高性能化とブレークスルーを目指して
私のこれまでの研究では、電気的な性質や原子配置が異なる半導体の積層構造を作製してきました。異なる物質を組み合わせると、単一の半導体では見られない新しい物理的性質を帯びるようになります。例えば試料中の電子が、まるで質量が軽くなったように高速で動くようにできたり、衝突が起きにくい安全な通路に電子を誘導できたり、といったことが可能となります。このような積層化技術により、従来よりも２倍の速度で電子が移動できる半導体構造の作製に成功しました。
また、自分で試料を作製できない場合には、他の大学や研究機関と共同体制を取り試料の提供を受けながら研究を行ったり、逆に他の研究機関に試料を提供することにより半導体の未知の物理的性質の探索に貢献しています。
これらの研究は、新しい半導体材料の探索や、従来の半導体部品とは全く異なる動作原理で動く新しいデバイスの実現につながると考えています。
一般的な傾向は？
- ●主な業種は→電気・化学系のメーカー
- ●主な職種は→エンジニア・研究職
- ●業務の特徴は→製品開発に携わる仕事
分野はどう活かされる？
製品の設計、開発、製造、マーケティング等の業務。材料科学は応用分野が広く、習得した知識を様々な業種・職種で活かすことができます。
１つの製品を作るためには、様々な企業の力が必要ですね。学問研究の世界も同じで、様々な研究成果を結集することで技術の実用化が行われます。皆さんが社会で活躍される中で学問も産業技術も大きく発展して行くと思いますが、それらも１つ１つの努力の総和ということです。
大学への進学を考える時、学問領域や研究テーマの数は膨大で圧倒されてしまうかも知れませんが、その中から皆さんが真に力を発揮できることを見つける必要があります。そのようなものと出会えるよう、様々な機会を捉える努力をしてください。
山梨大学の工学部先端材料理工学科が2012年に新設されるなど、材料科学分野の教育体制が強化されています。私が所属するクリスタル科学研究センターの教員も学部教育に関わり、講義だけでなく研究現場の環境にも触れながら意欲的に学習できるよう工夫が行われています。
興味がわいたら～先生おすすめ本
NHKスペシャル 電子立国日本の自叙伝
半導体製造技術の発展を追ったドキュメンタリー。半導体の開発は、モノづくりと学問との関係を考える上で大変興味深い実例だ。最初の実用的な半導体であるゲルマニウムのトランジスタへの応用は、自然界に存在する原料を製錬し、結晶を作製することに成功したことから始まった。半導体の物性に関する研究はこれ以降急速に進展し、今日の様な実用的で高性能なコンピュータが実現されるに至る。一つの物質の合成（モノづくり）が学問と社会の発展にとっていかに重大な結果をもたらすかを示す好例と言える。
（NHK）
物理のなかの数学
田村二郎
数学と物理学が密接に結びついていることは疑う余地がないにも関わらず、これらを関連付けて解説する学問に高校までで触れる機会は少ない。この本は高校レベルの知識で全て理解できるとは限らないが、物理に関する疑問への解決の道筋が見えるようになり、大学に入ってからの勉学に役立つと思われる。 （東京図書）
エントロピーと秩序 熱力学第二法則への招待
ピーター・W・アトキンス
モノづくりと関わる分野では習得が必須となる熱統計力学。その核心である第二法則について解説。抽象的かつ難解とされているこの分野について、高校レベルの知識で理解でき、さらなる興味を持たせてくれるよう書かれている。 （米沢富美子：訳、森弘之：訳／日経サイエンス）
記号論理学 一般化と記号化
Raymond Smullyan
難しい教科書のようなタイトルだが、内容は子供向けの謎解き遊びから始まり、いつの間にか論理学の世界へといざなわれてゆく。理系の学生は、まず論理学を学ぶべきだと思っているのだが、本書は論理学の面白さを教えてくれる良書だ。後半は難しいかも知れないが、挑戦してみてほしい。 （高橋昌一郎：監訳、川辺治之：訳／丸善出版）
