Communications Materials: 最新Research

Communications Materials に掲載された一次研究論文（Articles および Letters）について、その概要を日本語で紹介しています。

2021年10月

Article: 植物葉面上でのセンシングおよび送達のための植物様フック付き小型マシン

Plant-like hooked miniature machines for on-leaf sensing and delivery

doi: 10.1038/s43246-021-00208-0

in situ植物応用向けの小型システムは、自然生態系の理解と保護に重要である。本論文では、生物に着想を得たマイクロフックを植物の葉の表面に取り付けることが検討され、状態モニタリングや分子送達向けに植物葉面上で動作するソフトマシンが作製されている。

2021年9月

Article: シリコン基板上にエピタキシャル成長させた全窒化物超伝導量子ビットのコヒーレンス増強

Enhanced coherence of all-nitride superconducting qubits epitaxially grown on silicon substrate

doi: 10.1038/s43246-021-00204-4

長いコヒーレンス時間は、超伝導量子ビットの重要な特性であるが、従来のAl系ジョセフソン接合では微視的2準位系によって制限されている。本論文では、Si 上のNbN系量子ビットによってこの制約が克服されることが見込まれ、エネルギー緩和時間T1 = 16.3 μs、スピンエコー位相緩和時間T2 = 21.5 μsが示されている。

2021年8月

Article: 統計共重合によるリチウム金属電池用固体高分子電解質における結晶性の低減

Reducing crystallinity in solid polymer electrolytes for lithium-metal batteries via statistical copolymerization

doi: 10.1038/s43246-021-00187-2

ポリエチレンオキシドは、固体リチウム金属電池向けの一般的な固体高分子電解質である。本論文では、統計共重合は効果的な結晶性低減方法であり、室温電池動作時に高いイオン伝導率を可能にすることが示されている。

Article: 実材料に関するディープラーニングによる仮想実験

Virtual experimentations by deep learning on tangible materials

doi: 10.1038/s43246-021-00195-2

人工知能は、新材料の発見を顕著に加速させる可能性があるが、非周期的構造には容易に適用できない。本論文では、ディープラーニング・フレームワークが、さまざまなスケールと組成の仮想構造を生成することによって、実際のカーボンナノチューブの特性を予測することが提案されている。

2021年7月

Article: 極薄アモルファスLi-La-Zr-O固体電解質による固体電池におけるリチウムデンドライト成長の阻止

Blocking lithium dendrite growth in solid-state batteries with an ultrathin amorphous Li-La-Zr-O solid electrolyte

doi: 10.1038/s43246-021-00177-4

固体リチウム金属電池におけるデンドライトの形成と成長は、一般的な故障原因である。本論文では、薄膜アモルファスLi-La-Zr-Oは、リチウム貫通に対する高い耐性を示すので、薄膜固体電池用やバルクセラミックス電解質のコーティングとして有望であることが示されている。

Article: 水中におけるホウ化水素ナノシートの化学的安定性

Chemical stability of hydrogen boride nanosheets in water

doi: 10.1038/s43246-021-00184-5

ナノスケールのホウ素系材料は電子デバイスに有望であり、その化学的安定性を理解することが重要である。本論文では、ホウ化水素ナノシートが水中での加水分解に対して安定であり、この安定性がホウ素の電荷状態とホウ素-ホウ素結合ネットワークに起因することがab initio計算によって示されている。

2021年6月

Article: 再構成可能かつリサイクル可能なソフトエレクトロニクスに向けた自己治癒液体金属複合材料

Self-healing liquid metal composite for reconfigurable and recyclable soft electronics

doi: 10.1038/s43246-021-00169-4

フレキシブルなエレクトロニクスデバイスへの関心が高まっているが、そうしたデバイスは柔らかい性質を持つため損傷を受けやすい。本論文では、液体金属-エラストマー複合材料が自己治癒することが示されている。また、この複合材料は、電気抵抗をあまり変化させずに1200%伸長可能であり、導電回路の再構成を可能にする。

Article: 軟X線による接着界面の物理的・化学的画像化

Physical and chemical imaging of adhesive interfaces with soft X-rays

doi: 10.1038/s43246-021-00168-5

ポリマー複合材料の接着メカニズムは、接着によって結合界面が埋もれてしまうため、理解が困難である。本論文では、軟X線を用いて界面の化学的・物理的性質が調べられ、接着メカニズムや結合強度に影響を及ぼすマルチスケール因子が明らかになっている。

2021年5月

Article: 高速in-situ X線散乱によって明らかになった石膏脱水反応速度の応力感受性

Fast in-situ X-ray scattering reveals stress sensitivity of gypsum dehydration kinetics

doi: 10.1038/s43246-021-00156-9

石膏の脱水を理解することは、流体に起因する地震や、建設業での石膏利用に重要である。本論文では、小さな弾性荷重が脱水反応速度を大幅に加速させ、加熱よりもはるかに効果的であることがX線散乱によって明らかになっている。

Article: 層状極性ディラック金属における調整可能なスピン・バレー結合

Tunable spin-valley coupling in layered polar Dirac metals

doi: 10.1038/s43246-021-00152-z

非中心対称性結晶におけるスピン・軌道結合は、興味深いフェルミ面のスピン・運動量ロックを引き起こす。本論文では、極性金属BaMnX₂ (X = Bi, Sb)の電子構造から、Xサブ格子歪みに対する高い敏感性が、化学的に調整可能なディラックフェルミオンのスピン・バレー結合につながることが明らかになっている。

2021年4月

Article: フラストレートした磁性体を用いたミリケルビン温度への断熱消磁冷却

Frustrated magnet for adiabatic demagnetization cooling to milli-Kelvin temperatures

doi: 10.1038/s43246-021-00142-1

断熱消磁冷却は、効率よくmK温度に到達させる技術である。本論文では、水を含まないフラストレート磁性体KBaYb(BO₃)₂が、冷却効率と、空気、真空、熱にさらされたときの安定性を兼ね備えており、通常用いられている水を多く含む常磁性塩の代替物質となることが示されている。

Article: π共役ポリマーにおける酸化還元駆動型イオンインターカレーションを通して構築される超分子共結晶

Supramolecular cocrystals built through redox-triggered ion intercalation in π-conjugated polymers

doi: 10.1038/s43246-021-00148-9

π共役半導体ポリマーの分子ドーピングによって電荷キャリア密度を増大させることが可能である。本論文では、ゲストドーパントがラメラ構造中の限定された空隙に位置することが見いだされ、層状ポリマーとゲストインターカラントで構成されるインターカレーション化合物が明らかになっている。

2021年3月

Article: 光起電人工網膜は失明網膜におけるシングルピクセル刺激に対する高分解能応答を回復させる

Photovoltaic retinal prosthesis restores high-resolution responses to single-pixel stimulation in blind retinas

doi: 10.1038/s43246-021-00133-2

人工網膜が直面している大きな課題は、広い視野にわたって神経細胞を活性化できることである。本論文では、10,000個以上のピクセルを持つ光起電人工網膜上膜が、広い網膜カバー範囲とシングルピクセル照明を示し、マウスモデルにおいて高空間分解能の識別が可能になっている。

Article: オペランド電子スピン共鳴によって識別されたMoS₂薄膜トランジスターにおけるスピン状態

Spin-states in MoS₂ thin-film transistors distinguished by operando electron spin resonance

doi: 10.1038/s43246-021-00129-y

スピン状態の特性を特定することは、見込まれるMoS₂薄膜トランジスターの磁気的応用の理解に不可欠である。本論文では、電子スピン共鳴を用いて、デバイス動作中に、MoS₂における伝導電子と原子空孔のスピン状態が識別され、調べられている。

2021年2月

Article: COVID-19患者へのデキサメタゾン処置の潜在的な健康的・経済的影響

Potential health and economic impacts of dexamethasone treatment for patients with COVID-19

doi: 10.1038/s41467-021-21134-2

デキサメタゾンは、英国においてCOVID-19で入院した重症患者について延命効果があることが示された。本論文では、英国および世界においてデキサメタゾンの投与を通して救命しえた患者の数が推定され、デキサメタゾンが費用効率の高い選択肢であることが示されている。

Article: 固体NMRによって調べられた両性電解質高分子による細胞凍結保存の分子メカニズム

Molecular mechanisms of cell cryopreservation with polyampholytes studied by solid-state NMR

doi: 10.1038/s43246-021-00118-1

細胞の凍結保存は、現代生物学において重要な手段である。本論文では、過去に報告された両性電解質高分子凍結保護剤が固体NMRによって調べられており、作用中の分子メカニズムが明らかになっている。

2021年1月

Article: 三次元曲面に対応する効率15.4%の伸縮性マイクロスケール集光型太陽電池モジュール

Stretchable micro-scale concentrator photovoltaic module with 15.4% efficiency for three-dimensional curved surfaces

doi: 10.1038/s43246-020-00106-x

現実世界の応用においてエネルギーハーベスティングに太陽電池デバイスを用いるには、そうしたデバイスが非平坦表面に追従可能である必要がある。本研究のマイクロスケール集光器モジュールは、15.4%の屋外変換効率を示すうえ、引き伸ばして3D曲面を覆うことができる。

Article: 水分解層に起因するペロブスカイト太陽電池における耐湿性

Moisture resistance in perovskite solar cells attributed to a water-splitting layer

doi: 10.1038/s43246-020-00104-z

鉛ハライドペロブスカイトの環境安定性が低いため、ペロブスカイト太陽電池の性能が制限されている。本論文では、CuSCNナノプレートレット/p型半導体ポリマーコンポジット層が、水分解に起因して、高湿度条件下で28日間にわたって安定な太陽電池性能を可能にしている。

2020年12月

Article: スピン状態のオペランド観測によるペロブスカイト太陽電池の劣化機構

Deterioration mechanism of perovskite solar cells by operando observation of spin states

doi: 10.1038/s43246-020-00099-7

ペロブスカイト太陽電池は、電力変換効率が大幅に改善されてきたが、内因的な劣化がまだ明らかにされていない。本論文では、オペランド電子スピン共鳴を用いてスピン状態の数が調べられ、その変化と動作中のデバイス性能が関係付けられている。

Article: 環境研究用の¹⁴C-標識ポリスチレンナノプラスチックの合成

Synthesis of ¹⁴C-labelled polystyrene nanoplastics for environmental studies

doi: 10.1038/s43246-020-00097-9

ナノプラスチックは重大な環境リスクであり、ナノプラスチックがどこでどのようにして環境中に放出されるかを把握することが重要である。本論文では、環境研究に使用できる放射性標識ナノポリスチレンをワンステップで合成する簡便な方法が報告されている。

2020年11月

Article: Al–Si合金における極端なせん断変形に誘起される欠陥構造の変化と階層的微細構造

Extreme shear-deformation-induced modification of defect structures and hierarchical microstructure in an Al–Si alloy

doi: 10.1038/s43246-020-00087-x

合金の極端な変形は、加工や応用に重要である。本論文では、Al–Si合金の極端なせん断変形によって微粒化、マルチスケールのラメラ分断化、さまざまな欠陥の生成が誘起され、これによりマイクロピラーの機械的特性が向上している。

Article: 汎用的な骨移植生体材料としてのリコンビナントコラーゲンポリペプチド

Recombinant collagen polypeptide as a versatile bone graft biomaterial

doi: 10.1038/s43246-020-00089-9

高齢化社会に起因して、合成骨移植材料が必要になっている。本論文では、汎用的な生分解性リコンビナントコラーゲンポリペプチド・スキャホールドを工学的に作製することで、臨床前動物モデルにおいて骨再生が誘導されている。

2020年10月

Article: 共配向アラゴナイト板状晶積層体の協同的塑性変形による真珠層高靭性化

Nacre toughening due to cooperative plastic deformation of stacks of co-oriented aragonite platelets

doi: 10.1038/s43246-020-00078-y

真珠層の階層構造は、高い強度と靭性の一因となっていることが知られており、多くの生体模倣材料に着想をもたらしている。本論文では、20 µmの共配向アラゴナイト板状晶積層体が真珠層の靭性に寄与することが示され、新しい特徴長さスケールが規定されている。

Article: 中心位置からずれたカチオンの部分的秩序化によるペロブスカイト型擬立方晶系強誘電体における圧電性

Piezoelectricity in perovskite-type pseudo-cubic ferroelectrics by partial ordering of off-centered cations

doi: 10.1038/s43246-020-00072-4

強い圧電性は、一般的に強誘電ドメインの再配列に起因し、立方晶系では現れないと予想されている。本論文では、擬立方晶系0.3BaTiO₃–0.1Bi(Mg_1/2Ti_1/2)O₃–0.6BiFeO₃の強い圧電性が、あらゆる電場印加方向に適応したBiイオンの部分的秩序化の観点から説明されている。

2020年9月

Article: テザーなしの超高速軟体ロボット

Untethered and ultrafast soft-bodied robots

doi: 10.1038/s43246-020-00067-1

高速作動可能なロボット装置の実現は困難である。本論文では、低磁場で駆動されるソフトロボット装置が、最高100 Hzの周波数で大きな変形を示し、クロスクラッピング、歩行、遊泳、生きたハエを捕まえるなどのさまざまな動作を可能にしている。

Article: 超疎水性表面における水滴の摩擦と転がりダイナミクス

Water droplet friction and rolling dynamics on superhydrophobic surfaces

doi: 10.1038/s43246-020-00065-3

疎水性コーティングは、現代技術において重要性が増しているが、極端なノンウェッティング極限では研究が難しい。本論文では、マイクロピペットフォースセンサーでnNスケールの摩擦力を直接測定できており、粒子画像速度測定法と合わせることで、低速水滴の純粋な転がりダイナミクスを明らかにしている。

2020年8月

Article: レーザーパターニングした数層1T′- MoS₂における室温量子スピンホール相

Room-temperature quantum spin Hall phase in laser-patterned few-layer 1T′- MoS₂

doi: 10.1038/s43246-020-00050-w

量子スピンホール（QSH）相は、二次元トポロジカル絶縁体の重要な特徴であり、一般的に100 K未満の温度で観測される。本論文では、低パワーレーザービーム照射によって2H半導体相上にパターニングされた数原子層1T′-MoS₂において、室温量子スピンホール相が観測されたことが報告されている。

Article: 祖先型エンドグルカナーゼを用いた高性能ナノセルロース結晶

High performance crystalline nanocellulose using an ancestral endoglucanase

doi: 10.1038/s43246-020-00055-5

酵素は、天然材料を高性能生体材料にアップグレード化するのに効果的である。本論文では、祖先型エンドグルカナーゼを用いて高結晶性セルロースナノ結晶を得ている。この結晶は、細胞増殖用マトリックスとしての機能を果たすほか、グラフェンと組み合わせると導電性インクを形成できる。

2020年7月

Article: 触媒反応を用いない難黒鉛化性炭素から高結晶性グラファイトへの変換

Catalysis-free transformation of non-graphitising carbons into highly crystalline graphite

doi: 10.1038/s43246-020-0045-y

難黒鉛化性炭素材料は、一般的に、金属触媒を用いないとグラファイト（黒鉛）に変換できない。本論文では、触媒を用いない高温パルスによって、ポリ塩化ビニリデンやセルロースが高秩序グラファイトに変換されることが示されている。

Article: 多数の材料科学プロジェクトを単一のニューラルネットワークに統合する

Integrating multiple materials science projects in a single neural network

doi: 10.1038/s43246-020-00052-8

従来から、材料科学の機械学習は、データベース固有のモデルに基づいており、予測可能なパラメーターの数に限界がある。今回、汎用的なグラフベースのニューラルネットワークで複数のデータソースを統合でき、同時に40以上のパラメーターの予測が可能になっている。

2020年6月

Article: 原子レベルで精密な17原子幅のアームチェアエッジ型グラフェンナノリボンにおける小さなバンドギャップ

Small bandgap in atomically precise 17-atom-wide armchair-edged graphene nanoribbons

doi: 10.1038/s43246-020-0039-9

アームチェア型グラフェンナノリボンは、幅に依存するバンドギャップを特徴とし、将来の半導体デバイスにおいて極めて重要視される可能性がある。今回、17原子幅のナノリボンにおいて0.19 eVという小さなバンドギャップが達成されており、電界効果トランジスターの輸送特性向上が期待される。

Article: 広範囲放射線検出に向けたリチウムドープ二次元ペロブスカイト・シンチレーター

Lithium-doped two-dimensional perovskite scintillator for wide-range radiation detection

doi: 10.1038/s43246-020-0038-x

二次元ハロゲン化鉛ペロブスカイトは、光収率が高く、減衰速度が速く、製作コストが低いため、X線およびγ線シンチレーターとして大きな可能性を示している。今回、Liドーピングによってα粒子/γ線識別と熱中性子検出が実現されたことで、その汎用性が広がっている。

2020年5月

Article: 自己集合単層を用いたヒステリシスのない安定なペロブスカイト太陽電池

Hysteresis-less and stable perovskite solar cells with a self-assembled monolayer

doi: 10.1038/s43246-020-0028-z

ペロブスカイト太陽電池が直面する共通の問題は、電流-電圧ヒステリシスと光照射時の劣化である。今回、SnO₂電子輸送層への自己集合単層の適用が、無ヒステリシス挙動の実現と1000時間照射後の劣化の抑制に役立っている。

Article: 衝撃負荷時のナノ結晶銅–タンタル合金における安定な微細構造

Stable microstructure in a nanocrystalline copper–tantalum alloy during shock loading

doi: 10.1038/s43246-020-0024-3

材料への衝撃負荷によって、微細構造が変化し、機械的性能がかなり低下する。本論文では、ナノ結晶Cu–Ta合金に衝撃を負荷しても、変形中に欠陥が消滅するため、微細構造と機械的性能がわずかしか変化しかしないことが見いだされている。

2020年4月

Article: 充電式ソーラーレドックスフロー電池応用における高効率光電極の設計原理

Design principles for efficient photoelectrodes in solar rechargeable redox flow cell applications

doi: 10.1038/s43246-020-0020-7

光電極の合理的設計は、光電気化学レドックスフロー電池の変換効率向上のための重要な要件である。本論文では、バンドアライメント設計と表面被覆率制御を用いて単一光子光電極が設計され、太陽光から化学エネルギーへの変換効率9.4%が達成されている。

Article: 有機発光ダイオードの劣化を磁場効果から理解する

Understanding degradation of organic light-emitting diodes from magnetic field effects

doi: 10.1038/s43246-020-0019-0

有機発光ダイオードの寿命を改善するには、劣化過程を理解する必要がある。本論文では、デバイス劣化の非破壊的指標として磁場効果が利用できることが示されている。

2020年3月

Article: 生成的機械学習による、薄膜合成のための構造ゾーン図の予測

Predicting structure zone diagrams for thin film synthesis by generative machine learning