Single-Molecule Electret (SME)
「単分子誘電体（Single-Molecule Electret, SME）」は一つの分子で自発分極（メモリ機能）を示す“小さく、低環境負荷、高性能”という次世代エレクトロニクスに不可欠なニーズに応える技術です。
“小さく”
強誘電体は，外部電場を印加せずにプラスとマイナスの偏り（電気分極）を自発的に持ち、その向きを電場によって切り替えることができる材料です。
メモリやセンサー、アクチュエーター、コンデンサなど身の回りの多くのデバイスに組み込まれ、使われています
一般的な強誘電体は、結晶構造の非対称性に由来した電気分極を示し、分子や原子間の相互作用によって分極方向が揃うことで自発分極を示します。
そのため、この自発分極を発現させるために数十から数百のユニットセル（～30nm以上）が必要であり、素子の小型化が難しいという問題点がありました。
そのような中，2018年に広島大学の西原教授らの研究グループが、“たった一つの分子で自発分極を示す”という従来の強誘電体理論では説明できない性質を示す新しい物質群「単分子誘電体」を発表しました。
この分子は、プレイスラー型ポリオキソメタレートという1nm程度の籠型分子の中に1つのテルビウムイオンが包接されており、内包されたイオンの位置によって自発分極が発現します。
さらに外部電場によってその位置を変えることができる、すなわち分極方向を切り替えることができるため、この分子は一つの分子で従来の強誘電体と同じように自発分極を示すことができます。
しかし、その大きさは従来の強誘電体のわずか1/1000です。
「単分子誘電体」の自発分極発現機構は、これまでの強誘電物性発現理論の延長線上から離れた全く異なるものであるため、従来の強誘電体では難しいとされてきた強誘電素子の超小型化が実現できると期待されています。
マテリアルゲートは，「単分子誘電体」を用いたデバイスを開発することで，強誘電体デバイスの小型化や薄化に寄与できると考えています。
“低環境負荷”
従来の強誘電体は，通常の状態ではその特性（自発分極）を示しません。
一般的には、デバイスに強誘電体を塗布した後900℃以上の高温に加熱することで特性を示す強誘電相へと相転移させる、アニール処理が必要となります。
一方で、「単分子誘電体」はこのような加熱処理の必要はなく、通常の状態、かつ室温範囲で自発分極を示します。
すなわち、これまでのデバイス作製プロセスにおいて必要だった高温処理が「単分子誘電体」を用いたデバイスでは不要になり、それに伴ってデバイスへの熱ダメージも低減されます。
それだけではなく、高温加熱のための電力、そして発電に必要なCO２の削減も期待できます。
我々は、「単分子誘電体」によって、現在のデバイスプロセスでは達成しづらい環境配慮の問題を解決できると考えています。
“高性能”
「単分子誘電体」は、“一つの分子”で自発分極を示します。
そのため，それに由来した従来の強誘電体では実現困難ないくつかの特徴を示します。
一つ目は、分子設計による特性のチューニングです。
分子の構造や性質を変化させることで、「単分子誘電体」が示す特性を大きく変化させることができます。
例えば、プレイスラー型ポリオキソメタレートは内部の包接イオンを他のイオンに変えることができ、そのイオンの大きさによって自発分極の発現温度が変化することが明らかになっています。
さらに、分子のカウンターイオンを変えることで、水に溶ける状態（親水性）にも有機溶媒に溶ける状態（疎水性）にも変化させることができます。
この自在なチューニング性は、組成が変化すると特性の有無まで変化してしまう従来の強誘電体では成し得ない、「単分子誘電体」の大きな利点であると言えます。
二つ目は、他の材料と混合してもその特性を示すことです。
「単分子誘電体」の自発分極は結晶構造に由来するものではないため、非結晶状態、例えば樹脂などに分散した状態でもその特性を示すことができます。
すなわち、別の材料に対して、自発分極や誘電率の底上げといった「単分子誘電体」が持つ強誘電物性を容易に付加することができます。
これらの特徴に加えて、分子性ならではの透明性や柔軟性を併せ持つ「単分子誘電体」は、まさに従来の強誘電体とは一線を画す、新たな素材です。
