【本学研究者情報】

〇未来科学技術共同研究センター　シニアリサーチフェロー　福原幹夫
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【発表のポイント】

• アモルファス^（注1）のリン酸エステル化^（注2）セルロースナノファイバー (Amorphous phosphorylated cellulose nanofibers (APCNF))を用いて、三極金属半導体電界効果型トランジスタ^（注3）（MESFET）デバイスを作製したところ、電気伝導度が従来のCNFより6桁向上しました。
• n型半導体^（注4）のMESFETに緑光を照射するとオン/オフのスイッチング特性^（注5）が得られました。
• 森林資源に恵まれた日本初のバイオ素材として、「光電融合」^（注6）への利用が期待されます。

【概要】

バイオマス化合物であるセルロースは地球上での生産量が最も多い天然の化合物です。カーボンニュートラルな素材であるため、地球温暖化対策の切り札として期待されています。しかしその用途は、機械的、熱的、音響的、食品的特性に限定されているのが現状です。
東北大学未来科学技術共同研究センターの福原幹夫シニアリサーチフェローと同大学院工学研究科の小野崇人教授、静岡大学工学部の藤間信久教授、王子ホールディングス株式会社らの研究グループは共同で、APCNFを利用したショットキー接合^（注7）によりn型バイオ半導体 MESFETを作製したところ、負のゲート電圧でMESFETを持たない場合に比べて電気伝導度の6桁の増加と、緑光（波長：490-550nm）の照射によりスイッチング効果が発現することを見出しました。また電子スピン共鳴法^（注8）による測定から伝導電子はヒドロオキシラジカル(⁹OH^●)基^（注9）の不対電子ラジカルに起因することを明らかにしました。
本研究成果は、2026年11月4日に米国物理学会協会（AIP）のオープンアクセスジャーナルAIP Advancesに掲載されました。

【用語解説】

注1. アモルファス：ガラスのように、元素の配列に規則性がなく全く無秩序な材料。結晶材料とは異なる種々の特性を示す。

注2. リン酸エステル化：有機リン化合物のうちリン酸(O=P(OH)₃)とアルコールが脱水縮合したものをエステルと称し、このリン酸官能基の1～3個がセルロース分子の(OH)基に置き換わること。

注3. 金属半導体電界効果型トランジスタ（metal-semiconductor field effect transistor: MESFET）：電界効果トランジスタの一種。ショットキー接合性の金属をゲートとして半導体上に形成した構造を持つ。

注4. n型半導体：負の電荷を持つ自由電子がキャリヤーとして移動することで電流が生じる半導体。例えば、4価のSiに微量の5価元素のPやAsを添加すると一つ余剰の電子が生じ色々な特性が発現。

注5. スイッチング特性：半導体素子が導通状態（on）と遮断状態（off）を切り替える能力。リレーのような単純なスイッチでは実現できない、連続的な信号増幅が可能。光を通さない半導体では不可能な現象で、透光度の高いPCNFのみ可能。

注6. 光電融合：光信号を扱う回路と電気信号を扱う回路を融合すること。コンピュータ内部の電気信号を光信号に置き換え、省エネ・高速・大容量・低遅延を実現する技術。本研究の場合、光の波長による電子のスイッチング効果。

注7. ショットキー接合：金属の仕事関数Φmに比べ小さい仕事関数Φnを持つn型半導体(またはp型半導体)と金属を接触させたときの接合状態。

注8. 電子スピン共鳴法：ラジカル（不対電子）を持つ試料を磁場中に置き、マイクロ波を照射し、ラジカルが特定のエネルギーのマイクロ波を吸収して励起する現象（共鳴）を利用して、ラジカルの種類や量を測定する手法。スペクトルのピーク中心位置から決定される「g値」はラジカル固有の値をとり、本測定ではg=2.0052という値から、ヒドロキシ基の酸素原子（⁹O）に誘起されたラジカル（⁹OH^●）であると判定。

注9. ヒドロオキシラジカル(⁹OH^●)基：ヒドロ（水酸）(O^●H)基に対応するラジカルで、生体中、活性酸素と呼ばれる分子種で最も反応性が高く、最も酸化力が強い。

【論文情報】

タイトル：Green-light switching of Schottky-gated transistors made from phosphorylated cellulose nanofibers
著者：Mikio Fukuhara, Tomonori Yokotsuka, Takahito Ono, Koshiro Yaegashi, Masahiko Kumadaki, Nobuhisa Fujima, and Kentaro Kishi
*責任著者：東北大学未来科学技術共同研究センター　シニアリサーチフェロー　福原幹夫
掲載誌：AIP Advances 16,115008(2026)
DOI：10.1063/5.0353127

詳細（プレスリリース本文）

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