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材料科学コース

材料科学コース「物質」を，電子・原子・分子・結晶格子・組織構造という様々な階層レベルで設計し，新しい「材料」を創造する理論・技術を構築しています.

組織
元素

200
nm

電子・原子・分子・結晶格子

実用材料
京都大学工学部 物理工学科 材料科学コース

材料科学コース
コースの歴史120年の伝統

量子材料学分野
結晶物性学分野
構造物性学分野

ホームページ
磁性物理学分野 http://www.s-es.t.
材質制御学分野 kyoto-u.ac.jp/mat/ja
機能構築学分野

先端材料物性学

先端材料機能学

先端材料物性学分野

先端材料機能学分野

材料物性学

現在の研究分野
材料設計工学

材料プロセス工学

材料設計工学分野
先端材料設計・教育分野

表面処理工学分野
物質情報工学分野
ナノ構造学分野

材料機能学

京都大学工学部 物理工学科 材料科学コース

材料科学コース
Materials Science

材料設計工学分野

教授 奥田 浩司， 准教授 黒川 修 助教 平山 恭介
http://mcmd.mtl.kyoto-u.ac.jp/ & http://electronics.mtl.kyoto-u.ac.jp-新規解析手法の開発によるナノ～原子スケールの材料評価先端材料物性学分野では放射光を用いたナノ構造の制御解析，走査トンネル顕微鏡（STM）を用いた原子～ナノスケールの構造の物性評価を行っています．
バルク内部のナノ構造分布をのぞく：

温度変化中の階層的相転移のリアルタイム計測

散乱トモグラフィーの実現へ

三次元の複合材内部でナノ構造がどのように分布しているのかを非破壊計測する手法を開発しています。複合材を壊さず特性予測する
設計評価法につながります。

リアルタイムX線散乱回折のデータからは材料内部のナノスケールの構造の情報が得られます．
本研究では，「Mg-LPSO合金」と呼ばれる合金内部の組織形成の詳細を捉えることに成功しました．

STMを用いた表面ナノ構造の評価・バルク材料の評価
STMの模式図

STMは表面を“なぞる”ことによって原子像を得る手法です．これを用いて，表面に形成されたナノ構造やバルク材料内部の構造の，観察・評価を行っています．

貴金属表面に形成された．新奇炭素ナノ構造の研究

Mg-Zn-YLPSO合金内部のSTMによる組織観察材料科学コース
Materials Science

表面処理工学分野

教授・宇田哲也 准教授・豊浦和明 助教・畑田直行，岸本章宏
https://www.aqua.mtl.kyoto-u.ac.jp

電気化学・熱力学に立脚した環境に優しい材料開発
中温型燃料電池・ 火力発電では、燃料のもつエネルギーのうち 35～40% しか使われていない・ 一方、エネファーム型燃料電池では、都市ガス燃料の 87% を有効利用
・ 火力発電の代わりに燃料電池が普及すれば原発は必要なくなるが、その普及は進んでいない
それは、燃料電池の価格が高いから！
【低コストを実現する新型燃料電池に求められる条件】
・ 高価な白金を使わないこと
・ 動作温度がマイルド（すなわち 600℃ 以下）であること【BaZrO3電解質を使用した燃料電池】
O2 gas

H2 O
負荷

酸素極

BaZrO3e–H+【理論計算主導のプロトン伝導性材料の探索】
BaZrO3結晶中のH+-PES

京都大学
新型燃料電池

Ba

電解質
水素極

1 cm

H2 gasBaZr0.8Y0.2O3-δ 電解質を用いた燃料電池として世界最高クラスの出力を観測・ Perovskite: BaZrO3, CaZrO3 ・ Pyrochlore: La2Zr2O7
・ Monazite: LaPO4, LaAsO4
・ Scheelite: LaNbO4・ Others: LaP3O9, La3NbO7, SnP2O7

O

Energy scale(eV)

様々な酸化物結晶中におけるプロトンのポテンシャルエネルギー曲面(H+-PES)評価
新しいプロトン伝導性電解質材料の発見へ！

0

溶融塩を用いたチタンの新製錬プロセス【夢の金属チタン】
・ 資源埋蔵量が豊富
・ 重量当たりの強度が金属材料で最高クラス
・ 海水中での耐食性が金・白金等の貴金属並みに高い

しかし、チタンの生産量は伸び悩んでいる
それは、チタンの製造コストが高いから！

チタン鉱石からの金属チタンの製造は、７０ 年前に Kroll 博士が開発した手作業に近い手法のまま！
連続法によるチタン製錬法の革新が必要【R2 (Reduction and Refining) 連続新製錬プロセス by 京都大学】
チタン化合物 (TiCl4) を Bi-Ti 液体合金中に還元し、蒸留によって Ti を分離

真空蒸留後球状化処理後Ti 粉末

真空蒸留により、Bi-Ti 合金から 高純度 Ti 粉末が得られた

0.3

材料科学コース
Materials Science

ナノ構造学分野

准教授 野瀬嘉太郎

准教授

弓削是貴

http://www.positron.mtl.kyoto-u.ac.jp/top.html

エネルギー創成材料の創出・空間の幾何学が繋ぐ構造-物理量7'O<NIT2B+O
O: D "O EQO D

レアメタルフリー太陽電池の開発－新規太陽電池材料ZnSnP2－
太陽光発電の更なる普及には, 安価で高効率な太陽電池を実現する必要があります. 当グループでは, レアメタルフリー太陽電池の実用化を目指して研究を進めています.

7' NIT 9+' P[6O WVXL NC
+N HRI\0?P!5 NIT2B+Y
3ZN-,H[7'O%)@U&FT&#M9+'
U:HRHJ\( [GO);O*/1U>SKERI\

1 . 半導体物性の評価・ 制御
・ 化合物のバルク 結晶成長
・ 光学, 電気特性評価およ び制御

3 . 薄膜作製プ ロ セスの開発
・ 反応メ カ ニズム解明
・ 薄膜の表面形態制御

高効率 Z n Sn P 2
太陽電池の実現
前駆体作製

2 . デバイ ス化技術の確立
・ p n 接合形成を 用いた太陽電池作製
・ デバイ ス構造の最適化

リ ン 蒸気と 反応

0Moback electrode

25

30

35

40

2q / degree

BeforePhosphidation

After
Phosphidation

45

50

10

Short-range order parameter

intensity (arb. units)

Moback electrode

ZnSnP2-2

Sn

Current density / mA cm

Zn

15

illuminated

5
0
-5
-10
-15

dark
JSC = 11.17 mA/cm
VOC = 0.439 V
FF = 0.556
h = 2.73 %2

AM 1.5 G
100mW cm

-20
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2
Voltage / V

–2

0.4

0.6

-0.1

ヘテロ接合界面における構造と特性デバイスにおけるキャリア輸送は，金属/半導体接合，半導体/
半導体接合などの界面反応の影響を強く受けます．当グルー
プでは，平滑な表面が得られるバルク結晶を用いた実験と熱力学に基づく考察の両面から基礎研究を進めています．

本理論

0.5
0.4

-0.2

0.3

-0.3

熱力学
シミュレーション 0.2

-0.4

0.1
order disorder-0.5

Zn-Sn膜のリン化反応を利用 ZnSnP2 太陽電池が発電する
してZnSnP2 膜の作製に成功． ことを世界で初めて確認.

Pt-Ru合金

Pt-Rh合金

0&#M9+!=

500 1000 1500

0500 1000 1500

0Temperature, T (K)AO.4

8O$

7!]KML1HZK#dOML
1H]8 J %BZ'*GgV[R J
Ei rwj{2g 4Y N |4 ]=+ %B^ A
E4]py ow1H Y:S`T}  Yqux m{] PF;\[f'* Gc9 TfZ|8 +[?@P ; \[e `T}/D^ ]&z(gSU?@]8\ S |'*G
g:)TfSM"6ag%3Tf-,0gCbXM`T}

Mg/p-Zn3P2 太陽電池 (最高変換効率 6%)の断面観察
DF

PK

Zone axis = [100]001010

Mg-P-Zn
化合物

010
001

1 21 00001

0001

500 nmMg K

2.5 nm -1

Zn K

Zn3P2
領域

1 2 10

Mg-P-Zn
化合物(新規材料)

7!$]I(101) Zn 3P 2 //(0001) MgZn 2P 2

vsvlhy_]>界面

制限視野電子線回折図形(入射方位: Zn3P2 [100])
断面 STEM-EDX 測定(300 ºC, 1 h 熱処理後)熱処理により，Mg/Zn3P2 界面で反応拡散が起こり，これまで知られていなかったMg-P-Zn化合物が形成されることを初めて見出しました．この化合物は，太陽電池の高効率化の鍵を握ると考えています．

<%B]ntkqw:.

<?@\WQ(%B]5ᮦᩱ⛉Ꮫ䝁䞊䝇

㔞ᏊᮦᩱᏛศ㔝

Materials Science
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ऩ਱঱पेॉ‫؜‬੪ಞभੌा়ॎचृధस্॑ৠीञधऌपनभेअऩਙସऋ
ਠोॊऊ‫؜‬ৰ੠पजभ੟ସ়॑ਛखऩऎथु३঑গঞ‫ش‬३ঙথपेढथ੒೾
घॊऒधऋ૭ચपऩढथऌऽखञ‫؝‬৯৓धघॊਃચ॑ਈপ଒पਬऌলघञी
भਝੑ௕॑॥থআগ‫ॱش‬঱द๜ऎऒधऋदऌॊेअपऩॉणणँॉ‫؜‬எञठमऒो॑୤৕౫મਝੑ১धళ॒दःऽघ‫়؝‬৶৓ऊण৽ੋ৓ऩ౫મർด॑૭
ચधघॊ୤৕౫મਝੑ১म‫੺؜‬ःలਟ‫؜‬౫મ৫৅प୓ৗ॑ुञैघऒधधऩ
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೤મਗ਼౱ಕ৬ਗ਼ੰସরभ
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౫મ়ਛ材料科学コース
Materials Science

結晶物性工学分野

教授 乾 晴行， 准教授 岸田 恭輔，助教 陳 正昊
http://imc.mtl.kyoto-u.ac.jp/

耐熱構造材料等の金属間化合物材料の基礎研究･開発
結晶性材料の特性はナノ・スケールの結晶欠陥により左右されます．このようなナノ･スケール結晶欠陥そのものの特性(Defect Properties)を評価し，それらの構造や配列を制御することによりバルク結晶の特性向上を図る基
礎研究(Defect Engineering)をおこなっています．
超高温耐熱構造材料の開発
高融点，高温強度に優れた遷移金属シリサイドを組み合わせ
たBrittle(脆性)/Brittle複相材料という全く新規な概念のもと，
Ni基超合金などDuctile(延性)相を含む旧来の合金では達成できない燃焼温度1800℃級ガスタービンでの使用に耐える超高温用耐熱材料の開発を目指しています．

MoSi2/Mo5Si3ラビリンス合金の 既存合金，競合合金をはるかに上
微細組織
回る高温強度特性

世界最高性能の透過電子顕微鏡による原子スケールでの結晶・欠陥構造解析
極めて高い空間分解能(約0.08nm)で原子配列を直接観察することにより，従来構造解析が困難であった非常に複雑な結晶の構造決定に成功しています．

球面収差補正走査透過電子
顕微鏡 (Cs-corrected STEM)

長周期積層構造Mg合金の走査透過電子顕微鏡像

マイクロピラー圧縮試験法による力学特性評価・
変形機構解析
近年，新しい力学特性評価・変形機構解析法として，集束イオンビーム(FIB)加工により作製した微小試料を，フラットパンチ型ダイヤモンド圧子を備えたナノインデンター装置を用いて圧縮する試験法であるマイク
ロピラー圧縮試験法が注目されています．
私たちの研究室ではマイクロピラー圧縮試験法を用いることで，大型単結晶の育成が困難な試料や複相材料中の微小単相領域，バルクサ
イズでは室温において脆性的な性質を示す材料等についての力学特性評価・変形機構解析を行い，これまで明らかにされていなかったさま 合金化溶融亜鉛メッキ鋼板
ざまな新しい知見を得ています．
のメッキ被膜の模式図

圧縮変形後のマイクロピラーの外観

高エントロピー合金
5つ以上の元素をほぼ等原子量含む合金は，大きな混合エントロピー効果により単純な結晶構造(FCC，BCC等)を持つ
単相固溶体を形成する場合があり，特異な力学・物理特性を示すことから近年高エントロピー合金として盛んに研究されています．これまでに異なるサイズの原子が混ざり合うことに起因して結晶格子歪が存在し，強度特性に影響を及ぼすことが明らかにされてきました．私たちは結晶格子歪を格子点からの平均原子変位量として定量化し，その値により合金強度を予測する新しいモデルを提案しています．

Cr-Mn-Fe-Co-Ni高エントロピー合金の結晶構造の模式図

等原子量合金における降伏強度と平均原子変位量の相関材料科学コース
Materials Science

構造物性学分野

教授 辻 伸泰，准教授 高 斯，助教 朴 明験，助教 吉田 周平
特定助教 崇 巌，特定助教 黄 錫永, 特定助教 Gholizadeh Reza
研究室HP http://www.tsujilab.mtl.kyoto-u.ac.jp/ja

安心・安全で環境にやさしい社会基盤材料の革新
社会の基盤を支え、安全性・信頼性を高めるために、様々な金属材料が用いられています。私たちの研究室
では、鉄鋼・アルミニウム合金といった構造用金属材料のナノ・ミク
ロ組織の形成機構やナノ・ミクロ組
織と力学特性の相関に関する基礎研究を行っています。

バルクナノメタルの創製とその力学特性
我々は，ARBという大きな塑性変形を施す巨大ひずみ加工プロセスや新しい加工熱処理プロセスを独自に開発し、超微細粒・ナノ組織の創製に成功しています。結晶粒径1µm以下のバルク金属（バルクナノメタル）は、粒径数十µmの従来金属に比べて優れた力学特性を示します。 たとえばバ
ルクナノメタル材は同じ化学組成で従来粒径材の4倍にも達する強度を有しています。
我々の研究室では、バルクナノメタルの創製プ
ロセスやバルクナノメタルが示す優れた力学特性の発現原理を明らかにするための研究に取り組んでいます。

ARB法で作製した超微細粒
アルミニウム

合金元素を添加しない単純化学
組成で強度が3倍以上に！

局所変形挙動の定量解析

金属の加工硬化と変形組織の関係

金属結晶の塑性変形は、本質的に不均一です。そうした不均一な変形の重ね合わせの結果として、材料の平均的な強度や延性が決定されます。変形の不均一性は、結晶の構造やナノ・ミクロ組織と強く相関していると考えられます。我々は、引張試験時の二方向その場外形変化 測 定 シ ス テ ム や 、 画 像 相 関 ひ ず み 解 析 (Digital
Image Correlation: DIC)法などを駆使して、変形の不均一性とマクロな力学物性との関わりを基礎的に明らかにすることを目的とした実験研究を行なっています。

金属材料に塑性変形を施すことで転位等の格子欠陥から成る変形組織が発達します。変形組織は、金属材
料の力学特性を決定する最も重要な因子の一つです。
我々は、様々な金属材料において発達する変形組織を電子顕微鏡による組織観察や変形中のその場放射光X線/中性子回折測定等により詳細に解析し、変形組織発達のメカニズムの解明や、優れた力学特性を有す
る革新的な新材料設計のための指針獲得を目指して研究を行っています。

超微細粒ステンレス
鋼の応力-ひずみ曲
線とデジタル画像相
関法 (DIC) により解析した変形中の材料内の局所ひずみ分布図

液体窒素温度で引張変形を施した Ti-0.3O 合 金における変形組織．微細な双晶(twin)が生成している．

材料科学コース
Materials Science
教授 安田秀幸

先端材料機能学分野
助教 鳴海大翔助教 勝部涼司https://cast.mtl.kyoto-u.ac.jp

実証データに立脚した新しい材料・材料プロセスの開発
材料を製造するプロセスである融液からの凝固・結晶成⻑プロセスは、材料の特性を発現させるために重要なプロセスですが、 ⾼温，光学的不透明などの理由により未解明の現象が少なくありません。 本研究室では、放射光（X線）を⽤いた時間分解その場観察などの実験⼿法を開発し、⾦属合⾦を中⼼に凝固組織形成の素過程を実証的に解明し、物理モデルの構築・シミュレーションにより検証を⾏い、新しい組織制御⼿法や材料プロセスの開発を⽬指しています。また、物質の磁場などの外場に対する応答性を顕在化させ、材料プロセスに応⽤する原理の構築から、 結晶が⾼次に配向した組織などを実現する新しい材料プロセッシングに関する研究を⾏っています。

SPring-8での実験⾵景

凝固組織形成の様⼦（透過イメージング）

組織形成の3D解析（時間分解トモグラフィー）

材料科学

磁性物理学分

Materials Science

教授 中村裕之 准教授 田畑吉計 助教 和氣剛
http://magma.mtl.kyoto-u.ac.jp/PublicSite/Home.html

ith con ned
新etic

磁気材料 新奇磁気現発見

B projected to the easy axis (mT)

M ( mB/f.u.)

20

0

x

2

4

SkL

dal

40

問

原子

20

置換
磁気結果 Fe

点

10

i

1

12

14

0

−1

置換系単結晶 合成 物性

Fe3+

安定
Co2+

置換SkL
Co2+
価数

Cycloidal

B (mT)

化学的

f

e

g

k

140

10 0

Co 置換型

Dij

B || [10 0 ]

120京

低価格
80 磁石
Ferromagnet
製品 60 母物 SrFe12O19

8

Djk

160

B || [110 ]Paramagnet

代表的B (mT)

背景6

SrFe12O19変化
渦工学研究科 材料工学専攻
1

10 0

元素戦略上有利
80
置換

大学大学
永久磁石
Ferromagnet

60 荷補償結晶構
中40

巻 可能性 20

生産
SkL
3+

0

約

下田愛子, 和氣剛, 田畑吉計, 中

mz

*

l
da

f

120

Paramagnet

*

L
Sk

z || [111]

ki

b

140

y

j
Temperature(K) D

M 型 Sr160d

現在永久磁石材料
広 利
Cycloidal
単結晶試料 育成
基礎物性 解明 目指

B (mT)

e

b

a

考
10
目指
0

AR

mz

uctor GaV4 S8 with rhombohedral (C3v) symmetry and0 .2
ure range comparedwith情報other bulk crystals
and
the
利用
0 .1
B (T) axis.
eld, but instead con ned to the magnetic
easy
0 .0
0 .8
用 0 .0as a superposition
M型Sr of0 .0spin0 .4cycloids
性能向上of SkL describable
10
nm
0
40
80
120
160
20
0
240
f spin helices.

Paramagnet

M ( mB/f.u.)

磁石 社会
分
利用
機能性材料
物
磁気的性
物
構成
DOI: 10 .10 38/NM AT4
402
原子
磁気
団 振舞 ARTICLES
決
理解
子力学
3
4
5
ng , J. S. W 統計力学
hite , H. M . Rønnow
,
使
必要
一筋縄
新
発見 後 断
c
B
||
[111]
2b
2,10
2
= 11.6 K
12 K.5 T = 磁性物理
, D. Ehlers基礎的, V.0 Tsurkan
and A. Loidl,
歩 磁性材料 機能
発
両
我
新奇 磁気現60
B || [10 0 ], (phases with * )]B || [110 ]発見 0 .4 B || [110物理基礎的理解
新 50 磁性材料
磁気的機能
発 目指
例
,
array of spin vorticesB ||it[111]has been observed recently
40原子
B || [10 0 ] 磁気
T= 2 K下 polar
挙
渦状 巻
特異 磁気的状態
0 .3 crystals with C symmetry
SkL
on-chiral but
were 呼nv 0 .6,
NATUREMATERIALS DOI: 10 .10 38/NM AT440 2
30
type of SkL has remained
experimentally
unexplored.
GaV4S8 0 .4
物
出現
見出
一c 一
0我
.2

[1]

割 −1占

性能向上

民生品

波及効果 大[2,3]
Sr62+
La in the
置換
置換of V4 units, 異方性
Figure| Spin patterns
magnetic phases of GaV 4 S8 . a, FCC latticeeach carrying a増大
spin 1/2, 商品価値
and the orientation与of theoriy a vectors for bonds on the triangular lattice within the (111) plane (chosen as the xy plane in the calculation). b, Cycl
存在 Dzyaloshinskii–M
Fe
占有
確立
知見 得
化合物GaVobtained for the spin model in equation欠損(1) on the triangular lattice in zeromagnetic eld. The colour coding
4S8 indicates the out-of-plane cospins. c, MCycloidal
agni ed view of the magnetization con guration for the cycloidal state. The arrows correspond to the in-plane components ofsecond site of the triangular lattice. (The remainder of the sites are not shown to reduce the density of the arrows and preserve the clarityd, Bragg peaks (q-vectors) of the cycloidal state in b in reciprocal space. e, SkL state obtained for the spin model in equation (1) on the tria
z axis.14
The colour coding is the same as in b. f, M agni ed view of the magnetization con guration for the SkL state
4 B/6J? = 08.0 8 along
10 the12
Néel-type domain wall alignment. Note that the magnetization points opposite to the magnetic ●eld in the Srcore region
skyrmions.
La0.4ofFethe
Co0.4O(S1
11.6
Temperature(K)is shown.) g, Bragg peaks of the SkL state in e. The q-vectors of rst-order Bragg peaks are 0.6
every second spinlocated along the h110 i direc
57Fe
2+
lines) in the hard plane, for both the cycloidal
12 19and SkL states.

温度磁場相図0Comparison
between Bloch-andskyrmionsfollowing
12 14
4 列6
8 10 12 1402
見0 0 2Néel-typea, In a Bloch-type skyrmion, the spins rotate in the tangential
SkL 書
域型 (M型)
各実 図中
手段 提唱
K)
Temperature (K)hat is, perpendicular12
to the19
radial directions— when moving from六方晶 P63/mmc(Sr-La)(Fe-Co) O
Co 占有
三角形 並
o the periphery. b, In a Néel-type skyrmion, the spins 格子定数
rotate in thea = 5.87761 Å, c = 23.0268 Åacunar spinel GaV 4 S8 . a, Topographic image recorded by AFM on the (10 0 ) surface of the crystal
at T= 11.6 K. The
M ethods
14. Tonomura, A. et al. Real-space observation of skyrmion lattnes from the core to the periphery. The cross-section of the vortex
nSi thin samples. Nano Lett. 12, 1673–1677 (2012).
M ethods[0andanydirection
associatedare available in the online
Fereferences
ude perpendicular to the image plane. Alternating blue and yellow stripes running along the cubic
0 1]
are
格子 15. MM 実現
ilde, P. et al. Unwinding of a skyrmion lattice by magnetic
XMCD
picted in both cases.
version of the paper.
340,
1076–1080 (2013).
[4]
ombohedral axes, whereas edges along the [0 10 ] axis are epilayer terraces. The yellow and white dashed lines highlight
XAFS 中性子
16. Shibata, K. et al. Towards control
Feof2+the size and helicity of s
Received
January
20
15;
accepted
21July20
15;
helimagnetic
alloys by spin–orbit
on coupling.
2a NatureNanotech
een epilayer terraces, respectively. The magnetic patterns in Fig. 3 were recorded within the areaof 7theredsquare.
12k
4f
1[5] 723–728 (2013).
中性子回折
published online 7 September 20 15
operative
ahn–Teller
distortion
thatverticallydrives fora clarity).
cubic toat
12 K in BkJ[100 ], [110 ] and[111] (shifted
M agnetization steps are observed at di erent eld
17. Park, H . S. et al. Observation of the magnetic flux and threestructure of skyrmion lattices by electron holography. Naturhedralstructuraltransition
at Ts =measured
42 K (refs26,27).
Intothe● Sr1-xRxFe12O19 安定
n. The inset
shows themagnetization
at T=
2 K upB= 1.2 T. c, Phase boundariesReferencesfrom d–f, after projecting
散乱 [6]337–342 (2014).
2aombohedral
(C
)
phase
the
FCC
latticeisstretchedalong
18.
: 希土 gratings
元素in e1.
Bogdanov,
A.
N.
&
Yablonskii,
D.
A.
Thermodynamicallystable‘vortices’in
3v
効果W[7]ilson, M . N . et al. Extended ellipticR skyrmions of the corresponding
domains. d–f, M agnetic phase diagrams derived from the eld-and the temperature dependence 4f

SrFe O 結晶構

films. Phys. Rev. B 86, 144420 (2012).
ordered crystals. The mixed state of 2
magnets. Zh. Eksp. Teor. Fiz.
e fourcorrespondcubic h111i
axes26in. the eld- and temperature-derivative of the magnetization curves,magneticallyilson, M . N . et al.
Chiral skyrmions in cubic helimagnet fi
95,
178–182 (1989).
NMR[8] 19. Wuniaxial
uares
to peaks
respectively.
The
2binsets
Fe2+Phys. Rev.
出現
異方性増大
anisotropy.
B 89, 094411(2014).
2. Bogdanov, A. N . & Yablonskii, D. A. Contribution to the theory of
12k ↑2a ↑with 2b ↑structuraltransition
createsamulti-domain
state
20. Ta Phouc, V. et al. Optical conductivity measurements of Ga
inhomogeneousstatesof magnets in the region of magnetic-field-inducedc eld relative
to
the
easy
axes
of
the
four
rhombohedral
domains(cubicbody
diagonals).
The
easy
axes
of
八 体
三方両 体
八 体
2a
pressure: Evidence of a bandwidth-controlled insulator-to-mphase transitions. M ixed state of antiferromagnets. Zh. Eksp. Teor. Fiz. 96,
4f
on-thick
sheetsofthefour
differentrhombohedral
1transition. Phys. Rev. Lett. 110, 037401 (2013).
domains are indicated by thick/thin green lines. For Bk [111], besides the cycloidal and the SkL states,
there are two
253–260 (1989).
21. Abd-Elmeguid, M . M . et al. Transition from M ott insulator
3. Bogdanov, A. N . & Hubert, A. Thermodynamically stable magnetic vortex, as seenin labelled
Fig. 2a.as
Atthe
Ts cycloidal
the magnetic
exchange
interaction⇤ and the
igher
elds,
SkL⇤ states.
12k
in GaN b Se and GaTa Se under high pressure. Phys. Rev. L
states in magnetic crystals. J. Magn. Magn. Mater. 138, 255–269 (1994).
2−
2+
置換 Co
占有 vortices.
統一的見解
F
126403 (2004). 得from antiferromagnetic to ferromagnetic andOthe material
4. Bogdanov,
A. N . & Hubert, A. The properties
of isolated magnetic
研究目的
22. Dorolti, E. et al. Half-m etallic ferromagnetism and large neg
4f2
Phys. StatusSolidi b 186, 527–543 (1994).
2+
es a magnetic transition at TC = 13 K, a temperaturevery
magnetoresistance
in
the
new
lacunarspinel
GaTi
VS
.
J
.
Am
5.
Rössler,U.
K.,
Bogdanov,
A.
N.
&
Pfleiderer,C.
Spontaneous
skyrmionground是states不明
次世代5704–5710
性能(2010).
磁石発s a considerable
anisotropy. Indeed,
For SrBk [111] there
exist two additional magnetic
besides
2bstates in magnetic
metals. Nature422,
797–801 (2006).
the Curie–W eiss temperature in the rhombohedralphase30 .
23. Kim, H .-S., Im, J., H an, M . J. & Jin, H . Spin-orbital entangled
Leonov, A. Twisted, Localized, and Modulated StatesDescribed in thethe ground state to be an easy axis the cycloidal,
SkL and ferromagnetic states.6. This
arises
due
to
the
解決
多
多元素
複
系
対
Fe3+
states in lacunar spinel compounds. NatureCommun. 5, 398
Phenomenological Theory of Chiral and NanoscaleFerromagnetsPhD thesis
set of Fig. 2b, the dependence of the magnetization
curvesc
24. Guiot, V. et al. Avalanche breakdown in GaTa Se Te narr
(2014) axis
; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-83823
nd J? ⇡ 4.15 K, as described in the multi-domain
nature of the crystal and the7.easy
anisotropy,
as
正確
決
手段
確立
必要
insulators. NatureCommun. 4, 1722 (2013).
M ühlbauer, S. et al. Skyrmion lattice in a chiral magnet. Science323,
25. Singh, K. et al. Orbital-ordering-driven multiferroicity and m
915–919to(2009).
ere, Jk and J? respectively denote the only one of the domains
has4fits↓easy axis parallel
B, whereas
the M 型 Sr
置換系
研究
4f1 ↓
2
coupling in多結晶試料
GeV S . Phys. Rev. Lett.用
113, 137602測定結果(2014).
8. M ünzer, W. et al. Skyrmion latticein the doped
semiconductor Fe Co Si.
a¯¯¯ponents parallel and perpendicular a easy axes of the四other[111],Phys.
[1Rev.
11]B 81,and[111]—
26. Pocha, R., Johrendt, D. & Pöttgen, R. Electronic and structu
041203(R)(2010). lie
体 three八domains—
体
単結晶試料
用
情報
格段
増
GaV
S
and
GaM
o
S
.
Chem.
Mater.
12,期待
2882–2887 (2000).
9.
Yu,
X.
Z.
et
al.
Real-spaceobservationofatwo-dimensional
skyrmioncrystal.
◦coincides
withthedirection
of
the
at
71
to
B.
For
these
latterthree
domainsthenon-collinear
spin
27. Ruff, E. et al. Ferroelectric skyrmions and a zoo of multiferr
Nature465, 901–904 (2010).
E Lendület M agneto-optical Spectroscopy Research Group,
現状
La-Co 置換系
Mof型
Sr crystal in
単結晶
合成
GaV S . Preprint
at http://xxx.lanl.gov/abs/1504.00309 (201
10. Yu, X. Z. et al.
Near room-temperatureformationa skyrmion
eMexchange
valuesareofalso
consistent
structures
survive tohigher fields理論値
because themagnetic
anisotropy
agnetism, University
Augsburg,Germany.
28. Okamoto, Y., Nilsen, G. J., Attfield, J. P. & H iroi, Z. Breathin
thin-films of the helimagnet FeGe. NatureMater. 10, 106–109 (2011).
子 置
合成
角86135動 Augsburg,
子数原子
磁気
永久磁石材料M型Sr
結晶構
realizedinA-siteorderedoxides LiGaCr O and LiIn
11.
W
ilhelm,H.
etal.
Precursor
phenomenaatthemagneticordering
of
the
cubic
育成
目的
実
行
永久磁石材料M型Sr
単結晶spinel 写真
energyis muchthe7,Zeeman
energy,andonly the field
3+:[Ar](3d)5, S=5/2 , μ=5μ6, S=2
atory for
Scattering
and Imaging,Paul
Scherrer
FeNeutron
Fe2+:[Ar](3d),Institut,
μ=4μlarger
Co2+than:[Ar](3d)S=3/2 , μ=3μLett. 110, 097203 (2013).
B
B
B helimagnet FeGe. Phys. Rev. Lett. 107, 127203 (2011).
29.
Kimura,K.,
Nakatsuji,
S.
&
Kimura,T. Experimental realiza
12.
Seki,
S.,
Yu,
X.
Z.,
Ishiwata,
S.
&
Tokura,Y.
Observationofskyrmionsinaanordinary
ferromagnet
below
T
component
parallel
to
the
easy
axis
of
each
domaincaninfluencee Fédérale de Lausanne,
15 Lausanne,
Switzerland.
C
5 CH-10
異magnetic
FeFe3+
pyrochlore antiferromagnet. Phys. Rev. B 90, 0604
multiferroic
material.
Science336, 198–201 (2012).
Na
使
育成30. breathing
単結晶試料2Opersistinga report
low-field
its magnetic state. This leads to the two additional
Yadav, C. S., Nigam, A. K. & Rastogi, A. K. Thermodynamic
13. Adams, T.phases
et al. Long-wavelength
helimagnetic order and skyrmion lattice
Physics
andabout
M athematics,
AoyamaGakuin University,
ferromagnetic M ott-insulator
GaV
S3. Physica
B 403, 1474–[
phase in Cu OSeO . Phys. 単結晶育成
108, 237204 (2012).
SrO−Fe
平衡状態図
2O
温度条件
実thatSaitama
方法
Wcy,e Kawaguchi,
found
the magnetic
state
up to B= 80
and 160 mT, marked with asterisks
in Fig. Rev.
2d,Lett.
and332-0 0 12,
Japan. 9 Department
ofmT
上向
下向
単結晶試料
用
Sr
NATURE M ATERIALS
14 | NOVEM
BER 20 15 | www.nature.com /naturematerials
tains
severalasDthecycloidal
and単結晶育成
SkL states common
for| VOL
theseof Applied
Physics,of phases.
Sciences
M oldova,
M
20 28,
1450℃three● neighbouring
Na2Academy
CO3
法of assigned(Sr-La)(Fe-Co)
12O19℃/h© 20 15 M acmillan Publishers Limited. All rights reserved
磁性体
12h
ization exhibits a sequence of steps
domains. For
Bk[110],
thecycloidal
andSkL
phasescommon
forthe -2.5
磁気的性
研究
各種原料 以下 比
混合 [10]
付 Pt
入
1000℃
¯
itions (see Fig. 2b). The positions two domains with easy axes [111] and [111] are indicated in Fig. 2e.
200℃/h
右図
温度条件
熱処理-150℃/hR.T. to B cannot
peaks| VOL
in theof The othertwo domains with easy axes perpendicular
Marp
ATERIALS
14 | field-derivative
NOVEM BER 20 15 | www.nature.com/naturematerials
t for the magnetic
appliedcontributeto4 the magnetizationin this field range. For Bk [100],
Nafield,
SrCO
Fe2O3 , Co3O
←各種原料
2CO3 B,
3 , La2O3
4

8

4

8

4

1− x

3

8

8− x

x

4 8

x

4 8

4 8

4 8

4

2

3

4 8

8

材料科学コース
Materials Science
教授 邑瀬邦明

材質制御学分野

准教授 深見一弘

助教 西岡季穂

http://www.echem.mtl.kyoto-u.ac.jp/

溶液系の電気化学と熱力学に基づく材料プロセッシング
私たちの研究室では、水溶液や有機電解液を用いて、電気化学、溶液化学、ならびに化学熱力学を学問ベースとする新しい湿式製
錬、電池材料、電気めっき法の研究を行っています。
水溶液は安価で工業的に重要です。例えば
純度99.9%の金属銅は水溶液を用いた電解製錬により生産されます。私たちは水溶液を用いて、銅製錬の高効率化や、ユニークな光学特性をもつ多孔質シリコン電極、酸化物太陽電池材料を研究しています。
銅の電解製錬の高効率化

多孔質 シリコン電極

水溶液
有機溶媒
イオン液体
電気化学
化学熱力学
溶液化学

新しい
湿式製錬
電池材料
電気めっき

ユビキタス太陽電池

フォトニック結晶

イオン液体

水溶液からは熱力学的に得られない金属を室温で合成するプロセスも研究しています。
金属Mgや金属Alがその例であり、有機溶媒
やイオン液体という非水系の電解液を用います。MgやAlの室温合成プロセスは、高い起電力を実現する次世代電池や、さびにく
いアルミニウムの電気めっきといった応用につながります。特にイオン液体は、分子性溶媒である水や有機溶媒と異なり、イオンのみからなる新しい液体材料です。揮発しにくいというメリットを活かした、安全な材料作製技術の開発に取り組んでいます。

次世代電池材料

電気アルミめっき材料科学
Materials Science

機能構築学分野

教授 杉村 博之 准教授 一井 崇 助教 宇都宮 徹
http://www.nsa.mtl.kyoto-u.ac.jp/

自己集積化

加工 ~微細

材料 組

立

~

物質 持
い
性質
役 立 機能
取 出
材料開発
あ
考え い
素材 最適 形状 与え
有用 機能
有効 引
出
例え
水 凍
状 切 出
建築材料
LSI
微細加工
作
私
目 見え 形状
目 見え い極微
原子 分子
形状
機能 生 出 礎 あ
捉え 『小部品 加工 組立 通材料 作 出 機能 発現』 いう
機能材料 研究 取 組
い
自己集積化

材料

分子同士

組立

生命 学

互い 引 寄あう力 利用複雑 構造 自然 形作

自己集積化有機超薄膜
分子一個
膜厚 構造 制御
有
機分子膜
手本
細胞膜
構造 表面
処理 微細加工
応用 目指
い

手本
生体

生体分子
機能 司
自己集積化
作
『
』あ 機能材料

典型例

加工技術 開発
分子
人工的 構築要不可欠
呼子
至 究極 微細加工技術

自己集積化 加え微細 針 用い
開発 目指
い

優

工学技術

開発 必
原子 分