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物質科学専攻では物質科学とは新しい視点で物質を科学する

原子スケール・ナノスケールでの物質創製や加工が可能となった現代では、電子・原子・分子レベルでの、物質の構造や特性評価ならびにデバイス特性の制御が不可欠となっています。
ミクロからマクロまでの物質の持つ無限に広がる可能性を追求する物質科学は、豊かな持続社会を構築する２１世紀の科学技術に革新をもたらす極めて重要な学問となっています。物質中の電子分布や原子配列の制御、および電子やスピンの量子効果や電子相関に基づく機能制御の基礎原理、ならびに高空間・高エネルギー分解能を持ったナノスケールの計測・解析を行う基礎技術の習得により、新しい視点で物質を科学する人材を育成します。

何を学ぶのか物理を基盤とした物質のサイエンスとエンジニアリング①前期課程
本専攻に進学すると、学部で学んだ物理学を基盤として、応用物理学・材料科学・応用化学等の幅広い理工学分野のエッセンスを融合させた物質科学の新しい学問体系を学べます。物質やデバイスが関わる幅広い工学と社会の発展に寄与できる多角的な視野・柔軟な価値観が身に付きます。
②後期課程
物質科学に関わる個々の学問分野の基礎原理を一層深化させるとともに、これらの枠組みを乗り越え融合した新しい物質科学を創出できる高い見識と創造性豊かで高度の総合性・俯瞰性も学びます。物質科学における新しい原理解明や技術革新の実現を通して、科学技術分野で世界的なリーダーシップがとれる技術者・研究者を養成します。
以下はカリキュラムの一部です。

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物質科学専攻は、物理学・材料科学・量子工学・計算科学を基盤としているため、研究内容も多彩です。
次ページ以降の研究室紹介からあなたに合った研究室を選択することができます。

物質デバイス機能創成学講座
高圧力物質科学研究グループ
長谷川 正 教授、丹羽 健 准教授、佐々木拓也 助教、ガイダ ニコ アレキサンダー 特任助教
KeyWords

新物質創製、高エネルギー材料、水素材料、蛍光材料、電子材料、磁性材料、熱電材料

我々が普段生活している世界は１気圧で、地球上で一番深い 1 万メートルの海の底でも 1000 気圧です。1 万気圧を超える高圧力の世界は想像できないかもしれません。私たちの研究室では、そのような極限環境を積極的に利用し、新しい物質・材料の創製とその物理的性質の解明および新しい材料機能の創成に取り組んでいます。例えば、マルチアンビルプレスやダイアモンドアンビルセルといった特殊な装置を使って、数十万気圧の超高圧環境を実現し、柱状サブナノチューブの光触媒半導体酸化物結晶や非常に硬い白金族窒化物、化合物を形成しないと考えられてきたキセノン窒化物の創製などに成功してきました。また、超高圧力場は、水素材料、蛍光材料、エネルギー材料、電子材料、磁性材料、熱電材料など、次世代の新しい機能性材料の創製にも有効です。我々は超高圧力場を積極的に活用し、新しい物質科学の展開に取り組んでいます。

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超高圧下で合成された新規物質（左、下）Xe(N2)2 の顕微鏡写真とその結晶構造 （中）超臨界水中で合成された中空角柱状 TiO2 単結晶 （右）超伝導を示す遷移金属硫化物

超高圧発生装置（左、中）マルチアンビルプレス（右、下）ダイアモンドアンビルセル

電子機能材料研究グループ
生田博志 教授、飯田和昌 准教授、畑野敬史 助教、浦田隆広 助教
KeyWords

電子物性、高温超伝導、新奇機能性材料、高品位薄膜成長、電界効果制御

現代社会は、物質の有用な物性を巧みに活用した電子機器に支えられています。一見、複雑な物性も、多くの場合、本質は意外と単純な物理に基づいています。しかし、多数の電子やフォノンが相互作用することで、思いもよらない劇的な振る舞いを示します。近年、様々な物質で多様かつ特異な物性が見出されていますが、今後も社会が持続して発展するには、これらの新奇物性を担う物理の本質を解き明かし、活用する必要があります。我々の研究室では、高温超伝導体、強相関電子系、トポロジカル物質などの特異な物性の機構解明に取り組んでいます。特に、様々な実験的手法を用いて、核心にある物理の本質を理解することを目指しています。
また、鉄系超伝導体を用いた粒子検出器など、将来の応用を見据えた研究も積極的に行っています。
（左）分子線エピタキシー法による薄膜成長（左下）鉄系超伝導体薄膜の抵抗率の温度依存性（右下）鉄系超伝導体粒界接合の電流 - 電圧特性

磁気浮上する高温超伝導体

高温超伝導体を磁場発生源とする強磁場スパッタ装置
Department of Materials Physics, Nagoya University

ナノ電子デバイス工学研究グループ
中塚 理 教授、黒澤昌志 講師、坂下満男 助教、柴山茂久 助教
KeyWords

半導体、結晶成長、薄膜、表面・界面、シリコン、エレクトロニクス、トランジスタ

近年、スマートフォンなどの携帯情報端末、自動車や医療機器に至るまで半導体集積回路（LSI）が搭載されています。さらに、半導体材料は太陽電池、発光ダイオード、熱電素子などにも幅広く応用され、私たちの暮らす社会を便利で豊かなものにしています。これまでの LSI の高性能化は、その基本構成要素である金属 - 絶縁物- 半導体型（MOS）
トランジスタの微細化と高集積化により達成されてきました。MOSトランジスタの設計サイ
ズは、現在、ナノメートルのスケールに到達しており、LSI 技術は実用化が最も進んでいるナノテクノロジーの一つです。半導体デバイスのさらなる省電力化、高速化、小型化、機能向上には、ナノスケール領域の表面・界面現象や電子物性の理解と新しい薄膜材料の創成、さらに原子尺度の制御を実現する究極の製造技術が必要不可欠です。我々は、様々なナノ薄膜材料やデバイス試料を自らの手で作製し、解析することをモットーとして、最先端の半導体エレクトロニクスの発展に向けた新材料・結晶成長・製造技術の構築に関わる研究開発を日々進めています。

有限要素法を用いた数値解析
により得られた局所ひずみ分布
ゲルマニウム微細構造における局所ひずみのマイクロ回折分析と構造シミュレーション

電子の回折現象を用いて可視化された半導体多結晶薄膜の結晶構造分布

ナノスピン物性工学研究グループ
浅野秀文 教授、植田研二 准教授、羽尻哲也 助教
KeyWords

磁気物性、スピントロニクス、高機能薄膜、ヘテロ構造、トポロジカルデバイス

電子の持つ２つの性質である電荷とスピンの間の相互作用は，ナノスケールで制御された磁性体表面・界面において巨大化することが明らかになってきました。このような巨大応答現象を活用することにより，各種情報記録・処理デバイスの高性能化・高機能化・省電力化が期待できます。我々は，磁性体や半導体などの各種ヘテロ構造の作製と界面物性の解明，および巨大量子効果を利用したデバイス開拓の研究を推進しています。
○ 磁性体ヘテロ界面における巨大電気磁気応答とスピントロニクス応用○ 磁性体複合（半導体 , 超伝導体 , 強誘電体）デバイスの開発○ 新薄膜材料（トポロジカル物質 , 磁気スキルミオン）の探索○ カーボンエレクトロニクス（ダイヤモンド, グラフェン）の開拓

ノンコリニア反強磁性体で観測された異常ホール抵抗のスイッチング現象
Department of Materials Physics, Nagoya University

磁気スキルミオン発現を示す
トポロジカルホール効果とローレンツ透過電子顕微鏡像

ナノ解析物質設計学講座
材料設計工学研究グループ
松永克志 教授、中村篤智 准教授、横井達矢 助教
KeyWords

電子状態計算、透過型電子顕微鏡、構造材料、機能性材料

現代社会を支える材料の物性は原子・電子レベルの物理現象と密接に関係しているため、これらの制御は材料開発における重要な課題となっています。我々は実験手法と理論計算手法を用いて、物性発現の機構を微視的な観点から理解し、新規材料の設計指針を提案すること目指しています。機能性材料から構造材料までの幅広い物質・材料を研究対象にしています。バイオセラミックスの研究では、点欠陥の形成過程や安定性の解析から生体親和性の起源の解明を目指し、またイオン伝導性材料の研究では伝導機構の解析から高イオン伝導性材料の探索を試みています。さらに透過型電子顕微鏡と理論計算との連携により物質内部の原子配置の特定を行い、機械的特性や電子的特性、磁気的特性への影響を解明することを目指します。
（左） バイオセラミックス中の点欠陥形成と安定性の解析（左下）イオン伝導性材料中のプロトン伝導経路の特定（下） 構造材料内部の不純物分布の予測（左）添加元素分布の電子顕微鏡による直接観察（左下）電子デバイス材料の界面での電気伝導性検出（下） 酸化物結晶の機械試験による塑性
変形特性評価レオロジー物理工学研究グループ
増渕雄一 教授、畝山多加志 准教授、土肥侑也 助教
KeyWords

レオロジー、ソフトマター、自己組織化、粗視化、多階層、スローダイナミクス

レオロジーとは、液体とも固体ともつかない、ソフトマターと呼ばれる物質のダイナミクスを考える科学です。
プラスチック、食品、化粧品など、身の回りのありふれた物質が対象です。その物性（柔らかさ）は、構成する分子そのものの構造や運動だけでなく、多数の分子が形づくる階層的構造とそのダイナミクス（ふらふらとランダムに動くブラウン運動など）が決めています。したがってソフトマターを工学的に利用するためには、多数の分子の振る舞いを物理的に解析し制御する必要があります。我々はソフトマターの物性理論、シミュレーション、ダイナミクスの実験的測定、により、身の回りの何気ない物質や現象に潜む物理を探求し、その工学的な応用を目指しています。
研究例：高分子ダイナミクスの基礎物理 ー からみあいの粗視化モデル構築，高分子結晶化のモデル構築，など
機能性ソフトマターの物理 － FRP の流動物性解析，コンポジットゲルの解析，ER 流体の計測，など
身近なレオロジーの物理 ー 泡のレオロジー解析，高分子発泡体の物性の計測，など
ブラウン運動の物理 － 粒子のブラウン運動の理論解析，顕微鏡測定，など

高分子の様々なモデルと長鎖 DNA 分子の観察像
Department of Materials Physics, Nagoya University

ナノ顕微分光物質科学研究グループ

IMaSS 協力研究グループ

武藤俊介 教授、大塚真弘 講師
KeyWords

ナノ電子・磁気物性、電子顕微鏡、複合電子顕微分光、ナノ構造解析、インフォマティクス応用

私達は、様々なナノテクノロジー材料の物性を原子レベルにまで小さく絞った電子を使った独自の手法で測定しています。その対象は基礎物性から工学のあらゆる分野（リチウム／燃料電池、自動車排気ガス触媒、磁石材料、蛍光材料、生態材料、低摩擦コーティング、誘電体素子、果ては宇宙塵やソフトマテリアルまで）にわたり、国内外を問わず多くの共同研究を通じ、「何故そうなるか」を正しく理解して新たな材料設計を行う指針を与え続けています。最先端電子顕微鏡群を利用して今まで誰も見たことの無い世界を見てみませんか？工夫と情熱さえあれば、物質のどんな性質でも原子レベルの分解能で測定し、可視化することができます。また最近のビッグデータを取り扱うために編み出された機械学習、インフォマティクスの技法を学ぶこともできます。

（リチウムイオン二次電池）

研究室所有の複合電子分光
走査透過電子顕微鏡

排気ガス浄化触媒金属微粒子の原子レベル反応その場観察

BaTiO3 単結晶から得られた X線イオン化チャンネリング図形．
（左）Ba-L 線 （右）O-K 線

フロンティア計算物質科学研究グループ

IMaSS 協力研究グループ

白石賢二 教授、芳松克則 准教授、洗平昌晃 助教
Key
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新物質・新材料の機能設計、結晶成長マルチフィジックスシミュレーション、流れの計算科学

様々なデバイスの機能設計、結晶成長の科学、流れの科学などミクロからマクロスケールにいたる広汎な物
理現象を数理・物理的解析及び計算科学的方法によって研究しています。身のまわりのスマホや自動車の心臓部分の機能デザイン、結晶成長プロセス、流れの制御は、学問的にも応用的にも重要であるにもかかわらず、非線形ゆえにその設計及び解析は困難です。しかし、近年の計算機能力の著しい向上に伴い、スーパーコンピュータを駆使した数値シミュレーションなど、計算科学的方法による研究が現象解明の有力な手段となってきています。本研究室では計算科学的な手法を駆使して、物理現象の解明とその知見に基づく工学への応用の先端的な研究を実施しています。

新原理トポロジカルスイッチングメモリの設計

Department of Materials Physics, Nagoya University

マルチフィジックスで解き明かす結晶成長過程

物質科学専攻修了生のキャリアマップ■博士前期課程修了後の進路と主な就職先

2019 年春から物質科学専攻の修了生が様々な分野で活躍しています。

■電気・電子機器系 :■化学・材料系 :株式会社小糸製作所、住友電装株式会社、セイＥスチール株式会社、大同特殊鋼株式会社、カシオ計算機株式会社、キオクシア株式会社、コーエプソン株式会社、ソニー株式会社、浜松ホ

トニクス株式会社、株式会社日立製作所、ブラザー工業株式会社、マイクロンメモリジャパン合同会社、三菱電機株式会社、株式会社村田製作所、愛知製鋼株式会社、住友電気工業株式会社、ＪＦ豊田合成株式会社、日亜化学工業株式会社、日東電工株式会社、株式会社 MARUWA、株式会社ブリヂストン

ルネサスエレクトロニクス株式会社■その他業種 :■輸送機器・機械系 :社野村総合研究所、PwC コンサルティング合同

愛三工業株式会社、川崎重工株式会社、CKD 株式会社、スズキ株式会社、株式会社ＳＵＢＡＲＵ、株式会社デンソー、株式会社デンソーウェーブ、トヨタ自動車株式会社、トヨタ車体株式会社

日産自動車株式会社、株式会社マキタ、三菱重工
業株式会社本田技研工業株式会社、三菱重工業株

全日本空輸株式会社、中部電力株式会社、株式会
会社、福岡県工業技術センター、株式会社リンクアンドモチベーション■進学 :博士後期課程式会社

Department of Materials Physics, Nagoya University■ 物質科学専攻

名古屋大学東山キャンパス43

1 工学部 3 号館（電子機能材料研究グループ、レオロジー物理工学研究グループ、フロンティア計算物質科学研究グループ、および事務室）

2 工学部 8 号館南棟（ナノ電子デバイス工学研究グループ）
3 工学部 5 号館（高圧力物質科学研究グループ、ナノスピン物性工学研究グループ、材料設計工学研究グループ）

4 工学部 6 号館（ナノ顕微分光物質科学研究グループ）

上小田井

4
徳重

さらに詳しく知りたい方へ
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〒464-8603 名古屋市千種区不老町

名古屋大学 大学院工学研究科 物質科学専攻 事務室（工学部 3 号館中棟 246 号室）
TEL : 052 ( 789 ) 3562 FAX : 052 ( 789 ) 3724 URL : http://www.mp.pse.nagoya-u.ac.jp/
e-mail : office@mp.pse.nagoya-u.ac.jp

2020年4月