文部科学省と国立大学附置研究所・センター 個別定例ランチミーティング

第82回 北海道大学 電子科学研究所（2024.5.24)
12:05－12:10(5分） ：研究所の概要 所長 居城邦治
12:10－12:25(15分） ：准教授 平井健二
「光を使って分子の集合を操る」
12:25－12:45(20分） ：質疑応答

北海道大学 電子科学研究所所長 居城 邦治

「電子科学」とは3「電子科学」はエレクトロニクス（電子工学）だけを意味するわけではない
光：電子は光を生み、また光は電子の状態を変える
物質：電子が動くと物質の性質が変化し、また電子の動きは電気を起こす
生命：電子は光合成の主役である
数理：電子の動きを数理解析することで、光・物質・生命現象を解明できる

光科学・物質科学・生命科学・数理科学を融合した学
際領域を開拓し、新しい電子科学の創成をめざしています。
ターゲット：光応用技術、機能性マテリアル、細胞知能、数理科学の応用など

4

電子科学研究所の沿革※無線で使われる電波

昭和16年

1941

北海道帝国大学に※超短波研究室を設置

昭和18年

1943

超短波研究所に昇格（勅令）

昭和21年

1946

応用電気研究所に改称（勅令）

昭和24年

1949

新制北海道大学応用電気研究所となる（省令、国立学校設置法＝文部省の管轄）

平成4年

1992

電子科学研究所に改組

平成2２年

2010

共同利用・共同研究拠点に認定（平成22年4月1日～令和9年3月31日

令和4年

2022

電子科学研究所 創立30周年

令和5年

2023

超短波研究所に昇格してから80年

5

研究組織と研究実施状況
研究組織

国際学術論文

Ｒ４

光科学研究部門
物質科学研究部門
生命科学研究部門
グリーンナノテクノロジー研究センター
社会創造数学研究センター
ニコンイメージングセンター

論文数

115

TOP10%補正論文数17

国際共著論文数

58

R6.4

Ｒ４年度 教員１人当たりの研究費
教員数

減員数 女性 外国人

研究費総額

教員１人当たりの研究費(外部資金を含む）

教授

16

1

1

准教授

1100

助教

23

3

7

科学研究費助成事業（新規＋継続）

技術職員

10

50

採択件数

事務職員

23

160若手教員(40歳未満)率 46%（外部資金を含む）

55人

3部局を所掌する
合同事務部

1,382百万円

25百万円

金額

R4年度 1.0件／人

7,521千円／人

R5年度 1.0件／人

7,100千円／人
共共拠点中間評価用調書と北大ＢＩから引用

大型プロジェクト（直近5年間）※研究代表者
科研費 学術変革（A)ジオラマ行動力学

中垣俊之 教授 2022-2027

科研費 特別推進ナノ共振器－プラズモン強結合を用いた高効率光反応システムの開拓とその学理解明

三澤弘明 教授 2018-2023

科研費 基盤Ｓ

量子コヒーレント強結合を発現する革新的光反応場の構築とその学理攻究

三澤弘明 教授 2023-2028

JSPS Core-to-Core

１分子・１粒子レベルの細胞間コミュニケーション解明のための先端研究拠点の確立

雲林院宏 教授 2019-2024

JST CREST

数理モデリングを基盤とした数理皮膚科学の創設

長山雅晴 教授 2015-2021

JST CREST

高速・高次元閉ループ光計測技術の確立と神経科学への応用

三上秀治 教授 2022-2027

JST CREST

個体差を活かした計測介入型の迅速スクリーニン
グ計測基盤

小松崎民樹 教授 2023-2028

JST さきがけ

生命活動をリアルタイムに追跡する超高速3D蛍光顕微鏡

三上秀治 教授 2017-2020

JST さきがけ

ラビ分裂による化学反応操作法の確立

平井健二 准教授 2018-2022

JST さきがけ

誘電・光学応用に向けた新奇酸フッ化物材料の創出

片山司 准教授 2021-2024

JST さきがけ

離散的化学反応論のための量子計算技術

水野雄太 助教 2022-2025

JST 創発世界最速光波面シェイピングによる光散乱との共生

澁川敦史 准教授 2021-2024

JST 創発縮重性を備えた神経回路網の動的制御機構の解明

冨菜雄介 特任助教 2023-20265

文科省科研費 学術変革（A)中垣 俊之 教授
粘菌の迷路でイグ・ノーベル賞を2度受賞

7

JSPS Core-to-Core

雲林院 宏 教授
ベルギー・ルーヴァンカトリック大学とクロスアポイントメント（研究室を２つ持つ）

8プレスリリース（一部）（令和４年度）

１）熱伝導率を制御するトランジスタ、実用化へ王手—熱の伝わり方を電気スイッチで切り替える技術に向けた大きな前進—（薄膜機能材料研究分野）

２）分子サイズの世界を明るく照らす超高強度X線集光ビームをX線フラッシュ顕微鏡に応用 —SACLAにおいて世界最高分解能の2ナノメートルを達成—（コヒーレント光研究分野）

３）人類の都市文明の立地と発展に粘菌からヒント— 現実の地形にあわせた，街と道の千年紀シミュ
レーション —（知能数理研究分野）

４）温度・圧力・電圧の同時制御が可能な新規合成手法の開発 —高圧拡散制御法を用いた準安定物質の合成—（光電子ナノ材料研究分野）

9プレスリリース（一部）（令和5年度）

10

１）線虫は静電気力を利用して空中を飛ぶ —小さな虫は帯電している昆虫や鳥に飛び乗り，世界中に広がりうることを発見—（知能数理研究分野）

２）実用的な熱電材料の単結晶化に成功 —毒性元素を使わない熱電変換の実現に向けて大きく前進—（薄膜機能材料研究分野）

３）時空間での蛍光相関解析が生体深部超解像イメージングを可能にする —生きた脳の深部でナノスケールの神経細胞微細形態の可視化に成功—（ニコンイメージングセンター）

４）計測過程そのものに人工知能を介入させることで計測を飛躍的に迅速化！ —所望の識別精度を保証しつつ測定すべき領域を必要な回数だけ自律的に視る—（データ数理研究分野）

国際交流

11

国際交流の一例 電子科学研究所-台湾国立陽明交通大学理学院
共同研究教育センターの設立

12

2013年3月 北大-台湾国立交通大学（現 国立陽明交通大学）大学間交流協定 (電子研が責任部局)
物質デバイス共同研究拠点の台湾国際化ハブ(５＋２国際シンポ, ５＋２国際講義)
５（北大電子研、東北大多元研、東工大化生研、阪大産研、九大先導物研）
２（台湾陽明交通大理学院、台湾中央研究院応用科学研究センター）

５＋２ 組織長会議
＠交通大学

交通大学学長と5+2組織長

交通大学でのセンター設立調印式

若手ポスター発表風景

交通大学側
センター

電子研側センター↑ 第１回５＋２国際シンポ(交通大学, 2018年5月）←(５＋２)共同講義ポスター（国際教育経験, 3単位）

学術コミュニティへの貢献
物質・デバイス領域共同研究拠点によるネットワーク型共同研究事業

13

ネットワーク型共同研究拠点（平成２２年度～）（第１,２期期末評価：ダブルS評価）
共同研究拠点ネットワーク

相互不可分

５研究所間アライアンス「物質・デバイス領域共同研究拠点」

5研究所間共同研究●社会問題に資するイノベーション創出●世界の科学をリードする人材輩出●物質・デバイス分野の底上げ●若手人材育成・分野横断研究促進

支援第３期（２０２２～２０２７年度）

第２期（２０１６～２０２１年度）

多彩な公募プログラム

拠点本部：阪大産研
新規プログラム
新 ｸﾛｽｵｰﾊﾞｰ共同研究
新 機動的共同研究【異分野領域との融合】
人文社会科学を含む社
会課題等の研究者との交流

令和3年度概算要求事業「新たな学際領域を生み出す異分野融合研究拠点をコアにした若手研究者育成」（電子科学研究所＋遺伝子病制御研究所）

学術コミュニティへの貢献
物質・デバイス領域共同研究拠点によるネットワーク型共同研究事業

14電子科学研究所 共同研究実績件数：のべ902件
2010年度～2021年度（12年間）

国立大学 実績件数

国立大学：47大学（55％）
実績件数：のべ492件
赤枠は旧帝大以外

海外研究機関：19機関
実績件数：のべ55件

企業：10社
実績件数：のべ39件

公立大学：10大学
実績件数：のべ51件

国立高等専門学校：2校
実績件数：のべ8件

私立大学：28大学
実績件数：のべ166件

公財・地方独法：4機関
実績件数：のべ12件

国立研究開発法人：7機関
実績件数：のべ53件

大学共同利用機関法人：2機関
実績件数：のべ26件

学術コミュニティへの貢献
マテリアル先端リサーチインフラ事業
附属ナノテクノロジー研究センター設立（H14年度）
クリーンルーム設備・ナノテク関連大型共用装置の設置
北海道イノベーション創出ナノ加工・計測支援ネットワーク（H19～23年度）【参画組織】電子科学研究所(中核), 触媒化学研究所, 工学研究院, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 千歳科学技術大学

ナノテクノロジープラットフォーム（H24～R3年度）
最先端ナノテク機器を学内外(含企業)に有料開放し全国NWで研究支援

利用実績：2326件（学外へ1000件）・年平均230件以上
第２期中期計画期間の業務評価での最高評価に貢献

高い稼働率

２拠点: 微細加工, 微細構造解析

薄膜加工装置群 76.1％
高分解能電界放射型走査型電子顕微鏡 72.9％
収差補正走査型透過電子顕微鏡 65.7％（平成28～29年度平均）

技術支援貢献賞として3グループ（合計7名）
秀でた支援成果３件(H25, 26, 29年度）

マテリアル先端リサーチインフラ（R4年度～）（Advanced Research Infrastructure for Materials and Nanotechnology)

15

ARIMでの装置開発・材料開発 産学連携と人材育成

16

新規導入 プラズマ原子層堆積装置
・プラズマALD
・8インチウエハ対応
・H2、NH3ガス導入

装置仕様はこれまでの成膜ノウハウを盛り込んで装置設計（メーカーと協議してほぼ新設計）

SamcoからAD-800LPとして販売開始

今まで以上に多様な材料へ対応○オンラインで装置メンテナンス・システム更新○産総研などと共通のマテリアル・プロセスデータベース構築
先端材料メーカーから社会人博士課程の学生を受入

人材育成と産学連携の促進、研究成果の社会実装の加速学術コミュニティへの貢献
ニコンイメージングセンター(NIC)
H17年ニコンバイオイメージングセンター
最先端バイオ顕微鏡の共用サービス
学内外の利用件数
延べ1436件（H19-H22）

H24年ニコンイメージングセンター(NIC)
人材育成：蛍光イメージングセミナー他
全国の大学院生・若手研究者・企業を対象とした最新バイオイメージングの教育
各種学術講演会の開催、顕微鏡メーカー・関連企業の協力(例年)のべ利用時間2500時間•利用者430名(1割は海外), これまでの論文92報

R1～R5 フォトエキサイトニクス-光励起状態制御の予測と高度利用-研究拠点「学内機能強化促進事業」(代表: 理学研究院•遺伝子病制御研究所), NIC医歯薬計測サテライト設置

H28～R9年 先端バイオイメージング支援プラットフォーム(ABiS)事業
文科省「学術研究支援基盤形成」(代表: 生理学研究所•基礎生物学研究所)
科研費「学術変革領域研究（学術研究支援基盤形成）」（代表： 鍋倉 淳一＠生理学研究所）

科研費採択者に先端イメージングに関する技術支援•トレーニング
NICは先端光学顕微鏡支援と地域支援(R3年度までの科研費課題支援22件,講習会セミナー20件）

17アウトリーチ活動

 市民との対話 研究所一般公開（1400名が来場） 高校生との科学対話 読売新聞連携科学講座
 サイエンスカフェ・札幌
 発明品の社会実装

18

将来展望：半導体産業との連携強化
欧州北海道大学

アジア

19北海道

光を使って分子の集合を操る

北海道大学 電子科学研究所
准教授 平井 健二
1

略歴平井 健二
1984年8月23日生（39歳）

2013年3月

京都大学 大学院工学研究科 合成∙生物化学専攻 博士課程修了
博士論文指導教官 北川進 教授

2013年4月

JSPS海外特別研究員（ミシガン大学）

2014年11月 北海道大学 大学院理学研究院 化学部門 特任助教
2017年12月 北海道大学 電子科学研究所 光科学研究部門 准教授
2

分子の集合による多孔性材料の合成

2007~2013
卒業研究~博士課程@京大

MOF: metal-organic framework
気体や液体の吸蔵・分離材として利用可能

自己集合

金属イオン

有機分子

MOF
Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 8057
J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 14966. etc.

分子が自然と集合することでMOFができる
望みの構造を意図的につくるのは難しい3
キャリア初期に考えていたこと：分子の集合を操作する方法をつくりたい米国留学：光で粒子の集合を操作

2013~2014
JSPS海外特別研究員@ミシガン大

光で粒子の電子状態を変化させ、望みの集合構造へと導ける
左巻き円偏光：左巻きの粒子集合

右巻き円偏光：左巻きの粒子集合
J. Yeom, N. A. Kotov et al. Nat. Mater. 2015, 14, 66

研究手法以外に得られたこと・同僚が若手PIになっていく環境で、研究者としての自立を意識するようになった・複数の専門を学び、学際研究や共同研究を推進する素養が身についた4

分子集合の操作に取り組み始める

2014~2017
特任助教@北大理学研究院

帰国後、分子の集合を赤外光で操作することにトライ

赤外レーザー

400 nm1cm
Chem. Commun. 2017, 53, 5275

発熱が速いため、集合の操作ではなく、加熱反応になってしまう…
52017~現在
准教授@北大電子研

光共振器との出会い
電子科学研究所光科学研究部門に着任
赤外光の光共振器の技術を知る
ミラー

分子ミラー

２枚の光反射ミラー（光共振器）で分子を挟む
光共振器の中で分子の電子雲の偏りを操作できる

光共振器

放熱よりも速く分子と光が相互作用する
熱が発生しない

A. Shalabney et al., Nat. Commun. 2015, 6, 5981

2018~2022
JSTさきがけ研究62017~現在
光共振器による分子集合の操作に世界で初めて成功 准教授@北大電子研

ZIF-8 不安定なZIF-Lが混ざってしまう

通常の集合吸蔵材としての性能が悪化

Zn2++10 µm

H2O

ZIF-L

NNH

光共振器

ZIF-8

300 nm

環境に優しい水を溶媒として安定なZIF-8のみができる（通常の自己集合ではできない）
大気中でガス吸蔵材として利用可能

Angew. Chem. Int. Ed. 2020,759, 5332
Chem. Sci. 2021, 12, 11986

2017~現在
准教授@北大電子研

光共振器を使った技術の進展
学術的波及効果
光共振器による分子集合の操作に世界で初めて成功
Angew. Chem. Int. Ed. 2020 の論文は140回引用 Google Scholar
Chem. Rev.誌（Impact Factor 62.1）から執筆依頼
招待講演26件（うち国際学会10件）
技術展開
特開2021-178311 共振器リアクタ
JST新技術説明会（2023年10月20日）
民間企業２社と技術相談

新技術説明会 動画

将来の目標
分子集合と光共振器の学際領域を拓き、集合・物性操作の技術を確立したい 8

2017~現在
准教授@北大電子研

共同研究の展開
クロスオーバーアライアンス

物質・デバイス領域共同研究拠点

笠井 教授（東北大多元研）

小澤 教授（東北大多元研）

大谷 准教授
（九大）

田中 教授
（九工大）

増原 教授
（山形大）

Adv. Opt. Mater. 2023
ACS Appl. Nano Mater. 2021
ACS Appl. Nano Mater. 2020

ACS Omega 2021

Chem. Mater. 2024
Angew. Chem. Int. Ed. 2020

Small 2024

Nano Lett. 2023
RSC Adv. 2022
ACS Appl. Nano Mater. 2020
Chem. Commun. 2019

分子の集合と光科学をベースに共同研究（10報の論文発表）

9クロスオーバーアライアンス共同研究の例

2017~現在
准教授@北大電子研

光科学（平井・雲林院）
ラマン散乱光（分子の検出）HON

NO

MOF被覆ナノワイヤ

O

分子集合（平井）HO O

抗がん剤（笠井・Farsai）
笠井 教授（東北大多元研）

電子の集団運動でシグナルを増強

Adv. Opt. Mater. 2023
ACS Appl. Nano Mater. 2021
ACS Appl. Nano Mater. 2020

10
分子集合による材料開発と光科学を利用して細胞内の抗がん剤代謝を観測