大野 宗一 (オオノ ムネカズ)

工学研究院 材料科学部門 マテリアル設計分野教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 博士(工学), 北海道大学
■ URL
researchmap URLホームページURL■ ID 各種
研究者番号
  • 30431331
ORCID IDJ-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 計算材料科学
  • 組織制御
  • シミュレーション
  • 構造用材料
  • 凝固
  • 粒成長
研究分野
  • ナノテク・材料, 金属生産、資源生産
  • ナノテク・材料, 金属材料物性
  • ナノテク・材料, 材料加工、組織制御
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
経歴
  • 2019年04月 - 現在
    北海道大学, 大学院工学研究院 材料科学部門, 教授
  • 2009年11月 - 2019年03月
    北海道大学, 大学院工学研究院 材料科学部門, 准教授
  • 2007年10月 - 2009年10月
    北海道大学, 大学院工学研究院 材料科学部門, 助教
  • 2006年02月 - 2007年09月
    北海道大学 量子集積エレクトロニクス研究センター 研究員, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 博士研究員
  • 2004年04月 - 2006年01月
    クラウスタール工科大学, 金属工学研究所, 研究員
学歴
  • 2001年04月 - 2004年03月, 北海道大学, 大学院工学院, 物質工学専攻 博士課程, 日本国
  • 1999年04月 - 2001年03月, 北海道大学, 大学院工学研究科, 物質工学専攻 修士課程, 日本国
  • 1995年04月 - 1999年03月, 北海道大学, 工学部
委員歴
  • 2024年04月 - 現在
    日本学術振興会 学術システム研究センター, 専門研究員, その他
  • 2020年10月 - 現在
    日本学術会議, 連携会員
  • 2019年04月 - 現在
    日本金属学会, 講演大会委員及び調査研究委員, 学協会
  • 2018年04月 - 現在
    日本鉄鋼協会, 代議員, 学協会
  • 2015年04月 - 現在
    日本金属学会北海道支部, 支部代議員, 学協会
  • 2009年 - 現在
    日本鉄鋼協会, 高温プロセス部会 凝固・組織形成フォーラム 運営委員, 学協会
  • 2023年04月 - 2025年03月
    日本金属学会, 理事, 学協会
  • 2021年04月 - 2025年03月
    日本金属学会, 代議員, 学協会
  • 2009年 - 2023年03月
    日本学術振興会 製鋼19委員会, 委員, 学協会
  • 2019年02月 - 2023年02月
    日本金属学会 北海道支部, 理事, 学協会
  • 2020年11月 - 2022年10月
    文部科学省, 大学設置・学校法人審議会(大学設置分科会)専門委員
  • 2017年04月 - 2021年03月
    日本鉄鋼協会, 論文誌編集委員会 専門委員, 学協会
  • 2016年06月 - 2020年03月
    ポスト「京」サブ課題「高信頼性構造材料」委員会 委員, 学協会
  • 2016年04月 - 2020年03月
    日本金属学会, 会誌編集委員会・欧文誌編集委員会査読委員, 学協会
  • 2014年04月 - 2016年03月
    日本学術振興会, 科学研究費委員会 専門委員, 学協会
  • 2013年 - 2016年03月
    HPCI戦略プログラム分野2 CMSI, 第五部会 委員, 学協会
  • 2012年 - 2016年
    日本鉄鋼協会, ふぇらむ編集委員, 学協会
  • 2013年 - 2015年
    日本金属学会, 会報編集委員, 学協会
  • 2010年 - 2013年
    次世代スーパーコンピュータ戦略プログラム 分野2 新物質・エネルギー創成, 広報委員, 学協会
  • 2009年 - 2013年
    日本鉄鋼協会, 高温プロセス部会 若手フォーラム 委員, 学協会
  • 2009年 - 2011年
    日本金属学会, 北海道支部 幹事, 学協会
  • 2009年 - 2010年
    日本鉄鋼協会, 高温プロセス部会 若手フォーラム 座長, 学協会

研究活動情報

■ 受賞
  • 2023年12月, 日本機械学会 計算力学部門, 優秀講演表彰
    40305547
  • 2023年06月, Outstanding Reviewer Award in Acta Materialia and Scripta Materialia
  • 2022年04月, 文部科学大臣表彰 科学技術賞(研究部門)
  • 2022年03月, 日本鉄鋼協会, 西山記念賞
  • 2019年, 日本学術振興会・製鋼第19委員会, 優秀研究賞
    大野 宗一
  • 2019年, 革新的ハイパフォーマンス・コンピューティング・インフラ(HPCI), 令和元年度HPCIシステム利用研究課題優秀成果賞
    髙木知弘,青木 尊之,大野宗一,澁田靖,下川辺隆史,坂根慎治,三好英輔,佐藤遼太郎,岡ゆきみ,金根佑
  • 2017年, 10th Pacific Rim International Conference on Modeling of Casting and Solidification Processes, BEST POSTER PRESENTATION AWARD
    S. Sakane;T. Takaki;M. Ohno;Y. Shibuta;T. Shimokawabe;T. Aoki
  • 2016年, (一社)日本計算工学会, 第21回計算工学講演会グラフィクスアワード特別賞(ビジュアルコンピューティング賞)
    坂根慎治,髙木知弘,大野宗一,澁田靖,下川辺隆史,青木尊之
  • 2016年, 日本学術振興会, 科研費審査員・表彰
    大野 宗一
  • 2015年, Modeling of Casting, Welding and Advanced Solidification Processes XIV, Best Poster Award
    S. Sakane;T. Takaki;M. Ohno;T. Shimokawabe;T. Aoki
  • 2015年, 本多記念会, 第36回 本多記念研究奨励賞
    大野 宗一
  • 2010年, FGM 研究奨励賞
    日本国
  • 2010年, 日本鉄鋼協会, 研究奨励賞
    日本国
  • 2010年, 第22回 計算力学講演会 優秀講演表彰
    日本国
  • 2008年, 第18回 日本金属学会奨励賞(組織部門)
    日本国
  • 2007年, 第55回 日本金属学会論文賞(組織部門)受賞
    日本国
  • 2002年, MRS Fall Meeting Symposium BB 優秀ポスター賞
  • 2001年, 日本金属学会・鉄鋼協会北海道支部会奨励賞受賞
    日本国
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 主な担当授業
  • 計算材料科学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 計算材料科学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 弾塑性学, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 材料組織学, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 材料工学演習Ⅳ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 一般教育演習(フレッシュマンセミナー), 2024年, 学士課程, 全学教育
■ 所属学協会
  • 現在
    日本機械学会
  • 現在
    日本鉄鋼協会
  • 現在
    応用物理学会
  • 現在
    Materials Research Society
  • 現在
    日本金属学会
  • 現在
    The Minerals Metals and Materials Society (TMS)
  • 現在
    ASM International
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • 局所平衡が破れた界面動力学による組織形成の数理構築
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2022年04月01日 - 2026年03月31日
    大野 宗一; 澁田 靖
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 22H00252
  • ベイズ推定とサロゲートモデリングによる核生成シミュレーション法の開発
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    2022年06月30日 - 2025年03月31日
    大野 宗一
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 22K18875
  • 凝固組織予測の先進的シミュレータ開発と計算・実験の一体化技術への展開
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2020年04月01日 - 2023年03月31日
    高木 知弘; 坂根 慎治; 大野 宗一; 安田 秀幸; 青木 尊之
    フェーズフィールド法によるデンドライト凝固の大規模高速計算を可能とするために,固液界面近傍にのみ細かい格子を用いる適合細分化格子法(AMR)の複数GPU実装を行った.ここで,各GPUの計算負荷を均一化するために動的負荷分散を適用した.また,大きな格子を用いた計算を可能とするために,プリコンディショニングを導入した.このAMR技術開発によって,一次枝間隔の広いデンドライト成長問題も効率的に計算可能となった.
    ダブルオブスタクルポテンシャルを用いたマルチフェーズフィールド法と二緩和時間モデルを用いた格子ボルツマン法を連成させることで,固液共存域変形のシミュレーションを可能とした.また,このモデルの複数GPU実装を行い,大規模シミュレーションを可能とした.さらに,これを用いた様々な固液共存域のせん断変形シミュレーションを系統的に行い,粒形状,固相率,変形速度などが固液共存域変形挙動に及ぼす影響を詳細に評価した.
    GPUスパコンを用いた大規模フェーズフィールド計算によって,優先成長方向が熱流方向から傾いた柱状デンドライトの一方向凝固計算を系統的に行い,その配列を評価した.この結果,傾いたデンドライトでも六角形配列が支配的となることを明らかにした.この結果を用いて,デンドライト樹間液相流動の透過率評価を行い,無次元透過率はおおむねKozeny-Carmanの式によって表現可能であることを示した.
    一方向凝固時に成長する柱状デンドライトのデータ同化を効率化するために,デンドライト先端近傍のみを用いるデータ同化を考案し実装した.また,液相流動と固体運動を伴う単一デンドライト成長問題に対するデータ同化システムを開発し,双子実験によってその妥当性を確認した.さらに,多結晶粒成長において多数粒界のエネルギーとモビリティを同時推定可能なデータ同化システムを開発し,双子実験を通してその有用性を示した.
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 京都工芸繊維大学, 研究分担者, 20H00217
  • 原子・組織アプローチのデータ同化に基づく非平衡固液界面物性の学理開拓
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2019年04月01日 - 2022年03月31日
    大野 宗一; 澁田 靖
    本年度は、双子実験をベースに界面物性値を高精度に算出するデータ同化の手法の高度化・高精度化を実施した。Fe及びAlの過冷凝固を対象にして、固液界面エネルギー、その異方性強度、界面移動度とその異方性強度の四つの因子を、それぞれ単独に推定することから着手し、さらにこれらを同時に推定することを試みた。まず、これらの解析に必要なフェーズフィールド法のGPU並列計算コードを作成した。続いて、データ同化の方法として、アンサンブル・カルマンフィルタと粒子フィルタのそれぞれをコーディングした。
    そして、双子実験によって、固液界面物性値を高精度に算出可能な実測値の条件を調査した。まず、1辺が数百マイクロメートルの二次元系(薄板)において、固相が数百ps間等温凝固する現象を対象とした。このとき、二次元上で(100)、(110)及び(111)固液界面が成長するように固相の結晶方位を決定した。この固相の成長によって異なる異方性強度の影響が顕在化するためである。なお、この等温凝固は分子動力学法で直接シミュレート可能な現象であるため、これを対象とした。まずは、フェーズフィールド法を用い、予め定めた固液界面物性値を用いて、上述の固相の成長を計算し、それを観察データとして、データ同化の精度を検証した。フィルタリングの時間間隔、観察ノイズとシステムノイズの大きさ、初期パラメータの範囲など、様々なハイパーパラメータが推定精度に及ぼす影響を調査した。その結果、アンサンブル・カルマンフィルタ及び粒子フィルタのいずれの手法を用いても、最適なハイパーパラメータを用いれば、固液界面物性値をすべて同時に推定可能であることが示された。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 19H02486
  • Diffusive solution法に基づく材料組織の逆問題的アプローチの開発
    科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
    2017年06月30日 - 2020年03月31日
    大野 宗一
    本研究では、拡散方程式の時間反転プロセスを計算する手法(diffusive solution法)の開発を試みた。この手法は、組織形成シミュレーションの時間反転プロセスに応用することを目指したものであり、最終組織から、その発達途中の組織や初期状態に関する情報を得る手段の構築を目指したものである。その結果、diffusive solution法によって、ある条件下であれば、濃度プロファイルの短波長成分の増大を押さえながら、時間反転方向に計算をすることが可能になった。ただし、より高精度な解析のために、さらなる改善が求められる。
    日本学術振興会, 挑戦的研究(萌芽), 北海道大学, 17K18965
  • 大規模計算とその場観察の定量的融合による革新的材料組織予測法の開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2017年04月01日 - 2020年03月31日
    高木 知弘; 大野 宗一; 澁田 靖; 安田 秀幸; 青木 尊之
    材料開発では,材料組織の適切な予測と制御が極めて重要である.本研究では,フェーズフィールド(PF)計算,SPring-8によるその場観察,分子動力学(MD)計算の三つの最先端研究をデータサイエンスにより融合し,革新的メゾスケール材料組織予測アプローチの構築を目指した.MD計算結果を観察データとし,PFとEnKFによるデータ同化によって界面物性値を算出する手法を開発した.SPring-8その場観察結果を観測データとし,PFとEnKFによるデータ同化によって物性値と場の情報を得る基盤技術を構築した.大規模PF計算による高精度材料組織予測法を開発し,凝固と粒成長の組織予測とメカニズム解明を行った.
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 京都工芸繊維大学, 研究分担者, 17H01237
  • 超大規模分子動力学法解析に立脚した合金組織形成過程の俯瞰的理解と高精度制御
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2016年04月01日 - 2019年03月31日
    澁田 靖; 大野 宗一; 高木 知弘
    本研究では合金組織のさらなる高精度制御に向けて,核生成・凝固,粒成長過程の複合的ダイナミクスを系統的に解析し,合金組織形成過程の支配因子を原子スケールの動力学解析により解明することを目的とし,具体的に10億原子分子動力学(MD)計算により均質核生成過程における不均質性など古典核生成理論の範囲を超えた核生成の原子論的描像を明らかにした.また結晶粒淘汰過程における幾何学因子,粒界モビリティ・粒界エネルギーの時間変化を解析し,理想粒成長の二乗則からのずれの原因を明らかにした.さらに合金系ポテンシャルの溶質分配特性を考察し,合金系大規模MD計算実現の足掛かりを作った.
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 東京大学, 研究分担者, 16H04490
  • 固液界面物性の新奇異方性の学理開拓と新規凝固組織制御法
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2016年04月01日 - 2019年03月31日
    大野 宗一; 澁田 靖; 奥田 洋平; 南 洋乃; 金 根佑
    本研究では、金属材料の凝固におけるデンドライトの優先成長方位が合金濃度に依存するという新奇の現象が、多様な合金系において生じることを実験研究によって明らかにした。そして、そのメカニズム解明のための熱力学解析と原子シミュレーションを実施するとともに、組織形成シミュレーション法のフェーズフィールド・モデルを発展させ、そのシミュレーションによって、組織形態の多様性を総括する形態マップを構築した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 16H04541
  • フェーズフィールド法を核とする凝固組織形成予測モジュールの開発
    SIP 受託研究
    2014年10月 - 2019年03月
    大野 宗一
    独立行政法人科学技術振興機構(JST), 研究代表者, 競争的資金
  • 格子ボルツマン法に基づく流動・凝固シミュレーション・モデルの開発
    第25回 鉄鋼研究振興助成
    2016年04月 - 2018年03月
    大野 宗一
    日本鉄鋼協会, 研究代表者, 競争的資金
  • 固液共存体の挙動制御によるマクロ偏析低減
    研究会I
    2014年04月 - 2017年03月
    大野 宗一
    日本鉄鋼協会, 研究代表者, 競争的資金
  • 多成分系拡散のタイライン・シフト現象に立脚する凝固ミクロ偏析の新規制御法
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2013年04月01日 - 2016年03月31日
    大野 宗一; 澁田 靖
    鋳造材の内部では、構成元素の濃度がマイクロメートルのスケールで不均一に分布しており、これをミクロ偏析と呼ぶ。鋳片・鋳塊の高品質化のためにこの偏析を高精度に制御することが望まれている。本研究では現在までに注意を払われてこなかった多成分系拡散のタイライン・シフト現象とミクロ偏析の関係を解明し、この現象を利用した新しい偏析制御技術の発展につながる知見を得た。特に、拡散の遅い原子の偏析は、タイライン・シフトを活用することで低減できることが示された点が重要と考えられる。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 25289266
  • 包晶凝固鋼における優先成長相遷移条件の高精度解析に基づくγ粒組織制御法の開拓
    第22回 鉄鋼研究振興助成
    2013年 - 2015年
    大野 宗一
    日本鉄鋼協会, 研究代表者, 競争的資金
  • 鋼の包晶凝固、γ粒成長に関する研究
    製鋼第19委員会テーマ応募式研究助成
    2011年 - 2013年
    大野 宗一
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • 包晶反応と共析逆変態反応による超微細粒鋼の創製
    科学研究補助金・若手研究(A)
    2010年 - 2013年
    大野 宗一
    本研究は、炭素鋼において高温で形成する結晶粒(オーステナイト粒)組織を、変形によるひずみを付与することなく、合金の成分調整と凝固・熱処理プロセスの制御のみで微細化することを目的としたものである。Ti、V、Nbの添加、凝固中の冷却条件制御、その後の加熱条件制御による効果を理論・実験・シミュレーションによって検討し、微細化条件を探索した。その結果、Tiを添加し、金型鋳造後に速やかな加熱を行うことで、おおよそ1ミクロンのサイズまで微細化することが明らかになった。
    日本学術振興会, 若手研究(A), 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 22686067
  • スピンチャンネルから量子ドットへのスピンブロッケードとその量子ビットへの応用
    科学研究費補助金 基盤研究(A)
    2008年04月 - 2011年03月
    陽 完治
    インジウム砒素系化合物半導体と鉄電極界面における界面反応により生成される化合物がスピン注入効率をブロックしていることを界面の相図を調べることにより探索した。鉄系のスピン源を用いて観測されたスピントランジスタの電流振動が理論計算とよく一致していることを確認した。金コロイドを用いるインジウム砒素ナノワイヤの結晶成長の最適化を応用してナノワイヤスピントランジスタを作製し、スピン軌道相互作用に起因すると思われる電流変調を観測した。量子ドットを集積したスピントランジスタ構造の量子計算機デバイスにおいてスピン注入効率が最大40%(実績37%)のFe/InAs強磁性/半導体ハイブリッド系では、スピンチャンネル/量子ドット系による量子もつれの実証はむずかしいこと、60%以上のスピン注入効率で有意差が見られ、80%程度のスピン偏極率があれば、明瞭に量子もつれが観測できることを理論的に予測できた。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 競争的資金, 20241033
  • 自己伝播合成反応プロセスにおける微細組織の予測シミュレーション法の考案
    科学研究補助金・挑戦的萌芽
    2009年 - 2011年
    大野 宗一
    純物質や合金の粉末を混合し、ある温度まで加熱すると、粉末間で化合物の合成反応が生じ、その合成反応に伴う生成熱が未反応粉末間の反応を促進することで反応が連鎖的に伝播して瞬時に生成物が作製される。この反応は自己伝播燃焼合成(SHS)と呼ばれ、新規化合物の製造や、低コスト・低エネルギーの材料製造法としての発展が期待されている。しかしながら、SHS法で得られる生成物における微細組織の形成機構は詳細に明らかになっておらず、組織の形態・サイズをコントロールできるに至っていない。本研究では、SHS反応プロセスにおける微細組織の経時変化を予測するシミュレーション法を考案・確立することを目的とする。平成21年度に、多相凝固過程を定量的にシミュレートするフェーズフィールドモデルを発展させ(Acta Mater 2010)、SHS反応後、溶融状態からの組織形成過程を記述することを可能にした。本年度は、フェーズフィールド法と熱伝導方程式をカップリングし、SHSの反応伝播過程の解析を試みた。Ti、C、Feの純金属粉末からFeをバインダーとするTiC/Fe系サーメットが形成するプロセスを対象とした。取り扱いを簡略化するため、Fe-TiC擬二元系を仮定し、さらに相境界線の形状に関する簡略化を行った。本計算により発熱、溶融、凝固過程の伝播が記述され、潜熱や熱伝導率とった物性値の変化に伴う伝播挙動の変化を調査した。特に、伝播過程における温度、溶質濃度の不均一パターンを解析することを可能にした。他本計算における熱力学量(自由エネルギー)をより高度なモデルで記述することで、現実の系の解析が可能となる。ただし、本計算においては、粉末境界における拡散現象を有効拡散係数という形で考慮している。外圧に伴う粉末の移動や粉末界面における諸現象の記述が、今後と課題として残る。
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 研究代表者, 競争的資金, 21656192
  • 鋳造凝固における柱状オーステナイト粒組織の形成機構の解明
    第18回 鉄鋼研究振興助成
    2009年 - 2011年
    大野 宗一
    日本鉄鋼協会, 研究代表者, 競争的資金
  • 製鋼第19委員会 若手研究奨励金
    2009年 - 2010年
    大野 宗一
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • スピントロニクスデバイス材料の高精度熱化学計算
    科学研究補助金・若手研究(B)
    2007年 - 2009年
    大野 宗一
    日本学術振興会, 研究代表者, 競争的資金
  • 半導体上のスピネル型ハーフメタルの成長と高偏極率スピン注入の実証
    科学研究費助成事業 特定領域研究
    2008年 - 2008年
    陽 完治; 大野 宗一
    インジウム砒素基板上に200Å成長させたマグネタイト薄膜の磁化特性を超伝導磁束量子干渉計(SQUID)を用いて測定した. マグネタイト薄膜の磁化容易軸方向に外部磁場を印加した場合, 0.4T付近で磁化が飽和し, その値は483emu/ccであった. この値はバルクのマグネタイトのそれと近い値である. 一方, マグネタイト薄膜の磁化容易軸方向と垂直な外部磁場を印加した場合, 飽和し始めたのは1T付近であった. またマグネタイトの抵抗の温度依存性を測定するために, シリコン酸化膜上にマグネタイト薄膜100Åを成長させた. 成長温度は300℃, 酸素分圧は7.5×10-7Torr, 成長レートは約100Å/hour成長したマグネタイト薄膜を原子間力顕微鏡(AFM)で観察した結果その表面粗さは3.92nm/μm^2であった. この試料抵抗の温度依存性を, 1/Tとしてプロットすると120Kにおいて抵抗変化曲線の傾きが変化するVerwey転移を示した. マグネタイトの最適成長温度は摂氏300度となったため、マグネタイト電極を用いたスピン注入デバイス作製のためのプロセスを開発する必要がある. レジストフリーの試料全面に高温成長されたマグネタイトを, 必要な部分のみ残してそれ以外をArプラズマによりエッチングし、レジストカバー直下, すなわち電極間に残っているマグネタイトをシリコン酸化膜とともにリフトオフをおこなうことで達成した. これらの結果については「電子情報通信学会、電子デバイス研究会2009年2月」で報告した. また光学的評価についてはスピン偏極率の確認は、InAs系のスピンダイオード構造およびGaAs/AlGaAs量子井戸耕造での近赤外円偏光測定を行うための測定系の構築を終えた。
    日本学術振興会, 特定領域研究, 北海道大学, 20042001
  • スピントロニクスデバイス材料の高精度熱化学計算
    科学研究費助成事業 若手研究(B)
    2007年 - 2008年
    大野 宗一
    スピン注入デバイスの実現化に有力な候補である強磁性Fe/III-V 半導体ハイブリッド構造の相平衡を,第一原理計算及びCALPHAD 法から計算した.Al-As-Fe-Ga-In 系を対象として,各二元系及び三元系のモデリングを行い,特にFe/InAs 構造とFe/GaAs 構造作製時に形成される化合物の解明や,結晶成長の最適温度に関しての知見を得た.
    日本学術振興会, 若手研究(B), 北海道大学, 19760209
  • スピン制御トランジスタ実現のための基礎技術の開発
    科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    2005年 - 2007年
    陽 完治; 大野 宗一; 末岡 和久
    高スピン偏極材料として期待されているマグネタイト(Fe_<3>O4)に着目し、高品質のスピネル型のマグネタイトが(100)InAs上に45度回転した形でMBE成長すること、酸素分圧の制御により結晶の成分調整ができること、またその磁化特性により面内方向に磁化容易軸を持つ強磁性体の特性を示すことがあきらかになった。一方、鉄薄膜電極/インジウム砒素チャンネルで構成されるいわゆるDatta-Das型スピントランジスタ構造を作製し、スピン軌道相互作用に基づきゲート電圧の制御によるチャンネル中電子のスピン歳差運動を制御することにより生じると考えられる電流振動を観測した。これらの観測された実験結果を理論的に裏付けるために一連のモンテカルロ計算を行った。いわゆるInAs系Datta-Das型スピントランジスタにおいて、2っのスピン軌道相互作用(Rashba項およびDresselhaus項)が揃った条件のときは、スピン緩和が消失することが示された。このことは室温においても非弾性領域でも成り立ち、スピン制御電流振動をすることが示された。また横方向電界(ドレイン電圧)増大とともにスピン振幅が増大する(スピン緩和長が伸びる)ことも示され実験結果ともよく一致していることが明らかとなった。その他、鉄薄膜細線の磁化反転特性はマイクロマグネティックス解析の結果、鉄薄膜細線界面から5nm程度と浅くかっごく近傍のエッジの狭い(0.1um幅)領域のみ最大400mT程度の漏れ磁場があることが得られた。また鉄/砒素系半導体界面に生成される可能性のあるAs_<2>F(anti-ferro),AsF(anti-ferro),AsF_<2>(normal meta1)のいずれの鉄砒素系化合物の生成エネルギーも強磁性相より低く安定していることが第一原理計算により明らかになった。熱的安定性の点からも鉄酸化物系の開発が望ましいことを裏付けている。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 17206028
  • 原子の集団挙動から内部組織形成までの統一的理論計算
    工学研究奨励援助金
    2002年 - 2003年
    大野 宗一
    財団法人服部報公会, 研究代表者, 競争的資金
■ 産業財産権
  • 浸炭用鋼
    特許権, 佐野 太一; 大野 宗一; 坂口 紀史; 齊藤 元貴, 三菱製鋼株式会社, 国立大学法人北海道大学
    特願2022-053639, 2022年03月29日
    特許第7142306号, 2022年09月15日
    202203001598759884
  • 被覆型複合材料の製造方法および被覆型複合材料
    特許権, 松浦 清隆; 大野 宗一, 国立大学法人北海道大学
    特願2009-102497, 2009年04月20日
    特開2010-247219, 2010年11月04日
    201003093956773169

研究シーズ集

■ 研究シーズ