NIMS、リチウムイオン電池負極用高性能SiOx複合ナノ粒子の高速生産法を開発

　

　物質・材料研究機構(NIMS)は11月12日、リチウムイオン電池の負極向け高性能SiOx複合ナノ粒子の高速生産プロセスを開発したと発表した。

　同成果は、東京大学 大学院工学系研究科の神原淳 准教授、本間啓一郎氏、東京大学大学院工学系研究科 教授でNIMSフェローでもある吉田豊信氏らによるもの。詳細は物質材料研究論文誌「Science and Technology of Advanced Materials(STAM)」に掲載された。

　リチウムイオン電池分野は、車載用途など、新たな応用展開に向け、炭素電極を超える高密度かつ高充放電サイクル特性を両立できる材料とその製造技術の開発が求められており、その実現手法として電極材料をナノレベルで構造体化することが知られているものの、高い生産性を有してナノ構造化を実現する製造手法がないことが問題となっていた。

　今回研究グループは、プラズマスプレイ法に物理蒸着用の加熱蒸発とガス凝縮過程を加えた「プラズマスプレイPVD」法を利用することで、比較的安価な工業用SiOx粉末を原料としながら、急速蒸発とその後の急速共凝縮過程により、10nm程度のナノ粒子を高速かつ連続で製造することに成功したという。

　また、SiOx系材料で高い電池充電容量を得るための課題であったOのSiに対する組成比xを低く抑える手法として、Ar-H2プラズマ中へ高い還元性を有するCH4ガスを添加することでxを効果的に減少させることを可能にしたほか、同蒸気の凝縮過程において生じる不均化反応によって電池サイクル特性に優れたSi/SiOコアシェル構造を容易に実現できることも確認したとする。

　なお、また作製されたナノ粒子の電極特性を調べたところ、100サイクルの充放電後でも容量に大きな低下は無く1000mA・h・g-1で安定した高性能を示すことが確認されており、研究グループでは今後の展開が期待されるとコメントしている。

　Si/SiOコアシェル構造

国立天文台、専用スパコン「アテルイ」をアップグレード

　

　国立天文台天文シミュレーションプロジェクト(Center for Computational Astrophysics:CfCA)は11月13日、数値計算専用スーパーコンピュータCray XC30システム「アテルイ」のアップグレードを行い、10月1日より共同利用運用を開始したと発表した。

　CfCAでは、シミュレーション天文学のためにスーパーコンピュータの運用を行っている。2013年4月に国立天文台 水沢キャンパスに設置されたスーパーコンピュータCray XC30システム「アテルイ」は、国立天文台が運用する数値計算専用計算機としては第4世代にあたる。当時の理論演算性能は502TFlopsで、これにより天文学におけるさまざまな分野でのシミュレーションによる理解が加速したというが、運用している間にも、天文学のシミュレーション技術とそれに求められるコンピュータの性能が高くなっていったという。

　そうしたニーズを受けて今回、「アテルイ」のアップグレード作業が行われた。同作業は、最新のCPUを搭載したブレードへの交換が主なものとなった。また、筐体は8から6へと数を減らし、それに伴い、CPU同士をつなぐインターコネクトのつなぎ替えも行われたという。筐体の数は減ったが、最新CPUの搭載により、計算能力は従来比約2倍となる1058TFlops(1.058PFlops)へと向上。この性能は、天文学専用スーパーコンピュータとしては世界最速のものであり、「アテルイ」は国立天文台が運用するスーパーコンピュータとして初めて1PFlopsに到達したマシンとなったという。

　新しいアテルイの外観。筐体数が6に減り、コンパクトになった (C)国立天文台

　ブレードの交換作業の様子。計算ノード用ブレード全266枚が交換された (C)国立天文台

　新しい「アテルイ」で用いられているブレードの内部。2つのCPUがセットになり、1つのノードを構成している。このノードが1つのブレードの中に4つ搭載されている。メモリは各ノードに8枚ずつ積まれており、1ノードあたり64GBのメモリを有している。このブレードが1つの筐体に48枚差し込まれている。CPUは銅製の放熱器に覆われており、この写真では直接見ることはできない (C)国立天文台

東大など、大規模シミュレーションにより新しい相転移現象を発見

　

　東京大学は11月11日、これまで相転移が起きないと考えられてきたスピン液体と常磁性状態との間で、相転移が起きることを新しい数値計算手法を用いた大規模シミュレーションで明らかにしたと発表した。

　同成果は、東京工業大学大学院 理工学研究科 物性物理学専攻の那須譲治助教(当時:東京大学大学院 工学系研究科 物理工学専攻)、東京大学大学院 工学系研究科 物理工学専攻の宇田川将文助教、求幸年准教授らによるもの。詳細は、「Physical Review Letters」のオンライン版に掲載された。

　物質は、温度や圧力に応じて固体・液体・気体の3つの状態に変化する。このうち、液体と気体の間には相転移が起きる必要はなく、連続的に移り変わることが可能である。また、磁性体中の電子が持つ微小な磁石であるスピンの向きに関しても、このような3状態を考えることができる。例えば、固体はスピンの向きがそろった強磁性状態に対応し、気体はそれらがランダムな常磁性状態に対応する。一方、液体については、極低温まで固体にならず液体のままであるヘリウムから類推した”量子スピン液体”という概念が提案されているが、その存在や性質は長年の謎とされてきた。

　研究グループは、キタエフ模型と呼ばれる理論モデルに対する大規模数値シミュレーションにより、量子スピン液体と常磁性状態の間には常に相転移が存在し、両者は連続的に移り変わることができないことを見出した。これは、従来の相転移理論で説明できない新しい気体—液体転移で、トポロジカルな性質の変化と見なせることを明らかにしたものであるという。

　なお、今回の発見が、相転移の不在をもって量子スピン液体を示唆している最近の実験研究の全面的な見直しを促すものであり、トポロジカルな性質を情報処理に利用する量子情報の分野にも大きなインパクトを与えることが期待されるとコメントしている。

　電子スピンが示す気体—液体転移の概念図。格子構造は今回の研究で調べた3次元キタエフ模型のもつハイパーハニカム格子と呼ばれるもので、各格子点に置かれた矢印は電子スピンを模式的に表している。図の下半分は全ての電子スピンが量子的にもつれた量子スピン液体、上半分は電子スピンが独立に振る舞う常磁性状態を表している

欧州宇宙機関の探査機、彗星への着陸に成功

　

　欧州宇宙機関(ESA)は11月12日(現地時間)、彗星探査機「ロゼッタ」に搭載された着陸機「フィラエ」が目的とする彗星への着陸に成功したと発表した。「フィラエ」は毎秒1mのスピードで7時間かけて降下し、その道中で撮影された画像が公開された。

　「フィラエ」が撮影した彗星の画像 (C) ESA/Rosetta/Philae/DLR

　しかし、機体を固定するための装置が上手く作動しなかったため、着地時に一度バウンドしたと考えられており、現在、着地点の詳細な情報について分析が進められている。同機は今後、2.5日間にわたり彗星表面の画像取得し、それを元に組成の分析を行うほか、サンプル採取のための穴をドリルで開けるなどのミッションに挑む予定だ。

テクトロ、MIPI M-PHY v3.1仕様対応のテストソリューションを発表

　

　テクトロニクス社は11月12日、MIPIアライアンスが最近発表したMIPI M-PHY v3.1仕様に対応した物理レイヤの送信端における特性評価・デバッグソリューションを発表した。

　MIPI M-PHYシリアルインタフェース技術は次世代のモバイルデバイスに広く採用されており、広帯域、少ないピン数、優れた電源効率を実現している。最新のv3.1仕様ではより強固な低電力PHYを実現しており、オシロスコープによる測定とプロービングには、DUT(Device Under Test、被測定デバイス)へのコモンモード負荷の低減、さらには広帯域、低ノイズ、高感度といった信号忠実度に対する厳しい要件が求められている。また、ハイスピードモードで動作するMIPI M-PHYトランスミッタのテストには、MIPI M-PHY規格で規定されている信号よりも3倍高速の立ち上り時間、200mVFSの感度、1mVrmsまたは2mVrms未満の低ノイズ、および大きなリターンロスを持ったオシロスコープとプローブのシステムが必要になるという。

　同ソリューションは、MIPI M-PHY High Speed Gear 1/2/3、PWMモード(G0～G7)、SYSモードをサポートしており、同社のオシロスコープ「MSO/DPO70000DX」シリーズとプローブ「P7600」シリーズを使用することで、MIPI M-PHY測定において低ノイズ・高感度ソリューションを提供する。他の計測ソリューションに比べて、感度は35mVFSと10倍高く、信号に対するノイズは1mVrms未満と4倍低く、HS測定のための確実なバスターミネーションが可能になるとしている。

　また、MIPIアライアンスはすでに、データレートを向上させた次世代のM-PHY HS Gear 4を開発している。これに対応するためには、新しい測定技術とイコライゼーション手法が必要になる。さらに、デバイスのビットエラーレート(BER)の特性評価には、ジッタとノイズ双方の影響分析が必要になる。一方、レシーバ側では、信号の減衰によりアイは完全に閉じてしまうため、イコライゼーションが必要になる。同社の解析ソリューションであるDPOJETとSDLA(シリアルデータリンク解析)は、表示されるすべてのトレースとHS Gear 4のレシーバイコライゼーションを使用したジッタとノイズ双方の解析により、これらのニーズに対応する。

　この他、テクトロニクスのM-PHYTXテストソリューション、ビジュアルトリガ機能、DPOJETジッタ/タイミング解析ソフトウェアを使用すると、デバイスの特性評価における問題点の検出とデバッグが確実に実行できる他、MIPI M-PHYのレシーバテストでは、BERTと低コストの任意波形ジェネレータ(AWG)によるソリューションが用意されている。

　そして、Prodigyとテクトロニクスは、SSIC、モデム、コンパニオンチップ、無線LANなどのアプリケーションプロセッサとインタフェース間のバスインタフェースのためのプロトコルデコードソリューションを提供している。さらに、テクトロニクスはMIPI M-PHY、MIPI DigiRFSMv4、MIPI UniProSM、MIPI LLIプロトコルのフルプロトコルデコード/解析ソリューションも提供している。

　M-PHYのノイズジッタ波形の様子