はじめに

TREMS センター長

神原貴樹

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。
TREMS では、数理物質系における「環境エネルギー材料分野」に軸足を置いた研究力の強化をセン
ターの第一の目的としています。
「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、高効率なエネルギー変換や物質変換およびエネルギー貯蔵、さらには再生可能エネルギーの高効率利用を可能にする革新的原理・物質・材料の開発を進めています。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エネルギーが関わる幅広い材料研究を展開できる仕組みの構築も図っています。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環境エネルギー材料を創製することを目指します。
2018 年度は、2017 年からはスタートした概算要求（機能強化経費）による支援の下、クロスアポイントメント教員、客員教員、卓越研究員などの人員を増強し、つくば地区並びに海外の研究機関との連携を円滑に行うことのできる体制整備を進めました。また、デュースブルクエッセン大学の研究センター（Center for Nanointegration Duisburg-Essen（CeNIDE））と本学数理物質系における部局間協定の締結にも大きく貢献し、次世代の環境エネルギー分野を担う世界的な拠点形成が開始されました。
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「新しい知の創造と産業界への橋渡し」に取り組みました。
このような活動を通じて、筑波大学の中期目標・中期計画にも謳われている「能動的産学連携活動」
や「国際的な産学連携活動」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

1.1 設置の趣旨

1

1.2 沿革2

1.3 歴代センター長

3

1.4 TREMS ロゴ

3

2. 組織
2.1 構成員

4

2.2 委員会

5

2.3 学内委員会

5

2.4 組織図

62.5 部門7

2.6 WEB10

2.7 所在地

10

3. センター活動報告
3.1 運営委員会等

11

3.2 セミナー、シンポジウム等開催記録

11

3.3 実績報告

17

3.4 TREMSが関わるその他の活動

20

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

70(3) 電気エネルギー制御部門

97

4.2 競争的資金獲得状況

134

4.3 共同研究

138

4.4 研究生等の受け入れ

143

4.5 受賞

144

4.6 学会活動・各種委員など

145

4.7 新聞報道・特記事項他

148

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 平 成 15 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、平成２３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。
さ て 平 成 ２ ６ 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 、 平 成 ２ ９ 年 １ ０ 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 。
初 年 度 の 末 に は ド イ ツ の 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、２年目となる平成３０年度には、いくつもの研究会や国際シンポジウムを行うなど、国内外の連携に向けてその活動を加速させています。

─1─

1.2 沿革2000 年
2001 年
2002 年
2003 年

2004 年
2006 年
2007 年2008 年2009 年

2010 年
2011 年
2012 年2013 年

2014 年2015 年

2016 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
3月
10 月
11 月
3月
3月
7月
1月
3月
3月
10 月
11 月
3月
4月
3月
4月
12 月
12 月
8月
8月
9月
1月

20 日
5・6 日
9・10 日10~12 日18・19 日18 日
2・3 日
9・10 日
1日
1日
17・18 日
1日
26 日~
6日
6・7 日

8月
9月

~翌 3 月1日

3月

16・17 日

9月

30 日

12 月
4月

4日

1日
19 日
17 日
10・11 日
15 日
1日
16・17 日
1・2 日
13・14 日
25 日

9月
9 月 17~19 日｢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
学際物質科学研究センターのスタート（4 研究コア）
センター看板上掲式（共同研究棟 A）
スタートアップシンポジウム（つくば研究交流センター）
開所式、記念講演会（筑波大学大学会館）
TIMS 客員研究員として 1 名採用
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
アトミックテクノロジー国際シンポジウム（ISAT-2007）の開催
第2 回アトミックテクノロジー国際シンポジウム（ISAT-2）の開催
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
第 1 回学際物質科学国際シンポジウム（ISIMS-1）の開催
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
台湾国立清華大学との合同ワークショップ開催
第 3 回アトミックテクノロジー国際シンポジウム（ISAT-3)の開催
第 2 回学際物質科学国際シンポジウム（ISIMS-2）の開催
第 2 回筑波-新竹合同シンポジウム（TSAMS-2009）の開催
第4 回アトミックテクノロジー国際シンポジウム（ISAT-4）の開催
TIMS 客員研究員を 1 名採用
第 3 回筑波-新竹合同ワークショップ（TSAMS-2010）の開催
第 3 回学際物質科学国際シンポジウム（ISIMS-2011）の開催
TIMS 改組 新体制スタート （3 分野 9 研究コア）
TIMS 客員研究員として新たに 5 名採用
第 4 回筑波大-台湾国立清華大合同シンポジウムの開催
TIMS 客員教員として、新たに 10 名の教授・准教授の採用
筑波大学開学 40+101 周年記念事業として「つくば物質科
学週間 2013」を共催
2014 CENIDE-CNMM-TIMS Joint Symposium on
Interdisciplinary Nano-Science and Technology の開催
共同研究棟Ａ耐震工事により 10 部屋を同棟１階へ移転
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
2015 CENIDE-CNMM-TIMS Joint Symposium on
Nanoscience and -technology の開催
筑波大学がつくば国際会議場エポカルにおいて開催した
TGSW2015 に共催としてセッションを開催
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
筑波大学がつくば国際会議場エポカルにおいて開催した─2─

2017 年

3月
9月
10 月

2018 年3月

2019 年

4月
7月
10 月
1月

TGSW2016 に共催としてセッションを開催
10・11 日 2017 TIMS-CENIDE-NTHU Joint Symposium on Nanoscienceand Nanotechnology を筑波大学で開催
25~27 日 筑波大学がつくば国際会議場エポカルにおいて開催した
TGSW 2017 に共催としてセッションを開催する
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
8・9 日 2018 Joint Symposium on Energy Materials Science andTechnology (Workshop of Pre-Strategic Initiatives)を筑波大学で開催
1 日 基礎融合リサーチグループに 9 名が新たに採用
1 日 客員教員 2 名が新たに採用
16 日 客員教員 1 名が新たに採用
1 日 エネルギー物質部門に 1 名が新たに採用
基礎融合リサーチグループに 1 名が新たに採用

1.3 歴代センター長

TREMS2017 年 10 月～2019 年 3 月
2019 年 4 月 1 日～

1.4

鍋島達弥
（化学域）
神原貴樹 （物質工学域）

TREMS ロゴマーク

─3─

2.組織
2.1 構成員
センター長 鍋島達弥
副センター長 神原貴樹
マテリアル分子設計部門
中村潤児
神原貴樹
鍋島達弥
山本泰彦
山本洋平
桑原純平
近藤剛弘
辻村清也
中村貴志
エネルギー物質部門
守友浩
岡田晋
都倉康弘
西堀英治
初貝安弘
柳原英人
羽田真毅
笠井秀隆
小林航
丹羽秀治
電気エネルギー制御部門
上殿明良
岩室憲幸
佐々木正洋
只野博
梅田享英
櫻井岳暁
蓮沼隆准
奥村宏典
基礎融合リサーチグループ
伊藤良一
神田晶申
末松崇
都甲薫
丸本一弘
重田育照
松岡亮太
所裕子
藤谷忠博
崔準哲

教授 （数理物質系、化学域）
教授 （数理物質系、物質工学域）

教授
教授
教授
教授
教授
准教授
准教授
准教授
助教

（数理物質系、物質工学域、部門長)（数理物質系、物質工学域)（数理物質系、化学域）（数理物質系、化学域）（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、化学域）

教授
教授
教授
教授
教授
准教授
准教授
助教
助教
助教

（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）

教授
教授
教授
教授
准教授
准教授
教授
助教

（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）

准教授（数理物質系、物理工学域）
教授（数理物質系、物理学域）
教授（数理物質系、物理工学域）
准教授（数理物質系、物理工学域）
准教授（数理物質系、物質工学域）
教授（数理物質系、物理学域）
助教（数理物質系、化学域）
教授（数理物質系、物質工学域）
研究チーム長 （産業技術研究所）
研究チーム長 （産業技術研究所）

─4─

客員教員

客員研究員

事務職員

加納英明
准教授
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
千葉湧介
助教
田中真伸
教授
ISLAM Ashraful 教授
雨宮健太
客員教授
荒川裕則
客員教授
大島武
客員教授
小笠原寛人 客員教授
駒場慎一
客員教授
坂田修身
客員教授
竹口雅樹
客員教授
筒井智嗣
客員教授
松尾豊
客員教授
森利之
安田弘之
大谷実
安田剛
新井正男
則包恭央

（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）（数理物質系、化学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理学域）（高エネルギー加速器研究機構）（東京理科大学 名誉教授）（量子科学技術研究開発機構）（ＳＬＡＣ国立加速器研究所）（東京理科大学）（物質・材料研究機構）（物質・材料研究機構）（高輝度光科学研究センター）（University of Science and Technology of China東京大学）（物質・材料研究機構）（産業技術総合研究所）（産業技術総合研究所）（物質・材料研究機構）（物質・材料研究機構）（産業技術総合研究所）

客員教授
客員教授
客員准教授
客員准教授

太田啓一
小岩美樹

（主任）
（事務補佐員）2.2 委員会

TREMS 運営委員会
鍋島達弥 （センター長、TREMS）
中村潤児 （部門長、TREMS）
上殿明良 （部門長、TREMS）
佐々木正洋 （TREMS）

TREMS 運営協議委員会
鍋島達弥 （センター長、TREMS）
中村潤児 （部門長、TREMS）
上殿明良 （部門長、TREMS）
佐藤一彦 （産業技術総合研究所）
西堀英治 （TREMS）

神原貴樹 （副センター長、TREMS）
守友浩（部門長、TREMS）
西堀英治 （TREMS）

神原貴樹 （副センター長、TREMS）
守友浩（部門長、TREMS）
斎藤一弥 （数理物質系長）
岸本直樹 （審議役、物質･材料研究機構）
佐々木正洋 （TREMS）

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

─5─

鍋島達弥
鍋島達弥

2.4 組織図

─6─

2.5 部門
マテリアル分子設計部門
マテリアル分子設計部門では、レアメタルの白金に代わる燃料電池炭素触媒、CO₂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で成果を挙げ、Science、Advanced Materials、Nano Letters、Chem.Commun、Macromolecules などの学術誌に論文が掲載された。また、2016 年度に SCIENCE 誌に発表した窒素ドープカーボン触媒の活性点に関する論文は引用件数が 1300 回を超えた。本論文の焦点となったピリジニック窒素に関する研究は世界的に活発となり、研究の波及効果が極めて大きい。科研費獲得も順調であり、科研基盤 A 2 件、科研基盤 B
３件のほか、JSPS 二国間交流事業共同研究に 3 件採択されている。受賞として、文部科学大臣表彰科学
技術分野、触媒学会賞、Polym. J.賞・日本ゼオン賞があり、学会において業績が高く評価された。TIA か
けはしプロジェクト「白金フリー燃料電池カーボン触媒イノベーション」、「最先端光材料・光テクノロジ
ー国際研究拠点形成に向けた TIA 連携」を進めており、コンソーシアムおよび株式会社プリウェイズ（代表取締役）を設立した。国際共同研究が活発に進められており、Simon Fraser 大学、韓国高麗大学、Indiana
University、Grenoble Alpes 大学， Aix-Marseille 大学，Bordeaux 大学、Queensland 大学、University Colleage
London、Universidad Autónoma de Madrid、Strasbourg 大学、Malaga 大学、Heidelberg 大学、国立清華大学、Duisburg-Essen 大学、Leibniz 光学研究所と共同研究を行った。また、プレ戦略イニシアティブ「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」のプロジェクトを進めている。

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

─7─

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

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

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

神山

重田

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）

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

─8─

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」の三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。また上述の三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。

─9─

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

─ 10 ─

3.センター活動報告
3.1 運営委員会等
エネルギー物質科学研究センター運営委員会
原則として、毎月１回運営委員会を開催し、TREMS 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。平成 30 年度は、4/19（木）、5/21（月）、6/29（金）、9/5（金）、10/16（火）、11/12（月）、12/20（木）、1/30（水）、3/6（水）の計９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
2018/04/18

大学院セミナー： 大 島 武（ 量 子 科 学 技 術 研 究 開 発 機 構

量子ビーム科学研 究 部 門 プ ロ ジ ェ ク ト リ ー ダ ー / 上 席 研 究 員 ）「 炭 化 ケ イ 素 半 導 体 の 放
射線照射効果に関する研究－放射線を悪とみるか善とみるか－」

2018/04/18

会場：

筑波大学

世話人：

上殿明良

第 3 エリア

3F800

大学院セミナー： 山 崎 聡（ 産 業 技 術 総 合 研 究 所

先進パワーエレクトロニクス研究センター）「 ダ イ ヤ モ ン ド 半 導 体 の お も し ろ さ と 研究開発動向 」

2018/04/19

会場：

筑波大学

世話人：

上殿明良

第 3 エリア

物質科学セミナー：

3F800

林正太郎（防衛大学校応用化学科

講 師 ）「 柔 軟 で

稠 密 な π 造 形 シ ス テ ム ～ Elastic Organic Crystals of π-Conjugated
Molecules～ 」（共催）

2018/05/14

会場：

筑波大学 3B213 プレゼンテーションルーム

世話人：

山本洋平

物 質 科 学 セ ミ ナ ー：

武 田 洋 平（ 大 阪 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科

准教授）「新奇ドナー・アクセプター系 π 共役分子を活用した次世代発光分子材 料 の 創 製 」（共催）

2018/05/30

会場：

筑波大学 3B213 プレゼンテーションルーム

世話人：

山本洋平

物性論セミナー：下出敦夫（理化学研究所

基礎科学特別研究員）“Theory of Orbital Mag netic Quad rupole Mo ment and Magn etoelectric
Susceptibility”
会場：
世話人：
2018/06/18

筑 波 大 学 自 然 系 学 系 棟 B 棟 60 2 号 室
吉田恒也

超 分 子 化 学 講 演 会：

Prof. Jeremy Brandel(Strasbourg University, France)“Ionic recognition in solution applied to the fields of environment and health”
会 場 ： 筑 波 大 学 総 合 研 究 棟 B 0609 -2

─ 11 ─

世話人：
2018/06/18

鍋島達弥
保 科 宏 道 (理 化 学 研 究 所

物質科学セミナー：

テラヘルツイメージン グ 研 究 チ ー ム 「 テ ラ ヘ ル ツ 光 に よ る 高分子構造の 解 明 と 操 作 」（共催）

2018/07/09

会場：

筑 波 大 学 3 B213 プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン ル ー ム

世話人：

山本洋平
植 村 卓 史 (東 京 大 学 大 学 院 新 領 域 創 成 科 学 研 究 科

物 質 科 学 セ ミ ナ ー：

教 授 ) 「 錯 体 ナ ノ 空 間 で 高 分 子 を 制 御 す る 」（ 共 催 ）会 場 ： 筑 波 大 学 3B213 プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン ル ー ム
世話人：
2018/7/24

山本洋平

物 質 科 学 セ ミ ナ ー：森 崎 泰 弘（ 関 西 学 院 大 学 理 工 学 部

教授）「 [2.2]

パ ラ シ ク ロ フ ァ ン が 創 る 積 層 π 電 子 系 の 構 築 と 機 能 」（ 共 催 ）2018/08/01

会場：

筑 波 大 学 3B213 プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン ル ー ム

世話人：

山本洋平
Pro fesso r E.W.Meijer （ In stitute for Co mplex

物質科学セミナー：

Mo lecular Systems, Laboratory of Macromolecular and Organic Chemistry& Laboratory of Chemical Biology, Eindh oven Univ ersity of Techn ology）“Masteringco mp lexity:

non -co valentsynthesisoffunctional

supramolecular systems and materials”（ 共 催 ）2018/08/06

会場：

筑 波 大 学 3B213 プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン ル ー ム

世話人：

山本洋平

大学院共通科目「地球規模課題と国際社会：環境・エネルギー」
荒 川 裕 則（ 東 京 理 科 大 学 名 誉 教 授 ）、松 尾 豊（ 東 京 大 学 ）、安 田 剛（ NIMS ）会場：

2018/09/19

筑 波 大 学 総 合 研 究 棟 B 6 09 -2

筑 波 大 学 ―NIMS 特 別 セ ミ ナ ー ：Dr. Samindran ath Mitra （ Ed itor,

Physical Review Letters 誌 編 集 長 ） “Phy sics after the lab and the desk:
Your work inPRL”（ 共 催 ）会場：

つくば国際会議場

中 会 議 室 202

世 話 役 ： Yasuh iro Hatsugai (Un iv. Tsukub a)、 Ken -ichi Uchida (NIMS)
2018/11/13

物質科学セミナー：

森本正和（立教大学理学部化学科

教 授 ）「 フォ ト ク ロ ミ ッ ク 分 子 ・ 分 子 結 晶 の 光 応 答 機 能 」（ 共 催 ）2018/11/20

会場：

筑 波 大 学 3B213 プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン ル ー ム

世話人：

山本洋平

超 分 子 化 学 講 演 会：

服 部 徹 太 郎（ 東 北 大 学 大 学 院 工 学 研 究 科

教授）「難分離性混合物の分離を志向したカリックスアレーン結晶による有機 分 子 の 包 接 に 関 す る 研 究 」（ 共 催 ）会場：
世話人：
2018/12/11

筑波大学総合研究棟 B

0 110 公 開 講 義 室

鍋島達弥

物質科学セミナー：

廣瀬崇至（京都大学化学研究所

教 授 ）「 キ ラリ テ ィ ー を 持 つ 多 環 芳 香 族 化 合 物 の 合 成 と 分 子 機 能 の 開 拓 」（ 共 催 ）─ 12 ─

2018/12/14

会場：

筑 波 大 学 3B213

世話人：

山本洋平

物 性 論 セ ミ ナ ー：

プレゼンテーションルーム

松 田 祐 司（ 京 都 大 学 理 学 研 究 科

教 授 ）〝 Majorana

fermions and half-integer thermal quantum Hall effect in a quantum spin liquid″
会場：

筑波大学自然系学系棟

世話人：
2018/12/19

B602 号 室

初貝安弘

物 性 論 セ ミ ナ ー：

大 熊 信 之 氏（ 京 都 大 学 基 礎 物 理 学 研 究 所 ）〝 Real-Space Topological Classi fication: High er-o rd er top olo gy and AtiyahHirzebruch spectral sequence″
会場：

筑波大学自然系学系棟

世話人：
2019/01/15

B602 号 室

溝口知成

プレ戦略「次世代物質・デバイス戦略開発拠点」講演会
TIA か け は し 「 温 度 変 化 で 発 電 す る モ バ イ ル 発 電 機 」 講 演 会
講師：

筒井智嗣氏（高輝度光研究センター主幹研究員（非弾性散乱

チ ー ム リ ー ダ ー ））
タイトル：
会場：
2019/01/16「高分解能 X 線非弾性散乱によるフォノン物性」

筑波大学自然系学系棟

物 質 科 学 セ ミ ナ ー：B118 大 教 室

熊 谷 崇 氏（ フ リ ッ ツ ハ ー バ ー 研 究 所 グ ル ー プ リ

ー ダ ー ） 〝 Physical Chemistry with Sing le Molecules—Hyd rog en -Transfer
Dynamics
会場：
世話人：
2019/02/19

Studied by Scanning Probe Micro scopy "（ 共 催 ）筑 波 大 学 3 B213 プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン ル ー ム
近藤剛弘
Fedo r Jelezko 教 授

物理工学域セミナー：（ Institute of Quantu m optics, Ulm University, Germany Center for
Integrated Qu antum Science an d Te chnolo gy (IQst), Ulm Un iversity,
Germany） 〝 Diamond quan tum sen so rs"（ 主 催 ）会場：
世話人：
2019/02/26

筑 波 大 学 第 3 エ リ ア 3 F8 00
磯谷順一，上殿明良

物 質 科 学 セ ミ ナ ー： 松 永 有 理 氏（ 三 井 化 学 株 式 会 社 コ ー ポ レ ー ト コ
ミュニケーション部）「 B2B 企 業 と ク リ エ イ テ ィ ブ の 出 会 い 部 活 か ら
始 め る イ ノ ベ ー シ ョ ン 」（ 共 催 ）植 草 貴 行 氏 （ 三 井 化 学 株 式 会 社 エ ラ ス ト マ ー 事 業 部 ）「 オ レ フ ィ ン 系
ポ リ マ ー 『 ABSORTOMER ® 』 の 開 発 と 用 途 展 開 」（ 共 催 ）2019/03/14

会場：

筑 波 大 学 3B213

世話人：

山本洋平

プレゼンテーションルーム

物 質 科 学 セ ミ ナ ー ： 辻 勇 人（ 神 奈 川 大 学 理 学 部

教授）「炭素架橋オリゴ フ ェ ニ レ ン ビ ニ レ ン （ COPV） :極 低 温 環 境 を 温 室 で 」（ 共 催 ）会場：

筑 波 大 学 3B213 プ レ ゼ ン テ ー シ ョ ン ル ー ム

世話人：

山本洋平

─ 13 ─

シンポジウム・ワークショップ
2018/06/19

筑 波 大 学 エ ネ ル ギ ー 物 質 科 学 研 究 セ ン タ ー （ TREMS） 全 体 会 議会 場 ： 総 合 研 究 棟 B 011 0 公 開 講 義 室
TREMS 構 成 メ ン バ ー ｢ 全 体 ミ ー テ ィ ン グ ｣2018/08/29

第 6 回 TIA ナ ノ グ リ ー ン ・ サ マ ー ス ク ー ル （ 主 催 ）

~31

会場：

筑波大学総合研究棟 B

松 尾 豊 （ 東 京 大 学 ）、 安 田 剛 （ NIMS）、
則 包 恭 央 （ AIST）、 竹 口 正 樹 （ NIMS）
安 田 弘 之 （ AIST）、 森 利 之 （ NIMS）
2018/09/20

TGSW 2018

Session 7 -1

「材料研究に関する学生ポスター発表会」
ポ ス タ ー 48 件

（共催）学生ポスター発表会
会場：
2018/09/22

つくば国際会議場

TGSW 2018

小 会 議 室 201 A

Session 4-1 「 持 続 可 能 な 社 会 の 実 現 に 向 け た 光 と 分 子・

物 質 ・ 生 命 科 学 の ア ン サ ン ブ ル 」（ 共 催 ）会場： つくば国際会議場

小 会 議 室 202 B

Pro f. Amar Flo od (Ind ian a Un iv. USA)
”Anions in Molecular Recog nition , Switching , an d Hierarchical Assembly”
Dr. Katsuhiko Ariga (NIMS & Univ. o f To kyo, Japan )“Control of Molecu lar Machine, 2D Material, and Life at Lang muirInterface”
Prof. Hyo Jae Yoon (Korea Univ. Korea)” Mix ing fo r Good: Charg e Tunn eling acro ss Large-area MolecularElectronic Devices based on Mixed Self-Assemb led Mono layers”
Pro f. Tatsuya Nab eshima (Univ. Tsukub a)” Design, Syn thesis and Novel Function s o f BODIPY Derivatives”
Dr.Jer-Shing Huang (Leibniz In st. Germany )“Goos-Hänchen Shift an d Plasmon Coupling o f Whispering -g allery Modes
in a Self-assembled Fluo rescent π-co njug ated Poly mer Sphere on Ultra Flat
Gold Surface”
Dr. Yasu hiro Ish ida (RIKEN)” Photonic Crystals Compo sed o f 99 % Water an d 1 % Inorgan ic Nano sheet”
Dr. Takashi Nakanishi (NIMS)” Novel Soft Matter/Materials; Optoelectronically-active Alkyl-π Molecular Liquids”
Prof. Maurizio Ferrari (CNRS, Italy)” Glass and Glass-Ceramic Photonic Sy stems: advances and perspectiv es”
Dr. Tadaaki Nagao (NIMS) Thang D. Dao, Kai Chen , Sato sh i Ishii, RobertP. H. Chang”

Nanomaterials

andTh eirSu rface

Plasmonics Applications”

─ 14 ─

Function alization

fo r

In frared

Pro f. Yoh ei Yamamoto (Univ. Tsukub a)” Self-Assembled Organic/Polymeric Microlasers and Photoswitchable Arrays”
Dr. Fumio Sasaki (AIST)“Develop mentsoforgan ic

semiconduc tor

microcavities:

from

wafer

processes to solution processes”
Pro f. Tatsuya Mo ri (Univ. Tsuk uba)
” Terahertz Time-Do main Sp ectrosco py o f Lyoph ilized Protein Ly sozy me –Universal Dynamics of Diso rdered System in the Terahertz Region –”Mr. Mario Ziegler (Leib niz In st. Germany )” Metastable Atomic Lay er Deposition ”
2018/10/09

201 8 Jo int Sy mpo sium on En ergy Materials Scien ce and Technology(Workshop of Pre-Strategic Initiatives)
会場：

イ イ ノ ホ ー ル &カ ン フ ァ レ ン ズ セ ン タ ー 4 階

2018/11/07

Southeast Asia Collaborative Symposium on Energy Materials 2018

～11/09(SACSEM2018 )（ 共 催 ）会 場 ： 筑 波 大 学 総 合 研 究 棟 B 011 0 公 開 講 義 室 、 0112 講 義 室
Pro f. Radovic Ljub isa (Penn State Un iv.), Pro f. Loh Kee Shy uan , Prof
Azizan Ahmad , Dr.Teh Lee Peng , Dr. Mo hd Suko r Bin Su Ait, Dr. Mohd Asri
Mat Teridi (Universiti Kebang saan Malaysia),Prof. Hirohito Ogasawara(SLAC), Pro f. Arie Wibo wo (In stiut Teknologi Bandung ),Pro f. Rikson
Asman Fertiles Siburian (Univ ersitas Sumatera Utara), Prof En rique
Herrero Rodriguez (Univ.of Alicante), Pro f. Kotaro Takeyasu, Prof. Seiya
Tsujimura, Prof. Yohei Yamamoto, Prof. Takash i Su emasu, Prof. Takeak i
Sak u rai, Pro f. Mu neaki Hasem, Prf. Junji Nakamu ra (Univ.o f Tsukuba)

2018/11/26

第一回プレ戦略研究会「次世代物質・デバイス戦略開発拠点
第 一 回 TIA か け は し 研 究 会 「 温 度 変 化 で 発 電 す る モ バ イ ル 発 電 器 」
会 場 ： 筑 波 大 学 自 然 系 学 系 棟 B 118
守友浩（物理学域、TREMS）「趣旨説明」
竹 内 恒 博 （ 豊 田 工 大 ）「 Cu 2 Se で 観 測 さ れ る 異 常 ゼ ー ベ ッ ク 効 果 と巨大な無次元性能指数」
柳 原 英 人（ 物 理 工 学 域 、TREMS）「正方晶フェライト磁石材料の開発」
守 友 浩（ 物 理 学 域 、TREMS）「エントロピーの視点からの熱発電セル物質探索」
西 堀 英 治 （ TREMS ）「 超 臨 界 反 応 場 に お け る CeO2 ナ ノ 粒 子 の 構 造 」
百 武 篤 也 （ 化 学 域 ）「 第 二 高 調 波 （ SHG） 顕 微 鏡 の た め の 分 子 開 発 」
福 住 勇 也（ 物 理 学 専 攻 ）「 Nax Co O2 の 起 電 力 の 温 度 係 数 の x 依 存 性 と物理的解釈」

2018/12/10

第 2 回 TIA かけはし研究会「温度変化で発電するモバイル発電器」
会場：

筑 波 大 学 自 然 系 学 系 棟 B60 2

─ 15 ─

下 位 幸 弘 （ AIST）「 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 用 い た 有 機 材 料 研 究 」
安 田 剛 （ NIMS）「 有 機 薄 膜 デ バ イ ス 用 高 分 子 材 料 の 現 状 」
守 友 浩 （ 物 理 学 域 、 TREMS）「 熱 発 電 セ ル 材 料 と 材 料 の 要 求 仕 様 」
守 友 浩 （ 物 理 学 域 、 TREMS）

世話人：
2018/12/17

第 2 回プレ戦略研究会「次世代物質・デバイス戦略開発拠点」
第 3 回 TIA かけはし研究会「温度変化で発電するモバイル発電器」
筑 波 大 学 自 然 系 学 系 棟 B118 大 教 室

会場：

守 友 浩 （ 筑 波 大 、 TREMS）「 趣 旨 説 明 」
内 田 健 一 （ NIMS）「 ス ピ ン カ ロ リ ト ロ ニ ク ス の 現 状 と 展 望 」
藤 井 武 則（ 東 大 低 温 セ ン タ ー ）「 電 気 二 重 層 を 使 っ た 新規熱電素子の 開 発 」
柴 田 恭 幸 （ 群 馬 高 専 ）「 発 電 セ ル （ 仮 題 ）」櫻 井 岳 暁 （ 筑 波 大 、 TREMS）「 Cu(In,Ga)(S,Se)2 太 陽 電 池 の バ ン ド エ ン
ジニアリングによる高効率化とその課題」
丹 羽 秀 治 （ 筑 波 大 、 TREMS）「 軟 X 線 吸 収 分 光 法 に よ る NaxCoO₂の 酸
素正孔観察」
世話人：
2019/01/12

守 友 浩 （ 物 理 学 域 、 TREMS）

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（主催）会場：

筑 波 大 学 総 合 研 究 棟 B 011 0 公 開 講 義 室

中 村 潤 児 （ 筑 波 大 ）「 マ テ リ ア ル 分 子 設 計 部 門 の 研 究 成 果 」
辻 村 清 也 （ 筑 波 大 ）「 印 刷 型 酵 素 電 池 の 開 発 」
山 岸 洋 （ 筑 波 大 ）「 耐 熱 性 と 自 己 修 復 性 を 両 立 し た 多 孔 性 結 晶 の 発 見 」
桑 原 純 平 （ 筑 波 大 ）「 共 役 高 分 子 材 料 の 短 工 程 合 成 」
守 友 浩（ 筑 波 大 ）「部門の紹介」「酸化還元を利用したエネルギーハーベスト」
西 堀 英 治 （ 筑 波 大 ）「 エ ネ ル ギ ー 関 連 物 質 の 放 射 光 構 造 科 学 研 究 － 合成その場観察と、精密構造評価－」
岡 田 晋（ 筑 波 大 ）「新しい原子層エネルギー材料設計に向けたヘテロ境界のエネルギー論」
柳 原 英 人（ 筑 波 大 ）「 高周波磁気評価技術の 開 発 と 高磁気異方性材料の 開 拓 」
都 倉 康 弘 （ 筑 波 大 ）「 量 子 ド ッ ト 系 を 用 い た 熱 サ イ ク ル と 2 フ ォ ノ ン
プロセス」
初 貝 安 弘 （ 筑 波 大 ）「 ト ポ ロ ジ カ ル 物 質 を 用 い た エ ネ ル ギ ー 輸 送 」
上 殿 明 良 （ 筑 波 大 ）「 本 日 の 報 告 会 に つ い て 」
磯 部 高 範（ 筑 波 大 ）「高速スイッチングパワーデバイス特性を引き出す
パワエレ回路の研究」
ア ボ ラ イ ・ ト ラ オ レ （ 筑 波 大 ）・ 牧 野 俊 晴 （ AIST）“Dynamic prop erties o f diamond bipo lar d evices”
櫻 井 岳 暁 （ 筑 波 大 ）「 共焦点ラマン分光による 4H-SiC/SiO2 界面物性評価」
大 島 武（ QST）
「量子センシングに向けた量子ビームを用いた炭化ケイ
素中への発光中心の創製」

─ 16 ─

磯 谷 順 一（ 筑 波 大 ・ 名 誉 教 授 ）「ダイヤモンドのカラーセンターを用いる高感度磁気センサ」
2019/01/21

第 3 回プレ戦略研究会「次世代物質・デバイス戦略開発拠点」
会場：

筑 波 大 学 自 然 系 学 系 棟 B118 大 教 室

笠 井 秀 隆 （ 西 堀 研 ）「 実 験 電 子 密 度 を 用 い た 熱 電 材 料 ZnSb の 化 学 結 合の研究」
Mu hammad Monirul ISLAM（ 櫻 井 研 ） ”Study o f Structu ral, Optical, andPhotocatalytic Properties of BiVO₄ materials”
佐 伯 亮（ 大 塩 研 ）「段階的プロトン脱離に伴う電子状態変化を示す金属
錯体の研」
Kailong Hu（ 伊 藤 研 ） ”Graph ene lay er en cap su lation o f non -nob le metal
nanoparticles as acid -stable hyd rogen evolution cataly sts”
世話人：
2019/01/25

守 友 浩 （ 物 理 学 域 、 TREMS）

Meeting on An interactio n p rogram between Univ ersity o f
Tsuk uba and Chon nam（ 共 催 ）会場：

筑波大学総合研究棟 B

2019/01/28

The 2nd Southeast Asia Co llabo rativ e Sympo siu m on En ergy

～ 29

Materials(SACSEM 2nd )（ 共 催 ）会場：

筑 波 大 学 総 合 研 究 棟 B 0 110 公 開 講 義 室 、 0112 講 義 室

K azuh iro Hono, Tak ao Mor i, Yosh ih iko Takano, Seiji Mitan i,
Ma s ayuk i Ta keu ch i (N IMS) , Sh in ji Yua sa , H irom ich i K a taur a,
Ya suo Nor ikane (AIST), H ar i Muh ammad , Br ian Yu liar to , Afr iy an ti
Su mbo ja, Ar ie Wibowo (In stitu te Tekno log i Bandung), Mohammad
Bin K assim, A z iz an Ahmad, Lee Tian Khoon (Un iv ersiti K ebang saan
Ma lay s ia) , Suh a ila S epe a i (So lar En ergy Res ear ch In s titu te),H ayy iratu l Fatimah Bt Mohd Zaid (Un iv ersiti Tekno log i PETRONAS)

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。平成 30 年度は「TGSW2018」において２つのシンポジウムを企画し、多くの参加者を集めた。６月には TREMS 全体会議を、１月には TREMS ワークショップを開催し、各部門・グループの研究成果を共有するとともに、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
ポジウムも積極的に開催し、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 8 回、セミナー・講習会は（共催含む）14 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・サマースクールも例年通りに開催し、TREMS 教員・客員教員が─ 17 ─

講義及びポスター発表等の指導を行い、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、国際一流誌における多数の論文発表など、平成 30 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。
TREMS 全体会議
2018 年 6 月 19 日（火）に、筑波大学エネルギー物質科学研究センター（TREMS）の全体ミーティ
ングが開催されました。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、基礎融合リサーチの研究紹介を行った。他大学関係者の参加者を集めた。
日時 ： 平成 30 年 6 月 19 日（火） 13：40~18：15
場所 ： 筑波大学 総合研究棟 B 0110 公開講義室
懇親会会場 ： 第二エリア２Ｂ棟１Ｆカフェ マルハバン
主催 ： 筑波大学エネルギー物質科学研究センター
参加人数 ： 約 60 名（TREMS 関係者、その他大学関係者）

第 6 回 TIA ナ ノ グ ー ン ・ サ マ ー ス ク ー ル
8 月 29 日～31 日の日程で環境エネルギー分野のイノベーション、いわゆるグリーンイノベーショ
ンに貢献する人材育成教育プログラムとして、第 6 回 TIA ナノグリーン・サマースクールを開催した。
対象はナノグリーンに興味を持つ大学院生及び社会人で、今年の受講者は外国人 2 名を含む 17 名であった。そのうち筑波大学以外の大学院からの参加者 1 名、社会人大学院生 1 名、また講義の聴講も2 名おり、幅広い研究交流の場となった。本サマースクールのプログラムの根幹は、ナノグリーンに関する基礎から先端研究までを含む講義である。TREMS 客員教 7 名（産総研、NIMS、東京理科大、東大）が講義を担当し、太陽電池、光デバイス、燃料電池、先端計測についての講義を行った。また、
TIA ナノエレクトロニクス・サマースクールとの合同ポスターセッション、レポート作成などを通じて、将来グリーンイノベーションに貢献する人材を育成するために実践的なトレーニングを課した。
最終日には物質・材料研究機構（NIMS）の見学等もあり大学内にとどまらない有意義な教育プログラムとなった。
日時：2018 年 8 月 29 日（水）～31 日（金）主催 ： 筑波大学大学院数理物質科学研究科： 筑波大学エネルギー物質科学研究センター
会場：

筑波大学 総合研究棟 B

参加者 ： 17 名
内訳 ： 大学院生

15 名

研究員

1名

学部生

1名

表彰者 ： ポスター奨励賞

3名

─ 18 ─

〇カリキュラム内容
太陽電池Ⅰ

荒川裕則（産業技術総合研究所）

太陽電池Ⅱ

松尾 豊（東京大学）

光デバイスⅠ安田 剛（物質・材料研究機構）

光デバイスⅡ 則包恭央（産業技術総合研究所）
先端計測

竹口雅樹（物質・材料研究機構）

触媒

安田弘之（産業技術総合研究所）

燃料電池

森 利之（物質・材料研究機構）

ナノエレ・ナノグリーン合同ポスターセッション
施設見学

物質・材料研究機構

ナノエレ・ナノグリーン合同交流会
Tsukuba Global Science Week 2018 (TGSW 2018)2018 年 9 月 22 日（土）につくば国際会議場において Tsukuba Global Science Week 2018 (TGSW 2018)が開催された。
Session 4-1
Ensemble of Light with Molecules, Materials, and Life for Sustainable Society(持続可能な社会の実現に向けた光と分子・物質・生命科学のアンサンブル)
日時 ： 平成 30 年 9 月 22 日（土） 9：30～18：00
場所 ： つくば国際会議場 小会議室 202B
参加者総数 ：

44 名

内訳 ： 講演者 13 名（学外 10 名 学内 3 名）内 外国人 5 名
一般 13 名
学生 18 名2018 Joint Symposium on Energy Materials Science and Technology(Workshop of Pre-Strategic Initiatives)2018 年 10 月 9 日（火）シンポジウムでは、TIA のオープンイノベーションプラットフォームから生まれた光電子技術の産業化や MEMS などのイノベーション事例を紹介されるとともに、TIA の成果と「かけはし」の進展状況などを紹介するポスター（５３枚）によるポスターセッションを実施されました。このポスターセッションにおいて TREMS の宣伝を行った。

─ 19 ─

日時 ：2018 年 10 月 9 日（火）

主催 ：

TIA

共催 ： 筑波大学エネルギー物質科学研究センター(TREMS)
会場 ： イイノホール&カンファレンズセンター4 階エネルギー物質科学研究センターTREMS ワークショップ
2019 年 1 月 12 日（土）、筑波大学総合研究棟 B 0110 公開講義室において、「平成 30 年エネルギー科

学研究センター（TREMS）ワークショップ報告会」を開催した。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研究内容の紹介を行った。
日時 ：2019 年 1 月 12 日（土）13： 00～ 18： 10

場所 ： 筑波大学総合研究棟 B 0110 公開講義室
主催 ： エネルギー物質科学研究センター
参加員総数 ：
内訳 ：34 名

教職員 28 名
学生 3 名一般 3 名3.4

TREMS が関わるその他の活動

・平成 30 年度プレ戦略イニシアティブ「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」（拠点代表者：山本洋平） 継続
新しい光技術の開発とそれらを用いた物質科学・生命科学研究への展開に対する期待が高まっており、また、物質・生命科学研究を行う上で最先端光計測技術の利用は必要不可欠となっている. 本
拠点では、最先端光技術を駆使して新しい物質科学・生命科学研究を展開し、未知なる現象の発掘と新原理の解明に向けた研究を推進する。また、さらなる光計測技術の開発を進め、世界オンリー
ワンの光物質科学研究拠点の形成を目指す。
・平成 30 年度プレ戦略イニシアティブ「次世代物質・デバイス戦略開発拠点」（拠点代表者：守友浩）
継続
次世代物質・デバイス戦略開発拠点では、技術革新の源である機能物質を戦略的に関発することを目的とする。特に、(1)既存デバイスの飛躍的な高性能化、(2)新しい原理に基づくデバイスの創出、(3)新しい機能を示す生体物質等の開発を目指す。

─ 20 ─

・平成 30 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：最先端光材料・光テクノロジー国際拠点に向けた TIA 連携（研究代表者：山本洋平）継続
光化学研究国際コンソーシアムの形成に向けた調査研究を実施する。筑波大学のソフト光機能材料
研究と NIMS・AIST による光物性評価・デバイスの構築、さらに企業や海外の研究機関との連携研究を推進し、産官学によるソフト光材料・光テクノロジー研究拠点形成に向けた活動を推進する。
・平成 30 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：モバイル発電器の科学基盤の構築と高効率化（研究代表者：守友浩）継続
二次電池技術を転用した新しいタイプの発電変換素子（熱発電セル）を提案する。このセルでは二次電池の正極と負極に熱起電力の符号の異なるレドックス物質を配置する。このセルは温度変化を電力に変換するため、モバイル発電等、様々な用途で活用できる。本デバイス実現に向けて、巨大熱発電起電力を示すレドックス材料の開発を行う。
・平成 30 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：放射光 X 線解析を用いた革新的二次電池材料の設計へ向けた調査研究（丹羽秀治

研究代表者：細野英司（AIST））継続

二次電池を中心に、放射光分析を軸に理論的解析から材料合成までを包括した研究開発により、理論に基づいた新奇な開発指針、設計指針を擁立する。
・平成 30 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：ダイヤモンド電子デバイス実用化のための調査研究：企業参画の加速（上殿明良

研究代表者：山崎聡（AIST））継続

ダイヤモンド半導体は、絶縁破壊電界や熱伝導率などの素晴らしい特性を持ち、加えて、他の半導体にはないユニークな物性を持っている。この特性を使い、他半導体を凌駕する特性の電気デバイスを作製するため、共同研究体制を構築する。
・平成 30 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：高性能発電材料の創成と量子ビーム解析（西堀英治研究代表者：神山崇（KEK））継続

高効率の熱電材料の創生には、基礎となる結晶構造、電気伝導率を向上させるための電子状態、熱伝導度を低下させるための格子ダイナミクス、の 3 つの理解と制御が鍵である。量子ビームを用いた微視的な物性評価を結びつけることにより、熱電材料基礎研究の推進力を高めスピード化を目指す。
・平成 30 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：白金フリー燃料電池カーボン触媒イノベーション（研究代表者：中村潤児）継続
燃料電池自動車の本格普及には高価な白金を使用しない触媒開発が必須である。本計画では、白金
フリーカーボン触媒の基礎研究から産業化まで繋ぐ国内初の大規模研究拠点の設立を目指す。申請
代表者の基礎研究成果を発展させ、さらに実用化へ結びつけるために、TIA の 5 研究機関を含む組織が協同して、戦略構築、産業界との交流、情報収集、探索実験、ワークショップ開催および大型
プロジェクト申請を行う。

─ 21 ─

・平成 30 年度筑波大学・ドイツ学術交流会（DAAD）パートナーシップ・プログラム：グリーンテク
ノロジーのための日本‐ドイツ共同研究 -太陽電池、パワーデバイス及び低消費電力デバイスの研究-（上殿明良）
本取り組みは、筑波大学と DAAD との共同イニシアティブで、DAAD および筑波大学が共同で出資提供を行うプログラムであり、個人およびグループの人的交流のための資金提供を通じて筑波大学とドイツの高等教育機関との長期的な協力関係の促進を目的としている。 上殿が 9 月 3-8 日

ミ

ュンヘン工科大学、10 月 14-20 日 ボーフム大学、ハレ大学、櫻井が 10 月 7-15 日 バレ大学を訪問
し、TUR および MLU の研究者と共同で陽電子消滅を用いた物性評価を実施し、成果を上げた。
・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。
・平成 30 年度筑波大学数理物質系・デュースブルクエッセン大学 Center for Nanointegration
Duisburg-Essen（CeNIDE））との部局間協定を締結（中村潤児）TREMS ではこれまでに CeNIDE とのジョイントシンポジウム・共同研究を通じて、触媒や光機能材料などに関する多くの研究成果を挙げてきた。これらの成果に基づき、今後さらに、エネルギー
材料科学に関わる国際共同研究の強化、国際共著論文の増加、研究集会の促進、並びに大学院学生の交流促進を目的として、平成 30 年 2 月に CeNIDE と本学数理物質系における部局間協定を締結するに至った。

─ 22 ─

4.研究活動報告

丸山啓輔（数理物質科学研究科・M2）
江鑫（数理物質科学研究科・M2）
出口理沙（数理物質科学研究科・M2）（１） マテリアル分子設計部門
教員：
中村潤児（数理物質系・物質工学域・教授）
神原貴樹（数理物質系・物質工学域・教授）
鍋島達弥（数理物質系・化学域・教授）
山本泰彦（数理物質系・化学域・教授）
山本洋平（数理物質系・物質工学域・教授）
近藤剛弘（数理物質系・物質工学域・准教授）
辻村清也（数理物質系・物質工学域・准教授）
桑原純平（数理物質系・物質工学域・准教授）
武安光太郎（数理物質系・物質工学域・助教）
中村貴志（数理物質系・化学域・助教）
松岡亮太（数理物質系・化学域・助教）
千葉湧介（数理物質系・化学域・助教）
山岸洋（数理物質系・物質工学域・助教）

下山雄人（数理物質科学研究科・M2）
田下紘（数理物質科学研究科・M2）
佃真之介（数理物質科学研究科・M2）
永井瑛（数理物質科学研究科・M2）
檜森宗（数理物質科学研究科・M2）
北條智大（数理物質科学研究科・M2）
武藤圭汰（数理物質科学研究科・M2）
篠宮僚介〈数理物質科学研究科・M2）
中村俊平〈数理物質科学研究科・M2）
早坂公佑〈数理物質科学研究科・M2〉
大木理(数理物質科学研究科 M2)
Yoo Jooyoung (数理物質科学研究科 M2)
北山雄介（数理物質科学研究科・Ｍ2）
藤野朝日（数理物質科学研究科・Ｍ2）
石居周二（数理物質科学研究科・Ｍ2）
内田真世（数理物質科学研究科・Ｍ2）

研究員：

竹内聖詞（数理物質科学研究科・Ｍ2）

全家美（研究員）

根本美貴（数理物質科学研究科・Ｍ2）

Santosh K.Singh（研究員）
Paul Bappi（研究員）
斉藤仁志（博士特別研究員）
Amandeep Jindal（博士研究員）

秋光上歩（数理物質科学研究科・Ｍ1）
石引涼太（数理物質科学研究科・Ｍ1）
今林拓海（数理物質科学研究科・Ｍ1）
木村和哉（数理物質科学研究科・Ｍ1）

松山英治（技術職員）

古川萌子（数理物質科学研究科・Ｍ1）

伊藤伸一（客員研究員）

大井香穂（数理物質科学研究科・Ｍ1）

林里香（技術補佐員）

田中智恵（数理物質科学研究科・Ｍ1）

松井暁子（技術補佐員）

蛭田剛基（数理物質科学研究科・Ｍ1）
佐藤亮太（数理物質科学研究科・Ｍ1）

大学院生：

周宗揚（数理物質科学研究科・Ｍ1）

大嶽和久（数理物質科学研究科・D3）

陳熹（数理物質科学研究科・Ｍ1）

牛坊勇貴（数理物質科学研究科・D3）

郭舒揚（数理物質科学研究科・Ｍ1）

野田卓夢（数理物質科学研究科・D3）

青木孝介（数理物質科学研究科・Ｍ1）

岡田大地 (数理物質科学研究科 D3)
Zakarias Seba Ngara (数理物質科学研究科 D3)
Qiagedeer Airong (数理物質科学研究科 D2)
田畑顕一 (数理物質科学研究科 D2）

石原拓磨（数理物質科学研究科・Ｍ1）
川島拓馬（数理物質科学科学研究科・M1）
住吉昭信（数理物質科学研究科・Ｍ1）
両角拓磨（数理物質科学研究科・Ｍ1）

丹治顕人（数理物質科学研究科・M2）

矢島未希（数理物質科学研究科・Ｍ1）

藤野朝日（数理物質科学研究科・M2）

米村颯太（数理物質科学研究科・Ｍ1）

茂木智泰（数理物質科学研究科・M2）

馮瑞雲（数理物質科学研究科・Ｍ1）

市毛明斗（数理物質科学研究科・M2）

荒木はるか〈数理物質科学研究科・Ｍ1）

大石修平（数理物質科学研究科・M2）

内山真見〈数理物質科学研究科・Ｍ1）

小野瀬悠佑（数理物質科学研究科・M2）

内藤潤 (数理物質科学研究科Ｍ1)
─ 23 ─

中山亜実（数理物質科学研究科・Ｍ1）
秋光上歩（数理物質科学研究科・Ｍ1）
石引涼太（数理物質科学研究科・Ｍ1）
田中俊也（数理物質科学研究科・Ｍ1）

─ 24 ─

中村潤児・武安光太郎＜研究成果＞
本年度は、【1】窒素ドープグラフェンの三次元構造による酸素還元反応の活性向上に成功し、その機構に迫った。【2】また、窒素含有芳香族分子をベースとしたボトムアップ型触媒を用いて、酸素
還元反応に先立って N-H が生成し、酸素吸着を促進することを明らかにした。【3】CO2 の水素化によるメタノール生成反応において、CO2 の変角振動がフォルメートの生成効率を大幅に上昇させる
ことを明らかにした。
【 １ 】
窒素ドープカーボン触媒は、燃料電池カソー
ド電極の白金代替触媒として極めて有力な候補である。中でも窒素ドープグラフェンは高い活性を示すが、窒素ドープ中の加熱処理によってスタッキングを起こす。我々は、このスタッキングを避けることができれば、反応時の供給が改善されて活性が上昇すると考えた。そこで、グラフェン合成時に、NaCl 水溶液とグラフェンを混合し NaCl を析出させた。続いて窒素ドープ処理を行い、その後 NaCl を水溶させて除去した。この手順で合成した窒素ドープグラフ
ェンの SEM 像を図 1(a)に示す。グラフェンがスタッキングせずに、三次元的な構造を作っていることが分かる。この試料の酸素還元反応活性を 0.1 M の硫酸中で測定したところ、図 1(b)に示すように 0.91 V vs RHE の立ち上がり電圧を示した。一方、従来の方法で窒素ドープを行
い、スタッキングした試料の立ち上がり電圧は0.72 V に留まった。また Tafel 勾配を見ると、
Pt/C 触媒および三次元的な窒素ドープグラフ
ェンはそれぞれ 62 mV dec-1、58 mV dec-1 だったのに対して、スタッキングした窒素ドープカーボンでは 146 mV dec-1 だった。これは、三次元的な窒素ドープグラフェンとスタッキング
した窒素ドープカーボンで反応素過程が異なることを示している。酸素還元反応活性の酸素
分圧依存性および酸素の補足能測定の結果から、三次元的な窒素ドープグラフェンでは酸素分子が三次元構造内にトラップされ、実効的な吸着被覆率が高くなっていると考えられる。本
研究では、窒素ドープカーボン材料において、三次元構造の導入による酸素補足能の改善と、それによる酸素還元反応活性の向上を初めて定量的に示した。

図 1 (a)合成時に NaCl を用いることでスタッキングを避けた三次元的な窒素ドープグラフェ
ンの SEM 像。(b)三次元的な窒素ドープグラフ
ェン、スタッキングした窒素ドープグラフェン、
Pt/C 触媒の酸素還元反応活性。
【 ２ 】
我々は窒素を含有した芳香族分子を吸着させた担体が酸素還元反応触媒として機能を発揮することを示してきた。この分子をベースにボトムアップ的に作製した触媒を用いて、触媒活性の構造依存性を調べたところ、
1,10-phenanthroline 構造がより高い活性を持つことが分かった。このボトムアップ触媒を用いて反応素過程の調査を行った。まず
1,10-phenanthroline をカーボンブラック担体に吸着させた触媒を、異なる濃度の硫酸に浸漬し、その前後で XPS 測定を行った。図 2(a)に示す
ように、硫酸浸漬前には 398.8 eV にピリジン型窒素由来のピークが見られたが、1 M の硫酸
浸漬後には、401.7 eV にピリジニウム（N+-H）
由来の単一のピークが見られた。これは、
1,10-phenanthroline の 2 つの窒素に硫酸中でプロトンが吸着していることを示す。また、硫酸
濃度が 0.01 M 近傍でピリジン型窒素からピリジニウムへの移行が起きることから、実効的なpKa が 2 程度になっていると考えられる。この触媒に 0.8 V vs RHE の電圧を印加し、その後にXPS 測定を行ったところ、図 2(b)に示すように
400 eV 付近に新たなピークが観測された。DFT計算を援用し、このピークが N-H に由来すると帰属した。これはつまり、反応条件下では一部の窒素が N-H となっていることを示している。DFT 計算によって酸素の吸着過程を調べたところ、窒素に H が吸着していない状態あ─ 25 ─るいは H+が吸着した状態では酸素分子の吸着は起こらなかった。一方 N-H が生成した際には触媒分子の*軌道に電子がドープされ、その電子を酸素分子が求電子的に引きつけながら吸着することが分かった。同様の実験を
Dibenz-acridine に対して行ったところ、硫酸中
では N+-H に対してカウンターアニオンとしてHSO3-が吸着していることが示唆された。さらに、電圧印加時には N-H の生成が観測された。
以上の結果から、窒素ドープカーボン触媒においては、窒素への H+吸着に続き、N-H の生成が起きることが酸素吸着を促進する上で重要であると考えられる。
(b)

かった。さらに、反応確率が CO2 の並進エネ
ルギーと振動エネルギーのどちらが反応に重要であるかを調べるために、Pre の各エネルギ
ーに対する依存性（反応効率因子ln Pre/E）の比較を行った（図 3）。並進エネルギーに対しては、反応効率因子は 1.6~2.0 eV-1 であったのに対して、振動エネルギーに対しては 13.4
eV-1 と 10 桁以上も値が大きいことが分かった。
これは、特に振動エネルギーの増加が反応を効
果的に促進させていることを意味する。第一原
理計算の結果から、分子振動の中でも特に変角振動モードが反応促進に有効に作用している
ことが明らかになった。本研究によって、表面の結合生成反応を入射分子の振動が促進する効果が初めて示された。

図 2 1,10-phenanthroline/カーボンブラック触媒の(a)硫酸浸漬前後および(b)電圧印加前後のXPS スペクトル。
【 】
CO2 の水素化によるメタノール生成反応の初期過程において、フォルメート生成効率へ入射
CO2 の並進および振動エネルギーが及ぼす影響を明らかにすることを目的として研究を行った。具体的には、並進・振動エネルギーを制御した超音速 CO2 分子線を Cu(111)およびCu(100)の水素吸着表面に照射し、フォルメー
ト生成効率の表面温度、CO2 の並進・振動エネ
ルギー依存性を調べた。CO2 の並進エネルギー
1.97 eV、ノズル温度 1000 K、Cu 表面温度 120 ~220 K の条件では、反応確率が表面温度に依存
せず、初期反応確率 Pre は 2.5×10-3 でほぼ一定となった。これは、CO2 が Cu 表面にトラップされることなく、表面の水素原子と直接衝突するという Eley-Rideal 型の反応機構を支持している。高圧反応器におけるフォルメート生成反応ではは 353 K の反応条件で Pre ~10-12 であり、CO2 の並進・振動エネルギーを上昇させること
で反応確率が極めて大きく上昇することが分図 3 CO2 の水素吸着 Cu 表面における初期反応
確率の振動エネルギー依存性。
＜学位論文＞
1. 茂木智泰「超音速分子線を用いた Cu 表面での CO2の反応ダイナミクス解析」(数理物質科学研究科、
物性・分子工学専攻、修士論文、2019.3)
2. 丹治顕人「金および銅単結晶モデル触媒を用いた反応メカニズムの解明」(数理物質科学研究科、物性・分子工学専攻、修士論文、2019.3)
3. 藤野朝日「エタノール改質反応によるホウ化水素─ 26 ─

シートの触媒特性解明」(数理物質科学研究科、物性・分子工学専攻、修士論文、2019.3)

(Invited)＜論文＞
1. Santosh K. Singh, Kotaro Takeyasu, Junji Nakamura,

6. Takumi
KotaroReaction Electrocatalysis on Nitrogen‐Doped Carbon

QUAN,

TaijunTAKEYASU,

Junji

NAKAMURA,“Vibration-driven reaction of CO2 on Cu surface via

Materials”, Advanced Materials, 1804297 (2018).

Eley-Rideal

2. Ina Haxhiaj, Sebastian Tigges, Damian Firla, Xiaorui

type

mechanism”,

The

8th

Tokyo

Conference on Advanced Catalytic Science andZhang, Ulrich Hagemann, Takahiro Kondo, Junji

Technology (TOCAT8), Pacfico Yokohama (Japan),

Nakamura, Galina Marzun, Stephan Barcikowski,

August 6, 2018. (Poster) (TOCAT8 Poster Prize 受賞“Platinum nanoparticles supported on reduced graphene
process”, Appl. Surf. Sci., 469, 811~820 (2019).

Jiamei

KOZARASHI, Tomoyasu MOGI, Takahiro KONDO,“Active Sites and Mechanism of Oxygen Reductionoxide prepared in situ by a continuous one-step laser

IMABAYASHI,

2018 年 8 月 9 日)
7. Kazuya

KIMURA,

KazumaSHIRAISHI,

Junji

NAKAMURA, Tadahiro FUJITANI, “Production of

3. Kotaro Takeyasu, Tadahiro Fujitani, Junji Nakamura,isoprene by pyrolysis of algae-producing oil derived“Argument on Cu-Zn Active Site for Methanolfrom squalene”, The 8th Tokyo Conference on

Synthesis”, Accounts of Materials & Surface Research

Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT8),

4 (1), 9-17 (2019).

Pacifico Yokohama (Japan), August 7, 2018. (Poster)
8. Moeko

FURUKAWA,

Riku

SHIBUYA,

Kotaro＜学会発表＞TAKEYASU, Junji NAKAMURA, “Bottom-up design

国際会議

of ORR catalyst using pyridinic nitrogen containing
molecules and carbon nanotubes”, The 8th Tokyo

1. Takahiro Kondo, Junji Nakamura, “Catalyst Design for
OxygenReduction

Nitrogen-Doped

Reaction

CarbonUsing

Materials”,

Conference on Advanced Catalytic Science and

Pyridinic

233rd

Technology (TOCAT8), Pacifico Yokohama (Japan),

ECS

Meeting, Washington State (USA), May 15, 2018.
(Oral).

August 7, 2018. (Poster)
9. Takahographite surface”, The 8th Tokyo Conference on

Kyoto University (Kyoto, Japan), May 25, 2018.

Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT8),(Invited)

Pacifico Yokohama (Japan), August 7, 2018. (Poster)
10. Asahi FUJINO, Hiroaki NISHINO, Ryota ISHIBIKI,
Shin-ichi

reduction reaction”, The World Conference on Carbon(Madrid,

Spain),

June

August 7, 2018. (Poster)
11. T. Kondo, R. Shibuya, J. Nakamura, “Bottom-up designof nitrogen-containing carbon catalysts for the oxygen2018. (Invited)

reduction reaction”, 34th European conference on

5. Junji Nakamura, “Education and research related tosurface science (ECOSS34), Scandinavian Congressenergy materials”, International Conference on Natural
Grand Inna Medan (Medan, Indonesia), August 3, 2018.

Junji

Technology (TOCAT8), Pacifico Yokohama (Japan),

4. Junji Nakamura, “Model catalyst studies using surface

Resources and Sustainable Development (ICNRSD),

FUJITANI,Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and2018.(Oral)

conditions, Ystad Saltsjöbaden (Sweden), June 11,

Tadahiro“Catalytic property of hydrogen boride sheets”, The 8th2,science techniques”, Tailored surfaces in operando

ITO,

NAKAMURA, Hideo HOSONO, Takahiro KONDO,(Carbon 2018), Madrid Marriott Auditorium Hotel &CenterKotarocomposed by nitrogen containing molecules on

Spectroscopy and Dynamics at Surface and Interface,

Conference

SHIBUYA,“Preparation of the model electrode catalyst surface

synthesis on Cu/ZnO”, International Symposium onof nitrogen-containing carbon catalysts for oxygen

Riku

TAKEYASU, Takahiro KONDO, Junji NAKAMURA,

2. Junji Nakamura, “Model catalyst studies of methanol

3. T. Kondo, R. Shibuya, J. Nakamura,”Bottom-up design

AKIMITSU,

Centre, Aarhus (Denmark), August 28, 2018.(Oral)
12. J. Quan, T. Kondo, T. Mogi, T. Imabayashi, J.

─ 27 ─

Nakamura, “Bending vibration-driven activation ofCO2 on Cu surfaces”, 34th European conference on

国内会議

surface science (ECOSS34), Scandinavian Congress

1. 古川萌子, SINGH,Santosh, 武安光太郎, 中村潤児

Centre, Aarhus (Denmark), August 30, 2018. (Oral)「ピリジン型窒素含有分子を用いた酸素還元触媒

13. J. Nakamura, J.M. Quan, T. Kozarashi, T. Mogi, T.

のボトムアップデザイン」、第 122 回触媒討論会、Imabayashi, K. Takeyasu, T. Kondo, “Vibration-driven

北海道教育大学函館校（北海道）、2018 年 9 月 26

Reaction of CO2 on Cu Surfaces via Eley-Rideal Type日. （口頭発表）

Mechanism”, AVS 65th International Symposium &2. 秋光上歩,渋谷陸, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村

Exhibition, Long Beach Convention Center (USA),潤児「ピリジン型窒素含有分子を用いたグラファ

October 24, 2018. (Oral)

イト担持モデル電極触媒」、第 122 回触媒討論会、

14. Junji Nakamura, “Model study of nitrogen-doped

北海道教育大学函館校（北海道）、2018 年 9 月 26

carbon catalysts for oxygen reduction reaction”,

日. （口頭発表）

International Congress on Pure & Applied Chemistry

3. 今林拓海, 全家美, 近藤剛弘, 武安光太郎, 古晒大Langkawi (ICPAC Langkawi) 2018, Bayview Hotel絢, 茂木智泰, 中村潤児「分子振動励起で駆動する

Langkawi (Malaysia), October 31, 2018. (Invited)

新規な表面反応素過程」、第 122 回触媒討論会、北15. Kotaro Takeyasu, Yuto Shimoyama, Moeko Furukawa,

海道教育大学函館校（北海道）、2018 年 9 月 26 日.

Samtosh K. Singh, Junji Nakamura “Effective local（口頭発表）

structure for pyridinic nitrogen in carbon-based ORR

4. 武安光太郎, 下山雄人, 古川萌子, SINGH, Santosh,catalyst synthesized with a bottom-up approach”,

中村潤児「ピリジン型窒素含有分子を用いた酸素Southeast Asia Collaborative Symposium on Energy

還元反応触媒における活性機構」、第 122 回触媒討

Materials 2018 (SACSEM 2018), Univ. Tsukuba (Japan),論会、北海道教育大学函館校（北海道）、2018 年 9November 8, 2018. (Invited)

月 26 日. （口頭発表）

16. A. Fujino, H. Nisino, R. Ishibiki, S.Ito, T. Fujitani, J.

5. 藤野朝日, 石引涼太, 西野弘晃, 伊藤伸一, 藤谷忠

Nakamura, H.Hosono, T. Kondo, “Hydrogen Boride

博, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘「ホウ化水素シ

Sheets Showing Catalytic Activity As Solid Acidートの触媒特性」、第 122 回触媒討論会、北海道教

Catalyst”, 31st International Microprocesses and育大学函館校（北海道）、2018 年 9 月 26 日. （口Nanotechnology Conference (MNC 2018), Sapporo

頭発表）Park Hotel (Japan), November 15, 2018.(Poster)

6. SINGH, Santosh, TAKEYASU, Kotaro, NAKAMURA,

17. T. Akimitsu, R. Shibuya, K. Takeyasu, T. Kondo and J.
Nakamura,“Mechanism

ofOxygenJunj “Development of Highly Efficient and Durable

Reduction

Metal-free ORR Catalyst Based on N-doped Graphene

Reaction Studied with Model Catalysts of Pyridinic-N

and its Composite”, 第 122 回触媒討論会、北海道教

Containing Molecules on HOPG”, 31st International

育大学函館校（北海道）、2018 年 9 月 26 日. （口Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC

頭発表）2018), Sapporo Park Hotel (Japan), November 15,

7. 木村和哉, 白石一真, 中村潤児, 藤谷忠博「藻類産2018.(Poster)

生油由来スクアレンの接触分解反応」、第 122 回触媒討論会、北海道教育大学函館校（北海道）、2018

18. R. Ishibiki, A. Fujino, T. Goto, H.Nishino, S. Ito, N.T.
Cuong, M.Miyauchi, J. Nakamura, H.Hosono, and T.
Kondo, “Thermal Stability and Chemical Stability ofHydrogen

BorideSheets”,

31st

年 9 月 27 日. （口頭発表）
8. 茂木智泰, 今林拓海, 全家美, 古晒大絢, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村潤児「銅表面でのフォルメート

International

生成反応のキネティクスとダイナミクス解析」、第Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC

122 回触媒討論会、北海道教育大学函館校（北海道）、

2018), Sapporo Park Hotel (Japan), November 16,

2018 年 9 月 27 日. （ポスター）（学生ポスター発

2018.(Oral)

表賞受賞 2018 年 10 月 3 日）
9. 丹治顕人, 官亮人, 武安光太郎, 藤谷忠博, 近藤剛
弘, 中村潤児「Zn を蒸着した Cu(111)表面上での二─ 28 ─

酸化炭素水素化によるメタノール合成の反応メカ

18. 石引涼太, 藤田武志, 藤野朝日, 伊藤伸一, 宮内雅

ニズムと活性点」、第 122 回触媒討論会、北海道教浩, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘「ホウ化水素シ

育大学函館校（北海道）、2018 年 9 月 27 日. （ポート上に担持した銅ナノ粒子触媒の調製」、表面・スター）

界面スペクトロスコピー2018、五浦温泉観光ホテ

10. 石引涼太, 藤田武志, 藤野朝日, 伊藤伸一, 宮内雅ル（茨城）、2018 年 11 月 30 日.（ポスター）

浩, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘「ホウ化水素シ

19. 丹治顕人, 管亮人, 武安光太郎, 藤谷忠博, 近藤剛

ート上に担持した銅ナノ粒子触媒の調製」、第 122

弘, 中村潤児「二酸化炭素水素化によるメタノール

回触媒討論会、北海道教育大学函館校（北海道）、

合成における Cu(111)表面に蒸着した Zn の寄与」、

2018 年 9 月 27 日. （ポスター）

表面・界面スペクトロスコピー2018、五浦温泉観11. 中村潤児「表面科学的手法による窒素ドープカー

光ホテル（茨城）、2018 年 11 月 30 日.（ポスター）

ボン触媒の機能解析」、第 10 回岩澤コンファレン

20. 藤野朝日, 伊藤伸一, 西野弘晃, 中村潤児, 細野秀ス サ スティナブル社会のための最先端触媒化雄, 近藤剛弘「ホウ化水素シートの触媒特性解明」、

学・表面科学、慶應義塾大学日吉キャンパス（神表面・界面スペクトロスコピー2018、五浦温泉観奈川）、2018 年 10 月 9 日.（招待講演）

光ホテル（茨城）、2018 年 11 月 30 日.（ポスター）

12. 木村和哉, 白石一真, 中村潤児, 藤谷忠博「藻類産21. 古川萌子, 渋谷陸, 武安光太郎, 中村潤児「酸素還生油由来スクアレンの接触分解反応」、創立 60 周

元反応窒素ドープカーボン触媒における 1,10-フェ年記念東京大会（第 48 回石油・石油化学討論会）、

ナントロリン型局所構造の水素化機構」、表面・界

タワーホール船堀（東京）、2018 年 10 月 17 日.（口面スペクトロスコピー2018、五浦温泉観光ホテル（茨城）、2018 年 11 月 30 日.（ポスター）

頭発表）
13. 引田悠介, 秋光上歩, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村

22. 今林拓海, 茂木智泰, 古晒大絢, 全家美, 武安光太

潤児「ピリジン型窒素含有分子吸着 HOPG モデル郎, 近藤剛弘, 中村潤児「Cu 単結晶表面における触媒における窒素の電子状態」、2018 年日本表面真CO2 からのフォルメート生成反応素過程の解明」、

空学会学術講演会、神戸国際会議場（兵庫）、2018

表面・界面スペクトロスコピー2018、五浦温泉観

年 11 月 19 日.（ポスター）

光ホテル（茨城）、2018 年 11 月 30 日.（ポスター）

14. 今林拓海, 全家美, 茂木智泰, 古晒大絢, 武安光太

23. 金成翔, 武安光太郎, 中村潤児「酸素還元触媒活性郎, 近藤剛弘, 中村潤児「銅単結晶表面でのフォルにおける分子スケール濡れ性変化の効果」、表面・メートの生成挙動および反応特性」、2018 年日本表界面スペクトロスコピー2018、五浦温泉観光ホテ

面真空学会学術講演会、神戸国際会議場（兵庫）、ル（茨城）、2018 年 11 月 30 日.（ポスター）

2018 年 11 月 19 日.（ポスター）

24. 武安光太郎, 下山雄人, 古川萌子, Santosh. K. Singh,

15. 茂木智泰, 全家美, 今林拓海, 古晒大絢, 武安光太

中村潤児「芳香族分子をベースとした酸素還元反郎, 近藤剛弘, 中村潤児「銅単結晶表面における応触媒の活性構造」、表面・界面スペクトロスコピ

CO2 からのフォルメート生成反応」、2018 年日本表ー2018、五浦温泉観光ホテル（茨城）、2018 年 12

面真空学会学術講演会、神戸国際会議場（兵庫）、

月 1 日.（口頭発表）
25. 古川萌子、渋谷陸、武安光太郎、中村潤児「ピリ2018 年 11 月 21 日.（口頭発表）
16. 丹治顕人, 菅亮人, 武安光太郎, 近藤剛弘, 藤谷忠

ジン型窒素含有分子を用いた酸素還元触媒のボト

博, 中村潤児「Zn/Cu(111)表面でのメタノール合成

ムアップデザイン」、第 28 回日本 MRS 年次大会、反応の素過程」、2018 年日本表面真空学会学術講演

北九州国際会議場・西日本総合展示場（福岡）、2018

会、神戸国際会議場（兵庫）、2018 年 11 月 21 日.

年 12 月 19 日.（口頭発表）
26. 中村潤児「燃料電池に用いる白金代替炭素電極触（口頭発表）
17. 武安光太郎, 下山雄人, 古川萌子, シンサントーシ

媒の機能解明と材料設計」、日本学術振興会第１８ュ, 中村潤児「ピリジン型窒素含有分子を用いた酸

３委員会

素還元反応触媒の活性における電子状態効果」、

砂熱学工業株式会社 大会議室 2（東京）、2019 年 22018 年日本表面真空学会学術講演会、神戸国際会

月 19 日. (招待講演)

議場（兵庫）、2018 年 11 月 21 日.（口頭発表）

─ 29 ─

第４７回研究会「水とエネルギー」、高神原貴樹、桑原純平＜研究成果＞
当研究室では、環境・省エネルギー関連の電子・光機能物質の創製と応用をターゲットとして研究を行っている。本年度は、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と、持続生産可能な原料を利用した材料合成の方法論の開拓を行った。
図1【 １ 】不活性ガス雰囲気を必要としない直接的アリール化重合 －大気下での高分子半導体合成技術の開発－
π共役高分子は高分子半導体として機能することから、近年、有機 EL 素子や有機薄膜太陽電池などの光電子デバイスへの応用が期待され、国内外で広範な研究が進められている。
我々は近年、芳香族化合物の C-H 結合を直接反応点として利用する炭素－炭素結合生成反応に注目し、π共役高分子を効率よく合成する手法の開発に取り組んでいる。この合成に使われる活性の高い触媒や中間体の多くは、酸素や水分に対して不安定であり、通常、大気下では目的の高分子を合成することはできない。そのため、これらの合成は、一般に脱水処理された有機溶媒を用いて不活性ガス雰囲気下で実施される。そこで本年度は、大気下で高分子半導体を合成するための合成技術の開発を行った。
種々合成条件を検討した結果、重合に使用する有機溶媒の沸点以上の温度で反応を行うと、溶媒中の溶存酸素が効率よく除去されることが分かった。これにより、溶媒の脱水処理や不活性ガス雰囲気などの従来必須とされてきた合成条件が必要なくなり、大気下での実験操作で簡単に高分子半導体が効率よく合成できる
ことが明らかとなった(図 1)。さらに、この重合で得られる高分子を有機 EL 素子や有機薄膜
太陽電池に実装し、発光材料や p 型半導体材料として機能することを確認した。これにより、
本合成手法が高分子半導体の合成技術として利用可能であることが実証された。

大気下での簡便な高分子半導体の合成

一般に、脱水有機溶媒や不活性ガスの使用は、費やす時間と労力の増加の要因となるとともに、製造装置の複雑化や大型化を必要とする。
本合成手法は、コストのみならず、製造装置の観点からも優位性が高く、従来法よりもさらに
低コスト・省資源な高分子半導体の合成技術として期待できる。
【 ２ 】直接的アルケニル化反応によるアリー
レンビニレン型高分子半導体の合成
我々は近年、芳香族化合物の C-H 結合を直接反応点として高分子半導体を効率よく合成する手法の開発に取り組んでいる。この合成戦略の中で、芳香族化合物とビニル化合物を直接連結する直接的アルケニル化反応によるアリーレンビニレン型π共役高分子の合成について報告した(Polym. Chem. 2016, 7, 2775)。この反応は、芳香族化合物とビニル化合物の酸化的C-H/C-H クロスカップリング反応であり、溝呂木－Heck 反応に替わる高分子半導体合成技術として期待できる。本年度の研究では、この合成法におけるモノマーの適用範囲の拡張を図った。
これまでの研究から、ポリフルオロベンゼンのような電子不足の芳香族モノマーでは、C-H結合における反応が効率よく進行することが確認されている。これを直接的アルケニル化反応に活かすことで、4-メチルスチレンとのクロ
スカップリング反応が効率よく進行した。特に、Pd 触媒を安定化するペンタフルオロチオアニ
ソール(PFTA)などを添加することで、高い選択性と結合性の効率化が達成できた。次に、この反応を重縮合に適用して最適化し、結合位置・

─ 30 ─

幾何構造が制御されたアリーレンビニレン型
π共役高分子を得た(Scheme 1)。得られポリマ
ーを有機 EL 素子に実装することで、素子の発光層として機能することを確認した（図 2）。

Scheme 1 直接的アルケニル化重縮合
1.0ELIntensity / a.u.

0.8

PL

0.6

0.4

0.2

0.0
300

400

500

600

700

800

900

Wavelength / nm

図２

有機 EL 素子特性の評価

この合成法では、モノマーに配向基を導入する必要がなく、芳香族モノマーとジビニルモノ
マーから直接アリーレンビニレン型π共役高分子を合成できることから、今後さらに多様な高分子半導体の合成が期待される。

【 ３ 】オレイン酸の化学転換による反応性ポ
リオレフィンの合成 －バイオマス資源を利用した機能性高分子の開発－の化石燃料の代替(バイオ燃料)への利用が期待され、持続生産可能な炭素資源として注目されている。我々は近年、藻類オイルの研究を、新たに高分子化学・触媒化学と融合させて、藻類由来の新たな化学生産プロセスを創出する研究に取り組んでいる。本年度は、植物産生の
長鎖不飽和脂肪酸であるオレイン酸の化学転換に注目した。オレイン酸はオリーブ油などの主成分であり天然に豊富に存在する脂肪酸であるとともに、藻類の一つのクロレラが生産する油脂の主成分でもある。さらに近年では、遺伝子組み換えや重イオンビーム照射などによる変異体の生成により、高効率なオレイン酸生産性を持つクロレラ株が見出され、椿油の代替品の生産も始まりつつある。
オレイン酸は、Pd 錯体触媒を用いる脱カル
ボキシル化反応により高収率で長鎖不飽和炭化水素(MO)へと転換できる。MO は末端と内部に二重結合を有することから、末端の α-オ
レフィン部位でのみ重合を進行させることにより、側鎖に反応性の内部オレフィンを有する
新規のポリオレフィン(PO)が生成できる。モデル反応による重合触媒の探索の結果、Zr 錯体
系の触媒を用いることで、末端の α-オレフィン部位でのみ効率よく重合が進行することが分かった。さらに、Zr 錯体の配位子を適切に選択することで、生成するポリマーの立体規則性の制御も可能であり、ほぼ完全にイソタクチ
ック選択的に重合が進行することも確認できた(図 3)。
生成した PO は室温では粘性のあるオイル状態で存在する。一方、これをガラス板などの基板上に塗布し、100 °C 以上で加熱すると硬く透明なフィルムへと変化し、熱硬化性が発現した。
これは、側鎖の内部オレフィンが大気中の酸素と反応し、架橋構造を形成するためである。POをガラス基板に挟み込み、熱硬化後の引張せん
断試験を行ったところ、50 N(0.16 N/mm2)程度の接着性が確認された。

光合成によって増殖する藻類が生み出すオ
イルは高い生産性を有することから、石油など

─ 31 ─

(2018).
4. Hitoshi Saito, Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda, andTakaki Kanbara, Synthesis of Polyfluoro Arylene-based
Poly(arylenevinylene)s
DehydrogenativePO

Directvia

Pd-catalyzed

Alkenylation,

Macromol.

Rapid Commun., 39, 1800414 (2018).
5. Kazuhisa Ohtake, Yusuke Onose, Junpei Kuwabara and
Takaki Kanbara, Synthesis and characterization of athermally cross-linkable polyolefin from oleic acid, J.
Polym. Sci.: Part A: Polym. Chem., 57, 85-89 (2019).
6. Norihisa

Fukaya,Tomoteru

Mizusaki,

Kouhei

Hatakeyama, Yuto Seo, Yuuya Inaba, Kazuhiro
Matsumoto, Vladimir Ya. Lee, Yukio Takagi, Junpei

図３ オレイン酸を原料とする熱硬化性バ
イオプラスチックの開発

Kuwabara, Takaki Kanbara, Yoong-Kee Choe, and
Jun-Chul Choi, [Pd(4-R3Si-IPr)(allyl)Cl], a Family of

本研究では、植物産生のオレイン酸から新しい反応性ポリオレフィンが合成できることが確認された。藻類バイオマス資源から得られる油脂の多くは、石油化学原料からは容易には得られない特徴的な化学構造を有する。従って、これらの合成技術・材料開発を進めることで、藻類バイオマス資源ならではの新しいバイオ
プラスチックの創出が期待できる。

Silyl-Substituted
SystemsforPd−NHCtheComplexes:

Buchwald−Hartwig

Catalytic
Amination,

Organometallics, 38, 375-384 (2019).
7. Kazuhisa Ohtake, Yusuke Onose, Junpei Kuwabara,
and Takaki Kanbara, Postfunctionalization of reactive
polyolefins derived from fatty acids, React. Funct.
Polym., 139, 17-24 (2019).

＜著書＞
＜論文＞
1.

Alanna Faradhiyani, Qiao Zhang, Keisuke Maruyama,

1.

機能から着想を得た新しいものづくり―バイオミ

Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda, and Takaki
Kanbara,Synthesisof

藤本 信貴，桑原 純平，神原貴樹，“生物の優れた
メティクスからの発展―”（分担，第 1 編材料，第bithiazole-based

3 章 26-36 頁），シーエムシー出版 (2018).

semiconducting polymers via Cu-catalysed aerobic
oxidative coupling, Mater. Chem. Front., 2, 1306-1309

2.

(2018).

＜総説・解説＞

Takeshi Yasuda, Hideaki Aoki, Junpei Kuwabara, and1.

Kuwabara

andTakakiKanbara,FacileSynthesis of π-Conjugated Polymers via Direct

Takaki Kanbara, Organic Light-Emitting Diodes
Using Octafluorobiphenyl-Based Polymer Synthesized

Arylation Polycondensation, Bull. Chem. Soc. Jpn., 92,

by Direct C−H/C−H Cross Coupling Reaction, J.

152-161 (2019).

Photopolym. Sci. Technol., 31, 323-327 (2018).
3.

Junpei2.

Junpei Kuwabara, Direct arylation polycondensation

Akito Ichige, Hitoshi Saito, Junpei Kuwabara, Takeshi

for synthesis of optoelectronic materials, Polym. J., 50,

Yasuda, Jun-Chul Choi, and Takaki Kanbara, Facile1099-1106 (2018).

Synthesis of Thienopyrroledione-based π-Conjugated
Polymers via Direct Arylation Polycondensation under3.

Aerobic Conditions, Macromolecules, 51, 6782-6788

─ 32 ─

桑原純平、直接アリール化重縮合による共役高分子材料の合成、化学と工業、11 月号、(2018).

4.

桑原純平、有機薄膜太陽電池の実用化を支える材“The Mechanistic study of Cross Dehydrogenative

料合成技術、ケミカルエンジニアリング、9 月号、

Coupling (CDC) Reaction: Role of Ag Salts in CDC”,(2018).

TGSW2018, Tsukuba, Japan, 2018.9.20（poster）
9.

Polycondensation: Facile Synthetic Approach for＜学会発表＞

π-Conjugated

国際会議
1.

Takaki Kanbara, Hideaki Aoki, Hitoshi Saito, Junpei
polymers containing octafluorobiphenylene unit via
macro2018, Cairns, Australia, 2018.7.2
Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda, Takaki Kanbara,
Polymers

for

OPV

Takeshi

11. Xi Chen, Akito Ichige, Junpei Kuwabara, Takeshi
Yasuda, Takaki Kanbara, “Facile Synthesis ofConjugatedApplication”,

Yasuda,Yoshinobu

Arylation

12. Junpei Kuwabara, Zong Yang Zhou, Goki Hiruta,
Takaki Kanbara, “Synthesis of substituted athrazoline
and phenanthroline via three-component reaction”, 7thInternational Symposium on π-System Figutration,（poster）
Kaho

DirectJapan, 2018.12.15

interaction”, ICCC2018, Sendai, Japan, 2018.7.31
Kuwabara,

via

Polycondensation under Aerobic Conditions”, 1stcationic Pt(II) complex through hydrogen bonding

JunpeiPolymers

Glowing Polymer Symposium in KANTO, Tokyo,

Nishimura, Takaki Kanbara, “Dimer emission of a4.

Dubrovnik,

Hiroshima, Japan, 201812.7（Invited）

Kaho Yamaguchi, Kazuma Yamawaki, Takuya Kimura,Kuwabara,

2018,

simple access to semiconducting polymers”, ICP2018,

icsm2018, Busan, Korea, 2018.7.2

JunpeiWorkshop

10. Takaki Kanbara, “Direct arylation polycondensation:“Direct Arylation Polycondensation:Facile Synthesis
Ofconjugated

π-SystemFiguration”,

Croatia, 2018.11.5

Pd-catalyzed cross-dehydrogenative-coupling reacton”,

3.

Polymers,

European-Japanese

Kuwabara, Takeshi Yasuda, “Synthesis of conjugated2.

Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara, “Direct Arylation

Yamaguchi,

Toyonaka, Japan, 2019.3.29（poster）

KazumaYamawaki, Takeshi Yasuda, Yoshinobu Nishimura,
Takaki Kanbara, “Modulation of the emission mode ofapincerPt(II)

complexvia

intermolecularinteractions”, ICCC2018, Sendai, Japan, 2018.8.1
5.

国内会議
1.

アゾール共役高分子の合成と特性評価」第 67 回高Kazuhisa Ohtake, Yusuke Onose, Junpei Kuwabara,

分子学会年次大会、名古屋、2018 年 5 月 24 日（受Takaki Kanbara, “Synthesis of a thermo-cross-linkablepolyolefin

from

oleic

acid

by

organometallic

catalysts”, ICCC2018, Sendai, Japan, 2018.7.31

6.

賞講演）.
2.

「植物油脂を原料としたポリオレフィンの化学修
飾と機能性材料への展開」第 67 回高分子学会年次

Yuto Shimoyama, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara,

大会、名古屋、2018 年 5 月 23 日.
3.

出口 理沙、桑原 純平、神原 貴樹「ビチアゾール

Coupling (CDC) Reaction: Role of Ag Salts in CDC”,

含有π共役高分子の配位能を用いた発光特性制

ICCC2018, Sendai, Japan, 2018.8.2（poster）

御」第 67 回高分子学会年次大会、名古屋、2018

Yusuke Onose, Kazuhisa Ohtake, Junpei Kuwabara,
Takaki Kanbara, “Conversion of oleic acid tothermos-cross-linkablepolyolefin

and

its

年 5 月 24 日（ポスター）.
4.

（poster）
Yuto Shimoyama, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara,

青木 英晃、齋藤 仁志、桑原 純平、神原 貴樹「脱水素型クロスカップリング反応による非対称なwater

AB 型モノマーの重合」第 67 回高分子学会年次大repellency”, TGSW2018, Tsukuba, Japan, 2018.9.20
8.

大嶽 和久、小野瀬 悠佑、桑原 純平、神原 貴樹（poster）“The Mechanistic study of Cross Dehydrogenative

7.

桑原 純平「直接アリール化重縮合を用いた含ビチ会、名古屋、2018 年 5 月 24 日（ポスター）.
5.

─ 33 ─

田中 智恵、青木 英晃、齋藤 仁志、桑原 純平、

神原 貴樹「脱水素型クロスカップリング重合によ

第 8 回 CSJ 化学フェスタ 2018、東京、2018 年 10

るテトラフルオロベンゼン骨格を含む三成分系共

月 23 日（ポスター）.

役高分子の合成」第 67 回高分子学会年次大会、名古屋、2018 年 5 月 24 日（ポスター）.
6.

16. 市毛明斗、桑原純平、神原貴樹「室温での直接的アリール化重縮合による共役系高分子の合成」第

江 鑫、桑原 純平、神原 貴樹「ベンゾジチオフェ

３３回

ン-4,8-ジオンの直接アリール化重縮合によるドナーアクセプターポリマーの合成」第 67 回高分子学会年次大会、名古屋、2018 年 5 月 24 日（ポスタ
ー）.
7.

ー）.
17. 大石修平、大井香穂、桑原純平、面田亮、相原雄
一、渡邉信、神原貴樹「単体硫黄と藻類産生オイ

小野瀬 悠佑、大嶽 和久、桑原 純平、神原 貴樹

ルを原料とする高分子の合成と特性評価」高分子「オレイン酸を原料とした熱硬化性ポリオレフィ

学会関東支部茨城地区若手の会交流会、つくばみンの合成とその撥水性の評価」第 67 回高分子学会
年次大会、名古屋、2018 年 5 月 25 日（ポスター）.
8.

らい、2018 年 11 月 1 日（ポスター）.
18. 小野瀬悠佑、大嶽和久、桑原純平、 神原貴樹「オ大井 香穂、大石 修平、桑原 純平、福田 隆史、レイン酸を原料とした熱硬化性ポリオレフィンの渡辺 秀夫、渡邉 信、神原 貴樹「藻類オイル－硫

合成と撥水性の評価」高分子学会関東支部茨城地

黄ハイブリッドポリマーの赤外光学用材料への応

区若手の会交流会、つくばみらい、2018 年 11 月 1用」第 67 回高分子学会年次大会、名古屋、2018日（ポスター）.
19. 下山雄人、桑原純平、神原貴樹「脱水素型クロス

年 5 月 25 日（ポスター）.
9.

高分子学会関東支部茨城地区若手の会交

流会、つくばみらい、2018 年 11 月 1 日（ポスタカップリング反応のメカニズム解明と効率的な反桑原 純平、浅井 遥香、丸本 一弘、安田 剛、神応系の開発」高分子学会関東支部茨城地区若手の原 貴樹「直接アリール化重縮合を利用した高純度会交流会、つくばみらい、2018 年 11 月 1 日（ポな共役高分子の合成と光電変換特性」第 67 回高分子討論会、札幌、2018 年 9 月 14 日.
10. 田中 智恵、青木 英晃、齋藤 仁志、桑原 純平、

スター）.
20. 出口 理沙、桑原 純平、神原 貴樹「ビチアゾール
含有π共役高分子の配位能を用いた発光特性制

神原 貴樹「脱水素型クロスカップリング反応に基御」高分子学会関東支部茨城地区若手の会交流会、づく三成分系共役高分子の合成」第 67 回高分子討論会、札幌、2018 年 9 月 14 日.
11. 大井 香穂、大石 修平、桑原 純平、福田 隆史、

つくばみらい、2018 年 11 月 1 日（ポスター）.
21. 丸山 啓輔、桑原 純平、神原 貴樹「銅触媒を用いたベンゾビスチアゾール誘導体の酸素酸化重合」

渡邉 信、神原 貴樹「硫黄・藻類オイル・テルペ

高分子学会関東支部茨城地区若手の会交流会、つンを原料とした樹脂合成と物性評価」第 67 回高分子討論会、札幌、2018 年 9 月 13 日.
12. 桑原 純平「共役高分子の合成手法の開発」第５回

くばみらい、2018 年 11 月 1 日（ポスター）.
22. 江 鑫、桑原 純平、神原 貴樹「ベンゾジチオフェ
ン-4,8-ジオンの直接アリール化重縮合によるドナπ造形科学若手研究会、蒲郡、2018 年 10 月 6 日.

ーアクセプターポリマーの合成」高分子学会関東

13. 市毛明斗、桑原純平、神原貴樹「室温での直接的

支部茨城地区若手の会交流会、つくばみらい、2018
年 11 月 1 日（ポスター）.

アリール化重縮合による共役系高分子の合成」第
8 回 CSJ 化学フェスタ 2018、東京、2018 年 10 月

23. 大井香穂、大石修平、桑原純平、福田隆史、渡邉

23 日（ポスター）.

信、神原貴樹「硫黄・藻類オイル・テルペンを原

14. 丸山啓輔、桑原純平、神原貴樹「銅触媒を用いた料とした樹脂合成と物性評価」高分子学会関東支ベンゾビスチアゾール誘導体の酸素酸化重合」第部茨城地区若手の会交流会、つくばみらい、2018

8 回 CSJ 化学フェスタ 2018、東京、2018 年 10 月

年 11 月 1 日（ポスター）.

24 日（ポスター）.

24. 佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹「安定性と汎用

15. 鈴木佳太、桑原純平、神原貴樹「脱水縮合による性を兼ね備えた Pd 触媒前駆体の開発」高分子学

アジン結合形成を利用したπ共役高分子の合成」

会関東支部茨城地区若手の会交流会、つくばみら─ 34 ─い、2018 年 11 月 1 日（ポスター）.
25. 田中 智恵、桑原 純平、神原 貴樹「脱水素型クロスカップリング反応に基づく三成分系共役高分子の合成」高分子学会関東支部茨城地区若手の会交
流会、つくばみらい、2018 年 11 月 1 日（ポスター）.
26. 江 鑫、桑原 純平、安田 剛、神原 貴樹「ベンゾジチオフェン-4,8-ジオンの直接アリール化重縮合による OPV 材料の合成と評価」第 27 回ポリマー
材料フォーラム、東京、2018 年 11 月 21 日（ポスター）.
27. 大石 修平、大井 香穂、桑原 純平、渡邉 信、面
田 亮、相原 雄一、神原 貴樹「硫黄と藻類産生オイルを原料とするリチウム硫黄電池正極材料の開発」第 27 回ポリマー材料フォーラム、東京、2018
年 11 月 21 日（ポスター）.
28. 市毛 明斗、桑原 純平、安田 剛、神原 貴樹「溶媒精製や不活性雰囲気を必要としない直接的アリール化重縮合の開発」第 27 回ポリマー材料フォー
ラム、東京、2018 年 11 月 22 日（ポスター）.
29. 鈴木佳太、桑原純平、神原貴樹「アジン結合を有するπ共役高分子の合成法の最適化と半導体材料への応用」日本化学会 第 99 春季年会、神戸、2019
年 3 月 16 日.
30. 佐藤亮太、桑原純平、神原貴樹「異種の単座リン配位子を有する空気に安定な Pd(0)触媒前駆体の合成」日本化学会 第 99 春季年会、神戸、2019 年
3 月 16 日.
31. 下山雄人、桑原純平、神原貴樹「Pd/Ag 系脱水素型クロスカップリング反応のメカニズム解明とAg 塩の役割」日本化学会 第 99 春季年会、神戸、
2019 年 3 月 16 日.
32. 大野茜、桑原純平、神原貴樹「長鎖アルキル基を有するピンサー型白金錯体が形成する集合体の経時変化」日本化学会 第 99 春季年会、神戸、2019
年 3 月 16 日（ポスター）.

─ 35 ─

鍋島達弥、中村貴志＜研究成果＞
動的共有結合や配位結合を利用した自己集積により、種々の特異な構造をもつ超分子の合成や、優れた発光特性を持つ新規なジピリン典型元素錯体の合成に成功した。これらの成果は、
外場応答性やセンシングや光増感などの高度な機能に展開しうる重要な知見である。
【 １ 】ねじれた形状をもつ大環状パラジウム
6 核錯体
ねじれ形状をもつ大環状分子は、その骨格に由来する特異な分子認識能を示し、また分子認識に伴う構造変換による CD や CPL などの光学特性の変化を用いたキラルセンシングなどへの応用が期待されており、重要な研究対象である。我々は、ユニークなねじれ形状を持つ大環状パラジウム 6 核錯体 [1Pd6L6]6+ の合成とその構造解析を行った（図 1）。エチレングリ
コール系の側鎖を導入した両官能性単量体 2のオリゴマー環化反応により、hexapap H61 を合成した。次に、環状 6 量体配位子 H61 をテト
ラフルオロホウ酸テトラキス(アセトニトリル)パラジウム(II)と反応させることでパラジ
ウム 6 核錯体 [1Pd6L6](BF4)6 を得た。
4-tert-ブチルピリジン(tbp)をパラジウム 6 核錯体に対して 6 当量加えると、tbp が各パラジ
ウムに 1 分子ずつ配位した tbp 結合体が生成した。tbp 結合体の構造について、1H NMR および各種 2 次元 NMR、質量分析、分子力場計算
により詳細な解析を行い、分子全体が C2 対称にねじれた形状を取っていることが示された。
また、キラルなアニオンである Δ-TRISPHAT
を tbp 結合体に加えると、パラジウム 6 核錯体の環状骨格のねじれの向きに由来したエナンチオマーに対応する、2 種類のジアステレオマーの関係にあるイオン対が生成することが、1H
NMR および CD 測定により示された。

図 1 環状配位子 hexapap H61 およびそのパラジ
ウム 6 核錯体の合成と、4-tert-ブチルピリジン
結合体のねじれ形状【 ２ 】アミド基を 7 つ導入した-シクロデキ
ストリン誘導体の合成と多点水素結合による分子認識
天然の受容体タンパクは、結合ポケットにおける多点水素結合により精密な分子認識を実現しており、中でも主鎖のアミド基は重要な役割を果たしている。これに倣い、アミド基を複数導入した人工のホスト分子が数多く報告されているが、そのほとんどはアミド基が対称的に配置された骨格を有している。我々は、7 つのピラノース環にアミド基を直接導入した新規な-シクロデキストリン誘導体 3a, 3b を合成した（図 2）。p-トリルアミド基を導入した
3b は、アミド基同士の分子内水素結合および多数の芳香環の立体的な制約のためにユニークに歪んだ環骨格を有していた。3a, 3b は、ホ
スホン酸水素イオンやリン酸水素イオンなどのリンオキソ酸モノアニオンを高い結合定数(Ka > 103–104 M–1, CDCl3 or DMSO-d6, 298 K)で認識した。PhPO3H–を包接した 3b の X 線結晶構造では、計 4 つのアミドプロトンが─ 36 ─PhPO3H–の 3 つの酸素原子に対して水素結合ドナーとして作用する一方、1 つのアミドのカル
ボニル酸素が PhPO3H–の酸性プロトンに対して水素結合アクセプターとして働いていた(図 2) 。残りの 2 つのアミド基は分子内水素結合によって、環骨格のコンフォメーション固定に寄与していた。すなわち、3b は合成的に等価な 7 つのアミド基を有するにも関わらず、それぞれの官能基が非対称に配置され個別の役
割を果たす内部空間を形成し、精密な分子認識を実現することが示された。

図 2 アミド基を７つ導入したシクロデキスト
リン 3a, 3b の構造式と、(PhPO3H–)3b の X 線
結晶構造【 ３ 】フェナントレンが縮環した N2O 型
BODIPY
キラルなジピリンのホウ素錯体（BODIPY）
はその高い発光特性に加え、円二色性や円偏光発光を示すことからキラルセンシングなどへの応用が期待される。そのためには赤色から近赤外領域に対する吸収や発光、円二色性を示す
BODIPY の開発が求められる。そこで、ジピリンの 3 位に o-フェノキシ基を導入した N2O 型
BODIPY に着目し、フェナントレンの縮環によっ て π 電 子 系 を 拡 張 し た キ ラ ル N2O 型
BODIPY の合成（式 1）とその光学的特性について調べた。N2O 型 BODIPY の前駆体となる
N2O 型ジピリン 5 は BODIPY4 から 3 段階で合成した。N2O 型ジピリン 5 に対して BF3·OEt2
やアリールボロン酸を作用させることによってホウ素上にフッ素や様々なアリール基が導入された N2O 型 BODIPY6, 7 を得た。
N2O 型 BODIPY6, 7 は赤色領域に、–*遷移に由来する強い吸収を示し、ホウ素上の置換基によって波長を制御できることがわかった。また、6, 7 化合物は近赤外に及ぶ発光を示す。さらに、N2O 型ジピリンホウ素錯体 7 (R = Ph)についてはキラル分割に成功し、それぞれの異性体が円二色性を示すことが明らかになった。7はトルエン中 50 ºC においてもキラル反転によるラセミ化を起こさないことから、7 はかなり
剛直な不斉構造をもっていることが明らかとなった。
式 1 N2O 型 BODIPY6, 7 の合成【 ４ 】特異な 8 の字構造を有する発光性大環状オリゴジピリン亜鉛錯体
複数のジピリン錯体を柔軟な環状骨格に組み込んだ大環状オリゴジピリン錯体は、その柔軟性を反映した特異な構造に付随して、通常の単核ジピリン錯体では得られない興味深い性
質を示すことから、注目を集めている。そこで我々は m-フェニレンリンカーで連結した柔軟な大環状ジピリン 4 量体 H4L4 と亜鉛(II)イオンとを錯形成させることで、大環状ジピリン亜鉛
4 核錯体[L4Zn4(OAc)2(OH)2]を合成した（図 3a）。
単結晶 X 線構造解析および各種 NMR 測定から、大環状骨格はリンカーの柔軟性によって 8 の
字にねじれた非対称な構造を有していることがわかった（図 3b）。また、分子内のジピリン
亜鉛錯体ユニットは水酸化物イオンおよび酢
酸イオンによって架橋されており、これが 8の字構造の安定化に寄与していた。この架橋型構造は従来のジピリン亜鉛錯体では得られな
かった初めての構造である。さらに、錯体はト
ルエンおよびクロロホルム中で高効率な橙色発光を示した。DFT および TD-DFT 計算から、
大環状ジピリン骨格の非対称な 8 の字構造が錯体の高効率発光に寄与している可能性が示唆された。

─ 37 ─6.

S. Akine, M. Miyashita, and T. Nabeshima, “A Closed
Metallomolecular Cage that can Open its Aperture by
Disulfide Exchange”, Chem. Eur. J., 25, 1432-1435(2019). (Front Cover)7.

T. Hojo, R. Matsuoka, and T. Nabeshima, “A
Conformationally

Flexible

TetramerItsandMacrocyclic

Dipyrrin

UnsymmetricallyTwistedLuminescent Zinc(II) Complex”, Inorg. Chem., 58,
995–998 (2019). (Supplementary Cover)

図 3 (a)環状ジピリン配位子 H4L4 を用いた特異な 8 の 字 構 造 を 有 す る 亜 鉛 錯 体
の
合
成
(b)
[L4Zn4(OAc)2(OH)2]
4[L Zn4(OAc)2(OH)2]の X 線結晶構造

8.

S. Akine, “Ligand Exchange Strategy for Tuning ofHelicity Inversion Speeds of Dynamic Helical
Tri(saloph) Metallocryptands”, Chem. Eur. J., 25,
2962–2966 (2019). (Front Cover)
9.

with Internal Bulky Coordinating Ligands”, Chem.

S. Akine, T. Onuma, and T. Nabeshima, “A Novel

Commun., 55, 2421–2424 (2019). (Inside Front Cover)Graphite-like Stacking Structure in a Discrete

2.

Molecule and its Molecular Recognition Behavior”,

10. T. Nakamura, S. Yonemura, and T. Nabeshima,

New J. Chem., 42, 9369–9372 (2018). (Back Cover)“Synthesis of Per(5- N -Carboxamide-5-Dehydroxylmethyl)-β-cyclodextrins

Y. Gobo, R. Matsuoka, Y. Chiba, T. Nakamura, and T.
Phenanthrene-Fused

N2O-Type

Selective(Inside Front Cover)T. Hojo, T. Nakamura, R. Matsuoka, and T.
Nabeshima, “Uniquely Folded Shapes, Photophysicalproperties, and Recognition Abilities of Macrocyclic
BODIPY Oligomers”, Heteroat. Chem., 29, e21470

＜総説＞
1. R.

MatsuokaandT.

Nabeshima,“Functional

Supramolecular Architectures of Dipyrrin Complexes”,(2018).

Front. Chem., 6, 349 (2018).

A. Asaithambi, D. Okada, G. Prinz, H. Sato, A. Saeki,
T. Nakamura, T. Nabeshima, Y. Yamamoto, and A.
Lorke,“Polychromatic

Photoluminescenceof＜学会発表＞Polymorph Boron Dipyrromethene Crystals and国際会議

Heterostructures”, J. Phys. Chem. C, 123, 5061–50661.

M. Saikawa, T. Noda, R. Matsuoka, T. Nakamura, andT. Nabeshima, “Heterodinuclear Group 13 Element
Complexesof

N4O6-Type

TatsuyaNabeshima,

Daisuke

Taguchi,

MakotoSaikawa, Sousuke Saino, Takashi Nakamura, Hiroaki(2019). (Front Cover)
5.

Their

Bonds”, Chem. Commun., 55, 3872–3875 (2019).

BODIPYs”,

Tetrahedron Lett., 59, 4149–4152 (2018).

4.

and

Recognition Ability Utilizing Multiple Hydrogen

Nabeshima, “Synthesis and Chiroptical Properties of

3.

A. Nagai, T. Nakamura, and T. Nabeshima, “A
Twisted Macrocyclic Hexanuclear Palladium Complex

＜論文＞
1.

Y. Sakata, S. Chiba, M. Miyashita, T. Nabeshima, andDipyrrin

withanUnsymmetrical Twisted Structure”, Eur. J. Inorg.
Chem., 766–769 (2019). (Cover Feature)

Horiuchi “Synthesis and Unique Optical Properties of
Thiophenyl

andSelenophenyl

BODIPYs”

International Symposium on the Organic Chemistry of
Sulfur(ISOCS-28),Tokyo

Tech

Front

on

the

Ookayama Campus at Tokyo Institute of Technology,
Meguro, Tokyo, August, 26-31, 2018 (Poster)─ 38 ─

28th

2.

3.

Tatsuya Nabeshima “Design, Synthesis and Novel“Construction of Supramolecular Tetrahedral Cages

Science Week (TGSW) 2018, Session No.4-1, Tsukuba

via Dynamic Assembly Utilizing Triple HelicalInternational Congress Center, Tsukuba, Ibaraki,

Complexes” Tsukuba Global Science Week (TGSW)

September 20-22, 2018 (oral)

2018, Session No.7-1, Tsukuba International Congress

Akinobu

Sumiyoshi,

Ryota

Matsuoka,“SynthesisofCenter, Tsukuba, Ibaraki, September 20-22, 2018

Tatsuya(Poster)

Functional
N2O4-Type

10. Takuma Kawashima, Takashi Nakamura, Tatsuya

Dipyrrins” Tsukuba Global Science Week (TGSW)

Nabeshima “Synthesis of Supramolecular Cages

2018, Session No.7-1, Tsukuba International Congress

Based

Center, Tsukuba, Ibaraki, September 20-22, 2018

Tris(2-pyridylmethyl)amine(Poster)

Global Science Week (TGSW) 2018, Session No.7-1,

Main-Group-Element

TakumaMorozumi,

Complexes

Ryota

of

Matsuoka,

Tatsuya

Metal Complexes with a Tetrapodal Scaffold” Tsukuba

Formation

Using

Derivative”aTsukuba

Ibaraki, September 20-22, 2018 (Poster)
11. Sota

Yonemura,

TakashiNakamura,

TatsuyaNabeshima” Selective Anion Recognition by Multiple

Tsukuba International Congress Center, Tsukuba,

Hydrogen Bonds with Amide Groups Accumulated on

Ibaraki, September 20-22, 2018 (Poster)β-Cyclodextrin”

Shinnosuke Tsukuda, Takashi Nakamura, Tatsuya(TGSW) 2018, Session No.7-1, Tsukuba International

Nabeshima “Synthesis of Macrocyclic Saloph-belt

Congress Center, Tsukuba, Ibaraki, September 20-22,

Ligands From a Bifunctional Monomer and Function2018 (Poster)(TGSW)

TsukubaGlobalScienceWeek

12. Takashi Nakamura “Construction of Elaborate Giant

Tsukuba

Molecules via Coordination-driven Desymmetrization

International Congress Center, Tsukuba, Ibaraki,Self-assembly” The 2nd International Symposium on

Week

2018,

SessionNo.7-1,

September 20-22, 2018 (Poster)

Coordination Asymmetry, The University of Tokyo,

Akira Nagai, Takashi Nakamura, Tatsuya Nabeshima

Bunkyo, Tokyo, November 15, 2018 (Invited)“Synthesis and Uniquely Twisted Shape of a7.

Schiff-base

Global Science Week (TGSW) 2018, Session No.7-1,of Their Mn Complexes” Tsukuba Global Science

6.

on

Tsukuba International Congress Center, Tsukuba,

Nabeshima “Supramolecular Self-Assembly of Helical5.

Keita Muto, Ryota Matsuoka, Tatsuya Nabeshima

Functions of BODIPY Derivatives” Tsukuba Global

Nabeshima

4.

9.

13. Tatsuya Nabeshima “Unique Functions of Complexes

Macrocyclic Hexanuclear Palladium Complex withof

Labile Coordination Sites in Its Inner Cavity” Tsukuba

Japan-Korea Joint Symposium on Organometallic andGlobal Science Week (TGSW) 2018, Session No.7-1,

Coordination Chemistry, Yokkaichi Shoko-kaigi sho,

Tsukuba International Congress Center, Tsukuba,

Yokkaichi, Mie, October 31 – November 2, 2018

Ibaraki, September 20-22, 2018 (Poster)(Invited)

Sou Himori, Ryota Matsuoka, Tatsuya Nabeshima

Oligodipyrrins

14. Tatsuya

Nabeshima

andOligoimines”"Functional

The

18th

Supramolecular“Kinetic Control of Pseudorotaxane Formation by

Systems by Using Coordination and/or Dynamic

Bowl-Shaped Cyclic BODIPY Trimer” Tsukuba

Covalent Bonds" Symposium for the Promotiono of

Global Science Week (TGSW) 2018, Session No.7-1,

Applied Research Collaboration in Asia, Naha,

Tsukuba International Congress Center, Tsukuba,

Okinawa, February 28 – March 3, 2019 (Invited)

Ibaraki, September 20-22, 2018 (Poster)
8.

Tomohiro Hojo, Ryota Matsuoka, Tatsuya Nabeshima“Synthesis and Properties of a Tetranuclear Zinc
Complex of a Macrocyclic Dipyrrin Tetramer”

国内会議
1.

Tsukuba Global Science Week (TGSW) 2018, Session
No.7-1, Tsukuba International Congress Center,
Tsukuba, Ibaraki, September 20-22, 2018 (Poster)─ 39 ─

中村貴志、川島侑人、鍋島達弥「2,2´-ビピリジンを導入した三角形大環状配位子および配位サイト
を精密集積した多核錯体の合成」第 16 回ホストゲスト・超分子化学シンポジウム（SHGSC2018）、

東京理科大学野田キャンパス、野田、千葉、2018

10. 武藤圭汰、松岡亮太、鍋島達弥「三重らせん金属錯体を用いた動的集積による超分子の構築」第 29

年 6 月 2-3 日（口頭）2.

回基礎有機化学討論会、東京工業大学大岡山キャ

永井瑛、中村貴志、鍋島達弥「ユニークにねじれ

ンパス、目黒、東京、2018 年 9 月 6-8 日（ポスタた大環状骨格を有するパラジウム六核錯体の合ー）成」第 16 回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジ

3.

ウム（SHGSC2018）、東京理科大学野田キャンパ

11. 住吉昭信、松岡亮太、鍋島達弥「N2O4 型ジピリン

ス、野田、千葉、2018 年 6 月 2-3 日（ポスター）

典型元素錯体の合成と機能化」第 29 回基礎有機化
学討論会、東京工業大学大岡山キャンパス、目黒、

米村颯太、中村貴志、鍋島達弥「アミド基を集積

東京、2018 年 9 月 6-8 日（ポスター）

した β シクロデキストリン誘導体の特異な構造と

4.

5.

6.

アニオン認識能」第 16 回ホスト-ゲスト・超分子12. 両角拓磨、松岡亮太、鍋島達弥「テトラポッド型

化学シンポジウム（SHGSC2018）、東京理科大学

らせん金属錯体を用いた超分子集積体の合成」第野田キャンパス、野田、千葉、2018 年 6 月 2-3 日

29 回基礎有機化学討論会、東京工業大学大岡山キ（ポスター）

ャンパス、目黒、東京、2018 年 9 月 6-8 日（ポスター）

両角拓磨、松岡亮太、鍋島達弥「テトラポッド型
らせん金属錯体を用いたケージ超分子の合成」第13. 佃真之介、中村貴志、鍋島達弥「大環状サロフベ

16 回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム

ルト錯体の合成と不飽和脂肪酸の位置選択的エポ（SHGSC2018）、東京理科大学野田キャンパス、キシ化」第 12 回バイオ関連化学シンポジウム、大野田、千葉、2018 年 6 月 2-3 日（ポスター）

阪大学吹田キャンパス、吹田、大阪、2018 年 9 月

鍋島達弥「階層的および相乗的機能創出のための

9-11 日（ポスター）

超分子の構築」早稲田大学理工学部／大学院理工14. 米村颯太、中村貴志、鍋島達弥「アミド基を多数

学研究科講演会、早稲田大学、新宿、東京、2018導入した β-シクロデキストリン誘導体によるアニ

年 8 月 8 日（招待講演）

オンの非対称的な認識」第 12 回バイオ関連化学シ
ンポジウム、大阪大学吹田キャンパス、吹田、大鍋島達弥「相乗的・階層的機能のための分子シス

阪、2018 年 9 月 9-11 日（ポスター）

テムの構築」第 29 回基礎有機化学討論会、東京工業大学大岡山キャンパス、目黒、東京、2018 年 9

15. 鍋島達弥「動的共有結合を用いた元素ブロック自月 6-8 日（特別講演）
7.

8.

己集積体の構築とそのユニークな機能」第 67 回高分子討論会、北海道大学札幌キャンパス、札幌、

中村貴志、米村颯太、鍋島達弥「アミドシクロデ
キストリン誘導体の合成とその非対称化された空北海道、2018 年 9 月 12-14 日（招待講演）

孔における多点水素結合による分子認識能」第 29

16. 岡田大地、Asaithambi Aswin、Prinz Günther、佐藤回基礎有機化学討論会、東京工業大学大岡山キャ

寛泰、佐伯昭紀、中村貴志、鍋島達弥、Lorke Axel、

ンパス、目黒、東京、2018 年 9 月 6-8 日（口頭）山本洋平「多色発光を示す BODIPY マイクロ結晶

松岡亮太、北條智大、野田卓夢、鍋島達弥「大環と光学ヘテロ構造の形成」第 67 回高分子討論会、
北海道大学札幌キャンパス、札幌、北海道、2018

状ジピリン多量体およびその BODIPY 誘導体の構

年 9 月 12-14 日（口頭）

造多様性と分子認識」第 29 回基礎有機化学討論会、
東京工業大学大岡山キャンパス、目黒、東京、20189.

17. 岡田大地、Vijai Aswin、Prinz Günther、佐藤寛泰、

年 9 月 6-8 日（ポスター）

佐伯昭紀、中村貴志、鍋島達弥、Lorke Axel、山北條智大、松岡亮太、鍋島達弥「環状ジピリン四

本洋平「多色発光を示す BODIPY マイクロ結晶と量体を配位子とした亜鉛錯体の合成と性質」第 29
回基礎有機化学討論会、東京工業大学大岡山キャンパス、目黒、東京、2018 年 9 月 6-8 日（ポスター）─ 40 ─

光学ヘテロ構造の作成」第 79 回応用物理学会秋季
学術講演会、名古屋国際会議場、名古屋、愛知、
2018 年 9 月 18-21 日（ポスター）

18. 鍋島達弥「多様な機能をもつジピリン錯体の設計

27. 米村颯太、中村貴志、鍋島達弥「アミド基を非対と合成」第 5 回次世代の有機化学・広島シンポジ

称に配置したシクロデキストリン誘導体の多数のウム、広島大学東広島キャンパス、東広島、広島、

水素結合による選択的ゲスト認識」第 8 回 CSJ 化

2018 年 10 月 5 日（招待講演）

学フェスタ 2018、タワーホール船堀、江戸川、東京、2018 年 10 月 23-25 日（ポスター）

19. 佃真之介、中村貴志、鍋島達弥「両官能性単量体を用いた大環状サロフベルト配位子の合成および28. 日比風弥、鍋島達弥、一戸雅聡「非対称置換ジシ

その Mn 錯体の機能」第 8 回 CSJ 化学フェスタ 2018、

レンアニオンラジカルの発生」第 22 回ケイ素化学

タワーホール船堀、江戸川、東京、2018 年 10 月

協会シンポジウム、きぬ川ホテル三日月、日光、

23-25 日（ポスター）

栃木、2018 年 10 月 26-27 日（ポスター）

20. 永井瑛、中村貴志、鍋島達弥「内孔に配位部位を

29. 松岡亮太、北條智大、鍋島達弥「特異な８の字構持つ大環状六核パラジウム錯体の合成とそのねじ造を有する大環状オリゴジピリン亜鉛錯体の合成

れ形状」第 8 回 CSJ 化学フェスタ 2018、タワーホと発光特性」第 45 回有機典型元素化学討論会、朱ール船堀、江戸川、東京、2018 年 10 月 23-25 日

鷺メッセ新潟コンベンションセンター国際会議室、（ポスター）

新潟、新潟、2018 年 12 月 13-15 日（口頭）21. 檜森宗、松岡亮太、鍋島達弥「ボウル型構造を有

30. 住吉昭信、松岡亮太、鍋島達弥「N2O4 型ジピリン

する BODIPY 環状三量体による擬ロタキサン形成

13 族元素錯体の合成と光学特性」第 45 回有機典の速度論的向き選択性」第 8 回 CSJ 化学フェスタ

型元素化学討論会、朱鷺メッセ新潟コンベンショ

2018、タワーホール船堀、江戸川、東京、2018 年

ンセンター国際会議室、新潟、新潟、2018 年 1210 月 23-25 日（ポスター）

月 13-15 日（ポスター）

22. 北條智大、松岡亮太、鍋島達弥「環状ジピリン四31. 日比風弥、鍋島達弥、一戸雅聡「アルキル基を有量体を用いたユニークな亜鉛錯体の合成と性質」

する非対称置換ジシレンアニオンラジカルの発

第 8 回 CSJ 化学フェスタ 2018、タワーホール船堀、生」第 45 回有機典型元素化学討論会、朱鷺メッセ

江戸川、東京、2018 年 10 月 23-25 日（ポスター）

新潟コンベンションセンター国際会議室、新潟、
新潟、2018 年 12 月 13-15 日（ポスター）

23. 武藤圭汰、松岡亮太、鍋島達弥「シッフ塩基形成を利用した動的集積によるケージ超分子の構築」

32. NAKAMURA,

Takashi“Precisesynthesisand第 8 回 CSJ 化学フェスタ 2018、タワーホール船堀、

functions of macrocyclic oligomers with unique

江戸川、東京、2018 年 10 月 23-25 日（ポスター）

structures” 日本化学会第 99 回春季年会（2019）、
甲南大学岡本キャンパス、神戸、兵庫、2019 年 3

24. 川島拓馬、中村貴志、鍋島達弥「動的共有結合を

月 16-19 日（若い世代の特別講演会）

用いたトリス(2-ピリジルメチル)アミン部位を頂点とする超分子ケージの構築」第 8 回 CSJ 化学フ33. 佃真之介、中村貴志、鍋島達弥「サロフを壁面に

ェスタ 2018、タワーホール船堀、江戸川、東京、持つベルト状大環状分子によるフラーレン包接」

2018 年 10 月 23-25 日（ポスター）

日本化学会第 99 回春季年会（2019）、甲南大学岡本キャンパス、神戸、兵庫、2019 年 3 月 16-19 日

25. 住吉昭信、松岡亮太、鍋島達弥「機能性 N2O4 型（口頭）

ジピリン典型元素錯体の合成」第 8 回 CSJ 化学フェスタ 2018、タワーホール船堀、江戸川、東京、

34. 檜森宗、松岡亮太、鍋島達弥「C3v 型 BODIPY 大2018 年 10 月 23-25 日（ポスター）

環状三量体による擬ロタキサン形成の速度論的向き選択性」日本化学会第 99 回春季年会（2019）、

26. 両角拓磨、松岡亮太、鍋島達弥「テトラポッド型

甲南大学岡本キャンパス、神戸、兵庫、2019 年 3

らせん金属錯体を用いた超分子集積体の合成と性

月 16-19 日（口頭）質」第 8 回 CSJ 化学フェスタ 2018、タワーホール
船堀、江戸川、東京、2018 年 10 月 23-25 日（ポ35. 北條智大、松岡亮太、中村貴志、鍋島達弥「大環状ジピリン多量体およびその BODIPY 誘導体の分スター）─ 41 ─

子認識能」日本化学会第 99 回春季年会（2019）、
甲南大学岡本キャンパス、神戸、兵庫、2019 年 3
月 16-19 日（口頭）36. 住吉昭信、千葉湧介、松岡亮太、鍋島達弥「N2O4型ジピリンインジウム錯体の合成と光学特性」日
本化学会第 99 回春季年会（2019）、甲南大学岡本キャンパス、神戸、兵庫、2019 年 3 月 16-19 日（口頭）37. 両角拓磨、松岡亮太、鍋島達弥「C-ピボット型三重らせん金属錯体を用いた超分子ケージの合成」
日本化学会第 99 回春季年会（2019）、甲南大学岡本キャンパス、神戸、兵庫、2019 年 3 月 16-19 日（口頭）
38. 米村颯太、中村貴志、鍋島達弥「７つのビピリジル基をもつシクロデキストリン誘導体の金属錯形成による単一異性体の生成」日本化学会第 99 回春
季年会（2019）、甲南大学岡本キャンパス、神戸、
兵庫、2019 年 3 月 16-19 日（口頭）39. 芹澤航平、千葉湧介、鍋島達弥「2,2’-ビピリジン
をスペーサーに持つ環状ジピリンの合成」日本化学会第 99 回春季年会（2019）、甲南大学岡本キャ
ンパス、神戸、兵庫、2019 年 3 月 16-19 日（ポスター）
40. 増本正輝、千葉湧介、鍋島達弥「1,3-ジメトキシｍ-フェニレンをスペーサーとする環状ジピリンの合成」日本化学会第 99 回春季年会（2019）、甲南大学岡本キャンパス、神戸、兵庫、2019 年 3 月
16-19 日（ポスター）
41. 東條翔磨、鍋島達弥、一戸雅聡「アルキル置換 1,2ジリチオジシランの発生」日本化学会第 99 回春季
年会（2019）、甲南大学岡本キャンパス、神戸、兵庫、2019 年 3 月 16-19 日（口頭）42. 日比風弥、鍋島達弥、一戸雅聡「シリル基とアルキル基で非対称に置換されたジシレンの合成、構造、及び反応性」日本化学会第 99 回春季年会（2019）、甲南大学岡本キャンパス、神戸、兵庫、
2019 年 3 月 16-19 日（口頭）─ 42 ─

山本泰彦＜研究成果＞
ヒトの染色体末端であるテロメア領域類似の DNA 塩基配列が形成する四重鎖 DNA に、
ヘムタンパク質に補欠分子族として存在する
ヘム（図１A）は特異的に結合して安定なヘム－DNA 複合体を形成する。四重鎖 DNA の安定化に寄与する G カルテット(図１B）の平面
性と大きさは、ヘムのポルフィリン環とのπ－πスタッキングに適しているのである。私共は、
ヘム－DNA 複合体が示す酸化触媒作用の分子機構を解明する研究を通して、環境調和型であると共に、高効率かつ高選択的な化学反応を可能にする機能性核酸の創製に寄与する分子設計指針の発見を目指している。
【 １ 】ヘム鉄の電子密度を通したヘム－
DNA 複合体の酸化触媒活性の調節機構の発見
ヘムの側鎖を化学修飾することによりヘム
鉄の電子密度(Fe)を系統的に変化させた一連の化学修飾ヘムと、ヒトのテロメアの繰り返し
塩基配列の基本単位 d(TTAGGG) (図１C と C’)が形成する平行型四重鎖 DNA（[d(TTAGGG)]4）(図１D)のヘム－DNA 複合体(図１E)を調製し、そ れ ら の 酸 化 触 媒 活 性 を Amplex Red (10acetyl-3,7-dihydroxyphenoxazine) を 基 質 と し て用いて計測した。Amplex Red の酸化反応 (図１F)で生じる Resorufin (7-hydroxyphenoxaz-3one) の吸光度の経時変化の解析より求めた初速度を指標として触媒活性を比較した結果、
Fe の減少に伴って、ヘム－DNA 複合体の酸化触媒活性は単調に低下することが示された。この結果から、ヘム－DNA 複合体の酸化触媒活性は、典型的な酸化酵素の一つであるペルオキ
シダーゼと同一の分子機構で発現することが予想された。さらに、小島隆彦教授、小谷弘明
助教（いずれも筑波大数物）との共同研究により、ヘム－DNA 複合体の酸化触媒作用で生じる反応中間体の検出および特定に関して、重要な実験結果が得られつつある。
【 ２ 】一本鎖 DNA が形成する平行型四重鎖
DNA とヘムの複合体の構造と機能の解析

塩 基 配 列 d(TAGGGTGGGTTGGGTGGG)(18mer) が形成する四重鎖 DNA の 3’末端 G カ

ABHexanucleotide

G-quadruplex DNA

C

D

C’

Heme

F

Amplex Red

Heme-DNA complex

E

Resorufin

図１．ヘム（A）と G カルテット（B）の分子構造。塩基配列 d(TTAGGG)のヘキサヌクレ
オチド（C と C’）、d(TTAGGG) が 4 分子集まって生じる平行型四重鎖 DNA（[d(TTAGGG)]4）（D）、ヘムが[d(TTAGGG)]4 の 3’末端 G カルテ
ットに特異的に結合して生じるヘム－DNA 複合体（E）およびヘム－DNA 複合体が促進する
Amplex Red の酸化反応（F）。
ルテットにヘムは特異的に結合し、酸化触媒作用を示す複合体を形成することを明らかにした。18mer の四重鎖 DNA の変性温度は約 90 ℃と高いことに加えて、18mer の四重鎖 DNA は
耐酸性、耐アルカリ性および耐有機溶媒性に優れていることから、ヘムと 18mer の複合体の研─ 43 ─

究を通して、安定性が高い DNA 酵素を創製する道を拓くことができると期待している。

Chemically Modified Hemes and G-quadruplex DNA
Formed from d(TTAGGG)”, 43rd International Conference
on Coordination Chemistry (ICCC2018), Sendai, Japan,
2018.07.30-08.04 (Poster)＜論文＞
1.R. Shinomiya, Y. Katahira, H. Araki, T. Shibata, A.
Momotake, S. Yanagisawa, T. Ogura, A. Suzuki, S. Neya,and Y. Yamamoto, “Characterization of Catalytic Activities
and

Heme

Coordination

StructuresofHeme-DNA

Complexes Composed of Some Chemically Modified
Hemes

and

an

G-Quadruplex

All

DNA

Parallel-Stranded
Formedfrom

Tetramericd(TTAGGG)”,

Biochemistry, 57, 5930-5937 (2013).

2 Y. Yamamoto, H. Araki, R. Shinomiya, K. Hayasaka, Y.
Nakayama, K. Ochi, T. Shibata, A. Momotake, T. Ohyama,
M. Hagihara, and H. Hemmi, “Structures and Catalytic
ActivitiesofComplexes

Parallel-Stranded

betweenMonomericHeme

G-Quadruplex

and

All

DNAs”,

Biochemistry, 57, 5938-5948 (2018).

3.T. Ohta, T. Shibata, Y. Kobayashi, Y. Yoda, T. Ogura, S.
Neya, A. Suzuki, M. Seto, and Y. Yamamoto, “A Nuclear
Resonance Vibrational Spectroscopic Study of Oxy
Myoglobins Reconstituted with Chemically Modified
Heme Cofactors: Insights into the Fe-O2 Bonding andInternal Dynamics of the Protein”, Biochemistry, 57,

2.R. Shinomiya, T. Shibata, K. Ochi, H. Araki, Y.
Nakayama, S. Yanagisawa, T. Ogura, A. Suzuki, S. Neya, H.
Hemmi,andY.

Yamamoto,“Characterization

Heme-DNA

complexes”,

14th

Inorganic

Chemistry

Conference

Europeanof

Biological(EuroBIC14),

Birmingham, UK, 2018.08.26-30 (Oral)

3.Y. Yamamoto, H. Araki, M. Uchiyama, K. Hayasaka, R.
Shinomiya, T. Shibata, A. Momotake, M. Hagihara, and H.
Hemmi, “Deoxyribozymes Composed of Heme andG-quadruplex DNAs”, Advances in Noncanonical Nucleic
Acids

2018

(ANNA2018),

Portorož ・ Slovenia,

2018.10.25-27 (Oral, Invited lecture)

4.Y. Yamamoto, H. Araki, R. Shinomiya, K. Hayasaka, T.
Shibata, A. Momotake, S. Yanagisawa, T. Ogura, H.
Hemmi, A. Suzuki, and S. Neya, “Redox-catalyzing
Deoxyribozymes Composed of Heme and DNAs”, 9thAsian Biological Inorganic Chemistry Conference (AsBiC9),Singapore, 2018.12. 09-14 (Oral)

6649-6652 (2018).

国内会議
4.M. Watanabe, Y. Kanai, S. Nakamura, R. Nishimura, T.
Shibata, A. Momotake, S. Yanagisawa, T. Ogura, T. Matsuo,
S. Hirota, S. Neya, A. Suzuki, and Y. Yamamoto,“Synergistic Effect of Distal Polar Interactions in

1 中村朝香、中村俊平、柴田友和、山本泰彦、鈴木秋
弘、根矢三郎、三重安弘「ヘムの化学修飾がミオグロ
ビンの酸化還元電位に与える影響」第 45 回生体分子科

学討論会、堺市、2018.06.22-23（口頭）Myoglobin and Their Structural Consequences”, Inorg.
Chem., 57, 14269-14279 (2018).

2.早坂公佑、柴田友和、松井亨、山本泰彦、逸見光、
石塚匠、徐岩「キメラ塩基配列 d(TTA)r(GGG)d(T)の四重鎖とヘムの複合体」第 20 回 RNA 学会年会（RNA2018＜学会発表＞OSAKA）、大阪市、2018.07.09-11（ポスター）

国際会議
1.R. Shinomiya, T. Shibata, S. Yanagisawa, T. Ogura, S.
Neya, A. Suzuki, and Y. Yamamoto, “Characterization ofPeroxidase Activities and Structures of Complexes between

3.荒木はるか、篠宮僚介、柴田友和、逸見光、萩原正規、小倉尚志、柳澤幸子、鈴木秋弘、根矢三郎、Sen─ 44 ─

Dipankar、山本泰彦「ヒトテロメア類似塩基配列の四9.篠宮僚介、百武篤也、柳澤幸子、鈴木秋弘、根矢三

重鎖 DNA とヘムとの複合体の構造と機能の解析」第郎、小谷弘明、小島隆彦、Sen Dipankar、山本泰彦「ヘ12 回バイオ関連化学シンポジウム 2018、吹田市、ムをもつ DNA 酵素におけるペルオキシダーゼ活性発2018.09.09-11（口頭）

現機構の解明」日本化学会第 99 春季年会 (2019)、神戸市、2019.03.16-19（口頭）4.Y. Yamamoto, H. Araki, K. Hayasaka, R. Shinomiya, Y.
Nakayama, K. Ochi, T. Shibata, A. Momotake, M.
Hagihara, D. Sen, and H. Hemmi, “Structure-Function
Investigation of Deoxyribozymes Composed of Heme and
G-Quadruplex DNAs”, 第 57 回 NMR 討論会(2018)、札幌市、2018.09.18-20（口頭）5.R. Shinomiya, T. Shibata, S. Yanagisawa, T. Ogura, S.
Neya, A. Suzuki, and Y. Yamamoto, “Characterization of
Catalytic Activities and Heme Coordination Structures ofHeme-DNA complexes Composed of Chemically-modified
Hemes

and

an

All

ParallelG-quadruplexDNA[d(TTAGGG)]4”, Tsukuba Global Science Week 2018
(TGSW2018)、つくば市、2018.09.20-22（ポスター）

6.K. Hayasaka, T. Shibata, T. Matsui, Y. Yamamoto, H.
Hemmi, T. Ishizuka, and Y. Xu, “Characterization of
G-Guadruplex

Formedfrom

Chimeric

Sequenced(TTA)r(GGG)d(T) and Its Complex with Heme”, Tsukuba
Global Science Week 2018 (TGSW2018)、つくば市、
2018.09.20-22（ポスター）

7.山田果央、荒川和基、篠宮僚介、荒木はるか、柴田友和、百武篤也、山本泰彦「四重鎖 DNA の形成様式
がヘムをもつ DNA 酵素の性質に与える影響」日本化学会第 99 春季年会 (2019)、神戸市、2019.03.16-19（口頭）

8.山本泰彦、篠宮僚介、荒木はるか、柴田友和、百武
篤也、柳澤幸子、小倉尚志、鈴木秋弘、根矢三郎、逸見光「ヘムをもつ DNA 酵素のヘム鉄に軸配位子として結合する水分子の性質」日本化学会第 99 春季年会
(2019)、神戸市、2019.03.16-19（口頭）─ 45 ─

山本洋平・山岸洋
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。今年度は、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、極性反転可能な強誘電性π共役ポリマー、
エネルギー移動を介した発光ポリマー／ユー
ロピウム錯体複合体マイクロ球体からのWGM レーザー発振、BODIPY マイクロ結晶からの多色発光、金属を含まない単一要素有機白
色発光体、共役ポリマー／フラーレン誘導体バ
ルクへテロ接合マイクロ球体からの顕著なホール輸送特性の増大、シンプルな有機分子による高い複雑性をもつ結晶格子の自己組織化について研究発表を行った。これらの成果について概説する。
【 １ 】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
Förster 共鳴エネルギー移動 (FRET)を介してエネルギーアクセプターに光エネルギーを捕集し、効率的に反転分布状態を形成して誘導放出を導く FRET レーザーが提唱されている。この方法でのレーザーが実現すると、低い光ポン
ピング閾値でのレージングが期待でき、また、
発光波長の異なるエネルギーアクセプターを用いることにより、レーザー発振波長の変調や２波長でのレージングが可能である。これまでに、FRET を介したレージングとして、ランダ
ムレージングと光流体色素レーザーの報告がなされている。ランダムレーザーでは、エネル
ギー供与体／受容体のコアシェル構造により効率的にコロイド表面に光エネルギーを集中させ、コロイド表面のラフネスにより増強された散乱による位相不整合なフィードバックによるレーザー発振を実現している。また、光流体色素レーザーでは、シリカなどからなるマイ
クロチューブ中にドナーおよびアクセプター
分子（混合物、もしくはエネルギー供与体と受容体を Förster 半径内に配置した DNA）を流し、FRET を介したアクセプターからの発光をリン
グ共振器内に閉じ込め、WGM レージングを実現している。これらはいずれもナノ秒レーザー
励起により実現している。一方、マイクロ結晶によるファブリペロー共振器やウィスパリン
グギャラリーモード（WGM）共振器によるレーザーにおいては、FRET レーザーの報告はない。
本研究では、エネルギードナー／アクセプタ
ー共結晶による WGM 型マイクロ共振器を用い、FRET レーザーの可能性について検討した（図１）。我々は当初、エネルギー移動によるレーザー発振を期待していた。実際に、弱励起下では、FRET が高効率で起こり、エネルギー
アクセプターからの発光が観測される。しかしながら、強励起下では FRET が起こる前にエネ
ルギードナーからの誘導放出が起こり、エネル
ギー移動を介さないレーザー発振であった。速度定数はレーザー発振の方が FRET より 20 倍
以上も早い。これらの結果は、FRET laser 実現のためには、エネルギー移動速度が数ピコ秒以下の極めて速い材料系が必要であることを示唆する。

図 1．炭素架橋フェニレンビニレン COPV2 お
よび COPV3 からなるマイクロ共結晶からのレーザー発振スペクトル．
【 ２ 】極性反転可能な強誘電性π共役ポリマ
ー
強誘電材料は、外部電場の印加により分極状態の形成と反転が可能である。このような特性を利用して、メモリー素子への応用が可能となる。有機強誘電体の分極反転のメカニズムとして、水素結合、液晶の配向性、電荷移動錯体、分子の回転などが挙げられる。強誘電ポリマー
であるポリフッ化ビニリデンでは、主鎖の回転が用いられる。
本研究では、ポリフェニレンエチニレンを用─ 46 ─

いた主鎖の回転による強誘電性を実現した（図２）。フェニレンの 2,3 位にフッ素を導入する
ことで、主鎖に分極を導入し、回転のためのエ
ネルギー障壁を 1 cal mol–1 程度に低減するよう置換基を導入した。その結果、このポリマー
は強誘電性を示した。また、主鎖は共役していることから、強誘電性と半導体特性を兼ね備えたポリマー材料の作製に成功した。

図 3．フルオレン− テルピリジン交互共重合体/ユーロピウム錯体複合体からなるマイクロ球
体共振器からのレーザー発振スペクトル．

図 2．フッ素置換ポリフェニレンエチニレンからの強誘電特性．
【 ３ 】エネルギー移動を介した発光ポリマー／ユーロピウム錯体複合体マイクロ球体からの WGM レーザー発振
共役ポリマーは，導電性と発光特性をもつ材
料として、光電子デバイス応用への期待が高まっている。しかし、バンド幅の広い発光は、高い色純度が求められるディスプレイなどへの応用には不向きである。一方、ランタノイドは、
F-F 遷移に起因する極めて先鋭な発光バンドを示すが、ランタノイドの f-f 遷移は禁制である
ことから、光吸収効率が低い。これらのことか
ら、共役ポリマーとランタノイドを組み合わせることで、高い光吸収効率と先鋭な発光を実現できると考えられる。
本研究では、発光性のフルオレン− テルピリ
ジン共重合体にユーロピウム錯体を配位させることで、ポリマーからユーロピウムへの高いエネルギー移動効率を利用した高効率で先鋭な発光を実現した。さらに、このハイブリッド
材料をマイクロ球体へと自己組織的に集合化することで、発光を球体内部に閉じ込め、WGM
レーザー発振に成功した（図３）。

【 ４ 】BODIPY マイクロ結晶からの多色発光
ボロンジピロロメタン（BODIPY）は、高い発光効率や発光波長の変調が可能であることから、蛍光ラベルや化学センサー、レーザー色素としての応用が期待されている。発光色の変調は、分子の凝集状態の違いに起因することが多い。
本研究では、マイクロメートルサイズの
BODIPY ロッドを作製し、ロッドからの多色発光を確認した。特筆すべきことに、特定の自己組織化条件においては、一本のロッド中に異なる発光色を示す光学ヘテロ構造体が形成した。
室温下でのマイクロロッドの顕微蛍光分光測定より、赤蛍光部位のミクロドメインを形成していることを明らかにした。その温度変化測定
より、温度の低下に伴い赤の発光強度が低下し、緑の発光強度が増大することから、局所的にHOMO-LUMO ギャップが異なる部位が存在することを見出し（図４）、そのアレニウスプロ
ットより電荷キャリアのホッピング障壁を見積もった。さらに、時間分解マイクロ波電導度
測定より、ミクロドメインがない緑発光マイク
ロロッドの方が、ミクロドメインをもつ赤発光
マイクロ路度と比較して２桁大きな光キャリ
ア寿命と５倍高い光電導度を示すことを明らかにした。

─ 47 ─

図 4．多色発光 BODIPY マイクロロッドにおいて予想されるエネルギー準位（上）と J. Phys.
Chem. C の表紙絵（下）．
【 ５ 】金属を含まない単一要素有機白色発光体
有機 EL 素子は、フレキシブル基板上に大面積かつエネルギー負荷の少ないプロセスで作製可能であることから、次世代の発光素子として期待されている。特に、白色発光を示す有機EL 素子は、低消費電力の照明やディスプレイ
のバックライトとしての実用に向けた応用研究が進められている。今日の白色発光有機 EL
素子は、発光色の異なる複数の材料を混合ある
いは積層することで構成されている。しかしながら、多段階の作製プロセスや、複数の材料の電子状態や混合比を精緻に制御する必要があるなどの課題がある。もし、単一のコンポーネントで白色発光を示す有機材料があれば、これらの課題を克服することができることから、白色発光を示す有機材料の開発が強く求められている。これまでに、リン光を示す金属錯体において、配位子の変調により、単一分子要素での白色発光が報告されている。しかしながら、これらの材料は、稀少重金属を含むことから環境負荷が高く、供給量が制限される。また、多段階の合成プロセスが必要なことから、製造に要する時間とコストが大きくなってしまう点に問題がある。
本研究では、電子供与性− 受容性連結分子が紫外光照射により白色のリン光発光を発言す
ることを見出したので報告する（図５）。この分子は、カルバゾール(Cz)とジベンゾフラン(DBF)の連結体であり、HOMO が Cz 部位に、
LUMO が DBF 部位に分布する。この D–A 連
結分子は紫外領域に蛍光発光を示し、低温、不活性ガス雰囲気下では青色領域にリン光を示す。興味深いことに、この分子薄膜に紫外光照射を行うと、新たなリン光バンドが長波長側に発現する。これら２種類のリン光バンドの結果、
この単一の分子コンポーネントからなる薄膜は白色発光を示す。さらに、光照射だけでなく、電流誘起によっても白色発光を誘起できることが明らかになった。本研究で開発した分子デザインは、低コスト、低エネルギー消費の白色
EL 素子開発における重要な指針を与える。

図 5．カルバゾール− ジベンゾフラン連結分子の分子構造と紫外光照射に伴う発光スペクト
ルおよび色座標の変化．
【 ６ 】共役ポリマー／フラーレン誘導体バル
クへテロ接合マイクロ球体からの顕著なホール輸送特性の増大
共役ポリマー／フラーレンからなるバルク
ヘテロ接合（BHJ）は、高い電荷分離効率のため、太陽電池への応用に用いられるモデルシス
テムである。
本研究では、BHJ の光触媒としての応用について検討した。その結果、レジオランダムポリ

─ 48 ─

チオフェン（rra-PHT）と PCBM の混合溶液より自己組織的に作成した BHJ マイクロ球体において、光キャリア寿命と電導度の顕著な増大を確認した（図６）。電気化学測定から、rra-PHTのカチオンラジカルの生成の顕著な増大が確認された。さらに、rra-PHT/PCBMBHJ システ
ムにおいて、水分に帯する耐久性の増大が確認された。このように、BHJ マイクロ球体は、光および電気化学触媒としての応用が期待できる。

図 6．レジオランダムポリチオフェン/PCBM バ
ルクへテロ接合マイクロ球体におけるホール
輸送特性の増大の模式図．
【 ７ 】シンプルな有機分子を用いた耐熱性か
つ自己修復性の多孔質結晶の合成
多孔性構造は一般に準安定状態であり、一度壊れると元に戻すことが困難である。しかし、耐熱性かつ自己修復が可能な多孔性結晶の開発に成功した。この成果は熱安定を追求してきた多孔性材料の新たな設計指針になりうる。また、結晶を組み上げるために用いた分子の構造は簡素であり、複雑化の一途をたどる当該分野の分子設計論に一石を投じるものである。
自己修復性とは、損傷した材料が自発的にその傷を治す機能のことである。例えば人体には傷を治癒する機能が備わっている。この仕組みを模倣し、破断面を指で軽く押し付けておくと修復する「自己修復性ゴム」や、一度潰れた孔を復元できる多孔質結晶が実現されてきた。自己修復性材料を構成する結合は極めて弱く、切断しても容易に再結合するため、たやすく傷を修復することができる。省資源化を実現する物性として、学術界を中心に大きな注目を集めている。
本研究では、耐熱性多孔質結晶で自己修復性を実現した。用いた分子 1 は、6 つの腕を放射状に伸ばした対称性の高い単純な構造を有している(図 7a)。この分子は有機溶媒（CH3CN）
で結晶化し、図 7b に示した 1 次元の孔をもつ多孔質結晶を与える。X 線回折を用いた詳細な構造解析から、各孔の天井と床の部分が「C–H···N 結合」と呼ばれる弱く可逆的な無数の結合でできていることが明らかになった(図7c)。この特別な結合が多孔性結晶の構築に使われた例は過去にない。
この多孔性結晶は 202°C という高い耐熱性を有する。それ以上の温度で加熱すると、分子が動き出して孔が崩壊してしまう(図 7d)。このとき、孔の天井と床の部分が選択的に崩壊することで元の構造が部分的に維持され、致命的な損傷が回避されている。歪みを吸収して優先的に壊れる部位という意味で、天井と床の部分を「クラッシャブルゾーン」と名付けた。クラッシャブルゾーンを形成する C–H···N 結合は弱く可逆的なため、室温・大気下において CH3CN
溶媒の蒸気にさらしておくだけで結合が再生し、孔がもと通りに自己修復する。一方で、一度組み上がった孔は無数の C–H···N 結合により支えられており、容易に壊れない。このメカ
ニズムにより、耐熱性と自己修復性の両立に成功した。

図 7．(a)分子 1 の構造 (b)多孔性結晶の構造(c)C–H···N 結合模式図 (d)孔が崩壊した後の結晶構造。

─ 49 ─

Science 361, 1242–1246 (2018).

＜論文＞
1.

Daichi Okada, Stefano Azzini, Hiroki Nishioka, Anna
Ichimura, Hayato Tsuji, Eiichi Nakamura, Fumio＜総説・解説＞

Sasaki, Cyriaque Genet, Thomas W. Ebbesen, Yohei

1. 山岸 洋、相田 卓三、 Simple is beauty 高耐熱性な

Yamamoto, π-Electronic Co-crystal Microcavities

のに自己修復する一次元多孔質有機結晶, 現代化with Selective Vibronic-Mode Light Amplification:

学 577, 45–49 (2019).

Toward Förster Resonance Energy Transfer Lasing,2.

Nano Lett. 18, 4396–4402 (2018).

＜学会発表＞

Soh Kushida, Emanuel Smarsly, Irene Wacker,

国際会議

Rasmus Schröder, Osamu Oki, Yohei Yamamoto,ChristianMelzer,Switchable

Uwe

Heiko

Bunz,

Dipole1. YoheiMay 10, 2018.
2. Yohei

Mode

LasinginSupramolecular

Hiroyasu Sato, Akinori Saeki, Takashi Nakamura,
PhotoluminescenceofYamamoto, Yohei Yamamoto, “Donor-acceptor
dendrimer crystals that display thermo-, vapor-,andJ. Phys. Chem. C 123, 5061–5066 (2019). (Selected

Carbazole-Dibenzofuran

Metal-Free

Single-Component

Dyads

Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara, Thang Dao,White-Color

Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Alexander Kühne,Felix Deschler, Richard Friend, Yohei Yamamoto,(2019).

“Near

Amandeep Jindal, Hiroaki Kotani, Soh Kushida,

Sato, Ryotaro Matsuda, Kenichi Kato, Takuzo Aida,
lattices

with

high

mode

5. Daichi Okada, Stefano Azzini, Hiroki Nishioka,

Hiroshi Yamagishi, Hiroshi Sato, Akihiro Hori, Yohei
ofgallery

Busan, Korea, July 1-6,2018. (Poster)(2019).

Self-assembly

whispering

blend microsphere resonators”, ICSM 2018,

Significant Enhancement of Hole Transport Ability in7.

infrared

photoluminescence from conjugated polymer

Akinori Saeki, Takahiko Kojima, Yohei Yamamoto,

Microspheres, ACS Appl. Polym. Mater. 1, 118–123

2018,

Kota Hatanaka, Youhei Takeda, Satoshi Minakata,asConjugated Polymer/Fullerene Bulk Heterojunction

ICSM

4. Osamu Oki, Soh Kushida, Annabel Mikosch,

Photoemitters, Adv. Funct. Mater. 29, 1805824

6.

mechanochromism”,

Busan,Korea, July 1-6, 2018. (Poster)as Cover Picture)

Yamamoto,

Chemically

Youhei Takeda, Satoshi Minakata, Kimihisa

Polymorph

Kenichi Tabata, Tetsuya Yamada, Hiroshi Kita, Yohei

of

3. Yoo Jooyoung, Sae Nakajima, Ken Albrecht,

Boron Dipyrromethene Crystals and Heterostructures,

5.

Nanoscience

Japan, June 16, 2018.

Tatsuya Nabeshima, Yohei Yamamoto, Axel Lorke,
Polychromatic

OpticalProgrammed Pigments (SNCPP18), 立命館大学,

Chem. Asian J. accepted (2019).
Aswin Asaithambi, Daichi Okada, Günther Prinz,“Self-assembled

Polymers”, Fourteenth International Workshop on

Conjugated

Polymer/Europium Hybrid Microsphere Resonators,

4.

Yamamoto,

Microcavities from π-Conjugated Molecules andYamamoto, Energy Transfer-Assisted Whispering
Gallery

Organic

The National University of Malaysia, Malaysia,

Ed. 57, 17019–17022 (2018).
Zakarias S. Ngara, Daichi Okada, Osamu Oki, Yohei“Self-Assembled

Semiconductor Microlasers”, CMD symposium,

Poly(para-phenyleneethynylene)s:

Ferroelectric Conjugated Polymers, Angew. Chem. Int.

3.

Yamamoto,

structuralcomplexity from a geometrically simple molecule,─ 50 ─

Hayato Tsuji, Fumio Sasaki, Eiichi Nakamura,
Cyriaque Genet, Thomas Ebbesen, Zhang-Hong
Lin, Masakazu Morimoto, Jer-shing Huang,
Takeo Minari, Tadaaki Nagao, Masahiro Irie,
Yohei Yamamoto, “Wavelength-Selective andPhoto-Switchable

π-Electronic

Microlasers”,

ICSM 2018, Busan, Korea, July 1-6, 2018.
(Poster)
6. Zakarias S. Ngara, Daichi Okada, Oki Osamu,
Yohei

Yamamoto,“Couplingof

Photoluminescence with Whispering Gallery
Modes in Eu3+-Coordinated Conjugated Polymer
Microsphere”, ICSM 2018, Busan, Korea, July
1-6, 2018.(Oral)
7. Yohei Yamamoto, “Self-Assembled Organic andPolymer Semiconductor Microlasers”, ICSM
2018, Busan, Korea, July 1-6, 2018.
8. Yohei
Yamamoto,“Self-Assembled
Organic/Polymeric
Microlasers
andPhotoswitchable Arrays”, European Conferenceon Laser Optics & Photonics,, Praque, Czech,
July 16-17, 2018.
9. Svetlana Sirotinskaya, Christian Fettkenhauer,
Yohei Yamamoto, Doru C. Lupascu, Roland
Schmechel, Niels Benson, “Experimental study ofgrain boundary and bulk trap states for MAPbI3
crystallites”, E-MRS Fall Meeting, Warsaw,
Poland, September 17-20, 2018.
10. Yohei
Yamamoto,“Self-Assembled
Organic/Polymeric
Microlasers
andPhotoswitchable Arrays”, . TGSW2018, 筑波大学, Japan, September 22, 2018.
11. Yohei Yamamoto, “Self-Assembled Organic Soft
Microlasers and Photoswitchable Microarrays”,
International Congress on Pure & Applied
Chemistry Langkawi (ICPAC Langkawi 2018),
Malaysia, October 30-November 2, 2018.
12. Yohei Yamamoto, “Self-Assembled Organic
Microlasers and Microarrays”, Southeast Asia
collaborative symposium on energy materials
2018 (SACSEM2018), 筑 波 大 学 , Japan,
November 8-9, 2018.
13. Osamu Oki, Hiroshi Yamagishi, Yasuhiro
Morisaki, Ichiyo Hayashi, Tomoki Ogoshi, Yohei
Yamamoto, “Vertical Assembled Bowl-Shaped
Hexagonal and Chiroptical Microcrystals from
Planar Chiral Cyclophane”, π造形国際シンポジ
ウム, Madrid, Spain, November 23-25, 2018.
14. Airong Qiagedeer, Minami Sakamoto, Fumitaka

Ishiwari, Takanori Fukushima, Yohei Yamamoto,“AIE-active
polymermicrospherebased
whispering gallery mode resonator for water gas
sensing”, π 造 形 国 際 シ ン ポ ジ ウ ム , Madrid,
Spain, November 23-25, 2018.
15. Daichi Okada, Zhan-Hong Lin, Masakazu
Morimoto, Jer-shing Huang, Fumio Sasaki, Takeo
Minari, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Masahiro
Irie, Yohei Yamamoto, “Photo-Switchable Optical
Resonators and Optical Memory Arrays from
Fluoresent Diarylethene”, π造形国際シンポジウ
ム, Madrid, Spain, November 23-25, 2018.
16. Yohei
Yamamoto,“Organic/Polymeric
Microlasers and Self-Organized Microarrays”, π
造形国際シンポジウム, Madrid, Spain, November
23-25, 2018.
17. Yohei
Yamamoto,“Self-Assembled
Organic/Polymeric
Microlasers
andPhotoswitchable Microarrays”, 10th Singapore
International Chemistry Conference (SICC10),
Singapore, December 16-19, 2018.
18. Zakarias Seba Ngara, Osamu Oki, Yohei
Yamamoto, “Switching of whispering gallery
mode resonance inside protonated anddeprotonatedmicrosphereofcopolymer
containing
alternating
fluorene-terpyridinendmoieties”, SACSEM 2 Symposium, 筑波大学,
January 28, 2018. (Poster)
19. Daichi Okada, Zhan-Hong Lin, Jer-shing Huang,
Masakazu Morimoto, Fumio Sasaki, Takeo
Minari, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Masahiro
Irie, Yohei Yamamoto, “Photo-Switchable Optical
Microresonators and Memory Arrays from
Fluoresent
Diarylethene”,
SACSEM
2nd
Symposium, 筑波大学, January 28, 2018. (Oral)
20. Osamu Oki, Hiroshi Yamagishi, Yasuhiro
Morisaki, Ichiyo Hayashi, Tomoki Ogoshi, Yohei
Yamamoto,”Self-Assembled
Hexagonal
Bowl-shaped Microcrystals from planar chiralmolecule in non-equilibrium supersaturation
system”, SACSEM 2nd Symposium, 筑波大学,
January 28, 2018. (Poster)
21. Yohei
Yamamoto,“Self-Assembled
Organic/Polymeric
Microlasersand─ 51 ─

Photoswitchable Microarrays”, バンドン工科大学-筑波大学ジョイントシンポジウム, Bundong,Indonesia, February 28, 2019

樹、山本 洋平「面不斉分子からなるお椀型マイク
ロ結晶と円偏光発光」第 67 回高分子討論会、北海道大学札幌キャンパス, 札幌、2018 年 9 月 12–14
日
9.

国内会議
1.

2.

山本洋平「高分子でレーザーを創る」筑波大学数Günther、佐藤 寛泰、佐伯 昭紀、 鍋島達弥、Lorke

理物質科学研究科コロキウム講演会、筑波大学、

Axel、山本洋平「多色発光を示す BODIPY マイク

2018 年 4 月 26 日

ロ結晶と光学ヘテロ構造の形成」第 67 回高分子討

Amandeep Jindal, Suddhasatwa Basu, Neha Chauhan,

論会、北海道大学札幌キャンパス, 札幌、2018 年

Tomofumi

9 月 12–14 日

Ukai,

Sakthinitride/polyacrylonitrile

3.

Kumar 「 Carbon

nanofibers

aseffective

10. 山本洋平、岡田大地、北山雄介、森本正和、入江

cathode catalyst in microfluidic fuel cells」第 66 回高正浩、Jer-Shing Huang, Zhan-Hong Lin「スイッチン

分子学会年次大会、名古屋国際会議場、名古屋、グが可能なマイクロ光共振器とアレイ化」第 672018 年 5 月 23–25 日(Poster)

回高分子討論会、北海道大学札幌キャンパス, 札岡田大地、北山雄介、Zhang Hong Lin、森本正和、幌、2018 年 9 月 12–14 日

Jer-shing Huang、佐々木史雄、三成剛生、石井智, 長

11. 大木 理、山岸 洋、山本 洋平、森崎 泰弘、生越 友

尾忠昭、入江 正浩、山本洋平「Photo-Switchable

樹「面不斉分子からなる六角形お椀型マイクロ結

Optical Resonators and Arrays from Fluoresent

晶の異方的成長と円偏光発光」第 79 回応用物理学

Diarylethene」第 66 回高分子学会年次大会、名古会、名古屋国際会議場、名古屋、2018 年 9 月 18–21

屋国際会議場、名古屋、2018 年 5 月 23–25 日(英5.

山本洋平「共役ポリマーマイクロ光共振器の開発」

佐伯 昭紀、佐々木史雄、中村貴志、鍋島達弥、

ポリマーフロンティア 21、東京工業大学大岡山キ

Lorke Axel、山本洋平「多色発光を示す BODIPYャンパス、東京、2018 年 6 月 15 日

マイクロ結晶とその光学ヘテロ構造の作成」第 79

Amandeep Jindal, Hiroaki Kotani, Soh Kushida,

回応用物理学会、名古屋国際会議場、名古屋、2018

Akinori Saeki, Takahiko Kojima and Yohei Yamamoto

年 9 月 18–21 日「Significant enhancement of hole hopping ability in

孔性結晶構築」第 69 回コロイドおよび界面化学討

microspheres」第 67 回高分子討論会、北海道大学

論会、筑波大学、2018 年 9 月 18–20 日
14. Taisuke Iwai, Hiroshi Yamagishi, Yohei Yamamoto(Poster)「 WGM

Jooyoung Yoo、中嶋 紗英、山岸洋、Ken Albrecht、Fluorescent Dyes」IWP2018、筑波大学、2018 年 9武田 洋平、南方 聖司、山元 公寿、山本 洋平「熱、月 20–22 日

蒸気、および機械的刺激に対して色変化を示す蛍7.

13. 山岸 洋、相田卓「高対称分子の役割分化による多conjugated polymer/fullerene bulk heterojunction
札幌キャンパス, 札幌、2018 年 9 月 12–14 日
6.

日
12. 岡田大地、Vijai Aswin、Prinz Günther、佐藤 寛泰、

語口頭)
4.

LasingbySelf-Assembled

Dendritic

15. Jun Naito, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara, Yohei

光性デンドリマー結晶ファイバー」第 67 回高分子

Yamamoto

討論会、北海道大学札幌キャンパス, 札幌、2018

Phosphorescent-dye-doped Polymer Microsphere 」

年 9 月 12–14 日(口頭)IWP2018、筑波大学、2018 年 9 月 20–22 日「

LuminescencefromAirong Qiagedeer, Minami Sakamoto, Fumitaka

16. Ami Nakayama, Hiroshi Yamagishi, Yohei Yamamoto

Ishiwari, Takanori Fukushima, Yohei Yamamoto「AIE「Dynamics of Guest Molecules in C-H…N-Bonded

polymer-based whispering gallerying mode resonators

Nanopores」IWP2018、筑波大学、2018 年 9 月 20–22

for humidity sensing」第 67 回高分子討論会、北海日

道大学札幌キャンパス, 札幌、2018 年 9 月 12–14

17. 山本 洋平「高分子マイクロ球体レーザー」防衛大学校セミナー、防衛大学校、2018 年 9 月 25 日

日(Poster)8.

岡田大地、Asaithambi Aswin 、中村貴志、Prinz

大木 理、山岸 洋、森崎 泰弘、林 一陽、生越 友

18. 山本 洋平「ポリマーでレーザーを創る：自己組織

─ 52 ─

化によるマイクロ光共振器の構築と応用」ナノ・

Gallery Mode Resonator-based Humidity Sensing」高マイクロ技術支援講座、川崎市、2018 年 9 月 26

分子学会関東支部茨城地区「若手の会」交流会、

日

つくばセミナーハウス、2018 年 11 月 1–2 日（ポ19. 大木 理「面性不斉分子からなるお椀型六角形マイスター）

クロ結晶の異方的成長と円偏光発光」π 造形若手

29. Jooyoung Yoo、中嶋紗英、アルブレヒト建、岡崎会、愛知県蒲郡市、2018 年 10 月 4–6 日(ポスター)

真人、武田洋平、南方聖司、山元公寿、山本洋平

20. Zakarias

Seba

Ngara

core-shell microsphere「cavityFabrication
from

of

「熱、蒸気、および機械的刺激に対して色変化を

conjugated示す蛍光性デンドリマー結晶ファイバー」高分子

polymer-europium complex by injection method to学会関東支部茨城地区「若手の会」交流会、つくdemonstrate whispering gallery mode resonances」πばセミナーハウス、2018 年 11 月 1–2 日（ポスタ造形若手会、愛知県蒲郡市、2018 年 10 月 4–6 日(ポー）
30. Zakarias Seba Ngara, Daichi Okada, Oki Osamu,

スター)

Yohei

21. 岡田 大地「波長変調・光スイッチを可能とする自Yamamoto 「 Fabricationof

core-shell

己組織化マイクロ光共振器」π 造形若手会、愛知

microsphere cavity from conjugated polymer -

県蒲郡市、2018 年 10 月 4–6 日

europium complex by injection method to demonstrate

22. Amandeep Jindal「Significant Enhancement of Holewhispering gallery mode resonances」高分子学会関Hopping Ability in Conjugated Polymer/Fullerene

東支部茨城地区「若手の会」交流会、つくばセミ

Bulk Heterojunction Microsphere」π 造形若手会、愛ナーハウス、2018 年 11 月 1–2 日（ポスター）
31. 岡田 大地、山本 洋平 、辻 勇人、中村 栄一、佐々知県蒲郡市、2018 年 10 月 4–6 日(ポスター)
23. 山岸 洋「簡素な分子からなる高機能多孔性結晶の木 史雄、Cyriaque Genet、Thomas Ebbesen、Jer-Shing発見」π 造形若手会、愛知県蒲郡市、2018 年 10

Huang、森本 正和、入江 正浩、石井 智、長尾 忠

月 4–6 日(ポスター)

昭「波長変調・光スイッチを可能とする自己組織

24. Yohei Yamamoto「Self-Assembled Organic/Polymeric化マイクロ光共振器の開発」高分子学会関東支部

Microlasers and Photoswitchable Arrays 」 Polymer

茨城地区「若手の会」交流会、つくばセミナーハ

Minisymposium、筑波大学、2018 年 10 月 15 日

ウス、2018 年 11 月 1–2 日(口頭)25. 岩井航平、山岸 洋、辻 勇人、山本 洋平「デンド32. Amandeep Jindal, Hiroaki Kotani, Soh Kushida,

リマーからなる凝集体の高次発光挙動の探索」高

Akinori Saeki, Takahiko Kojima, Yohei Yamamoto

分子学会関東支部茨城地区「若手の会」交流会、「Hole hopping ability enhancement in conjugated

つくばセミナーハウス、2018 年 11 月 1–2 日（ポpolymer/fullerene bulk heterojunction microspheres」

スター）

高分子学会関東支部茨城地区「若手の会」交流会、

26. 中山 亜実、山岸 洋、山本 洋平「分子性多孔性結つくばセミナーハウス、2018 年 11 月 1–2 日（ポ晶中におけるゲスト分子のダイナミクス」高分子学会関東支部茨城地区「若手の会」交流会、つくスター）
33. 山岸洋「簡素な分子からなる多機能多孔性結晶

ばセミナーハウス、2018 年 11 月 1–2 日（ポスタの発見」高分子学会関東支部茨城地区「若手の会」

ー）

交流会、つくばセミナーハウス、2018 年 11 月 1–2

27. 大木 理、山岸 洋、山本 洋平、森崎 泰弘、林一日（ポスター）

陽、生越 友樹「面性不斉 π 共役分子からなる六角

34. 山本 洋平「有機・高分子マイクロレーザーとマイ

形お椀型マイクロ結晶の異方的成長と円偏光発

クロアレイ化」レーザー学会第 528 回研究会「有光」高分子学会関東支部茨城地区「若手の会」交機固体レーザー」九州大学伊都キャンパス、2018

流会、つくばセミナーハウス、2018 年 11 月 1–2

年 12 月 14 日
35. Zakarias Seba Ngara, Osamu Oki, Daichi Okada,日（ポスター）
28. Airong Qiagedeer, Minami Sakamoto, Fumitaka
Ishiwari, Takanori

Fukushima,

Yohei

Yamamoto「AIE-active Polymer Microspheres for Whispering─ 53 ─

Yohei Yamamoto「Fabrication of micropshere from theself-assembly conjugated polymer-europium complex
using

self-organized

precipitation

methodtodemonstrate whispering gallery mode lasing in red

Huang、山本洋平「キラル共役ポリマーマイクロ

color region」1st G’lowing Polymer in KANTO、早稲

球体共振器からの円偏光発光」第 66 回応用物理学

田大学、2018 年 12 月 15 日

会春季学術講演会、東京工業大学大岡山キャンパ

36. Amandeep Jindal, Hiroaki Kotani, Soh Kushida,

ス、2019 年 3 月 9–12 日

Akinori Saeki, Takahiko Kojima and Yohei Yamamoto

44. 山 本 洋 平 「 Bewitching Venus 」 Art Innovation「 Enhanced Hole Hopping Ability in ConjugatedInternational Symposium 京都大学、2019 年 3 月

Polymer/Fullerene Bulk Heterojunction Microspheres

15–16 日、（作品展示）

for Electrocatalytic Applications 」 1st G’lowing

45. 大木理、岡田大地、山本洋平「AI を用いた自己組

Polymer in KANTO、早稲田大学、2018 年 12 月 15

織化マイクロ光共振器形状の合理的設計と日Whispering Gallery Mode 発光–光共振器形状間の37. Airong Qiagedeer, Minami Sakamoto, Fumitaka
Ishiwari, Takanori

Fukushima,

Yohei

精密な情報追尾」Future Trend in Polymer Science

Yamamoto(FTiPS)、東京理科大学、2019 年 3 月 20 日

「 AIE-active polymer microspheres for WGM

46. 山岸洋、相田卓三「自己修復性と耐熱性を併せ持

resonator based humidity sensing 」 1st G’lowing

つ 多 孔 質 結 晶 の 発 見 」 Future Trend in Polymer

Polymer in KANTO、早稲田大学、2018 年 12 月 15

Science (FTiPS)、東京理科大学、2019 年 3 月 20 日
(ポスター)

日
38. 山岸洋「耐熱性と自己修復性を両立した多孔性結47. 山本洋平「研究者のためのターゲティング・スト
ラテジー」筑波大学、2019 年 3 月 26 日

晶の発見」TREMS ワークショップ、筑波大学、

48. Kohei Iwai, Hiroshi Yamagishi, Hayato Tsuji, Ken

2019 年 1 月 12 日

Albrecht, Fumio Sasaki, Hiroyasu Sato, Yohei

39. Zakarias Seba Ngara, Osamu Oki, Daichi Okada,
Amandeep Jindal, Yohei Yamamoto「Fabrication of

Yamamoto 「 Single-crystal

Core-Shell microsphere cavity from the conjugatedlight-harvesting dendrimers」π 造形最終シンポジウ

polymer-europium complex by injection method to

ム、大阪大学豊中キャンパス、2019 年 3 月 29-30

demonstrate whispering gallery mode resonance」第39 回レーザー学会年次大会、東海大学高輪キャン

microcavitiesof日(Poster)
49. Ami Nakayama, Hiroshi Yamagishi, and Yohei
Yamamoto 「 Air-

パス、2019 年 1 月 12–14 日

andWater-Stable

Radicals

40. 岡田大地、森本正和、入江正浩、Jer-Shing Huang、

Photochemically Generated in Porous Molecular

佐々木史雄、石井智、長尾忠昭、Stefano Azzini、Crystals」π 造形最終シンポジウム、大阪大学豊中

Thomas Ebbesen、Cyriaque Genet、西岡拓紀、辻勇

キャンパス、2019 年 3 月 29-30 日(Poster)人、中村栄一、山本洋平「光スイッチ・波長変調

50. Osamu Oki, Hiroshi Yamagishi, Yasuhiro Morisaki,を可能とする自己組織化マイクロ共振器」第 39

Ichiyo Hayashi, Tomoki Ogoshi, Yohei Yamamoto

回レーザー学会年次大会、東海大学高輪キャンパ「

ス、2019 年 1 月 12–14 日（ポスター）

Microcrystals from Planar Chiral Molecule inSelf-Assembled

Hexagonal

Bowl-shaped

41. 大木理、Chidambar Kulkarni、Stefan C. J. Meskers、Non-equilibrium Supersaturation System」π 造形最終

E. W. Meijer、佐々木史雄、Zhan-Hong Lin、Jer-Shing

シンポジウム、大阪大学豊中キャンパス、2019 年

Huang、山本洋平「キラル共役ポリマーマイクロ

3 月 29-30 日(Poster)

球体が示す円偏光発光特性と WGM レーザー発

51. Amandeep Jindal, Hiroaki Kotani, Kentaro Tashiro,

振」第 39 回レーザー学会年次大会、東海大学高輪

Toshiaki Takei, Soh Kushida, Akinori Saeki, Takahikoキャンパス、2019 年 1 月 12–14 日（ポスター）

Kojima,42. 山本洋平「π 共役系有機材料によるマイクロ共振

Yohei

Yamamoto 「 Self-assemblyofConjugated Polymers and Peptides for Energy

器とレーザー発振」第 39 回レーザー学会年次大会、Applications Using Electrochemistry」π 造形最終シ

東海大学高輪キャンパス、2019 年 1 月 12–14 日

ンポジウム、大阪大学豊中キャンパス、2019 年 3

43. 大木理、Chidambar Kulkarni、Stefan C. J. Meskers、
E. W. Meijer、佐々木史雄、Zhan-Hong Lin、Jer-Shing

月 29-30 日(Poster)
52. Daichi Okada, Zhan-Hong Lin, Jer-shing Huang,─ 54 ─

Masakazu Morimoto, Fumio Sasaki, Takeo Minari,Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Masahiro Irie, Yohei
Yamamoto「Photo-Switchable Optical Microresonatorsand Memory Arrays」π 造形最終シンポジウム、大阪大学豊中キャンパス、2019 年 3 月 29-30 日(Poster)
53. Hiroshi Yamagishi, Takuzo Aida」「Thermally Robust
andSelf-healable

PorousMolecular

Crystals

Reinforced by Multiple C–H···N Bondings」π 造形最終シンポジウム、大阪大学豊中キャンパス、2019
年 3 月 29-30 日(Poster)─ 55 ─

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ます。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新しい精密分光測定法の開発などにも取り組んでいます。ここでは、平成
30 年度に行ったホウ化水素シートの触媒特性に関する研究内容と精密分光測定法の開発状況について報告します。
【 １ 】ホウ化水素シートの触媒特性
二次元物質は、大きな表面積や特異な電子状態などの独特の特性を持つため、触媒としての応用に大きな可能性を秘めています。このような二次元物質の中で、ホウ素関連材料は、多形(polymorph)を多く有するという観点で他の二次元物質とは異なる特有の性質を持っています。すなわち多中心結合を形成しやすいホウ素
特有の性質により、多種多様な安定二次元相が存在するという特徴およびそれに付随する物性を持っています。実際、近年の研究によってホウ素の二次元相としてボロフェンと呼ばれる物質が、異なる安定構造で様々な固体表面上で作製され報告されています。これは、ボロフ
ェンの多形に関する先行する理論的予測とも一致しています。
このようなホウ素の二次元物質の多形特性
は、ホウ素の結合ネットワークの構成を調整することによって触媒性能を最適化する機会を提供するものと捉えることができます。例えば、
最近、バルクのホウ素から剥離されたホウ素ナ
ノシートが中性媒体中での窒素からのアンモニア形成のための効率的な電極触媒性能を示すことが報告されていますが（ACS Appl. Mater.
Interfaces 2019, 11, 8115–8125.）、この触媒性能
はホウ素ナノシートの電子構造を変えることによって制御できる可能性があると考えることができます。
水素化したボロフェン（ボロファンと呼ぶ）にも多形特性があるということが理論的に報告されていますので、魅力的な多形特性を用いるこの触媒設計の概念はボロファンにも拡張することができます。しかしながら、ボロファンの触媒性能は、我々の知る限りでは実験的に分析されていないのが現状です。
最近、我々はボロファンシートの 1 つである
H:B=1:1 のホウ化水素（HB）シートが、二ホ
ウ化マグネシウム（MgB 2）のマグネシウム陽イオンとプロトンの間の完全なイオン交換と剥離によって調製できることを明らかにしています（J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13761–
13769.）。詳細な分析により、HB シートは長距
離秩序を持たず、図 1(a)に示すような架橋水素を有する六方晶ホウ素ネットワークの局所構造を有することがわかっています。ホウ素のK 殻での軟 X 線吸収および発光分光法を用いた最近の分析でもこの結論が支持されており、HB シートが半金属性を有することも分かってきました（Phys. Rev. Mater. 2019, 3, 024004.）。
HB シートは温度範囲 423〜1473 K において水素分子を放出することがわかっています。また、
HB シート内の水素はヒドリド（H -）ではなくプロトン（H +）の性質を持つことが、B1s コ
アレベルの状態、密度汎関数理論計算、およびHammett 酸度関数により示されています（HB
シートの酸度関数は 1.5 以下および 0.43 以上）。
以上の結果より HB シートは「プロトンが被覆されている二次元のホウ素シート」と見なすことができると我々は考えています。従って、
HB シートは水素吸蔵材料や電池への応用以外にもプロトン関連の化学反応に対して興味深
い触媒性能を示す可能性があると考えられます。このため、我々はまず HB シートの酸／塩
基触媒特性を明らかにするためエタノール改質反応に対する触媒活性を調べました。
図 1(b)は、様々な W/F 条件（接触時間）におけるエタノールの転化率を温度の関数として示しています。W/F は、触媒として用いた試料の質量を導入エタノールの流速で割った値です。転化率は生成した炭化水素の総量から見積もりました。どの場合も、測定前に Ar 気流
下 573 K で 1 時間前処理として加熱をしています。HB シートには明確なエタノール転換特性

─ 56 ─

があることがわかります。一方、HB 生成のためのスタート物質である MgB2 や HB シート合成時

図 1（a）粉末状の HB シートの写真と局所構
造の概略図 1（b）エタノール転化率の副生成物のホウ酸を加熱すると生成する酸
化ホウ素 B2O3 ではエタノール変換が示されな
いこともわかります。転化率は W/F の増加と共に増加しており、573 K、W/F=27.2 では 90％に達しています。転化率は長期間一定であることもわかりました。一例として、反応時間の関数としての 573 K および W/F=7.3 での転化率を
図 2(a)中に青い円で示します。この場合、13.4
時間における炭化水素の総量は 3.2 mmol であり、使用した HB シートの全 B 原子数の約半分に相当します（エチレン生成速度は 2.4±0.1
mmol / g・h と見積もられました）。また、図2(a)の赤い三角で示されるように、エタノール
消費量からの算出したエタノール転化率が炭化水素生成から算出された値とほぼ同じ（12時間後に約 40％）であることもわかりました。
これは生成物の炭化水素が HB シート上に蓄積しないことを示しています。これらの結果は、
HB シートがエタノールを触媒的に変換していることを示しています。なお、573 K での前処
理加熱を行っている為、HB シート内に不可避
的に水素空孔が形成されています。詳細は省きますが昇温脱離測定の結果より 573 K での放出水素の最大量は約 33-50 at%と推定できるため、ここで触媒特性を示している HB シートの化学量論は H：B = 1：1 ではなく、およそ H：
B = 1：2.5±0.5 となります。
HB シートにより触媒的に変換された生成物をガスクロマトグラフィーを用いて検出した
結果を図 2(b)に示します。主にエチレンと水であり、メタン、エタン、微量のアセトアルデヒドなどの他の生成物も検出されました。図 2(a)、(b)および図 3(a)、(b)に示すように、測定されたすべての温度と W/F 条件下で同じ特性が観察されました。すなわち、エチレンが常に主生成物であり、得られた全炭化水素の選択率はほぼ同じでした。これらの結果は、HB シートによるエタノール改質の主な触媒反応が脱水反応であることを示しています：C2H5OH→C2H4+ H2O（エチレン生成速度は 2.4±0.1 mmol / g・h と見積もられました）。一般的に、触媒がエタノールの脱水反応を促進するならば、触媒は固体酸触媒であり、脱水素化反応によりアセト
アルデヒドを生成する場合は塩基触媒である
ことが知られています。従って、HB シートは固体酸触媒であるといえます。
図 4 は、一次反応を仮定することによって計算した、エタノール改質反応の反応速度 k のア
レニウスプロットです k = (C2H5OH 転化率[%])／100×(C2H5OH 流速[mol/s]／HB 量 [mol]）。
どの W/F でも直線が得られ、またほぼ同じであるため、反応は（少なくとも見かけ上は）一次反応と考えることができます。ただし、正確な反応次数と反応機構を決定するためには、さらなる速度論的分析が必要です。勾配と切片から、見かけの活性化エネルギーEa と前指数因子
A を見積もると、それぞれ 102.8±5.5 kJ / molと 3.5×104 s-1 であると見積もられました。この Ea は、Al2O3（53〜155 kJ / mol）、ルイス酸
性 Zr-KIT-6 触媒（79 kJ / mol）、シリカ - アルミナ上（125.5 kJ / mol）、および微孔性 Fe-ZSM-5（137.7-271.1 kJ / mol）でのエタノールの接触
脱水反応について報告されている活性化エネ

─ 57 ─

ルギーと同程度です。また、このエネルギーは、
ゼオライト上でエタノールから生成されたエ
トキシ中間体の分解のエネルギーと同様であるため（122±3 kJ/mol）、HB 上のエチレンよりも前にエトキシ種が形成される可能性があります。これらの詳細については、今後の研究で赤外分光法を使って調べる予定です。
最後に、HB シートの可能な活性部位について考察します。上記のように、HB シートは、使用される反応温度での不可避な水素放出のために水素空格を有しており、H：B = 1：2.5±0.5 です。このため、水素または水素空孔（ホウ素）部位が、HB の活性部位である可能性があります。HB 固体酸触媒の活性部位の正確な役割を決定するためにはさらなる研究が必要であり、ピリジン、NH3、および CO2 吸着による赤外分光分析、ならびに前処理加熱温度（HB
中の水素量）の関数としての酸度関数測定値などを含む、HB シートの注意深い解析が今後必要と考えています。

HB シート上でのエタノールの転化率。図 2 (b)選択率の反応時間依存性。

図 3(a) W/F = 6.7 における温度の関数としてのHB によるエタノール改質の選択率。 図 3(b)573 K および W/F=6.7、13.6、および 27.2 での
HB によるエタノール改質の選択性。

図 2(a)炭化水素生成量（青い丸）とエタノール
消費量（赤い三角）から見積もった、573 K お
よび W/F = 7.3 での反応時間の関数としての

図4
W/ F = 27.2、13.6、および 6.7 の場合のHB シート存在下でのエタノール改質反応速度k のアレニウスプロット。
【 ２ 】新規精密分光測定法の開発状況

─ 58 ─テラヘルツ(THz)波や熱ノイズレベルの極微弱信号を原子レベルの空間分解能で検出し、さらに精密に調べる技術の開発は難しく、未だに成し遂げられていない課題でした。我々は2014 年に、筑波大学の技術専門職員の松山英治氏（研究協力者）のアイディアと研究蓄積を基軸に、このような極微弱信号を高感度に検出して精密に分光解析する原理として走査型トンネル顕微鏡（STM）にヘテロダイン検出という方法を導入した新しい計測手法（ヘテロダイ
ン走査トンネル分光，HSTS）を開発しました（Sci. Rep. 4 (2014) 6711.）。HSTS では 2 つの入力交流信号 f1 と f2 のヘテロダインミキシン
グを STM の探針と試料の間の接合部分で生じさせ、f1 と f2 の周波数の差を持つ信号 f3 を生起します。f3 は幅広いエネルギー・周波数領域（1～1 neV，1 M～1 PHz）において任意の強度と周波数で発生させることができます。このf3 信号を測定対象と共鳴吸収やヘテロダイン
ミキシングさせ、高感度に信号検出することで精密分光を行います。例えば，
従来は低感度のために困難であった固体表面上37のスピンのラーモア歳差運動や分子の回転や振動モードを、非破壊かつ無擾乱で高感度に計測し、その生成消滅過程のダイナミク
スを含めた詳細な解析が実現できます。しかし HSTS 法を実際に用いる場合には、いくつかの課題がありました。そこで本研究では、この課題を克服しpeV のエネルギー分解能と原子レベルの空間分解能で錯体分子の電子スピン共鳴(ESR)の詳
細な分光解析に挑む、HSTS の実現を目的とした研究を立案する着想に至りました。
我々はまず、HSTS 法で実際に計測を行う際に信号検出限界を定める要因して避けられなかった次の 3 つの課題の克服を行いました：(1) 装置環境ノ
イズの徹底除去，(2) 極低温高感度観測環境の構築，(3) ショットノイズの削減。それぞれの要因には深い原理的起源がいく
つもあることをすでに我々は掴んでいましたので、これらを 1 つ 1 つ基礎科学的に明らかにして原理原則に沿って解決を試みました。図 5にこの詳細を示します。以下でそれぞれについてまず述べます。
(1) ：極めて静かな観測環境の構築
HSTS 法では 1 つの計測手法として、STMの探針と試料との間の接合部において極めて微弱で検出困難な THz 領域の分子振動シグナ
ルなどの信号(f1)を、微弱な外部参照シグナル(局部発振信号，f2)を使って低い周波数領域にヘテロダイン変換したシグナル(f3)としてトンネル電流を介して検出します（図 6）。不必要な熱ノイズを発生させないために微弱でヘテ
ロダインビートダウンに適切な入力信号を使用するわけですが、この際に外部からの侵入ノイズが極めて大きな影響を与えてしまいます。
特にラーモア周波数帯である GHz 帯域はイン

図5

─ 59 ─

研究の方法の概略図

フラ電波等の侵入が無視できない難しい領域

図6

る熱ノイズの低減(項目(2))以外にも、バックラ

HSTS でのビートダウンによる THz 検出の概念図⭶です。そこで、これらの電磁波の遮蔽を EMI（電磁干渉）シールド材料によって行いました。
また、浮遊磁場については熱処理を施したミューメタル等の高透磁率素材によって探針と試料との間の接合部を覆い（試料ホルダ部全てを覆う構成で）厳重に遮断しました。STM コン
トローラから入る PC 等のデジタルノイズは多段フィルタ素子をチェンバ導入端子回路に挿入して削減しました。さらに STM 探針の Z 方向の安定度も重要であるため、高精度のサー
ボ・コントローラーを新たに導入しました（この処置により、探針の Z 方向の振動までも信号として拾ってしまう恐れが無くなりました）。
(2) ：極低温高感度観測環境の構築
通常の STM では前置増幅器を脱着可能な
外部に設置しますが、本研究ではこれを冷却部に設置しました。我々の STM 装置（ユニソク社製 USM1400）では、既存の液体ヘリウム(4.2K)シュラウドからのジュールトムソン効果による冷却により 3.0 K 程度まで STM 探針と試料との間の接合部の冷却が可能となっていま
すが、本研究では熱ノイズを限りなく抑えるために、この接合部の直下（すぐ後段）に同じ温度で機能する前置増幅器を設置できるようにしました。
(3) ：ショットノイズの削減
HSTS 計測の実用感度を、熱限界を超えるレベルまで引き上げて実用レベルの単一スピン
ESR 測定を実現するためには、運転時のノイズ温度を少なくとも 5 K 以下にする必要があ
ると我々は考えています。このためには外部からの侵入ノイズの削減(項目(1))や、低温化によ

ウンドノイズの引き金となるショットノイズ低減を実現する必要がありました。STM では
通常トンネル電流を数 pA～数 nA の範囲で駆動させますが我々はこれを 1/10～1/1000 程度
までの範囲で限りなく減らせるトンネル電流の最適条件を探り、検出するスピン信号の C/N比(キャリア信号対ノイズ比)を最大化させました。
新しい精密分光手法（FC-HSTS）の開発とその原理実証
本研究では STM システムの周りに電磁干渉シールドを設置し、電磁波の遮断を実現させるとともに熱処理を施したミューメタルによる浮遊磁場遮断を実現し、室温におけるトンネル
電流のスペクトルアナライザ上でのノイズレ
ベルの信号強度がこれまでよりも 2 ケタ程度
低い条件を確立することに成功しました。また
この環境下で STM による画像取得、ヘテロダ
イン検出の取得にも成功し、新たに多信号のヘテロダインを実現させ、その特性を精密に調べて明らかにする実験を行うことができました。
このように当初目標としていた極めて静かな観測環境が比較的順調に実現できたため、この環境下で新たに光周波数コム（Comb）信号と呼ばれる信号のヘテロダインビートダウン
検出を STM を用いた計測で行いました。これにより本研究で狙っている単一スピン検出が実質的に実現可能となりました。この内容について概略を以下で述べます。
光周波数コム信号とは、強度、中心周波数、間隔（密度）、およびスパン（全体の幅）を正─ 60 ─

確に制御することができる等間隔の周波数軸での信号配列のことです。気相中のガスの精密分光では用いられる特異な光信号になります。
本研究では、STM の心臓部として使用されている非線形の探針-真空-試料接合に光周波数コムを導入し原子スケールの超微細コムレー
ダとして使用する「周波数コムヘテロダイン走
査型トンネル分光法（FC-HSTS）」の原理を確立させました。これは原子空間分解能で固体表面上の電子スピン、核スピン、および分子の振動および回転分子モードの微細構造を解析することができる画期的な分光手法です。
具体的には STM 装置の探針-真空-試料接合部にマイクロ波コム信号とコム信号よりも高い周波数の基準信号を導入し、ダウンコンバー
トされたコム信号をトンネル電流として高感度検出しました。この際、微細構造に対応する
周波数スパンを持つコム信号、高速フーリエ変換（FFT）、および FFT を備えたマイクロ波ア
ナライザーを用いることにより、トンネル条件
および外部磁場によって引き起こされる通常は避けられない変動の影響を完全に排除することに成功しました。さらに、コム信号の中心周波数、強度、密度（スパン）をそれぞれ独立
して正確に制御する方法が確立され、実際にkHz、f-pA /√Hz、およびサブ kHz の間隔範囲で制御できることができました。これらの全ての実験結果はトンネル電流を介したコムと試料の微細構造との間の相互作用に基づく分光イ
メージングが実現可能であることを示しており、新しい超精密分光の原理が確立したことを意味しています。これらの基礎データを裏付け
データや解析データと共にまとめあげ、論文を投稿するところまでに達しました。
近年のナノテクノロジーの進歩により、高機能性の半導体量子ドットや金属超格子、有機分子などが様々な形で創製され、その構造や物性などが調べられてきています。しかし、極限計測という意味で、原子スケールの単一構造体の物性は未開拓の領域でした。また、STM で単一スピンの ESR 信号を検出する試みは既に複数の研究者によってなされていますが、検出感度が低いことが大きな問題となっており、検出感度向上の必要性が指摘されてきました。本研究では、FC-HSTS 法を確立させ、単一構造体の微細構造を高感度に精密分光することを可能にしました。FC-HSTS 法の確立は、マイク
ロ波帯の不対電子のスピン情報や THz 帯の分子振動スペクトルを原子レベルの空間分解能
で手中に収めたことを意味し、自然科学的にも環境生命科学的にも極めて重要な内容となります。すなわち、電子スピンが関与する全ての現象を有意義に把握することが可能となることを意味しており、高度情報化社会に不可欠な高密度磁性記録素子の開発のみならず、バイオ分野における生物ラジカルの構造や反応の特異性観察にも応用が広がることが予想されま
す。
＜論文＞
1)

I. Tateishi, N. T. Cuong, C.A.S. Moura, M. Cameau, R.
Ishibiki, A. Fujino, S. Okada, A. Yamamoto, M. Araki,
S. Ito, S. Yamamoto, M. Niibe, T. Tokushima, D.E.
Weibel, T. Kondo, M. Ogata, and I. Matsuda,
Semi-metallicity

offree-standinghydrogenatedmonolayer boron from MgB2, Phys. Rev. Materials. 3(2019) 024004 (8 pages). (国際共同研究)
2)

Mitsunori

Kurahashi,

andTakahiro

Kondo,

Alignment-resolved O2 scattering from HOPG and
LiF(001) surfaces, Phys. Rev. B, 99 (2019) 045439 (6pages).
3)

Ina Haxhiaj, Sebastian Tigges, Damian Firl, Xiaorui
Zhang, Ulrich Hagemann, Takahiro Kondo, Junji
Nakamura, Galina Marzuna, Stephan Barcikowski,
Platinum nanoparticles supported on reduced graphene
oxide prepared in situ by a continuous one-step laser
process, Appl. Surf. Sci. 469 (2019) 811-820. (国際共
同研究)

4)

Takahiro Kondo*, Amjad Al Taleb, Gloria Anemone,
Daniel Farias, (*corresponding author), Low-energy
methane scattering from Pt(111), J. Chem. Phys., 149(2018) 084703 (8 pages). (国際共同研究)5)─ 61 ─

Riku Shibuya, Takahiro Kondo, Junji Nakamura：
Active Sites in Nitrogen-Doped Carbon Materials for
Oxygen Reduction Reaction, Carbon‐Based Metal‐
Free Catalysts: Design and Applications I 1 (2018)

227-249.

DOI:

10.1002/9783527811458.vol1-ch8,Shin-ichi

Editor: Liming Dai, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.

6)

NAKAMURA,

Hideo

FUJITANI,HOSONO,

Junji
Takahiro

KONDO：Catalytic property of hydrogen boride sheets,

9783527343416.

The 8th Tokyo Conference on Advanced Catalytic

近藤剛弘, 水素とホウ素で構成される新しい二次

Science

Atom

Scattering,Compendium of Surface and Interface Analysis,
Springer,

978-981-10-6155-4,

Singapore,
OnlinePrint
ISBNT. Kondo, R. Shibuya, J. Nakamura：Bottom-up design

Centre, Aarhus, Denmark, 2018.8.28
6)

J. Quan, T. Kondo, T. Mogi, T. Imabayashi, J.
Nakamura ： Bending vibration-driven activation of239-245, (Editors: The Surface Science Society ofJapan,

Pacificosurface science (ECOSS34), Scandinavian Congress

7-13.
Helium(TOCAT8),

reduction reaction, 34th European conference onト（ボロファン）」, クリーンエネルギー, 27 (2018)

Kondo*,

Technologyof nitrogen-containing carbon catalysts for the oxygen

近藤剛弘, 新しいシート状物質「ホウ化水素シー

TakahiroandYokohama (Japan), 2018.8.7 (Poster)5)

60 (2018) 49-53.

8)Tadahiro

KGaA, Online ISBN: 9783527811458, Print ISBN:

元物質ボロファンの生成，JXTG Technical Review,

7)

ITO,

CO2 on Cu surfaces, 34th European conference onISBNsurface science (ECOSS34), Scandinavian Congress

978-981-

Centre, Aarhus, Denmark, 2018.8.30

10-6156-1.) 2018. (*corresponding author)
7)

T. Kondo：Hydrogen Boride Sheets Derived from
MgB2 by Cation Exchange, Materials Science &＜学会発表＞

Technology

国際会議(MS&T'18), Greater Columbus Convention Center

1)

2)

8)

Exhibition

A. Fujino, H. Nisino, R. Ishibiki, S. Ito, T. Fujitani J.
Nakamura, H. Hosono, T. Kondo：Hydrogen Boride(Carbon 2018), Madrid Marriott Auditorium Hotel &Sheets Showing Catalytic Activity As Solid Acid

Conference Center, Madrid, Spain, 2018.6.2

Catalyst,

T. Imabayashi, J. Quan T. Kozarashi, T. Mogi, T.

mechanism, The 8th Tokyo Conference on Advanced

31st International Microprocesses

andNanotechnology Conference (MNC2018), Sapporo
Park Hotel, Sapporo, Japan, 2018.11.15（ポスター発表）

reaction of CO2 on Cu surface via Eley-Rideal type
9)

T. Akimitsu, R. Shibuya, K. Takeyasu, T. Kondo and J.

Catalytic Science and Technology (TOCAT8), Pacifico

Nakamura：Mechanism of Oxygen Reduction Reaction

Yokohama (Yokoham), 2018.8.9 (TOCAT8 Poster

StudiedPrize 受賞)

Containing Molecules on HOPG, 31st International

TakahoAKIMITSU,

TAKEYASU,

Riku

Takahiro

SHIBUYA,

KotaroKONDO,

Junji

with

Microprocesses

Model
and

Catalysts

ofNanotechnology

Pyridinic-N
Conference(MNC2018), Sapporo Park Hotel, Sapporo, Japan,
2018.11.15（ポスター発表）

NAKAMURA：Preparation of the model electrode4)&

reduction reaction, The World Conference on Carbon

Kondo, K. Takeyasu, J. Nakamura,：Vibration-driven

3)

Conference(USA) 2018.10.15（招待講演）

T. Kondo, R. Shibuya, J. Nakamura：Bottom-up designof nitrogen-containing carbon catalysts for oxygen

2018

catalyst surface composed by nitrogen containing10) R. Ishibiki, A. Fujino, T. Goto, H. Nishino, S. Ito, N.T.

molecules on graphite surface, The 8th Tokyo

Cuong, M. Miyauchi, J. Nakamura, H. Hosono, and T.

Conference on Advanced Catalytic Science andKondo：Thermal Stability and Chemical Stability ofTechnology (TOCAT8), Pacifico Yokohama (Japan),Hydrogen2018.8.7 (Poster)

Microprocesses

Asahi FUJINO, Hiroaki NISHINO, Ryota ISHIBIKI,

─ 62 ─

Borideand

Sheets,

31st

Nanotechnology

International
Conference(MNC2018), Sapporo Park Hotel, Sapporo, Japan,
2018.11.16

11) J. Nakamura, J.M. Quan, T. Kozarashi, T. Mogi, T.

面スペクトロスコピー2018, 五浦温泉観光ホテル,
2018.11.30（ポスター発表）

Imabayashi, K. Takeyasu, T. Kondo：Vibration-driven
Reaction of CO2 on Cu Surfaces via Eley-Rideal Type
Mechanism, American vacuum society (AVS) 65th

7)

雄, 近藤剛弘：ホウ化水素シートの触媒特性解明,

International Symposium and Exhibition, Long Beach
Convention

Center,Long

Beach,CA,

USA,

Hydrogenborideandboron

2018.10.24
12) Takahiro

Kondo:

表面界面スペクトロスコピー2018, 五浦温泉観光
ホテル, 2018.11.30（ポスター発表）
8)

CO2 からのフォルメート生成反応素過程の解明,

UCL- McGill core-to-core collaboration, Defect

表面界面スペクトロスコピー2018, 五浦温泉観光

Functionalized Sustainable Energy Materials: From
London, 2019.2.19(招待講演)

今林拓海, 茂木智泰, 古晒大絢, 全家美, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村潤児：Cu 単結晶表面におけるmonosulfide, First annual symposium of Tokyo Tech-

Design to Devices Application, Wellcome Collection,

藤野朝日, 伊藤伸一, 西野弘晃, 中村潤児, 細野秀ホテル, 2018.11.30（ポスター発表）
9)

丹治顕人, 管亮人, 武安光太郎, 藤谷忠博, 近藤剛
弘, 中村潤児：二酸化炭素水素化によるメタノー
ル合成における Cu(111)表面に蒸着した Zn の寄

国内会議
1)

与, 表面界面スペクトロスコピー2018, 五浦温泉と機能評価, 量子物理学・ナノサイエンス第 57 回
特別セミナー, 東京工業大学

2)

3)

5)

6)

10) 秋光上歩, 渋谷陸, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村潤

大岡山キャンパス

児：ピリジン型窒素含有分子を用いたグラファイ

本館 2 階 284A 物理学系輪講室, 2018.11.7. (招待ト担持モデル電極触媒，第 122 回触媒討論会, 北講演)

海道教育大学函館校, 2018.9.26

引田悠介, 秋光上歩, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村11) 藤野朝日, 石引涼太, 西野弘晃, 伊藤伸一, 藤谷忠

潤児：ピリジン型窒素含有分子吸着 HOPG モデル

博, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘：ホウ化水素シ

触媒における窒素の電子状態, 2018 年日本表面真ートの触媒特性，第 122 回触媒討論会, 北海道教空学会学術講演会, 神戸国際会議場, 2018.11.19

育大学函館校, 2018.9.26

今林拓海, 全家美, 茂木智泰, 古晒大絢, 武安光太12) 今林拓海, 全家美, 近藤剛弘, 武安光太郎,古晒大郎, 近藤剛弘, 中村潤児：銅単結晶表面でのフォル

絢, 茂木智泰, 中村潤児：分子振動励起で駆動する

メートの生成挙動および反応特性, 2018 年日本表

新規な表面反応素過程，第 122 回触媒討論会, 北面真空学会学術講演会, 神戸国際会議場,

海道教育大学函館校, 2018.9.26

2018.11.19
4)

観光ホテル, 2018.11.30（ポスター発表）

近藤剛弘，ホウ素を含む新規二次元物質群の創出

13) 茂木智泰, 今林拓海, 全家美, 古晒大絢, 武安光太

茂木智泰, 全家美, 今林拓海, 古晒大絢, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村潤児：銅表面でのフォルメート

郎, 近藤剛弘, 中村潤児：銅単結晶表面における生成反応のキネティクスとダイナミクス解析，第CO2 からのフォルメート生成反応, 2018 年日本表

122 回 触 媒 討 論 会 , 北 海 道 教 育 大 学 函 館 校 ,

面真空学会学術講演会, 神戸国際会議場,

2018.9.27（ポスター発表）（学生ポスター発表賞受

2018.11.19

賞 2018.10.03）

丹治顕人, 菅亮人, 武安光太郎, 近藤剛弘, 藤谷忠14) 丹治顕人, 官亮人, 武安光太郎, 藤谷忠博, 近藤剛

博, 中村潤児：Zn/Cu(111)表面でのメタノール合成

弘, 中村潤児：Zn を蒸着した Cu(111)表面上での反応の素過程, 2018 年日本表面真空学会学術講演

二酸化炭素水素化によるメタノール合成反応カニ会, 神戸国際会議場, 2018.11.19

ズムと活性点，第 122 回触媒討論会, 北海道教育石引涼太, 藤田武志, 藤野朝日, 伊藤伸一, 宮内雅

大学函館校, 2018.9.27,（ポスター発表）

浩, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘：ホウ化水素シ15) 石引涼太, 藤田武志, 藤野朝日, 伊藤伸一, 宮内雅

ート上に担持した銅ナノ粒子触媒の調製, 表面界浩, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘：ホウ化水素シ

─ 63 ─

ート上に担持した銅ナノ粒子触媒の調製，第 122
回触媒討論会, 北海道教育大学函館校, 2018.9.27,（ポスター発表）
16) I. Tateishi, N. T. Cuong, C.A.S. Moura, M. Cameau, R.
Ishibiki, A.Fujino, S. Okada, A. Yamamoto, M. Araki,
S. Ito, S. Yamamoto, M. Niibe, T. Tokushima, D.E.
Weibel, T. Kondo, M. Ogata and I. Matsuda:
Semi-metallicity

offree-standinghydrogenatedmonolayer boron from MgB2, 第 13 回

日本ホウ素

ホウ化物研究会, 長岡科学技術大学, 2019.2.23
17) 石引涼太, 松田巌, 藤野朝日, 伊藤伸一, 中村潤児,
細野秀雄, 近藤剛弘: ホウ化水素シートの熱的安定性, 第 13 回

日本ホウ素ホウ化物研究会, 長岡

科学技術大学, 2019.2.23
18) 近藤剛弘，～優れた水素吸蔵性能を有する新材料～新規二次元物質ボロファンの合成を実現, 第１回筑波大学産学連携シンポジウム, 筑波大学東京キャンパス文京校舎, 2019.3.15
19) Chi-Cheng Lee, Baojie Feng, Marie D’angelo, Ryu
Yukawa, Ro-Ya Liu, Takahiro Kondo, Hiroshi
Kumigashira, Iwao Matsuda, Taisuke Ozaki：Bonding
nature of borophene revealed by the binding energy ofcore electrons, 2018 年度日本物理学会第 73 回年次大会, 東京理科大学(野田キャンパス）, 2018.3.23

─ 64 ─

【 １ 】酵素の安定性の向上
FAD 依 存 性 グ ル コ ー ス デ ヒ ド ロ ゲ ナ ー ゼ(FAD-GDH)は高い基質特異性と触媒活性をあわせもつ酵素であり、かつ酸素を電子受容体としない．そのため、バイオ燃料電池のアノードやグルコースセンサとしての応用が期待されている．高温での失活や長期使用での安定性を向上させるため、これまで多質炭素材料へのハ
イドロゲル修飾による安定化に関する研究が報告されてきたが、電解質を検討することで酵
素の安定性が向上することが示唆された．本研
究では FAD-GDH の安定化に対する電解質効
果のメカニズムを明らかにするために各種電解質の濃度依存性について検討した．
添加する電解質として、カチオンはナトリウ
ムイオン、カリウムイオン、アンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオンを選択した．アニオンは硫酸イオン、硝酸イオン、塩化物イオン、酢酸イオンを選択し、硝酸テトラメ
チルアンモニウムを除く合計 15 種類の電解質溶液について検討した.まず、各電解質 500 mMとグルコース 200 mM を含むリン酸緩衝液(100mM 、 pH 7.0) を 調 製 し た . こ の 緩 衝 液 に
FAD-GDH(池田糖化工業、Aspergillus terreus 由来)を 6 uM になるように加えた酵素溶液を、50℃または 60℃で 60 分間加熱処理を行った．
加熱前後の酵素溶液それぞれにヘキサシアノ
鉄(Ⅲ) 酸カリウムを 0.1mM となるように加え、3 電極式で 0.6 V vs. Ag|AgCl でクロノアンペロ
メトリーを行った．得られた触媒電流値から残存活性を算出した．さらに硫酸アンモニウム、
塩化アンモニウム、硫酸ナトリウム、塩化ナト
リウムについては電解質濃度を 100、500、1000，
1500, 2000 mM と変化させ、60℃で 60 分間加熱して同様の実験を行った．さらに、リン酸緩衝液のカチオンの影響について調べるため、
100, 500, 750, 1000, 1500 mM と濃度を変化させてリン酸ナトリウム、リン酸カリウム、リン酸
アンモニウム緩衝液を調製し、同様に安定性を評価した。
各電解質を加えたときの酵素の安定性は、ア
ニオンにおいては、安定化効果の高い順に硫酸イオン、酢酸イオン、塩化物イオン、硝酸イオンであった．ホフマイスター系列に一致してコ
100

Residual activity / %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．

90

NH₄Cl

NaCl

80

(NH₄)₂SO₄

Na₂SO₄

70
60
50
40
30
20
10
0

100mM

500mM

1000mM

1500mM

2000mM

concentration of additives

Fig. 1 酵素安定性の電解質濃度依存性

Fig. 2 リン酸緩衝液の組成と濃度の影響

スモトロピックアニオンが安定化に寄与することが分かった．これはコスモトロピックアニ
オンが水と水素結合を形成することで酵素の表面張力が低下し、酵素がより小さな構造をとるために変性を防ぐことができ、安定性が向上したと考えられる．
Figure 1 は FAD-GDH を 60℃で 1 時間加熱処理を行った後の残存活性の各種電解質濃度依存性を示したものである．安定性に対する電解質濃度の影響を示す。500 mM までの低濃度域
では電解質の種類によらず、残存活性はほぼ同じ値であるが、1000 mM 以上の高濃度域では
NH4Cl を除き、安定性の向上が見られた。NH4Cl
はカオトロピックイオンからなるために塩溶効果が強く、安定性が向上しなかったと考えら

─ 65 ─

れる。一方で、硫酸塩での大きな安定性の向上
は、濃度の上昇とともにコスモトロピックな硫酸イオンが増加することで生じると考えられる。硫酸塩を用いることで高い安定化効果が得られる（カチオンのコスモトロピシティーに関わらず）ことが分かった．さらに，低濃度では安定化効果がない塩化ナトリウムでも高濃度にすることで酵素の安定化をもたらすことが分かった．しかし，安定化効果のメカニズムは異なると考えられ，今後，スペクトル測定, 熱量測定などによる詳細なメカニズム変化を解明することで新規電解質開発につなげていく．
Figure 2 に安定性に対するリン酸緩衝液の影響を示す。リン酸緩衝液はコスモトロピックな
HPO42-とカオトロピックな H2PO4-からなるが、他の電解質と同様にカチオンとしてコスモト
ロピックな Na+や K+を選択することで安定性が向上することが明らかになった。また、これまでの結果を比較すると、アニオンの安定化の序列は SO42- > Phosphate > Cl-と表すことができる．電池への応用するにあたり、酵素反応による局所的な pH 変化による失活、液抵抗の低減などの問題に対して，これまで高濃度のリン酸緩衝液を用いてきた．今回の研究において，それは硫酸イオンほど強くはないが，適切なカチオンと組み合わせることで，酵素への安定化効果もあることが明らかになった．適切な濃度のリン酸緩衝液を用いることで，酵素自身の安定性に起因する出力密度や長期安定性が期待できる．

べて電流値は低かった。そこで本研究では、炭素インクを塗布することで MgOC を修飾した
場合においての MgOC の細孔構造に着目し、細孔構造（サイズ）がグルコース酸化触媒電流
効率とその安定性にどのような影響を与えるのかを検討した。
鋳型となる MgO 結晶子の大きさを変えることで平均細孔直径がそれぞれ 10、20、40、100、150 nm の MgOC（東洋炭素）を用いた。直径 3 mmの GC 電極に MgOC、ポリフッ化ビニルデン、
1-メチル-2-ピロリドンを超音波分散させインク状にしたものを塗布し乾燥させた。その後、酵素として糖鎖除去したフラビンアデニンジヌク
レオチド依存性グルコースデヒドロゲナーゼ(FAD-GDH，池田糖化工業)、レドックスポリマーとして Polyvinilimidazole-Os(bipyridine)2Cl、架橋剤として poly(ethylene glycol) diglycidyl ether
を重量比が 45：45：10 となるよう調整し、これを MgOC 電極上に滴下し乾燥させた．0.5 M グ
ルコースを含む 1 M リン酸緩衝液(pH7.0)を測定【 ２ 】ハイドロゲル修飾電極
平均細孔直径が 40 nm の酸化マグネシウム
鋳型炭素(MgOC)をグラッシーカーボン(GC)電極上に泳動電着することで形成された多孔質炭素電極にレドックスハイドロゲルを修飾することで高いグルコース酸化触媒電流が達成され，その安定性に関しても平板電極よりも向上していた。

Fig. 3 各種細孔サイズを有する MgOC 電極
でのグルコース酸化電流密度のハイドロゲル
修飾量依存性

一方で，炭素インクを塗布し修飾した場合では、溶液とし、ポテンショスタットによる 3 電極系
泳動電着によって MgOC を修飾した場合と比の電気化学測定を行った。溶液温度 25℃で電極─ 66 ─

を回転させてグルコース酸化触媒電流を測定した。
幾何面積当たりのレドックスハイドロゲル
担持量を 200～1000 μg cm-2 と増やしていくことで、触媒電流密度の上昇が観察され，100 あ
るいは 150nm の比較的大きな細孔を有する炭素で 100 mA cm-2 程度のグルコース酸化触媒電流を達成した(Figure 3)。触媒電流密度は GC 電
極上に修飾した MgOC 量にも依存した。また、
触媒電流の電極回転数依存性にも細孔サイズ
によって差が見られ、細孔サイズが大きいほど基質であるグルコースの細孔内への供給がしやすくなっていることが示唆された(Figure 3)。

吸着した酵素の活性向上に関係している，
ことが明らかになった．
電極は細孔サイズが 10-150 nm の MgOC と結着剤であるポリフッ化ビニリデンを溶媒中で分散させ、グラッシーカーボン電極(直径 3mm) に 塗 布 し 乾 燥 さ せ 作 製 し た ( 電 極 を
MgOC-E)。6A2NA 溶液中に電極を浸し 0.8 V vs.
Ag|AgCl の電位を印加することで表面修飾を行った(得られた電極を MgOC6A2NA-E とする)。
BOD 溶液に電極を 4℃で（１）浸漬させる，あるいは (2) 360 分間浸漬させる間，溶液をスターラーバーで攪拌することで修飾した．その後電気化学的測定を行った。
また修飾物質には p-Phenylenediamine(PPDA)、
p-Toluidine(PMA)、
6-Amino-2-naphthoicacid(6A2NA) 、 p-Aminobenzoic acid(PABA) 、
γ-Aminobutyric acid(GABA)を用いることで，表面と酵素との相互作用について検証した．
酵素吸着量は細孔サイズに依存し，サイズが大きいほど吸着量が増えることが分かった（Fig4左）．これをこれまでの細孔サイズに依存する
電流値の結果（Fig.4 中）をもとに，電流生成効率（Fig.4 右）を考えると，その電流生成
効率は細孔サイズが小さいほど高いことがわ
かった．このことは細孔内に酵素が吸着するこ【 ３ 】ビリルビンオキシダーゼ電極：細孔サ
イズの依存性
これまで電極材料として多孔質炭素である酸化マグネシウム鋳型炭素(MgOC)を用いること
で、ビリルビンオキシダーゼ(BOD)電極の高電流密度化を達成してきた。さらに電極表面を電気化学的に修飾し、酵素配向性を制御することで、電極に吸着した酵素の利用効率を向上させる手法の確立を目指してきた．本研究ではBOD の利用効率を向上
-14
250
0.14
させると報告されている-12
0.12
6- ア ミ ノ -2- ナ フ ト エ 酸
200(6A2NA)を MgOC 表面に
-10
0.1
150
電気化学的酸化を用いて-8
0.08
修飾し、更なる正極の高
-6
0.06
100
性能化を目指した．多孔-40.04
質炭素への BOD 吸着量
50
-2
0.02
を測定し、電極表面修飾000が BOD 吸着量に与える
10 20 40 100 150
10 20 40 100 150
10 20 40 100 150
影響を検討した．その結Fig.4 細 孔 サ イ ズ に 依 存 す る 酵 素 吸 着 量 （ 左 ， 縦 軸 は
果，
mg(enzyme)/mg(carbon)），電流密度（中，mA/cm2），酵素当たりの（１）吸着量は，表面官
電流生成効率（右，電流密度/炭素重量当たりの酵素吸着量），横軸
能基に依存せず，吸着方は細孔サイズ（nm）
法（炭素細孔構造，酵素
濃度，吸着時間，溶液のとで，細孔表面とのコンタクト性がよくなって
攪拌の有無）に依存している，
いることが理由として考えられる．ただ，電流（２）電極性能向上は，配向性向上などによる
値は酵素吸着量に依存するので，細孔サイズが─ 67 ─

大きいほど，電流値は大きくなる．ただし，その酵素サイズよりも細孔サイズが十分に大きいときの電流生成効率は細孔サイズが酵素サイズと同程度の時にくらべ半分くらいに低下している．このことは大きい細孔で酵素利用効率を向上させるための表面修飾の重要性を示唆している．
6A2NA を修飾したことで 400～600 mV vs.
Ag|AgCl の領域で波形の傾きが大きくなり、
500 mV における電流密度が約 2 倍向上した。
最大電流は修飾を行わなかった電極に対して25%増加していた．このことは 6A2NA を修飾することで BOD 活性中心と電極間の距離が短くなり、電極と反応できる BOD の割合が増加したことを示している。また修飾の有無にかか
わらず BOD 吸着量はほぼ一定であった。このことから波形の変化、電流密度の向上は BOD
吸着量によるものではないことがわかった．
一方で，電荷をもたない分子を修飾した場合（PMA），最大電流値は 20%ほど減少し，また，
還元電流立ち上がりの傾きがなだらかになった．さらに正電荷を有している PPDA を修飾した場合では，電流値は半分程度に減少している．
このことは，界面電子移動速度の減少を示しており，配向性が悪くなり，活性部位と電極表面間の電子移動距離が長くなったためであると考えられる．興味深いことに，吸着量は表面電荷に依存せず，ほぼ一定である．酵素の表面電荷が負であるために，正電荷を有する表面での吸着量が増加している．しかし，電流値の向上にはつながらない．
同じ負電荷を有する分子を修飾した場合でも，アルキル鎖を有する GABA の場合，最大
電流値は少し向上したが，触媒電流の立ち上がりの領域での傾きが無修飾電極と同程度とな
だらかになっているのに対して，芳香族を間に持つ分子（PABA,6A2NA）では界面電子移動速度の向上が達成できている．芳香族のもつ π電子が界面電子移動速度の向上に寄与しているものと考えられる．
このことから表面修飾は酵素利用効率およびその活性を高めるには非常に有効な手法であることが結論付けられた．しかし，電気化学的表面修飾では手間がかかり，量産には向かな

い．化学的な手法による表面修飾手法の開発が求められる．それに対して適切な酸化剤を導入することで表面処理ができないか検討を引き
続き行う。

＜論文＞
1.

2.

Effect of electrolyte ions on stability of flavin adenine
dinucleotide-dependent
glucosedehydrogenase
Nemoto, M., Sugihara, K., Adachi, T., Murata, K.,
Shiraki, K., Tsujimura S., ChemElectroChem., 6(4),1028-1031 (2019)
Improved Formation of Pt Multilayers at Near-neutral
pH: Underpotential Deposition and Surface Limited
Redox Replacement Takimoto D., Tsujimura, S.,
Chem. Lett., 47(11), 1379-1382 (2018)

3.

Oxygen Reduction Reaction Activity and Stability ofElectrochemically Deposited Bilirubin Oxidase
Takimoto D., Tsujimura S., Chem. Lett., 47 (10),1269-1271 (2018)

4.

From
fundamentals
toapplicationsofbioelectrocatalysis: bioelectrocatalytic reactions of
FAD-dependent glucose dehydrogenase and bilirubinoxidase Tsujimura, S. Bioscience, Biotechnology, andBiochemistry, 83, 39048. (2019)5.

マルチ銅オキシダーゼを用いた電気化学的酸素
還元 辻村清也 触媒，60(6), 340-344 (2018)

6.

"Bioelectrochemistry : Design and Applications of
Biomaterials”",Serge Cosnier （ Ed. ） (March,2019),ISBN 978-3-11-057052-6, de Gruyter GmbH,
Berlin, Germany
Chapter 4, Porous carbon materials for enzymatic fuelcells (pp. 59-76) S Tsujimura

7.

"炭素材料科学の進展”",117 委員会（Ed.）(2018)
第６章：さらなる進展に向けてグラフェンが教えてくれたこと 稲垣道夫、高井和之、辻村清也

8.

"プリンテッドエレクトロニクス実用化最前線(FrontiersofPrintedElectronics
forIndustrialisation)",監修：牛島洋史,シーエムシー出
版(2018/09/27) ISBN 978-4-7813-1347-4
第 4 章 IoT センサとエネルギーハーベスター、
3 印刷型酵素バイオ燃料電池の開発とエネルギ
ーハーベスターへの応用 (pp.88-95) 四反田功，
辻村清也

9.

─ 68 ─

"Molecular Technology: Energy
Innovation",Yamamoto H., Kato, T.（Eds.）(2018/06),
John Wiley & Sons Molecular Design of Glucose
Biofuel Cell Electrodes (pp.287-306)
M Holzinger, Y Nishina, A Le Goff, M Tominaga, S

10.

Cosnier, S Tsujimura

ス酸化電極に適した酸化マグネシウム鋳型炭素"2018 年 CPC 研究会研究報 炭素材料の研究開発
動向",CPC 研究会(2018/06)の細孔構造の検討、第 28 回日本 MRS 年次大会、

3.2 酵素型バイオ燃料電池への応用を目指した
多孔質炭素の開発
辻村清也＜学会発表＞
国際会議
1. （招待講演）Effects of electrolytes on the mediatedbioelectrocatalysis for bioelectrochemical applications,〇Seiya Tsujimura, ICPAC2018, Langkawi, Malaysia,
30 Oct- 1 Nov. 2018
2. （ 依 頼 講 演 ） Bioelectrocatalysis and enzymatic
biofuel cells 、 〇 Seiya Tsujimura, SACSEM2018,
Tsukuba, 8-9, Oct. 2018
3. （招待講演）Effects of electrolytes on the mediatedbioelectrocatalysis of FAD-glucose dehydrogenase,〇 Seiya Tsujimura, 69th, Annual meeting ofInternational Society of Electrochemistry, Bologna,
Italy, 3rd-7th Sep.
4. （招待講演）Enzyme-based bioelectrocatalysis and its
application to enzymatic biofuel cells, Seiya Tsujimura,
Seminar LMGP, Grenoble, France, 15 May.
国内会議
1.
（招待講演）酵素電極反応への電解質の影響、〇
辻村 清也、第 28 回日本 MRS 年次大会、2018 年
12 月 18-20 日、小倉
2.

（招待講演）バイオエレクトロカタリシスの基礎と応用の新展開、〇辻村清也、日本農芸化学会
2018 年度第 3 回関東支部例会、東京大学、2018
年 12 月 15 日

3.

FAD 依存性グルコース脱水素酵素電極反応に及ぼす電解質の影響〇辻村 清也、安立 翼、電気化学会 2018 年度秋季大会、2018 年 9 月 26 日
4.

多孔質炭素と有機物の複合化による有機二次電池の開発〇中川 勇人、辻村 清也、電気化学会

第８６回大会
5.

京都大学

2019 年 3 月 27 日

石居周二、辻村清也、酸化マグネシウム鋳型炭素を用いたビリルビンオキシダーゼ修飾酸素還元
カソード、第 28 回日本 MRS 年次大会、2018 年
12 月 18-20 日、小倉

6.

内田真世、辻村清也、Click 反応を利用したメディエーター固定化カーボンナノチューブ修飾電極を用いたグルコースセンサの開発、第 28 回日
本 MRS 年次大会、2018 年 12 月 18-20 日、小倉

7.

竹内聖詞、辻村清也、ハイドロゲル修飾グルコー

─ 69 ─

2018 年 12 月 18-20 日、小倉（2）エネルギー物質部門
教員：
守友浩（数理物質系・物理学域・教授）
西堀英治（数理物質系・物理学域・教授）
岡田晋（数理物質系・物理学域・教授）
都倉康弘（数理物質系・物理学域・教授）
初貝安弘（数理物質系・教授）
柳原英人（数理物質系・物理工学域・教授）
羽田真毅（数理物質系・物理工学域・准教授）
小林航（数理物質系・物理学域・助教）
丹羽秀治（数理物質系・物理学域・助教）
笠井秀隆（数理物質系・物理学域・助教）
Hathwar Rama Venkatesha（数理物質系・物理学域・助教 ～2018 年 9 月まで）
Pal Rumpa（数理物質系・物理学域・助教 2018年 11 月～）吉田恒也（数理物質系・助教）
溝口知成（数理物質系・助教）

安間愛莉（数理物質科学研究科・M2）
鈴木遼介（数理物質科学研究科・M2）
横浜一輝（数理物質科学研究科・M2）
加藤澄也（数理物質科学研究科・M2）
澤口修平（数理物質科学研究科・M2）
辻恭平（数理物質科学研究科・M2）
竹村彰人（数理物質科学研究科・M2）
文挟彰太（数理物質科学研究科・M2）
鈴木仙里（数理物質科学研究科・M2）
西沢駿(数理物質科学研究科・M2)
小泉洸生（数理物質科学研究科・M2）
守屋利治（数理物質科学研究科・M1）
岩泉瑞樹（数理物質科学研究科・M1）
藤原祐介（数理物質科学研究科・M1）
藤井康丸（数理物質科学研究科・M1）
佐々木滉平（数理物質科学研究科・M1）
三宅祥（数理物質科学研究科・M1）
栗原春香(数理物質科学研究科・M1)
礒部拓磨(数理物質科学研究科・M1)

研究員：
荻野泰代（研究員）
丸山実那（数理物質系・物理学域・研究員）
Giorgos Giavaras（研究員）
新井正男（客員 NIMS 主幹研究員）
井上順一郎（研究員）
岸本幹夫（研究員）
大学院生：
佐々木友彰（数理物質科学研究科・D3）
高燕林（数理物質科学研究科・D3）
松原愛帆（数理物質科学研究科・D3）
Hawa Alima Binti Abdul Latiff（数理物質科学研
究・D3）
田結荘健（数理物質科学研究科・D3）
福住勇矢（数理物質科学研究科・D2）
荒木広夢（数理物質科学研究科・D2）
工藤耕司（数理物質科学研究科・D1)
小野田浩成（数理物質科学研究科・D1）
出口裕佳（数理物質科学研究科・M2）
岡崎慶彦（数理物質科学研究科・M2）
藤田知樹（数理物質科学研究科・M2）
澤畑恒来（数理物質科学研究科・M2）
米山和文（数理物質科学研究科・M2）

─ 70 ─

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。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、と考えている。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、新デバ
イスの提案が可能になる。実際に本部門では、二次電池と熱電変換を融合した三次電池を提案し、その実現を目指しています。

トロピー（S）に等しいとして、電解液成分を評価した[文献２]。

図２ (a)Li および(b)Na のα【 ３ 】LiFePO4 のα
典型的な電池材料である LiFePO4 のαを Li
濃度(x)の関数として調べた。αは x に依存せず一定(=0.9mV/K)であった。これは、LiFePO4が相分離[LixFePO4 xLiFePO4 ＋ (1-x)FePO4]を示すためである。第一電離計算でΔS の固体成分を評価し、実験結果を定量的に説明した[文献３]。

【 １ 】ポリチオフェンキャスト膜の高速放電
典型的なポリチオフェンである P3HT が、リチウムイオン電池の正極として高速放電を示
すことを見出した。詳細なインピーダンス解析
により、この高速放電の要因が電気二重層の形成にあるとした[文献１]。

図３ LiFePO4 のαの Li 濃度依存性

図 1 P3HT キャスト膜の高速放電【 ２ 】アルカリ金属の起電力の温度係数（α）
アルカリ金属のαの電解液依存性を調べた。
熱力学的には、αは還元状態と酸化状態のエントロピーの差（ΔS）を素電荷で除したものに等しい。ΔS は固体成分と電解液成分に分けることができる。固体成分はアルカリ金属のエン【 ４ 】プルシャンブルー類似体のαプルシャンブルー類似体のαを系統的に調べた。その結果、αは酸化還元サイトの金属種と強い相関を示すことが分かった。酸化還元サ
イトがＣｏである化合物ではαは大きく、酸化
還元サイトがＦｅである化合物ではαは小さい。3d 電子の配置エントロピ―の差で、この結果を定性的に説明した。この知見は、巨大｜
α｜物質の設計指針となる[文献４]。

─ 71 ─

があることを確認した[文献６]。

図４ d 電子の配置エントロピ－【 ５ 】三次電池の熱効率の増大
我々は、昨年度、αの異なる二種類のコバル
トプルシャンブルー類似体を配置した三次電池を作成し、295K と 323K の温度サイクルで熱効率 1%を報告した。熱効率のさらなり上昇を目指して、コバルトトプルシャンブルー類似体
をマンガントプルシャンブルー類似体に置換した三次電池を作製した。286K と 313K の温度サイクルで、熱効率 2.3%を得た[文献５]。

図６NCF71/NCF90 三次電池の取り出し電荷量（QNCF90）と計算値（QNCF90calc.）【 ７ 】NaCoO2 の酸化プロセス
典型的なナトリウムイオン電池材料である
NaCoO2 の酸化プロセスを、CoL 端吸収スペクト
ルで調べた。ナトリウムを抜く（酸化する）と、
プリエッジ領域に新たな吸収帯（A）が観測される。第一原理計算により、A 吸収帯が Co3dと O2p が強く構成した状態に起因することが明らかとなった。つまり、電子は遷移金属だけからでなく、酸素からも抜けるのである[文献７]。

図５NMF83/NCF90 三次電池の熱サイクル【 ６ 】三次電池の取り出し電荷量
三次電池の熱効率は、（熱的に誘起された起電力）×（取り出し電荷量）、で与えられる。
取り出し電荷量は、正極と負極の電位曲線の傾きから幾何学的に評価できる。実験的に得られる取り出し電荷量と計算地との間に強い相関

図７(a)Na0.91CoO2 および(b)Na0.66oO2 の CoL 端吸収スペクトル。

【 ８ 】高分解 X 線吸収分光による層状酸化物の電子状態の研究

─ 72 ─

高分解 X 線吸収分光を、3d 金属を含む電池材料に応用した。Na0.91CoO2 では、プリエッジ
領域に新たな吸収帯が観測された。第一原理計
算により、この吸収帯を Co3d/4p 状態への遷移と帰属した[文献８]。

7.

H. Niwa, K. Higashiyama, K. Amaha, W. Kobayashi,
Y. Moritomo, Electronic states in oxidized
NaxCoO2 as revealed by X-ray absorption
spectroscopy coupled with ab initio calculation J.
Power Source, (2018), 384, 156-158

8.

H. Niwa; K. Higashiyama; K. Amaha; W. Kobayashi,
K. Ishii; Y. Moritomo, "High energy-resolved XANESof layered oxides for sodium-ion battery" Appl. Phys.
Express, 12 (2019) 052005.

図８(a)通常の X 線吸収分光と高分解 X 線吸収分光(b)高分解 X 線吸収分光の実験配置＜学会発表＞
国際会議
1.

＜論文＞
1.

2.

USA, 2018/5/14

Y. Moritomo, T. Sugano, Y. Fukuzumi, H. Iwaizumi,

2.

Moritomo, “Electrochemical Thermoelectric

polythiophene cast film as cathode material", J.

Coefficient of Prussian Blue Analogues”, 2018 ECS

Elelctroana. Chem, 839 (2019) 201-213.

Meeting @ Seatle, WA, USA, 2018/5/14

Y. Fukuzumi, Y. Hinuma, and Y. Moritomo,

国内会議
1.

metal”, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 055001 (2018)

小林航「層状酸化物の熱膨張」、TREMS 全体ミーティング@筑波、2018/6/19

Y. Fukuzumi, Y. Hinuma, and Y. Moritomo,

2.

“Temperatrure coefficient of redox potential of

小林航「ナノテクを駆使した二次電池研究の新展
開」Nanotech CUPAL 若手研究者による研究講演会

LiFePO4”, AIP Adv., 8, 065021 (2018).
4.

Y. Fukuzumi, W. Kobayashi, H. Niwa, and Y.

and T. Yasuda, "Rapid discharge process of“Thermal coefficient of redox potential of alkali

3.

Y. Moritomo、Thermal power generation with use ofbattery-type cell, 2018 ECS Meeting @ Seattle, WA,@矢崎総業(株)技術研究所、2018/7/30

H. Iwaizumi, Y. Fujiwara, Y. Fukuzumi and Y.

3.

Moritomo, “The effect of 3d-electron configuration（invited）守友浩「温度変化を電気エネルギーに変換する技術」、時代を刷新する会＠参議院議員

entropy on the temperature coefficient of redox

会館、2018/9/4

potential in Co1−zMnz Prussian blue analogues”,
4.

Dalton Trans. 48 (2019) 1964 - 1968.

守屋利昭、丹羽秀治、守友浩「O3-NaCo1-xFexO2(x≦0.05)の Fe-M 結合長の x 依存性」、2018 年応用

5.

Y. Fukuzumi, K. Amaha, W. Kobayashi, H. Niwa, and物理学会秋季講演会＠名古屋、2018/9/18

Y. Moritomo, “Prussian blue analogues as promisingthermal power generation materials”, Energy

5.

Technology, 6 (2018) 1 – 7.
6.

丹羽秀治、東山和幸、天羽薫、小林航、守友浩「軟X 線吸収分光と第一原理計算による NaxCoO2 の酸素
p 軌道ホール観察」、2018 年応用物理学会秋季講

T. Shibata, Y. Fukuzumi, W. Kobayashi, and Y.
Moritomo, “Thermal efficiency of a thermocell madeof Prussian blue analogues”, Sci. Reps. 8 (2018)14784.

─ 73 ─

演会＠名古屋、2018/9/18

6.

7.

福住勇矢、日沼洋陽、守友浩「LiFePO4 における酸17. 福住勇矢、日沼洋陽、守友浩「P2-NaxCoO2 におけ

化還元電位の温度係数」、2018 年応用物理学会秋る酸化還元電位の温度係数の X 依存性」2018 年応季講演会＠名古屋、2018/9/21

用物理学会春季講演会、東工大、2019/3/9

柴田恭幸、福住勇矢、守友浩「プルシャンブルー

18. 柴田恭幸、高原泉、福住勇矢、守友類似体を用いた二次電池構造型熱発電セルの熱効における酸化還元電位の温度係数の X 依存性」

率」、2018 年応用物理学会秋季講演会＠名古屋、2018 年応用物理学会春季講演会、東工大、

2018/9/21
8.

浩「P2-NaxCoO2

2019/3/9

岩泉滉樹、藤原祐介、福住勇矢、守友浩「Co-Mn プ

19. （招待）守友浩「電気エネルギーを活用したエネ

ルシャンブルー類似体の酸化還元電位の温度係

ルギーハーベスト」第一回筑波大学技術交流会@

数」、2018 年応用物理学会秋季講演会＠名古屋、

筑波大学、2018/3/8

2018/9/21
20. (招待)守友浩「電気エネルギーを活用したエネル
9.

（invited）福住勇矢「NaxCoO2 ので起電力の温度係数の x 依存性」、第一回プレ戦略研究会 TIA@筑波、2018/11/26

10. （invited）守友浩「エントロピーの視点からの熱発電セルの物質探索」、第一回プレ戦略研究会
TIA@筑波、2018/11/26
11. （invited）守友浩「熱発電セルと材料の要求仕様」、
第二回 TIA かけはし研究会@筑波、2018/12/10
12. （invited)丹羽秀治「軟 X 線吸収分光法による
NaXCoO2 の酸素正孔観察」、第二回プレ戦略研究
会 TIA@筑波、2018/12/27
13. 守友浩「三次電池によるエネルギーハーベスト」
TREMS シンポジウム@筑波大,2019/1/12
14. （招待）守友浩「配位分子を用いた二次電池材料とエネルギーハーベストへの展開」, 第３６回無機材料に関する最近の研究発表会@ 住友会館、
2019/1/28
15. 守友浩、菅野友嗣、福住勇矢、安田剛「高分子材料の電気化学特性」2018 年応用物理学会春季講演会、東工大、2019/3/9
16. 岩泉滉樹、菅野友嗣、安田剛、下位幸弘、小林航、
守友

浩「高分子材料の酸化還元ポテンシャルの温度係数」2018 年応用物理学会春季講演会、東工大、2019/3/9

─ 74 ─

ギーハーベスト」EHC 総会@理科大学、2018/3/12

西堀英治、笠井秀隆＜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 にて、パートナーユーザー課題を複数実施し、放射光 X 線回折で国内外の先導する研究を進めている。本年度は国際共同研究、TIA 連携、学内連携を推し進め 10 報の原著論文成果と研究室メンバーの７件の受賞があった。それらのうち、いくつかについて下記に記述する。
【 １ 】コル―サイト熱電変換材料の構造研究
エネルギー問題の解決法として、光・熱・振動などを利用する発電技術の研究開発が盛んに行われている。熱電発電は、熱電材料（固体）を用いて未利用廃熱を電力として回収する技術であり、省スペース・長寿命などの長所がある。高効率な熱電発電には、ゼーベック係が大きく、電気伝導率は高く、熱伝導率は低い材料が必要ある。
九州大学の末國准教授を中心としたグルー
プは環境にやさしい硫化銅ベースの熱電材料の開発を進めてきた。この過程で Cu26M2Sn6S32（M:V, Nb, Ta）表されるコル―サイトが高い特性を示すことを見出した。
この系には、格子定数 a=10.8Åの Order 相と、
a=5.4Åの Disorder 相が存在することが知られていた。熱電特性を調べると、Order 相に特性の異なる２種類が存在することが判明した。
この違いを調べるために大型放射光施設
SPring-8 で温度変化粉末 X 線回折実験を行った。その結果、Order 相に格子定数が約 0.1Å
異なる２種類が存在することが明らかになった。２種理のうち１種類の構造は既に知られていた。発見された新しい相の構造決定を行った。
マキシマムエントロピー法を駆使した解析により、Order 相には存在しない新しいサイトが存在する新構造を決定することに成功した（図 1）。

図 1．決定されたコル―サイトの新構造明らかにされた新構造を含めて物性を考えると、熱電度などの熱電物性の違いが説明できることが分かった。
【 ２ 】アルミニウムにおける電子分布の自由電子近似からのわずかな差の検出
アルミニウムは、非鉄金属の中で最大の産出量をもち、窓のサッシから飛行機の部品まで幅広い産業応用をもつ重要な金属である。これまでの金属や合金の機械的性質の研究は、結晶の格子欠陥や組織構造と結び付けられてきた。しかしながら、格子欠陥や組織構造を持たない理
想的な金属の性質は、量子力学的に決定されるべきである。
2000 年以降、計算科学や測定技術の進歩により、単純金属の電子分布と機械的性質との関係を量子力学的に理解しようと研究が進められている。特に、2011 年にアルミニウムの収束電子線回折で観測された電子分布において四面体サイトにおける電子の僅かな集積が、ほぼ自由な電子（Nearly free electron :NFE）近似
で求めた電子分布からのずれとして観測された。この電子分布は第一原理計算でも予測され、現在、機械的性質との関係が提案されている。
2011 年の研究では、収束電子線回折による電子分布の観測には、構造因子のうち最低次の２本のみが利用された。結晶全体の電子分布を表すには、最低次の２本のみでは不十分であるが残りは全て NFE 近似と同じという仮定の基で電子分布が決定された。そこで本研究は、放射光を用いれば 200 本を超える構造因子の精密測定が可能なことに着目し、これを用いた電─ 75 ─

子分布の観測を行った。
SPring-8 の BL02B2 の大型デバイ・シェラー
カメラで、30 K、波長 0.328 Å の条件でアルミニウムの粉末 X 線回折のデータを測定した。また、リートベルト法と多極子展開法の組み合わせにより、アルミニウムの電子分布を観測した。
第一原理計算によりアルミニウムの電子分布を求め、観測値と比較した。
図 2 に、実験と理論計算でのアルミニウムの金属結合の電子分布を示す。どちらの結果でも、図中にアルミニウムの四面体サイトに、電子の集積によるピークが存在する。このピークは収束電子線回折や過去の理論計算で発見された電子の集積と一致した。ピークの高さを比較す
ると、実験の方が理論よりもわずかに高い値を示すことが分かった。
30 K

WIEN2k
0.03 e/Å30.04 e/Å3-0.1000.00 e/Å30.015 e/Å30.100

step: 0.005 e/Å3

図 2． 実験と理論計算でのアルミニウムの金属結合の電子分布
この高さの差の起源を調べるため、実験の金属結合の分布から計算の金属結合の分布を引いた分布を求めた（図 3）。これによると、アルミニウムの原子周りに、電子の集積による対称的な配置のピークが存在した。この形状は原子軌道と類似していた。さらに、構造因子の値を詳細に調べたところ、構造因子も原子軌道的なモデルの値に近いことがわかった。アルミニ
ウムは、自由電子のような伝導電子が結晶中に存在するモデルで理解されてきたが、そのヤン
グ率やせん断応力などの機械的特性は力を加える方向によって異なることが知られている。
方向性を持った電子分布は、こうした機械的特性に説明を与えることを可能する。

図 3.

実験と理論の結合電子の差密度分布【 ３ 】IP データの補正に基づく 800K におけるダイヤモンドの結合電子の観測
X 線回折で測定される Bragg 反射強度は、電子密度の Fourier 係数である構造因子の 2 乗に比例する。電子密度を信頼度因子 R= 0.5%で決定するため、Bragg 反射強度を 1.0%以上の精度で決定する必要がある。Bragg 反射強度は角度の増加に伴い減少する。最強線およびその数万分の 1 の反射強度を、同じ精度で測定する必要がある。イメージングプレート(IP)はこれらの点で優れた検出器である。106 桁のダイナミッ
クレンジをもち、検出ノイズは Poisson 統計に従うランダムノイズが主である。
過去の電子密度観測の多くは、数 10 K 以下の低温で行われてきた。これは原子の熱振動を減少させ、高角の反射の計数統計を改善するためである。ダイヤモンドはデバイ温度 D が1860K と高く、高温で高精度の反射強度が測定可能である。また、これまでに室温以下で高い確度・精度で電子密度分布を決定できることが示されてきた。本研究はダイヤモンドの熱振動、
化学結合、内殻電子の温度による影響を、電子密度分布の変化として可視化することを目的とした。
放射光粉末回折実験は、SPring-8 BL02B2で行った。粒径 6-12 μm のダイヤモンド粉末を0.4 mmϕ リンデマンガラスキャピラリに充填した。測定には大型デバイシェラーカメラを使用し、検出器には BAS- MS イメージングプレート(IP)を使用した。温度調整には窒素ガス吹き付け装置を使用した。X 線の波長は 0.328 Å

─ 76 ─

を求めた。強度変調は最大で 0.4%であった。
これらの値を補正係数として各データ点に乗じた。
図 6 に 800 K 6th data の補正前と補正後のプ
ロファイルを示す。補正後データでノイズは半分以下に減少し、反射の形状が明瞭となった。
: corrected: uncorrected

630000Intensity [a.u.]に設定した。温度 300 K、800 K で測定した。
露光時間 20、80、320 分として、回折角度範囲の異なる 3 種類の 2 次元回折データを測定した。
積算幅 51、401 pixel として合計 6 つの 1 次元
データ 1st, 2nd, 3rd, 4th, 5th, 6th data を作成した。
図 4 に 300 K、800 K の 1 次元回折データを示す。挿入図は強度のヒストグラムである。(a)は 2nd data、(b)は 6th data である。(a)の 2θ < 50º(sinθ/λ < 1.28 Å-1) で 800 K の強度は 300 K の75%以上であり、2θ >70º (sinθ/λ > 1.74 Å-1)では50%以下となった。(b) の 2θ =95º の反射強度
は、最強線 1 1 1 反射の 1/20000 であり、バッ
クグラウンドノイズと同程度である。ヒストグ
ラムの形状は(a)と比較して広い。

62000061000060000086

2 [

86.5

図 6 800 K 6th data プロファイル
補正後(上)、補正前(下)(b) 6th data(a) 2nd data
図 4 300 K、800 K1 次元回折データ プロファイル
図 5 に各データのバックグラウンドのカウ
ント数とノイズを示す。縦軸は統計誤差に対するバックグラウンドノイズの割合である。106
カウントを超える 6th data で、統計誤差の約 2.2倍となり、系統誤差の混入が判明した。

図 5 各データのバックグラウンドカウント数

補正したデータの Rietveld 解析を行った。
800 K の重み付きプロファイル、Bragg 反射強度の信頼度因子はそれぞれ Rwp= 0.83%、RI=1.88%であり、300K は Rwp=0.87%、RI=1.75%であった。800 K の格子定数は 3.57192(1) Å であり、300 K の 3.56750(1) Å と比較して 0.1%増加
した。分解能 sinθ/λ = 2.22 Å-1、計 104 本の観測
構造因子を抽出した。電子密度は HC、EHC 多極子モデルにより決定した。2 種類の原子散乱
因子 C、Cv、および 2 種類の熱振動モデル調和
モデル、非調和モデルを使用して多極子展開解析 を 行 っ た 。 信 頼 度 因 子 RF は 300 K で0.67%-0.95%、800 K で 0.79%-0.90%であった。原子 変 位 パ ラ メ ー タ は 300 K で0.00131(5)-0.0018(10) Å2、800 K では約 2 倍の0.00249(5)-0.0030(8) Å2 であった。価電子密度、
static deformation ともに 300 K と 800 K でほぼ同じ描像が得られた。結合中点での電子密度の値は 300 K と 800 K で 0.04 e/Å3 以内で一致し
た。

とノイズ

【 ４ 】超臨界ナノ材料合成の放射光その場観察装置の開発系統誤差の補正法を検討した。6th data につ
いて Fourier 級数展開を行い、6 点周期の信号の存在を確認した。バックグラウンド散乱の 6
点ごとの強度和を計算し、平均強度からの変調

超臨界水熱合成は図 7 の水の相図に示した
臨界点である 647.3K、22.1MPa 以上の温度圧
力条件でナノ粒子を合成する手法である。ナノ粒子のサイズ・形状は温度・圧力等のパラメー

─ 77 ─

タに支配される。超臨界反応場の微視的な特性は未解明のままである。

にリートベルト解析を適用した。スケール因子、
格子定数、ピークの半値幅関数を決定した。

放射光粉末回折法を用いた「その場観察」により合成を原子スケールで追跡することで、反応場の微視的な特性の解明が期待できる。高温高圧条件のその場観察測定のために、専用の装置が開発されてきた。多くの先行研究は、回折強度や格子定数の変化のみを報告している。
本研究では、測定した粉末回折パターンに構造解析を適用し、ナノ粒子構造の時間変化を決定する。大型放射光施設 SPring-8 のビームライン
BL02B2 における放射光その場観察用の装置を開発した。測定条件を最適化した。最適化した条件を用いて、CeO2 ナノ粒子の合成に対してその場観察測定を行った。

図 7 水の相図

装置はサンプルセルと高圧ポンプで構成される。セルは Iversen らの装置を参考に設計した。水溶液を入れたキャピラリが圧力容器である。キャピラリの材料は温度 673K、
圧力 35MPaに耐える溶融石英である。キャピラリの左右に配管を接続し、ビームラインの実験ハッチ外から加圧する。キャピラリを加熱することで水溶
液中にナノ粒子が合成され、同時に放射光を照射してその場観察測定を行った。
CeO2 ナノ粒子の水熱合成に対して、放射光
その場観察測定を行った。プリカーサーとして0.1M Ce(NO3)3 6H2O 水溶液を用いた。入射 X
線の波長は 0.44Åを選択した。1 回の測定時間
は 20 秒で、これを連続して 90 回、180 回ある
いは 270 回行った。図 1 に温度圧力条件を示した。2 点の超臨界条件、3 点の液相条件、1 点の気相条件を選択した。測定した回折パターン

図 8 単位胞体積の粒子サイズ依存性

図 8 に単位胞体積の粒子サイズ依存性を示す。単位胞体積は格子定数から計算した。気相
条件と液相条件では、同一の粒子サイズに対して単位胞体積が約 0.3Å3 異なった。超臨界条
件の結果は液相と気相の間に位置した。超臨界条件と液相条件では、単位胞体積の異なる圧力依存性が得られた。47nm の粒子サイズにおいて、液相条件では 10MPa の圧力変化に対して単位胞体積がほとんど変化しなかったのに対し、超臨界条件では 7MPa の圧力変化に対して、
0.1Å3 の相対的に敏感な圧力応答を観測した。
【 ５ 】SPring-8 パートナーユーザー活動
SPring-8 において、粉末回折ビームライン
BL02B2 および単結晶 X 線回折ビームライン
BL02B1 でパートナーユーザーに指定され活動を行っている。装置の高度化とユーザー利用の拡大が主目的である。本年度は 2018 年より単結晶構造解析ビームラインに納入された CdTe
半導体を用いた PILATUS 検出器の立ち上げに協力し。
粉末回折 BL では、今年度より科学研究費補助金、新学術領域研究で開始したベイポクロミ
ズムのその場観察実験を開始した。6 月に最初の測定を行い、さらに装置を改良した 10 月以
降に複数回実験を実施した。装置の立ち上げに協力するとともに成果の創出に勤めた。
【 ６ 】海外教育研究ユニット招致

─ 78 ─

デンマーク・オーフス大学材料結晶学センター（Center for Materials Crystallography: CMC）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 として承知し研究を進めている。本年度 9 月に副 PI を務めていた
Hathwar Rama Venkatesha 助教がインド Goa 大
学の物理学科にテニュアトラック助教として転出した。後任として、Quantum Crystallographyのメッカであるドイツブレーメン大より Pal
Rumpa 助教が 11 月から着任している。
本年度も、SPring-8 のパートナーユーザー活
動を始め多くの国際連携を行った。昨年立ち上げた超臨界ナノ材料合成については、論文を執筆するとともに国際会議、国内学会で発表した。
発表者の藤田（大学院生）が AsCA2018 にて
IUCr Young Scientists Award を受賞した。

6.

K. Suekuni, Y. Shimizu, E. Nishibori, H. Kasai, H.
Saito, D. Yoshimoto, K. Hashikuni, Y. Bouyrie, R.
Chetty, M. Ohta, E. Guilmeau, T. Takabatake, K.
Watanabe and M. Ohtaki, “Atomic-scale phonon
scatterers in thermoelectric colusites with a tetrahedral
framework structure.” J. Mater. Chem. A 7, 228−235(2019).

7.

T. Usuki, K. Omoto, M. Shimada, Y. Yamanoi, H.
Kasai, E. Nishibori and H. Nishihara, “Effects ofSubstituents

on

the

Disilane-Linked

Blue

Luminescence

Donor‒Acceptor‒Donorof

Triads.”Molecules 4, 521 (2019).
8.

Y. Zheng, C. Liu, L. Miao, C. Li, R. Huang, J. Gao, X.
Wang,

J.

Chen,

“Extraordinary

Y.

Zhou

and

thermoelectricE.

Nishibori,performancein

MgAgSb alloy with ultralow thermal conductivity.”
Nano Energy 59, 311–320 (2019).

＜論文＞
1.

9.

K. Miyagawa, K. Kanoda, E. Nishibori and A.

H.

Nishihara,

Kobayashi, “Single-component molecular conductor“Aggregation-Induced Emission Enhancement from[Pt(dmdt)2]—a three-dimensional ambient-pressure

Disilane-Bridged

molecular Dirac electron system.” Chem. Comm.55,

Kasai,

Luminogens

E.

NishiboriandH.

Donor–Acceptor–Donor

Based

on

the

12164−12172 (2018).

3.

3327-3330 (2019)

Triarylamine

Functionality.” ACS Appl. Mater. Interfaces 10,2.

B. Zhou, S. Ishibashi, T. Ishii, T. Sekine, R. Takehara,

T. Usuki, M. Shimada, Y. Yamanoi, T. Ohto, H. Tada,

10. M. W. Shi, S. P. Thomas, V. R. Hathwar, A. J. Edwards,
R. O. Piltz, D. Jayatilaka, G. A. Koutsantonis, J.

P. K. Mondal, V. R. Hathwar and D. Chopra,

Overgaard, E. Nishibori, B. B. Iversen and M. A.

“Characterization

Spackman,ofelectronic

featuresof“MeasurementofElectric

Fieldsintermolecular interactions involving organic fluorine:

Experienced by Urea Guest Molecules in the

Inputs from in situ cryo-crystallization studies on -F

18–Crown–6/Urea (1:5) Host–Guest Complex: An

and -CF3 substituted anilines.” J. Fluo. Chem. 211,

Experimental

37−51 (2018).

Electric-Field-Assisted Catalysis.”, J. Am. Chem. Soc.

Reference

Point

for

141, 3965-3975(2019)

T. Sasaki, H. Kasai and E. Nishibori,”Tightly binding
valence electron in aluminum observed through X-ray

4.

charge density study.” Sci. Rep. 8, 11964 (2018).

＜学会発表＞

Y. Deguchi and E. Nishibori, “Structure factors and国際会議

charge-density study of diamond at 800K.” Acta Cryst.
B 74, 651–659 (2018).
5.

1.

factors of simple metal oxides” Sagamore2018,

H. Fujishita, K. Kato, E. Nishibori, M. Takata, M.

Halifax Convention Center, Nova Scotia, Canada.

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2.

Hidetaka Kasai et al., “X-ray charge density study ofchemical bonding in ZnSb” Sagamore2018, Halifax

─ 79 ─

Convention

Center,

Nova

Scotia,Canada.

合成放射光その場観察測定条件の最適化」日本結2018.7.8-13.
3.

晶学会

Yuka Deguchi, Eiji Nishibori, “4.

4.

とモリブデンにおける金属結合の精密観測」日本

2018.7.8-13.

結晶学会

density studyof molybdenum”

5.

線回折によるアルミニウムの精密電子密度分布」

Scotia, Canada. 2018.7.8-13.

第 32 回日本放射光学会年会・放射光科学合同シン

Eiji Nishibori, “Differences between observed andポジウム、福岡国際会議場、2019.1.9-11

structure

factors.”

AsCA2018,

The

2018. 12.2-12.5
Tomoki Fujita, Hidetaka Kasai, Eiji Nishibori,“Solvothermal reactor for in-situ synchrotron radiation
powderdiffractionatSPring-8

BL02B2

forquantitative design for nanoparticle”AsCA2018, The
University of Auckland, Auckland, New Zealand.
2018. 12.2-12.5
Tomoaki Sasaki, Hidetaka Kasai, Eiji Nishibori,“Covalentbondingmolybdenum

character

from

of

d-electron

synchrotron

of

X-ray

diffraction”AsCA2018, The University of Auckland,
Auckland, New Zealand. 2018. 12.2-12.5
8.

Yuka Deguchi, Eiji Nishibori, “Charge density studyof diamond at 800K using data correction for weakintensities”AsCA2018, The University of Auckland,
Auckland, New Zealand. 2018. 12.2-12.5

国内会議
1. Eiji Nishibori, Bo Iversen et al, “Application ofsynchrotron

radiationinmaterials

crystallography”, SPring-8 シンポジウム 2018,
姫路市民会館, 2018.8.25-26
2.

西堀英治「超臨界水熱ナノ材料合成の 放射
光 X 線回折によるその場観察」日本セラミックス協会 第 31 回秋季シンポジウム、名古屋工業大学、2018.9.5-9.7（招待講演）3.

佐々木友彰、笠井秀隆、西堀英治「放射光粉末 X

Sagamore2018, Halifax Convention Center, Nova

University of Auckland, Auckland, New Zealand.

7.

2018 年 度 年 会 、 東 京 工 業 大 学 、

2018.11.10-11

Tomoaki Sasaki, Hidetaka Kasai, Eiji Nishibori,theoretical6.

佐々木友彰、笠井秀隆、西堀英治「アルミニウム

Halifax Convention Center, Nova Scotia, Canada.

“X-ray charge

5.

2018.11.10-11

IP data correction

for accurate charge density study” Sagamore2018,2018 年 度 年 会 、 東 京 工 業 大 学 、

藤田知樹、笠井秀隆、西堀英治「超臨界ナノ材料

─ 80 ─

岡田晋＜研究成果＞
量子論に立脚した計算物質化学の手法を用いて、種々のナノスケール物質の物質設計と物性解明、さらに、それらと異種物質からなるヘテロ構造系の構造と電子物性の解明をおこなっている。特に、ナノ構造体ならびに、その複合構造体の定常電界下での物性変調ならびに電界による機能制御方法の提示と新規エネル
ギーデバイスの設計指針の提示を目指す。
【 １ 】新しい２次元炭素ナノ構造体の物質設計と物性解明近年の分子重合技術の進展により、種々のナ
ノスケール炭素物質のボトムアップ合成がなされつつある。そこでは、炭化水素分子を最適な空間配置の下、互いに共有結合を形成させる
ことにより、多様なモルフォロジーを有する物
質の合成がなされている。ここでは、sp2 と sp3炭素からなる立体状の炭化水素分子である、ト
リプチセンに着目し、トリプチセン間を単結合で架橋したトリプチセンポリマーを sp2,sp3 炭
素が混在する新しい炭化水素ポリマーとして、その物質設計と物性解明をおこなった。図１に提案した原子構造を示す。この構造は、エネル
ギー的に極めて安定であり、かつ熱的にも高い安定性を示す。さらに、この物質は、sp2 領域
がカゴメ格子状にアラインされており、かつ近接の sp2 領域間に弱い電子の遷移があることから、伝導体、価電子帯に平坦バンドとディラックバンドからなる特異な電子状態を有することが明らかになった。
(a)

ことが報告されているが、その端形状や端終端の及ぼす影響は未だ未解明である。そこで、
我々は、密度汎関数理論を用いて、電界放出電流と端形状の間の相関の解明を行った。端形状に関しては、アームチェア、カイラル、ジグザ
グに関して、電流と印加電圧の関係をあきらかにし、アームチェア型の端が最も高い電界放出
電流を与えることを明らかにした。他方、端の終端官能基種依存性に関しては、OH, COH, NH,
H による端の終端が高いでかい放出電流を誘起することが明らかになった。これは、端近傍に誘起される双極子モーメントが、これらの端の仕事関数を著しく下げるためである。

＜論文＞
1. M. Maruyama, and S. Okada, Geometric andelectronic

structuresofatwo-dimensional

covalent network of sp2 and sp3 carbon atoms,
Diam. Relat. Mater.

81, 103-107 (2018).

2. H. Sawahata, M. Maruyama, N. T. Cuong, H.
Omachi, H. Shinohara, and S. Okada, Energetics
andelectronic

properties

ofB3N3-doped

graphene, ChemPhysChem 19, 237-242 (2018).
3. K. Yoneyama, A. Yamanaka, and S. Okada,
Mechanical properties of graphene nanoribbons
under uniaxial tensile strain, Jpn. J. Appl. Phys.
57, 035101 (2018).
4. H.

G.

Ji,

Y.-C.

Solis-Fernandez,
Okada,Lin,

K.

Nagashio,

P.

A. S. Aji, M. Maruyama, S.

V. Panchal, O. Kazakova, K. Suenaga,

and H. Ago, Hydrogen-Induced Epitaxial Growth(b)and Effective Stitching of Monolayer Tungsten
Disulfide, Chem. Mater.

30, 403-411 (2018).

5. Y. Fujii, M. Maruyama, K. Wakabayashi, K.
Nakada, and S. Okada, Electronic structure of

図 1 トリプチセンポリマーの構造

two-dimensional hydrocarbon networks of sp2【 ２ 】グラフェン端からの電界電子放出
グラフェンはその高い安定性とアスペクト比から、電界電子放出源として古くから着目されている。多くの実験事実から、グラフェンの端からの選択的な電界電子放出が起こり得る
─ 81 ─

and sp3 C atoms, J. Phys. Soc. Jpn.

87, 034704(2018).
6. T. Koyama, K. Fujiki, Y. Nagasawa, S. Okada, K.
Asaka, Y. Saito, and H. Kishida, Different
Molecular Arrangement of Perylene in Metallic

and Semiconducting Carbon Nanotubes: Impact

16. K. Yoneyama, A. Yamanaka, and S. Okada,of Van Der Waals Interaction, J. Phys. Chem. C

Energetics and electronic structure of corrugated122, 5805-5812 (2018).

graphene nanoribbons, Jpn. J. Appl. Phys.

7. P. Gomasang, T. Abe, K. Kawahara, Y. Wasai, N.

57,

085101 (2018).

Nabatova-Gabain, N. T. Cuong, H. Ago, S. Okada,

17. S. Furutani and S. Okada, Electronic structure

and K. Ueno, Moisture Barrier Properties ofand cohesive energy of silyl-methyl-fullerene andSingle-Layer Graphene Deposited on Cu Films

methano-indene-fullerene solids, Jpn. J. Appl.

for Cu Metallization, Jpn. J. Appl. Phys.

Phys.

57,

04FC08 (2018).

57, 085102 (2018).

18. A. Nakamura, K. Yamanaka, K. Miyaura, H. E.

8. Y. Gao and S. Okada, Electrostatic Properties ofLim, K. Matsuda, B. Thendie, Y. Miyata, T.

Graphene Edges for Electron Emission under an

Kochi, S. Okada, and H. Shinohara, Ultrafast

External Electric Field, Appl. Phys.

Charge Transfer and Relaxation dynamics in

Lett.

112,

Polymer-Encapsulated

163105 (2018).
9. M. Matsubara and S. Okada, Field-induced
structural control of COx molecules adsorbed ongraphene, J. Appl. Phys.

123, 174302 (2018).

10. D. Tan, X. Wang, W. Zhang, H. E. Lim, Y.
Miyauchi, M. Maruyama, S. Okada, and K.
Matsuda, Carrier transport and photoresponse in
GeSe/MoS2 heterojunction p/n diodes, Small 14,
1704559 (2018).
11. S. Furutani and S. Okada, Energetics andelectronic structures of chemically decorated C60
chains, Jpn. J. Appl. Phys.

57, 06HB02 (2018).

12. A. Yasuma, A. Yamanaka, and S. Okada,
Energetics of edge oxidization of graphene
nanoribbons, Jpn. J. Appl. Phys.

57, 06HB03(2018).
13. H. Sawahata, A. Yamanaka, M. Maruyama, and S.
Okada, Energetics and formation mechanism ofborders between h-BN and graphene, Appl. Phys.
Express 11, 065201 (2018).

and

T.

Okazaki,Molecular

Arrangements of Corannulenes and Sumanenes inSingle-Walled

CarbonNanotubes,

ChemNanoMat 4, 557-561 (2018).

Polythiopheneand16940--16949 (2018).
19. T. Yamaoka, H. E. Lim, S. Koirala, K. Shinokita,
M. Maruyama, S. Okada, Y. Miyauchi, and K.
Matsuda, Efficient Photocarrier Transfer andEffective Photoluminescence Enhancement in
Type I Monolayer MoTe2/WSe2 Heterostructure,Adv. Funct. Mater.

35, 1801021 (2018).

20. Y. Fujii, M. Maruyama, and S. Okada, Geometricand electronic structures of two-dimensionallypolymerized triptycene: Covalent honeycomb
networks comprising triptycene and polyphenyl,
Jpn. J. Appl. Phys.

57, 125203 (2018).

21. K. Suenaga, H. G. Ji, Y.-C. Lin, T. Vincent, M.
Maruyama, A. S. Aji, Y. Shiratsuchi, D. Ding, K.
Kawahara, S. Okada, V. Panchal, O. Kazakova, H.
Hibino,K.

Suenaga,

and

H.

Ago,

Surface-Mediated Aligned Growth of Monolayer
and

In-Plane

Heterostructures

withGraphene on Sapphire, ACS NANO

12,10032-10044 (2018).
22. S. Zheng, N. T. Cuong, S. Okada, T. Xu, W. Shen,
X. Lu, and K. Tsukagoshi, Solvent-MediatedShape Engineering of Fullerene (C60) Polyhedral

15. Y. Nagasawa, T. Koyama, and S. Okada,
Energetics and electronic structures of perylene
confined in carbon nanotubes, Roy. Soc. Open
Sci.

CarbonCoronene-Polymer, J. Phys. Chem. C 122,

MoS2

14. Y. Iizumi, Z. Liu, K. Suenaga, S. Okada, H.
Sakurai,Nanotubes:

Single-Walled

5, 180359 (2018).

─ 82 ─

Microcrystals, Chem. Mater. 30, 7146-7153(2018).
23. M. Maruyama and S. Okada, Energetics andelectronic structure of triangular hexagonal boron
nitride nanoflake, Sci. Rep. 8, 16657 (2018).
24. H. G. Ji, M. Maruyama, A. S. Aji, S. Okada, K.
Matsuda,andH.

interaction-induced

Ago,

Van

der

Waals

photoluminescence

weakening and multilayer growth in epitaxiallyaligned WS2, Phys. Chem. Chem. Phys.

20,29790 - 29797 (2018).

─ 83 ─

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、特に 2 フォノン過程や、光・マイクロ波
吸収／放出などの動的過程について検討を進めた。
【 １ 】バリアブル・レンジ・ホッピング伝導高分子系やアモルファス系における非線形伝導現象をバリアブル・レンジ・ホッピングモ
デルで解析を行った。フラクタル解析による理論結果と比較検討を行い、低周波領域のキャパ
シタンス特性も解析した。[論文 1]【 ２ 】量子ドット系のスピンダイナミクス
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。Floquet 量子マス
ター方程式による解析では、外部変調を加える
パラメタをうまく選ぶことにより大きな多光子吸収過程が見込まれることを明らかにした。
[論文 2]また非平衡フォノンの寄与によるスピ
ンのラビ振動の忠実度への影響について定量的に調べた。[国際会議 1,2,3]＜学会発表＞
国際会議
1.

Yasuhiro Tokura, “Fidelity of strongly driven electric
dipole spin resonance”, APS March Meeting 2019,
Boston, Massachusetts, USA March 4-8 (2019).

2.

Yasuhiro Tokura, “Adiabatic and diabatic dynamics inquantum systems”, Int. Symp. Frontiers of Quantum
Transport in Nano Science (QTNS), Kashiwa, Japan,
Nov 7-10 (2018) (Invited).

3.

Yasuhiro Tokura, “Strongly driven electric dipole spinresonance”, 4th School and Conference on Spin-Based
Quantum Information Processing (Spin-Qubit 4),
Konstanz, Germany, Sep. 10- 14 (2018) (Poster)4.

Y. Sato, S. Matsuo, C.H. Hsu, P. Stano, D. Loss, K.
Ueda, Y. Takesige, H. Kamata, J.S. Lee, B. Shojaei, J.
Shabani, C. Parmstrøm, Y. Tokura, S. Tarucha,“Tomonaga-Luttinger liquid behaviour in 1D electron
system fabricated from InAs Quantum well holding
strong spin- orbit interaction”, 34th International
Conference on the Physics of Semiconductors(ICPS2018), Montpellier, France, July 29-Aug. 3(2018).

5.

T. Hayashi, L. Cong Duy, Y. Tokura, H. Murata, and A.
Fujiwara, “Low-frequency capacitance of hoppingtransport materials”, 34th International Conference on

＜論文＞
1.

T.

Hayashi,theY.

Tokura,andA.

“Field-dependent hopping conduction”, Physica B:

6.

barrier”, Phys. Rev. B 99, 075412 (2019).
H. Shibata, T. Hiraki, T. Tsuchizawa, K. Yamada, Y.

(ICPS2018),

Giorgos Giavaras and Yasuhiro Tokura, “Current

Physics of Semiconductors and Applications, Jeju,
Korea, July 1-5 (2018).
7.

double quantum dots”, 10th Biannual Conference onsuperconducting nanowire single-photon detector with

Quantum Dots (QD2018), Toronto, Canada, Junea spot-size converter on a Si photonics platform”,
Superconductor Science and Technology, 32, 034001

R. Suzuki, S. Kato, K. Yoshida and Y. Tokura,“Quantum diffusive analysis of two electron spins inTokura, and S. Matsuo, “A waveguide-integrated(2019).

Semiconductors

dots”, The 19th International Symposium on the

G. Giavaras and Y. Tokura, “Spectroscopy of double
quantum dot two-spin states by tuning the interdot

3.

ofantiresonance in spin-orbit coupled dou- ble quantum

Condensed Matter 541, 19-23 (2018).
2.

Physics

Montpellier, France, July 29-Aug. 3 (2018) (Poster).

Fujiwara,

25-29 (2018) (Poster).
8.

Giorgos Giavaras and Yasuhiro Tokura, “Current
antiresonance in spin-orbit coupled double quantumdots”, 10th Biannual Conference on Quantum Dots
(QD2018), Toronto, Canada, June 25-29 (2018)(Poster).

─ 84 ─

国内会議
1.

黒山和幸、松尾貞茂、村本丈、Sascha R. Valentin,
Arne Ludwig, Andreas D. Wieck、都倉康弘、樽茶清
悟「GaAs 横型量子ドットにおけるスピン-格子相
互作用を介したフォノンによる電子スピン反転の実時間測定」日本物理学会 2018 年秋季大会、京都
2018.9.12.

2.

黒山和幸、松尾貞茂、村本丈、Sascha R. Valentin,
Arne Ludwig, Andreas D. Wieck、都倉康弘、樽茶清
悟「GaAs 横型二重量子ドットにおけるフォノン
励起のスピン三重項を介した単一電子のトンネル
現象の実時間観測」日本物理学会 2018 年度年会、
福岡 2019.3.6.

3.

都倉康弘「電気双極子スピン共鳴の強励起条件での忠実度」日本物理学会 2018 年度年会、福岡
2019.3.6.

4.

林稔晶、都倉康弘、藤原聡「バリアブル・レンジ・ホッピング伝導による低周波キャパシタンス」日本物理学会 2018 年度年会、福岡 2019.3.5.

─ 85 ─

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，
現代物理学，特に物性物理学の現代的な知見を集約し，将来的な新機能環境エネルギーデバイ
スにつながる新しい機能，特性をもった物質を理論的に探索，提案することを究極の目的とした研究活動を行っている。
特に歴史的には量子ホール効果により見いだされ，近年，フォトニック結晶や古典力学系にまでその対象分野がひろがるトポロジカル
相の物理学に研究の中心をおきトポロジカル
物質を用いた新機能につながる基礎的な研究を進めている。特にトポロジカル物質の特性であるエッジ状態と呼ばれる系の境界や不純物近傍に局在する状態とバルクのトポロジカル
相との普遍的な関係である「バルクエッジ対応」に関する研究と数値的手法を用いながら多方面において進めている。

図１ ワイル点を持つ 3 次元ウッドパイル構造をつくるフォトニック結晶（論文 9 より引用）【 ２ 】機械学習を用いた高次トポロジカル相の研究
トポロジカル相においてはバルクエッジ対応とよばれる基本原理により，系に境界があるとき特徴的な局在状態が系の境界に存在する。
従って２次元系においては電子分布を画像化すると系の境界に特徴的な像があらわれる。この特徴的な振る舞いを理論的基礎として，近年大きな注目を集めている機械学習を用いて画像認識することでトポロジカル相の相分類を行った（図２、論文４）。

【 １ 】３次元のフォトニック結晶におけるワ
イル点と対応するエッジ状態の研究。
学外のグループとの共同研究により，ウッド
パイル構造とよばれる具体的な３次元のフォ
トニック結晶に対して，ワイル点とよばれる分散の特異点を数値的に確認し，そのトポロジカ
ルな安定性を確認するとともに，付随するセク
ションチャーン数とよばれる波数依存のトポ
ロジカル数と対応するエッジ状態の存在を整合的に理解することに成功した(図１、論文９)。

図２ （a）機械学習による高次のトポロジカル相の相図。
（b）標準的な手法による同じ系の相図。比較することで機械学習の手法が整合的な結果を与えることが確認できる（論文４より引用）─ 86 ─

【 ３ 】対称性が保護するトポロジカル相の理論（１）対称性の高い 1 次元量子スピン系における量子相転移と量子化ベリー位相の研究(図３、論文 1)対称性の保護するトポロジカル相の典型例
として一次元の対称性の高い量子スピン系をとりあげ，この系でのバルクのトポロジカル数である ZN ベリー位相を数値的に計算した。その際ベリー位相を定義するパラメター空間（Synthetic Brillouin zone）内での経路の対称性が重要な役割を果たすことを指摘し
demonstrate した。また，この物理量を用いる
ことで量子相転移が有限のシステムサイズにおいても極めてシャープにとらえられることを実証した。

図４ 対称性で護られたベリー位相と基底状態と第一励起状態のエネルギー。転移点でディラック分散が現れる（論文６より引用）【 ４ 】トポロジカル数の計算手法と新しいトポロジカル数の提案について
トポロジカル物質の研究には，ベリー接続を用いたトポロジカル数と呼ばれる整数の数値計算が必須であるが，数値的研究を用いて理論的な予想を種々の例で実証した。（論文 3）
また，エンタングルメントベリー位相とよぶ
新しい量子数を定義することで四重極相など
高次のトポロジカル相における相分類の手法を提案するとともに，その数値的な有効性を示した。（論文 8）

図３（a）(b)対称性で護られたベリー位相を定義留守ゲージ変換の概念図。(c)パラメター
空間でのエネルギーと対応する量子化ベリー
位相（論文１より引用）（２）カゴメ格子上の量子ハイゼンベルグ磁性体における量子相転移と量子化ベリー位相の研究(図４、論文６)。
２次元のカゴメ格子上の量子ハイゼンベ
ルグ磁性体に対して系の対称性を用いて Z3 ベリー位相を定義することで既存の研究に比して極めて少数系においても相境界がシャープに決定できることを示した。

【 ５ 】散逸やエネルギー利得を取り扱える非
エルミート系の物理と新しいトポロジカル相の研究
通常の量子力学やトポロジカル相の研究においては，ハミルトニアンは常にエルミート性を見たし，その固有値は実数であるが，近年この拘束条件をはずし，非エルミート系を考察の対象とすることが多くの興味をあつめている。
関連して我々も新しい試みを開始した。この手法によれば，実際の物理系では必ず問題となるエネルギー散逸や利得を理論的に取り扱える可能性がある。（論文５）＜論文＞
1. Toshikaze Kariyado, Takahiro Morimoto,and Yasuhiro Hatsugai, "ZN Berry Phases

─ 87 ─

in Symmetry Protected Topological

Status Solidi B 1800524(1-5) (2019),

Phases", Phys. Rev. Lett. 120,

DOI:10.1002/pssb.201800524

247202(1-5) (2018),

8. T. Fukui and Y. Hatsugai, "Entanglement

DOI:10.1103/PhysRevLett.120.247202

polarization for the topological

2. Yuta Takahashi, Toshikaze Kariyado, andquadrupole phase", Phys. Rev. B 98,

Yasuhiro Hatsugai, "Weyl points of

035147 (1-13) (2018),

mechanical diamond", Phys. Rev. B 99

DOI:10.1103/PhysRevB.98.035147

024102(1-8) (2019),

9. S. Takahashi, S. Oono, S. Iwamoto, Y.

DOI:10.1103/PhysRevB.99.024102

Hatsugai, and Y. Arakawa, "Circularly

3. Koji Kudo, Haruki Watanabe, Toshikaze

Polarized Topological Edge States

Kariyado, and Yasuhiro Hatsugai,

Derived from Optical Weyl Points in"Many-Body Chern Number without

Semiconductor-Based Chiral Woodpile

Integration", Phys. Rev. Lett. 122

Photonic Crystals", J. Phys. Soc. Jpn.

146601 (1-5) (2019),

87, 123401(1-5) (2018),

DOI:10.1103/PhysRevLett.122.146601

DOI:10.7566/JPSJ.87.123401

4. Hiromu Araki, Tomonari Mizoguchi, andYasuhiro Hatsugai, "Phase diagram ofdisordered higher-order topologicalinsulator: A machine learning study",
Phys. Rev. B 99, 085406 (1-8) (2019),
DOI:10.1103/PhysRevB.99.085406
5. Tsuneya Yoshida, Robert Peters, Norio
Kawakami, and Yasuhiro Hatsugai,"Symmetry-protected exceptional ringsin two-dimensional correlated systems
with chiral symmetry", Phys. Rev. B 99,＜修士論文＞
1. 文挟彰太「J1-J2 整数スピン鎖における逐次相転移の Z2 ベリー位相による特徴づけ」2019 年 3 月
2. 西沢 駿「密度行列くりこみ群を用いた 1
次元トポロジカルポンピングの研究」2019年3月
3. 鈴木仙里「メカニカルグラフェンの回転対称性に護られたトポロジカル相」2019 年 3月

121101(1-5) (2019),
DOI:0.1103/PhysRevB.99.121101＜学会発表＞

6. Tohru Kawarabayashi, Kota Ishii, andYasuhiro Hatsugai, "Fractionally
Quantized Berry’s Phase in an
Anisotropic Magnet on the Kagome
Lattice", J. Phys. Soc. Jpn. 88 45001(2019), DOI:10.7566/JPSJ.88.045001
7. Tohru Kawarabayashi, Hideo Aoki, andYasuhiro Hatsugai, "TopologicallyProtected Doubling of Tilted DiracFermions in Two Dimensions", Phys.

国際会議 （招待講演）
1. Yasuhiro Hatsugai,”Bulk-edgecorresponding : another look at”,
Progress in the mathematics of
topological states of matter (WPI-AIMR,
Tohoku University),2018.
2. Yasuhiro Hatsugai,”Bulk-edgecorresponding revisited”, Recent
progress in mathematics of topologicalinsulators (ETH Zürich), 2018.

─ 88 ─

3. Yasuhiro Hatsugai,”Corner states of
Kagome lattice & related”, Trends in
Theory of Correlated Materials (TTCM)
2018 (Geneve Univ),2018.
4. Yasuhiro Hatsugai, “Welcome! Bulk-edgecorrespondence in topological phases”,
International workshop: Variety anduniversality of bulk-edgecorrespondence in topological phases:
From solid state physics totransdisciplinary concepts (BEC2018X),
2018.
5. Tohru Kawarabayashi, “Topologicalzero-energy states in deformed
fermion-vortex systems”,
International workshop Variety anduniversality of bulk-edgecorrespondence in topological phases:from solid state physics totransdisciplinary concepts(BEC2018X),2018.
6. Tomonari Mizoguchi, Masafumi Udagawa,Yasuhiro Hatsugai, “Designingflat-band models by using themolecular-orbital representation”,
International workshop Variety anduniversality of bulk-edgecorrespondence in topological phases:
From solid state physics totransdisciplinary concepts (BEC2018X),
2018.

国際会議 （一般講演，ポスター）
1. S. Fubasami and Y.
Hatsugai,"Topological order parametersof J1-J2 Heisenberg chains of S=1,2 and
3", International Conference on
Magnetism 2018 (ICM2018), 2018.
2. Tohru Kawarabayashi, Kota Ishii,
Yasuhiro Hatsugai, “Topological orderin quantum phases in anisotropic Kagomemagnets", the 23rd international
conference on High Magnetic Fields in
Semiconductor Physics, 2018.
3. Tohru Kawarabayashi, Hideo Aoki,
Yasuhiro Hatsugai,”TopologicallyProtected Doubling of Tilted DiracFermions in Two Dimensions”, the 34th
international conference on the Physics
of Semiconductors ,2018.
4. Shuhei Fujisawa, Yasuhiro Hatsugai,
Tohru Kawarabayashi,"Robust n=0 Landaulevels of Dirac particles in an
non-abelian gauge fields",
International workshop Variety anduniversality of bulk-edgecorrespondence in topological phases:from solid state physics totransdisciplinary concepts (BEC2018X),
2018.
5. Tsuneya Yoshida, Robert Peters, Norio
Kawakami, Yasuhiro
Hatsugai,Non-Hermitian perspective onstrongly correlated Dirac electrons",
Trends in Theory of Correlated Materials
2018, 2018.
6. K. Kudo and Y. Hatsugai, Many-body
Chern number matrix in fractional
quantum Hall effect of graphene",
International Workshop on SYMMETRY &TOPOLOGY in Condensed-Matter physics,
2018.
7. K. Kudo and Y. Hatsugai,Halperin 331
state of the FQH system of the n=0 Landauband of graphene", The 23rd
International Conference on High
Magnetic Fields in Semiconductor
Physics, 2018.
8. K. Kudo, H. Watanabe, T. Kariyado and Y.
Hatsugai, "Exponential accuracy of
many-body Chern number without
integration", Bulk-Edge Correspondence
2018X (BEC2018X), 2018.

─ 89 ─

9. K. Kudo, H. Watanabe, T. Kariyado and Y.
Hatsugai, "One-plaquette Chern number:Many-body Chern number without
integration", APS March Meeting 2019.
10. Tomonari Mizoguchi, Yasuhiro
Hatsugai",Bulk-boundary correspondence
in a kagome classical spin liquid",
Trends in Theory of Correlated Materials
2018 (TTCM2018), 2018.

Trends in Theory of Correlated Materials
2018 (TTCM2018), 2018.
17. H. Araki, T. Mizoguchi, and Y. Hatsugai,"Detection of higher order topologicalphase in a disordered breathing Kagomemodel by using machine learning", APS
March Meeting 2019.

国内会議 （招待講演）

11. Hiromu Araki, Tomonari Mizoguchi,
Yasuhiro Hatsugai, "Z3 Berry phases for
the Kagome higher order topologicalinsulator model",Trends in Theory of
Correlated Materials 2018 (TTCM2018),2018.

1.初貝安弘「トポロジカル相の発見とその展開」, 九州大学集中講義, 2018.
2.Yasuhiro Hatsugai, "Short-range
entangled states & bulk-edgecorrespondence: Symmetry protection
and ZN Berry phases", 九州大学セミナー,
2018.

12. Tomonari Mizoguchi and Yasuhiro
Hatsugai, "Effects of boundary on a
kagome Ising model with magnetic-chargeinteraction", APS March Meeting 2019.

3.初貝安弘「トポロジカル相におけるベリー
接続とバルク・エッジ対応」, 早稲田大学
セミナー, 2018.

13. Hiromu Araki, Tomonari Mizoguchi,
Yasuhiro Hatsugai, "Detection of higher
order topological phase in a disorderedbreathing Kagome model by using machinelearning", APS March Meeting 2019.
14. H. Araki, T. Fukui, and Y. Hatsugai","Entanglement Chern Number for
Topological Insulators without
Inversion Symmetry from First
Principles Calculations", 34th
International Conference on the Physics
of Semiconductors (ICPS2018), 2018.
15. H. Araki, T. Fukui, and Y. Hatsugai,"Topological phase of the strained HgTefrom the entanglement Hamiltonians andthe first-principles calculations",
23rd International Conference on High
Magnetic Fields in Semiconductor
Physics (HMF23), 2018.
16. H. Araki, T. Mizoguchi, and Y. Hatsugai,"Z3 Berry phases for the Kagome higher
order topological insulator model",4.Yasuhiro Hatsugai, "Topological phases
to bulk-edge correspondence", NTT BasicLaboratory Seminar, 2019.
5.初貝安弘 「バルクエッジ対応の普遍性」,
Topological Materials Science, The 4-th
Annual Meeting (Nagoya Univ.), 2019.

国内会議 （一般講演，ポスター）
1. 河原林透, 青木秀夫, 初貝安弘「格子上の傾いたディラック電子のダブリングと一般化されたカイラル対称性」日本物理学会
２０１８年秋季大会, 2018.
2. 藤澤周平, 初貝安弘, 河原林透「非可換ゲージ場中のディラック粒子系における n=0
ランダウ準位のランダムネスに対する安定性」日本物理学会第７４回年次大会,
2019.
3. 高橋 駿、大野 修平, 初貝 安弘、荒川 泰
彦、岩本 敏「異なるカイラリティを有す
る半導体三次元フォトニック結晶の界面─ 90 ─

におけるトポロジカルエッジ状態の検討」
第 66 回応用物理学会春季学術講演会,2019,2019,0,0
4. 玉置 爽真, 高橋 駿, 山下 兼一, 山口 拓也, 上田 哲也, 初貝 安弘, 荒川 泰彦, 岩
本 敏「全誘電体三次元カイラルフォトニ
ック結晶におけるマイクロ波領域トポロ
ジカルエッジ状態の観測」第 66 回応用物
理学会春季学術講演会,2019,2019,0,0

13. 工藤耕司, 初貝安弘, "Fractional quantum
Hall effect of graphene and Chern number
matrix", 科研費基盤研究 S(17H06138) 第3 回研究会」2018.

5. 工藤耕司, 渡辺悠樹, 苅宿俊風, 初貝安弘
「多体チャーン数の収束性について」日本
物理学会 2018 年秋季大会 2018.
6. 工藤耕司, 吉田恒也, 初貝安弘「カゴメ格子上の高次トポロジカル絶縁体における電子相関」日本物理学会第 74 回年次大会,
2019.
7. 荒木広夢, 溝口知成,初貝安弘 「機械学習による乱れたカゴメ高次トポロジカル絶縁体の相の決定」日本物理学会 2019 年年次大会, 2019.
8. 溝口知成, 初貝安弘「カゴメ古典スピン液体における境界の効果」日本物理学会
2018 年秋季大会, 2018.
9. 荒木広夢, 溝口知成, 初貝安弘「カゴメ格子上のコーナー状態とベリー位相」,日本物理学会 2018 年秋季大会, 2018.
10. 福井隆裕, 初貝安弘「トポロジカル四重極相へのエンタングルメント・ベリー位相の応用」日本物理学会 2018 年秋季大会,
2018.
11. 溝口知成,宇田川将文, 初貝安弘 「フラットバンド模型の「分子軌道」による表現とその応用」日本物理学会第 74 年次大会,
2019.
12. 荒木広夢、福井隆裕, 初貝安弘,"Topological phase of the strained HgTefrom the entanglement Hamiltonians", 科
研費基盤研究 S(17H06138) 第 3 回研究会」
2018.

─ 91 ─

柳原英人＜研究成果＞
前年度に引き続き、スピネルフェライト薄膜における格子歪と置換イオン種に関する高磁気異方性化の指針を確立することを目的として、コバルトフェライト（CFO）薄膜において、格子不整合を利用した正方歪の導入に関する制
御をおこなった。誘導磁気異方性の最大値を実際に示すことを目指し。CFO に大きなエピタキ
シャル歪を導入するのに最適な下地層（緩衝層）の開発を行った。
また、CFO に限らず一般的に Co2＋を含む酸化物の多くが軌道縮退に伴うスピン軌道相互作用
を通じて、大きな磁気異方性を示す。今年度は、スピン配置が反強磁性で、Co2+に軌道角運動量が残ることが知られている CoMnO3 についても
その磁気特性を明らかにするべく、単結晶薄膜の成膜を試みた。
【 １ 】CFO 薄膜におけるエピタキシャル歪によって誘導される磁気異方性
Mg と Sn の組成を変化させて成長させた極薄 Mg2SnO4 (001)緩衝層上に成長した CFO(001)
エピタキシャル膜と、MgAl2O4 単結晶基板上に膜厚を変えて成長させた CFO の磁気異方性定数について、系統的に調査、整理を行った。まず、CFO 膜厚や下地となる MSO 組成・膜厚の異なる試料について、XRD を用いて CFO 薄膜に生じた歪 を評価した。続いて磁気トルク測定を行い磁気異方性定数 について求めた。これ
らの結果をまとめて、プロットを行った
ところ、 の正負にかかわらず誘導される はに比例（）することが確認できた。
この比例定数 は磁気弾性係数と呼ばれ、プロットから
Gerg/cm3 であったた。バルク CFO のが 1.4 Gerg/cm3 であることからエピタキシャル歪によって導入されるような大きな歪についても磁気弾性効果の線形関係が成り立つことが確認された。より大きな歪を導入することができれば更に大きな磁気異方性を誘導可能であることがわかった。

【 ２ 】軌道フェリ磁性体 CoMnO3 エピタキシ
ャル薄膜の成長と磁気特性

CoMnO3 はイルメナイト構造を持ち、Co2+ とMn4+ がｃ軸方向に層状に並んだ磁性酸化物である。それぞれ S=3/2 のスピンを持ち、Co2+とMn4+間に反強磁性的な相互作用が働くため、ス
ピンモーメントがキャンセルしていると考えられてきた系である。一方 Co2+がを持つことから、正味の磁気モーメントが軌道角運動量のみに起因する磁性体であり、軌道フェリ磁性体と呼ばれている。その磁性に関して詳細が不明な物質であったことから、良質なエピタ
キシャル薄膜を成膜し、磁気特性を定量的に評価した。
酸素を導入した反応性スパッタリング法により、サファイア C 面上に良質なエピタキシャル
膜が成長することがわかった。この試料を用いて KEK-PF BL-16A にて XMCD 測定を行ったとこ
ろ、Mn と Co のスピンが逆向きであること、そして Co にのみ大きな軌道モーメントが残っていることを初めて確認した。（FGI.１）。このことは、CoMnO3 が軌道フェリ磁性であることの直接的な証拠であるといえる。CoMnO3 は 400 K
を超える転移温度を持つことから、磁性材料、
スピントロニクス材料としての可能性について今後検討していきたい。

─ 92 ─

＜論文＞
1. M. Kishimoto, H. Latiff, E. Kita, and H.
Yanagihara, “Morphology and magnetic
propertiesofFeCoparticles
synthesizedwithdifferent
compositions of Co and Fe throughco-precipitation, flux treatment, andreduction”, Journal of Magnetism andMagnetic Materials, 476, 229-233, 2019.
2. T. Tainosho, J. Inoue, S. Sharmin, M.
Takeguchi, E. Kita, and H. Yanagihara,“Large negative uniaxial magnetic
anisotropyinhighlydistorted
Co-ferrite thin films”, Applied
Physics Letters, 114, 092408, 2019.
3. Y. Fujita, Y. Matsuzaki, S. Kon, Y.
Yasukawa, H. Koizumi, H. Yanagihara,and H. Saito, “Improvements of surface
morphology and electrical transport
properties
ofsingle-crystalline
In2O3(111) thin films by postgrowthannealing”, Japanese Journal ofApplied Physics, 58, 030309, 2019.
4. H. Koizumi, S. Sharmin, K. Amemiya, M.
Suzuki-Sakamaki,
J.
Inoue,
H.
Yanagihara, “Experimental evidence oforbital ferrimagnetism in CoMnO3(0001)
epitaxial thin film”, Physical Review
Materials, 3, 024404, 2019.
5. H. Onoda, H. Sukegawa, E. Kita, and H.
Yanagihara, “Control of Magnetic
Anisotropy by Lattice Distortion in
Cobalt Ferrite Thin Film”, IEEE
TRANSACTIONS ON MAGNETICS, 54, 2502104,
2018.
6. Y. Hisamatsu, S. Honda, S. Sharmin, J.
Inoue, and H. Yanagihara, “Magnetic
properties and electronic state of
MoxFe3-xO4
ferrites”,
MATERIALSRESEARCH EXPRESS, 5, 086103, 2018.
7. S. Sharmin, E. Kita, M. Kishimoto, H.
Latiff, and H. Yanagihara, “Effect ofSynthesis Method on Particle Size andMagnetic and Structural Properties of

Co-Ni Ferrites”, IEEE TRANSACTIONS ON
MAGNETICS, 54, 6001104, 2018.
8. T. Ojima, T. Tainosho, S. Sharmin, andH. Yanagihara, “RHEED oscillations inspinel ferrite epitaxial films grown by
conventional
planarmagnetron
sputtering”, AIP ADVANCES, 8, 045106,
2018.
9. Ritesh Patel, “Magnetic properties of
epitaxial ferrite thin films grown on
substrate with trigonal symmetry (３回の対称性を持つ基板上に成膜したエピタ
キシャルフェライト薄膜の磁気特性)”,数理物質科学研究科学位論文.
10. 田結荘 健, “スピネルフェライト薄膜のスピントロ ニクスへの 応用に関す る 研究”, 数理物質科学研究科学位論文.
11. Hawa Alima Binti Abdul Latiff ,“Magnetic anisotropy and coercivity oftetragonally distorted spinel ferrite
particlesvia
theJahn-Teller
distortion and magnetoelastic coupling(ヤーン・テラー効果と磁気弾性結合による正方晶化フェライトの磁気異方性と保磁力)”, 数理物質科学研究科学位論文.

＜学会発表＞
国際会議
1.

HidetoYanagihara,

Hiroshige

Onoda,

TakeshiTainosho, Jun-ichiro Inoue, “Magnetic anisotropy of
epitaxially strained cobalt ferrite thin films”, 5thInternational Conference of Asian Union of Magnetics
Societies (IcAUMS 2018), Jeju, Korea, 2018.6.3-7(invited).
2.

Taisuke Ojima and Hideto Yanagihara, “Growth Modeof Spinel Ferrite Epitaxial Thin Films by Reactive
Sputtering Technique”, ACSIN-14 & ICSPM26,
Sendai, 2018/10/22-23(poster).

3.

─ 93 ─

M.Hagihara, and H.Yanagihara, “Interlayer Exchange
Coupling in Fe/MgO/(Co,Fe)3O4 Tri-layer System”,
ACSIN-14&

2018/10/22-23(poster).

ICSPM26,

Sendai,

4.

Hiroshige Onoda, Hiroaki Sukegawa, and Hideto
Yanagihara, “Control of lattice distortion and magnetic
anisotropy in cobalt ferrite thin films”, Intermag 2018
Conference, Singapore, 2018/4/23-27(oral).

5.

Hawa Latiff, Thibaut Devillers, Hideto Yanagihara,
Nora Dempsey, and Dominique Givord,” Anisotropy
and coercivity analysis in tetragonal (Cu,Co)Fe2O4
particles”, Intermag 2018 Conference, Singapore,
2018/4/23-27(oral).

6.

Hawa Latiff, Mikio Kishimoto, Jun-ichiro Inoue, Eiji
Kita and Hideto Yanagihara,” Jahn-Teller distortionandmagnetoelastic

coupling

intetragonal(Cu,Co)Fe2O4 particles”, International Conference on
Magnetism

2018,

San

Francisco,US,

2018/7/15-20(oral).

国内会議
1. 柳原英人「コバルトフェライト薄膜のエピタキシ
ャル歪と磁気弾性効果」 MSJ 第 219 回研究会／第82 回ナノマグネティックス専門研究会、東京、
2018/8/3（招待講演）
2. 柳原英人、萩原道夫「Co フェライトと Fe の層間結合」第 70 回スピンエレクトロニクス専門研究会、
仙台、2018/12/19（招待講演）
3. 柳原英人「Co フェライトへの格子ひずみの導入と磁気異方性」電気学会全国大会、札幌、2019/3/12-14（招待講演）

─ 94 ─

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。
【 １ 】超高速時間分解電子線回折法を用いた
水分子の構造ダイナミクス計測
水は、最も身近な物質であり、自然界の他の物質に比べ、特異な物性を持っている。図 1のように、我々は透過型の超高速時間分解電子
線回折装置にアモルファス水の薄膜をその場で蒸着するシステムを導入した。このアモルフ
ァス水の薄膜に近紫外光（400 nm）を照射し、多光子吸収を生じさせることにより、水分子に電荷移動を生じさせ O-H 結合の解離を引き起こした。これにより水分子はイオン化され、時定数 10 ps で第 1 近接の分子間距離は変化しな
いままで、第 2 近接の分子間に無秩序化が生じることを見出した。この分子運動は計算により、予想されているものであるが、我々は実験的にこの分子運動を観測することに成功した。

【 ２ 】超高速時間分解電子線回折法の複雑な分子への応用
これまで、超高速時間分解電子線回折法は単元素物質や金属酸化物や金属硫化物、分子性結晶などのように単位胞が容易に決定可能な物
質をその計測対象とされてきた。我々は【１】で述べたアモルファス水だけでなく、さらに複雑な酸化グラフェンの構造および光照射下の還元ダイナミクスの計測を行っている。酸化グ
ラフェンは静的な計測手法ではその構造や還
元メカニズムの詳細を得ることが困難であったが、還元に伴う原子運動を観測することにより、酸化グラフェンの元々の構造やどのように還元反応が生じるかを調べることができた。
【 ３ 】超高速時間分解電子線回折法のエネル
ギー材料への応用
我々は、物質中の原子運動に感度の高い超高速
時間分解電子線回折法を用いて、燃料電池の酸素輸送層中の酸素原子の運動の観測を行っている。燃料電池の酸素輸送層の候補物質の一つである EuBaCo2O5.38 を光照射することにより、室温において酸素原子の運動を観測することに成功している。今後、この運動の起源を理解し、新しい原理に基づく燃料電池を可能性を探
索する。
＜論文＞
1. M. Hada, S. Saito, R. Sato, K. Miyata, Y. Hayashi, Y.
Shigeta, K. Onda, “Novel Techniques for Observing
Structural

DynamicsofPhotoresponsive

LiquidCrystals.” J. Vis. Exp. 135, e57612 (2018).
2. M. Hada, Y. Shigeeda, S. Koshihara, T. Nishikawa, Y.
Yamashita, Y. Hayashi, "Bond Dissociation Triggering
Molecular Disorder in Amorphous H2O." J. Phys.
Chem. A 122, 9579–9584 (2018).
3. S. Shirahama, S. Zhang, M. Aiba, H. Inoue, M. Hada, Y.

図 1 時間分解電子線回折装置の概略図(A)及び水薄膜作成装置の導入(B)─ 95 ─

Hayashi, K. Hata, S. Tsuruoka, H. Matsumoto,“Temperature dependence of pressure-driven water
permeation

throughmembranes

consistingof

vertically-aligned

double-walledcarbonnanotube

3. M. Hada, K. Onda, S. Koshihara, Y. Hayashi, “Ultrafast

arrays.” Carbon 146, 785–788 (2019).

time-resolved electron diffraction measurements toobserve the structure and dynamics of organic

4. M. T. Z. Myint, M. Hada, H. Inoue, T. Marui, T.

molecules.” International School and Symposium on

Nishikawa, Y. Nishina, S. Ichimura, M. Umeno, A. K.

Ultrafast Control of Materials (UCM2018), Rennes,

K. Kyaw, Y. Hayashi, “Simultaneous improvement inFrance, 2018.06.11-14 (talk).

electrical conductivity and Seebeck coefficient of
PEDOT:PSS by N2 pressure-induced nitric acid

4. M. Hada, “Ultrafast structural dynamics of soft matter”

treatment.” RSC Adv. 8, 36563–36570 (2018).

6th Banff meeting on structural dynamics, Banff,
Canada, 2019.02.09-13 (invited).

5. H. Inoue, T. Yoshiyama, M. Hada, D. Chujo, Y. Saito, T.
Nishikawa, Y. Yamashita, W. Takarada, H. Matsumoto,

5. T. Sawa, M. Hada, K. Miyata, S. Ohmura, Y. Arashida,aK. Ichiyanagi, I. Katayama, T. Suzuki, W. Chen, S.

coil-shaped soft-actuator consisting of polymer threads

Mizote, T. Nishikawa, Y. Yamashita, T. Yokoya, T. Seki,and carbon nanotube yarns” AIP Adv. 8, 075316 (2018).

J. Matsuo, T. Tokunaga, C. Itoh, K. Tsuruta. R. Fukaya,

Y.

Hayashi,“High-performance

structureofS. Nozawa, S. Adachi, J. Takeda, K. Onda, S.

6. 羽田真毅「超高速時間分解電子線回折法のアモル

Koshihara, Y. Hayashi, Y. Nishina, “Structure andファス状態の水への応用」 日本結晶学会誌 61,

photoinduced dynamics of graphene oxide revealed by

23–28 (2019).

ultrafast time-resolved electron diffraction” 6th Banff
meeting on structural dynamics, Banff, Canada,
2019.02.09-13 (poster).

＜著書＞
1. M.

Hada,

T.

Hoshino,"Multi ‐ timescale

6. T. Ishikawa, T. Okazaki, D. Nishida, Y. Sudo, Y.

Measurements with Energetic Beams for MolecularOkimoto, S. Koshihara, M. Hada, A. Miyawaki, K.

Technology (235–261)" Molecular Technology: Energy

Takahashi, “TheInnovation (Eds. H. Yamamoto, T. Kato) Wiley‐VCH,

structural change in the spin-crossover hybrid system”

Germany (2018).

6th Banff meeting on structural dynamics, Banff,

opticalstudyofphotoinduced

Canada, 2019.02.09-13 (poster).

＜学会発表＞
国内会議

国際会議
1. M. Hada, Y. Okimoto, N. Keio, T. Asaka, A. Ozawa, T.

1. 羽田真毅、重枝勇歩、林靖彦、腰原伸也「紫外光励起による解氷の構造ダイナミクス」第 79 回応用

Suzuki, K. Onda, M. Saigo, T. Nishikawa, Y.
Yamashita, T. Yokoya, J. Matsuo, N. Abe, T. Arima, Y.

物理学会秋季学術講演会、名古屋、2018.09.21（口Hayashi,

頭発表）

Kosihara,“Time-Resolved

ElectronStudy:

Photoinduced

Oxygen

2. 羽田真毅「ソフトクリスタルの光誘起現象を超高Transportation in EuBaCo2O5.38” Conference on Laser

速時間分解電子線回折法で観察する」 日本化学会

and Synchrotron Radiation Combination Experiment

第 99 春季年会、神戸、2019.03.19（招待講演）

Diffraction

S.

(LSC2018), Yokohama, Japan, 2018.04.27 (invited).
2. K. Onda, M. Saigo, K. Miyata, M. Hada, “Structural
Dynamics in Photofunctional Materials Studied byTime-resolved Infrared Spectroscopy” International
School and Symposium on Ultrafast Control ofMaterials (UCM2018), Rennes, France, 2018.06.11-14(talk).

─ 96 ─

電気エネルギー制御部門
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）
佐々木正洋（数理物質系・物理工学域・教授）
只野博（数理物質系・物理工学域・教授）
梅田享英（数理物質系・物理工学域・准教授）
櫻井岳暁（数理物質系・准教授）
蓮沼隆（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）
山田洋一（数理物質系・物理工学域・准教授）
磯部高範（数理物質系・物理工学域・准教授）
磯谷順一（筑波大学名誉教授）
秋本克洋（数理物質系・特命教授）
田中真伸（基礎リサーチ・KEK・教授）

（３）

研究員：
Remeika Mikas（数理物質研究科・外国人特別研員）
Wang Shenghao（数理物質系・研究員）
大学院生：
飯嶋竜司（数理物質科学研究科・D3）
Zhang,ChungYang（数理物質科学研究科・D3）
鹿児山陽平（数理物質科学研究科・D3）
海汐寛史（数理物質科学研究科・D3）
真栄力（数理物質科学研究科・D2）
Alexandre Foggiato Lira (数理物質科学研究科・D2)
安藤佑太（数理物質科学研究科・D2）
角直也（数理物質科学研究科・D1）
阿部裕太（数理物質科学研究科・D1）
Fu Wei（数理物質科学研究科・D1）
陳敬東（数理物質科学研究科・D1）
浅井祐哉（数理物質科学研究科・M2）
酒匂薫（数理物質科学研究科・M2）
中山香介（数理物質科学研究科・M2）
豊田大晃（数理物質科学研究科・M2）
冨永正人（数理物質科学研究科・M2）
西山裕二（数理物質科学研究科・M2）
宮城良世（数理物質科学研究科・M2）
南颯人（数理物質科学研究科・M2）
岩澤柾人（数理物質科学研究科・M2）
露木智久（数理物質科学研究科・M2）

─ 97 ─

我妻匠（数理物質科学研究科・M2）
吉川元気（数理物質科学研究科・M2）
寺田陽（数理物質科学研究科・M1）
大川雅貴（数理物質科学研究科・M1）
姚凱倫（数理物質科学研究科・M1）
伊藤真澄（数理物質科学研究科・M1）
大田俊矢（数理物質科学研究科・M1）
猪狩朋也（数理物質科学研究科・M1）
岩澤智也（数理物質科学研究科・M1）
中野佑汰（数理物質科学研究科・M1）
郭俊傑（数理物質科学研究科・M1）
飯岡暁（数理物質科学研究科・M1）
小池真弘（数理物質科学研究科・M1）

上殿明良＜研究成果＞
１．Al2O3/GaN の評価
SiO2/Si 上にスパッタ法で成膜した AlON 膜の評価を行った。使用した Si 基板は（100）で、
熱酸化により厚さ 8 nm の SiO2 膜を成膜した。
このテンプレート上に、リアクティブ・スパッ
タ法により、厚さ 10 nm の AlON 膜を成膜した（窒素濃度：0－15％）。使用したキャリアガス
は N2/O2 である。また、AlO の場合は、キャリアガスとして Ar/O2 を使用した。酸素ガスの分圧を制御することにより、窒素濃度を変化させている。成膜後、600℃から 900℃まで、窒素雰囲気中で 3 分間の焼鈍を行った。窒素濃度は、
X 線光電子分光法で決定した。同様の手法で試料を作成し、100 ミクロンのサイズの Ni ゲー
トを用いて、C－V 測定を実施、得られた結果
からフラットバンド電圧 Vfb を求めた。この結果を図 1 に示す。比較のため、SiO2/Si についても測定した結果も示した。図より、焼鈍温度が上昇すると、Vfb は増大することがわかる。
よって、焼鈍により、膜中に負電荷が導入されていると考えられる。窒素濃度が 0％の場合、この効果が最も大きく、窒素濃度が 7％の場合に、Vfb の増大が抑制できることがわかる。ただし、窒素濃度が 25％になると、抑制効果が弱くなる。
図 2 には、AlON/SiO2/Si 試料（[N]=7%）の S－E カーブを示す（全体図が(a)、その拡大図が(b)）。焼鈍前の試料では、E=0.5 keV 付近の S
値が、AlON 中での陽電子消滅に対応する。E >0.5 keV での S 値の上昇は、Si 基板中で陽電子が消滅する率の上昇に対応する（Si の S 値は0.53）。焼鈍すると、E > 2 keV の S 値が低下す
るのは、酸化膜に負電荷が導入された結果（図15）、Si 基板中に電界が生じたためである。すなわち、Si 基板に入った陽電子は、上記の電界のため、試料表面方向に増速拡散する。このため、電界がない場合に比較して、SiO2/Si 界
面で陽電子が消滅する率が上昇する。SiO2/Si
界面の S 値は低いため、結果として、高い陽電子打ち込みエネルギーでも、SiO2/Si 界面での消滅の効果がより多く現れるようになる。
図 2(b)から、E=0.5 keV の S 値は焼鈍により上昇することが分かる。S 値の上昇は空隙

図 2．AlON/SiO2/Si 試料（[N]=7%）の S－E カーブ（(a)は全体図、(b)は拡大図）。
焼鈍することにより、界面に負電荷が導入される。このため、Si 基板中に打ち込まれた陽電子が SiO2/Si 界面に向けて増速拡散するため S 値が減少する。

図 3．AlON/SiO2/Si 試料について、AlON
中の陽電子消滅に対応する S 値の焼鈍
温度依存性。
図 1. AlON/SiO2/Si 試料のフラットバンド
電圧の焼鈍温度依存性。SiO2/Si の結果も示した。

サイズの上昇を示すことから、AlON 中の空隙─ 98 ─

サイズは焼鈍により大きくなると結論できる。
図 3 には、異なる窒素濃度をもつ AlON について E=0.5 keV の S 値の焼鈍特性をまとめた
AlON では、S 値は焼鈍温度の上昇とともに増加する。一方、AlO では、800℃焼鈍で S 値が低下する。これは試料の結晶化がこの温度で生じることに起因し、空隙サイズが減少するためであると考えられる。すなわち、窒素添加により、結晶化が抑えられ、非晶質構造として安定化していると結論できる。一方、窒素濃度が25％になると、S 値の焼鈍温度依存性は AlO で観測された S 値の振る舞いに似てくる。窒素濃度が高い領域と窒素濃度が低い領域に相分離する効果が現れている可能性がある。
図 4 には、AlON 中の陽電子消滅に対応する
陽電子寿命と相対強度を示す。陽電子寿命スペクトルは 3 成分解析でき、分離した寿命を短い方から、τ1、τ２、τ３で示している。τ3 は 2－5 ns となったが、この程度の寿命は通常の陽電子と電子の消滅では観測されない。よって、
AlON 中でポジトロニウム（Ps）が形成されていると考えられる。
ポジトロニウムとは、電子と陽電子の水素様の原子であり、非晶質物質（SiO2 等）や高分子で観測される。Ps のスピン状態は 1 重項（パラ・ポジトロニウム：p-Ps）と 3 重項（オルト・ポジトロニウム：o-Ps）で、それぞれ 2 本と 3本のγ線を放出して消滅する．Ps では陽電子と電子の運動量の和はほぼ 0 なので、p-Ps の 2
光子消滅により S 値は大きくなる。一方、o-Ps
消滅では、511 keV 以下の広いエネルギー分布を示すγ線が放出される。真空中では p-Ps の寿命は約 0.125 ns、o-Ps が約 142 ns である。非晶質材料中の空隙に Ps が捕獲された場合、Ps
は空隙壁面と衝突を繰り返すが、この際、陽電子と空隙壁面の原子・分子の電子との間に重なりが生じ消滅が起こる（ピックオフ消滅）。空
隙サイズが小さくなるほど、衝突が発生する確率は高くなり Ps の寿命は短くなる。この効果
は o-Ps で顕著であり、o-Ps の寿命値を測定することにより空隙のサイズや空隙率を推定することができる。
図 4 で観測されている 2－5 ns の寿命に対応

図 4．AlON 中の陽電子消滅に対応する寿命値（τi）とその相対強度（Ii）のまとめ。

図 5．γ-Al2O3 結晶について、陽電子消滅
シミュレーションを行った結果。水色、赤色、黒色の球は、それぞれ Al、酸素、Al 空孔を示す。(b)及び(d)は、(a)と(b)の構造にたいして陽電子が局在化している
様子を示す（黄色）。

─ 99 ─

する空隙サイズは 0.7–0.9 nm である。
τ１は 0.2－0.3 ns の値となった。計算シミュレーション
によりγ-Al2O3 結晶中の Al 空孔の陽電子消滅
シミュレーションを行った。γ-Al2O3 は３個のユニットセル中に 8 個の Al 空孔が存在する構造を持つ。
図 5 にシミュレーションで使用した典型的な原子配列を示す。ここで、水色、赤色、黒色の球は、それぞれ Al、酸素、Al 空孔を示す。
図 5(a)及び(c)は、それぞれ Al 空孔が分散した場合と集合した場合である。図 5(b)及び(d)は、(a)と(b)の構造に対して陽電子が局在化している様子を示す（黄色）。
図 6 には、これらの欠陥に対する陽電子寿命分布を示す。得られた寿命分布は、実験出た第１成分の寿命と一致する。すなわち、第１成分で検出している空隙サイズは、図 19 に示した
空孔サイズ程度である。
図 4 に示した様に、AlO 及び AlON 膜には、3 種類の異なるサイズの空隙が共存している。
AlO については、900℃で焼鈍することにより、
τ1 が減少するため、第 1 成分で検出している
空隙のサイズが小さくなっていることに対応する。一方、AlON では、焼鈍することにより
I2 が増大する効果が大きい。すなわち、窒化することにより、空隙サイズの減少は抑えられ、中間のサイズの空隙の密度が上昇、この結果、
自由体積率は上昇したと考えることができる。
AlON を用いた酸化膜/半導体構造の電気的特性は、界面における欠陥の密度やエネルギー準位をもとに議論されることが多いが、本実験で示されたように、酸化膜全体のマトリックス構造の変化と電気的特性が密接に相関していると考えられる。

図 6．γ-Al2O3 結晶中の陽電子寿命分布。
＜論文＞
1.

A. Uedono, K. Sako, W. Ueno, and M. Kimur, “Freevolumes introduced by fractures of CFRP probed
using positron annihilation”, Composites A,
122,

54-58

(2019)[DOI:10.1016/j.compoistesa.2019.04.020]
2.

M. Sumiya, K. Fukuda, S. Takashima, S. Ueda, T.
Onuma, T. Yamaguchi, T. Honda and A. Uedono,“Structural disorder and in-gap states of 5.
g-implanted

GaN

photothermal

deflection

Cryst.

Growth.

films

511,

evaluatedbyspectroscopy”,

J.

15-18

(2019).

[DOI:

10.1016/j.jcrysgro.2019.01.021]
3.

Y. Sato, S. Shibata, A. Uedono, K. Urabe and K.
“Characterization

Eriguchi,ofthedistribution of defects introduced by plasma
exposure in Si substrate”, J. Vac. Sci. Technol.
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37,011304(1-5)(2019).

[DOI:

10.1116/1.5048027]
4.

S. Iwashita, K. Denpoh, M. Kagaya, T. Kikuchi,
N. Noro, T. Hasegawa, T. Moriya, A. Uedono, “Ionenergy control and its applicability to plasma
enhancedatomiclayerdeposition

forsynthesizing titanium dioxide films”, Thin
Solid

Films

660,

865-870

10.1016/j.tsf.2018.03.001]

─ 100 ─(2018).

[DOI:

5.

6.

7.

8.

R. Justin Joseyphus, “Positron Annihilation

12. K. Shima, H. Iguchi, T. Narita, K. Kataoka, K.

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Kojima, A. Uedono, and S. F. Chichibu,”

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[DOI:

10.1038/s41598-018-27949-2]

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S. F. Chichibu, A. Uedono, K. Kojima, H. Ikeda,

p-typeK. Fujito, S. Takashima, M. Edo, K. Ueno, andion-implantation of Mg and H”, Appl. Phys. Lett.

S. Ishibashi, “The origins and properties of113, 191901 (2018). [DOI:10.1063/1.5050967]

intrinsic nonradiative recombination centers

13. S. F. Chichibu, K. Shima, K. Kojima, S.

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Takashima, M. Edo, K. Ueno, S. Ishibashi, and,

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A.

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[DOI:

GaN

fabricatedbysequential“LargeUedono,electron

10.1063/1.5012994]

capture-cross-section

K. Koike, M. Yano, S. Gonda, A. Uedono, S.

nonradiative recombination centers in Mg-doped

Ishibashi, K. Kojima, and S. F. Chichibu,

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10.1063/1.5030645]

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the

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8 MeV proton beam”, J. Appl. Phys. 123,

14. A. Uedono, T. Yamada, T. Hosoi, W. Egger, T.

161562(1-6) (2018). [DOI: 10.1063/1.5010704]

Koschine, C. Hugenschmidt, M. Dickmann, and H.

A. Uedono, T. Nabatame, W. Egger, T. Koschine,

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15. M. Sumiya, S. Ueda, K. Fukuda, Y. Asai, Y. Cho,

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L. Sang, A. Uedono, T. Sekiguchi, T. Onuma, andS. Iwashita, T. Moriya, T. Kikuchi, M. Kagaya,

T. Honda, “Valence band edge tail states and

N. Noro, T. Hasegawa, and A. Uedono, “Effect ofband gap defect levels of GaN bulk andion energies on the film properties of titanium

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dioxidesphotoemission

synthesizedvia

plasmaenhanced

36,021515(1-8)(2018).

detected

andbyphotothermal

hard

X-ray

deflection

spectroscopy”, APEX 11, 021002(1-4) (2018).

atomic layer deposition”, J. Vac. Sci. Technol.
A

films

[DOI: 10.7567/APEX.11.021002][DOI:

16. A. Uedono, T. Tanaka, N. Ito, K. Nakahara, W.

10.1116/1.5001552]

Egger, C. Hugenschmidt, S. Ishibashi, and M.

10. H. Okumura, S. Suihkonen, J. Lemettinen, A.

“Vacancy-Type

Uedono, Y. Zhang, D. Piedra, and T. Palacios,

Sumiya,“AlN

Carrier Trapping Properties in GaN Studied bymetal-semiconductor

field-effecttransistors using Si-ion implantation”, Jpn. J.

Monoenergetic

Appl. Phys. 57, 04FR11(1-5) (2018). [DOI:

Transactions,10.7567/JJAP.57.04FR11]

10.1149/08610.0149]

11. A. Uedono, S. Takashima, M. Edo, K. Ueno, H.
Matsuyama,W.

Egger,

T.

Koschine,

Defects

Positron86,

149-160

and

Their

Beams”,

ECS(2018).

[DOI:

17. 上殿明良，“陽電子消滅による空孔型欠陥の評価”，
New Diamond 34, 49-52 (2018).

C.

Hugenschmidt, M. Dickmann, K. Kojima, S. F.
Chichibu, and S. Ishibashi, “Carrier trappingby vacancy-type defects in Mg-implanted GaN＜学会発表＞
国際会議

studied using monoenergetic positron beams”,

1. S. Ishibashi, A. Uedono, H. Kino, T. Miyake, andPhys. Stat. Sol. B 255, 1700521(1-9) (2018).

─ 101 ─K.

Terakura,“Correlation

betweenlocal

annihilation

Naramoto, M. Sataka, H. Kudo, G. Itoh, A.

parameters for vacancy clusters in nitride

Hashimoto, A. Yousefi, A. Uedono, and M. Ohkubo,

semiconductor alloys”, CSW2019, Tokyo, Japan,“Three-Dimensional

16th January 2019.

Structural Materials by Transmission ERDA”, 4th

structures

andpositron

ImagingofHydrogenin

2. S. F. Chichibu, K. Shima, K. Kojima, S.

Symposiumon

Innovative

Measurement

andTakashima, K. Ueno, M. Edo, H. Iguchi, T. Narita,

Analysisfor

Structural

Materials,

Tokyo

K. Kataoka, S. Ishibashi, and A. Uedono,

Headquarters (Science Plaza) JST, Tokyo, Japan,“Room-temperature photoluminescence lifetime

13rd November 2018.

for the near-band-edge emission of epitaxial
andion-implanted

structures”,

Mg-doped

GaN

onWorkshopon

NitrideInt.

8. K. Sakou, W. Ueno, A. Uedono, T. Ishii, Y.
Takeichi, and M. Kimura, “Free volume in CFRP

GaN

after

tensiletest

probedbypositron

Semiconductor 2018, Kanazawa, Japan, 13rd

annihilation”, 4th Symposium on Innovative

November 2018.

Measurementbyphotothermal

spectroscopy”,

Int.

Workshop

Structural

9. W. Ueno, K. Sakou, A. Uedono, Y. Taniguchi, andK. Hayashi, “Temperature dependence of freedeflection
onforJST, Tokyo, Japan, 13rd November 2018.

Uedono, T. Onuma, T. Yamaguchi, T. Honda, andsamples

Analysis

Materials, Tokyo Headquarters (Science Plaza)

3. K. Fukuda, Y. Asai, L. Sang, A. Yoshigoe, A.
M. Sumiya, “Evaluation of Al2O3/n-, p-GaN

andvolumes in bisphenol A with carbon fiber studied

Nitride

Semiconductor 2018, Kanazawa, Japan, 13rdbyNovember 2018.

Symposiumon

Innovative

Measurement

andAnalysisfor

Structural

Materials,

Tokyo

4. Y. Asai, A. Yoshigoe, M. Sumita, A. Uedono, andpositronlifetime

spectroscopy”,

4th

M. Sumiya, “Study of the dependence of GaN

Headquarters (Science Plaza) JST, Tokyo, Japan,

surface oxidation on the crystalline plane by

13rd November 2018.

in-situ

XPS

irradiation”,

duringO2

Int.

Workshopbeam

10. S. Iwashita, T Moriya, K. Denpoh, and A. Uedono,

Nitride“Ion energy control in capacitively coupledmolecularon

Semiconductor 2018, Kanazawa, Japan, 13rd

discharges

November 2018.

Asia-Pacific Conf. Plasma Physics, Kanazawa,

5. A. Uedono, K. Sakou, and W. Ueno, “Free volume
properties in epoxy resins for CFRP probed by

for

PEALD

processes”,

2ndJapan, 12nd November 2018.
11. K. Yuge, T. Nabatame, Y. Irokawa, A. Ohi, N.

positronannihilation”,

4th

Symposiumon

Ikeda, A. Uedono, L. Sang, Y. Koide, and T.

Innovative

Measurement

andAnalysisfor

Ohishi, “Analysis of deep traps at Al2O3/n-GaN

Structural

Materials,

Tokyo

Headquarters

interface

Tokyo,

Japan,

measurement”, 2018 Int. Conf. Solid State(Science

Plaza)JST,

13rd

November 2018.

using

photo-assisted

C-V

Devices and Materials, The Univ. Tokyo, Tokyo,

6. K. Sasa, A. Yamazaki, S. Ishii, S. Tomita, M.

Japan, 10th September 2018.

Sataka, H. Naramoto, H. Kudo, A. Uedono, and M.

12. M. Sumiya, K. Fukuda, S. Takashima, T. Yamaguchi,

Ohkubo, “Accelerator facilities for ion beam

T. Onuma, T. Honda, and A. Uedono, “Structural

analysisofstructural

materials

atthedisorder and in-gap states of Mg-implanted GaN

UniversityofTsukuba,

4th

Symposium

on

lms

Innovative

Measurement

andAnalysisforspectroscopy”, 19TH Int. Conf. Metalorganic

Tokyo

Headquarters

Vapor Phase Epitaxy, Nara Kasugano Int. Forum,

Tokyo,

Japan,

Nara, Japan, 3rd June 2018.

Structural(Science

Materials,
Plaza)JST,

13rd

November 2018.

evaluatedbyphotothermaldeection

13. A. Uedono, S. Armini, R. Krause-Rehberg, and A.

7. A. Yamazaki, K. Sasa, S. Ishii, S. Tomita, H.

─ 102 ─Wagner,“Characterizationofporous low-kdielectricfilms

annihilation”,

by

Japan

using

Science

会議，科学技術振興機構 東京本部（サイエンスプ

positronDays,

ラザ，東京，2018 年 11 月 13 日．

Rule

University Bochum, Bochum, Germany, 5th July

6. 秩父重英，小島一信，小池一歩，矢野満明，權田
俊一，石橋章司，上殿明良，”高純度 ZnO 中の SRH

2018.

型非輻射再結合中心の起源と捕獲断面積”，第 79

14. A. Uedono, S. Takashima, M. Edo, K. Ueno, H.
Matsuyama,W.

Egger,

T.

Koschine,

回応用物理学会秋季学術講演会，名古屋国際会議

C.

場，名古屋，2018 年 9 月 20 日．

Hugenschmidt, M. Dickmann, K. Kojima, and S.
Trapping

7. 松木伸行，松井卓矢，満汐孝治，ブライアン オロ

Properties of Defects in Mg-implanted GaNーク，大島永康，上殿明良，”a-Si:H/c-Si ヘテロ

Probed by Monoenergetic Positron Beams”, 45th界面近傍のボイド構造解析 -a-Si:H 中の陽電子消Int. Sym. Compound Semiconductors, 30th Int.

滅に対するドーピングの影響-”，第 79 回応用物理

Conf. Indium Phosphide and Related Materials,

学会秋季学術講演会，名古屋国際会議場，名古屋，

Compound Semiconductor Week 2018, Boston, USA,2018 年 9 月 20 日

Chichibu,

S.

Ishibashi,” Carrier

8. 福田清貴，浅井祐哉，関慶祐，Sang Liwen，吉越

30th April 2018.

章隆，上殿明良，石垣隆正，尾沼猛儀，山口智広，

国内会議

本田徹，角谷正友，“Al2O3/n-, p-GaN 構造の光熱

1. 上殿明良，高島信也，江戸雅晴，上野勝典，松山

偏向分光法による評価”，第 79 回応用物理学会秋秀昭，W. Egger，T. Koschine，C. Hugenschmidt，

季学術講演会，名古屋国際会議場，名古屋，2018
年 9 月 19 日．

M. Dickmann，小島一信，秩父重英，石橋章司，”
陽電子を用いたイオン注入 GaN の空孔型欠陥の評

9. 浅井祐哉，関慶祐，吉越章隆，隅田真人，石垣隆

価”，SIP 次世代パワーエレクトロニクス公開シン

正，上殿明良，角谷正友，“分子線酸素ビーム照射

ポジウム，東京，2019 年 3 月 29 日．

下その場観察 XPS による GaN 表面酸化の面方位依存性”，第 79 回応用物理学会秋季学術講演会，名2. 高島信也，上野勝典，田中亮，松山秀昭，江戸雅晴，嶋紘平，小島一信，秩父重英，上殿明良，“容古屋国際会議場，名古屋，2018 年 9 月 19 日．

量測定を用いた p-GaN エピへの低濃度 Mg 注入と共

10. 福田清貴，高島信也，尾沼猛儀，山口智広，本田

注入影響の評価”，第 66 回応用物理学会春季学術

徹，上殿明良，角谷正友，“光熱偏向分光法による講演会，東工大，名古屋，2019 年 3 月 11 日．

Mg イオン注入 GaN 層の評価”，第 79 回応用物理学

3. 秩父重英，嶋紘平，井口紘子，成田哲生，片岡恵会秋季学術講演会，名古屋国際会議場，名古屋，
2018 年 9 月 19 日．

太，小島一信，上殿明良，“注入深さ･極性面の異なる Mg イオン注入 GaN のフォトルミネッセンス”，

11. 山下雄大，佐藤拓磨，都甲薫，上殿明良，末益崇，第 66 回応用物理学会春季学術講演会，東工大，名“化合物カルコゲナイド太陽電池の最新技術 -古屋，2019 年 3 月 11 日．

CIGS 系・CZTS 系・CTS 系太陽電池の高効率化とそ

4. 秩父重英，嶋紘平，小島一信，高島信也，上野勝の課題 -”，第 79 回応用物理学会秋季学術講演会，

典，江戸雅晴，井口紘子，成田哲生，片岡恵太，

名古屋国際会議場，名古屋，2018 年 9 月 19 日．

石橋章司，上殿明良，“エピタキシャル成長および

12. 角谷正友，福田清貴，上田茂典，浅井祐哉，Cho Yujin，

イオン注入 Mg 添加 GaN 中の非輻射再結合中心”，

関口隆史，上殿明良，尾沼猛儀，Sang Liwen，山第 216 回研究集会

口智広，本田徹，” III-V 族窒化物の価電子帯構造

シリコンテクノロジー分科会，大阪，2019 年 2 月 28 日．

およびギャップ内準位の評価”，第 79 回応用物理5. 山崎明義, 笹公和, 石井聰, 冨田成夫, 楢本洋, 左学会秋季学術講演会，名古屋国際会議場，名古屋，

高 正 雄 , 工 藤 博 , 伊 藤 吾 朗 , 橋 本 明 , Afshin

2018 年 9 月 20 日．

Yousefi，大見敏仁，尾関郷，横堀壽光，上殿明良，

13. 笹公和,石井聡，大島弘行，高橋努，田島義一，大大久保雅隆，“集束イオンビームを用いた構造材

和良広，松村万寿美，森口哲朗，関場大一郎，上料中の水素分析

殿明良，“筑波大学タンデム加速器施設 UTTAC の～手法と測定例～”， 第４回革新的構造材料 先端計測拠点

国際会議・国際連携

─ 103 ─現状（2017 年度）”，第 31 回「タンデム加速器及びその周辺技術の研究会」，東京都市大学，東京，

annihilation -Vacancy-type defects in metals,

2018 年 7 月 13 日．

insulators,

14. 清水美智子，R. Álvarez-Asencio，N. Nordgren，
上殿明良，“水処理膜への応用を目指した CNF/CA
複合膜の作製と特性解析”，セルロース学会第 25
回年次大会，京都大学，京都，2018 年 7 月 5 日．

招待講演
1. A. Uedono, T. Tanaka, N. Ito, K. Nakahara, W.
Egger, C. Hugenschmidt, S. Ishibashi, and M.
Sumiya, “Vacancy-Type Defects and Their Carrier
Trapping

Properties

in

Monoenergetic

Positron

Chemical

and

Soc.

GaN

StudiedBeams”,

Americas

Int.

byElectroMeeting

Electrochem. Solis state Science, Cancun,
Mexico, 2nd October 2018.
2. A. Uedono, W. Egger, C. Hugenschmidt, and S.
Ishibashi, “Carrier Trapping and Detrapping
Processes

in

Wide

Bandgap

Semiconductors

Studied by Positron Annihilation”, Int. Conf.
Positron Annihilation, Orland, USA, 19th August
2018.
3. 上殿明良，M. M. Islam，櫻井岳暁，秋本克洋，“陽電子消滅による CIGS 薄膜中の空孔型欠陥の検出”，
第 79 回応用物理学会秋季学術講演会，名古屋国際会議場，名古屋，2018 年 9 月 18 日．
4. 上殿明良，“学術界における量子ビーム利用－陽電子消滅法を例に－”，第 1 回量子ビームクラブ研究会，産総研，つくば，2018 年 7 月 27 日．
5. 上殿明良，“陽電子消滅法による p-GaN エピ層、イオン注入層の点欠陥評価”，第 149 回結晶工学分科会研究会，名古屋大学，名古屋，2018 年 6 月 15 日．

その他
1. A. Uedono, “Vacancy-type defects in hydrogen
implanted GaN probed by positron annihilation”
Workshop on Plasma and Material Science, Univ.
of Tsukuba, Tsukuba, 14th March 2019.
2. A.

Uedono,“UniversityofTsukubaCampus-in-Campus program with University ofGrenoble Alpes”, Japan Academic Network, Lyon,
France, 21th November 2018.
3. A. Uedono, “Characterization of materials forsemiconductor devices by means of positron─ 104 ─andsemiconductors-”

Seminar,Technische Univ. München, 9th July 2018.

磯谷順一
ダイヤモンドの NV センターを用いる量子デバイス＜研究成果＞【１】重ね合わせや量子もつれなど量子力学特有の現象を利用して,古典的な方法では得られない感度・精度・選択性を得るのが量子セン
シングである.ダイヤモンドの単一 NV（窒素－空孔）センター(S=1, 電荷－1)の単一電子スピンは,室温で,光による初期化・読み出し,マイク
ロ波パルスによるコヒーレント操作ができ,長いコヒーレンス時間をもつなど,室温動作の量
子ビットの優れた特性を持っている.NV セン
ターの不対電子の波動関数は局在しているため,単一 NV センターは原子レベルの極微小のセンサである.NV センターの共鳴周波数は磁場によって変化するので,共鳴周波数から磁場が求められる.長いコヒーレンス時間をもつことから,量子コヒーレンスを用いて高感度の磁場センサとなる.ナノ空間分解能と高感度とを併せ持つ磁気センサの応用のひとつに,浅い位置の単一 NV センターを用い,ダイヤモンド表面においた分子の構造を決定するナノ NMR がある.極微量の液体試料のナノ NMR が報告されているが,ナノ NMR の究極の目標は,分子を構成する個々の核スピンについて,位置を NV
センターの電子スピンとの双極子双極子相互作用から決めるとともに,ケミカルシフトから結合状態を決めることにある.時間領域で長時間にわたってシグナルを追跡することで高分解能が得られる.センサの電子スピンのスピン格子緩和時間という限界を超えるために,核ス
ピンをメモリに用いる,古典クロックを用いるなどの工夫がされている.極微量の液体試料の例のような磁化という古典的なシグナルの形での検出ではなく,個々の核スピンの位置を求める場合には,センサからのバックアクション
によって,試料分子の NMR シグナルの線幅がひろがってしまい,十分な分解能が得られないという課題があった.弱い測定系列を用いることにより、センサからのバックアクションを抑えて, ダイヤモンド内部の単一 NV センターと単一の 13C 核スピンというモデル系において固体試料のナノ NMR としては今までの報告(13Hz)を超える最小の 3.8 Hz という線幅(スペクトル分解能)を達成した[1].
ナノ NMR に用いる浅い NV センターには電荷が不安定という問題があった.(100)面では,電子親和力（単位 eV）は水素終端で-1,0, 酸素
終端で 1.7 に対して,full N 構造の窒素終端では3.46 となり NV-の電荷状態を安定化すると考えられる(N/H 構造では 0.32).窒素ラジカル暴
露により窒素終端化を行った.XPS による評価
では 0.56 の被覆率が得られた.2.5 keV 窒素イオ
ン注入によって作製した単一ＮＶセンター（SRIM 計算では深さは 4.61.9 nm）に対して,
ラビ振動のコントラストから酸素終端より NV－の電荷が安定することが確かめられるとともに,表面のイマージョン・オイルの 1H-NMR
シグナルも観測された[2].
酸素終端（酸処理）

窒素ラジカル暴露（96%N2-4%H2）

酸素終端（酸処理）

窒素ラジカル暴露（pure N2）

図１ 窒素終端化による浅い NV センターの電荷安定化の評価にラビ振動コントラス
トを用いた. 水素を加えない窒素ガスを用いるほうが full N 構造が増えることを示唆する結果が得られた.
NV センターは光を強く吸収し,強い蛍光を発することから,共焦点顕微鏡を用いて,単一欠陥の検出が可能であるとともに,量子操作のあとのスピン読み出しにも蛍光検出が用いられてきた.ところが,ダイヤモンドの屈折率が高く,
全反射のため光子捕集効率が低いという問題がある.蛍光の代わりに光電流でスピンを読み出す手法は数個の NV センターでの報告にと─ 105 ─

どまっていた.光電流検出のバックグラウンドの主因である不純物窒素を減らすことにより,単一 NV センターの光電流検出に成功した.単一NV センターの光電流はレーザパワーを増大しても飽和せず,レーザパワー8 mW でキャリヤ
捕集率は 1.1107/s に達した.一方,蛍光検出により同じ NV センターを評価したところ,蛍光強度はレーザパワー2mW 以上で飽和が観測され,その光子計数率は 3.8104/s だった.検出できる光子の数よりも 2 桁以上多くのキャリヤを検出できた.光電流イメージングを用いて.高い
信号コントラスト（98%）で,単一ＮＶセンタ
ーのマッピングを得ることにも成功した.

のターゲットとして脳磁場測定をめざすことを考えて,DC～1 kHz の磁場測定を対象にした.
8 x 8 x 5 mm3 のダイヤモンド（12C99.97%濃縮）を用い,LED による光励起,ショートパスフィル
タ,蛍光収集の GRIN（gradient refractive index）
レンズ,ロングパスフィルタ,フォトダイオードによる蛍光検出からなる光学系に,マイクロ波
伝搬回路を組み合わせて集積化を試みた.これ
により,体積 2.9 cm3,消費電力 1.5 W のコンパ
クトな磁気センサを実現した.1ms の積算において 31 nT/の感度を達成し,産業利用の磁気センサとして有望であることが示された.

図 3 NV センターのアンサンブルを用いる
高感度のコンパクトな磁気センサ（24 15
 8 mm3)
量子コヒーレンスを用いる場合,高感度化は
図２ 単一ＮＶセンターのスピン読み出しの光電流検出の模式図. 緑色レーザー励起による 2 光子過程で NV－NV0 NV－のサイクルを繰り返し,単位時間当たり多数発生する電子,正孔を櫛型電極により捕集し,レーザーパ
ルス列,マイクロ波パルス列を組み合わせた変調を用いてロックイン検出する.
【２】単一センターとして高感度な磁気センサである NV センターを N 個用いると,測定できる最小の磁場を倍にする高感度化が期待される.NV センターの磁気センサには,ダイ
ナミックレンジが広いこと（磁場範囲・周波数範囲）,室温動作の固体センサであること,セン
サを小さくできること,ベクトル磁場が測定できることという利点を活かして,既存の磁気センサを代替することが期待される.
小型化・高感度化を極めた応用として,将来測定できる最小の磁場を倍が限界である.
量子もつれを用いると,シグナルに対する感度は N 倍になるが,量子もつれの脆弱性により相殺されてしまう.量子多体系では相互作用により量子もつれがプロテクトされるために,測定できる最小の磁場を 1/N 倍に近づける高感度化が期待できる.相互作用を強くする高密度化
は高い空間分解能にも通ずる.時間結晶は量子多体系を用い,スピン間の相互作用と周期的な繰り返しの外場による駆動によって安定化した非熱平衡状態に現れる相である.時間結晶はパルス操作の不完全性に対する頑丈さをもつとともに,熱平衡への復帰を遅くする点で,量子センシングへの応用が期待されている.時間結晶の安定性をプローブとして量子多体系の熱平衡への復帰のダイナミックスを比較した.相互作用としてイジング型 JijSxi·Sxj が主となるよ
うに操作すると、熱平衡への復帰を遅くできる

─ 106 ─

Hasselt Diamond Workshop 2019 SBDD XXIV,

ことが明らかになった[5].

Cultuurcentrum Hasselt, Hasselt, Belgium, 13th-15th
March 2019

＜論文＞
1.

M. Pfender, P. Wang, H.

Sumiya, S. Onoda, W.

2.

Chiba, Y. Hirano, T. Teraji, R. Igarashi, S. Kawai, H.

Yang, D. B. R. Dasari, P. Neumann, X. Y. -Pan,

Kawarada, Y. Ishii, R. Fukuda, T. Tanii, J. Isoya, T.

J.Isoya, R.-B. Liu, J. Wrachtrup, “High-resolution

Ohshima, O. Hanaizumi,

spectroscopy of single nuclear spins via sequential

centres”, Hasselt Diamond Workshop 2019 SBDD

[DOI: 10.1038/s41467-019-08544-z]
S. Kawai, H. Yamano, T. Sonoda, K. Kato,

XXIV, Cultuurcentrum Hasselt, Hasselt, Belgium,

J. J.

13th-15th March 2019

Buendia, T. Kageura, R. Fukuda, T. Okada, T. Tanii,
T. Higuchi, M. Haruyama, K. Yamada, S. Onoda, T.
Ohshima, W. Kada, O. Hanaizumi, A. Stacey, T.
Teraji, S. Kono, J. Isoya, and

H. Kawarada,

国内会議
1.

123,

3594-3604

一, 大島武, 花泉修,“C5N4Hn イオン注入による双(2019).

極子結合した NV センターの形成”, 第 66 回応用[DOI:10.1021/ace.jpce.8b11274]
3.

物理学会春季学術講演会, 東京工業大学, 東京,

P. Siyushev, M. Nesladek, E. Bourgeois, M. Gulka, T.
Yamamoto, M. Trupke, T. Teraji, J. Isoya and Fedor
Jelezko, “Photoelectrical Imaging and coherent-state
readoutofsinglenitrogen-vacancy

centers2019 年 3 月 11 日
2． 立石哲也, 薗田隆弘, 河合空, 山野颯, J. J.
Buendia, 蔭浦泰資, 石井邑, 永岡希朗, 福田諒介,

in谷井孝至, 春山盛善, 山田圭介, 小野田忍, 加田

diamond”, Science 363, 728-731 (2019). [DOI:

渉,

10.1126/science.aav2789]
4.

花泉修, A. Stacey, 神田 一浩, 上村雅治,

寺地徳之, 磯谷順一, 河野省三, 川原田洋,“高被F. M. Stürner, A. Brenneis, J. Kassel, U. Wostradowski,

覆率窒素終端 (111 )ダイヤモンドの作製”,第66

R. Rölver, T. Fuchs, K. Nakamura, H. Sumiya, S.

回応用物理学会春季学術講演会, 東京工業大学,

Onoda, J. Isoya, and F. Jelezko, “Compact integrated

東京, 2019年3月11日

magnetometer based on nitrogen-vacancy centres in5.

平野貴美, 寺地徳之, 五十嵐龍治, 河合空,

川原田洋, 石井邑, 福田諒介, 谷井孝至, 磯谷順

NMR by shallow nitrogen-vacancy centers”, J. Phys.
C

春山盛善, 小野田忍, 樋口泰成, 加田渉, 千葉敦也,“Nitrogen-terminated diamond surface for nanoscale
Chem.

“Implantation of nitrogencompound ion beam for fabricating coupled triple NV

weak measurements”, Nat. Commun. 10, 594 (2019).
2.

S. Onoda, M. Haruyama, T. Higuchi, W. Kada, A.

3.

谷井孝至, 品田高宏, 寺地徳之, 小野田忍, 大島

diamond”, Diamond Relat. Mater. 93 59-65 (2019).

武,[DOI:10.1016/j.diamond.2019.01.008]

Wu, 加田渉, 花泉修, 川原田洋, 磯谷順一,“イオJ. Choi, H. Zhou, S. Choi, R. Landig, W. W. Ho, J.

ン注入による単一不純物欠陥の規則的配列形成とIsoya, F. Jelezko, S. Onoda, H. Sumiya, D. A. Abanin,

その応用 －ダイヤモンド中浅い単一 NV センタ

M. D. Lukin, “Probing quantum thermalization of aーの配列形成－”, 第 66 回応用物理学会春季学術

disordered dipolar spin ensemble with discrete
time-crystalline order”,

L. P. McGuinness, F. Jelezko, Y. Liu, E.

講演会, 東京工業大学, 東京, 2019 年 3 月 10 日
4.

永岡希朗, 畑雄貴, 川勝一斗, 石井邑, 福田諒介,

Phys. Rev. Lett. 122, 043603 (2019).

寺地徳之, 小野田忍, 大島武, 品田高宏, 川原田

DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.043603

洋,

磯谷順一, 谷井孝至, “ダイヤモンド中単一

NVセンターのパルス光磁気共鳴測定のためのロー＜学会発表＞
国際会議

エンドFPGAへのフォトンカウンタの実装”, 第66

1.

東京, 2019年3月9日

回応用物理学会春季学術講演会, 東京工業大学,

J. Isoya, Fabrication of color centers for quantum
applications from singles to ensemble in HPHT single
crystal diamond (invited)─ 107 ─

岩室憲幸、只野博＜研究成果＞
次世代パワー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。特に，次世代パ
ワーデバイスとして代表的な SiC-MOSFET，
GaN-HFET の利用について，デバイスの性能向上をシステムの性能向上につなげるための回
路技術および制御技術について検証を行い，その成果を論文として発表した。
非接触給電・加速器用パルス発生電源・半導体化変圧器（SST）など，新しい電力変換回路の応用先の開拓を行う取り組みも行った。
さらに、デバイス研究においては、内蔵 pin
ダイオードの順方向劣化対策のために開発され た SBD 内 蔵 SiC ト レ ン チ MOSFET（SWITCH-MOS）のスイッチング特性を評価し、その低損失を確認した。さらに低損失特性が得られるメカニズムについても解析し多くの知見を得ることができた。
【 １ 】ボディダイオードの特性に課題がある
パワーデバイスを使いこなすインピーダンス
ソースインバータ
近年応用が期待されている SiC-MOSFET はボディダイオードの導通損失やリカバリー電流が大きいなど，ボディダイオードの性能に課題がある。また，ボディダイオードの通電により劣化が発生し，チャネル抵抗が増加するという課題も報告されている。これらのボディダイ
オードの性能はデバイス設計によりある程度は改善可能であるが，チャネル抵抗などその他の特性とのトレードオフ関係があるため，新デバイスの能力を最大限引き出すという点では好ましくない。同様の例として，（シリコンの）Superjunction MOSFET は，オン抵抗は通常の
MOSFET にくらべ低いが，リカバリー電流が非常に大きく，使途が限定的であるという事例が挙げられる。

図 1 インピーダンスソースインバータの一例
本研究グループではこれらの課題を解決するため，図 1 に示すインピーダンスソースイン
バータの適用を提案している。このインバータ
では，通常のインバータで必要とされるデッド
タイムが不要のため，ボディダイオードの導通がほぼ発生しないという特徴がある。したがって上記のようにボディダイオードの性能に課題があるデバイスの使用が可能となり，チャネ
ル性能に特化した設計のデバイスの使用により，効率が向上するなどシステムレベルでの性能向上につながる。
本年度の成果として，インピーダンスソース
インバータの一種である，準 Z ソースインバ
ータに Superjunction MOSFET を利用したときの損失解析に関する論文を発表したほか，準 Z
ソースインバータ自体の性能向上のため，図 2に示すようなインダクタの小型化を可能とす
る新変調方式の提案に関する論文を発表した。

図 2 新変調方式のモードの遷移と電流波形【 ２ 】次世代パワーデバイスによる超高周波スイッチングによりインバータを大幅に小型化可能にする制御技術
電力変換器を小型化するための 1 つの重要な要素である受動部品（特にインダクタ）の小型化は，スイッチングを高周波化することで可能である。スイッチング電源などにおいてはこの性能は十分に発揮され，機器の大幅な小型化が実現しつつある。しかし交流電力系統に接続

─ 108 ─する，太陽光発電向けなどの系統連系インバー
タでは，系統の電圧変動などの外乱の影響を受けるため，スイッチングの高周波化によるインダクタンスの低減には制約がある。
本研究グループではこの課題に対し，電流制御方法が全く異なる，電流不連続モード（DCM）の採用を検証している。この方式は，電流制御をオープンループで行うことができ，高周波化にともなう諸問題が回避できるため，
次世代デバイスによる超高周波化と，インダク
タの大幅な小型化が期待できる。
本年度の成果として，GaN-HEMT を使用し，1 MHz という非常に高いキャリア周波数で動作する 300 W の系統連系インバータのプロトタイプを試作し，DCM による動作の検証とインダクタの小型化の実証について論文を発表した。図 3 に示すように，系統連系インバータとしては極めて小さいインダクタンスでの系
統連系が可能であり，チップインダクタの採用による小型化と生産性の向上が期待できることを示した。

図 4 DCM を用いた正弦波電圧出力インバータ【 ３ 】
図５に SWITCH-MOS と IE-UMOSFET の断面図を示す。
素子耐圧は 1.2 kV クラスである。
SWITCH-MOS と IE-UMOSFET の静特性を表１にまとめた。SWITCH-MOS と IE-UMOSFET
は、SBD を内蔵している以外はほぼ同じ構造
である。

（b）

（a）

図５（a）SWITCH-MOS（b）IE-UMOSFET 断面図

図 3 GaN-HEMT による 1 MHz 駆動インバータのインダクタと出力電流波形
また，同じ方式を 3 相インバータに拡張し，
モータドライブにおいて出力を連続的な正弦波電圧とすることで，電磁ノイズの発生を大幅に抑えることができるインバータの方式（図4）を提案し，実証結果を発表した。パワーエ
レクトロニクスの普及が進むことで必要になるであろうノイズレスインバータを小型に実現するためには，次世代パワーデバイスによる高周波駆動が必要であり，本研究はそのための回路方式の提案という位置づけといえる。

─ 109 ─(a(b

図 6 25℃での(a)SWITCH-MOS と(b)IE-UMOSFET のターンオン波形

表１ 静特性とターンオン損失評価結果(a

ターンオン測定結果を図６、図７ならびに表
1 に示す。25℃、175℃とも SWITCH-MOS の方が IE-UMOS に比べターンオン損失が低減できていることがわかる。また、175℃での損失低減分（▲29.2%）のほうが 25℃（▲18.0%）に比べ大きいことも併せて分かった。これは、内蔵ダイオードの逆回復特性の違いによるものと考えられる。SWITCH-MOS は SBD が内蔵されているため逆回復電流が 175℃においても十分低く抑えられている。一方 IE-UMOSFET
は内蔵ダイオードが pin ダイオードであるため
逆回復電流が大きく、その結果ターンオン損失が大きくなる。さらにバイポーラ素子である
pin ダイオードの逆回復損失には正の温度依存性があるため、175℃においてよりターンオン
損失の差が大きくなった。ここで注目すべき点と し て 、 25 ℃ で の IE-UMOSFET とSWITCH-MOS のターンオン波形、特に逆回復
波形はほとんど変わらないことがわかる（図６(a)(b)点線部参照）。

(b

図７ 175℃での(a)SWITCH-MOS と(b)IE-UMOSFET のターンオン波形

＜論文＞
1.

鴨志田 直樹, 飯嶋 竜司, 磯部 高範, 只野 博,“Superjunction-MOSFET を用いた準 Z ソースイン
バータの損失解析”, 電気学会論文誌Ｄ（産業応用部門誌）, Vol. 138. No. 5, pp. 463– 470 (2018)

2. Naoki Kamoshida, Ryuji Iijima, Takanori Isobe,
Hiroshi Tadano, “Loss analysis of quasi Z-source
inverterwithSuperjunction-MOSFET,” ElectricalEngineering in Japan, Vol. 205, Issue 2, pp. 54–61(2018)

3. Y. Yamashita, H. Tadano, “Numerical modeling ofreverserecoverycharacteristic

insiliconpin

diodes”, Solis State Electronics, 145, pp. 8-18, 2018.
4.

髙橋勇紀, 飯嶋竜司, 磯部高範, 只野 博, 山崎長治, 長谷川智宏,“直列電圧補償回路の適用による

また両 MOSFET の内蔵ダイオードの順方向
I-V 特性から、25A 導通時の順方向電圧を比較すると、25℃では IE-UMOSFET 内蔵の pin ダイオードが SWITCH-MOS 内蔵の SBD よりも
約 2.5 V 大きく、かつ微分抵抗が高いことが分かった。これは SiC トレンチ MOSFET 構造により、内蔵 pin ダイオードの順方向動作時、ソース電極からドレイン電極に向かって流れる
全電流に対する正孔電流の比率が低いためだと考えられる。

パルス電圧発生回路のコンデンサ静電容量低減”,
電気学会論文誌 D（産業応用部門誌）, Vol. 138, No.
9, pp. 747– 755 (2018)5.

大澤 順, 磯部高範, 只野 博, “直列補償回路を用
いた非接触給電用高周波インバータの高効率化の提案と実機検証”, 電気学会論文誌 D（産業応用部門誌）, Vol. 138, No. 10, pp. 800– 809 (2018)

6. Yuki Takahashi, Ryuji Iijima, Takanori Isobe, Hiroshi
Tadano,Choji

Yamazaki,ChihiroHasegawa,“Capacitance reduction of pulse voltage generator by
using

seriesvoltagecompensator,” ElectricalEngineering in Japan, Volume 206, Issue 3, pp. 40–50(2019)

─ 110 ─

7. Jun Osawa, Takanori Isobe, Hiroshi Tadano,

SiC-MOSFET,” International“Efficiency improvement of high‐frequency inverter

8.

EngineeringinJapan,

Electronics

Conference, IPEC-Niigata 2018 -ECCE Asia-, May
20-24, 2017, Niigata, Japanfor wireless power transfer system using series
compensator” Electrical

Power

4.

Yuki Takahashi, Takanori Isobe, Hiroshi Tadano,

Volume 206, Issue 3, pp. 51-61 (2019)“Series Reactive Power Compensator with Reduced

山野寺 大地, 飯嶋 竜司, 磯部 高範, 只野 博,

Capacitance for Hybrid Transformer” in International“GaN-HEMT デバイスを用いた電流不連続モー

Power Electronics Conference, IPEC-Niigata 2018

ド系統連系インバータの MHz 運転における動作-ECCE Asia-, May 20-24, 2017, Niigata, Japan

検証および損失の解析”, 電気学会論文誌 D（産5.

S. T. Senanayake, R. Iijima, T. Isobe, H. Tadano,

業応用部門誌）, Vol. 139, No. 3, pp. 249-257 (2019)“Quasi Z-source with Single Pulse Drive Inverter for

9. Ryuji Iijima, Takanori Isobe, Hiroshi Tadano,

Hybrid/Electric Vehicles,” 20th European Conference“Optimized Short-Through Time Distribution foron Power Electronics and Applications, EPE2018

Inductor Current Ripple Reduction in Z-Source-ECCE EUROPE-, Sep. 17-21, 2018, Riga, Latvia.

Inverters

Using

Space-Vector

Modulation” IEEE

6.

R. Iijima, N. Kamoshida, T. Isobe, H. Tadano, “LossTransactions on Industry Applications, Vol. 55, No. 3,

analysis

pp. 2922-2930, May-June 2019

Superjunction-MOSFET,” 20th European Conference

10. M. Namai, J. An, H. Yano, and N. Iwamuro,Quasi

Z-source

InverterUsing

on Power Electronics and Applications, EPE2018-ECCE EUROPE-, Sep. 17-21, 2018, Riga, Latvia.

“Investigation of short-circuit failure mechanisms of
SiC MOSFETs by varying DC bus voltage,” Jpn. J.

of7.

Appl. Phys, vol. 57, p. 074102, Jun., 2018.

S. Ishikawa, T. Isobe, H. Tadano, “Current imbalanceof parallel connected SiC-MOSFET body diodes,”11. T. Goto, T. Shirai, A. Tokuchi, T. Naito, K. Fukuda,

20th European Conference on Power Electronics andand N. Iwamuro, “Experimental Demonstration on

Applications, EPE2018 -ECCE EUROPE-, Sep. 17-21,

Ultra High Voltage and High Speed 4H-SiC DSRD

2018, Riga, Latvia.

with Smaller Numbers of Die Stacks for Pulse

8.

H. Toyoda, M. Terada, R. Iijima, T. Isobe, H. Tadano,Power,” Materials Science Forum, vol. 924, pp. 858“Sinusoidal Voltage Output Inverter for Motor Drives– 861, 2018.

Using Discontinuous Current Mode,” Applied PowerElectronics

R.

9.

Barrera-Cardenas, T.

2019,

Isobe,K.

J. An,

M. Namai, H. Yano, N. Iwamuro, Y.

Terazono, H.

Kobayashi, S. Harada, “Methodology for Enhanced
Short-Circuit Capability of SiC MOSFETs, ” in

DAB Medium Frequency Transformer for a 6.6

Proceedings of International Symposium on Power

kV/200V Solid State Transformer,” International

Semiconductor Devices & ICs (IEEE ISPSD) 2018, pp.

Power Electronics Conference, IPEC-Niigata 2018391-394, May, Chicago (USA).

Ryuji
Alexander

Iijima,Naoki

BarreraKamosihda,

Cardenas,

Takanori

10

Z-source

InverterComponents,”

Considering

International

AC

Power

and

N. Iwamuro, “Recent Progress of SiC MOSFET

Rene

Devices (Planary talk),” Asia-Pacific Conference on

Isobe,

SiliconHiroshi Tadano, “Evaluation of Inductor Losses on

CarbideandRelatedMaterials(APCSCRM) 2018, July, Beijing (China), 2018.

DC

Electronics

Conference, IPEC-Niigata 2018 -ECCE Asia-, May
3.

Exposition

Tadano, “Design and Experimental Verification of a

-ECCE Asia-, May 20-24, 2017, Niigata, Japan2.

andAPEC2019, Mar. 17-21, 2019, Anaheim, USA.

＜学会発表＞
国際会議
1.

Conference

国内会議
1.

豊田大晃，寺田陽，飯嶋竜司，磯部高範，只野博，

20-24, 2017, Niigata, Japan「電流不連続モードを適用したモータ駆動用正弦R. Iijima, T. Senanayake, T. Isobe, H. Tadano,

波電圧出力インバータの実機検証」，半導体電力変“Development of Impedance-Source Inverter Using─ 111 ─

2.

換/モータドライブ合同研究会，佐賀県 唐津市(唐10. 大川雅貴，飯嶋竜司，岡本大，矢野裕司，岩室憲

津市民交流プラザ)，2018 年 9 月 6 日・9 月 7 日

幸，“SiC MOSFET の負荷短絡試験におけるゲー
ト漏れ電流と破壊メカニズムの評価解析”， 平成

寺田陽，豊田大晃，飯嶋竜司，磯部高範，只野博，

31 年電気学会全国大会, 北海道科学大学, 2019 年「電流不連続モードを適用した三相系統連系イン
バータの制御法に関する実験的検証」，半導体電力変換/モータドライブ合同研究会，佐賀県 唐津

3 月 12 日～14 日．
11. 饗場塁士，大川雅貴，金森大河，小林勇介，原田信介，矢野裕司，岩室憲幸，‘‘SiC トレンチ

市(唐津市民交流プラザ)，2018 年 9 月 6 日・9 月 7

MOSFET ターンオン特性の温度依存性評価”， 平

日3.

成 31 年電気学会全国大会, 北海道科学大学, 2019年 3 月 12 日～14 日．

高嶋薫，飯嶋竜司，磯部高範，只野博，岩室憲幸，「Z ソースインバータの負荷短絡時の電流遮断能

12. 金森大河，饗場塁士，大川雅貴，原田信介，矢野力の検討」，半導体電力変換/モータドライブ合同

裕司，岩室憲幸，‘‘SiC トレンチ MOSFET の内研究会，佐賀県 唐津市(唐津市民交流プラザ)，

蔵ダイオードの特性解析”，平成 31 年電気学会全2018 年 9 月 6 日・9 月 7 日
4.

国大会, 北海道科学大学, 2019 年 3 月 12 日～14.

張剣韜，寺田陽，磯部高範，只野博，「電流不連続13. 姚凱倫，矢野裕司，岩室憲幸，‘‘Investigation of

モードを適用した単相系統連系インバータの電流歪み改善の実機検証」，半導体電力変換合同研究会，
筑波大学，2018 年 12 月 6 日・12 月 7 日
5.

只野博「パワーデバイスのボディーダイオード課
題に対する回路技術」, 応用物理学会先進パワー
半導体分科会第 13 回研究会, 梅田スカイビル 36
階 スペース 36L, 2019 年 2 月 27 日（招待講演）

6.

張剣韜，磯部高範，只野博，「電流不連続モードを適用した単相系統連系インバータにおける低次高
調波歪み低減法の提案と実機検証」，平成 31 年電気学会全国大会, 北海道科学大学, 2019 年 3 月 12日～14 日7.

石川清太郎，磯部高範，只野博，「並列接続したデ
バイスの電流アンバランスに DC バスの磁気的結合が与える影響」，平成 31 年電気学会全国大会, 北海道科学大学, 2019 年 3 月 12 日～14 日

8.

李夢羽， 飯嶋竜司， 磯部高範， 只野博，「Q-Z
ソースインバータにおけるインダクタ電流リプル
低減とインダクタの小型化を可能とする新しい変調法の検証」， 平成 31 年電気学会全国大会, 北海
道科学大学, 2019 年 3 月 12 日～14 日

9.

秋広元輝，磯部高範，只野博，「瞬時電力制御による Solid-State Transformer のコンデンサの小型化」，
平成 31 年電気学会全国大会, 北海道科学大学,
2019 年 3 月 12 日～14 日

─ 112 ─Unclamped Inductive Switching Capability of Silicon
Carbide MOSFETs”，平成 31 年電気学会全国大会,
北海道科学大学, 2019 年 3 月 12 日～14 日.

佐々木正洋＜研究成果＞
表面科学の視点から、電子放出材料形成、有機・無機半導体結晶成長に関わる基礎過程の調査、検討を行っている。
【 １ 】SiC 単結晶の高品質化
産総研の SiC 溶液成長グループとともに、表面科学の寄与の可能性についてについて検討を行い、金属添加による表面構造の変化を観測した。現時点では、直接、高品質化に繋がる結果を得るには至っていない。

＜論文＞
1.

Yoichi Yamada; A. V. Kuklin; Sho Sato; Fumitaka
Esaka; Naoya Sumi; Chunyang Zhang; Masahiro
Sasaki; Eunsang KWON; Yasuhiko Kasama; P. V.
Avramov;

Seiji

Li+@C60:

Photoelectron

Sakai, “Electronic

structure

spectroscopy

of

of
the

Li+@C60[PF6-] salt and STM of the single Li+@C60
molecules on Cu(111)”, Carbon, 133, 23 (2018)[IF=6.337] July 20182.

長谷川友里・山田洋一・佐々木正洋 「高配向ジナ
フトチエノチオフェン（DNTT）およびピセン【 ２ 】高精度エッチング技術への支援
グルノーブル大学とのダブルディグリープ
ログラムの学生を受け入れ、海外教育研究ユニ
ット招致の研究グループとの連携を開始した。
表面科学の観点から、ワイドギャップ半導体材
料のエッチングに関して、随時、議論・助言を行っている。
【 ３ 】有機半導体に関わる表面過程の理解と制御
有機エレクトロニクスに関わる表面現象の理解をめざす研究を継続的に行っている。本年度は、次世代有機エレクトロニクスの重要な要
素技術であるドーピングの機構解明と薄膜の高品質化の提案を目指した。ここでは、特に、基板表面上の単分子層の原子スケール分子配置に注目し、ドーピング、厚膜成長過程を詳細に検討し、分子間相互作用の効果を明らかにした。さらに、当研究室で確立している分子配置制御の手法を応用して、産総研、KEK との共同研究により、キャリアの過渡的現象に関する研究を開始した。

（picene）分子膜の電子状態」 表面と真空 61 (6)366-371 (2018).
3.

Sumi, Naoya; Yamada, Yoichi; Sasaki, Masahiro;
Arafune, Ryuichi; Takagi, Noriaki; Yoshizawa,
Shunsuke; Uchihashi, Takashi : “Unsubstituted andFluorinatedCu-Phthalocyanine

OverlayersonSi(111)-(√7×√3)-in Surface: Adsorption Geometry,
ChargePolarization,

andEffectson

Superconductivity” J. Phys. Chem. C, 2019, 123, 14,8951-8958＜学会発表＞
国際会議
1.Manabu

Adachi,TomoyaIgari,

Yuji

Nishiyama,

Nobuhiko Kobayashi , Yoichi Yamada, Masahiro Sasaki“Field emission from vertically-aligned graphene edges on
the graphitized pencil lead”, The 31st International Vacuum
Nanoelectronics Conference (IVNC2018), Kyoto Research
Park, Kyoto, Japan, 9-13, July (2018).
2.Yuji Nishiyama, Manabu Adachi, Nobuhiko Kobayashi ,Yoichi Yamada, Masahiro Sasaki, “Origin of the FEM【 ４ 】電子放出の理解・制御のための基礎検討
特に炭素系材料に注目し、その電子放出機構の解明をめざしている。高分解能エネルギー分
析装置が立ち上がり、研究の幅が大きく拡がった。有機半導体分子、グラフェンからの電子放出において見いだされている新規な現象の機構解明に大きく近づいた。

pattern from C60 molecules adsorbed on tungsten tips”, The
31st International Vacuum Nanoelectronics Conference(IVNC2018), Kyoto Research Park, Kyoto, Japan, 9-13,
July (2018).
3.Katsuhisa Murakami, Joji Miyaji, Ryo Furuya, Manabu
Adachi, Masayoshi Nagao, Yoshihiro Nemoto, Masaki
Takeguchi, Yoichiro Neo, Yoshinori Takao, Yoichi Yamada,─ 113 ─

Masahiro

Sasaki,

Hidenori“Graphene-oxide-semiconductor

planar-type

Mimura,3.Chunyang Zhang、Artem V. Kuklin、Fumitaka Esaka、

electron

Naoya Sumi、Masahiro Sasaki、Eunsung Kwon、Yukihiko

31stKasama、Pavel V. Avramov、Seiji Sakai、Yoichi Yamada

Conference“Photoelectron spectroscopy of the Li+@C60[PF6-] salt and(IVNC2018), Kyoto Research Park, Kyoto, Japan, 9-13,

STM of the single Li+@C60 molecules on Cu(111)” 応用物

July (2018).

理学会秋季講演会 2018 年 9 月 18 日〜21 日 名古屋国際

4.Toshiharu Higuchi, Yoichi Yamada and Masahiro Sasaki,

会議場“Field emission patterns from carbon nanotubes calculated

4.猪狩朋也, 西山裕二, 安達学, 日向雄介, 小林伸彦,山by time-dependent density functional theory”, The 31st

田洋一, 佐々木正洋 「炭化したシャープペンシル芯かInternationalemissiondeviceInternational

and

VacuumVacuumits

applications”,

Nanoelectronics

Conference

らの電界電子放出特性とエネルギー分析」 2018 年日本(IVNC2018), Kyoto Research Park, Kyoto, Japan, 9-13,

表面真空学会学術講演会 平成 30 年 11 月 19 日 21 日 神July (2018).

戸国際会議場

5.C. Zhang, A. V. Kuklin, F. Esaka, N. Sumi, M. Sasaki, E.

5.日向雄介, 西山裕二, 猪狩朋也, 柳澤啓史, 小林伸彦,

Kwon, Y. Kasama, P. V. Avramov, S. Sakai and Y. Yamada,山田洋一, 佐々木正洋 「C60 修飾した W エミッタから“Photoelectron spectroscopy of the Li+@C60 [PF6-] salt andの電界電子放出パターンとエネルギー分析」2018 年日

STM of the single

Nanoelectronics

The

Li+@C60

molecules on Cu(111)”,ACSIN-14 & ICSPM26, Sendai International Center,
Sendai, Japan October 21-25 (2018).

本表面真空学会学術講演会 平成 30 年 11 月 19 日 21 日
神戸国際会議場
6.岩澤智也, 宮内直弥, 高木祥示, 村瀬義治, 山田洋一,

6.N. Sumi, T. Maeda, C. Zhang, Y. Yamada and M. Sasaki,

板倉明子, 佐々木正洋 「ステンレス鋼を透過した重水“Molecular-level measurement of K-doped sumanene

素の挙動観察」2018 年日本表面真空学会学術講演会 平

monolayer”, ACSIN-14 & ICSPM26, Sendai International

成 30 年 11 月 19 日 21 日 神戸国際会議場

Center, Sendai, Japan October 21-25 (2018).

7.伊藤真澄, 岩澤柾人, 渕井康太, 鶴田諒平, 中山康生,

7.Congying You, Cédric Mannequin, Gwénolé Jacopin,

佐々木正洋, 山田洋一「超高真空中における有機半導Thierry Chevolleau, Christophe Durand, Christophe Vallée,

体単結晶表面構造の熱安定性」2018 年日本表面真空学

Henri Mariette, Masahiro Sasaki, and Etienne Gheeraert,

会学術講演会 平成 30 年 11 月 19 日 21 日 神戸国際会“Atomic Layer Etching of Planar Single InGaN Quantum

議場Well”, International Workshop on Nitride Semiconductors(IWN 2018) November 11–16, 2018, Ishikawa Ongakudo,
ANA Crowne Plaza Hotel Kanazawa, & Motenashi-Dome,
Kanazawa, Japan

8. 岩 澤 柾 人 , 長 谷 川 友 里 , 佐 々 木 正 洋 , 山 田 洋 一「Ag(110)上単分子層をテンプレートとした高配向有機薄膜の作製」2018 年日本表面真空学会学術講演会
平成 30 年 11 月 19 日 21 日 神戸国際会議場
8.大田駿矢, 宮城良世, 岩澤柾人, 伊藤真澄, 中山泰生,

国内会議

鶴田諒平, 山田洋一, 佐々木正洋「He 原子線散乱によ1.岩澤 柾人、伊藤 真澄、渕井 康太、佐々木 正洋、
鶴田 諒平、中山 泰生、山田 洋一 「超高真空中における有機半導体単結晶表面の熱安定性」応用物理学会

る有機単結晶の表面構造計測」2018 年日本表面真空学
会学術講演会 平成 30 年 11 月 19 日 21 日 神戸国際会
議場

秋季講演会 2018 年 9 月 18 日〜21 日 名古屋国際会議

9.角 直也、山田 洋一、佐々木 正洋、吉澤 俊介、荒場

船 竜一、内橋 隆「CuPc, F16CuPc 吸着した Si(111)-(√

2.Chunyang Zhang、Naoya Sumi、Takuro Maeda、Masahiro
Sasaki、Yoichi Yamada “π-stacking Sumanene Monolayer

7×√3)-In 表面の構造、電子状態、超電導状態計測」
応用物理学会春季講演会 2019 年 3 月 9 日〜12 日

東on Cu(111) and K-doping” 応用物理学会秋季講演会

京工業大学

2018 年 9 月 18 日〜21 日 名古屋国際会議場

10.岩澤 柾人、福本 恵紀、鶴田 諒平、中山 泰生、佐々─ 114 ─大岡山キャンパス

木 正洋、山田 洋一 「有機単結晶 P-N 接合界面における超高速キャリアダイナミクス計測」応用物理学会春季
講演会 2019 年 3 月 9 日〜12 日

東京工業大学大岡山キャンパス
11.Chunyang Zhang、Naoya Sumi、Masahiro Sasaki、Yoichi
Yamada “Core levels and frontier orbitals of K-doped
sumanene monolayer” 応用物理学会春季講演会 2019 年 3
月 9 日〜12 日

東京工業大学大岡山キャンパス

12.Yohan DOUEST、Cedric MANNEQUIN、Toshimitsu ITO、
Christophe VALLEE1、Etienne GHEERAERT、Masahiro
SASAKI“BCl3-based

plasmaetchingof(010)

β-Ga2O3substrates” 応用物理学会春季講演会 2019 年 3
月 9 日〜12 日

東京工業大学大岡山キャンパス

─ 115 ─

梅田享英
＜研究成果＞
当研究室では、次世代パワーエレクトロニク
スの高性能化・実用化に向けたワイドバンドギ
ャップ半導体の欠陥評価を電子スピン共鳴（ESR）分光法を用いて行っている。実デバイ
スを測ることができる電流検出 ESR（EDMR）
評価が最大の特徴となっている。
【 １ 】SiC-MOS 界面欠陥（Si 面）
炭化ケイ素（4H-SiC、バンドギャップ 3.26eV）は次世代パワー半導体の本命とされ、すでに MOS 型電界効果トランジスタ（MOSFET）の実用化に成功している。
主に使われているのは 4H-SiC(0001)面、通称「Si 面」である。この面で MOS 構造を作った
ときの主要界面欠陥を ESR 法で調べた。その結果、炭素ダングリングボンド型界面欠陥を発見した。密度は 3～41012 cm-2 で、MOS チャネ
ル移動度劣化の原因となっている電子トラップの密度とほぼ一致している。さらに、窒素やリン添加による移動度向上プロセスで炭素ダ
ングリングボンド型欠陥が効率的に除去できることも確かめた。以上の結果から、ESR で観測された炭素ダングリングボンド型界面欠
陥が MOS 電気特性に深く結びついた界面準位の起源であると結論した（論文 1）。
他方、阪大（渡部平司グループ）からは1600℃超高温酸化による MOS 界面改良が提案されている。この超高温酸化界面も ESR で調べたところ、上述の欠陥が 90%近く除去できていることが分かった（国際会議 1）。
この界面欠陥の具体的な正体は何か？ 私たちの波動関数解析結果を、東工大（松下雄一郎
グループ）の第一原理計算と突き合わせること
で起源の同定は完了している。解析結果は、Si(111)/SiO2 界面で有名な「Pb センター（界面Si ダングリングボンド）」に酷似していたので、界面欠陥を炭素の Pb センターということで「PbC センター」と命名することにした。図 1
は投稿準備中の論文からもってきた PbC セン
ターと Pb センターの比較図である。
なお、1012 cm-2 台にもなる比較的量の多い
PbC センターがなぜ 20 年以上も ESR で発見されなかったのか？ ESR は試料全体を測るため、バルクや表面からの妨害信号を受けて観察できなかったというのが真相である。私たちは京大（木本恒暢グループ）と協力して、欠陥・不純物密度が 1014 cm-3 未満の高品質自立エピタ
キシャル基板（約 100µm）を作製し、さらにその表面を精密ドライエッチングで 14 nm 削り
落すことで妨害信号の完全な除去に成功し、PbC センターを発見するに至った。

(a) 4H-SiC(0001)(b) Si(111)

PbC center
Si

C
Si

Pb center

図 1 Si 面 SiC-MOS 界面欠陥「PbC センター」【 ２ 】SiC-MOS 界面欠陥（C 面）
2 番目の話題も同じく SiC-MOS 界面欠陥であるが、今度はウェハ裏面にあたる 4H-SiC(000_1)面、通称「C 面」である。C 面は、化学的性
質が Si 面と大きく異なり、例えば、エピ成長
速度・条件も大きく異なるし、酸化速度も全く違う（C 面の方が約 10 倍速い）。Si 面は熱酸化で MOSFET が作れるが、C 面を熱酸化するとMOSFET は全く動かなくなる。代わりにウェット酸化に切り替えるだけで Si 面の 3 倍程度の高い移動度が実現できる。このような奇妙な性質は、発生している界面欠陥の違いを反映していると考えられる。そこで熱酸化 C 面の界面欠陥の起源を調べた。
起源同定に使用した評価方法は、EDMR 分光、
走査型透過電子顕微鏡/電子エネルギー損失分
光（STEM/EELS）、そして第一原理計算（物質材料研究機構の大野隆央グループによる分子動力学計算）である。結果、C 面の界面欠陥の起源は「sp2 結合炭素クラスター」というものだった（図 2）。この炭素の塊は sp2 または sp 結合で構成されており、クラスター全体に波動関数が広がったいわばπ電子を有している。さらにク

─ 116 ─

ラスター同士が接近して発生するために、クラスターのπ電子に 2 次元磁性体で見られるような two-dimensional exchange interaction が ESR で確認された。
STEM/EELS で界面を観察すると、クラスターのπ結合による EELS 信号が疎密分布で現れ、炭素クラスターの存在を証明することができた（論文 2）。
同時に、ウェット酸化 C 面の界面欠陥の起源調査も進めてきた。詳細は次年度に報告するが、熱酸化 C 面とは全く違う「空孔型」の界面欠陥であることが分かってきている。私たちはウェット酸化 C 面で高輝度の単一光子源を発見しており（関連発表＝国内会議 4,6）、この単一光子源を使った量子センシングの研究も進めている。私たちが発見した MOS 界面の単一光子源は空孔型界面欠陥に起因するものと考えられる。

EC
C15

4
2

C15

C5

EV

0

-SiO=O2(c)characterization
4H-SiC/SiO2

oninterfacecarboninterfaces

defects

formedatbyultrahigh-temperature oxidation” European Conferenceon Silicon Carbide and Related Materials 2018,
Birmingham, UK, 2018.9.2-8 (oral)

国内会議
1. 梅田享英、神成田亘平、奥田貴史、木本暢恒、染谷満、原田信介「4H-SiC(0001)/SiO2 界面の炭素ダ
ングリングボンド欠陥（PbC センター）」第 79 回応用物理学会秋季学術講演会、名古屋、2018.9.18-21

2. 鹿児山陽平、梅田享英、染谷満、原田信介、畠山哲夫「電流検出型電子スピン共鳴による(000-1)4H-SiC/SiO2 界面炭素ダングリングボンドの検出」第 79 回応用物理学会秋季学術講演会、名古屋、2018.9.18-21（口頭）3. 梅田享英「SiC-MOS 界面欠陥の起源：電子スピン

-4
0
20
40
3
states/eV/cm /spin

共鳴分光の最新の結果より」先進パワー半導体分
科会第 5 回講演会、京都、2018.11.6-7（招待講演）

C15

C5
C2

S. Harada, H. Watanabe, “Electron-spin-resonance

-2

C2
C2

1. T. Umeda, T. Hosoi, T. Okuda, T. Kimoto, M. Sometani,

（口頭）

(b)
C5, C15, and C2

Si=O2

国際会議

Energy (eV)(a)

＜学会発表＞

4. 阿部裕太、梅田享英、岡本光央、原田信介、佐藤C2

真一郎、山﨑雄一、大島武「a 面および m 面 4H-SiC
MOSFET における単一光子源（SPS）の探索」先進

図 2 C 面 SiC-MOS 界面欠陥「炭素クラスター」

パワー半導体分科会第 5 回講演会、京都、
2018.11.6-7（ポスター）＜論文＞

5. 梅田享英「電流検出電子スピン共鳴分光（EDMR）」
学振 145 委員会「結晶加工と評価技術」第 162 回

1. T. Umeda, G.-W. Kim, T. Okuda, M. Sometani, T.
Kimoto, S. Harada, “Interface carbon defects at
4H-SiC(0001)/SiO2

interfaces

studiedbyelectron-spin-resonance” Appl. Phys. Lett. 113, 061605

研究会、東京、2019.1.31（招待講演）
6. 阿部裕太、梅田享英、岡本光央、原田信介、佐藤(2018).

真一郎、山﨑雄一、大島武「4H-SiC MOSFET チャ
ネルの単一光子源のゲート電圧制御（II）」第 66 回2. Y. Kagoyama, M. Okamoto , T. Yamasaki, N. Tajima,
J. Nara, T. Ohno, H. Yano, S. Harada, T. Umeda,“Anomalous carbon clusters in 4H-SiC/SiO2” J. Appl.
Phys. 125, 065302 (2019).

─ 117 ─応用物理学会春季学術講演会、東京、2019.3.9-12
（口頭）

櫻井岳暁
＜研究成果＞
当研究室では半導体素子（パワー半導体素子、太陽電池、光触媒）の電気光学特性の評価、ならびに特性を左右する欠陥準位の解析を行い、デバイスの特性改善にフィードバックすることを目標に研究を進めている。
【 １ 】光電流法によるダイヤモンドの欠陥検出
ダイヤモンドはパワー半導体素子、量子デバ
イスとしての応用が期待されているが、二つのデバイス動作上ポイントとなるのは欠陥準位である。ダイヤモンドはバンドギャップが 5.5
eV と巨大であり、熱的な手法より光学的な手法の方が欠陥検出には有効である。当グループ
では H30 年度、産業技術総合研究所と共同で、単色光をスキャンしながら光電流応答の観測に取り組んだ。その結果、1.2 eV, 2.5 eV の二つの閾値領域で光電流応答を確認した。この光
強度依存性を解析し、光キャリアは二段階励起機構により価電子帯から欠陥準位を介して伝導帯に移動し、電流に寄与することがわかった。
今後は欠陥種の同定のため、成膜条件を変化させた試料を用いた光電流スペクトル計測を計画している。
【 ２ 】4H-SiC/SiO2 界面のひずみ効果
4H-SiC を基板に用いたパワーMOS では、熱酸化膜 SiO2 と 4H-SiC 基板界面に多数の欠陥が存在し、理想的な電気特性を示さないことが問題となっている。当グループでは前年までに、4H-SiC/SiO2 界面に存在する 100MPa ほどの面
内ひずみを検出しており、H30 年度はこれが移動度に与える影響について、電子のフォノン散
乱確率の理論計算ならびにボルツマン輸送方
程式を用いて検証を行った。過去に報告されているa/a0（a0 無歪での格子状数）=1.5 %の有効
質量値を用いて計算を進めたところ、歪みの移動度に与える影響は数%未満にとどまり、直接的に電気特性に影響を与えないことが明らかになった。その結果、歪みの影響はむしろ、界面準位の形成やそれを介した散乱を引き起こすことが理解できた。
【 ３ 】Cu(In,Ga)(S,Se)2 太陽電池の再結合解析
Cu(In,Ga)(S,Se)2 太陽電池は多結晶薄膜であるにも関わらず、小面積セルで 23.3 % と高い変換効率を示し、さらなる高効率化が期待されている。この高効率化プロセスでは他のカルコ
ゲン系太陽電池材料と同様アルカリ金属処理を採用しているが、処理が Cu(In,Ga)(S,Se)2 の欠陥の挙動にどのように影響を及ぼしているのか明らかでなかった。当グループでは、Cu(In,Ga)(S,Se)2 太陽電池について、異なる単色
光照射時の開放起電圧の光強度依存性の解析に取り組み、界面より深い内部での再結合が抑制されていることを突き止めた。さらに、光容量解析よりバルクの深い欠陥準位の減少も確認され、アルカリ処理による再結合の低減機構
が徐々に明かされてきた。
【 ４ 】Z スキーム光触媒 BiVO4 の成長温度依存性
Z スキーム型光触媒にて酸素発生電極として活用される BiVO4 は、トップレベルの触媒効率を有している。しかし、欠陥や再結合機構
については謎な点が多々あり、議論の途上である。当グループでは今年度甲南大学と共同で、BiVO4 の成長温度と蛍光寿命、化学反応効率を比較し、全てが密接に絡んでいることを突き止めた。このことは表面反応もさることながら、触媒のバルク特性を改善する必要のあることを示唆している。

＜論文＞
1.

“Influence of potassium treatment on electronic
properties of Cu (In1−xGax)(Se1−ySy)2 solar cells
studiedbysteadystate

photo-capacitanceandadmittance spectroscopy” S.Wang, X.Hao, M.M.Islam,
T.Kato, H.Sugimoto, K.Akimoto, T.Sakurai Japanese
Journal of Applied Physics 57, 08RC13 (2018).
2.

─ 118 ─“Relationship between bandgap grading and carrier
recombination for Cu(In,Ga)Se2-based solar cells”,

Y.Ando, S.Ishizuka, S.Wang, J.Chen, M.M.Islam,＜著書＞

H.Shibata, K.Akimoto, T.Sakurai Japanese Journal of

1. アドミッタンススペクトロスコピー法を用いた化合物薄膜太陽電池の欠陥準位検出, 櫻井岳暁（分担Applied Physics 57, 08RC08 (2018).
3.

執筆）,「次世代の太陽電池・太陽光発電－その発“Impurities removal process for high-purity silica

電効率向上，用途と市場の可能性－」第13章2節，production from diatomite” I.Abdellaoui, M.M.Islam,

技術情報協会, 2018.

T.Sakurai, S.Hamzaoui, K.Akimoto, Hydrometallurgy
179, 207-214 (2018).
4.

“Energy Level Alignment at Interfaces in Metal
Halide Perovskite Solar Cells” S.Wang, T Sakurai,
W.Wen, Y.Qi Advanced Materials Interfaces 5,＜学会発表＞
国際会議
1.

Cells with Gradient Bandgap” S. Wang, Y. Ando, S.

1800260 (2018)
5.

Ishizuka, H. Shibata, M.M. Islam, K. Akimoto, T.

“Deep level emission in polycrystalline CuGaSe2

Sakurai, 2018 International conference on Solid State

thin-films observed by micro-photoluminescence”

Materials and Devices (SSDM), University of Tokyo,

M.M.Islam, S.Wang, S.Ishizuka, H.Shibata, S.Niki,
K.Akimoto, T.Sakurai Japanese Journal of Applied
Physics 57, 08RC02 (2018).
6.

Tokyo, Sep.11-13, 2018.
2.

M.M. Islam, H. Said, I. Abdelloui, K. Akimoto, H.H.

films obtained through electrochemical reduction of
nanoparticles”

C.Moslah,

T.Sakurai,

M.M.Islam,

I.Abdellaoui,

M.Ksibi,

S.Hamzaoui,

Ahmed, N. Fukata, T. Sakurai, 2018 International
conference on Solid State Materials and Devices(SSDM), University of Tokyo, Tokyo, Sep.11-13,

K.Akimoto, Thin Solid Films 654, 1-10 (2018).
7.

“Characterization of Defect Properties in Wide-Gap
CuGaSe2

Thin-Film

Solar-Cells”

M.M

Islam,

2018.
3.

H. Yano, S. Harada, T. Sakurai 2018 International

Nanoscience and Nanotechnology Letters 10, 559-564

conference on Solid State Materials and Devices(2018).

(SSDM), University of Tokyo, Tokyo, Sep.11-13,“Depth Profile of Impurity Phase in Wide-Bandgap
Cu(In1−x,Gax)Se2 Film Fabricated by Three-Stage
Process” S.Wang, T.Nazuka, H.Hagiya, Y.Takabayashi,

2018.
4.

“Dependence of Substrate Work Function on the
Energy-Level

S.Ishizuka, H.Shibata, K.Akimoto, T.Sakurai Journal

AlignmentatOrganic-Organic

Heterojunction Interface” A.L.Foggiatto, H.Suga,

of Electronic Materials, 47, 4944-4949 (2018).
9.

“Stress at Interface of SiO2/4H-SiC Studied by
Confocal Raman Microscopy”, W. Fu, A. Kobayashi,

S.Ishizuka, H.Shibata, S.Niki, K.Akimoto, T.Sakurai

8.

“Electrodeposition of thin-film Ni-Si composite forapplication as anode-materials in lithium-ion-battery”“Electrodeposition and characterization of silicon

SiO2“Analysis of Recombination Property of CIGS Solar“Effects of Zirconium Doping Into a Monoclinic

Y.Takeichi, K.Ono, Y.Takahashi, T.Ueba, S.Kera,

Scheelite

Structural,

T.Sakurai, 2018 International conference on Solid

Photocatalytic, and Photoelectrochemical Properties”

State Materials and Devices (SSDM), University of

S.Ikeda,T.Kawaguchi,

Y.Highchi,

N.Kawasaki,

Tokyo, Tokyo, Sep.11-13, 2018.

T.Harada,

M.Remeika,

T.Sakurai.

Frontiers

BiVO4

Crystalchemistry 6, 266 (2018).

on

Its

in

5.

（招待講演）“Study of Defects in Cu(In,Ga)(S,Se)2-based Solar Cells”, Takeaki Sakurai, Katsuhiro
Akimoto The International Union of Materials

─ 119 ─ResearchSocieties-International

Conferenceon3.

photocatalytic activity of BiVO4” ABDELLAOUIElectronic Materials (IUMRS-ICEM), Daejon, South

imane IMANE、Kazuya Tajima、Mikas Remeika、

Korea, Aug.19-24, 2018.
6.

Shigeru Ikeda、Takato Kawaguchi、Muhamed Islam（招待講演）“Impact of gap states on electrical

Monirul、Takeaki Sakurai 第 66 回応用物理学会春季

structure of subphthalocyanine acceptor based solar

学術講演会、東京工業大学、東京、2019 年 3 月 9

cells” Takeaki Sakurai, Alexandre Foggiatto L.,
Kazuhiko Mase, The 9th International Conference on

日-12 日.
4.

Scanning Transmission X-ray Microscopy” Alexandre

Coatings (ThinFilms 2018), Shenzhen, China, July

Foggiatto、Yasuo Takeichi、Kanta Ono、Hiroki Suga、
Yoshio Takahashi、Michael A. Fusella、Jordan T. Dull、Barry P. Rand、Kentaro Kutsukake、Takeaki Sakurai（招待講演）“Characterization of interface properties

第 66 回応用物理学会春季学術講演会、東京工業大

at organic–organic heterojunction using synchrotron
based spectroscopy”, Takeaki Sakurai, Alexandre L.

学、東京、2019 年 3 月 9 日-12 日.
5.

“多数キャリア移動度の理論モデルを用いた液相

Foggiatto, Hiroki Suga Yasuo Takeichi, Kanta Ono,

結晶化シリコン薄膜の電気特性評価” 海汐 寛史、Kazuhiko Mase, Yoshio Takahashi, Interdisciplinary

松井 卓矢、齋 均、櫻井 岳暁、松原 浩司 第 66

Workshop on Thin Films & Photonics and Organic

回応用物理学会春季学術講演会、東京工業大学、Electronics (TF-POE2018), Shangdong University,
China, Oct.10-11, 2018.
8.

"Study of local structure in rubrene thin films by

Technological Advances of Thin Films & Surface

17-20, 2018.
7.

“Relationship between synthesis temperature and the

東京、2019 年 3 月 9 日-12 日.
6.

“Cu(In,Ga)(S,Se)2 太陽電池のセシウム処理に対する再結合解析” 陳敬東、櫻井 岳暁、Islam M.M.、（招待講演）“Study of recombination in thin-film

秋本 克洋、平井 義晃、加藤 拓也、杉本 広紀、Cu(In,Ga)(S,Se)2 solar cells,” Takeaki Sakurai, Alban

平成 30 年度 応用物理学会「多元系化合物・太陽

Lafuente-Sampietro, Jingdong Chen, Takuya Kato,

電池研究会」年末講演会、東京理科大、東京、2018

Hiroki Sugimoto, International Symposium on Solar
Energy Materials, Konan Univ., Japan, Jan. 25-26,

年 11 月 30 日-12 月 1 日.
7.

“Structural and Electrical Properties of Zr doped
ms-BiVO4” ABDELLAOUI imane IMANE、Mikas

2019 <invited>.

Remeika、Shigeru Ikeda、Takato Kawaguchi、
M.Monirul Islam、Tsuyoshi Maeda、Takayoshi

国内会議

Kusumoto、Takahiro Wada、Christian Budich、Takeaki

1.

“Electrodeposition of nanostructured Si-layer on

Sakurai、平成 30 年度 応用物理学会「多元系化合

graphite substrate for application as anode-materials in

物・太陽電池研究会」年末講演会、東京理科大、

lithium-ion-battery” Muhammad Monirul Islam、Hajer
Said、Katsuhiro Akimoto、Hichem Hamzaoui Ahmed、

東京、2018 年 11 月 30 日-12 月 1 日.
8.

through aluminothermic reduction of silica-substrates”

Naoki Fukata、Takeaki Sakurai 第 66 回応用物理学

2.

“Formation of nanocrystalline silicon on insulator

会春季学術講演会、東京工業大学、東京、2019 年

Muhammad Monirul Islam、Junji Sawahata、Katsuhiro

3 月 9 日-12 日.

Akimoto、Takeaki Sakurai、第 79 回応用物理学会
秋季学術講演会、名古屋国際会議場、名古屋、2019“Influence of biaxial stress on the electron transport
properties at SiO2/4H-SiC interfaces” WEI FU、Akiko
Ueda、Hiroshi Yano、Shinsuke Harada、Takeaki

年 9 月 18 日～21 日.
9.

Sakurai 第 66 回応用物理学会春季学術講演会、東京工業大学、東京、2019 年 3 月 9 日-12 日.

“Electrochemical formation of Ni-Si alloys for theapplication as anode-materials in lithium-ion-battery”
Muhammad Monirul Islam 、 Said Hajer 、 Imane
Abdelloui 、 Katsuhiro Akimoto 、 Ahmed Hichem
Hamzaoui、Naoki Fukata、Takeaki Sakurai

─ 120 ─10. （招待講演）“陽電子消滅による CIGS 薄膜中の空孔型欠陥の検出” 上殿 明良、Islam M. M.、櫻井 岳
暁、秋本 克洋、第 79 回応用物理学会秋季学術講
演会、名古屋国際会議場、名古屋、2019 年 9 月 18
日～21 日.
11. “Effect of Zr doping on the structural and opticalproperties of BiVO4” ABDELLAOUI imane IMANE、
Mikas Remeika、Shigeru Ikeda、Takato Kawaguchi、
M.Monirul Islam 、 Tsuyoshi Maeda 、 Takayoshi
Kusumoto、Takahiro Wada、Christian Budich、Takeaki
Sakurai、第 79 回応用物理学会秋季学術講演会、
名古屋国際会議場、名古屋、2019 年 9 月 18 日～
21 日.
12. （招待講演）“Cu(In,Ga)(S,Se)2 系太陽電池の欠陥準位検出と再結合解析” 櫻井 岳暁、Islam M.M.、秋
本 克洋、平井 義晃、加藤 拓也、杉本 広紀、第79 回応用物理学会秋季学術講演会、名古屋国際会
議場、名古屋、2019 年 9 月 18 日～21 日.

─ 121 ─

蓮沼隆
＜研究成果＞
パワーデバイスとして実用化されている
SiC-MOSFET においては高い界面準位密度と、バルクのそれに比べて極めて低い界面キヤリ
ア移動度が大きな問題となっているが、これらに加え、酸化膜中における電荷捕獲現象が顕著にみられることも、デバイス使用時における特性安定性を目指す上では解決すべき大きな課
題の一つである。電荷捕獲欠陥の膜中分布は酸化膜形成過程と密接に関連している。
また、近年、ゲート酸化膜形成後の界面窒化処理によって界面準位密度の低減、移動度の向上が実現できることが報告され、界面窒化が標準プロセスとして定着しつつある。しかし、窒化処理を行ったデバイスにおいては電荷捕獲
特性が大きく変化すること、またこの変化が必
ずしも信頼性の向上に結び付く方向ではない
ことが報告されている。
我々は SiC 上熱酸化膜の電荷捕獲特性を明らかにするために評価するために、以下の評価を行った。
【1】 酸化膜の膜厚方向密度分布と電荷捕獲
特性
図 1 は質量から求めた、厚さ 30 nm 程度の熱
SiO2 膜の深さ方向密度分布である。比較のために同時に示した Si(100)基板上に形成した熱SiO2 膜については、界面近傍での膜密度が高く、表面に近づくにつれて密度が単調に減少していることがわかる。これは熱酸化が界面で進行することを考えると自然なことである。すなわ
ち界面での酸化に伴う体積膨張による圧縮応力が発生するために界面近傍では高密度であり、酸化が進行するにつれて熱緩和が起こり、低密度化していくためである。一方、
4H-SiC(000-1)基板上に形成した熱 SiO2 膜においては、Si 基板同様に界面で酸化が進行するにも関わらず、界面近傍に極端に低密度化された領域があることがわかる。SiC 基板に含まれる炭素の脱離過程が原因であることは明らかだが、詳細はまだ不明である。しかしこの低密度化された領域が、膜中における特異な電荷捕獲特性の原因となる可能性が高い。
図 1 SiO2 膜の膜厚方向密度分布
図 2
n 型 4H-SiC(000-1)基板に作製した
MOS キャパシタの V-t 特性。電流密度は 10-4
A/cm2。
図 2 は、n 型 4H-SiC(0001)基板上に作製した
Al ゲート MOS キャパシタにおける、一定電流を印加したときのゲート電圧の時間変動(V-t特性)である。なおゲートには正電圧を印加している。また、キャパシタ試料は 3 種類であり、それぞれ SiO2 膜の厚さが 30nm のもの、厚さ30 nm の SiO2 膜をエッチバックして 20 nm の厚さにしたもの、厚さ 30 nm の SiO2 膜をエッチバックして 10 nm の厚さにしたものである。
厚さが 30 および 20 nm のものについてはゲー─ 122 ─

ト電圧が正方向に変動しており、膜中に基板から注入された電子が捕獲されていることに由来する。一方、厚さ 10 nm のものについてはゲート電圧が負方向にシフトしており、膜中に正電荷が捕獲されていていることを示している。
正電荷はおそらく、インパクトイオン化によって発生した正孔である。なお、Si 上に作製したキャパシタにおいてはどの膜厚においてもすべて負電荷捕獲が主であることを確認している。本結果は、界面近傍の 10 nm 程度の領域に、SiC 基板特異の電荷捕獲特性を示す欠陥が分布していることを示しており、上記の低密度化過程と本欠陥生成が密接に関連していること示唆する。特に界面近傍の電荷捕獲は
MOSFET の閾値変動に強い影響を及ぼすため、捕獲特性制御は極めて重要である。すなわち炭素の脱離過程の制御が必要であることを示している。

特性である。ストレス印加直後の特性に大きな違いが見られ、窒化処理を施していない試料については正電荷捕獲が見られ、窒化処理試料においては負電荷捕獲が見られる。ストレス印加
直後においてはおおむね膜中の既存の捕獲中
心への捕獲が観察されることから、窒化処理に
よって膜中に電子捕獲中心を生成する悪影響があることがわかった。その後現れる直線的な変動は、ストレス印加時に新たに形成される捕獲中心への電荷捕獲を反映しており、これについては両者ともに電子捕獲中心の形成が進行しており、また形成速度に差がないことを示している。

【2】 界面窒化処理と電荷捕獲特性実験に用いた基板は n 型 4H-SiC(0001)である。厚さ 20 nm 程度の酸化膜を乾燥酸素中、
1200℃で形成し、一部の試料についてはその後
NO 中、1250℃で窒化処理を行った。電荷捕獲
特性は、V-t 特性およびフラットバンドシフトを用いて評価した。
図 4 ストレス印加時における界面負電荷の増加量。

図 3 n 型 4H-SiC(0001)基板に作製した MOS
キャパシタの V-t 特性。電流密度は 10-3 A/cm2。
図３はゲートに正電圧を印加したときの V-t

図 4 はフラットバンドシフトから V-t 特性で得られたゲート電圧変動を差し引いて求めた、
フラッバンド時における界面での負電荷の増加量ある。窒化処理を施していない試料については、ストレス印加によって単調に負電荷捕獲量が増加して行くのに対し、窒化処理を施した試料については、負電荷量が減少に転じることが明らかとなった。フラットバンド時のフェル
ミレベルの位置を考慮すると、Ec-E < 0.15eVのエネルギー帯、つまりギャップ中の非常に浅い領域あるいは SiC の伝導帯において正電荷が捕獲されていると結論付けられる。
図５は窒化処理を施した試料について、界面負電荷の増加量のストレス電流密度依存性を、

─ 123 ─

注入電荷量に対して示したものである。本系での注入電荷は主に基板からの電子によるもの
であるが、本図より、界面負電荷の増加特性は電子の数だけでは説明することができないことがわかる。ストレス印加時の電界に依存する
別の要因の存在が示唆される。

増加することがわかる。6MV/cm 以上の電界では Al ゲート電極からの電子注入が増加することがわかっており、すなわち本結果は、界面での正電荷捕獲は基板からの正孔と電極からの電子との双方が界面に存在することが必要であることを示唆する。図 4 で観測された正電荷
捕獲は、おそらくインパクトイオン化によって膜中で発生した正孔が界面に到達したためである。界面に電子、正孔の双方が存在する場合には界面での再結合が起こり、そのときに放出する結合エネルギー（バンドギャップ相当）に
よって正孔捕獲中心が形成されると考えている。
＜学会発表＞
国内会議
1.

吉川元気、 蓮沼 隆「SiC 上酸化膜の電気的ストレス耐性への NO アニール効果」 第 79 回応用物
理学会秋季学術講演会、名古屋、2018.9.18-21

図 5 界面負電荷の増加量のストレス電流
密度依存性。

2.

吉川元気、 蓮沼 隆「SiC 上酸化膜の電気的ストレス耐性への NO アニール効果」先進パワー半導体分科会第 5 回講演会、京都、2018.1.6-7

図6正電圧印加時の界面負電荷の増加量。

図６は、紫外線を照射したうえで SiC 基板側を正電圧としたストレスを印加したときの界面負電荷増加特性である。本図より、窒化処理を施した試料においては電界増加によって、特に 6MV/cm 以上の電界で急激に正電荷捕獲が─ 124 ─

奥村宏典
＜研究成果＞
本研究では、次世代高周波パワー素子として期待される、窒化アルミニウム(AlN)を 主体としたトランジスタを作製した。AlN はバンドギ
ャップが非常に大きいため(6.1 eV)、高い接触
抵抗と低い キャリア濃度が問題である。これ
らの問題克服のため、窒素極性面 AlN 層を用いた分極電界効果トランジスタ (POLFET)構造を採用した。

＜論文＞
1.

H. Okumura, Y. Kato, T. Oshima, T. Palacios,“Demonstration of lateral field-effect transistors using
Sn-doped β-(AlGa)2O3 (010)”, Jpn. J. Appl. Phys. 58,
SBBD12 (2019). DOI: 10.7567/1347-4065/ab002b.

2.

H. Okumura, “Fabrication of an AlN ridge structureusing inductively coupled Cl2/BCl3 plasma and a
TMAH solution”, Jpn. J. Appl. Phys. 58, 026502(2019). DOI: 10.7567/1347-4065/aaf78b.

3.

J. Lemettinen, H. Okumura, T. Palacios, S. Suihkonen,“N-polar AlN buffer growth by metal–organic vapor【 １ 】有機金属気相成長法を用いて、窒素極性面 AlN の結晶成長を行った。成長温度、V/III
比、基板のオフ角度(図 1 参照)を制御することで、 (002)対称面および(102)非対称面 XRC 半値
幅が、それぞれ 200 秒と 390 秒の高品質 AlN 層が得られた。これは、AlN 素子の展開可能性 を広げる成果である。

phase epitaxy for transistor applications”, Appl. Phys.
Exp.

11,

101002(2018).

DOI:

10.7567/APEX.11.101002.
4.

J. Lemettinen, H. Okumura, I. Kim, C. Kauppinen, T.
Palacios, S. Suihkonen, ”MOVPE growth of N-polar
AlN on 4H-SiC: Effect of substrate miscut on layer
quality”, J. Cryst. Growth 487, 12-16 (2018). DOI:
10.1016/j.jcrysgro.2018.02.013.

5.

J. Lemettinen, H. Okumura, I. Kim, M. Rudzinski, J.
Grzonka,T.

Palacios,“MOVPE

growthofnitrogen-and aluminum-polar AlN on 4H-SiC”, J.
Cryst.

Growth

487,

50-56

(2018).

DOI:

10.1016/j.jcrysgro.2018.02.020.

図 1: 窒素極性面 AlN 層の表面モフォロジ【 ２ 】AlN 層中の不純物濃度を制御することで、窒素極性面 AlN 層を用いた FET 動作に世界で初めて成功した。また、AlGaN 層を成長し、分極を用いたトランジスタ動作を実現した(図２参照)。

＜学会発表＞
国際会議
1.

H. Okumura, J. Lemettinen, S. Suihkonen, T. Palacios,“Demonstrationof

Nitrogen-face

AlN-based

polarization field-effect transistors”, Int. Workshop
on Nitride Semiconductor (2018).
2.

H. Okumura, Y. Kato, T. Oshima, T. Palacios,“Demonstrationofbeta-(AlGa)2O3(010)

metal-semiconductor field-effect transistors with highbreakdown voltage over 900 V”, 2018 Int. Conf.
Solid State Devices and Materials (2018).
3.

H. Okumura, J. Lemettinen, S. Suihkonen, T. Palacios,“Nitrogen-face AlN-based field-effect transistors”,

図 2: 窒素極性面 AlN-POLFET の電気的特性

45th Int. Sym. Compound Semiconductors, 30th Int.
Conf. Indium Phosphide and Related Materials,

ソース/ドレイン電極下をチャネル層までエッ
チ ン グ す る こ と で 接 触 抵 抗 を 低 減 し 、 100
mA/mm の最高動作電流を得ることに成功した。
─ 125 ─Compound Semiconductor Week (2018).

田中真伸＜研究成果＞
ダイヤモンド半導体を用いた高耐環境性能をもつセンサーを開発し,その特性を解明するための TCAD を用いたシミュレーションモデ
ルを構築した．またセンサーとして実験に組み込むため,CMOS65nm プロセスを用いた GHz
帯域増幅回路を含む集積回路を開発した.これにより,従来の測定では困難であったキャリア
ー濃度の推定を実験結果から行うことができるようになった.更に将来へ向けてダイヤモン
ドを材料とした新奇センサーの開発,および既存の技術では困難であったダイヤモンドを用いた高速ピクセルセンサー研究開発の着手が可能になった.
【 １ 】
金属電極でダイヤモンドを挟んだ形状のダイヤモンドセンサーは構造的にも作りやすく
欧米で開発されてきたが現在まで、その特性を統一的にかつ定量的に再現できているモデル

図 1.ダイヤモンドセンサーの電流電圧特性.縦軸は電流,横軸は電圧（センサーバイ
アス電圧）を示す.実線はシミュレーショ
ン結果,データが●印である.
はない。このダイヤモンドセンサーの定量モデルを構築するには,センサーの静特性および動特性のデータを実験により得たのち,ダイヤモ
ンド中のキャリア密度,電極とダイヤモンド間のエネルギーギャップ,キャリア移動度とそのライフタイムを抽出し最適化する必要がある．
ダイヤモンドにおいては,シリコンと異なりこれらの物理パラメータは,現状の測定技術では測定限界以下もしくは複数の先行研究におけ

図 2.α線実験から得られた電荷収集効率のセンサーバイアス電圧依存性.実線がシミュレーションで, ●が正孔の電荷収集効率である.
る値の差が大きいため,独自に測定を行いこれらのパラメータセットをセルフコンシステン
トに決定する必要がある.特にセンサー用途のダイヤモンド基板中の実効キャリア濃度
は,SIMS 等の測定限界以下のため測定手法を

図３.α線入射時のセンサー電流信号波形のバイアス電圧依存性.この電流は正孔が移動することによって生成される.点線がシミュレーション値,実線がオシロスコー
プによって得られた実験データである.
考案する必要がある。我々は,これらパラメー
タを電流電圧特性,α線を利用した電荷収集効率実験およびα線照射時の出力電流波形,β線照射による空乏層厚の測定により,セルフコン
システントに決定することに成功した。このパラメータセットを使用することで図１,図２,
図３,図４で示すようにシステマティックに再現することに成功した.特にダイヤモンド基板

─ 126 ─中の実効キャリア濃度は 1010 cm－3 を仮定しな
いとすべてのでーたがセルフコンシステントに説明できないため,この手法を使うこと
で,SIMS 等の測定手法では決定できない値を確定できる有効な手法となる.今後このデバイ
スモデルを使用し,新奇デバイスを用いたセンサー開発へ発展させる.

図 5．ダイヤモンドセンサー用に設計された超高速信号処理集積回路のアナログ信号帯域特性．
多チャンネルピクセルセンサー用回路要素として展開を検討中である.次年度以降評価を開
始する.
＜論文＞
1.Abbasi, R.U., Abe, M., Abu-Zayyad, T., Allen, M.,

図４.β線を用いた空乏層厚（信号強度）とバイアス電圧の関係.

Azuma, R., Barcikowski, E., Belz, J.W., Bergman, D.R.,
Blake, S.A., Cady, R., Cheon, B.G., Chiba, J., Chikawa,M., di Matteo, A., Fujii, T., Fujita, K., Fukushima, M.,
Furlich, G., Goto, T., Hanlon, W., Hayashi, M., Hayashi,【 ２ 】
ダイヤモンドセンサーの特徴は高耐環境性
能だけでなくその移動度の高さにもある.この特徴を有効に利用するために CMOS65nm プロセスを用いてダイヤモンドセンサー用超高速信号処理集積回路の開発を行った.集積回路レイ
アウト後の浮遊容量を考慮しない状態で,アナログ信号帯域は図５のように 2GHz 帯を超えており,十分な性能を持つ. また CMOS65nm プロセスを使用しているため低消費電力を実現できるため,

Y., Hayashida, N., Hibino, K., Honda, K., Ikeda, D., Inoue,N., Ishii, T., Ishimori, R., Ito, H., Ivanov, D., Jeong, H.M.,
Jeong, S., Jui, C.C.H., Kadota, K., Kakimoto, F., Kalashev,
O., Kasahara, K., Kawai, H., Kawakami, S., Kawana, S.,
Kawata, K., Kido, E., Kim, H.B., Kim, J.H., Kishigami, S.,
Kitamura, S., Kitamura, Y., Kuzmin, V., Kuznetsov, M.,
Kwon, Y.J., Lee, K.H., Lubsandorzhiev, B., Lundquist,
J.P., Machida, K., Martens, K., Matsuyama, T., Matthews,
J.N., Mayta, R., Minamino, M., Mukai, K., Myers, I.,
Nagasawa, K., Nagataki, S., Nakamura, R., Nakamura, T.,
Nonaka, T., Oda, H., Ogio, S., Ogura, J., Ohnishi, M.,
Ohoka, H., Okuda, T., Omura, Y., Ono, M., Onogi, R.,
Oshima, A., Ozawa, S., Park, I.H., Piskunov, M.S.,
Pshirkov, M.S., Remington, J., Rodriguez, D.C., Rubtsov,
G.I., Ryu, D., Sagawa, H., Sahara, R., Saito, K., Saito, Y.,
Sakaki, N., Sakurai, N., Scott, L.M., Seki, T., Sekino, K.,
Shah, P.D., Shibata, F., Shibata, T., Shimodaira, H., Shin,
B.K., Shin, H.S., Smith, J.D., Sokolsky, P., Stokes, B.T.,
Stratton, S.R., Stroman, T.A., Suzawa, T., Takagi, Y.,
Takahashi, Y., Takamura, M., Takeda, M., Takeishi, R.,
Taketa, A., Takita, M., Tameda, Y., Tanaka, H., Tanaka, K.,
Tanaka, M., Thomas, S.B., Thomson, G.B., Tinyakov, P.,─ 127 ─Tkachev, I., Tokuno, H., Tomida, T., Troitsky, S.,

Yamamoto, M., Yamane, R., Yamaoka, H., Yamazaki, K.,

Tsunesada, Y., Tsutsumi, K., Uchihori, Y., Udo, S., Urban,

Yang, J., Yashiro, K., Yoneda, Y., Yoshida, S., Yoshii, H.,

F., Wong, T., Yamamoto, M., Yamane, R., Yamaoka, H.,

Zhezher,

Yamazaki, K., Yang, J., Yashiro, K., Yoneda, Y., Yoshida,

ultrahigh-energy cosmic rays with the Telescope Array

S., Yoshii, H., Zhezher, Y., Zundel, Z.,"Constraints on the

Surface Detector data",(2019) Physical Review D, 99 (2),diffuse photon flux with energies above 10 18 eV usingart. no. 022001,DOI: 10.1103/PhysRevD.99.022002

the4.Kishimoto, S., Haruki, R., Masuda, R., Tanaka, M.M.,

surfacedetector

experiment",(2019)

of

the

Astroparticle

Telescope
Physics,

Array

110,

pp.

Y.,

Zundel,Z.,"Mass

compositionof

Mitsui, T.,"Nuclear Bragg reflection of 57 FeBO 3 in

8-14.,DOI: 10.1016/j.astropartphys.2019.03.003

radio-frequency magnetic field observed with Si-APD

2.Kishimoto, S., Mitsui, T., Haruki, R., Shimazaki, S.,

linear array detector",(2019) Japanese Journal of Applied

Tanaka, M.,"64- and 128-pixel Si-APD linear array x-ray

Physics,

detectors with 0.5 ns time resolution",(2019) AIP

10.7567/1347-4065/aae89c

Conference Proceedings, 2054, art. no. 060068,DOI:

5.Abbasi, R.U., Abe, M., Abu-Zayyad, T., Allen, M.,

58

(1),

art.

no.

016501,DOI:

10.1063/1.5084699

Azuma, R., Barcikowski, E., Belz, J.W., Bergman, D.R.,

3.Abbasi, R.U., Abe, M., Abu-Zayyad, T., Allen, M.,

Blake, S.A., Cady, R., Cheon, B.G., Chiba, J., Chikawa,Azuma, R., Barcikowski, E., Belz, J.W., Bergman, D.R.,

M., Matteo, A.D., Fujii, T., Fujita, K., Fukushima, M.,

Blake, S.A., Cady, R., Cheon, B.G., Chiba, J., Chikawa,

Furlich, G., Goto, T., Hanlon, W., Hayashi, M., Hayashi,M., Di Matteo, A., Fujii, T., Fujita, K., Fukushima, M.,

Y., Hayashida, N., Hibino, K., Honda, K., Ikeda, D., Inoue,

Furlich, G., Goto, T., Hanlon, W., Hayashi, M., Hayashi,N., Ishii, T., Ishimori, R., Ito, H., Ivanov, D., Jeong, H.M.,

Y., Hayashida, N., Hibino, K., Honda, K., Ikeda, D., Inoue,

Jeong, S., Jui, C.C.H., Kadota, K., Kakimoto, F., Kalashev,N., Ishii, T., Ishimori, R., Ito, H., Ivanov, D., Jeong, H.M.,

O., Kasahara, K., Kawai, H., Kawakami, S., Kawana, S.,

Jeong, S., Jui, C.C.H., Kadota, K., Kakimoto, F., Kalashev,

Kawata, K., Kido, E., Kim, H.B., Kim, J.H., Kim, J.H.,

O., Kasahara, K., Kawai, H., Kawakami, S., Kawana, S.,

Kishigami, S., Kitamura, S., Kitamura, Y., Kuzmin, V.,

Kawata, K., Kido, E., Kim, H.B., Kim, J.H., Kim, J.H.,

Kuznetsov, M., Kwon, Y.J., Lee, K.H., Lubsandorzhiev, B.,

Kishigami, S., Kitamura, S., Kitamura, Y., Kuzmin, V.,

Lundquist, J.P., Machida, K., Martens, K., Matsuyama, T.,

Kuznetsov, M., Kwon, Y.J., Lee, K.H., Lubsandorzhiev, B.,

Matthews, J.N., Mayta, R., Minamino, M., Mukai, K.,

Lundquist, J.P., Machida, K., Martens, K., Matsuyama, T.,

Myers, I., Nagasawa, K., Nagataki, S., Nakamura, R.,

Matthews, J.N., Mayta, R., Minamino, M., Mukai, K.,

Nakamura, T., Nonaka, T., Oda, H., Ogio, S., Ogura, J.,

Myers, I., Nagasawa, K., Nagataki, S., Nakamura, R.,

Ohnishi, M., Ohoka, H., Okuda, T., Omura, Y., Ono, M.,

Nakamura, T., Nonaka, T., Oda, H., Ogio, S., Ogura, J.,

Onogi, R., Oshima, A., Ozawa, S., Park, I.H., Pshirkov,

Ohnishi, M., Ohoka, H., Okuda, T., Omura, Y., Ono, M.,

M.S., Remington, J., Rodriguez, D.C., Rubtsov, G., Ryu,

Onogi, R., Oshima, A., Ozawa, S., Park, I.H., Piskunov,

D., Sagawa, H., Sahara, R., Saito, K., Saito, Y., Sakaki, N.,

M.S., Pshirkov, M.S., Remington, J., Rodriguez, D.C.,

Sakurai, N., Scott, L.M., Seki, T., Sekino, K., Shah, P.D.,

Rubtsov, G., Ryu, D., Sagawa, H., Sahara, R., Saito, K.,

Shibata, F., Shibata, T., Shimodaira, H., Shin, B.K., Shin,

Saito, Y., Sakaki, N., Sakurai, N., Scott, L.M., Seki, T.,

H.S., Smith, J.D., Sokolsky, P., Stokes, B.T., Stratton, S.R.,

Sekino, K., Shah, P.D., Shibata, F., Shibata, T.,

Stroman, T.A., Suzawa, T., Takagi, Y., Takahashi, Y.,

Shimodaira, H., Shin, B.K., Shin, H.S., Smith, J.D.,

Takamura, M., Takeda, M., Takeishi, R., Taketa, A., Takita,

Sokolsky, P., Stokes, B.T., Stratton, S.R., Stroman, T.A.,

M., Tameda, Y., Tanaka, H., Tanaka, K., Tanaka, M.,

Suzawa, T., Takagi, Y., Takahashi, Y., Takamura, M.,

Thomas, S.B., Thomson, G.B., Tinyakov, P., Tkachev, I.,

Takeda, M., Takeishi, R., Taketa, A., Takita, M., Tameda,

Tokuno, H., Tomida, T., Troitsky, S., Tsunesada, Y.,

Y., Tanaka, H., Tanaka, K., Tanaka, M., Thomas, S.B.,

Tsutsumi, K., Uchihori, Y., Udo, S., Urban, F., Wong, T.,Thomson, G.B., Tinyakov, P., Tkachev, I., Tokuno, H.,

Yamamoto, M., Yamane, R., Yamaoka, H., Yamazaki, K.,

Tomida, T., Troitsky, S., Tsunesada, Y., Tsutsumi, K.,

Yang, J., Yashiro, K., Yoneda, Y., Yoshida, S., Yoshii, H.,

Uchihori, Y., Udo, S., Urban, F., Wong, T., Yada, K.,

Zhezher, Y., Zundel, Z.,"Testing a Reported Correlation

─ 128 ─

between Arrival Directions of Ultra-high-energy Cosmic

Stratton, S.R., Stroman, T.A., Suzawa, T., Takagi, Y.,

Rays and a Flux Pattern from nearby Starburst Galaxies

Takahashi, Y., Takamura, M., Takeda, M., Takeishi, R.,

using Telescope Array Data",(2018) Astrophysical Journal

Taketa, A., Takita, M., Tameda, Y., Tanaka, H., Tanaka, K.,

Letters,

Tanaka, M., Thomas, S.B., Thomson, G.B., Tinyakov, P.,

867

(2),

art.

no.

L27,DOI:

10.3847/2041-8213/aaebf9

Tkachev, I., Tokuno, H., Tomida, T., Troitsky, S.,

6.Watanabe, T., Kano, D., Enomoto, R., Muraishi, H.,

Tsunesada, Y., Tsutsumi, K., Uchihori, Y., Udo, S., Urban,

Wakamatsu, R., Katagiri, H., Kagaya, M., Kondo, R.,

F., Wong, T., Yamamoto, M., Yamane, R., Yamaoka, H.,

Fukushi, M., Hosokawa, S., Takeda, T., Tanaka, M.M.,

Yamazaki, K., Yang, J., Yashiro, K., Yoneda, Y., Yoshida,

Uchida, T., Nakagami, Y.,"Remote measurement ofS., Yoshii, H., Zhezher, Y., Zundel, Z.,"The Cosmic Ray

urinary radioactivity in 18 F-FDG PET patients using

Energy Spectrum between 2 PeV and 2 EeV Observed

Compton camera for accuracy evaluation of standardized

with the TALE Detector in Monocular Mode",(2018)uptake value",(2018) Biomedical Physics and Engineering

Astrophysical Journal,

Express,

10.3847/1538-4357/aada05

4

(6),

art.

no.

065029,DOI:

865 (1),

art.

no.

74,DOI:

10.1088/2057-1976/aae6b8

9.Shimaoka, T., Koizumi, S., Tanaka, M.M.,"Diamond

7.Katagiri, H., Satoh, W., Enomoto, R., Wakamatsu, R.,

photovoltaic radiation sensor using pn junction",(2018)

Watanabe, T., Muraishi, H., Kagaya, M., Tanaka, S., Wada,

Applied Physics Letters, 113 (9), art. no. 093504,DOI:

K., Tanaka, M., Uchida, T.,"Development of an all-sky

10.1063/1.5034413

gamma-ray Compton camera based on scintillators for

10.Abbasi, R.U., Abe, M., Abu-Zayyad, T., Allen, M.,

high-dose environments",(2018) Journal of Nuclear

Azuma, R., Barcikowski, E., Belz, J.W., Bergman, D.R.,

Science and Technology, 55 (10), pp. 1172-1179. DOI:

Blake, S.A., Cady, R., Cheon, B.G., Chiba, J., Chikawa,

10.1080/00223131.2018.1485598

M., Matteo, A.D., Fujii, T., Fujita, K., Fukushima, M.,

8.Abbasi, R.U., Abe, M., Abu-Zayyad, T., Allen, M.,

Furlich, G., Goto, T., Hanlon, W., Hayashi, M., Hayashi,

Azuma, R., Barcikowski, E., Belz, J.W., Bergman, D.R.,

Y., Hayashida, N., Hibino, K., Honda, K., Ikeda, D., Inoue,

Blake, S.A., Cady, R., Cheon, B.G., Chiba, J., Chikawa,N., Ishii, T., Ishimori, R., Ito, H., Ivanov, D., Jeong, H.M.,

M., Di Matteo, A., Fujii, T., Fujita, K., Fukushima, M.,

Jeong, S., Jui, C.C.H., Kadota, K., Kakimoto, F., Kalashev,

Furlich, G., Goto, T., Hanlon, W., Hayashi, M., Hayashi,O., Kasahara, K., Kawai, H., Kawakami, S., Kawana, S.,

Y., Hayashida, N., Hibino, K., Honda, K., Ikeda, D., Inoue,

Kawata, K., Kido, E., Kim, H.B., Kim, J.H., Kim, J.H.,

N., Ishii, T., Ishimori, R., Ito, H., Ivanov, D., Jeong, H.M.,

Kishigami, S., Kitamura, S., Kitamura, Y., Kuzmin, V.,

Jeong, S.M., Jui, C.C.H., Kadota, K., Kakimoto, F.,

Kuznetsov, M., Kwon, Y.J., Lee, K.H., Lubsandorzhiev, B.,

Kalashev, O., Kasahara, K., Kawai, H., Kawakami, S.,

Lundquist, J.P., Machida, K., Martens, K., Matsuyama, T.,

Kawana, S., Kawata, K., Kido, E., Kim, H.B., Kim, J.H.,

Matthews, J.N., Mayta, R., Minamino, M., Mukai, K.,

Kim, J.H., Kishigami, S., Kitamura, S., Kitamura, Y.,

Myers, I., Nagasawa, K., Nagataki, S., Nakamura, R.,

Kuzmin, V., Kuznetsov, M., Kwon, Y.J., Lee, K.H.,

Nakamura, T., Nonaka, T., Nozato, A., Oda, H., Ogio, S.,

Lubsandorzhiev, B., Lundquist, J.P., Machida, K., Martens,

Ogura, J., Ohnishi, M., Ohoka, H., Okuda, T., Omura, Y.,

K., Matsuyama, T., Matthews, J.N., Mayta, R., Minamino,

Ono, M., Onogi, R., Oshima, A., Ozawa, S., Park, I.H.,

M., Mukai, K., Myers, I., Nagasawa, K., Nagataki, S.,

Pshirkov, M.S., Rodriguez, D.C., Rubtsov, G., Ryu, D.,

Nakamura, R., Nakamura, T., Nonaka, T., Nozato, A., Oda,

Sagawa, H., Sahara, R., Saito, K., Saito, Y., Sakaki, N.,

H., Ogio, S., Ogura, J., Ohnishi, M., Ohoka, H., Okuda, T.,

Sakurai, N., Scott, L.M., Seki, T., Sekino, K., Shah, P.D.,

Omura, Y., Ono, M., Onogi, R., Oshima, A., Ozawa, S.,

Shibata, F., Shibata, T., Shimodaira, H., Shin, B.K., Shin,

Park, I.H., Pshirkov, M.S., Rodriguez, D.C., Rubtsov, G.,

H.S., Smith, J.D., Sokolsky, P., Stokes, B.T., Stratton, S.R.,

Ryu, D., Sagawa, H., Sahara, R., Saito, K., Saito, Y.,

Stroman, T.A., Suzawa, T., Takagi, Y., Takahashi, Y.,

Sakaki, N., Sakurai, N., Scott, L.M., Seki, T., Sekino, K.,

Takamura, M., Takeishi, R., Taketa, A., Takita, M.,

Shah, P.D., Shibata, F., Shibata, T., Shimodaira, H., Shin,

Tameda, Y., Tanaka, H., Tanaka, K., Tanaka, M., Thomas,

B.K., Shin, H.S., Smith, J.D., Sokolsky, P., Stokes, B.T.,

S.B., Thomson, G.B., Tinyakov, P., Tkachev, I., Tokuno,

─ 129 ─

H., Tomida, T., Troitsky, S., Tsunesada, Y., Tsutsumi, K.,

M., Di Matteo, A., Fujii, T., Fujita, K., Fukushima, M.,

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Furlich, G., Goto, T., Hanlon, W., Hayashi, M., Hayashi,

Yamane, R., Yamaoka, H., Yamazaki, K., Yang, J., Yashiro,Y., Hayashida, N., Hibino, K., Honda, K., Ikeda, D., Inoue,K., Yoneda, Y., Yoshida, S., Yoshii, H., Zhezher, Y.,

N., Ishii, T., Ishimori, R., Ito, H., Ivanov, D., Jeong, H.M.,

Zundel,EnergyJeong, S., Jui, C.C.H., Kadota, K., Kakimoto, F., Kalashev,

Spectrum Anisotropy of Cosmic Rays e ≥ 10 19.2 eV withO., Kasahara, K., Kawai, H., Kawakami, S., Kawana, S.,

theKawata, K., Kido, E., Kim, H.B., Kim, J.H., Kim, J.H.,

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Telescope

of

Array

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Surface862 (2),Detector",(2018)
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91,DOI:

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E., Belz, J.W., Bergman, D.R., Blake, S.A., Byrne, M.,

Matthews, J.N., Mayta, R., Minamino, M., Mukai, K.,

Cady, R., Cheon, B.G., Chiba, J., Chikawa, M., Fujii, T.,

Myers, I., Nagasawa, K., Nagataki, S., Nakamura, R.,

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Nakamura, T., Nonaka, T., Oda, H., Ogio, S., Ogura, J.,

Hayashi, Y., Hayashida, N., Hibino, K., Honda, K., Ikeda,

Ohnishi, M., Ohoka, H., Okuda, T., Omura, Y., Ono, M.,

D., Inoue, N., Ishii, T., Ito, H., Ivanov, D., Jeong, S., Jui,

Onogi, R., Oshima, A., Ozawa, S., Park, I.H., Pshirkov,

C.C.H., Kadota, K., Kakimoto, F., Kalashev, O., Kasahara,

M.S., Remington, J., Rodriguez, D.C., Rubtsov, G., Ryu,

K., Kawai, H., Kawakami, S., Kawata, K., Kido, E., Kim,

D., Sagawa, H., Sahara, R., Saito, K., Saito, Y., Sakaki, N.,

H.B., Kim, J.H., Kim, J.H., Kishigami, S.S., Krehbiel,

Sakurai, N., Scott, L.M., Seki, T., Sekino, K., Shah, P.D.,

P.R., Kuzmin, V., Kwon, Y.J., Lan, J., LeVon, R.,

Shibata, F., Shibata, T., Shimodaira, H., Shin, B.K., Shin,

Lundquist, J.P., Machida, K., Martens, K., Matuyama, T.,

H.S., Smith, J.D., Sokolsky, P., Stokes, B.T., Stratton, S.R.,

Matthews, J.N., Minamino, M., Mukai, K., Myers, I.,

Stroman, T.A., Suzawa, T., Takagi, Y., Takahashi, Y.,

Nagataki, S., Nakamura, R., Nakamura, T., Nonaka, T.,

Takamura, M., Takeda, M., Takeishi, R., Taketa, A., Takita,Ogio, S., Ohnishi, M., Ohoka, H., Oki, K., Okuda, T., Ono,

M., Tameda, Y., Tanaka, H., Tanaka, K., Tanaka, M.,

M., Onogi, R., Oshima, A., Ozawa, S., Park, I.H.,

Thomas, S.B., Thomson, G.B., Tinyakov, P., Tkachev, I.,

Pshirkov, M.S., Remington, J., Rison, W., Rodeheffer, D.,

Tokuno, H., Tomida, T., Troitsky, S., Tsunesada, Y.,

Rodriguez, D.C., Rubtsov, G., Ryu, D., Sagawa, H., Saito,

Tsutsumi, K., Uchihori, Y., Udo, S., Urban, F., Wong, T.,

K., Sakaki, N., Sakurai, N., Seki, T., Sekino, K., Shah,Yamamoto, M., Yamane, R., Yamaoka, H., Yamazaki, K.,

P.D., Shibata, F., Shibata, T., Shimodaira, H., Shin, B.K.,

Yang, J., Yashiro, K., Yoneda, Y., Yoshida, S., Yoshii, H.,

Shin, H.S., Smith, J.D., Sokolsky, P., Springer, R.W.,

Zhezher, Y., Zundel, Z.,"Study of muons from ultrahigh

Stokes, B.T., Stroman, T.A., Takai, H., Takeda, M.,energy cosmic ray air showers measured with theTakeishi, R., Taketa, A., Takita, M., Tameda, Y., Tanaka,

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H., Tanaka, K., Tanaka, M., Thomas, R.J., Thomas, S.B.,

98

Thomson, G.B., Tinyakov, P., Tkachev, I., Tokuno, H.,

10.1103/PhysRevD.98.022002

Tomida, T., Troitsky, S., Tsunesada, Y., Uchihori, Y., Udo,

13.Abbasi, R.U., Abe, M., Abu-Zayyad, T., Allen, M.,

S., Urban, F., Vasiloff, G., Wong, T., Yamamoto, M.,

Azuma, R., Barcikowski, E., Belz, J.W., Bergman, D.R.,

Yamane, R., Yamaoka, H., Yamazaki, K., Yang, J., Yashiro,

Blake, S.A., Cady, R., Cheon, B.G., Chiba, J., Chikawa,K., Yoneda, Y., Yoshida, S., Yoshii, H., Zundel,M., Di Matteo, A., Fujii, T., Fujita, K., Fukushima, M.,

Z.,"Gamma Ray Showers Observed at Ground Level in

Furlich, G., Goto, T., Hanlon, W., Hayashi, M., Hayashi,

Coincidence With Downward Lightning Leaders",(2018)

Y., Hayashida, N., Hibino, K., Honda, K., Ikeda, D., Inoue,

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Jeong, S.M., Jui, C.C.H., Kadota, K., Kakimoto, F.,

12.Abbasi, R.U., Abe, M., Abu-Zayyad, T., Allen, M.,

Kalashev, O., Kasahara, K., Kawai, H., Kawakami, S.,

Azuma, R., Barcikowski, E., Belz, J.W., Bergman, D.R.,

Kawana, S., Kawata, K., Kido, E., Kim, H.B., Kim, J.H.,

Blake, S.A., Cady, R., Cheon, B.G., Chiba, J., Chikawa,

Kim, J.H., Kishigami, S., Kitamura, S., Kitamura, Y.,─ 130 ─

(2),

art.

no.

022002,DOI:Kuzmin, V., Kuznetsov, M., Kwon, Y.J., Lee, K.H.,

16.Akiyama, M., He, W., Ikeda, H., Niida, M., Nagao, T.,

Lubsandorzhiev, B., Lundquist, J.P., Machida, K., Martens,

Bosch, J., Coupon, J., Enoki, M., Imanishi, M.,

K., Matsuyama, T., Matthews, J.N., Mayta, R., Minamino,

Kashikawa, N., Kawaguchi, T., Komiyama, Y., Lee, C.-H.,

M., Mukai, K., Myers, I., Nagasawa, K., Nagataki, S.,

Matsuoka, Y., Miyazaki, S., Nishizawa, A.J., Oguri, M.,

Nakamura, R., Nakamura, T., Nonaka, T., Oda, H., Ogio,

Ono, Y., Onoue, M., Ouchi, M., Schulze, A., Silverman,

S., Ogura, J., Ohnishi, M., Ohoka, H., Okuda, T., Omura,

J.D., Tanaka, M.M., Tanaka, M., Terashima, Y., Toba, Y.,

Y., Ono, M., Onogi, R., Oshima, A., Ozawa, S., Park, I.H.,

Ueda, Y.,"The quasar luminosity function at redshift 4

Pshirkov, M.S., Rodriguez, D.C., Rubtsov, G., Ryu, D.,with the Hyper Suprime-Cam Wide Survey",(2018)

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no. S34,DOI: 10.1093/pasj/psx091

Shibata, F., Shibata, T., Shimodaira, H., Shin, B.K., Shin,

17.He, W., Akiyama, M., Bosch, J., Enoki, M., Harikane, Y.,

H.S., Smith, J.D., Sokolsky, P., Stokes, B.T., Stratton, S.R.,

Ikeda, H., Kashikawa, N., Kawaguchi, T., Komiyama, Y.,

Stroman, T.A., Suzawa, T., Takagi, Y., Takahashi, Y.,

Lee, C.-H., Matsuoka, Y., Miyazaki, S., Nagao, T.,

Takamura, M., Takeda, M., Takeishi, R., Taketa, A., Takita,

Nagashima, M., Niida, M., Nishizawa, A.J., Oguri, M.,

M., Tameda, Y., Tanaka, H., Tanaka, K., Tanaka, M.,

Onoue, M., Oogi, T., Ouchi, M., Schulze, A., Shirasaki, Y.,

Thomas, S.B., Thomson, G.B., Tinyakov, P., Tkachev, I.,

Silverman, J.D., Tanaka, M.M., Tanaka, M., Toba, Y.,

Tokuno, H., Tomida, T., Troitsky, S., Tsunesada, Y.,

Uchiyama, H., Yamashita, T.,"Clustering of quasars in a

Tsutsumi, K., Uchihori, Y., Udo, S., Urban, F., Wong, T.,

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Yamamoto, M., Yamane, R., Yamaoka, H., Yamazaki, K.,

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the Astronomical Society of Japan, 70, art. no. S33,DOI:

Zhezher, Y., Zundel, Z.,"Depth of Ultra High Energy

10.1093/pasj/psx129

Cosmic Ray Induced Air Shower Maxima Measured by

18.Miyaoka, K., Okabe, N., Kitaguchi, T., Oguri, M.,

the Telescope Array Black Rock and Long Ridge FADC

Fukazawa, Y., Mandelbaum, R., Medezinski, E., Babazaki,

Fluorescence Detectors and Surface Array in HybridY., Nishizawa, A.J., Hamana, T., Lin, Y.-T., Akamatsu, H.,

Mode",(2018) Astrophysical Journal, 858 (2), art. no.

Chiu, I.-N., Fujita, Y., Ichinohe, Y., Komiyama, Y., Sasaki,

76,DOI: 10.3847/1538-4357/aabad7

T., Takizawa, M., Ueda, S., Umetsu, K., Coupon, J.,

14.Watanabe, T., Enomoto, R., Muraishi, H., Katagiri, H.,

Hikage, C., Hoshino, A., Leauthaud, A., Matsushita, K.,

Kagaya, M., Fukushi, M., Kano, D., Satoh, W., Takeda, T.,

Mitsuishi, I., Miyatake, H., Miyazaki, S., More, S.,

Tanaka, M.M., Tanaka, S., Uchida, T., Wada, K.,

Nakazawa, K., Ota, N., Sato, K., Spergel, D., Tamura, T.,

Wakamatsu, R.,"Development of an omnidirectional

Tanaka, M., Tanaka, M.M., Utsumi, Y.,"Erratum to:

gamma-rayfor

Multiwavelength study of X-ray luminous clusters in themonitoring",(2018)

Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program S16A

Japanese Journal of Applied Physics, 57 (2), art. no.

field",(2018) Publications of the Astronomical Society of026401,DOI: 10.7567/JJAP.57.026401

Japan, 70 (3), art. no. 024,DOI: 10.1093/pasj/psy024

15.Oguri, M., Lin, Y.-T., Lin, S.-C., Nishizawa, A.J., More,

19.Miyaoka, K., Okabe, N., Kitaguchi, T., Oguri, M.,

A., More, S., Hsieh, B.-C., Medezinski, E., Miyatake, H.,

Fukazawa, Y., Mandelbaum, R., Medezinski, E., Babazaki,

Jian, H.-Y., Lin, L., Takada, M., Okabe, N., Speagle, J.S.,

Y., Nishizawa, A.J., Hamana, T., Lin, Y.-T., Akamatsu, H.,

Coupon, J., Leauthaud, A., Lupton, R.H., Miyazaki, S.,

Chiu, I.-N., Fujita, Y., Ichinohe, Y., Komiyama, Y., Sasaki,

Price, P.A., Tanaka, M., Chiu, I.-N., Komiyama, Y., Okura,T., Takizawa, M., Ueda, S., Umetsu, K., Coupon, J.,

Y., Tanaka, M.M., Usuda, T.,"An optically-selected cluster

Hikage, C., Hoshino, A., Leauthaud, A., Matsushita, K.,

catalog at redshift 0.1 < z < 1.1 from the Hyper

Mitsuishi, I., Miyatake, H., Miyazaki, S., More, S.,

Suprime-Cam

S16A

Nakazawa, K., Ota, N., Sato, K., Spergel, D., Tamura, T.,

data",(2018) Publications of the Astronomical Society of

Tanaka, M., Tanaka, M.M., Utsumi, Y.,"Multiwavelength

Japan, 70, art. no. S20,DOI: 10.1093/pasj/psx042

study of X-ray luminous clusters in the Hyperimaging

low-radiation-level

Comptonenvironmental

SubaruStrategic

cameraProgram─ 131 ─S16A

N., Ono, Y., Onodera, M., Onoue, M., Ouchi, M., Pyo,

field",(2018) Publications of the Astronomical Society ofT.-S., Shibuya, T., Shimasaku, K., Simet, M., Speagle, J.,

Suprime-Cam

SubaruStrategic

ProgramJapan, 70, art. no. S22,DOI: 10.1093/pasj/psx132

Spergel, D.N., Strauss, M.A., Sugahara, Y., Sugiyama, N.,

20.Miyazaki, S., Komiyama, Y., Kawanomoto, S., Doi, Y.,

Suto, Y., Suzuki, N., Tait, P.J., Takada, M., Terai, T., Toba,

Furusawa, H., Hamana, T., Hayashi, Y., Ikeda, H., Kamata,Y., Turner, E.L., Uchiyama, H., Umetsu, K., Urata, Y.,

Y., Karoji, H., Koike, M., Kurakami, T., Miyama, S.,

Usuda, T., Yeh, S., Yuma, S.,"First data release of the

Morokuma, T., Nakata, F., Namikawa, K., Nakaya, H.,

Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program",(2018)

Nariai, K., Obuchi, Y., Oishi, Y., Okada, N., Okura, Y.,

Publications of the Astronomical Society of Japan, 70

Tait, P., Takata, T., Tanaka, Y., Tanaka, M., Terai, T.,(Special Issue 1), art. no. S8,DOI: 10.1093/pasj/psx081

Tomono, D., Uraguchi, F., Usuda, T., Utsumi, Y., Yamada,

22.Aihara, H., Arimoto, N., Armstrong, R., Arnouts, S.,

Y., Yamanoi, H., Aihara, H., Fujimori, H., Mineo, S.,

Bahcall, N.A., Bickerton, S., Bosch, J., Bundy, K., Capak,

Miyatake, H., Oguri, M., Uchida, T., Tanaka, M.M.,

P.L., Chan, J.H.H., Chiba, M., Coupon, J., Egami, E.,

Yasuda, N., Takada, M., Murayama, H., Nishizawa, A.J.,

Enoki, M., Finet, F., Fujimori, H., Fujimoto, S., Furusawa,

Sugiyama, N., Chiba, M., Futamase, T., Wang, S.-Y., Chen,

H., Furusawa, J., Goto, T., Goulding, A., Greco, J.P.,

H.-Y., Ho, P.T.P., Liaw, E.J.Y., Chiu, C.-F., Ho, C.-L., Lai,

Greene, J.E., Gunn, J.E., Hamana, T., Harikane, Y.,

T.-C., Lee, Y.-C., Jeng, D.-Z., Iwamura, S., Armstrong, R.,

Hashimoto, Y., Hattori, T., Hayashi, M., Hayashi, Y.,

Bickerton, S., Bosch, J., Gunn, J.E., Lupton, R.H., Loomis,

Hełminiak, K.G., Higuchi, R., Hikage, C., Ho, P.T.P.,

C., Price, P., Smith, S., Strauss, M.A., Turner, E.L., Suzuki,

Hsieh, B.-C., Huang, K., Huang, S., Ikeda, H., Imanishi,

H., Miyazaki, Y., Muramatsu, M., Yamamoto, K., Endo,

M., Inoue, A.K., Iwasawa, K., Iwata, I., Jaelani, A.T., Jian,M., Ezaki, Y., Ito, N., Kawaguchi, N., Sofuku, S., Taniike,

H.-Y., Kamata, Y., Karoji, H., Kashikawa, N., Katayama,T., Akutsu, K., Dojo, N., Kasumi, K., Matsuda, T., Imoto,N., Kawanomoto, S., Kayo, I., Koda, J., Koike, M.,

K., Miwa, Y., Suzuki, M., Takeshi, K., Yokota, H.,"Hyper

Kojima, T., Komiyama, Y., Konno, A., Koshida, S.,

Suprime-Cam: System design and verification of image

Koyama, Y., Kusakabe, H., Leauthaud, A., Lee, C.-H., Lin,

quality",(2018) Publications of the Astronomical Society

L., Lin, Y.-T., Lupton, R.H., Mandelbaum, R., Matsuoka,

of Japan, 70, art. no. S1,DOI: 10.1093/pasj/psx063

Y., Medezinski, E., Mineo, S., Miyama, S., Miyatake, H.,

21.Aihara, H., Armstrong, R., Bickerton, S., Bosch, J.,

Miyazaki, S., Momose, R., More, A., More, S., Moritani,

Coupon, J., Furusawa, H., Hayashi, Y., Ikeda, H., Kamata,Y., Oriya, T.J.M., Morokuma, T., Mukae, S., Murata, R.,

Y., Karoji, H., Kawanomoto, S., Koike, M., Komiyama, Y.,

Murayama, H., Nagao, T., Nakata, F., Niida, M., Niikura,Lang, D., Lupton, R.H., Mineo, S., Miyatake, H.,

H., Nishizawa, A.J., Obuchi, Y., Oguri, M., Oishi, Y.,

Miyazaki, S., Morokuma, T., Obuchi, Y., Oishi, Y., Okura,

Okabe, N., Okamoto, S., Okura, Y., Ono, Y., Onodera, M.,

Y., Price, P.A., Takata, T., Tanaka, M.M., Tanaka, M.,

Onoue, M., Osato, K., Ouchi, M., Price, P.A., Pyo, T.-S.,

Tanaka, Y., Uchida, T., Uraguchi, F., Utsumi, Y., Wang,

Sako, M., Sawicki, M., Shibuya, T., Shimasaku, K.,

S.-Y., Yamada, Y., Yamanoi, H., Yasuda, N., Arimoto, N.,

Shimono, A., Shirasaki, M., Silverman, J.D., Simet, M.,

Chiba, M., Finet, F., Fujimori, H., Fujimoto, S., Furusawa,Speagle, J., Spergel, D.N., Strauss, M.A., Sugahara, Y.,

J., Goto, T., Goulding, A., Gunn, J.E., Harikane, Y.,

Sugiyama, N., Suto, Y., Suyu, S.H., Suzuki, N., Tait, P.J.,

Hattori, T., Hayashi, M., Helminiak, K.G., Higuchi, R.,

Takada, M., Takata, T., Tamura, N., Tanaka, M.M., Tanaka,

Hikage, C., Ho, P.T.P., Hsieh, B.-C., Huang, K., Huang, S.,

M., Tanaka, M., Tanaka, Y., Terai, T., Terashima, Y., Toba,

Imanishi, M., Iwata, I., Jaelani, A.T., Jian, H.-Y.,

Y., Tominaga, N., Toshikawa, J., Turner, E.L., Uchida, T.,

Kashikawa, N., Katayama, N., Kojima, T., Konno, A.,

Uchiyama, H., Umetsu, K., Uraguchi, F., Urata, Y.J.,

Koshida, S., Kusakabe, H., Leauthaud, A., Lee, C.-H., Lin,

Usuda, T., Utsumi, Y., Wang, S.-Y., Wang, W.-H., Wong,

L., Lin, Y.-T., Mandelbaum, R., Matsuoka, Y., Medezinski,

K.C., Yabe, K., Yamada, Y., Yamanoi, H., Yasuda, N., Yeh,E., Miyama, S., Momose, R., More, A., More, S., Mukae,S., Yonehara, A., Yuma, S.,"The Hyper Suprime-Cam SSP

S., Murata, R., Murayama, H., Nagao, T., Nakata, F.,survey: Overview and survey design",(2018) Publications

Niida, M., Niikura, H., Nishizawa, A.J., Oguri, M., Okabe,of the Astronomical Society of Japan, 70 (Special Issue 1),

─ 132 ─

art. no. S4,DOI: 10.1093/pasj/psx066＜学会発表＞
国際会議
1.

Takehiro Shimaoka, Satoshi Koizumi, Manobu Tanaka,“Charge transport characteristic in diamond pn
diodes”, 12th New Diamond and Nano Carbon
conference (NDNC 2018), Flagstaff, Arizona, 2018/
5/20-24.

2.

M. J. KholiliA, B, A. HaraA, B, T. ShimaokaC, T.
KishishitaB, S. KoizumiC, A. TraoréD, E, T. MakinoD,
S. YamasakiD, Y. FujiiB, H. NishiguchiB, M. M.
Tanaka,” New Type of Diamond Particle Detector
TCAD Simulation”, International Symposium on
Radiation Detectors and Their Uses (ISRD2018),
January 23-26, 2018 in KEK

国内会議
1.

M. J. KholiliA, B, A. HaraA, B, T. ShimaokaC, T.
KishishitaB, S. KoizumiC, A. TraoréD, E, T. MakinoD,
S. YamasakiD, Y. FujiiB, H. NishiguchiB, M. M.
Tanaka ， "Comparison of Experimental Data and
TCAD

SimulationofDiamond-Based

Particle

Detector and Proposal of 3D-Contact Diamond
Detector",JPS Autumn Meeting. Shinshu University
Sept 14-17, 2018

招待講演
1.

田中真伸,“センサーの性能を引き出す高集積化技術”,物質構造科学研究所研究会：量子ビームによる物質生命科学のための検出器開発,高エネルギ
ー加速器研究機構,つくば,2018 年 1 月 17 日

2.

田中真伸，“加速器科学における計測制御システ
ムのトレンドと半導体技術”, DAFS(日本半導体商社協会)新技術・応用研究委員会，高エネルギー加速器研究機構，つくば，2018 年 3 月 2 日．

─ 133 ─

4.2

競争的資金獲得状況

4.2

競争的資金獲得状況（平成 30 年度）

研究者

予算区分

種目

中村潤児

受託研究

NEDO 超先端材料
超高速開発基盤技
術プロジェクト

中村潤児
中村潤児
中村潤児

科学研究費
補助金
科学研究費
補助金
科学研究費
補助金

基盤研究(A)特別研究員奨励費
特別研究員奨励費

中村潤児

助成金

TIA かけはし

武安光太郎

助成金

筑波大学研究基盤
支援プログラム A

神原貴樹
神原貴樹

科学研究費
補助金
科学研究費
補助金

基盤研究(B)
挑戦的研究
(萌芽)

神原貴樹

共同研究

三菱瓦斯化学㈱

神原貴樹

受託事業費

神原貴樹

共同研究

ＪＳＲ㈱
東京工業大学（物質・デバイス領
域共同研究拠点）

神原貴樹
桑原純平
桑原純平
桑原純平

つくば産学
連携強化プ
ロジェクト
科学研究費
補助金
科学研究費
補助金
共同研究

合わせ技ファンド
新学術領域研究
基盤研究(C)
日立化成（株）

鍋島達弥

つくば産学
連携強化プ
ロジェクト
科学研究費
補助金
科学研究費
補助金
科学研究費
補助金
科学研究費
補助金
科学研究費
補助金
寄付金

研究活動スタート
支援
Nanoview(株)

鍋島達弥

助成金

三菱財団

桑原純平
鍋島達弥
鍋島達弥
中村貴志
中村貴志
松岡亮太

合わせ技ファンド
基盤研究(B)
基盤研究(A)
新学術領域研究
若手研究(B)

研

究

課

題

予算額
(千円)

バイオマス原料の機能性化成品化

1,000

窒素ドープカーボン触媒の機能解明とボトムアップ合成
3D グラフェンおよび非金属ナノ粒子からなる白金フリー燃料電池電極触媒
二酸化炭素の還元によるグリーン燃料製造のための不均一系電極触媒の開発
白金フリー燃料電池カーボン触媒イノベー
ション
自発的電気化学反応を利用した新規低温アルコール合成システム
繰り返し構造秩序の制御を可能にする
酸化クロスカップリング重合法の開発
分子量制御とプロック共重合を可能にする直接的アリール化重合の開発
硫黄ハイブリッドポリマーの赤外光学材料への応用
機能性色素の開発に関する学術指導8,600

藻類産生油成分からプラスチックを合成する錯体触媒に関する研究

900
200
1,500
1,000
3,400
3,800
800
300
100

簡便で環境に優しい高分子
半導体合成技術の開発

1,000

三成分連結反応を用いた
多様な π 電子系の構築
共役高分子材料の開発を加速する
効率的合成
有機 EL 用アリールアミンポリマ合成に関する研究2,000

藻類オイルと硫黄を原料とする
赤外透過材料の開発

1,000

ラセン超分子ユニットを利用した段階
的な超分子構築と機能
光機能性ポリマー球体の高次連結による光学メタマテリアルの開発
非対称化を伴う配位駆動自己集積による複雑巨大分子の構造と機能開拓
置換活性な配位サイトを集積したナノ空間の創出と特異的分子変換
可逆に剛直性が変化する金属錯体ナノ
ワイヤ・ナノシートの開発
機能性色素素材の開発
らせん型ジピリン典型元素錯体を利用した不斉情報発信分子素子の創製

5,781

─ 134 ─

1,160
600

750
2,000
1,700
1,000
891
2,346

備考

徳山科学技術振興財団
有機合成化学協会
日産化学工業研究
企画賞
野口研究所
野口遵研究助成金

中村貴志

助成金

中村貴志

助成金

中村貴志

助成金

松岡亮太

助成金

マツダ財団

松岡亮太

助成金

小笠原科学技術振
興財団

松岡亮太

助成金

稲盛財団

松岡亮太

助成金

池谷科学技術振興
財団

山本泰彦
山本泰彦
山本洋平

科学研究費
補助金
日本学術振
興会
科学研究費
補助金

基盤研究(B)
二国間交流事業共
同研究セミナー
基盤研究(A)

配位結合による分子多点認識に基づく
環状分子の波状積層体構築と機能開拓
剛直な環状骨格を有する多重修飾シク
ロデキストリンの合成と分子認識場の創出
基質が結合する配位サイトを集積した
大環状錯体の創製と特異的多量化反応
鎖の撚りあわせにより可逆に剛直性が変化する機能性ナノシートの開発
分子のねじれで可逆に機能を変えるナ
ノワイヤ・ナノシートの開発
分子鎖の撚りあわせを駆使した可変柔軟性ナノシートの創製
血液と反応して強度を増すナノ絆創膏の開発
水分子によるヘム核酸複合体の酸化触媒
作用調節機構の解明と機能設計への応用
ヘム- DNA 複合体における酸化触媒作用
発現機構の解明と新規機能性核酸の創製
光機能性ポリマー球体の高次連結による光学メタマテリアルの開発

2,000

366

山本洋平

科学研究費
補助金

国際共同研究加速基金

発光性および強誘電性ポリマーナノ粒子による新しいフォトニック結晶の構築

山本洋平

科学研究費
補助金

新学術領域研究（公募研究）

山本洋平

日本学術振
興会

２国間共同研究山本洋平

助成金

TIA かけはし

山本洋平

助成金

プレ戦略イニシア
ティブ

様々な励起プロセスを介した π 電子球体への発光閉じ込めと共鳴発光の変調
Electrically driven semiconducting polymer
whispering gallery mode lasers and its
applications in nanooptics
最先端光材料・光テクノロジー国際研究
拠点形成に向けた TIA 連携
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
ホウ素を基盤とした新規 2 次元化合物の創成
ホウ化水素シートを用いた新規触媒群
の創出

近藤剛弘
近藤剛弘

科学研究費
補助金
科学研究費
補助金

近藤剛弘

助成金

近藤剛弘

助成金

近藤剛弘

助成金

近藤剛弘

助成金

辻村清也

科学研究費
補助金

基盤研究(B)
挑戦的研究（萌芽）
公益財団法人 小笠原科学技術振興
財団 平成 30 年度
一般研究助成公益財団法人
村田学術振興財団
2018 年度研究助成
一般財団法人サムコ科学技術振興財団 平成 30 年度
第 2 回 薄膜技術に関する研究助成
公益財団法人 熊谷科学技術振興財
団 平成 30 年度熊谷研究助成表彰
研究成果最適展開
支援プログラム
(A-STEP)450

平成 29–
30 年度

2,200
1,500
1,000
1,000
1,500
2,900
2,400
6,500

3,000
1,960
1,500
500
5,720
1,950

ホウ素と硫黄で構成される新規二次元シート物質の開発とその機能評価

4,000

水素含有量で制御される新規ボロファ
ンシートの電子状態と特異的物性の解
明

2,000

ホウ化水素シート薄膜の生成とその電気的特性の評価

2,000

軽元素で構成される新しい水素貯蔵材
料の開発

1,000

バイオ燃料電池を搭載したウェアラブ
ルヘルスケアデバイスの創成

7,693

─ 135 ─平成 29–
30 年度

平成 29–
30 年度

辻村清也

科学研究費
補助金

基盤研究(B)

運動時の汗に含まれる糖・乳酸・電解質の自己駆動リアルタイムモニタリングシステム

350

辻村清也

科学研究費
補助金

基盤研究(B)

微小空間内環境制御を基軸とした酸化還元酵素の超活性化

6,100

辻村清也

科学研究費
補助金

挑戦的研究
（萌芽）

メタン生成触媒を用いた革新的バイオ
ガス生産システムの創製

500

辻村清也

科学研究費
補助金

挑戦的研究
（萌芽）

バイオ燃料電池用電極の分子デザイン

500

辻村清也

共同研究

電気化学式バイオセンサに関する研究

1,200

辻村清也

寄附金

臨床診断用酵素の電気化学的評価およ
び評価

900

辻村清也

寄附金

バイオ燃料電池の研究に対する研究助成

500

辻村清也

共同研究

微生物燃料電池高効率化のための電極修飾技術の開発

982

辻村清也

学術指導

460
フォカスシステムズ（株）
フォカスシステムズ（株）

三次電池の実装

18,200三次電池の実装を目指して

10,000

イオン注入に伴い局所構造をその構造発展の解明
モバイル発電器の科学基盤の構築と高
効率化

9,100

プレ戦略イニシア
ティブ

次世代物質・デバイス戦略開発拠点

1,000

調査研究

TIA かけはし

放射光 X 線を用いた革新的二次電池材
料の設計へ向けた調査研究

100

西堀英治

科学研究費
補助金

新学術領域研究(公募研究)

ソフトクリスタルの放射光その場構造
観測

5,070

笠井秀隆

科学研究費
補助金

若手研究

実験電子密度による層状遷移金属ダイ
カルコゲナイドの層間相互作用の研究

4,030

都倉康弘

科学研究費
補助金

基盤研究(C)

散逸を伴う量子状態制御・測定の研究

1,000

都倉康弘

受託研究

CREST-JST

光子-電子スピン量子変換理論

9,500

初貝安弘

科学研究費
補助金

基盤研究（S）

トポロジカル相でのバルク・エッジ対応の多様性と普遍性：固体物理を越えて分野横断へ

50,700

初貝安弘

科学研究費
補助金

挑戦的研究
（萌芽）

柳原英人

委託研究

JST 産学共創基礎基盤
研究プログラム

電子論に基づいたフェライト磁石の高磁気異方性化指針の確立

13,853

柳原英人

委託研究

JST ASTEP

高速スイッチング電源用パワーインダクタ開発のための講習は磁気測定装置の開発

18,200

守友

浩

共同研究

守友

浩

寄附金

守友

浩

科学研究費
補助金

基盤研究(A)

守友

浩

調査研究

TIA かけはし

守友

浩

拠点形成

丹羽秀治

750

四元数のトポロジカル相での意義の解
1,040
明への挑戦：多体問題と時間反転の破れ

─ 136 ─

柳原英人

委託研究

NEDO 次 世 代 自動車向け高効率モーター用磁性材料
技術開発

羽田真毅

科学研究費
補助金

若手研究(B)

超高速電子線回折法を用いた「水」の相転移構造ダイナミクスの直接観察

1,400

羽田真毅

科学研究費
補助金

新学術領域研究（公募研究）

テーブルトップ型超高速電子線を用いたソフト
クリスタルの光誘起現象の動画撮影

1,900

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

8,000

羽田真毅

科学研究費
補助金

特別推進研究分担

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

500

羽田真毅

科学研究費
補助金

基盤研究(B)分担

引張強度 6GPa を超える超高強度・超軽量カーボンナノチューブ紡績糸の創製

150

上殿明良

科学研究費
補助金

新学術領域研究（研究領域提案型）

陽電子消滅による結晶特異構造のキャ
リア捕獲・散乱ダイナミックスの評価

8,500

上殿明良

新ネルギ
ー・産業技
術総合開発
機構

低炭素社会を実現
する次世代パワーエレクトロニクス
プロジェクト

上殿明良

内閣府

戦略的イノベーション創造プログラ
ム（SIP）

上殿明良

内閣府

上殿明良

文科省

只野 博

科学研究費
補助金

只野 博

戦略的イノベーション創造プログラ
ム（SIP）
省エネルギー社会の実現に資する次世代半導体研究開発

レアアースを使わない新磁石の開発「FeNi 超格子磁石材料の研究開発」

5,940

研究開発項目④ ＧａＮパワーデバイス等の実用化加速技術開発（２）ＧａＮ等の新規用途開拓の推進 GaN 物性を最大限に発揮させる最適なパ
ワーデバイス構造の確立とその工業的な製造プ
ロセスに繋がる絶縁膜形成技術の研究開発
次世代パワーエレクトロニクス/GaN に関する拠点型共通基盤技術開発/GaN 縦型パワーデバイスの基盤技術開発 陽
電子消滅法による GaN パワーデバイス
プロセスの評価
構造材料の未活用情報を取得する先端計測技術開発 イオン加速器を中心とした先端計測技術開発

4,174

3,000

20,580

陽電子消滅を用いた空孔型欠陥の評価
手法の開発

10,751

基盤研究(C)

可変容量直列補償回路を用いた高効率
非接触給電システム

650

受託研究

SIP/次世代パワー
エレクトロニクス

高電圧高電力密度高効率モータ駆動回路の研究開発

8,802

岩室憲幸

受託研究

SIP/次世代パワー
エレクトロニクス（再委託）

SiC に関する拠点型共通基盤技術開発/SiC 次世代パワーエレクトロニクスの統合的研究開発

21,100

佐々木正洋

つくば産学
連携強化プ
ロジェクト

合わせ技ファンド

金属元素添加による表面改質に基づいた超高品位 4H-SiC 溶液成長法の開発

1,000

佐々木正洋

連携プログラム探索事業

TIA かけはし

非蒸発型ゲッターコーティングによる
真空排気技術の革新的展開

200

藤ノ木享英 科学研究費（梅田享英） 補助金

基盤研究(B)

ワイドギャップ半導体（SiC および GaN）MOS 界面欠陥の電子スピン共鳴分光同定

3,000

科学研究費
補助金

基盤研究(A)

炭化ケイ素半導体デバイス中の単一光子源の量子状態計測

大島武

─ 137 ─

2,000

梅田配分額

NEDO

GaN 物性を最大限に発揮させる最適なパワーデバイス構造の確立とその工業的な製造プロセスに繋がる絶縁膜形成技術の研究開発

4,800

受託研究費

NEDO「高性能・高信
頼性太陽光発電の発電コスト低減技術開発／太陽電池セル、モジュールの共通基盤技術開発」ＣＩＳ太陽電池高性能化技術の研究開発（結晶欠陥の検出と同定、欠陥密度低減化技術開発支援）

14,878

櫻井岳暁

科学研究費
補助金

基盤研究(C)

光・磁気局所解析法による有機半導体粒界
物性評価ならびに粒界エンジニアリング

650

Monirul
Islam

科学研究費
補助金

基盤研究(C)

Study of group-IVB metal doped BiVO4
thin-films for development of a highly
efficient Z-Scheme photocatalyst

1,300

奥村宏典

科学研究費
補助金

若手研究(B)

超高耐圧素子実現に向けた窒化アルミ
ニウム素子作製の基盤技術の構築

1,690

奥村宏典

助成金

TIA かけはし

高放射線耐性半導体光検出器の実現のための調査研究

100

田中真伸

科学研究費
補助金

基盤研究(B)

ダイヤモンドを用いた次世代半導体ピ
クセル検出器の開発と高性能化研究

17,680

田中真伸

産業技術総
合開発機構

英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業(戦略的原子力共同研究プロ
グラム)

先端計測技術の融合で実現する高耐放
射線燃料デブリセンサーの研究開発

43,992

田中真伸

科学研究費
補助金

基盤研究(A)

Si-APD ピクセル X 線検出器の高性能化による放射光ナノ秒連続測定

43,290清水三聡
助成金（上殿明良）

櫻井岳暁

4.3

筑波大配
分額（上殿
先生とシ
ェア）

櫻井岳暁

共同研究

研究者
中村潤児
中村潤児
中村潤児
中村潤児
中村潤児
中村潤児
中村潤児

相 手 先
期 間
南開大学（中国）
2003～現在
産業技術総合研究所 2011～現在
NIMS
2015～現在
慶應義塾大学2016～現在
東京大学
2012～現在
大阪大学
2012～現在
デュースブルク・エ
2012～現在
ッセン大学（ドイツ）

2000～現在
2010～現在

ヘムタンパク質の機能解析

東京工業大学2007～現在

神原貴樹

富山大学

2007～現在

神原貴樹
神原貴樹
鍋島達弥

物質・材料研究機構
産業技術総合研究所
Nanoview(株)長岡工業高等専門学校
奈良先端科学技術
大学院大学

2012～現在
2015～現在
2016～現在

山本泰彦

金属ナノ粒子の触媒応用
新奇有機金属錯体及び機能性高分子の開発に関する研究
高選択的分離機能性樹脂・配位子の開発に関する研究
高分子半導体のデバイス機能評価に関する研究
藻類オイルのバイオリファイナリーに関する研究
機能性色素材料の開発
化学修飾を通したヘムの電子構造調節とヘム
関連分子の研究への応用

神原貴樹

山本泰彦

内
容
金属表面での触媒反応の理論的研究
炭素系触媒の機能解析
炭素系触媒の機能解析
炭素系触媒の機能解析
メタノール合成触媒の表面科学的研究
メタノール合成触媒の表面科学的研究

─ 138 ─

備考

山本泰彦
山本泰彦
山本泰彦
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山本洋平
山岸 洋
山岸 洋
近藤剛弘
近藤剛弘
近藤剛弘

高エネルギー加速器研究機構
宮崎大学
Simon Fraser Univ.
(カナダ)
物質・材料研究機構
物質・材料研究機構
物質・材料研究機構
東京工業大学
東京工業大学
大阪大学
大阪大学
産業技術総合研究所
神奈川大学
立教大学
関西学院大学
防衛大学校
Duisburg-Essen 大学（ドイツ）
Duisburg-Essen 大学（ドイツ）
Heidelberg 大学
Leibniz 光学研究所
Eindhoven 工科大学
Malaga 大学
Strasbourg 大学
台湾国立清華大学
東京大学
大阪大学
University
CollegeLondon（英国）McGill University（カナダ）
Universidad
Autónoma de Madrid（スペイン）

2016～現在

ヘム関連分子のＸ線結晶構造解析

2016～現在

四重鎖 RNA の研究

2017～現在

機能性核酸の創製

2012〜現在
2014〜現在
2014〜現在
2014～現在
2017～現在
2012～現在
2016～現在
2015～現在
2015～現在
2016〜現在
2016〜現在
2017〜現在

ペプチド固相合成と自己組織化
高分子マイクロ球体の顕微蛍光計測
高分子マイクロディスクアレイ
π 共役デンドリマーの自己組織化
AIE ポリマーマイクロ共振器の化学センシング
高分子集合体のマイクロ波電導度測定
ドナーアクセプター分子の集合化
高分子マイクロ球体のフェムト秒分光
有機マイクロ結晶レーザー
マイクロ共振器の光スイッチング
円偏光発光分子の自己組織化
柔軟性結晶分子の光機能

2012～現在

高分子球体の顕微蛍光計測

2014～現在

金属ナノ粒子とペプチドの複合化

2017〜現在
2016〜現在
2017〜現在
2017〜現在
2017〜現在
2015〜現在
2018〜現在
2018〜現在
2018―現在

ポーラス分子集合体による化学センサー
マイクロ共振器のプラズモン効果
円偏光発光ポリマーの自己組織化
共役ポリマー集合体のラマン分光
マイクロ結晶共振器の時間分解発光特性
共役ブロックコポリマーの自己組織化
自己修復性多孔質結晶の開発
お椀状分子の開発
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2018―現在

ホウ化水素シートの電池応用に関する研究

2017―現在

メタン分子線散乱に関する研究近藤剛弘

東京工業大学

2015―現在近藤剛弘

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
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
近藤剛弘
近藤剛弘

東京工業大学
東京大学
物質･材料研究機構

2018―現在
2017―現在
2017―現在近藤剛弘

東京農工大学

2015―現在

近藤剛弘
近藤剛弘
近藤剛弘

物質･材料研究機構
物質･材料研究機構
物質･材料研究機構

2016―現在
2018―現在
2012―現在近藤剛弘

高知工科大学

2013―現在

辻村清也
辻村清也
辻村清也
辻村清也

東京理科大学
理化学研究所
群馬大学
東京農工大学2011～現在
2015～現在
2011～現在
2014～現在

硫化ホウ素シートの構造と電子状態に関する研究
ホウ化水素シートの電子状態に関する研究
ホウ化水素シートの構造と電子状態に関する研究
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
硫化ホウ素シート合成に関する研究
硫化ホウ素シートの熱電特性に関する研究
酸素分子線散乱に関する研究
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
ウェアラブルデバイスの研究開発
酸化還元酵素の開発
多孔質炭素に関する研究
酵素電極に関する研究

─ 139 ─

辻村清也
辻村清也
辻村清也
辻村清也
辻村清也
辻村清也
辻村清也
辻村清也
守友 浩
守友

浩

守友
守友
守友

浩
浩
浩

守友

浩

守友

浩

守友

浩

守友

浩

丹羽秀治
丹羽秀治
丹羽秀治
丹羽秀治
丹羽秀治
丹羽秀治
丹羽秀治
小林 航
小林 航
西堀英治
西堀英治
西堀英治

CNRS（フランス） 2016～現在
クイーンズランド
2014～現在
大学（オーストラリア）
グルノーブル・アル
2015～現在
プ大学（フランス）
佐賀大学
2016～2018
CNRS ポールパスカ
2011～現在
ル研究所（フランス）
産業技術総合研究所 2016～現在
産業技術総合研究所 2016～現在
岡山大学
2016～2018
群馬高専
H27～
高エネルギー加速
H27～
器研究機構
産業技術総合研究所 H27～
物質･材料研究機構
H27～
物質･材料研究機構
H27～
高輝度光科学研究
H27～センター
高輝度光科学研究
H27～センター
高輝度光科学研究
H27～
センター
台湾放射光
H27～
高輝度光科学研究
H27～
センター
台湾放射光
H27～
産業技術総合研究所 H28～
東京大学
H28～
高エネルギー加速H28～
器研究機構
物質･材料研究機構
H28～
量研機構
H27～
物質･材料研究機構
H27～
CRISMAT
H27～
西オーストラリア
2014～現在
大学（オーストラリア）
オーフス大学
2000～現在（デンマーク）
桂林電子科技大学
2013～現在（中国）

酵素電極に関する研究
微生物燃料電池に関する研究
分子技術を活用した酵素燃料電池に関する研究
分子技術を活用した酵素燃料電池に関する研究
レドックスポリマーに関する研究
補酵素の電気化学に関する研究
レドックスフロー電池に関する研究
分子技術を活用した酵素燃料電池に関する研究
熱発電セル
X 線吸収
熱発電セル
ナノプローブ
熱発電セル
時間分解回折X 線マイクロプローブ
EXAFS
RIXS
RIXS
RIXS
二次電池の放射光解析に関する研究
同上
同上
同上
高分解能 XAFS による二次電池材料の研究
TEM
二次電池材料
実験電子密度の解析法開発の研究
エネルギー材料の放射光を利用した構造科学研究
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

2005～現在

ドナー・アクセプター共役接合錯体の構造決
定の研究

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

日本大学

2008～現在

単成分からなる分子性金属の物理と構造相関

西堀英治

理化学研究所

2014～現在

スキルミオン結晶の圧力効果

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

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

大阪大学

2018～現在

ベイポクロミズムの放射光その場観察─ 140 ─

西堀英治

名古屋工業大学

2018～現在

ベイポクロミズムの放射光その場観察

西堀英治

関西学院大学2018～現在

多孔性金属錯体の構造決定

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

広島大学

2013〜現在

トポロジカル絶縁体の研究

初貝安弘

京都大学

2014〜現在

冷却原子系のトポロジカル現象の研究

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

羽田真毅

東京工業大学2013～2018

時間分解電子線回折装置の開発

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

2017～現在

アゾベンゼン液晶の構造ダイナミクス計測

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

上殿明良
上殿明良

東京大学
The
Max
PlanckInstitute for the Structure
and Dynamics of Matter
IMEC
SONY

2018
2018

上殿明良

ニューフレア2018

陽電子消滅法によるデバイス材料に関する研究
陽電子消滅法による半導体結晶欠陥に関する研究
陽電子消滅法による半導体デバイス材料に関する研究

つくばマテリアルリサーチ
産業技術総合研究所
日立ハイテクノロ
ジーズ
産業技術総合研究
所先進パワーエレ
クトロニクス研究センター（SiC）
産業技術総合研究
所先進パワーエレ
クトロニクス研究センター（GaN）

2018

陽電子消滅法による材料に関する研究

2018.4~2019.3

SBD 内蔵 SIC トレンチ MOSFET の研究（特別共同研究事業、及び関連する共同研究）
次世代 SEM 基盤技術の開発

羽田真毅

上殿明良
岩室憲幸
佐々木正洋
（分担）
梅田享英

梅田享英

2018〜20202011～現在

SiC-MOS 界面欠陥評価

2017～現在

GaN-MOS 界面欠陥評価

梅田享英

富士電機(株)2016～現在

GaN 欠陥評価

梅田享英

京都大学

2014～現在

SiC-MOS 界面欠陥評価

梅田享英

大阪大学

2017～現在

SiC-MOS 界面欠陥評価

梅田享英

東京工業大学2018～現在

SiC-MOS 界面欠陥研究（理論計算）

梅田享英

物質・材料研究機構

2015～2018

SiC-MOS 界面欠陥研究（理論計算）

梅田享英

物質・材料研究機構

2016～現在

ダイヤモンド欠陥評価

櫻井岳暁

プリンストン大学（アメリカ）

2015～現在

有機薄膜太陽電池界面の研究

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

ソーラーフロンテ
ィア(株)2012～現在

カルコゲン系太陽電池の欠陥の研究

櫻井岳暁

甲南大学

2017～現在

光触媒に関する研究─ 141 ─

奥村宏典
奥村宏典
奥村宏典

MIT 大学（米国）
Aalto 大学
（フィンランド）
Linkoping 大学（スウェーデン）

2016-現在

窒化アルミニウムトランジスタの作製

2016-2018

窒素極性面窒化アルミニウム結晶成長2017-現在

高濃度 Si 添加窒化アルミニウム結晶成長

奥村宏典

佐賀大学

2017-2018

酸化ガリウム高出力トランジスタの作製

奥村宏典

大阪大学

2018

窒化ガリウム・マッハツェンダ干渉計の作製

奥村宏典

産業技術総合研究所

2018-現在

高放射線耐性半導体光検出器

奥村宏典

物質・材料研究機構

2018-現在

高放射線耐性半導体光検出器

奥村宏典

高エネルギー加速器研究機構

2018-現在

高放射線耐性半導体光検出器

奥村宏典

Ａ社

2017-現在

窒化アルミニウムの高温熱処理

奥村宏典

Ｂ社

2018-現在

窒化アルミニウムへのイオン注入

奥村宏典

Ｃ社

2018-現在

酸化ガリウム大電流トランジスタの作製田中真伸

量子科学技術研究開発機構

2018～現在

ワイドバンドギャップ半導体を用いた高効率
放射線検出器の開発に関する研究

田中真伸

京都大学

2018～現在

ダイヤモンド・原子スイッチ等次世代センサ
ーエレクトロニクスデバイス基盤技術の中性子線応答に関する研究

田中真伸

山形大学

2018～現在

有機 TFT を使用した粒子線及び光検出デバイ
スの開発

田中真伸

北海道大学

2018～現在

ダイアモンドピクセル検出器の電荷収集効率向上と耐放射線に関する研究センター内連携
研究者
神原貴樹
鍋島達弥
山本洋平

相 手 先
桑原純平
安田剛（客員）
山本洋平
中村貴志
神原貴樹
桑原純平
中村潤児
近藤剛弘

期

間

内

容

2012～現在

高分子半導体のデバイス機能評価に関する研究

2015〜現在

発光性ジピリン錯体含有高分子の研究

2012～現在

共役ポリマー光共振器の開発

2014～現在

小島隆彦

山本洋平

2018〜現在

中村潤児

武安光太郎
近藤剛弘

現在

近藤剛弘

中村潤児
藤谷忠博

現在

近藤剛弘

西堀英治

現在

近藤剛弘

岡田晋

現在

西堀英治

2016〜現在
2015〜現在

ボロン新材料の構造評価に関する研究

西堀英治

鍋島達弥
近藤剛弘
中村潤児
守友浩

酸化グラフェン−ペプチド−金属ナノ粒子複合体による光触媒効果
ペプチド−金属ナノ粒子複合体の電気化学触媒特性
白金代替の燃料電池電極触媒として機能する
窒素ドープ炭素材料に関する研究、銅系触媒
表面における二酸化炭素からのメタノール合
成のメカニズムに関する研究など
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など
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
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
大型分子性物質の構造解析に関する研究

2014〜現在

羽田真毅

重田育照

2017～現在

電池材料の電子密度解析に関する研究
FLAP の構造ダイナミクス計測（実験と計算の融合研究）

山本洋平

西堀英治

─ 142 ─

備考

上殿明良
上殿明良

梅田享英

梅田享英
梅田享英
梅田享英
櫻井岳暁

4.4

櫻井岳暁
奥村宏典
産業技術総合研究所
先進パワーエレクト
ロニクス研究センター （ダイヤモンド研
究グループ）
量子科学技術研究
開発機構
大島武
磯谷順一
上殿明良
産業技術総合研究所
牧野俊晴

2018
2018

陽電子消滅による CIGS の評価
陽電子消滅による AlN の評価

2016～現在

ダイヤモンド欠陥評価

2011～現在

SiC およびダイヤモンドの照射欠陥および単一光子源の研究2017～現在
2017～現在

ダイヤモンド NV センターの研究
GaN 欠陥評価

2017～現在

ダイヤモンドの欠陥の研究

研究生等の受け入れ
受入教員

氏名・職名・学年

国籍

受け入れ期間中村潤児

Denise Rein（博士課程学生）

ドイツ

2018 年 4 月～5 月

中村潤児

Stephanie Becker（博士課程学生） ドイツ

2018 年 4 月～5 月

中村潤児

Sissy Puthenkalam（博士課程学生） ドイツ

2018 年 6 月～8 月

中村潤児

Marc Labusch（博士課程学生）

ドイツ

2018 年 6 月～8 月

神原貴樹

陳俊暉（外国人研究生）

中国

2018 年 10 月～2019 年 3 月

中国

2018.4～2019.3

中国

2018.4～2018.9

鍋島達弥
鍋島達弥

CHEN YUKAI
陳宇開ﾁﾝｳｶｲLYU JIAHAO
呂加豪ﾘｮｶｺｳ山本洋平

朱婧・研究生中国

2018 年 10 月〜2019 年 3 月

山本洋平

胡笳・研究生中国

2018 年 10 月〜2019 年 3 月

山本洋平

李怡萱・研究生中国

2018 年 10 月〜2019 年 3 月

ドイツ2018 年 4 月〜2019 年 5 月

ドイツ2018 年 11 月

山本洋平

山本洋平

Pia Eickelmann・visiting student(Univ. Duisburg- Essen)
PhD student
Zhan-Hong Lin・visiting student(Leibniz Institute of Photonic
Technology)
PhD student

辻村清也

Silvia Sato Soto

ペルー

2018/4-2023/3

辻村清也

Jannatul Morshed

バングラデシュ

2018/10-2023/3

守友浩

Arnold Haedharte Widdiarte/（外国人研究生）

インドネシア2018 年 10 月~2020 年 3 月.

守友浩

薛清龍（外国人研究生）

中国

2018 年 6 月~2020 年 3 月.

守友浩

李思奇（外国人研究生）

中国

2018 年 12 月~2020 年 3 月.

張中国2018 年 4 月～2019 年 3 月

櫻井岳暁凱（外国人研究生）

─ 143 ─備考

中国2018 年 4 月～2019 年 3 月

Irsa Zurifiqar（外国人研究生）

パキスタン

2018 年 10 月～2019 年 2 月

櫻井岳暁

Mariana Lima（外国人研究生）

ブラジル

2018 年 10 月～2019 年 3 月

櫻井岳暁

魏旭波（外国人研究生）

台湾

2017 年 10 月～2018 年 3 月

田中真伸

Li Xiaoyu ・ School of PhysicalScienceUniversity of Chinese
Academy of Science・B4

中国

2018.07.01～08.25

櫻井岳暁

何

櫻井岳暁

4.5

受
受賞者

中村潤児
今林拓海

余露（外国人研究生）

賞
賞
平成 30 年度科学技術分
野の文部科学大臣表彰
科学技術賞 研究部門
TOCAT8Poster Prize

受賞理由

受賞年月日

表面科学的手法を用いた固体触媒機能の解明に関する研究

2018.4

Vibration-driven reaction of CO2 on Cu
surface via Eley-Rideal type mechanism

2018.8.9

茂木智泰

第 122 回触媒討論会
学生ポスター発表賞

銅表面でのフォルメート生成反応のキネティクスとダイナミクス解析

2018.10.3

中村潤児

触 媒 学 会 2018 年 度
学会賞（学術部門）

表面科学的手法によるモデル触媒の活性点および反応機構の解明

2019.3.20

桑原純平

Polym.
J.賞・日本ゼオン賞

下山雄人

TGSW Student Excellent
Poster Award

Direct Arylation Polycondensation for the
Synthesis of Bithiazole-based Conjugated
Polymers and Their Physical Properties
The Mechanistic study of crossdehydrogenative coupling reaction

大石修平

高分子学会茨城地区若手会優秀ポスター賞

単体硫黄と藻類産生オイルを原料とする高分子の合成と特性評価

2018.11.1

鈴木佳太

筑波大学理工学群長表彰

脱水縮合を用いたアジン結有する π共役高分子の合成

2019.3.25

中村貴志

日本化学会
第 98 春季年会 (2018)
優秀講演賞(学術) 受賞

置換活性な配位サイトを秩序集積した大環状多核錯体の合成とその超分子形成2018.4.18

ユニークな構造をもつ環状多量体の精密合成と機能2019.3.18

ボウル型構造を有する BODIPY 環状
三量体による擬ロタキサン形成の速度論的向き選択性2018.11.14

環状ジピリン四量体を用いたユニー
クな亜鉛錯体の合成と性質

2018.11.14

柔軟な環状ジピリンおよびその錯体の合成と特異的機能

2019.3.25

中村貴志

檜森宗

北條智大
北條智大

日本化学会
第 99 春季年会 (2019)第 33 回若い世代の特別講
演会
第 8 回 CSJ 化学フェス
タ 2018 優秀ポスター発
表賞
第 8 回 CSJ 化学フェス
タ 2018 優秀ポスター発表賞
数理物質科学研究科長
表彰

岡田大地

ICSM2018
Best Poster Award大木理

ICSM2018
Best Poster Award

Wavelength-Selective
andPhotoSwitchable π-Electronic Microlasers
Near infrared whispering gallery mode
photoluminescence from conjugatedpolymer blend microsphere resonators

─ 144 ─2018.5.24
2018. 9.20

2018. 7. 6
2018. 7. 6

備考

岩井航平

大木理

岡田大地

大木理

山本洋平
藤田知樹

Interdisciplinary Workshop on
Science and Patent (IWP2018)Rafaël Kiebooms Prize
第 33 回高分子学会関東支部茨城地区若手交流会
最優秀ポスター賞
レーザー学会学術講演会
第 39 回年次大会
優秀ポスター発表賞
数理物質科学研究科長賞・修士論文発表優秀賞
次世代アントレプレナー育成事業 EDGE-NEXT
最優秀賞
TIA ナノグリーンサマー
スクール奨励賞

WGM Lasing by Self-Assembled
Dendritic Fluorescent Dyes

2018. 9. 21

面性不斉 π 共役分子からなる六角形
お椀型マイクロ結晶の異方的成長と円偏光発光

2018. 11. 1

光スイッチ・波長変調を可能とする自己組織化マイクロ共振器

2019. 1. 13

光学活性分子による自己組織化マイ
クロ構造体の形成と光学特性

2019. 3. 25

PRIWAYS: Solution Provider for Printing
Circuits2018. 12. 16

超臨界ナノ材料合成の放射光その場
観察2018/8/31

佐々木友彰

日本結晶学会ポスター賞

金属の電子密度解析

2018/11/11

笠井秀隆

筑波大学若手奨励賞

著名論文への掲載

2018/11/26

藤田知樹

IUCr Young Scientists Award
AsCA2018
Rising Star Award
数理物質科学研究科長賞
筑波大学学生表彰

超臨界ナノ材料合成の放射光その場観察
800K におけるダイヤモンドの電子密度分布

2018/12/05

出口裕佳
佐々木友彰
出口裕佳

平成 30 年度科学技術分野の初貝安弘

2018/12/05
2018/03/25
2018/03/25

トポロジカル相でのバルクエッジ対

文部科学大臣表彰，科学技術
応の研究

H30.4.10

賞（研究部門）陳敬東

4.6

応用物理学会 多元系化
合物・太陽電池研究会年末講演会・講演奨励賞

化合物薄膜太陽電池の欠陥評価技術について優れた発表を行ったため

2017.11.18

櫻井岳暁

学会活動・各種委員など
氏名

中村潤児
中村潤児
中村潤児
中村潤児
中村潤児
中村潤児
神原貴樹
神原貴樹
桑原純平
鍋島達弥
鍋島達弥
鍋島達弥
鍋島達弥
鍋島達弥

役職など
Surface Science 誌
Editorial Board
Surface Science Reports 誌
Editorial Board
触媒学会東日本支部幹事
会議委員
つくば３E
フォーラムタスクフォース
触媒学会代議員
関東支部茨城地区幹事
客員研究員・兼任
客員研究員・兼任
TREMS センター長
会長
常任理事
副会長
関東支部幹事組織

任期

Elsevier2012.1～現在

Elsevier2012.1～現在

一般社団法人 触媒学会
TIA ナノグリーン MG 会議

2012～現在
2017.4～現在

つくば３E フォーラム2017.8～現在

一般社団法人 触媒学会
高分子学会
産業技術総合研究所
産業技術総合研究所
TREMS センター
ホスト-ゲスト・超分子化学研究会
基礎有機化学会
基礎有機化学会
有機合成化学協会

2018.3～現在
2007 ～現在
2009 ～現在
2009 ～現在
2015.4～2019.3
2008.5～現在
2001.9～現在
2018.9.7～現在
2016.2～現在

─ 145 ─備考

鍋島達弥

外部評価委員

鍋島達弥

組織委員

鍋島達弥

組織委員

山本泰彦
山本洋平
山本洋平
山本洋平

辻村清也
辻村清也

評議員
客員研究員
客員研究員
奨学生選考委員
科学技術・学術政策研究所
科学技術予測センター
代表取締役
関東支部 常任幹事
研究振興局 学術調査官
科学技術動向研究センター
専門調査員
出版委員
出版委員
企画委員
燃料電池関連触媒研究会
世話人
平成 30 年度 触媒学会
つくば地区講演会 世話人
電気化学会関東支部幹事
電気化学会電力貯蔵技術
研究会幹事
評議員
客員准教授

辻村清也
辻村清也

ナノ・バイオサイエンス研究セ
ンター 私立大学戦略的研究
基盤形成事業第 16 回ホスト-ゲスト・超分子
化学シンポジウム SHGSC2018
第 14 回国際有機化学京都会議（IKCOC-14）
日本核酸化学会
物質・材料研究機構
産業技術総合研究所
藤井国際奨学財団

2015～現在
2018.62017.4~2018.11
2017.11～現在
2011 ～現在
2013 ～現在
2016 ～現在

科学技術専門調査員

2016

株式会社プリウェイズ
高分子学会
文部科学省
文部科学省
科学技術・学術政策研究所
日本表面科学会
日本表面真空学会
日本表面真空学会

2018 ～現在
2018 〜現在
2017.8~現在
2014.4~現在

触媒学会

2017.9~現在

触媒学会

2018.4~2019-3

電気化学会

2012.7～現在

電気化学会

2016.11～現在

日本ポーラログラフ学会
東京理科大

2005.1～現在
2015.4～現在

客員研究員

産総研

2017.4～現在

運営委員

TIA-EXA

2017.11～現在

辻村清也

編集委員

Heliyon (Elsevier)2017.6～現在

守友

浩

客員研究員

KEK

H30

守友

浩

JASRI

H30

守友

浩

ISSP

H30

守友

浩

外来研究員
中性子散乱実験審査
委員会委員
利用課題審査委員会分科会委員

JASRI

H30

守友

浩

J-PARC 課題審

CROSS

H30

守友

浩

KEK

H30

守友

浩

KEK

H30

小林
小林
小林
小林

航
航
航
航

PF 実験課題審査 委員
中性子共同利用実験審査
委員会委員
外来研究員
外来研究者
評議員
世話人

JASRI
NIMS
日本熱電学会
化合物新磁性材料研究会

2014.4～2019.3
2015.6～現在
2012.7～現在
2008.12～現在

西堀英治

councilor

Asian Crystallographic Association

2011.4～現在

西堀英治

Membership

CommissiononQuantum
Crystallography,
International
Union of Crystallography

2017.8～現在

西堀英治

評議員

日本結晶学会2017.4～2019.3

山本洋平
山本洋平
山本洋平
近藤剛弘
近藤剛弘
近藤剛弘
近藤剛弘
近藤剛弘
近藤剛弘
近藤剛弘
辻村清也
辻村清也

査委員

─ 146 ─～現在

2016.4~2018.5
2018.5~現在
2018.5~現在

西堀英治

客員研究員

理化学研究所2014.5～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

2012.4～現在

西堀英治

行事幹事

SPring-8 ユーザー協同体

2018.4～

西堀英治

実行委員長

SPring-8 秋の学校

2017.4～

西堀英治

委員

西堀英治

委員

守友

浩

客員研究員

KEK

H30

守友

浩

外来研究員

JASRI

H30

守友

浩

ISSP

H30

守友

浩

中性子散乱実験審査
委員会委員
利用課題審査委員会分科会委員

JASRI

H30

守友

浩

J-PARC 課題審査委員

CROSS

H30

守友

浩

PF 実験課題審査委員

KEK

H30

守友

浩

中性子共同利用実験審査
委員会委員

KEK

H30

小林

航

外来研究員

JASRI

2014.4～2019.3

小林

航

外来研究者

NIMS

2015.6～現在

小林

航

評議員

日本熱電学会2012.7～現在

小林

航

世話人

化合物新磁性材料研究会

2008.12～現在

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

2014.5．1-2020.3．
31

初貝安弘

Member of Editorial Board

羽田真毅

特定准教授

東京工業大学2023 年 3 月まで

上殿明良

運営委員

結晶加工と評価技術 145 委員会

2017～現在

岩室憲幸

Member岩室憲幸

Conference Chair

岩室憲幸

委員

櫻井岳暁

幹事

櫻井岳暁

Symposium Organizer

櫻井岳暁

Area Co-chair

櫻井岳暁

Guest Editor

蓮沼

隆

幹事

蓮沼

隆

論文委員

田中真伸

先端技術委員会委員

SPring-8 利用研究課題審査
委員会
SACLA 利用研究課題審査
委員会委員

ProgressofTheoretical2017.4～2019.3
2017.4～2019.3

andExperimental Physics

IEEE EDS Power Device
Technical Committee
Asia-Pacific Conf. on SiC andrelated materials
電気学会パワーデバイス調査
専門委員会
応用物理学会多元系化合物・太陽電池研究会2016
EuropeanMaterials
Research
Society(E-MRS)
Spring Meeting: Symposium V
44th IEEE Photovoltaic Specialist
Conference (PVSC) : Area 2
Thin Solid Films
応用物理学会シリコンテクノ
ロジー分科会International Microprocesses andNanotechnology Conference
国立天文台

─ 147 ─2013 -- (現在)

2016.12~2019.12
2018.52017.4~2020.3
2013.4～現在
2015.6～2016.5
2016.10～2017.7
2016.5~2017.5
2013.4～現在
2010.4～現在
2015～現在

4.7
日

新聞報道・特記事項他
付

新聞・雑誌名報道内容
備考
Back Cover へ掲載：グラフェンのスタッキング構造を環①状ヘキサベンゾコロネン二量体によって再現（鍋島達弥）
Front Cover へ掲載：結晶多形の違いによって一種類の
BODIPY から様々な発光を実現②（山本洋平、鍋島達弥、中村貴志）
Cover Feature へ掲載：環状分子の空孔に 2 種類の 13 族元素を導入した、非対称にねじれたジピリン錯体の合 ③成（鍋島達弥、中村貴志、松岡亮太）
Front Cover へ掲載：かご型錯体の空孔開閉を利用した④
分子の取り込みを実現（鍋島達弥）
Supplementary Cover へ掲載：大環状分子の非対称なね
じれた構造を利用した発光性ジピリン亜鉛錯体の合成 ⑤（鍋島達弥、松岡亮太）

2018.4.25

New Journal of Chemistry

2018.12.2

The Journal
Chemistry C

2018.12.24

European Journal of Inorganic
Chemistry

2018.12.3

Chemistry A European Journal

2018.12.17

Inorganic Chemistry2019.1.2

Chemistry A European Journal

2019.1.9

Chemical Communications

2019.2.19

Chemical Communications

2018.4.3

NH 水戸

2018.6.22

筑波大学広報２つの準位から同時にレーザー発振する有機結晶を開発（山本洋平、岡田大地）

2018.6.29

日経新聞朝刊

有機材料からレーザー 筑波大学教授

2018.7.25

今月の Nature INDEX ピッ
クアップ

of

Physical

夕方のニュース

2019.3.31

人工光合成ニュース（CanApple）
日本経済新聞、東京大学プレスリリース、国立環境研究所プレスリリース
π 造形若手研究会ニュース
レターNo.13
BanCul
姫路市文化国際交流財団

2019.3

サイエンス誌に載った日本人

2018.6.6

日刊工業

2018.8.10
2018.9.21
2018.11.1

Front Cover へ掲載：らせん構造をもつ錯体のらせん反転速度の制御に成功（鍋島達弥）
Inside Front Cover へ掲載：6 つの金属をもつ大環状錯体の配位子によるユニークなねじれ構造を解明（鍋島達弥、中村貴志）
Inside Front Cover へ掲載：7 つの環状かつ非対称に配列したアミドの多点水素結合を利用した分子認識を実現（鍋島達弥、中村貴志）

⑥

⑦

⑧

高校生が筑波大学で体験講座（山本洋平）

山本洋平氏

⑨

Spotting hazardous vapours in the air（ポーラスデンドリ
マー結晶による溶媒蒸気の蛍光センシングに関する研究紹介（山本洋平）
新しい光捕集系材料の探索 と人工光合成への展開（山本洋平）
自己修復する耐熱性の多孔性結晶を開拓、～クラッシャ
ブルゾーンの導入により致命的損傷を回避～（山岸洋）
第 5 回 π 造形若手会に参加して（岡田大地）
光の国から 58『未来のフィルターは丈夫で再生可能』（山岸洋）
幾何学的に単純な分子の自己組織化による複雑な構造の結晶格子の構築（山岸洋）
温度変化で熱発電

─ 148 ─

⑩

①

②

③

④

⑤

⑥

─ 149 ─⑦⑧⑨

─ 150 ─⑩

─ 151 ─

平成 30 年度年報
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〒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/ TREMS
Phone & Fax : 029-853-8085 (担当事務)