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、リン酸エステル化(※1)セルロースナノファイバー (Amorphous phosphorylated cellulose nanofibers (APCNF))を利用したショットキー接合(※2)によりn型(※3)金属半導体電界効果型トランジスタ（metal-semiconductor field effect transistor: MESFET）(※4)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(※5)による測定から伝導電子はヒドロオキシラジカル(9OH●)基(※6)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。
(※1)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。
(※2)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。
(※3)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。
(※4)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。
(※5)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。
(※6)ヒドロオキシラジカル（9OH●）基：ヒドロ（水酸）(OH●)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。
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