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（変換、貯蔵、制御）に軸足を置いた研究力の強化に努め、「新しいエネルギーの価値の創造」を実践することをセンターの第一の目的としています。重点研究領域として「マテリアル分子設計部門」、「エネルギー物質部門」、「電気エネル
ギー制御部門」の 3 部門を設置し、未来のエネルギー創出の鍵となる材料やデバイスを創る学理・研究を推進します。また、萌芽研究グループとの交流を可能とする基礎融合リサーチグループを置くことで、数理物質系の強みである基礎研究力のさらなる強化を継承します。さらには、応用面への展開も重視し、基礎から出口まで一気通貫の研究を推進して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。
2019 年度は、2017 年から配分されている機能強化促進費により更なる研究力強化が進み、特に若手教員から Nature Chem.や Nature Commun., Chem 等のインパクトの大きな学術雑誌に顕著な研究成果が複数発表されました。また、2018 年度末に締結されたドイツ Duisburg-Essen 大学との部局間協定に続く更なるグローバルコミュニティの構築を目指し、東南アジア諸国の著名な大学（バンドン工科大学、マレーシア国民大学等）との国際シンポジウムを支援しました。これらの試みは、本学大学院の再編成に伴う数理物質科学研究群の新たな学位プログラム（国際マテリアルズイノベーション）の発足に繋がり、次世代の環境エネルギー分野を担う世界的な教育・研究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」に繋がる産学連携共同研究に取り組んでいます。
このような活動を通じて、筑波大学の中期目標・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。

1.設設置の趣旨と沿革
1.1 設置の趣旨
本センターの前身となる学際物質科学研究センター（TIMS）は白川英樹名誉教授のノーベル化学賞受賞を記念して 2003 年に設立されました。その理念は、工学と理学の枠を超えた融合による革新的な機能性物質群の創成ですが、2011 年 4 月からはさらなる研究力強化を目的に、現代社会の喫緊の課題である環境エネルギー分野を研究領域のコアと定め、「物質創成」、「集積物性」、「ナノグリーン機能」の三つの研究コアを設置し、より視野の広い「グリーンイノベーション」「革新的な環境エネルギー材料の創製」をキャッチフレーズとして研究を推進することになりました。
さて 2014 年 9 月に、TIMS の中で特に社会的要請を考慮し、系内の高い研究力をもつ研究グルー
プを抽出して、数理物質融合科学センター（CiRfSE）の中に「物質変換材料研究部門」と「エネルギー変換・貯蔵物質研究部門」の二つの部門からなる「環境エネルギー材料研究拠点」を立ち上げました。独創的な研究には集中とダイバーシティーの両方が不可欠ですが、ダイバーシティーを重視した TIMS と、集中を重視した CiRfSE の拠点はその両輪をなすもので、実際、TIMS と CiRfSE の有機的連携により行われた共同研究によって優れた基礎研究の成果が数多く得られました。しかしそうした基礎研究の独創的シーズを熟成し、社会に還元できる材料やデバイスを創製するには、さらに次の二つが不可欠となります。一つは、上述した強い研究力の高い研究グループと異分野との共同研究推
進、もう一つは、基礎と応用をつなぐ学理の確立を可能とする人材の確保と体制です。これに加えて
さらに、つくば地区の強みを活かすことのできる他の研究機関との連携強化、つまり TIA などの特徴あるつくば地区の重点プロジェクトを活かした、有機的なつくば連携による研究成果、装置、人材の交流をより活発にすることができれば、飛躍的な研究力強化が期待されます。
以上のことを鑑み、TIMS、CiRfSE および数理の研究力の高い環境エネルギー分野の教員が一つの組織の構成員となることで、異分野融合、学内連携、つくば連携、オールジャパン連携、さらにはグ
ローバル連携の拠点として研究交流を活性化し、筑波大学の当該分野での存在感を高めるために、
TIMS を改組し、2017 年 10 月に「エネルギー物質科学研究センター（TREMS）設立」の運びとなりました。
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 2018 年度には、デュースブルクエッセン大学 Center for Nanointegration Duisburg-Essen (CeNIDE)と筑波大学数理物質系との部局間協定の締結に大きく貢献しました。その他にも幾つもの研究会や東
南アジアとの国際シンポジウム(SACSEM)を行うなど、国内外の連携に向けてその活動を加速させて
います。

—1—

1.2 沿革2000 年
2001 年
2002 年
2003 年

2004 年
2006 年

2010 年
2011 年
2012 年2013 年
2014 年

11 月
12 月
9月
11 月
2月
4月
5月
6月
11 月
6月
10 月
4月
11 月
3月
7月
3月
4月
12 月
8月
8月
9月

1日
19 日
17 日
10・11 日
15 日
1日

25 日
18 日
1日
1日
1日
~翌 3 月1日

2015 年
2016 年

12 月
4月

2017 年

9月
10 月

1日

4月
7月
10 月
1月

1日
1日
16 日
1日

5月
2月
6月

1日
1日
1日

2018 年

2019 年

2020 年4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
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
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
TIMS 客員研究員を 1 名採用
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
TIMS 客員教員として、新たに 10 名の教授・准教授の採用
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
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
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
基礎融合リサーチグループに 9 名が新たに採用
客員教員 2 名が新たに採用
客員教員 1 名が新たに採用
エネルギー物質部門に 1 名を新たに採用
基礎融合リサーチグループに 1 名を新たに採用
客員教員 1 名が新たに採用
客員教員 1 名が新たに採用
客員教員 1 名が新たに採用—2—

1.3 歴代センター長

TIMS
2003 年 4 月～2006 年 1 月 赤木和夫 （物質工学系）
2006 年 2 月～2010 年 3 月 大塚洋一 （物理学専攻）
2010 年 4 月～2013 年 3 月 鍋島達弥 （物質創成先端科学専攻）
2013 年 4 月～2015 年 3 月 中村潤児 （物質工学域）
2015 年 4 月～2017 年 9 月 鍋島達弥 （化学域）
TREMS
2017 年 10 月～2019 年 3 月 鍋島達弥 （化学域）
2019 年 4 月～
神原貴樹 （物質工学域）

1.4 TREMS ロゴマーク

—3—

2.組
組織
2.1 構成員
センター長
副センター長神原貴樹
西堀英治

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
西堀英治
岡田晋
都倉康弘
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
磯部高範
梅田享英
櫻井岳暁
蓮沼隆
奥村宏典
基礎融合リサーチグループ
伊藤良一
神田晶申
末益崇
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
教授

（数理物質系、物質工学域)（数理物質系、物理学域）

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
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
准教授
准教授
准教授
准教授
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
教授
教授
准教授
准教授
教授
助教
教授
教授
准教授

（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物理工学域）（数理物質系、物質工学域）（数理物質系、物理学域）（数理物質系、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）

—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
中島昭
助教
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
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
韓礼元
大島永康
大谷実
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）（数理物質系、物理工学域）（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）（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
名古屋大学）（物質・材料研究機構）（産業技術総合研究所）（上海交通大学）（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）（産業技術総合研究所）

客員教授
客員教授
客員教授
客員教授
客員准教授

太田啓一
森本愛

（主任）
（事務補佐員）2.2 委員会

TREMS 運営委員会
神原貴樹 （センター長、TREMS）
中村潤児 （部門長、TREMS）
上殿明良 （部門長、TREMS）
鍋島達弥 （TREMS）

西堀英治 （副センター長、TREMS）
守友浩（部門長、TREMS）
佐々木正洋（融合研究企画室長、TREMS）

TREMS 運営協議会
神原貴樹 （センター長、TREMS）
西堀英治
中村潤児 （部門長、TREMS）
守友浩
上殿明良 （部門長、TREMS）
齋藤一弥
佐藤一彦 （産業技術総合研究所）
高田和典
佐々木正洋（融合研究企画室長、TREMS） 鍋島達弥

（副センター長、TREMS）（部門長、TREMS）（数理物質系長）（物質・材料研究機構）（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—

神原貴樹
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、Nature Chemistry, Nature Communications, Chem, JACS, ACS Catalysis, 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 1700 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、基盤 A
2 件、科研基盤 B 5 件、新学術 2 件、若手 3 件、挑戦的萌芽 1 件のほか、JSPS 二国間交流事業共同研究に 1 件採択されている。受賞として、レーザー学会奨励賞、筑波大学 Best Faculty Member があった。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。

—7—

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を言う。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り、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、異分野融合による新デバイスの提案が可能になり、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る。

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 M S 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）
Di-J ing

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—8—

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を意味し、グループ内の融合・共同研究を推し進めるだけではなく、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ている。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する。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ている。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する。

—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
共同研究棟 D

201（センター事務室）、222、223、224、225、226、1225、1226、1227
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。2019 年度は、4/11（木）
、5/16
（木）
、6/27（木）、7/31（水）、9/30（月）、11/15（金）、12/16（月）、1/22（水）、3/2（月）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
2019/04/26

物質科学セミナー（共催）： 笠嶋（炭谷）めぐみ（農業・食品産業技術総合研究機
構）「GMO カイコ作出技術とのその応用について」
吉岡太陽（農業・食品産業技術総合研究機構）「シルクの構造、物性の素晴らしさとその制御の難しさ」
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

2019/05/27

物質科学セミナー（共催）： Mr.Sven Reichenberger, University of Duisburg-Essen（Prof.
Stephan Barcikowski グループのメンバー）1．
「Pulsed laser post processing of transition
metal oxides for defect-engineering and catalysis research applications 」 Ms.Anna Rosa
Ziefuss, University of Duisburg-Essen（Prof. Stephan Barcikowski グループのメンバー）
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

2019/06/19

筑波大学物性セミナー： Mr.Jyon-Hao Chen（東京大学物性研究所 （研究員 押川研究室）“Model of spin liquids with Abelian and non-Abelian topological phases” （共催）
会場： 筑波大学 自然系学系 D 棟 3F301
世話人： 吉田恒也、初貝安弘

2019/07/30

生物無機化学セミナー（共催）： 樋口恒彦（名古屋市立大学大学院 薬学研究科 教授）「シトクロム P450 の精密化学モデル：初期のデザインから最新の展開まで」
会場： 筑波大学 自然系学系 B 棟 601
世話人： 山本泰彦

2019/08/08

物性論セミナー（共催）： 青木秀夫（東京大学大学院理学系研究科/産業技術総合研究所招聘研究員

教授）「平坦バンド模型における超伝導およびトポロジカル系の設計」
会場： 筑波大学 自然系学系 B 棟 6F602
世話人： 初貝安弘
2019/08/08

物理工学域セミナー（共催）： 大島永康 (産業技術総合研究所 分析計測標準研究
部門 Ｘ線・陽電子計測研究グループ長) 「陽電子マイクロビームを用いる超微細欠— 11 —

陥の評価技術」
会場： 筑波大学 総合研究 B 棟 3F800
世話人： 上殿明良
2019/08/27

超分子化学講演会（共催）： 鹿又宣弘 （早稲田大学 先進理工学部 教授）「熱力学平衡による面不斉・中心不斉の立体制御と有機合成」
会場： 筑波大学 総合研究 B 棟 1F0108
世話人： 鍋島達弥

2019/09/18

物性論セミナー（共催）：奥川亮（東北大学

AIMR助教）“Chiral-symmetry

protected second-order topological phases”
会場： 筑波大学 自然系学系 D 棟 3F301
世話人： 吉田恒也、初貝安弘
2019/10/21

TREMS セミナー（共催）： Prof. Rainer Haag（ベルリン自由大学 教授）“Multivalent
Nanosystems and Supramolecular Dendritic Architectures”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

2019/10/31

UTTAC セミナー（共催）：

Andrew Klump 氏 (North Carolina State University)“Passivation and Compensation of Mg-doping in GaN and AlGaN”
会場： 筑波大学 共同研究 C 棟 39307
世話人： 上殿明良
2019/11/13

2019 年度第 1 回 物質科学・学術融合セミナー（協賛）： 長崎幸夫（筑波大学

数理物質系物質工学 教授）「髙分子組織化に立脚した新しい医薬設計」
会場： 筑波大学 3B213 プレゼンテーションルーム
世話人： 後藤博正、近藤剛弘
2019/11/18

物質科学セミナー（共催）： 小野円佳（北海道大学 電子科学研究所 光電子ナノ材料分野、AGC 株式会社 材料融合研究所 無機材料部 主幹研究員）「高温高圧
処理を用いたシリカガラスの超低損失化」
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

2019/11/29

物質科 学 セミナ ー（共催 ）：Prof. Stefan Jurga (NanoBioMedical Centre, Adam

Mickiewicz University, Poznań, Poland) “Copolymers with long-range domain order:
structure and dynamics”
会場： 筑波大学 3F600
世話人： 山本洋平
2019/12/02

物質科学セミナー（共催）： 細野暢彦（東京大学大学院 新領域創成科学研究科 物質系専攻/工学系研究科 応用化学専攻 (兼担) 講師（文部科学省 卓越研究員・東京
大学卓越研究員））「動的な多孔性錯体材料の設計と応用」
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

2019/12/06

2019 年度第 2 回 物質科学・学術融合セミナー（協賛）： 辻本学（筑波大学数理— 12 —

物質系物質工学 助教）「高温超伝導体固有ジョセフソン接合系の物質科学-超伝導
コヒーレントテラヘルツ量子光源の創成 -」会場： 筑波大学 3B213 プレゼンテーションルーム
世話人： 後藤博正、近藤剛弘
2019/12/11

物性論セミナー（共催）： 川口喬吾（理化学研究所 教授）「細胞集団運動とトポ
ロジー」“Collective cell dynamics and topology”
会場： 筑波大学 自然系学系 B 棟 1F118
世話人： 初貝安弘

2019/12/17

物質科学セミナー（共催）： Dr. David Portehault（ Laboratoire de Chimie de la Matière
Condensée de Paris (LCMCP) ）, “Geo‐inspiration to extend the library of functional
inorganic nanoparticles”
会場： 筑波大学 3B213 プレゼンテーションルーム
世話人： 近藤剛弘

2019/12/18

物性論セミナー（共催）：大塚雄一 （理化学研究所 計算科学研究センター 研究員）“QMC study of quantum criticality in 2D interacting Dirac fermions”「強相関ディラ
ック電子系における量子相転移の数値的研究」
会場： 筑波大学 自然系学系 B 棟 118 大教室

2019/12/26

物性論セミナー（共催）： 宮崎州正 （名古屋大学理学研究科 物質理学専攻物理R 研究室 教授）
「アクティブマターのガラス的なスローダイナミクスと異常な構造揺らぎ」
会場： 筑波大学 自然系学系 B 棟 602
世話人： 都倉康弘

2020/02/07

物質科学セミナー（共催）： Dr. Stéphane Campidelli (CEA-Saclay, Université ParisSaclay, FRANCE) “Synthesis and properties of graphene related materials: Graphene oxide
and Graphene nanoparticles”
会場： 筑波大学 総合研究 B 棟 1F0107
世話人： 辻村清也

2020/02/28-29 The international workshop BE/BC2020F 共催
会場： 筑波大学東京キャンパス文京校舎
世話人： 初貝安弘
シンポジウム・ワークショップ
2019/04/22-23 Southeast Asia Collaborative Symposium on Energy Materials 2019 (SACSEM3rd) （共催）
会場： マレーシア 国民大学

科学技術部 BSD2, Level3 講演者：Prof.Dr.Junji

Nakamura, Prof.Dr.Takashi Suemasu, Prof.Dr.Seiji Mitani, Prof.Dr.Yohei Yamamoto,Prof.Dr.Yoshihiko Takano(Univ. of Tsukuba)
2019/07/12

TREMS 研究交流会（主催）
会場： 筑波大学 共同利用棟 A201 室
高田十志和（東京工業大学・特任教授 （日本ゴム協会会長））「分子トポロジーを— 13 —

鍵とする新しい刺激応答高分子」
青木裕之（J-PARC センター 物質・生命科学ディビジョン 研究副主幹）「量子ビー
ムによって明らかにする高分子鎖の形態と運動」
羽田真毅（エネルギー物質部門・物理工学域・准教授）「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 ～超高速構造ダイナミクス計測で何が分かるか？～」
藤岡淳（基礎融合リサーチグループ・物質工学域・准教授）「強相関トポロジカル半金属の物質開発と熱電機能性」
世話人： 神原貴樹
2019/08/19-20 Southeast Asia Collaborative Symposium on Energy Materials 2019 (SACSEM4th)（共催）「材料研究に関する学生ポスター発表会」
会場： 筑波大学 総合研究棟 B

0110 公開講義室、0112 講義

Prof.Edwan Kardena(Inst. Teknologi Bandung)Prof.Azizan Ahmad(Univ. Kebangsaan Malaysia)
Prof. Brian Yuliarto(Inst.Teknologi Bandung)Prof. Md. Akhtaruzzaman(Univ. Kebangsaan Malaysia)
Hasinah Binti Mohamed Rafiq(Univ.Kebangsaan Malaysia)
Dennis Kwaria(Inst. Teknologi Bandung)Anis Syafiqa Rosman(Univ. Malaysia Perlis)
Riska Rachmantyo(Inst.Teknologi Bandung)
Benjamin Neoh(Univ.Kebangsaan Malaysia)
Azhar Isti Hanifah(Inst.Teknologi Bandung
Prof. Veinardi Suendo(Inst. Teknologi Bandung)
Dr. Khairulazhar Jumbri(Univ. Teknologi PETRONAS)
Prof. Rahmat Hidayat(Inst. Teknologi Bandung)
Dr.Muhammad Mahyiddin Ramli(Univ. Malaysia Perlis)
Prof. Susumu Okada, Osamu Oki, XU Zhihao, Tomohito
Nakayama, Hamidou Tangara, Prof. Hiroshi Yamagishi, Prof. Hiroko Tokoro, Prof. Osamu
Takeuchi, Prof. Hideto Yanagihara, Prof. Junji Nakamura,Prof.
Yohei Yamamoto, Prof. Hideo Kigoshi(Univ. of Tsukuba)
世話人： 中村潤児
2019/08/27-29 第 7 回 TIA ナノグリーン・サマースクール（共催）
会場： 筑波大学 総合研究棟Ｂ
雨宮健太（KEK）、筒井智嗣（JASRI）、則包恭央（AIST）、森利之（NIMS）、荒川裕則（東京理科大学）、安田弘之（AIST）、竹口雅樹（NIMS）
世話人： 山本洋平、辻村清也、藤岡淳
2019/11/04-05 2019 Joint Symposium on Nanomaterials for Energy Applications（共催）会場： Universityof Duisburg-Essen (UDE), NETZ, Room 2.42
Germany— 14 —

Carl-Benz-Str. 199, 47057 Duisburg,

Takaki Kanbara(TREMS, Tsukuba)“Direct arylation polycondensation: Facile access tosemiconducting polymers”
Yohei Yamamoto(TREMS,Tsukuba)“Self-Assembled Organic Semiconductor Microlasers
and Microarrays”
Tilmar Kümmell(CENIDE) “Scalable optoelectronic devices based on 2D semiconductors”
Nicolas Wöhrl(CENIDE)“Single-source, One-step Plasma Synthesis of Carbon Nanowall
Hybrid Materials”
Oleg Prymak (CENIDE)“Temperature-induced transformation in CuO/MgO and CuO/ZnO
precatalysts studied by in situ XRD and TEM”
Niels Benson (CENIDE)“Trap Evaluation in MAPI thin films for photovoltaic applications”
Yutaka Moritomo (TREMS, Tsukuba)“Tertiary battery as energy-harvesting device”
Roland Schmechel (CENIDE)“Thermoelectrics with bipolar charge carriers: A proof ofconcept with pnjunctions”
Masahiro Sasaki (TREMS, Tsukuba)“Unusual Features of Field Electron Emission from
Carbon Nanomaterials”
Takahiro Kondo (TREMS,Tsukuba) “ Hydrogenated Borophene Sheets: Synthesis,
Characterization, and Application”
Sven Reichenberger (CENIDE)“Pulsed laser post processing of transition metal oxides forcatalysis research applications”
Kotaro Takeyasu (TREMS,Tsukuba) “ Catalysts for CO2 conversion to ethanol and its
mechanistic aspects”
Malte Behrens (CENIDE)“Cobalt-iron catalysts for oxidation reactions”
Sven Anke (Ruhr-University Bochum)“Unsupported Cobalt-based Spinel Nanoparticles
Applied in 2-Propanol Gas-Phase Oxidation”
Soma Salomon (CENIDE)“Element-specific measurements on mixed-oxide catalysts”
Junji Nakamura (TREMS,Tsukuba)“Mechanism of oxygen reduction reaction on N-dopedcarbon catalysts”
Baris Alkan (CENIDE, UDE)“Synthesis parameters, material characterization details ofspray-flame made LaCo1-xFexO3 perovskites”
Eiji Nishibori (TREMS,Tsukuba)“In-situ SR diffraction study of hydrothermal nano-particle
synthesis”
Tatsuya Nabeshima (TREMS,Tsukuba) “Creation of Unique Structures and Functions by
Utilizing Coordination Bonds”
Masaki Hada (TREMS,Tsukuba)“Ultrafast structural dynamics for energy materials”
Frank Meyer zu Heringdorf (CENIDE)“Nonlinear Electron Emission from Strong Surface
Plasmon Polaritons”— 15 —

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。2019 年度は、6 月にTREMS 研究交流会を開催し、学内外の最新の研究トピックスの紹介・意見交換を行い、学内外における連携・共同研究を促進する活動に努めた。
（3 月に予定された TREMS 成果報告会は、新型コロナウ
ィルス感染拡大対策のため延期となった。）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 5 回、セミナー・講習会は（共催含む）21 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、2019 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。

SACSEM 3th (South Asia Collaborative Symposium on Energy Materials
マレーシア国民大学において、4 月 22 日および 23 日の 2 日間にわたって、エネルギーマテリアルに関す
る合同シンポジウムを行った。筑波大学からは 5 名の教員が参加して、研究発表、討論および情報交換を行った。さらに、太陽電池、触媒および燃料電池に関する研究所をそれぞれ訪問して、研究者と交流し、研究状
況に関する情報を得た。
日時：2019 年 4 月 22 日（月）～23 日（火）会場：マレーシア国民大学

科学技術部 BSD2, Level3〇講演者：
中村潤児（筑波大学 数理物質系 教授）
末益崇（筑波大学 数理物質系 教授）
三谷誠司（筑波大学 数理物質系 教授）
山本洋平（筑波大学 数理物質系 教授）
高野義彦（筑波大学 数理物質系 教授）— 16 —

TREMS 研究交流会
2019 年 7 月 12 日（金）に、筑波大学 共同利用棟
A201 において、TREMS の 2019 年度研究交流会を開催した。学外からは、高田十志和教授（東京工業大学）と青木裕之博士（J-PARC 研究副主幹）を招き、それぞれ刺激応答性高分子の設計と機能発現、量子ビームによる高分子解析技術に関する招待講演を行った。筑波大学からは、羽田真毅准教授と藤岡淳准教授が講演を行い、それぞれの最近の研究トピックスを紹介した。
いずれの講演でも活発な討論がなされた。
日時：2019 年 7 月 12 日（金）13：30～17：00

会場：筑波大学 共同利用棟 A201 室
懇親会：本部棟１階レストラン

17：30～19：30：会費：4,000 円
研究交流会参加人数： 53 名
内訳：一般：25 名
学生：28 名懇親会参加人数：

17 名

〇講演者
高田十志和（東京工業大学・特任教授 日本ゴム協会会長）
青木裕之（J-PARC センター物質・生命科学ディビジョン 研究副主幹）
羽田真毅（エネルギー物質部門・物理工学域 准教授）
藤岡淳（基礎融合リサーチグループ・物質工学域 准教授）

— 17 —

浙江大学一行来訪 ～TREMS 施設見学・意見交換～
中国浙江大学並びに杭州市の地方政府関係者 20 名が来訪され、ベントン・キャロライン・ファーン
副学長（国際担当）を表敬訪問された。今回の訪問は、物質科学・ナノサイエンス分野の交流の可能性を模索することが目的であり、総合研究棟 B 棟にて TREMS の組織紹介と施設・研究室見学を実施した。今回の来訪により浙江大学と本学の交流推進が期待される。

日時：2019 年 7 月 16 日（火）10:00～11:30
会場：総合研究棟 B 棟 310 他
出席者：20 名
世話人：神原貴樹、中村潤児
SACSEM 4th (South Asia Collaborative Symposium on Energy Materials
マレーシア・インドネシアから教授・学生合わせて 14 名招聘し、エネルギーマテリアルに関わる共
同シンポジウムを開催した。
日時：2019 年 8 月 19 日～21 日
会場：筑波大学総合研究棟 B110 教室
日程：8 月 19 日～20 日 シンポジウム
8 月 21 日ラボツアー（NIMS）
参加人数：54 名
招聘者：14 名（教員 8 名・学生 6 名）
マレーシア国民大学（Universiti Kebangsaan Malaysia, UKM）
：教員 2 名、学生 2 名
ペルリース大学（Universiti Malaysia Perlis, UNIMAP）：教員１名、学生 1 名
ペトロナス工科大学（Universiti Teknologi PETRONAS, UTP）
：教員 1 名
バンドゥン工科大学（Institut Teknologi Bandung, ITB）
：教員 4 名、学生 3 名〇日本講演者：9 名（教授 5 名・学生 4 名）
来場学生・関係者：31 名
参加大学：筑波大学、マレーシア国民大学、ペルリース大学、ペトロナス工科大学、バンドゥン工科大学— 18 —

第 7 回 TIA ナ ノ グ リ ー ン ・ サ マ ー ス ク ー ル2019 年 8 月 27 日から 29 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 人材を育成するための教育プログラムとして第 7 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分野の研究に興味を持つ大学院生で、計 13 名の申し込
みがありました。筑波大学以外の大学院からの参加者４名も含まれています。本サマースクールのプ
ログラムは、ナノグリーンに関連する基礎から先端研究を含んだ講義によって構成されています。
TREMS 客員 7 名（KEK、JASRI、AIST（2 名）、NIMS（2 名）、東京理科大学）が講義を担当し、太陽電池、光デバイス、先端計測、放射光による分析などについての講義を行いました。また、ポスター
発表、レポート課題もあり、発表者間でも活発な討論が行われ、最終日の講義終了後には、受講生に修了証書が 11 名に授与され有意義な教育プログラムとなりました。今後、つくば地区以外の学生に旅費等をサポートすることで、研究交流の場を提供していきたいと思います。最後に、将来、受講者が社会に出て活躍し、本スクールの経験が活かされればと思います。
日時：2019 年 8 月 27 日（火）～29 日（木）主催：筑波大学大学院数理物質科学研究科：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：13 名
内訳：筑波大学院生 9 名
外部大学院生 4 名修了授与者 11 名
表彰者：ポスター、レポート奨励賞：3 名
世話人：山本洋平、辻村清也、藤岡淳〇カリキュラム内容
27 日：Ｘ線吸収分光、熱電変換、施設見学（物質・材料研究機構）
28 日：光デバイス、燃料電池、太陽電池、ナノグリーンポスターセッション・懇親会
29 日：触媒、先端計測
雨宮健太（KEK、筑波大学客員教授）
筒井智嗣（JASRI、筑波大学客員教授）
則包恭央（AIST、筑波大学客員研究員）
荒川裕則（東京理科大学、筑波大学客員教授）
安田弘之（AIST、筑波大学客員教授）
竹口雅樹（NIMS、筑波大学客員教授）
森利之（NIMS、筑波大学客員教授）— 19 —

2019 Joint Symposium “Nanomaterials for Energy Applications”
2019 年 11 月 4 日（月）～5 日（火）に、ドイツの Duisburg-Essen 大学 Center for Nanointegration (CeNIDE)とのジョイントシンポジウムをドイツ Duisburg-Essen 大学にて開催した。このジョイントシンポジウ
ムは CENIDE と 2014 年より適宜継続して開催している国際シンポジウムであり、ドイツで開催されるのは３回目である。TREMS と CeNIDE は、このジョイントシンポジウムを契機に既にいくつかの国際共同研究を立ち上げて顕著な成果を残している。さらに若手研究者や大学院生の相互派遣も進めている。これらの研究交流は、2019 年の CeNIDE と本学数理物質系における部局間協定の締結にも繋がっている。今回は、筑波大学からは教員 10 名、大学院生 1 名が参加し、それぞれ講演、ポスター発表を行った。ドイツからは Duisburg-Essen 大学の他に Ruhr-University Bochum の参加もあり計 12 件の講演がなされた。シンポジウムでは研究者・学生が積極的な研究交流を行い、新たな共同研究の息吹きを感じ取ることができた。また今後も継続してグローバルなネットワークの構築を進めることとした。

日時：2019 年 11 月 4 日（月）～5 日（火）主催：デュースブルク・エッセン大学（ドイツ）
共催：筑波大学エネルギー物質科学研究センター(TREMS)
会場：デュースブルク・エッセン大学〇講演者
神原貴樹（筑波大学 数理物質系 教授）
山本洋平（筑波大学 数理物質系 教授）
守友浩 （筑波大学 数理物質系 教授）
佐々木正洋（筑波大学 数理物質系 教授）
近藤剛弘（筑波大学 数理物質系 准教授）
武安光太郎（筑波大学 数理物質系 助教）
中村潤児（筑波大学 数理物質系 教授）
西堀英治（筑波大学 数理物質系 教授）
鍋島達弥（筑波大学 数理物質系 教授）
羽田真毅（筑波大学 数理物質系 准教授）

— 20 —

3.4

TREMS が関わるその他の活動

・ 2019 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。
・ 2019 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。
2019 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。
2019 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：三次電池の実現に向けた材料開発（研・究代表者：守友浩）
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。
・ 2019 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。
・ 2019 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— 21 —

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。

・ 2019 年度 TIA 連携プログラム探索推進事業「かけはし」：硼・窒化物の高圧構造物性と関連物
質の機能性材料創製のための調査研究（近藤剛弘 研究代表者：遊佐斉（NIMS））継続
窒化物や硼化物における特徴溢れる物性や優れた化学安定性は、先進テクノロジーを支える様々な機能性材料開発に活かされている。その高圧構造の追究は硬質切削工具材料開発に直接結びつき、化合物半導体や二次元物質等、機能性材料探索にも関連が深い。本研究では、新規構造物性を含めた調査研究を展開している。
2019 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。
・ 2019 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、ミュンヘン工科大学およびマルティン・ルター大学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。
・ マレーシア国民大学およびバンドン工科大学を訪問し（中村潤児、山本洋平）、ワークショップ参加、TREMS の紹介、研究者間の交流を活発に行った。

— 22 —

蛭田剛基（数理物質科学研究科・M2）

4. 研 究 活 動 報 告佐藤亮太（数理物質科学研究科・M2）
周宗揚（数理物質科学研究科・M2）
陳熹（数理物質科学研究科・M2）

4.1

郭舒揚（数理物質科学研究科・M2）（１）

マテリアル分子設計部門

青木孝介（数理物質研究科・M2）

教員：

石原拓磨（数理物質研究科・M2）

中村潤児（数理物質系・物質工学域・教授）

川島拓馬（数理物質研究科・M2）

神原貴樹（数理物質系・物質工学域・教授）

住吉昭信（数理物質研究科・M2）

鍋島達弥（数理物質系・化学域・教授）

両角拓磨（数理物質研究科・M2）

山本泰彦（数理物質系・化学域・教授）

矢島未希（数理物質研究科・M2）

山本洋平（数理物質系・物質工学域・教授）

米村颯太（数理物質研究科・M2）

近藤剛弘（数理物質系・物質工学域・准教授）

馮瑞雲（数理物質研究科・M2）

辻村清也（数理物質系・物質工学域・准教授）

荒木はるか（数理物質研究科・M2）

桑原純平（数理物質系・物質工学域・准教授）

内山真見（数理物質研究科・M2）

武安光太郎（数理物質系・物質工学域・助教）

北山雄介（数理物質科学研究科・M2）

中村貴志（数理物質系・化学域・助教）

内藤潤（数理物質科学研究科・M2）

松岡亮太（数理物質系・化学域・助教）

中山亜実（数理物質科学研究科・M2）

千葉湧介（数理物質系・化学域・助教）

秋光上歩（数理物質科学研究科・M2）

山岸洋（数理物質系・物質工学域・助教）

石引涼太（数理物質科学研究科・M2）
田中俊也（数理物質科学研究科・M2）

講師：

久保一史（数理物質科学研究科・M1）

百武篤也（数理物質系・化学域・講師）

齋藤竜一（数理物質科学研究科・M1）
澤樹保隆（数理物質科学研究科・M1）

研究員：

菅亮人（数理物質科学研究科・M1）

全家美（研究員）

大野茜（数理物質科学研究科・M1）

Santosh K.Singh（研究員）

藤平右京（数理物質科学研究科・M1）

Paul Bappi（研究員）

遠藤諒介（数理物質科学研究科・M1）

Amandeep Jindal（博士研究員）

伊藤優里（数理物質科学研究科・M1）

松山英治（技術職員）

高橋優介（数理物質科学研究科・M1）

伊藤伸一（客員研究員）

陳俊暉（数理物質科学研究科・M1）
金哲輝（数理物質研究科・M1）

大学院生：

芹澤航平（数理物質研究科・M1）

Qiagedeer Airong（数理物質科学研究科 D3）

田原航太（数理物質研究科・M1）

小野瀬悠佑（数理物質科学研究科・D1）

藤井広輝（数理物質研究科・M1）

大木理（数理物質科学研究科・D1）

増本正輝（数理物質研究科・M1）

Hendra（数理物質科学研究科・D1）

矢野周平（数理物質研究科・M1）

Wey Heah Yih（数理物質科学研究科・D1）

荒川和基（数理物質研究科・M1）

Shuai Zhao（数理物質科学研究科・D1)）

菅原綾（数理物質研究科・M1）

今林拓海（数理物質科学研究科・M2）

杉田達郎（数理物質研究科・M1）

木村和哉（数理物質科学研究科・M2）

岩井航平（数理物質科学研究科・M1）

古川萌子（数理物質科学研究科・M2）

後藤大河（数理物質科学研究科・M1）

大井香穂（数理物質科学研究科・M2）

引田悠介（数理物質科学研究科・M1）

田中智恵（数理物質科学研究科・M2）

原川翔太（数理物質科学研究科・M1）— 23 —

中川勇人（数理物質科学研究科・M1）
Antoine Ronco（数理物質科学研究科・M1）
Yue Gong（数理物質科学研究科・M1）
岩森涼太（応用理工学類・B4）
高本章寛（応用理工学類・B4）
村上寛樹（応用理工学類・B4）
山本祥恵（応用理工学類・B4）— 24 —

中村潤児、武安光太郎＜研究成果＞
今年度は燃料電池触媒の窒素ドープグラフェ
ン高活性化に向けて、反応過程で吸着するカウンターアニオンの除去が極めて重要になることを明らかにした。また局所電気化学反応を利用した CO2 のエタノール転換反応のモデル反応器を作製し、反応の駆動を確認した。さらに複雑な電気化学的触媒システムとしてのミトコンドリアについて、そのエナジェティクスに関する研究を開始した。
【 １ 】今年度はまず、窒素を含んだ芳香族分子からなる分子状モデル触媒と、窒素ドープグ
ラフェン触媒を用い、硫酸水溶液中での酸素還元反応前後での ex-situ XPS 測定およびオペラ
ンド顕微ラマン分光測定を行った。まず分子状
モデル触媒の XPS 測定では、反応開始前にはピリジン型窒素にプロトンが吸着してピリジニウムが形成していることが観測された。電位を印加していくと、0.6 – 0.4 V vs RHE 付近で、窒素の電子状態がピリジニウムから変化し、低バインディングエネルギー側にピークが出現した。DFT 計算との比較から、ピリジニウムが還元されて NH になっている可能性が高いと考えている。硫酸水溶液中ではピリジニウムにはカウンターアニオンとして硫酸水素イオンが吸着していると考えられ、これは XPS の S
2p ピークおよび窒素ドープグラフェン触媒の
顕微ラマン分光測定による結果から確かめられた。以上をまとめると、硫酸中ではピリジン
型窒素はピリジニウムとして存在しており、カウンターアニオンとして硫酸水素イオンが吸着している。電位を印加していくと、カウンタ
ーアニオンが外れながらピリジニウムが還元され、反応が進行するという描像が得られた。
分子状モデル触媒の酸性中での酸素還元反応の立ち上がり電圧は 0.3-0.4 V vs RHE 程度で、PtC 触媒のおよその立ち上がり電圧 1 V vs RHEと比較すると極めて低い。アルカリ性水溶液中
では、カウンターアニオンは OH-で、硫酸水素
イオンなどと比較して小さく、反応阻害を起こしにくい。実際に分子状モデル触媒の活性を、アルカリ性水溶液中で測定したところ、立ち上

がり電圧は 0.8 V vs RHE 付近まで大きく上昇した。つまり、これは、モデル分子触媒の活性向上には、カウンターアニオンの除去が効果的であるという指針までを示すことができた。

【 ２ 】化石資源の燃焼によって排出されるだけであったCO2を化学変換し、利用しや
すいメタノールを生成するプロセスは、エネ
ルギー・環境の両問題に同時に貢献する。このため、世界的に大規模な予算が投入され、研究プロジェクトが進行し始めている。既存の諸研究では、熱反応か溶液中で電位を印加した電気化学反応によってCO2転換が成されてきたが、本研究では腐食反応に見られる局
所的な自発的電気化学反応に注目した。この
自発的化学反応を利用することで、極めて高いエネルギー効率でCO2転換が進行する革新的な反応システムの構築を目指した。
実際に構築した反応システムを図に示す。
まず、触媒となるPd粉およびCu粉を還元法によって合成し、炭素ガス拡散層に塗布した。
これを触媒電極とし、ナフィオン膜を挟んだものを高圧対応の電流端子と接続してH2Oを導入した反応セル内に設置した。このセル内に参照気体（H2）および反応気体（CO2 25%、H275%）を圧力を変化させながら導入した。参照気体導入時には、優位な反応電流が検出されなかったのに対し、反応気体導入時には気体導入圧力と相関のある反応電流が検出された。また反応後のセル内のH2Oをガスク
ロマトグラフィーに導入したところ、エタノールおよびメタノールが検出された。これは、自発的な電気化学反応によって室温でアルコールが生成したことを意味している。今後
はより高効率でアルコールを生成する触媒のペアを探索するとともに、反応システムの内部抵抗を減少させ、反応システム全体の反応効率を上げる。さらに、分光法を組み合わせて反応機構を解明し、触媒調整法にフィード
バックを行う予定である。
本研究では室温でCO2からアルコール類が選択的に合成するシステムを構築することに— 25 —

成功した。反応機構の解明を合わせ、本シスボルマーの式）を顕わに考え，各活性点におテムのコンセプトを広く発信していくことにける局所的な電極電位を評価する。本モデル

より、一般の気相反応の設計コンセプトに対によって，基質の一つであるリン酸の濃度をしてもブレークスルーがもたらされることが変えた際のNADHの濃度変化，酸素の消費量期待される。

変化，膜電位の変化などの実験結果を再現できることが分かった。また、ミトコンドリア
におけるATP合成と熱発生へのエネルギー分配を解析したところ、36 %および64 %であることが見積もられた。これは既知のATP合成のエネルギー効率と半定量的に一致している。今後実験的な観測と合わせて、ミトコン
ドリアにおける熱発生およびその利用メカニズムに迫る。

図1 CO2-エタノール転換のモデル反応器【 3 】ミトコンドリア内では，酸素還元反応等の電気化学反応が起こり，そのときに生じるエネルギーを使いながらADPからATPが合成される．これらの仕組みを反応モデルとしてシミュレーションすることで，反応基質の量を変えたときのATPの合成効率や活性酸素の生成効率を理解することができる。既存のシミュレーション研究では，基質量に対するミトコンドリアの反応を再現することに重きが置かれ，反応システムにおけるエネルギ
ー分配や反応分岐の仕組みには焦点が当てら
れてこなかった。本研究では，こうしたミト
コンドリア反応システムの”機構”を明らかにすることでその高いエネルギー効率の由来や反応分岐の仕組みを理解することを目指す。
そのために本研究ではミトコンドリアを
電気化学的な反応回路とみなすアプローチをとった（図2）。系全体の定常状態を仮定しており，解析的にパラメータを算出することができる。また，呼吸鎖を中心とした反応系では，電気化学的なレート方程式（バトラー・

図 2 ミトコンドリア呼吸鎖反応のモデル回路図＜論文＞
1. Jiamei Quan, Fahdzi Muttaqien, Takahiro Kondo, Taijun
Kozarashi, Tomoyasu Mogi, Takumi Imabayashi, Yuji
Hamamoto, Kouji Inagaki, Ikutaro Hamada, Yoshitada
Morikawa, Junji Nakamura, “Vibration-driven reaction
of

CO2

on

Cu

surfacesvia

Eley–Rideal-typemechanism”, Nature Chemistry, 11, 722-729 (2019).
2. Asahi Fujino, Shin-ichi Ito, Taiga Goto, Ryota Ishibiki,
Junko N. Kondo, Tadahiro Fujitani, Junji Nakamura,
Hideo Hosono, Takahiro Kondo, “Hydrogenated
Borophene Shows Catalytic Activity as Solid Acid”,
ACS Omega, 4 (9), 14100-14104 (2019).

＜著書＞
1.

— 26 —

武安光太郎, 中村潤児

触媒学会 “触媒年鑑：

触媒技術の動向と展望 2020”（分担, 2020 407

6. Kotaro Takeyasu, “Effective local structure and reaction＜総説・解説＞
1.

2.

3.

近藤剛弘、全家美、中村潤児、気体の分子振動でmechanisms for bottom-up designed metal-free ORR

駆動する化学反応―省エネルギープロセスによる

catalyst” International Congress on Pure & Applied

CO2 からの CH3OH 合成を目指して―、
化学同人、

Chemistry Yangon (ICPAC Yangon) 2019, Rose Garden

75, 27-32 (2020).

Hotel, Myanmar, 2019.8.7 (Invited).

K. Takeyasu, J. Nakamura, “Local structure and activity

7. Junji Nakamura, “Vibrationally energy-driven reactionsof nitrogen-doped carbon”, TANSO 290, 204-210

of CO2 on Cu surfaces” 258th ACS National Meeting &(2019)

Exposition, San Diego Convention Center, USA,

S. K. Singh, K. Takeyasu, J. Nakamura “Active Site andMechanismofOxygenReduction

2019.8.26

Reaction

8. Junji Nakamura, “Mechanism of Oxygen Reduction

Electrocatalysis on Nitrogen-Doped Carbon Materials”,

Reaction on Nitrogen-doped Carbon Catalysts” AVS

Advanced Materials 31, 1804297 (2019).

66th International Symposium & Exhibition, Greater
Columbus Convention Center, USA, 2019.10.24 (oral)
9. Kotaro Takeyasu, B. Paul, R. Saito, J. Nakamura,＜学会発表＞“Catalysts for CO2 conversion to ethanol and its

国際会議

mechanistic

1. Takahiro KONDO, A. Fujino, R. Ishibiki, S. Ito, J. N.

Nanomaterials for Energy Applications, University of

Kondo, T. Fujitani, J. Nakamura, H. Hosono, “Hydrogen
boride sheet shows catalytic activity as solid acid” 8th

aspects”

Joint

Symposiumon

Duisburg-Essen, Germany, 2019.11.4
10. Takumi

IMABAYASHI,

JiameiQUAN,

TaijunEuropean Conference on Boron chemistry, National

KOZARASHI, Tomoyasu MOGI, Takahiro KONDO,

School of Chemistry Montpellier, France, 2019.6.26

Junji NAKAMURA, “Vibration-driven reaction of CO2(oral)

on Cu surfaces” Materials Research Meeting 2019

2. R. Ishibiki, I. Matsuda, A. Fujino, S. Ito, M. Miyauchi, J.

Materials Innovation for Sustainable Development

Nakamura, H. Hosono, T. Kondo, “Thermal andGoals (MRM2019), Yokohama Symposia, Japan,

chemical stabilities of hydrogen boride sheet” 8th2019.12.11 (oral)

European Conference on Boron chemistry, National

11. Takahiro KONDO, Asahi FUJINO, Shin-ichi ITO, Taiga

School of Chemistry Montpellier, France, 2019.6.26

GOTO, Ryota ISHIBIKI, Junko N KONDO, Tadahiro(oral)

FUJITANI, Junji NAKAMURA, Hideo HOSONO,

3. A. Fujino, R. Ishibiki, S. Ito, J. N. Kondo, T. Fujitani, J.

“Hydrogenated Borophene Shows Catalytic Activity as

Nakamura, H. Hosono, T. Kondo, “A new solid acid

Solid Acid” Materials Research Meeting 2019 Materials

catalyst

Innovationofhydrogenboridesheets”

The

11th

for

Sustainable

Development

Goals

International Conference on the Science and Technology(MRM2019), Yokohama Symposia, Japan, 2019.12.13

for Advanced Ceramics, Tsukuba International Congress(poster)

Center, Japan, 2019.7.9 (poster)
4. Ryota Ishibiki, Iwao Matsuda, Shin-ichi Ito, Junji
Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo, “Thermal
Stability of Two-dimensional Hydrogen Boride Sheets”

国内会議
1. 中村潤児「モデル触媒をつくって活性点を探る」
第 59 回オーロラセミナー、くりやま温泉 ホテル

The 11th International Conference on the Science andTechnology

forAdvanced

Ceramics,

Tsukuba

International Congress Center, Japan, 2019.7.9 (poster)パラダイスヒルズ（北海道）、2019.7.22（招待講演）
2. 武安光太郎「Recent improvement of N-doped graphene
catalysts

5. Junji Nakamura, “Conversion of CO2 to Methanol on

Garden Hotel, Myanmar, 2019.8.7 (Invited)oxygenreduction

reactionbyhydrophobization」、ポスト「京」重点課題 5 第 2 回

CuZn Catalysts” International Congress on Pure &Applied Chemistry Yangon (ICPAC Yangon) 2019, Rosefor

若手勉強会（愛知）、2019.8.29（招待講演）
3. 武安光太郎, Bappi Paul, 齋藤竜一, 中村潤児「CO2— 27 —

の水素化によるエタノール生成機構」 日本物理学

13. 齋藤竜一, Bappi, Paul, 武安光太郎, 藤谷忠博, 中村

会 2019 年秋季大会（物性）、岐阜大学（岐阜）、

潤児「CO2 水素化によるエタノール合成」 第 124

2019.9.10（口頭発表）

回触媒討論会、長崎大学文教キャンパス（長崎）、

4. 引田悠介, 秋光上歩, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村

2019.9.19（ポスター）

潤児「ピリジン型窒素ドープカーボンモデル触媒

14. 金成翔，武安光太郎，中村潤児「フラビン酵素の酸での酸素還元反応素過程」 第 124 回触媒討論会、

素還元反応活性及び反応選択性における pH の効

長崎大学文教キャンパス（長崎）、2019.9.18（口頭果」 2019 年日本表面真空学会学術講演会、つくば

発表）

国際会議場（茨城）、2019.10.29（ポスター）

5. 古川萌子, SINGH, Santosh, 武安光太郎, 森利之, 中

15. 秋光上歩, 引田悠介, 渋谷陸, 武安光太郎, 近藤剛

村潤児「親水性・疎水性制御による窒素ドープグラ

弘, 中村潤児「窒素ドープカーボンを用いたボトム

フェン触媒の高性能化」 第 124 回触媒討論会、長アップモデル電極触媒の局所電子状態」 2019 年日

崎大学文教キャンパス（長崎）、2019.9.18（口頭発本表面真空学会学術講演会、つくば国際会議場（茨表）

城）、2019.10.29（ポスター）

6. 武安光太郎, SIINGH, Santosh, 下山雄人、古川萌子、

16. 今林拓海，茂木智泰，全家美，武安光太郎，近藤剛

中村潤児「窒素ドープカーボン触媒の構造制御に

弘，藤谷忠博，中村潤児「単結晶 Cu 表面での CO2

よる酸素還元反応律速段階の変化」 第 124 回触媒

解離吸着ダイナミクス」 2019 年日本表面真空学会

討論会、長崎大学文教キャンパス（長崎）、2019.9.18

学術講演会、つくば国際会議場（茨城）、2019.10.30（口頭発表）（口頭発表）

7. 菅亮人, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村潤児, 藤谷忠

17. 引田悠介, 秋光上歩, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村博「Cu/ZnO 系触媒における CO2 水素化によるメタ

潤児「窒素ドープカーボンモデル触媒を用いた酸

ノール合成の反応メカニズム」 第 124 回触媒討論

素還元反応素過程の表面科学的解析」 2019 年日本会、長崎大学文教キャンパス（長崎）、2019.9.18（口表面真空学会学術講演会、つくば国際会議場（茨

頭発表）

城）
、2019.10.30 （口頭発表）

8. 澤樹保隆, 今林拓海, 武安光太郎, 近藤剛弘, 藤谷

18. 久保一史, シンサントーシュ，古川萌子，引田悠介，忠博, 中村潤児「Cu (111)表面でのフォルメート水武安光太郎，中村潤児「反応条件下における窒素ド

素化反応メカニズム」 第 124 回触媒討論会、長崎ープグラフェン触媒表面の分光」 2019 年日本表面大学文教キャンパス（長崎）、2019.9.18（口頭発表）

真空学会学術講演会、つくば国際会議場（茨城）、

9. 久保一史, SINGH, Santosh, 古川萌子, 武安光太郎,

2019.10.30 （口頭発表）

中村潤児「窒素ドープグラフェン触媒での酸素還19. 菅亮人，小島隆聖，武安光太郎，近藤剛弘，中村潤

元反応素過程」 第 124 回触媒討論会、長崎大学文児，藤谷忠博「Cu 系触媒におけるメタノール合成

教キャンパス（長崎）、2019.9.18（口頭発表）の反応メカニズム」 2019 年日本表面真空学会学術10. 中村潤児「表面科学的手法によるモデル触媒の活講演会、つくば国際会議場（茨城）、2019.10.30 （口性点おび反応機構の解明」 第 124 回触媒討論会、
長崎大学文教キャンパス（長崎）、2019.9.19（触媒頭発表）
20. 澤樹保隆，今林拓海，武安光太郎，近藤剛弘，藤谷

学会 学会賞学術部門 受賞講演）

忠博，中村潤児「Cu(111)表面でのフォルメート水

11. 秋光上歩, 引田悠介, 渋谷陸, 武安光太郎, 近藤剛

素化反応素過程」 2019 年日本表面真空学会学術講弘, 中村潤児「窒素ドープカーボンモデル電極触媒

演会、つくば国際会議場（茨城）、2019.10.30 （口における酸還元反応メカニズム」 第 124 回触媒討

頭発表）

論会、長崎大学文教キャンパス（長崎）、2019.9.19

21. 武安光太郎，齋藤竜一，鯨岡郁雄，中村潤児「ミト（ポスター）

コンドリア内膜表面における反応システムの速度

12. 木村和哉, 白石一真, 中村潤児, 藤谷忠博「藻類産論的解析」 2019 年日本表面真空学会学術講演会、
つくば国際会議場（茨城）、2019.10.30 （口頭発表）

生油スクアレンの接触分解によるイソプレン製造」
第 124 回触媒討論会、長崎大学文教キャンパス（長22. 中村潤児「表面反応概論」、「モデル触媒概論」、基礎講座「第 10 回表面化学チュートリアル」 東京崎）、2019.9.19（ポスター）— 28 —

大学 理学部化学科本館（東京）、2019.11.8（依頼講演）
23. 澤樹保隆, 今林拓海, 武安光太郎, 近藤剛弘, 藤谷
忠博, 中村潤児「Cu (111)表面でのフォルメート水
素化反応素過程」 第 13 回 表面・界面スペクトロ
スコピー 2019、フォレスト・イン昭和館（東京）、2019.12.6（ポスター）
24. 今林拓海, 茂木智泰, 全家美, 武安光太郎, 近藤剛
弘, 藤谷忠博, 中村潤児「超音速分子線を用いた
Cu(100)での CO2 の表面反応ダイナミクス」 第 13
回 表面・界面スペクトロスコピー 2019、フォレス
ト・イン昭和館（東京）、2019.12.6（ポスター）
25. 秋光上歩, 引田悠介, 渋谷陸, 武安光太郎, 近藤剛
弘, 中村潤児「窒素ドープカーボンモデル電極触媒の表面電子状態」 第 13 回 表面・界面スペクトロ
スコピー 2019、フォレスト・イン昭和館（東京）、2019.12.6（ポスター）
26. 引田悠介, 秋光上歩, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村
潤児「窒素ドープカーボンモデル触媒における酸素還元反応素過程」 第 13 回 表面・界面スペクト
ロスコピー 2019、フォレスト・イン昭和館（東京）、
2019.12.6（ポスター）
27. K. Takeyasu, B. Paul, R. Saito, T. Fujitani, J.
Nakamura”An

Electrochemical

EffectinLow

Temperature Synthesis of Alcohol from CO2” 第 13 回
表面・界面スペクトロスコピー 2019、フォレスト・
イン昭和館（東京）、2019.12.7（口頭発表）
28. 武安光太郎, S. K. Singh, 古川萌子, 下山雄人, 中村
潤児, 「窒素ドープグラフェン触媒における酸素吸着」NIMS ナノシミュレーションワークショップ
2019、一橋大学一橋講堂（東京）、2019.12.7（招待講演）
29. 中村潤児「表面科学の手法で解き明かす触媒機能のメカニズム―燃料電池，メタノール製造から生物代謝機構への展開―」 化学系学協会北海道支部
2020 年冬季研究発表会、北海道大学札幌キャンパ
ス・学術交流会館（北海道）、2020.1.28（招待講演）
30. 武安光太郎, 鯨岡郁雄, 中村潤児「ミトコンドリア
内エナジェティクスの電気化学反応速度論的解析」
アカデミスト学会、オンライン、2020.3.14— 29 —

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
材料の簡便な合成を実現するための合成技術の開発、触媒設計並びに反応解析などを進めた。
【 １ 】安定性と触媒活性を兼ね備えた Pd(0)錯体の開発
Pd 錯体は、クロスカップリング反応の触媒として優れた機能を示す。空気に安定で取り扱いが容易な酸化数が 2 の Pd(II)錯体が広く使用されているが、触媒活性種である Pd(0)の状態になる過程で、基質や配位子の分解が起こるな
どの課題がある。そのため、Pd(0)錯体を触媒として用いる方が精密合成の観点で望ましい。しかし、Pd(0)錯体は空気中の酸素によって分解してしまうため、保管や取り扱いが煩雑である。
これまでに、空気に安定な Pd(0)錯体も開発されているが触媒活性が低く、「安定性」と「触媒活性」の両立は困難であった。
本研究では、異なる役割を持つ配位子をPd(0)錯体に導入することで、空気に安定で高い活性を有する Pd(0)錯体を開発した。電子求引性基であるトリフルオロメチル基を多数有する π-acceptor 配位子は Pd(0)錯体を安定化し、かさ高いシクロヘキシル基を有する σ-donor 配
位子は Pd(0)錯体の反応性を向上させる設計となっている。

この Pd(0)錯体は、空気下で加熱しても分解しないほどの安定性を有している。実際にクロス
カップリング反応に利用したところ、高活性と認識されている触媒と同程度の活性を有してい た 。 固 体 状 態 で 保 管 し て い る 際 に は π-

acceptor 配位子によって安定化されているが、触媒反応の過程ではこの π-acceptor 配位子が選択的に Pd から外れることを明らかにしている。
この機構によって、「安定性」と「触媒活性」の両立が可能となった。二種類の配位子の特徴を活かした新たな触媒設計を確立した。
【 ２ 】Pd/Cu 二元系触媒による共役高分子の短工程合成
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、C-H 結合の直接アリール化反応を利用することで、簡便な π 共役高分子の合成方法を開発してきた。さらに、直接アリール化反応をモノマーの合成にも利用することで、重合の段階だけでなく合成工程全体を効率化することを目指した。まず、反応性の高い C-Br 結合とチオフェンの C-H 結合を反応させてモノマーを合成した。この時、次の段階で反応点として利用する Cl は反応しない条件を選定した。
この方法を用いることで、これまでは三段階必要だったモノマー合成を、一回の反応で終えることが可能となった。

次にこの C-Cl 結合とオクタフルオロビフェ
ニルの C-H 結合との直接アリール化反応によって共役高分子を合成した。反応性の低い CCl 結合を反応に組み込むために、Pd と Cu の
二つの触媒の協働効果を利用した。この反応では、Pd 触媒が C-Cl を、Cu 触媒が C-H 結合を切断する役割を担っており、単一の触媒では達成できない効率的な結合形成が可能となった。
この二元系触媒によって合成された高分子が、— 30 —

有機 EL の発光材料として機能することも確認
した。
F

F F

EH

F

n H

H + n ClF

F F

Pd cat., Cu cat.
CsOH, toluene
115 °C, 18 h

EH
S

S

Cl

F
F

F F

EH

F
S

F

F F

F

EH

ものと推定した。対するチオフェンの C-H 結
合は、加熱によって Pd 錯体触媒と直接反応する。その結果、還元的脱離反応を経てクロスカップリング反応が効率よく進んでいるものと考察した。本研究で明らかになった触媒サイクルを図１に示す。

Sn【 ３ 】脱水素型クロスカップリング反応機構の解析
我々は近年、２種類の芳香族モノマーの脱水
素型クロスカップリング反応を利用して高分子半導体を得る重合法を開発した。この反応では、モノマーに事前に反応性官能基を導入する必要がなく、従来法よりも省資源・低環境負荷な高分子半導体の合成が実現できる。

図 1 推定された触媒反応機構
本研究により、銀塩が酸化剤としてのみならず、芳香族モノマーの特定の C-H 結合を活性化する助触媒としても重要な役割を担っていることが明らかになった。今後はさらに各種芳香族モノマーに対する助触媒の検討を進め、広範な基質に適用できる触媒反応設計・選択指針の確立を目指す。
【 ４ 】脱水素型クロスカップリング反応を用いる高分子半導体の合成

この重合反応が効率よく進行するためには、モノマーとして使用するポリフルオロベンゼ
ンとチオフェン誘導体の反応性の差が大切なポイントとなる。本研究では、予想する触媒反応機構に基づいて、この触媒反応の各素反応を詳しく調べるとともに、反応速度論的な解析を行い、２種類の芳香族モノマーの C-H 結合の反応性を明らかにした。その結果、ポリフルオ
ロベンゼンの C-H 結合の反応には、銀塩が助触媒として大きな役割を担っており、トランス
メタル化反応を経て Pd 錯体と優先して反応していることが分かった。一方で、ポリフルオロ
ベンゼンから生成する Pd-ビアリール錯体は還元的脱離反応が起こりにくく、触媒サイクルから外れた休止種として存在しており、これによってホモカップリング反応が抑制されている

本研究では、上記で紹介した脱水素型クロスカップリング反応をモノマー合成と重合の両方に適用し、より複雑な π 共役高分子半導体の合成に取り組んだ。

テトラフルオロベンゼンの高い反応性に注目することで、３種類の芳香族ユニットからなる目的のポリマーを得ることができた。得られた
π 共役高分子は有機 EL 素子の発光材料として機能することも確認した。テトラフルオロベン— 31 —

ゼンユニット同士の間に、π 電子過剰系のシク
ロペンタジチオフェンユニットを導入することで、高分子半導体のバンドギャップが小さくなり、オレンジ色に発光する有機 EL 素子が作製できた（図２）。

235−238 (2020). (Highlighted in the most read articlesof Organometallics) (Inside cover image of the journal)
7. Yuto Shimoyama, Junpei Kuwabara, and Takaki
Kanbara, Mechanistic Study of Pd/Ag-Dual Catalyzed
Cross Dehydrogenative Coupling of Perfluoroarenes
with Thiophenes, ACS Catal., 10, 3390-3397 (2020).

＜著書＞
1.

桑原 純平，神原 貴樹，“直接的芳香族カップリン
グ反応の設計と応用”（分担，第 18 章 直接アリール化重合による高分子半導体の合成 200-212 頁），

図２ 実際に実装した有機 EL 素子の動作写真

シーエムシー出版 (2019).
2.

Ken Okamoto, Junpei Kuwabara, and Takaki Kanbara,“Chemistry of Thioamides”, Chapter 7 Thioamide-＜論文＞

Based Transition Metal Complexes, 157-191, Toshiaki

1. Junpei Kuwabara, Wataru Tsuchida, Shuyang Guo,

Murai Ed., Singapore, Springer (2019).

Ziwei Hu, Takeshi Yasuda, and Takaki Kanbara,
Synthesis of Conjugated Polymers via Direct C–H/C–Cl
Coupling Reactions Using a Pd/Cu Binary Catalytic＜学会発表＞

System, Polym. Chem., 10, 2298-2304 (2019).

国際会議

2. Shuhei Oishi, Kaho Oi, Junpei Kuwabara, Ryo Omoda,
Yuichi Aihara, Takashi Fukuda, Toshikazu Takahashi,

1.

Takaki Kanbara, “Direct arylation polycondensation:
Facile access to semiconducting polymers”, Joint

Jun-Chul Choi, Makoto Watanabe, and Takaki Kanbara,

Symposium on Nanomaterials for Energy Applications,

Synthesis and characterization of sulfur-based polymers

Duisburg, Germany, 2019.11.4

from elemental sulfur and algae oil, ACS Appl. Polym.
Mater., 1, 1195-1202 (2019).
3. Chie Tanaka, Junpei Kuwabara, Takeshi Yasuda, andTakaki Kanbara, Synthesis of Conjugated Polymer
Consisting of Three-Component Aromatic Units via

国内会議
1. 神原 貴樹「藻類産生油を原料とする新しいバイオ
プラスチックの開発」日本ゴム協会 2019 年年次大Two-Step Cross-Dehydrogenative-Coupling Reactions,
Synth. Met., 254, 180-183 (2019).
4. Shunsuke Kodama, Junpei Kuwabara, Xin Jiang, Iori

会、京都、2019 年 5 月 24 日.
2. 郭 舒揚、土田 渉、桑原 純平、安田 剛、神原 貴
樹「Pd/Cu 触媒を利用したジクロロアリーレンの直Fukushima, and Takaki Kanbara, Effect of Purification

接アリール化重縮合」
第 68 回高分子学会年次大会、Solvent on Polymer Impurities and Device Performance,
ACS Appl. Polym. Mater., 1, 2083-2088 (2019). (Inside
cover image of the journal)

大阪、2019 年 5 月 29 日（ポスター）.
3. 陳 熹、市毛 明斗、桑原 純平、神原 貴樹「大気中での直接的アリール化重縮合による簡便な共役高

5. S. Jung, S. Kang, J. Kuwabara, H. J. Yoon, Aziridine-

分子の合成」第 68 回高分子学会年次大会、大阪、

based polyaddition, post-modification, and crosslinking:can aziridine rival epoxide in polymer chemistry?,
Polym. Chem., 10, 4506-4512 (2019).

2019 年 5 月 29 日（ポスター）.
4. 田中 智恵、桑原 純平、安田 剛、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6. Ryota Sato, Takaki Kanbara, and Junpei Kuwabara,

役高分子の合成と物性評価」第 68 回高分子学会年

Synthesis of an Air-Stable Pd(0) Catalyst Bearing Donorand Acceptor Phosphine Ligands, Organometallics, 39,

次大会、大阪、2019 年 5 月 30 日（ポスター）.
5. 大井 香穂、大石 修平、桑原 純平、福田 隆史、神— 32 —

原 貴樹「硫黄・植物由来オイルを原料とした柔軟応を利用した含窒素多環芳香族化合物の合成」第な IR 透過材料の合成」第 68 回高分子学会年次大34 回高分子若手の会、つくばみらい、2019 年 10 月

会、大阪、2019 年 5 月 30 日（ポスター）.

31 日（ポスター）.

6. 神原 貴樹「直接的アリール化重合：簡便で環境に

17. 佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹「空気に安定な

優しい高分子半導体の開発」高分子学会関東支部

Pd(0)触媒による鈴木‐宮浦クロスカップリング反第 60 回茨城地区活動講演会、つくば、2019 年 6 月

応」第 34 回高分子若手の会、つくばみらい、201914 日（招待講演）.

年 10 月 31 日（ポスター）.

7. 小野瀬 悠佑、大嶽 和久、桑原 純平、神原 貴樹「不18. 高本 章寛、小野瀬 悠佑、桑原 純平、神原 貴樹

飽和脂肪酸を原料とした反応性バイオポリオレフ「2,5-フランジカルボン酸を原料とする p 共役系高ィンの開発」第 8 回 JACI/GSC シンポジウム、東分子の新規合成方法の開発」第 34 回高分子若手の京、2019 年 6 月 25 日（ポスター）.

会、つくばみらい、2019 年 10 月 31 日（ポスター）.

8. 佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹「空気に安定な

19. 小野瀬 悠佑、大嶽 和久、桑原 純平、神原 貴樹「不Pd(0)触媒前駆体の開発と触媒機能評価」第 8 回飽和脂肪酸を原料とした反応性バイオポリオレフ

JACI/GSC シンポジウム、東京、2019 年 6 月 25 日

ィンの合成と化学修飾」第 34 回高分子若手の会、
つくばみらい、2019 年 10 月 31 日.

（ポスター）.
9. 小野瀬 悠佑、大嶽 和久、桑原 純平、神原 貴樹「不20. 遠藤 諒介、桑原 純平、神原 貴樹「ジフルオロベ

飽和脂肪酸を原料とした反応性バイオポリオレフ

ンゾチアジアゾールの脱水素型クロスカップリン

ィンの合成」ABES 研究発表会、つくば、2019 年 9グ重合」第 34 回高分子若手の会、つくばみらい、

月 25 日.

2019 年 10 月 31 日（ポスター）.

10. 大井 香穂、大石 修平、桑原 純平、福田 隆史、神21. 大井 香穂、大石 修平、桑原 純平、福田 隆史、神原 貴樹「硫黄・植物由来オイルを原料とした柔軟

原 貴樹「硫黄と植物由来オイルを原料とした柔軟な IR 透過材料の合成」ABES 研究発表会、つくば、な IR 透過材料の合成」第 34 回高分子若手の会、2019 年 9 月 25 日（ポスター）.

つくばみらい、2019 年 11 月 1 日（ポスター）.

11. 佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹「異種のリン配22. 藤平 右京、桑原 純平、神原 貴樹「N-オキシドを位子を有する空気に安定な Pd(0)錯体の様々なクロ利用した 2 段階ワンポットホモカップリング重合」

スカップリング反応への適応」第 9 回 CSJ 科学フ

第 34 回高分子若手の会、つくばみらい、2019 年 10

ェスタ、東京、2019 年 10 月 17 日（ポスター）.

月 31 日（ポスター）.

12. 遠藤 諒介、桑原 純平、神原 貴樹「ポリフルオロ

23. 大野 茜、桑原 純平、神原 貴樹「長鎖アルキル基

ベンゼン類縁体の脱水素型クロスカップリング重を有するピンサー型白金錯体が形成する集合体の合」第 9 回 CSJ 科学フェスタ、東京、2019 年 10 月

経時変化」
第 34 回高分子若手の会、
つくばみらい、

16 日（ポスター）.

2019 年 10 月 31 日（ポスター）.

13. 周 宗揚、桑原 純平、神原 貴樹「三成分連結反応

24. 神原 貴樹「直接的アリール化重合：高分子半導体による置換アントラゾリンおよびフェナントロリの製造プロセスを志向した合成手法の開発」第 28

ン誘導体の合成」第 9 回 CSJ 科学フェスタ、東京、

回ポリマー材料フォーラム、名古屋、2019 年 11 月

2019 年 10 月 15 日（ポスター）.

21 日（招待講演）.

14. 田中 智恵、桑原 純平、安田 剛、神原 貴樹「脱水25. 神原 貴樹「直接的アリール化重縮合：簡便で環境

素型クロスカップリング反応に基づく三成分系共に優しい高分子半導体合成法の開発」東京工業大

役高分子の合成」第 34 回高分子若手の会、つくば

学資源化学研究所創立 80 年記念学術シンポジウム、

みらい、2019 年 11 月 1 日（ポスター）.

横浜、2019 年 11 月 22 日（招待講演）.

15. 岩森 涼太、佐藤 亮太、桑原 純平、神原 貴樹「ア26. 神原 貴樹「直接的アリール化重合：簡便で環境にルキンのヒドロアリール化反応を利用したπ共役

優しい高分子半導体製造プロセスの開発」東京工

高分子合成法の開発」第 34 回高分子若手の会、つ業大学有機高分子セミナー、東京、2020 年 1 月 10

くばみらい、2019 年 10 月 31 日（ポスター）.

日（依頼講演）.

16. 山本 祥恵、桑原 純平、神原 貴樹「三成分連結反27. 山本 祥恵、桑原 純平、神原 貴樹「Povarov 反応— 33 —

を利用した新規フェナントロリン誘導体の合成」
日本化学会第 100 春季年会、野田、2020 年 3 月 22日.
28. 村上 寛樹、桑原 純平、神原 貴樹「フルオレン誘導体をユニットとするポリアジンの合成」日本化学会第 100 春季年会、野田、2020 年 3 月 23 日.

— 34 —

鍋島達弥、中村貴志＜研究成果＞
分子の自己集積によって新機能が発現する分子系や、新規なゲストセンシングの創出を目指してこれまで研究を推進してきたが、本年度は二つの大きな研究の柱を中心に検討を行った。一つ目は、シッフ塩基の形成を利用した新規な環状超分子の創出であり、選択的な超分子形成およびその金属錯体への変換にも成功した。特に、大環状亜鉛錯体を用いた選択的なフラーレン認識を達成するなど、超分子化学の新展開に大きく貢献する成果を挙げることができた。二つ目は、これまで報告例がほとんどないジピリンのガリウムおよびインジウム錯体の合成に、N2Ox 型ジピリンを用いることで成功した。これらを用いることで、アルカリ土類
金属イオンの捕捉と、これに伴う光学特性の変化を見いだし、新しい発光センサーにつながる知見を得た。
【 １ 】双腕型両官能性単量体を用いた salophを壁面に持つベルト状大環状分子の合成
既存の大環状分子の多くは 1 本の結合により単量体ユニット同士が連結されたリング状の構造を有している。2 本の結合により単量体
ユニット同士を連結したベルト状大環状分子
は、剛直な骨格をもつことから高い機能が期待されるが、その合成はチャレンジングな課題であった。
本研究では、2 つのサリチルアルデヒド部位と 1 つの o-フェニレンジアミン部位を同一分子内にもつ双腕型両官能性単量体 1 を設計した。これらの 2 種類の部位から生成する saloph
を動的な結合形成点として利用し、ベルト状の環状三量体 H6S3 と環状四量体 H8S4、さらにその 金 属 錯 体 [S3M3X3n] (M = Mn) お よ び[S4M4X4n] (M = Mn, Zn) を合成した（図 1a）。
環状三量体 H6S3 の単結晶 X 線構造解析より、
saloph ユニット同士がベルト状に連結された構造が確かめられた（図 1b）。また、亜鉛 saloph
四量体 [S4Zn4X4] はフラーレン包接において、C70 を C60 に対して 100 倍以上の強さで結合す
る顕著な選択性を示した。C60 を包接した亜鉛
saloph 四量体の X 線結晶構造解析の結果、C60を包接した [S4Zn4(CH3OH)4] の環状骨格は正方形ではなく平行四辺形に歪んでおり、対面の2 つの亜鉛 saloph 部位のみが C60 と相互作用していた（図 1c）。すなわち、剛直なベルト状構造が顕著な C70/C60 選択性につながることが示された。

図 1 (a) 双腕型両官能性単量体 1 を用いた
saloph ベルト大環状分子の合成 (b) H6S3 の構
造 (c) C60⊂[S4Zn4(CH3OH)4] の構造【 ２ 】異種の金属配位サイトを精密集積した大環状錯体の合成と超分子錯体形成
配位部位をもつ環状多量体は金属に対する多座配位子として有用で、環状分子で塞がれて— 35 —

いない配位サイトは分子捕捉や触媒反応に利用できる。しかし、反応性の高い配位サイトを残したまま金属を秩序的に集積することには一般に困難が伴う。
我々は、N2 配位部位 bpy と N2O2 配位部位
salen とを 3 つずつもつ三角形大環状配位子
bpytrisalen H62 およびその多核錯体 [2M6Xn]
を設計・合成した（図 2a）。H62 と亜鉛もしく
は銀との錯形成により、6 つの金属原子が互いに約 5 Å の間隔でほぼ同一平面上に配置された同種・異種 6 核錯体を合成した。Bpy 部位の金属配位サイトは内向きに集積される一方、
salen 部位の配位サイトは環状分子平面と直交しており、異種の配位サイトの精密集積を実現した（図 2b）。さらに、salen 部位同士を直線型配位子で連結することで、bpy 部位の金属配位
サイトを 3 次元集積したダブルデッカー型超分子錯体の合成にも成功した（図 2c）。

図 2 (a) 大環状配位子 bpytrisalen を用いた 6
核 錯 体 [2M6Xn](b) 異 種 多 核 錯 体[2Zn3Ag3Xn] の構造と金属配位サイトの集積(c) 1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタンを架橋配位子としたダブルデッカー型亜鉛 12 核錯体【 ３ 】高周期 13 族元素を中心元素にもつ
N2Ox 型ジピリン錯体のイオン認識
イオン認識によって光吸収・発光特性が変化する化合物は、バイオイメージングなどのツールとして期待できる。ジピリンホウ素錯体（BODIPY）は高い発光特性を示すことから、
イオンセンサーを始めとして幅広く研究されてきた。しかし、ホウ素より高周期の 13 族元素を中心元素にもつジピリン錯体は報告例が少なく、機能化には限りがあった。そこで我々は、N2Ox 型ジピリンを用いることで高周期 13族元素錯体を合成し、その光学特性ならびにイオン認識能を調査した。N2Ox 型ジピリン錯体
は、N2Ox 型ジピリン H33–H35 と対応する金属
塩との錯化反応により得られた（式 1）。
式 1 N2Ox 型ジピリン錯体の合成： (a) N2O2 型
ジピリン錯体 (b) N2O4 型ジピリン錯体

N2O2 型ジピリン錯体[3ML’2]は近赤外領域に及ぶ高効率発光を示し、溶媒依存性を示さなかった。N2O4 型ジピリン錯体[4ML’2]、[5ML’2]についても発光波長は近赤外領域に達し、さらに酸素 4 原子によって形成される O4 サイト（式1b）のサイズは中心元素によって変化することが単結晶 X 線構造解析から明らかとなった。
この O4 サイトがイオン認識場としてはたらくことを期待し、イオン認識能を調査したところ、[4ML’2]と[5ML’2]はアルカリ土類金属イオンを加えることで多くの場合、光吸収・発光特性が変化することが明らかとなった。特に、Ca2+を加えた時に、[5ML’2]の発光量子収率は大幅に向上した（図 3）。例外的に、インジウム錯体[4InL’2]と[5InL’2]の場合、Mg2+を添加しても蛍光強度はほとんど変化しなかった。以上の結果— 36 —

から、本錯体は Mg2+共存下でも Ca2+を検知可
能な発光センサーとして有望であることが示された。

＜学会発表＞
国際会議
1. Tatsuya Nabeshima ”Design and Synthesis of Artificial
Supramolecular Systems Possessing Highly Cooperative
Functions ” 3rd World Chemistry Conference andExhibition (WCCE-2019), Bedford Hotel & Congress
Center, Brussels, Belgium, Jun. 12-16, 2019 (Invited)
2. Akinobu Sumiyoshi, Yusuke Chiba, Ryota Matsuoka,
Tatsuya Nabeshima, ”Synthesis and Functions of Indium
Complexes of N2O4-type Dipyrrins” 18th International
Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA-18),
Sapporo Convention Center, Jul. 21-26, 2019 (Poster)

図 3 N2O4 型ジピリン錯体にアルカリ土類金属イオンを添加したときの発光量子収率の変化

3. Tatsuya

Nabeshima“Unique

RespondingandSynergistic Molecular Recognition of Supramolecular
Systems” 1st International Conferences on NoncovalentInteractions (ICNI-2019), Aug. 31-Sep. 8, 2019
(Invited)
4. Tatsuya Nabeshima “Design and Synthesis of Molecular＜論文＞
1. Sota Yonemura, Takashi Nakamura, and Tatsuya

and Supramolecular Systems with Unique Funcitons”

Nabeshima, “Threading/Folding Recognition Modes of

the chemistry seminar, King Abdullah University of

Phosphodiesters by a p-Nitrophenylamide Cyclodextrin
Derivative” Chem. Lett., 49, 493-496 (2020).

Science and Technology, Oct. 19-23, 2019 (Invited)
5. Tatsuya Nabeshima “Creation of Unique Structures and2. Akinobu Sumiyoshi, Yusuke Chiba, Ryota Matsuoka,

Functions by Utilizing Coordination Bonds” Joint

Takumu Noda, and Tatsuya Nabeshima, "Efficient

Symposium on Nanomaterials for Energy Applications,luminescent properties and cation recognition ability of

the University of Duisburg-Essen, Nov. 2-8, 2019heavy group 13 element complexes of N2O2- and N2O4-(Invited)

type dipyrrins" Dalton Trans., 48, 13169-13175 (2019).
3. Takashi Nakamura, Yuto Kawashima, Eiji Nishibori,and Tatsuya Nabeshima, "Bpytrisalen/Bpytrisaloph: A
Triangular Platform That Spatially Arranges Diﬀerent

国内会議
1. 鍋島達弥「分子の世界のコミュニケーションと分子の働き」大饗シンポジウム、盛岡地域交流センタ

Multiple Labile Coordination Sites" Inorg. Chem., 58,
7863-7872 (2019).
4. Takashi Nakamura, Shinnosuke Tsukuda, and Tatsuya

ー マリオス 18F 会議室、2019 年 4 月 20 日(口頭)2. 鍋島達弥「複雑系を指向した機能性超分子システム」第 17 回ホスト–ゲスト・超分子化学シンポジウ

Nabeshima, "Double-Circularly Connected Saloph-Belt

ム、金沢歌劇座、金沢、石川、2019 年 5 月 18、19

Macrocycles Generated from a Bis-Armed Bifunctional
Monomer" J. Am. Chem. Soc., 141, 6462-6467 (2019).

日(口頭)3. 中村貴志・佃真之介・鍋島達弥 「双腕型両官能性
単量体を用いたサロフベルト大環状分子の合成とフラーレンの選択的包接」第 17 回ホスト–ゲスト・＜総説・解説＞
1.

超分子化学シンポジウム、金沢歌劇座、金沢、石川、
中村 貴志 “ユニークな形状をもつ環状多量体の合成と分子捕捉－－分子の非対称化に着目した

超分子化学” 化学と工業, 72, 1053-1054 (2019)2019 年 5 月 18、19 日(口頭)4. 米村颯太・中村貴志・鍋島達弥 「ビピリジル基を導入したβ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合成と多量 体錯体の形成」— 37 —

第 17 回ホスト–ゲスト・超分子化学シンポジウム、

13. 石原拓磨・松岡亮太・千葉湧介・鍋島達弥「複数の金沢歌劇座、金沢、石川、2019 年 5 月 18、19 日(ポビピリジンを集積させたキラル三重らせん超分子

スター)の合成」第 30 回基礎有機化学討論会、大阪国際交流センター、2019 年 9 月 25～27 日(ポスター)

5. 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によるアルカリ土類金14. 中村貴志・川島侑人・鍋島達弥「ビピリジル部位を属イオン認識」第 17 回ホスト–ゲスト・超分子化学

内孔にもつ大環状配位子の合成とその多核金属錯

シンポジウム、金沢歌劇座、金沢、石川、2019 年 5体および 超分子錯体の精密構築」第 30 回基礎有

月 18、19 日(ポスター)

機化学討論会、大阪国際交流センター、2019 年 9月 25～27 日(ポスター)

6. 青木孝介・松岡亮太・鍋島達弥「トリアゾリウムを集積させた三脚型らせん金属錯体によるイオン認15. 松岡亮太・檜森宗・鍋島達弥「C3v 型 BODIPY 環

識」第 17 回ホスト–ゲスト・超分子化学シンポ状三量体による擬ロタキサン形成の速度論的向き

ジウム、金沢歌劇座、金沢、石川、2019 年 5 月 18、

選択性と置換基効果」
第 30 回基礎有機化学討論会、

19 日(ポスター)

大阪国際交流センター、2019 年 9 月 25～27 日(口7. 米村颯太、中村貴志、鍋島達弥「アミド基を介して頭)

多数のビピリジルを導入したβシクロデキストリ

16. 増本正輝・千葉湧介・松岡亮太・鍋島達弥「m-フェン誘導体の金属錯形成による単一なキラル構造のニレンをスペーサーとする環状ジピリン多量体の構築」、第 10 回サブウェイセミナー、東京大学本郷

合成と錯化挙動」第 30 回基礎有機化学討論会、大キャンパス、東京、2019 年 8 月 29 日(ポスター)

阪国際交流センター、2019 年 9 月 25～27 日(ポス8. 中村貴志、米村颯太、鍋島達弥「アミド基を５位にター)もつシクロデキストリン誘導体の合成・構造と多17. 青木孝介・松岡亮太・鍋島達弥「トリアゾリウムを

点水素結合によるアニオン認識」第 36 回シクロデ集積させた三脚型らせん金属錯体による水中アニ

キストリンシンポジウム、神戸学院大学ポートア

オン認識」第 30 回基礎有機化学討論会、大阪国際

イランドキャンパス、神戸、兵庫、2019 年 9 月 12-

交流センター、2019 年 9 月 25～27 日(ポスター)
18. 住吉昭信・松岡亮太・千葉湧介・鍋島達弥「発光性13 日(口頭)

N2O4 型ジピリン-インジウムおよびガリウム錯体

9. 日比風弥・鍋島達弥・一戸雅聡「シリル基とアルキル基で置換された非対称ジシレンの合成と反応性」の合成とイオン認識」
第 30 回基礎有機化学討論会、第 66 回有機金属化学討論会、首都大学東京南大沢

大阪国際交流センター、2019 年 9 月 25～27 日(ポキャンパス、八王子、東京、2019 年 9 月 14～16 日

スター)
19. 両角拓磨・松岡亮太・鍋島達弥「四級炭素ピボット(ポスター)
10. Ryota Matsuoka, Tomohiro Hojo, Tatsuya Nabeshima ”を持つ三脚型ビピリジン配位子の金属錯形成と自A Luminescent Zn(II) Complex of Oligodipyrrin

己集積」第 30 回基礎有機化学討論会、大阪国際交

Macrocycle with an Unsymmetrically Twisted Structure”

流センター、2019 年 9 月 25～27 日(ポスター)

The 69th Conference of Japan Society of Coordination

20. 青木孝介・松岡亮太・鍋島達弥「トリアゾリウムを

Chemistry, Nagoya University, Nagoya, Aichi, Sep. 21-

集積させた三重らせん金属錯体によるイオン認識」

23, 2019 (Oral)

CSJ 化学フェスタ 2019、タワーホール船堀、東京
都、2019 年 10 月 15～17 日(ポスター)

11. 米村颯太・中村貴志・鍋島達弥「７つのビピリジルを持つシクロデキストリン誘導体の段階的錯形成

21. 芹澤航平・千葉湧介・松岡亮太・鍋島達弥「2,2’-によるキラルな 巨大構造の構築」錯体化学会第 69

ビピリジンをスペーサーとする新規大環状ジピリ

回討論会、名古屋大学東山キャンパス、2019 年 9ン多量体の合成」CSJ 化学フェスタ 2019、タワー

月 21～23 日(口頭)ホール船堀、東京都、2019 年 10 月 15～17 日(ポス12. 芹澤航平・千葉湧介・松岡亮太・鍋島達弥「2,2’-ビター)

ピリジンをスペーサーに持つ新規環状ジピリン多量

22. 増本正輝・千葉湧介・松岡亮太・鍋島達弥「m-フェ体の合成」第 30 回基礎有機化学討論会、大阪国際交

ニレンスペーサーをもつ大環状ジピリンオリゴマ

流センター、2019 年 9 月 25～27 日(ポスター)

ーの合成と錯化挙動」CSJ 化学フェスタ 2019、タ— 38 —

キャンパス、2020 年 3 月 22～25 日(口頭)ワーホール船堀、東京都、2019 年 10 月 15～17 日

32. 両角拓磨・松岡亮太・鍋島達弥「トリポダンド型ト(ポスター)
23. 住吉昭信・松岡亮太・千葉湧介・鍋島達弥「N2O4

リスビピリジン錯体の溶媒依存的 fac/mer 異性化」型ジピリン-インジウムおよびガリウム蛍光錯体の

日本化学会第 100 春季年会、東京理科大学野田キ

合成とイオン認識」CSJ 化学フェスタ 2019、タワ

ャンパス、2020 年 3 月 22～25 日(口頭)ーホール船堀、東京都、2019 年 10 月 15～17 日(ポ33. 米村颯太・中村貴志・鍋島達弥「７つのビピリジル
アミド基をもつシクロデキストリン錯体の非対称

スター)
24. 両角拓磨・松岡亮太・鍋島達弥「四級炭素ピボット化された構造を利用したアニオンのキラル認識」

を持つ含ビピリジルトリポダンドの金属錯形成と日本化学会第 100 春季年会、東京理科大学野田キ

自己集積体の合成」CSJ 化学フェスタ 2019、タワ

ャンパス、2020 年 3 月 22～25 日(口頭)ーホール船堀、東京都、2019 年 10 月 15～17 日(ポ34. 赤塚竣哉・中村貴志・鍋島達弥「６つまたは８つのビピリジル基をもつシクロデキストリン金属錯体

スター)の構造」日本化学会第 100 春季年会、東京理科大学

25. 米村颯太・中村貴志・鍋島達弥「多数のビピリジルを持つシクロデキストリン誘導体の金属錯形成に野田キャンパス、2020 年 3 月 22～25 日(口頭)よるキラル構造の構築と機能化」CSJ 化学フェスタ

35. 石原拓磨・千葉湧介・鍋島達弥「シッフ塩基形成を2019、タワーホール船堀、東京都、2019 年 10 月 15

利用した三重らせん錯体の自己集積挙動」日本化～17 日

学会第 100 春季年会、東京理科大学野田キャンパ
ス、2020 年 3 月 22～25 日(口頭)26. 石原拓磨・松岡亮太・千葉湧介・鍋島達弥「ビピリジンスペーサーを有するキラル三重らせん超分子

36. 青木孝介・松岡亮太・鍋島達弥「トリアゾリウムをの合成」CSJ 化学フェスタ 2019、タワーホール船集積させた三脚型らせん金属錯体の水中における堀、東京都、2019 年 10 月 15～17 日(ポスター)

アニオン認識」日本化学会第 100 春季年会、東京理27. 芹澤航平・千葉湧介・鍋島達弥「2,2’-ビピリジン科大学野田キャンパス、2020 年 3 月 22～25 日(口頭)をスペーサーにもつ環状ジピリン多量体およびその BODIPY 誘導体の合成」第 46 回有機典型元素化

37. 増本正輝・松岡亮太・鍋島達弥「C3v 対称ジピリン

学討論会、松山大学カルフール・ホール、愛媛県、

環状三量体の非対称的錯体形成」日本化学会第 100

2019 年 12 月 5～7 日(ポスター)

春季年会、東京理科大学野田キャンパス、2020 年

28. 青木孝介・松岡亮太・鍋島達弥「トリアゾリウムを

3 月 22～25 日(口頭)集積させた三重らせん金属錯体による水中アニオ

38. タンテンセイ・松岡亮太・鍋島達弥「 C3v 対称

ン認識」第 46 回有機典型元素化学討論会、松山大

BODIPY 環状三量体の擬ロタキサン形成における学カルフール・ホール、愛媛県、2019 年 12 月 5～置換基効果」日本化学会第 100 春季年会、東京理科

7 日(ポスター)大学野田キャンパス、2020 年 3 月 22～25 日(口頭)29. 矢野周平・中村貴志・鍋島達弥「ビピリジンとサレ

39. 津崎潤・鍋島達弥・一戸雅聡「ジシリンとハロゲンンで構成される剛直な大環状配位子を用いた多核化亜鉛の反応」日本化学会第 100 春季年会、東京理

金属錯体の合成」日本化学会第 100 春季年会、東京科大学野田キャンパス、2020 年 3 月 22～25 日(口理科大学野田キャンパス、2020 年 3 月 22～25 日

頭)

(口頭)

40. 日比風弥・鍋島達弥・一戸雅聡「シリル基とアルキ

30. 松岡亮太・檜森 宗・鍋島 達弥「C3v 対称 BODIPY

ル基で非対称に置換されたジシレンの合成」日本

環状三量体の擬ロタキサン形成における速度論的化学会第 100 春季年会、東京理科大学野田キャン

向き選択性と置換基効果」日本化学会第 100 春季

パス、2020 年 3 月 22～25 日(口頭)年会、東京理科大学野田キャンパス、2020 年 3 月

41. 東條翔磨・鍋島達弥・一戸雅聡「アルキル置換 1,2-

22～25 日(口頭)

ジリチオジシランの合成」日本化学会第 100 春季

31. 芹澤航平・千葉湧介・鍋島達弥「含 2,2’-ビピリジ
ン環状ジピリン多量体とその BODIPY 誘導体の合成」日本化学会第 100 春季年会、東京理科大学野田— 39 —

年会、東京理科大学野田キャンパス、2020 年 3 月
22～25 日(口頭)山本泰彦＜研究成果＞
核酸塩基のグアニンを豊富に含む DNA (図１(I)) は、四重鎖 DNA (図１(II)) を形成する。
そして、四重鎖 DNA に対して、ヘムタンパク
質の補欠分子族であるヘムは特異的に結合し、複合体を形成する (図１(III))。複合体のヘム鉄
は、酸化型(Fe3+)または還元型(Fe2+)で存在し、Fe3+をもつ複合体は酸化触媒作用を示す。複合体で、四重鎖 DNA とヘムの接触界面には水が1 分子サンドイッチされており、軸配位子としてヘム鉄に結合している (図１(IV))。ヘム鉄の反応性の増大には、この水分子が重要な役割を担っていると考えられる。私共は、当該複合体が示す酸化触媒作用の分子機構を解明し、複合体の触媒活性を増大させる分子設計指針を発見することを目的に研究を行っている。
【 １ 】酸化触媒作用の分子機構の解明
ヘムタンパク質のペルオキシダーゼで解明されている酸化触媒作用の分子機構をもとに考えると、複合体の酸化触媒反応で Compound
I と呼ばれるオキソ鉄 4 価ポルフィリン π カチ
オンラジカルが反応中間体として生じることが推測される。そこで、小島隆彦教授、小谷弘
明助教(いずれも筑波大数物)との共同研究で、電子スピン共鳴(ESR)による Compound I の検出を試みた。複合体に過酸化水素 (H2O2) を添加した試料の ESR スペクトルを液体ヘリウム
温度で測定した結果、g 値約 2.0 に Compound I
由来のシグナルが観測された。この Compound
I のシグナルは、酸化反応の基質として Amplex
red (10-acetyl-3,7- dihydroxyphenoxazine)をあらかじめ複合体に加えておくと、H2O2 を添加しても観測されなかったことから、基質存在下、Compound I は速やかに消費されることが明らかになった。これらの結果から、複合体の酸化触媒作用の分子機構は、ペルオキシダーゼと本質的に同一であることが明らかになった。
【 ２ 】四重鎖 RNA とヘムの複合体
四重鎖 RNA のフォールディングトポロジー
は、一部の例外を除いて、平行型四重鎖である
ので、四重鎖 RNA はヘムとの複合体形成に好図１．DNA(I)、四重鎖 DNA(II)、ヘムと四重鎖 DNAの複合体(III)および複合体におけるヘムの配位構造(IV)。四重鎖 DNA とヘムの接触界面に存在する水分子は、軸配位子としてヘム鉄に結合している。そして、さらに外部配位子が、ヘム平面を挟んで DNA の反対側からヘム鉄に結合する(IVでは、還元型ヘム鉄(Fe2+)に一酸化炭素(CO)が結合している)。酸化型ヘム鉄(Fe3+)をもつ複合体
が示す酸化触媒活性は、軸配位子の水分子により生み出されていると考えられる。

都合であると言える。四重鎖 RNA で解析を行う前に、DNA に RNA を部分的に導入して調製した DNA/RNA キメラ塩基配列の四重鎖で解析を行った所、ヘムはキメラ塩基配列の四重鎖に対しても、四重鎖 DNA と同様の様式で、複— 40 —

合体を形成することが明かとなった。RNA の糖部分の水酸基は、水素結合の形成を通して、四重鎖構造を安定化するので、キメラ塩基配列の四重鎖は、対応する DNA 塩基配列の四重鎖よりも 20 ℃以上も高い変性温度を示すことが示された。したがって、本来、タンパク質に比べて、幅広い pH 範囲で安定であると共に、高濃度の塩や有機溶媒の添加にも強い四重鎖
DNA よりもさらに安定な四重鎖 RNA は、新規触媒を創製する上で有用であると考えられる。

＜学会発表＞
国際会議
1. Y. Yamamoto, H. Araki, K. Hayasaka, S. Nakamura,T.
Shibata, A. Momotake, and H. Hemmi, “Deoxyribozyme
Possessing Heme”, 61st Experimental Nuclear Magnetic
Resonance Conference, Asilomar, USA, 2019.04.07-12(Poster)
2. R. Shinomiya, A. Momotake, Y. Katahira, H. Araki, T.
Shibata, S. Yanagisawa, T. Ogura, A. Suzuki, S. Neya,and Y. Yamamoto, “Structures and Catalytic Activities of
DNA Complexes Consisting of Chemically Modified＜論文＞

Heme and Tetrameric G-Quadruplex DNA”, 15th

1. R. Shinomiya, H. Araki, A. Momotake, H. Kotani, T.
Kojima,andY.

Yamamoto,“Identification

International Symposium on Applied BioinorganicofChemistry (ISABC15), Nara, Japan, 2019.06.02-05

Intermediates in Peroxidase Catalytic Cycle of a
DNAzyme Possessing Heme”, Bull. Chem. Soc. Jpn., 92,
1729-1736 (2019). doi: 10.1246/bcsj.20190157(Poster)
3. Y. Yamamoto, R. Shinomiya, H. Araki, T. Shibata, A.
Momotake, S. Yanagisawa, T. Ogura, A. Suzuki, S. Neya,

2. K. Hayasaka, T. Shibata, A. Sugahara, A. Momotake, T.

and H. Hemmi, “Heme-DNAzyme”, Commemorative

Matsui, S. Neya, T. Ishizuka, Y. Xu, and Y. Yamamoto,International Symposium of the Japan Society of Nucleic“Characterization of Structure and Catalytic Activity ofa Complex between Heme and an All Parallel-stranded
Tetrameric G-quadruplex Formed from DNA/RNA

Acids Chemistry, Kobe, Japan, 2019.07.22-24 (Poster)
4. Y. Yamamoto, R. Shinomiya, H. Kotani, H. Araki, A.
Momotake, T. Shibata, S. Yanagisawa, T. Ogura, H.

Chimera Sequence d(TTA)r(GGG)dT”, Bull. Chem. Soc.

Hemmi, A. Suzuki, S. Neya, and T. Kojima, “Heme

Jpn., (2020). doi.org/10.1246/bcsj.20200013

Meets DNA.”, 19th International Conference on

3. M. Uchiyama, A. Momotake, N. Kobayashi, and Y.
Yamamoto,“Specific

BindingofanBiological Inorganic Chemistry (ICBIC-19), Interlaken,

Anionic

Phthalocyanine Derivative to G-quadruplex DNAs”,
Chem. Lett., (2020). doi.org/10.1246/cl.200110

Switzerland, 2019.08.11-16 (Oral, Invited talk)5. Y. Yamamoto, R. Shinomiya, H. Araki, T. Shibata, A.
Momotake, S. Yanagisawa, T. Ogura, A. Suzuki, and S.

4. T. Mizuguchi, A. Momotake, M. Hishida, M. Yasui, Y.

Neya, “DNAzyme Possessing Heme”, The 46th

Yamamoto, T. Saiki, and M. Nuriya, “MultimodalInternational Symposium on Nucleic Acids Chemistry,

Multiphoton Imaging of the Lipid Bilayer by Dye-Based
Sum-Frequency Generation and Coherent Anti-Stokes
Raman

Scattering”,

Anal.

Chem.

(2020)

doi:

Koganei, Japan, 2019.10.29-31 (Oral)
6. H. Araki, A. Momotake, Y. Yamamoto, T. Ochiai, N.
Shimada,10.1021/acs.analchem.0c00673“EnhancementofInteraction with Cationic Copolymers”, The 46th

Yamamoto, T. Saiki, and M. Nuriya, “Monitoring theInternational Symposium on Nucleic Acids Chemistry,Morphological Evolution of Giant Vesicles by Azo DyeColloids Surf. B Biointerface, 186, 110716 (2020) doi:

Maruyama,

Peroxidase Activity of Heme-DNAzyme through

5. A. Momotake, T. Mizuguchi, M. Hishida, M. Yasui, Y.

based Sum-frequency Generation (SFG) Microscopy”,

and A.

Koganei, Japan, 2019.10.29-31 (Poster)
7. M. Uchiyama, T. Shibata, A. Momotake, T. Ikeue, and Y.

10.1016/j.colsurfb.2019.110716

Yamamoto, “Complexes between G-quadruplex DNA andPhthalocyanines”, The 46th International Symposium on
Nucleic Acids Chemistry, Koganei, Japan, 2019.10.29-31(Poster)— 41 —

8. T. Sugita, T. Matsuo, S. Hirota, S. Yanagisawa, T. Ogura,和、百武篤也、柳澤幸子、小倉尚志、鈴木秋弘、根O. Shoji, Y. Watanabe, A. Suzuki, S. Neya, A.

矢三郎、小島隆彦、山本泰彦、「四重鎖 DNA とヘ

Momotake, and Y. Yamamoto, “Electronic Control ofムの複合体の酸化触媒機構」、第 52 回酸化反応討

Myoglobin Function”, 17th International Symposium on
Blood Substitutes & Oxygen Therapeutics (XVII-ISBS-

論会、奈良市、2019.11.09-10（ポスター）
9. 村田莉恵、百武篤也、山本泰彦、鈴木秋弘、松尾貴2019), Nara, Japan, 2019.11.21-23 (Poster)史、廣田俊、根矢三郎、「メソ位にトリフルオロメ
チル基を導入したヘムをもつミオグロビンの研究」、日本化学会第 100 春季年会 (2020)、野田市、

国内会議
1. 山本泰彦、 篠宮僚介、小谷弘明、 荒木はるか、柴田友和、 百武篤也、 柳澤幸子、小倉尚志、逸見光、

2020.03.22-25（口頭）10. 内山真見、柴田友和、百武篤也、池上崇久、松井亨、
山本泰彦、「四重鎖 DNA とフタロシアニン誘導体

鈴木秋弘、根矢三郎、小島隆彦、「ヘムをもつ DNAの複合体」、日本化学会第 100 春季年会 (2020)、野酵素」、第 46 回生体分子科学討論会、つくば市、
2019.06.21-22（口頭）2. 百武篤也、水口高翔、塗谷睦生、安井正人、山本泰

田市、2020.03.22-25（口頭）11. 中島優輔、百武篤也、山本泰彦、「ヘム－DNA 複合体のイミダゾール付加物の解析」、 日本化学会第彦、「非線形光学イメージングに向けた無蛍光性分
子プローブの開発と応用」、第 46 回生体分子科学

討論会、つくば市、2019.06.21-22（ポスター）

100 春季年会 (2020)、野田市、2020.03.22-25（口頭）12. 荒木はるか、百武篤也、山本泰彦、落合拓郎、嶋田直彦、丸山厚、「カチオン性共重合体によるヘム-

3. 荒川和基、山田果央、片平裕弥、越智健太郎、中山DNA 複合体のペルオキシダーゼ活性の増大」、日優作、荒木はるか、篠宮僚介、百武篤也、山本泰彦、

本 化 学 会 第 100 春 季 年 会 (2020) 、 野 田 市 、「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」、第 46 回生体分子科学

討論会、つくば市、2019.06.21-22（ポスター）

2020.03.22-25（口頭）13. 岡本千奈、篠宮僚介、山田果央、百武篤也、山本泰彦、「ヒトテロメア関連塩基配列の DNA が 2 分子

4. 菅原綾、篠宮僚介、木下真志、柴田友和、百武篤也、で形成する平行型四重鎖 DNA およびそのヘムと山本泰彦、 柳澤幸子、小倉尚志、鈴木秋弘、根矢の複合体の研究」、 日本化学会第 100 春季年会

三郎、「3'末端に I-カルテットをもつ四重鎖 DNAとヘムの複合体の研究」、第 46 回生体分子科学討論会、つくば市、2019.06.21-22（ポスター）(2020)、野田市、2020.03.22-25（口頭）14. 萩原翔太、篠宮僚介、百武篤也、鈴木秋弘、根矢三郎、山本泰彦、「ヘム-DNA 複合体のペルオキシダ

5. 杉田達郎、百武篤也、山本泰彦、松尾貴史、廣田俊、

ーゼ活性における Push 効果と Pull 効果の相関関鈴木秋弘、根矢三郎、荘司長三、渡辺芳人、
「ヘム

係の解析」
、日本化学会第 100 春季年会 (2020)、野鉄の軸配位子としてイミダゾールをもつミオグロ

田市、2020.03.22-25（口頭）ビンの研究」、第 46 回生体分子科学討論会、つくば市、2019.06.21-22（ポスター）
6. 山本泰彦、篠宮僚介、小谷弘明、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、

その他
1.

ンの酸素親和性の調節機構を解明する研究」、研究

根矢三郎、小島隆彦、「ヘムをもつ DNA 酵素の酸室セミナー、北見工業大学 工学部 地域未来デザ

化触媒機構」、第 13 回バイオ関連化学シンポジウ

ム 2019、仙台市、2019.09.09-11（口頭）7. Y. Yamamoto, Y. Suzuki, Y. Nakajima, T. Shibata, A.

山本泰彦、「ヘム鉄の電子密度を通したミオグロビ

イン工学科、2019.09.19 (Oral)
2.

Momotake, S. Neya, and A. Suzuki, “Structuralcharacterization of deoxyribozyme possessing heme”,

第 58 回 NMR 討論会(2019)、川崎市、2019.11.07-09（口頭）
8. 菅原綾、篠宮僚介、小谷弘明、荒木はるか、柴田友— 42 —

Y. Yamamoto, “How Heme Interacts with and Is
Activated by Nucleic Acids.”, Department seminar,
Institut de Biologie Moléculaire
Universitéde2020.03.12 (Oral)

Strasbourg,

et Cellulaire,

Strasbourg,

France,山本洋平、山岸洋＜研究成果＞
当研究室では、π 共役有機分子やポリマーの自己組織化により形成するマイクロ構造体の構築と光機能について研究を進めている。今年
度は、効率的な白金−窒素結合を形成する自己組織化アミロイドβ／白金ナノ粒子複合体による優れた酸素還元反応、プロトン化／脱プロ
トン化による発光性ポリマー球体からのウィ
スパリングギャラリーモードの変調、ポリアリ
ーレンビニレン共重合体球体からの共鳴発光について研究を行った。以下にそれらの内容を示す。
【 １ 】効率的な白金−窒素結合を形成する自己組織化アミロイドβ／白金ナノ粒子複合体による優れた酸素還元反応
金属空気電池と燃料電池は代表的なエネル
ギー生成デバイスであり、利用可能なリソースを使用可能なエネルギーに変換することができ、将来的には再生不可能な化石燃料ベースのエネルギーシステムに取って代わることが期
待されている。酸素還元反応（ORR ）は、これ
らのデバイスの最も重要な正極反応である。固定化されていない白金ナノ粒子（PtNP）は、融合して形態変化を起こす傾向があるため、効果的な ORR 活性を示さない。したがって、 Pt ベースの触媒には、その ORR 活性を維持するための担体材料が必要である。よく知られた炭素担体は酸化により劣化するため、カーボンナノチ
ューブ、窒化炭素、または欠陥のないグラフェンなどの非酸化性の炭素系支持材料が開発されてきた。ただし、デバイスのコストを下げ、
PtNPs の触媒活性を最大化するために、適切な支持材料を開発する必要がある。
ペプチドは、シーケンスが調整可能であり、官能基の導入や、ナノ構造形態を形成する自己組織化能に利点がある支持材料として知られている。これまでに、配列 AAKLVFF の修飾アミ
ロイドβ（Aβ）ペプチドのナノフィブリル構
造への自己組織化が報告されている。さらに、ペプチド中の豊富な N 原子の存在は、金属ナノ粒子（MNP）を酸化や分解から保護するだけでなく、それらの ORR 活性を高める点でも有益である。ただし、導電率が低いため、ペプチドは
MNP のサポート材料としては効果的でなく、ORR のサポート材料としての Aβペプチドの適用に関する利用可能な報告は限られている。
本研究では、βシートペプチド（βP）を支持材料として使用し、PtNP からの優れた ORR 活性について報告する。ペプチドとの自己組織化
により、PtNP は豊富な N をもつβP 表面に高度に分散されます。得られた PtNP /βP ハイブリッドは、活性を維持しながら、反応速度と開始電位の点でベンチマークの Pt / C 触媒より優れた ORR 活性を示した。

図 1 白金ナノ粒子―βシートペプチドによる優れた酸素還元反応の模式図。
【 ２ 】プロトン化／脱プロトン化による発光性ポリマー球体からのウィスパリングギャラ
リーモードの変調
蛍光色の変調は化学センシングのツールとして利用される。蛍光色の変化は、化学種の吸着/脱離、酸化/還元、プロトン化/脱プロトンなどによって蛍光分子の電子状態が変化したときに発生する。消光、発光、光強度変化、および蛍光色の変化などのいくつかのタイプの蛍光センシングがあるが、これらの中で、蛍光色の変化は重要である。そのようなセンシングでは、鋭い蛍光ピークの大きな波長シフトを持つ材料が特に価値がある。
光共振器は、共振器内の光の干渉によって鋭いスペクトルピークパターンが発現するため、
化学センシングに応用できる。たとえば、共振器の表面に化学種が吸着すると、共振器の屈折率や、形状、電子状態などが変化する。これに— 43 —

より、共振ピークのシフト、分離、広がり、強度変化が生じる。有機光共振器に関して、私た
ちは最近、蛍光共役ポリマーの自己組織化マイクロ球体が光共振器として機能することを報告した。レーザー励起により、マイクロ球体内に発光を閉じ込め、自己干渉の結果、鋭く周期的な蛍光スペクトルピークを示す。この周回光学モードは、ウィスパリングギャラリーモード（WGM）と呼ばれる。
本研究では、蛍光ポリマーからなる自己組織化微小球共振器を使用した WGM 発光の変調について報告する。ポリマーはフルオレンとテルピリジン部分からなる。自己組織化マイクロ
球体は、青色の領域に WGM PL を示す。酸添加によるポリマーのプロトン化により、WGM
PL は緑色の領域にシフトする。このスペクト
ルシフトは、塩基を添加することで元の青色領域に戻る。この結果は、蛍光微小共振器が酸/塩
基環境の検知手法として有用であることを明確に示す。

ーザー発振を示す。WGM レーザーに共役ポリマーを使用すると、PL の色を青から赤に調整可能である。
共役単位を含むブロック共重合体は、光活性や電子活性機能を備えることから、大きな関心を集めている。さらに、ミクロ相分離などの特定の形態を示す。連鎖成長重合、末端官能性ポ
リマー共重合、または末端官能性ポリマーカッ
プリング、開環メタセシス重合（ROMP）により、共役ポリアリーレンビニレンを合成できる。
Yu および Turner らは、シクロファンジエンのROMP による正確な分子量のポリフェニレン
ビニレンのホモポリマーおよびブロックコポ
リマーの合成を報告した。
ROMP による重合の良好な制御性にもかかわらず、モノマーはフェニレンビニレン、チエニレンビニレン、およびナフチレンビニレンなど比較的単純な構造に制限されており、多段階合成のため、全体の収率が低くなる傾向がある。
本研究では、シクロペンタジチオフェン（CPDT）、ビス（チエニル）ベンゾチアジアゾール（DTBT）、およびビチオフェン（BT）を含
むポリ（アリーレンビニレン）の共役共重合体の合成について報告する。共重合体は、モノマーの組み合わせ、それらの化学構造、およびそれらの分子量によって調整されるように、異なる結晶化度および凝集特性を有することが期待される。合成したポリマーを使用してマイクロ球体を作製し、効率的な WGM PL のための適切な共役ユニットの組み合わせを見出し、共重合体微小共振器からの WGM PL を観測した。

図 2. フルオレン−テルピリジン交互共重合体
マイクロ球体共振器へのプロトン化／脱プロ
トン化による WGM 発光の変調の模式図。
【 ３ 】ポリアリーレンビニレン共重合体球体からの共鳴発光共役ポリマーは、有機太陽電池、有機電界効
果トランジスタ、有機発光ダイオード、センサ
ーなどのオプトエレクトロニクスデバイス、および有機バイオエレクトロニクスでの用途に広く研究が進められている。さらに、共役ポリ
マーは、発光特性と共振器の両方として機能するマイクロ共振器に使用され、WGM 発光やレ

図 3. ROMP によるπ共役ブロック共重合体の合成と形成したマイクロ球体からの WGM 発
光の模式図。

— 44 —

＜学会発表＞

＜論文＞
1. S.

Sirotinskaya,

C.

Fettkenhauer,

D.Okada,Y.

Yamamoto, D. Lupascu, R. Schmechel, N. Benson,“Spatially resolved investigation of the defect states in

国際会議
1. Yohei Yamamoto “Self-Assembled Organic Microlasers
and Microarrays” マレーシア国民大学-筑波大学ジ

methylammonium lead iodide perovskite bicrystals” J.
Mater. Chem. C, 7, 13156–13160 (2019).
2. A. Jindal, K. Tashiro, H. Kotani, T. Takei, S.

ョイントシンポジウム Malaysia, 2019.04.22–24
2. Yohei Yamamoto “Self-Assembled Organic/Polymeric
Microlasers and Microarrays” TEXTILE4.0_Clothing

Reichenberger, G. Marzun, S. Barcikowski, T. Kojima,
Y. Yamamoto, “Excellent Oxygen Reduction Reaction
Performance in Self-Assembled Amyloid-/Platinumand Beyond, Bandung, Indonesia, 2019.07.27（Invited）
3. Hiroshi Yamagishi” A microporous molecular crystal
with high thermal stability and self-healability” ICPAC

Nanoparticle Hybrids with Effective Platinum-Nitrogen
Bond Formation” ACS Appl. Energy Mater. 2, 65366541 (2019).

Yangon 2019, Yangon, Myanmar, 2019.08.6–9（Invited）
4. Yohei

Formation of -Conjugated Dendrimers by Simple
Precipitation Method” Chem. Lett. 48, 1240–1243,(2019).

copolymers of poly (arylenevinylene)s: synthesis byring-opening

metathesis

morphology,

andpolymerization,

film

luminescencefromresonant

microspheres.” ACS Appl. Polym. Mater. 1, 2240–2248.

5. 山岸洋“Thermally robust but self-healable microporous
crystals”

Gallery

Modes

from

Fluorescent

Copolymer

assembled Microresonators of Chiral π-Conjugated
Polymers” SACSEM 4th , 筑波大学 2019.08.19–20
7. Hiroshi Yamagishi “Thermally Robust and Selfhealable
Porous Organic Crystals” POPs 2019, Heidelberg,
Germany, 2019.09.9–12(Poster)
8. Hiroshi Yamagishi, Takuzo Aida, “Thermally robust andself-healable porous molecular crystals.” Euro-MOF,
Paris, France, 2019.10.27–30
9. Kohei Iwai, Hiroshi Yamagishi, Hayato Tsuji, Ken
Albrecht,

Microsphere Resonators by Protonation/ Deprotonation.”

Fumio

Sasaki,Hiroyasu

Sato, Yohei

Yamamoto, “Single-crystal optical microcavities from

Chem. Lett. 48, 607–610 (2019).

luminescentdendrimers.”

Symposium,

Univ.

CeNIDE-TREMS

joint

Duisburg-Essen,

Germany“Self-Assembled

Organic

2019,11,4–5 (Poster)＜総説・解説＞
1.

SACSEM 4th, 筑波大学 2019.08.19–20

6. 大木理, “Circularly Polarized Luminescence from Self-(2019).
5. Z. S. Ngara, Y. Yamamoto, “Modulation of Whispering

Organic

Yangon, Myanmar, 2019.08.6–9（Invited）

4. Y. Lin, H. Chiang, O. Oki, S. Kushida, S. Chiu, S. Chang,
Y. Yamamoto, T. Hosokai, M. Horie, “Conjugated“Self-Assembled

Semiconductor Microlasers” ICPAC Yangon 2019,

3. K. Albrecht, K. Minagawa, S. Nakajima, S. Kushida, Y.
Yamamoto, A. Kuzume, K. Yamamoto, “Nanosphere

Yamamoto,

Y. Yamamoto, “Optical Microresonators from π-

10. Yohei

Yamamoto,

Conjugated Polymers” Light-active functional organic

Semiconductor Microlasers and Microarrays” CeNIDE-

materials, Chapter 3, pp 57–74. Jenny Stanford

TREMS joint Symposium, Univ. Duisburg-Essen,

Publishing (2019)

Germany, 2019.11.4–5（Invited）
11. Osamu Oki, Chidambar Kulkarni, Stefan C. J. Meskars,
E. W. Meijer, Fumio Sasaki, Zhan-Hong Lin, Jer-Shing

＜特許＞
1.

ジンダル アマンディープ、田代健太郎、山本洋平“白金ナノ粒子とペプチド担体との複合体およびその製造方法法” 特願 2019-139715 号（2019 年 7月 30 日）日本— 45 —

Huang,

Yohei

Luminescence
Cholesteric

Yamamoto,aSingleMicrosphere”

π-EJ,

2019.11.13–15

from“Circularly

Polarized

Self-Assembled
Zabrze,Poland,Organic

10. 山岸洋、中山亜実、山本 洋平「多孔質結晶骨格に

Semiconductor Microlasers and Microarrays” π-EJ,

生じるラジカル種の発見」第 68 回高分子討論会、Zabrze, Poland, 2019.11.13–15

福井大学文京キャンパス、2019.09.25–27

12. Yohei

Yamamoto,“Self-Assembled

11. 山本洋平、岡田大地、森本正和、入江正浩、佐々木史雄、Zhan-Hong Lin、Jer-Shing Huang「光スイッチ

国内会議

可能なマイクロレーザー共振器とマイクロアレイ

1. 岩井航平、山岸洋、アルブレヒト建、辻勇人、佐々化」第 68 回高分子討論会、福井大学文京キャンパ

木史雄、佐藤寬泰, 山本洋平「光捕集性デンドリマ
ーの単結晶光共振器」
第 68 回高分子学会年次大会、大阪府立国際会議場、2019.5.29–31（ポスター）（優ス、2019.09.25–27
12. 岩井 航平、山岸 洋、辻 勇人、アルブレヒト 建、
佐々木 史雄、佐藤 寛泰、山本 洋平「多世代デン

秀ポスター賞）

ドリマーの単結晶光共振器」第 9 回 CSJ 化学フェ2. 中山亜実、山岸洋、山本洋平「光により多孔性結晶に生じる安定な有機ラジカル種の発見」 第 68 回
高分子学会年次大会、大阪府立国際会議場、スタ、タワーホール船堀、2019.10.15–17
13. 中山亜実、山岸洋、山本 洋平「光照射による多孔性結晶への安定有機ラジカル種の誘起」 第 9 回

2019.5.29–31（ポスター）

CSJ 化学フェスタ、タワーホール船堀、2019.10.15–

3. 山岸洋、相田卓三「自己修復する耐熱性多孔質結晶」
第 68 回高分子学会年次大会、大阪府立国際会議場、
2019.5.29–31（ポスター）（優秀ポスター賞）

17
14. 大木 理、Chidambar Kulkarni、Stefan C. J. Meskers、
E. W. Meijer、佐々木 史雄、Zhan-Hong Lin、Jer-Shing

4. 山本洋平「塗って回路を描く、プリンタブル回路サ

Huang、山本 洋平「キラル π 共役ポリマーマイクービス」次世代アントレプレナー育成事業説明会、

ロ球体共振器からの巨大円偏光発光」第 9 回 CSJ

産総研、2019.06.14（依頼講演）

化学フェスタ、タワーホール船堀、2019.10.15–17

5. 岩井航平、山岸洋、山本 洋平 「多世代デンドリマ
ー単結晶光共振器からのレーザー発振」TIA ナノグ
リーンサマースクール、筑波大学（ポスター）
15. 角田 百仁花、山岸 洋、山本 洋平「分子性多孔質結晶の耐熱性向上を目指した C–H···N 結合組み替

2019.08.27–29（ポスター）

え」高分子学会関東支部茨城地区研究交流会、つく6. 中山亜実、山岸洋、山本 洋平「光照射による安定
ピリジンラジカルの誘起」 TIA ナノグリーンサマ
ースクール、筑波大学、2019.08. 27–29 （ポスター）

ばセミナーハウス、2019.10.31（ポスター）
16. 竹内 彰秀、山岸 洋、山本 洋平「光スイッチ可能なマイクロ球体光回路の実現」高分子学会関東支7. 岩井航平、山岸洋、アルブレヒト建、辻勇人、佐々部茨城地区研究交流会、つくばセミナーハウス

木史雄、佐藤寛泰、山本 洋平 「光捕集デンドリマ
ーの単結晶光共振器」第 80 回応用物理学会秋季学
術講演会、北海道大学札幌キャンパス、2019.09.18–

2019.10.31（ポスター）
17. 藤田 圭太郎、山岸 洋、山本 洋平 “On-Substrate
Droplet Optical Resonator For Precise Chemical and21

Physical Sensing” 高分子学会関東支部茨城地区研

8. 大木 理、Chidambar Kulkarni、Stefan C. J. Meskers、

究交流会、つくばセミナーハウス、2019.10.31（ポE. W. Meijer、佐々木 史雄、Zhan-Hong Lin、Jer-Shing
Huang、山本 洋平 「キラル π 共役ポリマーによる自己組織化マイクロ球体共振器からの巨大円偏光スター）
18. 中山 亜実、山岸 洋、山本 洋平、「光照射による安
定ピリジンラジカルの生成」高分子学会関東支部

発光」第 68 回高分子討論会、福井大学文京キャン

茨城地区研究交流会、つくばセミナーハウス

パス）2019.9.25–27
9. 山岸洋、中嶋紗英、Yoo Jooyoung、山本 洋平、武田洋平、南方聖司、アルブレヒト建、山本公寿、Carmen

2019.10.31（ポスター）
19. Hendra, Hiroshi Yamagishi, Yohei Yamamoto, “Optical

Delgado「結晶性微細孔中における分子プロペラの同期回転」 第 68 回高分子討論会、福井大学文京キャンパス、2019.09.25–27

Communications between Self-Assembled Polystyrene
Microspheres by Electrospun Nanofibers”
高分子学会関東支部茨城地区研究交流会、つくば
セミナーハウス、2019.10.31（ポスター）— 46 —

Ichiyo Hayashi, Tomoki Ogoshi, Yohei Yamamoto,

20. Wey Yih Heah, Hiroshi Yamagishi, Yohei Yamamotoπ-“Bowl-like Hexagonal Microcrystals from Chiral

Conjugated Polymer Microspheres” 高分子学会関東

Cyclophane Molecule via Kinetic Crystal Growth.”

支部茨城地区研究交流会、つくばセミナーハウス、

CEMSupra2019, 東 京 大 学 本 郷 キ ャ ン パ ス

2019.10.31（ポスター）

2019.12.9-10（ポスター）“Silk

CocoonDyeingwith

Self-Assembled

21. Amandeep Jindal, Kentaro Tashiro, Hiroaki Kotani,

29. Amandeep Jindal, Kentaro Tashiro, Hiroaki Kotani,

Toshiaki Takei, Sven Reichenberger, Galina Marzun,

Toshiaki Takei, Sven Reichenberger, Galina Marzun,

StephanStephan

Barcikowski,

Takahiko

Kojima,

Yohei

Barcikowski,

Takahiko

Yohei

Yamamoto “Conjugated Polymers and Peptides for

Yamamoto

Energy Applications” 高分子学会関東支部茨城地区

Nanoparticle Hybrids with Effective Platinum-Nitrogen

研究交流会、つくばセミナーハウス、2019.10.31

Bond for Energy Applications” CEMSupra2019, 東京（ポスター）

大学本郷キャンパス、2019.12.9-10（ポスター）

CocoonDyeingwith

Self-Assembled

Amyloid-/Platinum

30. 山本洋平「自己組織化有機・高分子マイクロ光共振

22. Wey Yih Heah, Hiroshi Yamagishi, Yohei Yamamoto“Silk“Self-Assembled

Kojima,π-器とレーザー特性」未来分子研究センターシンポ

Conjugated Polymer Microspheres” 2nd GLowing

ジウム、立教大学、2019.12.21（招待講演）

Polymer in KANTO, 東京理科大学葛飾キャンパス

31. 岩井 航平、山岸 洋、辻 勇人、アルブレヒト 建、

2019.11.30
23. Hendra,

佐々木 史雄、佐藤 寛泰、山本 洋平「多世代蛍光Yamamoto性デンドリマー単結晶光共振器からのレーザー発“Connection of Polymer Microsphere Resonator by振」レーザー学会学術講演会第 40 回年次大会、仙Polymer

Hiroshi

Yamagishi,

Nanofiber

for

Yohei
Intersphere

OpticalCommunication” 2nd GLowing Polymer in KANTO,

台国際センター、2020.01.20–22（ポスター）
32. 大木 理、Chidambar Kulkarni、Stefan C. J. Meskers、
E. W. Meijer、佐々木 史雄、Zhan-Hong Lin、Jer-Shing

東京理科大学葛飾キャンパス、2019.11.30
24. Amandeep Jindal, Kentaro Tashiro, Hiroaki Kotani,

Huang、山本 洋平 「キラル π 共役ポリマーからな

Toshiaki Takei, Sven Reichenberger, Galina Marzun,

るマイクロ球体共振器からの巨大円偏光発光」レ

Stephanーザー学会学術講演会第 40 回年次大会、仙台国際

Barcikowski,

Takahiko

Kojima,Yohei

Yamamoto “Self-Assembled Amyloid-β peptides for

センター、2020.01.20–22

Reaction

33. 山本洋平「自己組織化有機・高分子マイクロレーザ

Applications” 2nd GLowing Polymer in KANTO, 東京

ーとマイクロアレイ化」レーザー学会学術講演会

理科大学葛飾キャンパス、2019.11.30

第 40 回年次大会、仙台国際センター

Electrocatalytic

OxygenReduction

2020.01.20–

22（招待講演）25. 岩井 航平、山岸 洋、辻 勇人、アルブレヒト 建、
佐々木 史雄、佐藤 寛泰、山本 洋平、「多世代蛍光34. 山本洋平「有機・高分子マイクロレーザーとマイク

性デンドリマー単結晶光共振器からのレーザー発

ロアレイ化」有機エレクトロニクス研究会、化学会

振」有機コヒーレントフォトニクス研究会、つくば、館、東京、2020.01.24（招待講演）
35. 大木 理、山岸 洋、森崎 泰弘、山本 洋平「面不斉2019.12.6–7（ポスター）
26. 大木理, Chidambar Kulkarni, Stefan C. J. Meskers, E.

π 共役分子によるお椀型マイクロ結晶の形成と結W. Meijer, 佐 々 木 史 雄 , Zhan-Hong Lin, Jer-Shing

晶成長制御」 第 67 回応用物理学会春季学術講演

Huang, 山本洋平「キラル π 共役ポリマーからなる会、上智大学四谷キャンパス、2020.03.12–15

自己組織化マイクロ球体 1 粒子からの巨大円偏光発光」有機コヒーレントフォトニクス研究会、つくば、2019 .12.6–7
27. 山本洋平「有機・高分子マイクロレーザーと光認証
デバイスへの応用」有機コヒーレントフォトニク
ス研究会、つくば、2019.12.6–7
28. Osamu Oki, Hiroshi Yamagishi, Yasuhiro Morisaki,— 47 —く、トップダウン的に粉末状で大量に 2 次元物質の合成を可能とする方法に着目し、ホウ素を骨格とした 2 次元物質の創製を試みてきた（J.
Phys. Chem. C 121, 10587 (2017).）。この結果
2017 年に二ホウ化マグネシウム（MgB2）に含まれるマグネシウムの正イオンをプロトンと交換することにより、これまでに無い水素とホウ素のみで構成される新しい 2 次元物質が、室温・大気圧下という温和な条件で生成することを見出した。この物質は負に帯電したホウ素の2 次元シート骨格とプロトンにより構成され、
H：B = 1：1 の組成比であることがわかったた
め、我々はこの物質をホウ化水素（Hydrogen
boride，HB）と名付けた（J. Am. Chem. Soc. 139,
13761 (2017).）。最近の我々の研究により HB シ
ートは 423 K 以上の加熱という方法だけではなく、紫外線照射によっても自身の分解生成物
として水素分子を気相中に放出できることが明らかとなり、簡便に室温・大気圧下で且つ意図したタイミングでのみ水素を放出できるという安全性と利便性を有していることが示さ【 １ 】ホウ化水素シートへの紫外光照射が誘れた（Nat. Commun. 10, 4880 (2019).）。なお、起する水素発生（Nat. Commun. 10, 4880 (2019).）
ここでいう利便性とは、大気圧下で水素を保持
グラフェンやカルコゲナイドナノシートにしておける点や高温にしなくても紫外線照射代表される 2 次元物質は、2 次元電子系に由来
のみで水素を放出できる点を指しており、燃料する特異な物性を示すほか、広い表面積を持っ電池への水素供給のオン・オフのスイッチングているためエレクトロニクス、エネルギー、生を紫外線照射のオン・オフで制御できるなど、
物化学、触媒などの幅広い分野において新しい応用において期待できる有用性を含めた利便材料として着目されている（例えば Nature 442,性である。水素の放出速度制御や放出後の水素282 (2006).や ACS Nano 7, 2898 (2013).）。また、 の再貯蔵などについては、HB シートへの化学
異なる 2 次元物質を組み合わせることで的な修飾の効果などと合わせてこれから検討（Nature 499, 419 (2013).）、単一物質では示さなするという段階であるため、すぐに実用化できい超伝導特性（Nature 556, 43 (2018).）や触媒特るレベルという意味ではない。ここでは HB シ
性（Adv. Sci. 6, 1900301 (2019).）など、新しいートの生成と紫外線照射による水素発生に関物性が発現することが報告されており、世界的する研究内容を紹介する。
に注目が集まっている。その中でもホウ素で構
HB シートの光吸収スペクトルを図 1(a)に示成される 2 次元物質は、多形である（例えばす。吸収端が 2.8 eV （443 nm）で青色の波長
Chem. Soc. Rev. 46, 6746 (2017).）という観点で以下の光を吸収する半導体的性質を示してい他の単一原子で構成される 2 次元物質とは異る。透過電子顕微鏡、電子エネルギー損失分光、なっており、多様な安定構造の 2 次元物質群の
XPS、IR、X 線 2 体分布関数（PDF）、TDS 分組み合わせによって様々な新しい物性を発現
析等の構造解析の結果から予想される HB シできる可能性を秘めている物質と考えること
ートの基本構造（非晶質物質の局所構造）（J.
ができる。
Am. Chem. Soc. 139, 13761 (2017).）を図 1(b)に我々は固体表面への真空蒸着や化学気相成示す。この構造をもとに第一原理計算で求めた長法などによるボトムアップ的な方法ではな
電子構造の結果を図 1(c)に示す。電子状態はギ
近藤剛弘＜研究成果＞
マテリアル分子設計部門近藤グループでは中村グループと共に燃料電池の白金触媒を代替する新規炭素材料の開発や、二酸化炭素からメタノールへの転換を実現する高活性触媒の開発及び触媒反応メカニズムの解明に向けた研究を行っている。今年度は超音速分子線を用いた研究により二酸化炭素からメタノールへの触媒転換における最初の重要なプロセスである、二酸化炭素の水素化反応の メカ ニズム を解明した 成果が Nature
Chemistry 誌に掲載された。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る。ここでは、2019 年度に報告したホウ化水素シートへの紫外線照射による水素放出特性（Nat.
Commun. 10, 4880 (2019).）と電気伝導度に関する研究成果（Chem, 6, 406 (2020) .）について述べる。

— 48 —

図 1 (a) HB シートの光吸収スペクトル, (b) HB
シートの局所構造 (c) HB シートの B 及び Hに由来するバンド構造.

ャップレスな半金属（Phys. Rev. Materials 3,024004 (2019).）であるが光学的には選択則により半導体的性質となっている（J. Am. Chem.
Soc. 139, 13761 (2017).）。許容電子遷移としてホウ素の結合性軌道から反結合性軌道への遷移(→： 2.4 eV)が示唆された。図 1(a)で見られた光吸収端はこの遷移に起因すると考えられる。一方、ホウ素の結合性軌道から水素の反結合性軌道への遷移(→: 3.8 eV)も示唆された。既往の理論研究において、HB シートの反結合性軌道に関わる元素に電子をドープする
ことで、水素放出が容易になることが示唆されている（Phys. Rev. B 83, 094108 (2011).）。本研
究の第一原理計算の結果から、HB シートに紫外線を照射することで水素の反結合性軌道への電子遷移が可能となることから、常温・常圧下にて光照射のみで水素を水素分子として放出できることが期待できる。ここで、図 1(b)、1(c)で示した第一原理計算結果は周期的境界条件を用いた結晶構造の計算結果であり、実際に実験で得られている非晶質物質の局所構造に対応しているだけであることや、ごく最近の
高純度 HB 試料に対する PDF と IR の解析では図中の水素位置が 3 中心 2 電子結合と 2 中心 2電子結合の組み合わせで構成されていることが示されているため（Chem 6, 406 (2020)）、本
計算が厳密には合成試料の電子状態をそのまま反映しているものではないことを踏まえて考える必要はある。
そこで、HB シートに光照射した際の水素発生特性を 2 種類の光源の下、流通系反応容器を用いて実験により評価した（図 2(a)）
。可視光の照射はホウ素の結合性軌道から反結合性軌道への遷移(→)を起こすことができる一方、紫外線照射は水素の反結合性軌道への遷移（→）を起こすことができる。この結果、第一原理計算からの予想と対応して、紫外線の照射で水素分子が生成することが示された。また、閉鎖容器を用いて紫外線を照射したときの水素分子の生成量を定量した(図 2 (b))。HB シ
ートの光吸収係数から紫外線の侵入深さを求め、紫外線が照射されている領域の HB シート
からどれだけ水素が生成したか計算したとこ
ろ、HB シートの質量の 8%にあたる水素（HBが保有する水素原子の 94％）を放出できていることが示された。HB シートには合成過程の不純物としてごく微量のホウ酸が含まれるが、これらの不純物に紫外線を照射しても全く水素を生成しない。また、本実験は不活性ガスの雰囲気でおこなっているので、HB シート自体の加水分解の影響もない。すなわち、図 2 にみられる水素分子は HB シート由来であると結論できる。
HB シートはアセトニトリルやアルコール溶媒に高度に分散できることから、溶媒に分散した状態での輸送も可能である。溶媒を攪拌しな
がら光照射が可能であるため、より効率的に光— 49 —

をあてることができる。HB シートをアセトニトリルに分散した溶液に対し、紫外線を照射した場合の水素生成を評価した結果を図 2(c)に示す。照射時間とともに線形に水素生成量が増加することがわかった。なお、図 2(b)とは照射条件などが異なるため直接縦軸の比較はできない点に注意が必要であるが、ここで重要な点は線形に発生量が増加している点である。紫外線を照射している最中にこの溶液の温度を測定したところ、室温とさほど変わらない 28℃を示した。この結果ならびに照射光の波長依存性から、光誘起水素生成は加熱によるものではなく、フォトンによる電子遷移に起因していると理解できる。紫外線強度依存性を測定した結果では、水素を発生させるための紫外線強度に閾値がみられた。この現象より、従来の光触媒

図 2 (a) 光照射における放出ガスの検出を調べた装置の模式図, (b) HB シートからの水素発生量の紫外光照射時間依存性（図中の質量％は光の侵入深さを考慮して見積もった値を示している）, (c) アセトニトリル中に分散した HB シートからの水素発生量の紫外光照射時間依存性— 50 —

反応などの光量律速の反応とは異なり、水素生
成には一定のフォトン密度が重要であることが示唆された。
以上の結果は、光励起した電子が HB シート
自体のプロトンを自己還元して水素発生することを強く示唆しているが、光励起した正孔についても議論する必要がある。光照射前ではホ
ウ素は負のイオン(B－種)で存在するが、光照射して水素が発生した後にホウ素は正(B+)ない
し中性種(B0)として存在することが考えられる。水素脱離後の状態を評価するため、XPS の
サンプル交換チャンバーで紫外線を照射して水素を脱離させた後に直ちに XPS 測定をした
ところ、B+種の増加を確認した。この結果は、真空チャンバー内の残存ガスが励起状態の HBと反応したことを示唆している。このような水素放出後の HB シートの状態に対する構造や電子状態や反応性に関する解析が今後の HB
シートの応用に向けて重要であると考えられる。
以上で述べたように、HB シートは簡便な方法で生成することができ 8.5 質量％の水素原子を内包しており、423 K 以上の加熱という方法
だけではなく、紫外線照射によっても自身の分解生成物として水素分子を気相中に放出させることができることが示された。すなわち、簡便に室温・大気圧下で且つ意図したタイミング
でのみ水素分子を放出できるという安全性と紫外線照射のオン・オフで水素放出のオン・オフが制御できるという利便性を有していることが示された。今後、水素の放出速度制御や放出後の水素の再貯蔵などについて HB シートへの化学的な修飾による効果などと共に研究を進めることで実用的な応用に資する材料へと展開することが期待される。また、HB シー
トの生成方法と同様に、簡便な溶液を用いた手法による新しい物質合成の展開も注目を集めており、今後の進展が期待される。
【 ２ 】ホウ化水素シートの電気特性（Chem,
6, 406 (2020)）
前節で述べた通り我々は、固体表面上での精密な合成というボトムアップ的な方法ではな
く、トップダウン的に粉末状で大量に 2 次元物質の合成を可能にする方法に着目し、ホウ素を骨格とした 2 次元物質の創製を試みてきた。
この結果 2017 年に、二ホウ化マグネシウム（MgB2）に含まれるマグネシウムの正イオン
を水素の正イオン（プロトン）と交換すること
により、これまでにない水素とホウ素のみで構成される（正にボロファンと呼ぶことのできる）
新しい 2 次元物質が、室温・大気圧下という温和な条件で生成することを見いだした。この物
質は負に帯電したホウ素の 2 次元シート骨格とプロトンとにより構成され、H：B = 1：1 の組成比であることがわかったため、我々はこの物質をホウ化水素（Hydrogen Boride: HB）と名付けた。しかしながら、ホウ化水素シートに関する電子デバイス特性などの基礎的な評価は行われていなかった。本研究では、ホウ化水素
シートの薄膜を作成して、原子間力顕微鏡で評価すること及び基礎的な電気特性を原子構造と共に明らかにすることを目的とした。
ホウ化水素（HB）試料の典型的な走査型電子顕微鏡（SEM）像を図 3(a)に示す。折り畳まれてしわが寄った部分のあるシート構造であることがわかる。この結果はシートが柔軟であることも示している。試料を空気にさらすことなく、Ar 雰囲気中で原子間力顕微鏡（AFM）
によって観察した結果を図 3(b)に示す。ここでは折曲がりや凝集のない状態の薄膜としての構造を評価するため、グローブボックス内でHB 入りのアセトニトリル懸濁液を雲母表面に滴下し、スピンコーティングに続く乾燥を行う
ことで雲母表面上に HB シートを分散堆積させた。薄く（〜1 nm）小さなシート程スピンコート表面の回転中心で観測された（図 3(b））。
この厚さは、 数枚の単層 HB シートの厚みに対応する。スピンコート面の回転中心からの距離が増すにつれ、より厚く（3 nm 以上）大きなシートが周囲の領域に見られた（図 3(b)）。元
素分析の結果、H／B ＝ 1.0 であり、以前に報告されたように Mg は検出されなかった。生成物の改良された合成方法および純度は、コアレ
ベルの Mg 2p および B 1s 光電子スペクトルに— 51 —

図 3. HB シートの SEM 観察、XPS 測定、および AFM 観察結果（a）SEM 像。挿入図は導電率
実験用にペレット化された HB サンプルの写真画像を示している。
（b）雲母表面の HB のライン
プロファイルを含む AFM 像。
（c, d）コアレベルの Mg 2p および B 1s X 線光電子スペクトル。

よっても確認された（図 3(c)と 3(d)）
。具体的には、負に帯電したホウ素の存在を示す 187.5
eV の単一のピークのみを示し、酸化物成分は示さないことが確認された。 酸化相が存在しないことは、ホウ酸結晶に帰属されるブラッグ
ピークが存在しないというシンクロトロン粉— 52 —

図 4. HB の導電率（a）10 ℃で取得した AC インピーダンススペクトル 50 Hz でのスパイク
は AC ノイズ)、（b）0 C〜50℃のさまざまな温度で取得した電流-電圧曲線、（c）温度制御された AC インピーダンスから得られた温度依存抵抗率測定。

末Ｘ線回折からも示された。
HB シートの AC インピーダンスを取得し、その電子・イオン伝導率を検討した結果、ギャップレスな電子構造（Phys. Rev. Materials 3,024004 (2019).）と対応することがわかった。粉末試料をグローブボックス中で Ar 下でペレット化し、次いで気密セル中に載せた。図 4(a)は代表的な生インピーダンスデータである。位相角が全周波数範囲にわたって約 0°であるので、イオン伝導体よりもむしろ電子伝導体に典型的な挙動を示していることがわかる。また、全温度範囲（0〜50℃）でオーム特性を示す電流電圧曲線（図 4(b)）が得られ電気伝導が確認された。これは、プロトン伝導が電子伝導よりもあったとしても電子伝導に比べてマイナーであるため観測できないことを意味している。
インピーダンス法により得られた試料の導電率の温度依存性を図 4(c)に示す。20℃以下の温度では（図 4(c)）
、伝導率は HB の場合 0.13
-1
S cm （0〜10℃）と驚くほど高い。伝導の活性化エネルギーは-0.10 eV であると計算され、これは伝導が本質的に半導体ではなく金属であることを示している。金属導電性は 2D 材料では稀であり、遷移金属ダイカルコゲナイドの一部(Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 391.; Adv. Mater.
2017, 29, 1702359.)や 2D 金属-有機骨格(J. Am.
Chem. Soc. 2017, 139, 10863.)などのごく少数の化合物しか知られていない。これらの観察結果
は ゼ ロ バ ン ド ギ ャ ッ プ (Phys. Rev. Materials
2019, 3, 024004.)と一致した結果であることがわかった。なお、詳細は省くが導電性実験中に30℃を超えると急激な抵抗の増加が観察され、分子吸着に由来するものとわかった。即ち HB
シートは極めて敏感に電気伝導度が変化する
ことが示された。

＜論文＞
1. S. Tominaka*, R. Ishibiki, A. Fujino, K. Kawakami, K.
Ohara, T. Masuda, I. Matsuda, H. Hosono, T. Kondo*,
Geometrical Frustration of B-H Bonds in Layered
Hydrogen Borides Accessible by Soft Chemistry, Chem,
6 (2020) 406-418. (*corresponding authors) Cover
Picture2. R. Kawamura, N. T. Cuong, T. Fujita, R. Ishibiki, T.
Hirabayashi, A. Yamaguchi, I. Matsuda, S. Okada, T.
Kondo*, M. Miyauchi*, Photoinduced hydrogen releasefrom hydrogen boride sheets, Nature Communications,
10 (2019) 4880 (8 pages). (*corresponding authors)
3. A. Fujino, S. Ito, T. Goto, R. Ishibiki, J. Kondo, T.

— 53 —

Fujitani, J. Nakamura, H. Hosono, T Kondo*,
Hydrogenated Borophene Shows Catalytic Activity as
Solid Acid. ACS Omega, 4 (2019), 14100-14104.
(*corresponding author)

4. J. Quan, F. Muttaqien, T. Kondo, T. Kozarashi, T. Mogi,

sheet shows catalytic activity as solid acid, 8th European

T. Imabayashi, Y. Hamamoto, K. Inagaki, I. Hamada, Y.

Conference on Boron chemistry, Montpellier, (France),

Morikawa, J. Nakamura, Vibration-driven reaction of

2019. 6. 26. (oral)

CO2 on Cu surfaces via Eley-Rideal-type mechanism,

2. R. Ishibiki, I. Matsuda, A. Fujino, S. Ito, M. Miyauchi, J.
Nakamura, H. Hosono, T. Kondo：Thermal and chemical

Nature Chemistry, 11 (2019) 722-729.
5. M. Cameau, R. Yukawa, C.-H. Chen, A. Huang, S. Ito,stabilities of hydrogen boride sheet, 8th European

R. Ishibiki, K. Horiba, Y. Obata, T. Kondo, H.

Conference on Boron chemistry, Montpellier, (France),

Kumigashira, H.-T. Jeng, M. D'angelo, and I. Matsuda,2019. 6. 26. (oral)

Electronic structure of a monoatomic Cu2Si layer on a

3. Taiga Goto, Ryota Ishibiki, Shinichi Ito, Hideo Hosono,Si(111) substrate., Phys. Rev. Materials, 3 (2019)

Takahiro Kondo ： Adsorption Property of CO2 on

044004 (5 pages).

Hydrogen Boride Sheets with H-vacancy Defects, The
11th International Conference on the Science and＜総説・解説＞

Technology

for

1.

International

Congress

河村 玲哉, 平林 透, 山口 晃, 宮内 雅浩, Nguyen

2.
3.

Tsukuba(Japan),2019.7.9.

4. A. Fujino, R. Ishibiki, S. Ito, J. N. Kondo, T. Fujitani, J.

誘起水素発生, 物性研だより, 59 (2020) 4-6.

Nakamura, H. Hosono, T. Kondo：A new solid acid近藤剛弘, ボロンを用いた新規 2 次元物質の創製,

catalyst

応用物理, 89 (2020) 152-156.

International Conference on the Science and Technology

近藤剛弘, 全家美, 中村潤児, 気体の分子振動でfor Advanced Ceramics, Tsukuba International Congress

駆動する化学反応―省エネルギープロセスによるCenter (Japan), 2019.7.9. (poster)

CO2 からの CH3OH 合成を目指して―, 化学, 75
4.

CenterCeramics,(poster)

Thanh Cuong, 石引 涼太, 岡田 晋, 近藤 剛弘, 藤
田 武志, 松田 巌, ホウ化水素シートにおける光Advancedofhydrogenboridesheets,The

11th

5. Ryota Ishibiki, Iwao Matsuda, Shin-ichi Ito, Junji(2020) 27-32.

Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo：Thermal

近藤剛弘, 表面科学セミナー2018（実践編）実践！

Stability of Two-dimensional Hydrogen Boride Sheets,

マテリアルズインフォマティクス実際の作業を通The 11th International Conference on the Science andじて身につける材料データ科学, 表面と真空, 62

Technology

for(2019) 302.

International

Congress

Advanced
CenterCeramics,

Tsukuba(Japan),2019.7.9.

(poster)
6. Takahiro Kondo ： New two-dimensional material:

＜特許＞
1.

2.

3.

近藤剛弘, 冨中悟史，出願人：国立大学法人筑波大Borophane, synthesis, characterization, and application,

学，国立大学法人国立研究開発法人物質・材料研

ICAT/ETH Symposium, Honggerberg Campus, Zurich,

究機構，特願 2019-148099, 出願日 2019.8.9.

(Switzerland), 2019.09.10 （Invited talk）

宮内雅浩, 河村玲哉, 近藤剛弘, 石引涼太,出願人：

7. Takahiro Kondo：Hydrogen Boride Sheets: Synthesis,

国立大学法人東京工業大学, 国立大学法人筑波大Characterization, and Application, 20th International

学, 特願 2019-207081, 出願日 2019.11.15.

Symposium on Boron, Borides and Related Materials

近藤剛弘, 石引涼太, 後藤大河, 伊藤伸一, 木下喜(ISBB 2019), TOKI MESSE, Niigata, Japan, 2019.09.22

裕，出願人：国立大学法人筑波大学，国立大学法（Invited talk）

人 東 京 工 業 大 学 , 特 願 2019-207861, 出 願 日

8. T. Goto, R. Ishibiki, S. Ito, H. Hosono, and T. Kondo：

2019.11.18.

CO2 Adsorption on Hydrogen Boride Sheets with Hvacancy Defects, 20th International Symposium on＜学会発表＞

Boron, Borides and Related Materials (ISBB 2019),

国際会議

TOKI MESSE, Niigata, Japan, 2019.09.22 (poster)

1. T. Kondo, A. Fujino, R. Ishibiki, S. Ito, J. N. Kondo, T.

9. R. Ishibiki, I. Matsuda, S. Ito, J. Nakamura, H. Hosono,

Fujitani, J. Nakamura, H. Hosono：Hydrogen boride

and T. Kondo：Structure and Electronic States Variations— 54 —

of Hydrogen Boride Nanosheets with Heating, 20th

Junji NAKAMURA：Vibration-driven reaction of CO2

International Symposium on Boron, Borides and Related

on Cu surfaces, MATERIALS RESEARCH MEETING

Materials (ISBB 2019), TOKI MESSE, Niigata, Japan,

2019 Materials Innovation for Sustainable Development

2019.09.22 (poster)Goals, Yokohama Symposia, 2019.12.11 (oral)

10. Takahiro Kondo ： Hydrogenated borophene Sheets:

17. T. Kondo, Y. Fujimoto, R. Ishibiki, T. Goto, S. Ito, T.

Synthesis, Characterization, and Application, Joint

Fujita, A. Yamamoto, S. Saito, and H. Hosono：Carbon

Symposium on Nanomaterials for Energy Applications,dopong of hydrogen boride sheet reduces H2 release

University of Duisburg-Essen (Germany) 2019.11.05

temperature,（Invited talk）

Hydrogenomics combined with 14th International

1stInternational

Symposium

11. Takahiro Kondo：Vibration-driven reaction of CO2 with

Symposium Hydrogen & Energy, Hotel Montereyhydrogen at Cu surfaces, The 81st Okazaki Conference,

Edelhof Sapporo, Hokkaido, Japan, 2020.1.6, (poster)Forefront of Measurement Technologies for Surface(Best Poster Award 2020 受賞)

Chemistry and Physics in Real-Space, k-Space, and

18. M. Cameau, R. Yukawa, C.-H. Chen, A. Huang, P. Moras,

Real-Time, Okazaki Conference Center, 2019.12.02

P. M. Sheverdyaeva, M. Silly, M. Hervé, S. Ito, R.

（Invited talk）

Ishibiki, K. Horiba, Y. Obata, T. Kondo, H. Kumigashira,

12. Takahiro KONDO, Yoshitaka FUJIMOTO, Ryota

H.-T. Jeng, I. Matsuda, and M. D’angelo, Topological

ISHIBIKI, Taiga GOTO, Shin-ichi ITO, Takeshi

semimetal

Cu2Si

FUJITA, Akiyasu YAMAMOTO, Susumu SAITO,

spectroscopy, The 15th Soleil Synchrotron and at the

Hideo HOSONO：Carbon Doping of Hydrogen Boride

Electron Spectroscopy days (Paris), 2020.1.17 (poster)

characterizedbyphotoelectron

Sheet Reduces H2 Release Temperature, MATERIALSRESEARCH MEETING 2019 Materials Innovation for

国内会議

Sustainable Development Goals, Yokohama Symposia,

1. 近藤剛弘：ホウ素と水素で構成される二次元物質

2019.12.13 (poster)

ホウ化水素シートの特性, 第 4 回固体化学フォー

13. Takahiro KONDO, Asahi FUJINO, Shin-ich ITO, Taiga

ラム研究会，自然科学研究機構岡崎コンファレン
スセンター, 2019.6.11（招招待講演）

GOTO, Ryota ISHIBIKI, Junko N KONDO, Tadahiro
FUJITANI, Junji NAKAMURA, Hideo HOSONO ：2. 遊佐斉, 谷口尚, 中野智志, 川村史朗, 川嶋哲也,

Hydrogenated Borophene Shows Catalytic Activity as

宮川仁, 藤久裕司, 亀卦川卓美, 近藤剛弘, 鍵裕

Solid Acid, MATERIALS RESEARCH MEETING

之：硼・窒化物の高圧構造物性と関連物質の機能性2019 Materials Innovation for Sustainable Development

材料創製のための連携基盤―TIA かけはし―, 短Goals, Yokohama Symposia, 2019.12.13 (poster)期研究会「高圧合成による新規材料開発と高圧下

14. Taiga GOTO, Ryota ISHIBIKI, Shin-ichi ITO, Hideo

測定技術の集結」, 東京大学 物性研究所 本館 6 階

HOSONO, Takahiro KONDO：Adsorption of CO2 on

大講義室(A632), 2019.7.5.

Hydrogen Boride Sheets with H-vacancy Defects,

3. 近藤剛弘：二酸化炭素の分子振動が駆動する固体

MATERIALS RESEARCH MEETING 2019 Materials

表面での化学反応, 極限コヒーレント光科学セン

Innovation

Goals,

ター（LASOR）セミナー，東京大学柏キャンパス

15. Ryota ISHIBIKI, Iwao MATSUDA, Shin-ichi ITO,

4. 近藤剛弘：真空と表面, 公益社団法人日本表面真空

Hideo HOSONO, Takahiro KONDO ： Structure and学会 第 59 回（2019 年度）真空夏季大学, つま恋リ

Electronic States Changes of Hydrogen Boride Sheets

ゾート 彩の郷, 2019.8.28.

forSustainable

Development

Yokohama Symposia, 2019.12.13 (poster)

物性研究所，2019.7.30.（招招待講演）with Heating, MATERIALS RESEARCH MEETING

5. 近藤剛弘：軽くて使いやすい新しい水素貯蔵材料：

2019 Materials Innovation for Sustainable Development

ボロファン, イノベーションジャパン 2019 大学見Goals, Yokohama Symposia, 2019.12.13 (poster)

本市, 東京ビッグサイト青海展示棟 B ホール,

16. Takumi

IMABAYASHI,

JiameiQUAN,

TaijunKOZARASHI, Tomoyasu MOGI, Takahiro KONDO,

2019.8.29-30. (ポスター)
6. 秋光上歩, 引田悠介, 渋谷陸, 武安光太郎, 近藤剛— 55 —

弘, 中村潤児：窒素ドープカーボンモデル電極触媒

素還元反応素過程の表面科学的解析, 2019 年日本における酸還元反応メカニズム, 第 124 回触媒討

表面真空学会学術講演会，つくば国際会議場（つく論会, 長崎大学文教キャンパス（長崎）, 2019.09.19

ば）2019.10.30

7. 菅亮人, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村潤児, 藤谷忠

17. 澤樹保隆, 今林拓海, 武安光太郎, 近藤剛弘, 藤谷

博：Cu/ZnO 系触媒における CO2 水素化によるメタ

忠博, 中村潤児 Cu(111)表面でのフォルメート水素

ノール合成の反応メカニズム, 第 124 回触媒討論

化反応素過程, 2019 年日本表面真空学会学術講演会, 長崎大学文教キャンパス（長崎）, 2019.09.18

会，つくば国際会議場（つくば）2019.10.30

8. 引田悠介, 秋光上歩, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村

18. 秋光上歩, 引田悠介, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村

潤児：ピリジン型窒素ドープカーボンモデル触媒

潤児：窒素ドープカーボンを用いたボトムアップ

での酸素還元反応素過程, 第 124 回触媒討論会, 長モデル電極触媒の局所電子状態, 2019 年日本表面

崎大学文教キャンパス（長崎）, 2019.09.18

真空学会学術講演会，つくば国際会議場（つくば）9. 澤樹保隆, 今林拓海, 武安光太郎, 近藤剛弘, 藤谷

2019.10.30（ポスター）

忠博, 中村潤児：Cu (111)表面でのフォルメート水

19. 近藤剛弘：水素とホウ素のみで構成される二次元素化反応メカニズム, 第 124 回触媒討論会, 長崎大

物質ホウ化水素, 第 2 回ハイドロジェノミクス研

学文教キャンパス（長崎）, 2019.09.18

究会, 東京大学本郷キャンパス 理学部１号館中央

10. Takahiro Kondo：Hydrogen Boride Sheets: Synthesis,

棟２階 小柴ホール(東京), 2019.11.26（Invited talk）

Characterization, and Application, 20th International

20. 引田悠介, 秋光上歩, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村

Symposium on Boron, Borides and Related Materials

潤児：窒素ドープカーボンモデル触媒における酸(ISBB 2019), TOKI MESSE, Niigata, Japan, 2019.09.22

素還元反応素過程，第 13 回 表面・界面スペクトロ

（招
招待講演）

スコピー2019，フォレスト・イン昭和館，2019.12.6（Student prize 受賞 2019.12.07）（ポスター）

11. T. Goto, R. Ishibiki, S. Ito, H. Hosono, and T. Kondo：
CO2 Adsorption on Hydrogen Boride Sheets with H-

21. 澤樹保隆, 今林拓海, 武安光太郎, 近藤剛弘, 藤谷

vacancy Defects, 20th International Symposium on

忠博, 中村潤児：Cu (111)表面でのフォルメート水Boron, Borides and Related Materials (ISBB 2019),

素化反応素過程，第 13 回 表面・界面スペクトロス

TOKI MESSE, Niigata, Japan, 2019.09.22 (poster)

コピー2019，フォレスト・イン昭和館，2019.12.6

12. R. Ishibiki, I. Matsuda, S. Ito, J. Nakamura, H. Hosono,（ポスター）and T. Kondo：Structure and Electronic States Variations

22. 今林拓海, 茂木智泰, 全家美, 武安光太郎, 近藤剛

of Hydrogen Boride Nanosheets with Heating, 20th

弘, 藤谷忠博, 中村 潤児：超音速分子線を用いたInternational Symposium on Boron, Borides and Related

Cu(100)での CO2 の表面反応ダイナミクス，第 13Materials (ISBB 2019), TOKI MESSE, Niigata, Japan,

回 表面・界面スペクトロスコピー2019，フォレス

2019.09.22 (ポスター)

ト・イン昭和館，2019.12.6（ポスター）

13. 近藤剛弘：二次元物質ホウ化水素シートの生成、特23. 秋光上歩, 引田悠介, 渋谷陸, 武安光太郎, 近藤剛

性、機能, 2019 年日本表面真空学会学術講演会，つ弘, 中村潤児：窒素ドープカーボンモデル電極触媒

くば国際会議場（つくば）2019.10.30（招招 待講 演 ）の表面電子状態，第 13 回 表面・界面スペクトロス

14. 今林拓海, 茂木智泰, 全家美, 武安光太郎, 近藤剛

コピー2019，フォレスト・イン昭和館，2019.12.6

弘, 藤谷忠博, 中村 潤児：単結晶 Cu 表面での CO2（ポスター）

解離吸着ダイナミクス, 2019 年日本表面真空学会

24. 新部正人，Mathis Cameau, Nguyen Cuong, 湯蓋邦夫，

学術講演会，つくば国際会議場（つくば）2019.10.30

近藤剛弘，松田巌：B K 端の吸収および発光分光法

15. 菅亮人, 小島隆聖, 近藤剛弘, 武安光太郎, 中村潤に よる ホ ウ化 希 土類 -ア ルミ ニ ウム ／ クロ ム ，児, 藤谷忠博：Cu 系触媒におけるメタノール合成

R(Al0.95Cr0.05)B4 の電子構造，第 33 回日本放射光学の反応メカニズム, 2019 年日本表面真空学会学術会年会・放射光科学合同シンポジウム, ウインクあ

講演会，つくば国際会議場（つくば）2019.10.30

いち（愛知県産業労働センター）, 2020.1.10（ポス

16. 引田悠介, 秋光上歩, 武安光太郎, 近藤剛弘, 中村
潤児：窒素ドープカーボンモデル触媒を用いた酸— 56 —

ター）

25. 近藤剛弘：振動励起 CO2 分子が誘起する表面反応,
日本表面真空学会関東支部セミナー, 物質・材料研究機構千現地区第二会議室（つくば）, 2020.01.22（招招待講演）
26. 川村陸，藤本義隆，石引涼太，後藤大河，伊藤伸一，
藤田武志，徳永智春，宮内雅浩，飯村荘史，山本明
保, 斎藤晋，細野秀雄，近藤剛弘：炭素ドープホウ
化水素シートの合成と評価, 第 67 回応用物理学会
春季学術講演会, 2020.3.15（ポスター）
27. 日下陽貴, 石引涼太, 豊田雅之, 徳永智春, 藤田武志, 宮川仁, 西堀英治, 松下恭介, 増田卓也, 堀場
弘司, 齋藤晋, 渡邊賢司, 谷口尚, 細野秀雄, 近藤
剛弘：ホウ素と硫黄を用いた新規二次元物質の合成 , 第 67 回 応 用 物 理 学 会 春 季 学 術 講 演 会 ,2020.3.15（ポスター）— 57 —

辻村清也＜研究成果＞
酵素の電極触媒活性、利用効率、安定性の革
新的な向上を達成することで、生体エネルギー変換系を模倣したバイオエネルギー変換デバ
イスの創生を進める。
【 １ 】高活性バイオ燃料電池の開発
MgO 鋳型カーボン（MgOC）に基づく酵素バイ
オ燃料電池（EBFC）を開発した。特徴はカーボン繊維をベースにした複合電極である。カー
ボンクロスは軽量で柔軟な液体コンテナーとしても使用でき、孔径 40 nm の MgOC 粒子をカーボンクロスに修飾する際に結合剤として、
グルコース酸化負極にはポリ（ビニリデンジフ
ルオリド）（PVDF）を、酸素還元正極の結合剤としてポリテトラフルオロエチレン（PTFE）を使用した。Aspergillus terreus 由来のフラビンア
デニンジヌクレオチド依存型グルコースデヒ
ドロゲナーゼ（FAD-GDH）を負極に使用し、
1,4-ナフトキノンをレドックスメディエータ
ーとして選択した。1,4 ナフトキノンはこれまでの研究で FADGDH と高い反応性を示し、な
おかつ多孔質炭素表目に吸着固定化が容易である。一方で O2 還元正極には、Myrocecium v
erucaria 由来のビリルビンオキシダーゼ（BOD）と、BOD の活性部位と電極間の電子伝達を促進する 2,2'-アジノビス（3-エチルベンゾチアゾ
リン-6-スルホネート）（ABTS）を用いた。カソードのガス拡散層の疎水性は、PTFE バインダ
ーと炭素の量比によって最適化され、溶液からのプロトンの供給も損なわず、空気から供給される O2 の量を最大化した。開回路電位は 0.75
V で、最大出力電力密度は 0.4 V で 2 mW cm−2
（室温、O2 ガスフローなし）となった。この結果は、MgOC 繊維材料が高性能のウェアラブル
EBFC の開発に非常に有望であることを明確に示すものである。

図 1-1 ウェアラブルグルコース電池の構成

図 1-2 電池の出力曲線（左 空気、右 酸素
雰囲気下）

図 1-3 放電カーブのグルコース濃度依存性と電池容量のグルコース濃度依存性
またこの仕組みを応用し、乳酸/O2 バイオ電池を開発した。乳酸は身体の状態を評価するための有用なバイオマーカーであり、燃料としての理論的エネルギー密度も高いため、乳酸塩を燃料として利用する EBFC はかなりの注目を集めている。この研究では、集電体としてカーボ
ンクロスから作られた複合電極と、酵素反応場と酵素サポートとして MgO をテンプレートにした多孔質カーボンで構成される高出力の乳酸/O2 EBFC を開発した。バイオ負極には、酵素として乳酸オキシダーゼを、酸化還元メディ
エータとして 1-メトキシ-5-メチルフェナジニ
ウムメチルサルフェートを用いた。バイオ正極— 58 —

には、酸素還元電極触媒としての BOD と、メディエータとしての ABTS を用いている。効率的なガス拡散バイオカソードを実現するために、カーボンクロスの疎水性は PTFE による修飾によって調整されている。乳酸/O2 EBFC は、
300 mM の乳酸濃度で 4.3 mW cm-2 の最大電力密度を示した。この高性能は、ウェアラブルア
プリケーション用の BFC の開発に有望である。

示すセルフパワーグルコースセンサーとして
スクリーン印刷によって作製された。多孔質炭素電極は、撥水紙上に MgOC をスクリーン印
刷によって形成することで正極の性能を向上させ、正極が全体の出力を制限するステップになることを防ぐ。 バイオ負極は、触媒としてグルコースオキシダーゼおよびメディエータ
としてテトラチアフルバレンを用いた。正極には、酸素還元触媒として BOD を用いた。EBFCの出力は、尿中グルコースレベルの範囲を含む
グルコース濃度（1〜25 mM）との間に、良好な直線関係が得られた。人工尿成分は EBFC の出力に干渉しなかったが、低いイオン伝導率は
液抵抗を増やし、またバッファーキャパシティ
ーが低いために高出力で作動すると pH の変化を引き起こす。

図 1-4 改良されたガス拡散層

図 2-1 印刷電池の作製

図 1-5 上 放電カーブ、下 ０．５V での出力の乳酸濃度依存性（J. Power Sources, 436, 226844 (2019)，J. Power
Sources, 427, 49-55 (2019)）
図 2-2 （A）単セルの評価、（B）電池出力曲
線、（C）出力曲線のグルコース濃度依存性【 ２ 】印刷型バイオ燃料電池の開発
この研究では、直列に接続された 6 グルコース/O2 バイオ燃料電池アレイが、3.2 V の起電力を— 59 —

図 2-3 ６直列接続セルの出力評価（J. Electrochem. Soc., 166, B1063-B1068）【 ３ 】グラフト重合によるエポキシ基を側鎖に持つポリマーの炭素表面への導入
MgOC の表面にグラフト化されたペンダント
グリシジル基を持つポリ（メタクリル酸グリシ
ジル）（p(GMA））は、FADGDH 分子表面のアミノ基と強固な多点共有結合を形成する。固定化された FADGDH は、
1,2-ナフトキノン（12NQ）をレドックスメディエーターとして使用しグ
ルコース酸化触媒電流が観測された。p(GMA)なしの FAD-GDH を固定化された MgOC 電極を使用して得られ触媒電流と比較して、FADGDH と 12NQ の浸出は酵素キャッピング効果
によって抑制されるため、安定性は格段に向上した。

図 3-1 修飾電極の概念図

図 3-3 安定性の比較 □p(GMA)あり、〇
p(GMA)なし（Bulletin of the Chemical Society of Japan, 93, 3236 (2020)）【 ４ 】多孔質炭素の細孔サイズの影響（直接
電子移動反応系）
EBFC は出力と長期耐久性が低く、特にカソー
ド側でのさらなる性能向上が必要である。ここでは、カソードで利用可能な電気化学的に活性な BOD の量に対する電極材料としての MgOCの細孔サイズと表面修飾の影響を明らかにした。より大きな孔径の電極（およそ 100-200 nm）
を使用し、さらに酵素吸着のためのインキュベーション時間を増やすことによって電気化学的に活性な酵素量を増やすことができる。しかし、過剰な酵素は電極最表面に吸着した酵素への O2 の物質移動を妨げることもわかった。
BOD 上のアクティブサイトと電極間の相互作用を強化するために、MgOC 表面にいくつかの置換芳香族アミンを電気化学的に修飾した。その結果、プロモーターとして 6-アミノ-2-ナフトエ酸を使用すると、BOD と炭素表面の間の界面電子移動率が増加し、安定性が向上することを示した。カルボキシル基の負電荷（中性 pH条件）と酵素活性中心の正電荷との間の静電的相互作用、さらにはナフタレンの鎖長あるいはπ 電子との相互作用が効果的であったと考えられる。

図 3-2 電子線照射グラフト重合— 60 —

図 4-4 正面修飾 MgOC での酸素還元電流
図 4-1 酸素還元電流の細孔サイズ依存性
Electrochim. Acta, 322, 134744 (2019)【 ５ 】多孔質炭素の細孔サイズの影響（メディエータ型電子移動反応系）

図 4-2 酵素吸着量の細孔サイズ依存性

図 4-3 表面修飾方法と修飾分子

Os ビピリジン錯体がポリイミダゾールに配位したオスミウムポリマーとフラビンアデニン
ジヌクレオチド依存性グルコースデヒドロゲ
ナーゼ（FADGDH）を含むレドックスハイドロ
ゲルで修飾された電極での効率的な電気化学
的グルコース酸化のために、電極材料としてのMgOC の細孔径の影響を調べた。これまでの研究では（Tsujimura et al, JACS , 2014）では 40nmの MgOC を泳動電着法により修飾してきたが、本研究では MgOC のインクをグラッシーカー
ボン電極上にドロップキャスティング法によって修飾した。MgOC の細孔径はグルコース酸
化の電流生成効率に明らかに影響することが分かった。細孔サイズが 100 nm を超えると、1 mg cm-2 のハイドロゲル量でも 100 mA cm-2 を超える非常に高いグルコース酸化電流密度が達成された。高い比表面積のみならずハイドロ
ゲル量が増加しても物質輸送を妨げない
MgOC のマクロ構造が、炭素インクをドロップ
キャスト法により作製される MgOC による多孔質電極構造を設計する上で重要な要素となる。

— 61 —

ブな新規の Fe-N-C 系空気カソード触媒により、微生物燃料電池のセットアップでその場で電気を生成し、そのような電気を同時に収穫できる。重金属を含まないイオン栄養素の電気透析
濃縮システムは、電流密度を約 3 A m–2 に 2 か
月以上維持すると同時に、N と K を 1.5〜1.7
倍に濃縮できた。

図 5-1 グルコース酸化電流の細孔サイズとハ
イドロゲル修飾量の依存性（Electrochimica Acta, 343, 136110 (2020)）【 ６ 】鉄-窒素-炭素系酸素還元触媒の微生物
電気化学尿処理デバイスへの応用

図 6-1 自己駆動型尿処理システム

人間の尿からの栄養素の回収は、栄養素の循環経済に向けた実行可能な方法とされている。さらに、未処理の（あるいは部分的に処理された）
尿は栄養素の環境放出の主要な人為的経路であり、その放出は惑星自体の自己修復能力を超えた窒素循環にかかわってくる。また、尿には
植物の成長に必要なすべての主要な栄養素（N、P、および K）と微量栄養素（S、Ca、Mg、および微量金属）が含まれているため、優れた肥料といえる。しかし、尿中には活性有機分子と
図 6-2 人工尿中での酸素還元電極触媒活性
重金属も存在するため、現代社会では直接的な（白金とカーボン系触媒 CC の比較）
再利用（そのまま肥料として利用すること）は推奨されていない。尿からの栄養素の回収につ（Sustainability, 11(19), 5490 (2019)）
いて多くのシステムが提案され、テストされてきたが、通常、高いエネルギーまたは化学的要【 ７ 】電解質の酵素電極反応への影響
件、または高度なプロセス制御が必要となってくるために、技術的成熟に達したものはない。 フラビンアデニンジヌクレオチド依存型グル本研究での肥料回収システムは、それ自体に電コースデヒドロゲナーゼ（FADGDH）は、グル
力を与え、化学物質やプロセス制御を必要としコースの電気化学的酸化の重要な酵素である。
ない、世界初の栄養素回収システムといえる。 ここでは、FAD-GDH（Aspergillus terreus 由来）
これは以前に提案された微生物電気化学のフェリシアン化物を酸化還元メディエータ
UGOLD プロセス（UGOLD システムは電力をとして使用したときの生体電気触媒活性に対消費する）の新バリエーションである。加水分する電解質の効果（特に高濃度での効果）を調
解された尿（pH 9、高アンモニア）でアクティ査した。低イオン強度領域では、負に帯電した— 62 —

酵素とメディエータ間のイオン反発相互作用の減少により、FAD-GDH とフェリシアン化物の間の二分子反応速度定数（k2）の増加が観察された。0.5μM を超える濃度では、k2 はイオン特性に特異的な変化が観察された。最も高い k2向上効果を示したアンモニウムイオンは疎水性が強く、おそらく活性部位に近い疎水的な酵
素表面にロンドン分散力によって吸着することにより、フェリシアンとの静電的な相互作用を高めたと考えられる。得られた成果は、酵素の作動する環境に応じたメディエータ分子設計に重要な知見をもたらす。

図 8-1 （左）３D 型酵素修飾電極 （右）２D 型酵素修飾電極（J. Electroanal. Chem., 847, 103069 (2019)）＜論文＞
1.

Tsujimura, S., Takeuchi, S.,"Toward an ideal
platform structure based on MgO-templated carbon
for flavin adenine dinucleotide-dependent glucose
dehydrogenase-Os polymer-hydrogel electrodes "Electrochimica Acta, 343, 136110 (2020).

2.

図 7-1 酵素とメディエータ分子間の電子移動
反応速度定数の電解液とその濃度の依存性（黒：硫酸イオン、赤：塩化物イオン、青、硝酸イオン）(Electrochim Acta, 313, 189-193 (2019)

Itagaki, M., Tsujimura, S.,"Stable Immobilization of
Enzymeon

Pendant

GlycidylGroup-Modified

Mesoporous Carbon by Graft Polymerization ofPoly(Glycidyl Methacrylate)"Bulletinof the Chemical
Society of Japan, 93, 32-36 (2020).
3.

Freguia S., Eloisa Logrieco, M., Monetti, J.,
Ledezma,【 ８ 】グルコース電極の安定性向上に向けた検討
新規酵素グルコース脱水素酵素（GDH）とその補因子 NADP をポリ（メチレングリーン）（PMG）
でコーティングされたマルチウォールカーボン
ナノチューブ（MWCNT）での共固定化を行い、効率的な 3D グルコースバイオアノードを開発した。MWCNT-PMG 複合材料は、MWCNT 表面
でのメチレングリーン（MG）モノマーの化学重合によって得られた。構造的および化学的分析
により MWCNT の PMG によるコーティングがされていることが示され、ポリマー修飾することにより形態学的特性および表面電荷特性に著しく影響していることがわかった。GDH およびNADP と混合された PMG-MWCNT の電気化学的特性評価は、1 年以上にわたってグルコース
酸化に対するバイオアノード電極触媒活性の高い安定性を示した。

Shitanda, I., Kato, T., Suzuki, R., Aikawa, T., Hoshi, Y.,

P.,Virdis,B.,Tsujimura,S.,"Self-poweredbioelectrochemical nutrient recovery for fertilizer
generation from human urine"Sustainability, 11(19),5490 (2019).
4.

Tsujimura, S., Oyama, M., Funabashi, H., Ishii,
S.,"Effects of pore size and surface properties of MgOtemplated carbon on the performance of bilirubinoxidase-modified oxygen reduction reaction cathode"Electrochim. Acta, 322, 134744 (2019).

5.

Shitanda, I., Fujimura, Y., Nohara, S., Hoshi, Y.,
Itagaki, M., Tsujimura, S.,"Paper-Based Disk-Type
Self-Powered Glucose Biosensor Based on ScreenPrinted Biofuel Cell Array" J. Electrochem. Soc., 166,
B1063-B1068 (2019)6.

— 63 —

Shitanda, I., Takamatsu, K., Niiyama, A., Mikawa, T.,
Hoshi, Y., Itagaki, M., Tsujimura, S.,"High-power
lactate/O2 enzymatic biofuel cell based on carbon cloth
electrodes modified with MgO-templated carbon" J.
Power Sources, 436, 226844 (2019).

7.

8.

Adachi, T., Tsujimura, S.,"Effects of electrolyte on the＜特許＞

mediated electrocatalytic glucose oxidation reaction

1.

重森康司，辻村清也 “バイオ燃料電池用のガス拡

catalyzed by flavin adenine dinucleotide glucose

散電極材、及び、ガス拡散電極材の作製方法、ガ

dehydrogenase" Electrochim Acta, 313, 189-193

ス拡散電極材を備えるバイオ燃料電池”特願 2015-(2019)

224225，特許第 6671719 号，（登録日 2020 年 3 月

Niiyama, A., Murata, K., Shigemori, Y., Zebda, A.,

6 日）

Tsujimura, S.,"High-performance enzymatic biofuel

2.

金子雅紀,

辻村清也

“メタン生成補酵素を用いcell based on flexible carbon cloth modified with

た電気化学的バイオガス生産システム ” 特願MgO-templated porous carbon"

2019-118681, (出願日 2019 年 6 月 26 日)

J. Power Sources,

427, 49-55 (2019).

9.

Ben Tahar, A., Szymczyk, A., Tingry, S., Vadgama, P.,
Zelsmann, M., Tsujimura, S., Cinquin, P., Martin, D.,＜学会発表＞

Zebda,A.,

国際会議"One-year

stabilityofglucosedehydrogenase confined in a 3D carbon Nanotube
electrodewithcoatedPoly-Methylene

1. Seiya Tsujimura ， "Design of enzyme electrodes forbiofuel cell applications" The 2019 Spring Meeting of E-

Green:

MRS，ニース,フランス，2019.5.27-31（招待講演）

application as bioanode for a glucose biofuel cell"

2. Seiya Tsujimura，"MgO-templated porous carbon for

J. Electroanal. Chem., 847, 103069 (2019).

enzyme electrodes" 70th Annual Meeting of ISE ，ダーバン,南アフリカ，2019.8.5-9

＜著書＞
1.

K. Takai, S. Tsujimura, F. Kang, M. Inagaki,

3. Shota Harakawa, Seiya Tsujimura, Masanori Kaneko,"Electrochemical Methane Production Using Coenzyme"Graphene: Preparations, Properties, Applications andF430 as an Electrocatalyst" 70th Annual Meeting of ISE，Prospects”（620 pages）, Elsevier (Tsinghua Univ
Press)(2019) , ISBN 978-0128195765.
2.

四反田功，辻村清也, 監修： 三林浩二昭,“酵ダーバン,南アフリカ，2019.8.5-9
4. Seiya Tsujimura,"Bioelectrocatalysis and its application
to biosensor and biofuel cells"

素トランスデューサーと酵素技術展開―酵素センサ&バイオ電池、そして酵素処理応用(食品、医薬、修復) ”( 第 13 章

印刷によるウェアラブ

5. Yuto Nakagawa, Seiya Tsujimura,"Organic secondary
battery using neutral aqueous electrolyte solution"

ルバイオ燃料電池, pp.125-135), シーエムシー出

Organic Battery Days2019 ， イ ェ ー ナ , ド イ ツ ，版(2020) , ISBN 978-4-7813-1488-4.
3.

辻村清也、四反田功, 監修：三林浩二, “酵素トランスデューサーと酵素技術展開―酵素センサ&

2019.6.3-5（ポスター）
6. Shota Harakawa, Seiya Tsujimura, Masanori Kaneko，"Electrochemistry of cofactor F430 as a methane

バイオ電池、そして酵素処理応用(食品、医薬、修復) ”(第 15 章

generation catalyst" The International Joint Meeting of

多孔質炭素を活用したバイオthe Polarographic Society of Japan and National Taiwan

燃料電池の高性能化 pp.144-152), シーエムシー
出版(2020),SACSEM5，バンドン,

インドネシア，2019.12.12-13（招待講演）

University ,台北, 台湾，2019.11.6-8，（ポスター 優ISBN 978-4-7813-1488-4.

秀発表賞受賞）
7. Silvia Sato Soto，Seiya Tsujimura, "Evaluation of anode＜総説・解説＞

surface modification for enhanced extracellular electron1.

辻村清也、四反田功、酵素型バイオ燃料電池のtransfer (ETT) of Shewanella oneidensis MR-1 in実現に向けた材料技術、材料技術、37、153-158

microbial fuel cell in presence of different substrates"(2019).

ISMET 7, 沖縄，2019.10.7-11（ポスター）

2.

四反田功、辻村清也、体液成分の自己駆動リア
ルタイムモニタリング、電気化学、87、299-305(2019).

— 64 —

国内会議

たバイオ燃料電池用スクリーンインキの調製と評

1. 辻村 清也「高機能バイオ燃料電池の実現に向けた価」 2019 年電気化学秋季大会、山梨、2020.9.5-6

材料設計」第 42 回日本分子生物学会年会、福岡、
2020.12.5（招待講演）
2. 原川 翔太、辻村 清也、金子 雅紀「補因子 F430 を電極触媒とした電気化学的メタン生成」 第 9 回
CSJ 化学フェスタ 2019、東京、2019.10.15-17 (ポスター賞受賞)

3. 辻村 清也「バイオ電池への応用を目指したガス拡
散酸素還元電極」 2019 年電気化学秋季大会、山梨、
2019.9.5-6
4. 原川 翔太、辻村 清也、金子 雅紀「補因子 F430 を電極触媒とした電気化学的メタン生成」 2019 年電気化学秋季大会、山梨、2019.9.5-6
5. 三本 将也、星 芳直、四反田 功、辻村 清也、美川務、板垣 昌幸「電子線グラフト重合を用いた MgO
鋳型炭素表面への乳酸オキシダーゼの固定化による乳酸バイオセンサの作製と評価」2019 年電気化学秋季大会、山梨、2019.9.5-6
6. 加藤 貴尚、星 芳直、四反田 功、板垣 昌幸、辻村清也「多点共有結合によるビリルビンオキシター
ゼ修飾 MgO 鋳型炭素電極の作製と電気化学評価」
2019 年電気化学秋季大会、山梨、2019.9.5-6
7. 後藤 媛香、星 芳直、四反田 功、辻村 清也、美川務、板垣 昌幸「MgO 鋳型炭素を用いたバイオカソ
ード用インクの組成検討による乳酸バイオ燃料電池の出力向上」2019 年電気化学秋季大会、山梨、
2019.9.5-6
8. 井上 裕迪、星 芳直、四反田 功、辻村 清也、板垣昌幸「MgO 鋳型炭素修飾カーボンクロスを用いたバイオ燃料カソードの電気化学インピーダンス評価」2019 年電気化学秋季大会、山梨、2019.9.5-6
9. 藤村 優輝、星 芳直、四反田 功、辻村 清也、板垣昌幸「紙基板グルコースバイオ燃料電池の人工尿に対する応答性評価ならびに無線伝送デバイスを利用した自己駆動型バイオセンサへの応用」
2019 年電気化学秋季大会、山梨、2019.9.5-6
10. 津永 幹、星 芳直、四反田 功、辻村 清也、美川 務、
板垣 昌幸「MgO 鋳型炭素修飾カーボンクロスを基板とする 3 種類の酵素を利用した 4 電子反応型乳酸バイオ燃料電池」2019 年電気化学秋季大会、山梨、2020.9.5-6
11. 織田 夏菜子、星 芳直、四反田 功、Zebda Abdelkader、
辻村 清也、美川 務、板垣 昌幸「キトサンを用い— 65 —

（２）エネルギー物質科学部門

小澤槙也（数理物質科学研究科・M1）

教員：

グォンボングン（数理物質科学研究科・M1）

守友浩（数理物質系・物理学域・教授）

栗原春香（数理物質科学研究科・M1）

西堀英治（数理物質系・物理学域・教授）

礒部拓磨（数理物質科学研究科・M1）

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）
Pal Rumpa（数理物質系・物理学域・助教）
吉田恒也（数理物質系・助教）
溝口知成（数理物質系・助教）
研究員：
長井一郎（研究員）
Giorgos Giavaras（研究員）
新井正男（NIMS 主幹研究員）
井上順一郎（研究員）
岸本幹雄（研究員）
大学院生：
福住勇矢（数理物質科学研究科・D3）
荒木広夢（数理物質科学研究科・D2)
小野田浩成（数理物質科学研究科・D2）
藤田知樹（数理物質科学研究科・D1）
工藤耕司（数理物質科学研究科・D1)
小泉洸生（数理物質科学研究科・D1）
守屋利治（数理物質科学研究科・M2）
岩泉瑞樹（数理物質科学研究科・M2）
藤原祐介（数理物質科学研究科・M2）
藤井康丸（数理物質科学研究科・M2）
佐々木滉平（数理物質科学研究科・M2）
三宅祥（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)
立原弘貴（数理物質科学研究科・M1）
井上大（数理物質科学研究科・M1）
中村隆之介（数理物質科学研究科・M1）
葛西紘人（数理物質科学研究科・M1）
上村俊介（数理物質科学研究科・M1）— 66 —

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。

するエネルギーハーベストデバイスでもある。
三次電池の熱サイクルのサイクル特性を向上させるために,NCF71 を NNF68 に置換した三次電池を作成し、その熱サイクルと調べた。三次電池のサイクル特性の向上に成功した。

【 １ 】相転移を活用した三次電池【 ３ 】[Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]4-水溶液の電気化
学ゼーベック係数（α）の有機溶媒添加効果「三次電池」は温度変化で充電される第三の電池であり、環境熱を電気エネルギーにお変換するエネルギーハーベストデバイスでもある。
三次電池の熱起電力を向上するために、相転移を示す電極材料を配置した三次電池を作成し、その熱サイクルと調べた。三次電池の熱起電力を 120mV まで高めることに成功した。

図２ NCF81/NCF90 三次電池の熱サイクルのサイクル特性：(a)昇温過程、(b)高温での放電過程、(c)降温過程、(d)低温での放電過程

電気化学ゼーベック係数（α）は、電気化学を活用した熱電気変換の効率を決定する重要なパラメターである。この係数を微視的に理解するために、[Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]4-水溶液の αの有機溶媒添加効果を系統的に調べた。α の変化量は、添加した有機溶媒のモル体積にスケールした。これは、有機溶媒がモル体積に比例して酸化還元対周りの水分子が排除されるためと、考えられる。

図 1 NCF81/NCF90 三次電池の熱サイクル特性：(a)昇温過程、(b)高温での放電過程【 ２ 】三次電池の熱サイクルのサイクル特性の向上「三次電池」は温度変化で充電される第三の電池であり、環境熱を電気エネルギーにお変換

図３ [Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]4- 水溶液の電気化学
ゼーベック係数（α）の有機溶媒添加効果：(a)分子量依存性、(b)モル体積依存性、(c)アクセプ
ター数依存性— 67 —

【 ４ 】層状酸化物 NaxCoO2 の酸化還元電池の温度係数（α）＜論文＞
1. T. Shibata, H. Iwaizumi, Y. Fukuzumi, Y. Moritomo,
Energy harvesting thermocell with use of phase

層状酸化物 NaxCoO2 の酸化還元電池の温度係数（α）を系統的に調べた。α は x に強く依存することが分かった。Na の配置エントロピ
ーの効果を取り込むことにより、実験結果の傾向を説明した。

transition, Sci. Reps. 19, 1813 (2020).
2. I. Takahara, T. Shibata, Y. Fukuzumi, and Y.
Moritomo, Improved Thermal Cyclability of Tertiary
Battery Made of Prussian Blue Analogues, Chem.
Select 4, 8558 (2019).
3. D. Inoue, Y. Fukuzumi, and Y. Moritomo, Volume
effect of organic solvent on electrochemical Seebeckcoefficient of [Fe(CN)6]4−/[Fe(CN)6]3− in water, Jpn. J.
Appl. Phys. 59, 037001 (2020).
4. Y. Fukuzumi, Y. Hinuma, and Y. Moritomo,
Configuration entropy effect on temperature coefficientof redox potential in P2-NaxCoO2, Jpn. J. Appl. Phys.

図４ NaxCoO2 の酸化還元電位の温度係数（α）の Na 濃度依存性。曲線は Na の配置エントロ
ピー効果を取り込んだ計算結果。

58, 065501 (2019).
5. H. Iwaizumi, T. Sugano, T. Yasuda, Y. Shimono, W.
Kobayashi, and Y. Moriotmo, Vibrational entropy as anindicator of temperature coefficient of redox potential【 ５ 】高分子材料の α

in conjugated polymers, Jpn. J. Appl. Phys..58, 097004(2019).

５種類の高分子材料の α を系統的に調べた。
α は主鎖構造に強く依存し、アリール基の割合にスケールすることが分かった。この傾向を説明するために、チオフェンとベンゼンに対して、還元に伴う振動エントロピーの変化（ΔSvib）を評価した。ベンゼンの ΔSvib はチオフェンのΔSvib より大きく、実験結果と整合した。

6. X. He, T. Wu, X. Liu, Y. Wang, X. Meng, J. Wu, T.
Noda, X. Yang, Y. Moritomo, H. Segawa and L. Han,
Highly efficient tin perovskite solar cells achieved in awide oxygen concentration range, J. Matter. Vhem. A
8, 2760 (2020).
7. K. Yamazoe, J. Miyawaki, H. Niwa, A. Nilsson, and Y.
Harada, Measurements of Ultrafast Dissociation in
Resonant Inelastic X-ray Scattering of Water, J. Chem.
Phys. 150, 204201 (2019).
8. D. Asakura, Y. Nanba, E. Hosono, M. Okubo, H. Niwa,
H. Kiuchi, J. Miyawaki, and Y. Harada, Mn 2p
resonant x-ray emission clarifies the redox reaction andcharge-transfer effects in LiMn2O4, Phys. Chem. Chem.
Phys., 21, 18363 (2019).
9. D. Asakura, Y. Nanba, M. Okubo, H. Niwa, H. Kiuchi,
J. Miyawaki, M. Oshima, E. Hosono and Y. Harada,

図５高分子材料の α と主鎖中のチオフェンンの割合。曲線は目の子で引いたものである。

— 68 —

Operando soft X-ray emission spectroscopy of
Fe2O3 anode to observe the conversion reaction, Phys.
Chem. Chem. Phys., 21, 26351 (2019).

＜著書＞

物理学会春季講演会、上智大、2020/3/13 (講演は

1.

中止)

2.

守友浩「ナトリウム電池の電気化学測定法と測定事例」P201-P206、電気化学・インピーダンス測

5. 丹羽秀治, 東山和幸, 天羽薫, 小林航 石井賢司, 守友

定のデータ解析手法と事例集、技術情報協会、

浩 「ナトリウムイオン電池正極用層状酸化物の高552 ページ、ISBN：978-4-86104-730-5

エネルギー分解能蛍光収量 XANES 測定」, ウイン

守友浩「環境熱で発電する三次電池」 (特集 IoT

クあいち,2020/1/10-12.

普及のためには必須技術,エネルギーハーベステ

6. （招待）守友浩「熱エネルギーを仮とス三次電ィング(環境発電)) O plus E・2019 年 7-8 月号、池」第三回プレ戦略研究会、筑波大、2019/12/17
7. （招待）丹羽秀治「 高エネルギー分解能 XANES

535 – 540

によるナトリウムイオン電池正極用活物質の電子＜学会発表＞

状態測定」 第三回プレ戦略研究会、筑波大ｍ

国際会議

2019/12/17
8. 丹羽秀治, 東山和幸, 天羽薫, 小林航, 石井賢司, 守

1. Y, Moritomo”Tertiary battery for thermal energy
harvesting”, F&R energy , Houston, UAS, 2020/2/17-

友浩 「ナトリウムイオン電池正極用活物質の高エ

19

ネルギー分解能 XANES 測定」, 第 2 回日本表面真2. Y. Moritomo, Tertiary battery as energy-harvesting

空学会若手部会研究会・放射光学会若手有志研究

device, Joint symposium for nano energy material,

会, 物質・材料機構 千現地区 研究本館,2019/10/31
9. 小林航、二次電池型熱セルにおける熱発電、Duisburg, Germany, 2019/11/4-6

Nanotech CUPAL 若手研究者による研究講演会、

3. H. Iwaizumi and Y. Moritomo, 3d-electron
configuration entropy effect on temperature coefficientof redox potential of Prussian blue analogues (poster) ,Joint symposium for nano energy material, Duisburg,
Germany, 2019/11/4-6
4. Y. Fukuzumi, Configuration entropy effect on
temperature coefficient of redox potential of P2NaxCoO2 (poseter), Joint symposium for nano energy
material, Duisburg, Germany, 2019/11/4-6

国内会議
1. 井上大、福住勇矢、守友浩「電気化学ゼーベック係数における有機分子の添加効果」2020 年応用物
理学会春季講演会、上智大、2019/3/12 (講演は中止)
2. 柴田恭幸、岩泉滉樹、福住勇、守友浩「相転移を利用した三次電池」上智大、2020/3/12 (講演は中止)
3. 守屋利昭、丹羽秀治、柴田恭幸、守友浩「Na1.24Co[Fe(CN)6]0.81 の in situ 赤外吸収」 2020 年
応用物理学会春季講演会、上智大、2020/3/13 (講演は中止)
4. 丹羽秀治、守屋利昭、守友浩「in situ 赤外分光測定による NaxCo[Fe(CN)6]0.90 及びNaxMn[Fe(CN)6]0.83 の酸化還元反応」2020 年応用— 69 —

矢崎総業(株)技術研究所、静岡県,2019/8/27

西堀英治＜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 SPring8 にて、パートナーユーザー課題と長期課題を、SACLA でも利用課題を実施し、放射光 X 線回折で国内外の先導する研究を進めている。本年度
は国際共同研究、TIA 連携などを推し進め 9 報の原著論文成果と研究室メンバーの 3 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 】無機材料の X 線波動関数解析
西オーストラリア大とブレーメン大で開発が進められてきた X 線波動関数解析(X-ray
Constrained Wavefunction Refinement: XCW)をア
ルミニウムの SPring-8 データを用いて開始した。無機の結合電子の少ない物質でも十分に解析法が機能することを確認した。また、波動関
数を会わらす基底系として d 電子なども追加したほうが実験値を良く合わらすとことも分かってきた。この成果をアジア結晶学連合の会
合 AsCA2019 に申し込んだところ Rising StarAward に選ばれ、受賞講演を Pal Rumpa 助教が行った。
【 ２ 】モリブデン電子密度の精密構造解析
単体や合金など金属材料の化学結合の研究
はその結合電子の寄与の回折データへの寄与が少ないことからほとんど進められていない。
材料の機械的特性の量子力学的な理解に向けて実用材である金属の化学結合の精密観測が望まれている。SPring-8 の粉末回折データを用いてモリブデンの精密電子密度分布を多極子展開法により決定した。その結果、モリブデン
原子間は d 電子の混成により化学結合していることを明らかにし、結合に寄与する電子の量を定量的に求めることに成功した。この結果を第一原理計算と比較したところ、計算結果と類似の描像であることも分かった。

【 ３ 】熱電変換材料テトラへドライドの低温
超格子構造の決定
Pb や Te を含まない環境にやさしい熱電変換材料としてテトラへドライド Cu12Sb4S13 が注目を集めている。アメリカではこの材料を使った熱電変換素子のベンチャー企業が立ち上がり、研究が過熱している。Cu12Sb4S13 は低温で相転移を示すことが報告されている。これまでのところ、複数のグループから報告された、その低温構造は異なっており、その精密な決定が望まれていた。
SPring-8 にて Cu12Sb4S13 の単結晶 X 線回折
データを測定したところ、低温で主反射の1/1000 の強度をもつ超格子反射が現れることが分かった。70K で測定したデータを超格子を含めて注意深く解析した結果、低温構造を明らかにすることに成功した。格子は低温の立方晶
を a として 2a×2a×2a の格子をとり、室温で1 種類しかなかった CuS4、SbS3、SCu6 のユニ
ットが 4 種類以上になることが分かった。隙間の大きい構造を SCu6 以外のユニットは変形せずに空間を埋めることで複雑な構造が達成されていた。
【 ４ 】SPring-8 におけるパートナーユーザ
ーおよび長期課題の活動
SPring-8 において、粉末回折ビームライン
BL02B2 でパートナーユーザーに指定され活動を行っている。また今年から、単結晶 X 線回折ビームライン BL02B1 で長期課題を開始した。
BL02B2 では、装置性能の限界に挑戦する構造解析として、ノックアウトマウスから取り出した血液中の Hem の粉末構造決定に成功した。
この成果は国際共同研究として生命科学系の学術雑誌 eLiFE に掲載された。
BL02B1 では、新型の CdTe 検出器の立ち上げをオーフス大と DECTRIS 社と共同で進めている。DECTRIS 社は、2020 年 1 月に最新型検出器を SPring-8 に持ち込みテストを行った。このテストが長期課題で実施された。

— 70 —

【 ５ 】海外教育研究ユニット招致
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 として招致し研究を進めている。副 PI の Pal Rumpa 助教が XCWの研究で Rising Star Award を受賞している。

7. L. Qu, H. Iguchi, S. Takaishi, F. Habib, C. Leong, D.
D'Alessandro, T. Yoshida, H. Abe, E. Nishibori, M. Yamashita.”
Porous Molecular Conductor: Electrochemical Fabrication ofThrough-Space

Conduction

PathwaysamongLinearCoordination Polymers.” J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 68026806.
8. Chengyan Liu, Zhiwei Huang, Dianhui Wang, Xiuxia Wang,
Lei Miao, Xiaoyang Wang, Shaohai Wu, Nozomu Toyama,
Toru Asaka, Junliang Chen, Eiji Nishibori and Li-Dong Zhao.

＜論文＞“Dynamic Ag+-intercalation with AgSnSe2 nanoprecipitates in

1. Ryosuke Sei, Hideyuki Kawasoko, Kota Matsumoto,Cl-doped

Masato Arimitsu, Kyohei Terakado, Daichi Oka, Shintaro
Fukuda, Noriaki Kimura, Hidetaka Kasai,Kenji Ohoyama, Akinori Hoshikawa,

Hasegawa and Tomoteru Fukumura, “Tetragonality induced

reactor for in-situ synchrotron radiation powder diffraction at
SPring-8 BL02B2 for quantitative design for nanoparticle.”
The Journal of Supercritical Fluids 2019, 147, 172-178.

2. Naoki Ishimatsu, , Kei Yokoyama, Takahiro Onimaru, Toshiro

Vera Cuartero, Olivier Mathon, Sakura Pascarelli, Eiji

＜総説・解説＞
1.

Guest

Eu

Off-CenteringinType-I61, 123-129 (2019)

Clathrate

Eu8Ga16Ge30." J. Phys. Soc. Jpn. 88, 114601 (2019) [9 Pages]
3. Rini H Pek, Xiaojing Yuan, Nicole Rietzschel, Jianbing Zhang,
Laurie Jackson, Eiji Nishibori, Ana Ribeiro, William Simmons,
Jaya Jagadeesh, Hiroshi Sugimoto, Md Zahidul Alam, Lisa

＜学会発表＞
国際会議
1. Eiji Nishibori and Hidetaka Kasai, "Charge density study on
simple inorganics from synchrotron X‐ray powder diffraction

Garrett, Malay Haldar, Martina Ralle, John D Phillips, David

to reveal weak interaction of materials." The International

M Bodine, Iqbal Hamza. "Hemozoin produced by mammals

Charge Density Meeting (ICDM)2019, (Georg-August-confers heme tolerance." eLife 2019, 8, e49503.
4. T. Sasaki, H. Kasai, E. Nishibori. “Aspherical and covalentbonding character of d electrons of molybdenum from

Universität Göttingen, Germany, July 21-26) (oral)
2. Pal Rumpa, Rumpa Pal, Sara Urrego-Riveros, Anne Staubitz,
Miroslav Kohout, Simon Grabowsky, Eiji Nishibori,synchrotron x-ray diffraction.” J. Phys. Commun. 2019, 3,“ Complementary bonding analysis : a) Organometallic

095009.

semiconductor Stannole derivatives b) metallic Aluminium”

5. Venkatesha R. Hathwar, Atsushi Nakamura,Hidetaka Kasai,

The International Charge Density Meeting (ICDM)2019,

Koichiro Suekuni, Hiromi I. Tanaka, Toshiro Takabatake, Bo B.

(Georg-August-Universität Göttingen, Germany, July 21-

Iversen and Eiji Nishibori. “Low-Temperature Structural Phase
Transitions in ThermoelectricTetrahedrite, Cu12Sb4S13, andTennantite, Cu12As4S13.” Cryst.Growth Des. 2019, 19, 3979-

26)(poster)
3. E. Nishibori, “In-situ SR diffraction study of hydrothermal
nano-particle synthesis” Joint Symposium onNanomaterials

3988.

for Energy Applications, (University of Duisburg-Essen,

6. T. Nakamura, Y. Kawashima, E. Nishibori, T. Nabeshima.
“Bpytrisalen/Bpytrisaloph: A Triangular Platform That
Spatially Arranges Different Multiple Labile Coordination

佐々木友彰、出口裕佳、笠井秀隆、西堀英治 粉
末 X 線回折による精密構造解析、日本結晶学会誌

Nishibori, and Tetsuo Irifune. "Pressure-Induced Collapse oftheultra-high

9. Tomoki Fujita, Hidetaka Kasai, Eiji Nishibori, “Hydrothermal

earth) with Bi square nets” Dalton Trans. 2020, 49, 3321-3325.

Tsutsui, Masaichiro Mizumaki, Toshiaki Ina, Tetsu Watanuki,

toward9761-9772.

superconductivity in anti-ThCr2Si2-type RE2O2Bi (RE = rare

Takabatake, Koichiro Suekuni, Naomi Kawamura, Satoshi

SnSe2

thermoelectric performance.” J. Mater. Chem. A, 2019, 7,

Eiji Nishibori,Toru Ishigaki, Tetsuya

polycrystalline

Germany, November 4-5, 2019)(oral)
4. Eiji Nishibori, Venkatesha R. Hathwar, Hidetaka Kasai,

Sites” Inorg. Chem. 2019, 58, 3863-7872

Koichiro Suekuni, Toshiro Takabatake, Bo B. Iversen, “Lowtemperature structural phase transitions in thermoelectric— 71 —

tetrahedrite, Cu12Sb4S13 and tennantite, Cu12As4S13” 16th
Conference of the Asian Crystallographic Association(ASCA
2019), (UTown, National University of Singapore, December
17-20)(poster)
5. Rumpa Pal, Dylan Jayatilaka, Eiji Nishibori, “The metallic
bond in Aluminium: Quantum Crystallography” 16th
Conference of the Asian Crystallographic Association(ASCA
2019), (UTown, National University of Singapore, December
17-20) Award lecture

国内会議
1. 西堀英治「先端高エネルギー光を利用した精密電子分布計測の現状」第 80 回応用物理学会秋季学術講演会 分科企画シンポジウム、北海道大学、2019
年 9 月 19 日（招待講演）
2. 笠井秀隆「放射光 X 線回折による層状物質 TiS2 の層間相互作用の研究」 第 33 回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム、ウィンクあいち、2020 年 1 月 11 日（招待講演）
3. 高橋聖弥、西堀英治、Miao Lei「温度変化放射光 X
線回折による熱電変換材料 Ag8SnSe6 の構造相転移」日本結晶学会 2019 年度年会(金沢市文化ホール、2019 年 11 月 19－20 日)
4. 中村隆之介、藤田知樹、笠井秀隆、西堀英治「SnO2ナノ結晶の水熱合成その場観察」日本結晶学会
2019 年度年会(金沢市文化ホール、2019 年 11 月 19
－20 日)— 72 —

岡田晋＜研究論文＞
本グループでは，ナノサイズ炭素系（ナノチューブ、フラーレン、グラファイト）の電子物性を理論的に解析することによって，サイズ、形状が誘起する特異な電子物性発現の可能性を探索する事を目的としている。
【 １ 】グラフェン端からの電界電子放出
グラフェンは電子分布に関して面内方向の広がりと面鉛直方向の広がりの高いアスペクト比から、端からの電界電子放出が期待される。
実際、グラフェンの端からの電界電子放出が報告されている。ここでは、グラフェン端からの電界電子放出現象について、端の形状ならびに端に付加した官能基の影響を理論的に明らかにした。端の形状に関しては、アームチェア型の端が最も高い電界放出電流を与え、ジグザグ型の端領域の増加に伴い電流量が減少することを明らかにした。他方、端の官能基化については、極性を端に付加する官能基にいて高い電流が得られることが明らかになった（図 1）。

造を形成することが知られている。例えば、
MoS2 と WS2 は、それぞれの格子定数がほぼ等しいことから、面内でのヘテロ構造を構築することが実験的に示されている。そこで、我々
は、MoS2 と WS2 の境界に着目し、その安定構造と電子状態の解明を行った（図 2）。その結果、エネルギー的に最も安定な境界構造は、WSが多い斜めの境界であることを明らかにした。
さらに、その期限が、エネルギー的に安定なWS ボンドの形成と境界での分極の競合によることを解明した。

図 2 MoS2 と WS2 からなる面内ヘテロ構造の境界構造モデル【 ３ 】２次元原子層面内ヘテロ構造のエネル
ギー論と電子状態

図 1 官能基端を有するグラフェン端からの電界放出電流【 ２ 】２次元原子層面内ヘテロ構造のエネル
ギー論と電子状態
グラフェンや遷移金属カルコゲン物質を代表とする２次元原子層物質は、その構造から原子ネットワーク面鉛直方向に互いに積層したファンデルワールスヘテロ構造を構築することが知られている。他方、格子定数ミスマッチの小さな２次元物質間では面内でのヘテロ構

炭素からなるネットワーク物質の電子物性
は、そのπ電子の形成するネットワーク構造に強く依存することが知られている。例えば、蜂の巣格子では線形の分散を有するバンド（ディラックコーン）がフェルミレベルに出現する。
ここでは、Td 対象を有する炭化水素分子であるテトラフェニルメタン(TPM)を構成単位として、それらを互いに結合することで実現される 3 次元ダイヤモンドネットワーク物質の物
質設計をおこなった（図 3）。この炭素共有結合
ネットワークのπ電子系は、ポリフェニルがsp3 炭素で結合されたネットワークであり、ポリフェニル内の電子遷移確率と、sp3 により隔てられた近接するポリフェニル間の電子遷移— 73 —

確率の二つの異なる電子遷移確率を有するπ電子系とみなすことが可能である。このため、
価電子バンドならびに伝導電子バンドにポリフェニルの分子軌道を起源とするパイロクロ
アバンドが出現することを発見した。さらに、
ポリフェニル内の電子遷移の変調により、パイ
ロクロアバンドの平坦バンド位置が変化する
ことを示した。

H. Ago, Y. Matsuo, S. Okada, T. Fukushima, and T.
Takenobu, Formation of environmentally stable holedoped graphene films: Instantaneous and high-density
carrier doping by a boron-based oxidant, npj 2D Mater.
Appl. 3, 7 (2019).
6. S. Chiashi, T. Kato, K. Kono, R. Mitobe, K. Yoshino, S.
Konabe, S. Okada, T. Yamamoto, and Y. Homma,
Confinement Effect of Sub-nanometer Difference on
Melting

Pointof

Ice-Nanotubes

Measuredby

Photoluminescence Spectroscopy, ACS NANO 13,
1177-1182 (2019).
7. P. Gomasang, K. Kawahara, K. Yasuraoka, M.
Maruyama, H. Ago, S. Okada, and K. Ueno, A novel
graphene barrier against moisture by stacking largegrain

graphene as double-layer and triple-layer

graphenes, Sci. Rep. 9, 3777 (2019).
8. K. Yoneyama, A. Yamanaka, and S. Okada, Energetics
and electronic structure of graphene nanoribbons under
the uniaxial torsional strain, Jpn. J. Appl. Phys. 58,
SDDD05 (2019).
9. M. Matsubara and S. Okada, Electronic structure of thinfilms of naphthalene under an external electric field, Jpn.

図 3 TPM 重合構造の最適化された原子構造。

J. Appl. Phys. 58, 075001 (2019).
10. M. Maruyama and S. Okada, Asymmetric field effect＜論文＞

carrier accumulation in MoS2/WS2 van der Waals

1. X. Wang, K. Shinokita, H. E. Lim, N. B. Mohamed, Y.

heterostructure, Appl. Phys. Express 12, 075008 (2019).

Miyauchi, N. T. Cuong, S. Okada, and K. Matsuda,

11. S. Wang, A. E. Dearle, M. Maruyama, Y. Ogawa, S.

Direct and Indirect Exciton Dynamics in Few-layered

Okada, H. Hibino, and Y. Taniyasu, Catalyst selection

ReS2 Revealed by Photoluminescence and Pump-probe

growth of single-orientation h-BN towards high-Spectroscopy, Adv. Funct. Mater. 29, 1806169 (2019).

performance atomically thin electric barrier, Adv. Mater.
31, 1900880 (2019).

2. Y. Gao and S. Okada, Field emission current from thefunctionalized graphene edges, Carbon 142, 190-195

12. H. Sawahata, S. Okada, and M. Maruyama, Energetics
and electronic structures of MoS2 nanoribbons, Jpn. J.

(2019).

Appl. Phys. 58, 075002 (2019).

3. J. Nozaki, H. Nishidome, M. Maruyama, S. Okada, S.
Kusaba, K. Tanaka, K. Ueno, Y. Yomogida, and K.

13. Y. Fujii, M. Maruyama, and S. Okada, Three-

Yanagi, Site-dependence of relationships between

dimensional covalent networks of sp2 and sp3 C atoms:

photo-luminescence and applied electric field in

Energetics and electronic properties of polymerized

monolayer and bilayer molybdenum disulfide, Jpn. J.

diphenylmethane and tetraphenylmethane, Jpn. J. Appl.

Appl. Phys. 58, 015001 (2019).

Phys. 58, 085001 (2019).

4. M. Mieda and S. Okada, Energetics and electronic

14. Y. Kobayashi, S. Yoshida, M. Maruyama, H. Mogi, K.

structures of polymeric all-benzene hollow-cage andMurase, Y. Maniwa, O. Takeuchi, S. Okada, H.

planar networks, Jpn. J. Appl. Phys. 58, 015002 (2019).

Shigekawa, and Y. Miyata, Continuous heteroepitaxy of

5. K. Kanahashi, N. Tanaka, Y. Shoji, M. Maruyama, I.

two-dimensional heterostructures based on layered

Jeon, K. Kawahara, M. Ishihara, M. Hasegawa, H. Ohta,— 74 —

chalcogenides, ACS NANO 13, 7527-7535 (2019).

15. H. Sawahata, S. Okada, and M. Maruyama, Energetics

Application of Nanotubes and Low-Dimensionaland electronic structures of border between MoS2 andMaterials, 21-26 July 2019, Congress Center Wurzburg

WS2, Jpn. J. Appl. Phys. 58, 095002 (2019).

(Wurzburg).

16. M. Onodera, F. Kawamura, N. T. Cuong, K. Watanabe,

3. K. Hisama, S. Okada, S. Chiashi, and S. Maruyama,

R. Moriya, S. Masubuchi, T. Taniguchi, S. Okada, andInteraction Between Layers of Single-Walled Carbon

T. Machida, Rhenium dinitride: Carrier transport in a

Nanotube Coated with Boron Nitride Nanotube, NT19:

novel transition metal dinitride layered crystal, APL

20th International Conference on the Science andMater. 7, 101103 (2019).

Application of Nanotubes and Low-Dimensional
Materials, 21-26 July 2019, Congress Center Wurzburg

17. H. G. Ji, P. Solis-Fernandez, D. Yoshimura, M.

(Wurzburg).

Maruyama, T. Endo, Y. Miyata, S. Okada, and H. Ago,
Chemically tuned p- and n-type WSe2 monolayers with

4. M. Maruyama and S. Okada, Field-Induced Carrier

high carrier mobility for advanced electronics, Adv.

Injection in TMDC Heterostructures, NT19: 20thMater. 31, 1903613 (2019).

International Conference on the Science and Applicationof Nanotubes and Low-Dimensional Materials, 21-26

18. U. Erkilic, P. Solis-Fernandez, H. G. Ji, K. Shinokita, Y.C. Lin, M. Maruyama, K. Suenaga, S. Okada, K.

July 2019, Congress Center Wurzburg (Wurzburg).

Matsuda, and H. Ago, Vapor Phase Selective Growth of

5. S. Okada, Carrier Accumulation in Graphene/hBN

Two-Dimensional Perovskite/WS2 Heterostructures for

Heterostructures Under an External Electric Field,

Optoelectronic

NT19: 20th International Conference on the Science andApplications,

ACS

Appl.

Mater.

Interfaces 11, 40503-40511 (2019).

Application of Nanotubes and Low-Dimensional
Materials, 21-26 July 2019, Congress Center Wurzburg

19. T. Mizoguchi, M. Maruyama, S. Okada, and Y. Hatsugai,(Wurzburg).

Flat bands and higher-order topology in polymerized
triptycene: Tight-binding analysis on decorated star

6. Y. Fujii, M. Maruyama, and S. Okada, Three-lattices, Phys. Rev. Mater. 3, 114201 (2019).

dimensional porous hydrocarbon networks: Energetics
and

20. A. Yasuma, S. Okada, Y. Gao, and M. Maruyama,electronic

structures
andofpolymerizedElectronic state tuning of graphene nanorribons with

diphenylmethane

pyridinic edges by hydrogenation, Jpn. J. Appl. Phys. 58,

International Conference on Diamond and Carbon

tetraphenylmethane,

30th

125001 (2019).

Materials, 8-12 September 2019, Melia Lebreros, Seville,
Spain.

21. X. Wang, K. Shinokita, Y. Miyauchi, N. T. Cuong, S.
Okada, and K. Matsuda, Experimental Evidence of the

7. Y. Gao and S. Okada, Electrostatic potential property of

Anisotropic and Stable Charged Excitons (Trions) inbilayer graphene edges under an external electric field

Atomically Thin Two-dimensional ReS2, Adv. Funct.

for field emission, 30th International Conference on

Mater. 29, 1905961 (2019).

Diamond and Carbon Materials, 8-12 September 2019,
Melia Lebreros, Seville, Spain.
8. M. Maruyama and S. Okada, Energetics and electronic＜学会発表＞
国際会議

structure of nitrogen-doped graphene, 30th International
Conference on Diamond and Carbon Materials, 8-12

1. Y. Fujii, M. Maruyama, S. Okada, Covalent Honeycomb

September 2019, Melia Lebreros, Seville, Spain.

Networks Comprising Triptycene and Polyphenyl,
NT19: 20th International Conference on the Science and9. S. Okada, Theoretical studies on graphene FET with h-Application of Nanotubes and Low-Dimensional

BN gate insulators, 30th International Conference on

Materials, 21-26 July 2019, Congress Center Wurzburg

Diamond and Carbon Materials, 8-12 September 2019,
Melia Lebreros, Seville, Spain.

(Wurzburg).
2. Y. Gao and S. Okada, Field Emission Property of Bilayer

10. Y. Fujii, M. Maruyama, and S. Okada, Energetics andGraphene Edges Under an External Electric Field,

electronic structures of three-dimensional covalent

NT19: 20th International Conference on the Science andnetworks of hydrocarbon molecules, Recent Progress in— 75 —

Graphene and Two-dimensional Materials Research
Conference (RPGR2019), 6-10 October 2019, Matsue,
Japan.
11. M. Maruyama and S. Okada, Carrier distribution in
TMDC thin film transistors under an external electricfield,

Recent Progress

dimensional

inMaterials

Graphene
Researchand TwoConference(RPGR2019), 6-10 October 2019, Matsue, Japan.
12. Y. Gao and S. Okada, Field emission properties ofgraphene nanostructures under the lateral electric field,
Recent Progress in Graphene and Two-dimensional
Materials Research Conference (RPGR2019), 6-10
October 2019, Matsue, Japan.
13. M. Maruyama and S. Okada, Asymmetric carrier
accumulation in van der Waals heterostructure of bilayer
TMDCs by an external electric field, MNC2019, 32nd
International

Microprocesses

andNanotechnology

Conference, 28-31 October 2018, Hiroshima, Japan.
14. K. Yoneyama, M. Maruyama, Y. Gao, and S. Okada,
Mechanical properties of CNT under uniaxial tensile
strain, MNC2019, 32nd International Microprocesses
and Nanotechnology Conference, 28-31 October 2018,
Hiroshima, Japan.
15. Y. Gao and S. Okada, Field emission properties ofgraphene thin films, MNC2019, 32nd International
Microprocesses and Nanotechnology Conference, 28-31
October 2018, Hiroshima, Japan.
16. Y. Fujii, M. Maruyama, and S. Okada, Geometric andelectronic structures of three dimensionally polymerized
triptycene,

MNC2019,

32nd

International

Microprocesses and Nanotechnology Conference, 28-31
October 2018, Hiroshima, Japan.
17. A. Yasum, Y. Gao, S. Okada, and M. Maruyama,
Energetics and electronic structures of N-doped
graphene nanoribbons with pyridinic and graphitic edges,
MNC2019, 32nd International Microprocesses andNanotechnology Conference, 28-31 October 2018,
Hiroshima, Japan.
18. S. Okada, Geometric and Electronic Structures ofHybridstructure of 2D Materials, Material Research
Meeting

(MRM)

2019,

10-14

December

2019,

Yokohama Japan. (invited).

— 76 —

都倉康弘、Giorgos Giavaras＜研究成果＞
微細な系におけるエネルギーの授受のプロ
セス、光・マイクロ波吸収／放出などの動的過
程や量子過程の不可逆性について検討を進めた。
【 １ 】量子干渉現象
量子コヒーレンスが保持される電子波干渉計
においてスピン・軌道相互作用を断熱的に変化させることによる電流およびスピンポンプに関して解析を行った。磁束の変調ではポンプができないこと、共鳴的なポンプが観測さうることなどを示した。[論文 2、国際会議 1、国内会
議 3]相互作用する量子ドットを含む電子波干渉計において、間接的な効果によるアハラノ
フ・ボーム振動を解析した。特に、非平衡条件でのオンサガー・ビュティカー対称性の破れの条件を示した。[論文 3]【 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により、スピン・軌道相
互作用による軌道反交差の特性と、暗状態による強い吸収の抑制を予言した [論文 1,国際会
議 2,6,8]ン・軌道相互作用の強い条件での非線形電圧特性を明らかにした。[論文 4]また、強磁場下のν=2 占有数のエッジ状態のダイナミクスを朝永・ラッティンジャー理論で解析した。最初独立に別の温度で熱平衡状態にあるエッジ状態
が相互作用により熱エネルギーをやり取りする様子を明らかにした。[国際会議 5,国内会議
4]＜論文＞
1. G. Giavaras and Yasuhiro Tokura, “Probing the singlettriplet splitting in double quantum dots: Implications of
the ac field amplitude”, Phys. Rev. B. 100, 195421-1-10(2019).
2. Yasuhiro Tokura, “Quantum adiabatic pumping in
Rashba-Dresselhaus-Aharonov-Bohm interferometer”,
Entropy 21, 828-1-22 (2019).
3. Toshihiro Kubo and Yasuhiro Tokura, “Indirect
Acquisition of Aharonov-Bohm Phase via the Coulomb
Interaction

andBreakdownofOnsager-Buttiker

Symmetry”, J. Phys. Soc. Jpn., 88, 054717-1-7 (2019).
4. Yosuke Sato, Sadashige Matsuo, Chen-Hsuan Hsu, Peter
Stano, Kento Ueda, Yuusuke Takeshige, Hiroshi Kamata,
Joon

Sue

Lee,

Borzoyeh

Shojaei,Kaushini

Wickramasinghe, Javad Shabani, Chris Palmstrom,
Yasuhiro Tokura,

Daniel Loss, and Seigo Tarucha,“Strong electron-electron interactions of a TomonagaLuttinger liquid observed in InAs quantum wires”, Phys.
Rev. B 99, 155304-1-14 (2019).

＜学会発表＞
国際会議

図 1 2 重量子ドット系のマイクロ波吸収特性。
横軸は磁場、縦軸はマイクロ波の振動数。左の図はマイクロ波強度が弱い条件で、スピン・軌
道相互作用による反交差特性を示している。右図は強強度条件で暗状態による強い共鳴線が見られる。

1. Yasuhiro Tokura, “Quantum adiabatic pumping withmodulating electron phase”, 2019 Workshop on
Innovative Nanoscale Devices and Systems (WINDS),The Fairmont Orchid Hotel, Kohala Coast, Hawaii, USA
Dec. 4, (2019).
2. G. Giavaras and Y. Tokura, “AC spectroscopy of the【 ３ 】一次元電子系の特性
InAs 量子細線における伝導特性を朝永・ラッティンジャー理論により解析した。特にスピ— 77 —

singlet-triplet spin-orbit gap in double quantum dots,
International Symposium on Hybrid Quantum Systems
2019 (HQS2019), Matsue, Japan, Dec. 1-4, (2019) WedA2-2.

よる量子断熱スピンポンプ」日本物理学会第 75 回

3. K. Kuroyama, S. Matsuo, S. R. Valentin, A. Ludwig, A.
D. Wieck, Y. Tokura, and S. Tarucha, “Real-time

年次大会、名古屋大学

observation of spin-flip tunneling processes driven by a

4. 小澤槙也、吉田恭、都倉康弘「カイラルエッジチャ

nearby phonon source”, International Symposium on

ンネル間の相互作用による緩和過程」日本物理学

Hybrid Quantum Systems 2019 (HQS2019), Matsue,

会第 75 回年次大会、名古屋大学
5. 上村俊介、都倉康弘、吉田恭「任意の CPTP 写像にJapan, Dec. 1-4, (2019) Wed-A2-3.
4. S. Kamimura, Y. Tokura, and K. Yoshida, “Fluctuation
Theorems for an Arbitrary CPTP Map”, International
School and Symposium on Nanoscale Transport andphoTonics 2019 (ISNTT2019) NTT Atsugi R¥&D
Center, JAPAN, Nov. 18 - 22 (2019). (poster)
5. S. Ozawa, K. Yoshida, and Y. Tokura, “Relaxation in theInteracting Edge Channel”, International School andSymposium on Nanoscale Transport and phoTonics
2019 (ISNTT2019) NTT Atsugi R¥&D Center, JAPAN,
Nov. 18 - 22 (2019). (poster)
6. G. Giavaras and Y. Tokura, “Probing the Singlet-triplet
Splitting in Double Quantum Dots with ac Fields”,
International School and Symposium on Nanoscale
Transport and phoTonics 2019 (ISNTT2019) NTT
Atsugi R¥&D Center, JAPAN, Nov. 18 - 22 (2019).
(poster)
7. Yasuhiro Tokura, Kazuyuki Kuroyama, Sadashige
Matsuo and Seigo Tarucha, “Enhanced spin flip rate by
two-phonon processes from a hot spot”, Conference
Frontiers of Quantum and Mesoscopic Thermodynamics(FQMT) 2019, Pyramida Hotel, Prague, Czech Republic,
14 - 20 July (2019). (poster)
8. G. Giavaras and Y. Tokura, “Spin resonance in double
quantum dot by tuning the interdot barrier”, TenthInternational School and Conference on Spintronics andQuantum Information Technology (SpintechX), HotelInterContinental Chicago, Chicago IL, USA June 24-27,(2019). (poster)

国内会議
1. 三宅祥、都倉康弘、吉田恭「FDTD 法を用いた
Kretschmann 配置による表面プラズモン発生のシ
ミュレーション」日本物理学会 2019 年秋季大会、岐阜大学
2. 佐々木滉平、都倉康弘、吉田恭「少数補助キュービットを用いた量子エラー訂正の論理エラー率」日
本物理学会第 75 回年次大会、名古屋大学
3. 都倉康弘「干渉計のスピン・軌道相互作用の変調に— 78 —

対するエントロピー生成とゆらぎの定理」日本物理学会第 75 回年次大会、名古屋大学

初貝安弘＜研究論文＞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。
特に量子ホール効果により見いだされ，
2016 年のノーベル物理学賞の対象となったトポロジカル相の概念の基礎をつくるバルク・
エッジ対応は，量子系に限らず，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物質一般に広く適用可能な普遍的で概念であることに着目し，基礎的な概念を越えてバルク・エッジ対応の応用により将来的には，社会，産業に直接イ
ンパクトを与える研究を目指した研究を行い，より高い立場からの「バルク・エッジ対応の科学」を構築することを目標とした研究を行っている。
【 １ 】３次元の高次トポロジカル相とコー
ナー状態に関する研究。
通常のトポロジカル相ではバルクエッジ対応に従えば，バルクのトポロジカル数は境界に存在するエッジ状態としての局在状態を予言するが，エッジ状態のさらにエッジ状態，
つまり次元が 2 だけずれた境界に存在するエッジ状態を予言する場合もあり，高次トポロ
ジカル相と呼ばれる。3 次元の高次トポロジ
カル相に対して相互作用系でも適用な形のト
ポロジカル不変量を提案し，コーナー状態とよばれる次元が 2 だけずれたエッジ状態との関係を明確にした。
(論文 2)

図１ (a)3 次元の高次トポロジカル相の模型。
(b)対応する系でのコーナー状態。(c)バルクのトポロジカル数である量子化する Z4 ベリー位
相。系のパラメターを変化させた時の結果。不連続はトポロジカル相転移を意味する。
（論文
2）【 ２ 】電子相関に起因する特徴的な高次トポロジカルモット絶縁相の提案
スピンをもつ高次トポロジカル相に電子相関が存在する場合，バルクのトポロジカル数に予言されるエッジ状態はスピンと電荷が分離し得る。強相関の物理で大きな興味を集めているモット絶縁体の高次トポロジカル絶縁体に関する類似物として，この新しい高次ト
ポロジカルモット絶縁相を提案し，実際にカゴメ格子上の拡張ハバード模型でこの相が実現することを確認した。また，コーナー状態のスピン-電荷分離現象に関して数値計算を併用して解明した。（論文 4）

図２ （a）カゴメ格子上の高次トポロジカル相（b）対応する系でのコーナー状態。高次トポ
ロジカルモット絶縁相の特徴としてコーナー
状態はスピンと電荷の自由度が分離する。
（論
文 4）— 79 —

【 ３ 】COF(Covalent Organic Frameworks)における平坦バンドの起源の解明と高次トポロ
ジカル相，コーナー状態の研究。

図３(a) トリプチセン分子。
(b)COF の例としてがこの系で重要であることを示唆し，分数化の典型例であると考えられる。

図４ (a)大きな整数スピンをもつ J1-J2 ハイゼのトリプチセン重合体。
（論文 9）

COF における平坦バンドの起源を我々が近年提唱している分子軌道描像により解明し，この系が高次トポロジカル相の実現を目指す候補物質として有望であることを提案した。さらにタイトバインディング近似のもとで，バルクのトポロジカル数を計算し，コーナー状態との関連を明らかとした（論文 9）。
【 ４ 】大きな整数スピンをもつ量子スピン
梯子系における Valence Bond Solid（VBS）状
態の量子相転移とトポロジカル数の研究。
整数スピン鎖における典型的なトポロジカ
ル相である VBS 状態と類似の状態が下図のような大きな整数スピンをもつ J1-J2 ハイゼンベ
ルグスピン鎖において生じることを理論的考
察と数値計算を併用してあきらかとした。この系では J1/J2 を変化させることで逐次量子相転移が生じ，各相は量子化ベリー位相をトポ
ロジカル秩序変数として特徴付けられることと，この転移は Valence Bond のつなぎ替えにて解釈できることを明らかとした。なお整数
スピン系における VBS は物理的にスピン 1/2

ンベルグスピン鎖。(b)S=4 の系におけるトポロジカルな逐次相転移。量子化ベリー位相がこの転移を特徴付ける（論文 11）【 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。関連して系の対称性の役割に着目して，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。今年度は力学系と電子相関を含むト
ポロジカル相での例について議論した（論文
5，7）。

＜論文＞
1.

— 80 —

H. Wakao, T. Yoshida, H. Araki, T. Mizoguchi, and
Y. Hatsugai, “Higher-order topological phases in a

spring-mass model on a breathing kagome lattice”,＜修士論文＞

Phys. Rev. B 101, 094107 (2020).
2.

栗原春香「Benalcazar-Bernevig-Hughes 模型のエ

H. Araki, T. Mizoguchi, and Y. Hatsugai, “ZQ Berry

ンタングルメント Berry 位相による解析」2020

Phase for Higher-Order Symmetry-Protected

年3月

Topological Phases”, Phys. Rev. Research, 2,012009(R) (1-5) (2020) 【Rapid Communication】.
3.

Y. Hatsugai, "So Small Implies So Large: For a＜博士論文＞

Material Design", Journal of the Physical Society of

荒木広夢「Numerical study of higher orderJapan, JPSJ News and Comments 16, 13 (2019).
4.

topological insulators by machine learning and BerryK. Kudo, T. Yoshida and Y. Hatsugai, “Higher-orderphases （機械学習とベリー位相による高次トポ

topological Mott insulators”, Phys. Rev. Lett. 123,

ロジカル絶縁体の数値的研究）」2020 年 3 月

196402 (1-6) (2019).
5.

6.

T. Yoshida, K. Kudo, and Y. Hatsugai, "NonHermitian fractional quantum Hall states", Scientific＜学会発表＞

Reports 9, 16895 (1-8) (2019).

国際会議 （招待講演）

K. Kudo, H. Watanabe, T. Kariyado, and Y.
Hatsugai, “Many-Body Chern Number without

1.

Correspondence”, Y. Hatsugai, International

Integration”, Phys. Rev. Lett. 122, 146601(1-5)

workshop Variety and universality of bulk-edge(2019). (selected as Editors’ suggestion)
7.

correspondence in topological phases: From solid

T. Yoshida and Y. Hatsugai, “Exceptional Rings

state physics to transdisciplinary

Protected by Emergent Symmetry for Mechanicalconcepts[BE/BC2020F (Bulk-Edge/Boundary

Systems”, Phys. Rev. B 100, 054109(1-16) (2019).
8.

T. Mizoguchi and Y. Hatsugai, “Molecular-Orbital
Representation of Generic Flat-Band Models”, Epl

Correspondence)](2020).
2.

fluids, Ecole Normale Superiere de Lyon, France,

T. Mizoguchi, M. Maruyama, S. Okada and Y.
Hatsugai, “Flat bands and higher-order topology inpolymerized triptycene: Tight-binding analysis on

Lyon (2019)
3.

10.

T. Mizoguchi, H.Araki, and Y. Hatsugai, “Higher-

19 (2019), Hiroshima, JAPAN.
4.

Y. Hatsugai, Int. workshop TOPOLOGY, NIMS,

Model with Anti-Kekulé Distortion”, J. Phys. Soc.
11.

S. Fubasami, T. Mizoguchi, and Y. Hatsugai,(2019), Tsukuba, JAPAN.
5.

“Symmetry protected Berry phases and edge stateswith interaction”, Y. Hatsugai Banff International“Sequential Quantum Phase Transitions in J1−J2

Research Station for Mathematical Innovation and

Heisenberg Chains with Integer Spins (S>1):

Discovery (BIRS) and Casa Matemática Oaxaca

Quantized Berry Phase and Valence-Bond Solids”,
Phys. Rev. B 100, 014438(1-7) (2019).

“Aspects of bulk-edge correspondence: Mechanicalsystems and effects of electron-electron interaction”,

Order Topological Phase in a Honeycomb-LatticeJpn. 88, 104703(1-7) (2019).

“Bulk-edge correspondence: History and recent
development”, Y. Hatsugai, NTTI-BEC2019, July 14-

decorated star lattices”, Phys. Rev. Materials 3,114201(1-12) (2019).

“Variety of bulk-edge correspondence: From quantum
to classical”, Y. Hatsugai, Topological mechanics and127, 47001(1-6)(2019).
9.

“Welcome: Towards Science of Bulk-Edge(CMO), (2019), Oaxaca, Mexico.
6.

“Use of higher topological phases and various
boundary states”, Y. Hatsugai, JSPS/EPSRC/CNRSCore 2 core seminar at Tohoku Univ. (2019).

— 81 —

国際会議 （一般講演，ポスター）

Robert Peters, Norio Kawakami, and Yasuhiro

1. “Quantized Berry Phases for Characterization of the

Hatsugai, APS march meeting (2019).

Higher-Order Symmetry Protected Topological

11. “Quantum simulation with orbital degrees of freedom

Phases”, Hiromu Araki, Tomonari Mizoguchi,

in a state-dependent optical lattice”, K. Ono, T.

Yasuhiro Hatsugai, International workshop”Variety and

Higomoto, and Y. Takahashi, EU-USA-Japan

universality of bulk-edge correspondence in topologicalInternational Symposium on Quantum Technology

phases: From solid state physics to transdisciplinary(2019)
12. “Quantum Simulator of SU(N) Fermi-Hubbard Model”,

concepts”BE/BC2020F (Bulk-Edge/Boundary

S. Taie, N. Nishizawa, Y. Takasu, Y. Takahashi, EU-

Correspondence) (2020).

USA-Japan International Symposium on Quantum

2. “ZN Berry phases for several models of higher-orderTechnology(2019).

topological insulators”, Hiromu Araki, Tomonari

13. “One-plaquette Chern number: Many-body Chern

Mizoguchi, and Yasuhiro Hatsugai, Les Houches
Program on New Developments in Topologicalnumber without integration”, K. Kudo, H. Watanabe, T.

Condensed Matter Physics (2019).

Kariyado and Y. Hatsugai, APS March Meeting (2019).
14. “Detection of higher order topological phase in a

3. “Higher-order topological phase in polymerized
triptycene”, T. Mizoguchi, M. Maruyama, S. Okada,disordered breathing Kagome model by using machine

and Y. Hatsugai, New Trends in Topological Insulators

learning”, Hiromu Araki, Tomonari Mizoguchi,

2019 & Bulk-Edge Correspondence 2019 (2019).

Yasuhiro Hatsugai, APS March Meeting 2019 (2019).
15. “Detection of higher order topological phase in a

4. Systematic construction of topological flat-bandmodels”, T. Mizoguchi and Y. Hatsugai, New Trends

disordered breathing Kagome model by using machinein Topological Insulators 2019 & Bulk-Edgelearning”, H. Araki, T. Mizoguchi, and Y. Hatsugai,

Correspondence 2019 (2019).

APS March Meeting 2019(2019).
16. “Symmetry-protected exceptional rings in two-

5. “Effects of boundary on a kagome Ising model withmagnetic-charge interaction”, T. Mizoguchi and Y.

dimensional correlated systems”, Tsuneya Yoshida, R.

Hatsugai, APS March Meeting 2019(2019).

Peters, N. Kawakami, and Y. Hatsugai, APS March
Meeting 2019 (2019) Boston, USA.

6. “Molecular-orbital representation of topological flatband models”, T. Mizoguchi and Y. Hatsugai,

17. “Effects of boundary on a kagome Ising model with

International Conference on Strongly Correlated

magnetic-charge interaction”, T. Mizoguchi and Y.

Electron Systems 2019 (SCES2019) (2019).

Hatsugai, APS March Meeting 2019 (2019) (Boston,USA)

7. “Non-Hermitian topological properties for correlated
systems”, Tsuneya Yoshida, Robert Peters, Norio
Kawakami, Yasuhiro Hatsugai, Topological Quantum
Matter: From Fantasy to Reality (2019).

国内会議 （招待講演）
1. “Topological invariants of the bulk and edge-of-edge

8. “Symmetry-Protected Exceptional Rings in Twostates of higher order topological insulators",初貝安弘,

Dimensions”, Tsuneya Yoshida, Robert Peters, Norio「トポロジカル表面状態,ソリトンとブレーン,指Kawakami, Yasuhiro Hatsugai, International

数定理」, 大阪大学 (2020), 科研費新学術領域研

Conference on strongly correlated electron systems

究「次世代物質探索のための離散幾何学」A01 班

2019(SCES2019) (2019).

会議

9. “Symmetry-protected exceptional rings for strongly
correlated fermions”, Tsuneya Yoshida, Robert Peters,

2. “仮想と実在をつなぐバルクエッジ対応”, 初貝安

Norio Kawakami, Yasuhiro Hatsugai, NTTI2019 and

弘, KEK 連携コロキュウム, 高エネルギー物理学研究所 (KEK) (2019).

BEC2019 (2019).
10. “Symmetry-protected exceptional rings in twodimensional correlated systems”, Tsuneya Yoshida,— 82 —

3. ”現代物理学の視点,特にトポロジカル物質とはな

10. 工藤耕司，初貝安弘，“Adiabatic Heuristic の数値にか”, 初貝安弘,筑波大学 STEAN リーダーシップ

的検証”，日本物理学会年秋季大会，（2019）岐プログラム課題創造学 (2019).

阜大学.
11. 若尾洋正，吉田恒也，荒木広夢，溝口知成，初貝

国内会議 （一般講演，ポスター）

安弘，"Spring-mass 模型における Higher-order トポ

1. 溝口知成，荒木広夢，初貝安弘，“Shastry-

ロジカル相"，日本物理学会年秋季大会，（2019）

Sutherland 模型における Z4 Berry 位相”，日本物理学会第 75 回年次大会(2020).（コロナウイルス蔓延のため現地開催中止）
2. 吉田恒也，工藤耕司，初貝安弘，“非エルミート
系における分数量子ホール状態 “，日本物理学会
秋季大会 年次大会 (2020).（コロナウイルス蔓延のため現地開催中止）
3. 河原林透，初貝安弘，“一般化されたカイラル対称性とバルク・エッジ対応”，日本物理学会第７５回年次大会 (2020).（コロナウイルス蔓延のため
現地開催中止）4. 若尾洋正，吉田恒也，溝口知成，初貝安弘，”Spring-mass 模型におけるカイラル対称性に起因するトポロジカル現象"，日本物理学会秋季大会 年次大会 (2020).（コロナウイルス蔓延のため
現地開催中止）5. 荒木広夢，溝口知成，初貝安弘，"2 次元・3 次元
Benalcazar-Bernevig-Hughes 模型における量子化ベリー位相”，日本物理学会秋季大会 年次大会
(2020).（コロナウイルス蔓延のため現地開催中止）
6. 工藤耕司，初貝安弘，"トーラス上の多成分エニオ
ンの量子ホール状態と Adiabatic heuristic”，日本物理学会秋季大会 年次大会 (2020).（コロナウイル
ス蔓延のため現地開催中止）
7. 吉田恒也，初貝安弘，“メカニカル系における対称性に保護されたエクセプショナルリング”，日本物理学会年秋季大会，（2019）岐阜大学.
8. 溝口知成，丸山実那，岡田晋，初貝安弘，“トリプチセン重合体におけるフラットバンドと高次トポロジカル相の理論”，日本物理学会年秋季大会，（2019）岐阜大学.
9. 石井航太，初貝安弘，河原林透，“カゴメ格子上の異方的量子スピン系の基底状態と Z3 ベリー位
相”，日本物理学会年秋季大会，（2019）岐阜大学.

— 83 —

岐阜大学.

柳原英人
＜研究論文＞
当研究室では、スピネル型フェライトを始めとする酸化物磁性体について、格子歪導入やイオン種の置換による磁気異方性増大を試み、その指針の確立をめざした研究を行っている。
本年度は、スピネルフェライト微粒子にヤーン・テラーイオンを導入することで誘導される
磁気異方性について調べた。軌道縮退を持つ
Co2+ イオンを含むスピネルフェライトにさらに Cu2+ や Mn3+といったヤーン・テラー(JT)イオンを導入することで生じる磁気異方性について明らかにした。
また軌道フェリ磁性体 CoMnO3 の磁気異方性の発現機構について検討を行った。CoMnO3 は、
Co2+と Mn4+スピンが S=3/2 をもち、正味の磁気モーメントが Co2+の軌道角運動量による特
殊なフェリ磁性体である。この酸化物について
も Co2+イオンを含むことから大きな磁気異方性が生じることが知られていたが、軌道フェリ磁性としての磁気異方性に関する知見は得られていなかった。そこで、磁化や磁気異方性の変化について実験的に詳細に調べ、平均場近似
をもちいてその温度依存性の解釈を試みた。
【 １ 】スピネルフェライト微粒子の磁気異方性－JT 歪による誘導磁気異方性－(Cu,Co)Fe2O4 微粒子を作製し JT 歪の生じる条件を探索した。Cu2+が Co2+に比べて十分に多い場合に正方歪が生じその結果、保磁力、異方性磁界の増大が確認された。そこで粉末試料の異方性磁界を磁気トルクの回転ヒステリシス
解析を用いて評価した。異方性磁界から磁気異方性定数𝐾𝐾� を算出し、歪量χと Co2＋の組成𝑥𝑥を用いて、𝐾𝐾� − 𝑥𝑥𝑥𝑥プロットを行った（図１）。その結果、JT 歪が生じている組成の試料については、単一直線状に磁気異方性定数が乗っており、Cu2+による JT 歪と Co2＋の磁気弾性効果が結合することで磁気異方性が生じていることと矛盾しない結果が得られた。
また JT イオンの中で、Cu2+に比べて大きな磁化を生じるものと期待される Mn3+のスピネ
ルフェライト中への導入についても検討を行った。(Cu,Co)Fe2O4 微粒子と同様に、熱処理に

図 1 (Cu,Co)Fe2O4 微粒子の磁気異方性と JT 歪
および Co2+ 濃度の関係

よって MnCo フェライト微粒子に JT 歪の導入
できることを確認した。しかしながら、JT 歪を生じさせるためには Mn 組成が高くなってしまい、これに伴い磁化の著しい減少が生じた。
これは、Mn 導入に伴いネール温度が大きく下がっているためであると理解される。
【 ２ 】軌道フェリ磁性体 CoMnO3 の磁気異方性の発現機構

図 1 各温度における𝑀𝑀� と𝐾𝐾� の関係

CoMnO3 エピタキシャル薄膜を反応性 RF マ
グネトロンスパッタリング法により作製した。
ターゲットには CoMn(1:1) 合金を用い、
Ar +O2(15:2) 雰囲気中、710℃で成膜を行った。試料— 84 —

の表面状態は RHEED 像、膜厚測定は X 線反射率、格子定数測定並びに構造決定は X 線回折法 (XRD)により評価した。また、磁気特性の評価には VSM による磁化容易軸方向の磁化測定(±9 T, @110~390 K)および、磁気トルク測定(9 T, @110~390 K) を行った。その結果、𝐾𝐾� に
飽和磁化𝑀𝑀� と𝐾𝐾� が広い温度範囲で比例していることが確認された(図 2)。軌道フェリ磁性では、𝑀𝑀� ∝< 𝐿𝐿� >であるため、この結果は𝐾𝐾� が
SOI の 1 次に比例することを示唆している。そこで、Co2+と最近接のアニオンを含むクラス
ターモデルを用いて、磁気異方性を計算したところ、確かに CoMnO3 においては、軌道角運動
量と𝐾𝐾� が比例することが確認された。
＜論文＞

015108(4 pages) (2020).
7. S. Yamada, R. Shigesawa, H. Latiff, M. Kishimoto, E.
Kita, and H. Yanagihara “Magnetic properties oftetragonal cobalt manganese ferrite particles preparedusing the molten salt method” IEEE Transactions on
Magnetics 56, 6702618(4 pages) (2020).
8. H. Onoda, H. Sukegawa, and H. Yanagihara “Study of
induced magnetic anisotropy by lattice distortion incobalt ferrite thin film grown on (Mg,Sn)3O4 buffer
layers” IEEE Transactions on Magnetics 56, 6701904(4pages) (2020).
9. J. Inoue, H. Onoda, and H. Yanagihara “Uniaxial
magnetic anisotropy of transition metal oxides: role oflocal lattice deformation” Journal of Physics D: Applied
Physics 53, 195003(10 pages) (2020).
10. S. Goto, H. Kura, and H. Yanagihara “Synthesis of L12-

1. K. Ito, M. Hayashida, M. Mizuguchi, T. Suemasu, H.

FeNi Nanoparticles by Nitrogen Insertion and Topotactic

Yanagihara, and K. Takanashi "Fabrication of L10-FeNi

Extraction Method” Journal of the Magnetics Society offilms by denitriding FeNiN films" Journal of theJapan 44, 75-78 (2020).

Magnetics Society of Japan, 43, 79-83 (2019).
2. S. Goto, H. Kura, H. Yanagihara, E. Kita, M. Tsujikawa,＜学会発表＞

R. Sasaki, M. Shirai, Y. Kobayashi, T. Honda, and K.

国際会議

Ono

Layered1. Ryo Shigesawa, Sota Yamada, Hawa Latiff, Sonia

High-Performance

Sharmin, Eiji Kita, and Hideto Yanagihara "Synthesis

Permanent Magnets" ACS Applied Nano Materials, 2,

and magnetic properties of cobalt ferrite nanoparticles

6909–6917 (2019).

containing Jahn-Teller Mn3+ cations" ICFPM2019,"Positive

Weiss

Antiferromagnetic

Temperature

FeNiN

for

in

3. H. Latiff, M. Kishimoto, J. Inoue, E. Kita, H. Yanagihara,

Gijon, Spain, 2019.05.27-31 (poster).

and T. Devillers “Strain-induced magnetic anisotropy

2. Hiroshige Onoda, Jun-ichiro Inoue, Hiroaki Sukegawa,

via the Jahn-Teller effect and the magnetoelastic

and Hideto Yanagihara “Epitaxial distortion and induced

coupling of tetragonally distorted (Cu,Co)Fe2O4

magnetic anisotropy in cobalt ferrite thin films” ICF12,

particles” Journal of Magnetism and Magnetic Materials
489, 165380(5 pages) (2019).

Boston, USA, 2019.10.29-11.01 (oral).
3. Sota Yamada, Ryo Shigesawa, Hawa Latiff, Mikio

4. H. Koizumi, J. Inoue, and H. Yanagihara “Magnetic

Kishimoto, and Hideto Yanagihara “Magnetic properties

anisotropy and orbital angular momentum in the orbitalof tetragonal cobalt manganese ferrite particles prepared

ferrimagnet CoMnO3” Physical Review B 100, 224425

using the molten salt method” ICF12, Boston, USA,

(5 pages) (2019).

2019.10.29-11.01 (oral).

5. S. Sharmin, E. Kita, M. Kishimoto, and H. Yanagihara

4. Hideto Yanagihara “Magnetic anisotropy of epitaxially“Effect of etching on spin canting in hydrothermallystrained cobalt ferrite thin films” ICF12, Boston, USA,synthesized

2019.10.29-11.01 (invited).

Co-Niferriteparticles”

HyperfineInteractions 241, 7(7 pages) (2020).

5. Hiroki Koizumi, Michio Hagihara, Soki Kobayashi and6. H. Koizumi, M. Hagihara, S. Kobayashi, and H.

Hideto Yanagihara “Interlayer exchange coupling inYanagihara, “Interlayer exchange coupling and interface

Fe/MgO/CoxFe3-xO4(001) trilayers” MMM2019, Las

magnetic

Vegas, USA, 2019.11.04-08 (oral).

anisotropy

withcrossedin-planeandperpendicular magnetic anisotropies” AIP Advances 10,— 85 —

国内会議
1. 小泉洸生、萩原道夫、柳原英人「Anomalous Hall
effect in an interlayer exchange coupling」 第 80 回応用物理学会秋季学術講演会、札幌、2019.9.18-21（ポスター）
2. 小泉洸生、井上順一郎、柳原英人「軌道フェリ磁性体を用いた軌道角運動量と異方性 エネルギーの測定」 第 80 回応用物理学会秋季学術講演会、札幌、2019.9.18-21（ポスター）
3. 加藤龍人、松本光玄、柳原英人「磁気トルク法を用いた強磁性 2 層膜における界面交換結合の定量評価」 第 80 回応用物理学会秋季学術講演会、札幌、
2019.9.18-21（ポスター）
4. 小野田浩成、花島隆泰、武田全康、柳原英人「絶縁性強磁性体 2 層膜界面におけるねじれスピン構造」
第 80 回応用物理学会秋季学術講演会、札幌、
2019.9.18-21（ポスター）
5. 小林蒼季、柳原英人「Co0.75Fe2.25O4/Fe 構造における磁気層間結合強度の評価」 第 80 回応用物理学会秋季学術講演会、札幌、2019.9.18-21（口頭）6. 山田壮太、岸本幹雄、喜多英治、柳原英人 「コア/シェル型 CuFe2O4/Co0.8Fe2.2O4 ナノ粒子の合成と磁気特性」第 43 回日本磁気学会学術講演会、京都、2019.09.25-27 (ポスター)
7. 吉田宏一，磯部高範，柳原英人 「磁化測定用高周波磁場発生装置の開発」第 43 回日本磁気学会学術講演会、京都、2019.09.25-27 (ポスター)— 86 —

羽田真毅＜研究成果＞
当研究室では、フェムト秒からピコ秒の時間分解能を持つ超高速時間分解電子線回折法を用いて、分子から材料にわたる幅広い物質の構造
ダイナミクス計測を行っている。本年度は、炭素材料と有機分子の構造ダイナミクス計測に注力した。
【 １ 】超高速時間分解電子線回折法の複雑な分子への応用 －酸化グラフェンの光還元メ
カニズムの解明－
酸化グラフェンは、次世代材料として期待されている炭素二次元シートの原料物質であり、安価で大量に入手しやすい黒鉛から合成加納である。しかし、酸化グラフェンはそのままでは電気を流さないため、電子デバイスなどに応用する際には、酸素を適切に除去する必要がある。酸素除去には、光の照射や加熱が用いられるが、そのメカニズムは十分に解明されておらず、望みの機能を持った炭素二次元シートを作製する方法は定まっていなかった。我々は光照
射直後の酸化グラフェンの電子状態、分子振動
状態、分子構造を超高速過渡吸収分光法、超高速時間分解赤外振動分光法、及び超高速時間分
解電子線回折法を用いて観測した[7]。その結果、光照射により酸化グラフェン上のエポキシ基に属する酸素原子が選択的に 40 ピコ秒の時
間をかけて脱離していることが明らかとなった。加熱による酸素除去では、一酸化炭素や二酸化炭素の形で酸素が除去されるような複雑な化学反応が進行し、特定の酸素原子のみを除去することはできなかった。光照射による酸素除去では、酸化グラフェン中に様々な形で結合している酸素原子のうち、エポキシ基のみが除去される。このような光による選択的な酸素除去を活用すれば、望みの構造を持つ炭素二次元シートを効率的に合成することに繋がると期待される。
【 ２ 】超高速時間分解電子線回折法を用いた液晶分子の協同的運動の観測

もう一つの本年度の主な成果として、アゾベ
ンゼン液晶の協同的運動の観測を挙げる[6]。
アゾベンゼン分子は光異性化を示す最も代表的な分子で、トランス体からシス体へと変化す
ることが知られている。アゾベンゼン分子単独
では、光異性化はサブピコ秒で生じると報告がされているが、結晶や液晶中のような分子集団中においてはその応答速度がマイクロ秒からミリ秒になると考えられてきた。我々は、スメ
クチック B 相という分子が z 方向に一方向に並び xy 平面としても六回対称性を持つ結晶と液晶の中間的な秩序構造のアゾベンゼン液晶に超高速時間分解電子線回折法を適応した。紫外光を照射されたスメクチック B 相中のアゾベンゼン分子が、100 ピコ秒の応答速度で集団的に運動する現象を観測した（図 1）。このときに生じる分子の集団運動は、照射する光の偏光
方向すなわちアゾベンゼン分子が曲がる方向に配列するように集団的に変化する。これは、トランス体からシス体へと変化するときに、その平面で曲がる方向にスペースを取ることで、隣接するアゾベンゼン分子を配列するように分子間の相互作用が働くためである。本研究では、液晶中において今まで考えられてきたアゾ
ベンゼン分子の応答速度に比べて 1 万倍以上の速度で光異性化が生じていることを示唆している。さらに分子が非常に速く一方向にそろうという新しい機能を示しており、新しい原理に基づく光駆動型液晶素子の開発に役立つと期待される

図 1 アゾベンゼン分子の超高速分子集団運動の観測— 87 —

8.

＜論文＞
1.

K. Miyata, R. Nagaoka, M. Hada, T. Tanaka, R.

Tanaka, N. Yamamoto, T. Sannomiya, Selection andMishima, T. Kuroda, S. Sueta, T. Iida, Y. Yamashita,

Visualization of Degenerate Magnetic and Electric

T. Nishikawa, K. Tsukuta, Y. Hayashi, K. Onda, T.

Multipoles

Kiwa, T. Teranishi, Liquid-like dielectric response is

Cathodoluminescence. ACS Photonics 6, 2320-2326

an origin of long polaron lifetime exceeding ten(2019).

microseconds in lead bromide perovskites. The
Journal of Chemical Physics 152 084704 (2020).
2.

9.

to

RadialHigherOrdersby

S. Shirahama, S. Zhang, M. Aiba, H. Inoue, M. Hada,
Temperature dependence of pressure-driven water
permeation

yarns and their potential applications in energy andthroughmembranes

consistingofvertically-aligned double-walled carbon nanotube

mechanical devices, Journal of Fiber Science andarrays. Carbon 146, 785-788 (2019).

Technology 76, 72-78 (2020).

4.

up

Y. Hayashi, K. Hata, S. Tsuruoka, H. Matsumoto,Y. Hayashi, Y. Chiba, H. Inoue, M. Hada, T.
Nishikawa, A review of dry spun carbon nanotube

3.

T. Matsukata, N. Matthaiakakis, T. Yano, M. Hada, T.

M. Hada, Miniaturized terahertz-driven electron
accelerator. Frontier of Optoelectronics In press.

＜総説・解説＞

H. Inoue, M. Hada, T. Nakagawa, T. Marui, T.

1.

Nishikawa, Y. Yamashita, Y. Inoue, K. Takahashi, Y.

羽田真毅「超高速時間分解電子線回折法ー新しい液晶の測定方法ー」液晶 23, 140-145 (2019).

Hayashi, The critical role of the forest morphology fordry drawability of few-walled carbon nanotubes.
5.

Carbon 158, 662-671 (2020).

＜学会発表＞

M. Hada, T. Hasegawa, H. Inoue, M. Takagi, K.

国際会議

Omoto, D. Chujo, S. Iemoto, T. Kuroda, T. Morimoto,
T. Hayashi, T. Iijima, T. Tokunaga, N. Ikeda, K.

1. M. Hada, K. Miyata, S. Ohmura, S. Koshihara, Y.
Hayashi,Fujimori, C. Itoh, T. Nishikawa, Y. Yamashita, T.

combinational

Kiwa, S. Koshihara, S. Maeda, Y. Hayashi, One-

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

Kosihara,“Atomically-resolved

Observation of Oxygen Transportation in EuBaCo2O5.38”

Communications 10, 4159 (2019).
7.

reduction

2. M. Hada, T. Ishikawa, Y. Okimoto, N. Keio, T. Asaka, A.

motions to higher molecular orientation in smectic
molecules.

revealing

Ultrafast(poster).

Kato, Ultrafast isomerization-induced cooperative
azobenzene"S

Materials, Würzburg, Germany, July 21-26, 2019

Energy Materials 2, 7700-7708 (2019).

liquid-crystalline

techniques

Nishina,and Application of Nanotubes and Low-Dimensional

Formation of Graphene at the Interface, ACS Applied

Tsuruta, K. Ishikawa, S. Koshihara, Y. Hayashi, T.

Y.

heating" NT19: International Conference on the Science

Properties of Carbon Nanotube Yarns via the

M. Hada, D. Yamaguchi, T. Ishikawa, T. Sawa, K.

Onda,

mechanisms of graphene oxide via photoexictation andminute Joule Annealing Enhances the Thermoelectric

6.

K.

The

M. Hada, K. Miyata, S. Ohmura, Y. Arashida, K.

International

Conference on Ultrafast andNonlinear Dynamics of Quantum Materials, Ultrafast

Ichiyanagi, I. Katayama, T. Suzuki, W. Chen, S.

Paris 2019, Paris France, June 4-7, 2019 (poster).

Mizote, T. Sawa, T. Yokoya, T. Seki, J. Matsuo, T.
Tokunaga, C. Itoh, K. Tsuruta, R. Fukaya, S. Nozawa,
S. Adachi, J. Takeda, K. Onda, S. Koshihara, Y.

国内会議

Hayashi, Y. Nishina, Selective Reduction Mechanism

1.

M. Hada, “Ultrafast time-resolved electron diffractionof Graphene Oxide Driven by the Photon Mode versus

revealing the reduction mechanism of graphene oxide

the Thermal Mode. ACS Nano 13, 10103-10112

through the photon and thermal modes” 日本化学会(2019).

第 100 春季年会アジア国際シンポジウム, 東京理— 88 —

科大学, 2020 年 3 月 20 日（招待講演）
2.

羽田真毅、石川忠彦、大村訓史、慶尾直哉、田久保耕、鈴木達也、浅香透、林靖彦、阿部伸行、有馬孝尚、腰原伸也、沖本洋一「時間分解電子回折で見た遷移金属化合物結晶薄膜の構造ダイナミクス」第 67 回応用物理学会 春季学術講演会, 上智大学, 3 月 14 日（招待講演）

3.

M. Hada, Y. Nishina, ”Unveiling the structure andreduction mechanism of graphene oxide by ultrafast
pulsed electron diffraction” 相変化研究会シンポジ
ウム 2019, KKR ホテル熱海, 2019 年 11 月 28-29
日（招待講演）4.

羽田真毅，牧野孝太郎，長谷川太佑，井上寛隆，
大元一輝，西川亘，山下善文，林靖彦，腰原伸也，
前田理，
長谷宗明
「ナノ・マクロ視点から見た CNT
シートの界面でのエネルギー輸送,」第 80 回 応
用物理学会秋季学術講演会, 2019 年 9 月 18-21 日（口頭発表）— 89 —

（３）電気エネルギー制御部門

深見優介（数理物質研究科・M1）

教員：

日向雄介（数理物質研究科・M1）

上殿明良（数理物質系・物理工学域・教授）

小林辰之輔（数理物質研究科・M1）

岩室憲幸（数理物質系・物理工学域・教授）

淵井康太（数理物質研究科・M1）

佐々木正洋（数理物質系・物理工学域・教授）

キムジンゴン（数理物質科学研究科・M1）

只野博（数理物質系・物理工学域・教授）

茶圓彬史（数理物質科学研究科・M1）

梅田享英（数理物質系・物理工学域・准教授）

成ヶ澤雅人（数理物質科学研究科・M1）

櫻井岳暁（数理物質系・准教授）

比嘉優斗（数理物質科学研究科・M1）

蓮沼隆（数理物質系・物理工学域・准教授）

唐澤歩睦（数理物質研究科・M1）

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）
Muhammad Monirul Islam（数理物質系・助教）

研究員：
樋口敏春（研究員）
Alban Laphente Sampietro（数理物質系・研究員）
大学院生：
Zhang, ChungYang（数理物質研究科・D3）
真栄力（数理物質科学研究科・D3）
Alexandre Foggiato Lira（数理物質科学研究科・
D3）
Fu Wei（数理物質研究科・D3）
角直也（数理物質研究科・D2）
阿部裕太（数理物質科学研究科・D2）
Muhammad Hafiz Abu Baker（数理物質研究科・D2）
岩澤柾人（数理物質研究科・D1）
郭俊傑（数理物質研究科・D1）
伊藤真澄（数理物質研究科・M2）
大田俊矢（数理物質研究科・M2）
猪狩朋也（数理物質研究科・M2）
岩澤智也（数理物質研究科・M2）
中野佑汰（数理物質科学研究科・M2）
Hamidou Tangara（数理物質研究科・M2）
Jennifer Not（数理物質研究科・M2）
飯岡暁（数理物質科学研究科・M2）
大竹裕太（数理物質科学研究科・M2）
小池真弘（数理物質科学研究科・M2）— 90 —

上殿明良＜研究成果＞
当研究室では、陽電子消滅を用いた固体中の空孔型欠陥の研究を行っている．本年度は，金属/GaN，酸化物/GaN 構造を評価し，金属膜や酸化膜の空隙の状態，またこれらの膜を形成することによる GaN への空孔型欠陥の導入の過程について評価を実施した．
単色エネルギー可変の陽電子ビームを用いて，金属/GaN，酸化物/GaN 構造を評価し，金属膜や酸化膜の空隙の状態，またこれらの膜を形成することによる GaN への空孔型欠陥の導入の過程について評価を実施した．GaN 基
板上に PECVD で厚さ 22 nm の SiO2 膜を成膜
し，試料を 1000℃まで酸素ないしは窒素雰囲
気中で焼鈍した後，陽電子消滅ガンマ線ドッ
プラー拡がり及び陽電子寿命を陽電子打ち込
みエネルギーの関数として測定した．図 1 に
SiO2/GaN の S パラメーターの陽電子打ち込み
ネルギー依存性（E）を示した．図 1(a)が窒素
雰囲気焼鈍，1(b)が酸素雰囲気焼鈍である．ここで S とは，陽電子消滅ガンマ線ドップラー
広がりの尖鋭度を示すパラメーターであり，S値が大きいほどスペクトルの尖鋭度が高いことを示す．陽電子が空孔ないしは空隙に捕獲され消滅すると，運動量分布が広い内殻電子との消滅率が減少することから S 値が上昇す
る．E=1 keV 付近の S 値が SiO2 に，E=20 keV付近の S 値が GaN に対応する．得られた S－
E カーブを解析することにより，S 値の深さ分布を求めた結果を図中に示す．窒素雰囲気焼
鈍では，1000℃焼鈍後においても，GaN 中への空孔型欠陥導入は確認されず，その濃度は陽電子消滅の検出限界以下（<1015 cm－3）であると判断できる．一方，酸素雰囲気焼鈍では，界面から数十 nm の深さまで空孔型欠陥が導入されていることがわかる．SIMS を用いて，SiO2 膜中への Ga 拡散を評価した．結果を図 2に示す．図中，窒素雰囲気焼鈍では，1000℃焼鈍においても SiO2 中に Ge は拡散していない
が，酸素雰囲気の場合は，900℃から Ge の拡散が開始されていることを確認した．以上により，陽電子消滅で得られた GaN 基板中の S
値の上昇は，空孔型欠陥由来であり，SiO2 中への Ge 拡散が原因であることが確認できた．
また，陽電子の GaN 中の消滅様式から，GaN
基板中の欠陥種は Ga 空孔ないしはその複合体であると判断できる．
本試料の SiO2 膜中の陽電子寿命スペクトルを測定，3 成分に分離した結果を図 1.3.2.3 に示す．この測定では，陽電子打ち込みエネル
ギーは 1 keV に固定している．図中に示した
τi と Ii は i 番目の陽電子寿命と対応する相対強度である（i=1-3）．寿命が 3 成分に分かれる
ことから，SiO2 中には 3 種類の空隙が共存していると判断できる．分離された最も長寿命の値（τ3）から，空隙サイズを見積もると，asdeposited でその体積は 0.74 nm3 である．
一方，700℃での酸素ないしは窒素焼鈍によりこの空隙は 0.89 nm3 まで増大する（20％の体積上昇）．1000℃窒素雰囲気ではサイズが減少
し 0.80 nm3，酸素雰囲気では 0.70 nm3 となった．この酸素雰囲気での空隙サイズ減少は，— 91 —

図 1. SiO2/GaN の S－E カーブ（(a)窒素雰
囲気焼鈍，(b)酸素雰囲気焼鈍）．解析により得た S 値の深さ分布を図中に示した．

図 2. SiO2 中の Ga の深さ分布（(a)窒素雰
囲気焼鈍，(b)酸素雰囲気焼鈍）．
上記で述べたとおり，GaN 基板から SiO2 膜へ拡散した Ga の効果によるものである．ALD
により厚さ 20 nm の Al2O3 膜を GaN 基板へ成膜し，真空中で焼鈍した場合，800℃で GaN 基
板に欠陥が導入されることを確認した．よって，GaN 基板に使用する絶縁膜としては，SiO2のほうがより広いプロセスウィンドウを有すると考えられる．GaN-MIS デバイスの電気的特性には，界面状態が大きな影響を与えることが知られているが，本研究で明らかになったとおり，絶縁膜のマトリックスの変化も起こっていることに注意すべきであると考えられる．
スパッタ法により厚さ 50nm の Pt/Ti を GaN
基板へ成膜し，800℃まで真空中で焼鈍した試料を上記と同様の手法で評価した．結果を図4 に示す．E=1 keV 付近の S 値が Pt/Ti 膜に対応する．試料を 400℃で焼鈍すると，E=5 keV
付近の S 値が大きく上昇した．得られた S－E
カーブを解析した結果から，GaN 基板へ界面から 150 nm 程度までの領域で Ga 空孔ないしはその関連欠陥が導入されていることがわかった．一方，700℃焼鈍から，E=1 keV 付近のS 値が減少する．これは，蒸着した Ni/Pt 中の空孔型欠陥の乖離，拡散がこの温度で生じているからである．すなわち，焼鈍温度が上昇
すると界面からより深い位置に空孔が導入さ

図 3. GaN 基板状に成膜した SiO2 の陽電子
寿命．酸素雰囲気、窒素雰囲気焼鈍で異なるサイズの空隙が導入されている．
図 4. Pt/Ti/GaN の S － E カ ー ブ ．

れるが，Pt/Ti 膜中の空隙サイズは減少しており，ここでも Pt/Ti 膜への Ge 拡散が，空孔の焼鈍特性に影響を与えていると考えられる．
一方，Ni を GaN 基板に成膜した場合は，焼鈍により Ni 中の空孔の集合が生じるが，GaN 基板への欠陥導入は確認されなかった．Pt/Ti とNi の違いについては，Ge と金属の反応度の違いによるものであると考えられる．

— 92 —

磯谷順一＜研究成果＞
ダイヤモンドの NV センターを用いて量子情報処理，量子通信，量子センシングに用いる量子デバイスの開発を行っている．
1. マイクロ波を用いない磁場センサー
NV センターを用いる磁気センサーは長いコ
ヒーレンス時間による高感度をもち，単一センターを用いる場合にはナノスケール空間分解
能で個々の核スピンを検出できる．N 個の NVセンターのアンサンブルを用いて高感度化（√𝑁𝑁 ）をすると，室温動作と小型固体センサ
ーというメリットの点で，SQUID やアルカリ
蒸気セルと競合できることが期待される．NV
センター・アンサンブルを用いる磁場センシン
グではバイアス磁場を用い，マイクロ波による
ESR 遷移を PL 強度の変化として検出する
ODMR(optically detected magnetic resonance) により，試料磁場による共鳴周波数のシフトを高感度に検出する．結晶格子中に N-V 軸の方向が異なる４つのサイトがあることを利用し，3
サイトの共鳴周波数を同時あるいは順次に測定することにより，１個のセンサーでベクトル磁場を測定することができる．ODMR は極低温の応用においてはマイクロ波によって引き起こされる温度揺らぎが問題になる．そこで，マイクロ波を用いずに，しかも，選択配向試料
ではなく 4 つのサイトをもつ試料の一つのサ
イトのみを用いて，ベクトル磁場を測定する方式を開発した（図 1）．PL 強度の磁場依存性を測定すると，N-V 軸に平行な磁場 1024 G において，基底三重項状態の GSLAC (ground-statelevel anticrossing) により，PL 強度が急激に減少する鋭いディップが観測される．これを利用すると，マイクロ波を用いずに磁場センシングができる．NV 軸に平行な方向と垂直な方向とに異なる変調周波数の変調磁場を加え，PL 強度をロックイン検出することにより，同時に磁場の 3 成分を読み出し，ゼロから MHz の広い帯域にわたってベクトル磁場を測定することが で き る ． 99.97%12C 濃 縮 ダ イ ヤ モ ン ド（0.70.70.4 mm3, [NV]=0.9 ppm）の NV セン
ターアンサンブルを用い，N-V 軸方向および
N-V 軸に垂直な方向において 300 pT/√𝐻𝐻𝐻𝐻のノイズフロアが得られことを示した．

図 1. マイクロ波を用いない NV センター・ア
ンサンブル・ベクトル磁場センシング

2. NV アンサンブル電場センサー
NV センターの電子スピンと電場とのカッ
プリングは小さい（R2E=165７ｋHz/V/m）が，電場ベクトルを高感度に検出することも可能である．NV アンサンブルを用いる量子センシ
ングを用いて，巨視的な AC 電場ベクトルを高感度・高精度に測定することをめざした．
99.97%12C 濃縮試料（[NV]0.9 ppm）の 0.5 mm
角の(111)プレートを用い，～500 50 50 m3
領域の PL を検出するレーザー励起パルス
ODMR を用いた．ゼロ磁場分裂（2.87 GHz）よりはるかに小さい磁場および測定する AC 電場を平行にし，かつ，NV 軸に垂直方向に加えることにより，AC 電場の振幅に比例する共鳴周波数シフトが得られる．AC 電場測定において，Hahn echo はパルス間隔に対して周波数
f=1/2の量子ロックイン検出の役割をする．2
kHz の AC 電場に対して，コヒーレンス時間（T2, Hahn=200 s）で精度が決まり，3.1 × 10-5 V/
μm の精度が得られた．パルスの数（N）を増やしたダイナミカル・デカップリングを用いると周波数の選択性が上がり[f∝1/(N)]，シグ
ナル周波数以外のノイズを抑える効果を高めることができることに加え，コヒーレンス時間（T）を延ばせることにより感度を上げることができる．しかし，ダイナミカル・デカップリ
ングでは，シグナルを追跡する時間 t を延ばすことによる高精度化（ t-1/2）はセンサー・スピ
ン系の特性（T1）を超えることができない．そのため感度は t を長くすると標準量子限界（1/√Hz）の振る舞いからはずれてしまう．AC 電— 93 —

場を古典クロックに同期したタイミングで
Hahn echo によるサンプリングを繰り返すこと
により，センサー・スピン系の特性に縛られずに，シグナル追跡の時間を長くできる（1/√Hzの振る舞いが t ～100 s まで続く）．この古典的
ロックイン検出と量子ロックイン検出を組み合わせた方法を用い，周波数 2 kHz, 振幅 0.012
V/m の AC 電場の高精度（10-7 V/m）振幅測定を可能にした．
3, NV センター配列を用いる３量子ビット量子レジスタの作製
隣接する NV センターの電子スピンがコヒーレント結合した量子レジスタを作製するには短い距離で NV センターを並べる必要があ
る．短い距離を得るにはストラグリグを小さくするために低エネルギー注入が望ましいが，生成する NV センターの収率が低くなることとコヒーレンス時間が短くなるという課題がある．多くの注入スポットから，短い距離でかつコヒーレンス時間が長いものを探し出す必要がある．レジスト・マスクに作成したナノホール（径 50nm）を用いる窒素イオン注入では，打ち込まれた窒素原子間の短い距離をもつものの確率が小さく NV-NV ペアーが限界である．
ダイヤモンド表面の１点に 2 個の窒素を注入することに対応する N2+分子イオン（20 keV）
注入では，55 kHz のカップリングをもつペア
ーの作製が報告されている．この方法を３ビット以上に拡張するために窒素を３個以上含む
アデニン（C5H5N5）分子からの C5HxN4 イオン(65 keV に加速)を用いた．窒素原子１個当たりの加速エネルギーは 7.7 keV なので，打ち込まれた窒素原子は必ず短い距離をもつ．加えて，同じ点に打ち込まれる５個の炭素イオンは空孔を供給する効率的な共注入効果として NV
生成の収率を上げることが期待される．高純度
12C 濃縮 CVD 単結晶膜を用い，フルエンス～
108 cm-2 で室温注入したのち，アニーリング（1000C，２h）後にレーザー走査型共焦点顕微鏡パルス ODMR を用いて評価した．単独のNV, ペアー，トリプルの識別には ODMR を用い，NV-NV の双極子双極子相互作用によるカップリング(dip)測定には DEER (double electro-

electron resonance)を用いた．測定した 10,400
m2 の領域の 7116 のアデニン分子イオン注入
ス ポ ッ ト に 対 し て ， １ 個 の NV 1589 個(22.3%)，
NV-NV ペアー(NV-NV) 244 個( 3.4%)，
トリプル（NV-NV-NV）9 個(0.1%)の生成が観測され，7.4%という高い NV 収率（窒素からNV への変換効率）が得られた．このうちの一
つのトリプル NVA-NVB-NVC について得られた
dip は NVA–NVC， NVC–NVB， NVA–NVB に対して 53.0±0.1, 24.1±0.3, 4.6±1.0 kHz であり，
NVA，NVB，NVC のコヒーレンス時間 279, 90,
286µs の逆数にくらべて強いカップリングを示した（図 2）
．このことは室温動作の３量子ビ
ット量子レジスタとして機能する特性をもった NV 配列が作製できたことを示す．
なお，NV-NV 距離は，NVA–NVC, NVC–NVB,
NVA–NVB に対して，8.8, 11.5, 19.9 nm と見積もられる．アデニン分子イオン注入法の特徴は，マスクを必要とせず，多くの注入スポットを短時間で作製でき，その中から注入スポットの明るさ及び ODMR によってトリプルを識別する作業が容易であり，トリプルの評価（コヒーレ
ンス時間が長く，距離が短いものを選別）に進むことができることにある．

図 2 a. アデニン分子イオン注入による３量子ビ
ット量子レジスタの作製, b. DEER 法のパルス系
列, c. DEER で測定された隣接する NV センター
間の双極子双極子結合— 94 —

上殿明良＜論文＞

behavior of vacancy‐type defects in Mg- and H-

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8. A. Uedono, W. Egger, T. Koschine, C. Hugenschmidt, M.
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9. A. Uedono, W. Egger, T. Koschine, C. Hugenschmidt, M.

beams”, MLZ User Meeting 2019, Munchen, Germany,

Dickmann, and S. Ishibashi, “Annealing behaviors of

10 December 2019.

open spaces in thin Al2O3 films deposited on

2. C. Vallee, M. Bonvalot, B. Pelissier, J.-H. Tortai, S.

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Gassilloud, N. Posseme, T. Grehl, P. Bruner, and A.

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Uedono, “In Line and Ex Situ Metrology and

September 2019. （招待講演）

Characterization to Enable Area Selective Deposition”,

10. S. F. Chichibu, K. Shima, K. Kojima, S. Ishibashi, andAmerican Vacuum Society Int. Sym. Ohio, USA, 22

A. Uedono, “Impact of Vacancy Complexes on the

October 2019.

Nonradiative

3. K Shima, H. Iguchi, T. Narita, K. Kataoka, K. Kojima,

Recombination

Processes

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III-N

Devices”, 13th Int. Conf. Nitride Semiconductors,

A. Uedono, and S. F. Chichibu, “Photoluminescence

Washington, USA, 10 July 2019. （招待講演）

Studies of Sequentially Mg and H Ion-Implanted GaN

11. A. Uedono, W. Egger, C. Hugenschmidt, and S.

with Various Implantation Depths and Crystallographic

Ishibashi, “Vacancy-type defects in GaN-based power

Planes” 13th Int. Conf. Nitride Semiconductors,

deviceWashington, USA, 10 July 2019.

implanted

4. M. Zhao, V. Spampinato, A. Franquet, D. Hein, L. Chang

structure
GaN-

defectcharacterization

inion

and Al2O3/GaN –“, Compound

Semiconductor Week 2019, Nagoya, Japan, 22 May

and A. Uedono, “The influence of AlN nucleation layer

2019. （招待講演）

on radio frequency (RF) Transmission Loss of GaN-onSi Structure” 13th Int. Conf. Nitride Semiconductors,
Washington, USA, 9 July 2019.
5. S. Takashima, R. Tanaka, K. Ueno, H. Matsuyama, Y.

国内会議
1. 秩父重英，嶋紘平，小島一信，Moody Baxter，三田清二，Collazo Ramon，Sitar Zlatko，熊谷義直，上殿Fukushima, M. Edo, K. Shima, K. Kojima, S. F.

明良，“PVT 成長 AlN 上に HVPE 成長させた Si 添

Chichibu, and A. Uedono, “Evaluation of Subsequent

加 AlN 基板の陰極線蛍光評価” 第 67 回応用物理学

Implantation Effect into Mg Implanted Region in
GaN”,13th

Int.

Conf.

Nitride会春季学術講演会，上智大，東京，2020 年 3 月 15

Semiconductors,

Washington, USA, 8 July 2019.
6. S. F. Chichibu, K. Shima, K. Kojima, S. Ishibashi, and日．
2. 嶋紘平，中須大蔵，正直花奈子，上杉謙次郎，小島A. Uedono, “Origin and dynamic properties of major
intrinsic nonradiative recombination centers in widebandgap nitride semiconductors”, SPIE Photonics West,
OPTO, San Francisco, USA, 4 February 2020.（招待講演）
7. A. Uedono, W. Egger, C. Hugenschmidt, and S.
Ishibashi, “Control of vacancy-type defects in Mg— 96 —

一信，上殿明良，三宅秀人，秩父重英，“高温アニールしたスパッタ AlN 上に成長させた AlN の陰極
線蛍光評価(1)”，第 67 回応用物理学会春季学術講
演会，上智大，東京，2020 年 3 月 15 日．

3. 中須大蔵，嶋紘平，正直花奈子，上杉謙次郎，小島4. M. Niethammer, M. Widmann, T. Rendler, N. Morioka,

一信，上殿明良，三宅秀人，秩父重英，“高温アニY.-C. Chen, R. Stöhr, J. Ul Hassan, S. Onoda, T.

ールしたスパッタ AlN 上に成長させた AlN の陰極

Ohshima, S.-Y. Lee, A. Mukherjee, J. Isoya, N. T. Son,

線蛍光評価(2)”，上智大，東京，2020 年 3 月 15 日．

J. Wrachtrup, Coherent electrical readout of defect

4. 上殿明良，上野航，
細井卓治，W. Egger，T. Koschine，

spins in silicon carbide by photo-ionization at ambient

C. Hugenschmidt，M. Dickmann M.，渡部平司，“陽conditions, Nature Communications 10, 5569(1-8)

電子消滅による SiO2/GaN 構造の空隙と空孔型欠陥(2019). [DOI:10.1038/s41467-019-13545-z]の検出”，第 67 回応用物理学会春季学術講演会，上智大，東京，2020 年 3 月 14 日．

＜学会発表＞

5. 角谷正友，高原悠希，矢代秀平，本田 徹，Dickerson
Kindole1 ， 竹 端 寛 治 ， 今 中 康 貴 ， 上 殿 明 良 ，“InGaN/GaN ヘテロ構造成長における AlN テンプ

国際会議
1. T. Tatsuishi, T. Sonoda, J. J. Buendia, T. Kageura, K.
Kawakatsu, Y. Hata, K. Nagaoka, Y. Ishii, T. Tanii, M.

レートの変化”，第 67 回応用物理学会春季学術講

Haruyama, K. Yamada, S. Onoda, W. Kada, O.

演会，上智大，東京，2020 年 3 月 12 日．

Hanaizumi, A. Stacey, T. Teraji, J. Isoya, S. Kono, H.

6. 秩父重英，小島一信，羽豆耕治，石川陽一，古澤健

Kawarada, “New Delta Doping of Nitrogen for 2太郎，三田清二，Collazo Ramon，Sitar Zlatko，上殿Dimensionally Condensed NV C enter s Using

明良，“気相成長 m 面自立 AlN 基板およびホモエ

Nitrogen Terminated Diamond Followed by High

ピタキシャル層の偏光特性と発光ダイナミクス”，

Purity第 80 回応用物理学会秋季学術講演会，北海道大，

2019

International(SSDM2019), Aichi, Japan, Sept. 9-3, 2019. (Oral).
2. M. Niethammer, M. Widmann, T. Rendler, N. Morioka,

磯谷順一
＜論文＞

Y.-C. Chen, R. Stöhr, J. al Hassan, S. Onoda, T.
Ohshima, S.-Y. Lee, A. Mukherjee, J. Isoya,

1. H. Zheng, Z. Sun, G. Chatzidrosos, C. Zhang, K.
A.

“Microwave-Free

Wickenbrock,
VectorandD.

Spin-Active Defects in 4H-SiC for Quantum Sensors

Budker,Magnetometry

using Photo-Ionization at Ambient Conditions”,

withInternational Conference on Silicon Carbide andNitrogen-Vacancy Centers along a Single Axis in

Related Materials 2019 (ICSCRM2019) (Sept.29-Oct.4,

Diamond”, Phys. Rev. Applied 13 (4), 044023 (2020).

Kyoto international conference center, Kyoto, Japan),[DOI: 10.1103/PhysRevApplied.13.044023]
2. J. Michl, J. Steiner, A. Denisenko, A. Bülau, A.
Zimmermann, K. Nakamura, H. Sumiya, S. Onoda, P.

(Ora, Oct.1, 2019)
3. K. Kawakatsu, Y. Ishii, Y. Hata, Y. Saito, K. Nakamura,
K. Nagaoka, T. Sonoda, T. Tatsuishi,

Neumann, J. Isoya, Jörg Wrachtrup, “Robust andShinada, H. Kawarada, W. Kada, O. Hanaizumi, J.

Ensembles”, Nano Letters, 19(8), 4904-4910 (2019).

Isoya, T. Tanii, “Self-align fabrication of nano-[DOI:10.1021/acs.nanolett.9b00900]

reservoir with NV center in diamond surface for nuclear

3. M. Haruyama, S. Onoda, T. Higuchi, W. Kada, A.

magnetic resonance of small molecules”, 32nd

Chiba, Y. Hirano, T. Teraji, R. Igarashi, S. Kawai, H.

International Microprocesses and Nanotechnology

Junichi

Conference, The Japan Society of Applied Physics,

Isoya, T. Ohshima, O. Hanaizum, “Triple nitrogencentre

fabrication

by

C5N4Hn(2019). [DOI:10.1038/s41467-019-10529-x]

International Conference Center Hiroshima, Hiroshima,ion

implantation”, Nature Communications 10, 2664(1-9),

T. Teraji, S.

Onoda, T. Higuchi, K. Yamada, T. Ohshima, T.

Accurate Electric Field Sensing with Solid State Spin

Kawarada, Yu Ishii, R. Fukuda, T. Tanii,

N. T.

Son, J. Wrachtrup, “Coherent Electrical Readout ofNakamura, H. Sumiya, T. Ohshima, J. Isoya, J.

vacancy

Growth”,

Conference on Solid State Devices and Materials

札幌，2019 年 9 月 19 日．

Wrachtrup,

DiamondJapan (Oral, Oct. 31, 2019)
4. T. Tatsuishi, T. Sonoda, J. J. Buendia, T. Kageura, Y.
Ishii, K. Nagaoka, Y. Hata, K. Kawakatsu, T. Tanii, M.

— 97 —

Haruyama, S. Onoda, A. Stacey, T. Teraji, J. Isoya, S.

(2020 年 3 月 2 日-3 日),(招待講演) (※新型コロナ

Kono, H. Kawarada, “Aligned Two-Dimensional NV

ウィルスのため研究会中止)

Ensemble

Fabrication

from

(111)

Nitrogen-5.

磯谷順一, ダイヤモンド：量子技術のためのスピ

Terminated Surface Embedded by High Purity

ン操作とマテリアルの発展, 第 67 回応用物理学

Diamond”, 2019 MRS Fall Meeting & Exhibit, Boston,

会春季学術講演会, 上智大学四谷キャンパス (東Massachusetts, Dec. 1-6, 2019. (Oral, The Second京) , 2020 年 3 月 12 日-15 日 （招待講演） (※新Best Oral Presentation, Dec. 4, 2019)型コロナウィルスのため学術講演会中止)

5. T. Tatsuishi, T. Sonoda, K. Kanehisa, K. Kawakatsu, Y.

6.

齋藤悠太, 石井邑, 川勝一斗, 永岡希朗, 畑雄貴,

Hata, K. Nagaoka, Y. Ishii, T. Tanii, S. Onoda,

中村洸介, 榎田尊昭,徐海州,薗田隆弘,立石哲也,

A.Stacey,Kawarada,

金久京太郎, 寺地徳之, 小野田忍, 樋口泰成, 山"Transformation of Nitrogen Adsorbed on (111)田圭介, 大島武, 品田高宏,川原田洋, 加田渉, 花

Diamond Surface into Highly Aligned 2-Dimensional

泉修, 磯谷順一、高分解能ナノ NMR に向けたダ

NV Ensemble", The 2nd International Forum on

イヤモンドへの NV センターと微小容器の一括

Quantum Metrology and Sensing (2nd IFQMS),

形成、第 67 回応用物理学会春季学術講演会, 上J.

Isoya,

S.

Kono,

H.

Kyoto, Japan, Dec. 17-18, 2019 (Poster, Dec. 17,

智大学四谷キャンパス (東京) , 2020 年 3 月 12 日

2019)

-15 日 (※新型コロナウィルスのため学術講演会
中止)
7.

国内会議
1.

雄貴, 永岡希朗, 石井邑, 谷井孝至, 小野田忍, S.

J. Isoya, NV center in diamond: Properties, fabrication,

Alastair, 磯谷順一, 河野省三, 川原田洋, "2 次元

and applications to quantum devices (ダイヤモンド

NV アンサンブルのスピン特性向上", 第 67 回応の NV センターの特性・作製法から量子デバイ

用物理学会春季学術講演会, 上智大学四谷キャスへの応用), 第 39 回電子材料シンポジウム, 橿

ンパス (東京) , 2020 年 3 月 12 日-15 日 (※新型

原ロイヤルホテル(奈良), 2019 年 10 月 9 日～11

コロナウィルスのため学術講演会中止)日,（チュートリアル講演, 2019 年 11 月 11 日 ）2.

金久京太郎, 立石哲也, 薗田隆弘, B. Jorge, 蔭浦
泰資, 川勝 斗, 畑雄貴, 永岡希朗, 石井邑, 谷井
孝至, 小野田忍, 春山盛善, S. Alastair, 寺地徳之,
磯谷順一, 河野省三, 川原田洋, "窒素終端(111)ダ

プレスリリース
1.

イヤモンドを用いて作製した高配向 2 次元 NV ア
ンサンブル", 第 80 回応用物理学会秋季学術講演会, 北海道大学札幌キャンパス (北海道), 2019 年
9 月 18 日-21 日 (口頭, 2019 年 9 月 19 日)
3.

金久京太郎, 立石哲也, 薗田隆弘, 川勝一斗, 畑雄貴, 永岡希朗, 石井邑, 谷井孝至, 小野田忍, S.
Alastair, 磯谷順一, 河野省三, 川原田洋, "[111]に高配向な NV アンサンブルの収率向上", 第 33 回
ダイヤモンドシンポジウム, 東京工業大学 (東京), 2019 年 11 月 13 日-15 日(口頭, 2019 年 11 月
15 日)

4.

金久京太郎, 立石哲也, 薗田隆弘, 川勝一斗, 畑

小野田忍, 磯谷順一, 寺地徳之, 川原田洋, 谷井
孝至, 加田渉, 波多野睦子, 大島武,ワイドバンド
ギャップ半導体を利用した量子センサ開発, 電気学会電子デバイス研究会, 絹の渓谷碧流（栃木),— 98 —

国立研究開発法人量子技術研究開発機構,国立大学法人群馬大学, 国立大学法人筑波大学, ダイヤ
モンド中に室温で動作する NV センターの 3 量
子ビット化を実現―有機化合物イオンビームにより量子コンピュータに不可欠な多量子ビット形成技術を開発―, 令和元年 6 月 13 日.

岩室憲幸、磯部高範＜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するなどした。
さらにデバイス研究においては、昨年度からの継続として、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）を取り上げ、その負荷
短絡耐量特性を評価・解析を行った。その結果、内蔵した SBD の高温もれ電流により、その破壊耐量が通常の SiC-MOSFET よりも小さいことが判明した。そしてその破壊メカニズム解析結果から多くの知見を得ることができ、例えば SBD を高 φb 金属（例：ニッケル）にすることで、その破壊耐量を大きく向上できることを示した。
【 １ 】高性能パワーデバイスの使いこなしを可能とするインピーダンスソースインバータ

図 1 インピーダンスソースインバータの一例
これまで本研究グループでは，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といわれている SiC-MOSFET を使いこなすことを目的として，図 1 に示すようなインピーダンス
ソースインバータの研究を行ってきた。これまでは特にボディダイオードに電流が通電しないというインピーダンスソースインバータの特徴に注目してきたが，本年度は負荷短絡時にデバイスに過大なストレスがかからないという特徴を活かし，さらに高性能なパワーデバイ
スの使いこなしにつなげることの検討を行った。

(a) 従来型インバータ(b) 準 Z ソースインバータ
図 2 負荷短絡時にデバイスにかかる電圧 vds・
電流 id の実験波形と発生損失 Esc
図 2 に，従来型インバータと，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
インバータにおける，負荷短絡時における挙動を示す。(a)に示す従来型インバータでは，負荷短絡時に非常に大きい電流が流れ，また同時にデバイスには電源電圧がかかる。その結果デバ
イスには大きな熱的ストレスがかかるためデバイスは破壊に至る。一方(b)に示す準 Z ソー
スインバータでは，デバイスに流れる電流の増加はインピーダンスソース部によって制限されるため過大な電流が流れず，かつ電源電圧はインピーダンスソース部にかかるためデバイ
スにはかからない。デバイスにかかる熱的なス
トレスは非常に小さいことがわかる。これらの理由により，比較的長い時間の負荷短絡によってもデバイスは破壊されない。
本年度はこのことを実験的に示し，短絡耐量のほとんどないデバイスでもモータドライブなどの幅広い応用に適用可能となることなどを明らかにしたほか，短絡耐量はないが低損失— 99 —

なデバイスを使用した場合の損失の低減効果の試算などを進めた。
また 2018 年度から継続して，準 Z ソースイ
ンバータ自体の性能向上のため，インダクタの小型化を可能とする新変調方式の検討を行った。図 3 は今年度新たに提案し発表した変調方式「NE-SVM8」を示している。従来方式である
SVM6 や 2018 年度に当研究グループが提案した NE-SVM6 に対し，さらに電流リプルが減少できる。最大電流リプルは従来方式に対し44.5%，NE-SVM6 に対し 23.1%の低減が可能である。また電流リプルの低減が，おおむねその割合でインダクタの小型化につながることも，試作を通じて検証し発表した。

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
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。

(a) モードの遷移と電流波形
図 4 GaN-HEMT による 1 MHz 駆動インバー
タのプロトタイプ（単相 200V・400W）(a) 従来の DCM による波形(b) 他方式との電流リプルの比較
図 3 新たに提案した新変調方式（NESVM8）【 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— 100 —(b) 提案する変調方式による波形

図 5 GaN-HEMT による 1 MHz 駆動インバー
タの出力電流波形 iac（系統電圧は vac）
本年度の成果として，非常に高いスイッチン
グ周波数としたときに発生する電流歪みを，追加のセンサなどを必要とせずに低減する新しい変調方式を提案し・発表した。図 4 は GaNHEMT 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 400 W の系統連系イン
バータのプロトタイプである。図 5(a)に示すよ
うに，従来型 DCM では電流に大きな歪みが発生するため，このような高いスイッチング周波数での運転は困難であった。一方，図 5 (b)に示
すように，提案する変調方式を適用することで電流歪みは大きく改善し，実用的に問題のないレベルまで低減できている。
本年度はこの方式の提案に加え，デジタルコ
ントローラでの実装方法や高調波・損失の評価などを行い国際会議等で発表した。今後は損失を低減する手法の導入や，大容量化について検討を行う予定である。

昨年度の研究により,SWITCH-MOS の方が
IE-UMOSFET に比べターンオン損失がおよそ20％低減でき,高速スイッチング特性に優れていることを示した。今年度は,素子信頼性の重要な指標である負荷短絡耐量について詳細に解析した。図７に SWITCH-MOS ならびに IEUMOSFET の負荷短絡耐量評価比較を示す。今回新たに判明したこととして,SWITCH-MOSの負荷短絡耐量が IE-UMOSFET の 60％である
6.0μs で破壊したことである。この原因を解【 ３ 】 SBD 内 蔵 SiC ト レ ン チ
MOSFET(SWITCH-MOS)の負荷短絡耐量解析とその構造策提案
図６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 は,SBD を内蔵している以外はほぼ同じ構造である。なお
SIWTCH-MOS に内蔵している SBD のショッ
トキー金属として、SiC デバイスで一般的な Ti（チタン）を用いている。

（a）

（b）

図６（a）SWITCH-MOS（b）IE-UMOSFET 断面

図７．SWITCH-MOS ならびに IE-UMOSFET
負荷短絡耐量実測波形比較— 101 —

析のために,TCAD シミュレーションを用い計算した結果,負荷短絡時の SWITCH-MOS 内部温度が 1500K 以上のという極めて高温になることにより,SBD 部からの漏れ電流が増加,それによる素子破壊であることが判明した。

図８．SWICH-MOS ならびに IE-UMOSFET
負荷短絡耐量シミュレーション波形比較

ト信号をオフした後も SBD 部から電流が流れ続けていることが分かった（図８）。またその際の SBD 部に印加される電界強度が 0.38
MV/cm と比較的低いにもかかわらず,その付近の温度が 1605 K と高温になることも判明した。
このシミュレーション結果から,SBD 部のもれ電流を,熱電界放出モデル（Thermionic Field
Emission モデル）を用いて解析的に解いた結果,SBD 部を流れる電流は 850 A/cm2 となり極
めて大電流になることが分かった。以上のことから,SWITCH-MOS の負荷短絡耐量が小さい
理由として,素子内温度上昇に伴う SBD 部からのもれ電流が大きいことによる,と結論付けた。
以上の破壊メカニズムの解析結果から,SWITCH-MOS の負荷短絡耐量の向上策として,SBD 部のショットキー金属を現状の Ti から,より高 φb である Ni（ニッケル）に改良することを提案,その負荷短絡耐量特性を TCAD シ
ミュレーションにより解析した。その結果,負荷短絡耐量は 4.4μs から 9.0μs とほぼ 2 倍向上
することを確認した。現在,この Ni をショット
キー金属とした SWITCH-MOS を産総研殿にて試作しており,実測によっても上記効果を確認する予定である。
＜論文＞
1. Ryuji

Iijima,Takanori

Isobe,

HiroshiTadano,“Optimized Short-Through Time Distribution for
Inductor Current Ripple Reduction in Z-Source Inverters
Using Space-Vector Modulation” IEEE Transactions on
Industry Applications, Vol. 55, No. 3, pp. 2922-2930,
May-June 2019
2. Yushi Koyama, Takanori Isobe, “Current control ofmodular multilevel converters with phase‐shifted pwm
using a daisy‐chained distributed control system,” IEEJ
Transactions on Electrical and Electronic Engineering,Vol. 14, No. 7, pp. 1095-1104, July 2019.
3. M. Okawa, R. Aiba, T. Kanamori, Y. Kobayashi, S.
Harada, H. Yano, and N. Iwamuro, “First demonstration

図８,９に TCAD シミュレーションによる解of short-circuit capability for a 1.2 kV SiC SWITCH析結果を示す。シミュレーションでもMOS,” IEEE J. of Electron Devices Society, vol. 7,
SIWTCH-MOS の負荷短絡耐量が小さい（4.4μs）
pp.613-620, 2019.
ことを再現でき（図９）,そのとき素子内部の電4. N. Iwamuro, “Recent progress of SiC MOSFET devices,”
流分布ならびに温度分布を解析した結果,ゲー
Materials Science Forum, vol. 954, pp. 90–981, 2019.

— 102 —

5. H. Shimizu, N. Watanabe, T. Morikawa, A. Shima, andN.

Iwamuro,

“1.2

kV

SiC

45th Annual Conference of the IEEE Industrial
Electronics Society (IECON 2019), 14-17 October

SBD-embedded

2019, Lisbon, Portugal.

MOSFET with extension structure and titanium-based
single contact,” Japanese Journal of Applied Physics,

6. M. Akihiro, K. Terazono, T. Isobe, H. Tadano,“Unbalance

vol. 59, 026502-1-7, 2020.

Load

Compensationfor

Solid-State

6. T. Ohashi, R. Iijima, and H. Yano, “Dominant scattering

Transformer Using Smoothing Capacitors of Cascaded

mechanism in SiC MOSFET: comparative study of the

H-Bridges as Energy Buffer,” in Proceedings of The

universal mobility and the theoretically calculated

45th Annual Conference of the IEEE Industrial

channel mobility,” Japanese Journal of Applied

Electronics Society (IECON 2019), 14-17 OctoberPhysics, Vol. 59, No. 3, pp. 034003-1 -10,2020.

2019, Lisbon, Portugal.

7. H. Nemoto, D. Okamoto, X. Zhang, M. Sometani, M.

7. M. Li, R. Iijima, T. Mannen, T. Isobe, and H. Tadano,

Okamoto, T. Hatakeyama, S. Harada, N. Iwamuro, and“New Modulation Strategy for Volume Reduction of

H. Yano, “Conduction mechanisms of oxide leakage

Inductor for q-Z-source Inverter,” in Proceedings of The

current in p-channel 4H-SiC MOSFETs,” Japanese

45th Annual Conference of the IEEE Industrial

Journal of Applied Physics, vol. 59, pp. 044003-1-6.

Electronics Society (IECON 2019), 14-17 October
2019, Lisbon, Portugal.
8. D. Tochigi, K. Takashima, T. Isobe, H. Tadano and T.

＜学会発表＞
国際会議

Mannen, “Experimental Verification of a Model of

1. H. Zhang, R. Barrera-Cardenas, R. Iijima, T. Isobe, H.

Switching Transients Considering Device Parasitic

Tadano, “Passive Components Size Reduction in Solid-

Capacitance for the Loss Estimation of Soft-switching

State Transformers for EV Fast Charging System,” in thePower Converters,” 4th IEEE International Future

3rd IEEE International Conference on DC Microgrids

Energy Electoronics Cconference (IFEEC 2019), 25-28(ICDCM2019), May 20-23, Matsue, Japan.

November 2019, Singapore.

2. J. Zhang, T. Isobe and H. Tadano, “Peak Current

9. N. Iwamuro, “Recent Progress of SiC-MOSFETs andReduction and Zero Cross Distortion Improvement for

Their Futures (Invited),” in Proc. Inter. Conf. on

Discontinuous Current Mode Single Phase Grid-Tied

Electronic Packageing 2019, Apr. 2019, FA2-3, pp.260-

Inverter,” in Proceedings of EPE’19 ECCE Europe, Sep.

264.

2-6, Genova, Italy.
3. M.

Terada,10. N. Iwamuro, “Recent Progress of SiC-MOSFETs andH.

Toyoda, R.

Iijima, T.Isobe

Competition with state-of-the-art Si-IGBTs (Keynote
Speech),” WiPDA-Asia 2019, Taipei, May. 2019.

and H.Tadano, “Control of a Three-Phase Grid-Tied
Inverter Designed for Discontinuous Current Mode

11. Kailun

Yao,

Hiroshi

Yano,

and

NoriyukiOperation,” in Proceedings of IEEE Energy Conversion

Iwamuro ”Investigation of UIS Capability for -600V

Congress & Exposition (ECCE) 2019, Sep. 29-Oct.

Class Vertical SiC p-channel MOSFET,” in Proceedings

3, Baltimore, U.S.A.

of International Symposium on Power Semiconductor

4. J. Zhang, T. Isobe and H. Tadano, “Improvements on
Harmonic

Current

Distortionfor

Devices & ICs (IEEE ISPSD) 2019, pp. 187-190, May,

MHz-Operated

Shanghai (China).

Discontinuous Current Mode Single Phase Grid-Tied

12. Ruito Aiba, Masataka Okawa, Taiga Kanamori, Yusuke

Inverter with GaN-HEMT Device,” in Proceedings of

Kobayashi, Shinsuke Harada, Hiroshi Yano, andIEEE Energy Conversion Congress & Exposition

Noriyuki Iwamuro ”Experimental Demonstration on(ECCE) 2019, Sep. 29-Oct. 3, Baltimore, U.S.A.

Superior Switching Characteristics of 1.2 kV SiC

5. K. Takashima, R. Iijima, T. Mannen, T. Isobe, H. Tadano

SWITCH-MOS,”

in ProceedingsofInternationaland N. Iwamuro, “Design Strategy of Z-source Inverter

Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs

for Utilization of Power Semiconductors with Extremely(IEEE ISPSD) 2019, pp. 23-26, May, Shanghai (China).

Low Short-circuit Capability,” in Proceedings of The— 103 —

13. Masataka Okawa, Ruito Aiba Taiga Kanamori, Shinsuke
Harada,Hiroshi

Yano,

and

bias”,International Conference on Silicon Carbide andNoriyuki

Iwamuro ”Experimental and Numerical Investigations

Related Materials 2019, Sep.29-Oct.4, Kyoto, Japan.
20. N. Iwamuro, “Power Semicouductor Devices and Theirof Short-Circuit Failure Mechanisms for State-of-the-Futures,”

Art 1.2kV SiC Trench MOSFETs,” in Proceedings ofInnovation for Next Distinguished Evolutional WorldInternational Symposium on Power Semiconductor

2019, Nagoya, Sept. 2019.

Int.

Symp.

Semiconductor

Technology

Devices & ICs (IEEE ISPSD) 2019, pp. 167-170, May,
Shanghai (China)

国内会議

14. D. Okamoto, H. Nemoto, X. Zhang, X. Zhou, M.

1. 秋廣元輝，磯部高範，只野博，”カスケード H ブリ

Somenati, M. Okamoto, S. Harada, T. Hatakeyama, N.

ッジの平滑コンデンサをエネルギーバッファとしIwamuro, and H, Yano, “Threshold Voltage Instability inて用いる Solid-State Transformer における不平衡負p-channel 4H-SiC MOSFETs Investigated by Non-

荷補償制御”，2019 年電気学会産業応用部門大会，

relaxation Method”, International Conference on Silicon

長崎大学

Carbide and Related Materials 2019, Oral, Sep. 29-Oct.
4, Kyoto, Japan.

2. 栃木大樹，磯部高範，只野博，”ゼロ電圧ターンオ
ンをする電力変換器のモデリングのための寄生容

15. T. Kanamori, R. Aiba, M. Okawa, S. Harada, H. Yano,

量に着目したスイッチング現象の実験的検討”，

and N. Iwamuro “Superior turn-on loss characteristics of2019 年 電気 学 会産 業 応 用部 門 大 会， 長 崎大 学

1.2 kV SiC IE-UMOSFET with a very short channel
length”, International Conference on Silicon Carbide
and Related Materials 2019, Oral, Sep. 29-Oct. 4, Kyoto,2019 年 8 月 20 日～22 日
3. 張剣韜，寺田陽，磯部高範，只野博

イッチングを目指した制御法の実機検証”，電気学

16. X. Zhang, D. Okamoto, M. Sometani, S. Harada, N.

会

Iwamuro, and H. Yano, “Different Behaviors of Interface
Nitrided Gate Oxides”, Oral, International Conference

4. 栃木 大樹，高嶋 薫，磯部 高範，萬年智介，只野博，“デバイスの静特性のみに基づいたスイッチン
グモデルによるスイッチング損失推定法の実験検Sep. 29-Oct. 4, Kyoto, Japan.

証”，電気学会

17. X. Zhou, D. Okamoto, X. Zhang, M. Sometani. M.
ChannelMobility

Mechanisms

Extraction

in

and

Scattering

4H-SiCMOSFETs”, International

Conference

5. Huang Cheng，張剣韜，中山太智，磯部高範，只野博

波の低減に関する検討”，電気学会

Carbide and Related Materials 2019, Sep. 29-Oct. 4,ofthree-levelchargepumping

24 日～1 月 25 日
6. 上杉俊太郎，寺田陽，萬年智介，磯部高範，‘‘電流
不連続モードを適用した連続電圧電力三相インバ

characteristics of4H-SiC MOSFETs considering near-ータによる誘導電動機定常運転時の実験検証”，

interface traps”, International Conference on Silicon

令和 2 年電気学会全国大会, 東京電機大学, 2020 年

Carbide and Related Materials 2019, Sep. 29-Oct. 4,
Kyoto, Japan.
19. H. Nemoto, X. Zhang, D. Okamoto, M. Sometani, M.

半導体電力変換/モータドライブ合同研究会，大阪，2020 年 1 月

Kyoto, Japan.
Yano, “Analysis“GaN-HEMT 用い 1 MHz でスイッチングする

電流不連続モード系統連系インバータの電流高調Silicon18. Y. Matsuya, X. Zhang, D. Okamoto, N. Iwamuro, H.

半導体電力変換/家電・民生/自動車

合同研究会， 名古屋大学，2019 年 12 月 6 日

p-Channel
on

半導体電力変換/モータドライブ合同研究会，

岩手，2019 年 9 月 12 日・9 月 13 日

on Silicon Carbide and Related Materials 2019, Oral,

Okamoto, S. Harada, N. Iwamuro, H. Yano, “Accurate“電流不連続モードを適用した系統連系インバータのソフトス

Japan.

Traps for p-type 4H-SiC MOS Capacitors with Wet and2019 年 8 月 20 日～22 日

3 月 11 日～13 日
7. 松谷 優汰，張 旭芳，岡本 大，岩室 憲幸，矢野 裕

Okamoto, T. Hatakeyama, S. Harada, N. Iwamuro, H.
Yano, ”Conduction mechanism of hole leakage current
in 4H-SiC MOSFETs under high negative gate

— 104 —

司 “界面近傍酸化膜トラップを考慮した 4H-SiC
MOSFET の 3 レベルチャージポンピング特性の解析”, 2019 年応用物理学会秋季学術講演会 2019

存性の解析, ”令和 2 年電気学会全国大会, 東京電機

年 9 月 18 日～21 日

大学, 2020 年 3 月 11 日～13 日

8. 根本 宏樹，岡本 大，張 旭芳，染谷 満，岡本 光央，畠山 哲夫，原田 信介，岩室 憲幸，矢野 裕司 “p チャネル４H-SiC MOSFET における酸化膜正孔リーク
電流伝導機構の解析” ，2019 年応用物理学会秋季学
術講演会，北海道大学， 2019 年 9 月 18 日～21 日
9. 根本 宏樹，岡本 大，張 旭芳，染谷 満，岡本 光央，畠山 哲夫，原田 信介，岩室 憲幸，矢野 裕司 “p チャネル４H-SiC MOSFET における酸化膜正孔リーク
電流伝導機構の解析”， 先進パワー半導体分科会
第 6 回講演会， 広島国際会議場，2019 年 12 月 3 日～12 月 4 日
10. 周 星炎，岡本 大，張 旭芳，染谷 満，岡本 光央，畠山 哲夫，原田 信介，岩室 憲幸，矢野 裕司 “p チャネル４H-SiC MOSFET のチャネルドリフト移動度の導出と散乱機構の解明”， 先進パワー半導体分科会

第 6 回講演会， 広島国際会議場，2019 年 12 月

3 日～12 月 4 日
11. 松谷 優汰，張 旭芳，岡本 大，岩室 憲幸，矢野 裕
司 “界 面 近 傍酸 化 膜ト ラップ を 考慮 した 4H-SiC
MOSFET の 3 レベルチャージポンピング特性の解析”, 先進パワー半導体分科会

第 6 回講演会， 広島

国際会議場，2019 年 12 月 3 日～12 月 4 日
12. 岩室憲幸”SiC-MOSFET の負荷短絡耐量特性の解析（招待講演）”先進パワー半導体分科会

第6回講演会， 広島国際会議場，2019 年 12 月 3 日～12 月
4日
13. 金森大河，饗場塁士，大川雅貴，原田信介，矢野裕司，岩室憲幸，‘‘SiC トレンチ MOSFET 内蔵 pin ダイ
オードにおける逆回復特性の負ゲートバイアス依存性”， 令和 2 年電気学会全国大会, 東京電機大学,
2020 年 3 月 11 日～13 日
14. 松井ケビン，戸髙駿希，饗場塁士，大川雅貴，金森大河，原田信介，矢野裕司，岩室憲幸，‘‘1.2kV SBD
内蔵 SiC トレンチ MOSFET(SWITCH-MOS)のターン
オフ耐量解析”， 令和 2 年電気学会全国大会, 東京
電機大学, 2020 年 3 月 11 日～13 日
15. 戸髙駿希，松井ケビン，饗場塁士，大川雅貴，金森大河，原田信介，矢野裕司，岩室憲幸，‘‘1.2kV SiC ト
レンチ MOSFET の RBSOA 解析”， 令和 2 年電気学会全国大会, 東京電機大学, 2020 年 3 月 11 日～13 日
16. .亀和田亮，饗場塁士，矢野裕司，岩室憲幸，‘‘SiC p+/p/n+ダイオードにおける逆回復特性の順方向動作依— 105 —

佐々木正洋＜研究成果＞
当研究室では、表面科学の視点から、電子放出源材料、有機・無機半導体結晶に関わる基礎
物性、基礎過程の計測と制御を中心とした研究を進めている。昨年度は、電子放出源材料について、大きな進展があった。
【 １ 】新材料を用いた平面型電子放出源における新たな展開
電界放出電子源は、尖鋭構造による幾何的電界集中により tip 先端に高電界を生じさせることで電子を放出させることが一般的であるが、超高真空環境、高電圧の印加が求められるなど、高コスト化、不安定化の問題があった。この問題を解決 する手段として金属-絶縁体 -金属(MIM)あるいは、金属-酸化膜-半導体(MOS)構造による平面型電子源が長らく検討されてきた。ただし、一定の水準までは達成したものの、各材料内で電子の散乱の影響を十分に抑制できず、従来の尖鋭化 tip による電子源の単色性、安定性には遠く及ばない状況であった。最近になり、最も外側の金属層として（多層）グラフ
ェンを用いる事により、金属層での電子の散乱が大幅に抑制され、電子の放出効率が大きく改善するとともに、単色性、耐環境性に優れた電子源が実現できるようになった。それでも、単色性では従来の尖鋭化 tip による電子源の水準には到達していなかった。
本研究では、更なる高性能化を実現するため、絶縁体（あるいは、酸化膜）として、六方晶ホ
ウ化窒素(h-BN)を採用した。h-BN は、グラフェンと同様、層状物質で膜厚の制御が容易であるだけでなく、従来の金属酸化膜、あるいはシリコン酸化膜と比較して構成する材料の原子番号が小さく、電子散乱が起こりにくいことが期待される。さらに、最表面の金属膜として用いられているグラフェンと格子定数差が小さ
く、グラフェンの電子状態を乱さないことが知られている。ただし、この素子を実現するためには、作成プロセスを大幅に改訂する必要があり、容易なことではない。
このような状況でありながら、担当者の大変な努力と創意工夫により、今年度に、平面電子源として結実させることができた。実際に放出
電子のエネルギースペクトルを測定すると、単色性が極めて優れており、従来の尖鋭化 tip による電子源をはるかに越える特性を有していることが明らかになった。その特性を分析してみると、h-BN、グラフェンでの散乱は十分に抑制されており、電子のもともとの発生源である
基板での電子状態（バンド構造）を直接反映していることが示唆される結果が得られた。実際、基板材料を変更すると、その電子状態（バンド構造）に対応して放出電子のエネルギースペク
トルが変化することが観測され、先の仮設が検証された。
ここで得られたことは、技術的な面だけでなく学術的にも優れた成果であり、電子源研究の領域で高く評価されている。当該分野の代表的な国際会議で大きく注目されるとともに、発表
学生は、応用物理学会の講演奨励賞を受賞した。
【 ２ 】電界放出顕微鏡(FEM)による吸着分子
空準位の軌道の可視化尖鋭化した電界放出 tip 正面に蛍光スクリーンを配置し、電界を印加した時にスクリーン上に現れるパターンを計測する機構を電界放出顕微鏡(FEM)と呼び、電子放出の空間分布を計測する手段として 50 年以上前から使われてきた。tip 先端曲率半径とスクリーンまでの距離の比に対応した、10 の 7 乗にも達する拡大率が得られる事から「顕微鏡」と称されるものの、状況に応じて多様な像が得られるため、像出現の機構は明らかになってこなかった。
最近になり、当グループで C60 分子の FEM
パターンを分析することから、吸着分子の空準位がそのまま画像化されていると仮定することで、全てが矛盾無く説明できそうなことが分かってきた。これは、FEM が分子軌道の簡便な可視化法として有望であることを示している。今年度は、それを実証するための装置の準備を行った。
＜論文＞
1. Katsuhisa Murakami, Joji Miyaji, Ryo Furuya, Manabu— 106 —

Adachi, Masayoshi Nagao, Yoichiro Neo, Yoshinori
Takao, Yoichi Yamada, Masahiro Sasaki, and Hidenori

Mimura,“High-performance

planar-type

VacuumelectronNanoelectronics

Conference

and

12th

source based on a graphene-oxide-semiconductor

International Vacuum Electron Sources Converence

structure”, Appl. Phys. Lett 114, 213501 (2019).

(IVNC-IVESC

2. Zhang, Chunyang; Tsuboi, Hiromu; Hasegawa, Yuri;2019),

UniversityofCincinnati,

Cincinnati, OH, USA, 22-26, July, 2019. (poster)Iwasawa, Masato; Sasaki, Masahiro; Wakayama,

4. Masahiro Sasaki, “Nano-carbon materials from the view

Yutaka; Ishii, Hiroyuki; Yamada, Yoichi, “Fabrication ofpoints of practical field electron emitters”, International

Highly Oriented Multilayer Films of Flat-lying Picene

Conference on Multifunctional Materials (ICMM-2019),

and DNTT on Their Bulk-like Monolayer”, ACS Omega,

Geethanjali College of Engineering and Technology

2019, 45, 8669-8673(GCET), Hiderabad, India, 19-21, December, 2019

3. 岩澤智也、宮内直弥、高木祥示、村瀬義治、山田洋(Plenary)一、板倉明子、佐々木正洋、「ステンレス鋼を透過した重水素の挙動観察」表面と真空 Vol. 62, No. 10,
pp. 1–6, 2019
4. Murakami,
Kazutaka;

Katsuhisa;
Nagao,

Igari,Tomoya;Mitsuishi,

Masayoshi;

Sasaki,Masahiro;

国内会議
1. 小林辰之輔、岩澤柾人、長谷川友里、佐々木正洋、
山田洋一「Ag(110)基板上における単一配向有機薄膜の作製」2019 年応用物理学会秋季学術講演会

Yamada, Yoichi, “Highly Monochromatic Electron

北海道大学

Emission from Graphene-Hexagonal Boron Nitride-Si
Heterostructure”, ACS Applied Materials & Interfaces,2020 Jan 22;12(3):4061-4067.

〜21 日
諒平、中村泰生、山田洋一「有機半導体単結晶表面の真空中での安定性：熱およびレーザー損傷評価」
2019 年応用物理学会秋季学術講演会

国際会議
DOUEST,

MANNEQUIN,Y.

A.

FASSION,OZAKI,

C.

T.

ITO,

C.

VALLEE,E.

札幌キャンパス膜の光電子強度マッピング計測」2019 年応用物理学会秋季学術講演会

plasma treatments for enhancing surface quality of (010)
on Phenomena in Ionized Gases (XXXIV ICPIG) andス

Katsuhisa

Murakami,

学術講演会

UniversityofCincinnati,

軌道観察の試み」2019 年 日本表面真空学会学術講演会 2019 年 10 月 28 日〜30 日

6. 岩澤柾人，福本恵紀，佐々木正洋，鶴田諒平，中山
泰生，山田洋一 「時間分解 PEEM を用いた単結晶
有機ヘテロ界面の電子ダイナミクス」2019 年 日本

3. Yuji Nishiyama, Tomoya Igari, Yusuke Hyuga, Manabu

表面真空学会学術講演会 2019 年 10 月 28 日〜30

Adachi, Nobuhiko Kobayashi, Yoichi Yamada, Masahiro
from Graphitized Pencil Lead”, 32nd International

つくば国際会議場

Cincinnati, OH, USA, 22-26, July, 2019 (Oral)

Sasaki, “Energy Distribution of Electrons Field-Emitted

2019

笠間泰彦，山田洋一「Li@C60 薄膜の作製と SAMOInternational Vacuum Nanoelectronics Conference and2019),

札幌キャンパス5. 角直也，上野裕，岡田洋史，佐々木正洋，河地和彦，Based on a Graphene/h-BN Heterostructure”, 32nd

(IVNC-IVESC

北海道大学

年 9 月 18 日〜21 日（講演奨励賞受賞）“Development of Planar-type Electron Emission Device

12th International Vacuum Electron Sources Converence

2019 年 9 月 18 日〜21 日

物質積層平面型電子源」2019 年応用物理学会秋季

Albrecht, (poster)and札幌キャンパ洋一、村上勝久 「Graphene/h-BN を用いた原子層(ICRP-10), Sapporo, Japan, July 14–19, 2019.Marcel

Sasaki北海道大学

4. 猪狩朋也、長尾昌善、三石和貴、佐々木正洋、山田

the 10th International Conference on Reactive Plasmas

2. Tomoya Igari, Masayoshi Nagao, Yoichi Yamada,

2019 年 9 月 18 日〜21 日

松井文彦、解良聡、山田洋一「単一配向 Picene 薄TERAMOTO, C. DUSSARRAT, “Cyclic BCl3-based
β-Ga2O3 substrates”, XXXIV International Conference北海道大学

3. 岩澤柾人、小林辰之輔、長谷川友里、佐々木正洋、

GHEERAERT, K. AKIMOTO, M. SASAKI, T.

Masahiro

2019 年 9 月 18 日

2. 渕井康太、岩澤柾人、伊藤真澄、佐々木正洋、鶴田＜学会発表＞
1. Yohan

札幌キャンパス日

つくば国際会議場

7. 佐々木正洋，山田洋一「表面における原子・分子散— 107 —

乱の理解」 2019 年 日本表面真空学会学術講演会
2019 年 10 月 28 日〜30 日

つくば国際会議場《依頼講演》
8. 猪狩朋也、長尾昌善、三石和貴、佐々木正洋、山田
洋一、村上勝久「Graphene/h-BN 平面型電子源からの単色電子放出」2020 年応用物理学会春季学術講
演会

上智大学

四ッ谷キャンパス

2020 年 3 月

12 日〜15 日 [講演奨励賞受賞記念講演]（コロナ禍のため開催されなかったが、会としては成立）
9. 岩澤柾人、小林辰之輔、長谷川友里、野崎美沙、栗原俊平、大瀧峻也、二木かおり、佐々木正洋、松井
文彦、解良聡、山田洋一「高移動度有機材料の単一配向膜を利用した光電子強度マッピング」2020 年
応用物理学会春季学術講演会
キャンパス

上智大学

四ッ谷

2020 年 3 月 12 日〜15 日（コロナ禍

のため開催されなかったが、会としては成立）
10. 山田洋一、岩澤柾人、佐々木正洋、細貝拓也、中山
泰生、福本恵紀「TR-PEEM による有機単結晶界面における電子移動の直接計測」2020 年応用物理学会春季学術講演会

上智大学

四ッ谷キャンパス

2020 年 3 月 12 日〜15 日（コロナ禍のため開催されなかったが、会としては成立）
11. 深見優介、岩澤柾人、佐々木正洋、福本恵紀、山田洋一「時間分解光電子顕微鏡による TADF 単一膜の励起子ダイナミクスの直接計測」2020 年応用物
理学会春季学術講演会
パス

上智大学

四ッ谷キャン

2020 年 3 月 12 日〜15 日（コロナ禍のため開催されなかったが、会としては成立）— 108 —

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（炭化ケイ素、窒化ガリウム、ダイヤモンド）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）
分光が最大の武器となっている。また、ワイド
ギャップ半導体の点欠陥スピンを用いた量子センシングの研究も行っている。

【 １ 】SiC-MOS 界面欠陥
炭化ケイ素（4H-SiC、バンドギャップ 3.26 eV）
は次世代パワー半導体として優れた物性を示し、日本が研究開発の中心となっている。精力的な実用化が進められた結果、SiC パワーデバ
イスは次世代新幹線 N700S に採用されるに至っている。そのデバイスの中で本命とされる
SiC-MOSFET（MOS 型電界効果トランジスタ）
はシリコン MOSFET を上回るパワートランジ
スタ性能を示すものの、その本来の物性限界にはまだ届いていないとされている。最大の原因
は SiC/SiO2 界面欠陥にあると考えられているが、その正体は 20 年にわたる研究でも分かっていなかった。
当研究室は武器である EDMR 分光を駆使して、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、試料作製）、東京工業
大学（松下雄一郎グループ、第一原理計算）と共同で SiC/SiO2 界面欠陥の正体の解明に取り組んだ。その結果、代表的な界面欠陥「PbC センター」（この名前は Si/SiO2 界面欠陥「Pb センター」にちなんでいる）の起源解明に直結する
13C 核スピン超微細分裂の検出に成功した（図1）。その結果、PbC センターが 4H-SiC(0001)面の炭素アドアトム上のダングリングボンド欠
陥であることを突き止めた（論文 3、国際会議
3,4）。
他方、PbC センターが発生する 4H-SiC 標準面（通称「Si 面」）の裏面では、全く別種の界面欠陥が発生することも明らかにした（図 2）。
_
この面は通称「C 面」（4H-SiC(0001)面）と呼ばれ、ウェット酸化によって劇的に MOS 特性が改善されることが昔から分かっていたが、その原因は分かっていなかった。当研究室の EDMR
分光で調べた結果、C 面ウェット酸化界面には主、副の 2 種類の独特の界面欠陥が発生していることが分かった。主たる界面欠陥「C 面固有欠陥（C-face defects）」はジャスト界面に発生した炭素アンチサイト-炭素空孔ペア（CSiVC 欠陥）であり、もう１つのマイナー型の界面欠陥は界面型の複空孔（VSiVC 欠陥）であることを突き止めた（論文 1）。

図 1 SiC-MOS 界面欠陥「PbC センター」の起源解明（論文 3 より）【 ２ 】SiC の点欠陥による単一光子源/スピン
量子ビット
当研究室では量子科学技術研究開発機構（QST、大島武グループ）と共同で、SiC 中の点欠陥を用いた量子センシングの研究を行っている。候補となる点欠陥は、(1) SiC-MOS 界
面単一光子源（通称「界面 SPS」
、スピン 1？）、(2) シリコン空孔（VSi(-)欠陥、スピン 3/2）、(3)
SiC-NV センター（NCVSi(0)欠陥、スピン 1）の3 種類である。(-)や(0)は荷電状態を表す。
(3)は有名なダイヤモンドの NV センターのSiC 版であり、SiC では近赤外領域に発光帯をもつ。そのため生体試料の量子センシングに向いているとされる。その人工的生成について詳しい調査を行った（論文 2）。
(2)のシリコン空孔は SiC で最も有力視されるスピン量子ビットである。スピン量子ビット
×SiC-MOSFET の組み合わせを研究するために、SiC-MOSFET のチャネル領域へシリコン空— 109 —

孔を埋め込む実験を行った。方法はプロトンビー ム 照 射 で あ る 。 埋 め 込 み を 行 っ た SiCMOSFET を EDMR 分光でチェックしたところ
TV2a 型シリコン空孔の生成を確認することができた。
(1)は私たちが発見した、MOS 界面欠陥による非常に明るい室温単一光子源である（Appl.
Phys. Lett. (2018)）。その明るさはダイヤモンド
NV センターの 2～3 倍にもなる。ただしスピンについては不明であった。この界面 SPS は
C 面ウェット酸化でのみ発生するので、C 面ウ
ェット酸化に特有の界面欠陥であることが推測されていた。前項のように EDMR 分光で解析したところ、スピン 1 をもつ「P8 センター」（界面型 VSiVC 欠陥）が該当する可能性が高まった（論文 1）。VSiVC 欠陥はバルクでは P6/P7
センターと呼ばれ、SiC の代表的なスピン量子ビット（スピン 1）として知られている。したがって界面 SPS もスピン量子ビットとしての期待がもたれている。

2. S. Sato, T. Narahara, Y. Abe, Y. Hijikata, T. Umeda, T.
Ohshima, “Formation of nitrogen-vacancy centers in
4H-SiC and their near infrared photoluminescence
properties” J. Appl. Phys. 126, 083105 (2019).
3. T. Umeda, T. Kobayashi, M. Sometani, H. Yano, Y.
Matsushita, S. Harada, “Carbon dangling-bond center(carbon Pb center) at 4H-SiC(0001)/SiO2 interface” Appl.
Phys. Lett. 116, 071604 (2020).
4. C. Shinei, H. Kato, T. Makino, S. Yamasaki, S. Koizumi,
T. Umeda, “Nearly degenerate ground state ofphosphorus donor in diamond” Phys. Rev. Materials. 4,024603 (2020).

＜学会発表＞
国際会議
1. T. Umeda, Y. Nakano, E. Higa, H. Yano, M. Sometani, S.
Harada, “Carbon Pb center (the PbC center) at 4HSiC(0001)/SiO2 interface” 30th International Conferenceon Defects in Semiconductors, Seattle, USA, 2019.7.2126 (oral)
2. T. Ohshima, S. Sato, T. Narahara, Y. Yamazaki, Y. Abe,

[0001]
Si-face(a) 4H-SiC bulk & interface
k

k
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[0001]
C-face

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bulk VSiVC
4 types

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bulk
CSiVhC(+)
hh 4 types
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interface
CSiVC(+)
c-axialinterface interface
CSiVC(+)
VSiVC
basal
c-axialh 55hkkkhinterface
VSiVC
basal

Conference on Defects in Semiconductors, Seattle, USA,

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k
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k

h

2019.7.21-26 (oral)
3. T. Umeda, T. Kobayashi, Y. Matsushita, E. Higa, H. Yano,

h

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kh

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(c) interfacekkkcenters in SiC by ion irradiation” 30th International

HEI9a

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T. Umeda, Y. Hijikata, “Creation of nitrogen-vacancy

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(b) bulk
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hk

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M. Sometani, S. Harada, “The PbC (carbon dangling

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bond) center at 4H-SiC(0001)/SiO2 interface: An EDMR

k
k
h

h
h

study” International Conference on Silicon Carbide andkRelated Materials 2019, Kyoto, Japan, 2019.9.29-10.4

SiO2(oral)

Not detected

4. T. Kobayashi, T. Umeda, Y. Matsushita, “The PbC

図 2 ウェット酸化 C 面 SiC-MOS 界面欠陥：「interface CSiVC(+)（C 面固有欠陥）」と「interface
VSiVC（P8 センター）」（論文 1 より）(carbon dangling bond) center at 4H-SiC(0001)/SiO2
interface:A

first-principles

study”

International

Conference on Silicon Carbide and Related Materials
2019, Kyoto, Japan, 2019.9.29-10.4 (poster)
5. T. Umeda, Y. Kagoyama, K. Tomita, Y. Abe, M.

＜論文＞

Sometani, M. Okamoto, T. Hatakeyama, S. Harada,

1. T. Umeda, Y. Kagoyama, K. Tomita, Y. Abe, M.

“Identifications of major and minor interface defects at

Sometani, M. Okamoto, S. Harada, T. Hatakeyama,C-face 4HSiC/SiO2 interfaces with wet oxidation”“Electrically detected-magnetic-resonance identifications

International Conference on Silicon Carbide andof defects at 4H-SiC(000-1)/SiO2 interfaces with wet

Related Materials 2019, Kyoto, Japan, 2019.9.29-10.4

oxidation” Appl. Phys. Lett. 115, 151602 (2019).

(poster)— 110 —

6. E. Higa, M. Sometani, S. Harada, H. Yano, T. Umeda,“Electrically-detected-magnetic-resonance

study

on

interface defects at a-face and m-face 4H-SiC/SiO2
interfaces” International Conference on Silicon Carbide
and Related Materials 2019, Kyoto, Japan, 2019.9.2910.4 (oral)
7. Y. Abe, T. Umeda, M. Okamoto, S. Harada, Y. Yamazaki,
T. Ohshima, “The effect of γ-ray irradiation on opticalproperties of single photon sources in 4H- SiC MOSFET”
International Conference on Silicon Carbide andRelated Materials 2019, Kyoto, Japan, 2019.9.29-10.4(poster)

国内会議
1. 梅田享英，鹿児山陽平，富田和輝，阿部裕太，岡本
光央，畠山哲夫，原田信介「C 面４H-SiC ウェット
酸化の特殊性と界面欠陥：EDMR 分光からの知見」
第 80 回応用物理学会秋季学術講演会、札幌、
2019.9.18-21（口頭）2. 成ヶ澤雅人，比嘉栄斗，染谷満，畠山哲夫，原田信介，梅田享英「C 面窒化 4H-SiC/SiO2 界面の電流検出型電子スピン共鳴分光」第 80 回応用物理学会秋季学術講演会、札幌、2019.9.18-21（口頭）3. 比嘉栄斗，染谷満，原田信介，矢野裕司，梅田享英「4H-SiC Si 面・a 面・m 面界面欠陥の電流検出型
電子スピン共鳴分光法による評価」先進パワー半導体分科会第 6 回講演会、広島、2019.12.3-4（ポスター）— 111 —

【 １ 】ダイヤモンドショットキーPN ダイオードの物性評価
高濃度不純物ドーピングによるホッピング
伝導層（キャリア縮退層）を利用したダイヤモ
ンドショットキーpn ダイオード（SPND:図 1）
は 10000 A/cm2 以上もの順方向電流を実現し、将来有望なデバイス構造である。しかし、デバ
イス動作機構については不明な点が多く、特に接合部におけるホッピング伝導層からバンド伝導層へのキャリアの伝導機構が明らかでない。これは、ダイヤモンドのアクセプタ・ドナ
ー準位が深いことからキャリア密度を制御しにくく、デバイスの適用において問題が生じる
ことに起因する。当研究室では、ダイヤモンド
SPND の電気特性を調べ、デバイス構造と動作機構の相関について研究している。
Schottky (Ti/Pt/Au)

n層 [P]:0.2-1

330nm

×1017cm-3

Ohmic(Ti/Pt/Au)

n

245nm

155nm

n

×10 cmp+ [B]:5
thickness>10μm
20

n

n

70nm

-3

Ib(001) sub.

図 1. ダイヤモンドショットキーPN ダイオード（SPND）のデバイス構造2019 年度は図 1 に示す通り n 層の膜厚を変化させ、得られた電流-電圧特性（図 2）を数値解析することにより、SPND 内の伝導機構を決定した。その結果、50K よりも低温領域ではFowler Nordheim トンネル機構（p の縮退準位
から n 層へのトンネル伝導）が支配的であり、高温になるにつれ Poole Frenkel 機構（p の縮退
準位から n 層の欠陥を介した伝導）→p 層のホッピング伝導へと変化することを見出した。今後得られた電気伝導特性をもとにデバイス構造の改善へとつなげる予定である。

Current Density (A/cm2)

櫻井岳暁＜研究成果＞
当研究室ではパワー半導体素子や太陽電池の
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を目標に研究を進めている。2019 年度は以下の研究成果を得た。

103

296K

101

ー ー

190K
+

10-1

220K

+

+ +

+

+

160K
110K

+

10-3

+

70K

10-5
10-7
-5

+

80K
+ +

+

50-7.5K0

510Voltage (V)15

図 2. SPND の電流-電圧特性の温度依存性【 ２ 】4H-SiC/SiO2 の低温化学酸化膜形成と界面評価
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、これが界面準位の形
成やそれを介した散乱を引き起こすことを報告してきた。この界面を改善するため、115℃の硝酸により低温化学酸化膜を形成し、熱歪みの影響を排除した MOS 構造作成を目指している。2019 年度は、共焦点ラマン分光ならびに蛍光強度により低温 SiO2 膜/SiC 界面物性評価を行った。まず、ラマン分光では歪みが原因とするピークシフトは観測されず、SiO2 と 4H-SiCの熱膨張係数差は低温酸化では無視できるほど小さいことを確認した。続いて、蛍光強度計測を行ったところ、処理を何も施さない試料では蛍光強度が低く、窒素雰囲気下でアニールした試料では蛍光強度が回復した。化学酸化法では 4H-SiC 界面ごく近傍の SiO2 膜中に界面電荷を捕獲する欠陥が残留しており、これを除去す
るのにアニール工程が必要になることを示唆している。今後は、化学酸化膜厚を極薄にし、界面を保護した状況で原子層堆積膜（ALD）を— 112 —

形成することにより良質な MOS 構造を形成し、デバイス特性を向上させることを目指す。

microscopy” Wei Fu, Ai Kobayashi, Hiroshi Yano,
Akiko Ueda, Shinsuke Harada, Takeaki Sakurai
Japanese Journal of Applied Physics, 58, SBBD03【 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、小面積セルで変換効率 23.4 %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。2019年度は Rb 処理した試料の光容量測定により、深い欠陥準位が大幅に低下する様子を確認し、蛍光寿命の改善と一致することを証明した。このことは Rb が IIICu アンチサイト欠陥を除去するのに有効であり、この欠陥除去が素子特性のさらなる改善に不可欠であることを示唆している。

(2019).

＜学会発表＞
国際会議
1.

Sampietro, Jingdong Chen, Takuya Kato, Hiroki
Sugimoto, International Symposium on Solar Energy
Materials, Konan Univ., Japan, Jan. 25-26, 2019<invited>.
2.

Takeaki

Sakurai,

The

76th

SummerAnnualConference of the Korean Vacuum Society, Vivaldi
Park, Seoul, Korea, Aug.13, 2019 <Invited>.
“Effect of the double grading on the electric field andthe generation rate in Cu(In,Ga)Se2 solar cells” A.

＜論文＞

Lafuente-Sampietro , K. Yoshida, K. Akimoto, N.

1. “Fabrication of Mg2Sn(111) film by molecular beam

Sano, T. Sakurai, The 27th Photovoltaic Science andepitaxy”, Takashi Aizawa, Isao Ohkubo, Mariana Lima,

Engineering Conference (PVSEC29), Xian, China,

Takeaki Sakurai, and Takao Mori, Journal of Vacuum
Science and Technology A 37, 061513 (2019).
2. “Study of local structure at crystalline rubrene grain

November 4-8, 2019.
4.

mechanism”, Hamidou TANGARA, Alban Lafuente

A.L.Foggiatto, Y.Takeichi, K.Ono, H.Suga, Y.Takahashi,
J.T.Dull,

B.P.Rand,Sampietro, Jennifer Not, S. Zahedi-Azad, Jakob

K.Kutsukake,Schick, Roland Scheer and Takeaki Sakurai, The 27th

T.Sakurai, Organic Electronics, 74, pp.315-320 (2019).

Photovoltaic

3. “Wavelength dependent J-V characteristics of CuIn1J.Chen,

S.Wang,X.Hao,

MM.Islam, T.Kato, H.Sugimoto, K.Akimoto, T.Sakurai

ScienceandEngineering

Conference (PVSEC29), Xian, China, November 4-8,

solar cells and carrier recombination”

A.Lafuente-Sampietro,“Study of Defects properties in Rubidium Treated
CIGS Solar Cells: Analysis of Recombination

boundaries via scanning transmission X-ray microscopy”

xGax(S,Se)2“Investigation of electrical properties in highly
efficient Cu(In,Ga)(S,Se)2 based thin film solar cells”

3.

M.A.Fusella,“Study of recombination in thin-film Cu(In,Ga)(S,Se)2
solar cells,” Takeaki Sakurai, Alban Lafuente-

2019.
5.

“The effect of biaxial stress on the carrier-transport
properties at SiO2/4H-SiC interfaces” W. Fu, A. Ueda,

Applied Physics Express 12, 061001 (2019).

H. Yano, S. Harada, T. Sakurai, 2019 International

4. “Dependence of substrate work function on the energylevel alignment at organic–organic heterojunction

Conference

interface” AL.Foggiatto, H.Suga, Y.Takeichi, K.Ono,

Materials (SSDM 2019), 名 古 屋 大 学 , 名 古 屋 ,Y.Takahashi, K.Kutsukake, T.Ueba, S.Kera. T.Sakurai,

September 2-5, 2019.

Japanese Journal of Applied Physics, 58, SBBG06(2019).

6.

5. “Investigation of stress at SiO2/4H-SiC interface
induced by thermal oxidation by confocal Raman— 113 —

on

Solid

State

Devicesand“Study of defects in diamond Schottky barrier diodeby photocurrent and photoluminescence spectroscopy”
J. Guo, A. Traore, M.H.B. Abu Bakar, T. Makino, S.

Yamasaki, M. Ogura, T. Sakurai, 2019 International
Conference

on

Solid

State

Devices

7. “Application of grading Se alloys for high efficiency
CdTe solar cells” CHUANG LI、Wei Fu、Hamidou

and

TANGARA、Chuanqi Li、Jingquan Zhang、Takeaki

Materials (SSDM 2019), 名 古 屋 大 学 , 名 古 屋 ,Sakurai 第 67 回応用物理学会春季学術講演会、上智September 2-5, 2019.

大学、東京、2020 年 3 月 12 日-15 日.（学会中止）
8. “Effects of Polishing Damage on β-Ga2O3 Schottky

国内会議

Diodes Electrical Properties” Maria Gouveia、Aboulaye

1. “Effect of annealing temperature on Al2O3/NAOS/Si

Traore、Hitoshi Umezawa、Hideki Inaba、Toshimitsu

MOS interface properties”

Ito、Takeaki Sakurai 第 67 回応用物理学会春季学術

WEI FU、Xufang Zhang、

Hiroshi Umishio、Aboulaye Traore、Hiroshi Yano、

講演会、上智大学、東京、2020 年 3 月 12 日-15 日.

Takeaki Sakurai 第 80 回応用物理学会秋季学術講演（学会中止）.

会、北海道大学、北海道、2019 年 9 月 18 日-21 日.

9. " Analysis of Recombination in RbF Treated CIGS Solar
Cells with Different Ga content” Hamidou Tangara、

2. “Recombination Mechanism in BiVO4 Photocatalyst

Jennifer Not、Setareh Zahedi-Azad、Jakob Schick、Studied by Photoluminescence” ABDELLAOUI imane

Alban Lafuente Sampietro、Roland Scheer、Takeaki

IMANE、Kazuya Tajima、Takato kawagushi、Shigeru

Sakurai 第 67 回応用物理学会春季学術講演会、上智Ikeda、Mohamed Monirul Islam、Takeaki Sakurai 第80 回応用物理学会秋季学術講演会、北海道大学、
北海道、2019 年 9 月 18 日-21 日.

大学、東京、2020 年 3 月 12 日-15 日.（学会中止）.
10. “RF スパッタリング法による BiVO4 薄膜成長法の検討” 田島 和哉、IslamMuhammad Monirul、Jiaqi

3. “Influence of Rubidium Treatment on the Electronic
Properties of Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells with Different Ga

Liu、Imane Abdellaoui、池田 茂、櫻井 岳暁 第 67

Content” Hamidou Tangara、Jennifer Not、Jakob Schick、

回応用物理学会春季学術講演会、上智大学、東京、

Setareh Zahedi-Azad 、 Alban Lafuente Sampietro 、Roland Scheer、Takeaki Sakurai 第 80 回応用物理学

2020 年 3 月 12 日-15 日.（学会中止）.
11. "ダイヤモンド Schottky-pn ダイオードの低温にお会秋季学術講演会、北海道大学、北海道、2019 年 9月 18 日-21 日.

ける電気特性の n 層膜厚依存性” 唐澤 歩睦、牧野俊晴、Traore Aboulaye、加藤 宙光、小倉 政彦、加4. "Study of defects in p-type diamond semiconductor by

藤 有香子、竹内 大輔、山崎 聡、櫻井 岳暁 第 67

photocurrent and photoluminescence spectroscopy”

回応用物理学会春季学術講演会、上智大学、東京、

Junjie Guo、Aboulaye Traore、Muhammad Hafiz Bin
Abu Bakar、Toshiharu Makino、Satoshi Yamasaki、Masahiko Ogura、Takeaki Sakurai 第 80 回応用物理学会秋季学術講演会、北海道大学、北海道、2019 年
9 月 18 日-21 日.
5. “低温におけるダイヤモンドショットキーpn ダイ
オードの電気特性” 唐澤 歩睦、牧野 俊晴、加藤
宙光、小倉 政彦、加藤 有香子、竹内 大輔、山崎聡、櫻井 岳暁 第 80 回応用物理学会秋季学術講演会、北海道大学、北海道、2019 年 9 月 18 日-21 日.
6. “Characterization of Mg2Sn1-xGex Thin Films for
Thermoelectric Applications”

Mariana Lima、Takashi

Aizawa、Takao Mori、Takeaki Sakurai 第 67 回応用物理学会春季学術講演会、上智大学、東京、2020 年
3 月 12 日-15 日.（学会中止）— 114 —

2020 年 3 月 12 日-15 日.（学会中止）.

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 SiCMOSFET 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。
MOSFET のゲート酸化膜として用いられている
SiO2 は、主に熱酸化で形成される。熱酸化の素過程は、Si 基板上と SiC 上とで基本的な現象については同様であり、Deal－Grove モデル、すな
わち SiO2 膜中での酸化種の拡散と界面での酸化反応とで説明できる。しかし SiC 基板の熱酸化においては基板に含まれる炭素原子の酸化と CO としての放出過程が加わるため全体として複雑な反応形態となる。当研究室ではこの炭素の放出過程が酸化膜に大きな影響を与え、SiC 酸化膜特有の電荷捕獲中心分布形成の要因であると考えている。そこで、本年度は SiC の熱酸化機構に着目し、酸化膜密度の膜厚方向分布を詳細に調査した。特に酸化温度依存性を明らかにすることで、炭素脱離が膜密度に与える影響を考察した。
【 1 】SiC 上熱酸化膜の膜厚方向密度分布とその酸化温度依存性
図 1 は、SiC(000-1)基板上に 1200°C で形成した SO2 膜の膜厚方向膜密度分布である。比較のために Si(111)基板上に同じ温度で形成した
SiO2 膜の密度分布も示してある。膜厚は共に30nm 程度である。Si 上 SiO2 においては、界面近傍での密度が高く、表面に近づくにつれて低密度化していることがわかる。これは、界面での熱酸化によって生じる体積膨張が原因であり、酸化膜形成直後には圧縮応力がかかっているためである。酸化の進行とともに界面から離れるにしたがって構造緩和が起こり、低密度化していく。表面近傍での密度はおよそ 2.3g/cm3
であり、これは十分に緩和されたアモルファス
SiO2 膜密度として知られている値に近い。

図 1 Si(111)と SiC(000-1)基板に熱酸化で形成した SiO2 膜の密度分布。酸化温度は 1200℃である。

一方、SiC 上 SiO2 においては、界面ごく近傍
では Si 上と同様、膜密度が高く、体積膨張の影響が現れているが、界面から離れた領域（517nm 程度）に低密度な膜が存在することが明らかである。界面から更に離れた表面近傍領域
では Si 上と同様、緩和されたアモルファス
SiO2 膜密度と同程度の密度となっている。特筆すべきは、低密度領域での密度が十分に緩和された表面領域での密度に比べて小さい点である。圧縮応力の解放だけではこの現象を説明することができず、明らかに酸化過程でこの領域から外部への物質移動が起こったことを示す
ものである。
そこで、図２に示すような酸化膜形成モデルを考案した。一番左が酸化初期で、右側に進むほど酸化が進行していく。酸化初期では、酸化によって基板から放出された炭素が界面付近に、2-3 個程度の原子で構成されるクラスターを形成する。酸化が進行するにしたがって炭素クラスターは、酸化膜中を拡散してきた酸素によって酸化され、CO となって酸化膜外に脱離していく。炭素の脱離によって空隙が生成され、低密度化が引き起こされていると考えた。図１に示したように、低密度領域の外、表面側では密度が上昇し、2.3g/cm3 になる。これは酸化が更に進行するときに、外部から低密度領域に向かっ— 115 —

図2

SiC(000-1)の熱酸化モデルて質量移動が起こっていることを意味する。このモデルでは界面での酸化時に基板から放出される Si 原子が空隙を埋め、膜中を拡散してきた酸素による酸化反応が起こり、SiO2 ネット
ワークを形成していると考えた。図３は、SiC
基板上に形成した熱酸化膜密度分布の酸化後熱処理効果である。
本図は Ar 雰囲気中、1200°Cで 3h 行う酸化後の熱処理の有無で密度を比較したものであるが、図より熱処理効果がまった
くないことが明らかであり、酸化時の質量移動モデルの妥当性を示すものである。我々は図中の(a)～(d)のように、酸化膜が 4 つの領域に分けられると考えた。すなわち炭素クラスターが存在する界面近傍領域(a)、炭素クラスターが酸化脱離し、空隙を形成する低密度化領域(b)、空隙が放出 Si の酸化反応で生成された SiO2 によって埋められていく再高密度化領域(c)、空隙が SiO2 によって完全に満たされた表面近傍
領域(d)である。

図４は、SiC(000-1)上 SiO2 膜密度分布の酸化
温度依存性である。酸化温度によらず界面ごく近傍で高密度領域が存在すること、表面近傍での 密 度 が2.3g/cm3 であ
る一方で、
低密度領
域 で の密
度に違い
があるこ
とがわか
る。酸化温度が下がるにしたがって低
図４ SiC(000-1)上 SiO2 膜密度分布の密度化が起 酸化温度依存性
こりにくくなり、900°C で形成した SiO2 膜においては低密度領域が存在しない。
SiC の熱酸化では界面での Si 酸化反応、すなわち
SiC+O2→Si+C+O2 （SiC の解離）
Si+C+O2→SiO2+C （Si の酸化）の２反応と、炭素の酸化反応
C+1/2O2→CO (C の酸化)

図３ SiC(000-1)上 SiO2 膜密度分布の酸化後熱処理効果とが共に起こっていると考えられる。これら酸化反応を基に、密度分布を熱力学的に考察する。
酸化反応のギブスの自由エネルギーは、図５に示すように今回の酸化温度範囲においては Si— 116 —

の酸化反応エネルギーが C の酸化反応のそれに比べて常に大きい。つまり界面近傍においては
Si の酸化が優先され、炭素クラスターは常に増大傾向にある。このことが SiC 基板上酸化膜の界面特性が劣悪である大きな要因である。ただし界面から少し離れた箇所では未酸化の Si 原子が少ないために C の酸化反応が優先され、炭素脱離が進行する。ここで、酸化温度が低い場
合には両ギブスエネルギー差が多きうなり、Si酸化の優先性が増加する。低温酸化においては炭素クラスターの酸化脱離が抑制され、低密度化が進行しにくくなると考えられる。

図５ Si と C の酸化反応における生成ギブ
スエネルギー＜学会発表＞
国際会議
1.

Satoru Iioka and Ryu Hasunuma, “Evaluation of thedensity of thermal oxide films on SiC C-face”,
International Workshop on. DIELECTRIC THINFILMS FOR FUTURE ELECTRON DEVICES, Tokyo,
2019.11.18-20

国内会議
1. 飯岡暁、 蓮沼隆「SiC C 面上熱酸化膜の密度評価」
第 80 回応用物理学会秋季学術講演会、札幌、
2019.9.18-21— 117 —

奥村宏典
＜研究成果＞
省エネに向けて、高効率パワーデバイス素子開発が急務となっている。Si に代わる新しいパ
ワーデバイス用材料として、SiC と GaN が用いられ、既にデバイスの市販化が始まっている。パワーデバイス用材料には絶縁破壊電界の大きい半導体が好まれる。Ga2O3 は SiC や GaN よりも絶縁破壊電界が高く、更なる高耐圧化が期待される。

【 ２ 】Ga2O3 中に高濃度 Sn ドナーを添加し、その電気特性を評価した。図 4 に SnO2 供給量とSn 濃度および実効的ドナー密度の関係を示す。
最大 8x1018 cm-3 の実効ドナー濃度が得られた。
最大ドナー濃度において、9x10-6 cm2 の非常に小さい接触抵抗率が得られた。

【 １ 】各種条件での Ga2O3 エッチング速度を
図 1 と 2 に示す。最大 97 nm/min を達成した。
図 4: (a) [Sn] and ND-NA dependence on SnO2
BEP for -Ga2O3:Sn (010) layers. (b) Layer
resistivity s and contact resistivity cdependence on Sn concentrations.

図 1: Etching rate of Ga2O3 as function of (a) Cl2
fraction in Cl2/BCl3 and (b)ICP power.

図 2: bird’s eye-view SEM image of etched undervarious conditions.
また、Ga2O3-SBD では、図 3 に示すように、耐圧
400V、オン抵抗 0.9mcm2 を実現した。

図 3: J-V characteristics of Ni/n-type -Ga2O3 (001)with mesa termination.

次に、(AlGa)2O3/Ga2O3 ダブルバリア構造をもつ共鳴トンネルダイオードを作製した。デバイスの模式図と透過型電子顕微鏡像を図 5 に示す。急峻なヘテロ界面が得られている。共鳴トンネルダ
イオードの電気特性を図 6 に示す。酸化ガリウム
デバイスを用いて、世界で初めて室温で負性抵抗を得ることに成功した。この負性抵抗を活かせ
ば、テラヘルツ応用が期待できる。

図 5: (a) Schematic structure and (b) HAADFSTEM image of (AlGa)2O3/Ga2O3 double-barrier
resonant-tunneling diode.

図 6: (a) Current-voltage characteristics of(AlGa)2O3/Ga2O3 resonant-tunneling diode. (b)Energy band diagram anf transmission probabilityof electron with energy through a barrier.

— 118 —

＜論文＞
1. H. Okumura and T. Tanaka, "Dry and wet etching for βGa2O3

Schottkybarrier

diodeswithmesa

termination"Jpn. J. Appl. Phys., 58, 120902 (2019).
2. J. Lemettinen, N. Chowdhury, H. Okumura, I. Kim, S.
Suihkonen, and T. Palacios, “N-Polar PolarizationDoped Field-Effect Transistor based on AlGaN/AlN
with drain current over 100 mA/mm”, IEEE EDL 40,
1245-1248 (2019).

＜学会発表＞
国際会議
1. H. Okumura, “(AlGa)2O3/Ga2O3 resonant tunneling
diodes”, Int. Conf. Indium Phosphide and RelatedMaterials, Compound Semiconductor Week, Stockholm,
Sweden, 2020.05.17-21 (poster)
2. H.

Okumura,T.

Takahashi,

and

M.

Shimizu,“Demonstration of m-plane GaN MOSFETs”, 2018 Int.
Conf. Solid State Devices and Materials, Nagoya, Japan,
2019.09.02-05 (poster)
3. H. Okumura, Y. Kato, T. Oshima, and T. Palacios,“Demonstration of (AlGa)2O3 channel MOSFETs”, Int.
Workshop on Gallium Oxide and related materials, Ohio,
USA, 2019.08.12-15 (poster)

国内会議
奥村宏典「放射線に負けない半導体を使ってみよう！」
イノベーション・ジャパン 2019、東京、2019.8.19-20（ポスター）— 119 —

4.2

競争的資金獲得状況（2019 年度）

研究者

研

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

バイオマス原料の機能性化成品化

1,500

中村潤児

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 A

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

9,500

中村潤児

科 学研 究 費
補助金

特 別研 究員 奨
励費

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

800

中村潤児

科 学研 究 費
補助金

特 別研 究員 奨
励費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

900

中村潤児

研究助成

TIA 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

1,200

中村潤児

共同研究

三菱ケミカル

CO₂低負荷社会形成のための新規触媒技術
の研究

3,000

武安光太郎

科 学研 究 費
補助金

若手研究

4 電子酸素還元反応カーボンフレーム触媒
の開発

1,800

武安光太郎

研究助成

海外 共同研究促進 のための短期 渡航 支援プログラム

金属超微粒子担持を用いたエタノール合
成反応および Pt フリー燃料電池酸素還元
反応における次世代触媒の開発

310

神原貴樹

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 B

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

3,400

神原貴樹

科 学研 究 費
補助金

挑戦的研究
(萌芽)

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

1,200

神原貴樹

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

バイオマス原料の機能性化成品化：藻類化
学工業の創出

1,500

神原貴樹

共同研究

三 菱瓦 斯化 学(株)

硫黄ハイブリッドポリマーの赤外光学材
料への応用

400

神原貴樹

学術指導

ＪＳＲ(株)

機能性色素の開発に関する学術指導

300

神原貴樹

共同研究

東 京工 業大 学（物質・デバイス 領域 共同 研
究拠点）

藻類産生オイルを原料とする新しいバイ
オプラスチックの開発

100

神原貴樹

研究助成

つ くば 産学 連
携 強化 プロ ジェクト

簡便な高分子半導体製造プロセスを実現する合成技術の開発

1,000— 120 —

究

課

題

予算額
(千円)

予算区分

備考

桑原純平

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 C

共役高分子材料の開発を加速する効率的
合成

800

桑原純平

学 術振 興 会
補助金

二 国間 交流 事
業共同研究

Pt 錯体を導入した自己組織化単分子膜の発光と量子トンネル効果

1,200

桑原純平

共同研究

日立化成（株）

有機 EL 用アリールアミンポリマ合成に関
する

600

桑原純平

研究助成

つ くば 産学 連
携 強化 プロ ジェクト

弾性を有する革新的赤外光透過材料の開発と焦点可変レンズへの応用

1,000

桑原純平

研究助成

つ くば 産学 連
携 強化 プロ ジェクト

耐酸性を強化したパラジウム選択的吸着
材の開発

1,000

鍋島達弥

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 B

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

5100

鍋島達弥

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 A

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

750

中村貴志

科 学研 究 費
補助金

新 学術 領域 研
究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

1900

中村貴志

科 学研 究 費
補助金

若手研究

多点配位捕捉と活性種集積を実現する反応場を提供する超分子錯体の開発

1600

中村貴志

研究助成

旭硝子財団

金属配位サイトに囲まれた空間をもつ超分子錯体の合成と高難度分子変換

2000

中村貴志

研究助成

福岡直彦財団

配位サイトを三次元集積した超分子錯体の創出とその内部 空間における新規骨格
形成反応

1250

松岡亮太

科 学研 究 費
補助金

若手研究

伸縮異方性を示す三重らせん型ポリ[n]カ
テナンの戦略的合成

1600

千葉湧介

科 学研 究 費
補助金

若手研究

ポリロタキサン構造に基づく刺激増幅機
構を利用した高感度酸素活性種センサの
創生

1000

山本泰彦

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 B

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

2,200

山本泰彦

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 B

グアニン四重鎖による高原子価金属オキソ
種の活性化機構の解明と DNA 酵素の創製

7,900

山本洋平

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 A

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

4,500

山本洋平

学 術振 興 会
補助金

二国間交流事業 Electrically driven semiconducting polymer
whispering gallery mode lasers and its
共同研究
applications in nanooptics

1,860

山本洋平

研究助成

小 笠原 科学 技術振興財団

有機・高分子マイクロレーザーの開発と光メモリー素子への応用

5,000

山本洋平

研究助成

TIA かけはし

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

750— 121 —

山本洋平

研究助成

共 同研 究実 用
化 ブー スト プ
ロジェクト

室温印刷技術による自然素材エレクトロニ
クスデバイス・インターフェイスの構築

1,000

山岸洋

科 学研 究 費
補助金

若手研究

ボラタイル多孔性結晶を用いた完全分子
ふるい膜の創成

2,500

近藤剛弘

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 B

典型元素で構成される新規 2 次元物質群の創出(2019 年度分)

近藤剛弘

科 学研 究 費
補助金

新 学術 領域 研
究

ホウ化水素を用いた高密度水素貯蔵材料の開発(2019 年度分)

近藤剛弘

科 学研 究 費
補助金

挑戦的研究
(萌芽)

ホウ化水素シートを用いた新規触媒群の創出(2019 年
度分)

近藤剛弘

助成金

小 笠原 科学 技術振興財団

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

平成 30 年度～令和 2
年度

近藤剛弘

助成金

村 田学 術振 興財団

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

平成 30 年
度～令和
元年度

近藤剛弘

助成金

サ ムコ 科学 技術振興財団

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

平成 30 年
度～令和
元年度

近藤剛弘

企 業と の 共
同研究

ホウ化水素シートの製造および応用技術
の開発

6,160

近藤剛弘

企 業と の 共
同研究

ボロファンの水素及び酸素発生反応特性
評価と反応機構解明に関する研究

1,100

近藤剛弘

助成金

軽元素で構成される新しい水素貯蔵材料
の開発

1,000

近藤剛弘

学術指導

ホウ化水素の合成要領に関する学術指導

1,000

近藤剛弘

研究助成

TIA かけはし

硼・窒化物の高圧構造物性と関連物質の機
能性材料創製のための調査研究

150

辻村清也

科 学研 究 費
補助金

研 究成 果最 適
展開支援
プログラム
(A-STEP)

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

8573

辻村清也

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 B分担

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

200

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

3250

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

学 術振 興 会
補助金

二 国間 交流 事
業共同研究

メタン菌バイオ電極による二酸化炭素からメタン変換980

熊谷科学技術振興財団— 122 —

6,760
2,080
1,950

平成 30 年
度～令和
元年度

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

1,000

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

寄附金

クリタ水・環境
科学振興財団

外部電源を不要とする尿処理デバイス

900

辻村清也

寄附金

泉 科学 技術 振興財団

有機レドックス分子と階層構造多孔質炭
素

辻村清也

学術指導

守友浩

寄附金

守友浩

共同研究

守友浩

科 学研 究 費
補助金

守友浩

バイオ燃料電池に関する学術指導
村 田学 術振 興
財団

1,000
450

環境熱を刈り取る三次電池の材料開発

2,130

三次電池の社会実装

18,200

基盤研究 A

イオン注入に伴い物質の局所構造と構想

9,100

研究助成

TIA かけはし

三次電池の実現に向けた材料開発

1,200

守友浩

研究助成

つ くば 産学 連
携 強化 プロ ジェクト

三次電池の実現に向けた材料開発

500

守友浩

プレ戦略

次世代物質・デバイス戦略開発拠点

1000

丹羽秀治

助成金

研 究基 盤支 援
プログラム Bナトリウム二次電池正極材料の複合的電
子状態解析

900

西堀英治

科 学研 究 費
補助金

国 際共 同研 究
強化 B

国際規模の先端量子ビーム利用による次世代回折構造研究

18,3302019-2022年度

西堀英治

科 学研 究 費
補助金

新 学術 領域 研
究

ソフトクリスタルの放射光その場構造観
測

5,070

2018-2019年度

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

2018-2020年度

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・測定の理論

1,000

都倉康弘

研究助成

戦 略的 創造 研
究推進事業(CREST)

光子―電子スピン量子変換理論

11,000

初貝安弘

科研費

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37,310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

14,647

委託研究

研 究成 果最 適
展開支援
プログラム
(A-STEP)

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15,800柳原英人— 123 —

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

新 学術 領域 研 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
究

2,000

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

7,687

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 A分担

THz 波共鳴型電子波パルス圧縮を用いた
フェムト秒走査電子顕微鏡可視化技術の
創出

600

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

50

上殿明良

科研費

新 学術 領域 研
究

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

9,400

上殿明良

科研費

基盤研究 B

信号増幅機能を有するダイヤモンド検出
器の開発

100

文科省

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(評価基盤領
域)

評価基盤領域(NIMS 再委託)

8,600

上殿明良

NEDO

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

GaN パワーデバイス等の実用化加速技術
開発／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

2,309

岩室憲幸

研究助成

つ くば 産学 連
携 強化 プロ ジェクト超低オン抵抗 SiC トレンチ MOSFET のインピーダンスソースインバータ回路への適用可能性の研究

1,000

佐々木正洋

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 C

超原子電子軌道(SAMO)の実時間実像イメージング法の確立

2,200

佐々木正洋

研究助成

TIA かけはし

非蒸発型ゲッターコーティングによる真空技術の革新150

梅田享英
科 学研 究 費(藤ノ木享英) 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

3,900

梅田享英
科 学研 究 費(藤ノ木享英) 補助金

基盤研究 A分担

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

1,000

上殿明良

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」— 124 —

4,000

櫻井岳暁

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」

櫻井岳暁

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 B

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

8,300

MonirulIslam

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 C

Study of group-IVB metal doped BiVO4 thinfilms for development of a highly efficient ZScheme photocatalyst

1,300

奥村宏典

科 学研 究 費
補助金

基盤研究 B

超高耐圧素子実現に向けた窒化アルミニ
ウム素子作製の技術基盤の構築

4,000

奥村宏典

科 学研 究 費
補助金

NEDO 未踏チャレンジ 2050

酸化アルミニウムを用いた低価格パワー
デバイスの開発

13,865奥村宏典

研究助成

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

500

奥村宏典

研究助成

カ シオ 科学 振興財団

酸化ガリウム共鳴トンネルダイオードの
試作

1,000

奥村宏典

研究助成

つ くば 産学 連
携 強化 プロ ジ
ェクト

放射線耐性に優れた半導体素子の開発

1,000

4.3

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)11,888

共同研究
研究者

相

手

先

期

間

内

容

中村潤児

南開大学(中国)

2003～現在

金属表面での触媒反応の理論的研究

中村潤児

産業技術総合研究所

2011～現在

炭素系触媒の機能解析

中村潤児

物質・材料研究機構

2015～現在

炭素系触媒の機能解析

中村潤児

慶應義塾大学2016～現在

炭素系触媒の機能解析

中村潤児

東京大学

2012～現在

メタノール合成触媒の表面科学的研究

中村潤児

大阪大学

2012～現在

メタノール合成触媒の表面科学的研究

中村潤児

Duisburg-Essen 大 学
2012～現在
(ドイツ)

神原貴樹

東京工業大学2007～現在

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

神原貴樹

富山大学

2007～現在

高選択的分離機能性樹脂・配位子の開発に関する研究

金属ナノ粒子の触媒応用— 125 —

備考

神原貴樹

物質・材料研究機構

2012～現在

高分子半導体のデバイス機能評価に関する研究

神原貴樹

産業技術総合研究所

2015～現在

藻類オイルのバイオリファイナリーに関する
研究

桑原純平

物質・材料研究機構

2014～現在

高品質な共役高分子材料の低コスト製造と特
性評価

桑原純平

産業技術総合研究所

2017～現在

含硫黄高分子の構造解析と特性評価

鍋島達弥

Nanoview 株式会社

2016～現在

機能性色素材料の開発

鈴木秋弘

長 岡工 業 高等 専 門
学校

2000～現在

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

廣田俊
松尾貴史

奈 良先 端 科学 技 術
大学院大学

2010～現在

ヘムタンパク質の機能解析

徐岩

宮崎大学

2016～現在

四重鎖 RNA の研究

池上崇久

島根大学

2019～現在

四重鎖 DNA とフタロシアニンの複合体の研究丸山厚東京工業大学2019～現在

カチオン性ポリマーが四重鎖 DNA とヘムの複合体の触媒活性に与える影響の研究

山崎智彦

物質・材料研究機構

2019～現在

四重鎖 DNA の研究

山本洋平

物質・材料研究機構

2012～現在

ペプチド固相合成と自己組織化

山本洋平

物質・材料研究機構

2014～現在

高分子マイクロ球体の顕微蛍光計測

山本洋平

物質・材料研究機構

2014～現在

高分子マイクロディスクアレイ

山本洋平

九州大学

2014～現在

π 共役デンドリマーの自己組織化

山本洋平

東京工業大学2017～現在

AIE ポリマーマイクロ共振器の化学センシン
グ

山本洋平

大阪大学

2012～現在

高分子集合体のマイクロ波電導度測定

山本洋平

大阪大学

2016～現在

ドナーアクセプター分子の集合化

山本洋平

産業技術総合研究所

2015～現在

高分子マイクロ球体のフェムト秒分光

山本洋平

神奈川大学

2015～現在

有機マイクロ結晶レーザー

山本洋平

立教大学

2016～現在

マイクロ共振器の光スイッチング

山本洋平

関西学院大学2016～現在

円偏光発光分子の自己組織化

山本洋平

防衛大学校

2017～現在

柔軟性結晶分子の光機能

山本洋平

Duisburg-Essen 大学(ドイツ)

2012～現在

高分子球体の顕微蛍光計測

山本洋平

Duisburg-Essen 大学(ドイツ)

2014～現在

金属ナノ粒子とペプチドの複合化

山本洋平

Heidelberg 大学

2017～現在

ポーラス分子集合体による化学センサー— 126 —

山本洋平

Leibniz 光技術研究所 2016～現在

マイクロ共振器のプラズモン効果

山本洋平

Eindhoven 工科大学

2017～現在

円偏光発光ポリマーの自己組織化

山本洋平

Malaga 大学

2017～現在

共役ポリマー集合体のラマン分光

山本洋平

Strasbourg 大学

2017～現在

マイクロ結晶共振器の時間分解発光特性

山本洋平

台湾国立清華大学

2015～現在

共役ブロックコポリマーの自己組織化

山岸洋

東京大学

2018～現在

自己修復性多孔質結晶の開発

山岸洋

大阪大学

2018～現在

お椀状分子の開発

近藤剛弘

University College
London(英国)2018～現在

ホウ化水素シートの構造と電子状態に関する
基礎科学的研究近藤剛弘

McGill University(カナダ)

2018～現在

ホウ化水素シートの電池応用に関する研究近藤剛弘

東京工業大学

2015～現在

共有結合性の新規二次元物質の開発とその基
盤研究

近藤剛弘

東京工業大学

2015～現在

ホウ化水素シートの光応答特性に関する研究近藤剛弘

東京工業大学2018～現在

硫化ホウ素シートの構造と電子状態に関する研究

近藤剛弘

東京大学

2017～現在

ホウ化水素シートの電子状態に関する研究近藤剛弘

物質･材料研究機構

2017～現在

ホウ化水素シートの構造と電子状態に関する研究

近藤剛弘

東京農工大学

2015～現在

炭素ドープホウ化水素シートの構造と電子状態に関する研究近藤剛弘

物質･材料研究機構

2016～現在

硫化ホウ素シート合成に関する研究近藤剛弘

物質･材料研究機構

2018～現在

硫化ホウ素シートの熱電特性に関する研究近藤剛弘

高知工科大学2013～現在

硫化ホウ素シート、ホウ化水素シートの電子顕微鏡観察とその解析

近藤剛弘

東北大学

2019～現在

ホウ化水素シートと水素化マグネシウムを用いた高密度水素貯蔵材料の創製

近藤剛弘

分子科学研究所

2019～現在

ホウ化水素シートを用いたプロトンヒドリド
電池の開発

近藤剛弘

量 子科 学 技術 研 究開発機構

2019～現在

ホウ化水素シートの X 線二体分布関数解析

近藤剛弘

大阪大学

2019～現在

ホウ化水素シートと有機分子を用いた新規 3次元構造物質の創製

近藤剛弘

大阪大学

2019～現在

ホウ化水素シートと分子の相互作用に関する
研究

近藤剛弘

徳島大学

2019～現在

ホウ化水素シートの NMR 解析

辻村清也

東京理科大学2011～現在

ウェアラブルデバイスの研究開発— 127 —

辻村清也

理化学研究所

2015～現在

酸化還元酵素の開発

辻村清也

群馬大学

2011～現在

多孔質炭素に関する研究

辻村清也

東京農工大学2014～現在

酵素電極に関する研究

辻村清也

CNRS ポールパスカ
ル研究所(フランス)

2016～現在

酵素電極に関する研究

辻村清也

クイーンズランド大学
2014～現在(オーストラリア)

微生物燃料電池に関する研究

辻村清也

グルノーブル・アルプ大学(フランス)

分子技術を活用した酵素燃料電池に関する研究

辻村清也

CNRS ポールパスカ
2011～現在
ル研究所(フランス)

辻村清也

産業技術総合研究所

2016～現在

補酵素の電気化学に関する研究

辻村清也

産業技術総合研究所

2016～現在

レドックスフロー電池に関する研究

辻村清也

東京工業大学2018～現在

酸素還元触媒に関する研究

辻村清也

東京大学

2018～現在

バイオセンサに関する研究

辻村清也

物質・材料研究機構

2018～現在

微生物電気化学に関する研究

守友浩

物質・材料研究機構

2018～

三次電池の材料開発

守友浩

産業技術総合研究所

2018～

三次電池の材料開発

守友浩

Jeonbuk
University

2019～

マンガン酸化物の軌道波

小林航

物質・材料研究機構

2015～現在

TEM を用いた正極材の局所構造観察

小林航

CRISMAT 研 究 所(フランス)

2015～現在

新規な酸化物正極材料の研究

丹羽秀治

高輝度光科学研究
センター

2015～

RIXS

丹羽秀治

台 湾国 立 放射 光 科学研究センター

2015～

RIXS

丹羽秀治

産業技術総合研究所

2016～

二次電池の放射光解析に関する研究

丹羽秀治

東京大学

2016～

同上

丹羽秀治

高 エネ ル ギー 加 速
器研究機構

2016～

同上

丹羽秀治

物質･材料研究機構

2016～

同上

丹羽秀治

量 子科 学 技術 研 究
開発機構

2015～

高分解能 XAFS による二次電池材料の研究

丹羽秀治

物質･材料研究機構

2018～

ペロブスカイト太陽電池

西堀英治

西オーストラリア大学
2014～現在(オーストラリア)

National

2015～現在

レドックスポリマーに関する研究

実験電子密度の解析法開発の研究— 128 —

西堀英治

オーフス大学(デンマーク)

2000～現在

エネルギー材料の放射光を利用した構造科学
研究

西堀英治

桂林電子科技大学(中国)

2013～現在

VO2 ナノ粒子および熱電変換材料の構造評価

西堀英治

東京大学

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

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

都倉康弘

産業技術総合研究所

2014～現在

ダイヤモンドデバイス実現のための基盤構築
に関する研究

初貝安弘

茨城大学

2011〜現在

バルク・エッジ対応の理論

初貝安弘

東邦大学

2007～現在

トポロジカル系の数値的研究

初貝安弘

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

筑波大学

2019〜現在

Carbon Organic Framework (COF)に関する兵站バンド系の研究初貝安弘

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

介川裕章

物質･材料研究機構

2016～現在

スピントロニクス材料開発

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

東京大学

2017～現在

アゾベンゼン液晶の構造ダイナミクス計測— 129 —

羽田真毅

岡山大学

2019～現在

カーボンナノチューブの局所熱伝導の観測

羽田真毅

北海道大学

2019～現在

カーボンナノチューブの局所熱伝導の観測

羽田真毅

The Max Planck
InstitutefortheStructureandDynamics of Matter(ドイツ)

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

産業技術総合研究所

2019.3～現在

ダイヤモンドを用いた次世代半導体デバイスに関する共同研究

上殿明良

マドラス大学2019.8～現在

陽電子を用いた固体の欠陥の評価(MOU)

上殿明良

ソニー株式会社

2019.52020.3～

陽電子消滅法による半導体結晶欠陥に関する
研究

上殿明良

ニューフレア2018.42020.3

～

上殿明良
磯谷順一
梅田享英

ウルム大学
(ドイツ)

2018～現在

量子技術のためのスピン欠陥生成最適化

磯谷順一

ヨハネス・グーテン
ベルグ大学
(ドイツ)

2018～現在

NV センター・アンサンブルを用いる磁気センサーの新方式の開発

磯谷順一

ハーバード大学(米国)

2017～現在

高濃度 NV センターを用いる量子多体系の研
究

梅田享英
磯谷順一

量 子科 学 技術 研 究開発機構

2019～現在

ワイドギャップ半導体中に生成した単一光子
源・量子ビットの評価(II)岩室憲幸

産 業 技 術総 合 研 究所、㈱ノイズ研究所

2019.42020.3～ノイズ発生機器搭載用パワーデバイスの研究

岩室憲幸

TPEC( つ く ば パ ワ
ー エレ ク トロ ニ クス コン ス テレ ー ション)2018.42021.3～

SBD 内蔵 MOFET 評価、Z ソースインバータ開発, ゲート酸化膜開発

梅田享英

量 子科 学 技術 研 究開発機構

2019.1.1 ～2020.3.31

ワイドギャップ半導体中に形成した単一光子
源・量子ビットの評価(II)梅田享英

三菱電機株式会社

2019.9.25～
現在

半導体基板の ESR 分析

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
ィア株式会社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

櫻井岳暁

ハレ大学
(ドイツ)

2018～現在

カルコゲン系太陽電池の欠陥の研究

櫻井岳暁

四川大学

2019～現在

CdTe 太陽電池の欠陥の研究

奥村宏典

Virginia tech 大学(米国)

2019～2020

高周波酸化ガリウム素子の作製

次世代先端薄膜技術に関する研究— 130 —

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

産業技術総合研究所

2019～2020

新規窒化ガリウム集積素子の開発

奥村宏典

京都大学

2019～現在

酸化ガリウムの結晶成長

奥村宏典

A社

2017～2020

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

2018～2020

酸化ガリウム大電流トランジスタの作製センター内連携
鍋島達弥
中村貴志

山本洋平

2015〜現在

発光性ジピリン錯体含有高分子の研究

山本洋平

神原貴樹
桑原純平

2012～現在

共役ポリマー光共振器の開発

山本洋平

中村潤児
近藤剛弘

2014～現在

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

山本洋平

小島隆彦

2018〜現在

ペプチド−金属ナノ粒子複合体の電気化学触
媒特性

近藤剛弘

中村潤児

現在

ホウ化水素シートの触媒特性、藻類産性油の熱分解と触媒転換、白金代替窒素ドープ炭素
触媒、メタノール合成など

近藤剛弘

西堀英治

現在

硫化ホウ素シート、ホウ化水素シートの構造に関する基礎科学的研究

近藤剛弘

岡田晋

現在

ホウ化水素シートの構造と電子状態に関する
基礎科学的研究

近藤剛弘

所裕子

現在

酸化チタンナノ粒子の相転移と電子状態に関
する研究

近藤剛弘

藤谷忠博

現在

藻類産性油の熱分解と触媒転換メタノール合
成など

近藤剛弘

武安光太郎

現在

白金代替窒素ドープ炭素触媒、メタノール合
成など

近藤剛弘

藤岡淳

現在

菱面体硫化ホウ素の電気特性

辻村清也

加納英明

2019～現在

活性酸素種のラマン分光に関する研究

西堀英治

鍋島達弥

2016〜現在

大型分子性物質の構造解析に関する研究

西堀英治

近藤剛弘
中村潤児

2015〜現在

ボロン新材料の構造評価に関する研究

西堀英治

守友浩

2014〜現在

電池材料の電子密度解析に関する研究— 131 —

磯部高範

電子・物理工学2017～現在

高周波磁場発生装置の開発

羽田真毅

重田育照

2017～現在

FLAP の構造ダイナミクス計測(実験と計算の
融合研究)

上殿明良
梅田享英
奥村宏典

産 業 技 術総 合 研 究所、名古屋大学、名古 屋 工 業 大 学(NEDO 受託研究)

2018.6.16～
2020.2.28

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／GaN パワーデバイス
等の実用化加速技術開発／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

櫻井岳暁

牧野俊晴
(産業技術総合研究所)

2017～現在

ダイヤモンドの欠陥の研究

奥村宏典

Traore Aboulayer

2019～現在

酸化ガリウム高電子移動度トランジスタの作
製

4.4

研究生等の受け入れ
受入教員

氏名・職名・学年

国籍

受け入れ期間神原貴樹

苑 津銘(外国人研究生)中国

2019.10～2020.3

神原貴樹

黄 锦娴
(外国人研究生)中国

2019.10～2020.3

山本洋平

朱婧
(外国人研究生)中国

2018.10〜2020.3

山本洋平

胡笳
(外国人研究生)中国

2018.10～2020.3

山本洋平

李怡萱
(外国人研究生)中国

2018.10～2020.3

山本洋平

Zhan-Hong Lin ・ visiting
student (Leibniz Institute of
Photonic Technology)・PhD
student

ドイツ

2019.11～2019.12

山本洋平

Nur Amiera Abdul Rashid(マレーシア石油大学),
インターン

マレーシア

2019.8～2019.12

山本洋平

Shannjuthaa Shanmugam(マレーシア石油大学),
インターン

マレーシア

2019.8～2019.12

山本洋平

Konstantin Heck
(ベルリン自由大学),
インターン

ドイツ

2019.10～2020.3— 132 —

備考

4.5

山本洋平

岡田大地
(九州大学、JSPS 研究員)

日本

2019.11～2019.12

近藤剛弘

Thi Luong Ta・大阪大学大学院生・D1(特別研究学生として受け入れ)

タイ

2020.2～2020.3

辻村清也

Silvia Sato Soto

ペルー

2018.4～2020.3

辻村清也

Jannatul Morshed

バングラデシュ

2018.10～2020.3

辻村清也

Ayah Ahmad Hafez

エジプト

2019.12～2020.11

守友浩

Arnold Hendharto. W・研インドネシア2018.10～2020.3

究生

守友浩

薛清龍
(外国人研究生)中国

2018.4～2020.3

守友浩

李思奇
(外国人研究生)中国

2019.4～2020.3

西堀英治

Yanyan Zheng(外国人研究生)中国

2019.12～2020.3

柳原英人

Baptiste Vallet-Simond

仏国

2019.5～2020.2

櫻井岳暁

貝少奇
(外国人研究生)中国

2019.10～2020.3

櫻井岳暁

Shukur Gorodov

ウズベキスタン

2019.10～2020.3

櫻井岳暁

Jakob Schick

ドイツ(ハレ大学)

2019.4～2019.9

櫻井岳暁

Li Chuang

中国(四川大学)

2019.10～2020.3

受(外国人研究生)(外国人研究生)(外国人研究生)

賞

受賞者

賞

受賞理由

受賞年月日

今林拓海

数理物質科学研究科長表彰

神原貴樹

第 24 回 CERI 最優秀発
表論文賞

藻類産生油を原料とする新しいバイ
オプラスチックの開発

2019.12.9

田中智恵

筑波大学数理物質科学研
究科長表彰

脱水素型クロスカップリング重合の基質適用範囲拡張に関する研究

2020.3.25

山本祥恵

筑波大学理工学群長表彰

aza-Diels-Alder 反応を利用した含窒素
多環芳香族化合物の合成

2020.3.25

村上寛樹

筑波大学応用理工学類長表彰

アジン結合を主鎖に有する π 共役高分子の合成

2020.3.25

2020.3.25— 133 —

備考

両角拓磨

第 30 回基礎有機化学討論会 ポスター賞

四級炭素ピボットを持つ三脚型ビピ
リジン配位子の金属錯形成と自己集積2019.9.27

米村颯太

第 16 回ホスト-ゲスト・
超分子化学シンポジウム
Organic and Biomolecular
Chemistry Poster Prize 優
秀ポスター賞

ビピリジル基を導入した β 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合成と多量体錯体の形成2019.5.19

米村颯太

第 9 回 CSJ 化学フェスタ
2019 優秀ポスター発表
賞

多数のビピリジルを持つシクロデキ
ストリン誘導体の金属錯形成によるキラル構造の構築と機能化

2019.11.20

山本洋平

レーザー学会 奨励賞

有機・高分子マイクロレーザーとマイクロアレイ化2019.5.31

山本洋平

筑 波 大 学 2019 BESTFACULTY MEMBER

山岸洋

第 68 回高分子学会年次大会 優秀ポスター賞(一般部門)

自己修復する耐熱性多孔質結晶

2019.6.21

大木理

第 9 回 CSJ 化学フェスタ
博士オーラル賞

キラル π 共役ポリマーマイクロ球体
共振器からの巨大円偏光発光

2019.10.15

大木理

第 540 回レーザー学会
有機コヒーレントフォト
ニクス研究会 優秀学生
発表賞(オーラル部門)

キラル π 共役ポリマーからなる自己組織化マイクロ球体 1 粒子からの巨大円偏光発光2019.12.7

大木理

レーザー学会学術講演会
第 40 回年次大会 優秀
ポスター賞受賞

キラル π 共役ポリマーからなるマイ
クロ球体共振器からの巨大円偏光発光2020.1.21

中山亜実

第 34 回高分子学会関東支部茨城地区若手の会交流会 優秀ポスター賞

光照射による安定ピリジンラジカルの生成2019.10.31

岩井航平

第 68 回高分子学会年次大会 優秀ポスター賞(学生部門)

光捕集デンドリマーの自己組織化と光共振器特性2019.6.21

岩井航平

第 9 回 CSJ 化学フェスタ
優秀ポスター発表賞

多世代デンドリマーの単結晶光共振器からのレーザー発振2019.10.15

岩井航平

第 540 回レーザー学会
有機コヒーレントフォト
ニクス研究会 優秀学生
発表賞(ポスター部門)

多世代蛍光性デンドリマー単結晶光共振器からのレーザー発振2019.12.7

引田悠介

第 13 回 表面・界面スペ
ク ト ロ ス コ ピ ー 2019Student prize

ポスター発表を行い、審査の結果、優れたポスター発表と認められた

2019.12.7

2020.2.10— 134 —

近藤剛弘

Best Poster Award 2020, 1stInternational Symposium
Hydrogenomics / 14th
International Symposium
Hydrogen & Energy

ポスター発表を行い、審査の結果、優れたポスター発表と認められた

2020.1.9

石引涼太

修士論文発表優秀賞

修士論文公開審査会において優れた発表を行ったと認められた

2020.3.25

原川翔太

ポ ス タ ー 賞 (TheInternational Joint MeetingofthePolarographic
Society of Japan andNational
TaiwanUniversity)

2019.11.8

原川翔太

第 9 回 CSJ 化学フェス
タ 2019， 優秀ポスター
発表賞

2019.11.20

西堀英治

Best faculty member

Pal Rumpa

AsCA2018
Award

高橋聖弥

日本結晶学会ポスター賞

根本宏樹

第 16 回先進パワー半導体分科会研究奨励賞

研究成果の内容ならびに発表の明解さ

2019.12.4

猪狩朋也

応用物理学会講演奨励賞

第 80 回応用物理学会秋季学術講演会(北海道大学)での講演に対して2020.3

羽田真毅

PCOS 論文賞

相変化材料シンポジウム(PCOS2019)
で優秀な講演を行ったため

2019.11.30

奥村宏典

SSDM young researcher
award

4.6

Rising教育・運営・社会貢献

2020.2.10

Al の X 線波動関数解析

2019.12.20

Star

2019.11.19

2019.9

学会活動・各種委員など
氏名

役職など

組織

中村潤児

Surface Science 誌 Editorial
Board

Elsevier2012.1～2019.8

中村潤児

Surface Science Reports 誌
Editorial Board

Elsevier2012.1～2019.8

中村潤児

触媒学会東日本支部幹事

一般社団法人中村潤児

つくば３E フォーラムタス
クフォース

つくば３E フォーラム2017.8～現在

中村潤児

運営委員会委員

北海道大学触媒科学研究所

2019.4～2021.3

武安光太郎

東日本支部幹事

触媒学会

2019.4～現在

武安光太郎

運営委員

日本物理学会2019.4～現在

武安光太郎

教育委員

日本表面真空学会

2019.4～現在— 135 —

触媒学会

任期2012～2019.5

備考

神原貴樹

関東支部茨城地区幹事

高分子学会2007 ～現在

神原貴樹

客員研究員・兼任

産業技術総合研究所

2009 ～現在

鍋島達弥

TREMS センター長

TREMS センター

2015.4～2019.3

鍋島達弥

会長

ホスト-ゲスト・超分子化学研究会2008.5～現在

鍋島達弥

常任理事

基礎有機化学会

2001.9～現在

鍋島達弥

副会長

基礎有機化学会

2018.9.7～現在

鍋島達弥

関東支部幹事

有機合成化学協会

2016.2～現在

鍋島達弥

組織委員

第 16 回ホスト-ゲスト・超分子
化学シンポジウム SHGSC2018

2018.6鍋島達弥

組織委員

第 14 回国際有機化学京都会議(IKCOC-14)

2017.4～2018.11

鍋島達弥

組織委員

ISNA 会議2016.10～2019.8

山本泰彦

理事

日本核磁気共鳴学会

2018.4～現在

山本泰彦

幹事

日本化学会
生体機能関連化学・バイオテク
ノロジーディビジョン

2019.4～現在

山本泰彦

評議員

日本核酸化学会

2017.11～現在

山本洋平

客員研究員

物質・材料研究機構

2011～現在

山本洋平

客員研究員

産業技術総合研究所

2013～現在

山本洋平

奨学生選考委員

藤井国際奨学財団

2016～現在

山本洋平

関東支部常任幹事

高分子学会

2018～現在

山本洋平

関東支部代議員

日本化学会

2019～現在

山本洋平

12.3 プログラム編集委員

応用物理学会

2019～現在

近藤剛弘

研究振興局 学術調査官

文部科学省

2017.8～2019.7

近藤剛弘

科学技術動向研究センター
専門調査員

文部科学省
科学技術・学術政策研究所

2014.4～現在

近藤剛弘

理事

日本表面真空学会

2019.5～現在

近藤剛弘

出版委員 (委員長)

日本表面真空学会

2018.5～現在

近藤剛弘

広報・会員増強委員

日本表面真空学会

2018.5～現在

近藤剛弘

教育委員

日本表面真空学会

2018.5～現在

近藤剛弘

関東支部委員日本表面真空学会

2019.4～現在

近藤剛弘

2019 年日本表面真空学会学術講演会 実行委員

日本表面真空学会

2019.4～2020.3

近藤剛弘

32nd
International
Microprocesses
andNanotechnology
Conference (MNC 2019)
Program Committee Members

日本応用物理学会

2019.4～2020.3— 136 —

近藤剛弘

燃料電池関連触媒研究会
世話人

触媒学会

2017.9~2020.3

辻村清也

電気化学会関東支部幹事

電気化学会

2012.7～現在

辻村清也

電気化学会電力貯蔵技術研
究会幹事

電気化学会

2016.11～現在

辻村清也

電気化学会男女共同参画推進委員会委員

電気化学会

2019.2～現在

辻村清也

評議員

日本ポーラログラフ学会

2005.1～現在

辻村清也

客員准教授

東京理科大学2015.4～2020.03

辻村清也

客員研究員

産業技術総合研究所

2017.4～現在

辻村清也

運営委員

TIA-EXA

2017.11～現在

辻村清也

Guest editor

J Phys Energy

2020.03～現在

守友浩

客員研究員

KEK/PF2019.4～2020.3

守友浩

外来研究員

JAASRI

2019.4～2020.3

守友浩

客員研究員

茨城中性子 BL 運営委員会委員

2019.4～2020.3

小林航

外来研究者

物質・材料研究機構

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

西堀英治

councilor

Asian
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2019.4～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

2018.4～2020.3

西堀英治

実行委員長

SPring-8 秋の学校

2017.4～2020.3

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

Progress of Theoretical
Experimental Physics

2013～現在

柳原英人

国際担当理事

日本磁気学会

2019～2023

柳原英人

大分類 10 代表

応用物理学会

2018～2020羽田真毅

プログラム委員

応用物理学会

羽田真毅

特定准教授

東京工業大学

2023.3

上殿明良

客員教授

高エネルギー加速器研究機構

2018.4～現在

上殿明良

客員研究員

物質・材料研究機構

2018.4～現在— 137 —

Crystallographicand

領域 7.42021.9

～

上殿明良

客員研究員

産業技術総合研究所

2018.4～現在

上殿明良

客員教授

ハレ大学

2019.4～2020.3

岩室憲幸

1 号委員

電気学会電子デバイス技術委員会

2017.5～現在

岩室憲幸

委員

パワーデバイス・パワーIC 高
性能技術調査専門委員会

2017.4～2020.9

櫻井岳暁

幹事

応用物理学会多元系化合物・太陽電池研究会2013.4～現在

櫻井岳暁

Area Co-chair

45th IEEE Photovoltaic Specialist
Conference (PVSC) : Area 2

2018.10～2019.7

奥村宏典

論文総務委員

EMS

2020.4～現在

奥村宏典

論文委員

SSDM

2020.4～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

ACS Applied Polymer
Materials

Inside cover へ掲載：高純度な高分子半導体材料を得るための合成および生成手法の確立(桑原純平、神原貴樹)①②

2020.1.27

Organometallics

Inside cover へ掲載：空気への安定性と高い触媒活性を有する Pd
触媒の開発(桑原純平、神原貴樹)

Inorganic Chemistry

Supplementary Cover へ掲載：置換活性な配位サイトを秩序的に集積した多核金属錯体の合成(鍋島達弥、中村貴志)③

2019.6.19

2019.9.21

Dalton Transactions

Back Cover へ掲載：カチオン認識能をもつ発光性ジピリン 13 族元素
錯体の合成(鍋島達弥、松岡亮太、千葉湧介)

2019.4.3

Science 誌

Japanese Scientists in Science 2018(山岸洋)

2019.10.25

日本経済新聞東工大・筑波大・高知工科大・東大、軽量で安全な水素キャリア
材料を開発(近藤剛弘)

2019.11.1

日刊工業新聞東工大、光照射で水素放出(近藤剛弘)

2019.11.12

日経産業新聞水素、紫外線を使い常温常圧放出(近藤剛弘)

2019.10.25

日刊ケミカルニュース

東工大など(近藤剛弘)

2019.8.9

軽量で安全な材料開発

軽量・安全な水素担体を開発、光照射で水素放出— 138 —

④

⑤

⑥

⑦

2019.10.28

化学工業日報軽量で安全な水素キャリア(近藤剛弘)

2019.12.10

日本経済新聞NIMS・筑波大・東大など、導電性を制御可能な新しいナノシー
ト材料の開発に成功(近藤剛弘)

2019.12.10

財経新聞

筑波大ら、導電性を制御可能なナノシートを開発
デバイス等に期待(近藤剛弘)

2019.12.10

化学工業日報先端部材 筑波大 ホウ化水素シート「ボロファン」多彩な可能性に期待 水素キャリアに加えて触媒や電池も(近藤剛弘)

2019.12.10

化学工業日報ホウ化水素ナノシート(近藤剛弘)

2020.2.13

Chem 誌 2 月号表紙

「Geometrical Frustration of B-H Bonds in Layered Hydrogen Borides
Accessible by Soft Chemistry」の論文について FREE FEATUREDARTICLE に選ばれるとともに、紹介記事が別途設けられた(近藤剛弘)

2019.10.7

日経産業新聞光でグラフェンから酸素除去(羽田真毅)

2019.09.6

化学工業日報

酸化グラフェン
(羽田真毅)

財経新聞

従来予想の 1 万倍速い応答示す液晶分子の観測に成功
光で制御へ 筑波大など
https://www.zaikei.co.jp/article/20190916/530933.html(羽田真毅)

2019.09.13

日本経済新聞筑波大と東大、光照射された液晶分子が瞬時に集団的運動をする現象を初観測https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP519017_S9A910C1000000/(羽田真毅)

2020.2.25

日刊産業新聞パワエレ研が運営するパワエレ研究会（数理物質系主催）開催記事(岩室憲幸、磯部高範)

2019.09.16⑧⑨分子吸着で導電性が変化

光で酸素除去— 139 —

新しい電子

⑩

⑪
⑫

仕組み解明

分子を

Web 版
のみ

Web 版
のみ

⑬

①

③

②

④

— 140 —

⑤日刊工業新聞 11 月 1 日— 141 —

⑥日経産業新聞 11 月 12 日

⑦化学工業日報 10 月 28 日

— 142 —

⑧化学工業日報 12 月 10 日

— 143 —

⑨化学工業日報 12 月 10 日

⑩Chem 誌 2 月号の表紙 6 面⑪日経産業新聞 2019 年 10 月 7 日
光でグラフェンから酸素除去— 144 —

⑫化学工業日報 2019 年 9 月 6 日朝刊 2 面
酸化グラフェン光で酸素除去 仕組み解明⑬日刊産業新聞— 145 —

2019年報筑波大学エネルギー物質科学研究センター
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