技術

要点 ペロブスカイト型酸化物鉄酸鉛の特異な電荷分布を解明 鉄スピンの方向が変化するメカニズムを理論的に解明 新しい負熱膨張材料の開発につながることが期待される 概要 東京工業大学 科学技術創成研究院 フロンティア材料研究所（WRHI）のHena Das（ヘナ・ダス）特任准教授、酒井雄樹特定助教（神奈川県立産業技術総合研究所 常勤研究員）、東正樹教授、西久保匠研究員、物質理工学院 材料系の若崎翔吾大学院生、九州大学大学院総合理工学研究院の北條元准教授、名古屋工業大学大学院工学研究科の壬生攻教授らの研究グループは、ペロブスカイト型酸化物鉄酸鉛（PbFeO3）がPb2+0.5Pb4+0.5Fe3+O3という特異な電荷分布を持つことを明らかにした。 同様にBi3+0.5Bi5+0.5Ni2+O3の電荷分布を持つBiNiO3（ビスマス・ニッケル酸化物）は、改質することで巨大な負熱膨張を示すため、PbFeO3を元にした巨大負熱膨張材料の開発も期待される。Pb2+とPb4+が 秩序配列するために、周囲の環境の異なる2種類の鉄イオン（Fe3+）が存在し、温度によって磁化の方向が変化するスピン再配列につながることも明らかにした。 研究成果はNature Communications（ネイチャー コミュニケーションズ）のオンライン版で3月26日に公開された。 研究グループには、中国科学院物理研究所、瑞国ポールシェラー研究所、独国マックスプランク研究所、台湾国立放射光科学研究センター、仏国放射光施設ESRF、米国オークリッジ国立研究所、中国松山材料実験室が参画した。 背景 ペロブスカイト型酸化物は、強誘電性、圧電性、超伝導性、巨大磁気抵抗効果、イオン伝導など、多彩な機能を持つため、盛んに研究されている。こうした機能は、3d遷移金属が担っており、その価数やスピン状態によって変化する。一方鉛やビスマスは典型元素でありながらPb2+とPb4+（Bi3+とBi5+）という電荷の自由度を持っており、3d遷移金属と組み合わせること、周期表の順番にしたがって系統的な価数の変化を示す。 東教授らはこれまでにPbCrO3がPb2+0.5Pb4+0.5Cr3+O3の、PbCoO3がPb2+0.25Pb4+0.75Co2+0.5Co3+0.5O3の特徴的な電荷分布を持つこと、Bi3+0.5Bi5+0.5Ni2+O3の電荷分布を持つBiNiO3を改質すると巨大な負熱膨張が起こることなどを明らかにしてきた。しかしながら、PbFeO3の電荷分布は解明されていなかった。 研究成果 PbFeO3の結晶構造を、走査透過電子顕微鏡、大型放射光施設SPring-8のビームラインBL02B2での放射光X線粉末回折実験と、瑞国ポールシェラー研究所・米国オークリッジ国立研究所での高分解能中性子回折実験によって詳細に調べた。その結果、ペロブスカイト型構造（一般式ABO3）のAサイトに、Pb2+とPb4+が1:1で秩序配列した結晶構造（図1）を持っていることが明らかになった。 Pb2+とPb4+が1:1で含まれることは、SPring-8のビームラインBL09XUでの硬X線光電子分光実験（図2）によって、鉄イオンがFe3+であることはメスバウアー分光実験でも確認した。Pb2+とPb4+の配列は層状と岩塩型の中間で、これまでに見つかっていなかった特殊な形である。この特殊なPb2+とPb4+の秩序配列のために、周囲の環境の異なる2種類の鉄イオンが存在し、そのことが418 Kで磁化の方向が変化するスピン再配列につながることを、第一原理計算で明らかにした。 図1. PbFeO3の結晶構造と、走査透過電子顕微鏡像の比較。Pb2+のみの層と、Pb2+とPb4+が1:3の層2枚が交互に積み重なるため、後者に挟まれたFe1と、前者と後者の間のFe2が存在する。また、静電反発のため、Pb4+を含むPb-O層間の間隔が広くなっている。 図2. 硬X線光電子分光実験の結果と、決定したPbイオンの平均価数。PbFeO3ではPb2+とPb4+が1:1で存在し、平均価数が3価であることがわかる。 図3. 第一原理計算によるスピン再配列の機構解明。熱膨張で結晶格子が歪むことで、2種類の鉄イオンの磁気異方性の強さが変化して、スピンの方向が変化することがわかる。格子歪みは収縮を正に定義している。 今後の展開 PbFeO3がPb2+0.5Pb4+0.5Fe3+O3という特異な電荷分布を持つことが明らかになった。今後、BiNiO3同様、PbFeO3に化学置換を施すことで、温度の上昇でPb2+Fe4+O3への変化が起きるようにすることができれば、半導体製造装置のような高精度な位置決めが求められる場面において、熱膨張によるずれを抑制できる負熱膨張の発現も期待される。 また、これまで2つの磁性イオンの存在が必要だと考えられていたスピン再配列が、鉛イオンの電荷秩序のよって起こることが明らかになったこと、そして室温をはるかに超える高い転移温度を持つことから、外場で磁化の方向を制御する新しいスピントロニクスデバイスへの応用につながることも期待される。 付記 本研究は、中国科学院物理研究所のXubin Ye（シュヒン イエ）、Jianfa Zhao（ジェンファ・ザオ）、 Zhehong Liu（ゼホン リウ）、Wenmin Li（ウエンミン リー）、Long Zhou（ロン・ゾウ）、Lipeng Cao （リペン・カオ）、Cheng Dong...

　学校法人日本教育財団は1年前の2020年4月に、「AI・IoT・ロボット」「ゲーム・CG」の“専門職大学”である「東京国際工科専門職大学」（以下、東京校）を開学した。専門職大学とは、大学卒業で与えられる学士と同等の「学士（専門職）」を得られる大学制度。研究したり学問を学ぶ大学と、実践的な技能が習得できる専門学校のカリキュラムを兼ね備えた学校だ。 「名古屋国際工科専門職大学」のウェブサイト 　東京校が開学してから1年が経ち、2021年4月には「大阪国際工科専門職大学」（以下、大阪校）、「名古屋国際工科専門職大学」（以下、名古屋校）の2校も開学した。そこで、東京校と大阪校の学長を兼務する吉川弘之氏、大阪校の副学長・浅田稔氏、名古屋校の学長・松井信行氏に、この一年の振り返りと開学にあたっての抱負を聞いた。 コロナ禍で“ハイブリッド式授業”に挑戦した東京校 　東京校は2020年4月に開学。工科学部の情報工学科（AI戦略コース／IoTシステムコース／ロボット開発コース）とデジタルエンタテインメント科（ゲームプロデュースコース／CGアニメーションコース）に、第一期生にあたる230名が入学した。両学科ともAO入試、一般入試が行われ、デジタルエンタテインメント学科の一般入試では合格倍率が7.39倍に達した。 　学長を務める吉川弘之氏は、東京大学総長、国立研究開発法人産業技術総合研究所理事長などを歴任し、2014年には日本の科学者として最も権威ある日本学士院会員となった人物。現在、東京大学名誉教授、英国王立工学アカデミー会員、スウェーデン王立科学アカデミー会員、独立行政法人日本学術振興会学術最高顧問などを務める。 東京校と大阪校の学長を兼務する吉川弘之氏（2019年11月に撮影） 　吉川氏は「大学は改革が叫ばれて30年近く経っているが、社会に適合することが本来の教育であるのに、実体的な教育の現場にまでは浸透していない。そこで誕生した専門職大学のひとつであるわが校が、これまでの大学とはまったく違う大学になったと実感している」と、この1年を振り返る。とはいえ、開学して間もなく新型コロナウイルス感染症の流行に見舞われ、苦労した面もあったという。 　「入学式はオンラインで実施、授業は6月からオンラインと対面のハイブリッド式で開始した。週の半分を対面、残り半分をオンラインという形。（民間からの人材で）教育経験のない教員も半分近くいたため、前例のない状況に大変苦心した。しかし、学校のあり方について何度も話し合いを持つことで教員の一体感が生まれた。不安な学生に教員が相談に乗り、教員と学生も親密な関係を作ることができている。教員間の協力体制、そして学生と教員の関係に関しては、プラスの面も多かったと思う」（吉川氏） ...

子ども向けオンラインプログラミングの中でも、業界に先駆けて生徒とのマンツーマンレッスンを行ってきた株式会社プロキッズ。コロナで学校やスクールが休校となった2020年、子どもたちの学びを止めないために学習支援プラットホーム「Code Land」をリリースしました。今回はプロキッズ代表の原 正幸氏に「Code Land」開発からその先に描く未来を聞いていきます。プログラミング学習支援プラットホーム「Code Land」▼子どもが生まれ「プログラミング教育」の重要性を実感、そして起業——プロキッズを起業しようと思ったきっかけは何でしたか？大学時代は家庭教師をやっていたので、子どもが生まれたことを機に、教育への強い興味がありました。AIなどによって将来の職業も変化する中、自分の力で考えたり、形にすることが子ども達の将来はどんどん求められていきます。教育とITに関わるものをかけ算したときに、プログラミング教育が思い浮かびました。ただ、5年前は子ども向けのプログラミングスクールは数社しかありません。そこで子ども達にもScratchだけでなく、好きなプログラミング言語が学べて、みんなが今やりたいこと、将来なりたいものを実現できる場を作ろうと、東京都港区にプログラミングスクールと全国から学べるオンラインレッスンを始めました。プロキッズ御成門校でのイベント時の様子——プロキッズのレッスンについて教えてください。プロキッズが目指す、プログラミング教育のゴールは、自分の力で好きなものを作りだすといった「モノづくりできる人」になることです。オープン当初から心がけているのは、２つあります。1つめは、オリジナルテキストにも答えが書いてなかったり、先生もなるべく答えをいわないことです。生徒が授業でテキストをそのまま作っておしまいという受け身の授業ではなく、自分で考えたり、最終的には自発的に好きなものを作れる学びを重視しています。習ったことが大事なのではなく、習ったことを生かしてアウトプットできる「主体性」を大事に教えています。２つめは、学び手である「生徒が主役」であるという考えから、「Learner First（ラーナーファースト）」という考えです。特に教育の現場では、先生が主役になってしまいがちです。30人クラスで1:30だと、生徒一人一人を細かく見ることは現実難しいからです。プロキッズが少人数制にこだわっているのは、子どもたちが自分のやりたいこと、好きなことをやろうとする時に支えてあげたいからです。そのためにも、少人数性の授業にこだわっています。オンラインレッスンでは1:1で生徒の良きサポーターをめざす▼主役は生徒！学びを止めない「Code Land」をリリース——そもそも「Code Land」とは何でしょうか？ 「Code Land」はプロキッズのプログラミングレッスンで使用している学習管理システム(LMS)です。生徒のモチベーションを一番重視しています。なぜモチベーションが大事かというと、今まで多くの子ども達に教えてきましたが、モチベーションが高い子達は、先生がいない状態でも学べるんですよね。 　そして主体的に学ぶことを教育のゴールにしているので、「Code Land」を通じてプログラミングを学べて、アウトプットが出せる場にしていきたいです。たとえば、サッカーやテニスでも試合でゴールをきめることが一番楽しいのに、練習では走ったり筋トレばかりしているとつまらないじゃないですか。それと一緒で、プログラミングのテキストも作品という、アウトプットが常に見える状態で、その目標に向かって頑張って学んでいくという流れを意識しています。▼好きな時に好きなだけ学び放題＋わからないを残さない——「Code Land」を開発しようと思ったきっかけを改めて教えてください。先ほど「学びの主役は生徒」という話をしましたが、生徒がいつでも自由にテキストを見て学べるようにしたかったからです。2020年の緊急事態宣言では学校もスクールも２カ月近く休校になりました。今までスクールでは紙に印刷したテキストを毎回渡していたので、その間にオンラインレッスンの生徒とどんどん学習の差が開いていきました。「学びを止めない」を合言葉に、自分で好きな時に好きなだけ学んで、わからないことを授業で先生に質問できる「Code Land」の開発に着手しました。自分で学んで、授業で質問できるサイクルは、一人でどうしようと悩む時間も減るし、「もっとやりたい」という生徒のモチベーションを高めることにも役立てられます。WebコースではWebサイト制作をゴールにプログラミング言語を学習また、授業を通じて「もっとこうした方が理解しやすい」という先生の声もすぐ反映できるようになりました。さらに、「Code Land」では生徒の学習履歴データが残るので、生徒のつまずきやすいポイントも把握しやすくなりました。この部分に何分かけている、なんでだろうという仮説を先生が立てられるので、授業もより効果的に行うことができています。——開発にあたり、苦労したことはありますか？今まで紙のテキストを使用していた生徒たちがオンラインの教材にうまく慣れてくれるかが一番不安でした。しかし、いざスタートしてみると、使い方がわかれば大人よりもどんどん使いこなしていくんですよ。びっくりしました。ただ、やってみるまでには「1年生でも大丈夫か」など、メンター陣も心配していたので、何よりでした。「Code Land」のログイン画面▼デザインのこだわりは、あえて子どもに寄せないこと——CodeLandは海っぽいデザインですよね。なぜ海にしたのですか？CodeLandのデザインは、中世の海賊や海をテーマにしています。海賊は、自分でやりたいことを決めています。子供がやりたいことを支援する存在でありたいので、海をモチーフにしました。——CodeLandのデザインでこだわった点はありますか？子供っぽいデザインにならないようにしました。プログラミングを学んでいる子供たちは、大人顔負けのスキルがある子も多く、背伸びしたい子が多いです。実際に、私が読むような大人向けの漫画を読んでいる子もいます。そのため、大人っぽいデザインにしました。——「Code Land」の開発において工夫した点を教えてください。自分たちで開発するという内製化にとことんこだわりました。というのも、「Code Land」を改善したいときにフットワーク軽く開発することができるからです。たとえば、先生がテキストを編集しやすいようにマークダウン記法で作成しているのも１つです。また、先生からのフィードバックも教材開発に活かしたかったので、先生が教材に対してコメントする欄も用意しました。最初のプロトタイプは私1人で作っていましたが、今は開発メンバーも加わりスピードが上がりました。これからも学び手や先生・時代に合わせ、「Code Land」をよりよいものにするために成長を続けていきたいです。今回のオンラインインタビューの様子▼子どもたちの中から世界を変えるようなIT界のヒーローを——今後はどのようなことに取り組んでいきたいですか？Apple創業者のスティーブ・ジョブズやWindows創業者のビル・ゲイツのような「世界を変えた人」って、日本人だと誰が思い浮かびますか？日本の子ども達の中からも、ITの力で世界を変えるヒーローがどんどん出てきてほしいです。そのためには、目標や良きライバルの存在が必要だと考えます。「Code Land」でもオンラインレッスンの仲間同士で日本全国に限らず、世界中から自分の作品を年に1～2回発表したりする場があったりします。参加した子の中からは、PythonやScratchで作った作品が全国レベルのコンテストでも最優秀賞を取ったりと、結果も出始めています。こういうチャレンジする場や切磋琢磨できる環境を通じて、子ども達の成長を後押ししていきたいです。生徒限定のオンライン発表会では小・中・高校生が海外からも参加——最後に、この記事を読んでくれている親御さんにメッセージをお願いします。常に新しいことを知る努力を続けることが大事だと思います。子供に将来の夢を聞いても、自分の知っている職業の中からしか答えることができません。そのため、親に限らず社会全体で子どもの選択肢を広げてあげてほしいです。特に賢い人に限って、物事を取り組む前にやらない理由を考えてしまいがちです。失敗を恐れず、まずは、やってみてから判断をしていってほしいと考えます。プロキッズインターン生もインタビューに参加しました。ありがとうございました！【プロフィール】 原 正幸株式会社プロキッズ 代表（ https://prokids.jp/ ）一般社団法人...