はじめに

TREMS センター長

西堀英治

エネルギー物質科学研究センター（TREMS）は、数理物質系および筑波大学の研究力の強化を目的に、その前身である学際物質科学研究センター（TIMS）が数理物質融合科学センター（CiRfSE） 環境エ
ネルギー材料研究拠点との融合により改組され、組織体制および人員も刷新された研究センターとして 2017 年 10 月 1 日に設立されました。
世界的な規模で急速に増大するエネルギー需要に対して、TREMS では、数理物質系における環境エ
ネルギー材料分野（変換、貯蔵、制御）に軸足を置いた研究力の強化に努め、「質の良いエネルギーを取り出すための先進エネルギーの学理」を創造することをセンターの共通の目標としています。これを実践するために「マテリアル分子設計部門」、「エネルギー物質部門」、「電気エネルギー制御部門」の 3 部門を設置し、未来のエネルギー創出の鍵となる材料やデバイスを創る学理・研究を推進します。
また、萌芽研究グループとの交流を可能とする基礎融合リサーチグループを置くことで、数理物質系の強みである基礎研究力のさらなる強化を継承します。さらには、応用面への展開も重視し、基礎から出口まで一気通貫の研究を推進して先進エネルギーに関わる幅広い材料研究を展開できる仕組みを構築します。つくばの地の利を活かした産学官連携による基礎研究の実用化、並びに海外の研究機関との連携強化を積極的に進めることで、大学の研究成果の社会還元を強力に推進するとともに、本学のプレゼンスの向上に貢献できる革新的な先進エネルギー材料を創製することを目指してきました。
2022 年度の活動として特筆すべきこの一つは、センターのメンバーがセンター長を務める開発研究センター「ゼロ CO2 エミッション機能性材料開発研究センター」が立ち上がったことです。センターの中核メンバーが複数参加しており今後の SDGs（持続可能な開発目標）への貢献が期待されています。
また、コロナ禍で活動が制限される中、2017 年から配分されている機能強化促進費を有効に活用し、更なる研究力強化を進めました。特に Angew. Chem. Int. Ed.等のインパクトの大きな学術雑誌に顕著な研究成果が複数発表されました。国際連携では、昨年度に引き続き、国際マテリアルズイノベーショ
ン学位プログラムと共同で国際シンポジウムをオンライン開催しました(SACSEM8, TGSW2022)。ドイツ Duisburg-Essen 大学やデンマークオーフス大学、東南アジア諸国の著名な大学（バンドン工科大学、
マレーシア国民大学、ペトロナス工科大学、キングモンクット工科大学トンブリー校、フィリピン大学ディリマン校等）とのグローバルコミュニティの拡大に努めました。さらに、センター構成教員の多くが、TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」の代表もしくはメンバーとして参画し、つくば地区における「先進エネルギーの創造と産業界への橋渡し」に繋がる産学連携共同研究に取り組んでいます。
このような活動を通じて、筑波大学の指定国立大学法人構想における「国際水準の研究の推進」や「研究成果の社会実装」を積極的に推進することで、TREMS はつくば地区におけるエネルギー物質科学の重要な拠点として社会に貢献すべく活動を行って参ります。

目次

はじめに
1. 設置趣旨と沿革
1.1 設置の趣旨

1

1.2 沿革3

1.3 歴代センター長

4

1.4 TREMS ロゴ

4

2. 組織
2.1 構成員

5

2.2 委員会

6

2.3 学内委員会

6

2.4 組織図

72.5 部門8

2.6 WEB11

2.7 所在地

11

3. センター活動報告
3.1 運営委員会等

12

3.2 セミナー、シンポジウム等開催記録

12

3.3 実績報告

18

3.4 TREMS が関わるその他の活動

21

4. 研究活動報告
4.1 (1) マテリアル分子設計部門

23(2) エネルギー物質部門

62(3) 電気エネルギー制御部門

83

4.2 競争的資金獲得状況

115

4.3 共同研究

121

4.4 研究生等の受け入れ

129

4.5 受賞

130

4.6 学会活動・各種委員など

133

4.7 新聞報道・特記事項他

1371.設置の趣旨と沿革
1.1 設置の趣旨
本センターの前身となる学際物質科学研究センター（TIMS）は白川英樹名誉教授のノーベル化学賞受賞を記念して 2003 年に設立されました。その理念は、工学と理学の枠を超えた融合による革新的な機能性物質群の創成ですが、2011 年 4 月からはさらなる研究力強化を目的に、現代社会の喫緊の課題である環境エネルギー分野を研究領域のコアと定め、「物質創成」、「集積物性」、「ナノグリーン機能」の三つの研究コアを設置し、より視野の広い「グリーンイノベーション」「革新的な環境エネルギー材料の創製」をキャッチフレーズとして研究を推進することになりました。
2014 年 9 月に、TIMS の中で特に社会的要請を考慮し、系内の高い研究力をもつ研究グループを抽出して、数理物質融合科学センター（CiRfSE）の中に「物質変換材料研究部門」と「エネルギー変換・
貯蔵物質研究部門」の二つの部門からなる「環境エネルギー材料研究拠点」を立ち上げました。独創的な研究には集中とダイバーシティーの両方が不可欠ですが、ダイバーシティーを重視した TIMS と、集中を重視した CiRfSE の拠点はその両輪をなすもので、実際、TIMS と CiRfSE の有機的連携により行われた共同研究によって優れた基礎研究の成果が数多く得られました。しかしそうした基礎研究の独創的シーズを熟成し、社会に還元できる材料やデバイスを創製するには、さらに次の二つが不可欠となります。一つは、上述した強い研究力の高い研究グループと異分野との共同研究推進、もう一つは、基礎と応用をつなぐ学理の確立を可能とする人材の確保と体制です。これに加えてさらに、つくば地区の強みを活かすことのできる他の研究機関との連携強化、つまり TIA などの特徴あるつくば地区の重点プロジェクトを活かした、有機的なつくば連携による研究成果、装置、人材の交流をより活発にすることができれば、飛躍的な研究力強化が期待されます。
以上のことを鑑み、TIMS、CiRfSE および数理の研究力の高い環境エネルギー分野の教員が一つの組織の構成員となることで、異分野融合、学内連携、つくば連携、オールジャパン連携、さらにはグ
ローバル連携の拠点として研究交流を活性化し、筑波大学の当該分野での存在感を高めるために、
TIMS を改組し、2017 年 10 月に「エネルギー物質科学研究センター（TREMS）設立」の運びとなりました。
2017度の末にはドイツのデュースブルクエッセン大学 Center for Nanointegration Duisburg-Essen(CENIDE)および台湾国立清華大学との合同シンポジウムを開催し、そこから芽吹いた国際共同研究活
動は、2018 年度の CENIDE と筑波大学数理物質系との部局間協定の締結に繋がっています。2021 年
度には、ポーランド科学技術アカデミーの高圧物理研究所(UNIPRESS)と本学数理物質系との部局間協定締結にも大きく貢献しました。その他にもデンマークのオーフス大学融合材料研究センターからの海外教育研究ユニット招致や東南アジアとの国際シンポジウム(SACSEM)を行うなど、国内外の連携に向けてその活動を加速させています。
2023 年 4 月より TREMS が進めてきた先進エネルギーの基礎研究をスマートエネルギーソースの開発に展開するグリーンイノベーション基盤研究拠点を構築するために、継続・新設も含めて重点研究
課題を更新し、各部門の再編とセンター教員構成の改編・メンバー増強を行いました。具体的には、
未来社会のエネルギー基盤を構築するために物質機能を極限まで引き出した革新的エネルギーソースの提供を目指す主要 3 部門（エネルギーハーベスト、光エネルギー変換、電気エネルギー制御）を新－1－

設し、専門領域横断的な新物質・デバイス開発やそれらの評価・解析の新手法の開発を担う 2 部門（マテリアル分子設計、サブナノ領域評価）を設置しました。今後は、学内他部局との連携・TIA 連携・海外連携を強化し、スマートエネルギー分野におけるつくば連携研究拠点の核となるとともに、5 年後の新たな開発研究センター設立への貢献を目指します。また、筑波大における研究環境のダイバー
シティを活かして、物質科学の先端技術の産業展開を円滑に実践する仕組みを構築すべく、研究成果の情報発信に取り組んでいきます。

－2－

1.2 沿革2000 年

2006 年
2007 年

11 月
12 月
9月
11 月
2月
4月
5月
6月
11 月
6月
10 月
4月
11 月

2008 年3月

2010 年
2011 年
2012 年2013 年
2014 年

7月
3月
4月
12 月
8月
8月
9月

2015 年
2016 年

12 月
4月

2017 年

9月
10 月

2001 年
2002 年
2003 年

2004 年

2018 年

2019 年

2020 年

2021 年2022 年2023 年

4月
7月
10 月
1月
5月
2月
6月
10 月
12 月
8月
9月
1月

｢白川記念学際物質科学研究センター」（仮称）WG の発足
白川英樹博士ノーベル化学賞受賞｢学際物質科学研究センター」WG の発足
概算要求事項の申請
学際物質科学研究センター設置準備委員会の発足
1 日 学際物質科学研究センターのスタート（4 研究コア）
19 日 センター看板上掲式（共同研究棟 A）
17 日 スタートアップシンポジウム（つくば研究交流センター）
10・11 日 開所式、記念講演会（筑波大学大学会館）
15 日 TIMS 客員研究員として 1 名採用
1 日 融合物質生命コアが加わり、5 研究コアとなる。
三大学連携融合事業「アトミックテクノロジー」の開始
筑波大プレ戦略イニシアティブ学際物質科学研究拠点に採択
25 日 ネブラスカ大学バイオメディカルセンターとの部局間協定締結
学際物質科学研究拠点が戦略イニシアティブ（A）に昇格
18 日 TIMS 客員研究員を 1 名採用
1 日 TIMS 改組 新体制スタート （3 分野 9 研究コア）
1 日 TIMS 客員研究員として新たに 5 名採用
1 日 TIMS 客員教員として、新たに 10 名の教授・准教授の採用~翌 3 月 共同研究棟Ａ耐震工事により 10 部屋を同棟１階へ移転
1 日 新発足の数理物質融合科学センター（CiRfSE）内に環境
エネルギー分野の 2 部門を設置し、TIMS 教員が担当
4 日 若手准教授 3 名が TIMS 協力教員としてメンバーに加入
共同研究棟 A １階の TIMS 実験室が VBL 棟の 1 階・2 階・3 階に移転客員教員 2 名を新たに採用
1 日 学際物質科学研究センターと数理物質融合科学センター
環境エネルギー材料拠点との融合により、エネルギー物質
科学研究センター（TREMS）が設立
3 部門 27 名、基礎融合リサーチグループ 11 名
1 日 基礎融合リサーチグループに 9 名を新たに採用
1 日 客員教員 2 名を新たに採用
16 日 客員教員 1 名を新たに採用
1 日 エネルギー物質部門に 1 名を新たに採用
基礎融合リサーチグループに 1 名を新たに採用
1 日 客員教員 1 名を新たに採用
1 日 客員教員 1 名を新たに採用
1 日 客員教員 1 名を新たに採用
30 日 基礎融合リサーチグループに 2 名を新たに採用
28 日 マテリアル分子設計部門に 1 名を新たに採用
24 日 基礎融合リサーチグループ 2 名を新たに採用
1 日 客員教員 1 名を新たに採用
1 日 客員教員 1 名を新たに採用
1 日 客員教員 1 名を新たに採用－3－2023 年

4月

1日

エネルギー物質科学研究センター（TREMS）3 部門 25 名
から 6 部門 28 名へ内部組織再編

1.3 歴代センター長

TIMS2015 年 4 月～2017 年 9 月 鍋島達弥 （化学域）
2013 年 4 月～2015 年 3 月 中村潤児 （物質工学域）
2010 年 4 月～2013 年 3 月 鍋島達弥 （物質創成先端科学専攻）
2006 年 2 月～2010 年 3 月 大塚洋一 （物理学専攻）
2003 年 4 月～2006 年 1 月 赤木和夫 （物質工学系）

TREMS
2023 年 4 月～
西堀英治 （物理学域）
2019 年 4 月～2023 年 3 月 神原貴樹 （物質工学域）
2017 年 10 月～2019 年 3 月 鍋島達弥 （化学域）

1.4

TREMS ロゴマーク

－4－

2.組織
2.1 構成員
センター長 神原貴樹 教授 （数理物質系、物質工学域）
副センター長 西堀英治 教授 （数理物質系、物理学域）
マテリアル分子設計部門
中村潤児
教授
神原貴樹
教授
笹森貴裕
教授
山本洋平
教授
桑原純平
准教授
近藤剛弘
准教授
辻村清也
准教授
中村貴志
助教
エネルギー物質部門
守友浩
教授
西堀英治
教授
岡田晋
教授
都倉康弘
教授
初貝安弘
教授
柳原英人
教授
羽田真毅
准教授
笠井秀隆
助教
小林航
助教
丹羽秀治
助教
電気エネルギー制御部門
上殿明良
教授
岩室憲幸
教授
櫻井岳暁
教授
佐々木正洋 教授
磯部高範
准教授
梅田享英
准教授
蓮沼隆
准教授
奥村宏典
助教
基礎融合リサーチグループ
伊藤良一
准教授
神田晶申
教授
末益崇
教授
都甲薫
准教授
丸本一弘
教授
重田育照
教授
所裕子
教授
藤岡淳
准教授
武安光太郎 助教
山岸洋
助教
矢野裕司
准教授
Traore Aboulaye 助教
小島隆彦
教授
石橋孝章
教授

（数理物質系、物質工学域、部門長～2022.4.30）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、化学域、部門長 2022.5.1～）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、化学域）（数理物質系、物理学域、部門長）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、物理工学域、部門長）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、化学域）（数理物質系、化学域）－5－

客員研究員

千葉湧介
助教（数理物質系、化学域）
菱田真史
助教（数理物質系、化学域）
百武篤也
准教授（数理物質系、化学域）
森迫祥吾
助教（数理物質系、化学域）
則包恭央
研究グループ長（産業技術総合研究所）
雨宮健太
教授（高エネルギー加速器研究機構）
大谷実
教授（計算科学研究センター）
大島武
客員教授（量子科学技術研究開発機構）
小笠原寛人 客員教授
（SLAC 国立加速器研究所）
坂田修身
客員教授
（物質・材料研究機構）
竹口雅樹
客員教授
（物質・材料研究機構）
筒井智嗣
客員教授
（高輝度光科学研究センター）
松尾豊
客員教授（名古屋大学）
安田弘之
客員教授（産業技術総合研究所）
韓礼元
客員教授（上海交通大学）
大島永康
客員教授（産業技術総合研究所）
DAUDIN Brouno 客員教授 （フランス原子力・代替エネルギー庁（CEA）、フ
ランス国立科学研究センター（CNRS））
齋 均
客員教授（産業技術総合研究所）
Braian Yuliarto 客員教授 （バンドン工科大学）
守屋 剛
客員教授
（東京エレクトロン株式会社）
新井正男（物質・材料研究機構）

特命教授

鍋島達弥

事務職員

太田啓一
佐藤雅代
森本愛

客員教員

（主任）
（事務補佐員）（事務補佐員）2.2 委員会

TREMS 運営委員会
神原貴樹 （センター長、TREMS）
中村潤児 （部門長～2022.4.30、TREMS）
上殿明良 （部門長、TREMS）
笹森貴裕 （TREMS、部門長 2022.5.1～）

TREMS 運営協議会
神原貴樹 （センター長、TREMS）
中村潤児 （部門長～2022.4.30、TREMS）
上殿明良 （部門長、TREMS）
佐藤一彦 （産業技術総合研究所）
岩室憲幸 （融合研究企画室長、TREMS）
山本洋平 （TREMS 2022.5.1～）

西堀英治 （副センター長、TREMS）
守友浩 （部門長、TREMS）
岩室憲幸 （融合研究企画室長、TREMS）
山本洋平 （TREMS 2022.5.1～）

西堀英治 （副センター長、TREMS）
守友浩 （部門長、TREMS）
服部利明 （数理物質系長）
高田和典 （物質・材料研究機構）
笹森貴裕 （TREMS、部門長 2022.5.1～）

2.3 学内委員等
サブネットワーク管理委員会
環境安全管理室委員長
廃棄物管理責任者

－6－

西堀英治
鍋島達弥

2.4 組織図－7－

2.5 部門
マテリアル分子設計部門

触媒反応、有機化学、高分子化学など化学反応の学理を最大限に利用して環境エネルギー材料を創成する

マテリアル分子設計部門
燃料電池

TIAかけはしプロジェクト
AIST、NIMS、KEK、東大１. 燃料電池触媒
炭素/白金界面相互作用の解明、カーボンアロイ触媒の機能と設計、バイオ燃料電池の電極設計、生体触媒の活性中心

CO2削減

２. CO2 からメタノールへの転換触媒
CO2活性化機構解明し高効率で有用化合物へ転換、計算科学(阪大）と放射光実験（物性研）の共同研究
３. 有機薄膜太陽電池および有機EL
直接アリール化反応を駆使して低環境負荷の製造法確立

代表 中村
東大、阪大との共同研究

４.レーザー共振器およびマイクロ共振器
ポリマーやグラフェンを用いた発光・レーザー発光体の創成
スタンフォード大
SLAC小笠原クロスアポ教授

５. 藻類産生油から化学品製造
藻類オイルからゴム、プラスチックを合成する触媒化学と高分子化学
藤谷（クロスアポ）
崔（クロスアポ）太陽電池

筑波大学 藻類バイオマス・エネルギー開発研究センター

プレ戦略イニシアティブ（代表 山本）光と物質・生命科学のアンサンブ
ルによる新現象の発掘と解明

Prof. Barcikowski,Prof. Lorke
Prof. Behrns,

発光体

マ テ リ ア ル 分 子 設 計 部 門 の ミ ッ シ ョ ン は 、触 媒 反 応 、有 機 反 応 、重 合 反 応 な ど 化 学
反 応 を 最 大 限 に 利 用 し て 環 境 エ ネ ル ギ ー 材 料 を 創 成 す る こ と で あ る 。社 会 の ニ ー ズ の高 い 環 境 エ ネ ル ギ ー 材 料 に つ い て 、企 業 が 実 施 で き な い よ う な 基 礎 研 究 に 注 力 し 、一方 で イ ノ ベ ー シ ョ ン に 繋 げ よ う と 試 み る 。研 究 ア プ ロ ー チ の 特 色 は 、材 料 機 能 や 作 用メ カ ニ ズ ム を 最 先 端 の 放 射 光 分 光 、プ ロ ー ブ 顕 微 鏡 お よ び 第 一 原 理 量 子 力 学 計 算 に よっ て 、原 子 レ ベ ル・電 子 レ ベ ル で 研 究 す る と 同 時 に 、材 料 設 計・物 質 合 成 を 行 う と ころにある。物理化学、固体物性、電気化学、有機化学、高分子化学、触媒化学、放射光 科 学 、炭 素 材 料 科 学 な ど の 分 野 融 合 的 な 共 同 研 究 チ ー ム を 構 成 す る 。さ ら に 、研 究
成果の産業化を目指して、産総研、藻類バイオマス・エネルギー開発研究センター、企 業 と の 密 接 な 関 係 を 保 ち 、シ ー ズ を 実 用 化 に 導 く 体 制 を 構 築 す る 。具 体 的 に は 、レア メ タ ル の 白 金 に 代 わ る 燃 料 電 池 炭 素 触 媒 、 CO 2 の メ タ ノ ー ル へ の 触 媒 的 転 換 、 高 分
子 半 導 体 と し て 機 能 す る 共 役 高 分 子 材 料 の 簡 便 な 合 成 手 法 の 開 発 、新 規 な 設 計 指 針 に
基 づ く 光 機 能 を も つ 分 子 群 の 合 成 、π 共 役 有 機 分 子 マ イ ク ロ 結 晶 共 振 器 か ら の レ ー ザ
ー 発 振 、 ヘ ム と 四 重 鎖 DNA の 複 合 体 が 示 す 酸 化 触 媒 機 構 の 解 明 、 生 体 分 子 の 電 極 触媒、ホウ化水素シートの生成に関する研究を進めている。

－8－

エネルギー物質部門
本部門の使命は、（１）エネルギーサイエンスの推進と（２）エネルギーイノベーションの実現の二つです。エネルギーサイエンスとは、エネルギー現象（光電気変換、熱電池変換、物質電気変換、蓄電、等）を電子論的・微視的に解明することです。そのためには、典型物質または理想物質に着目し、基盤研究のための材料開発・デバイス開発、放射光 X 線やナノプローブを駆使した先端計測、第一原
理計算による物性予測、等を組み合わせる必要があります。我々は、エネルギーイノベーションの実現を実現するにはエネルギー現象を根源的に理解する必要がある、と考えています。根源的な理解の上には、高機能材料開発の指針だけでなく、異分野融合による新デバイスの提案が可能になります。
実際に本部門では、二次電池と熱電変換を融合した熱発電セルを提案し、その実現を目指しています。

エネルギー物質部⾨1.

物質、計測、計算を融合したエネルギー・マテ リアル・サイエンス（E M S)の発信
2 . E MSに根差したエネルギー・イノ ベーショ ンの実現
他の部門との協力関係
1. E MS手法の分子物質、半導体物質への転用
2 . 強相関物質と分子物質、半導体物質を融合したエネルギー・イノ ベーショ ンの
実現

雨宮

神山

構成員
守友 浩、小林 航、丹羽秀治（物質開発  デバイス提案・試作）
西堀英治、笠井秀隆（新規計測手法  性能の起源解明）
岡田 晋（計算物質開発  性能予測）
D i-Jing
学内連携
初貝安弘（層状物質計算）神田晶申（層状物質デバイス）
丸本一弘（太陽電池）、櫻井岳暁（太陽電池）
柳原英人（磁性材料）、小島 隆（人口光合成）重田

竹口、三石、坂田
梅沢、韓、Islam

山本、周、大谷大石Iversen

Pralo ng

電気エネルギー制御部門「変換」、「貯蔵」したエネルギーを社会に活かすためには電気エネルギーを経る必要があるが、その過程を担うのがパワーエレクトロニクスである。電気エネルギー制御においては、エネルギーを制御する際の損失をできるだけ少なくすべきであり、実際、これがシステム全体の効率を決める要素となることも多い。一方、エネルギーの有効利用は、使用材料の物性値だけで制限されるわけではなく、それを使うシステムとのマッチング、例えばその材料を用いたデバイス構造やシステム構成等にも依存する。パワーエレクトロニクスの研究は社会インフラを担う重要な技術であるが、従来からシリコンがパワーエレクトロニクス材料として使用されてきた。近年は、炭化シリコン(SiC)を用いたデバイ－9－スが使用されるようになってきたが、SiC と SiC デバイスに関連した材料については、まだ十分な伸
びしろがあり、その性能向上が期待されている。電気エネルギー制御部門では、SiC と SiC デバイス
関連材料を、材料基礎からシステムまで見据えた俯瞰的な立場から研究する。加えて、究極のパワー
エレクトロニクス材料と言われるダイヤモンドの研究にいち早く着手し、パワーエレクトロニクスへの応用だけでなく、量子情報デバイスや高機能センサーとしてのダイヤモンドの利用についても基礎から応用までをカバーし研究を行う。

産業機器、ロボット

海外招聘
ユニット

AIST&NIMS

SiC＋ダイヤモンド開発の相乗効果
多層構造材料，デバイス信頼性の評価

電気エネルギー制御部門
応用研究部
電力変換、送配電

SiCパワーデバイス開発

密接な連携 ダイヤモンドデバイス

協力企業

基礎研究部
ダイヤモンドデバイス
材料の開発

計測評価部
TIA連携

WG半導体材料の評価＆センター材料研究支援

融合研究 基礎研究での分野融合

マテリア
ル分子設
計部門

エネルギー
物質部門
ダイヤモンド電子デバイス

ダイヤモンド光デバイス

基礎融合リサーチグループ「光エネルギー」「バイオエネルギー」「マテリアルエネルギー」の 3 つの大きな分野に関わる基礎研究を行うアクティブな研究者からなるリサーチグループで、グループ内の融合・共同研究を推し進めるだけでなく、3 つの主要部門とも連携することで、単独の研究者では発想できない観点からの新しい研究の萌芽を創出することを目的とします。これにより、研究ピークとダイバーシティーによる独創的研究の推進に寄与します。できるだけ若手研究者をメンバーに加え、将来の新しい部門の設立も視野に入れて活動し、センターはこれを支援します。また上述の 3 つの主要部門とのメンバーの入れ替えも適宜行うなど、柔軟な組織として運用します。

－ 10 －

2.6 WEB
TREMS

http://www.trems.tsukuba.ac.jp/

2.7 所在地
センター固有の建物は未整備のため、以下の共同利用スペースを借用して活動している。
総合研究棟 B 201（センター事務室）、222、223、224、225、226、1225、1226、1227
共同研究棟 D 103、104-1、104-2、201-1、201-2、202-1、202-2、301-1、302-1、302-2、303-1、303-2、304

総合研究棟 B

共同研究棟 D

学内地図

－ 11 －

3.センター活動報告
3.1 TREMS 会議
エネルギー物質科学研究センター運営協議会・運営委員会
原 則 と し て 、 毎 年 年 1 回 運 営 協 議 会 、 毎 月 １ 回 運 営 委 員 会 を 開 催 し 、 TREM Sの運営全般に関して緊密な意見交換を行い、センター活動の活性化を図って
い る 。 2022 年 度 は 、 運 営 協 議 会 2/28（ 火 ） に 1 回 、 運 営 委 員 会 4/28（ 木 ）、
5/23（ 月 ）、 6/23（ 木 ）、 8/2（ 火 ）、 9/30（ 金 ）、 10/20（ 木 ）、 11/24（ 木 ）、 12/28（ 水 ）、 1/23（ 月 ）、 2/21（ 火 ）、 3/30（ 木 ） の 計 11 回 開 催 し た 。

3.2 TREMS セ ミ ナ ー 、 シ ン ポ ジ ウ ム 等 開 催 記 録
TREMS セ ミ ナ ー ・ 講 演 会
2022/04/21

第 21 回 物 質 科 学 ・ 学 術 融 合 セ ミ ナ ー （ 共 催 ） 講 演 者 ： 武 安（筑波大学数理物質系物質工学域

光太郎

助教）
「 環 境 触 媒 反 応・生 体 内 触媒反応におけるエネルギーの形態変化機構」
形式：オンライン
世話人：藤岡淳
2022/05/19

第 22 回 物 質 科 学・学 術 融 合 セ ミ ナ ー（ 共 催 ）講 演 者：Min-Cherl JUNG
（ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系 物 質 工 学 域 ）「 Correlation between defects andpho non -dispersion in org anic-ino rganic hyb rid p erov skite materials:
Toward THz-based application s」
形式：オンライン
世話人：藤岡淳

2022/06/16

第 23 回 物 質 科 学 ・ 学 術 融 合 セ ミ ナ ー （ 共 催 ） 講 演 者 ： 谷 本 久 典 （ 筑波大学数理物質系物質工学域）「 ナ ノ 構 造 金 属 材 料：金 属 ナ ノ 粒 子 と乱雑系合金」
形式：オンライン
世話人：大石基、近藤剛弘

2022/06/29

物質科学セミナー（共催）講演者：長谷川美貴氏（青山学院大学

理工学部）「 レ ア ア ー ス ELEMENTS: ら せ ん 状 分 子 設 計 と f 族 系 金 属
イオンの可能性」
形 式 ： 3B213 プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン ル ー ム
世話人：藤岡淳
2022/07/14

超 分 子 化 学 講 演 会 （ 共 催 ） 講 演 者 ： 近 藤 健 （茨城大学理工学研究科）「光応答型超分子触媒による不斉合成反応の光制御」
会 場 ： 筑 波 大 学 総 合 研 究 棟 B 0110 室
世話人：中村貴志

2022/07/21

第 24 回 物 質 科 学 ・ 学 術 融 合 セ ミ ナ ー （ 共 催 ） 講 演 者 ： 仝 暁 民 （ 筑－ 12 －

波大学計算科学研究センター）「原子理論研究の現状と他分野への展
開」
形式：オンライン
世話人：藤岡淳
2022/07/12

物 質 科 学 セ ミ ナ ー（ 共 催 ）講 演 者：Jacek Kasprzak (In stitut N´eel, CNRS
Grenoble, France) 「 Coherence in semiconductor n ano structu res in ferredwith n onlinear spectroscop y」
形式：オンライン
世話人：藤岡淳

2022/08/03

物質科学セミナー（共催）講演者：崔準哲（産業技術総合研究所

触媒化学融合研究センター、筑波大学数理物質系物質工学域連携大学院）「触媒技術を利⽤した環境にやさしい化学反応プロセスの開発」
形式：オンライン
世話人：藤岡淳
2022/08/04

第 25 回 物 質 科 学 ・ 学 術 融 合 セ ミ ナ ー（ 共 催 ）講 演 者 ： 近 藤 剛 弘（ 筑波大学数理物質系物質工学域）「カーボンニュートラルに貢献する新材料の開発」
形式：オンライン
世話人：藤岡淳

2022/08/30

第 4 回元素化学セミナー・講演会（共催）講演者：長洞記嘉（福岡大 学 理 学 部 ）「 高 周 期 16 族 元 素 を 含 む カ チ オ ン 性 芳 香 族 化 合 物 の 合
成と性質」
形式：オンライン
世話人：笹森貴裕

2022/9/03

International

Main

Group

Element

Chemistry

Seminar

2022(IMECS-2022 ) （ 共 催 ） 講 演 者 ： 森 迫 祥 吾 （ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系 化学域）
会 場 ： 筑 波 大 学 総 合 研 究 棟 B0110 室 ・ 0112 室
世話人：笹森貴裕
2022/09/29

第 26 回 物 質 科 学 ・ 学 術 融 合 セ ミ ナ ー （ 共 催 ） 講 演 者 ： 南英 俊（ 筑波大学数理物質系物質工学域）「高温超伝導体によるテラヘルツ波発振素子」
形式：オンライン
世話人：藤岡淳
2022/09/30

超 分 子 化 学 講 演 会（ 共 催 ）講 演 者：Dr. Gu zman Gil-Ramirez (Universityof Lincoln, UK) 「 A perso nal jou rn ey in self-assemb ly: po rph yrins,
knots and lanthanides.」会 場 ： 筑 波 大 学 総 合 研 究 棟 B0110 室
世話人：中村貴志－ 13 －

2022/10/21

第 1 回数理物質系学術セミナー（共催）講演者：清水則孝（数理物
質 系 物 理 学 域 ccs）「 大 規 模 殻 模 型 計 算 に よ る 核 構 造 研 究 」
形式：オンライン
世話人：寺田康彦

2022/10/21

無機化学セミナー・講演会（共催）講演者：福住俊一（筑波大学数理物質系研究員、大阪大学名誉教授、梨花女子大学リサーチプロフェ ッ サ ー ）「 金 属 イ オ ン 共 役 電 子 移 動 」
会 場 ： 筑 波 大 学 第 1 エ リ ア D 棟 204 室
世話人：笹森貴裕

2022/10/24

第 5 回 元 素 化 学 セ ミ ナ ー・講 演 会（ 共 催 ）講 演 者：Thomas Baumg artner（ Yo rk University (Canada)）「 (Un)usual Phospho ru s-based Concepts for
Organic Materials」
形式：オンライン
世話人：笹森貴裕

2022/10/27

第 27 回 物 質 科 学 ・ 学 術 融 合 セ ミ ナ ー （ 共 催 ） 講 演 者 ： 高 橋 美 和 子（数理物質系物質工学域）「中性子散乱でみる構造揺らぎと相転移」
形式：オンライン
世話人：山岸洋2022/11/04

セミナー（共催）講演者：荻津格（米国ローレンスリバモア国立研
究 所 ）「 筑 波 大 学 第 三 学 群 基 礎 工 学 類 か ら 米 国 で の 研 究 生 活 へ 」
形式：オンライン
世話人：近藤剛弘

2022/11/09

物質科学セミナー（共催）講演者：武安光太郎（数理物質系物質工学域「不均一系触媒反応のエナジェティクスとキネティクス」
形式：オンライン
世話人：山岸洋2022/11/14

TREMS セ ミ ナ ー （ 主 催 ） 講 演 者 ： 土 戸 良 高 （ 東 京 理 科 大 学 理 学 部
第 一 部 化 学 科「 大 環 状 金 錯 体 へ の 自 己 集 合 を 鍵 と し た シ ク ロ パ ラ フ
ェニレン類の新規合成法」
会 場 ： 筑 波 大 学 総 合 研 究 棟 B0110 室
世話人：桑原純平

2022/11/17

物 質 科 学 セ ミ ナ ー（ 共 催 ）講 演 者： Ms. K aro lin a Po łcz yń ska (In s titu te of
Exp er ime n ta l Ph ys ics ,Un iv ers ity of Wars aw, Po land) 「 Sing le magnetic
dop an ts and how to f ind th em」

会 場 ： 筑 波 大 学 第 3 エ リ ア F 棟 600 室
世話人：山岸洋2022/12/01

物質科学セミナー（共催）講演者：高谷光 （ 帝 京 科 学 大 学 ）「 反応 性 有 機 金 属 種 の X 線 吸 収 分 光（ XAS）分 析 を 基 盤 と す る 反 応 機 構 研
究」－ 14 －

場 所 ： 3B213

プレゼンテーションルーム

世話人：山岸洋2022/12/13

物 質 科 学 セ ミ ナ ー （ 共 催 ） 講 演 者 ： Ken Leung（ Hon g Kong Baptis t
University）「 Nanoth eran ostics with Designed Drug Carriers and Mass
Spectrometry Imaging」
場 所 ： 筑 波 大 学 第 3 エ リ ア F 棟 60 0 室
世話人：山岸洋2022/12/14

物性論セミナー（共催）講演者：溝口知成（数理物質系物理学域）
形式：オンライン
世話人：初貝安弘

2022/12/16

物 質 科 学 セ ミ ナ ー（ 共 催 ）講 演 者 ： 田 﨑

亘（ 数 理 物 質 系 物 質 工 学域）「 多 成 分 合 金 設 計 手 法 と 組 織 制 御 を 活 用 し た 形 状 記 憶・超 弾 性 ・
低ヤング率合金の研究」
形式：オンライン
世話人：山岸洋2022/12/22

物 質 科 学 セ ミ ナ ー（ 共 催 ）講 演 者 ： Jer-Shing Huang (Leibniz In stituteof Photonic Technology)「 Nano structu re-en hanc ed nonlinear op tics,

chiroptical sensing, and super-resolutio n ch iral imag ing」
場 所 ： 3B213

プレゼンテーションルーム

世話人：山岸洋2022/12/27

第 28 回 物 質 科 学・学 術 融 合 セ ミ ナ ー（ 共 催 ）講 演 者：小 林 正 美（ 数
理物質系物質工学域

准 教 授 ）「 葉 緑 素 の 基 礎 研 究 」

形式：オンライン
世話人：山岸洋2023/02/15

物 性 論 セ ミ ナ ー（ 共 催 ）講 演 者 ： 工 藤 耕 司（ ペ ン シ ル ベ ニ ア 州 立 大
学 Prof. Jain's group 日 本 学 術 振 興 会 海 外 特 別 研 究 員 ）「 Numerical
study of the Hubbard mo d el fo r se mio ns an d an yon superco nducto r」
形式：オンライン
世話人：初貝安弘

2023/02/27

第 6 回 元 素 化 学 セ ミ ナ ー ・ 講 演 会 （ 共 催 ） 講 演 者 ： Eric Rivard(UniversityofAlberta(Canada))“Frustrated

Lewis

Pair

(FLP)

Chelation for Main Group Materials Synthesis”
形式：オンライン
世話人：笹森貴裕
シンポジウム・ワークショップ・研究会
2022/08/29-31 第 10 回 TIA ナ ノ グ リ ー ン ・ サ マ ー ス ク ー ル
則 包 恭 央 （ 産 業 技 術 総 合 研 究 所 ）、 雨 宮 健 太 （ 高 エ ネ ル ギ ー 加 速 器
研 究 機 構 ）、筒 井 智 嗣（ 高 輝 度 光 科 学 研 究 セ ン タ ー ）、安 田 弘 之（ 産－ 15 －

業 技 術 総 合 研 究 所 ）、 松 尾

豊 （ 名 古 屋 大 学 ）、 竹 口 雅 樹 （ 物 質 ・ 材

料 研 究 機 構 ）、坂 田 修 身（ 高 輝 度 光 科 学 研 究 セ ン タ ー ）、ア ド バ イ ザー 竹 内 勝 彦 （ 産 業 技 術 総 合 研 究 所 ）、 高 井 淳 朗 （ 物 質 ・ 材 料 研 究 機
構）
形式：オンライン
世話人：初貝安弘
2022/10/28

第 4 回筑波大学産学シンポジウム
神 原 貴 樹（ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系 ）、近 藤 剛 弘（ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系 ）形式：コンファレンススクエアエムプラス
主 催 ： 国 立 大 学 法 人 筑 波 大 学 国 際 産 学 連 携 本 部 協 賛 ： TMIP(Tokyo
Marunou chi Innovation Platfo rm)

2022/11/28-29 The 8th Southeast Asia Co llabo rativ e Symp o siu m on Energy Materials(SACSEM 8th ) TGSW202 2
Prof. Yohei Yama moto（ University o f Tsukuba,TREMS）、Prof. Takahiro
Kondo（ Univ ersity of Tsuk uba,TREMS）、 Prof. Sepehri Amin Hossein（ University of Tsukub ）、 Prof. Yu ichiro Himeda （ University ofTsuk uba,TREMS）、 Dr. Muhammad Iqbal（ In stitut Tekno logi Bandung
ITB, Indonesia）、 Pro f. Lo rn a Jeffery Ming gu（ Universiti Kebang saan
Malaysia）、Dr. Vidh ya Selv anathan（ Universiti Keb angsaan Malaysia）、
Dr. Lila Iznita Izhar（ Universiti Teknologi PETRONAS）、Prof. Navadol
Laosiripojana（ King Mo ngkut's University o f Techno log y Thonb uri）、
Dr. Sven Reichenb erger （ Univ ersität Duisbu rg -Essen ）、 Pro f. Heiko
Wende（ Universität Duisbu rg -Essen ）、Pro f. Shaoqiang Chen（ East China
No rmal University）、Pro f. Elmer Estacio（ University o f the Philippines
Diliman）、 Prof. Kenta A me miya（ Un iversity o f Tsukuba ）、 Mr. Fadilla
Akhmad Fadel （ University o f Tsukuba ）、 Mr. Kentaro Maejima（ Univ ersity o f Tsukub a ）、 Mr. Fathan Aditya Sanjaya （ In stitut
Teknologi Bandun g ）、 Ms. Ch and ra Wuland ari （ In stitut Tekn ologi
Bandun g ）、 Mr. Muhammad Yovinand a Mau lan a （ Institut Tek nologi
Bandun g ）、 Ms. Syaza Amira Binti Razali （ Universiti Kebangsaan
Malaysia）、Mr. Md . Mah fu zul Haque（ Un iversiti Keb ang saan Malaysia ）、
Mr. Mohamad Adil Iman Bin Ishak（ Universiti Teknologi PETRONAS）、
Mr. Mohd So fi Bin Numin（ Universiti Teknologi PETRONAS）、 Ms.
Chanakarn

Piwnuan （ Kin g

Mo ngkut's

Univ ersityofTechno logy

Thonbu ri ）、 Ms. Wassana Lekkla （ Kin g Mongk ut's University ofTechnology Thonbu ri）、Ms. Saravy Du m（ King Mongku t's Univ ersity ofTechnology Thonbu ri）、Ms. Johanna Lill（ Universität Duisbu rg -Essen ）、
Mr. Timo Wagner（ Universität Duisburg-Essen）、 Mr. You yan g Wang
（ East China No rmal University）、 Ms. Ru i Wang（ East Chin a No rmal

－ 16 －

University）、 Mr. Vince Paul Juguilon（ University o f the Ph ilip pines
Diliman）、Mr. Jared Operaña（ Univ ersity o f the Philippines Diliman ）、
Prof. Muneaki Hase（ University o f Tsukuba ）形式：オンライン
世話人：山本洋平
2023/02/28

TREMS ワ ー ク シ ョ ッ プ （ 成 果 報 告 会 ）エネルギー物質部門
守 友 浩 「 エ ネ ル ギ ー 物 質 部 門 の 活 動 報 告 」（ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系 物
理 学 教 授 、 エ ネ ル ギ ー 物 質 部 門 長 ）、 都 倉 康 弘 「 量 子 熱 機 関 、 量 子
バ ッ テ リ ー の 効 率 ・ パ ワ ー に つ い て 」（ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系 物 理 学
教 授 ）、初 貝 安 弘「 ト ポ ロ ジ カ ル ポ ン プ の 電 気 回 路 で の 実 装 」（筑波
大学数理物質系物理学教授）
電気エネルギー制御部門
上 殿 明 良 「 全 体 報 告 」（ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系 物 理 工 学 教 授 、 電 気 エ
ネ ル ギ ー 制 御 部 門 長 ）、 岩 室 憲 幸 「 SiC-MOSFET 内 蔵 ダ イ オ ー ド の破壊耐量向上」（ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系 物 理 工 学 教 授 ）、奥 村 宏 典「 窒化 ガ リ ウ ム を 用 い た 放 射 線 検 出 器 」（ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系 物 理 工 学
助教）
マテリアル分子設計部門
笹 森 貴 裕 「 マ テ リ ア ル 分 子 設 計 部 門 の 紹 介 」（ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系
化 学 教 授 、マ テ リ ア ル 分 子 設 計 部 門 長 ）山 本 洋 平（ 筑 波 大 学 数 理 物
質 系 物 質 工 学 教 授 ）、近 藤 剛 弘（ 筑 波 大 学 数 理 物 質 系 物 質 工 学 教 授 ）形式：オンライン
世 話 人 ： 神 原 貴 樹 、 TREMS 事 務 室

2023/03/14

第 3回

有機無機スピンエレクトロニクス研究会

服 部 利 明 、小 林 伸 彦 、石 井 宏 幸 、藤 岡 淳 、日 野 健 一 、黒 田 眞 司 、神原貴樹、所裕子、前島展也、薛冬、梅田享英、丸本一弘
形式：オンライン
世話人：丸本一弘－ 17 －

3.3 エ ネ ル ギ ー 物 質 科 学 研 究 セ ン タ ー 実 績 報 告エ ネ ル ギ ー 物 質 科 学 研 究 セ ン タ ー （ TREMS） は 、 エ ネ ル ギ ー 物 質 科 学 に 係 わ る 研 究を 推 進 す る と と も に 、グ ロ ー バ ル な 視 野 と 競 争 力 を 持 つ 若 手 研 究 者 の 育 成 、及 び つ く
ば 地 区 の 研 究 拠 点 と な る べ く 活 動 を 行 っ て お り 、基 礎 的 な 研 究 成 果 の 社 会 還 元 や 国 際
研 究 協 力 に も 努 め て い る 。新 型 コ ロ ナ ウ ィ ル ス 感 染 防 止 対 策 で 活 動 が 制 限 さ れ る 中 で 、2021 年 度 も 引 き 続 き オ ン ラ イ ン を で き る だ け 活 用 し て 、学 内 外 の 最 新 の 研 究 ト ピ ッ ク
ス の 紹 介 ・ 意 見 交 換 を 積 極 的 に 行 い 、学 内 外 に お け る 連 携 ・ 共 同 研 究 を 促 進 す る 活 動に 努 め た 。海 外 の 研 究 機 関 と の ジ ョ イ ン ト シ ン ポ ジ ウ ム も オ ン ラ イ ン 会 議 と し て 開 催
し 、国 際 的 な 連 携 強 化 の 推 進 を 図 っ た 。総 計 と し て は 、シ ン ポ ジ ウ ム・ワ ー ク シ ョ ップ の 主 催 ・ 共 催 が 5 回 、 セ ミ ナ ー ・ 講 習 会 は （ 共 催 含 む ） 29 回 と な っ た 。 さ ら に 、 教
育 的 な 観 点 か ら 継 続 し て い る ナ ノ グ リ ー ン・サ マ ー ス ク ー ル も オ ン ラ イ ン 形 式 で 開 催
し 、 TREMS 教 員 ・ 客 員 教 員 が 講 義 及 び ポ ス タ ー 発 表 等 の 指 導 を 実 施 す る こ と で 、 ナ
ノ グ リ ー ン 分 野 の 若 手 研 究 者 の 育 成 を 推 進 し た 。そ の 他 、多 く の 外 部 資 金 の 獲 得 や 受
賞 、 国 内 外 の 学 会 で の 発 表 、 国 際 一 流 誌 へ の 多 数 の 論 文 発 表 な ど 、 2021 年 度 も 本 セ
ン タ ー の 活 動 は 極 め て 順 調 で あ り 、筑 波 大 学 の プ レ ゼ ン ス の 向 上 に 少 な か ら ず 貢 献 することができた。

第 10 回 TIA ナ ノ グ ー ン ・ サ マ ー ス ク ー ル
TIA 連 携 大 学 院 サ マ ー ・ オ ー プ ン フ ェ ス テ ィ バ ル
2022 の 一 環 と し て 、 2022 年 8 月 29 日 か ら 31 日 ま での 3 日 間 、 第 10 回 TIA ナ ノ グ リ ー ン ・ サ マ ー ス ク ー
ル を 開 催 し た 。コ ロ ナ ウ イ ル ス 感 染 状 況 を 考 慮 し て 今
回 も 前 回 に 引 続 き 、オ ン ラ イ ン で 実 施 し た 。そ の た め 、恒 例 の 国 立 研 究 開 発 法 人 物 質・材 料 研 究 機 構 (NIMS)の 施 設 見 学 は 中 止 と し た 。本 ス ク ー ル は ナ ノ グ リ ー ン
分野の研究に興味をもつ学生および社会人を対象に
開 校 さ れ て お り 、今 回 の 参 加 者 は 計 8 名 で 、筑 波 大 学
院生 7 名、学部学生 1 名であった。
講 義 で は 、世 界 第 一 線 で 活 躍 す る 7 名 の 専 門 家 を 講
師 と し て 招 聘 し 、 そ れ ぞ れ 90 分 間 で 化 学 変 換 、 先 端
計 測 、光 機 能 性 有 機 材 料 、放 射 光 に よ る 分 析 、太 陽 電
池 な ど 、ナ ノ グ リ ー ン 分 野 に 関 連 す る 基 礎 か ら 最 先 端 の 応 用 研 究 ま で の 幅 広 い 内 容 の講義を行った。また、参加学生全員による各自の研究発表を実施した。
日時：2022 年 8 月 29 日 （ 月 ） ～ 8 月 31 日 （ 水 ）主 催 ： 筑 波 大 学 大 学 院 理 工 情 報 生 命 学 術 院 数 理 物 質 科 学 研 究 群 :筑 波 大 学 エ ネ ル ギ ー
物 質 科 学 研 究 セ ン タ ー (TREMS)
方 法 ： Zoom に よ る オ ン ラ イ ン 講 義－ 18 －

実施内容：
8 月 29 日 （ 月 ） 始 業 式 ， オ ン ラ イ ン 講 義 （ 90 分 ） 2 コ マ
8 月 30 日（ 火 ）オ ン ラ イ ン 講 義（ 90 分 ）3 コ マ ，参 加 学 生 全 員 に よ る ナ ノ グ リ ー ン プ
レゼンテーション
8 月 29 日

始 業 式 ， オ ン ラ イ ン 講 義 （ 90 分 ） 2 コ マ ， 修 了 式

評価：レポートにより評価し優秀賞 6 名、最優秀賞 1 名を選考
担 当 教 員 ： 初 貝 安 弘 （ TREMS）、 笠 井 秀 隆 （ TREMS）、 小 林 航 （ TREMS）
講師：
則包恭央（産業技術総合研究所，筑波大学客員教授）
雨宮健太（高エネルギー加速器研究機構，筑波大学客員教授）
筒井智嗣（高輝度光科学研究センター，筑波大学客員教授）
安田弘之（産業技術総合研究所，筑波大学客員教授）
松尾豊（名古屋大学，筑波大学客員教授）

竹口雅樹（物質・材料研究機構，筑波大学客員教授）
坂田修身（高輝度光科学研究センター，筑波大学客員教授）
アドバイザー

竹 内 勝 彦 （ 産 業 技 術 総 合 研 究 所 ）、 高 井 淳 朗 （ 物 質 ・ 材 料 研 究 機 構 ）The 8ｔｈ Southeast Asia Collaborative Symposium on Energy Materials (SACSEM8th)
イ ン ド ネ シ ア 、マ レ ー シ ア 、タ イ 、フ ィ リ ピ ン な どの東南アジアの大学とのエネルギー材料研究 に関する学術交流を深めるためのシンポジウムを開催した 。イ ン ド ネ シ ア の Institut Teknologi Bandun g (ITB)、
マ レ ー シ ア の Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM)
お よ び Universiti Teknologi PETRONAS (UTP)、 タ イのKing

Mongkut's

University

Thonburi(KMUTT) 、 フ ィ リ ピ ン のofTechn olog y
University ofPhilippines, Diliman(UPD) 、 ド イ ツ のUniv ersität

Duisburg-Essen (CENIDE) 、 お よ び 今 回 か ら 参 加 の 華
東 師 範 大 学 (ECNU) と 筑 波 大 学 お よ び つ く ば 地 区 の 研
究 機 関 （ NIMS, AIST, KEK） が 交 流 を 深 め る た め に 、2 日間のオンラインシンポジウムを実施した。教員の プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン （ 11 月 28 日 ）、 学 生 の プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン （ 11 月 29 日 ） を 行
い 、計 80 名 が 参 加 し た 。研 究 分 野 と し て は 、太 陽 電 池 、燃 料 電 池 触 媒 、バ ッ テ リ ー 、
光機能材料、水素生成材料などエネルギー・環境材料の研究が多かった。
開 催 日 時 :2022 年 11 月 28 日 （月 ）〜2 9 日 （火 ）形 式 ：オンライン Zoom
世 話 人 ：山 本 洋 平 （筑 波 大 学 数 理 物 質 系 教 授 ） 、－ 19 －

参 加 者 数 :80 名
内訳：
講 演 者 ：32 名 （教 員 ・講 師 14 名 、学 生 18 名 ） 関 係 聴 講 者 ：4 8 名
担 当 部 署 :国 際 マテリアルズイノベーション学 位 プログラム、エネルギー物 質 科 学 研 究 センター
オーガナイザー : 山 本 洋 平 、長 谷 宗 明 、羽 田 真 毅
参 加 大 学 ・機 関 :Institut Tekno logi Bandun g (ITB)
Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM)
Universiti Teknologi PETRONAS (UTP)
Universität Duisburg-Essen (UDE)
King Mongku t's University o f Techno log y Thonb u ri (KMUTT)
University of Philippines, Diliman(UPD)
East China Normal University (ECNU)
University of Tsukuba (UT)National Institute for Materials Science (NIMS)
National Institute for Advanced Industrial Science and Techn ology (AIST)High Energy Accelerator Research Org anization (KEK)

TREMS ワークショップ（成果報告会）
2023 年 2 月 28 日（火）に「エネルギー物質科学研究センターTREMS ワークショップ（成果報告会）」
をオンライン Zoom にて開催した。マテリアル分子設計部門、エネルギー物質部門、電気エネルギー制御部門の本年度の研究成果とトピックスの紹介を行った。
開催日時：2023 年 2 月 28 日（火） 13：30～16：30
開催形式：オンライン(Zoom)
参加人数：51 名－ 20 －

3.4

TREMS が関わるその他の活動

・2022 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：3 次元構造を持つホウ化水素関連物質群の合成と構造解析（研究代表者：近藤剛弘）
本研究では 3 次元構造を持つホウ化水素関連物質群を合成し評価することを目標として進めてきた。
筑波大で合成と物性評価を行い、NIMS で構造解析を行うという連携を促進した結果、CaB6 や YB6のような六ホウ化物では少なくとも結晶表面部位近傍において半分の Ca が H と交換した特異な構造が形成されていることが示された。一方で X 線回折の精密解析では大部分が未反応の六ホウ化物であるため、構造内部までをイオン交換をするためにスタート物質の微細化の必要性などの課題も明らかとなった。
・2022 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：高機能有機無機スピンエレクトロニク
ス TIA 連携研究（研究代表者：丸本一弘）
本研究では、従来のマクロ解析技術に加えて、オペランドスピン解析や理論解析による分子・原子レベルのミクロ解析技術も活用し、有機無機材料やそのデバイスの解析を深化させ、その知見に基づいて更なる現象解明やデバイス性能の向上を推進するための TIA 連携研究拠点を形成することを目指した。デバイスとしてトランジスタ、太陽電池、熱電、発光ダイオード（LED）等を研究し、これらの有機無機材料やデバイスにおける諸現象をマクロ及びミクロな観点から統一的に理解することを進めた。そして、これらのデバイスの機能と性能を支配する要因を解明し、高機能・高性能
な有機無機デバイスの開発を行った。そのため、ミクロ解析技術、材料合成技術、マクロ解析技術・
デバイス作製技術の、異分野融合による革新的技術を開発し、効率的に活用する研究拠点形成を進めた。この研究は 2023 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」でも継続する予定である。
・2022 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：高耐電圧パワーデバイスパッケージの耐電圧と放熱のトレードオフに関する調査Ⅱ（機関代表者：磯部高範）
SiC-MOSFET により 10 kV を超える耐圧のパワーデバイスが実用化されつつある中，配電系統にト
ランスなしで直接接続することで低損失かつ小型化を可能とする電力変換器の実現が期待されている。産総研ではこのような応用に適用可能である，小型でありながら超高耐圧であるデバイスパッ
ケージを開発した。本プロジェクトでは，このデバイスの放熱性能について調査し，主に配電網に直接連系する電力機器の実現に向けた検討を行っている。この研究は 2022 年度 TIA 連携プログラ
ム探索推進事業「かけはし」でも継続が決定している。
・2022 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：超ワイドバンドギャップ半導体の点欠陥分析手法の調査研究（研究代表者：上殿明良）山崎聡（AIST））継続
2020 年度「陽電子消滅とカソードルミネッセンスを用いた超ワイドバンドギャップ半導体の欠陥評
価方法の調査研究」より継続
新しい深紫外発光材料やパワーエレクトロニクス材料として AlN、BN、 Ga2O3、ダイヤモンド等の開発が急がれている。本プログラムでは、筑波大学を代表とする参加機関により TIA 点欠陥評価－ 21 －

アライアンスを構成、これら超ワイドギャップ半導体の点欠陥評価手法を開発する。
・2022 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：高放射線耐性半導体を用いたピクセル検出器実証に向けた調査研究（機関代表者：奥村宏典）
次世代加速器開発に向けて、高放射線耐性の半導体検出器の開発が求められている。従来の検出器に使われている Si と比べて、更に放射線耐性に優れる材料として、ワイドギャップ半導体と Cu(Inx,Ga1−x)Se2 (CIGS)に着目した。CIGS は放射線曝露により特性が劣化するものの、100 度程度の熱により特性を何度も回復させることができる。本プログラムでは、CIGS 検出器の特性回復機構の解明を行う。また、ワイドギャップ半導体の中でもより多くの信号が得られる GaN を用い、単一粒子の2 次元位置検出器の作製を行う。
・筑波大学海外教育研究ユニット招致プログラム：オーフス大学材料結晶学センター研究室（西堀英治）
スーパーグローバル大学創成支援の一環として海外の世界トップレベルの大学、研究所機関の外国人研究者を Principal Investigator(PI)および副 PI として招致し、本学内に世界トップレベルの教育機関拠点を実現することにより国際共同研究の強化、国際共著論文の増加、海外の大学または研究機関との教育および研究の連携強化等を図ることを目的としている。2020 年度より名前をオーフス
大学融合材料研究センター研究室 （西堀英治）に変更し、PI 教員を追加した。追加 PI による TIA
サマーレクチャーが 2021 年度に行われた。2022 年度は追加 PI が退職した。
・2022 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：スピネル酸化物薄膜のスピントロニク
ス素子応用に向けた調査研究 TIA 連携研究（研究代表者：柳原英人）
本研究では、電圧による磁気層間結合の制御可能性について実験的に検討を行った。絶縁性強磁性体を用いることでより容易により大きな電圧を印加できる可能性があることから、反強磁性的磁気層間結合を示す金属/酸化物複合強磁性界面に着目し、この系にバイアス電圧を印加するための下部電極層の探索、積層構造の成膜条件最適化を試みた。
本研究の連携先である NIMS において、バイアス電圧印加可能な 5 端子ホールバーの素子化を実施した。作製した素子にバイアス電圧を印加しながらその異常ホール効果を測定したところ、交換磁場に変化が確認された。これは磁気層間結合の電圧制御が示唆される結果である。しかしながら現在のところ 1 つの素子でのみこの現象が確認されていることから今後再現性の確認が不可欠である。
今回の成果は、大学院生が連携機関に出向き、連携研究者と議論を交わしながら試行錯誤した結果得られたものであり、本プログラムでの連携が有効に機能したものである。尚、この研究は 2023 年
度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」でも継続する予定である。

－ 22 －

内澤謙昇（数理物質科学研究群・M2）

4.研究活動報告

林田健志（数理物質科学研究群・M2）
本間海斗（数理物質科学研究群・M2）

4.1

宮本尚人（数理物質科学研究群・M2）（１）マテリアル分子設計部門

Singh Ravi（数理物質科学研究群・M2）
藤平右京（数理物質科学研究群・M2）

教員：

五十嵐大也（数理物質科学研究群・M2）

中村潤児（数理物質系・物質工学域・教授）

石田成輝（数理物質科学研究群・M2）

神原貴樹（数理物質系・物質工学域・教授）

小林響也（数理物質科学研究群・M2）

笹森貴裕（数理物質系・化学域・教授）

恩田直樹（数理物質科学研究群・M2）

山本洋平（数理物質系・物質工学域・教授）周亮

近藤剛弘（数理物質系・物質工学域・准教授）

王展威 （数理物質科学研究群・M2）

辻村清也（数理物質系・物質工学域・准教授）

髙橋慧 （数理物質科学研究群・M2）

桑原純平（数理物質系・物質工学域・准教授）

瀧本梨紗（数理物質科学研究群・M2）

武安光太郎（数理物質系・物質工学域・助教）

井原悠太（数理物質科学研究群・M2）

森迫祥吾（数理物質系・化学域・助教）

大和田啓行（数理物質科学研究群・M2）

中村貴志（数理物質系・化学域・助教）

丹治憲治（数理物質科学研究群・M2）

山岸洋 （数理物質系・物質工学域・助教）

後藤和歩（数理物質科学研究群・M2）

鍋島達弥（TREMS・特命教授）

吉岡ひかり（数理物質科学研究群・M2）（数理物質科学研究群・M2）

栗山宏斗（数理物質科学研究群・M2）
研究員：

Zhou Anqi（数理物質科学研究群・M2）

櫛田創（JSPS 特別研究員 SPD）

片根優太（数理物質科学研究群・M1）

Dasari Venkatakrishnarao（CREST 研究員）

清水玲 （数理物質科学研究群・M1）

Wey Yih Heah （NEDO 研究員）

関根七海（数理物質科学研究群・M1）

引地美亜（技術職員）

津田光葉（数理物質科学研究群・M1）

伊藤伸一（客員研究員）

藤田翔子（数理物質科学研究群・M1）
Arsyad Rafiq（数理物質科学研究群・M1）

大学院生：

行弘環 （数理物質科学研究群・M1）

小野瀬悠佑（数理物質科学研究科・D3）

野口奨太（数理物質科学研究群・M1）

佐藤亮太（数理物質科学研究群・D3）

山田康平（数理物質科学研究群・M1）

Shuai Zhao（数理物質科学研究科・D3）

飯田智希（数理物質科学研究群・M1）

Silvia SATO SOTO（数理物質科学研究群・D3）

宮田健太（数理物質科学研究群・M1）

Jannatul MORSHED（数理物質科学研究群・D3）

佐藤 駿里（数理物質科学研究群・M1）

Nuning Anugrah Putri Namari（数理物質科学研究中山 颯大（数理物質科学研究群・M1）

群・D2）

前島 賢太郎（数理物質科学研究群・M1）

Mo Yan （数理物質科学研究群・D2）

宮川 順乃介（数理物質科学研究群・M1）

陳俊暉 （数理物質科学研究群・D2）

Liao Xinyen（数理物質科学研究群・M1）

李玲慧 （数理物質科学研究群・D2）

康子豪 （数理物質科学研究群・M1）

Motaher HOSSAIN（数理物質科学研究群・D2）

渡邉範陳（数理物質科学研究群・M1）

大山真紀子（数理物質科学研究群・D2）

野口夏未（数理物質科学研究群・M1）

岩森涼太（数理物質科学研究群・D1）

袁枚

单元戎

（数理物質科学研究群・D1）

平原雄一（数理物質科学研究群・M1）

Suharman（数理物質科学研究群・D1）

大栗由希（数理物質科学研究群・M1）

向柴巧 （数理物質科学研究群・M2）

佐藤翔太（数理物質科学研究群・M1）－ 23 －（数理物質科学研究群・M1）

胡高興 （数理物質科学研究群・M1）
渡部悟 （数理物質科学研究群・M1）－ 24 －

中村潤児、武安光太郎＜研究成果＞
2022 年度は、 【1】 窒素ドープカーボン触媒のメカニズムに基づいて、疎水性とプロトン伝導性を両立する触媒を調製し、燃料電池正極のメタルフ
リー触媒としては世界最高レベルの性能を持たせることに成功した。 また、【2】CO2 の水素化によるメタノール合成において、半世紀もの間議論が続いていた律速過程周辺の反応中間体を明らかに
した。
【 1 】
現在商用化されている水素燃料電池の正極には、高性能な白金系触媒が使われているが、白金は高価であることに加え、地球上の埋蔵量が非常に限られている。そのため、水素燃料電池の将来的な広範な普及のためには、白金を用いない触媒の開発が不可欠となる。その有力な候補の一つとして、耐久性が高く、コストが低いという点で、窒素ドープカーボン触媒が挙げられる。しかしながら、窒素ドープカーボン触媒は、アルカリ性環境下では高い活性を示すものの、実際の燃料電池セルでは、酸性のプロト
ン透過膜を用いるため、酸性環境下で触媒活性が低下してしまうことが、実用上の壁となっていた。
我々はこれまでに、窒素ドープカーボン触媒について、酸性環境下での活性低下のメカニズムを調べ、反応中に活性点が水和することが、その主要因となり得ることを明らかにしてきた。つまり、酸性環境下での活性を向上させる
ためには、活性点の水和を防ぐことが重要になる。しかしながら、活性点近傍の疎水性を高めてしまうと、反応に必要なプロトンが活性点へ供給されにくくなってしまう。そこで、プロトン伝導を担う微粒子を活性点近傍へ導入し、疎水性を損なうことなくプロトン供給が可能な構造を作製することを試みた。
窒素ドープカーボン触媒の中でも、高い活性を持つ傾向にある窒素ドープグラフェンをベースにした触媒調製を試みた。通常の窒素ドー
プグラフェンの調製方法では、窒素ドープを行うために、酸化グラフェンをアンモニア雰囲気で加熱する。しかしこの際、グラフェン同士が積み重なって塊を作ってしまい、活性点近傍の疎水性を高めることができない。そこでまず、
酸化グラフェンと NaCl 水溶液を混ぜ合わせた
後に、水を蒸発させることで NaCl を結晶化させ、その周りを酸化グラフェンが覆った構造を作製した。この構造では、グラフェン同士が積
み重なることはない。これをアンモニア雰囲気で加熱して窒素ドープを行った後、NaCl を水溶させて取り除くと、籠状の隙間を持った窒素
ドープグラフェンが得られた（図 1）。
この籠状構造の窒素ドープグラフェンの酸素
還元反応活性を測定したところ、酸性溶液中でもアルカリ性溶液中とほぼ同等、かつ、白金系触媒にも迫る発電電圧を示した（図 1）。また、各種顕微鏡観察などによる構造解析により、籠状構造内に酸素が気体としてトラップされ、反応のメカニズムも変化していることが分かった。つまり、籠状構造にすることでロータス効
果が発現して活性点近傍が疎水的になり、酸化還元反応の素過程が促進された。一方で過電圧を印加した際の電流値は白金系触媒と比較して大きな減衰を示し、活性点へのプロトン供給が十分ではないことが示唆された。そこで、プ
ロトン伝導を担う高分子をまとった SiO2 微粒子（ポリマーブラシシリカ粒子：PSiP）を籠状構造内へ導入してプロトン供給の道を作った
ところ、過電圧印加時の電流特性も白金系触媒と類似の傾向を示すまでに高めることができた。
この籠状窒素ドープグラフェン触媒は、メタ
ルフリー触媒としては世界最高レベルの正極
触媒活性を持ち、白金系触媒よりも高い耐久性を示す。非白金系のメタル触媒には、より高い
正極触媒活性を示すものがあるが、耐久性は白金系触媒に及ばないことから、長時間の運用においては、籠状窒素ドープグラフェン触媒の方に優位性があると考えられる。
今後は、この正極触媒活性を燃料電池セルにおいても引き出すことが課題になる。既存の燃料電池セルの作製条件は、白金系触媒に対して最適化されており、窒素ドープグラフェン触媒へ最適化した作製条件を探索する必要がある。
同時に、電流特性に関してはさらなる改善の余地があり、反応メカニズムの解析なども踏まえ、－ 25 －

図 1. 本研究で合成した籠状窒素ドープグラフェン（caged-NrGO + PSiP）の模式図と、0.5 M H2SO4 水溶液中で測定した正極触媒活性。従来法で調製した窒素ドープグ
ラフェン（NrGO）と比較して活性が大きく向上し、白金系触媒（Pt/C）を代替しう
る電流・電圧特性を示している。
触媒特性の改良を目指す。

【 2 】2022 年現在、世界の CO2 排出量は 350
億トンを越えており、これは、人口 1 人あたり、平均して 1 日に 10 kg 以上もの CO2 を排出していることに相当する。この CO2 を再利用する技術として、メタノール合成が知られ、実用化がすでに始まっている。この反応は発熱反応であることから、反応温度が低いほど平衡転化率を高めることができるが、そのためには、反応メカニズムに基づいて触媒や反応システムを設計することが不可欠となる。CO2 の水素化によるメタノール合成では、Cu 系触媒、特にCu/ZnO 系触媒の活性が高く、半世紀にわたって研究が進められてきた。ところが、反応中間体の実験的な検出が困難なため、その反応素過程についてはいまだに明確になっていなかった。
反応メカニズムのうち、Cu/ZnO 系触媒の活性点についても議論が続いており、Cu-Zn 合金
サイトとする説や ZnO-Cu 界面とする説がある。CO2 の水素化によるメタノール合成の反応
素過程が明らかになれば、これらの議論に対する結論を導くことができる。
我々は、CO2 の水素化によるメタノール合成（CO2+3H2→CH3OH+H2O）の素過程を明らかにするために、フォーメート種（HCOOa）を生成した Cu(111)モデル触媒を用いました。この触媒を 200 K へ冷却した後に、原子状水素の曝露によって水素化を進行させ、反射赤外吸収分光法（IRAS）と昇温脱離法（TPD）による反応
中間体の測定を行った。その結果、HCOOa は銅触媒に対して、室温ではバイデンテート、200
K ではモノデンテート注 1)として存在し、温度に応じて可逆的に変化することが分かりました。さらに 200 K で原子状水素による水素化を行うと、HCOOa はジオキシメチレン（H2COOa）
へと水素化されることが分かった（図 2）。その後 Cu(111)の加熱を行うと、200K から 290K へ
かけて H2COOa が減少し、代わりに HCOOa が増加した。また、HCOOa を水素化した後には、
HCOOa の水素化物としてホルムアルデヒド(HCHO)が微量に検出された。これは、HCOOa
が原子状水素によって H2COOa へ水素化され、さらに 250 K 付近で HCHO と HCOOa へ熱分解されることを意味する。この温度と生成量の比
か ら 、 H2COOa→HCOOa+Ha お よ び
H2COOa→HCHO+Oa の活性化エネルギーを見積もると、それぞれ 63 kJ/mol および 68 kJ/molとなった。これらの値と第一原理計算および文献 デ ー タ を 用 い て 、 銅 表 面 上 で CO2 か ら－ 26 －

図 2. 本研究で得た CO2 の水素化によるメタノール合成のエネルギーダイアグラム。
紫字が今回の結果で解析した各種活性化エネルギーに対応し、その他の数値は文献値を表す。HCOOa+Ha→H2COOa の活性化エネルギー121±8 kJ/mol が最も高く、反応が進行する定常状態ではエタノール合成全体の見かけの活性 68±8 kJ/mol となり、銅粉体触媒上の値と合致することが分かった。

H2COOa を経由した CH3OH 合成のエネルギー
ダイアグラムを作成しました（図 2）。この図か
ら、バイデンテート HCOOa から H2COOa への水素化が律速段階となり、その活性化エネルギ
ーは 121±8 kJ/mol と見積もられた。さらに CO2からのメタノール合成の見かけの活性化エネ
ルギーは 68±8 kJ/mol となり、実際の Cu 粉体
触媒上での見かけの活性化エネルギーと合致しました。つまり、CO2 の水素化によるメタノール合成では、HCOOa および H2COOa を経由して水素化が進行し、HCOOa+Ha→H2COOa が反応律速過程であることが裏付けられた。
これまでメタノール合成反応のメカニズムに関してはさまざまな論争があり、今なお混沌としている。本研究ではモデル触媒を用いた実験によって不安定な反応中間体を検出した意
味は大きい。このエネルギーダイアグラムでは、
モノデンテート HCOOa を反応中間体とするメカニズムを仮定している。今回明らかになった

反応過程をもとに、Cu/ZnO 系触媒の活性点とその役割を明らかにするべく研究を続けている。すなわち、Zn/Cu(111)表面でのエネルギー
ダイアグラムの作成を目指している。これができればこれまで論争となっていた活性点および反応メカニズムを解明できる。また、律速過程となる HCOOa+Ha→H2COOa の反応を加速す
る触媒および反応システムの開発につながると期待される。

－ 27 －

＜論文＞

＜特許＞

1.

Hiroshi Shimizu, Ryo Toyoshima, Kazuhisa Isegawa,1. 近藤剛弘、中村潤児、西野弘晃、藤野朝日、藤森智Kazuhiko Mase, Junji Nakamura and Hiroshi Kondoh,

博、細野秀雄、宮内雅浩、「二次元ホウ化水素含有“A newly designed compact CEY-XAFS cell in the soft

シート、二次元ホウ素化合物含有シートの製造方

X-ray region and its application to surface XAFS法」
、2022 年 4 月 12 日登録 （特許第 7057569 号）.

measurements under ambient-pressure conditions2.

2. （出願）中村潤児、サントーシュ クマル

シン、

without photoinduced side eﬀects”, Phys. Chem. Chem.

武安光太郎、本間海斗、森永隆志、伊藤滋哲、森利Phys., 24, 2988-2996 (2022).

之、「酸素還元触媒およびその製造方法」、2022 年

KotaroTakeyasu,

Yasutaka

Sawaki,9 月 2 日出願（特願 2022-144151）.

TakumiImabayashi, Septia Eka Marsha Putra, Harry Handoko
Halim, Jiamei Quan, Yuji Hamamoto, Ikutaro Hamada,
Yoshitada Morikawa, Takahiro Kondo, Tadahiro
Fujitani, and Junji Nakamura, “Hydrogenation ofFormate Species Using Atomic Hydrogen on a Cu(111)Model Catalyst”, J.Am.Chem.Soc., 144, 12158-12166＜招待講演＞
1. 中村潤児、「窒素ドープカーボンのユニークな触媒機能」第 130 回触媒討論会（特別講演）、富山大学(2022).
3.

Guoping Chen, Santosh K. Singh, Kotaro Takeyasu,
Jonathan P. Hill, Junji Nakamura and Katsuhiko Ariga,

五福キャンパス、2022 年 9 月 21 日.
2. 中村潤児、“Mechanism of Heterogeneous Catalysis
Clarified by Surface Science Technique”日本化学会秋“Versatile nanoarchitectonics of Pt with morphology

季事業 第 12 回 CSJ 化学フェスタ 2022、タワーホ

control of oxygen reduction reaction catalysts”, Scienceand Technology of Advanced Materials, 23, 413-423(2022).
4.

ール船堀、 2022 年 10 月 19 日.
3. 武安光太郎、「ミトコンドリア呼吸鎖における反応
駆動由来の熱産生解析」第 21 回日本ミトコンドリ

Guoping Chen, Flavien Sciortino, Kotaro Takeyasu,
Junji Nakamura, Jonathan P. Hill, Lok Kumar Shrestha,and Katsuhiko Ariga, “Hollow Spherical Fullerene

ア学会年会、帝京大学、2023 年 3 月 17 日.
4. 中村潤児、「二酸化炭素からのメタノール合成における触媒活性点と反応機構」日本化学会 第 103 春

Obtained by Kinetically Controlled Liquid-Liquid

季年会（2023）、東京理科大学野田キャンパス、2023

Interfacial Precipitation”, Chem Asian J., 17 (20),e202200756 (2022).
5.

Santosh K. Singh, Kotaro Takeyasu, Kaito Homma,

年 3 月 24 日.
5. 武安光太郎、「表面反応におけるエネルギーの流れと制御因子の研究」日本物理学会

Shigeharu Ito, Takashi Morinaga, Yuto Endo, Moeko

会（日本物理学会若手奨励賞受賞記念講演）、オン

Furukawa, Toshiyuki Mori, Hirohito Ogasawara andライン開催、2023 年 3 月 24 日.

Junji Nakamura, “Activating Nitrogen-doped Graphene
OxygenReduction

Electrocatalysts

in2023 年春季大AcidicElectrolytes using Hydrophobic Cavities and Protonconductive Particles”, Angewandte Chemie. Int. Ed(15.336), 61 (51), e202212506 (2022).

6. Kotaro Takeyasu, Yuta Katane, Naoto Miyamoto, Mo
Yan, Junji Nakamura, “Experimental Verification of
Mixed-potential-driven

Catalysis”,

e-Journal

Surface Science and Nanotechnology, 21 (2022).

of＜学会発表＞
国際会議
1. Mo Yan, Kotaro Takeyasu, Junji Nakamura, “Nonequilibrium energetics of mixed-potential-driven surface－ 28 －

catalysis”, The 22nd International Vacuum Congress(IVC-22),

SapporoConvention

Center(Japan),

福キャンパス、2022 年 9 月 20 日.（口頭）3. 清水玲、林田健志、中村潤児、武安光太郎、「窒素

September 12, 2022. (Oral)

ドープカーボンモデル触媒の酸素還元反応におけ

2. Kenji Hayashida, Rei Shimizu, Yusuke Hikita, Kotaro

る pH 及び温度依存性」第 130 回触媒討論会、富山

Takeyasu, Junji Nakamura, “Deactivation mechanism of大学五福キャンパス、2022 年 9 月 20 日.（口頭）

N-doped carbon catalyst in acidic media”, The 22nd

4. 藤田翔子、本間海斗、遠藤悠人、Singh Santosh、武International Vacuum Congress (IVC-22), Sapporo

安光太郎、伊藤滋啓、森永隆志、中村潤児、「疎水

Convention Center (Japan), September 12, 2022.

性窒素ドープグラフェン触媒のかご状構造の制御」(Poster)

第 130 回触媒討論会、富山大学五福キャンパス、

3. Kaito Homma, Shoko Fujita, Santosh Singh, Kotaro

2022 年 9 月 20 日.（口頭）

Takeyasu, Junji Nakamura, “Design of N-doped carbon

5. 津田光葉、中村潤児、藤谷忠博、近藤剛弘、澤樹保

for ORR catalysts with hydrophobicity and proton隆、小島隆聖、武安光太郎、「Cu 系触媒による CO₂

conductivity”, The 22nd International Vacuum Congressからのメタノール合成反応のエネルギーダイアグ(IVC-22),

ラム」第 130 回触媒討論会、富山大学五福キャンパ

SapporoConvention

Center(Japan),September 15, 2022. (Oral)ス、2022 年 9 月 20 日.（口頭）4. Kotaro Takeyasu, Ryusei Kojima, Yasutaka Sawaki,

6. 片根優太、宮本尚人、武安光太郎、中村潤児、「混

Takumi Imabayashi, Jiamei Quan, Takahiro Kondo,

成電位駆動型 CO2 還元触媒反応のメカニズム」第Tadahiro Fujitani, Junji Nakamura, “Comparison of

130 回触媒討論会、富山大学五福キャンパス、2022

kinetics in CO2 -methanol conversion on Cu(111) model

年 9 月 22 日.（口頭）surface and powder catalysts”, The 22nd International

7. 宮本尚人、片根優太、武安光太郎、中村潤児、「CO2

Vacuum Congress (IVC-22), Sapporo Convention

還元における混成電位駆動型反応の検証」第 130 回

Center (Japan), September 15, 2022. (Oral)

触媒討論会、富山大学五福キャンパス、2022 年 9

5. Nuning Anugrah Putri Namari, Kotaro Takeyasu, Junji
Nakamura, “Heat Generation Mechanism in Respiratory
Chain

ReactioninMitochondria”,

The

月 26 日.（ポスター）
8. 内澤謙昇、武安光太郎、中村潤児、「Au/TiO2 触媒上

22ndの CO 酸化における混成電位駆動型反応の検証」第International Vacuum Congress (IVC-22), Sapporo

130 回触媒討論会、富山大学五福キャンパス、2022

Convention Center (Japan), September 15, 2022. (Oral)

年 9 月 26 日.（ポスター）

6. Kenji Hayashida, Rei Shimizu, Yusuke Hikita, Kotaro

9. 武安光太郎、Namari Nuning、中村潤児、「ミトコン

Takeyasu, Junji Nakamura, “Deactivation Mechanism of

ドリア呼吸鎖における熱産生の物理化学的メカニ

Pyridinic Nitrogen-Doped Carbon for ORR in Acidic

ズム（Physicochemical mechanism of heat generation

Media”, The 242nd ECS Meeting, The Hilton Atlanta

in mitochondrial respiratory chain）」第 60 回日本生物(USA), October 12, 2022. (Oral)

物理学会年会、函館アリーナ、2022 年 9 月 29 日.
（口頭）
10. Nuning Anugrah Putri Namari, Kotaro Takeyasu, Junji

国内会議

Nakamura, ”Overpotential Estimation in Enzymatic
1. 林田健志、清水玲、引田悠介、中村潤児、武安光太

Reactions of Mitochondrial Respiratory Chains”第 60

郎、「酸電解液中での窒素ドープカーボン酸素還元

回日本生物物理学会年会、函館アリーナ、2022 年

触媒の活性低下メカニズム」第 130 回触媒討論会、

9 月 30 日. （ポスター）

富山大学五福キャンパス、2022 年 9 月 20 日.（口11. 林田健志、清水玲、中村潤児、武安光太郎、「窒素

頭）

ドープカーボン触媒の酸素還元活性と pH 依存性」

2. 本間海斗、藤田翔子、遠藤悠人、Singh Santosh、武第 49 回炭素材料学会年会、姫路市市民会館、2022

安光太郎、伊藤滋啓、森永隆志、中村潤児、「窒素

年 12 月 7 日. （口頭）学生優秀口頭発表賞受賞

ドープグラフェン酸素還元反応触媒の疎水性効果

12. 本間海斗、藤田翔子、遠藤悠人、Singh Santosh、武とプロトン伝導」第 130 回触媒討論会、富山大学五安光太郎、伊藤滋啓、森永隆志、中村潤児、「酸素－ 29 －

還元反応に対する窒素ドープグラフェン触媒の疎水性効果とプロトン伝導の両立による活性向上」
第 49 回炭素材料学会年会、姫路市市民会館、2022
年 12 月 7 日. （口頭）13. 林田健志、清水玲、中村潤児、武安光太郎、「窒素
ドープカーボン触媒の pH による活性決定過程の変化」表面・界面スペクトロスコピー2022、岡崎コンファレンスセンター、2022 年 12 月 9 日.（口頭）14. 本間海斗、Singh Santosh、藤田翔子、伊藤滋啓、森永隆志、武安光太郎、中村潤児、「疎水性効果とプ
ロトン伝導の両立による窒素ドープグラフェン酸
素還元反応触媒の活性向上」表面・界面スペクトロ
スコピー2022、岡崎コンファレンスセンター、2022
年 12 月 9 日. （口頭）ステューデントプライズ受賞
15. 齋藤詳太、林田健志、中村潤児、武安光太郎、「電
極触媒反応解析用 in-situ CARS 装置の開発」表面・
界面スペクトロスコピー2022、岡崎コンファレン
スセンター、2022 年 12 月 9 日. （ポスター）－ 30 －

神原貴樹、桑原純平

このような特異的な位置選択性が発現する機<研究成果>

構を解明すると共に、アントラセン誘導体の合当研究室では、環境・省エネルギー関連の電子・成へと展開した (Scheme 2)。アントラセンにお光機能物質の創製と応用をターゲットとした研いても一段階でペンタフルオロベンゼン二置換究を行っている。本年度は、新たな物質創製を支体を合成可能であった。得られる二種類の異性える効率的な合成手法の開拓を中心に研究を進

体のうち、2,6 異性体を別途大量合成し、電界効めた。

果型トランジスタの n 型半導体材料としての評価を行った。その結果、良好な電子移動度[ 1 ] 脱水素型クロスカップリング反応による有(0.12 ± 0.02 cm2/Vs) を示すことを明らかにした機半導体材料の合成(図 1)。

脱水素型クロスカップリング反応 (C-H/C-H
クロスカップリング反応) は、事前官能基化の必要がないため、短工程で目的の化合物を合成する
有力な手法である。これまでは、フルオロベンゼ
ン類の C-H 結合と反応性の高いチオフェン C-H結合のクロスカップリングが検討されてきた。この手法の適応範囲拡大を目指し、C-H 結合の反応性が低いナフタレンやアントラセンを対象とし、これらを修飾する手法の開発と得られる化合物の特性評価を行った。反応条件の探索によって、ナフタレンに 2 分子のペンタフルオロベンゼンを導入することが可能となった (Scheme 1)。さら

Scheme 2半導体材料として機能する置換アン

トラセンの短工程合成に興味深いことに、一般に反応性が高いとされる
ナフタレンの α 位ではなく、β 位にて反応が進行

100

し 2,6 位および 2,7 位が置換された化合物の混合

Gate voltage / V

80
Drain current / A物が得られた。

75

60
40
60
20
0
0

45
10

20
30
Drain voltage / V4050

図 1 2,6-isomer の有機電界効果型トランジスタ
特性
Scheme 1

脱水素型クロスカップリング反応による置換ナフタレンの短工程合成

新たな合成手法の開拓が契機となり、高性能な電子輸送材料の開発につながった。この短工程で位置特異的な反応は、今後の有機半導体の開発につながるものと考えられる。

－ 31 －

[ 2 ] 脱水素型クロスカップリング反応の重縮合への展開

本研究では、上記で紹介した脱水素型クロスカップリング反応を重縮合反応に適用し、π 共
役高分子半導体の合成に取り組んだ。ホモカッ
プリング反応を抑制し、クロスカップリング重合を効率よく進行させるためには、モノマーとして使用するポリフルオロベンゼンとチオフ
ェン誘導体の反応性の差が大切なポイントとなる。オクタフルオロビフェニルとビチオフェン誘導体をモノマーとして選択した場合には、
Pd 触媒に Ag 塩を組み合わせることで、高分子量のクロスカップリング重合体が合成できた(Scheme 3(a))。これに対し、テトラフルオロベ
ンゼンをモノマーとした場合には、クロスカップリング選択率、収率共に不十分であった(Scheme 3(b))。これは、テトラフルオロベンゼ
ンの沸点 (90 °C) が低く、高温での重合では揮発してモノマーの仕込み比の等モル性が保てないためである。Ag 塩は酸性度の高いポリフ
ルオロベンゼンの C-H 結合を室温でも効率よ
くメタル化することができる。そこで、重合の手順を変えて、予めテトラフルオロベンゼンをAg 塩と反応させることでモノマーの揮発を防いた。その結果、高いクロスカップリング選択

Scheme 3性と結合形成の効率化を両立することができ、高分子量のクロスカップリング重合体を収率良く合成できた (Scheme 3(c))。ホモカップリ
ングが抑制された高分子量体 (Poly 1) は、高い結晶性と良好な蛍光特性を示し、有機 EL 素子の発光材料として機能することも確認できた (図 2)。

図 2 実装した有機 EL 素子の動作写真
脱水素型クロスカップリング重縮合では、モノ
マーに事前に反応性官能基を導入する必要がなく、従来法よりも省資源・低環境負荷な高分子半導体の合成が実現できる。本研究のように、触媒反応機構を理解した上で合成法の改善を進めることで、高分子半導体合成技術としての更なる進展が期待できる。

脱水素型クロスカップリング重縮合による π 共役高分子の合成－ 32 －

＜特許＞
＜論文＞
1. 加藤
1.

圭，植田

泰之，神原

貴樹，

Yusuke Onose, Yuri Ito, Junpei Kuwabara, and Takaki

桑原

Kanbara, “Tracking side reactions of the inverse

法、及び光電変換層の組成物」特願 2022-16682（出vulcanization process and developing monomer

願日 2022 年 2 月 4 日）

selection guidelines” Polym. Chem. 13, 5486-5493
2.

岳仁，西井

純平「光電変換素子、光電変換素子の製造方

2. 神原貴樹，桑原純平，市毛明斗「高分子化合物の製(2022).

造方法および製造装置」特許-7138338（2022 年 9 月

Ryota Sato, Tomoki Iida, Takaki Kanbara, and Junpei

8 日）

Kuwabara, “Unusual Regioselectivity of Pd-Catalysed

3. 児玉俊輔，福島伊織，桑原純平，神原貴樹，江しん

Cross-Dehydrogenative Coupling Reaction of Simple「電荷輸送性ポリマーの製造方法」特許-7228155

Polyaromatic Hydrocarbons with Polyfluoroarenes”（2023 年 2 月 15 日）

Chem. Commun., 58, 11511–11514 (2022). (Inside
cover image of the journal)
3.

Naoki Onda, Ryota Sato, Junpei Kuwabara, Takeshi
Yasuda, and Takaki Kanbara, “One-pot two-step crossdehydrogenative-coupling
synthesisofpolycondensation

tetrafluorobenzene-basedfor

conjugatedpolymer” Synthetic Metals, 293, 117279 (5 page)(2023).
4.

＜学会発表＞
国際会議
1. Junpei Kuwabara ， “Facile synthesis of organic

Junpei Kuwabara, Kota Hiyaji, Shuyang Guo, Xin
Jiang, Takeshi Yasuda, and Takaki Kanbara, “Direct
Arylation Polycondensation for Synthesis of MediumBandgap Polymer Donors (PBDB-T) for Organic

materials”

The

Uzbekistan-Japan

International

Conference,

Tashkent,

Uzbekistan,

2022.11.17（招待講演）
2. Junpei Kuwabara ， “Facile Synthetic Method ofConjugated Polymers” 国立ウズベキスタン大学講Photovoltaics” Polym. J., 55, 395–404 (2023).
5.

optoelectronic

演会，Tashkent, Uzbekistan, 2022.11.18（招待講演）

Ryota Sato, Takeshi Yasuda, Takanobu Hiroto, Takaki
Kanbara, and Junpei Kuwabara, “Facile synthesis of
bis-pentafluoroarylated anthracene derivatives for ntype organic field-effect transistor applications”
Chem.Eur.J., 2023, 29, e202203816 (5 pages).

国内会議
1. 小林 響也 、村上 寛樹 、鈴木 圭太 、神原 貴樹 、
桑原 純平「アジン結合を主鎖に含む共役高分子の脱水縮合による合成と物性評価」第 71 回高分子学＜総説・解説＞

会年次大会、2022.5.25-27（オンラインポスター）
1.

小野瀬 悠佑，桑原 純平，神原貴樹，“植物由来オ

2. 瀧本 梨紗、高本 章寛、陳 俊暉、桑原 純平、神原

レフィン系化合物の逆加硫化による機能性含硫黄

貴樹「直接的アリール化反応による非等モル下重ポリマーの開発” 硫酸と工業, 10 月 133-140

縮合」第 71 回高分子学会年次大会、2022.5.25-27（オ（2022）

ンラインポスター）
3. 桑原 純平、佐藤 亮太、飯田 智希、安田 剛、神原貴樹「Pd/Ag 触媒による反応位置特異的な C-H/CH クロ スカップリング反応」第 71 回高分子討論会、札幌、2022.9.5-7（口頭）4. 佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹「脱水素型 C-H/C-－ 33 －

H クロスカップリング反応を利用した 1,3,5,7-tetra-

15. 五十嵐

大也、神原

貴樹、桑原

純平「大環状 Pd

aryl naphthalene の精密合成手法の確立」
第 12 回 CSJ

錯体の形成と配位子を利用した反応性制御による化学フェスタ、東京、2022.10.18-20（口頭、ポスタ

ポリフルオロシクロパラフェニレンへの変換」日ー）

本化学会第 103 春季年会、野田、2023.3.22-24（ポ5. 飯田 智希、佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹「多スター）

環芳香族炭化水素とフルオロベンゼン間の位置特16. 岩森 涼太、桑原 純平、神原 貴樹「コバルト触媒

異的な脱水素型クロスカップリング反応」第 12 回を利用したカルバゾールの 2,7 位選択的なヒドロ

CSJ 化学フェスタ、東京、2022.10.18-20（ポスター）

アリール化重付加」日本化学会第 103 春季年会、野（優秀ポスター賞）

田、2023.3.22-24（ポスター）

6. 岩森 涼太、桑原 純平、神原 貴樹「ヒドロアリー
ル化重付加による構造制御されたポリアリーレン
ビニレンの合成」第 12 回 CSJ 化学フェスタ、東京、
2022.10.18-20（ポスター）（優秀ポスター賞）
7. 神原

貴樹、近藤剛弘「CO₂ネットゼロをめざす 筑波大学のエネルギー物質科学」第 4 回筑波大学

産学連携シンポジウム、東京、2022.10.28（招待講演）
8. 桑原 純平「有機デバイス材料の生産を刷新する革新的触媒技術」第 4 回筑波大学

産学連携シンポ

ジウム、東京、2022.10.28
9. 岩 森涼 太 、 桑 原

純 平 、 神 原

貴 樹

“ Nonstoichiometric hydroarylation polyaddition forsynthesis of pyrrole-based poly(arylenevinylene)s” 5th
G'L'owing Polymer Symposium in KANTO，2022.12.3（オンライン口頭）
10. 岩森涼太「ヒドロアリール化重付加を利用したチオフェン骨格を持つポリアリーレンビニレンの合成と光学特性の評価」関東高分子若手研究会
生発表会・交流会

学

2023、東京、2023.3.4（口頭）11. 神原 貴樹「ヒドロアリール化反応を利用した高分子半導体の合成」第 3 回有機無機スピンエレクト
ロニクス研究会、筑波大学、2023.3.14（口頭）12. 飯田 智希、佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹「位置特異的な脱水素型クロスカップリング反応と還元的脱離の詳細」日本化学会第 103 春季年会、野田、2023.3.22-24（口頭）13. 佐藤 亮太、桑原 純平、安田 剛、神原 貴樹「位置選択的脱水素型 C-H/C-H クロスカップリング反応による polyfluoroarylated anthracene 誘導体の簡便合成と機能評価」日本化学会第 103 春季年会、野田、
2023.3.22-24（口頭）14. 石田 成輝、土戸 良高、神原 貴樹、桑原 純平「大きな歪みを持つ大環状 phenanthroline 誘導体の合成」
日本化学会第 103 春季年会、野田、2023.3.22-24（ポスター）－ 34 －

笹森貴裕、森迫祥吾＜研究成果＞
当研究室では、元素資源問題を重視し、遷移金属元素が使われている小分子変換反応において、稀少な遷移金属に替えて、ケイ素やリン、
アルミニウムなど豊富に存在する典型元素を用いた反応系の開拓を目指して研究を進めている。本年度は、遷移金属フリーのアルキン三量化反応の触媒として機能する「1,2-ジゲルマ
ベンゼン」について、その高い反応性と、芳香族性の根源を知る目的で、その詳細な電子構造を精査することとした。
X 線回折データに基づく精密差電子密度解析および NICS 計算・ACID 計算等の理論計算の結果から、高周期典型元素に特徴的な共鳴構造の寄与があることを明らかとした。
【 １ 】安定な 1,2-ジシラベンゼンおよび 1,2ジゲルマベンゼンの合成・単離
我々は、高周期典型元素を活用した C-C カ
ップリング反応の開発、という観点で研究を進めており、遷移金属触媒に替わる高反応性典型
元素化合物として、ベンゼンを構成する 6 つの炭素原子のうち 2 つを高周期元素に置き換え
た、1,2-ジシラベンゼンおよび 1,2-ジゲルマベ
ンゼンに注目した。
一般に高周期典型元素低配位化学種は、反応性が非常に高く単離困難な化学種であるが、我々はかさ高い立体保護基として Tbb 基（2,6[CH(SiMe3)2]2-4-t-butylphenyl）を用いることにより、ゲルマニウム間三重結合化合物「ジゲルミン」を安定な化合物として合成・単離し、その特異な性質を報告した。また、このジゲルミ
ンとアセチレンとの反応により、形式的な[2+2+2]環化が無触媒で進行し、ベンゼン環中の二つの炭素原子がゲルマニウムに置き換わった「1,2-ジゲルマベンゼン」が生成することを見出した。具体的には、ジアリールジゲルミ
ン 1 のヘキサン溶液に対してアセチレンを反応させたところ、速やかに反応し、1,2-ジゲル
マベンゼン 2 が得られた。この際、ジゲルミンとアセチレンが 1:3 で反応したジゲルマバレレ
ン 3 が副生成物として得られた。再結晶操作により分離・精製を行い、それぞれの分子構造を同定した。

一方、同様にケイ素間三重結合化合物「ジシリン」を合成・単離し、アセチレンとの反応を行うことで、全く同じ置換基を有する 1,2-ジシラベンゼン 5 も合成・単離することに成功した。
【 ２ 】1,2-ジシラベンゼンおよび 1,2-ジゲ
ルマベンゼンの精密差電子密度解析
1,2-ジシラベンゼン 5 および 1,2-ジゲルマベ
ンゼン 2 を上述の方法で合成し、ベンゼンから再結晶を繰り返し行うことで、ベンゼンを含む
非常に良好な単結晶を作成した。これを用いて、大型放射光施設 SPring-8(BL02B1)にて、X 線回折実験を行い、回折データを収集した。

－ 35 －

Tbb
E

HC

E
Tbb

Tbb

CH

from C6H6

E

hexane
r.t.

Me3Si

SiMe3

Tbb =

4: E = Si
1: E = Gerecrystallization

Tbb
E

5: E = Si
2: E = Ge
Tbb

Me3Si

SiMe3

Tbb
E

E
ꞏ

[5ꞏ(C6H6)]: E = Si
[2ꞏ(C6H6)]: E = Gesingle crystals
for EDD analysis[2ꞏ(C6H6)]: E = Ge

C34
C33

C33*

C1*

1.3660(6) 129.96(2)C2C2*1.4209(9)C2 C2*C1*[5ꞏ(C6H6)]: E = Si

C3*(Tbb)

C1 129.14(3)Ge1 Ge1*
C1

C3(Tbb)1.9556(3) 2.30325(14)C32*C31Ge1 Ge1*101.572(12)1.8975(4)

C32

C34
C33
C32

C33*

C3(Tbb)C3*(Tbb)
1.8804(4)2.2102(2)
C32*
C31
Si1
Si1*
103.433(16)1.8083(4)

Si1
Si1*
C1
C2 C2* C1*

C1 130.10(4)C1*1.3785(6) 126.37(3)C2C2*
1.4162(11)1,2-ジゲルマベンゼン 2 の Ge2C4 六員環は平面から少しねじれた構造をとっていた。一方、
1,2-ジシラベンゼン 5 の Si2C4 六員環は完全な平面構造をとっており、対照的な結果であった。
ベンゼンと同様に考えると、図に示す A と
B の 2 種類の共鳴構造の寄与が考えられる。
C=C 結合長には若干の差があるという結果から、A と B では、A のほうがより寄与が大きい
共鳴構造であると考えられた。
RE = HC, TbbSi, TbbGe
R

R
E

R

E

A
R
E

C

E

generally conceivable
resonance structures B
R

E

R
E

R

R
E

E

D

R

R
E

E

E

additionally suggested for RE = TbbSi, and TbbGe.

差電子密度解析の結果をみると、Si=Si および Ge=Ge 結合部分の電子密度は大きくスリッ
プしているように見える。また、この結合状の電子密度は比較的小さく、極めて弱い結合であることがわかった。NICS 計算および ACID 計
算から、Si2C4 および Ge2C4 の六員環はそれぞれある程度の芳香族性を有しているものの、ベンゼンと比較して相当弱い芳香族性であり、Si=Si および Ge=Ge 周辺の電子密度のスリップに起因して環電流が弱くなっていることが原因であることを明らかとした。これらの実験的測定および理論化学に基づく考察から、1,2ジゲルマベンゼンおよび 1,2-ジシラベンゼンの場合には、一般的に考えられる共鳴構造式 A
および B に加えて、C, D, E のような、高周期元素間の結合が切れた共鳴構造の寄与があるものと考えられる。1,2-ジゲルマベンゼン 2 お
よび 1,2-ジシラベンゼン 5 の高い反応性は、共鳴構造式 C, D, E の寄与により説明できることがわかった。
＜論文＞
1. Y. Oyamada, S. Yamasaki, M. Tsuzuki, T. Kitagawa, M.
Kondo, T. Sasamori, S. Nakamura, “Enantioselective
Allenylation of Ketimines Derived from Isatins Using
Chiral Bis(imidazoline)-Palladium Catalysts”, Adv.
Synth. Catal., 364, 4255-4259 (2022).

－ 36 －

2. S. A. Patra, G. Sahu, P. D. Pattanayak, T. Sasamori, R.
Dinda,“Mitochondria-Targeted＜学会発表＞

Luminescent

Organotin(IV) Complexes: Synthesis, Photophysical

国際会議

Characterization, and Live Cell Imaging”, Inorg. Chem.,
1. T. Sasamori, “1,2-Insertion Reactions of a π-Bond into a61, 16914-16928 (2022).

Germanium-Carbon

3. T. Sugahara, D. Hashizume, N. Tokitoh, H. Matsui, R.

Bond

of

the

Kishi, M. Nakano, T. Sasamori, “Characterization of

Arylbromogermylene” International Symposium on

resonance structures in aromatic rings of benzene and its

Interplay of p-Block and Organometallic Chemistryheavier-element analogues”, Phys. Chem. Chem. Phys.,(IpBOC-23), Murcia, Spain, 2023.3.12-15 (invitedlecture).

24, 22557-22561 (2022).
4. S. Lima, A. Banerjee, G. Sahu, S. A. Patra, K. Sahu, T.

2. T. Sasamori, “1,2-Disila- and 1,2-Digermabenzene” The

Sasamori, G. Sciortino, E. Garribba, R. Dinda, “New8th Asian Silicon Symposium (ASiS-8), Taipei, Taiwan,

mixed ligand oxidovanadium(IV) complexes: Solution

2022.7.28-31 (invited lecture).

behavior, protein interaction and cytotoxicity”, J. Inorg.

3. T. Sasamori, “Synthesis of Ferrocenyl-substituted LowCoordinated Heavier Group-14-element Compounds”

Biochem., 233, 111853 (2022).
5. T. Murai, Y. Xing, M. Kurokawa, T. Kuribayashi, M.

Workshop on New Developments in Molecular Inorganic

Nikaido, E. E. Elboray, S. Hamada, Y. Kobayashi, T.

Chemistry, Bonn, Germany, 2022.7.15 (invited lecture).

Sasamori, T. Kawabata, T. Furuta, “One-Pot Preparation

4. S. Morisako, K. Noro, T. Sasamori, “Generation of aof (NH)-Phenanthridinones and Amide-Functionalized

Biphenylene-substituted Germylene” 29h International[7]Helicene-like Molecules from Biaryl Dicarboxylic

Conference on Organometallic Chemistry (ICOMC-29),

Acids”, J. Org. Chem., 87, 5510–5521 (2022).

Prague,Czech

Republic,

2022.7.17-22(oralpresentation).

6. M. Nakamura, R. Hyakutake, S. Morisako, T. Sasamori,Y. Mizuhata, N. Tokitoh, K. Nakashima, H. Fukumoto,T. Agou, “Boron complexes of π-extended nitroxide
ligands exhibiting three-state redox processes and nearinfrared-II (NIR-II) absorption properties”, Dalton

国内会議
1. 森迫祥吾, 笹森貴裕「ＮＨＣが配位したビフェニレ
ン置換ゲルミレンの合成」 日本化学会第 103 春季

Trans., 51, 13675-13680 (2022).
7. T. Inoue, S. Hamada, R. Nakamura, Y. Kobayashi, T.
Sasamori,T.

Furuta,“SynthesisofAmide-

年会、千葉県野田市、2023.3.22-25.（口頭発表）
2. 伊藤成海, 笹森貴裕「1,6,2,5-ジオキサジシロシン誘導体の合成と求電子剤としての反応性」 日本化学

Functionalized Thia[7]helicene-Like Molecule and Its
Supramolecular Assembly

in

the

Solid

会第 103 春季年会、千葉県野田市、2023.3.22-25.（口State”,

Heterocycles, 104, 786-796 (2022).
8. T. Murai, S. Hamada, Y. Kobayashi, T. Sasamori, T.

頭発表）
3. 小林傑, 飯塚公佑, 中島裕美子, 玉尾皓平, 笹森貴裕「1,6-ジシラ[4.4.4]プロペランの高効率合成とそFuruta, “Syntheses, and Structural and Physicalの反応性」 日本化学会第 103 春季年会、千葉県野Properties of Axially Chiral Biaryl Dicarboxylic Acids
Bearing Chalcogen Atoms”, Chem. Pharm. Bull., 70,
605-615 (2022).

田市、2023.3.22-25.（口頭発表）
4. 大垣一真, 笹森貴裕, 一戸雅聡「ジシリンのヒドロ
シリル化反応」 日本化学会第 103 春季年会、千葉

9. T. Sasamori, T. Sugahara, N. Tokitoh, “Amidinate
bromogermylene resulting from carbodiimide insertion
into Ar–GeBr bond”, Mendeleev Commun., 32, 63-65

県野田市、2023.3.22-25.（口頭発表）
5. 上野弘夢, 笹森貴裕「分子内にリン配位部位を有す(2022).
10. T. Sasamori, H. Ueno, S. Morisako, “Synthesis andStructure of a Ferrocenylsilane-Bridged Bisphosphine”,
Inorganics, 10, 22 (2022).

－ 37 －るビス（フェロセニル）ジブロモシランの合成と、対応するビス（フェロセニル）シリレンの合成検討」
日 本 化 学 会 第 103 春 季 年 会 、 千 葉 県 野 田 市 、
2023.3.22-25.（口頭発表）

6. 三輪和平, 青柳忍, 森迫祥吾, 笹森貴裕, 黒木尭,
依光英樹「多重メチル化コランニュレンの還元的合成」日本化学会第 103 春季年会、千葉県野田市、
2023.3.22-25.（口頭発表）
7. 笹森貴裕, 菅原知紘, 青山慎, 井川和宣, 友岡克彦,
時任宣博, E. F. Arturo「アリールブロモゲルミレンの炭素ーゲルマニウム結合へ 1,2-挿入反応」 第 49
回有機典型元素化学討論会、富山県富山市、
2022.12.8-10.（口頭発表）
8. 笹森貴裕「高周期 14 族元素低配位化合物による小分子活性化反応」第 32 回万有福岡シンポジウム、
福岡県福岡市、2022.6.4.（招待講演）－ 38 －

山本洋平、山岸洋＜研究成果＞
当研究室では、π 共役有機分子やポリマーの自己組織化により形成するマイクロ構造体の構築と光機能について研究を進めている。本年
度は、（1）キラルなお椀状マイクロ単結晶の一斉成長、（2）液滴光共振器中の光異性化に伴う析出による凝集誘起発光シフトの光制御、（3）
光ゲート動作可能なマイクロメートルスケー
ルの蜘蛛の巣、（4）酵素加水分解のマイクロプ
ローブが可能な光共振器、（5）酵素加水分解のマイクロプローブが可能な光共振器、（6）湾曲した導波路やマイクロレーザーとしての剛直なスチリルスチルベンジカルボン酸マイクロ
結晶の溶媒異存成長、（7）共鳴光学カー効果分光法による溶質分子の超高速ダイナミクスについて研究発表を行った。以下にそれらの内容を示す。
【 １ 】 キラルなお椀状マイクロ単結晶の一斉成長
結晶工学は半導体産業や機能材料開発における基盤であり、幅広い分野にわたって精密な結晶成長の制御に関する研究が行われている。
一般に、結晶材料は緩やかな成長プロセスを経て制御され、多くの場合、凸多面体形状の外形が形成する。一方で、急速な成長プロセスを経た場合、結晶は時に凹んだ面で囲まれた凹多面
体形状（お椀型）の「骸晶（がいしょう）」を形成する。骸晶は、結晶の対称性を反映しつつ稜や頂点が発達した凹多面体の外形で特徴付
けられ、ビスマスのように壁面が発達したもの
はホッパー結晶、雪のように頂点が発達したものはデンドライト結晶に分類される。骸晶は、従来の緩やかな成長プロセスでは表出し得ない結晶面や複雑な形状をもつため、骸晶形成の精密な制御ができれば、結晶材料に潜在する新たな機能の発掘が期待できる。しかしながら、
骸晶はその急速な成長プロセスにより、得られる形状やサイズ、配向の均一な制御が困難であり、結晶工学における大きな課題となっている。
本研究では、面キラリティをもつ 4 置換[2.2]パラシクロファンを骨格とする π 共役分子（(S)-CP4）の基板表面での結晶成長について詳細に検討した（図 1-1A）。その結果、(S)-CP4 の過飽和溶液を石英基板上に滴下し、急速に溶媒を揮発させることで、形状、サイズ、配向が均一にそろったマイクロ結晶が形成することを見いだした。走査型電子顕微鏡でこの結晶を観察すると、基板表面には逆六角錐かつ中心に凹面を形成したお椀型のマイクロ構造体が無数に形成しており、それらは基板に対して垂直な方向へ一律に直立（一軸配向）していた（図 11B）。
このお椀型マイクロ構造体 1 粒子の単結晶
X 線構造解析を行ったところ、明瞭な６回対称の回折スポットが観察され、このお椀型マイク
ロ構造体は空間群 P65 に帰属される(S)-CP4 の単結晶の骸晶であることが明らかになった（図1-1C,D）。また、マイクロ結晶が形成した基板の 粉 末 X 線 回 折 パ タ ー ン に お い て 、 2𝜃𝜃 =27.5°(面間距離 d = 3.2 Å）にのみ強い回折ピー
クが観測された。このピークは単結晶構造の面指数(00 12)からの回折に対応し、基板上に形成したほぼ全てのお椀型マイクロ結晶が結晶格
子 c 軸を基板に対し垂直に配向していることを意味している（図 1-1E）。

図 1-1（A）本研究で用いた面キラル π 共役分子の(S)-CP4 の分子構造.（B）基板上に形成した(S)-CP4 のお椀型マイクロ結晶の SEM 写真.
（C）
お椀型マイクロ結晶 1 粒子からの X 線回折逆
格子スポット.（D）お椀型マイクロ結晶内部の分子パッキングの模式図.（E）基板上に形成したお椀型マイクロ結晶の PXRD パターン（上）と単結晶構造から予測される粉末パターン（下）.（F）基板上に形成したお椀型マイクロ結晶の粒径の分布.
得られたお椀型マイクロ結晶は骸晶であるにも関わらず、基板上の広い範囲においてサイ－ 39 －

ズの均一性が極めて高いことが確認された（図1-1E）。このような結晶成長プロセスの詳細を把握するため、蛍光顕微鏡下で(S)-CP4 の結晶成長を追跡しました。その結果、過飽和溶液の滴下から核生成、成長、停止の一連の過程が、サイズの均一性を保ちながら、わずか 10 秒程
度で進行している様子が観察された。また、成長途中における構造体の SEM 観察と溶液の蛍
光強度の経時変化を解析し、お椀型マイクロ結晶は、六角プレートの成長、頂点の優位的成長、そして側面の充填成長という基板上の溶液過飽和度の変化に依存した階層的な成長様式の変遷を経て構築されていることを明らかにした（図 1-2A,B）。この形成メカニズムに基づき、溶液の過飽和度の依存性を利用した形状制御
や面キラリティの依存性を利用した連続的なお椀結晶成長など、より精緻な骸晶の形状制御にも成功した（図 1-2C, D）。

図 1-2（A）お椀型マイクロ結晶成長における成長様式の時間変化の模式図.（B）図 A(ii)における六角プレート形成、(iii)におけるエッジ（頂点）成長、(iv)におけるファセット（面）成長に対応する模式図.（C）異なる初期濃度の調整によるマイクロ結晶の形状制御とその SEM 写真.
（D）キラル選択的な階層的結晶成長の SEM 写真.
さらに、お椀型の形状を利用し、微小体積の液体を保つ器としての機能についても検討しました。モデル実験として、お椀型結晶内部において、紫外線照射により固体（trans）と液体（cis）の相転移を示すアゾベンゼン誘導体の
光異性化反応を行った結果、液化した誘導体がお椀内であふれることなく反応が進行することを確認した（図 1-3A）。この他にも、加熱による共役ポリマーマイクロ球体の融解や、水蒸
気曝露による水溶性ポリマーの溶解に対しても、それらを保持する器として利用可能であることを実証した（図 1-3B,C）。また、この単分散性の高い幾何形状により、基板上で多環芳香族炭化水素を模した結晶集積体が形成することを見いだした（図 1-4）。

図 1-3 お椀型マイクロ結晶の空孔部における、（A）固体-液体相転移を示す光異性化反応分子
結晶の紫外線照射前後の SEM および光学顕微
鏡写真、（B）共役ポリマーマイクロ球体の加熱による熱融解前後の光学および蛍光顕微鏡写
真、（C）水溶性ポリマーマイクロ球体の水蒸気の曝露による融解の光学および蛍光顕微鏡写
真.

図 1-4 お椀型結晶の連結による、多環芳香族
炭化水素を模した結晶集積体の蛍光顕微鏡画
像．
本研究は、分子の自己組織化により凹多面体
マイクロ骸晶の形成を基板表面で均一かつ精密に制御した点で先駆的であり、この６回対称の幾何形状（トポロジー）を利用した光機能発現の可能性がある。今後、核生成を制御した骸
晶の二次元配列制御、結晶空間群に着目した骸
晶の三次元構造制御、キラリティに由来する光学特性の発現など、フォトニクス、エレクトロ－ 40 －

ニクス、触媒などへの波及が期待される。
【 ２ 】 液滴光共振器中の光異性化に伴う析出による凝集誘起発光シフトの光制御
発光切り替え可能な発光体は、多くの場合、分子構造に刺激応答ユニットを含む。この戦略
はうまく機能するが、適用可能な化合物は、ジアリールエテン、アゾベンゼン、スピロピランなど、数種類のフォトクロミック分子の誘導体に限定される。ここでは、色切り替え可能なフォトルミネッセンスを達成するための光応答性沈殿剤に基づく簡単な方法論を紹介する。
発光色素であるシアノ置換オリゴ（フェニレン
ビニレン）（COPV）は、ねじれた分子内電荷移
動と凝集誘起発光シフト特性の両方を備えており、沈殿時に発光色が緑色から赤色に変化する。COPV は、光異性化沈殿剤アゾベンゼン(C6) と共に、液体状態のエポキシ樹脂 (ER)の球状液滴にドープされる。UV 照射と加熱によって誘発される C6 の光異性化は、光微小共振器の特性を維持しながら、COPV を交互に沈殿させて ER に溶解し、フォトルミネッ
センスの色を変化させる。この研究は、新しい発光色切り替え可能なシステムを組み立て/分解するための有望な方法を開くときたいできる。

図 2 光異性化による溶解度変化に伴う分子凝集状態の変調による発光色の制御の模式図．
【 ３ 】 光ゲート動作可能なマイクロメート
ルスケールの蜘蛛の巣
クモが作り出すシルク繊維は、野生の状態でも耐久性のある構造タンパク質です。ドラッグ
ラインシルク繊維は、優れた機械的靭性と柔軟性、さらに光透過性を有することが知られており、テキスタイル、センサー、光学デバイスのための材料として非常に有望です。本研究では、ドラッグラインシルクマイクロファイバーが、
マイクロメートルあたり 0.03 デシベルという小さな光損失係数を持つ優れた光導波特性として機能することを示す（Fig. 3）。ドラッグラ
インシルクファイバー内の光輸送は、吊り下げられたマイクロファイバー上にある 2 つのマ
イクロ球体間の蛍光エネルギー移動によって行われた。さらに、マイクロマニピュレーショ
ン装置を活用して、マイクロメートルスケールの蜘蛛の巣状構造物を作製した。実験的に観察された織物の光導波特性は、単純な数学モデルを使用したシミュレーション結果とよく一致した。

図 3 マイクロメートルスケールの蜘蛛の巣を用いた光ファイバーと論理ゲートの模式図．
【 ４ 】 酵素加水分解のマイクロプローブが可能な光共振器
2021 年に報告したシルク球体を用いてタンパク質の分解反応速度を分光学的に極めて高精度で測定できることを見出した。非水溶性生
体高分子の分解反応は分子生物学的に極めて重要な現象であるものの、固液界面での反応を測定する手法の乏しさから、その反応速度を顕微鏡で精密に測定することは困難であった。
我々は、この困難を克服した新たな測定手法の開拓に成功した。タンパク質分解酵素を含む水溶液に作成したシルク球体を浸したところ、シルク球体は表面から徐々に分解され、その直径が減少した。この直径減少量は数十 nm ほどと顕微鏡画像で解析することは極めて困難な微小さである。一方で、この球体から発せられる
光共振スペクトルを確認したところ、このサイズ減少に対応したピークシフトが有意に観測された。すなわち、光共振を利用することで顕－ 41 －

微画像からは判別困難なサイズ減少を直接測定できることが示された。

図 4 シルク球体光共振器による、酵素分解モ
ニタリングの模式図．
【 ５ 】 気流による変調が可能な液滴マイク
ロレーザー
電気や光を研究する分野では、曲げたり折ったりできる柔らかいデバイスが注目を集めている。デバイスが柔らかくなれば、人の体に貼り付けたり体の中に埋め込むことができる上に、デバイスを変形させることで機能を変化させることも可能になる。従来、このような柔ら
かいデバイスの素材としては、主にプラスチッ
クが利用されてきたが、その柔らかさには限界があった。この限界を打ち破るための有望な素材として、液体に注目が集まっている。実際、レーザーを構成する要素の一部に液体を利用したデバイスはすでに存在している。例えば最もよく知られているものでは、レーザー光を生み出す容器（光共振器）の内部に置かれる発光
材料に液体が利用されている。ただし、このタイプの装置では、レーザーを生み出す容器が硬い固体でできており、柔らかさの点では課題があった。
そこで、レーザーを生み出す容器も液体で作ろうとする試みが行われている。そのためには、光が漏れ出さないよう、真球の形状を持つ、直径数マイクロメートルほどの微小な液滴を作製することが不可欠である。しかしながら、特に、基板上で真球の液滴を作製すること、また、液体の蒸発を防ぐことが難しく、大気中で安定して利用できる微小な液滴を得ることは困難であった。例えば、グリセリンなどの水よりもはるかに蒸発しにくい有機物の液体でさえ、微小な液滴にすると数十分から数時間ほどで蒸発してしまう。また、一般的な不揮発性の液体より更に不揮発な液体、真空状態でも蒸発しな
い液体である、シリコンオイルやイオン液体の場合は、表面張力が小さく、超撥水基板を用いても半球の形状しか作製することができなかった。
本研究では、大気中で安定して働く 100%液体でできたレーザー光源の開発に成功しました。不揮発性のイオン液体のうち、比較的表面
張力が大きなイミダゾール塩を選び、フッ素化した微粒子を塗布した基板上へ滴下した。過去の研究と同様に、通常の滴下手法では接触角が十分に大きくならず、半球状の液滴しか形成しない。そこで、滴下する際の水滴の落下速度を抑え、かつ液滴を十分に小さくした状態で滴下すると、接触角が大きくなり、真球に近い形状の液滴を生成することができた。実験から明らかになった接触角の分散と理論的な考察を合わせて、このとき実現される接触角が準安定状態であることを明らかにした。このようにして得られた液滴は、大気中でも 1 ヶ月以上にわたって安定で、その蒸発速度は顕微鏡や光学的な測定では検出できないほど抑えられていた。また、基板に強く吸着し、基板を垂直に立てたり振動させたりしても、落下や移動は生じない。
この液滴にレーザー色素を添加してレーザー光源としての機能を調べたところ、およそ 1
μJ/cm2 という、最も優れた有機マイクロ球体
固体レーザーと同等のしきい値でレーザー発振することが明らかになった。液滴は極めて弱い力、例えばごく微量な空気の流れによって変形し、それに伴ってレーザー発振波長が変化する。この変化量は風速によって変化させることができる（Fig. 5）。また、風による液滴変形のシミュレーション、および変形した液滴内部における電磁場のシミュレーションから、風速による液滴変形の計算結果、および変形によるレーザー波長変化の計算結果が実験結果と符合することを明らかにした。さらに、同様の滴下方法をインクジェットプリンターで実現する手法を開発した。これにより、一定の大きさの液滴を、素早く大量に決まった位置に作製することができる。
液体は、形や位置が定まらないことから、光デバイスとしての利用は限定的であった。本研－ 42 －

究で開発した手法により、安定な液体レーザー
デバイスを構築することができる上、変形や外部刺激応答性といった液体本来の性質を十分に発揮することができる。この性質はレーザー光源およびセンシングデバイスとして有用であり、新たな柔らかい光デバイスの実現につながると期待できる。

図 6 COPV2-(COOH)2 の分子構造とマイクロロッドおよびマイクロシート結晶の発光特性．
図 5 微小な気流に対して敏感に応答する液滴レーザーの模式図．
【 ６ 】 湾曲した導波路やマイクロレーザー
としての剛直なスチリルスチルベンジカルボ
ン酸マイクロ結晶の溶媒異存成長
有機単結晶構造は、光子を効果的に生成および閉じ込めることができ、光回路の構成要素となる可能性がある。有機分子の設計により発光特性を調整できるが、さまざまな形態の分子集合体で効率的なレーザー発光と光共鳴を実現
することは困難である。本研究では、ジカルボ
キシル化炭素架橋オリゴフェニレンビニレン(COPV2-(COOH)2) を新たに合成した。COPV2(COOH)2 の THF/水溶液は、THF/水 = 100/0から 40/60 の範囲で >0.90 の量子収率で緑色の PL を示した。COPV2-(COOH)2 は、結晶化溶媒に応じて、曲がったマイクロロッド(MR) またはマイクロシート (MS) を形成した。重要なことに、PL 共鳴とレーザー発振はMS でのみ観察され、MS が MR よりも優れた
光閉じ込め特性を持っていることを示した。
MS は、222 µJ cm–2 のレーザーしきい値で 1.8x103 という高い Q 値を示した。 MR およびMS における FDTD でシミュレートされた電場分布は、実験的観測を再現した。

【 ７ 】 共鳴光学カー効果分光法による溶質分子の超高速ダイナミクス
流体中の超高速分子動力学は、多くの生物学的・化学的システムにおいて非常に重要である。
バルク液体におけるこのようなダイナミクス
は様々な方法で探求されているが、溶媒和した
溶質のダイナミクスを明らかにする実験ツー
ルは限られている。本研究では、溶液中の希薄
溶質の再配向緩和を測定する光学カー効果分光法を発展させた共鳴光学カー効果分光法（ROKE）を開発した。ポンプ・プローブ光の波長を溶質の共鳴吸収帯に調整することにより、溶質の時間応答のみが識別可能となった。
ROKE のヘテロダイン検出により、再配向緩和
時間定数を 2.6%の精度で決定することができた。また、S/N 比は十分高く(平均約 26.7)、10μM の溶液からでも十分な信号が得られた。
このように、ROKE は幅広い用途で高感度に溶質ダイナミクスを研究するための強力なツールである。

－ 43 －

Paniagua-Domínguez, C. S. Lau, H. Yamagishi, H. Tsuji,
Y. Yamamoto, "Solvent-Dependent Growth of Rigid
Styrylstilbene Dicarboxylic Acid Microcrystals as Bent
Waveguides

andMicrolasers",

Adv.

Photon.

Res. 2200357 (2023).

＜総説・解説＞
図 7 共鳴光学カー効果分光法（ROKE）による溶液中の分子配向の誘起と緩和の模式図.

1.

H. Yamagishi, "Functions and fundamentals of porous
molecular crystals sustained by labile bonds" Chem.
Commun., 58, 11887-11897 (2022).

2.

大木 理，山岸洋，山本 洋平，“協奏的に成長するお椀型有機キラルマイクロ結晶”（月刊「化学」
58(2), 48-52. (2023)

1. O. Oki, H. Yamagishi, Y. Morisaki, R. Inoue, K. Ogawa,N. Miki, Y. Norikane, Y. Yamamoto,assemblyofchiralskeletal"Synchronous

3.

大木 理，山岸洋，山本 洋平，“キラルなお椀型

マイクロ単結晶の一斉成長”（サイエンスに載った

single-crystalline

日本人研究者 2022, 32. (2023)

microvessels" Science, 377, 673-678 (2022).
2. H. Yamagishi, "Functions and fundamentals of porous
molecular crystals sustained by labile bonds" Chem.
Commun., 58, 11887-11897 (2022).
3. S. Kushida, K. Wang, C. Genet, T. W. Ebbesen,"Ultrafast Dynamics of Solute Molecules Probed by
Resonant Optical Kerr Effect Spectroscopy", J. Phys.

＜特許＞
1.

共振器とその製造方法” 特願 2022-128956（2022 年

Chem. Lett. 13, 9309-9315 (2022).
4. S. Zhao, H. Yamagishi, Y. Norikane, S. Hayashi, Y.
Yamamoto, "Optical Control of Aggregation Induced

山岸洋、山本洋平、宮川順乃介、竹山日南子, “光
8 月 12 日）日本

2.

山岸洋、加藤雅都、山本洋平、宮川順乃介, “超撥イオン液体基板、レーザー発振装置、ディスプ

Emission Shift by Photoisomerizable Precipitant in a

レイ、レーザー発振装置の製造方法” 特願 2023-

Liquid Droplet Microresonator" Adv. Opt. Mater.,

015332（2023 年 2 月 3 日）日本

2202134 (2023).
5. Hendra, H. Yamagishi, W. Y. Heah, A. D. Malay, K.
Numata, Y. Yamamoto, "Micrometer-Scale Optical
Web Made of Spider Dragline Fibers with Optical Gate
Operations" Adv. Opt. Mater., 2202563 (2023).
6. A. Takeuchi, W. Y. Heah, Y. Yamamoto, H. Yamagishi,"Degradable Optical Resonator as in situ Micro-probes
for Microscopy-based Observation of Enzymatic
Hydrolysis" Chem. Commun., 59, 1470-1480 (2023).

＜学会発表＞
国際会議
1. Noriharu Tanji, Hiroshi Yamagishi, Keitaro Fujita, Yohei

7. H. Yamagishi, K. Fujita, Y. Mikami, H. Yoshioka, Y.
Oki, N. Takada, Z.-H. Lin, J.-S. Huang, Y. Yamamoto,"Pneumatically Tunable Droplet Microlaser" Laser
Photon. Rev., 2200874 (2023).
8. D. Venkatakrishnarao, S. Hasebe, Y. Egawa, J. Tapar, R.

－ 44 －

Yamamoto, “An Active Nanoporous Optical Resonatorfor Detection of Gaseous Pollutant at ultra-low
Concertation” International Conference on the Scienceand Technology of Synthetic Metals (ICSM 2022),
Glasgow, U.K. 2022.07.17-22 (poster)2. Yohei Yamamoto, “Robust Angular Anisotropy of

トの添加による自己組織化楕円球体の形成」（口頭）

Circularly Polarized Luminescence from a Twisted-

第６回 CREST チーム内ワークショップ（筑波大学、

bipolar Conjugated Polymer Microsphere” International

オンライン、口頭）2022.4.25

Conference on the Science and Technology of Synthetic

2. 前島賢太郎、山岸洋、山本洋平、「光照射により水

Metals (ICSM 2022), Glasgow, U.K. 2022.07.17-22

蒸気を放出する多孔質分子結晶」第 71 回高分子学(oral)

会年次大会（オンライン、ポスター）2022.5.25-27

3. Yohei Yamamoto, Osamu Oki, Hiroshi Yamagishi,

3. 中 山 颯 大 、 大 木 理 、 山 岸 洋 、 山 本 洋 平 、 ”Self-

Chidambar Kulkarni, Stefan C. J. Meskers, E. W. Meijer,

assembled prolate micro-spheroids of achiral π-

Zhan-Hong Lin, Jer-Shing Huang, “Robust Angularconjugated polymer with chiral dopant”

Anisotropy of Circularly Polarized Luminescence from

パントによる自己組織化π共役ポリマー楕円球体

Chiralの形成

Twisted

Bipolar

Conjugated

Polymer

Microspheres” The 15th Pacific Rim Conference on
LasersandElectro-Optics(CLEO-PR

2022)

キラルドー

第 71 回高分子学会年次大会（オンライン、

英語口頭）2022.5.25-27
4. 井原悠太、Chen Lin、Can-He Jhu、山岸洋、堀江正2022.07.31-08.5 (oral)

樹、山本洋平、「熱架橋性発光ポリマーの微粒子化

4. Zhan-Hong Lin, Soh Kushida, Ching-Hang Chien, Jhih-と水熱不溶化法の開発」第 71 回高分子学会年次大Yuan Chen, Ankit Kumar Singh, Fan-Cheng Lin, Yohei

会（オンライン、口頭）2022.5.25-27

Yamamoto, Yia-Chung Chang, Jer-Shing Huang, “The5. 山岸洋、“Chemically Tailored Optical Resonators for

influence of plasmonic substrate on the whispering-Sensing and Energy Harvesting”（招待講演、日台若手

gallery modes in a π-conjugated polymer microsphere”

シンポジウム）第 71 回高分子学会年次大会（オン

16th International Conference on Near-Field Optics

ライン、口頭）2022.5.25-27(NFO16)2022.08.29-09.2 (oral)

6. 前島 賢太郎、「可視光照射による多孔質分子結晶

5. Kentaro Maejima, Hiroshi Yamagishi, Yohei Yamamoto,からの水蒸気放出」第７回 CREST チーム内ワーク“Abrupt vapor release from porous molecular crystal

ショップ（筑波大学、オンライン、口頭）2022.6.27

with visible light”（Best Student Poster Award）The 13th

7. 山本 洋平、
「自己組織化による機能性材料の開発」

International Symposium of Advanced Energy Science

ゼロ CO2 エミッション機能性材料開発研究センタ(第 13 回エネルギー理工学研究所国際シンポジウ

ー キックオフシンポジウム （筑波大学、オンライム)（京都大学、オンライン）2022.09.06 (poster)ン、口頭） 2022.8.9

6. Yohei Yamamoto, “Synchronous assembly of chiral

8. 前島賢太郎、山岸洋、アルブレヒト建、武田洋平、

skeletal single-crystalline microvessels” International

山本 洋平、「可視光照射による多孔質分子結晶かCongress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) KKらの急速な水蒸気放出」第 71 回高分子討論会（北2022. 2022.11.24-27 (invited)

海道大学、口頭）2022.9.5-7

7. Yohei Yamamoto, “Precise Synthesis of Organic and9. 山本 洋平、「光スイッチ可能なマイクロレーザー

Polymeric Microstructures for Optical and Laser

共振器とアレイ化および光論理ゲート構築」（依頼

Applications” (Invited Lecture) 学術振興会拠点形成

講演） 第 71 回高分子討論会（北海道大学、依頼
講演）2022.9.5-7

プログラム（Core-to-Core）「マテリアル知能による革新的知覚演算システム国際研究拠点」 ミニシン

10. 山本 洋平、「お椀型キラルマイクロ単結晶の均一

ポジウム “Intelligence in Organic Materials”（大阪

かつ精密な成長制御」（依頼講演）第３回未来材料大学豊中キャンパス、大阪）2022.11.29 (invited)

セミナー（JST さきがけ、オンライン、依頼講演）
2022.10.6
11. 山本 洋平、「有機・高分子マイクロ構造体の精密合
成と光・レーザー機能発現」第８回 CREST-さきが国内会議

けトポロジー領域合同セミナー（京都工芸繊維大学、口頭）2022.10.24

1. 中山

颯大、
「π共役ポリマーへのキラルドーパン

12. 山本 洋平、「有機・高分子マイクロ構造体の精密合－ 45 －

成と光・レーザー機能の創出」京都大学セミナー

いた有機－無機ハイブリッド光共振器の開発」レ（京都大学、依頼講演）2022.10.25

ーザー学会第 572 回研究会「有機コヒーレントフ

13. 山本洋平、「π共役系材料からなるマイクロ光共振ォトニクス」（ホテル自治会館、鹿児島、ポスター）
2022.12.16-17

器とレーザー応用」第 48 回ポリマー光部品研究会

23. 井原悠太、山岸洋、山本 洋平、「決定木モデルを用（オンライン、依頼講演）2022.12.8
14. 青柳舜也、山岸洋、山本 洋平、「極小らせんリング

いた蒸気拡散の主要因子決定と予測モデルの構築」

共振器の開発」レーザー学会第 572 回研究会「有機（優秀ポスター賞）レーザー学会第 572 回研究会

コヒーレントフォトニクス」（ホテル自治会館、鹿「有機コヒーレントフォトニクス」（ホテル自治会館、鹿児島、ポスター）2022.12.16-17

児島、ポスター）2022.12.16-17
15. 蛭田海斗、山岸洋、山本 洋平、「光共振を用いた合24. 丹治憲治、山岸洋、山本 洋平、「無機ナノ粒子をド成高分子の加水分解反応の高精度その場測定」レ

ープした微小液滴レーザーの開発」レーザー学会

ーザー学会第 572 回研究会「有機コヒーレントフ

第 572 回研究会「有機コヒーレントフォトニクス」

ォトニクス」（ホテル自治会館、鹿児島、ポスター）（ホテル自治会館、鹿児島、ポスター）2022.12.1617

2022.12.16-17
16. 加藤雅都、山岸洋、山本 洋平、「変形に伴う液滴レ

25. Suharman,

Hiroshi

Yamaghisi,

Yohei

ーザーの電気的スイッチング」 レーザー学会第Yamamoto, ”Stereocomplex Crystalization of PLLA/

572 回研究会「有機コヒーレントフォトニクス」（ホ

PDLA Microsphere as Heat Resistant Polymer” レー

テル自治会館、鹿児島、ポスター）2022.12.16-17

ザー学会第 572 回研究会「有機コヒーレントフォ

17. Liao Hsin Yen, Heah Wey Yih, Hiroshi Yamagishi, Yohei

トニクス」（ホテル自治会館、鹿児島、口頭）

Yamamoto,“Self-assemblyofhyaluronicacid2022.12.16-17

microsphere” レーザー学会第 572 回研究会「有機コ26. 櫛田創、「超高速非線形分光で視る強結合下の力学

ヒーレントフォトニクス」（ホテル自治会館、鹿児的分子ダイナミクス」レーザー学会第 572 回研究島、ポスター）2022.12.16-17

会「有機コヒーレントフォトニクス」（ホテル自治18. 宮川順乃介、山岸洋、山本 洋平、「インクジェット

会館、鹿児島、口頭）2022.12.16-17法による液滴レーザーアレイの構築」レーザー学

27. 山本 洋平、大木理、山岸洋、「お椀型有機マイクロ会第 572 回研究会「有機コヒーレントフォトニク

単結晶の均一かつ精密な成長制御」レーザー学会ス」（ホテル自治会館、鹿児島、ポスター）2022.12.16-

第 572 回研究会「有機コヒーレントフォトニクス」

17（ホテル自治会館、鹿児島、口頭）2022.12.16-17
颯大、山岸洋、山本 洋平、「自己組織化ねじ

28. Yohei Yamamoto, “Precise Synthesis of Organic and

れ双極マイクロ球体を形成するキラルポリマーのPolymeric Microstructures toward Optical and Laser

合成と基礎研究」（優秀ポスター賞）レーザー学会

Applications” RIKEN Seminar（RIKEN, Wako, invited）

第 572 回研究会「有機コヒーレントフォトニクス」

2022.12.19

19. 中山（ホテル自治会館、鹿児島、ポスター）2022.12.16-

29. 山本洋平、「有機・高分子マイクロ構造体の精密設

17

計と光・レーザー材料としての応用」青山学院大学

20. 佐藤駿里、山岸洋、山本 洋平、「温度感受性高分子

セミナー（青山学院大学相模原キャンパス、依頼講を用いた光共振器の作製」レーザー学会第 572 回
研究会「有機コヒーレントフォトニクス」（ホテル演）2023.1.16
30. 大和田啓行、山岸洋、鳥本司、山本 洋平、「量子ド

自治会館、鹿児島、ポスター）2022.12.16-17

ットを用いた有機－無機ハイブリッド光共振器の21. 前島賢太郎、山岸洋、山本 洋平、「可視光照射によ開発」 レーザー学会学術講演会第 43 回年次大会

る多孔質分子結晶からの急速な水蒸気放出」レー

（ウィンク愛知、ポスター）2023.1.18-20

ザー学会第 572 回研究会「有機コヒーレントフォ

31. 宮川順乃介、山岸洋、馬場宗明、山本 洋平、「イントニクス」（ホテル自治会館、鹿児島、ポスター）

クジェットプリントによる液滴レーザーアレイの2022.12.16-17

大規模構築」レーザー学会学術講演会第 43 回年次

22. 大和田啓行、山岸洋、山本 洋平、「量子ドットを用－ 46 －

大会（ウィンク愛知、ポスター）2023.1.18-20

32. 山本 洋平、「有機マイクロ構造体の精密合成とマイクロ共振器による高感度センシング」（招待講演）
レーザー学会学術講演会第 43 回年次大会（ウィンク愛知、招待講演）2023.1.18-20
33. 山本 洋平、「お椀型キラル有機マイクロ単結晶の協奏的な成長」2022 年度 TREMS 成果発表会（筑波大学、口頭）2023.2.28
34. 加藤雅都、山岸洋、山本 洋平、「電気的にスイッチ
ングが可能な有機液滴レーザーの開発」第 70 回応用物理学会春期学術講演会（上智大学、口頭）2023.3.15-18
35. 山岸 洋、藤田 圭太郎、山本 洋平、「微小有機液滴レーザーの開発と変調」日本化学会第 103 春季年会（東京理科大学野田キャンパス、口頭）2023.3.2225 2023
36. 山本 洋平、「有機・高分子マイクロ構造体の精密設
計と光・レーザー機能発現」（日本化学会学術賞受賞講演）日本化学会第 103 春季年会（東京理科大学
野田キャンパス、受賞講演）2023.3.22-25－ 47 －

近藤剛弘＜研究成果＞
マテリアル分子設計部門近藤グループでは中村グループと共に燃料電池の白金触媒を代替する新規炭素材料の開発や、二酸化炭素からメタノールへの転換を実現する高活性触媒の開発及び触媒反応メカニズムの解明に向けた研究を行っている。また、これと合わせて、ホウ素を用いた新たな二次元物質の開発やカーボンニュートラルに貢献する材料の開発、新しい精密分光測定法の開発などにも取り組んでいる。ここでは、2022 年度に取り組んだ研究項目のうち金属水素化物とホウ化水素シートの複合体調製と評価に関する研究成果を報告する。
【金属水素化物とホウ化水素シートの複合体調製と評価】
Mg 系合金は軽量で他の水素吸蔵合金に比べて豊富に存在し入手しやすいこと、低コスト、高い水素重量密度（約 7.6 wt%）、高い体積水素密度（約 110 kg/m3）といった特徴がある。このため、Mg 系合金（特に MgH2）は水素を媒体としたエネルギーキャリアとして注目されている。一方、MgH2 は Mg が水素と強く結合しているため、熱力学的に非常に安定（ΔH =-74.5 kJ/mol for MgH2）である。これは安全性に優れる反面、水素放出時に 573~673 K の高温が必要であることを示している。また、Mg 表
面は活性が低いため水素吸蔵・放出の反応速度が遅いことも課題として挙げられている。これまでの研究により、MgH2 のナノ結晶化、遷移金属などの触媒添加、合金化、他の水素化物との複合化などが効果を示すことが報告されている。特に近年は，遷移金属などの触媒や MgH2を微細化処理し、グラフェンや MXene などの細孔があり表面積が大きい材料に固定化させる技術が多く研究されるようになっている。
我々はこれまでの研究により、層状物質である
MgB2 のマグネシウムイオンを強酸性陽イオン交換樹脂を用いてプロトンとイオン交換して剥離することで、ホウ素と水素で構成される「ホウ化水素シート（HB）」が得られることを見出している。また、HB シートは還元剤として機能し、特定の金属イオン（Ni2+，Pt2+，Pd2+など）をナノサイズレベルで HB シート表面に還元させることが明らかとなっている。そこで本研究では、
HB シートの還元剤機能を利用し、Ni を修飾させた HB シート（Ni-HB）を合成し、MgH2 と Ni-HB シートの複合体を作製し、その水素吸蔵・放出特性の評価と水素吸蔵・放出メ
カニズムを解明することを目的とした。
Ni 含有率が 2 wt%、5 wt%、10 wt%、15 wt%の複合体を調製したところ、X 線回折測定や走査電子顕微鏡観察により、ナノメートルサイズの結晶子で構成される MgH2 粒子が観察され、

図 1 MgH2/ NiH-HB 複合体からの水素分
子の昇温脱離測定結果
Ni 金属の結晶ピークや MgH2-Ni の化合物は観察されなかった。一方で X 線光電子分光測定、
赤外吸収分光測定などにより、Ni が観察された。これは Ni が MgH2 との複合化の前の状態（2 nm 程度の粒子サイズで高分散に HB シー
トに担持されている状態：N. Noguchi, et al.,
Molecules, 27 (2022) 8261.）を維持していることを示している。また Ni 含有率 5 wt%以上の複合体には、Ni-HB 合成時に還元されなかった
Ni(acac)2 が観察され、Ni 含有率 2 wt%の場合では Ni(acac)2 は観察されなかった。

－ 48 －

図2

MgH2/ NiH-HB 複合体での MgH2 の水素吸蔵・放出にかかわるエネルギーダイアグラム

熱重量分析測定と同時に測定した MgH 2 /NiH-HB 複合体からの水素分子の昇温脱離測定の結果を図 1 に示す。Ni 含有率 2 wt%の時、水素放出ピークが約 573 K であり、市販 MgH2 に比べて約 150 K 低下していることがわかった。
一方で，Ni 含有率が増加するにつれて、水素放出ピークは高温側へシフトし、Ni 含有率
10 wt%以上では市販 MgH2 と同様の水素放出ピークを示した。ジーベルト法による水素圧力-組成-温度（PCT）曲線を最大水素圧力 2 MPaの条件下で種々の温度で測定した。Ni 含有率
5 wt%以上の場合、水素吸蔵量は 1 wt%にも満たなかったが、Ni 含有率 2 wt%の場合、水素吸
蔵量は約 5.4 wt%であり、また繰り返し吸蔵・放出しても劣化は見られないことがわかった。
詳細は割愛するが、Ni 含有率 2 wt%の MgH2/
NiH-HB 複合体試料について、異なる温度で行った PCT 解析結果より吸蔵、放出での平衡圧からファントホッフの式を用いて反応に関わる反応熱やエントロピーを求めた。また、昇温
脱離における昇温レートを変化させた際の示唆熱測定結果と昇温脱離結果から Kissinger 式を用いて反応における活性化エネルギーを求めた。これらの結果をまとめたエネルギーダイ
ヤグラムを図 2 に示す。複合体では水素放出のための活性化エネルギーが約 32 kJ/mol 低下す
ることがわかり、MgH2 と同じΔH が得られる
こともわかった。

興味深い点は図 1 の昇温脱離ピーク全体が低温側にシフトする点である。MgH2 は 10nm以上の結晶子サイズである一方で Ni は 2 nmと非常に小さいサイズであることがわかっている。これは図 3 に模式的に示すような状況であり、Ni 粒子が MgH2 のごく一部にしか接触していないことを意味している。図 1 のようにピー全体が低温側にシフトするには、Ni の接図3

MgH2/ NiH-HB 複合体の模式図

触部位だけで MgH2 の分解と水素分子生成が起きているという描像では説明ができない。これらの結果は、MgH2 は 573 K の状態で既に内部で水素の負イオン（ヒドリド）が拡散できる状態にあるものの、水素分子の生成が律速となっており、分解による水素分子生成が見られないという可能性を示唆している。すなわち Ni
はこのヒドリドイオンの酸化と結合形成を担う触媒作用をしていることが示唆される。

－ 49 －

＜論文＞

Cho, Kazuho Goto, Atsushi Kubo, Iwao Matsuda,

1. Xiaoni Zhang, Miwa Hikichi, Takushi Iimori, Yuki

Takeshi Fujita, Masahiro Miyauchi*, Takahiro Kondo*,

Tsujikawa, Mei Yuan, Masafumi Horio, Kunio Yubuta,

Highly dispersed Ni nanoclusters spontaneously formed

Fumio Komori, Masahiro Miyauchi, Takahiro Kondo,

on hydrogen boride sheets, Molecules, 27 (2022) 8261

Iwao Matsuda, Accelerated Synthesis of Borophane(12 pages).

(HB) Sheets through HCl-Assisted Ion-Exchange

8. Riku Shibuya, Kotaro Takeyasu, Donghui Guo, Takahiro

Reaction with YCrB4, Molecules 28 (2023) 2985. (14Kondo, Junji Nakamura, Chemisorption of CO2 on

pages).

nitrogen-doped graphitic carbons, Langmuir, 38 (2022)

2. Yuki Tsujikawa, Xiaoni Zhang, Masafumi Horio,

14430-14438.

Tetsuya Wada, Masashige Miyamoto, Toshihide Sumi,

9. Yuki Tsujikawa, Masafumi Horio, Xiaoni Zhang,

Fumio Komori, Takahiro Kondo, Iwao Matsuda,

Tomoaki Senoo, Takeru Nakashima, Yasunobu Ando,

Observing an ordered surface phase by B deposition on

Taisuke Ozaki, Izumi Mochizuki, Ken Wada, Toshio

Cu(110), Surface Science 732 (2023) 122282.

Hyodo, Takushi Iimori, Fumio Komori, Takahiro Kondo,

3. Katsuaki Sugawara, Haruki Kusaka, Tappei Kawakami,

Iwao Matsuda, Structural and electronic evidence ofKoki Yanagizawa, Asuka Honma, Seigo Souma, Kosukeboron atomic chains, Physical Review B, 106 (2022)

Nakayama, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi,

205406 (9 pages).

Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira,

10. Yasunobu Ando, Xiaoni Zhang, Yuki Tsujikawa, Yusuke

Takashi Takahashi, Shin-ichi Orimo, Masayuki Toyoda,

Sato, Masafumi Horio, Jun Haruyama, Osamu Sugino,

Susumu Saito, Takahiro Kondo, and Takafumi Sato,

Takahiro Kondo, Iwao Matsuda, Homotopic analysis of

Direct Imaging of Band Structure for Powdered

quantum states in two-dimensional polymorphs by a

Rhombohedral Boron Monosulfide by Microfocused

herringbone lattice model, Physical Review B, 106

ARPES, Nano Letters 23 (2023) 1673-1679.

(2022) 195106 (5 pages).

4. Hiroshi Ando, Masafumi Horio, Yoko Takeo, Masahito

11. Taiga Goto, Shin-ichi Ito, Satish Laxman Shinde, Ryota

Niibe, Tetsuya Wada, Yasunobu Ando, Takahiro Kondo,

Ishibiki, Yasuyuki Hikita, Iwao Matsuda, Ikutaro

Takashi Kimura, Iwao Matsuda, Developing a Simple

Hamada*, Hideo Hosono, Takahiro Kondo*, Carbon

Scanning Probe System for Soft X-ray Spectroscopy

dioxide adsorption and conversion to methane andwith a Nano-focusing Mirror, e-Journal of Surface

ethane on hydrogen boride sheets, Communications

Science and Nanotechnology 21 (2023) Advance online

Chemistry, 5 (2022) 118 (10 pages).

publication

12. Xiaoni Zhang, Yuki Tsujikawa, Ikuma Tateishi,

5. Norinobu Watanabe, Keisuke Miyazaki, Masayuki

Masahito Niibe, Tetsuya Wada, Masafumi Horio, Miwa

Toyoda, Kotaro Takeyasu, Naohito Tsujii, Haruki

Hikichi, Yasunobu Ando, Kunio Yubuta, Takahiro

Kusaka, Akiyasu Yamamoto, Susumu Saito, Masashi

Kondo,

Miyakawa, Takashi Taniguchi, Takashi Aizawa, Takao

Transition of 2D Boron by the Ion Exchange Reaction,

Mori,

Journal of Physical Chemistry C, 126 (2022) 12802-

Masahiro

Miyauchi*,Takahiro

Kondo*,

Iwao

Matsuda,Electronic

Topological

12808.

Rhombohedral Boron Monosulfide as a p-Type

13. Kotaro Takeyasu, Yasutaka Sawaki, Takumi Imabayashi,

Semiconductor, Molecules, 28 (2023) 1896 (9 pages).
6. Yasunobu Ando, Takeru Nakashima, Heming Yin,

Septia Eka Marsha Putra, Harry Handoko Halim, Jiamei

Ikuma Tateishi, Xiaoni Zhang, Yuki Tsujikawa,

Quan, Yuji Hamamoto, Ikutaro Hamada, Yoshitada

Masafumi Horio, Nguyen Thanh Cuong, Susumu Okada,Morikawa, Takahiro Kondo, Tadahiro Fujitani, and Junji

Takahiro Kondo, Iwao Matsuda, Prediction of a Cyclic

Nakamura, Hydrogenation of Formate Species Using

Hydrogenated Boron Molecule as a Promising Building

Atomic Hydrogen on a Cu(111) Model Catalyst, Journal

Block for Borophane, Molecules, 28 (2023) 1225 (13of the American Chemical Society, 144 (2022) 12158-

pages).

12166.

7. Natsumi Noguchi, Shin-ichi Ito, Miwa Hikichi, Yohei－ 50 －IUVSTA workshop on Advanced Spectroscopy andTransport for 2D Materials at Surfaces and The 4th Asia-＜特許＞

Pacific Symposium on Solid Surfaces (APSSS-4),
2022.9.18-21 (ポスター)

1.

2.

宮内雅浩, 河村玲哉, 近藤剛弘. 水素発生方法、水5. Kazuho Goto, Shin-ichi Ito, Takeshi Fujita, Hideo

素発生システムおよび燃料電池システム. 特許.

Hosono, Shin-ichi Orimo, Takahiro Kondo: MgH2

登録. 国立大学法人東京工業大学, 国立大学法人

Nanoparticle-Hydrogen Boride Sheet Nanocomposites

筑波大学. 出願日 2018/06/22. 特願 2018-118560.

for Hydrogen Storage, The 22nd International Vacuum

公 開 日 2019/12/26. 特 開 2019-218251. 登 録 日Congress IVC-22, Sapporo Convention Center, Sapporo

2022/05/26 特許第 7079932 号.

(Japan) , 2022.9.11-16 (ポスター)

Yasuyuki Hikita, YOTO Hiroaki, Takahiro Kondo,

6. Hikari Yoshioka, Satoshi Tominaka, Ben Slater, Hideo

Shin-ichi Ito, Hydrogen generator, 米 国 特 許 ， US

Hosono, Takahiro Kondo: Three-dimensional boron

Patent 11,583,820, 2023 (登録日 2023/2/21)

network compounds composed of B, Ca and H throughproton-exchange

reaction

of

CaB6,

The

22nd

International Vacuum Congress IVC-22, Sapporo
Convention Center, Sapporo (Japan) , 2022.9.11-16 (口＜学会発表＞頭) (IUVSTA-Elsevier Student award 受賞)
7. Natsumi Noguchi, Shin-ichi Ito, Miwa Hikichi,

国際会議

Masahiro Miyauchi, Takahiro Kondo : Spontaneous
reduction reaction of Ni ion by hydrogen boride sheets,

1. Takahiro Kondo ： Hydrogen boride and boron
monosulfide

sheets,The

Collaborative

Symposium

8thonSoutheast
EnergyThe 22nd International Vacuum Congress IVC-22,

Asia

SapporoMaterials(SACSEM 8th), Online, 2022.11.28-29（Invited talk）
2. Hiroshi Ando, Masafumi Horio, Yoko Takeo, Masahito

probesystemforsoftelectrocatalyst for OER with high performance andstrong durability, The 22nd International Vacuum
Congress IVC-22, Sapporo Convention Center, Sapporo

International Conference on Synchrotron Radiation(Japan) , 2022.9.11-16 ( 口 頭 ) (IUVSTA-Elsevier

Instruments 2022 (AO-SRI 2022), Tohoku University,monosulfide

sheets,The

International

Student award 受賞)
9. Kurt Irvin M Rojas, Nguyen Thanh Cuong, Hiroaki
Nishino, Ryota Ishibiki, Shin-ichi Ito, Masahiro

Boron

Miyauchi, Yoshitaka Fujimoto, Satoshi Tominaka,

Symposium (BORON2022), Turkish Energy, Nuclear

Susumu Okada, Hideo Hosono, Nelson B. Arboleda Jr.,and Mineral Research Agency Boron Research InstituteTakahiro Kondo, Yoshitada Morikawa, Ikutaro Hamada:(TENMAK BOREN), Istanbul (Türkiye) 2022.10.5-7.

Evaluating the interaction of hydrogen boride sheets and（Invited talk）

water, The 22nd International Vacuum Congress IVC-22,

4. Yuki Tsujikawa, Masafumi Horio, Xiaoni Zhang,

SapporoTomoaki Senoo, Takeru Nakashima, Yasunobu Ando,
Taisuke Ozaki, Izumi Mochizuki, Ken Wada, Toshio
Hyodo, Takushi Iimori, Fumio Komori, Takahiro Kondo,,

Taniguchi, Takahiro Kondo: r-BS as a metal-free

spectroscopy with a nano-focusing mirror, Asia Oceania

3. Takahiro Kondo：Hydrogen boride sheets and boron(Japan)Watanabe, Takeshi Fujita, Masashi Miyakawa, Takashi

x-ray

Sendai, Japan, 2022.11.9-12 (ポスター)

Sapporo8. Linghui Li, Cheng Jiang, Haruki Kusaka, Norinobu

Takashi Kimura, and Iwao Matsuda: Developing ascanning

Center,2022.9.11-16 (ポスター)

Niibe, Tetsuya Wada, Yasunobu Ando, Takahiro Kondo,
simpleConvention

Convention

Center,Sapporo(Japan),2022.9.11-16 (ポスター)
10. Kotaro Takeyasu, Ryusei Kojima, Yasutaka Sawaki,

Iwao Matsuda: Structural and electronic evidence ofboron atomic chains on Cu boride surface, The 92nd

－ 51 －

Takumi Imabayashi, Jiamei Quan, Takahiro Kondo,
Tadahiro Fujitani, Junji Nakamura: Comparison of
kinetics in CO2 -methanol conversion on Cu(111) modelsurface and powder catalysts, The 22nd International

performance

Vacuum Congress IVC-22, Sapporo Convention Center,electrocatalyst for OER, 21st International Symposium

Sapporo (Japan) , 2022.9.11-16 (口頭)on Boron, Borides and related materials (ISBB2022),

11. Norinobu

Watanabe,

Haruki

Kusaka,Akiyasu

composed bystrongdurability

metalfreeCampus Pierre and Marie Curie of Sorbonne University.

Yamamoto, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi,
Takahiro Kondo: Exploration of new 2D materials

withParis (France) 2022.9.5-9 (口頭)
17. Goto Kazuho, Shin-ichi Ito, Takeshi Fujita, Hideo

boron and phosphorus with 1:1

Hosono, Shin-ichi Orimo, Takahiro Kondo ： Highly

stoichiometric ratio by controlling temperature anddispersed MgH2 nanoparticle-Hydrogen boride sheetpressure, The 22nd International Vacuum Congress IVC-

nanocomposites for superior hydrogen storage materials,

22, Sapporo Convention Center, Sapporo (Japan) ,21st International Symposium on Boron, Borides and2022.9.11-16 (ポスター)

related materials (ISBB2022), Campus Pierre and Marie
Curie of Sorbonne University. Paris (France) 2022.9.5-9

12. Xiaoni Zhang, Yuki Tsujikawa, Ikuma Tateishi,
Masahito Niibe, Tetsuya Wada, Masafumi Horio, Miwa

(口頭)

Hikichi, Yasunobu Ando, Kunio Yubuta, Takahiro

18. Takahiro Kondo：Rhombohedral boron monosulfide andKondo, Iwao Matsuda: Electronic topological transition

2D boron monosulfide sheets, 21st Internationalof 2D boron by the ion exchange reaction, The 22nd

Symposium on Boron, Borides and related materials

International Vacuum Congress IVC-22, Sapporo(ISBB2022), Campus Pierre and Marie Curie ofConvention Center, Sapporo (Japan) , 2022.9.11-16 (ポSorbonne University. Paris (France) 2022.9.5-9（Invited
talk）

スター)
13. Norinobu

Watanabe,

Haruki

Kusaka,Akiyasu

19. Takahiro Kondo ： New two-dimensional material of

Yamamoto, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi andhydrogen boride sheets Hydrogen, Toyota FC research

Takahiro Kondo：To explore the synthesis condition of

global workshop (Hydrogen Storage), (Online) 2022.9-

h-BP, 21st International Symposium on Boron, Borides

15（Invited talk）

and related materials (ISBB2022), Campus Pierre and

20. Takahiro Kondo：Hydrogen boride sheets and boron

Marie Curie of Sorbonne University. Paris (France)monosulfide sheets, 2nd Global Summit and Expo on

2022.9.5-9 (ポスター)

Graphene and 2D Materials (2DMAT2022), Edinburgh

14. Hikari Yoshioka, Satoshi Tominaka, Ben Slater, Hideo(Scotland and online) 2022.8.22-24（Invited talk）

Hosono, Takahiro Kondo ： Synthesis of three-

21. Maxime FERRER, Ibon Alkorta, Jose Elguero, Takahiro

dimensional boron network compounds composed of B,

Kondo, Iwao Matsuda, Josep M. Oliva-Enrich：Towards

Ca and H through proton-exchange reactions, 21sta 2D boron chemistry?, 12th Triennial Congress of theInternational Symposium on Boron, Borides and related

World Association of Theoretical and Computational

materials (ISBB2022), Campus Pierre and Marie Curie

Chemists, Vancouver (Canada) 2022.7.7. （ポスター）

of Sorbonne University. Paris (France) 2022.9.5-9 (口頭)15. Natsumi Noguchi, Shin-ichi Ito, Miwa Hikichi,
Masahiro Miyauchi, Takahiro Kondo ： Reduction
reaction of Ni ions on hydrogen boride sheets, 21st

国内会議

International Symposium on Boron, Borides and related

1. 辻川夕貴, 中嶋武, 堀尾眞史, Xiaoni Zhang, 和田哲

materials (ISBB2022), Campus Pierre and Marie Curie也, 宮本将成, 飯盛拓嗣, 小森文夫, 田中清尚, 安of Sorbonne University. Paris (France) 2022.9.5-9 (口藤康伸, 近藤剛弘, 松田巌：鎖状ホウ素を含む基板

頭)

上ホウ素化合物の電子状態の研究，日本物理学会

16. Linghui Li, Cheng Jiang, Haruki Kusaka, Norinobu

2023 年春季大会，オンライン, 2023.03.24 (口頭)

Watanabe, Takeshi Fujita, Masashi Miyakawa, Takashi

2. 安藤康伸, Xiaoni Zhang, 辻川夕貴, 佐藤祐輔, 堀尾Taniguchi, Takahiro Kondo：r-BS as a promising high眞史, 春山潤, 杉野修, 近藤剛弘 松田巌：ヘリング－ 52 －

ボーン格子模型を用いた２次元トポロジカル電子

眞史, 松田巌, 立石幾真, N.T. Cuong, 岡田晋, 近藤

状態のホモトピー解析，日本物理学会 2023 年春季

剛弘：新環状水素化ホウ素分子から構成される 二大会，オンライン, 2023.03.24 (口頭)

次元水素化ホウ素化合物の電子状態と安定性に関

3. 近藤剛弘：カーボンニュートラルに貢献する材料

する研究，第 15 回の開発研究，産学連携炭素材料研究会，オンライン,

東京都市大学

2023.03.17 （Invited talk）(ポスター)

日本ホウ素・ホウ化物研究会,

二子玉川夢キャンパス, 2023.2.11

4. 張小妮, 辻川夕貴, 飯盛拓嗣, 堀尾眞史, 小森文夫,

12. Linghui Li, Satoshi Hagiwara, Cheng Jiang, Haruki

松田巌, 引地美亜, 近藤剛弘, 宮内雅浩, 湯葢邦

Kusaka, Norinobu Watanabe, Takeshi Fujita, Akiyasu

夫：2D トポロジカルボロファンシートの合成と評

Yamamoto, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi,

価, 第 15 回 日本ホウ素・ホウ化物研究会, 東京

Hideo Hosono, Fumiaki Kuroda, Minoru Otani,

二子玉川夢キャンパス, 2023.2.11 (口頭)

Takahiro Kondo：r-BS as a promising high-performance都市大学

5. 吉岡ひかり, 冨中悟史, Ben Slater, 細野秀雄, 近藤

metal-free electrocatalyst for OER，第 15 回

剛弘：CaB6 のイオン交換による B,Ca,H を含む 3次元ホウ素ネットワーク物質，第 15 回
素・ホウ化物研究会, 東京都市大学

ウ素・ホウ化物研究会, 東京都市大学

二子玉川夢キャンパス, 2023.2.11 (ポスター)

日本ホウ

二子玉川夢キ日本ホ

13. N. Watanabe, K. Miyazaki, M. Toyoda, K. Takeyasu, N.
Tsujii, H. Kusaka, A. Yamamoto, S. Saito, M. Miyakawa,

ャンパス, 2023.2.11 (ポスター)

T. Taniguchi, T. Aizawa, T. Mori, M. Miyauchi, T.

6. 尹鶴鳴, 山口寛月, 松田巌, 近藤剛弘, 細野英司：ホウ素ベース二次元材料の電気化学研究，第 15 回

Kondo，第 15 回

日本ホウ素・ホウ化物研究会, 東京都市大学

京都市大学

二子

玉川夢キャンパス, 2023.2.11 (ポスター)

日本ホウ素・ホウ化物研究会, 東

二子玉川夢キャンパス, 2023.2.11 (ポスター)

7. 後藤和歩, 野口夏未, 伊藤伸一, 藤田武志, 細野秀14. 堀尾眞史、安藤寛、竹尾陽子、新部正人、和田哲弥、

雄, 折茂慎一, 近藤剛弘: 金属水素化物とホウ化水

安藤康伸、近藤剛弘、木村隆志、松田巌：ナノ集光

素シートの複合体調製と評価，第 15 回

日本ホウ

ミラーを用いた簡易走査型軟 X 線吸収分光装置の二子玉川夢キ開発, 第 36 回日本放射光学会年会・放射光科学合素・ホウ化物研究会, 東京都市大学
ャンパス, 2023.2.11 (ポスター)

同シンポジウム, 立命館大学びわこ・くさつキャン

8. 山口寛月, Yin Heming, Xiaoni Zhang, 辻川夕貴, 保

パス, 2023.01.07-09 (口頭)原麗, 秋山了太, 長谷川修司, 堀尾眞史, 松田巌,

15. 宮﨑啓佑、山口晃、日下陽貴、渡邉範陳、宮川仁、

近藤剛弘：ハニカム格子型ホウ素化水素シートの

谷口 尚、近藤剛弘、宮内雅浩：菱面体硫化ホウ素

電気伝導測定，第 15 回

日本ホウ素・ホウ化物研(r-BS)の光触媒特性, 第 27 回シンポジウム「光触媒究会, 東京都市大学

二子玉川夢キャンパス,2023.2.11 (ポスター)

反応の最近の展開」, Online, 2022.12.16 (口頭)16. 堀尾眞史、安藤寛、竹尾陽子、新部正人、和田哲弥、

9. 辻川夕貴, X. Zhang, 堀尾眞史, 小森文夫, 松田巌,

安藤康伸、近藤剛弘、木村隆志、松田巌：ナノ集光

中嶋武, 安藤康伸, 望月出海, 和田健, 兵頭俊夫,

ミラーを用いた簡易走査型軟 X 線吸収分光装置の近藤剛弘: 一次元ホウ素原子鎖を含む表面二次元開発, 第 36 回日本放射光学会年会・放射光科学合ホウ化銅の研究, 第 15 回

日本ホウ素・ホウ化物研究会, 東京都市大学

二子玉川夢キャンパス,同シンポジウム, 2023.01.07-09 (口頭)17. 辻川夕貴, 堀尾眞史, Xiaoni Zhang, 妹尾共晃, 中嶋

2023.2.11 (ポスター)

武, 安藤康伸, 尾崎泰助, 望月出海, 和田健, 兵頭

10. 野口夏未, 伊藤伸一, 引地美亜, 張葉平, 後藤和歩,

俊夫, 飯盛拓嗣, 小森文夫, 近藤剛弘, 松田巌：

久保敦, 松田巌, 藤田武志, 宮内雅浩, 近藤剛弘：

Cu(111)基板上のホウ素原子鎖についての研究, 日ホウ化水素シート上での Ni ナノクラスターの自本 物 理 学 会 2022 年 秋 季 大 会 , 東 京 工 業 大 学 ,発的形成, 第 15 回

2022.9.12-15（領域 9 学生優秀発表賞）(領域 9 学生

東京都市大学

日本ホウ素・ホウ化物研究会,

優秀発表賞) (口頭)

二子玉川夢キャンパス, 2023.2.11

18. 近藤剛弘：典型元素で構成される新しい機能性物(ポスター)
11. 中嶋武, 安藤康伸, H. Yin, X. Zhang, 辻川夕貴, 堀尾－ 53 －

質の開拓, 分子研物質分子科学研究領域研究会「物質分子科学の研究展望」（オンライン）, 2022.8.27（Invited talk）
19. 近藤剛弘：水素とホウ素で構成されるホウ化水素
シート材料の機能と展開，水素科学技術連携研究会第 1 回研究会（オンライン）, 2022.6.23（Invitedtalk）
20. Kazuho Goto, Takeshi Fujita, Shin-ichi Ito, Hideo
Hosono, Shin-ichi Orimo, Takahiro Kondo：Compositeof MgH₂ Nanoparticles and Hydrogen Boride Sheets for
EfficientHydrogen

Storage

Material,

2nd

Int.

Symposium "Hydrogenomics", Online, 2022.5.17. （ポスター）
21. X. Zhang, Y. Tsujikawa, I. Tateishi, M. Niibe, T. Wada,
M. Horio, M. Hikichi, Y. Ando, T. Kondo, I. Matsuda：
Electronic topological transition of 2D boron by the ion
exchange reaction, 公益社団法人 日本表面真空学会
2022 年度 関東支部講演大会, Online, 2022.4.15 (口頭)－ 54 －

辻村清也＜研究成果＞
酵素の電極触媒活性，利用効率，安定性の革新的な向上を達成することで，生体エネ
ルギー変換系を模倣したバイオエネルギー変換デバイスの創生を進める．
【 １ 】乳酸オキシダーゼに適したオスミウム
錯体を含有するポリマー
電極と酵素を電極触媒とする酸化還元反応を組み合わせた酵素電極反応はバイオセンサに応用することができる．乳酸センサでは，乳酸を酸化する酵素として乳酸オキシダーゼ(LOx)を使用し，電極上に固定することで乳酸濃度に依存した電子の供給を行う．本研究の目的は，運動中の汗中の乳酸濃度を継続的に測定する
乳酸センサの安定性を改善することである．そのために電極からの LOx の脱離と LOx の失活を抑制する必要がある．電極からの酵素の脱離を抑制するために，LOx とメディエータとして作用するレドックスポリマーを架橋する
ことにより，LOx を電極上のレドックスハイ
ドロゲルマトリックスに固定した．本研究ではレ ド ッ ク ス ポ リ マ ー と し て
Polyvinylimidazole-Os(bipyridine)2Cl (PVI-Os)，架 橋 剤 と し て Poly(ethylene glycol) diglycidyl
ether (PEGDGE)を使用した．この方法によって高濃度で LOx を電極に固定することが可能となる．平面であるグラッシーカーボン(GC)電極に比べて，電極の表面積が大きく，また細孔の内部までハイドロゲルを担持することができる．イ ミ ダ ゾ ー ル の 3 位 の 窒 素を 2-Bromoethylamine によって四級化し，PVIOs に正電荷を導入することで，負電荷を有する酵素とレドックスポリマー間の静電的相互作用を大きくし，酵素の電極への固定を強めた．
まず，ハイドロゲル組成比の最適化を行うため，
PEGDGE の割合を固定し，異なる重量比の
LOx，PVI-Os からなるハイドロゲルを修飾した
GC 電極と MgOC 電極の耐久性を評価した．
また，四級化されているイミダゾールの割合を変化させ，それぞれの電極の安定性を評価した．
四級化しない場合に比べ，四級化割合 10 %のときには電極が高い耐久性を示すことが分かった．PVI-Os に正電荷を導入することによって酵素の電極への固定が強まった．しかし，その後は四級化割合の増加に伴い，2 日後の残存電流率が低下した．四級化官能基の末端である
NH2 の増加が PVI-Os と PEGDGE の架橋反応に影響を及ぼしている可能性が考えられる．
次のステップとして，オスミウム錯体から有機系の酸化還元分子を検討している．
【 ２ 】キノンを用いたディスポーザブルセン
サ
電気化学式の自己血糖計測（SMBG）は糖尿病
患者の血糖管理に欠かすことのできない重要な�ールとなっている．�村らが��した
Aspergillus 由来の FAD 依存性のグルコース脱水素(FADGDH)は，グルコース電極のキーエン
ザ イ ム で あ る ． quinoline-5,8-dione (QD) と
isoquinoline-5,8-dione が 有 望 な 候 補と し て 挙
がってきた．酵素との 2 分子反応速度定数(M1 -1s )は，107.7 程度と非常に高いことがわかった．
ディスポーザブルセンサストップ上に酵素とともに担持し，電気化学応答を調べると，計測するグルコースの量よりも非常に少ない量のメディエータであっても測定できることがわ
かった．つまり，少量の酵素とメディエータの担持であっても，電極表面での酵素電気化学的なグルコースの酸化反応が非常にはやいために，グルコースの濃度勾配が形成され，電極表面へのグルコースの供給が律速となるセンサができたのである．このグルコース拡散律速型のセンサは，少ないメディエータの担持量であっても，広い範囲で良好な線形の検量線を得る
ことのできる，非常に優れたセンサである．本
成果は昨年，Biosens and Bioelectronics 誌に掲載されたが，本研究では，市販のキノン．1，
2-naphtoquinone(NQ),
9,10phenantherenenquinone (PQ), 1,2-naphtoquinone4-sulfonate (NQ4S)についても本系が適用できるか検討した．結果，グルコースが低濃度域においては，低い QD や IQD のようにメディエータ担持量が少ない場合でも，センサレスポン
スは直線性が得られた．しかし，グルコース濃－ 55 －

度が高い領域では，グルコース濃度に応じた電流が得られなかった．このことから，NQ，PQ
は QD と同程度の 2 分子反応速度定数をしめすのにも関わらず，同程度のレスポンスが得られないのは溶解度が低いから，NQ4S は高い溶解度を示すが，2 分子反応速度定数が低い．この両者が備わっていないと，グルコース拡散律速のセンサを実現することができないとわかった．このアイデアを応用することで，乳酸などの新しいセンサを実現することができる．
【 ３ 】自己駆動型のディスポーザブルセンサ
糖 尿 病 治 療 で は ， 自 己 血 糖 計 測 （ SelfMonitoring of Blood Glucose，SMBG）が推奨されている．日常生活の中での血糖値を知ること
で，よりよい血糖コントロールを目指すことができる．最近では，連続血糖計測の普及も目覚
ましく，こうした計測器は糖尿病患者の日々の血糖管理に欠かすことができなくなっている．
国内の糖尿病推計患者数（糖尿病が強く疑われる者）は 2016 年に 1000 万人を超えた．また，
糖 尿 病 予 備 軍 も 1000 万 人 程 度 い ま す ．
With/post コロナ社会においてリモートワーク
が進めば，運動不足などによる糖尿病の増加も懸念される．健康診断などにおいて指導が行われているが，自覚症状のない糖尿病においては
容易ではない．非患者に対する自宅での血糖簡
易検査を普及させる上で障壁になるのは，どのように計測するかという点である．専用の外部装置なしに，血液を付けるセンサチップだけを使い，だれもがどこでも血糖値を測ることができれば，SMBG の非患者への普及につながると期待される．また，特定のタイミングで血糖検査（例えば空腹時血糖値と食後血糖値を計測する）ができれば，糖尿病の判定精度を格段に上げることができる．これにより，健康意識の向上を促し，糖尿病患者の増加を抑えることができると期待される．これまでも尿検査試験紙な
どの簡易検査法はあったが，精度の点で劣り，得られる情報が限定的であった．本研究チーム
は，電気化学式のバイオセンサやバイオ燃料電池に関する研究を行ってきた．バイオ燃料電池
は，負極（アノード）でグルコースの酸化反応を，正極（カソード）で酸素の還元反応を行い，反応の化学エネルギーを電気に直接変換するデバイスである．電池の出力値がサンプル濃度に依存するようにデザインすることで，検体濃度を連続計測できる．本研究では，その成果を生かし，スマートフォンのような汎用機器で読み取りができる，外部電源不要で自己駆動型の使い捨て SMBG センサチップの開発を目指した．一般的な SMBG 計測器は，血液を付ける
センサチップと専用の外部装置の組み合わせ
でできている．専用の外部装置は，電極電位を制御するとともに流れる電流を測るポテンショスタット，電源，メモリー，ディスプレーなどで構成されている．本研究ではこれらの機能をセンサチップに全て集約することで，自己駆動型 SMBG 計測を実現した．専用の測定機器を用いずに反応を進行させるために，センサチ
ップの対極に酸素還元触媒を塗布した．これにより，バイオ燃料電池の要領で反応を進行させることができた．つまり，外部からエネルギーを供給することなく，反応が進行する電極電位を制御しながら，グルコースの検出反応を行う
ことができる．一方，グルコース酸化極には，
FAD-GDH と，酵素と電極間の電子移動を促進させるレドックスメディエーター(Thionine)を，架橋剤(PEGDGE)を用いて固定化した．キーとなるのは，メディエータの選択と適切な組み合わせである．酸素還元極には，非白金の炭素系の酸素還元触媒を用いた．ビリルビンオキシダーゼを用いた場合よりも反応開始電位は卑である．それぞれを電極上にコートしたのちに，乾燥させてバイオセンサとした．グルコース濃度の異なる溶液を 5 μL だけセンサに滴下し，両極を結んで得られる電流を計測したところ，
グルコース濃度がゼロから 30 mM（540 mg/dL）の広い範囲で比例しており，血糖値を計測するセンサとして使えることが確認した．

－ 56 －

＜論文＞

バイスへの応用, 四反田功，辻村清也, 電気学会誌，
142, 572-575 (2022)

1. Improved Stability of Continuous Operation of Lactate

5.

電気化学センサ・バイオ燃料電池によるウェアラ

Oxidasehydrogel Electrodes Using Os(bipyridine)2Cl-

ブルバイオセンシング技術, 四反田功，辻村清也,

pendant Poly(vinyl Imidazole), Terazawa, R., Mikawa,

電子情報通信学会誌，105, 225-232 (2022)

T., Tsujimura, S.,

Sensors and Materials, 34, 8(2),3133-3140 (2022).
2. Glucose-sensor

Strip

Using

FlavinAdenineDinucleotide-dependent Glucose Dehydrogenase with

＜特許＞

Quinones as Redox Mediators, Gong, Y., Tsujimura, S.,
1． バイオ電極，バイオ電極の製造方法及び電気化学

Sensors and Materials, 34, 8(2), 3141-3146 (2022)

デバイス，特願 2022-088978，辻村清也，栗山宏斗，

3. High-Performance Paper-based Biocathode fabricatedby Screen-printing an improved Mesoporous Carbon Ink

エムディ

モタハー

and by Oriented Immobilization of Bilirubin Oxidase,

願日 2022 年 5 月 31 日

ホサイン，シュウアンキ，出Loew, N., Shitanda, I., Goto, H., Watanabe, H., Mikawa,T., Tsujimura S., Itagaki, M., Sci Rep 12, 14649 (2022).
4. Impact of Lactic Acid and Genipin Concentration on
Physicochemical and Mechanical Properties of Chitosan
Membranes, Kondratowicz, I., Shalayel, I., Nadolska,
M., Tsujimura, S., Yamagata, Y., Shitanda, I., and Zebda,
A., J Polym Enviro, 31, 1221-1231 (2023)
5. A disposable enzymatic biofuel cell for glucose sensing＜学会発表＞
国内会議
1. Phenothiazine type mediator functionalized porous
hybrid material for the efficient electron transfer towards

via short-circuit current, Morshed, J., Hossain M., Zebda,

the enzyme electrode, Md motaher HOSSAIN,Seiya

A., Tsujimura, S., Biosens. Bioelectron., 230, 115272

TSUJIMURA, 第 32 回日本 MRS 年次大会，12 月 5-(2023)

7 日，横浜（oral）

2. Redox Polymer with Phenothiazine Derivatives for
Enzymatic Glucose Anode，Hiroto KURIYAMA,Yuta
KODA,Yukio NAGASAKI,Seiya TSUJIMURA, 第 32

＜総説・解説＞
1.

回日本 MRS 年次大会，12 月 5-7 日，横浜（oral）

Insight into continuous glucose monitoring: frommedicalbasicstocommercialized

3. Usefulness of Carbon based materials for biosensing
applications，Subbiah ALWARAPPAN, 第 32 回日本

devices,

Chmayssem,A., Nadolska, M., Tubbs, E., Sadowska, K.,
Vadgma, P., Shitanda, I., Tsujimura, S., Lattach, Y.,

MRS 年次大会，12 月 5-7 日，横浜 (招待講演)
4. 有機系メディエータを用いたグルコース脱水素酵
素電極の設計, 辻村清也, 第 32 回日本 MRS 年次大Peacock, M., Tingry, S., Marinesco, S., Mailley, P.,
Lablanche, S., Benhamou, P.Y., Zebda, A., Microchim
Acta 190, 177 (2023)2.

electrodes ， Anqi ZHOU,Silvia SATO SOTO,Seiya

を用いたバイオセンサ・バイオ燃料電池, 四反田

TSUJIMURA，, 第 32 回日本 MRS 年次大会，12 月
5-7 日，横浜 (oral)

糖や乳酸を基質とする紙基板バイオ燃料電池, 四反田功，レーヴ

6. 電気化学バイオデバイスの高機能化に向けた材料開発，辻村清也，第 68 回ポーラログラフィーおよノヤ，辻村清也, バイオインダス

び電気分析化学討論会 11/10-11，京都 (招待講演)

トリー, 39, 11, 7-15 (2022)
4.

5. Electrode response of Shewanella in mediator-modified

酵素に適したメソ孔/マクロ孔を有する多孔質炭素
功，辻村清也 電気化学，91,10- 18 (2023)

3.

会，12 月 5-7 日，横浜（招待講演）

ウェアラブルバイオ電池とヘルスモニタリングデ

7. ECarbon surface nanoarchitecture by covalent grafting－ 57 －

of redox mediator: Design of enzyme electrode, ホッサ
イン エムディ モッタハル，辻村 清也，2022 年電気化学会秋季大会, 神奈川大, 9/11

（oral）

8. Porous carbon-mediator hybrid material by grafting
technique enhances the long-term activity of enzyme
electrode，Md Motaher Hossain, Seiya Tsujimura，第 4
回 FSE シンポジウム，7/14-15，米沢 (oral)
9. Electrochemical SMBG sensor with low sample volume
that generates high power from an enzyme-based biofuel
cell，Jannatul Morshed, Seiya Tsujimura，第 4 回 FSE
シンポジウム，7/14-15，米沢 (oral)
国際会議
1. valuation of flavin-modified anodes and its interaction
with Shewanella oneidensis, Silvia Sato-Soto, Yoshihide
Tokunou, Seiya Tsujimura, Sep 12-16, 2022, 73rd
Annual Meeting of the International Society ofElectrochemistry, Online (oral)
2. Modification of carbon electrodes with redox mediatorsand its diazonium salts for MFC improvement，Silvia
Sato Soto, Kaho Yamada, Toshikazu Fukushima, Seiya
Tsujimura，ISMET8, Greece, 2022/9/21, (Oral)
3. Surface-adaptive carbon-based hybrid material bycovalent grafting of phenothiazine type-redox mediator
for an efficient enzyme electrode ， Md motaher
HOSSAIN,

Seiya

TSUJIMURA,IUMRS-ICYRAM2022, 8 月 4 日，九州大 (oral)
4. Electrode response of microorganisms in surfacemodified electrodes，Anqi ZHOU, Seiya TSUJIMURA，IUMRS-ICYRAM2022, 8 月 4 日，九州大 (oral)
5. Polymer with Pendant Phenothiazine-type Mediator for
Enzymatic Glucose Anode，Hiroto KURIYAMA, Yuta
KODA, Yukio NAGASAKI, Seiya TSUJIMURA ，
IUMRS-ICYRAM2022, 8 月 4 日，九州大 (oral)
6. Evaluation of Redox Mediator-modified Anodes for
Microbial Fuel Cell Performance Improvement，Silvia
Sato Soto, Kaho Yamada, Toshikazu Fukushima, Seiya
Tsujimura ， The Water and Environment Technology
Conference 2022，7/9,10, online (oral)－ 58 －

中村貴志＜研究成果＞
当研究グループでは、持続可能な社会に貢献
できる革新的分子の創出とその機能開拓を推進している。特に、独自の環状多量体をデザイン・合成し、分子認識などの機能を制御して新しい物質を作り出す超分子の研究を行っている。このような超分子は、分子認識に基づくセンサーや分離精製などの用途だけでなく、分子捕捉能を活かした選択的反応を実現する場として、将来の発展が期待される。本年度は、以下の【 １ 】
【 ２ 】の研究成果を挙げることができた。

可変 ITC 測定を行った。その結果、フェニルリ
ン酸では∆H, ∆S, ∆Cp < 0 となり、1-アダマンチ
ルリン酸では∆H ≈ 0, ∆S, ∆Cp > 0 となった。これらの結果より、1-アダマンチルリン酸では疎水効果が、フェニルリン酸ではそれ以外が包接の主な駆動力として働いていると考えられる。
これらの実験事実より、17+のアニオン認識の選択性は、シクロデキストリン内孔の疎水効
果と、アミド N-H プロトンによる水素結合の両方の寄与によって説明できることがわかった。

【 １ 】リン酸モノエステルを水中で捕捉する
アミドシクロデキストリン誘導体の分子認識
機構の解明
我々は、一般的に困難であるとされる水中でのアニオン認識を実現するために、N-メチルピ
リジニウム基を有するアミドシクロデキスト
リン誘導体 1(OTf)7 をこれまで開発した。この1(OTf)7 の構造を調べるために温度可変 NMR測定を行ったところ、278 K の水中において自己包接体と非自己包接体が、6:4 の比で存在していることがわかった。また、17+は、水中においてフェニルリン酸などのアニオンと 1:1 複合体を形成することが確認できた。一方で、類似した構造をもつフェニルスルホン酸イオンや安息香酸イオンとは結合せず、リン酸モノエス
テルに対して高い選択性をもつことがわかった。さらに、17+とフェニルリン酸の 1:1 複合体について NOESY 解析を行ったところ、ゲストのフェニル基がそのリン酸部位をピリジニウ
ムアミド基側に向けた状態でシクロデキスト
リン環状骨格の内孔に包接されており、リン酸
部位はアミド N-H 付近に位置していることがわかった（図 1a）。そして、1-アダマンチルリ
ン酸をゲストとした 1:1 複合体の形成により、アニオンの包接に伴って 17+のアミド N-H プロ
トンシグナルが低磁場シフトすることを確認した（図 1b）。続いて、フェニルリン酸と 1-ア
ダマンチルリン酸をゲストとして用いた温度

図 1 (a) アミドシクロデキストリン誘導体
1(OTf)7 と PhOPO3Na2 の 1H-1H NOESY スペク
トル (600 MHz, D2O, 298 K) および NOE 相関
か ら 推 定 さ れ る 1:1 複 合 体 の 構 造 . (b)AdOPO3Na2 の 1(OTf)7 に対する 1H NMR 滴定
実験 (600 MHz, H2O/D2O = 9/1, 298 K).

【 ２ 】大環状錯体内孔の複数の配位サイト間の位置選択的な配位子架橋とコンフォメーシ
ョン制御
内部空間に配位サイトを持つ金属錯体は、配位結合の方向性と可逆性を利用して、ゲスト配位子の位置や集合体の全体形状を精密に制御するポテンシャルを有する。しかし、このような配位性ホストが複数の配位サイトを持つ場－ 59 －

合、ゲスト配位子がどの配位サイトに結合するかを制御することは困難であることが多く、生成物はランダムで制御不能な混合物となることが問題となっていた。当研究グループで開発した大環状錯体である、６つの配位サイトを持
つ hexapap のパラジウム６核錯体は、ゲストに応じて２つの異なるコンフォメーションを取ることができる。１つは、６つの配位サイトが交互に上下上下上下を向く Alternate 型コンフォメーションで、もう１つは、配位サイトが上
中下上中下の向きになる Twisted 型コンフォメーションである（図 2）。

興味深いことに、直鎖状ジアミンが３つの異なる架橋様式で捕捉され、２つの大環状分子のコンフォメーションがジアミンの長さによって制御できることが明らかとなった（図 2）。さらに、２種類のジアミンのヘテロな位置選択的架橋を達成した。ジアミンの長さのわずかな違
いが、生成するホスト-ゲスト大環状錯体の構
造や位置選択性に大きな違いをもたらすことが示された。

＜論文＞
1. Y. Chiba, Z. Jin, T. Nakamura, T. Nabeshima, "AnIron(II) Complex of a Tripodal 2,2´-Bipyridine with
Perfluoroalkyl Linkers Showing Anion-Dependent
fac/mer Isomer Ratio" Chem. Lett., 51, 1018–1021(2022).
2. Y. Chiba, H. Fujii, T. Nakamura, T. Nabeshima,"Coordination-Driven Synthesis of a Self-Assembled
Architecture Bearing Urea Groups from a Triply Helical
Fe(II) Complex of a Tripodal Ligand and a Pd(II)Complex" Chem. Lett., 51, 1128–1130 (2022).
3. T. Aizawa, S. Akine, T. Saiki, T. Nakamura, T.
Nabeshima, "Rotaxane Formation by an Allosteric
Pseudomacrocyclic

Anion

Receptor

Utilising

Kinetically Labile Copper(I) Coordination Properties"
Dalton Trans., 51, 17277–17282 (2022).

＜学会発表＞
国際会議
1. Takashi Nakamura, Yuya Kaneko, Akira Nagai, Rui Yun
Feng, Tatsuya Nabeshima, "Hexapap: A UniquelyShaped Macrocycle Possessing Inwardly Assembled
Metal Coordination Sites" The 8th Asian Conference on
Coordination Chemistry (ACCC8), Hybrid (Online/

図 2 大環状錯体内孔の複数の配位サイト間の位置選択的な配位子架橋とコンフォメーシ
ョン制御

Taipei), Taiwan, 2022.8.7–11 (poster)
2. Takashi Nakamura, Yuya Kaneko, Akira Nagai, Rui Yun－ 60 －

Feng, Tatsuya Nabeshima, "Hexapap Macrocycles That

Capture Molecules By Multipoint Coordination" 44th

ナー、P-11、東京、2022 年 10 月 22 日（ポスター）

International Conference on Coordination Chemistry

8. 中村 貴志「錯体ユニットを精密配置した環状多量(ICCC2022), Rimini, Italy, 2022.8.28–9.2 (oral)体の合成・構造・機能」茨城大学工学部 講演会、

3. Takashi Nakmura, "Synthesis of novel dipyrrin ligands

茨城、2022 年 12 月 20 日（口頭）（招待講演）

and their application as sensor systems for rare earth

9. 髙柳 駿斗、中畑 雅樹、渡辺 豪、中村 貴志「ピリmetals "Supramolecular Chemistry of Macrocycles

ジニウムアミド基をもつシクロデキストリン誘導

Developed by Oligomerization of Metal Complex Units

体による水中でのアニオン認識機構に関する研究」

and Desymmetrization of Molecular Components"

日本化学会第 103 春季年会、K606-1am-02、千葉、

Guest

Lecture,Technische

Universität

Dresden,Dresden, Germany, 2022.9.7 (oral)

2023 年 3 月 22 日–25 日（口頭）10. 黒岩 駿介、吾郷 友宏、近藤 健、福元 博基、鍋島達弥、中村 貴志「ジピリンニクトゲン錯体の合成と性質」日本化学会第 103 春季年会、K702-1am-07、
千葉、2023 年 3 月 22 日–25 日（口頭）国内会議

11. 𡵅𡵅𡵅 優也、中村 貴志「動的共有結合の不可逆的な変換によるピリジルベンゾオキサゾール環状多量

1. 渡部 悟、中村 貴志「三座キレート pap の環状六量体の合成」日本化学会第 103 春季年会、K605-2pm-体錯体の内孔配位子交換と構造変化」第 19 回ホスト–ゲスト・超分子化学シンポジウム（SHGSC2022）、
2P26、岡山、2022 年 6 月 4 日–5 日（ポスター）

05、千葉、2023 年 3 月 22 日–25 日（口頭）12. 渡部 悟、中村 貴志「内孔に結合する直鎖状二座配位子の長さに応じた環状六核パラジウム錯体の構

2. 中村 貴志「金属配位サイトの環状配列と精密分子造変化」日本化学会第 103 春季年会、P1-1am-15、認識を志向した大環状分子の合成」有機合成化学協会 関東支部 2022（令和 4）年度若手研究者のためのセミナー、東京、2022 年 7 月 30 日（口頭）（招

千葉、2023 年 3 月 22 日–25 日（ポスター）
13. 胡 高興、中村 貴志「ビピリジルアミドシクロデキ

待講演）
3. Takashi Nakamura, "Advanced Design of Macrocycles
Utilizing

Coordination

Bonds

for

Molecular

Recognition" 錯体化学会第 72 回討論会、S2-04、福岡、2022 年 9 月 26 日–28 日（口頭）4. 中村 貴志「水素結合と配位結合を駆使した超分子的アプローチに基づく水圏機能材料の創出」第 12
回 CSJ 化学フェスタ 2022、A3-03、東京、2022 年
10 月 18 日–20 日（口頭）（招待講演）
5. 胡 高興、中村 貴志「6 位に置換基をもつビピリジ
ルを導入したアミドシクロデキストリン及びその金属錯体の合成」第 12 回サブウェイセミナー、P10、東京、2022 年 10 月 22 日（ポスター）
6. 渡部 悟、中村 貴志「環状六量体錯体 hexapap の内孔への直鎖状二座配位子の結合と構造変化」第 12
回サブウェイセミナー、P-11、東京、2022 年 10 月
22 日（ポスター）
7. Yuya

Hokimoto,

InvestigationofTakashiNakamura,"Synthetic

CyclicOligomersof

2-[(2-

and2-(2-Pyridinylmethylene)amino]phenol(Pap)

Pyridyl)benzoxazole (Pbo)" 第 12 回サブウェイセミ－ 61 －

ストリン及びその金属錯体の置換基導入による構造制御」日本化学会第 103 春季年会、P2-3vn-06、千葉、2023 年 3 月 22 日–25 日（ポスター）

（2）エネルギー物質科学部門

窪田寛久（数理物質科学研究科・M2）
四方諒（電子・物理工学サブプログラム・M2）

教員：

矢嶋渉（電子・物理工学サブプログラム・M2）

守友浩 （数理物質系・物理学域・教授）

酒井和人（数理物質科学研究科・M1）

西堀英治（数理物質系・物理学域・教授）

谷口湧雅（数理物質科学研究科・M1）

岡田晋 （数理物質系・物理学域・教授）

西谷開生（数理物質科学研究科・M1）

都倉康弘（数理物質系・物理学域・教授）

野村由仁香（数理物質科学研究科・M1）

初貝安弘（数理物質系・物理学域・教授）

古内健太郎（数理物質科学研究科・M1）

柳原英人（数理物質系・物理工学域・教授）

和氣暁大（数理物質科学研究科・M1）

羽田真毅（数理物質系・物理工学域・准教授）

田中雄大（数理物質科学研究科・M1）

小林航 （数理物質系・物理学域・助教）

西岡隆志（数理物質科学研究群・M1）

丹羽秀治（数理物質系・物理学域・助教）

林美吹 （数理物質科学研究群・M1）

笠井秀隆（数理物質系・物理学域・助教）

前田和弥（数理物質科学研究群・M1）

Galica, Tomasz（数理物質系・物理学域・助教）

張博文 （数理物質科学研究群・M1）

吉田恒也（数理物質系・物理学域・助教）

山本晃大 (数理物質科学研究科・M1)

溝口知成（数理物質系・物理学域・助教）

齋藤貴広 (数理物質科学研究科・M1)

久野義人（数理物質系・物理学域・助教）

JUNG SEBIN（数理物質科学研究科・M1）
小高千洋（数理物質科学研究科・M1）

研究員：

金澤朋希（数理物質科学研究科・M1）

長井一郎（研究員）

齋田友梨（電子・物理工学サブプログラム・M1）

藤田知樹（研究員）2022 年 8 月まで

上野辰（電子・物理工学サブプログラム・M1）

新井正男（材料数値シミュレータステーション

尾崎卯汰（電子・物理工学サブプログラム・M1）

ステーション長）
大学院生：
岩泉瑞樹（数理物質科学研究科・D3）
Zheng Yanyan（数理物質科学研究群・D3）
井上大 （数理物質科学研究科・D2）
葛西紘人（数理物質科学研究科・D2）
上村俊介（数理物質科学研究科・D2）
礒部拓磨 (数理物質科学研究科・D2)
若尾洋正 (数理物質科学研究科・D2)
高橋聖弥（数理物質科学研究群・D1）
黒田匠(数理物質科学研究科・D1)

猿倉雅都（数理物質科学研究科・M2）
井上泰斗（数理物質科学研究科・M2）
小松俊輝（数理物質科学研究科・M2）
吉野大悟（数理物質科学研究科・M2）
松岡大地（数理物質科学研究科・M2）
柏渕颯 （数理物質科学研究科・M2）
伊藤亮 （数理物質科学研究科・M2）
松本大輝 (数理物質科学研究科・M2)
嶋山潤 （数理物質科学研究科・M2）
日高温志（数理物質科学研究科・M2）－ 62 －

守友 浩、小林 航、丹羽秀治＜研究成果＞
本部門の使命は、（１）エネルギーサイエンスの推進と（２）エネルギーイノベーションの実現の二つである。
エネルギーサイエンスとは、エネルギーデバイス（エネルギーハーベスト、熱電変換、太陽電池、蓄電、等）中のエネルギー現象を電子論的・微視的に解明することである。そのためには、典型物
質または理想物質に着目し、基盤研究のための材料開発・デバイス開発、放射光 X 線やナノプローブを駆使した先端計測、第一原理計算による物性予測、等を組み合わせる必要がある。
他方、エネルギーイノベーションを実現するた
めに、熱―電気エネルギー変換を中心としたエネ
ルギーハーベストデバイスの開発を推進している。
本部門では、素子の温度変化で充電される三次電池を提案し、その開発を推進している。また、液体熱電変換の媒質を水溶液から有機溶液に拡張
し、より広い視点からのデバイスの理解と開発を推進している。これらのデバイスを社会実装するために民会企業との共同研究を精力的に推進している。
【 １ 】有機溶媒を用いた液体熱電変換
９種類の有機溶媒を用いた液体熱電変換の性能（電気化学ゼーベック係数 α と電気伝導度 σ）を評価した。酸化還元対は Fe2+/Fe3+である。図１に、
α の溶質濃度依存性を示す。(a)protic 溶媒では、
溶質濃度とともに α が増大した。詳細な実験の結
果、溶質中の結晶水が σ 増大の原因であることが分かった。有機溶媒の中では、メタノールが高い
熱電変換性能を示すことが分かった。

【 ２ 】錯体状態の温度制御による Fe2+/Fe3+酸化還元対の電気化学ゼーベック係数 α のスイッチ
酸化還元対の配位状態は、α に大きな影響を及ぼす。図２の点線と実験は DMSO に溶解した[FeL6]2+/[FeL6]3+ と[FeCl4]2-/[FeCl4]- 酸化還元対の 電 位 差 と 温 度 差 の 関 係 を 示 す 。
[FeL6]2+/[FeL6]3+ の α は 正 で あ る が 、 [FeCl4]2/[FeCl4]- の α は 負 で あ る 。 我 々 は 、[FeL6]2+/[FeL6]3+ と[FeCl4]2-/[FeCl4]- が競合するよ
うに、DMSO 中の塩素濃度を微妙に調整した。可視 吸 収 ス ペ ク ト ル に よ り 、 20℃ 付 近 で は[FeL6]2+/[FeL6]3+ が支配的であるが、60℃付近では[FeCl4]2-/[FeCl4]- が支配的にあることが分かった。図 2 に示すように、錯体状態の温度制御により α をスイッチできることを実証した。

図２ Fe2+/Fe3+の溶解した DMSO における電位差と温度差の関係。点線と実線は[FeL6]2+/[FeL6]3+と[FeCl4]2-/[FeCl4]- 酸化還元対のデータを示す。
【 ３ 】Fe2+/Fe3+酸化還元対の配位状態と酸化還
元電位
酸化還元対の配位状態は、酸化還元電位に大きな影響を及ぼす。我々は、可視吸収スペクトルを系統的に測定し、メタニール及びエタノール中の塩素イオン濃度を高めると[FeL6]2+/[FeL6]3+から[FeCl4]2-/[FeCl4]- へ錯体状態は変化することを見出した（図３上段）。図３の下段に、塩素イオン濃度に対して酸化還元電位の相対変化を示した。
[FeCl4]2-/[FeCl4]-が支配的な濃度領域では、酸化還元電位が 200mV 程度低下することを見出した。

図 1 電気化学ゼーベック係数 α の溶質濃度依
存性：(a)protic 溶媒、(b)aprotic 溶媒。

－ 63 －

画像解析より Na+濃度の一次元分布を求め、一次
元拡散方程式で定量的な解析を行い、マクロな拡散係数を求めた。

2+

3+

-

図３ Fe /Fe の溶解した溶液における[FeCl4] 吸収帯の強度、ピーク位置、酸化還元電位の相対変化：(a)メタノール、(b)エタノール。I と II は
[FeL6]2+/[FeL6]3+と[FeCl4]2-/[FeCl4]-が支配的な濃度領域を示す。
【 ４ 】過塩素酸鉄が溶解した有機溶液におけるFe まわりの EXAFS 解析
過塩素酸鉄が溶解した有機溶液における Fe ま
わりの EXAFS 解析を系統的に行った。Fe3+周りの酸素の配位数（nO ）は５程度で一定であるが、炭素の配位数が（nC）が顕著な溶媒依存性を示すことが分かった。この溶媒依存性は Fe3+に配位する溶媒分子の向きの揺らぎに起因すると考えられる。

図５ Co-PBA 薄膜の透過像の時間発展：(a)0 時
間後、(b)1 時間後。

【 ６ 】塩化鉄が溶解した有機溶液における Fe ま
わりの EXAFS 解析
過化鉄が溶解した有機溶液における Fe まわりの EXAFS 解析を系統的に行った。溶媒に強く依存して、Fe2+には溶媒分子または塩素イオンが配位した。Fe2+ の配位状態に関して、３つの溶媒グループに分類ができた。Type I では、Fe2+に溶媒分子が配位し、配位数は６に近い。Type II では、Fe2+に溶媒分子が配位するが、配位数は６よりかなり小さい。Type III では、Fe2+に塩素イオンが配位し、配位数は４に近い。観測された溶媒依存性を、溶媒―溶質相互作用と塩素イオンの溶解度で説明した。

図４：(a)Fe3+周りの酸素と炭素の配位状態の模式
図。(b)Fe3+周りの酸素（nO）と炭素（nC）の配位数。
【 ５ 】透過像によるマクロな Na+拡散の研究
Co-PBA 薄膜の色は Na+濃度に強く依存する。
我々は、これを利用して Na+濃度の分布の時間発展を調べた。まず、Co-PBA 薄膜に段状の Na+濃度の分布を与えた。図５は、(a)0 時間後と(b)1 時
間後の Co-PBA 薄膜の透過像である。(a)0 時間
後では明瞭な Na+ 濃度の境界が観測されるが、(b)１時間後では境界がボケ始めている。さらに、

図６：Fe2+周り鉄-配位子間距離(d)と配位数(n)。
【 ７ 】アセトン-メタノール混合溶液におけるFe2+/Fe3+酸化還元対の電気化学ゼーベック係数α
混合溶液中の Fe3+の割合（nFe3+）と FeCl4 錯体の割合（nFeCl4）を系統的に変化させ、それらが αに与える影響を調べた。nFeCl4 は混合溶液の混合－ 64 －

比で制御でき、その絶対値は可視吸収スペクトルで評価した。アセトン側では FeCl4 錯体が支配的で、メタノール側では FeL6 錯体が支配的である。
図７は、メタノールの割合に対する α のプロットである。赤丸は nFeCl4 である。図 7(c)を見ると、nFeCl4と nFe3+が同程度になる領域で、α に異常（くぼみ）が現れることが分かる。

図７ Fe2+/Fe3+の溶解したアセトン-メタノール混合溶液における電気化学ゼーベック係数 α と FeCl4錯体の割合（nFeCl4）：(a) nFe3+=0.75、(b) 0.50、(c)0.25。nFe3+は Fe3+の割合である。

【 ８ 】有機溶媒を用いた液体熱電変換
アセトン、アセトニトリル、水溶液を用いた液体
熱電変換の性能（電気化学ゼーベック係数 α と電気伝導度 σ）を評価した。酸化還元対は Fe2+/Fe3+である。図７に、(c)無次元性能指標 ZT と(d)パワファクターPF の溶質濃度依存性を示す。アセトンとアセトニトリル溶液の ZT が水溶液の ZT を凌駕することを見出した。

セトニトリル、水溶液である。

【 ９ 】三次電池の熱起電力と放電容量の活物質
重量比依存性
三次電池の性能指標は、熱起電力(Vcell)と放電容量（Qcell）である。Vcell は、正極（α+）と負極（α-）の酸化還元電池の温度係数の差で決定される。
他方、放電曲線の幾何学より、Qcell=-Vcell/[β+/r+β/(1-r)]が得られる。ここで、β+(β-)と r は正極（負極）の酸化還元電位の容量微分と正極活物質の重量比である。
これら関係を実験的に確かめるため、r の異なった三次電池を系統的に作成し、その Vcell と Qcellを評価した。図７は、(a) Vcell と(b)Qcell の r に対するプロットである。点線は電極パラメータに基づいた計算値である。計算は観測値の r 依存性を再現した。

図９：(a)熱起電力(Vcell)と(b)放電容量（Qcell）の活物質重量比(r)依存性。点線は電極パラメータに基づいた計算値である。
＜論文＞
1. A. Wake, D. Inoue, and Y, Moritomo, "Liquid
thermoele4ctric coversion devices composed of several
organic solvents" Jpn. J. Appl Phys., 62, 014002(2023).
2. Y. Nomura, D. Inoue, and Y. Moritomo, "Temperatureswitch of electrochemical Seebeck coefficient of
Fe2+/Fe3+ via formation of [FeCl4]-", RSC adv. 13. 3971
(2023).
3. Y. Nomura, D. Inoue, Y. Moritomo, "Control of Fe3+
connrdination by excess Cl- in akcohol solutions", RSC
Adv. 12, 17932 (2022).
4. D. Inoue, T. Komatsu, H. Niwa, H. Nitani, H. Abe, and

図８ (c)無次元性能指標 ZT と(d)パワファクター
PF の溶質濃度依存性。赤、青、黒はアセトン、ア－ 65 －

Y. Morirtomo, "Local structure of Fe2+ and Fe3+ inorganic solvents", Jpn. J. Appl. Phys. 61, 112003＜学会発表＞(2022).

国内会議

5. H. Iwaizumi, Y. Shibata, and Y. Moritomo, "Na+diffusion in NaCo[Fe(CN)6]0.90 film as investigated by

1. 守友 浩、猿倉 雅都、岩泉 滉樹、長井 一郎「部分transmission image", Jpn. J. Appl. Phys. 61, 120902

酸化されたプルシャンブルー類似体を用いた三次電(2022).

池」応用物理学会春季学術講演会, オンライン, 2023

6. D. Inoue, T. Komatsu, H. Niwa, H. Nitani, T. Ina, H.

年 3 月 17 日

Abe, and Y. Morirtomo, "Coordination states of Fe2+

2. 尾崎 映志、柴田 恭幸、大貫 等、守友 浩「三次電and Fe3+ dissolved in organic solvents", J. Phys. Soc.

池の放電レート特性と内部抵抗との相関」応用物理学

Jpn., 91, 094605 (2022).

会春季学術講演会, オンライン, 2023 年 3 月 17 日

7. T, Komatsu, D. Inoue, and Y. Moritomo,

3. 野村 由仁香、井上 大、守友 浩「 FeCl4 錯体の形成"Electrochemical Seebeck coefficient of Fe2+/Fe3+ inacetone-methanol mixed solution", Jpn. J. App.l. Phys.

による電気化学ゼーベック係数の制御」応用物理学会

61, 060904 (2022).

春季学術講演会, オンライン, 2023 年 3 月 17 日
4. 岩泉 滉樹、柴田 恭幸、守友 浩「コバルトプルシアン

8. A. Wake, D. Inoue, and Y. Moritomo, "A liquid
thermoelectric device composed of organic solution",

ブルー類似体薄膜中の Na イオン拡散の可視化」応用

Appl. Phys. Express, 15, 054002 (2022).

物理学会秋季学術講演会, オンライン, 2022 年 9 月 22日

9. T. Shibata, K. Nakamura, S. Nozaki, H. Iwaizumi, H.
Ohnuki, and Y. Moritomo, "Optimization of electrode5. 和氣 暁大、井上 大、守友 浩「Fe2+/Fe3+酸化還元対

parameters of NaCox[Fe(CN)6]0.88/NaxCd[Fe(CN)6]0.99を活用した熱電変換」応用物理学会秋季学術講演会, オンライン, 2022 年 9 月 20 日

tertiary battery", Sus. Mater. Technol. 33, e00483(2022).

6. 小松 俊輝、井上 大、守友 浩「アセトン-メタノール混合溶液中の Fe2+/Fe3+の電気化学ゼーベック係数」応

10. D. Asakura, Y. Nanba, H. Niwa, H. Kiuchi, J.
Miyawaki, M. Okubo, H. Matsuda, Y. Harada, and E.

用物理学会秋季学術講演会, オンライン, 2022 年 9 月

Hosono, “Operando resonant soft X-ray emission

20 日

spectroscopy of LiMn2O4 cathode using an aqueous

7. 井上 大、小松 俊輝、丹羽 秀治、仁谷 浩明、阿部electrolyte solution”, Phys. Chem. Chem. Phys. 24,

仁、守友 浩「鉄イオンの配位状態の溶媒依存性」応19177–19183 (2022).

用物理学会秋季学術講演会, オンライン, 2022 年 9 月
20 日

＜特許＞
1.

守友 浩、特願 2022-164049「三次電池用電極、三次電池、三次電池用電極の製造方法」筑波大学、
2022/10/12

2.

守友 浩、特願 2022-163805「液体熱電変換素子、
電気化学ゼーベック係数の制御方法」筑波大学、
2022/9/9－ 66 －

西堀英治、笠井秀隆、Galica, Tomasz＜研究成果＞
エネルギー物質部門西堀グループでは、放射光を利用した回折法による構造計測に基づき部門のミッションであるエネルギー物質科学に貢献することを目指している。大型放射光施設 SPring-8、
X 線自由電子レーザーSACLA でも利用課題を実施し、放射光 X 線回折で国内外の先導する研究を進めている。本年度は装置手法開発を中心に原著論文成果があった。それらのうち、いく
つかについて下記に記述する。
【 １ 】単結晶水蒸気下 X 線回折法の開発と水吸着過程における新規構造の発見
SPring-8 で開発されてきたガス吸着装置を単結晶 X 線回折の水蒸気吸着実験に応用し、専用のサンプルフォルダの開発や配管の温度管理システムを構築した。この装置を用いて蒸気圧の低い水蒸気の圧力を制御した単結晶 X 線回折に成功した。水を吸着すると UV 照射時の色が変化する Pt を含んだ金属錯体において、吸着過程を単結晶Ｘ線回折で調べることに成功した。その結果、これまで発見されていた３水
和物と無水和物の間に２水和物が存在することを発見した。２水和物の構造を単結晶その場
観察データから決定することに成功した。この
水和物における水の配置から水素結合ネット
ワークの変化が多段階の相転移をもたらしていることが分かった。本成果は Chem. Euro. J.
誌に掲載され Cover Picture に選ばれた。
（図 1）

図1
【 2 】XFEL による低分子材料のシリアルフェ
ムト秒 X 線回折解析法の開発

Ｘ線自由電子レーザーを利用した研究のなかでシリアルフェムト秒Ｘ線回折はタンパク質の構造決定に広く利用され、Ｘ線照射時間がフェムト秒と短いことからダメージフリーの構造を明らかにできると注目されている。回折反射が１パルスで多数得られるタンパク質結晶では構造解析手法が確立しているが一般の低分子結晶や無機材料には解析法が開発されておらず研究が行われていない。
デンマークのオーフス大学のグループ、理化学研究所のグループと共同で低分子と無機物にシリアルフェムト秒Ｘ線回折を適用する手法開発を進めてきた。実験、データ処理から解析に至るシステムの開発に成功し、IUCrJ 誌に成果を報告した。
【 ３ 】ボールミル粉砕その場観察装置の開発とその応用研究測定したデータの解析法の開発し、それらによって明らかにした機械的に誘起される自己維持反応プロセスを記述している。論文は 5 章から構成される。
粉砕による化学反応（メカノケミカル反応）
や物質の微視的構造変化を追跡するその場 X
線回折を開発した。これまで欧州にしかなかったその場 X 線回折データ測定可能な装置を日本の大型放射光施設 SPring-8 の BL02B2 ビー
ムラインに構築した。
粉砕中のその場回折データは、内径～10 mmの粉砕容器中を X 線が通過する領域の試料分布のために複数の検出器距離を有する。このデータを解析するため、それぞれの検出器距離の回折プロファイルを足し合わせる解析法を開発した。
この装置を用いて機械的に誘起される自己維持反応（MSR）のその場観察を行った。この反応は開始するとその反応熱によって外部エ
ネルギーなしでも進行するため、反応の途中で試料を取り出して分析できない。開発した装置と解析法を、塩化銀とアルミニウムの混合粉末の MSR に適用した。MSR における反応物と生成物である銀の相対量の変化を初めて明らか－ 67 －

にすることに成功した。本成果は Mater. Adv 誌に掲載されインサイドカバーに選択された。
（図 2）(2022).
3. D. Saito, T. Galica, E. Nishibori, M. Yoshida, A.
Kobayashi, M. Kato, " Reversible and Stepwise SingleCrystal-to-Single-Crystal
Platinum(II)Transformation

Complex

with

of

a

Vapochromic

Luminescence." Chem. Eur. J. 28, e20220073 (2022).
4. I. Inoue, V. Tkachenko, K. J. Kapcia, V. Lipp, B. Ziaja,
Y. Inubushi, T. Hara, M. Yabashi, E. Nishibori, "Delayed Onset and Directionality of X-Ray-Induced
Atomic Displacements Observed on Subatomic Length
Scales." Phys. Rev. Lett. 128, 223203 (2022).
5. . Yano, H. Kasai, Y. Zheng, E. Nishibori, Y. Hisaeda, T.

図2【 4 】海外教育研究ユニット招致
デンマーク・オーフス大学融合材料研究センター （ Aarhus University Centre for Integrated
Materials Research: iMAT ） の セ ン タ ー 長 Bo
Iversen 教授を筑波大学海外教育研究ユニット
招致の PI として招致し研究を進めている。
2020 年度よりユニットの名称変更が行われ新しい PI として Jacob Overgaard 教授が着任した。
2021 年 3 月 16 日には副 PI の Tomasz Galica 助教が着任している。
最終年度となる 2022 年は活発な活動が行われた。2022 年の 6 月、7 月、12 月に SPring-8 にて共同実験を行った。また、9 月から 12 月にD1 の高橋がオーフス大学に留学した。2022 年
12 月に Iversen 教授が来日し筑波大学を訪問した。3 月には筑波大学から学生を含めた 6 名がオーフス大学を訪問し、ミニワークショップを行い活発な交流を行った。

Ono, " Multicomponent Crystals with Competing
Intermolecular Interactions: In Situ X-ray Diffraction
and Luminescent Features Reveal Multimolecular
Assemblyunder

Mechanochemical

Conditions."

Angew.Chem.Int. Ed. 61 e202203853 (2022).
6. E. S. Vosegaard, M. K. Thomsen, L. Krause, T. B. E.
Gronbech, A. Mamakhel, S. Takahashi, E. Nishibori, B.
B. Iversen," Synchrotron X-ray Electron Density
Analysis of Chemical Bonding in the Graphitic Carbon
Nitride Precursor Melamine." Chem. Eur. J. 28,
e202201295 (2022).
7. S. Hattori, T. Nakano, N. Kobayashi, Y. Konno, E.
Nishibori, T. Galica, K. Shinozaki, " Luminescencecolorchangeof[3,4-difluoro-2,6-bis(5-methyl-2-

pyridyl)phenyl-κ3N,C1,N']cyanido-platinum(II)byaggregation." Dalton Trans. 51, 15830–15841 (2022).
8. K. Omoto, S. Aoyama, T. Galica, E. Nishibori, S. Katao,
K. Yasuhara, G. Rapenne, " Thermally responsive
morphologicalchangesoflayeredcoordination

polymers induced by disordering/ordering of flexible
alkyl chains." Dalton Trans. 51, 17967–17972 (2022).

＜論文＞

9. L. J. Stockler, L. Krause, B. Svane, K. Tolborg, B.
Richter, S. Takahashi, T. Fujita, H. Kasai, M. Sugahara,

1. R. Pal, D. Jayatilaka, E. Nishibori "Structure Factors and

I. Inoue, E. Nishibori, B. B. Iversen, " Towards pump-

Charge Density Description of Aluminum: A Quantum

probe single-crystal XFEL refinements for small-unit-

Crystallographic Study" J. Phys. Chem. A 126, 2042-

cell systems." IUCrJ 10, 103–117 (2023).

2049 (2022).

10. S. S. Leiszner, K. Chakarawet, J. R. Long, E. Nishibori,

2. S. Sarkar, T. B. E. Gronbech, A. Mamakhel, M.

K. Sugimoto, J. A. Platts, J. Overgaard, " Electron

Bondesgaard, K. Sugimoto, E. Nishibori, B. B. Iversen,

Density Analysis of Metal-Metal Bonding in a Ni4" X-ray Electron Density Study of the Chemical

Cluster Featuring Ferromagnetic Exchange." Inorg.

Bonding Origin of Glass Formation in Metal-Organic

Chem.62, 192-200 (2023).

Frameworks" Angew.Chem.Int. Ed. 61 e202202742

11. J. Zhang, D. Ishikawa, M. M Koza, E. Nishibori, L. Song,－ 68 －

A. QR Baron, B. B. Iversen, " Dynamic Lone Pair
Expression as Chemical Bonding Origin of Giant
PhononAnharmonicity

inThermoelectric

日～ 27 日4. 笠井秀隆、Z. Yanyan, 西堀英治「塩化銀のメカノケ

InTe"

Angew.Chem.Int. Ed. 62 e202218458 (2023).

ミカル還元反応の放射光その場観察」令和 4 年(2022 年)度日本結晶学会年会、関西学院大学西宮上

12. Y. Zheng, H. Kasai, S. Kobayashi, S. Kawaguchi, E.
Nishibori, " In situ observation of a mechanicallyinduced self-sustaining reaction for synthesis of silver. "Matr. Adv. 4, 1005–1010 (2023).

＜学会発表＞
国際会議
1. K. Maeda, H. Kasai, E. Nishibori, " In situ synchrotron
X-ray diffraction of hydrothermal synthesis of Cu
nanoparticles." AsCA2022, Ramada Plaza, Jeju island,
Korea, 30 October-2 November 2022. (poster)
2. Y. Zheng, H. Kasai, E. Nishibori, " Development of ballmill and analytical method for in situ synchrotron X-ray
diffraction under mechanochemical conditions. "AsCA2022, Ramada Plaza, Jeju island, Korea, 30
October-2 November 2022. (poster)
3. H. Kasai, E. Nishibori, " In-situ Synchrotron X-ray
Diffraction for Mechanochemical Reduction of AgClwith Metals." AsCA2022, Ramada Plaza, Jeju island,
Korea, 30 October-2 November 2022. (oral)

国内会議
1. 西堀英治,「ソフトクリスタルの放射光その場観察」、
ソフトクリスタル研究会、鎌倉商工会議所ホール
102 会議室、2022 年 11 月 19 日～20 日.
2. Y. Zheng，H. Kasai，E. Nishibori,「Development of millapparatus and analytical method for in situ synchrotron
X-ray diffraction during ball milling」令和 4 年(2022年)度日本結晶学会年会、関西学院大学西宮上ケ原
キャンパス、2022 年 11 月 26 日～ 27 日
3. T. Galica，E. Nishibori，D. Saito，M. Yoshida，A.
Kobayashi，M. Kato、「Structural transformations ofPt(II)-complex molecule controlled by H2O vapor
system.」令和 4 年(2022 年)度日本結晶学会年会、関西学院大学西宮上ケ原キャンパス、2022 年 11 月 26

－ 69 －ケ原キャンパス、2022 年 11 月 26 日～ 27 日

岡田晋＜研究成果＞【 １ 】2 次元炭素ネットワーク物質の物質設計と物性予測分子集積化技術の進展に伴い、種々のネットワ
ーク物質の合成が実現されている。特に金属表面上での炭化水素分子重合により、構造の制御されたナノスケールネットワーク物質の合成が報告されている。ここでは、スピロ[4.4]ノナ
テトラエンと呼ばれる 2 個の 5 員環がその頂点を共有した分子(C9H8)を構成単位とし、その重合相の物質設計をおこなった。当該物質は、
sp2 と sp3 炭素が共存する、ナノスケールの凹凸を有する原子層物質である。この構造的な凹
凸と蜂の巣状に配置された 3 配位炭素により、この物質はグラフェンと類似する電子構造を
フェルミレベルに有し、かつ、そのバンドの幅が小さいことからスピン分極が発現する。また、
分極スピンは強磁性的な秩序を基底状態として有し、そのキュリー温度は 422K であることを予言した。さらに、面鉛直方向の原子配列の非対称性から、面鉛直方向に静電分極を有する。
このため、当該系は、磁性と強誘電性の両者を併せ持つユニークな新奇原子層物質の候補である。

図 1 新しい 2 次元炭素ネットワーク, 六方晶ス
ピログラフェンの構造。灰色が４配位炭素、赤が紙面に凸な 3 配位炭素、黄色が紙面に凹な 3 配位炭素を表す。
【 ２ 】分子ドーピングによる原子層物質のフェルミレベル制御
お椀状の炭化水素分子であるコラニュレンは
分子面鉛直方向に静電的な分極を有する。このため、コラニュレン分子の原子層状物質表面への吸着は原子層物質の電子構造、とくにフェル
ミレベルの、分極に応じたシフトを誘起する。
ここでは、コラニュレンが層間に挿入された２層グラフェンに着目し、当該複合系において、上下のグラフェンに、それぞれ電子とホールがドープされることを明らかにした。また、上向
き配向の分子が挿入された領域と、下向き配向の分子が挿入された領域からなるヘテロ複合系を構築することで、分子配向の入れ替わる境界において、電子ドープされたグラフェンとホールドープされたグラフェンの境界を構築することが可能であることを明らかにした。この結果は、コラニュレン等のお椀状炭化水素分子
を半導体原子層物質に吸着させることで半導体の伝導特性の制御が可能である。

図 2 コラニュレンが層間に挿入された 2 層グ
ラフェンの局所状態密度（左）、フェルミレベ
ル近傍のディラックバンドの空間変調の模式
図（右上）、2 層グラフェンに形成される p/n ドーピング境界（右下）。
【 ３ 】ダイヤモンドナノワイヤの外部電場応答
ダイヤモンドは炭素間の共有結合に起因する
極めて高い構造と電子構造の安定性から、パワー半導体材料として注目されている。ここでは、
ダイヤモンドデバイスの微細化を念頭に置いて、ダイヤモンドナノワイヤの外部電界に対する応答特性の表面終端とワイヤ形状依存性の解明を行った。計算の結果、ダイヤモンドナノ
ワイヤの外部電界応答は、表面修飾、ワイヤ形状に強く依存することが明らかになった。清浄表面を有するナノワイヤは、その表面で外部電界を完全に遮蔽するのに対して、水素終端されたナノワイヤでは、ナノワイヤ内に有限の電界－ 70 －

が分布し、遮蔽が完全でないことが明らかになった。これは、ナノワイヤの電子構造に起因する現象であり、金属的な電子構造が、清浄表面
での電界遮蔽の起源である。また、ナノワイヤの鋭角なコーナにおいて、外部電界の強い集中が生じ、ナノスケール構造物に対しても古典電磁気学と同様の現象が観測されることを明らかにした。すなわち、ダイヤモンドナノワイヤの電界効果半導体デバイス応用においては、ワイヤ表面の処理と形状制御が重要であることを予言した。

Mater. 125, 109029 (2022).
5. Y. Gao, M. Maruyama, S. Okada, Electrostatic
properties of two-dimensional C60 polymer thin films
under an external electric field, Jpn. J. Appl. Phys. 61,
075004 (2022).
6. Y. Gao, S. Okada, Field induced electron emission fromgraphene nanostructures, Nano Express 3, 034001(2022).
7. Y. Gao, H. Nakajima, M. Maruyama, T. Taniguchi, K.
Watanabe, R. Kitaura, S. Okada, Formation of a onedimensional hole channel in MoS2 by structural
corrugation, Jpn. J. Appl. Phys. 62, 015001 (2023).

図 3 水素終端表面(左図)と清浄表面（右図）を有するダイヤモンドナノワイヤ周辺の等電位
面と電気力線。黒丸は原子位置を表す。各図の左右端に平行平板電極が存在する。

＜論文＞
1. M. Maruyama, Y. Gao, N. T. Cuong, S. Okada, A twodimensional magnetic carbon allotrope of hexagonallyarranged fused pentagons, Appl. Phys. Express 15,035001 (2022).
2. M. Maruyama, S. Okada, All carbon p-n border inbilayer graphene by molecular orientation of intercalated
corannulene, J. Appl. Phys. 131, 134303 (2022).
3. Y. Zhang, H. Kim, W. Zhang, K. Watanabe, T.
Taniguchi, Y. Gao, M. Maruyama, S. Okada, K.
Shinokita, K. Matsuda, Magnon Coupled Intralayer
Moire

Trion

in

Monolayer

Semiconductor

andAntiferromagnet Heterostructure, Adv. Mater. 34,
2200301(2022).
4. Y. Gao, S. Okada, Electronic structure of diamond
nanowires under an external electric field, Diam. Relat.

－ 71 －

都倉康弘＜研究成果＞
微細な系におけるエネルギーの授受のプロ
セス、光・マイクロ波吸収／放出などの動的過
程や量子過程の不可逆性について検討を進めた。

＜論文＞
1. S. Kamimura, H. Hakoshima, Y. Matsuzaki, K. Yoshida,
and Y. Tokura, “Quantum enhanced heat engine bysuperabsorption”, Phys. Rev. Lett. 128, 180602 (2022).
2. H. Kasai, Y. Takeuchi, H. Hakoshima, Y. Matsuzaki,
and Y. Tokura, “Anonymous quantum sensing”, J. Phys.

【 １ 】量子ドット系のダイナミクス
量子ドットに束縛された電子スピンの動的応答について検討を加えた。また、ランダムに配置されたサイト間のバリアブルレンジホッピング伝導の統計的性質を調べた。 [論文 3, 6
国際会議 2, 国内会議 4,6]

Soc. Jpn. 91, 074005 (2022).
3. K. Kuroyama, S. Matsuo, J. Muramoto, S. Yabunaka, S.
R. Valentin, A. Ludwig, A. D. Wieck, Y. Tokura, and S.
Tarucha, “Real-time Observation of Charge-spin
Cooperative Dynamics Driven by a Nonequilibrium
Phonon Environment”, Phys. Rev. Lett. 129, 095901(2022).

【 ２ 】安全な量子センサネットワークの提案
多くの量子センサから送られるデータの秘匿性を担保する方法について理論的に提案した。
[論文 2]

4. Y. Ueki, S. Kamimura, Y. Matsuzaki, K. Yoshida, andY. Tokura, “Quantum battery based on superabsorption”,
J. Phys. Soc. Jpn. 91, 124002 (2022).
5. T. Yamamoto, Y. Tokura and T. Kato, “Heat transport
through a two-level system under continuous quantum【 ３ 】量子熱機関の特性
多数の二準位系からなるシステムを二つの異なる温度と接続して実現する量子熱機関の特性を解析した。特に超放射効果が有効となる
Dicke 状態を用いることにより、量子力学的重ね合わせの効果によりそのパワーが古典熱機関を凌駕することを明らかにした。また、この系から量子 4 準位系からなる量子バッテリへのチャージングの速度を解析し、量子干渉効果
による速度の増大を見出した。二準位系を介した熱流を量子連続測定することによる反作用を解析した。[論文 1, 4, 5 国際会議 1,3,4 国内会議 1,2]【 ３ 】計算の熱力学と量子計算
CMOS を用いた NAND ゲートの熱力学的性質
を確率熱力学の手法で解析した。またトランズ
モン量子ビットの初期化の高精度化について提案した。[国内会議 3,5]

measurement”, Phys. Rev. B 106, 205419 (2022).
6. T. Hayashi, Y. Tokura, and K. Nishiguchi, “Statisticalproperties of electric potetntials in a variable-range
hopping regime”, J. Phys. Soc. Jpn. 92, 034001 (2023).

＜学会発表＞
国際会議
1. S. Kamimura, K. Yoshida, Y. Matsuzaki, and Y. Tokura,“Universal Scaling Bounds on a Quantum Heat Current”,
2nd Int. Symp. On Trans-Scale Quantum Science, Nov.
08-11 (2022) (Poster)..
2. Y. Tokura, “Rabi frequency and fidelifty of strongly
driven electric dipole spin resonance”, Workshop on
Innovative Nanoscale Devices and Systems, Dec. 04-09(2022).
3. S. Kamimura, K. Yoshida, Y. Matsuzaki, and Y. Tokura,“Universal Scaling Bounds on a Quantum Heat Current”,
American Physical Society, March meeting Mar. 5-10(2023).
4. T. Yamamoto, Y. Tokura and T. Kato, “Heat transport
through

a

qubit

under

continuous

quantum

measurement”, American Physical Society, Marchmeeting Mar. 5-10 (2023).

－ 72 －

国内会議
1. 上村俊介、吉田恭、都倉康弘、松崎雄一郎, 「GKS
開放量子系に流れる熱流の上限とそのシステムサ
イズに関するスケーリング解析」, 日本物理学会
2022 年秋季大会 東工大、2022.9.12-15.
2. 山本剛史、都倉康弘、加藤岳夫、「連続量子測定下における二準位系を介した熱輸送現象」, 日本物理学会 2022 年秋季大会 東工大、2022.9.12-15.
3. 伊藤亮、吉田恭、都倉康弘、「伝送路と強く結合したトランズモン量子ビットのダイナミクス」 日本
物理学会 2023 年春季大会、online, 2023.3.22-25.
4. 林稔晶, 都倉康弘, 西口克彦, 「バリアブル・レン
ジ・ホッピング伝導の平均場近似」、日本物理学会
2023 年春季大会、online, 2023.3.22-25.

5. 吉野大悟、都倉康弘, 「CMOS NAND ゲートにおける計算の熱力学」、日本物理学会 2023 年春季大会、online, 2023.3.22-25.

6. 羽田野剛司、久保敏弘、天羽真一、都倉康弘、樽茶清悟、「並列結合 2 重量子ドットにおける直列電流経路の観測」第 70 回応用物理学会春季学術講演会、
上智大学 2023.3.15-18.

－ 73 －

初貝安弘＜研究成果＞TREMS エネルギー物質部門初貝研究室では，物質科学におけるブレークスルーを目指して、
物性物理学の現代的な知見に基づき新機能環
境エネルギーデバイスにつながり得る新しい機能と特性をもった物質を探索，提案することを目的とした研究活動を行っている。具体的な研究は，独自の観点を追求すると共に，他大学の共同研究者ならびに民間企業との共同研究
を通して，多様な価値観を重視した共同作業による研究を行っている。
特に我々が提案してきたバルク・エッジ対応と呼ばれる概念は，量子ホール効果により見いだされ，2016 年のノーベル物理学賞の対象となったトポロジカル相の概念の基礎をつくる
もので、近年，量子系に限らず，フォトニック
結晶や古典力学系など多くのメタマテリアル
等にまでその対象分野がひろがり，トポロジカ
ル物質一般に広く適用可能な普遍的で概念であることが広く認知されている。このバルクエ
ッジ対応の科学を物質探索に用い、基礎的な概念を越えて，広く多様な現象におけるその意義を確立し，将来的には社会，産業に直接インパクトを与える機能を開拓する。このような普遍的な立場からの「バルク・エッジ対応の科学」を構築することが我々の究極の目標である。

に基づきスペクトル密度に対応する共鳴スペ
クトルを実験的に測定し、数値的に積分することでバルクのトポロジカル数を確定した。また、
電気回路を周期的でなく、開放端の条件下に作成し、素子ごとの共鳴強度を測定することで電気回路におけるエッジ状態を明確に観測することに成功し、バルクエッジ対応とよばれるト
ポロジカル相の基本原理が成立していること
を電気回路において実測に基づいて具体的に確認した。また、電気回路においては、系のパラメターを変化させることが容易であることに基づき、量子相転移に対応するトポロジカル
転移を電気回路にて明確に示すことに成功した。

図１ホフスタッターの蝶と呼ばれるフラクタル構造。図の一部を拡大しても、類似の構造が次ぎ次にあらわれる。論文[2]ではこのフラクタル現象
を古典的な電気回路を用いて実現した。図の数字
はチャーン数と呼ばれるトポロジカル数であり、その一部は実験により具体的に決定することに【 １ 】電気回路をもちいたトポロジカルポン
プ：ホフスタッターの蝶の実現とバルクエッジ
対応（豊田中央研究所との共同研究）
電子系におけるフラクタルの典型例とされるホフスタッターの蝶（図 1）は、ノーベル物理学賞の対象となった量子ホール効果の舞台でありトポロジカル相の典型例である。この新規な現象を古典系である電気回路を用いて実現し、古典系における量子相転移を電気回路で観測することに成功した。具体的には、トポロ
ジカルポンプと呼ばれるトポロジカル現象を用いて、断熱近似下の一次元量子系を電気回路で再現し、断熱パラメターの変化に対応する電気回路のパラメタを連続に変形することでバ
ルクのチャーン数をいわゆるストレーダ公式

成功し、エッジ状態の観測も行い、トポロジカル
相の基本原理であるバルクエッジ対応を電気回路で観測した(論文 2)。

【 ２ 】新規二次元格子上の平方根トポロジ
カル相とコーナー状態の研究
ディラック方程式は相対論的な電子を記述す
る量子論の方程式であるが、そこに現れるディラック演算子を二度作用させることで通常のシュレディンガー方程式が再現する。つまりディラック方程式はシュレディンガー方程式の平方根であるといってもよい。この興味深い対－ 74 －

応を 2 次元の格子系に対して実行することで平方根トポロジカル相の概念を見出し、その有効性をこの数年継続的に示してきた。本年は図2 に示すようなマティーニ格子とよばれる格子の平方根操作により二点修飾ハニカム格子となることに着目し、トポロジカル相の観点からコーナー状態に関して研究を行い、興味深い記述を得た。
強相関電子系の模型の典型例であるハバード
模型を三次元パイロクロア格子上で、量子モン
テカルロ法を用いて、数値的に研究した。
その結果、系が高次トポロジカルモット絶縁体とよばれる新奇な相にあることを確認し、バ
ルクエッジ対応の拡張としてのバルク・コーナ
ー対応を示した。（論文 3）

図２ 二点修飾ハニカム格子系のハミルトニアン
行列を二乗することで分離したマティーニ格子系のハミルトニアンが得られる。（論文 3）【 ３ 】分子軌道表現を用いた乱れに起因する
新しい臨界状態
飛び移り積分にランダム位相を導入した際の電子系の局在問題は、問題は古くから研究が進
み、典型的な量子臨界状態を与える模型と考えられてきた。その一方で平坦バンド系の統一的記述法として分子軌道表現を我々はこの数年集中的に研究してきた。本年はこの二つのアイ
デアを組み合わせることで現在まで見落とされてきた乱れに起因する新しい臨界状態が存在する事を見出し、その臨界特性をマルチフラ
クタル解析等をもちいて数値的に検討し、我々の議論の正当性を数値的にデモンストレート
した。

図 3

分子軌道表現とランム位相を導入した

模型における乱れに起因する新しい臨界状態（論文 4）＜論文＞
1. K. Kudo and Y. Hatsugai, "Adiabatic
continuity of the spinful quantum Hall
states", Phys. Rev. B 106, 075120 (2022)
2. K. Yatsugi, T. Yoshida, T. Mizoguchi, Y.
Kuno, H. Iizuka, Y. Tadokoro, and Y.
Hatsugai, "Observation of bulk-edgecorrespondence in topological pumping basedon a tunable electric circuit",
Communications Physics 5, 180 (2022)
3. D. Matsumoto, T. Mizoguchi, Y. Hatsugai,"Higher-Order Topological Insulator on a
Martini Lattice and Its Square Root
Descendant", J. Phys. Soc. Jpn. 92, 034705(2023)
4. T. Mizoguchi and Y. Hatsugai, "Molecularorbital representation with random U(1)variables", Phys. Rev. B 107, 094201 (2023)
5.
Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai,"Reduction of one-dimensional nonHermitian point-gap topology byinteractions", Phys. Rev. B 106, 205147(2022)
6. Hiromasa Wakao, Tsuneya Yoshida, andYasuhiro Hatsugai, "Discriminant indicatorwith generalized rotational symmetry", Phys.
Rev. B 105, 214103 (2022)
7. Tomonari Mizoguchi, Yanlin Gao, Mina
Maruyama, Yasuhiro Hatsugai, Susumu－ 75 －

8.

Okada, "Unconventional gaplesssemiconductor in an extended martini latticein covalent honeycomb materials", Phys.
Rev. B 107, L121301 (2023)
Tsuneya Yoshida, Yasuhiro Hatsugai, "Fateof exceptional points under interactions:
Reduction of topological classifications",
Phys. Rev. B 107, 075118 (2023)

3.

4.

＜学会発表＞
国際会議 （招待講演）
1.

2.

3.

5.

(Invited) Y. Hatsugai, “Hidden Symmetry of
Metamaterial”, A3 Metamaterials Forum,
hybrid, Seoul National Univ., Korea June 2729 (2022)(Invited) Yasuhiro Hatsugai, "Topologicalpump of correlated systems", Trends in the
Theory of Quantum Materials 2022, Oct 31 Nov 2, 2022, Zurich, Switzerland(Invited),Takuma Isobe, Tsuneya Yoshida,
and Yasuhiro Hatsugai, "Symmetry-Protected
Exceptional Rings in the System Describedby the Generalized Eigenvalue Problem",
2nd Global Summit on Condensed Matter
Physics (CONMAT2022) Online, Oct. 1719,2022

6.

7.

国際会議 （一般講演）
1.

2.

Takumi Kuroda, Tomonari Mizoguchi,
Hiromu Araki, and Yasuhiro Hatsugai,"Machine learning study on random
molecular-orbital model with flat-band", The
15th Asia Pacific Physics Conference(APPC15), August 21-26, 2022
Takuma Isobe, Tsuneya Yoshida, andYasuhiro Hatsugai, "Symmetry-protected
exceptional rings induced by negative index",

15th Asia Pacific Physics Conference(APPC15) Online, Aug. 21-26, 2022 (Oral)
Takuma Isobe, Tsuneya Yoshida, Yasuhiro
Hatsugai, "Emergence of the non-Hermitian
topology in generalized eigenvalue problems
with Hermitian matrices", APS Marchmeeting, March 5–10, 2023, Las Vegas,
Nevada, USA
Tsuneya Yoshida and Yasuhiro Hatsugai,"Correlation effects on non-Hermitian
topological classifications", APS Marchmeeting, March 5–10, 2023, Las Vegas,
Nevada, USA
Takumi Kuroda, Tomonari Mizoguchi, andYasuhiro Hatsugai, "Similarities anddifferences in flat-band models withrandomness detected by machine learning",
APS March meeting, March 5–10, 2023, Las
Vegas, Nevada, USA
Takuma Isobe, Tsuneya Yoshida, andYasuhiro Hatsugai, "Generalized eigenvalue
problems and non-Hermitian topology
without non-Hermitian matrices", Novel
Quantum States in Condensed Matter 2022
(NQS2022), Japan, Kyoto, Nov. 7-11, 2022
(Poster)
Takuma Isobe, Tsuneya Yoshida, andYasuhiro Hatsugai, "Non-Hermitian
Topology of Optical Metamaterials with
Negative Permittivity and Permeability" 29th
International Conference on Low
Temperature Physics (LT29) Online, Aug.
18-24, 2022 (Poster)

国内会議 （招待講演）
1.

－ 76 －(招待講演) 初貝安弘, “バルクエッジ対応の科学：古典力学系への期待”, 第 83 回
応用物理学会秋季学術講演会, シンポジ
ウム A307： トポロジカルフォノニクス/
メカニクスとその周辺科学の展開，2022
年 9 月 21 日

国内会議 （一般講演，ポスター）
1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

T . Isobe, T. Yoshida, and Y. Hatsugai, "NonHermitian Topology of Optical Metamaterials
with Negative Permittivity and Permeability",
The 29th International Conference on Low
Temperature Physics, LT29, Aug. 18-24(2022)
T. Kawarabayashi and Y. Hatsugai, "Mssscontrolled Topological Edge Stete in Two
Dimensions", The 29th International
Conference on Low Temperature Physics,
LT29, Aug. 18-24 (2022)
T. Isobe, T. Yoshida, and Y. Hatsugai,"Symmetry-protected exceptional rings
induced by negative index", The Associationof Asia Pacific Physical Societies (AAPPS),
Aug. 21-26 (2022)
T. Kuroda, H. Araki, T. Mizoguchi,and Y.
Hatsugai, "Machine learning study on
random molecular-orbital model with flatband", The Association of Asia PacificPhysical Societies (AAPPS), Aug. 21-26(2022)
T. Mizoguchi and Y. Hatsugai, "Gap opening
and emergent critical states in a randomphase molecular-orbital model", Localisation
2022, Aug.25-30 (2022)
T. Kuroda, T. Mizoguchi, and Y. Hatsugai,"Study of disordered flat-band states bymachine learning", Localisation 2022,
Aug.25-30 (2022)
磯部拓磨, 吉田恒也, 初貝安弘，"固有値の非線形性を持つ系のバルク境界対応"，日本物理学会 2022 年秋季大会 13pPSB-31，
2022 年 9 月 12 日-15 日
若尾洋正, 吉田恒也, 初貝安弘，"一般化された回転対称性のある系での例外点と判別式指標", 日本物理学会 2022 年秋季大会
15aH131-8，2022 年 9 月 12 日-15 日
吉田恒也, 初貝安弘，"一次元点ギャップ
トポロジーに対する強相関効果", 日本物理学会 2022 年秋季大会 15aH131-9，2022
年 9 月 12 日-15 日

10. 岡田晋, 溝口知成, 高燕林, 丸山実那,
初貝安弘，"拡張マティーニ格子系の物質
デザイン", 日本物理学会 2022 年秋季大会 15aW611-11，2022 年 9 月 12 日-15 日
11. 溝口知成, 初貝安弘，"ランダム位相分子軌道模型における臨界状態", 日本物理学会 2022 年秋季大会 12aH112-10，2022 年
9 月 12 日-15 日
12. 黒田匠, 溝口知成, 初貝安弘，"機械学習によるランダム分子軌道モデルとランダム
ポテンシャルモデルのフラットバンド状
態の比較"， 日本物理学会 2022 年秋季大会 12pPSC-2，2022 年 9 月 12 日-15 日
13. 久野義人, 初貝安弘，"梯子格子上における対称性に保護された Bosonic トポロジ
カル相の分数量子化”， 日本物理学会
2022 年秋季大会 14aH113-2，2022 年 9 月
12 日-15 日
14. 吉田恒也, 初貝安弘, "例外点における強相関効果", 25pA1-3 日本物理学会 2023 年
春期大会 令和 5 年（2023 年）3 月 22 日（水）～25 日
15. 松本大輝, 溝口知成, 初貝安弘, "2 点修飾
ハニカム格子における平方根高次トポロ
ジ カ ル 絶 縁 体 ", 22aD1-5 日 本 物 理 学 会
2023 年春期大会 令和 5 年（2023 年）3 月
22 日（水）～25 日
16. 磯部拓磨, 吉田恒也, 初貝安弘, "固有値の非 線 形 性 と カ イ ラ ル ゼ ロ モ ー ド ",24pPSD-5 日本物理学会 2023 年春期大会
令和 5 年（2023 年）3 月 22 日（水）～25
日
17. 若尾洋正, 初貝安弘, "一般化された鏡映
対 称 性 が あ る 系 で の 弱 い 表 皮 効 果 ",24pPSD-7 日本物理学会 2023 年春期大会
令和 5 年（2023 年）3 月 22 日（水）～25
日
18. 青柳克, 初貝安弘, 河原林透, "異方性を持
つカゴメ格子上の XXZ 模型における 3 量子ビット W 相のトポロジカルな性質",
22aL1-3 日本物理学会 2023 年春期大会
令和 5 年（2023 年）3 月 22 日（水）～25
日－ 77 －

19. 初貝安弘, 久野義人, "SU(Q)量子鎖のトポ
ロジカルポンプ：対称性とディオファン
トス方程式", 22aL1-4 日本物理学会 2023
年春期大会 令和 5 年（2023 年）3 月 22 日（水）～25 日－ 78 －

柳原英人＜研究成果＞
当研究室では、スピネル型フェライトを始めとする酸化物磁性体や遷移金属窒化物について、エネルギー材料としての可能性を探索している。薄膜、微粒子形態の試料に対して格子歪を導入したり、イオン種の置換や規則化等を行ったりすることで、磁気異方性を始めとする磁気特性を制御することを試みてきた。また異なる磁性薄膜間に生じる層間交換結合の電圧制
御についてもデバイスを作製しその検証を進
めている。

された。
次に、Fig.2 に室温における電気抵抗測定の結果を示す。電気抵抗率は成膜時の酸素流量に依存しているが、バルクの電気抵抗率と比較す
るとどの試料も 1 桁以上大きい。CVO の組成のずれにより抵抗率が増大することが知られており、作製した膜の組成は Co:V=1:2 からずれていることが示唆された。

＜論文＞
1. “Magnetoelastic constant of thin films determined by afour-point bending apparatus ” , Shintaro Yoshihara,【 １ 】導電性スピネル型酸化物 CoV2O4 薄膜の作製と伝導特性
スピンフィルタ障壁としてスピネルフェラ
イト薄膜を用いた磁気トンネル接合素子が報告されているが、障壁層と電極の界面における逆位相境界(APBs)の形成による MR の低下が課題となっている。APBs 抑制のため下部電極層には、スピネルフェライトあるいは基板に用いる MgO(001)と同程度の格子定数を有する
導電性のスピネル型酸化物が望ましい。
CoV2O4(CVO)はスピネル型酸化物で、室温で65 mΩ cm と酸化物の中では比較的電気抵抗率が小さく、格子定数は 8.407 Å と MgOとの格子ミスマッチも小さい[2]ことから上記
スピンフィルタ用の導電性電極材料として有望であると考えた。本研究では、MgO 基板(001)上に CVO を作製して結晶構造及び電気伝導特性について調査し、その電極材料としての 可 能 性 を 検 討 し た 。 (Co,V)3O4 薄 膜 を
MgO(001)基板上に Co と V の金属ターゲットを用いた 2 元同時反応性 RF マグネトロンス
パッタリング法により、酸素流量をパラメータとして作製した。試料評価には、X 線回折法
(XRD)による結晶構造解析、四端子法による電気抵抗率の測定を行った。
Fig.1 に膜面垂直方向の XRD 結果を示す。
膜面垂直方向では酸素流量の増加に伴い格子定数が小さくなる傾向が見られた。一方、膜面
内方向の格子定数は MgO 基板に拘束されており、酸素流量に依らず一定であることが確認

and Hideto Yanagihara, Japanese Journal of Applied
Physics, 61, 036502 (2021).
2. “ Origin of perpendicular magnetic anisotropy in
CoxFe3-xO4+delta thin films studied by x-ray magnetic
circular and linear dichroisms ” , Jun Okabayashi,
Masaaki A. Tanaka, Masaya Morishita, Hideto
Yanagihara, and Ko Mibu, Physical Review B 105,
0134416 (2022).
3. “Structure and magnetic properties of nitrides in FeNi
and FeNiCo alloy particles synthesized via coprecipitation, reduction, and nitriding ” , Mikio
Kishimoto, Eiji Kita, and Hideto Yanagihara, APL
Materials 9, 091108 (2021).

＜特許＞
1. 特許第 7251772 号・柳原英人、磯部高範、喜多英－ 79 －治、吉田宏一・「磁気特性測定装置および磁気特性測定方法」・筑波大学

羽田真毅＜研究成果＞
当研究室では、フェムト秒からピコ秒の時間分解能を持つ超高速時間分解電子線回折法を用いて、分子から材料にわたる幅広い物質の構造ダイナミクス計測を行っている。本年度は、装置開発に注力し、時間分解能 100 フェムト秒
を切る時間分解電子線回折装置の開発、サブピ
コ秒からサブミリ秒にわたる 9 桁のダイナミ
ックレンジをもつ時間分解電子線回折装置の開発、及び電子線のパルス幅をテラヘルツ波によって計測するテラヘルツストリーキング法の開発に成功した。
【 １ 】時間分解能 100 フェムト秒を切る時間
分解電子線回折装置の開発
光励起によって、材料の構造が変わり色合い
や電気特性、磁気特性が変化する光メモリー材
料や光スイッチ材料の研究は、さまざまな情報処理分野の発展のカギを握るものとして、世界中で研究が競われている。現在では、こういった光励起で起きる原子分子レベルでの変化の初期過程は、10 兆分の 1 秒以下で起きていることが分光学的研究や理論計算から推測されている。それを具体的に観測するためには、構造を観測する X 線や電子線装置にも、この時間スケールより短いパルス特性を持たせることが必要になる。我々は、昨今急速に進展した
5G 技術を活用し、超高精度 RF 発振器の電磁波によって、レーザーと超小型加速器の双方を精密制御する装置を開発し、パルス幅 10 兆分の 1 秒以下（実際には 75 フェムト秒以下程度と推定）のパルス電子線発生に成功した（図１）。
この装置の性能の確認とデモンストレーションのために、光電デバイス材料としても活用されている、典型的な半導体である Si の単結晶を対象とした観測を行った。Si 単結晶では、光学的に 50 フェムト秒以下程度の超高速構造
変化が光励起で起きていると予測されている。
観測では、構造変化が実際に予測通りの時間ス
ケールで起きていることを初めて確認した。

図 1. 高精度 RF 発振器を用いた時間分解能 100
フェムト秒を切る時間分解電子線回折装置の開発【 ２ 】サブピコ秒からサブミリ秒にわたる 9桁のダイナミックレンジをもつ時間分解電子
線回折装置の開発
これまでの超高速時間分解電子線回折法では、サブピコ秒から１ナノ秒程度の時間スケー
ルの現象しか観測することができなかった。これは、時間遅延をつける光学遅延回路がせいぜ
い数十 cm のものを利用しているためであり、10 ナノ秒以上の時間遅延を光学遅延回路でつけるのは非常に困難であるためである。我々は、ナノ秒レーザーをフェムト秒レーザーに電気的に同期するシステムを開発した。サブピコ秒
から数ナノ秒までを光学遅延回路を用いて、数ナノ秒からサブミリ秒までを電気遅延回路を用いることで、サブピコ秒からサブミリ秒までの物質の光励起ダイナミクスをシームレスに観測する。
このシステムを用いて、酸化グラフェンの光照射によって生じた酸素ラジカルの緩和過程の観測に成功している。酸化グラフェンのバー
サル面のエポキシ基は紫外線照射によって、その結合が約 40 ps で切断され酸素ラジカルとなるが、この切断された結合は約 3 μs の時間ス
ケールで再結合することが明らかになった。この酸素ラジカルの寿命は、他の手法で計測された酸素ラジカルの寿命と良い一致を見せており、本研究では酸化グラフェン上のラジカルの発生と消滅に関わる全体の構造ダイナミクス－ 80 －

を明らかにした。
【 ３ 】電子線のパルス幅をテラヘルツ波によって計測するテラヘルツストリーキング法の開発
1～10 兆分の 1 秒以下の時間スケールのパル
ス幅を持つ電子線は、物質中の原子や分子の瞬間的な運動を観測するために用いられてきた。
この計測技術は、5G を上回る高速な情報通信の発展などに貢献すると期待されている。計測の時間分解能は電子線のパルス幅によって決まるが、極めて短いパルス電子線のパルス幅を評価する手法は限られており、汎用的かつ簡便に評価する手法はこれまで確立されてこなかった。
一般的に電子線パルスは、パルス幅が短くなるほど評価が難しくなると考えがちだが、テラヘルツ波（電波と光の中間的な電磁波）を用いたストリーキング法（時間的に変化する電場で電子を曲げて、そのプロファイルを計測する手法）では、10 兆分の 1 秒以下のパルス幅の電子線パルスを評価することはできたが、それよ
り長いパルス幅の電子線パルスを評価することはできなかった。本研究では、テラヘルツ波を用いたストリーキング法で得られたシグナ
ルの低周波成分をうまく解析すれば、10 兆分の 1 秒以上の電子線パルスを評価できることを示した。さらに、本手法に必要なテラヘルツ
波の強度は数 kV/cm 以下と弱く、真空装置の中に特殊な計測セットアップを構築しなくても、1 兆分の１～10 兆分の 1 秒程度の時間スケールの電子線パルスを評価可能な汎用的で簡便な手法であることを示した（図２）。

図 2. テラヘルツストリーキング法を用いたピコ秒電子線のパルス幅計測＜論文＞
1. K. Takubo*, S. Banu, S. Jin, M. Kaneko, W. Yajima, M.
Kuwahara, Y. Hayashi, T. Ishikawa, Y. Okimoto, M.
Hada*, S. Koshihara*, “Generation of sub-100 fs
electron pulses for time-resolved electron diffraction
using a direct synchronization method.” Review of
Scientific Instruments 93, 053005 (2022).
2. Y. Saida, R. Shikata, K. En-ya, S. Ohmura, Y. Nishina*,
M. Hada*, “Development of a Multitimescale TimeResolved Electron Diffraction Setup: Photoinduced
Dynamics of Oxygen Radicals on Graphene Oxide.”
Journal of Physical Chemistry A 126, 6301-6308 (2022).
Cover picture.
3. W. Yajima, Y. Arashida*, R. Nishimori, Y. Emoto, Y.
Yamamoto, K. Kawasaki, Y. Saida, S. Jeong, K. Akada,K. Takubo, H. Shigekawa, J. Fujita, S. Koshihara, S.
Yoshida, M. Hada*, “Streaking of a Picosecond Electron
Pulse with a Weak Terahertz Pulse” ACS Photonics 10,
116-124 (2023).

－ 81 －

＜学会発表＞保耕, 重川秀実, 藤田淳一, 腰原伸也, 吉田昭二,
羽田真毅「テラヘルツ波による極短パルス電子線

国際会議のパルス幅計測」第 83 回応用物理学会秋季学術講
演会、仙台市、2022.09.22（口頭発表）

1. Masaki Hada, Kou Takubo, Yoichi Okimoto, Shin-ya
Koshihara, "Ultrafast time-resolved electron diffraction
measurementsformaterialscience"

3. 齋田友梨, 小西智暉, 佐藤竜馬, 中池由美, 矢嶋渉,

LSC2022,四方諒, 山田洋一, 原光生, 齊藤尚平, 羽田真毅、Yokohama, Japan, 2022.04.10 (invited).

「光剥離する有機分子材料の構造ダイナミクスの

2. Yuri Saida, Ryo Shikata, Satoshi Ohmura, Yuta Nishina,

相依存性」第 83 回応用物理学会秋季学術講演会、Masaki Hada, “Multi-timescale Photoinduced Structural
Dynamics Measurements of Graphene Oxide” IVC22,

仙台市、2022.09.22（口頭発表）
4. 上野辰, 四方諒, 齋田友梨, 坂本雅典, 羽田真毅

Sapporo, Japan, 2022.9.14 (poster).

「Cu2S ナノ粒子の光照射による超イオン伝導体相

3. M. Hada, “Ultrafast time-resolved electron diffraction

への構造変化」第 83 回応用物理学会秋季学術講演

measurements aimed at the research for dynamics ofliquid crystals” OLC2021 SWS2022, Nago, Japan,

会、仙台市、2022.09.22（口頭発表）
5. 羽田真毅「超高速時間分解電子線回折法 システム

2022.09.27 (Invited).

とそのアプリケーション」日本顕微鏡学会

4. W. Yajima, Y. Arashida, R. Nishimori, Y. Emoto, Y.

その場観察分科会 2022 年研究討論会、オンライン、Yamamoto, K. Kawasaki, Y. Saida, S. Jeong, K. Akada,2022.11.18（招待講演）

K. Takubo, H. Shigekawa, J. Fujita, S. Koshihara, S.

6. Masaki Hada, “Multitimescale time-resolved electron

Yoshida, M. Hada, “Development of a terahertz pumpdiffraction measurements for nanocarbon materials” 第and electron diffraction probe setup for the dynamics

64 回フラーレン・ナノチューブ･グラフェン総合シ

measurements of liquid crystals” OLC2021 SWS2022,

ンポジウム、名古屋市、2023.03.03（招待講演）

Nago, Japan, 2022.09.27 (Poster).
5. Y. Saida, T. Konishi, R. Sato, Y. Nakaike, W. Yajima, R.
Shikata, Y. Yamada, M. Hara, S. Saito, M. Hada, “Phasedependence of structural dynamics and adhesivefunction of light-melt adhesive materials” OLC2021
SWS2022, Nago, Japan, 2022.09.27 (Poster).

6. K. En-ya, Y. Saida, R. Shikata, S. Ohmura, Y. Nishina,
M. Hada, “Development of a multitimescale timeresolved electron diffraction setup: from picosecond to
millisecond timescale” OLC2021 SWS2022, Nago,
Japan, 2022.09.27 (Poster).

国内会議
1. 羽田真毅「超高速時間分解電子線回折法の液晶のダイナミクス研究への展開」 2022 年日本液晶討論会、オンライン、2022.9.15（招待講演）
2. 矢嶋渉, 嵐田雄介, 西森亮太, 江本悠河, 山本祐揮,
川崎康平, 齋田友梨, 鄭サムエル, 赤田圭史, 田久－ 82 －

（３）電気エネルギー制御部門

近藤蓮 （数理物質科学研究科・M1）
曽弘宇 （数理物質科学研究科・M1）

教員：
上殿明良（数理物質系・物理工学域・教授）
岩室憲幸（数理物質系・物理工学域・教授）
櫻井岳暁（数理物質系・物理工学域・教授）
佐々木正洋（数理物質系・物理工学域・教授）
磯部高範（数理物質系・物理工学域・准教授）
梅田享英（数理物質系・物理工学域・准教授）
蓮沼隆 （数理物質系・物理工学域・准教授）
山田洋一（数理物質系・物理工学域・准教授）
奥村宏典（数理物質系・物理工学域・助教）
Muhammad Monirul Islam（数理物質系・物理工学
域・助教）
鶴田諒平（数理物質系・物理工学域・助教）
磯谷順一（数理物質系・物理工学域・名誉教授）
研究員：
磯谷順一（数理物質系・物理工学域・名誉教授）
Sachin Pawar（JSPS 外国人特別研究員）
大学院生：
Muhammad Hafiz Abu Baker（数理物質科学研究
科・D3）
郭俊傑 （数理物質科学研究科・D3）
Jiaqi Liu（数理物質科学研究科・D3）
本田和広（数理物質科学研究科・D3）
黄成（数理物質科学研究群・D2）

Hamidou Tangara（数理物質科学研究科・D2）
Shukur Gofulov（数理物質科学研究科・D2）
He Yule （数理物質科学研究群・D1）
北村雄大（数理物質科学研究群・M2）
名田部翔（数理物質科学研究科・M2）
柄澤岬 （数理物質科学研究群・M2）
竹入聡一郎（数理物質科学研究群・M2）
星野亜門（数理物質科学研究群・M2）
南端洸輝（数理物質科学研究群・M2）
上園波耀（数理物質研究群・M1）
太田樹 （数理物質科学研究群・M1）
小野裕太郎（数理物質科学研究群・M1）
清水好葉（数理物質科学研究群・M1）
清水崚央（数理物質科学研究群・M1）
浅井千遼（数理物質科学研究科・M1）
猪鼻伶 （数理物質科学研究科・M1）－ 83 －

図 1.試料作製プロセス（右）と試料構造
（左）。

10-5

Current density (A/cm -2 )上殿明良
＜研究成果＞
当研究室では、陽電子消滅を用いた固体中の空孔型欠陥の研究を行っている．本稿では、Dynamic Random Access Memory（DRAM）のための高誘電率（high-k）材料として用いられる
ZrO2 の空孔型欠陥と電気的特性を評価した結果を報告する。
現在、DRAM のための high-k 材料としては、
ZrO2 や HfO2 が用いられている。これらは高い酸素拡散定数を持つため、プロセス処理中に酸素欠陥が導入されやすく、成膜後の焼鈍等のデバイスプロセスにより酸素欠陥（VO）が導入され電気的特性に影響を与えることがよく知られている。また、電極材料としては TiN が多用されるが、high-k 膜と TiN 膜間の原子拡散も電気的特性を劣化させる原因となる。
本研究では、物理気相成長（Physical vapor
deposition 、PVD）で、作製した ZrO2/TiN/SiO2/Si
を 陽 電 子消 滅 と 透過 型 電 子顕 微 鏡（Transmission electron microscopy、TEM）により評価した。Si 基板上に熱酸化により厚さ 300
nm の SiO2 膜を形成後、PVD により厚さ 5 nmの TiN を成膜した。その後、やはり PVD により厚さ 10 nm の ZrO2 を堆積した。作製した試料を窒素雰囲気で 550℃の焼鈍（5 分）を実施した。また、ZrO2 膜の上部に厚さ 5 nm の TiNを形成してから焼鈍した試料も用意した。これ
らの試料作製プロセスを図 1（左）に、また、試料構造を図 1（右）に示した。
試料の電流‐電圧（J–V）特性は TiN 上部電極を形成後に、厚さ 100 nm の TiN を形成した
後に行った。ここで、電極サイズは 250 μm から 350 μm まで変化させた。図 2 にその結果を示す。焼鈍前は TiN/ZrO2/TiN に典型的な J–V特性であるが、焼鈍によりリーク電流が増大していることが分かった。ただし、TiN 膜形成後に焼鈍することによりリーク電流は抑制され

TiN/ZrO2 /TiN

10-6

Annealed

10-7
10-8

Annealed
with top TiN

10-9

As-deposited
10-10

-2

-1.5

-1 -0.5

0

0.5

1

1.5

2

Applied voltage (V)図 2. 作製した TiN/ZrO2/TiN キャパシタのJ–V 特性。焼鈍することにより、リーク電流が増大するが、上部 TiN 形成後に焼鈍した場合はリーク電流が抑制されている。
ている。また、焼鈍後、リーク電流は電圧が正の場合により多く流れることがわかった。なお、
電極サイズ依存性は観測されなかった。
図 3 に、ZrO2/TiN 構造の TEM 画像を示す。
焼鈍前の試料（図 3(a)）では、ZrO2 膜と TiN 膜（下部）の間に、白く見える中間層が形成されているのがわかる。これは ZrO2/TiN 界面近傍での原子拡散によるものであることをエネル
ギー分散型 X 線分析（Energy-dispersive X-ray
spectroscopy）で確認した。上部 TiN を形成しないで焼鈍した場合（図 3(b)）、この中間層はよりはっきり見え、また、その領域が拡大している。一方、TiN 膜を形成後に焼鈍した場合（図3(c)）は、中間層の拡大は抑制されている。これら中間層は TiN や ZrO2 に比較して、欠陥に由来する電子捕獲中心の濃度が高いと考えられる。よって、図 2 で観測された、J–V 特性の非対称性の原因となっていると判断できる。
図 4 に焼鈍前後の ZrO2/TiN/SiO2/Si の S パラ
メーターの陽電子打ち込みエネルギー（E）依存性を示した。それぞれの領域で消滅した陽電子に対応する S 値の位置を矢印で示している。
また、E=0-3 keV までの拡大図を図中に示した。
E> 15 keV で S 値は飽和しているが、これは陽電子が Si 基板中で消滅するためである。E=67 keV の S 値の低下は、陽電子が SiO2/Si 界面に存在する電子運動量分布が広い電子と消滅するためである。E=1 keV で得られた S 値が－ 84 －

(VO)n）、n=1-6 に対応して、251, 260, 276, 294,
315, 339 ps となった。
陽電子打ち込みエネルギーを 0.6 keV に固定して測定した結果、焼鈍前では 300 ps、焼鈍後は 400-430ps の広い分布を持つ陽電子寿命スペクトルが観測された。この結果から、焼鈍前のZrO2 膜に存在する欠陥サイズは、VZr(VO)4 程度であると推定できる。また、焼鈍により、より、
大きなサイズの欠陥が導入されていると推定することができる。
これらの結果から、ZrO2 膜の電流リーク特性と界面近傍の空孔型欠陥が強い相関性を持
つことがわかった。また、high-k 膜を用いたキャパシタの電気的特性の向上や信頼性の向上には、TEM、EDX、陽電子消滅等のサブ nm レ
ベルの分解能を持つ評価方法が有効であることを示すことができた。
0.54

SiO2
Si

ZrO2

0.52

0.52

S parameter

ZrO2 膜中での陽電子消滅に対応する。焼鈍することにより S 値が増大することから、空孔型欠陥のサイズが焼鈍により増大したことがわ
かる。ただし、TiN 膜を形成後に焼鈍した場合
は、S 値の増大量は少なく欠陥サイズ増大が抑制されている。
図中の曲線は、試料構造を用いて解析した結果である。拡大図から、TiN 膜を形成せず焼鈍した試料では、TiN 膜を形成後に焼鈍した試料に比較して、E=0.6-0.8 keV の S 値がより大きい。これは ZrO2/TiN 界面付近でより大きな欠陥が導入されていることを示す。図 3 の TiN 膜を形成せず焼鈍した試料で観測された中間層形成に対応すると考えられる。
第一原理計算により ZrO2 中での陽電子寿命を計算した。図 5 には、計算で得られた Zr 空孔（VZr）に 4 個の VO が結合（VZr(VO)4）した
場合の原子位置を示す。図中、緑と赤がそれぞれ Zr と O を示す。また、黄色は陽電子の密度分布である。図 4 右では、図 5 左に示した
VZr(VO)4 に陽電子が捕獲されていることがわかる。計算で求めた陽電子寿命は、欠陥が無い
場 172 ps、VZr に捕獲された場合は 245 ps であった。また、VZr に Vo が結合した場合（VZn

0.51

0.50

0.50

ZrO2
Annealed

0.49

0.48

0.48

Annealed
0.46

0.46

Annealed 0.45
with top TiN 0
As-deposited

0.44
0Annealed
with top TiN
As-deposited

0.47

0.5

1

1.5

2

5
10
15
Positron energy (keV)

2.5

3

20

図 4. 焼鈍前後の ZrO2/TiN/SiO2/Si の S パラ
メ ータ ーの陽 電子 打ち込 みエ ネルギー
（E）依存性。図中に E=0-3 keV までの拡大図を示した。焼鈍により S 値が増大するのは空孔型欠陥のサイズが増大するためである。

図 3.作成した ZrO2/TiN/SiO2/Si の（a）焼鈍
前、（b）焼鈍後（上部 TiN 形成なし）、及び（c）焼鈍後（上部 TiN 形成あり）の TEM像。

図 5. 計算シミュレーションで求めた欠陥（VZr(VO)4）を含む ZrO2 の原子分布と陽電子分布。緑と赤がそれぞれ Zr と O を示す。
黄色は陽電子の密度分布。

－ 85 －

＜論文＞
1. T. Hamada, S. Takase, A. Tanaka, K. Okada, S.
Mineoi, A. Uedono, J. Ohshita, “Doubledecker
silsesquioxane-grafted
polysilsesquioxane hybrid films as thermal
insulation materials”, ACS Appl. Polym. Mat.
5, 743-750 (2022).
2. T. Umeda, K. Watanabe, H. Hara, H. Sumiya,
S. Onoda, A. Uedono, I. Chuprina, P. Siyushev,
F. Jelezko, J. Wrachtrup, J. Isoya, “Negatively
charged boron vacancy center in diamond”,
Phys. Rev. B 105, 165201(1-13) (2022).
3. A. Uedono, N. Takahashi, R. Hasunuma, Y.
Harashima, Y. Shigeta, Z. Ni, H. Matsui, A.
Notake, A. Kubo, T. Moriya, K. Michishio, N.
Oshima, S. Ishibashi, “Vacancy-type defects in
TiN/ZrO2/TiN
capacitors
probedbymonoenergetic positron beams”, Thin Solid
Films 762, 139557(1-8) (2022).
4. S. Takase, T. Hamada, K. Okada, S. Mineoi, A.
Uedono, J. Ohshita, “Organic–inorganic
hybrid thermal insulation materials preparedvia hydrosilylation of polysilsesquioxane
havinghydrosilylgroupsandtriallylisocyanurate”, ACS Appl. Poly. Mat. 4,3726-373(2022).
5. T. Narita, A. Uedono, T. Kachi, “Effects ofhydrogen incorporation on Mg diffusion in
GaN-doped with Mg ions via ultra-highpressure annealing”, Phys. Stat. Sol. (B) 2022,
259(1-6)(2022).
6. L.Y. Li, K. Shima, M. Yamanaka, T. Egawa, T.
Takeuchi, M. Miyoshi, S. Ishibashi, A. Uedono,
S.F.
Chichibu,“Room-temperature
nonradiative recombination lifetimes in cplane Al1−xInxN epilayers nearly and modestly
lattice-matched to GaN (0.11 ≤ x ≤ 0.21)”, J.
Appl. Phys. 132, 163102(1-10) (2022).
7. E. Kano, K. Kataoka, J. Uzuhashi, K. Chokawa,
H. Sakurai, A. Uedono, T. Narita, K.
Sierakowski, M. Bockowski, R. Otsuki, K.
Kobayashi, Y. Itoh, M. Nagao, T. Ohkubo, K.
Hono, J. Suda, T. Kachi, and N. Ikarashi,“Atomic resolution analysis of extended

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

－ 86 －

defects and Mg agglomeration in Mg-ionimplanted GaN and their impacts on acceptor
formation”, J. Appl. Phys. 132, 065703(1-10)(2022).
N. Shoji, K. Sasaki, A. Uedono, Y. Taniguchi,
K. Hayashi, N. Matsubara, T. Kobayashi, andT. Yamashita, “Effect of conversion on epoxy
resin properties: Combined molecular
dynamics simulation and experimental study”,
Polymer 254, 125041(1-8) (2022).
Z.H. Li, T.T. Sasaki, A. Uedono, K. and Hono,“Role of Zn on the rapid age-hardening in MgCa-Zn alloys”, Scr. Mater. 216, 114735(1-6)(2022).
A. Uedono, H. Sakurai, J. Uzuhashi, T. Narita,
K. Sierakowski, S. Ishibashi, S.F. Chichibu, M.
Bockowski, J. Suda, T. Ohkubo, N. Ikarashi, K.
Hono, and T. Kachi, “Effect of ultra-high‐pressure annealing on defect reactions in ion‐
implanted GaN studied by positronannihilation”, Phys. Stat. Sol. B 259,
2200183(1-12) (2022).
S. F. Chichibu, H. Miyake, and A. Uedono,“Impacts of Si-doping on vacancy complex
formation and their influences on deep
ultraviolet luminescence dynamics in
AlxGa1−xN films and multiple quantum wells
grown by metalorganic vapor phase epitaxy”,
Jpn. J. Appl. Phys. 61, 050501(1-14) (2022).
T. Hamada, T. Goto, S. Takase, K. Okada, A.
Uedono, J. Ohshita, “Structure–thermal
property relationships of polysilsesquioxanes
for thermal insulation materials”, Appl. Polym.
Mat. 4, 2851-2859 (2022).
H. Okumura, Y. Watanabe, T. Shibata, K.
Yoshizawa, A. Uedono, H. Tokunaga, S.
Koseki, T. Arimura, S. Suihkonen, and T.
Palacios, “Impurity diffusion in ion implanted
AlN layers on sapphire substrates by thermal
annealing”, Jpn. J. Appl. Phys. 61, 026501(17) (2022).
Y. Harashima, H. Koga, Z. Ni, T. Yonehara, M.
Katouda, A. Notake, H. Matsui, T. Moriya, M.
K. Si, R. Hasunuma, A. Uedono, Y. Shigeta,

“Systematic search for stabilizing dopants in
ZrO2 and HfO2 using first-principles
calculations”, Int. Sym. Semicond. Manufact.
2022, 1-4.
15. A. Uedono, N. Takahashi, R. Hasunuma, Y.
Harashima, Y. Shigeta, Z. Ni, H. Matsui, A.
Notake, A. Kubo, T. Moriya, K. Michishio, N.
Oshima, S. Ishibashi, “Impact of cation
vacancies on leakage current on TiN/ZrO2/TiN
capacitors studied by positron annihilation”,
Int. Sym. Semicond. Manufact. 2022, 1-4.
＜学会発表＞
国内会議

1.

2.

3.

4.

秩父重英，嶋紘平，小島一信，上殿明良，石橋章司，渡邉浩崇，田中敦之，
本田善央，今西正幸，森勇介，生田目俊秀，色川芳宏，天野浩，小出康夫，“n 型 GaN 基板・エピタキシャル薄膜の室温フォトルミネッセンス寿命” ，第 83 回応用物理学会秋季学術講演会，東北大学，2022 年 9 月 23 日．
嶋紘平，櫻井秀樹，石橋章司，上殿明良，M. Bockowski，須田淳，加地徹，
秩父重英，“超高圧アニールによるMg イオン注入 p 型 GaN のルミネッ
センス評価”，第 83 回応用物理学会秋季学術講演会，東北大学，2022 年 9 月
22 日．
大築立旺，狩野絵美，片岡恵太，埋橋淳，櫻井秀樹，上殿明良，成田哲生，
K. Sierakowski，M. Bockowski，小林功
季，大久保忠勝，宝野和博，加地徹，
五十嵐信行，“GaN への Mg イオン
注入により形成される結晶欠陥の原子分解能分析”，第 83 回応用物理学会
秋季学術講演会，東北大学，2022 年 9月 21 日．
狩野絵美，大築立旺，片岡恵太，埋橋淳，櫻井秀樹，上殿明良，成田哲生，
K. Sierakowski，M. Bockowski，小林功
季，大久保忠勝，宝野和博，加地徹，
五十嵐信行，“GaN への Mg イオン注

5.

入により形成される結晶欠陥と Mg
凝集のアクセプタ形成に与える影響”第 83 回応用物理学会秋季学術講演会，
東北大学，2022 年 9 月 21 日．
李リヤン，嶋 紘，山中瑞樹，江川孝
志，竹内哲也，三好実人，石橋章司，
上殿明良，秩父重英，“GaN に格子整合する c 面 AlInN 薄膜の室温フォト
ルミネッセンス寿命”，第 83 回応用物
理学会秋季学術講演会，東北大学，
2022 年 9 月 20 日．

国際会議
1. Y. Harashima, H. Koga, Z. Ni, T. Yonehara, M.
Katouda, A. Notake, H. Matsui, T. Moriya, M.
K. Si, R. Hasunuma, A. Uedono, Y. Shigeta,“Systematic search for stabilizing dopants in
ZrO2 and HfO2 using first-principles
calculations”, Int. Sym. Semicond. Manufact,
Tokyo, 13 Dec. 2022.
2. A. Uedono, N. Takahashi, R. Hasunuma, Y.
Harashima, Y. Shigeta, Z. Ni, H. Matsui, A.
Notake, A. Kubo, T. Moriya, K. Michishio, N.
Oshima, S. Ishibashi, “Impact of cation
vacancies on leakage current on TiN/ZrO2/TiN
capacitors studied by positron annihilation”,
Int. Sym. Semicond. Manufact., Tokyo, 12 Dec.
2022.
3. A. Uedono and S. Ishibashi, “Point defects in
ion implanted GaN and their role of dopant
activation studied by positron annihilation
spectroscopy”, 19th Int. Conf. DefectsRecognition, Imaging & Phys. Semicond., online, 30 August 2022.
4. A. Uedono, Defect characterization bypositron annihilation spectroscopy, J-FAST
kick-off meeting, Grenoble, France, 22 June
2022.
招待講演
1. 上殿明良，“陽電子消滅の基礎科学・材料
評価”，ナノテクノロジー国際標準化ワー
クショップ 2023 ～陽電子消滅法によるナノ構造分析の国際標準化と関連技術～，－ 87 －

2.

3.

4.

5.

東京ビックサイト，2023 年 2 月 3 日．
S. F. Chichibu, K. Shima, H. Iguchi, T. Narita,
K. Kataoka, H. Sakurai, M. Bockowski, J.
Suda, T. Kachi, S. Takashima, R. Tanaka, K.
Ueno, M. Edo, S. Ishibashi, A. Uedono,“Impacts of vacancy clusters on therecombination dynamics in Mg-implanted
GaN on GaN structures”, SPIE Photonics West,San Francisco, USA, 31 Jan. 2023.
A. Uedono, H. Sakurai, J. Uzuhashi, T. Narita,
K. Sierakowski, S. Ishibashi, S. F. Chichibu, M.
Bockowski, and J. Suda, “Annealing
properties of vacancy-type defects in ion
implanted GaN during ultra-high-pressure
annealing studied by using a monoenergetic
positron beam”, SPIE Photonics West, San
Francisco, USA, 31 Jan. 2023.
上殿明良，“陽電子消滅を用いた半導体材
料 の 点 欠 陥 評 価 ”， セ ミ コ ン ジ ャ パ ン
SEMI テクノロジーシンポジウム，東京ビックサイト，2023 年 12 月 15 日．
A. Uedono, and S. Ishibashi, “Studies of nativeand process induced defects in GaN using
positron annihilation spectroscopy”, 19th Int.
Conf. Positron Annihilation, Helsinki, Finland,
22 August 2022.

－ 88 －

磯谷順一＜研究成果＞

きることが示された。

ウルム大学、シュツットガルト大学との共同研究として、ダイヤモンドの NV センターを用いて量子情報処理，量子通信，量子セン
シングに用いる量子デバイスの開発を行っている．
【 １ 】量子ラジオ
アンサンブル NV を用いる磁気センサーは
AC 磁場、DC 磁場検出において sub-pT/√Hz の

図 1 量子位相敏感検出と量子ヘテロダイ

高感度を実現し、既存の磁気センサーを代替す

ン検出を組み合わせた方式

る応用が期待されている。室温動作の磁気センサーでは、アルカリ金属蒸気セル（OPM、
optically pumped magnetometer)に対して DC 磁

量子位相敏感検出のもつ LDR を量子ヘテロ場検出感度では及ばないが、オーディオ周波数

ダイン読み出しのもつ高い周波数分解能と組帯域では優れている。任意の未知のオーディオ

み合わせることにより、任意の未知のオーディ

周波数信号を検出・再生するには、高感度に加オ周波数領域の信号を振幅および位相の歪み

えて、広いダイナミックレンジに対する線形性なく検出・再生することができる。図 2 は AWG（LDR, linear dynamic range）と高い周波数分解で生成した多数の周波数からなる信号に対し能を両立させることが求められる。AC 磁場検て NV 量子センサーがスペクトラムアナライ

出の帯域幅を稼ぐために、狭帯域フィルター機

ザとして機能すること能を利用するダイナミカル・デカップリングでを示している（図 2）。

はなく Hahn echo 法を用いた。位相蓄積として磁場を検出する Hahn echo 法では、共鳴周波数を追跡してフィードバックする手法が使えないことに加えて、位相シグナルの狭い領域でのみ線形性が保たれるために磁場強度に対して容易に飽和する。Hahn echo 法のダイナミック
レンジを拡げるために量子位相敏感検出（QPSD、quantum phase sensitive detection）を導入した（図 1）。量子位相敏感検出には、ロックイン検出の原理を借りるために、同期した 2 つの異なる周波数（周波数差f）のマイクロ波パ

図 2 アンサンブル NV 量子センサーを用いるオーディオ周波数領域のスペク
トラムアナライザ

ルスを駆動場として得られる回転座標系の変調を用いて、蛍光強度として観測する量子位相
蓄積の振幅変調（周波数f）を生成した。量子位相敏感検出を用いることにより、広い周波数応用として、搬送波（10 kHz）に乗せたメロ

領域（10-15 kHz）に対して LDR を実現できる

デイ及びスピーチをアンサンブル NV 量子セ

ことが示された。

ンサーの読み出しから再生できることを示した。水中や地下などラジオ波領域の無線通信が－ 89 －

困難な環境におけるテレコミュニケーションとの間の弱い双極子双極子相互作用が存在す受信装置として、高感度とコンパクトを兼ね備るので、ダイナミカル・デカップリングは制御えたアンサンブル NV センサーを複数の周波位相ゲート（核スピンの状態 |X によって電数帯に対応できる”量子ラジオ“として用いる

子スピンが z 軸の周りに  回転する、xyz はことができるとともに、周波数未知の信号検出

電子スピンの回転座標系、XYZ は核スピンのへの応用に通じる。

回転座標系）としてはたらくので、弱いエンタ
ングルメントを生成できる。 を十分に小さくするのが弱測定である。バックアクションの【 ２ 】量子相関
非線形スペクトロスコピーを用いると物理影響を減らした弱測定を用いて得られる 2 次系における揺動の相関を求めることができる。

の相関から単一 13C 核スピンの時間発展を再通常の磁気共鳴では電磁波という古典的なプ

生することで、センサー電子スピンの 1/T1 限界

ローブを用いるので、2 次のオーダーまでの相(～80 Hz)を超える高い周波数分解能（線幅

関にしかアクセスできない。量子の世界では、

Δ1/2=1.9 Hz）を獲得できることが示されてい量子センサーとターゲット量子との量子もつる。

れを生成したのちにセンサーを測定すること

量子相関の量子センシングへの応用として、

により、ターゲット量子の測定が得られる。タ2 次のオーダーの相関では不可能であった異ーゲット量子のダイナミックスの任意のオーなるタイプの揺動の識別が可能であることをダーの相関の抽出が可能となる。

示す目的で、単一 NV センターの電子スピンをここでは、ダイヤモンド中の単一 NV センタ

用いた弱測定で得られる単一 13C 核スピンのーの電子スピンを量子センサーに、格子中の単量子ダイナミックスの 4 次のオーダーの相関13

一 C 核スピンをターゲット量子とした。量子の抽出を試みた。測定1, 2,…, i ,…に対して、測定にはセンサーからのバックアクションに

1 次モーメント Sj=i は単一核スピンの検出 ,よりターゲットのダイナミックスが乱される

2 次モーメント Sij＝ij , i =i-i は単という問題がある。例えば、量子センサーをプ

一核スピンの高分解能 NMR に用いられたのに

13

C 核スピンの FID を追跡する

対して、3 次モーメント Sijk＝ijk からと、周波数分解能はセンサー電子スピンの T1

4 次のオーダーの相関が抽出できる。4 次のオで制限される。バックアクショを抑えるためにーダーの相関を用いると、2 次のオーダーの相核スピンの自由な時間発展の間はセンサーを関では識別できないガウスノイズ、AC 磁場、

アイドル状態にする方式を採用すると、FID の量子スピン（13C 核スピン）をそれぞれに特異

1 点ごとに最初から FID を繰り返すので測定的なパターンを指紋検出として識別できる。単時間が大幅にかかり感度を稼ぐのが難しい。そ一 13C 核スピンと双極子双極子相互作用で結

こで、核スピンの FID を一定の時間間隔で量合した NV センター電子スピンの測定を tij=ti-子センサーによる弱測定（weak measurement）

tj, tjk＝tj-tk に対して 2 次元 FT することによってを用いてサンプリングする方式を用いれば、感得られる 2 次元スペクトル S(ij,ik) は 4 つの度と周波数分解能を両立できる。各時点の弱測

ピークスポットを示す（図 3）。一方、ランダム

定には、初期化した電子スピンを(/2)y パルス

位相の AC 磁場では 6 個のピークスポットがにより|+x＝（|+ +|- ）/√2 状態にしたのち、得られた。NV センター電子スピンと結合する

電子スピンをダイナミカル・デカップリング

単一核スピンの数によって 2 次元スペクトル（Knill DD パルス系列）で制御し、そののち電のスポット数やパターンが変化するので、13Cローブとして14

子スピン状態の読み出しに N 核スピン・アシ

核スピンバスに対して Hanbury-Brown-Twiss 干

スト読み出しを用いる。電子スピンと核スピン渉計よる二次相関関数 g2()測定による量子エ－ 90 －

ミッターの数の決定に対応するという見方もできる。

ピンの歳差運動という量子ダイナミックスの自己相関関数では「Leggett-Garg 不等式の破れ」が観測された（図 4）。

図 3 量子非線形スペクトロスコピーを用いた 4 次のオーダーの相関の抽出。単一 13C 核スピンと結合した NV センター電子スピンの 3 次モーメントの 2 次元スペ
クトル S(ij,jk)【 ３ 】Leggett-Garg 不等式の破れ
量子相関は古典系と量子系の根源的な違いの実証にも用いることができる。量子系のもつ「実在性の破れ」「局在性の破れ」を検証するために考案されたのが古典系では成り立つ
Bell の不等式、Leggett-Garg 不等式である。Bell
の不等式は空間的に離れた 2 個の量子系の量子もつれの非古典性を検証する。一方、LeggettGarg 不等式は単一の量子系の異なる時間における相関の非古典性の検証に用いられる。
Leggett-Garg 不等式は複数の時刻での測定値の相関から得られる不等式で、異なる時刻のペアーの 2 点相関関数 Cij に対して
C21 + C32 – C3１  1となる。
量子核スピンのラーモア歳差運動などのダ
イナミックスの相関関数では古典系で成り立つ Leggett-Garg 不等式が破られると考えられる。ランダム位相の AC 磁場（RF シグナル）という古典系 NV センター電子スピンをセンサーに用いた測定では、自己相関関数に対してLeggett-Garg 不等式が成り立った。一方、NV センター電子スピンをプローブとして一定時間間隔の弱測定によって得られた単一 13C 核ス－ 91 －

図 4 自己相関関数の LG 不等式の検証（青色の点は実験データ、赤色の曲線は理論予測）

Level Characterizations for New Materials and Devices

磯谷順一
＜論文＞
1.

'22, Bankoku Shinryokan, October 16–21, 2022 (招待,Chen Zhang, Durga Dasari, Matthias Widmann, Jonas
Meinel, Vadim Vorobyo , Polina Kapitanova, Elizaveta

2.

Oct.19, 2022）
2.

Kosuke Kimura, Onoda Shinobu, Yamada Keisuke,

Nenasheva, Kazuo Nakamura, Hitoshi Sumiya,

Wataru Kada, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Kosuge

Shinobu Onoda, Junichi Isoya and Jörg Wrachtrup,

Nozomu, Baba Tomoya, Osamu Hanaizumi, Ohshima“Quantum-assisted distortion-free audio signal

Takesh, "Attempts to generate entanglement statesensing”, Nature Commun. 13, 4637 (2022), DOI:

between dipolar coupled NV centers created byhttps://doi.org/10.1038/s1467-022-32150-1

molecular implantation", The 5th International Forum

Jonas Meinel, Vadim Vorobyov, Ping Wang, Boris

on Quantum Metrology and Sensing, Online, December

Yavkin, Mathias Pfender, Hitoshi Sumiya, Shinobu

29, 2022 (Oral, Dec.29, 2022)

Onoda, Junichi Isoya, Ren-Bao Liu and J. Wrachtrup,

国内会議“Quantum nonlinear spectroscopy of single nuclear

1.

spins”, Nature Commun. 13, 53128 (2022), DOI:

NV center in diamond",日本磁気学会第 46 回学術講https://doi.org/10.1038/s41467-022-32610-8
3.

演会シンポジウム講演,信州大学,2022 年 9 月 6 日-

Vadim Vorobyov, Jonas Meinel, Hitoshi Sumiya,

8 日,(招待, 2022 年 9 月７日）

Shinobu Onoda, Junichi Isoya, Oleg Gulinsky andJörg Wrachtrup, “Transition from quantum to classical2.

dynamics in weak measurements and reconstruction ofquantum correlation, Phys. Rev. A 107, 042212

4.

Said, 山 田 圭 介 , 加 田 渉 , 寺 地 徳 之 , 磯 谷 順 一 ,Fedor Jelezko, 花泉修, 大島武, "窒素ドープによる
NV センターの電子スピン特性への影響"第 83 回

DOI: 10.1103/PhysRevA.107.042212

応用物理学会秋春季学術講演会,東北大学 川内北

Kosuke Kimura, Shinobu Onoda, Keisuke Yamada,

キャンパス＋オンライン,

Hanaizumi and Takeshi Ohshima, "Creation of multiple
NV centers by phthalocyanine ion implantation", Appl.
Phys. Express 15 066501,
DOI:10.35848/1882-0786/ac7030＜総説・解説＞
木村晃介、加田渉、花泉修、小野田忍、山田圭介、
大島武、寺地徳之、磯谷順一,"フタロシアニンイオンビーム注入によるダイヤ
モンド中への Multiple-NV センターの形成と観測",
放射線化学 第 114 号, 19-26 (2022)＜学会発表＞
国際会議
1.

木村晃介,小野田忍, Roberto Sailer, Timo Joas, Ressa(2023),

Wataru Kada, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Osamu

1.

小野田忍、磯谷順一,"Nano-NMR technique based on

S.

Onoda, K. Kimura, N. Kosuge, T. Baba, W. Kada,

K. Yamada, T. Teraji, J. Isoya, O. Hanaizumi, T.
Ohshima, "Development of molecular ion beam forfabrication of multiple NV centers in diamond", 14th
International

Symposiumon

Atomic－ 92 －

2022 年 9 月 20 日-23日(口頭、2022 年 9 月 23 日)

岩室憲幸、磯部高範＜研究成果＞
当研究室では、次世代パワー半導体デバイス
使いこなし技術と、回路・制御技術による電力
変換器の変換密度度向上を軸に、パワーエレク
トロニクスシステムの性能向上に関する研究を行った。回路・制御技術においては，デバイスの寄生容量に起因するトレードオフを解消
し，より高いスイッチング周波数で駆動できる方式の研究を進めた。さらに半導体デバイスの研究においては、SiC MOSFET 内蔵 pin ダイオードの順方向サージ耐量向上のため、その破壊メカニズムの解析並びに耐量向上策を提案し、産総研の協力の下、実際の素子を試作した結果、他の特性を犠牲にすることなく順方向サージ耐量を向上させる方策を、実測により確認することができた。
【 １ 】寄生容量に起因する損失を発生しない
ゼロ電圧スイッチング方式の更なる高効率化(1) はじめに半導体電力変換システムの小型化を実現するためには高周波スイッチングが必要である
が，スイッチング損失の発生がそれを妨げる。
スイッチング損失は寄生容量によって発生する成分があり，GaN-HEMT をはじめとする次世代半導体デバイスにおいても従来より高い
スイッチング周波数で駆動する際には寄生容量によるスイッチング損失がボトルネックとなる。本研究グループではこれまで，寄生容量の発生しないゼロ電圧スイッチングを特徴とする駆動方式を提案し，その特性の改良を進めている。今年度は，電流リップルの低減によるインダクタ損失の低減に取り組んだ。
（2）提案する電流不連続モードによる駆動
電流不連続モードにおける変調法にはバイポーラ変調，ユニポーラ変調が知られている。
ユニポーラ変調のほうが同じ電流を出力する
際に電流リプルが小さく，インダクタ損失が低減できるメリットがある。提案するゼロ電圧ス
イッチングの実現法はどちらにも適用可能であるが，ユニポーラスイッチングではゼロ電圧
スイッチングができない条件がある。そこでバ
イポーラ変調とユニポーラ変調の中間の特性

図 1 提案方式（proposed）とバイポーラ変調の電流リプルの試算結果

図 2 提案方式（proposed strategy）と従来方式（bipolar，conventional hybrid）の損失および効率を持つ新たな変調方法である四角形電流モード（TPCM）を提案し，ゼロ電圧スイッチング
を実現しつつ最小の電流リプルになる駆動条件を求め，またその実装方法を提案した。
（3）結果
GaN-HEMT を用い 1 MHz でスイッチングする単相系統連系インバータにおいて，提案手法
による電流リプルの低減を見積もった。図 1 のように提案方式は従来のバイポーラ変調よりも電流リプルの低減ができることを確認した。
さらに実際に変換器のプロトタイプを作成し，全損失および効率の測定を行った結果を図2 に示す。提案方式はゼロ電圧スイッチングの実現と電流リプルの低減により従来方式に比べて損失の低減が可能であることを示した。

－ 93 －

【 ２ 】1.2 kV 耐圧 SiC トレンチ MOSFET 内蔵ダイオード順方向サージ電流耐量の解析(1) はじめに近年、次世代パワー半導体デバイスとして、
SiC-MOSFET が期待されている。SiC-MOSFET
は内蔵 PiN ダイオードを還流ダイオードとして利用できるため外付けダイオードを必要とせず、パワエレ回路の小型軽量化が実現できる。SiC-MOSFET のさらなる普及に向けては、
事故時における破壊耐量を確保することが極めて重要となる。そのような破壊耐量の一つに内蔵ダイオードの順方向サージ電流耐量: IFSMがある。これは 50 Hz の半波正弦波電流導通時において、素子が破壊しない最大値、で表される。順方向サージ電流耐量はインバータ回路などにおいてアクティブショートサーキット（Active Short Circuit: ASC）制御が作動した際の還流ダイオード保護のために必要とされる。
ASC 制御は主に負荷となるモータが高速で回転しており、
その逆起電力がバッテリの DC 電圧より高い状況でパワエレ装置が故障した際などに適用される。そのため、回路内の還流ダイオードにはこの大電流に耐えられるだけの
順方向サージ電流耐量が必要となる。そこで本研究では、デバイス表面に熱伝導率の高い Cuを付加することでデバイス内部の温度上昇を抑制し、順方向サージ電流耐量の向上を図った
ので、その結果を報告する。
（2）測定デバイスならびに測定装置
本 研 究 で は 、 1.2 kV 耐 圧 SiC ト レ ン チ
MOSFET: IE-UMOSFET を測定デバイスとして用いた。デバイス表面からの放熱性改善が順方向サージ電流耐量に与える影響を解析するた
めに、IE-UMOSFET のデバイス表面に厚い Cu
ブロックを付加したものを作製した。従来構造の IE-UMOSFET（Normal IE-UMOSFET: Type I）
ならびに Cu ブロック付きの IE-UMOSFET（Cu
IE-UMOSFET: Type II ならびに Type III）はチッ
プサイズが 4.0 × 6.4 mm2 であり、基板厚さは350 µm である。ここで、Type II IE-UMOSFET
および Type III IE-UMOSFET はそれぞれ 2.9 ×
4.1 × 0.2 mm3 ならびに 2.9 × 4.1 × 0.4 mm3 の Cu
ブロックを有しており、デバイスの活性面積に対する Cu ブロックの被覆率は 64%である。各

Gate
pad

Source pad(Aluminum)

Cu-Sinter
Copper (Drain)

(a)

Gate
pad

Heat
capacitanceSource pad
block(Aluminum)
4.1 mmCopper

0.2 mmCu-Sinter
Copper (Drain)

(b)

Gate
pad

Heat
Heat
capacitancecapacitanceblockpad
Source
4.1 mmblock(Aluminum)
4.1 mmCopper
0.4 mmCu-Sinter
Copper (Drain)(c)
図 3 SiC MOSFET 構造図 (a)Type I,(b)Type II,(c) Type III
Type の IE-UMOSFET の定格電流は 75 A（J ~425 A/cm2）と設定した。図 3 に各 Type の IEUMOSFET の模式図を示す。各デバイスは TO247 パッケージで組み立てた。各素子の静特性を評価したところ特性に差はなく、デバイス表面に Cu ブロックを付加することによる静特性への影響はないと言える。本研究では、順方向サージ電流耐量測定装置（(株)キャッツ電子設
計製）のものを使用した。測定の際は MOSFETのゲート・ソース間電圧 VGS を-5 V に設定し、IE-UMOSFET のソース電極に時間幅 10 msの半波正弦波電流を印加した。測定中は印加する半波正弦波電流のピーク値（Ipeak）を徐々に増加させ、デバイスの破壊が確認されるまで測定を行った。今回の測定では Ipeak はデバイ
スの定格電流の約 3.3 倍となる 250 A（J ~1418 A/cm2）を初期値とし、以降 50 A ずつ増－ 94 －

加させながら測定を行った。また、各測定の間には MOSFET の各端子間抵抗を測定し、破壊・異常の有無を確認した。測定はすべて室温で行い、各測定の間に 5 分間の冷却時間を設けた。
（3）結果ならびに破壊メカニズム解析
図 4 に各 Type の IE-UMOSFET における
順方向サージ電流耐量の測定結果を示す。ここ
で、
（a）、
（b）、
（c）は横軸に時間、縦軸に印加電流ならびに対応する順方向電圧を示す。図に示した通り、Type I は Ipeak = 400 A（J ~ 2269
A/cm2）でデバイス破壊が生じたのに対し、Type II では Ipeak = 550 A（J ~ 3120 A/cm2）、Type III では Ipeak = 600 A（J ~ 3403 A/cm2）
で破壊が確認された。加えて、Type II 及びType III では、破壊直前の測定（Type II: Ipeak= 500 A、Type III: Ipeak = 550 A）において数百
μA のゲート漏れ電流が確認された。以上の結果より、Cu ブロックを付加したことによる放熱性改善の効果が順方向サージ電流耐量の向上に寄与していること、及び破壊直前にゲート
酸化膜または層間絶縁膜（Interlayer dielectric:
ILD）に何らかの異常が発生していることが示唆された。また、図 4 から、すべての IEUMOSFET において t =2 ~ 3 ms の試験前半において電圧上昇が抑制されている一方で、Ipeak が大きくなるとともに電圧は t = 5 ms付近の試験中盤から再度上昇し、破壊時には t= 6 ms 付近で電圧がピーク値に達していることがわかる。図 5 に Ipeak = 350 A（J ~ 1985
A/cm2）の順方向サージ電流特性シミュレーシ
ョ ン に お け る Type I 及 び Type III の IEUMOSFET の SiC 内部温度分布を示す。（a）
及び（b）は SiC トレンチ MOSFET 断面図(c)の
線 A の部分の温度分布を示しており、図中－ 95 －

(a)

(b)

(c)
図 4．印加電流ならびに対応する電圧波形（@VGS=-5 V, R.T.）

の時間 t は半波正弦波電流の導通開始時を t= 0 ms としたときの経過時間である。図 5 から、Cu ブロックを 0.4 mm 付加した Type III

図 6．順方向サージ電流試験による破壊後の Type I IE-UMOSFET の焼損痕から 20µm 離れた箇所の断面
SEM 画像

(a)

(b)

Gate

np+ CS(poly-Si)

SourceSiO2 A
p+ n+
n+ p+
ppp+

p+

n-drift
n+ subDrain(c)
図 5．(a)Type I, (b)Type III の(c)線 A 部分の
SiC 内部温度分布シミュレーション結果

では、Cu ブロックを付加していない Type Iと比較して SiC 内部温度の上昇が大幅に抑制されていることがわかる。したがって、デバイ
ス表面への Cu ブロック付加が順方向サージ
電流耐量向上において非常に効果的であることがシミュレーションからも確認された。各IE-UMOSFET の破壊後のデバイス表面写真（樹脂剥離後）及び破壊時の各端子間抵抗の測定結果を示す。Type I の表面写真から、ソース
電極の Al が溶融していること、及びソースワ
イヤの直下に特に激しい焼損痕が見られることがわかる。一方 Type II 及び Type III では
Cu ブロックの影響で Al 電極表面の様子は観察できないものの、周辺に溶融した Al が浸潤していることがわかる。したがって、順方向
サージ電流特性におけるデバイス破壊は Cu
ブロック付加の有無にかかわらず、溶融したAl によって引き起こされると考えられる。図 6に破壊後の Type I の断面 SEM 画像を示す。
図は焼損痕から 20 μm 離れた箇所の断面を観察したものである。図から、溶融したソース電極の Al が ILD に浸潤しているものの、ゲー
ト酸化膜を含むトレンチセルはほとんど損傷せず残存していることがわかる。以上の結果から、順方向サージ電流試験中の温度上昇によって溶融したソース電極の Al が ILD に浸潤することでゲート漏れ電流が生じ、この異常を－ 96 －

起点にして最終的なゲート・ソース間の短絡及びデバイス破壊が生じたと考えられる。SiCMOSFET において、溶融 Al の ILD への浸
潤は約 500°C で生じることが知られている。順
方向サージ電流特性シミュレーションにおいてデバイス内部温度が約 500°C（~ 770 K）に達した際の半波正弦波電流のピーク値を計算した結果、デバイス内部温度が約 500°C に達した際のピーク電流値は実測で得られた各 IEUMOSFET の破壊時の Ipeak と結果とよく一致することがわかった。以上の結果より、順方
向サージ電流試験中の温度上昇によって溶融した Al が ILD に浸潤することでゲート漏れ電流が生じ、最終的なデバイス破壊の起点となるという上記考察は各 IE-UMOSFET の破壊原因として妥当であると結論付けた。
(4)まとめ本研究では、Cu ブロックを付加することでデ バ イ ス表面 か ら の放熱 性 を 改善し た IEUMOSFET（Cu IE-UMOSFET）の順方向サージ
電流特性を評価した。その結果、従来構造と比較してデバイス表面に Cu ブロックを 0.4
mm 付加した素子の IFSM は 200 A（57%）向上し、定格電流の約 7.3 倍という高耐量を実現した。また、破壊直前のゲート漏れ電流導通及び断面 SEM 画像の観察から、デバイス破壊は溶融した Al が層間絶縁膜に浸潤することによるゲート・ソース間短絡に起因して生じることが示唆された。
謝辞
本研究の一部は共同研究体「つくばパワーエ
レクトロニクスコンステレーション（TPEC）」の事業として実施され、また文部科学省「マテリアル先端リサーチインフラ」事業(JPMXP1222BA0028)の支援を受けた。

Electromagnet With a Wide Air Gap,” in IEEE
Transactions on Applied Superconductivity, vol. 32, no.
6, Sept. 2022, DOI: 10.1109/TASC.2022.3158350.
2. H. Xu, S. Nomura, T. Isobe and H. Kamada,“Feasibility Study on a Real-Scale High-Frequency
Electromagnets for Magnetic Hyperthermia Base on a
Magnetic Scaling Law,” in IEEE Transactions on
Applied Superconductivity, vol. 32, no. 6, Sept. 2022,
Art no. 4401105, DOI: 10.1109/TASC.2022.3161888.
3. K. Matsui, T. Tawara, S. Harada, S. Tanaka, H. Sato, H.
Yano, and N. Iwamuro,”Significant Improvement of
Switching Characteristics in a 1.2-kV SiC SWITCHMOS by the Application of Kelvin Source
Connection,” IEEJ Transaction on Electrical andElectronic Engineering, 2022, doi:10.1002/tee.23727
4. Y. Kitamura, F. Kato, S. Tanaka, T. Tawara, S. Harada,
H. Sato, H. Yano and N. Iwamuro, “Study on
Enhancing of the Surge Current Capabilities ofEmbedded SBDs in SWITCH-MOSs and Body-PiNDiodes in SiC Trench MOSFETs,” 2022 Jpn. J. Appl.
Phys., Vol. 62, pp. SC1007/1-9, Dec., 2022, DOI:
10.35848/1347-4065/aca61b.
5. K. Kashiwa, M. Takahashi, Y. Kitamura, H. Yano and
N. Iwamuro, “Comparative study on short-circuit andsurge current capabilities of 1.2 kV SiC SBDembedded MOSFETs,” 2022 Jpn. J. Appl. Phys., Feb.,
2023, DOI: 10.35848/1347-4065/acb8bf.

＜著書＞
1.

Noriyuki Iwamuro, Silicon Power Devices, In: Rudan,M., Brunetti, R., Reggiani, S. (eds) Springer
Handbook of Semiconductor Devices, pp.423-490.
Springer Handbooks. Springer, Cham.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-79827-7_13

2.

岩室憲幸監修「次世代パワーエレクトロニクスの課題と評価技術」, S＆T 出版, 2022 年 7 月＜総説・解説＞
1.

岩室憲幸「パワー半導体デバイスの現状と将来＜論文＞動向」、光技術コンタクト, Vol.60, no.7, pp.3-10,

1. H. Xu, H. Kamada, S. Nomura, H. Chikaraishi, H.

2022.

Tsutsui and T. Isobe, “A Simple Calculation Method forCenter Magnetic Flux Density of a Magnetic Core

－ 97 －

Semiconductors and ICs (ISPSD 2022), pp. 113-116,＜学会発表＞

2022 (Poater).

国際会議

8. B. Seo, T. Isobe and T. Mannen, “Suppression Method

1. Y. Kitamura, F. Kato, S. Tanaka, T. Tawara, S. Harada,of DC Capacitor Currents in a Three-Phase Current

H. Sato, H. Yano and N. Iwamuro, “Demonstration of

Unfolding Inverter Equipped With Ultra-Small DC

the Surge Current Capability of Embedded SBDs in

Capacitors,”2022 International Symposium on

SiC SBD-Integrated Trench MOSFETs with a Thick

Industrial Electronics (ISIE 2022), June, 2022(Oral).

Cu Block,” in Proc. of Int. Symp. Power

9. Y. Kitamura, T. Tawara, S. Harada, H. Yano and N.

Semiconductors and ICs (ISPSD 2022), pp. 109-112,

Iwamuro, “Experimental Demonstration of the Surge

2022 (Poster).

Current Capability of Embedded SBDs in 1.2-kV SiC

2. C. Huang, T. Mannen and T. Isobe, “Current Ripple

SBD-integrated Trench MOSFETs with Ti and Ni as

Reduction with Enhanced ZVS Operation Based on

Schottky Metals,” in Ext. Abstr. Solid State Devices

Off-time Discrete Control for DCM Inverters toand Materials (SSDM 2022), pp. 701-702, 2022(Oral).

Achieve High efficiency,”2022 International Power

10. K. Kashiwa, M. Takahashi, H. Yano and N. Iwamuro,Electronics Conference (IPEC-Himeji 2022- ECCE

“Experimental and Numerical Investigations of theAsia), Himeji, Japan, May 2022 (Oral).

Electrical Characteristics of SiC SBD-Integrated

3. S. Uesugi, C. Huang, T. Mannen and T. Isobe,

MOSFETs by Varying the Area Occupied by“Experimental Verification of Interleaved Grid-Tied

Embedded SBDs,” in Ext. Abstr. Solid State Devices

Inverter Using Discontinuous Current Mode withand Materials (SSDM 2022), pp. 703-704, 2022 (Oral).

Magnetically Coupled Inductor,” 2022 International

11. C. Huang, T. Mannen and T. Isobe, “Inductor CorePower Electronics Conference (IPEC-Himeji 2022-

Loss Estimation and Comparison of Modulations

ECCE Asia), Himeji, Japan, May 2022 (Oral).

Achieving ZVS for High-Frequency DCM Grid-tied

4. T. Sawada, H. Tadano, K. Shiozaki and T. Isobe,

Inverters,”2022 IEEE Energy Conversion Congress &“Continuous Operation of High-Power Half-Bridge

Expo (ECCE 2022), Detroit, MI, USA, Oct, 2022with 12 Paralleled GaN Power Devices,” 2022

(Oral).

International Power Electronics Conference (IPEC-

12. Y. Fujisaki, T. Isobe and T. Mannen, “Analysis andHimeji 2022- ECCE Asia), Himeji, Japan, 2022 (Oral).

Design of Gate Controlless Hybrid Circuit Breaker

5. S. Føyen, C. Zhang, M. Molinas, O. Fosso and T.

Utilizing SiC-JFET for Low Voltage DC

Isobe, “Impedance scanning with chirps for single-

System,” 2022 IEEE Energy Conversion Congress &phase converters,” 2022 International Power

Expo (ECCE 2022), Detroit, MI, USA, Oct,Electronics Conference (IPEC-Himeji 2022- ECCE

2022(Oral).

Asia), Himeji, Japan, 2022 (Oral).

13. S. Kohno, T. Isobe and T. Mannen, “Current Control

6. K. Yao, F. Kato, S. Satoshi, S. Harada, H. Sato, H.

for Multi-phase Machine under Multiple Open-Faults

Yano and N. Iwamuro, “Enhanced Short-Circuit

condition using Gram-Schmidt

Capability for 1.2 kV SiC SBD-Integrated Trench

Orthonormalization,” 2022 IEEE Southern PowerMOSFETs using Cu Blocks Sintered on the Source

Electronics Conference (SPEC 2022), Nadi, Fiji, Dec

Pad,” in Proc. of Int. Symp. Power Semiconductors and2022(Oral).

ICs (ISPSD 2022), pp. 297-300, 2022 (Oral).
7. K. Kashiwa, K. Yao, H. Yano and N. Iwamuro,“Investigation of the Short-circuit Failure Mechanisms
in 1.2-kV SiC Trench MOSFETs with Thin N+
Substrates Using Electro-thermal-mechanicalAnalysis,” in Proc. of Int. Symp. Power－ 98 －

国内会議

9. 円城寺佑哉，岩室憲幸，矢野裕司，「バイポーラ
AC ゲートストレス印加による SiC-MOSFET のし

1. 松岡亨卓，磯部⾼範，加藤史樹，先崎純寿，佐藤

きい値電圧変動評価」，先進パワー半導体分科会
第 9 回講演会，2022 年 12 月 20~21 日

弘，岩室憲幸，“電気熱連成解析によるモータ駆
動時の SiC MOSFET の温度推定”，2022 年電気学会産業応用部門大会，上智大学，2022 年 8 月 30

10. 森海斗，岩室憲幸，矢野裕司，「モノリシック相
補型インバータに向けた 4H-SiC 横型 p-ch SJ-

日～9 月 1 日

MOSFET の構造設計」，先進パワー半導体分科会

2. 藤崎祥弘，磯部高範，萬年智介，“SiC-JFET のノーマリーオン特性を活用したゲート制御不要ハイブリッド遮断器の動作解析”，半導体電力変換/モ

第 9 回講演会，2022 年 12 月 20~21 日
11. SEO BOSEUNG，磯部高範， 萬年智介，“電流不連続モードを適用した波形組み換えインバータのータドライブ合同研究会，種子島，2022 年 9 月

低力率運転の検証”，半導体電力変換/モータドラ

21 日～9 月 22 日

イブ合同研究会，立命館大学びわこ・くさつキャ

3. Huang Cheng，萬年智介，磯部高範，“高周波ンパス，2023 年 1 月 26 日～1 月 27 日

DCM 系統連系インバータにおける ZVS を可能とする変調の比較とインダクタコアロスの推定”，

12. 田村快士，磯部高範，萬年智介，“フルブリッジ型直列補償装置を用いたループ配電系統における半導体電力変換/モータドライブ合同研究会，種子潮流制御の検討”，電力技術/電力系統技術/半導体

島，2022 年 9 月 21 日～9 月 22 日

電力変換合同研究会，名護市産業支援センター，

4. 秋葉淳宏，矢野裕司，「3 レベルチャージポンピ
ング法を用いた 4H-SiC MOSFET の界面近傍酸化膜トラップの 酸化膜内密度分布の検討」，第 832023 年 3 月 6 日～3 月 7 日
13. Cheng Huang，萬年智介，磯部高範，“ZVS 動作を実現可能な高周波 DCM 系統連系インバータのイ

回応用物理学会秋季学術講演会，2022 年 9 月

ンダクタ銅損の評価”，令和 5 年電気学会全国大22~26 日会，名古屋大学，2023 年 3 月 15 日～3 月 17 日

5. 円城寺佑哉, 岩室 憲幸, 矢野 裕司，「AC ゲート
ストレス印加による SiC-MOSFET のしきい値電14. 藤崎祥弘，磯部高範，萬年智介，“低しきい値カ
スコードデバイスを適用したゲート制御不要ハイ

圧変動評価」，第 83 回応用物理学会秋季学術講

ブリッド遮断器の実験検証”，令和 5 年電気学会

演会，2022 年 9 月 22~26 日

全国大会，名古屋大学，2023 年 3 月 15 日～3 月

6. 岩室憲幸， 「SiC MOSFET 高性能化・高信頼化

17 日の進展」, WideG 半導体学会特別公開シンポジウ
ム,

15. 田中大暁，森 賢太郎，金井雄平，萬年智介，磯2022 年 10 月 7 日(招待講演).

部高範，喜多英治，柳原英人，“数 MHz の交流磁7. 河野舜生, 磯部高範, 萬年智介, “グラムシュミッ

化過程測定装置の開発”，令和 5 年電気学会全国

ト直交化法を拡張クラーク変換行列に適用した多大会，名古屋大学，2023 年 3 月 15 日～3 月 17 日

相電動機複数相オープン故障状態の非対称電動機
電流制御”, 半導体電力変換/家電・民生/自動車合16. 柏佳介，矢野裕司，岩室憲幸，“SBD 占有面積割合の異なる 1.2 kV SBD 内蔵 SiC-MOSFET の UIS

同研究会, 東京海洋大学越中島キャンパス, 2022

耐量解析”，令和 5 年電気学会全国大会，名古屋

年 12 月 12 日~13 日

大学，2023 年 3 月 15 日～3 月 17 日

8. 秋葉淳宏，矢野裕司，「3 レベルチャージポンピ
ング法を用いた SiC MOSFET の界面特性評価：

17. 北村雄大，俵武志，原田信介，矢野裕司，岩室憲

酸化膜窒化処理と界面欠陥量の関係」，先進パワー半導体分科会 第 9 回講演会，2022 年 12 月

幸，“SBD 内蔵 SiC トレンチ MOSFET におけるショットキー障壁高さが順方向サージ電流耐量に与える影響の解析”，令和 5 年電気学会全国大会，

20~21 日名古屋大学，2023 年 3 月 15 日～3 月 17 日

－ 99 －

18. 北村雄大，原田信介，佐藤弘，矢野裕司，岩室憲
幸“1.2 kV 耐圧 SiC トレンチ MOSFET 内蔵ダイ
オード順方向サージ電流耐量の解析”，令和 5 年
電気学会電子デバイス研究会，東京，2023 年 3 月
27 日
19. 北村雄大，“SiC デバイスの耐量向上”，第 21 回
TPEC バリュー・戦略会議，2023 年 1 月 20 日

－ 100 －

櫻井岳暁
＜研究成果＞
当研究室ではワイドギャップ半導体素子や光エネルギー変換デバイスの電気光学特性の評
価、欠陥準位の解析を行い、デバイス特性改善を目標に研究を進めている。2022 年度は以下の主要な研究成果を得た。

ンドギャップの裾準位の影響を繰り込み、再度【 １ 】CIGS 太陽電池のエネルギー損失解析
Cu(In,Ga)Se2 薄膜太陽電池は変換効率が 23%を超え、軽量建築物の屋根等、薄膜の特性を活かした建材用途等への適用が期待されている。
一方、この素材は多元系半導体材料で構成され、組成を薄膜中均一に保つことが難しいため、欠陥が形成されやすい。2022 年度、当研究室では欠陥がどのように太陽電池エネルギー損失に結びつくか、定量評価を試みた。
太陽電池に太陽光が入射すると、光励起により光吸収層内で少数キャリアが生成する。電極でこれを捕集することで、エネルギー抽出が可能になるが、電極を配線で繋がない場合、光吸収層に残留した少数キャリアは、輻射再結合もしくは非輻射再結合により暗状態のキャリア
分布に戻ろうとする。このキャリア生成と再結合が等速度で起こり（定常状態）、かつ試料が室温状態に保たれる場合、少数キャリアと多数
キャリアの化学ポテンシャル差𝛥𝛥𝛥𝛥 （フェルミ
準位分裂）、ならびに理論的な蛍光スペクトル𝜙𝜙�� �𝐸𝐸�は、𝜙𝜙�� �𝐸𝐸� ���� � ��

��

����
����
���
�� �

(1)

で記述することができる（𝑘𝑘�：ボルツマン定数、
c：光速、𝑇𝑇：温度）。当研究室は、電極を結線
しない状態で計測した蛍光スペクトルを(1)式を用いて解析し、フェルミ準位分裂幅を抽出した（図 1）。その結果、フェルミ準位分裂幅と開放起電圧には強い相関があり、非接触で太陽電池特性を評価する（特に非輻射再結合の評価）のに有効であることが示された。一方、抽出した温度パラメータは室温よりもはるかに高く、実験条件を再現しなかった。そこで、我々はバ

図 1. 蛍光スペクトルの(1)式による解析結果。温度𝑇𝑇が 405 K と実測よりかなり高い。
パラメータの検出を行った。裾準位𝑇𝑇�E�は𝑇𝑇�𝐸𝐸� � � ��� �� ����� �
�(2)� �

でパラメータ化し（状態数 N、揺らぎエネルギ
ーγ、係数θ（吸収機構に依存して 1-2 の値を取る））、これを(1)式に繰り込み評価を行った（(3)式の後半部が裾準位による蛍光吸収の効
果を繰り込んでいる）。

𝜙𝜙�� �E� �𝐸𝐸 �
2πℎ� c � ��� �𝐸𝐸 � 𝛥𝛥𝛥𝛥 � � �𝑘𝑘� 𝑇𝑇� �� � ��� ��������� � �� �
𝐺𝐺�ΔE� ��������� (3)

����
���
��� �

��
�
�� �
� ��� �� � � � � ��������⁄�� ��√�𝐸𝐸 � �𝐸𝐸 � ��𝐸𝐸

(4)

その結果、温度の抽出パラメータが実測に近づき、かつ時間分解蛍光寿命の傾向など他計測結果とも合致し、実験結果をよく再現することが判明した（図 2）。このことは、Cu(In,Ga)Se2 は
組成揺らぎによる裾準位の影響が大きく、この影響を繰り込んだ上で太陽電池（特に開放起電－ 101 －

圧）損失を解析する必要があることを示唆している。数式より見積もった裾準位の揺らぎと開図 2 蛍光スペクトルの(2)式による解析結果。
裾準位を考慮した結果、実測条件をよく反映した温度パラメータが得られた。

太陽光のエネルギーを水分解反応に利用し、水素を生成するシステム開発は、再生可能エネ
ルギー貯蔵の重要な研究開発テーマの一つである。当研究室では、二段階励起型の Z スキー
ム光電極系において酸素発生光電極で有望なBiVO4 薄膜を、大面積化が容易な RF スパッタ
リング法を用いて製膜する研究に取り組んでいる。以前の報告で、RF 出力 50~200 W 条件
下での製膜で、出力に応じて元素のスパッタリ
ング効率の変化する様子を報告しているが、今回さらに低 RF 出力下での製膜を試みた。
図 4 に(a) RF 出力(PRF) = 50 W, 基板温度
(Tsub ) = 600 °C, (b) PRF = 25 W, Tsub = 600 °C, (c)PRF = 25 W, Tsub = 550 °C の条件下で製膜した
BiVO4 膜のラマンスペクトルを示す。従来、最適な製膜条件とされてきた RF 出力 50W を
25W に変化すると、tetragonal zircon（t-z）相が出現し、低温製膜では単相 t-z、600℃では t-z とmonoclinic scheelite (m-s)混合相が出現した。

図 4. BiVO4 薄膜のラマン分光（製膜条件：(a)PRF = 50 W, Tsub = 600 °C, (b) PRF = 25 W, Tsub =600 °C, (c) PRF = 25 W, Tsub = 550 °C）
図 3.γと開放起電圧損失（-qΔVoc）の相関図
放起電圧損失の関係性を図 3 に示すが、γが25 meV に近づくのに従い、急速に損失量が増える様子がわかる。以上、太陽電池のエネルギ
ー変換効率が理想値に近づくに従い、開放起電
圧損失は小さな効果も無視できなくなり、その原因の一つにバンド裾揺らぎの効果が影響することを示した。
【 2 】相制御した BiVO4 のスパッタリング製
膜

図 5. BiVO4 の成長概念図（(a) 出現相の RF 出
力依存性, (b) 相図, (c) RF 出力と運動エネル
ギーの関係式以上の結果を踏まえ、成長モデルを図 5 に示す。従来 BiVO4 は低温で t-z 相、400℃を超え－ 102 －

ると m-s 相に相転移すると報告されてきたが、過去の RF スパッタリング法による製膜では tz 相が出現しなかった。これは RF 出力の変化により飛来する元素の運動エネルギーが高くなり（図 5(c)）、RF 出力 50W 以上の製膜条件では高温で安定な m-s 相が低温でも出現しやすくなっていたことを示唆している。

Sakurai, Journal of Vacuum Science & Technology A 41,
033205 (2023).
3. “A Simple Method to Produce an Aluminum OxidePassivatedTungstenDiselenide/n-TypeSi

Heterojunction Solar Cell with High Power Conversion
Efficiency" Malik Abdul Rehman, Minjae Kim, Sachin
A Pawar, Sewon Park, Naila Nasir, Dong-eun Kim,
Mohammad Farooq Khan, Van Huy Nguyen, Akendra
Singh Chabungbam, Yongho Seo, Takeaki Sakurai,
Seung-Hyun Chun, Do Hyoung Koo, Chul-Ho Lee,
Seong Chan Jun, Hyung-Ho Park, International Journalof Energy Research, 2023 8195624, 2023.
4. "SnOx as Bottom Hole Extraction Layer and Top In Situ
Protection Layer Yields over 14% Efficiency in SnBased Perovskite Solar Cells" Liang Wang, Mengmeng
Chen, Shuzhang Yang, Namiki Uezono, Qingqing Miao,
Gaurav Kapil, Ajay Kumar Baranwal, Yoshitaka

図 6.光電流-電圧特性（異なる条件で作製した
BiVO4 を光アノード電極に採用して計測）

Sanehira, Dandan Wang, Dong Liu, Tingli Ma, Kenichi
Ozawa, Takeaki Sakurai, Zheng Zhang, Qing Shen,
Shuzi Hayase, ACS Energy Letters 7, 3703-3708, 2022.

この試料を光アノード電極に活用し、キセノン
ランプ光源（UV+VIS）とソーラーシミュレー
タ（VIS）光で光電流値を評価した（図 6）。その結果、バンドギャップ（Eg）の小さな m-s 構造（Eg = 2.4 eV）の生成する RF 出力 50W で製膜した試料では、光電流値がどちらの光源でも変わらなかった。一方、RF 出力 25W で製膜したバンドギャップの大きな t-z 試料（Eg = 2.9 eV）
では、可視領域の光に対する応答が少ないため、
UV+VIS の条件下で光電流値が大きく上回った。以上の結果は、本手法による m-s 構造と tz 構造の作り分けが試料の電気・光学特性に反映されることを示唆しており、相制御した良質な大面積膜の生産に適用可能であると結論づけた。

5. "A new lock-in amplifier-based deep-level transient
spectroscopy test and measurement system for solar
cells" Yun Jia, Xiaolei Ding, Rui Wang, Youyang Wang,
Shiqi Zheng, Xiaobo Hu, Guoen Weng, Shaoqiang Chen,
Takeaki Sakurai, Hidefumi Akiyama, Solar Energy 244,
507-515, 2022.
6. " Cobalt-based metal oxide coated with ultrathin ALDMoS2 as an electrode material for supercapacitors "Sachin A Pawar, Dipali S Patil, Dip K Nandi,
Muhammad Monirul Islam, Takeaki Sakurai, Soo-Hyun
Kim, Jae Cheol Shin, Chemical Engineering Journal 435,
135066, 2022.
7. “Miniaturized in-plane π-type thermoelectric device
composed of a II–IV semiconductor thin film preparedby microfabrication” Isao Ohkubo, Masayuki Murata,
Mariana SL Lima, Takeaki Sakurai, Yuko Sugai, AkihikoOhi, Takashi Aizawa, Takao Mori, Materials Today＜論文＞

Energy 28, 101075, 2022.

1. "Crystalline phase control of BiVO4 thin films using RF

8. “Photoconductivity buildup and decay kinetics insputtering" Namiki Uezono, Jiaqi Liu, Sachin A Pawar,

unintentionally doped β-Ga2O3" Aboulaye Traoré,

Muhammad Monirul Islam, Shigeru Ikeda, Takeaki

Hironori Okumura, Takeaki Sakurai, Japanese Journal of

Sakurai, Jpn. J. Appl. Phys. 62 SK1001, 2023.

Applied Physics 61, 091002, 2022.

2. "Transient photocapacitance spectroscopy of deep-

9. Facile Fabrication of N-Type Flexible CoSb3-xTex

levels in (001) β-Ga2O3" F Fenda Florena, A Traoré, T－ 103 －

Skutterudite/PEDOT:PSS

HybridThermoelectricFilms" Jiaqi Liu, Kazuya Tajima, Imane Abdellaoui,

AshrafulMuhammad Monirul Islam, Shigeru Ikeda, Takeaki

International Photovoltaic Science and Engineering

Sakurai, POLYMERS 14, 1986, 2022.

Islam,

Takeaki

Sakurai,

The

33rd

Conference, 名古屋, Nov. 13-17, 2022.

10. “Self-Flux Method in Sputtered BiVO4 Films for6.

(Poster) “Investigation for defect suppression of high-Enhanced Photoelectrochemical Performance” J Liu, N

performance perovskite solar cells via SCAPS

Uezono, K Tajima, SA Pawar, MM Islam, S Ikeda, T

simulation” Siliang Cao, Muhammad Monirul Islam1,

Sakurai, ACS APPLIED ENERGY MATERIALS 5,

Shaoqiang Chen, Takeaki Sakurai, The

33rd4191-4201, 2022.

InternationalandPhotovoltaic

ScienceEngineering Conference, 名 古 屋 , Nov. 13-17,2022.

＜学会発表＞
国際会議
1.

2.

(Invite)

国内会議”Mg2SnEpitaxial

Thin

Film

for

1.

バ イ ス の 開 発 ”、大久保 勇男、村田 正行、大井Minerals, Metals & Materials Society (TMS) 2023:

暁彦、Mariana S. Lima、櫻井 岳暁、相澤 俊、森 孝

152nd Annual Meeting, San Diego, USA, March 20,

雄、第 70 回応用物理学会春季学術講演会、青山学

2023.

院大学、2023 年 3 月 15 日-18 日.

(Oral) “How band tail recombination and quasi-fermi

2. (口頭) “Robust p-type Behavior of Epitaxial

level splitting influence the open-circuit voltage loss in

Mg 2 Sn 1 - x Ge x Thermoelectric Thin Films” 、CIGS solar cells” Hamidou TANGARA, Yulu He,

Kenneth Magallon Senados 、 Takashi Aizawa 、 Isao

Muhammad Monirul Islam, Shogo Ishizuka, Takeaki

Ohkubo、Akira Uedono、Takao Mori、Takeaki Sakurai

Sakurai, The

33rdInternational Photovoltaic

第 70 回応用物理学会春季学術講演会、青山学院大

Science and Engineering Conference, 名古屋,
Nov. 13-17, 2022.
3.

学、2023 年 3 月 15 日-18 日.
3. (ポスター) “Rough surface texture of high haze

(Poster) " Effect of sulfurization for BiVO4 thin film

FTO improves the short circuit current density

grown by RF sputtering deposition” Shukur Gofurov,

of Perovskite solar cells”, Yulu He 、 Chisato

Namiki Uezono, Jiaqi Liu, Lingga Ghufira Oktariza,

Niikura 、Porponth Sichanugrist、Takeaki Sakurai 、Sachin Pawar, Muhammad Monirul Islam, Takeaki

Makoto Konagai、Ashraful Islam 第 70 回応用物理学

Sakurai, The 33rd International Photovoltaic

会春季学術講演会、青山学院大学、2023 年 3 月 15

Science and Engineering Conference, 名古屋,
Nov. 13-17, 2022.
4.

日-18 日.
4. ( 口 頭 ) “Transient Photocapacitance Spectroscopy of(Poster) “Fabrication of monoclinic-scheelite andDeep-levels in (001) β-Ga2O3“, Fenfen Fenda Florena、

tetragonal-zircon BiVO4 photoelectrode by single

Aboulaye Traore、Takeaki Sakurai、第 70 回応用物理

target RF sputtering method” Namiki Uezono, Jiaqi

学会春季学術講演会、青山学院大学、2023 年 3 月

Liu, Shukur Gofurov, Lingga Ghufira Oktariza, Sachin

5.

(口頭)“微 細 加 工 技 術 を 用 い た 薄 膜 型 熱 電 デ

Thermoelectric Application.” Takeaki SAKURAI, The

15 日-18 日.

Apparao Pawar, Muhammad Monirul Islam, Shigeru

5. (口頭) “Oxygen Partial Pressure Dependence Effect to

Ikeda, Takeaki Sakurai, The 33rd International

Mo-doped BiVO4 Thin-Film Photoanode Performance

Photovoltaic

Sputtered by Single Target Radio Frequency” Lingga

ScienceandEngineering

Conference, 名古屋, Nov. 13-17, 2022.

Ghufira Oktariza、Namiki Uezono、Yuta Sato、Shukur(Poster) "Analysis of PL peak shift after Au

Gofurov、Muhammad Monirul Islam、Shigeru Ikeda、

evaporation in perovskite solar cells” YULU HE,

Takeaki Sakurai、第 70 回応用物理学会春季学術講

Muhammad Monirul Islam, Hamidou Tangara1,

演会、青山学院大学、2023 年 3 月 15 日-18 日.

－ 104 －

6. ( ポ ス タ ー ) “Improvement of Photoelectrochemical Water Splitting by Bridging Strategy of
P-N Heterojunction Using Co-catalyst” Lingga
Ghufira Oktariza、Namiki Uezono、Jiaqi Liu、
Shukur Gofurov、Sachin A. Pawar、Muhammad
Monirul Islam、Shigeru Ikeda、Takeaki Sakurai、
第 83 回応用物理学会秋季学術講演会、仙台、2021
年 9 月 20 日-23 日.
7. ( ポ ス タ ー )"Quantifying the influence of band tailrecombination and quasi-fermi level splitting on the
open-circuit voltage loss in CIGS solar cells” Hamidou
Tangara、Yulu He、Guo Junjie、Muhammad Monirul
Islam、Shogo Ishizuka、Takeaki Sakurai, 第 83 回応用物理学会秋季学術講演会、仙台、2021 年 9 月 20
日-23 日.

－ 105 －

佐々木正洋＜研究成果＞
当研究室では、表面科学の視点から、電子放出源材料、有機・無機半導体結晶に関わる基礎
物性、基礎過程の計測と制御を中心とした研究を進めている。分子における電子状態の実空間
での軌道形状は、分子間の反応、電子輸送の特性を理解する上で重要な情報を提供する。2022
年度は、多様な半導体有機分子の軌道の実時
間・実空間での可視化を試み、分子をあたかも原子核とした原子のような軌道である超原子分子軌道（superatom molecular orbital; SAMO）が観測される事、さらに、これらの軌道が分子の置かれた環境の変化に応じて変化する事、さらに、軌道の動的過程の計測が可能であることを示した。

視化が可能か検討した。
本研究では、図 1 に示した、形状の大きく異なる 5 種類の分子、すなわち、Coronene、C60、
Li@C60、Ruburene、4CzIPN を tip 先端に吸着させ、その場合に生じる FEM 像を計測した。その結果、ここで用いた全ての分子で、同様に、SAMO 軌道が画像化されることが明らかになった。図 1 には、併せて、ここで観測された代表的な FEM 像を示す。

図 1．本研究で計測した分子と、そこで観測された【 １ 】走査トンネル顕微鏡(STM)の発明で分子軌道の実空間イメージングが実現したことにより、分子軌道を直感的に把握でき、分子の関わる現象の理解が深まったことは周知の通りであるが、STM を用いた実時間で動的変化を直接に計測するには大きな困難を伴う。
これまで、放出電子をスクリーン上に拡大投影する電界放出顕微鏡(FEM)は、先端表面の面方位に対応した仕事関数分布や、ファセットの幾何学的な配置を把握するために用いられてきた。その中で、tip 先端に分子を吸着させると、分子の形状に関係するようなパターンが観測されることがあり、時々議論されたものの、数十年にわたってその機構は明らかになっていなかった。最近になり、我々は、C60 分子を吸着させた tip 先端の FEM 像に明確な水素原子の電子軌道に類似したパターンを観測した。
これまでの STM 計測から C60 分子は、あたかも C60 を原子核とした原子軌道のような非占有準位をもつことが示されていたが、FEM でこれが画像化されることを実験的に明らかにしたことになる。すなわち、FEM で、吸着分子の軌道の実空間・実時間での可視化が可能である
ことを示唆している。
本研究では、対称性が高い C60 以外の多様な形状の有機分子でも、FEM を用いて、同様にSAMO を含む電子軌道を実時間・実空間で可代表的な FEM パターン。これらのパターンは分子に関係なく図 2 に対応した軌道が画像化された。

図 2 は画像化に関わるエネルギーダイヤグ
ラムである。tip のフェルミ準位から放出された電子が、吸着分子の SAMO に共鳴し放出されることを示す。ここで、探針への印加電圧変化、あるいは吸着位置変化があるとそれに対応して現れる軌道の変化することが観測された。
このことは、ここでの軌道の可視化が軌道の動的変化計測に利用できることを示している。
これら軌道の可視化には何らかの選択性がありそうであるが、その解明は今後の課題である。

図 2．FEM における吸着分子に関わるエネルギー
ダイヤグラム。

－ 106 －

＜学会発表＞国際会議
1. Yuho Yamamoto, Ryohei Tsuruta, Yoichi Yamada andMasahiro

Sasaki,"Real-timeandreal-spacevisualization of molecular orbitals by means of fieldemission microscopy (FEM)" The 22nd International
Vacuum Congress (IVC-22), Sapporo Convention Center,
Sapporo, Japan, 2022.09.11-16 (poster)

国内会議
1. 山本勇帆、鶴田諒平、佐々木正洋、山田洋一「電界放射顕微鏡(FEM)における分子パターンの起源に関する研究」 2022 年 第 83 回 応用物理学会秋季
学術講演会、東北大学 仙台、2022.9.22-23－ 107 －

梅田享英
＜研究成果＞
当研究室では、主にパワーエレクトロニク
ス材料（シリコン、炭化ケイ素 4H-SiC、窒化ガ
リウム GaN、ダイヤモンドなど）の高性能化に向けて、結晶欠陥・不純物の電子スピン評価を
電子スピン共鳴（ESR）分光を行ってきた。実
デバイス中の電子スピンを検出することができる電流検出 ESR 分光（EDMR）装置を有していることが本研究室の最大の特徴となっている。昨年度はそのリニューアルのための装置
設計と機材調達を進めてきたので、本年度はEDMR 装置リニューアルの仕上げと、性能チェックを兼ねた EDMR 応用実験を行った。

るために、以前に測ったことのある 4H-SiC
MOSFET の MOS 界面欠陥「PbC センター（界面炭素ダングリングボンド欠陥）」の EDMR ス
ペクトルを測定し、その微弱な 13C 核スピン超微細分裂信号が検出できることを確認した（図2）。これはリニューアル前の装置で私達が検出に成功して報告したもので（T. Umeda et al.,Appl. Phys. Lett. 116, 071604 (2020)）、現在でも私達だけが検出できている微弱信号である。

【 １ 】リニューアルされた EDMR 分光装置
リニューアル前の EDMR 装置は簡単に言って、市販の ESR 分光装置（ブルカージャパン
社 E500 X バンド分光システム）＋オリジナルの電流検出系から成り立っていた。しかし市販装置の心臓部となるマイクロ波ブリッジユニ
ットが予備も含めて相次いで故障し、かつ、修理ができなくなったので根本から装置構成を見直すことになった（コメント：メーカーは明言していないが、ドイツ本社が日本市場へのコ
ミットメントを著しく縮小したと推測。既存装置の修理がほとんど叶わなくなった。ドイツ本社は中国シフトを決断したのだろう）。
紆余曲折の結果、電磁石とマイクロ波共振器以外の構成要素を総入れ替えすることになった。新たな心臓部（電子スピン励起用のマイクロ波ソース）はアンリツ社のシグナルジェネ
レーターMG3692（出力 0.01～20GHz、26dBm）＋ベクトルネットワークアナライザ MS46131という構成になった。ここは日本企業製品を意識している。これをマイクロ波スイッチでつな
いで、マイクロ波回路のインピーダンス計測＋
共振周波数計測と、共振周波数でのマイクロ波
発振の 2 つの実験モードを実現している。
図 1 が EDMR 装置構成で、電磁石・共振器・電流検出系は以前と変わっていないが、それ以外はユニットと制御プログラムが更新されている。リニューアルされた装置の性能を確かめ

図 1 リニューアル EDMR 装置の構成。

図 2 リニューアル EDMR 装置での界面欠陥「PbC センター」の 13C 核スピン超微細分裂信号の検出。

【 ２ 】リニューアルされた EDMR 分光装置の応用 ～ SiC-MOS 界面 PbC センターのエネ
ルギー準位の決定
リニューアル EDMR 装置の立上げが完了したところで、次に、実際の応用も行ってみた。
先述の「PbC センター」のエネルギー準位の計測である。
EDMR は ESR と同様に 1 電子準位（電子ス－ 108 －

ピン）のみに反応するので、MOS ゲート電圧
をふって界面準位の荷電状態を変化させれば、
未占有～1 電子占有（この状態のみ EDMR 信
号が出る）～2 電子占有の 3 つの状態を観測することができるはずである。MOSFET のゲー
トスタックと同一構造をもつ MOS キャパシタ
試料で電気容量-MOS ゲート電圧（CV）評価を
あらかじめ行って、MOS ゲート電圧 vs.界面フェルミ準位の関係を明らかにしておく。次に
EDMR 信号の MOS ゲート電圧依存性を測定す
れば、未占有/1 電子占有のしきい値と、1 電子/2 電子占有のしきい値を実験的に求めることができる。
産業技術総合研究所の染谷満さん等によって MOS-CV 評価とフェルミ準位決定が行われ、私達の手で EDMR 信号 vs,ゲート電圧の測定が行われた。結果、図 3 のように界面欠陥 PbC セ
ンターの準位が求められた。(+1/0)準位（未占有/1 電子占有のしきい値）は価電子帯端 Ev から Ev+0.6eV、(0/-1)準位（1 電子/2 電子占有のしきい値）は Ev+1.2eV となった。このようなデータは、これまでは Si/SiO2 界面の有名な「Pbセンター（Si ダングリングボンド欠陥）」でのみ得られていた（同 Ev+0.4eV、Ev+0.8eV、E. H.
Poindexter et al., J. Appl. Phys. 56, 2884 (1984)等）。
4H-SiC の PbC センターを使って、ワイドギャ
ップ半導体では初めてシリコン Pb センター並
みの情報を求めることができた。この結果は前述の染谷氏によって学術誌に投稿されている。
なお界面準位の実験値が初めて出てきたので、共同研究者の東工大・松下雄一郎グループにエネルギー準位の計算精度が高い第一原理
計算（HSE06 汎関数計算）を行ってもらった。
結果、(0/-1)準位は Ev+1.2eV と正確に計算されたが、(+1/0)準位は Ev+0.0eV となって実験値と大きく合わない結果になった。HSE06 汎関数
計算はバルク計算では高い定量性が得られる
ものの、界面計算ではまだ未知の誤差ファクターがあることが分かった。これは第一原理計算の課題として、東工大で引き続き詳しく解析される予定である。

図 3 4H-SiC MOS 界面欠陥「PbC センター」のエネルギー準位の決定。横軸の Ef－Ev は界面
フェルミ準位。2 つのエネルギー準位 Ev+0.6eV、
Ev+1.2eV が実験的に求められた。
（M. Sometani
et al., to be submitted）＜学会発表＞
国内会議
1.
梅田享英「SiC 中点欠陥および MOS
界面欠陥とデバイスへの影響」 ワイドギャッ
プ半導体学会第 9 回研究会、金沢市、
2022.12.14-15（招待講演）
2.
染谷満、西谷侑将、近藤蓮、猪鼻伶、
曾弘宇、平井悠久、岡本大、松下雄一郎、梅田
享英「EDMR と CV 測定の組み合わせによる
SiO2/SiC 界面欠陥のエネルギーレベルの推定」
先進パワー半導体分科会第 9 回講演会、福岡市、2022.12.20-21
3.
近藤蓮、染谷満、渡部平司、梅田享英「4H-SiC(11-20)面（a 面） MOS 界面欠陥の電子スピン共鳴分光（ESR/EDMR）評価」 第 70回応用物理学会春季学術講演会、上智大、2023.3.15-18

109 －
－ 108

蓮沼 隆
＜研究成果＞
CD-SEM 観察時の電子線照射により MOS デバ
イスにダメージが混入する可能性がある。ここでダメージとは主に、MOS デバイスのゲート酸化膜中での欠陥生成およびその欠陥への電荷捕獲、ゲート絶縁膜/半導体界面欠陥生成、および半導体
基板中での欠陥生成である。電子線の非弾性散乱によって、SiO2 膜においては 9eV 以上、Si 基板
においては 1.1eV 以上のエネルギー吸収が起こ
れば価電子の励起、すなわち結合破断にいたる可能性があり、高エネルギーの電子線が入射する
SEM 観察時のダメージ混入が懸念されるところである。本年度は電子線照射による MOS キャパシ
タ、MOSFET へのダメージを評価した。

曲線の傾きはほとんど変化しておらず、このケースでは界面準位形成が無視できる程度であった。
さらに、図2に示すようにフラットバンド電圧シフト
は加速電圧がおよそ3 kVで最大となることもわかった。これは加速電圧が大きくなるにつれて電子の散乱断面積が減少し、電子のエネルギー損失
分布がより深い箇所に移動するためである。このことは、ゲート電極上に厚さ700 nmのレジスト膜を堆積したMOSキャパシタへの電子線照射においてはダメージ量と加速電圧との関係が高電圧側にシフすることからも明らかである（図3）。

【 1 】MOS キャパシタダメージ
電子線照射によるデバイスダメージを実験的に評価するため、これまでAl/SiO2/Si MOSキャパシ
タのC-V特性を評価してきた。Al、SiO2膜の厚さはそ れ ぞ れ 35 、 20 nm で あ る 。 電 極 サ イ ズ は 40
mm×40 mmである。電子線を電極全面においてスキャンし、1×10-5 C/cm2の電荷注入を行った前後で得られたC-V曲線を図1に示す。加速電圧は1.0-30 kVの範囲で変化させた。加速電圧は1.030 kVの範囲で変化させた。図より、電子線照射

図２ フラットバンド電圧シフトの加速電圧依存性【 2 】MOSFET ダメージ

図 1 電子線照射前後の C-V 曲線

後のC-V曲線は全て負方向シフトしており、SiO2
膜中に正電荷が捕獲されたことがわかる。また、本研究では、デバイスの電子線照射点からのデバイスの深さ方向、面内方向距離依存を評価す
ることを目的としている。第１節で用いたMOSキャ
パシタは、絶縁膜が比較的厚く、絶縁膜中の捕獲
電荷分布の議論に適していた。ただし電極サイズが大きく、電子線照射位置からの距離依存評価には不向きであった。ここでは絶縁膜中の捕獲電荷分布形状が無視できるほど絶縁膜厚が薄く、かつ電極サイズが十分に小さいデバイスを用いることとした。具体的にはチャネル幅、長ともに2 mm、厚さ3 nmのHfAlOをゲート絶縁膜とするnチャネル
MOSFET を 用 い た 。 加 速 電 圧 30 kV で 、 ��0 �
10�� Cの電子線を１点に照射した。図3で、－ 110 －

られる。レジスト膜厚が1 mm程度以下においては
閾値電圧シフト量に差は見られず、この深さでは30 kVの高加速電子のエネルギー損失分布が平坦であったためであると考えられる。一方、図5に示すように、電子線照射位置を中心から面内方向に離して照射した場合、距離に応じて閾値電
圧シフトが低減し、10 mm離れるとダメージがほとんど観測されなかった。ダメージの指標として閾
値電圧を用いた。今後はレジスト膜厚を増やしていくことに加え、面内距離依存をより詳細に調べていく。

図 3 MOSFET の光学顕微鏡写真

赤い点で示したように、照射点を変化させ、デバイスの照射点からの面内距離を変化させた。また、
デバイス上にレジスト膜を堆積させ、ダメージの深さ方向距離依存もあわせて評価した。なお、ダメージの指標として閾値電圧を用いた。図4は
MOSFETのアクティブ領域の中心に電子線を照射したときの閾値電圧シフトを、デバイス上部のレ
ジスト膜厚に対してプロットしたものである。図中、すべての場合において正方向シフトを示した。閾
値電圧シフトが絶縁膜中の捕獲電荷によるものとすると、この結果は膜中に負電荷が捕獲されたことを意味し、第１節でのMOSキャパシタでの結果と異なる。絶縁膜が極めて薄いことを考慮すると、この閾値電圧は界面準位や界面近傍欠陥への電荷捕獲により移動度が低下したためであると考え

図 5 閾値電圧シフトの面内距離依存性＜学会発表＞
国内会議
1.

第 28 回電子デバイス界面テクノロジー研究会 清水
凛太郎、蓮沼 隆 「電子線照射による半導体デバイ
スダメージに関する研究」（Poster）

図 4 閾値電圧シフトのレジスト膜厚依存性－ 111 －

奥村宏典
＜研究成果＞
高い放射線環境下で長期動作可能な小型検出器ができれば、修理や交換が難しい環境、つまり、人工衛星搭載用撮像素子や原子炉廃炉ロ
ボット用撮像素子、高強度ビーム実験下における粒子飛跡検出器や、放射線治療などへの応用が期待できる。150 m 厚の Si 放射線検出器に
7 MGy の陽子線を照射した場合、生成される結晶欠陥により特性が徐々に劣化し、1 粒子を検出するのに必要な逆バイアスが 600 V を超えてくる。7 MGy のエネルギー損失量(TID)は、
福島第一原子力発電所原子炉の圧力容器内 10
か月分に相当する。高い積算線量下でも優れた検出感度を長期間持続できる半導体素子を実現出来れば、原子力炉内における作業効率の向上に繋がる。
半導体材料に放射線を照射すると、構成原子が周期的な結晶位置からはじき出され、点欠陥を生成する。点欠陥は、電子または正孔の補償による電流低下や熱エネルギーにより生じる
暗電流増大を引き起こし、低 S/N 比化による検出感度および位置分解能低下をもたらす。Si に代わる新たな半導体材料を用いることで、はじきだし損傷の低減が期待できる。新規材料として、炭化珪素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga2O3)、ダイヤモンドといったワイ
ドバンドギャップ半導体が有力である。中でもGaN は、Si と比べて、強い原子間結合によるはじきだし損傷の低減だけでなく、大きいキャ
リア移動度による高速応答性、大きい原子密度による高い放射線検出効率が期待できる（表1）。
高エネルギーの放射線に対する電荷収率効率を増大させるには、ショットキー障壁ダイオード(SBD)と比べて、より大きい空乏層幅が得られる
PN ダイオードが好ましい。導電性 GaN 基板上の低不純物濃度 GaN 層を用いることで、放射線検出効率の更なる向上が期待できる。縦型 GaN PiN
ダイオードを用いた放射線検出の報告はこれまでにない。
【 １ 】放射線損傷のリアルタイム測定装置
我々は、東北大学サイクロトロン・ラジオアイソ
トープセンター(CYRIC)にて、n型GaN SBDに陽子線（70 MeV、NIEL: 11016 MeV neq/cm2）を照射しながら電流-電圧（I-V）特性評価を行ってきた。
逆バイアスをかけながら積算線量に対する特性劣化の時間推移を調べるため、図1に示すシステム

図１：縦型GaN PiNダイオードの試料構造

表１：各種半導体の物性値、電子正孔対生成数およびエネルギー損失－ 112 －

を独自に構築した。ビームサイズ3 mm程度の陽子線を、ホルダに固定された試料にS時にスキャンしながら照射する。試料は、ケーブルを経て、別室にあるSMUとPCに接続されており、I-V特性を遠隔からモニタできる。本システムを用いてn型GaN SBDの特性を調べたところ、
図2に示すように、1 MGy程度までは大きな特性の劣化がなく、その後、徐々に特性が劣化した。Ga空孔のような電子を補償する点欠陥が高密度で形成されたと考えられる。

図2：Reverse current of n-GaN SBD at reverse
bias of 20 V during 70 MeV proton irradiation.
【 ３ 】GaNシングルストリップ検出器
窒化ガリウム(GaN)は、はじき出し損傷エネ
ルギーが大きく、電子正孔対の生成確率が大きいことから、長寿命の放射線検出器用材料の一つに挙げられる。しかし、実際にGaN材料を用いた1次元検出の報告は寡少である。本研究では、GaN 縦型P-i-Nダイオード(PND)構造を用
いてシングルスストリップ検出器(SSD)を作製し、Xe重粒子線およびα線を照射した。

PND構造を用いてSSDを作製した(図3a)。
カソード電極として裏面にTi/Al/Ni/Au電極を蒸着し、窒素雰囲気800度1分で熱処理を行った。ライン状(幅2-60 m, 間隔80 m, 長さ3.5 mm)にメサ加工(深さ600 nm)した後、アノード電極としてNi/Au電極を蒸着し、酸素雰
囲気500度10分で熱処理を行った。各ライン電極に対して、2 m幅を8 channel, 20 m幅を12 channel, 10 m, 40 m, 60 m 幅をそれぞれ4 channelずつ計32 channelをASD読み出し
回路に接続した(図3b)。アメリシウム241(5.48 MeV)を用いてα線照射を行った。また、
Xe 重 粒 子 線 照 射 （ 400 MeV/n, 5106
particles/cm2, 3.3 sec pulse cycles）をHIMACにて行った。このとき、GaN中の平均LETは6.3
MeV cm2/mgである。
逆バイアス3Vにおけるα線照射に対する20
m幅ライン8 channelの検出結果を図4に示す。
同時刻において1 channelのみ検出できており、他のライン電極には信号が現れていない。これは、α線照射により電子正孔対が生成され、その電荷がバイアス印加により一つのライン電極に到達したためと考えられる。同様にXe重粒子線照射でも1 channelのみ検出できており、今回作製したGaN SSDにより、1次元検出器としての動作に成功したと言える。

図 4: Signal from an alpha particle using single
strip detector with GaN PND structure.
図3：Signal from an alpha particle using single
strip detector with GaN PND structure.

－ 113 －

＜論文＞

国内会議

1. J. Nishinaga, M. Togawa, M. Miyahara, K. Itabashi, H.

1. 西永慈郎、“Cu(In,Ga)Se2 太陽電池の放射線耐性”、

Okumura, M. Imura, Y. Kawakami, and S. Ishizuka,

第 156 回結晶工学分科会研究会、招待講演、2022"Annealing effects on Cu(In,Ga)Se2 solar cells

年 4 月 15 日（口頭）

irradiated by high-fluence proton beam" Jpn. J. Appl.
Phys., 62, SK1014 (2023).

2. 外川学、藤井翔也、井村将隆、磯部忠昭、宮原正也、
西永慈郎、奥村宏典、“高放射線耐性をもつ CIGS 半

2. M. Imura, M. Togawa, M. Miyahara, H. Okumura, J.

導体位置検出器の開発”日本物理学会（口頭）Nishinaga, M. Liao, and Y. Koide, " Highly tolerant

3. 板橋浩介、磯部忠昭、奥村宏典、外川学、西永慈郎、

diamond Schottky barrier photodiodes for deep-

藤井翔也、宮原正也、” 粒子検出器開発に向けた

ultraviolet xenon excimer lamp and protons detection"

CIGS 半導体の放射線量耐性評価”日本物理学会（口Jpn. J. Appl. Phys., 2, 167 (2022).

頭）
4. 奥村 宏典、藤井 翔也、板橋 浩介、外川 学、宮原

＜学会発表＞

正也、磯部 忠昭、西永 慈郎、“GaN 一次元検出器
を用いたα線および重粒子線の検出”、第 70 回応国際会議

用物理学会春季学術講演会、16a-D311-11、2023 年

1. Hironori Okumura, Yohei Ogawara, Manabu Togawa,3 月 16 日（口頭）Masaya Miyahara, Jiro Nishinaga, Imura Masataka,Tadaaki Isobe,“Alpha-particle detectors with GaN PiN
homoepitaxial layer”, SSDM2021, D-1-08 (2021) (oral).

－ 114 －

4.2 競争的資金獲得状況（2022 年度）
予算区分

種目

中村潤児

科学研究費
補助金

基盤研究（A）

カーボン系燃料電池触媒の機能解明と材料設計

11,000

中村潤児

科学研究費
補助金

挑戦的研究
（萌芽）

エネルギー選別供給型触媒反応の開拓

1,500

武安光太郎

科学研究費
補助金

基盤研究（C）

窒素ドープグラフェンの酸素還元反応
活性におけるπ電子系のスケール効果

1,200

武安光太郎

研究助成金

つくば産学連携
強化プロジェク
ト

フロー タイプ 混成電位駆動型 CO2 還元反応 システムの構築

1,000

武安光太郎

研究助成金

世界で活躍できる研究者戦略育成事業

触媒・生体内の表面反応におけるエネ
ルギーの形態変化・散逸構造の学理

450

神原貴樹

共同研究

N社

高分子固体電解質の開発

9,600

神原貴樹

学術指導

L社

バイオマス原料の機能性化成品化

2,000

神原貴樹

寄付金

B社

有機－無機ハイブリッドプラスチック
の開発研究

神原貴樹

研究助成金

つくば産学連携
強化プロジェク
ト

含フッ素ポリイミドの開発

1,000

桑原純平

科学研究費
補助金

基盤研究（C）

可逆な Pd－C 結合を利用した自己組織化体の構築と環状および球状共役分子
への変換

1950

桑原純平

JST

A-STEP トライ
アウト

紫外発光有機 EL の実用化に向けた電子輸送材料の開発

450

桑原純平

共同研究

S社

有機 EL 用材料の開発

600

研究助成金

つくば産学連携
強化プロジェク
ト（合わせ技ファンド）

励起光源としての応用を指向した紫外発光有機 EL の開発

1,000

笹森貴裕

NEDO

グリーンイノベーション基金事業（再委託・分担）

設置自由度の高いペロブスカイト太陽電池の実用化技術開発

16,600

笹森貴裕

JST

CREST
反応]

不安定アニオン種の単離と構造解析

3,000

笹森貴裕

科学研究費
補助金

国際共同研究加速基金（B）

分子空孔を活用した 9,10-ホスファシラ
フェナントレン誘導体の合成と性質の
解明

1,000

桑原純平

[革新的

研

－ 115 －

究 課 題

予算額
(千円)

研究者

300

備考

森迫祥吾

科学研究費
補助金

国際共同研究加速基金（B）

分子空孔を活用した 9,10-ホスファシラ
フェナントレン誘導体の合成と性質の
解明

1,500

森迫祥吾

科学研究費
補助金

若手研究

再芳香族化を鍵とするピリジリデンの
創製

1,900

山本洋平

受託研究費

科学技術振興機構 CREST

自己組織化トポロジカル有機マイクロ共振器の開発

28,910

山岸 洋

受託研究費

科学技術振興機構 ACT-X

細胞トラッキングのための生体適合性レーザ ー発振子の開発

2,500

山岸 洋

科学研究費
補助金

若手研究

イオン液滴レーザー共振器による革新的
光モジュレータの開発

1,800

受託研究費

NEDO–官民による若手研究者発掘支援事業（共同研究フェーズ）

迅速かつ鮮明な発汗クロミズムを示す布状センサーの開発

834

山岸 洋

受託研究費

NEDO–官民による若手研究者発掘支援事業（マッチングサポートフェーズ）

非水溶性高分子の分解反応を可視化する
マイクロレーザー発振子の開拓

8,290

山岸 洋

研究助成金

加藤記念研究助成

水中微小レーザー発振子を用いた in situ
生分解反応測定の開拓

2,000

櫛田 創

科学研究費
補助金

研究奨励費

振動光物質強結合が及ぼす分子誘電性
への影響

3,000

近藤剛弘

科学研究費
補助金

新学術領域研究（研究領域提案型） 研究領域
ハイドロジェノ
ミクス

ホウ化水素ナノコンポジットを用いた
高密度水素貯蔵材料群の創出

2,470

2022 年
度分

近藤剛弘

科学研究費
補助金

挑戦的研究
（萌芽）

硫化ホウ素シートを用いた新しい触媒材料群の創出2,080

2022 年度分

JST A-STEP

研究成果最適展
開支援プログラム産学共同（育成型）

水電解電極として世界最高活性を示す
非金属触媒の技術革新

7,490

2022 年度分

NEDO

グリーンイノベーション基金事業／燃料アンモ
ニアサプライチェーンの構築／アンモニア供給
コストの低減／グリーンアンモ
ニア電解合成常温、常圧下グリーンアンモニア製造技
術の開発

572

2022 年
度分

山岸 洋

近藤剛弘

近藤剛弘

－ 116 －

2022 年
度分(直
接経
費：筑
波大配
分額の
み)
2022 年
度分
（筑波
大配分
額の
み）

近藤剛弘

科学研究費
補助金

基盤研究（S）

スマート社会基盤素子に向けた最軽量
原子層材料の開発

3,600

近藤剛弘

JST CREST

未踏探索空間における革新的物
質の開発

2 次元ホウ素未踏マテリアルの創製と
機能開拓

9,308

近藤剛弘

学術指導

企業

2 次元物質機能膜を使ったデバイス

1,090

2022 年
度分

近藤剛弘

共同研究

企業

ホウ化水素シートによる持続的な水素生成システム開発

4,760

2022 年
度分

近藤剛弘

共同研究

企業

室温の高圧下で高い水素吸蔵量を示す
新規材料の開発

5,500

2022 年
度分

近藤剛弘

共同研究

企業

燃料合成触媒としての HB シートの基礎
研究

32,2002022 年
度分

近藤剛弘

共同研究

企業

ホウ化水素シートによる水素貯蔵材料
の研究開発

3,960

2021 年
9 月 21日～
2023 年3 月 31
日

近藤剛弘

共同研究

企業

ボロファンのガス吸着と反応特性に関
する研究

1,760

2022 年
度分

近藤剛弘

共同研究

企業

ボロファンの製造技術とボロファンの
水素キャリアとしての応用技術に関す
る研究

近藤剛弘

連携プログ
ラム探索推
進事業

TIA かけはし

3 次元構造を持つホウ化水素関連物質群の合成と構造解析

2,000

近藤剛弘

連携プログ
ラム探索推
進事業

TIA かけはし

二次元ホウ素カルコゲナイド材料の水素貯蔵機能および機能性ホウ化物の探
索

700

近藤剛弘

筑波大学

つくば産学連携
強化プロジェク
ト「筑波大学・農研機構・茨城大
学 合わせ技ファンド」

高密度水素貯蔵材料としてのホウ化水
素シート誘導体の合成と構造決定

1,000

辻村清也

研究助成金

八洲環境技術振興財団

バイオ系に幅広く適用可能な酸素還元
カソードの開発

1000

辻村清也

研究助成金

池谷科学技術振興財団

自己駆動型バイオ電気化学デバイスの
開発

1500

－ 117 －

1,000

2022 年
度分

辻村清也

共同研究

宇宙探査イノベーションハブ

微生物電気化学技術を活用した尿処理
デバイス

3000

辻村清也

科学研究費
補助金

基盤研究（B）

発汗成分モニタリングのためのウェア
ラブルセンサの創成と熱中症との相関
解析

300

辻村清也

科学研究費
補助金

挑戦的研究
（開拓）

地下生命圏における炭素循環研究の深化ー微生物代謝速度の定量化ー

1500

辻村清也

科学研究費
補助金

挑戦的研究
（萌芽）

カーボン系非白金酸素還元触媒のバイ
オ電気化学デバイスへの展開

1300

辻村清也

科学研究費
補助金

特別研究員奨励費

使い捨て紙電極を使用した微小流体デバイスでの細胞外神経伝達物質の分析

1200

辻村清也

NEDO

先導研究プログ
ラム

ＩｏＴシステムを革新する酵素電池の
開発

7700

辻村清也

研究助成金

TIA かけはし

次世代エレクトロニクス創成に向けた
広域分野連携プラットフォーム

100

辻村清也

学術指導

新規電気化学バイオセンサに関する研
究

500

辻村清也

共同研究

電極表面修飾による微生物 CCU の反応
速度向上

2,000

中村貴志

科学研究費
補助金

基盤研究（B）

剛直な骨格をもつ大環状多核錯体を活用した高選択性・高活性反応の開拓

3,200

2022 年
度分

中村貴志

科学研究費
補助金

新学術領域研究（公募)

大環状錯体内孔での化学反応を駆動力とする発動分子の創出

2,300

2022 年
度分

中村貴志

科学研究費
補助金

新学術領域研究（公募)

水素結合と配位結合を駆使した超分子的アプローチに基づく水圏機能材料の
創出

1,800

2022 年
度分

中村貴志

研究助成金

旭硝子財団

配位捕捉に基づく位置選択的反応を実現する環状多量体錯体の創出

6,000

2022 年
〜2024
年度

鍋島達弥
中村貴志
(分担)

科学研究費
補助金

基盤研究（C）

ユニークな構造をもつ大環状ジピリン
錯体の合成と機能創出

1,300

2022 年
度分

守友

浩

委任経理金

矢崎学術振興記念財団

温度で充電される『三次電池』の開発

2,000

継続

丹羽秀治

科学研究所
補助金

基盤研究（B）

充放電特性解明に向けたナトリウム二次電池正極活物質の複合的電子状態解
析

西堀英治

科学研究費
補助金

国際共同研究加速基金（国際共
同研究強化（B））

国際規模の先端量子ビーム利用による次世代回折構造研究

18,330

西堀英治

受託研究費

二国間交流事業
共同研究

先端 X 線源による材料の生成と破壊過程の原子スケール構造

3,800－ 118 －

4,000

2022 年度分
20192022 年度
20222023 年
度

西堀英治
（分担者）

科学研究費
補助金

学術変革研究 A（計画研究）

2.5 次元構造の分析技術開発

西堀英治
（分担者）

科学研究費
補助金

学術変革研究 A（総括班）

2.5 次元物質科学の総括

1,100

岡田 晋

科学研究費
補助金

学術変革領域（A）

2.5 次元構造体のための物質創

32,900

都倉康弘

受託研究費

ムーンショット
目標 6

量子ビットをベースとする要素技術 の
研究開発

8,500

柳原英人

科学研究費
補助金

基盤研究（B）（分担）

バリスティックスピン伝導制御による巨大トンネル抵抗変化の発現

1,000

柳原英人

科学研究費
補助金

基盤研究（B）（分担）

トンネル磁気抵抗効果の新展開：軌道対称性効果の解明と新規量子デバイス
の創出

2,900

羽田真毅

科学研究費
補助金

特別推進研究光と物質の一体的量子動力学が生み出す新しい光誘起協同現象物質開拓への
挑戦

5,500

羽田真毅

科学研究費
補助金

基盤研究（B）

動的機能を有する物質開拓のための超高速三次元構造ダイナミクス

2,000

羽田真毅

科学研究費
補助金

挑戦的研究
（萌芽）

Beyond5G 時代に向けたトポロジカル・
ナノフォノニクス開拓

950

羽田真毅

科学技術振
興機構

創発的研究支援高コヒーレンス・極短パルス電子線創出によるナノ構造体の動的構造解析の
新展開

8,100

羽田真毅

寄付金

公益信託分子技術研究奨励森野
基金

超高速時間分解電子線回折法を用いた凝縮系分子の構造ダイナミクス

926

羽田真毅

文部科学省

卓越研究員事業

極短パルス電子線を用いた物質の構造
ダイナミクス研究の展開

2,000

上殿明良

科学研究費
補助金

基盤研究（A）（分担）

OVPE 法による超低抵抗・厚膜 GaN
結晶成長技術

200

上殿明良

科学研究費
補助金

基盤研究（B）（分担）

酸化ガリウムを原料とした気相法による低転位 GaN 結晶の厚膜成長技術開発

200

上殿明良

科学研究費
補助金

基盤研究（B）

III 属窒化物半導体のイオン注入不純物活性化機構の解明と点欠陥制御

3,300

上殿明良

科学研究費
補助金

基盤研究（B）（分担）

低温成長による点欠陥密度の制御に基づく Bi 系Ⅲ-Ⅴ族半導体の発現機能の
最大活用

600

上殿明良

科学研究費
補助金

挑戦的研究
（萌芽）

ナノ空隙検出のためのサブミリメート
ル空間分解能を有する陽電子消滅装置
の開発

2,200

－ 119 －

分担金
32,95020212025 年度
2022 年
度分

上殿明良

受託研究費

革新的パワーエ
レクトロニクス
創出基盤技術研究開発事業（パワーデバイス領
域）

上殿明良

NEDO

NEDO

ポスト 5G 情報通信システム基盤強化研
究開発事業」における「先端半導体製造
技術の開発

3,569

上殿明良

連携プログ
ラム探索推
進事業

TIA かけはし

陽電子とアトムプローブ法による半導体プロセス後工程材料の評価手法の開
発

1,000

岩室憲幸

科学研究費
補助金

基盤研究（B）

SiC-MOSFET 負荷短絡時の素子残留ダメージが信頼性特性へ及ぼす影響の研
究

3,900

岩室憲幸
磯部高範

受託研究費

NEDO 受託研究（産総研再委託）SiC ｽｰﾊﾟｰｼﾞｬﾝｸｼｮﾝ、ﾊﾞｲﾎﾟｰﾗﾃﾞﾊﾞｲｽ要
素技術開発、高耐圧ﾓｼﾞｭｰﾙ及び電力制
御の要素技術開発

3,542

矢野裕司

科学研究費
補助金

基盤研究（B）

SiC 横型超接合パワーMOSFET による
ワンチップ相補型電力変換器の開発

3,120

磯部高範

NEDO

官民による若手研究者発掘支援事業

GaN-HEMT デバイスの高周波駆動による超小型系統連系インバータの開発

10,000

磯部高範，
萬年智介

文部科学省
（東京都立
大学再委
託）

科学技術試験研
究委託事業

SST の高性能化に向けた回路・デバイ
ス・制御技術の統合技術開発

11,500磯部高範

連携プログラム探索推進事業

TIA かけはし

高耐電圧パワーデバイスパッケージの耐電圧と放熱のトレードオフに関する
調査Ⅱ

400

櫻井岳暁

受託研究費
（再委託）

NEDO「太陽光発電主力電源化推
進技術開発／太陽光発電の新市
場創造技術開発／フィルム型超軽量モジュール太陽電池の開発（重量制約のある屋
根向け）（軽量基
板上化合物薄膜
太陽電池の高効率化技術開発）」電気的光学的欠陥解析による軽量 CIS 系
太陽電池開発支援

6,500

櫻井岳暁

科学研究費
補助金

特別研究員奨励費

層状多元化合物ハイブリッド積層構造による高効率エネルギー変換・貯蔵電極
の開発

300

a. HVPE による低コストデバイス活性層エピタキシャル成長技術の開発、b.高制御性・産業適格イオン注入技術の開発、c.高信頼性 MOS 界面技術の開発－ 120 －

20,000

櫻井岳暁

受託研究費

JST 未来社会創造事業

磁性を活用した革新的熱電材料・デバイ
スの開発

3,500

佐々木正洋

研究助成金

TIA かけはし

部分窒化無酸素無炭素チタン蒸着膜の産業応用に関する調査研究

300

梅田享英

科学研究費
補助金

基盤研究（A）

ワイドギャップ半導体 MOS 界面欠陥の正体の横断的解明

6,700＋2,300
(繰越)

松下雄一郎

科学研究費
補助金

基盤研究（A）

界面欠陥の電子状態計算法の確立とSiC-MOS 界面の物理解明

1,000

奥村宏典

研究助成金

TIA かけはし

高放射線耐性半導体を用いたピクセル検出器実証に向けた調査研究

1700

4.3 共同研究
研究者

相 手 先

期

間

内

容

武安光太郎

産業技術総合研究所

2020～現在

CO2-アルコール転換反応触媒の研究

神原貴樹
桑原純平

物質・材料研究機構

2012～現在

高分子半導体のデバイス機能評価に関
する研究

神原貴樹
桑原純平

産業技術総合研究所

2015～現在

藻類オイルのバイオリファイナリーに
関する研究

神原貴樹
桑原純平

小山工業高等専門学校

2020～現在

有機デバイス機能評価に関する研究

神原貴樹
桑原純平

茨城大学

2022～現在

含フッ素ポリイミドの開発に関する研究

笹森貴裕

京都大学化学研究所

2021～

ペロブスカイト太陽電池の研究

笹森貴裕

ドレスデン大学
（ドイツ）

2021～

リンおよびケイ素を含む電子受容分子
の研究

笹森貴裕

京都大学

2020～

電子移動反応に関する研究

笹森貴裕

茨城大学

2020～

励起子制御に立脚した有機ラジカル青色発光体の開発研究

笹森貴裕

ボン大学
（ドイツ）

2014～

リンおよび硫黄ラジカルバッテリーの
開発研究

山本洋平

物質・材料研究機構

2012～現在

ペプチド固相合成と自己組織化

山本洋平

物質・材料研究機構

2014～現在

高分子マイクロディスクアレイ

山本洋平

九州大学

2014～現在

π 共役デンドリマーの自己組織化－ 121 －

備考

山本洋平

大阪大学

2016～現在

ドナーアクセプター分子の集合化

山本洋平

産業技術総合研究所

2015～現在

高分子マイクロ球体のフェムト秒分光

山本洋平

産業技術総合研究所

2018～現在

フォトクロミック分子の応用

山本洋平

立教大学

2016～現在

マイクロ共振器の光スイッチング

山本洋平

関西学院大学2016～現在

円偏光発光分子の自己組織化

山本洋平

高知工科大学2020～現在

柔軟性結晶分子の光機能

山本洋平

千葉大学

2021～現在

キラル球体からの光渦発生

山本洋平

東京大学

2021～現在

キラル球体の表面メタサーフェス

山本洋平

農業・食品産業技術総合研究機構

2019～現在

シルクの自己組織化・機能付与

山本洋平

Leibniz 光技術研究所（ドイツ）

2016～現在

マイクロ共振器のプラズモン効果

山本洋平

Eindhoven 工科大学
（オランダ）

2017～現在

円偏光発光ポリマーの自己組織化

山本洋平

産業技術総合研究所

2022～現在

液滴レーザーの外場応答

山本洋平

京都大学

2022～現在

TADF 分子の光機能

近藤剛弘

University
London（英国）

2018～現在

ホウ化水素シートの構造と電子状態に関する基礎科学的研究

近藤剛弘

McGill University（カナダ）

2018～現在

ホウ化水素シートの電池応用に関する
研究

近藤剛弘

東京工業大学

2015～現在

共有結合性の新規二次元物質の開発とその基盤研究近藤剛弘

東京工業大学

2015～現在

ホウ化水素シートの光応答特性に関す
る研究

近藤剛弘

東京工業大学2016～現在

硫化ホウ素シート合成およびホウ化水
素シートの電気特性に関する研究近藤剛弘

東京工業大学2018～現在

硫化ホウ素シートの構造と電子状態に関す
る研究

近藤剛弘

東京大学

2017～現在

ホウ化水素シートの電子状態に関する研究近藤剛弘

物質･材料研究機構

2017～現在

ホウ化水素シートの構造と電子状態に関する研究

College－ 122 －

近藤剛弘

東京農工大学

2015～現在

炭素ドープホウ化水素シートの構造と電子状態に関する研究近藤剛弘

物質･材料研究機構

2016～現在

硫化ホウ素シート合成に関する研究近藤剛弘

物質･材料研究機構

2018～現在

硫化ホウ素シートの熱電特性に関する
研究

近藤剛弘

高知工科大学2013～現在

硫化ホウ素シート、ホウ化水素シートの電子顕微鏡観察とその解析

近藤剛弘

東北大学

2019～現在

ホウ化水素シートと水素化マグネシウ
ムを用いた高密度水素貯蔵材料の創製

近藤剛弘

分子科学研究所

2019～現在

ホウ化水素シートを用いたプロトンヒ
ドリド電池の開発

近藤剛弘

量子科学技術研究開発機構

2019～現在

ホウ化水素シートの X 線二体分布関数解
析

近藤剛弘

大阪大学

2019～現在

ホウ化水素シートと有機分子を用いた
新規 3 次元構造物質の創製

近藤剛弘

大阪大学

2019～現在

ホウ化水素シートと分子の相互作用に
関する研究

近藤剛弘

徳島大学

2019～現在

ホウ化水素シートの NMR 解析

辻村清也

東京理科大学2011～現在

ウェアラブルデバイスの研究開発

辻村清也

理化学研究所

2015～現在

酸化還元酵素の開発

辻村清也

東京農工大学2014～現在

酵素電極に関する研究

辻村清也

東京薬科大学2018～現在

電極材料，イオン液体に関する研究

辻村清也

岡山大学

2015～現在

酵素電極に関する研究

辻村清也

クイーンズランド大学（オーストラリア）

2014～現在

微生物燃料電池に関する研究

辻村清也

メルボルン大学（オーストラリア）

2020～現在

微生物燃料電池を活用した廃水処理に
関する研究

辻村清也

グルノーブル・アルプ大（フランス）

2015～現在

分子技術を活用した酵素燃料電池に関
する研究

辻村清也

CNRS ポールパスカル研究所（フランス）

2011～現在

レドックスポリマーに関する研究

辻村清也

産業技術総合研究所

2016～現在

補酵素の電気化学に関する研究，メタン菌の電気化学に関する研究－ 123 －

辻村清也

東京工業大学2018～現在

酸素還元触媒に関する研究

辻村清也

東京大学

2018～現在

バイオセンサに関する研究

辻村清也

物質･材料研究機構

2018～現在

微生物電気化学に関する研究中村貴志

Lincoln 大学（英国）2022～現在

大環状錯体の分子認識に関する研究

鍋島達弥

Nanoview 株式会社

2016～現在

機能性色素材料の開発

鍋島達弥

Nanoview 株式会社

2020～現在

近赤外線吸収色素の開発

守友浩

物質･材料研究機構

2020～

ペロブスカイト型太陽電池

守友浩

上海交通大学2020～

ペロブスカイト型太陽電池

守友浩

SPring-82020～

強相関化合物

守友

浩

JASRI

2016～

X 線マイクロビームの利用

守友浩

東京海洋大学2020～

三次電池の開発丹羽秀治

高エネルギー加速器研
究機構

2020～

EXAFS

丹羽秀治

産業技術総合研究所

2016～

二次電池の放射光解析に関する研究

丹羽秀治

東京大学

2016～

同上

西堀英治

オーフス大学（デンマーク）

2000～現在

エネルギー材料の放射光を利用した構
造科学研究

西堀英治

桂林電子科技大学（中国）

2013～現在

VO2 ナノ粒子および熱電変換材料の構造
評価

西堀英治

東京大学

2014～現在

金属錯体の機能と構造相関西堀英治

広島大学、九州大学

2015～現在

天然鉱物熱電変換材料の構造研究

西堀英治

理化学研究所2018～現在

X 線自由電子レーザーを用いた先端構造
解析

西堀英治

東北大学

2016～現在

超臨界ナノ材料合成のその場観察

西堀英治

東北大学

2017～現在

新規超伝導体の構造決定

西堀英治

東北大学

2018～現在

導電性金属錯体の構造決定

西堀英治

九州大学

2020～現在

グラフェンインタカレーションその場
観察－ 124 －

西堀英治

東京工芸大学2022～現在

グラフェンインタカレーションその場
観察

西堀英治

大阪大学

2022～現在

グラフェンインタカレーションその場
観察

西堀英治

東京大学

2022～現在

2.5 次元物質デバイスの構造評価

西堀英治

東京大学

2022～現在

2.5 次元物質デバイスの構造評価

西堀英治

東京都立大学2022～現在

TMD 薄膜デバイスの構造評価

都倉康弘

NTT 物性科学基礎研究
所

2014～現在

バリアブルレンジホッピング伝導の研
究

初貝安弘

茨城大学

2011～現在

バルク・エッジ対応の理論

初貝安弘

東邦大学

2007～現在

トポロジカル系の数値的研究

初貝安弘

東京大学

2017～現在

フォトニック結晶とフォノニック結晶のトポロ
ジカル現象の研究

初貝安弘

物質･材料研究機構

2008～現在

電子状態計算におけるトポロジカルな量の
理論

柳原英人

物質･材料研究機構

2016～現在

スピントロニクス材料開発

柳原英人

物質･材料研究機構

2016～現在

スピントロニクス材料開発

柳原英人

東京大学

2020～現在

XMCD 測定羽田真毅

東京工業大学2018～現在

スピン偏極型時間分解電子線回折装置
の開発

羽田真毅

京都大学

2015～現在

時間分解電子線回折装置の開発

羽田真毅

九州大学

2016～現在

時間分解電子線回折法と時間分解赤外
法の融合

羽田真毅

岡山大学

2014～現在

酸化グラフェンの構造ダイナミクス計
測

羽田真毅

京都大学

2016～現在

FLAP の構造ダイナミクス計測

羽田真毅

東京大学

2017～現在

アゾベンゼン液晶の構造ダイナミクス
計測

羽田真毅

岡山大学

2019～現在

カーボンナノチューブの局所熱伝導の
観測

羽田真毅

北海道大学

2019～現在

カーボンナノチューブの局所熱伝導の観測－ 125 －

羽田真毅

京都大学

2021～現在

ハイドープナノ粒子の構造ダイナミク
ス計測

羽田真毅

University of Toronto

2018～現在

時間分解電子線回折法を用いたスピン
クロスオーバー物質の構造ダイナミク
ス計測

羽田真毅

University of Surrey

2020～現在

カーボンナノチューブのダイナミクス
計測

羽田真毅

University of Rennus 12022～現在

カーボンナノチューブと窒化ホウ素ナ
ノチューブの界面におけるエネルギー
輸送計測

上殿明良

ニューフレアテクノロ
ジー

2018～現在

次世代先端薄膜技術に関する研究

上殿明良

東京エレクトロン

2020～現在

半導体前工程材料に関する研究

2021～現在

半導体後工程材料に関する研究

2021.05～現在

高圧物理学に関する研究

上殿明良

Interuniversity
Microelectronics Centre
Institute

上殿明良

of

High

Pressure Physics - High
Pressure

Scientific

Research
上殿明良

物質･材料研究機構

2021～現在

陽電子とアトムプローブ法による半導体プロセス後工程材料の評価手法の開
発

岩室憲幸
磯部高範

富士電機株式会社

2022.04～2025.03

富士電機パワーエレクトロニクス特別
共同研究事業岩室憲幸

東芝デバイス＆ストレージ㈱2022.04～2023.03

SiC-MOSFET 負荷短絡耐量向上のための素子構造ならびに表面電極材最適化に
関する研究

岩室憲幸

東芝デバイス＆ストレージ㈱2022.04～2023.03

AC ス ト レ ス 印 加 に よ る SiC パ ワ ー
MOSFET のしきい値電圧変動とメカニ
ズム解析

岩室憲幸
磯部高範

TsukubaPowerElectronics Constellation(TPEC)

2021.04.01
2022.03.31～

SBD 内蔵 MOSFET の評価, Z ソースイン
バーター開発など

岩室憲幸

三菱重工㈱

2022.02.27
2023.10.31～

半導体内部構造を考慮した短絡挙動解
析技術に関する研究

櫻井岳暁

産業技術総合研究所

2004～現在

カルコゲン系太陽電池の欠陥の研究

櫻井岳暁

出光興産
（ソーラーフロンティ
ア）

2012～現在

カルコゲン系太陽電池の欠陥の研究－ 126 －

櫻井岳暁

甲南大学

2017～現在

光触媒に関する研究

櫻井岳暁

ハレ大学
（ドイツ）

2018～現在

カルコゲン系太陽電池の欠陥の研究

櫻井岳暁

電気通信大学2020～現在

ペロブスカイト太陽電池の欠陥の研究

櫻井岳暁

物質材料研究機構

2019～現在

ペロブスカイト太陽電池の欠陥の研究

櫻井岳暁

物質材料研究機構

2019～現在

熱電薄膜に関する研究

櫻井岳暁

グルノーブル大学（フランス）

2020～現在

ダイヤモンドの欠陥の研究

梅田享英

産業技術総合研究所

2016～現在

ダイヤモンドパワーエレクトロニクスに関する研究梅田享英

産業技術総合研究所

2012～現在

炭化ケイ素パワーエレクトロニクスに
関する研究

梅田享英

大阪大学

2021～

炭化ケイ素 MOS 界面科学の研究

梅田享英

名古屋大学・未来材料・
2019～現在
システム研究所

窒化ガリウムパワーエレクトロニクスに関する研究梅田享英

東京工業大学2018～現在

第一原理計算によるワイドギャップ半導体の欠陥・不純物の研究

梅田享英

量子科学技術研究開発
機構・先端機能材料研究部

2012～現在

炭化ケイ素・ダイヤモンドのスピン欠陥
の研究

梅田享英

三菱電機株式会社

2019～現在

シリコンパワーエレクトロニクスにおける不純物の研究

奥村宏典

企業 A

2018～現在

イオン注入を用いた導電性 AlN の開発

奥村宏典

企業 B

2021～現在

Ga2O3 素子の熱管理奥村宏典

総合研究大学院大学

2022～現在

放射線耐性に優れた半導体素子の開発

奥村宏典

高エネルギー加速器研究機構

2018～現在

放射線耐性に優れた半導体素子の開発

奥村宏典

東北大学

2020～現在

放射線耐性に優れた半導体素子の開発

奥村宏典

産業技術総合研究所

2018～現在

放射線耐性に優れた半導体素子の開発－ 127 －

奥村宏典

物質･材料研究機構

2018～現在

放射線耐性に優れた半導体素子の開発

奥村宏典

理化学研究所

2020～現在

放射線耐性に優れた半導体素子の開発センター内連携
近藤剛弘

筑波大学

現在

CO2 からのメタノール合成過程の解明

神原貴樹
桑原純平

丸本一弘

2020～現在

有機無機スピンエレクトロニクス TIA 連
携研究

神原貴樹
桑原純平

丸本一弘

2020～現在

高機能高性能有機無機スピンエレクト
ロニクス開発拠点

笹森貴裕

丸本一弘

2021〜現在

ペロブスカイト太陽電池の研究

山本洋平

神原貴樹
桑原純平

2012～現在

共役ポリマー光共振器の開発

山本洋平

山岸洋
重田育照

2020～現在

お椀状マイクロ結晶のエネルギー計算

山本洋平

山岸洋
近藤剛弘

2020～現在

シルク–PtNP 複合体の XPS 測定

近藤剛弘

中村潤児

現在

ホウ化水素シートの触媒特性、藻類産性
油の熱分解と触媒転換、白金代替窒素ド
ープ炭素触媒、メタノール合成など

近藤剛弘

西堀英治

現在

硫化ホウ素シート、ホウ化水素シートの構造に関する基礎科学的研究

近藤剛弘

岡田晋

現在

ホウ化水素シートの構造と電子状態に関する基礎科学的研究

近藤剛弘

所裕子

現在

酸化チタンナノ粒子の相転移と電子状態に関する研究

近藤剛弘

武安光太郎

現在

白金代替窒素ドープ炭素触媒、メタノー
ル合成など

近藤剛弘

藤岡淳

現在

菱面体硫化ホウ素の電気特性

近藤剛弘

櫻井岳暁

現在

硫化ホウ素シートに関する基礎科学的
研究

近藤剛弘

柳原英人

現在

硫化ホウ素シートに関する基礎科学的
研究

近藤剛弘

奥村宏典

現在

硫化ホウ素シートに関する基礎科学的研究－ 128 －

鍋島達弥
中村貴志
西堀英治

2016～現在

大型分子性物質の構造解析に関する研
究

浩

伊藤良一

2022～

エネルギーハーベスト

西堀英治

近藤剛弘

2015～現在

ボロン新材料の構造評価に関する研究

西堀英治

羽田真毅

2021～現在

TADF 物質の単結晶構造解析

磯部高範

電子・物理工学2017～現在

高周波磁場発生装置の開発

羽田真毅

重田育照

2017～現在

FLAP の構造ダイナミクス計測（実験と計算の融合研究）

羽田真毅

西堀英治

2020～現在

熱活性遅延蛍光物質の超高速構造ダイ
ナミクス計測上殿明良

奥村宏典

2021～現在

ワイドギャップ半導体のイオン注入欠
陥の評価

上殿明良

櫻井岳暁

2021～現在

熱電材料の評価櫻井岳暁

牧野俊晴
2017～現在（産業技術総合研究所）

ダイヤモンドの欠陥の研究奥村宏典

2020～現在

P 型酸化物半導体膜の作製

奥村宏典
上殿明良

2016～現在

ワイドギャップ半導体の欠陥評価

守友

4.4 研究生等の受け入れ
受入教員

氏名・職名・学年

国籍

受け入れ期間神原貴樹

陳愷欣（外国人研究生）中国

2022 年 04 月～2023 年 03 月

神原貴樹

熊天雅
（外国人研究生）中国

2022 年 04 月～2023 年 03 月

神原貴樹

蔡天翊
（外国人研究生）中国

2022 年 10 月～2023 年 03 月

笹森貴裕

王峻康
（外国人研究生）中国

2021 年 10 月～2023 年 03 月

山本洋平

Firda Apriyani（M2 (ITB)）

インドネシア2022 年 10 月～2022 年 12 月

－ 129 －

備考

Campus Asia
6

山本洋平

Kun Li（外国人研究生）中国

2022 年 10 月～2023 年 03 月

山本洋平

野口俊一郎
（B3）

日本

2022 年 05 月～2023 年 02 月

先導的研究
プログラム

山本洋平

竹山日南子
（B3）

日本

2022 年 05 月～2023 年 02 月

先導的研究
プログラム

山本洋平

Dr. Ankit Kumar（ Leibniz Institute for
Photonic Technolog、 博
士課程研究員）ドイツ

2022 年 12 月～2023 年 01 月

共同研究

山本洋平

Dr.
Jer-Shing
Huang（ Principal
Investigator,
Leibniz Institute for Photonic
Technology、Jena 大学教授）

ドイツ

2022 年 12 月～2022 年 12 月

共同研究

近藤剛弘

松山英治
（研究生）

日本

2021 年 04 月～2022 年 3 月

共同研究

辻村清也

Jialei Lu（外国人研究生）中国

2022 年 10 月～2023 年 03 月

辻村清也

Raihan Muhanmad（外国人研究生）

インドネシア2022 年 10 月～2022 年 12 月

中村貴志

陳暄友
（外国人研究生）

2022 年 04 月～2023 年 03 月

中村貴志

Nadiia Varzhel（外国人研究生）

2022 年 10 月～2023 年 03 月

岩室憲幸

HSU FENG CHI（特別聴講生・M1）

台湾

2022 年 10 月～2023 年 02 月

櫻井岳暁

Meng Yue（外国人受託研究員）

中国

2022 年 10 月～2023 年 11 月

櫻井岳暁

Fabien Pineau(TSSP 交流学生)

フランス

2022 年 04 月～2022 年 08 月

櫻井岳暁

Mekan Toyjanov（外国人受託研究員）

トルクメニスタン

2023 年 01 月～2023 年 03 月

4.5 受

賞

受賞者

賞

武安光太郎

日本物理学会
若手奨励賞

受賞理由

受賞年月
日

表面反応におけるエネルギーの流れと制御因子の研究

2023.03.15－ 130 －

備考

林田健志

第 49 回炭素材料学会学生優秀口頭発表賞

窒素ドープカーボン触媒の酸素還元
活性と pH 依存性

2022.12.08

本間海斗

表面・界面スペクトロス
コピー2022 ステューデ
ントプライズ

疎水性効果とプロトン伝導の両立による窒素ドープグラフェン酸素還元
反応触媒の活性向上

2022.12.10

岩森涼太

第 12 回 化 学 フ ェ ス タ
2022 優秀ポスター賞

アルキンのヒドロアリール化反応を利用したポリアリーレンビニレンの合成

2022.10.18

飯田智希

第 12 回 化 学 フ ェ ス タ
2022 優秀ポスター賞

カルボキシ基を反応点とする脱炭酸
クロスカップリング重縮合を用いた共役高分子の合成

2022.10.18

佐藤亮太

数理物質研究群長表彰

C−H 結合活性化を経る位置選択的なマルチアリール化アセン誘導体の合成手法の確立2023.03.24

山本洋平

2022 年度 日本化学会学術賞

有機・高分子マイクロ構造体の精密設計と光・レーザー機能発現2022.12.21

山岸 洋

第 17 回 PCCP Prize

Chemically
Functional
OpticalResonators and Lasers Made by the Selfassembly of Organic Materials

2023.03.17

井原悠太

レーザー学会第 572 回研究会「有機コヒーレントフォ
トニクス」, 優秀ポスター賞

決定木モデルを用いた蒸気拡散の主要因子決定と予測モデルの構築

2022.12.16

中山颯大

レーザー学会第 572 回研究会「有機コヒーレントフォ
トニクス」, 優秀ポスター賞

自己組織化ねじれ双極マイクロ球体を形成するキラルポリマーの合成と基礎研
究2022.12.16

前島賢太郎

The 13th International
Symposium of Advanced
Energy Science (第 13 回エネルギー理工学研究所国際 シ ン ポ ジ ウ ム ), Best
Student Poster Award

Abrupt vapor release from porous
molecular crystal with visible light2022.09.06

丹治憲治

修士論文優秀発表賞

有機光共振器の高性能化と揮発性有機物質の高感度センシング

2023.02.17

加藤雅都

筑波大学校友会賞

2023.03.24.

三輪俊介

応用理工学類 主専攻表彰（学生優秀賞）

2023.03.24.

野口俊一郎

2022 年度 ARE 研究発表
会 優秀賞

共役高分子からなるパッチ状コロイドのボトムアップ構築と形成メカニズムの解明－ 131 －

2023.01.16.

竹山日南子2022 年度 ARE 研究発表
会 優秀賞

有機液滴レーザーのサイズ制御

2023.01.16

近藤剛弘

日本ホウ素・ホウ化物研究会 学術賞

ホウ素・ホウ化物の科学と技術の発展に対する多大の功績

2023.02.11

Linghui Li

IUVSTA-Elsevier Student
award

THE
22ND
INTERNATIONALVACUUM CONGRESS IVC-22 において優れた講演を行った

2022.09.15

指導学生

Hikari
Yoshioka

IUVSTA-Elsevier Student
award

THE
22ND
INTERNATIONALVACUUM CONGRESS IVC-22 において優れた講演を行った

2022.09.15

指導学生

近藤剛弘

公益社団法人日本表面真空学会 フェロー

新規ホウ素含有二次元物質の生成と機能の開拓

2022.05.21

辻村清也

日本ポーラログラフ学会
志方メダル

電気化学バイオデバイスの高機能化に向けた材料開発

2022.11.10

辻村清也

2022
Member

研究2023.02.20

中村貴志

令和 4 年度 科学技術分
野の文部科学大臣表彰
若手科学者賞

機能性ユニットを精密配置した大環状分子に関する研究2022.04.20

中村貴志

筑波大学 若手教員特別
奨励賞

中村貴志

ACCC8 2022 Best Poster
Award

Hexapap:
A
Uniquely-Shaped
Macrocycle
Possessing
Inwardly
Assembled Metal Coordination Sites

2022.08.11

鍋島達弥

第 9 回 基礎有機化学会賞

特異的分子構造の精密制御と協同的機能の創出

2022.09.22

鍋島達弥

The 8th Kim Yong Hae
Lecture at KAIST

Design and Synthesis of Molecular andSupramolecular
Systemswith
Cooperative Functions

2023.03.29

前田和弥

AsCA2022 ポスター賞

優秀なポスター発表を行った

2022.11.02

齋田友梨

EBARA Student Prize

IVC22 において優秀な発表を行った
ため

2022.09.27

上殿明良

ISSM 2022 Best Paper

International
Symposiumon
Semiconductor Manufacturing 2022 における受賞

2022.12Best

Faculty2022.06.07－ 132 －

上殿明良

ISSM 2022 Best Paper

黄IPEC 2022 Second Prize
Paper Award

成

北村雄大

TPEC

奨励賞

International
Symposiumon
Semiconductor Manufacturing 2022 における受賞

2022.12IPEC2022 発 表 論 文 ”Current Ripple
Reduction with Enhanced ZVS Operation
Based on Off-time Discrete Control for
DCM Inverters to Achieve High
Efficiency”

2021.08.03

SiC デ バ イ ス の 耐 量 向 上

2022.03.17

4.6 学会活動・各種委員など
氏名

役職など

組織

任期

武安光太郎

触媒学会

東日本支部幹事

2019.04～現在

武安光太郎

日本表面真空学会

教育委員・eJSSNT 編集委員

2019.04～現在

神原貴樹

関東支部茨城地区幹事

高分子学会

2007～現在

神原貴樹

客員研究員・兼任

産業技術総合研究所

2009～現在

笹森貴裕

常任理事

ケイ素化学協会

2022.10～現在

笹森貴裕

理事

基礎有機化学会

2022.10～現在

笹森貴裕

代表正会員

日本化学会関東支部

2021.10～現在

山本洋平

客員研究員

物質・材料研究機構

2011～現在

山本洋平

客員研究員

産業技術総合研究所

2013～現在

山本洋平

奨学生選考委員

藤井国際奨学財団

2016~～現在

山本洋平

関東支部常任幹事

高分子学会

2018～現在

山本洋平

関東支部代議員

日本化学会

2019～現在

山本洋平

12.3 プログラム編集委員

応用物理学会

2019～現在

山本洋平

トータルバイオミメティクス研究会企画幹事応用物理学会2020～現在

山岸洋

Section Editor

Optik, Elservier

2023～2025－ 133 －

備考

近藤剛弘

次世代エネルギーシステム
タスクフォース委員

筑協「つくば 3Ｅフォーラム」
2022.06～現在
委員会

近藤剛弘

科学技術動向研究センター
専門調査員

文部科学省
科学技術・学術政策研究所

2014.04～現在

近藤剛弘

評議員

日本表面真空学会

2021.05～現在

近藤剛弘

出版委員

日本表面真空学会

2018.05～現在

近藤剛弘

広報・会員増強委員

日本表面真空学会

2018.05～現在

近藤剛弘

教育委員

日本表面真空学会

2018.05～現在

近藤剛弘

関東支部委員日本表面真空学会

2019.04～現在

近藤剛弘

Topical Editor

Moleculrs, MDPI

2020.10～現在

近藤剛弘

35th
International
Microprocesses
andNanotechnolog
Conference
(MNC
2022)
ProgramCommittee Members

日本応用物理学会

2022.04
2022.12辻村清也

電気化学会関東支部監事

電気化学会

2022.02～現在

辻村清也

電気化学会電力貯蔵技術研
究会幹事

電気化学会

2016.11～現在

辻村清也

電気化学会男女共同参画推進委員会委員

電気化学会

2019.02～現在

辻村清也

生物工学研究会運営委員

電気化学会

2021.02～現在

辻村清也

評議員

日本ポーラログラフ学会

2005.01～現在

辻村清也

理事

日本ポーラログラフ学会

2022.02～

辻村清也

客員研究員

産業技術総合研究所

2017.04～現在

辻村清也

運営委員

TIA-EXA

2017.11～現在

辻村清也

シンポジウムオーガナイザー

日本 MRS2018.04～現在

鍋島達弥

幹事

ホスト–ゲスト・超分子化学研究会2008.052022.06

鍋島達弥

常任理事

基礎有機化学会

2001.09～現在

鍋島達弥

副会長

基礎有機化学会

2018.092022.09－ 134 －

～

～

～

鍋島達弥

幹事

有機合成化学協会関東支部

2016～現在

鍋島達弥

客員教授

東京理科大学薬学部

2021～現在

鍋島達弥

非常勤講師

東京理科大学理学部

2021～現在

鍋島達弥

客員研究員

産業技術総合研究所

2021～現在守友茨城県中性子ビームライン
運営委員

茨城県

2020～2023

西堀英治

評議員

日本結晶学会2019.04～現在

西堀英治

客員研究員

理化学研究所2014.05～現在

西堀英治

外来研究員

(公財)高輝度光科学研究セン
ター

2012.04～現在

西堀英治

会長

SPring-8 ユーザー協同体

2022.04
2024.03

～

西堀英治

校長

SPring-8 秋の学校

2022.04
2024.03

～

西堀英治

委員

放射光学会データ構造化委員会

2022.052023.03～

初貝安弘

東北大学特任教授

国際集積エレクトロニクス研究開発センター

2014.05.01
2023.03.31

～

初貝安弘

Member of Editorial Board

Progress of Theoretical
Experimental Physics

2013～現在

初貝安弘

Member of Editorial Board

Scientific Reports

2022～現在

柳原英人

国際担当理事

日本磁気学会

2019～2023

羽田真毅

プログラム委員

応用物理学会

羽田真毅

特定准教授

東京工業大学

2024.03

岩室憲幸

電気学会 1 号委員

電気学会電子デバイス技術委員会

2017.05～現在

岩室憲幸

パワー半導体国際学会
ISPSD2023 論文委員会委員

パワー半導体国際学会
ISPSD2023 組織委員会

2022.04
2023.03

岩室憲幸

IEEE Power Devices and ICs
Committee

IEEE Electron Device Society

2015.10～現在

岩室憲幸

IEDM2022
Systems
memberIEEE IEDM2022

2022.04
2023.03磯部高範

幹事

電気学会半導体電力変換技術委員会

2019.06～現在

浩Power Device
sub-committee－ 135 －

and

領域 7.42023.09

～

～

磯部高範

委員長

電気学会産業応用部門大会論
文委員会

2021.092022.12

～

磯部高範

1 号委員

電気学会自動車技術委員会

2017.04
2023.03

～

磯部高範

幹事

応用物理学会先進パワー半導体分科会

2019.04～現在

磯部高範

Secretary and Treasurer

IEEE
Tokyo-Japan
Joint
Sections Industry Applications
Society Chapter

2020.01～現在

磯部高範

Associate Editor

IEEE Journal of Emerging and
Selected Topics in PowerElectronics

2021.12～現在

磯部高範

副委員長

IPEC2022 論文委員会

2019.12～現在

矢野裕司

編集委員

APEX/JJAP Editorial Board

2021.04～現在

矢野裕司

幹事

応用物理学会先進パワー半導体分科会

2020.04～現在

矢野裕司

MemberICSCRM
2022
Program Committee

Technical

2021.122022.10

矢野裕司

MemberICSCRM
2023
Program Committee

Technical

矢野裕司

MemberICSCRM International Steering
Committee

2022.09～現在

矢野裕司

JJAP Special Issues Editors

SSDM 2022 Program Committee

2022.01～現在

矢野裕司

JJAP Special Issues Editors

SSDM 2023 Program Committee

2022.10～現在

矢野裕司

Member

EDTM 2023 Technical Program
Committee

2022.072023.03櫻井岳暁

幹事

応用物理学会多元系化合物・太陽電池研究会2013.04～現在

櫻井岳暁

副委員長

応用物理学会多元系化合物・太陽電池研究会2013.04～現在

櫻井岳暁

チュートリアル担当委員

33rd International Conference on
Photovoltaic
ScienceandEngineering (PVSEC-33)

2019.102022.11櫻井岳暁

委員

光産業技術振興協会 光技術動向調査委員会

2022.04～現在

奥村宏典

論文委員

SSDM

2020.01
2022.12

～

奥村宏典

論文委員

IWGO

2021.032022.11～－ 136 －～

2022.10～現在

～

～

4.7
日

新聞報道・特記事項他
付

新聞・雑誌名報道内容

2022.11.14

Chem Comm 誌

裏表紙に採択（神原貴樹、桑原純平）

2022.08.05

筑 波大 学プレス
リリース

お椀型多面体マイクロ単結晶の均一かつ精密な成長制御に成功（山本洋平、山岸洋）

2022.08.05

日 本経 済新聞電子版

筑波大と関西学院大、お椀型多面体マイクロ単結晶の均一かつ精密な成長制御に成功https://www.nikkei.com/article/DGXZRSP637795_V00C22A8000000/?au=0（山本洋平）

Web
版 の
み

2022.08.05

OPTRONICS
ONLINEWeb
版 のみ2022.08.10

筑 波大 学ポッド
キャスト

2022.09.02

Chem-Station

2023.02.04

筑 波大 学プレス
リリース

筑波大ら，お椀型多面体マイクロ単結晶を成長制御
https://optronics-media.com/news/20220805/78172/（山本洋平）「研究室サイドストーリー」 #013 ミクロの器ができました！形も作り方も珍しい結晶をご覧あれ／（山本洋平）
分子集合の力でマイクロスケールの器をつくる（山本洋平）
液体でできた微小なレーザー光源の開発に成功〜大気中で安定かつ気流で形状を制御可能〜（山本洋平）

2023.03.02

日本経済新聞東北大・筑波大・JST など、マイクロメートルサイズの微小な粉状結晶の電子構造測定に成功（近藤剛弘）②

2022.06.10

日本経済新聞原子の動き「コマ撮り」 東工大などが卓上型装置
https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC0926S0Z00C22A6000000/（羽田真毅）

Web版 のみ2022.06.10

日 本経 済産業新聞

原子の動き「コマ撮り」（羽田真毅）③

2022.09.15

J. Phys. Chem. A
誌

Supplemental Cover に採択（羽田真毅）④－ 137 －

備考①

①

神原貴樹、桑原純平－ 138 －

②近藤剛弘－ 139 －

③羽田真毅④羽田真毅－ 140 －

2022 年報筑波大学エネルギー物質科学研究センター
Tsukuba Research Center for Energy Materials Science (TREMS)〒305-8571 茨城県つくば市天王台 1-1-1
University of Tsukuba, 1-1-1 Tennodai Tsukuba, Ibaraki 305-8571, JAPANURL: http://www.trems.tsukuba.ac.jp/
Phone & Fax : 029-853-8085（担当事務)