2024
ポリエチレンの分子鎖とラメラ晶の模式図「ポリエチレン分子鎖の向きを可視化することに成功最新の電子顕微鏡法で汎用プラスチックの基礎的構造を観察」（2023年9月21日プレスリリース）より

2024

研究所長

福山 博之

〒980-8577 仙台市青葉区片平2丁目1番1号
TEL：022-217-5204 FAX：022-217-5211
URL：https://www2.tagen.tohoku.ac.jp

Director：Professor Hiroyuki Fukuyama
Address：2-1-1, Katahira, Aoba-ku, Sendai 980-8577, JAPANFacebook
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メールマガジン
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沿革1941 年 3 月 勅令第 268 号（官制）により選鉱製錬研究所 設置

もくじMarch 1941

1943 年 1 月 勅令第 54 号（官制）により科学計測研究所 設置
1944 年 1 月 勅令第 7 号（官制）により非水溶液化学研究所 設置
1949 年 5 月 国立学校設置法により、選鉱製錬研究所、科学計測研究所、非水溶液化学研究所は、それぞれ東北大学附置研究所となる
1990 年 6 月 文部省令により科学計測研究所が大部門制の組織に改組
1991 年 4 月 国立学校設置法の改正により非水溶液化学研究所を反応化学研究所に改組
1992 年 4 月 国立学校設置法の改正により選鉱製錬研究所を素材工学研究所に改組
2001 年 4 月 素材工学研究所と科学計測研究所と反応化学研究所を再編統合
し、多元物質科学研究所設置（研究部・附属研究組織）、多元設計研究部門、多元制御研究部門、多元解析研究部門、融合システム研究部門、資源変換・再生研究センター、
超顕微計測光学研究センター

January 1943 Research Institute for Scientific

Measurements, Tohoku Imperial University
was founded.

January 1944 Chemical Research Institute of Non-

Aqueous Solution, Tohoku Imperial
University was founded.

May 1949

These three Institutes were reorganized
as research institutes affiliated to Tohoku
University.

April 1991

Chemical Research Institute of NonAqueous Solution was reorganized as
Institute for Chemical Reaction Science.

April 1992

Research Institute of Mineral Dressing andMetallurgy was reorganized as Institute forAdvanced Materials Processing.

April 2001

Research Institute for Scientific
Measurements, Institute for Chemical
Reaction Science, and Institute for Advanced
Materials Processing were restructured andconsolidated as Institute of Multidisciplinary
Research for Advanced Materials (IMRAM).

2002 年 4 月 先導結晶化学技術寄附研究部門 設置（～ 2005 年 3 月）
2004 年 4 月 多元ナノ材料研究センター 設置（～ 2010 年 3 月）
2005 年 4 月 新産業創造物質基盤技術研究センター（阪大産研との連携事業）
設置
先導結晶化学技術寄附研究部門 設置（～ 2007 年 3 月）
2006 年 4 月 有機ナノ結晶科学技術寄附研究部門 設置（～ 2009 年 3 月）
2007 年 1 月 先端圧電セラミックス寄附研究部門 設置（～ 2009 年 12 月）
2007 年 4 月 超顕微計測光学研究センターを廃止し、先端計測開発センターを設置
窒化物結晶寄附研究部門 設置（～ 2010 年 3 月）
ポストシリコン物質・デバイス創製基盤技術アライアンスの発足（～ 2010 年 3 月）
2008 年 4 月 窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センター 設置
2010 年 4 月 多元設計研究部門、多元制御研究部門、多元解析研究部門、融合
システム研究部門を廃止し、有機・生命科学研究部門、無機材料研究部門、プロセスシステム工学研究部門、計測研究部門を設置
資源変換・再生研究センター、多元ナノ材料研究センター、新産
業創造物質基盤技術研究センターを廃止し、サステナブル理工学
研究センター、高分子・ハイブリット材料研究センターを設置
物質・デバイス領域の共同利用・共同研究拠点（ネットワーク型）の構成機関となる
2012 年 4 月 窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センターを廃止し、新機
能無機物質探索研究センターを設置
希少元素高効率抽出技術拠点 発足（～ 2017 年 3 月）

April 2010

物質・デバイス領域共同研究拠点による５研究所間ネットワーク型共同研究事業の推進
Promotion of network-type cooperative research among 5 research institutes based upon the Joint Research Center of Materials and Devices

7

次世代放射光施設 ー ナノテラス ー913

Research Projects

プロジェクト研究紹介

主な研究成果（プレスリリース、主な受賞） Research Results (Awards, Press Release)
学生・研究支援22

International Exchange Activities

23

国際共同研究・教育活動
組織図25

Organization Chart

研究部門・研究センター

Research Divisions and Centers

非鉄金属製錬環境科学共同研究部門

Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy and Environmental Science

研究分野紹介Collaborative Research Division ofAdvanced Synchrotron Radiation Metrogy
started.(-June 2020)

May 2020

Collaborative Research Division ofAdvanced Analysis of Iron and Steelmaking
Processes was started.

無機材料研究部門

プロセスシステム工学研究部門
計測研究部門Center for Advanced Microscopy andSpectroscopy and Phlymer-Hybrid Materials
Research Center and Center for Explorationof New Inorganic Materials were closed.
Materials-Measurement Hybrid ResearchCenter was started.

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

研究支援組織、技術室

Center for Mineral Processing and Metallurgy

建物案内図・アクセス

Materials-Measurement Hybrid Research Center

Support Section, Technical Service Section

TAGEN Central Analytical Facility
Maps and Directions

40
47
56
61

Division of Measurements

April 2021

Soft Material Research Center was started.
JEOL x Tohoku Univ. "Advanced Material
Analysis Co-creation Research Center" wasstarted.

39

Division of Process and System Engineering

金属資源プロセス研究センター

April 2024

Advanced Material Analysis Co-creation Research Center

Division of Inorganic Material Research

Collaborative Research Division ofAdvanced Electron Microscopy was started.

Dexerials-Tohoku University "Photonic Meta
Sensing Co-creation Research Center" wasstarted.
Collaborative Research Division of Nonferrous Metallurgy and Environmental
Science and the Center for Mineral
Processing and Metallurgy was started.

38

Division of Organic- and Bio-materials ResearchAugust 2020

April 2023

3740

有機・生命科学研究部門

多元ＣＡＦ

27

Photonic Meta Sensing Co-creation Research Center

デクセリアルズ×東北大学 光メタセンシング共創研究所

Collaborative Research Division of Nonferrous Metallurgy and Environmental
Science and the Center for Mineral
Processing and Metallurgy was started.

November
2019

19

Supports, Industry-Academia Collaboration

April 20182020 年 8 月 次世代電子顕微鏡技術共同研究部門 設置（～ 2024 年 3 月）

2023 年 4 月 デクセリアルズ x 東北大学「光メタセンシング共創研究所」設置（〜 2026 年 3 月）、非鉄金属製錬環境科学共同研究部門（第二期）
設置（2028 年 3 月）

5Outline概要

日本電子×東北大学 高度マテリアル分析共創研究所

2020 年 5 月 製鉄プロセス高度解析技術（JFE スチール）共同研究部門 設置（～
2023 年 4 月）
2021 年 4 月 先端計測開発センター、高分子・ハイブリッド材料研究センター、
新機能無機物質探索研究センターを廃止し、マテリアル・計測ハ
イブリッド研究センターを設置

3

Message from Director

あいさつ

Research Center for Sustainable Scienceand Engineering was closed.

2018 年 4 月 サステナブル理工学研究センターを廃止し、金属資源プロセス研
究センターを設置
非鉄金属製錬環境科学研究部門 設置（～ 2023 年 3 月）
2019 年 11 月 放射光次世代計測科学連携研究部門 設置（2020 年 7 月、国際放射光イノベーション・スマート研究センターへ移管）

IMRAM started the activity as a memberof the Network Joint Research Center for
Materials and Devices.

1

History

沿革

March 20182013 年 4 月 ナノ流体エンジニアリング共同研究部門 設置（～ 2016 年 3 月）
2016 年 4 月 物質・デバイス領域共同研究拠点（ネットワーク型共同利用・共同研究拠点）の発足、拠点本部となる

Research Institute of Mineral Dressing andMetallurgy, Tohoku Imperial University was
founded.

72
79
85
87
88

2024 年 4 月 ソフトマテリアル研究センター 設置
日本電子×東北大学「高度マテリアル分析共創研究所」設置（～ 2028 年 3 月）

1東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

2

あいさつ

福山 博之

Institute of Multidisciplinary Research
for Advanced Materials,
Tohoku University
Director

Hiroyuki FUKUYAMA

物 質・ 材 料 系 で 国 内 最 大 規 模 の 大 学 附 置 研 で あ る 東 北 大
学 多 元 物 質 科 学 研 究 所（ 多 元 研 ） は、 英 語 名 Institute ofMultidisciplinary Research for Advanced Materials (IMRAM) と称します。マルチマテリアルではなく、マルチ計測でもなく、マルチディシプリンという言葉に多元研の本質的な意味があります。研究者はディシプリン（研究の拠り所となる学問分野）とそのディシプリンを利用して活動する領域を持っています。
そのような物質・材料に関する多様なディシプリンを有するプロの研究者集団が多元研です。ちなみに私は、化学熱力学というディシプリンで、金属製錬や材料プロセス領域で活動しています。さて、この多様なディシプリンを有する多元研が目指す
ミッションについて、私の考えを述べてみたいと思います。
多元研の原点である三つの研究所は、1940 年代前半にそれぞれ以下のミッションのもとに設置されました。すなわち、選鉱製錬研究所は、鉄鋼等の重要金属資源の精錬に関する研究を行う、科学計測研究所は、精密測定装置の自給体制等の必要性に応える、また、非水溶液化学研究所は、非水溶液化学（液化ガス等）の重要性の増大に対応する、というシンプルなものですが、その当時の社会の要請を反映した附置研の使命が明確に謳
われています。一方、現在の私たちがおかれた状況を見ると、
持続可能な社会を構築するため、地球環境保全、カーボンニュ
ートラルや省エネルギーの観点に加え、大震災や新型感染症の経験から、自然災害や疾病への対策が大きな社会課題となっています。
私たち多元研は、上記の三つの研究所時代から 80 年を超える年月を経て技術の遺伝子を繋ぎ、発展、融合させて改組を経て、「物質・材料に関わる困難な社会課題に対し、パラダイム
シフトとなる新たな方向性を定め、多様なディシプリンを融合して解決を図る」というミッションを有しているように思いま3東北大学 多元物質科学研究所

す。例えば、1980 年代に前身の選鉱製錬研究所の南條道夫教
授らによって「都市鉱山」というリサイクルの概念が提唱されましたが、この概念は、今や携帯電話、家電、PC 等の廃電子基板から有価金属を抽出して再利用するというビジネスモデル
として定着しています。資源処理から金属製錬に至る知識や経験は学術として体系化され、資源戦略、脱炭素製鉄、そして原
子力技術の安全化と廃炉への取り組み等に活かされています。
これは、多元研の誇る多様なディシプリンとそれを応用展開するフィールドの一例です。
さて、令和 6 年 4 月から、次世代放射光施設（ナノテラス）が運用開始となりました。多元研は、放射光施設を誘致する段階から基幹部局として積極的に取り組み、放射光施設を利活用する教育・研究組織である国際放射光イノベーション・スマー
ト研究センター（SRIS）の設立にも大きく貢献してきました。
また、クライオ電子顕微鏡を導入し、ソフトマテリアル（有機・高分子材料、生体材料）の評価が飛躍的に高度化されました。これら最新の施設や装置は、多元研の材料研究を推進するだけでなく、東北の地にサイエンスパークが出現し、わが国の産学連携の一大拠点となって世界から人が集い、日々新たな価値が創造されるエコシステムの中核となることが期待されています。
多元研は、「マテリアル」、「プロセス」と「計測」の 3 つの研究軸がバランスよく融合した総合物質・材料研究所であり、社会インフラに欠かせない基盤材料から、持続可能な未来社会を創造する先端材料までカバーし、プロセスと計測技術が融合して社会実装に向けた取り組みを行っています。これからも最先端の技術に磨きをかけ、高度な学識と技術を有する人材を輩出すべく、全所挙げて取り組んで参りますので、皆様のご理解とご支援のほどよろしくお願いいたします。
2024 年 4 月

研究所長

mines" was proposed by Professor Michio Nanjo and hiscolleagues at the Research Institute of Mineral Dressing

The Institute of Multidisciplinary Research for Advanced
Materials (IMRAM) at Tohoku University is one of thelargest university research institutes in Japan in the fieldof materials science. The word "multidisciplinary," not"multimaterials" or "multimetrology," is the essential meaningof IMRAM. Researchers have a discipline and an area ofactivity in which they use that discipline. IMRAM is a groupof professional researchers who possess such diverse
disciplines related to materials. As for myself, I am working in
the area of metal and materials processing in the disciplineof chemical thermodynamics. Now, I would like to share mythoughts on the mission that IMRAM, with this diversity of
disciplines, aims to achieve.

東北大学多元物質科学研究所
研究所長

こ ん に ち は、 新 し く 所 長 に 就 任 し ま し た 福 山 博 之 で す。
この場をお借りしてご挨拶申し上げます。

Hello, I would like to take this opportunity to greet you, I am
Hiroyuki Fukuyama, the new Director.

福山博之

The three research institutes, the origin of IMRAM, were
each established in the early 1940s with the following
missions: The Research Institute of Mineral Dressing andMetallurgy conducts research on iron and steel making andother important metal processing, the Research Instituteof Scientific Measurement responds to the need for a selfsufficient system of precision measuring instruments, andthe Chemical Research Institute of Non-Aqueous Solution
responds to the growing importance of non-aqueous solution
chemistry (liquefied gas, etc.). These missions are simple,
but they clearly state the mission of the institute, reflecting
the demands of society at that time. On the other hand,looking at our current situation, to build a sustainable society,in addition to the perspectives of global environmental
conservation, carbon neutrality and energy conservation,
countermeasures against natural disasters and diseases
have become major social issues based on the experiencesof catastrophic earthquakes and new infectious diseases.
IMRAM has been reorganized by connecting, developing,and fusing the genes of science and technology for morethan 80 years since the days of the above three research
institutes, and now IMRAM's mission is to "develop new
directions that lead to paradigm shifts to address
challenging societal problems related to materials and tosolve these problems by integrating diverse disciplines."
For example, in the 1980s, the concept of recycling "urban

and Metallurgy, and this concept is now firmly established
as a business model to extract and reuse valuable metals
from waste electronic circuit boards from cell phones, home
appliances, PCs, etc. The knowledge and experiencefrom mineral processing to metal processing has beensystematized as an academic discipline and is being applied
to resource strategies, decarbonized steelmaking, and efforts
to make nuclear technology safe and decommission it. Thisis just one example of IMRAM's diverse disciplines and thefields in which they are applied.
In April 2024, the next-generation synchrotron radiation
facility (NanoTerasu) began operation. IMRAM, as a key
institute, has been actively involved in the project from thestage of attracting synchrotron radiation facility, and has
contributed greatly to the establishment of the International
Center for Synchrotron Radiation Innovation Smart (SRIS),
an educational and research organization that utilizes thesynchrotron radiation facility. In addition, the evaluationof soft materials (organic and polymeric materials andbiomaterials) has been dramatically upgraded with theintroduction of cryo-electron microscopes. These state-ofthe-art facilities and equipment are expected not only topromote materials research at IMRAM, but also to become
the core of an ecosystem where a science park will emerge
in the Tohoku region and become a major center of industryacademia collaboration in Japan, attracting people fromaround the world and creating new value every day.
IMRAM is a comprehensive materials research institutewith a well-balanced fusion of the three research axesof "materials," "processes," and "measurements." Itcovers everything from basic materials essential for social
infrastructure to advanced materials that will create asustainable future society, and is working toward social
implementation by integrating process and measurement
technologies. We will continue to refine our cutting-edge
science and technologies and produce highly educated andskilled researchers through the efforts of the entire institute.
April 2024 Director Hiroyuki FUKUYAMA

ロゴマークのテーマ

シーズのランドマーク
4 本の曲線は、4 つの研究部門・センターとそれぞれ、物理、化学、生物、材料を表しています。DNA の染色体にも似たその触手は、力強く天へと伸び、緑の球体で表す地球とこれからの社会を、多元物質科学研究所が支えている様を表しています。全体として、IMRAM の頭文字、「i」を象徴としています。

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University4

概要
職員数（2024 年 4 月現在）Faculty & Staff (as of April, 2024)
教授

歳入・歳出内訳（2022 年度）Annual Revenue & Expense (FY 2022)

准教授

Professors

講

Associate Professors

45 (4) [1]
事務職員＊１26 (5) [1]
技術職員＊２Administrative Staff

師Technical Staff

35 (16) [0]助

Senior Associate Professors

再雇用職員 ( 技術系）

教

57 (10) [11]非常勤職員（研究職）

非常勤職員（その他）

1 (0) [0]

合計

8.0%

Total

58 (50) [0]313 (118) [18]※ ( ) 内は女性、内数( ) indicates the number of female staff included in counts.
※ [ ] 内は外国人、内数 [ ] indicates the number of international staff included in counts.
＊ 1. 内、限定事務職員 4 名、内数 4 Purpose-Limited Administrative staff included in counts.
＊ 2. 内、限定技術職員 13 名、内数 13 Purpose-Limited Technical staff included in counts.

16.0%

部門別教員数内訳 Faculty Members (as of April, 2024)
部門等

教

Research Division

准教授

授

講

Associate
Professor

Professor

師助

Senior Associate
Professor

教

助Assistant
Professor

手

Total

39.7%

合計

18.9%

計

Research
Assistants

2022 年度 歳出内訳 Expense for FY2022

Revenue for FY2022

3.3%

9 (3) [3]Part-Time Staff (Other)16 (6) [2]2022 年度 歳入内訳

Researchers

12 (1) [0]Re-employed Technical Staff Part-time Staff (Research)

54 (23) [0]研究員（常勤）

Assistant Professors

42.8億円

合計

42.8億円

53.8%

6.5%

37.1%

16.7%

有機・生命科学研究部門

7

4

2

12

0

25

無機材料研究部門

9

2

3

13

0

27

運営費交付金 Operational Grants

5

2

1

5

0

13

受託研究費

Funds for Commisioned Research

外部資金人件費 External Funds for Salaries and Wages

共同研究費

Funds for Joint Research

外部資金物件費 External Funds for Supplies and Eqiopments

Division of Organic- and Bio-materials Research
Division of Inorganic Material Research

プロセスシステム工学研究部門
Division of Process and System Engineering

科学研究費補助金等

運営費交付金人件費 General Grants for Salaries and Wages

Grants-in-Aid for Scientific Research

運営費交付金物件費 General Grants for Supplies and Eqiopments

計測研究部門

10

8

2

8

0

28

金属資源プロセス研究センター

7

5

3

10

0

25

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

6

3

1

8

0

18

主な外部資金採択状況（単位：千円）External Research Funds ( in units of 1,000 yen )ソフトマテリアル研究センター

0

0

0

0

0

0

年度

Collaborative Research Division of Non-ferrous
Metallurgy and Environmental Science

0

1

0

0

0

1

光メタセンシング共創研究所

0

1

0

1

0

2

1

0

0

0

0

1

Division of Measurements
Center for Mineral Processing and Metallurgy

Materials-Measurement Hybrid Research Center
Soft Material Research Center

非鉄金属精錬環境科学研究部門

Photonic Meta Sensing Co-creation Research Center

高度マテリアル分析共創研究所

Advanced Material Analysis Co-creation Research Center

合計

45

Total

26

12

57

0

140

寄附金 Donations

2018

2019

2020

2021

2022

科学研究費

591,326

707,069

606,410

772,864

752,726

共同研究費

310,238

332,380

278,483

218,626

341,146

受託研究費

486,342

517,039

601,919858,651

669,176

寄附金

93,289129,21272,825

129,386

141,738

Fiscal Year
Grants-in-Aid for Scientific ResearchFunds for Joint ResearchFunds for Commisioned ResearchDonations

学生数（2024 年 5 月現在）Students (as of May, 2024)
研究科・学部

学部

Schools

Under Graduate

博士課程前期
Masters Program

博士課程後期

45

(7)

[1]

92

(15)

[10]

44

(6)

[17]

理学研究科・理学部

10

(2)

[7]

55

(10)

[14]

18

(3)

[12]

生命科学研究科

0

(0)

[0]

16

(6)

[4]

7

(5)

[5]

環境科学研究科

0

(0)

[0]

34

(7)

[5]

20

(5)

[7]

55

(9)

[8]

197

(38)

[33]

89

(19)

[41]

341

(66)

[82]

Science

Life Science

Environmental Science

合計
Total

Total Floor Area of Buildings

38,318m3

Doctoral Program

工学研究科・工学部
Engineering

建物総延面積◇ 登録有形文化財（2021 年 10 月 14 日告示）
旧東北帝国大学工学部機械学及び電気学教室（※ 1）（現）東北大学多元物質科学研究所 南 1 号館

旧東北帝国大学工学部機械学及び電気学実験室（※ 2）（現）東北大学多元物質科学研究所 事務部棟東北帝国大学工学部の初期の姿を伝える、また当時多く見られた左右対称の立面を持つ建造物のう
ち現存するその時期の建築様式の実例としても貴重です。

事務部棟旧東北帝国大学
工学部機械・電気工学教室と一体となって東北帝
国大学工学部の初期の姿を伝える貴重な建築です。
中廊下式の二階建て、玄関にはステンドグラスが掲げられています。

※（ ）内は女性、内数( ) indicates the number of female students included in counts.
※ [ ] 内は外国人、内数 [ ] indicates the number of international students included in counts.

5

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University6

物質・デバイス領域共同研究拠点による５研究所間ネットワーク型共同研究事業の推進
Promotion of network-type cooperative research among 5 research institutes based upon
the Joint Research Center of Materials and Devices

一方、【課題解決型アライアンスプロジェクト事業】にお部門（AORA）およびアライアンスキャピタル部門（ACMO）

いては、「人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイに 2 名の特任教授を迎え入れ、アライアンス事業を推進しナミック・アライアンス」を 5 研究所間の連携プロジェクトています。2024 年 4 月には、アライアンス研究管理部門をとして推進してきました（2005 年度にスタートしたアライ

アライアンス研究連携部門（AORC）に改組するとともに、東工大に「アライアンス東京サテライト」を設置し、新たに「物質・デバイス領域共同研究拠点」は、北海道大学電子展させ、新しい研究の創造へとつなげていく『クロスオーバ

アンス事業から数えて 4 期目のプロジェクトであり、2016

科学研究所（北大電子研）、東北大学多元物質科学研究所（東ー共同研究』、基盤共同研究成果をさらに発展させ、ネット

年度からの事業）。日本を北から南まで縦断する形で「人材・2 名の特任教授を迎え入れ、更に万全の体制でアライアンス

北大多元研）、東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科

ワーク型拠点を形成する他研究所教員との連携により幅広い

装置・場所のシェアリング」を特徴とし、21 世紀において事業を推進します。5 研究所 3 グループに所属する PI は約学研究所（東工大研究院化生研）、大阪大学産業科学研究所（阪

研究発展を目指す『展開共同研究』、共同研究を通じて主に安全安心で質の高い生活のできる社会の実現に要求される150 名に上り、若手研究者等を含めた常勤教員数の総勢は大産研）、九州大学先導物質化学研究所（九大先導研）が参

地域大学、私立大学に在籍する優れた才能を有する大学院生、

3 つの課題解決型プロジェクトとして、1）エレクトロニク

400 名を超える規模を有しています。また、クロスオーバー

画し、2010 年度（平成 22 年度）に発足した先駆的なネッ大学生等、学生を PI（Principal Investigator）として採択す

ス 物質・デバイス（G1）、2）環境エネルギー 物質・デバイ

アライアンス事業は、ネットワーク型「物質・デバイス領域

トワーク型共同研究拠点のひとつです。共同研究拠点は、ボる『次世代若手共同研究』、そして優れた若手研究者が積極

ス・プロセス（G2）、3）生命機能 物質・デバイス・システ

共同研究拠点」と相補的かつ密接な連携を図り、社会課題のトムアップ型一般共同研究、トップダウン型特定共同研究を的に融合型研究を推進する『CORE ラボ共同研究』など多ム（G3）を戦略的に設定し、研究所横断型の共同研究を推解決に向けた『CORE2-A ラボの設置』、『若手 FS 研究課題』、

中心に、全国の国公私立大学、高専、国立研究機関や企業に

彩な共同研究を企画・運営し、より充実した共同研究活動を進しています。2022 年 4 月より、第 3 期「人と物質と知でなど、多様なプログラムを企画・運用します。

所属する研究者からの共同研究を推進しました。この間、国展開しております。いずれのプログラムも、研究成果のみな創るクロスオーバーアライアンス」がスタートし、上記 G1

このように、5 つの国立大学法人研究所が、各々の得意分

立大学の機能強化への寄与も視野に入れ、研究力強化、イノ

らず、その成果を生み出す情熱に満ちた研究者を育てる「人～ G3 グループに加えて 2022 年 4 月に 4）情報・数理・人野で相互に連携・ネットワークを組み相補的・協力的な体制

ベーション創出、若手人材育成、グローバル化にも積極的に材育成」を拠点・アライアンス事業における大きなテーマの工知能に関するグループ（GC）を設置し、各グループ間のを取る、という大掛かりな共同研究拠点およびクロスオーバ

取組み、2015 年度（平成 27 年度）の文部科学省による期ひとつとしています。2023 年 4 月には、多元研内に「多元クロスオーバーによる社会課題解決に向けた新たな取り組み

ーアライアンス事業は他に類例がなく、物質・デバイス・シ

末評価ではネットワーク型拠点として唯一 “S” 評価を獲得し物質科学研究所共同研究拠点室」を設置し、新たに 1 名のをスタートさせました。クロスオーバーアライアンス推進のステム創製基盤技術を格段に進展させ、安全安心で質の高いました。また第 1 期 6 年間は阪大産研を本部として活動し特任教授を迎い入れ、万全な体制で「物質・デバイス領域共ための組織改革の一環として 2022 年 4 月に CORE2 協働セ

生活のできる社会実現へ大きく寄与することが期待されていてきましたが、2016 年度（平成 28 年度）からの第 2 期は同研究拠点」を推進しています。多くの研究者がこの拠点をンターを東北大学多元研内に設置し、アライアンス研究管理ます。

東北大多元研が本部を務め、2018 年度（平成 30 年度）の

積極的に活用し、人のネットワークを広げて頂けることを願

中間評価および 2021 年度（令和 3 年度）の期末評価で “S”います。また本ネットワーク型共同研究拠点が支援を行った

評価を得ております。共同研究拠点がスタートしてからの学協会等の研究者コミュニティは約 500、総参加者数はのべ14 年間で 6,500 件を超える共同研究を推進し、国内外の研約 6,800 名を超え、関連研究分野および関連研究者コミュニ

究者コミュニティから大きな支持を頂いております。

ティの発展に大きく貢献しています。更に 2018 年 3 月には2022 年 4 月より第 3 期がスタートし、東北大学多元研か同じネットワーク型共同研究拠点である放射線災害・医科学

ら大阪大学産研に本部を移し、第 1 期からの『基盤共同研

研究拠点、生体医歯工学共同研究拠点と緩やかな連携に関す究（旧一般共同研究）』及び『施設・設備利用共同研究』にる協定を締結し、より広いコミュニティへの貢献を目指して加え、異なった研究軸を組み合わせて異分野融合研究へと発おります。

課題解決型アライアンスプロジェクト事業「人材・装置・場所」のシェアリング

阪大産研
SANKEN

人と知と物質で未来を創る
クロス オーバーアライアンス

東北大多元研IMRAM

エレクトロニクス 物質・デバイス
環境エネルギー 物質・デバイス・プロセス

アライアンスALLIANCE

北大電子研
RIES

人材育成
国際頭脳循環の核生命機能 物質・デバイス・システム
九大先導研
IMCE

情報・数理・人工知能

ネットワーク型共同研究拠点事業

東工大研究院
化生研
IIR-CLS

世界をリードする成果
新学術分野の創製ロゴの制定について
国・公・私立大学

独立行政法人研究所

阪大産研
SANKEN

公募共同研究東北大多元研
IMRAM

拠点本部（大阪大産研）

公募共同研究北大電子研
RIES

共同研究推進公募

 基盤共同研究 施設・設備利用共同研究 クロスオーバー共同研究 展開共同研究
 次世代若手共同研究
 COREラボ共同研究

物質・デバイス領域共同研究拠点
物質・光・生命・数理複合科学研究領域
物質創製・先端計測研究領域

九大先導研
IMCE

東工大研究院
化生研
IIR-CLS

企業・地域

物質組織化学研究領域
ナノサイエンス・デバイス研究領域
物質・材料機能研究領域

北から南まで各地域への貢献2018 年 3 月、物質・デバイス領域共同研究拠点、ダイナミック・アライアンスでは、それぞれのロゴを制定しました。物質・デバイス領域
共同研究拠点は「協力しあいながら高めあう」を、ダイナミック・アライアンスは「ダイナミックな発信」を、それぞれモチーフとして、5 色のパーツからなる一貫性のある図形で表現しています。シンプルな図形と略語（NJRC、Five-Star）からなるパターン（カラー、モノクロ）と、
北大電子研（物質・光・生命・数理複合科学）

東北大多元研（物質創製・先端計測）東北大学 多元物質科学研究所

および「クロスオーバーアライアンス」においても両ロゴを引き続き使用し、本拠点、アライアンスに係る成果発表や情報発信などの際に活用していただけます。

東工大研究院化生研（物質組織化学）

阪大産研（ナノサイエンス・デバイス）

九大先導研（物質・材料機能）

7

ロゴタイプと組み合わせたコンビネーションパターンを準備しました。2022 年度よりスタートした第 3 期「物質・デバイス領域共同研究拠点事業」

物質・デバイス領域共同研究拠点

クロスオーバーアライアンス

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

8

次世代放射光施設 ー ナノテラス ー
世界最高レベルの光源性能を有するナノテラス

国際放射光イノベーション・スマート研究センター（SRIS）
センター長 千葉大地

本学青葉山新キャンパス内に誕生した次世代放射光施設できます。その活用範囲は、触媒材料、磁性・スピントロニ「 ナノ テ ラス（NanoTerasu）」 は、 建 設 地 の 検 討 を 経 て、

クス材料、高分子材料など材料分野はもちろん、工学、理学、

2019 年度より整備が開始されました。昨年度（2023 年度）

農学、医学、医工学、考古学など、広範な学術分野と産業分は無事ファーストビームを迎え、今年度（2024 年度）から、野に及びます。すなわち、ナノテラスは、こうした学問分野や後述するコアリションビームラインがいよいよ本格的なユー

ディシプリンとともに、研究を統合・加速する拠点の集結により、ザー利用を開始いたしました。

研究開発基盤を構築するポテンシャルを有しています。

軟 X 線領域におけるナノテラスの光源輝度は、大型放射光図 1 はナノテラス周辺を上空から見た写真です。2024 年に施設 SPring-8 の 100 倍に及びます。また、コヒーレンス性（可入って、ナノテラスのすぐそばに、国際放射光イノベーション・干渉性）においても高い性能を有します。この軟 X 線領域のスマート研究センター（SRIS）棟と青葉山ユニバースが整備

高輝度性は、軽元素や遷移金属の化学状態の鮮明かつ迅速なされました。周囲には今後サイエンスパークが形成され、産可視化につながります。また、高コヒーレンス性を利用した計学の研究や人材育成の拠点が集積します。多様なディシプリン

測手法の進展により、不均一な材料系の機能を 10 nm レベルを有する大学のキャンパス内という立地と、市街中心部からのの分解能で可視化することが出来るようになります。

アクセスの良さが、研究開発基盤の機能を促進します。ナノテ

これらの光源性能は、放射光による「物の見え方」を一新

ラスは、国内の軟 X 線領域の放射光活用の海外に対する遅れします。材料や生命の機能をナノスケールで可視化し、研究を逆転し、研究の国際競争力を強化する原動力となります。

開発における仮説検証サイクルを一気に加速することが期待※

この官民地域パートナーシップ は、次世代放射光の学術と東北大学は、ナノテラスに関わるあらゆる技術について集

産業の持続的発展に資する活用について役割分担と連携を行中的に研究開発するために、2019 年 10 月 1 日に国際放射

う、世界でも類を見ない挑戦的な枠組みです。本学は、放射光イノベーション・スマート研究センター（SRIS）を設置

光活用によって既存の学術の深化と新たな学術領域の開拓、しました。ここには、多元物質科学研究所からも十数名の教そして分野融合や産学連携によるイノベーションの創出を先員が参画し、科学計測分野の伝統を背景に、次世代放射光計

導するミッションを有します。学術研究者は、既存の共用法

測技術の研究開発を行っています。これまでの放射光施設にの下での施設利用だけでなく、企業と 1 対 1 でパートナーはなかった新たな技術を結集したビームラインを築き、学内を組み、出口イメージを共有し、研究シーズや専門知識を以外との強い連携体制を構築していきます。

て企業の課題解決を支援し、その過程で新たな学術研究テー
マを開拓する、コアリション・コンセプトの下での活用機会を得ることが出来ます。その先には、企業・地域と連携し、学術に裏付けられた製品開発や実証実験を可能とするリサー
チコンプレックスの形成があります。

※官民地域パートナーシップ
国側の整備運用主体

量子技術研究開発機（QST）

登録施設利用促進機関
地域パートナーの代表機関
地域パートナー

高輝度光科学研究センター（JASRI）
光科学イノベーションセンター（PhoSIC）
代表機関 PhoSIC を含む、宮城県、仙台市、
東北大学、東北経済連合会

コアリションビームライン・ラインナップ
初期ビームラインは、国（官）が 3 本、地域パートナーが7 本（コアリションビームライン）を整備します。国際放射光イノベーション・スマート研究センターは，これらコアリ
ションビームラインについて、設計から活用までをサイエン
ス面から支援する役割を担っており、これまでに、光源特性を活かすユーザー主体のビームラインコンセプトを提案してきました。また、次世代性の観点から重点的に整備すべき計測分野として、以下を提示しています。

（4）1 ～ 3 を統合した複合計測：CT-XAFS、タイコグラフ
ィ XAFS 等
図 2 は、初期整備 7 本のコアリションビームラインのラ
インナップを示しています。BL の横断的な活用によって、
これまで複数の施設の放射光をまたぐ必要のあったデータセ
ットを、次世代放射光施設の中で収集することが出来るようになります。これらのラインナップによって、上記（1）から（4）を実現していきます。一部のビームラインでは、分（1）高輝度を活かした機能発現、失活等の可視化計測：時分岐を行い、そのブランチでは、ハイスループット計測、メー

割計測、オペランド計測、時間分解測定（ミリ秒〜 )ルイン測定、リモート計測などのニーズに応えるため、ロボ（2）物 質科学、環境科学、生命科学等あらゆる分野で機能す。メインビームラインはいわゆる「先端計測ステーション」

や反応の鍵を握る元素の電子状態・化学状態可視化計
測、軟 X 線領域に強みをもちテンダー X 線領域から硬X 領域の広領域をカバーする分光計測：光電子分光、光吸収分光、発光分光、XAFS、XMCD 等

ット自動計測のエンドステーションの導入が検討されていまであり、挑戦的な計測までをカバーするエンドステーションです。その一部では、ユーザーが独自の試料環境を整えて計測を行うための、“ 取り外し可能な計測ベンチ = イノベーシ
ョンベンチ ” の導入も検討されています。

（3）高いコヒーレンス性、集光性を活用した高分解能の構造

国際放射光イノベーション・スマート研究センター及び多視化計測：タイコグラフィ、位相コントラストイメージ

元研は、今後もナノテラスをサイエンス面から支援し、施設ング等の可視化技術の活用を通じた学術の深化と発展を推進します。

図 1. SRIS 棟 ( 手前左 )、青葉山ユニバース ( 手前右 )、とナノテラス ( 中央 )イノベーション創出を支える整備・運用方針

9

ナノテラスをイノベーションの源泉とするための整備・運ン、産学利用による成果の最大化と社会実装の加速を目指し営について、放射光科学の学術コミュニティ、既存の放射光たコアリション・コンセプト（有志連合）等です。2017 年

施設の学術および産業界の利用者に加え、企業、大学の経7 月に、国側（官）の主体として量子科学技術研究開発機構

営層、地域および中央の経済界、自治体との、2011 年よりが指定され、パートナーの提案が公募されました。翌年 7 月

6 年間にわたる対話が行われてきました。その結果を基にコに、一般財団法人 光科学イノベーションセンターを代表機

ンセプトの具体化が進められてきました。ロボティクスやイ関として、宮城県、仙台市、東北経済連合会と東北大学が地

ノベーションベンチの考え方を導入したビームラインデザイ

域パートナーに選定されました。

東北大学 多元物質科学研究所

図 2. 初期整備 7 本のコアリションビームライン

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

10JST 未来社会創造事業「共通基盤」領域 本格研究
「超原子座標構造の可視化による創薬の革新」“Innovation of drug discovery through visualization of structures beyond atomic coordinates”(JST-Mirai Program)
科学技術振興機構（JST）未来社会創造事業「共通基盤」

するからです。X 線回折にサイズが満たず、これまで解析を領域の「超原子座標構造の可視化による創薬の革新」プロジ

あきらめていた非常に微小な結晶を、電子回折の測定に用いェクトは、前身の探索研究「微小結晶構造の自動・高精度電ることができます。クライオ電子顕微鏡を使って冷却下に置子線解析」からステージゲートを経て、2023 年度に本格研くことで電子線照射に弱い試料へも応用され、微小結晶から究として発足しました。

原子座標を決定できることが、多種多様な分子に対して示されてきました。

多くの科学分野において、分子を形づくる原子の立体配置（原子座標）は欠くことのできない基本情報です。一方、有本プロジェクトでは、クライオ電子顕微鏡による解析を中機化合物やタンパク質及びその複合体は複雑な立体構造をと心にして、X 線自由電子レーザー（XFEL）も併用することで、り、その原子の配置を解明するのが非常に困難になることがこれまでの計測限界を突破し、試料の “ 見えなかった ” 物性・あります。分子構造を明らかにするためには、試料の結晶を現象を解明する技術開発を行うことを目的としています。従作成し X 線回折を測定することが必要でした。しかし、従来の技術では解明が難しかったこれらの特性には、電荷分布、来の測定に適した数百μ m 以上の大きさの結晶作製が困難

電子構造、官能基のプロトン化、水素の極性、原子の動きなであることも多く、これが研究の支障になってきました。クどが含まれます。さらに、多様な試料形態かつ微量な試料か

ライオ電子顕微鏡はこの状況を大きく変えました。特に、クら、高い時空間分解能とスピード解析の両立も実現します。

ライオ電子顕微鏡の単粒子解析はタンパク質の構造研究を一開発する技術は、例えば、新薬の開発などに役立つ可能性新させたと言われています。この手法では、タンパク質溶液が考えられます。これまでの解析では、化合物や標的となるを急速凍結することで薄いアモルファスな氷の層にタンパク

タンパク質の “ 鍵 ” と “ 鍵穴 ” の関係に相当する原子の座標

質分子を閉じ込め、測定用の試料を作ります。そして、液体が得られる一方、両者の結合や相互作用を決めるのには不十

窒素冷却下で電子顕微鏡を使って分子像を大量に集め、その分でした。ここでは、電荷分布、水素結合などが決定的な役

立体構造をコンピュータで構築します。これにより、試料の割を果たします。また、薬の有効成分の極小さい結晶、極微結晶化を必要とせず、比較的分子量の大きなタンパク質やそ

量しか得られない化合物やタンパク質、構造多型、準安定構の複合体などの、生理的なイオン環境下における、詳細な構造など、従来の解析手法の適用が難しい試料も多くあります。

造が得られます。一方、分子量の小さなタンパク質や有機化

多様かつ多種の難しい試料、試料形態を対象に、原子配置を合物では、試料の結晶化は依然として必要です。そのような“ 超原子座標構造 ” を実験的にかつ迅速に取得す超える情報、試料に対してもクライオ電子顕微鏡が活躍します。それは、ることが、問題解決に有効であると、私たちは考えています。

これらの目的のために、計測・解析技術の深化と、第一原

造解析では、電子線に加えて、XFEL を用いた低分子有機化

理計算、計算科学を組み合わせ、薬剤候補化合物やターゲッ

合物の微小結晶構造解析法を開発しました（Takaba, Maki-

トタンパク質の構造・機能解明を進めています。米倉功治がYonekura et al., Nat. Chem ., 2023; Takaba, Maki-Yonekura

研究代表を務め、23 年度の本格研究からは、東北大学大学

et al., J. Am. Chem. Soc. , 2024）。実証実験では有機蛍光分

院理学研究科 岸本直樹 准教授、多元物質科学研究所 津田健子の構造を、サブ Å の空間分解能で決定し、電子回折から得治 教授、同大学大学院情報科学研究科 小林広明 教授、東京

た構造と詳細に比較しました。その結果、どちらの構造も水大学大学院工学系研究科 森本淳平 講師、日本電子株式会社

素原子の位置を化学結合の種類に応じて正確に区別できるこ

石川勇氏、元木創平氏、東北大学 未踏スケールデータアナとが分かりました。両構造間の水素原子の測定距離の違いは、リティクスセンター 山田和範 教授らに参加、協力をいただ

X 線と電子線の散乱の特性を反映しており、また、原子座標

いています。

の信頼性は XFEL の方が高いが、電子線は電荷に対してより

最後に、これまでに探索研究と本核研究を通して得られた

高い感度を示すことも明らかにできました。

代表的な成果を紹介します。高分解能単粒子解析では、鉄2022 年に、多元物質科学研究所に最新のクライオ電子顕を貯蔵する役割を持つアポフェリチンというタンパク質複微鏡と AI データ測定を導入しました。今後、より高い精度

合体の 1.1 Å台の空間分解能の構造が得られました（図 2a;の解析の実現のため、次世代クライオ電子顕微鏡の開発、AI

Maki-Yonekura, Kawakami et al., Commun. Chem ., 2023）。

測定の高度化も進めます。以上から、試料の原子座標を超え得られた構造からタンパク質中のほとんどの水素原子が可視た情報を取得し、創薬と共に、GX、材料科学などへの応用化できたことに加え、電荷、化学結合に関わる情報さえ取を目指します。

得できることを初めて示すことができました。微小結晶構

電子線は、X 線に比べて、4 から 5 桁も強く試料と相互作用

医薬品の研究開発
基礎研究

探索研究

最適化研究

開発研究
前(非)臨床試験

3〜5年

3〜5年

臨床試験

申請・承認

5〜7年

1〜2年

13 〜 17 年
創薬
ターゲット

ヒット
化合物

リード
化合物

開発候補
化合物

前臨床
試験

前期
臨床試験

後期
臨床試験

新薬

* 赤字の工程を繰り返すこともある
相補解析
スピードと確度アップ
多様化したターゲットに対応

・ 原子の配置(鍵と鍵穴)だけでは不⼗分
化合物
ターゲット

-

+

-

-

+ +

国産クライオ電顕
XFEL

分子像と回折からポテンシャル解析

図 2. 解析例。
(a) タンパク質の高分解能単粒子解析構造。緑の網目は水素原子に対応する。表示レベルを上げた紫の網目では、炭素、窒素、酸素などが分離して見える。
Maki-Yonekura, Kawakami et al., Commun. Chem . (2023) より改変。
(b) 上図は、有機蛍光分子ローダミン 6G の XFEL と電子回折から得られた結晶構造。緑は XFEL、黄色は電子線での測定データからそれぞれ得られた水
素原子の密度を示す。下図は、ローダミン 6G の各原子の電子分布の解析。Takaba, Maki-Yonekura et al., Nat. Chem . (2023) より改変。

動きを捉える

解析技術
AI測定技術次世代クライオ電顕開発

原子分解能を超えた精細な構造(電荷分布、電子構造、水素の極性、電子の動き)を迅速解明し、作用機構を可視化

米倉 功治
Koji YONEKURA
有機・生命科学研究部門
生物分子機能計測研究分野

教授

図 1. プロジェクトのコンセプト

11

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

12

NEDO 国際共同研究プログラム「革新的プロセスによる高周波用ポスト電磁鋼板の国際共同研究開発」

Monash 大学の鈴木教授の開発されているのはナノ結晶材料“International joint research and development of post-electromagnetic steel sheets for high-frequency
applications using innovative processes” (NEDO International Expansion Support Program)と呼ばれるものになります。これは Fe 系アモルファス薄帯
試料を出発原料として最適熱処理を施すことにより、Fe ナ
ノ粒子を残留アモルファス中に均一に分散析出させたナノヘ

軟磁性材料はモーターコア材料やパワーエレクトロニク

かくいう私自身も永久磁石材料や磁気記録を専門としておテロ構造を持つものです。その結果、単相材料では得られな

ス（以下、パワエレ）におけるトランス、インダクタなどのりましたが、学生時代の指導教授が軟磁性材料の研究者だっい磁気特性が実現できる非常に優れた軟磁性材料です。ただ受動素子として広く現代社会を支えている基盤材料の一つでたこともあり、軟磁性研究に対する要望を耳にする機会が多し、均質なナノヘテロ構造を実現できる組成範囲は限られてす。モーターやパワエレ用受動素子のエネルギー損失の中でくなってきていました。そうした状況の中で、軟磁性材料

おり、これが新規材料開発の制約となっていました。鈴木教

磁性材料によるものは鉄損と呼ばれており、鉄損低減はモー

研究の質・量ともに世界トップクラスの研究者である豪州

授は超急速加熱法という革新的なプロセスを開発し、従来でターやパワエレ回路の高効率化、小型化に直結するため長年

Monash 大学の鈴木清策教授と知り合う機会を得て、NEDOの重要課題となっています。ただし、軟磁性材料の研究は既国際共同研究開発「クリーンエネルギー分野における革新的に 100 年超の歴史があり、新規な材料開発だけでなく基礎技術の国際共同研究開発事業」に応募することにしました。

研究面においても過去 40 年ほど大きな進展がみられない「や鈴木先生の革新的プロセスに基づく軟磁性材料と我々の損失

ここからは少し研究内容の紹介をさせて頂きます。次世代ール組織解析技術、データ駆動型材料探索手法などを組み合り尽くされた学問分野」とみなされている状況でした。とこ機構解析を中心として、さらに以前より共同研究をしていた

モーターやパワエレ用受動素子に必要な磁気特性とは、一言

わせ、図 3 に示す高周波領域でのポスト電磁鋼板となる高飽ろが、ここ最近の急激な社会環境の変化（電力需要の高まり、大阪大学と物質・材料研究機構の研究者にも加わって頂き、でいえば高飽和磁化かつ高周波領域での低損失化です。損失

和磁化かつ低磁歪の新規軟磁性材料を開発することを目標とモビリティの電動化、カーボンニュートラルなど）に加えて、

図 1 に示す枠組みにて「革新的プロセスによる高周波用ポ機構については高周波で発生する渦電流起因のものが長らしています。

モーターやパワエレ用受動素子の駆動周波数が高周波化し、スト電磁鋼板の国際共同研究開発」というタイトルで申請し、く主要因と理解されており、材料開発指針としては渦電流

まだプロジェクトは始まったばかりですが、長らく停滞

過去の低周波駆動条件で蓄積されてきた軟磁性材料に関する

無事に 2023 年 6 月に採択頂くことが出来ました。ただし、をどうやって抑制するのか、という視点で行われてきていましていた軟磁性研究の歯車を大きく動かせるのではと非常に知見や解析技術では十分に対応できず、新たな研究アプロー

採択後 5 か月以内に、図 2 に示すように東北大 -Monash 大した。しかしながら、最近になって磁歪起因による非渦電流

ワクワクしているのと同時に、カーボンニュートラルなどのチが強く求められるようになってきました。しかしながら、での国際共同研究契約を締結することが必須であり、不慣れの損失発生機構が明らかになりつつあり、低磁歪化が高周波

社会課題の解決に繋がると信じて研究を進めていきたいと思

長期にわたる研究停滞の影響は甚大であり、研究者人口の減

な契約英語で先方の Solicitor との交渉でしたが、本学産連課、領域での低損失化に向けた重要な指標であることが分かってっています。

少や論文には明記されない研究ノウハウの分断など、深刻な産連機構、多元研研究協力係、ならびに多元研 高島特任教

きました。軟磁性材料には非常に多くの種類がありますが、状況にあると感じています。

授など多くの方々にサポート頂き、期限の 2 週間前というは難しかった組成領域でも均質なナノヘテロ構造が実現でき

図 2. 本プロジェクトの契約体制

るようになり、材料探索領域が一気に広がりました。これに我々の損失機構解析や大規模シミュレーション、マルチスケ

タイミングで契約締結に無事たどり着くことが出来ました。

図 3. 本プロジェクトのターゲットと既存電磁鋼板の比較

図 1. 研究実施体制図岡本 聡
Satoshi OKAMOTO
無機材料研究部門
ナノスケール磁気機能研究分野

13

東北大学 多元物質科学研究所

教授

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

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JST さきがけ｜研究領域：地球環境と調和しうる物質変換の基盤科学の創成

JST さきがけ｜研究領域：計測・解析プロセス革新のための基盤の構築「触媒から電極構造の一貫制御による高効率電気化学的二酸化炭素変換」「粒子集団の化学反応時空間ダイナミクスの情報計測基盤の構築」“Highly efficient electrochemical conversion of carbon dioxide based on precise control of catalyst
and electrode structure” sponsored by JST PRESTO Program
超臨界ナノ工学研究分野の岩瀬和至講師は、JST さきがけ

活性中心が特定の吸着種に強く吸着する場合、他の吸着種も固体イオニクス・デバイス研究分野の木村勇太助教は、そこで、本プロジェクトでは、実デバイス電極中の粒子集事業の「地球環境と調和しうる物質変換の基盤科学の創成」

強く吸着する傾向があります（scaling 則）。そこで、触媒をJST さきがけ事業の研究領域「計測・解析プロセス革新のた団における個々の粒子の ( 電気 ) 化学反応と集団全体の ( 電の研究領域の 2 期生に採択され、2023 年 10 月より研究課

多元素化することで触媒表面上に複数の反応サイト、複数のめの基盤の構築」において 1 期生に採択され、2023 年 10 月

気 ) 化学的な振舞い、およびそれらの経時的変化、さらには

題「触媒から電極構造の一貫制御による高効率電気化学的二異なる吸着エネルギーを持つサイトを構築することで、反応より新しい研究プロジェクトに取り組んでいます。採択課題

個々の粒子の性状 (ex. 粒径、形状、表面積 ) や粒子間のネッ

酸化炭素変換」に取り組んでいます。

の高効率化を目指します。

は、「粒子集団の化学反応時空間ダイナミクスの情報計測基

トワーク、およびそれらの経時的変化を、同時に、デバイス

盤の構築」です。

動作環境下 ( オペランド ) において、３次元的に直接観察で人類の社会活動により排出される二酸化炭素（CO2）の排同時に、電極構造の精密制御にも取り組みます。現在

出量の削減、再資源化が人類社会の喫緊の課題となっていま

CO2RR の研究では、多孔質電極であり燃料電池にも用いら

蓄電池、燃料電池、触媒などの、化学・電気化学デバイ

きる、放射光分光イメージング手法を開発します。さらに、す。そのような中、電気化学的二酸化炭素還元反応（CO2RR）れるガス拡散電極（GDE）が用いられます。GDE を用いた

スの電極には、( 電気 ) 化学反応を効率的に行わせるために、それにより得られる粒子集団の ( 電気 ) 化学反応状態空間分

は近年、再生可能エネルギー由来の電力を用いた二酸化炭素

CO2RR では、CO2 分子を直接基質として用いることが可能

多数の材料粒子の集団から成る多孔体・複合部材が使われて布および微細構造の大規模・高次元時系列データを、データの再資源化の手法として注目されています。CO2RR では、であり、高い電流密度（反応速度）を実現できます。しかしいます。こうした粒子の集団では、個々の粒子の挙動からは駆動的手法で解析することで、集団に特有の振舞いが生じる

一酸化炭素、メタンやエチレン等の炭化水素をはじめとし、ながら、その構造に起因し、電極内での拡散や物質移動を考予測できなかった、集団に特有の ( 電気 ) 化学反応が生じるメカニズムを理解し、それを基に集団の化学反応ダイナミク

多様な生成物が得られます。しかしながら、生成物の選択性、

慮しなければ触媒の性能を最大限引き出すことは困難です。

ことが知られています。したがって、これらのデバイスの性スを正確に記述できる数理モデルをボトムアップで構築しま

更に反応を進行させるのに伴い生じる過電圧（エネルギーロ

そこで、本研究は電極作製プロセスを検討することにより、

能は、構成粒子単体の性質からだけでは予測不可能であり、す。これにより、これまで知見の乏しかった、ミクロスケース）の低減が課題です。

電極の多孔質構造を制御します。さらに作製した電極の構造

粒子集団の反応とその動的変化、すなわち、集団の化学反応

ル ( 原子・分子スケール ) とマクロスケール ( デバイススケ

以上の背景のもと本プロジェクトでは、従来触媒の生成物と CO2RR 選択性の相関を取ることで、CO2RR を高効率でダイナミクスによっても大きく左右されます。しかしながら、ール ) をつなぐ中間スケールにおける ( 電気 ) 化学的な現象

選択性やエネルギー効率の限界を、（1）触媒開発、及び（2）

進行させることが可能な電極構造の設計指針を確立します。

こうした粒子集団の ( 電気 ) 化学反応の実測は難しく、これへの理解を深めるとともに、得られた知見を活用して、蓄電電極構造の制御、の 2 点より克服することを目指します。特触媒の性能を最大限引き出すことで、一層の CO2RR の生成

までのところ、電極全体の ( 電気 ) 化学的応答から現象を類池等の化学・電気化学デバイスの高性能化・長寿命化、あるに触媒開発で取り組むのは、触媒の精密合成、多元素化です。

物選択性の向上、過電圧の低減を目指します。

推するか、あるいは数値計算により集団の挙動を推定するしいは集団特有の ( 電気 ) 化学反応を利用した新しいデバイス

かありませんでした。

の設計に資することを目指します。

触媒粒子を多元素化することにより、触媒表面上に異なる反

上記のような触媒開発、及び電極構造の解析の一貫したア応サイトを構築し、一つの触媒で複数の反応を効率良く進めプローチにより、従来研究では達成されてこなかった高効率ることが可能です。従来の触媒化学の知見では、同一の触媒

な CO2 電解還元を実現します。

本さきがけ研究
1nm

10µm

100nm
CO2

e-

O

CO2

COOH*

CO*

C
+ H+
+ e-

H

CO

CH4

1cm

1m

Scale

化学・電気化学デバイス
ex. 蓄電池-

Air

Cathode

粒⼦集団特有の(電気)化学反応の3次元オペランド計測

+

Anode

活物質粒⼦

+ nH+
+ ne-

放射光
CO2+CO+C2H4 etc …
電解液(液相)
CO2
(気相)

触媒粒子
(固相)

5 nm

Air + O2

CO2＋生成物(気相)

触媒層(2) 反応場設計(電極構造制御) 触媒担持ガス拡散電極

⼤反応深度

C2H5OH etc(1) 触媒開発(多元系触媒)

セル・プラントの設計
社会実装

⼩
10 μm

・各粒⼦の反応状態
・任意の粒⼦グループの反応状態の統計情報
・粒⼦集団全体の反応状態の平均情報
・およびそれらの経時的変化

・各粒⼦の性状(粒径、形状、表⾯積)
・粒⼦のネットワーク
・物質輸送経路・およびそれらの経時的変化

粒子集団に特有の化学反応ダイナミクスを実測し、その大規模計測データを解析することで、集団特有の振舞いが生じるメカニズムをボトムアップで理解する

岩瀬 和至
kazuyuki IWASE木村 勇太
Yuta KIMURA

プロセスシステム工学研究部門
超臨界ナノ工学研究分野 講師

プロセスシステム工学研究部門
固体イオニクス・デバイス研究分野

東北大学 多元物質科学研究所

粒⼦集団の微細構造情報の取得

C2H4

金属原子

15

“Establishment of an Informatics-Integrated Measurement Framework for Exploring the Spatiotemporal Dynamics of Chemical Reactions in Particle Ensembles” sponsored by JST PRESTO Program

助教

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

16

JST さきがけ｜研究領域：物質探索空間の拡大による未来材料の創製

JST ACT-X ｜研究領域：トランススケールな理解で切り拓く革新的マテリアル「超高温昇温脱離法による無機固体表面分析の革新」「有機ナノ柔粘性結晶の創成と動的機能の創発」“Innovation in Inorganic Solid Surface Analysis by Ultra-High Temperature Programmed Desorption”
sponsored by JST PRESTO Program“Creation of organic nano plastic crystals and emergence of dynamic functionalities” sponsored by
JST ACT-X (Trans-Scale Approach Toward Materials Innovation) program

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野の吉井丈晴助教は、を 10 ppm レベルの高感度で全量測定することに成功していハ イ ブ リ ッ ド 材 料 創 製 研 究 分 野 の 出 倉 駿 助 教 は、JST

め、未だ PC 物質は実用的な機能性材料としての地位を確立

JST さきがけ事業の研究領域「物質探索空間の拡大による未ます。さらに、脱離したガスの種類と温度の情報から、炭素

ACT-X の研究領域「トランススケールな理解で切り拓く革来材料の創製」において 3 期生に採択され、2023 年 10 月

材料中での窒素種の化学結合状態を識別可能であることを見新的マテリアル」において 1 期生に採択され、2023 年 10

そこで本研究では、PC 物質の設計性を爆発的に広げるとより新しい研究プロジェクトに取り組んでいます。採択課題

出しました。窒素ドープ炭素は燃料電池の白金代替触媒とし

月より新しい研究課題に取り組んでいます。採択課題名は「有ともに、その機能を飛躍的に引き上げる手段として、バルク

は、「超高温昇温脱離法による無機固体表面分析の革新」
です。

て有望な材料であり、本手法の確立により次世代エネルギー機ナノ柔粘性結晶の創成と動的機能の創発」です。

PC 物質のナノ化に着目しました。ナノ材料はバルクよりも本プロジェクトでは、独自開発してきた超高温・高感度な真材料の開発が加速されることが期待されます。

するに至っていないのが現状です。

機能性有機材料は環境調和性や資源調達性の観点に加え、格段に大きい比表面積を持ち、その表面・界面の自由度から

空昇温脱離（TPD）法を基盤技術として、無機材料の欠陥・

さらに、超高温 TPD 法を、炭素材料にとどまらない無機

その柔軟性から多様な新デバイスへの応用に貢献している有バルクとは本質的に異なる性質を示すことが無機の金属、半表面に関する新しいキャラクタリゼーション手法の確立を目

固体の分析法として幅広く展開することに挑戦しています。

用な材料群です。中でも有機エレクトロニクスは、理論・実導体、酸化物ナノ粒子の研究から知られています。特に、バ指しています。

測定上限温度の 2,100 ℃までに脱離する様々なガス種が観測験両面からの精力的な研究によって大きな進展を遂げてきま

ルク PC 物質をナノ化することで、表面・界面の導入や結晶TPD 法は試料を加熱し、脱離した化学種を質量分析計に可能であるため、酸化物や窒化物といったマトリックス中のした。一方で近年、固相・液相・気相に次ぐ有機材料に特徴

格子のソフト化によって分子運動性が劇的に向上する可能性

より同定する分析法であり、市販の TPD 装置は無機材料の「欠陥」や「表面」に存在するあらゆる軽元素が分析対象と的な “ 中間相 ” あるいは “ 第四の物質相 ” として、柔粘性結があります。本研究では有機結晶のナノ化によって分子運動分析に広く利用されています。一般に TPD 装置の最高加熱なり得ます。例えば、酸化物中の欠陥・表面に存在する水酸晶（PC）相が注目されています。PC は分子の重心位置は固性・PC 相を制御した “ 有機ナノ柔粘性結晶（PC）” を創成し、

温度は 1,200 ℃程度ですが、材料に強く結合した化学種はこ

基は、結晶全体からするとマイナー種ですが、物性・機能に体と同じく規則性を保ちながら、激しい分子回転運動によっ

強誘電やイオン伝導などの動的機能を創発することを目的にれより高い温度で脱離するため、TPD 法により検出するこ多大な影響を与えることが知られており、重要な分析対象でて液体のような配向無秩序状態を有する特異な相であり、そ据えて研究を進めています。本研究課題を推進することで、とができませんでした。例えば、炭素材料中にドープされた

す。超高温 TPD 法を新しい定性・定量分析法として確立すの分子運動性を活かした高速応答・低抗電場の強誘電体やイ既存のバルク結晶材料をナノサイズにすることで PC 化した

窒素種は 1,800 ℃を超える高温域にわたって脱離するため、ることができれば、従来の非破壊な分光法では分析困難な化

オン伝導媒体、圧力熱量効果などの機能性が報告されていまり、既存の焦電体を強誘電体に変換したり、あるいは Al3+

一般の TPD 装置では全量を分析することができません。こ学構造・相互作用を明らかにすることができる可能性がありす。このように、PC 物質は機能性有機材料に革新をもたらなどの高価数イオンの伝導媒体の実現に繋がる可能性も期待の課題に対して、吉井助教は誘導加熱機構を用いることで、ます。本プロジェクトを通して、高温熱脱離過程に関する学

す物質群としての可能性が見出されつつありますが、バルクされます。

2,100 ℃の超高温まで測定可能であり、かつ高感度な TPD

理を構築し、欠陥・表面の新しい評価軸を提供することを大で PC 相を示す物質は限られており、材料設計性に乏しいた装置を開発してきました。これにより、炭素材料中の窒素種

きな展望としています。

測定対象ヘテロ元素
誘導加熱

質量分析計

無機材料

✕

ターボ分子
ポンプ
放射温度計

2100 ℃

超高温TPD装置

17

炭素材料

酸化物・窒化物

欠陥・表面の新評価法に

吉井 丈晴
Takeharu YOSHII

出倉 駿
Shun DEKURA

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター
ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野 助教

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター
ハイブリッド材料創製研究分野 助教

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

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主な研究成果（2023 年度の研究成果プレスリリースより）2023.04.04 電子源からの電子放出量を 7 倍に増やす 表面コーティング技術を開発 - 電顕や放射光施設の高性能化に期待 -,"New Surface Coating Technology Increases Materials' Electron Emission Seven-fold",
Applied Physics Letters, DOI: 10.1063/5.0142591, 小川修一 , 虻川匡司
2023.04.07 イオン伝導ガラス中のリチウムイオン輸送環境の解明 -Li イオン電荷雲のトポロジカル分析により、ガラス電解質
開発に新たな指針 -, Energy & Environmental Materials , DOI: 10.1002/eem2.12612, 雨澤浩史
2023.04.10 X 線自由電子レーザーで捉えたビフィズス菌酵素の常温構造 - 局所的な構造変化から示唆された酵素反応メカニズム -,Acta Crystallographica Section D , DOI: 10.1107/S2059798323001638, 南後恵理子
2023.04.10 リチウム空気電池を長寿命化するカーボン新素材を発見 - 従来のカーボン正極の劣化をグラフェンメソスポンジで克服 -,Advanced Science , DOI: 10.1002/advs.202300268, 西原洋知
2023.04.27 Li イオン電池より大容量で電圧を大幅に高めたレアメタルフリー空気電池を開発 - 補聴器などに限られた用途が電気自動車やドローンに拡大する可能性示す -, APL Energy , DOI: 10.1063/5.0131602, 藪浩2023.04.28 6G 通信に向けた光源の新原理を提案 - 周波数変換を可能にする時間変調磁性メタマテリアルの実現に期待 -,Physical Review Applied , DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.044080, 菊池伸明 , 岡本聡
2023.05.10 ナノ構造内における強相関電子の量子化条件の特定に成功 - 次世代の量子デバイス開発に新指針 -,Communications Materials , DOI: 10.1038/s43246-023-00354-7, 神田龍彦 , 志賀大亮 , 吉松公平 , 組頭広志
2023.05.18 ゴルジ体の亜鉛調節機構を解明 - ゴルジ体亜鉛トランスポーターの機能不全による病気発症メカニズムの解明に期待 -,"Researchers Shed Further Light onto Zinc Homeostasis in Cells",
Nature Communications , DOI: 10.1038/s41467-023-38397-6, 稲葉謙次 , 天貝佑太
2023.05.19 光による消毒・殺菌でウィズコロナ社会の公衆衛生に貢献 - 深紫外線発光ダイオード（波長 275 nm 帯）の初期劣化
メカニズムを解明 - , Applied Physics Letters , DOI: 10.1063/5.0147984, 秩父重英 , 嶋 紘平
2023.05.19 レーザーでグラフェン単層膜のナノ加工に成功 - グラフェンを利用するナノデバイスの開発を加速する要素技術の実現に期待 -,"Laser-induced Monolayer Graphene Nanoprocessing",
Nano Letters , DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00594, 上杉祐貴 , 小澤祐一 , 佐藤俊一 , 門口尚広 , 小林哲郎
2023.05.31 クライオ電顕により電荷、水素原子、化学結合を可視化 - タンパク質の詳細な化学特性の理解から、創薬への貢献に
期待 -, Communications Chemistry , DOI: 10.1038/s42004-023-00900-x, 米倉功治 , 濵口祐
2023.06.09 DNA 結合タンパク質が標的を探す仕組みを解明 - 液―液相分離した DNA 液滴中での追跡に成功 -,Nucleic Acids Research , DOI: 10.1093/nar/gkad471, 鎌形清人
2023.06.28 軟組織も撮影できる X 線位相イメージング法の高感度化に成功 -X 線位相画像の感度増幅原理を考案・実証 -,Scientific Reports , DOI: 10.1038/s41598-023-36414-8, 百生敦
2023.07.11 サブミリ秒の時間分解能で 四次元 X 線 CT の原理実証に成功 - 実材料の学術研究から産業応用への波及効果に期待 -,Applied Physics Express , DOI: 10.35848/1882-0786/ace0f2, 矢代航
2023.07.19 充放電による蓄電池電極劣化の経時的進行を 3 次元でとらえる新技術を開発 - 全固体電池をはじめとした次世代型蓄電池の長寿命化に貢献 -, Small Methods , DOI: 10.1002/smtd.202300310, 木村勇太 , 雨澤浩史 , 石黒志 , 中村崇司 , 黄溯2023.07.20 「高分子のリングとひも」" マクロロタキサン " の合成に成功 - 時間が経ってもにじみ出さない高分子添加剤として期待 -,Angewandte Chemie International Edition , DOI: 10.1002/anie.202304493, 陣内浩司 , 丸林弘典
2023.07.21 光スイッチ型蛍光タンパク質の反応を可視化 - 高速分子動画解析により光スイッチの仕組みを明らかに -,Journal of the American Chemical Society , DOI: 10.1021/jacs.3c02313, 南後恵理子
2023.07.31 "Selectivity effect of molecular chirality may have universal applications, researchers find",
Nature Communications , DOI: 10.1038/s41467-023-40133-z, 米倉功治
2023.08.01 カーボンナノチューブから生じる近赤外発光を、広範囲・高選択的に波長制御する有機化学的方法を開発 ,Communications Chemistry , DOI: 10.1038/s42004-023-00950-1, 笠井均
2023.08.02 東北大学とブリヂストンがゴムのシミュレーション基盤技術に関する共同研究を開始 , 陣内浩司
2023.08.04 X 線顕微鏡で薄膜型全固体電池を “ 丸ごと ” 可視化 - 電池反応・劣化挙動を総合的に理解し性能向上に貢献 -,ACS Applied Energy Materials , DOI: 10.1021/acsaem.3c01441, 石黒志 , 髙橋幸生
2023.08.07 層状超伝導物質への遷移金属挿入で 超伝導状態の長距離制御に成功 - 量子コンピューターや量子情報通信への応用に
期待 -, Nano Letters , DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01298, 米田忠弘
2023.08.21 3 次元グラフェン造形のキープロセスを解明 -6 員環のエッジに 5 員環や 7 員環が組み込まれてジッピング -,Chemical Science , DOI: 10.1039/D3SC02163G, 吉井丈晴 , 西原洋知
2023.08.23 車体や建物を充電に使う 3D カーボン材料を開発 -3D プリンタで強度と機能性を融合し、全く新しいエネルギー貯蔵へ貢献 -, Small , DOI: 10.1002/smll.202301525, 吉井丈晴 , 西原洋知 , 金丸和也
2023.08.24 マイクロ流路を備え液中で溶質を検出できる 分子センサーを開発 - 疾病を早期発見できる体内埋め込み型などでの実用化に期待 -, ACS Applied Nano Materials , DOI: 10.1021/acsanm.3c02828, 米田忠弘
2023.08.28 クライオ電子顕微鏡により、ゴルジ体の亜鉛輸送体による亜鉛輸送機構の全容を解明 - 細胞の亜鉛恒常性維持機構の理解に大きな進展 -, "Advanced Technology Reveals Intricate Details of Zinc Transportation in Cells",
Nature Communications , DOI: 10.1038/s41467-023-40521-5, Han Ba Bui, 渡部聡 , 稲葉謙次
2023.09.06 多光子顕微鏡技術を利用し結晶の非破壊な 3 次元観察を実現 - 弾性結晶の機械的操作で内部発光が起こることを発見 -,Langmuir , DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c01030, 芥川智行
2023.09.11

無機機能性材料の特性を向上させる新しい手法を開発 - 困難だったアニオン（陰イオン）の組成を電気化学で容易に制御 -, Advanced Functional Materials , DOI: 10.1002/adfm.202307116, 中村崇司 , 山本孟 , 木村勇太 , 勝又琢也 , 雨澤浩史

2023.09.19 温度による酵素の構造変化を分子動画撮影 - 様々な生体高分子のダイナミクスを決定する新たな方法論 -,Nature Chemistry , DOI: 10.1038/s41557-023-01329-4, 南後恵理子
2023.09.21 ポリエチレン分子鎖の向きを可視化することに成功 - 最新の電子顕微鏡法で汎用プラスチックの基礎的構造を観察 -,Nature Communications , DOI: 10.1038/s41467-023-41138-4, 陣内浩司 , 宮田智衆 , 狩野見秀輔

19東北大学 多元物質科学研究所

Measurement

Green Material
Green Life
Green Material
Green Life
Green Life
Green Material
Green Material
Green Life

Green Material
Green Life

2023.09.29 巨大な垂直磁気異方性を示すペロブスカイト酸水素化物の発見 - 水素層と酸素層の協奏効果 -,Journal of the American Chemical Society , DOI: 10.1021/jacs.3c04521, 組頭広志
2023.10.04 無害で安価な新規太陽電池材料の発見 - 人類最初のセレン太陽電池からヒントを得て -,PRX Energy , DOI: 10.1103/PRXEnergy.2.043002, 鈴木一誓 , 小俣孝久
2023.10.10 水 / 高圧氷の界面に液晶らしき “ 未知の水 ” を発見 - ダイナミクスが示唆する未知の水の生成機構と構造の多様性 -,Scientific Reports , DOI: 10.1038/s41598-023-43295-4, 新家寛正

Green Life
Green Life
Green Life
Green Material

Measurement
Green Life
Measurement
Green Life
Measurement
Measurement

Green Material
Green Life
Measurement

2023.11.09

コヒーレント X 線を用いた二つの計測手法の融合 - 不均一な運動の解析がナノスケールからマイクロスケールで可能に -,Physical Review Research , DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.L042019, 髙橋幸生 , 石黒志 , 星野大樹 , 髙澤駿太郎 , 阿部真樹 , 上松英司

2023.11.14

リチウム空気電池用カーボン正極の高容量とサイクル寿命の両立に成功 - 重さがリチウムイオン電池の数分の 1 になる
次世代畜電池実用化に期待 -, "A New Benchmark for High-Performance Carbon Cathodes in Lithium-Oxygen Batteries",
Advanced Energy Materials , DOI: 10.1002/aenm.202303055, 西原洋知

2023.11.20

反強磁性体に隠れた質量ゼロの電子を初めて観測 - 省エネルギー技術や量子デバイスへの応用を拓く -,Nature Communications , DOI: 10.1038/s41467-023-42782-6, 組頭広志

2023.12.01 光回復酵素による損傷 DNA 修復反応を原子レベルで解明 - 反応中間体立体構造の時系列観察で新たな酵素学の扉を開く -,Science , DOI: 10.1126/science.add7795, 南後恵理子
2023.12.15 強力な力を生じる渦キャビテーションの構造を解明 - 発生メカニズム解明と用途拡大に期待 -,Ultrasonics Sonochemistry , DOI: 10.1016/j.ultsonch.2023.106715, 矢代航 , 梁暁宇
2023.12.19 クライオ電子顕微鏡を用いた口紅本来の微視的構造の観察方法を開発 , 陣内浩司 , 濵口祐

キラルな高圧氷と水の界面にキラル液晶らしき水を発見 - 水と鏡のミステリアスな関係 -,The Journal of Physical Chemistry Letters , DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c03006, 新家寛正2024.01.15 Tsai 型近似結晶の特異な磁気相図を解明 - 謎に包まれた準結晶の物性を明らかにする重要な知見 -,"Unlocking the Secrets of Quasicrystal Magnetism: Revealing a Novel Magnetic Phase Diagram"Materials Today Physics , DOI: 10.1016/j.mtphys.2023.101321, 佐藤卓 , 那波和宏
2024.01.15 「光閉じ込め」が期待される 2 次元ダイヤモンド状コロイド結晶の作製 ,Soft Matter , DOI: 10.1039/D3SM01278F, 新家寛正2024.02.01 光合成を担う “ ゆがんだイス ” 型の触媒が、水分子を取り込む瞬間をナノ秒レベルで捉えることに成功！
- 人工光合成の実現へ大きな一歩 -, Nature , DOI: 10.1038/s41586-023-06987-5, 南後恵理子
2024.02.07 誘電体メタ表面のナノ領域で発生する光が結晶のキラリティ制御に有効であることを実証 ,The Journal of Physical Chemistry Letters , DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c03303, 新家寛正2024.02.27 単一分子だけで異なる誘電応答性を示す結晶作成に成功 - お椀型分子で省プロセス・省コストの物性制御が可能な誘電材料に期待 -, Journal of the American Chemical Society , DOI: 10.1021/jacs.3c11311, 芥川智之
2024.02.28 解析が難しい微小結晶試料の構造を高精度で解明 - 新規の薬剤候補物質や有機半導体材料の分子構造解明に貢献 -,Journal of the American Chemical Society , DOI: 10.1021/jacs.3c11523, 米田忠弘
2024.02.29 溶けたパラジウム - 鉄合金の異常な体積膨張の起源を解明 －金属製品開発の高精度化に期待 -,Acta Materialia , DOI: 10.1016/j.actamat.2024.119718, 福山博之 , 高田昌樹
2024.03.06 機械学習で迅速に有効な新規抗菌薬候補分子を見つける新技術を開発 - これまで報告された膨大な候補分子情報を記述子に変換利用 -, Scientific Reports , DOI: 10.1038/s41598-024-53888-2, 中辻博貴 , 笠井均
2024.03.08 紅藻 Cyanidium caldarium の PSI-LHCI 超複合体の立体構造と LHC の分子進化の解明 ,PNAS , DOI: 10.1073/pnas.2319658121, 米倉功治 , 濱口祐
2024.03.11

Green Material
Green Life
Green Material
Green Life
Green Life
Measurement
Green Process

2024.01.10 高周波誘導加熱を用いたマグネシウム製錬に成功 , 柴田浩幸
2024.01.11

Measurement

Green Material

接着と剥離のメカニズムを計測と計算の融合で分子レベルから解明 - 複合材料軽量化や解体性向上で低炭素・循環型
社会に貢献 -, Nature Communications , DOI: 10.1038/s41467-024-46138-6, 陣内浩司

Green Life
Green Material

Green Life
Green Life
Green Life

Green Life
Measurement
Green Material
Green Process
Measurement
Green Material
Green Life
Measurement
Measurement
Green Life

Measurement

2024.03.12 ガラス越しのレーザー照射でナノ加工を実現 - 空気との界面での光の全反射によって加工分解能が飛躍的に向上 -,"A Tiny Spot Leads to a Large Advancement in Nano-processing, Researchers Reveal",
Optics Letters , DOI: 10.1364/OL.517382, 津留詩音 , 小澤祐市 , 上杉祐貴 , 佐藤俊一

Green Material
Green Life

2024.03.18 強誘電性と半導体特性が両立する 新しい有機分子の開発に成功 - 単一分子で作る有機メモリ素子の実現に期待 -,Journal of the American Chemical Society , DOI: 10.1021/jacs.4c00514, 三部宏平 , 芥川智行

Green Material
Green Life

2024.03.22 ナノサイズのパラボラアンテナで光強度を 1 万倍増強 - 太陽光を増幅して化学エネルギー製造反応の実現へ -,The Journal of Physical Chemistry: C , DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c07224, 押切友也 , 中川勝

Measurement

2024.03.29 血液凝固因子の正常な分泌に必須なカーゴ受容体の全長構造をクライオ電子顕微鏡によって解明 - 従来の定説を覆す
四量体の全長構造と亜鉛による制御機構を解明 -, Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-024-46747-1, 渡部聡 , 稲葉謙次

Green Life
Green Life
Green Life

Green Life
多元物質科学研究所は、「グリーン未来創造」に向かう方向の研究を強力に推進しています。
Green Life

この取り組みを社会に向けて可視化するには、分野・センターの区分けは学術的な色彩が強すぎる面もあるため、「グリーン未来創造」に向けたアプローチの種別ごとにチーム化して、Green Material

多元研の取り組みをより分かりやすくしました。

Green Material
Green Life
Measurement

エネルギー材料の創製、新エネルギー源の創製Green Process

脱 / 減 CO2 排出、資源の有効活用と循環、1F 廃炉と恒久的安全確立

Green Life

健康と安全を支える計測技術の開発、未来型医療の基礎科学構築、
未来型医療を実現する物質の創製

Measurement

電子顕微鏡、電子回折、放射光 X 線、走査プローブ顕微鏡

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University202023 年度の主な受賞・表彰 一覧
4月

5月

学生・研究支援令和 5 年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰「若手科学者賞」

川西 咲子

講師

一般社団法人 粉体工学会 2022 年度（第 30 回）「研究奨励賞」

石原 真吾

助教

2022 年度 日本表面真空学会「論文賞」

虻川 匡司

教授

■［籏野奨学基金］多元物質科学研究奨励賞「籏野奨学基金」に基づき、多元物質科学に関連する研究分野で優れた研究成果を挙げ、将来の発展が期待できる多元研の若手研究者等（大学院生も含む）を対象として表彰を行っています。
■［科学計測振興基金］科学計測振興賞・多元物質科学奨励賞「科学計測振興基金」に基づき、様々な物質・材料（生体を含む）に対する「科学計測」技術の研究・開発において卓越した研

公益財団法人 高分子学会「高分子研究奨励賞」

小関 良卓

助教

公益財団法人 鉄鋼環境基金 第 14 回（2023 年度）「技術委員長賞」

玄 大雄

助教

公益社団法人 日本セラミックス協会 第 77 回（2022 年度）
「進歩賞」

鈴木 一誓

講師

令和 5 年度 繊維学会年次大会「優秀口頭発表賞」

丸林 弘典

講師

7月

公益財団法人 双葉電子記念財団 2023 年度「衞藤細矢記念賞」

百生 敦

教授

9月

American Chemical Society, Division of Polymeric Materials: Science and Engineering"The Arthur K. Doolittle Award"

陣内 浩司

教授

The 21st International Conference on Solid-State Protonic Conductors (SSPC-21)"Best Poster Award"

山﨑 智之

助教

Materials Oceania-2023 "eScience Outstanding Presentation Award"

安達 正芳

講師

The 10th International Symposium on Lead and Zinc Processing “Young Author Award”

安達 謙

助教

一般社団法人日本シミュレーション学会 "Outstanding Presentation Award"

上田 亮介

助教

6月

10 月
11 月

12 月

2月

3月

究成果を挙げた東北大学の若手の教員、ならびに「多元物質科学」に関連し優れた研究成果を挙げた大学院生等を奨励し、学術・研究等の成果の普及に寄与することを目的として表彰を行っています。
■ 多元物質科学研究所所長賞
多元物質科学研究所研究発表会において、学生または共同研究拠点・アライアンス次世代若手研究 PI による優秀なポスター発表に授与しています。
■ 多元研プロジェクト
多元研の更なる進展を目指して、多元研教員を対象に毎年「一般テーマ」と「特定テーマ」の 2 つのテーマによりプロジェク
ト研究を公募し、研究費を支援しています。

産学連携
多元物質科学研究所では、無機、有機、バイオなどあらゆる物質・材料の創製、資源から最先端素材までのプロセス、ナノからマクロまでの評価測定、分析技術など、幅広い研究分野の多様性を活かして、社会のニーズに応える産学連携を実施しています。民間企業との 共同研究、受託研究、学術指導、寄付金 の受け入れや、民間の研究者や技術者との交流も積極的に推進しています。また、産学連携等による研究開発に広く利用いただける、最新鋭の 分析評価機器 / 設備 を所有しています。
産学連携に関するお問い合わせ窓口：tagen-sangaku@grp.tohoku.ac.jp

The 50th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry (ISNAC2023) "Ohtsuka
Award" (ISNAC Outstanding Oral Presentation Award for Young Scientist 2023)

山野 雄平

JMST (Journal of Materials Science & Technology) 2023 "Excellent Article Award"

殷 シュウ

学振 PD
■ MaSC、BIP の活用
教授

東北大学産学連携先端材料研究開発センター（MaSC）が開催する技術交流会への参画や、東北大学事業イノベーションセン
ターが実施する支援事業「ビジネスインキュベーションプログラム（BIP）」などの積極的な利用により産学連携を推進してい一般財団法人エヌエフ基金「第 12 回研究開発奨励賞」

出倉 駿

助教

Analytical Sciences Hot Article Award Analytical Sciences “Hot Article 2023”

小倉 祐
福山 真央

技術職員
准教授

公益社団法人日本化学会「第 41 回学術賞」

南後 恵理子教授

公益社団法人日本化学会「第 3 回長倉三郎賞」

南後 恵理子教授

Applied Physics Express “Spotlights-Highlights 2023”

矢代 航

教授

公益財団法人井上科学振興財団「第 40 回井上研究奨励賞」

金城 克樹

助教

日本ホウ素・ホウ化物研究会「学術賞」

寺内 正己

教授

公益財団法人 トーキン科学技術振興財団「第 34 回トーキン科学技術賞 最優秀賞」

大野 真之

准教授

ます。

地域連携活動研究活動を通じて研究成果を広く社会へ還元するだけでなく、企業や政府機関における役職を務めることで、研究者コミュニティーに貢献をしています。また、地域社会との連携や交流の促進を目的として、様々な活動を実施しています。
「学都『仙台・宮城』サイエンスデイ」や「みやぎ県民大学開放講座」、「夏休み大学探検」等の教育イベントにも継続的に参画しています。

※職名は授賞当時のものです。

21

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University22

国際共同研究・教育活動

地域

多元物質科学研究所では、海外の大学や研究機関と学術交流協定を結び、組織的かつ継続的に共同で国際ワークショップを開

国

中近東
クウェート
Middle and Near East Kuwait

締結年

クウェート科学研究所
Kuwait Institute for Scientific Research

2013

催し、研究協力推進を目的とした訪問団を受け入れるなど、積極的に研究者交流の促進を行い、協同研究などを推進しています。

イギリス
United Kingdom

英国リサーチカウンシル中央研究機構ダースベリ研究所
Daresbury Laboratory,Council for the Central Laboratory of the Research Councils

1996■ 2023 年度に開催した国際シンポジウム等の例

ルーマニア
Romania

レーザー・プラズマ・放射物理国立研究所
National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics

2006

ボルドー第一大学 / University of Bordeaux 1

2005*

アルビ鉱山大学 / Ecole des Mines d'Albi-Carmaux

2006*

放射光施設ソレイユ / Synchrotron SOLEIL

2013

ナント大学材料研究所 / Institute of Materials Jean Rouxel,University of Nantes

2014

パリ・サクレ大学 / Paris-Saclay University

2020*

ミシュコルツ大学材料科学工学研究科
Faculty of Materials Science and Engineering,University of Miskolc

2014

イントシンポジウムを開催しました。北京科技大学との共同研究 1 件、共著論文 3 報の成果があります。同年 12 月 10-12 日

ベルリン自由大学物理学科 / Department of Physics,Free University of Berlin

1997には、台北科技大学（台）において、ジョイントシンポジウムを開催しました。台北科技大学との共同研究 3 件、共著論文 2

イエナ・フリードリッヒ・シラー大学固体物理研究所
Institute fur Festkorperphsik, Freidrich-Schiller-Universitat Jena1999

結晶成長研究所 / Institute for Crystal Growth

2006

マックスプランク核物理研究所 / MPIK, Max-Planck-Institut fur Kernphysik

2009

カールスルーエ工科大学 / Karlsruhe Institute of Technology

2011*

マドリード・アウトノマ大学化学部
Chemistry Department of the Universidad Autonoma de Madrid

2013

アリカンテ大学材料研究所 / Materials Institute of Universidad de Alicante2014

トリエステ放射光研究所 / Sincrotrone Trieste,S.C.p.A

2007

ロシア科学アカデミー固体物理学研究所
P.N.Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences

1993

トムスク工科大学原子核物理研究所 / Nuclear Physics Institute,Tomsk Polytechnic University

1997

ロシア科学アカデミーレベデフ物理研究所
P. N. Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences2000

ロシア科学アカデミー極東支部自動制御プロセス研究所
Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of the RussianAcademy of Sciences

2005*

ロシア科学アカデミー地球科学・分析科学研究所
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences

2013

材料科学基礎国立研究所
Institute for Problems of Materials Science, National Academy of Science of Ukraine

2006

メルボルン大学 / The University of Melbourne

2016*

オーストラリア原子力科学技術機構（ANSTO）
Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)

2020*

国際共同研究の推進ならびに若手研究者・大学院生の人材育成を目的として、メルボルン大学（豪）の資源・先進材料に関する分野、ケースウェスタンリザーブ大学（米）の情報科学、生命科学、材料科学に関する分野、北京科技大学材料学院（中）フランスFranceの材料科学分野、アルビ鉱山大学（仏）の資源循環・リサイクル、材料科学に関する分野、及び台北科学技術大学（台）の材
料科学分野を主とする国際的連携を推進しました。
令和 5 年 8 月 1-2 日、本学において、ケースウェスタンリザーブ大学とのジョイントワークショップを情報科学研究科とともに開催しました。ケースウェスタンリザーブ大学との共同研究 2 件、共著論文 1 報の成果があります。同年 11 月 1-2 日には、

ハンガリー
Hungary

オーストラリア大使館主席公使も参加し、本学とメルボルン大学とのジョイントシンポジウムを本学で開催しました。メルボ
ルン大学との共同研究 3 件、共著論文 1 報の成果があります。同年 11 月 13-15 日には、北京科技大学（中）において、ジョ報の成果があります。

ドイツ
Germany
ヨーロッパ
Europe■ 学術交流協定 Academic Exchange Agreements with Foreign Institutions* 大学間協定締結校

地域

国

スペイン
Spain

Agreement on the University Level

機関名

締結年

イタリア / Italy

北京大学ナノ科学技術研究センター / Center for Nanoscale Science and Technology Peking University 1998*
北京大学 / Peking University

1999*

中国科学院長春光学精密機械物理研究所 / Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics 2000

中国
China

アジア
Asia

台湾
Taiwan韓国
Korea

タイ / Thailand

23

機関名

東北大学 多元物質科学研究所

華僑大学材料科学工程学院 / College of Material Science and Engineering, Huaqiao University2001

重慶大学 / Chongqing University

2001*

北京科技大学 / University of Science and Technology Beijing

2002*

鄭州大学材料工程学院 / College of Materials Engineering, Zhengzhou University

2003

蘭州大学 / Lanzhou University

2007*

北京工業大学 / Beijing University of Technology

2010*

西南大学 材料・エネルギー学部 / Faculty of Materials and Energy, Southwest University

2017

台湾工業技術院南分院 / ITRI South, Industrial Technology Research Institute2009

国立精華大学 / National Tsing Hua University, Hsinchu

2009*

国立台北科技大学工程学院 / College of Engineering, National Taipei University of Technology

ロシア
Russiaウクライナ
Ukraineオセアニア
Oceania

オーストラリア
Australia
カナダ
Canadaトロント大学金属・材料科学科 / Department of Metallurgy and Materials Science,University of Toronto 1998
ウォータールー大学 / University of Waterloo

2006*

2018

コロンビア大学化学科 / Department of Chemistry,Columbia University

1995

国立台北科技大学 / National Taipei University of Technology

2019*

1998

全北大学校 / Chonbuk National University

1991*

コロンビア大学理工学部地球・環境工学科 / Department of Earth and Environmental Engineering,
Fu Foundation School of Engineerigand Applied Science,Columbia University
ユタ大学金属工学科 / Department of Metallurgical Engineering,University of .Utah

1998

ソウル大学校 / Seoul National University

1998*

カリフォルニア大学バークレー校 / University of California, Berkeley

2008*

韓南大学ハイブリット材料研究所
Institute of Hybrid Materials for Information and Biotechnology, Hannam University

2003

ケースウェスタンリザーブ大学 / Case Western Reserve University

2015*

成均館大学情報通信用新機能性素材及び工程研究センター
Advanced Materials & Process Research Center for IT, Sungkyunkwan University

2003

マサチューセッツ工科大学電子工学研究科及びマイクロシステム技術研究所
Research Laboratory of Electronics (RLE) and Microsystems Technology Laboratories (MTL),
Massachusetts Institute of Technology (MIT)2015

朝鮮大学校 / Chosun University

2004*

アルゴンヌ国立研究所 APS / APS/Argonne National Laboratory2020*

韓国基礎科学研究院 / Korea Basic Science Institue (KBSI)

2021*

ローレンス・バークレー国立研究所 / Lawrence Berkeley National Laboratory Advanced Light Source

2020*

チュラロンコーン大学 / Chulalongkorn University

2011*

SLAC 国立加速器研究所 / SLAC National Accelerator Laboratory

2021*

北米
North America

アメリカ
USA

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

24

組織図

有機・生命科学研究部門

無機材料研究部門

生命機能分子合成化学 ／ 永次 史

無機固体材料化学 ／ 山田 高広

生命機能制御物質化学 ／ 和田 健彦

スピン量子物性 ／ 佐藤 卓

Division of Organic- and Bio-materials Research

Administration
Meeting

Director

三役会議

研究経営戦略室Managers’ Meeting

Management Strategy
Office

教授会

Faculty Meeting

各種委員会

Inorganic Solid State Materials Chemistry

Synthesis of Organic Functional Molecules

運営協議会

研究所長

Division of Inorganic Material Research

Functional Photochemistry and Chemical Biology

Quantum Spin Physics

ナノスケール磁気機能 ／ 岡本 聡

生体分子構造共共拠点・アライアンス組織
Joint Usage/Research Center & Alliance・CORE²協働センター
・共同研究拠点室

・物質創製・先端計測研究領域部会

Subcommittees

Biomolecular Structure

Nanoscale Magnetism

細胞機能分子化学 ／ 水上 進

ハイブリッドナノシステム ／ 蟹江 澄志（SRIS）

Cell Functional Molecular Chemistry

Hybrid Nano System

生物分子機能計測 ／ 米倉 功治

ナノ機能物性化学 ／ 組頭 広志

Nano Biophysics

Nano Physical Chemistry

無機固体材料合成

生命分子ダイナミクス ／ 髙橋 聡

Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

Biological and Molecular Dynamics

研究部

附属研究施設Research Section

Annexed Research Section

研究支援部門Research Support
Section

技術室

Technical Service
Section

事務部

Administrative
Office量子ビーム構造生物化学 ／ 南後 恵理子

Quantum Beam-based Structural Biology and Chemistry

有機ハイブリッドナノ結晶材料

環境無機材料化学／ 殷 澍

Environmental Inorganic Materials Chemistry

Organic and Hybridized Nanocrystals 有機・生命科学研究部門

 金属資源プロセス研究センター

 広報情報室 機械工場 総務課

高分子ハイブリッドナノ材料 ／ 西堀 麻衣子（SRIS）

 無機材料研究部門

 マテリアル・計測ハイブリッド
研究センター

 安全管理室 ガラス工場

 経理課

ソフト材料 ／ 客員教授 二木 史朗

Division of Organic- and Bio-materials Research
Division of Inorganic Material Research プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

 計測研究部門

Division of Measurements

Center for Mineral Processing and Metallurgy

Materials-Measurement Hybrid
Research Center ソフトマテリアル研究センター
Soft Materials Research Center(共同研究部門)

 非鉄金属製錬環境科学共同研究部門

Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy andEnvironmental Science デクセリアルズ×東北大学 光メタセンシング共創研究所
Dexerials-Tohoku University
Photonic Meta Sensing Co-creation Research Center 日本電子×東北大学 高度マテリアル分析共創研究所
JEOL-Tohoku Univ.
Advanced Material Analysis Co-creation Research Center

Information Branch
Safety Planning Section

Machine Shop
Glass Shop

 図書室
Library 多元CAFTAGEN Central Analytical Facility

General Affairs Section
Finance Section

金属機能設計／ 亀岡 聡

Metallurgical Design for Material Functions

Polymer Hybrid Nanomaterials

物質変換無機材料 ／ 加藤 英樹

Inorganic Materials for Chemical Transformation

精密無機材料化学 ／ 根岸 雄一

Soft Materials

Atomically Precise Materials Chemistry

プロセスシステム工学研究部門

Hard Materials

超臨界ナノ工学 ／ 笘居 高明（FRIS）

計測研究部門

ハード材料 ／ 客員教授 陰山 洋

Division of Process and System Engineering
Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies

Division of Measurements

光物質科学／ 小澤 祐市

量子ビーム計測 ／ 百生 敦

Laser Applied Material Science

Quantum Beam Measurements

固体イオニクス・デバイス ／ 雨澤 浩史

構造材料物性 ／ 佐藤 卓（兼）Solid State Ionic Devices

Structural Physics and Crystal Physics

環境適合素材プロセス ／ 埜上 洋

高分子物理化学 ／ 陣内 浩司

Environmental-Conscious Material Processing

Polymer Physics and Chemistry

材料分離プロセス ／ 柴田 浩幸

量子フロンティア計測 ／ 矢代

Materials Separation Processing

航（SRIS）

Frontier quantum-beam metrology

ハイブリッドナノ粒子プロセス

量子光エレクトロニクス ／ 秩父 重英

Hybrid Nano-particle

Quantum Optoelectronics

プロセスシステム ／ 客員教授 結城 典夫

放射光可視化情報計測 ／ 髙橋 幸生（SRIS）

Process System

Synchrotron Radiation Microscopy and Informatics

固体表面物性 ／ 虻川 匡司（SRIS）

金属資源プロセス研究センター

Solid Surface Physics

Center for Mineral Processing and Metallurgy

ナノ電子プローブ回折計測 ／ 津田 健治

高温材料物理化学 ／ 福山 博之

Nano-Electron Probe Diffractometry

基盤素材プロセッシング ／ 植田 滋

Electron -Crystallography and -Spectroscopy

機能性粉体プロセス ／ 加納 純也

Advanced Scanning Probe Microscopy

エネルギー資源プロセス ／ 桐島 陽

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

High-temperature Physical Chemistry of Materials
Base Materials Processing

電子回折・分光計測／ 寺内 正己

走査プローブ計測技術 ／ 米田 忠弘

Powder Processing for Functional Materials

放射光ナノ構造可視化 ／ 高田 昌樹（SRIS）

Energy Resources and Processing

計測 ／ 客員教授 唯 美津木

エネルギーデバイス化学 ／ 本間 格

Measurements

Chemistry of Energy Conversion Devices

金属資源循環システム ／ 柴田 悦郎

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Metallurgy and Recycling System for Metal
Resources Circulation

Materials-Measurement Hybrid Research Center

原子空間制御プロセス ／ 小俣 孝久

量子電子科学 ／ 髙橋 正彦

Atomic Site Control in Inorganic Materials

Quantum Electron Science

環境適合素材プロセス ／ 埜上 洋（兼 ）※ナノ・マイクロ計測化学 ／ 笠井 均（兼）Environmental-Conscious Material Processing (C)Nano/Micro Chemical Measurements

材料分離プロセス ／ 柴田 浩幸（兼 ）※ハイブリッド炭素ナノ材料 ／ 西原 洋知（AIMR）

Materials Separation Processing (C)※ 協力講座Hybrid Carbon Nanomaterials

非鉄金属製錬環境科学共同研究部門

Hybrid Material Fabrication

ハイブリッド材料創製 ／ 芥川 智行
光機能材料化学 ／ 中川 勝

Collaborative Research Division of Non-ferrous
Metallurgy and Environmental Science

Photo-Functional Material Chemistry

デクセリアルズ×東北大学

有機・バイオナノ材料 ／ 笠井 均

光メタセンシング共創研究所

Organic- and Bio- Nanomaterials

Dexerials-Tohoku University
Photonic Meta Sensing Co-creation Research Center

日本電子×東北大学

高度マテリアル分析共創研究所

ソフトマテリアル研究センター

Advanced Imaging and Modeling Center for Soft-materials

JEOL-Tohoku Univ.
Advanced Material Analysis Co-creation Research Center

25

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University26

有機・生命科学研究部門

無機材料研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

Division of Inorganic Material Research

一分子可視化、細胞内イメージング、構造解析を駆使した生命機能解明、ならびにそれらの機能情報と合成科学手法を融合した核酸医薬創製やドラッグデリバリーシス
テム構築などに取り組んでいます。さらに生命機能と材料科学を融合したバイオミメティックス材料創製など、生命機能解明と物質合成を有機的に結びつけることにより世界をリードする材料・デバイス創製をも目指しています。

無機固体材料化学研究分野、スピン量子物性研究分野、ナノスケール磁気機能研究分野、ハイブリッドナノシステム研究分野、ナノ機能物性化学研究分野、金属機能設計研究分野、環境無機材料化学研究分野、物質変換無機材料研究分野、精密無機材料化学研究分野、ハード材料研究分野（客員）で構成されています。各研究分野では、無機系物質・材料の高機能化や特性制御、デバイス化、機能発現機構の解明等に関する研究を行っています。

Research activities of our division include design and synthesis of novel molecules for controlling biomolecular and cellular function, development of single
molecular methods for elucidation of mechanism of biologically relevant macromolecules, and biochemical and biophysical studies for understanding
enzyme mechanisms of physiolodical significance.

Division of inorganic material research consists of laboratories of Inorganic Solid State Materials Chemistry, Quantum Spin Physics, Nanoscale
Magnetism, Hybrid Nano System, Nano Physical, Inorganic, Metallurgical Design for Material Functions, Environmental Inorganic Materials Chemistry,
Inorganic Materials for Chemical Transformation, Atomically Precise Materials Chemistry, Hard Materials.

教授 ｜ Professors

教授 ｜ Professors

永次 史

Fumi NAGATSUGI

遺伝子発現の化学的制御を目指した方法論の開発
Development of the strategy for the control of gene
expression

米倉 功治

Koji YONEKURA

電子線三次元結晶構造解析、高分解能クライオ EM
Electron 3D crystallography, High-resolution cryo-EM

和田 健彦

Takehiko WADA

核酸有機化学・生命化学を活用した生命機能の積極的制
御と超分子不斉光反応系の創成
Chemical Biology and Functional Photochemistry髙橋 聡

Satoshi TAKAHASHI

一分子蛍光観察によるタンパク質のフォールディングと機能の解明
Dynamics of proteins based on single molecule
fluorescence detection

水上 進

Shin MIZUKAMI

機能性分子設計による細胞機能の可視化と制御
Imaging and regulation of cellular functions with functional
molecule design

南後 恵理子Takahiro YAMADA

西堀 麻衣子（SRIS） Maiko NISHIBORI

蟹江 澄志 (SRIS)

Kiyoshi KANIE

機能性無機ナノ粒子のサイズ・形態制御液相合成とハイ
ブリッド材料開発への展開
Size- and Shape-Controlled Synthesis of Functional
Inorganic Nanoparticles and Application to Develop SelfOrganized Hybrid Materials

殷 澍

Shu YIN

グリーンプロセスによるセラミックスの環境応答機能性
創出
Creation of environmental responsive functionality ofceramics by green process
客員教授｜ Visiting Professor

客員教授｜ Visiting Professor
Shiroh FUTAKI

准教授 ｜ Associate Professors

陰山 洋

鬼塚 和光

荒木 保幸

小和田 俊行

Kazumitsu ONIZUKA

Yasuyuki ARAKI

Toshiyuki KOWADA

RNA を標的にした新規化学ツールの開発
Development of novel chemical tools
targeting RNA

新規円二色性測定法の開発と生体機能分子等の構造変化検出への応用
Development of new circular dichroism
spectroscopy and its application to theconformational change dynamics of
biomolecules

機能性小分子を用いた生体機能の可視化と制御
Visualization and manipulation of
biological functions using functional
small molecules

Nobuhisa FUJITA
準結晶構造の幾何学模型に関する理論的研究とそれに基づく構造安定性及び 物 性 の 解 明 ｜ Geometrical modelingof quasicrystals and structure-based
studies on the stability and physicalproperties of quasicrystals

長谷川 拓哉

細野 新

金城 克樹

Takuya HASEGAWA

Akira HOSONO

Katsuki KINJO

固体化学に立脚した光機能性無機材料の開発
Development of new photo-functional
materials based on solid-state chemistry

非酸化物のプロセシング技術と材料機能検討
Development of material processing
and physical property on non-oxide
compounds

中性子散乱測定による金属間化合物の
内部自由度に起因する特異な電子状態の研究 ｜ Research on unique electronic
states originating from internal degrees
of freedom in intermetallic using neutron
scattering technique

吳 紘丞

谷口 卓也

石上啓介

Hung-Cheng WU

Takuya TANIGUCHI

Keisuke ISHIGAMI

中性子散乱による機能性量子材料の研究
Neutron scattering research on
functional quantum materials

磁壁移動現象の研究 / スピン波伝播現象の研究計算科学を活用した新規材料開発
Magnetic domain-wall motion / Spinwave propagation

ベイズ統計と機械学習を活用した永久磁
石材料の外場応答の理解
Understanding the external field
response of permanent magnet
materials using Bayesian statistics andmachine learning

Rong LIU

陶山 めぐみ鄧 子建

鄒泉蛍光プローブを用いた細胞内金属イオンの定量的可視化
Quantitative imaging of cellular metal
ions using fluorescent probes

Megumi SUYAMA

Zijian DENG

Quan ZOU

構造因子の精密制御による配位子保護金
属クラスターの集積化とその機能開拓
Controlled-assembly of ligand-protected
metal cluster in atomic precision and its
application

有機−無機ナノ複合材料に基づくヘテロ
接合触媒研究Study of organic-inorganic nanoparticlesbased heterojunction construction andapplication

機械学習を活用したサイズおよび形態御製された無機ナノ粒子の開発
Machine learning guided developmentof size and shape controlled inorganic
nanoparticles(SRIS)

ケミカルセンサーによる新規分子認識機構の解明
Novel Molecular Recognition Mechanism
by Chemical Sensors

先端放射光計測によるナノスケールの構
造・機能相関の多元的可視化
Multimodal visualization of nanoscale structure/property ensemble
by advanced synchrotron radiation
measurement

講師｜ Senior Assistant Professors

助教｜ Assistant Professors

松本 光代
Mitsuyo MATSUMOTO

腫瘍における転写因子の機能解析と転写因子を標的とした核酸医薬の開発
Functional analysis of tumor-relatedtranscription factors and development of
nucleic acid drugs targeting them.

人工分子やタンパク質を応用した細胞機
能の可視化
Application of artificial molecules andproteins for imaging cellular functions

大環状テトラジンを用いたバイオ直交反応活性化システムの開発とその応用
Development of activatablebioorthogonal reaction systems withmacrocyclic tetrazines and theirapplications

豊永 拓真

池内 健

Takuma TOYONAGA

Ken IKEUCHI

Yuji ITOH

志賀 大亮

鈴木 博人（FRIS）

神田 龍彦

クライオ EM を用いた生命ナノデバイスの高分解能構造解析
High-resolution structural analysis of
biological nanodevices using cryo-EM

細胞内チェックポイント機構の分子構造解明
Structural biology of intracellularcheckpoint machinery

一分子蛍光測定を用いたタンパク質ダイ
ナミクスの解明
Investigation of protein dynamics
by single-molecule fluorescencemeasurements

Daisuke SHIGA

Hakuto SUZUKI

Tatsuhiko KANDA

酸化物ナノ構造の放射光計測と物質設計
Synchrotron analysis of functional oxides
and synthesis of oxide nanostructures

藤原 孝彰

田口 真彦

二宮 翔

共鳴非弾性 X 線散乱による量子物質の素励起の研究Resonant inelastic x-ray scattering studyof elementary excitations in quantum
materials

酸化物ナノ構造における量子機能の設計と放射光計測Design and synchrotron analysis
of quantum functionalities in oxide
nanostructures

Takaaki FUJIWARA

Masahiko TAGUCHI

Sho NINOMIYA

時分割測定による生体高分子の作用機序の解明
Elucidation of mechanism of
biomacromolecules by time-resolved
experiments

時分割実験と連携した計算科学による生体分子機能の理解とその応用
Understanding of biomolecular function
by computational science linked with
time-resolved experiment and its
application

X 線イメージングとスペクトルシミュ
レーションを用いた不均一材料中ナノ構造体の形成過程 ｜ Formation processof nanostructure in heterogeneousmaterials using X-ray spectroscopic
imaging and spectral simulation

大川 采久

吉野 隼矢

徐 鉅威

Ayahisa OKAWA

Shunya YOSHINO

Chu-Wei Hsu

液相反応場を用いた機能性バルクセラ
ミックスの創出
Development of Functional Bulk
Ceramics Using Liquid Phase Reaction
Field

人工光合成を指向したエネルギー変換型
光触媒の開発Development of photocatalysts forenergy conversion aiming at artificial
photosynthesis

酸窒化物光触媒による水分解
Water splitting by oxynitride
photocatalysts(FRIS)伊藤 優志(SRIS)

Satoko SUZUKI

助教 ｜ SAKURA プロジェクト

増井 友美

27

助教｜ Assistant劉熔

助教 ｜ SAKURA プロジェクト

鈴木 仁子

講師｜ Senior Assistant Professors

液晶性有機無機ハイブリッドナノ粒子の開発
Development of liquid crystalline
organic-inorganic hybrid nanoparticles

高分解能単粒子解析、トモグラフィー
High-resolution single particle analysis,
Tomography

Ira NOVIANTI

Yuichi NEGISHI

中性子散乱を用いた新しい磁気秩序や磁気励起の開発Exploring new magnetic orders andexcitations using neutron scattering
technique

Sachiko OHYAMA

Ippei TAKASHIMA

根岸 雄一

金属クラスターの構造制御とエネルギー・環境触媒への応用
Structure control of metal clusters and their application inenergy and environmental catalysts

藤田 伸尚

大山 祥千子

髙嶋 一平

Hideki KATO

Satoshi KAMEOKA

Masaki MATSUBARA

Hirofumi KUROKAWA

Development of functional nucleic
acids and their application

加藤 英樹

水分解光触媒およびバイオマス変換のための固体触媒の開発
Development of inorganic materials aiming at
photocatalytic water splitting and biomass conversion

亀岡 聡

新奇金属・合金触媒材料の設計と調製
Research and development of novel metallic materials forcatalysis

松原 正樹

黒河 博文

核酸を標的とした分子認識機構に基づく
新規高機能人工分子の開発
Development of the intelligent
molecules targeted to nucleic acids
based on the molecular recognition

Hiroshi KUMIGASHIRA

Satoshi OKAMOTO

Kazuhiro NAWA

Tasuku HAMAGUCHI

Ahmed Mostafa Abdelhady

組頭 広志

放射光計測に基づく酸化物ナノ構造の機能設計
Design of novel functionalities in oxide nanostructures
based on synchrotron analysis

岡本 聡

低損失軟磁性材料およびデバイス創成 / 高性能永久磁石
材料の原理研究 / 超高密度磁気記録技術の開発- Low-loss soft magnetic materials and devices- Magnetization reversal processes of the highperformance permanent magnets- Ultra-high-density magnetic recording technology

Hiroshi KAGEYAMA

准教授 ｜ Associate Professors

講師｜ Senior Assistant Professors

Hidenori OKAMURA

Taku J SATO

那波 和宏

濵口 祐

岡村 秀紀

佐藤 卓

中性子散乱を用いた固体中のスピンダイナミクス研究
Neutron scattering research on the spin dynamics incondensed matters

Eriko NANGO

タンパク質ダイナミクス解析と分子制御への応用
Analysis of protein structural dynamics and its application
to molecular control

放射光 X 線分析を用いた機能材料の特性発現メカニズムと構造形成ダイナミクスの解明｜ Function expression
mechanism and structure formation dynamics of hybridmaterials using synchrotron radiation X-ray analysis

二木 史朗

山田 高広

新規無機化合物の探索と機能性材料の開拓
Exploration of novel inorganic compounds anddevelopment of functional materials

東北大学 多元物質科学研究所

Tomomi MASUI

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University28

プロセスシステム工学研究部門

計測研究部門Division of Process and System Engineering

Division of Measurements

プロセスシステム工学研究部門は、超臨界ナノ工学、光物質科学、固体イオニクス・デバイス、環境適合素材プロセス、材料分離プロセス、ハイブリッドナノ粒子プロ
セスの各分野を網羅する部門であり、実用化研究を重点的に実施しています。扱う素材は、ナノレベルからマクロレベルまで多種多様ですが、基礎となる学問は物理化学、
無機工学、プロセス工学と共通です。

新規な高機能材料開発をめざして、電子、中性子、レーザー、マイクロ波、X 線、放射光などの様々な粒子や電磁波を用いて、新しい計測・解析手法開発を推進します。
また、機能発現のメカニズム解明を含めて、基盤となる原子・分子分光学、表面科学、ナノ界面科学、固体物性科学などの研究領域の新たな展開を図ります。

Division of Process and System Engineering contains Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies, Laser Applied Material Science, Solid State Ionic
Devices, Environmental-Conscious Material Processing, Materials Separation Processing, Hybrid Nano-particle so that we focus our investing on thepractical application of highly-functional materials. Common basic academic fields are physical-chemistry, inorganic engineering, and process technology.

Aiming at new high-performance materials, advanced measurements and analyses methods are developed using various particles such as electrons
and neutrons, lasers, electromagnetic waves, X-rays, and synchrotron radiation. Including interpretation of the underlying mechanisms of functioning, we
will achieve a new development of the research areas of atomic and molecular spectroscopy, surface science, interfacial nano-science, and condensed
matter physics.

教授 ｜ Professors

教授 ｜ Professors

笘居 高明（FRIS）

Takaaki TOMAI

超臨界流体を利用したエネルギー・物質変換プロセスに関する研究
Advanced process for energy/materials conversion using
supercritical fluids埜上 洋

Hiroshi NOGAMI

反応動力学解析に基づく革新的素材プロセスの開発
Development of Novel Material Production Processes

小澤 祐市

Yuichi KOZAWA構造化した光の開拓と応用
Development and application of structured light

柴田 浩幸

雨澤 浩史

Koji AMEZAWA

固体イオニクスに立脚した環境調和型エネルギー変換デバイスの開発Development of environmentally-friendly energyconversion devices based on solid state ionics

Atsushi MOMOSE

矢代 航（SRIS）

Wataru YASHIRO

量子ビームイメージング法の開発
Development of quantum beam imaging methods

Hiroyuki SHIBATA

酸化物および⾦属の⾼温特性High temperature properties of oxides and metals

虻川 匡司（SRIS）

客員教授｜ Visiting Professor

結城 典夫

百生 敦

Ｘ線位相イメージング手法の開拓
Development of X-ray phase imaging

Tadashi ABUKAWA

表面構造解析と電子状態解析
Research of sturucture and electronic structure ofsurfaces

Norio YUKI

米田 忠弘
夏井 俊悟

助永 壮平

Shungo NATSUI

Sohei SUKENAGA

観測と計算を融合した高温分散系の力学的探求
Exploration of Dynamics in HighTemperature Dispersion System by
Combining Observation and Calculation

ケイ酸塩系高温融体およびガラスの物理
化学的性質と微構造
Relation between micro-structure andphysico-chemical properties for silicate
melts and glasses

Tadahiro KOMEDA

単一分子のスピン自由度を用いたデバイス開発
Development of Devices using Single Molecule Spin
Degree of Freedom

准教授 ｜ Associate Professors

佐藤 卓（兼）Taku SATO (c)陣内 浩司

Hiroshi JINNAI

量子ビーム実験を用いた構造物性研究
Structural science of materials using quantum beam
experiments

電子顕微鏡を用いたソフトマテリアルの精密構造解析
Analysis of nano-structures in soft materials by electron
tomography

秩父 重英髙橋 幸生（SRIS）

Shigefusa F. CHICHIBU

ワイドバンドギャップ半導体量子ナノ構造創成と時間空間分解スペクトロスコピー
Exploration of wide bandgap group III-nitride and group IIoxide semiconductor quantum structures and spatio-timeresolved spectroscopy

津田 健治

Kenji TSUDA

Yukio TAKAHASHI

次世代のコヒーレント X 線イメージング法の開発とその応用
Development of next-generation coherent X-ray imaging
method and its applications

寺内 正己

Masami TERAUCHI

収束電子回折法による局所結晶構造・静電ポテンシャル
分布解析法の開発と応用
Development of local crystal structure and electrostatic
potential analysis and its applications

電子顕微鏡を用いた構造・電子状態解析
Electron crystallography and spectroscopy by electron
microscope

高田 昌樹（SRIS）

客員教授｜ Visiting Professor

Masaki TAKATA

放射光による物質の電子密度レベルでの可視化構造科学の構築
Development of Materials Structural Visualization Sciencevia Synchrotron Radiation

唯 美津木

Mizuki TADA

准教授 ｜ Associate Professors

嶋 紘平

篠田 弘造

Yoshichika SEKI

Kohei SHIMA

Kozo SHINODA

中性子・X 線位相計測法の開発
Development of phase measurementwith neutron and X-ray

ワイドバンドギャップ半導体を用いた高効率光電子デバイスの開発
Development of high-efficiency
optoelectronic devices using widebandgap semiconductors

鉄・非鉄製錬プロセス関連物質中の元素
選択的局所構造解析と化学状態評
Element selective characterizationof local structure and chemical state
in materials related to ferrous andnonferrous smelting processes

高山 あかり星野 大樹（SRIS）

佐藤 庸平

Akari TAKAYAMA

Taiki HOSHINO

Yohei SATO

放射光を用いた新奇 2 次元材料の電子状態と構造解析の解明
Electronic structure and structural
analysis of exotic 2D materials bysynchrotron radiation

コヒーレント X 線散乱手法による非平衡・不均一系のダイナミクス解析
Dynamical analysis of non-equilibrium
and heterogeneous systems by coherent
X-ray scattering technique

電子ナノプローブを用いたナノマテリア
ルの誘電特性解析
Analysis for dielectric properties of nanoscale materials using nm electron probe

江島 丈雄（SRIS）

山本 達（SRIS）

Takeo EJIMA

Susumu YAMAMOTO

軟Ⅹ線相関顕微法の開発とその生物細胞観察応用
Development of Soft X-ray Correlation
Spectromicroscopy applying to Bio-cells

放射光 X 線オペランド計測による触媒
表面科学の開拓
Catalytic surface science opened bysynchrotron radiation X-ray operando
measurements

講師｜ Senior Assistant Professors

岩瀬 和至
Kazuyuki IWASE
新規ナノ材料開発と電極触媒応用に関する研究
Development of novel nanomaterials
and application to electrocatalysis

助教 ｜ Assistant Professors

上杉 祐貴

木村 勇太

丸岡 伸洋

Yuuki UESUGIYuta KIMURA

Nobuhiro MARUOKA

光による電子ビーム制御法の開発
Development of electron beam
controlling technique by light外場によるエネルギー貯蔵／変換デバイ
ス用材料の物性制御
Tuning the properties of the materials forthe energy storage/conversion devices
with an external field

高温プロセスを基盤とする持続可能シス
テムの開発
Development of sustainable system
based on the high temperature process（SRIS）

關 義親

講師｜ Senior Assistant Professors

高橋 純一
Junichi TAKAHASHI
新規機能性材料の探索と特性評価
Research and characteristic evaluationof new functional materials

宮田 智衆

高岡 毅

Tomohiro MIYATA

Tsuyoshi TAKAOKA

透過型電子顕微鏡法を用いた高分子材料の原子分解能解析
Atomic-scale analysis of polymericmaterials using transmission electron
microscopy

固体表面における分子の運動機構の解明
Exploration of mechanism of molecularmotion on solid surfaces

助教 ｜ Assistant Professors
助教 ｜ SAKURA プロジェクト

田辺 綾乃

Ayano TANABE

上田 亮介

山本 孟

梁 暁宇

Ryosuke UEDA

Hajime YAMAMOTO

Xiaoyu LIANG

X 線イメージング法の開発及び応用
Development and application of X-ray
imaging

新規遷移金属酸化物探索と量子ビームを用いた構造物性研究
Exploration of new transition metaloxides and structural science ofmaterials by quantum beams

4D Ｘ線イメージングシステムの開発
Development of 4D x-ray imaging
system

森川 大輔

松本 高利

羽多野 忠（SRIS）

Daisuke MORIKAWA

Takatoshi MATSUMOTO

Tadashi HATANO

4D-STEM 法による結晶界面・ナノドメ
イン構造の局所構造・静電ポテンシャル
分布解析
Local structure and electrostatic
potential analysis of crystal interface andnanodomain structures using 4D-STEM

In silico による高感度・高選択的な機能性試薬の設計開発
Design and development of highsensitive and selective functional
reagent in silico

軟Ｘ線多層膜結像ミラーの開発
Development of soft X-ray multilayer
imaging mirrors

助教 ｜ SAKURA プロジェクト

金子 房恵

29

東北大学 多元物質科学研究所

Fusae KANEKO

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University30

金属資源プロセス研究センター
Center for Mineral Processing and Metallurgy■ ミッション Mission

教授 ｜ Professors

福山 博之

Hiroyuki FUKUYAMA

高温反応場を用いた機能材料の創製と熱物性計測法の開発High-temperature processes and measurements ofmaterials

桐島 陽Akira KIRISHIMA

核燃料サイクルのバックエンド化学およびＮＯＲＭを含むレアメタル鉱石の処理
Backend chemistry in nuclear fuel cycle and Processingof Rare Metal Source containing NORM

小俣 孝久

植田 滋

Shigeru UEDA

高温素材プロセス
High temperature material processing

本間 格

Itaru HONMA

ナノテクノロジー、先端機能材料プロセッシングと次世
代蓄電池
Nanotechnology, advanced functional materials
processing, and next-generation secondary battery

加納 純也

Junya KANO

機能性粉体プロセスの創成とシミュレーションによる粉体プロセスの最適化
Development of New Functional Powder Processing andOptimum Design of Powder Processing by Numerical
Simulation

柴田 悦郎

Etsuro SHIBATA

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築
Establishment of Metal Resources Circulation System
Based on Nonferrous Smelting Industry

Takahisa OMATA

東北大学多元物質科学研究所（多元研）は金属資源を学術

近年では、これらのプロセス分野ではグリーンイノベーシ

および技術的見地から研究してきた（旧）選鉱製錬研究所をョンの推進に向けて、従来技術からの転換が進められていま

母体の一つとしています。多元研では、先端的材料研究や新す。本センターはカーボンニュートラル化を達成する新プロ

学術領域の推進に加え、2018 年 4 月に新たな研究組織としセスの開発など、戦略的ミッションを遂行できる研究母体とて金属資源プロセス研究センターを設立しました。

して、今後の我が国に重要な問題に対応します。 また、東本センターでは、鉄および非鉄金属の製造プロセスをはじ

北地域の関連大学等機関の中核となる研究拠点の形成さらにめとして、廃棄物資源化プロセス、核燃料プロセス、資源循

産官学連携研究を推進する「選鉱及び金属製精錬分野の研究

環・処理プロセス、都市鉱山プロセスなどに対して、社会基教育拠点」として東北大学の材料科学研究推進に貢献します。

盤を支える金属の選鉱・製精錬に関する学理を総合的に再集

新たなエネルギー材料の創製
Development of inorganic energy materials

結し、未来の担い手の育成と金属資源産業の継続的発展をめざしています。

准教授 ｜ Associate Professors

大塚 誠

打越 雅仁

髙井 千加

Makoto OHTSUKA

Masahito UCHIKOSHI

Chika TAKAI

多機能性薄膜材料の高機能化と新規デバ
イスの開発
Improvement of properties for multifunctional thinfilms and development ofnovel devices

高純度精製技術を活かした非鉄金属製錬法の改善と新規開発
Novel non-ferrous metallurgy based on
the technology of ultrahigh purification

粒子の構造設計と機能化および評価手法の確立
Structural Design, Functionalization, andEvaluation of Particles

大野 真之

村上 美和

ドライ アルンクマール

Saneyuki OHNO

Miwa MURAKAMI

Arunkmar DORAI

先端機能材料開発と全固体電池
Development of advanced functional
materials and all solid state battery

固体高分解能 NMR によるイオン伝導体の解析
Application of high-resolution solid-state
NMR to ion-conduction materials

NMR を用いた電解質の拡散測定
Diffusion measurement of electrolytes
using NMR

戦略的研究課題

産官学連携人材育成

金属選鉱・製精錬プロセス

産業界からの人材受け入れ

廃棄物資源化プロセス

社会人教育

核燃料プロセス

産官学連携研究推進

金属資源循環プロセス

東北地域の中核的研究拠点

都市鉱山プロセス

東北大学 " 材料科学拠点 " への学術的貢献

Strategic Research Agenda

Industry-Academia Collaboration Human Resource Development

Processes of Dressing and Refining Metals

Acceptance of Human Resources from Industry

Process of Recovering Resources from Waste

Educate Engineers and Members of Society at Related Fields

Uuclear Fuel Processes

Promote Industry-Government-Academia Collaborative Research

Metal Resources Circulation and Disposal Processing
Urban mining Processes

講師｜ Senior Assistant Professors

安達 正芳

秋山 大輔

鈴木 一誓

Masayoshi ADACHI

Daisuke AKIYAMA

Issei SUZUKI

窒化アルミニウム単結晶の新規液相成長法の開発
Development of novel liquid phasegrowth method for aluminum nitride
single crystal

福島第一原子力発電所事故により生じた
燃料デブリの処理・処分の研究
Study on Fuel Debris Disposal at
Fukushima Daiichi Nuclear Power
Station

酸化物・ナルコゲナイド半導体のエネル
ギー応用
Application of oxide and chalcogenide
semiconductors to energy harvesting
devices

李森

岩間 崇之

久志本 築

Sen LI

Takayuki IWAMA

Kizuku KUSHIMOTO

Fe-Cr フラックスを用いた AlN 単結晶の溶液成長法の開発
Solution growth of AlN single crystals
using Fe-Cr based flux.

乾式・湿式素材プロセス、リサイクルプロセス
Pyrometallurgy, hydrometallurgy andrecycling process

湿式ボールミル内砕料粒子の運動および破壊挙動のシミュレーション
Simulation for analyzing dynamic andbreakage behaviors of particles in wetball milling

横田 優貴

菅野 杜之

ヤン ヒューブナー

Yuki YOKOTA

Moriyuki KANNOJan HUEBNER

微量元素分析を目的とした前処理プロセスの高速化と自動化
Acceleration and automation of
pretreatment processes for analyzing
trace elements

ナノテクノロジーと先端機能材料プロ
セッシング
Nanotechnology and advanced
functional materials processing

新世代固体電池（SSB）の材料設計、合成、プロセス
Material design, synthesis andprocessing of new generation of Solid
State Batteries (SSB)

宋鵬

安達 謙

山﨑 智之

Peng SONG

Ken ADACHITomoyuki YAMASAKI

新規超伝導水素化物および機能材料の設計
Material informatics for the design ofnovel superconducting hydrides andfunctional materials

ハイドレートメルト系・溶融塩系における金属の電気化学
Electrochemistry of metals in hydratemelts and molten salts

水素化物材料の電子デバイス応用
Application of hydride materials toelectronic devices

助教 ｜ SAKURA プロジェクト

英 穂波

31

Honami HANABUSA

東北大学 多元物質科学研究所

Education of Human Resources from Industry■ 研究分野 Laboratories
高温材料物理化学研究分野｜福山博之

金属資源循環システム研究分野（柴田悦郎教授）

基盤素材プロセッシング研究分野｜植田滋

原子空間制御プロセス研究分野（小俣孝久教授）

機能性粉体プロセス研究分野｜加納純也

環境適合素材プロセス研究分野（埜上洋教授）*

エネルギー資源プロセス研究分野｜桐島陽

材料分離プロセス研究分野（柴田浩幸教授）*

High-temperature Physical Chemistry of Materials | Hiroyuki FUKUYAMA

Base Materials Processing | Shigeru UEDA

Powder Processing for Functional Materials | Junya KANO

助教｜ Assistant Professors

Core Research Center for the Tohoku Region

Energy Resources and Processing | Akira KIRISHIMA

Metallurgy and Recycling System for Metal Resources Circulation | Etsuro SHIBATA

Atomic Site Control in Inorganic Materials | Takahisa OMATA

Environmental-Conscious Material Processing | Hiroshi NOGAMI

Materials Separation Processing | Hiroyuki SHIBATA

エネルギーデバイス化学研究分野｜本間格 **Chemistry of Energy Conversion Devices | Itaru HONMA* 協力研究部門* * センター長■ ロゴマークについて About our logo
金属をイメージしたキューブと、循環を連想させる矢印を組み合わせたロゴマークは金属キューブからの分離と融合が地球（円）の中で抽出・製精錬・分離などの金属資源循環の様子を表したものです。さらに小さなキューブはこれからの時代を担う人材をイメージしており、これを下から支える矢印は力強いものにします。
Our logo consists of a metallic cube, set in the center of arrows that represent circulation. It
represents the phases of metal resource circulation (extraction, refining, and separation) that
happen in the separation and fusion of metals in the earth (the circle). The smaller cube also
represents the people that will be supported by this center, and so the arrow that comes fromunderneath to support it was made a powerful one.

■ 金属資源プロセス研究センターウェブサイト
https://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/cmpm/

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

32マテリアル・計測ハイブリッド研究センター
Materials-Measurement Hybrid Research Center

教授 ｜ Professors

髙橋 正彦

Masahiko TAKAHASHI

電子衝突を用いた静的および動的分子科学
Molecular science using electron collisions from the staticto the timeresolved regime

中川 勝

Masaru NAKAGAWA

ナノインプリント・アライメント技術開発による極限
ナノ造形・積層の材料化学・プロセス科学
Material chemistry and process science for ultimate nanofiguration based on development of nanoimprint andalignment technologies

西原 洋知（AIMR）

Hirotomo NISHIHARA

炭素系ハイブリッド材料の調製と応用
Development of carbon-based hybrid materials and theirapplications

笠井 均

芥川 智行

Tomoyuki AKUTAGAWA

多重機能性を有する新しい分子集合体の創製
Fabrication of new molecular-assemblies with multifunctional properties

Hitoshi KASAI

次世代ナノ薬剤の創出
Creation of new generation nano-drugs

量子電子科学研究分野

ナノ・マイクロ計測化学研究分野

ハイブリッド炭素ナノ材料分野

ハイブリッド材料創製分野

光機能材料化学分野

有機・バイオナノ材料分野

准教授 ｜ Associate Professors

渡邉 昇

福山 真央

押切 友也

Noboru WATANABE

Mao FUKUYAMA

Tomoya OSHIKIRI

電子散乱分光を用いた分子内電子運動の研究
Investigation of electronic motions inmolecules using electron scattering
spectroscopya

マイクロメートルサイズの界面を利用した微量分析化学操作の開発
Interface chemistry in micrometer scale
for the miniaturization of analyticalsystems

微細加工によって作製したナノ構造の近接場を用いた新規光化学反応場の創製
Creation of photochemical reaction fieldby controlled/modulated near-field on
metallic nanostructures.

講師｜ Senior Assistant Professors

岡 弘樹

Kouki OKA
革新的な有機エネルギー材料の創製
Creation of innovative organic energy
materials■ 沿革

助教｜ Assistant Professors

鬼塚 侑樹

吉井 丈晴

中辻 博貴

Yuuki ONITSUKA

Takeharu YOSHII

Hirotaka NAKATSUJI

電子コンプトン散乱を用いた化学反応ダ
イナミクスの研究
Dynamics study on chemical reactions
using electron Compton scattering

カーボン系材料と計測の融合研究
Interdisciplinary study of carbon-basedmaterials and measurement

カーボン系材料のマイクロ・ナノ構造の制御とそのバイオマテリアル応用
Bio application of micro-nano structure
controlled carbon-based materials■ 取り組み

より活力のある、特徴のある研究所としてのさらなる発毎年開催する「マテリアル・計測ハイブリッド研究センタ展を目的として、多元物質科学研究所の発足後 20 年を経たーシンポジウム」では、関連分野の最先端研究者の招待講演

2021 年に新たな研究組織体制へと変更が行われました。こを拝聴し、当センターの各研究室からの成果発表を行い、交の組織変更にあたり、ユニークな物質・材料と独自の計測を流や連携を深化させる取り組みを行っています。「マテリア推進し、これまで優れた成果を挙げている、計測研究部門のル・計測ハイブリッド研究センター若手フォーラム」では、

2 研究室と高分子・ハイブリッド材料研究センター（令和 3

当センターの若手研究者が企画し、大学・公的研究機関の若年 3 月廃止）の 4 研究室が参集し、「物質創成の学理及び計手研究者をお招きして、成果発表をお互いに交えることで、測評価による材料開発研究を行うことにより、新機能高分子

新たな研究への開拓を進めています。当研究センターでは、材料及び有機・無機ハイブリッドナノ材料の開発並びに応用センター独自の研究を介した若手育成を推進するために、セ研究を推進するとともに、材料開発ニーズと連携した新たなンタープロジェクトを推進しています。

出倉 駿

佐藤 鉄

新家 寛正

Shun DEKURA

Tetsu SATO

Hiromasa NIINOMI

水素 / イオン－電子相関型分子集合体の開拓と新奇物性探索
Developments of hydrogen/ion–electroncorrelated molecular assemblies andtheir novel physical properties

錯体・機能性有機材料を用いた協奏的機能発現
Exploration of concerted functions using
metal complexes and functional organic
materials

ナノ構造体の近接場を駆使した自己組織化の制御と物性計測技術の開発
Control of self-assembly anddevelopment of physical property
measurement technique using near-fieldon nanostructures.

小関 良卓

施宏居

て、6 研究分野からなる当センターは 2021 年 4 月に発足いYoshitaka KOSEKI

Hiroi SEI

薬剤ナノ粒子の創製と新規ドラッグデリ
バリーシステムの構築
Creation of nano drugs toward novel
drug delivery system

ガス ･ 分子の分離 ･ 検出 ･ 変換材料の開発
Development of separation, sensing,and conversion materials of gases andmolecules

たしました。

計測技術開発及びそれらの融合研究をすることを目的」とし■ 2023 年度の実績
2023 年 度 は、 論 文 64 報、 受 賞 30 件、 特 許 出 願 23 件、国内学会発表 158 件、国際会議発表 91 件の研究成果を発信いたしました。詳細は、当センターのホームページ※ に掲載■ 研究分野量子電子科学研究分野｜髙橋正彦

された本報告書を御覧下さい。本研究センター教員が一丸とQuantum Electron Science | Masahiko TAKAHASHI

なって、ユニークな研究の推進、学部・大学院生の教育、若ナノ・マイクロ計測化学研究分野｜笠井均（兼）手研究者の育成、社会との連携に取り組んでまいります。

Nano/Micro Chemical Measurements | Hitoshi KASAI

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野｜西原洋知
Hybrid Carbon Nanomaterials | Hirotomo NISHIHARA

ハイブリッド材料創製研究分野｜芥川智行※マテリアル・計測ハイブリッド研究センターホームページ
https://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/mmh/html/index.html

Hybrid Material Fabrication | Tomoyuki AKUTAGAWA

光機能材料化学研究分野｜中川勝※

Photo-Functional Material Chemistry | Masaru NAKAGAWA

有機・バイオナノ材料研究分野｜笠井均

Organic- and Bio- Nanomaterials | Hitoshi KASAI※センター長33

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

34

ソフトマテリアル研究センター
Advanced Imaging and Modeling Center for Soft-materials

材料科学の分野において、AI 技術、ビッグデータ解析のかにし、材料構造の改変による機能・物性の改良をシステマ

本研究センターは、マテリアルサイエンスとライフサイエ

応用により、材料の計測・分析データを用いて開発期間の短ティックに予測するデータ駆動型の材料開発アプローチが可ンスの双方のソフトマテリアルを対象に、それぞれ計測と解合し、より確かな可視化情報を提供します。

縮、低コスト化を目指す「データ駆動型材料開発」の取り組■ ライフサイエンス／計測・解析グループ

象解明をシームレスに行い、マルチモーダル計測結果とも融能となってきています。一方、小さな分子か “ ひも状 ” につ析の研究者からなる 4 つの活動グループから構成されます。

みが世界各国で加速されています。この様な流れの下、マテながった高分子・ゲル・ゴム・コロイド・ミセル・液晶・粘研究テーマごとに、この 4 つの活動グループに所属する研最先端のクライオ電子顕微鏡を用い、単粒子解析法によるリアルサイエンスとライフサイエンスの両分野におけるデー

土・生体高分子（タンパク質、糖質、DNA）などの “ ソフト究者が専門性を加味して選抜され、プロジェクトチームを形

高分解能三次元構造情報の取得、薬剤や有機材料分子の極タ駆動型材料開発を、電子顕微鏡を中核に、次世代放射光とマテリアル ” は、スケールの異なる様々な構造単位が階層性成して、課題をワンストップで解決します。

微小結晶からの電子線三次元結晶構造解析（マイクロ ED）、も連携するマルチモーダル計測と、マルチスケール解析を高をもって形作られるため、「階層」に合わせたマルチモーダ

各グループの特徴は下記のとおりです。

細胞組織などのトモグラフィー解析等を行います。また、位次元で融合することにより革新的に躍進させ、ソフトマテリ

ル計測とマルチスケール解析を高度に融合させることが必須■ マテリアルサイエンス／計測・解析グループ

相法等のさまざまな最先端的な手法を駆使して、生体分子やアルの新たな設計・解析ソリューションを社会に展開するこであり、データ駆動型アプローチは容易ではありません。

 プラスチックやゴムなどの高分子材料、および高分子に微有機化合物の可視化を実現し、創薬、生命科学、材料科学のとを目的として、2020 年 8 月にソフトマテリアル研究拠点

本研究センターは、マテリアルサイエンス分野のみならず、細な無機固体を分散した複合材料など産業活動で必須のソフ

分野での課題解決・検証を可能にします。

を設立いたしました。そして 2024 年 4 月に多元物質科学研

ライフサイエンスの基礎研究、医療・創薬、感染症への対応

トマテリアルについて、高分解能透過型電子顕微鏡解析法を■ ライフサイエンス／計算・解析グループ

究所ソフトマテリアル研究センターに改組しました。

やバイオテクノロジー等を視野に入れ、広範なソフトマテリ

中心に、ナノ領域の軟 X 線スペクトル法、電子エネルギー クライオ電子顕微鏡などで得られた生体分子のデータを効

東北大学は、電子顕微鏡の研究では長い歴史と実績を有し、アルに対して、計測と解析とを綿密に連携しながら、観察・損失分光法（EELS 法）などを駆使したマルチモーダル解析

率的に分析する手法や実験データを補間するダイナミック

世界に冠たる金属材料をはじめとするマテリアル研究を支え

理論・計算・メカニズム解明までをトータルに扱う国内初のを進め、センター内の計算・解析 Gr. と連携し、次世代放射な分子挙動を MD シミュレーションなどにより提供します。

研究センターです。

光施設とも連携しながら高度な構造・機能の可視化を実現し分子構造を粗視化した DPD シミュレーション、細胞や臓器ます。

スケールに適した有限要素法など異様々な数値シミュレーシ■ マテリアルサイエンス／計算・解析グループ

ョン手法をシームレスに結合することで、マルチスケール・ ソフトマテリアルとその複合材料について、電子レベルか

マルティフィジックスな生体シミュレーション環境を提供しら全原子スケール、粗視化スケールに亘るダイナミクスや現ます。

てきました。金属材料や無機材料では、結晶構造や電子状態
を電子顕微鏡・放射光による計測と計算の融合によって明ら

ソフトマテリアルのワンストップ・ソリューション提供
ソフトマテリアルの原子・分子レベルの姿を、最先端の電子線解析を中心とするマルチモーダル計測と、
マルチスケールでの計算科学を融合することで可視化し、ソフトマテリアルの諸課題をワンストップで解決します。

ソフトマテリアル研究センターの構成

NanoTerasu（ナノテラス）マルチモーダル計測

ソフトマター開発

マルチスケール解析

社会実装

東北大学

東北大学 多元物質科学研究所
最適設計・データ科学

熱機械特性計測

SXES

次世代放射光

マイクロスケール
有限要素解析
分子動力学
第一原理計算クライオTEM｜ソフトマテリアル研究センター長｜ロゴ

陣内 浩司 教授

「融合」と「発展」をモチーフにしており、二重螺旋は「計測」と「計算」、遺伝子やバイオを表現しています。竜巻のように広がるデザインは、融合した要素が AIMcS の研究成果により、世界が発展するイメージを表しています。

Hiroshi JINNAI, Professor｜ センターに関する問合せ先
ソフトマテリアル研究センター
社会連携グループ（担当：竹井）
電話：022-217-3543
Mail：softmaterial-contact@grp.tohoku.ac.jp
URL：https://softmaterial.tagen.tohoku.ac.jp/

計算・解析Gr.

陣内 教授（Gr.長）
寺内 教授
百生 教授
津田 教授
髙橋 (幸) 教授
西堀 教授
蟹江 教授
佐藤(庸) 准教授
白須 准教授
宮田 講師

川勝 教授（Gr.長）
小林（広）教授
大関 教授
山川 教授
岸本 准教授小松 准教授
川越 助教
村島 助教
森田 研究員

米倉 教授（Gr.長）
和田 教授
原田 教授
権田 教授
南後 教授
濱口 准教授石川 教授（Gr.長）
梅津 教授
菊川 准教授
吉留 准教授社会連携Gr.

竹井特任教授（Gr.長）

岡部教授
吉田特任教授
真下産学連携
教授

ライフ
サイエンス

TEM

TSC ※1
学内研究
インフラ

計測・解析Gr.

マテリアル
サイエンス

NMR

メゾスケール
有限要素解析

ソフト

セ ン タ ー 長： 陣内教授
副センター長： 川勝教授
顧 問：伊藤教授
（東大）
、高原教授
（九大）

ソフトマター開発のワンストップ・ソリューション

計測と計算の融合

ソフトマテリアル研究センター

Advanced Im※1 東北大学テクニカルサポートセンター※2 産総研・東北大数理先端材料モデリングオープンイノベーションラボラトリ

本センターで実施する共同研究の特長

研究センターでは、以上のグループが各々の有する世界最が抱える多様で複雑な問題を、本研究センターの多様な科学

東北大学では、ますます重要性を増しているソフトマテリアル分野でワンストップ・ソリューションを社会に提供するため、クライオ電子
先端レベルの科学技術を融合し、社会連携グループを窓口と者が企業の科学技術者とともに解くべき課題に分解し、計顕微鏡を含む一連の先端電子顕微鏡群や次世代放射光を含むマルチモーダル計測とマルチスケール計算科学を融合し、社会連携
測・計算融合を武器にスピーディーに解決することを目指し機能も具備したソフトマテリアル研究センターの活動を進めています。
のワンストップソリューションを社会に提供します。産業界ます。
また企業の社内教育の一環として人材育成する体制（例えば学位取得）も強化しています。

して産業界の科学・技術者とも連携して、ソフトマター開発

従来の共同研究とソフトマテリアル研究センターの研究体制の違い
35

東北大学 多元物質科学研究所

従 来の 共 同 研 究

ソフトマテリアル研 究センター の 研 究 体 制Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University36

非鉄金属製錬環境科学共同研究部門

デクセリアルズ×東北大学

Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy
and Environmental Science

Dexerials-Tohoku University
Photonic Meta Sensing Co-creation Research Center

光メタセンシング共創研究所

住友金属鉱山共同研究ユニット

Non-ferrous Metallurgy / Urban Mines / Thermodynamics / Ultra High
Purification

福山 博之 教授（兼任）

専門分野・キーワード

Hiroyuki Fukuyama, Professor(C)光／情報／メタセンシング／ソリューション

柴田 浩幸 教授（兼任）

主な活動内容Photonics ／ information ／ meta-sensing ／ solution

Hiroyuki SHIBATA, Professor(C)
主な研究テーマ

打越 雅仁 准教授

・ 製錬・精錬技術の体系的理解に基づくプロセスの高効率化
・ 低品位鉱石対応製錬技術の開発
・ 非鉄金属製錬における基礎的熱力学データの検証と拡充
・ 金属の超高純度精製と超高純度材料の物性• High efficiency of pyro- and hydro-metallurgy based on systematic
understanding of fundamentals• Development of low grade ore smelting• Verification and expansion of the basic thermodynamic parameters ofnonferrous metallurgy• Preparation of ultrahigh purity materials and their intrinsic properties

Masahito UCHIKOSHI, Associate Professor
masahito.uchikoshi.b5@tohoku.ac.jp
研究テーマ：

高純度精製技術を活かした非鉄金属製錬法の改善と新規開発
Novel non-ferrous metallurgy based on the technology
of ultrahigh purification

岡本 秀征

客員教授

Hideyuki OKAMOTO, Visiting Professor

定的発展が望まれます。国内製錬業は、国内資源が乏しいことに加さらされています。銅、亜鉛、鉛、アルミニウム、貴金属類などの1. 鉱石及び都市鉱山からの有価金属抽出技術の先進化
2. ゼ ロエミッション化を目指した環境負荷副産物を活用する機能性材料開発
3. 未活用鉱石からの有価金属の効率的抽出技術の開発などの課題解決が必須であり、そのための人材育成も欠かせません。

教育

非鉄金属製錬環境科学
共同研究部門研究

本共同研究部門は 2023 年度から第二期を迎え、金属資源プロセ

対象とするアウトリーチ活動、研究を通した社会人、大学生・大学
院生の実践的教育による人材育成、非鉄金属製錬業界との連携による産業の振興を図ります。

金属資源プロセス
研究センター

工学研究科

環境科学研究科

図．研究部門と関連組織との連携

For Stable Development of Non-ferrous
metallurgical Industry

湖海 結菜 特任助教
Yuina KOKAI,
Specially Appointed
Assistant Professor創出を目指しています。
デクセリアルズは、企業ビジョン「Value Matters 今までな
また、具体的な共同研究テーマの探索と推進の取組みを通しかったものを。世界の価値になるものを。」のもと、電子部品、て、超高速光通信・未来エネルギーに関わる高度技術人材層を接合材料、光学材料など機能性材料の開発・製造・販売を手掛
厚くし、未来社会を担う人材の育成を推進します。
けるメーカーで、微細加工の量産技術として独自のロール toロール方式を有しております。
デクセリアルズ（株）
東北大学
光メタセンシング共創研究所で社会課題解決への貢献
は、デクセリアルズグループが有
微細表面加工・アライメント技術
光をコントロールする技術
半導体開発基盤によるナノレベルでのする独自技術である微細加工技術
ロール to ロール方式での異種接合形成技術・超高精度計測技術
や光半導体技術と、東北大学が保インプリント量産技術・光デバイス技術有する高精度計測、微細加工と原微細加工応用製品
子・ナノレベルでの接合・積層化（拡大図）
高速光通信素子の学術を組み合わせた研究テーマの探索に取り組みます。そして、
IoT 社会を支える高速光通信や光センシングなどのフォトニクス分野において、未だ開拓されていなセンサー応用い領域やこれまでにない水準での拡散マイクロ
反射防止フィルム
2波長PD
新技術・製品・ソリューションのレンズアレイモスアイタイプ（ ㈱京都セミコンダクター製品）
レーザー加工孔版印刷＋光ナノインプリント形成による※極限ナノ造形※2022.3 より デクセリアルズグループ

Carry out next-generation research to realize our near-future society composed of photonics
and information.

写真．共同研究部門看板

写真．アウトリーチ活動

Dexerials Corporation is a manufacturer providing functional
materials for use in smartphones, automobiles and otherdomains in accordance with its corporate vision, Value Matters Unprecedented innovation, unprecedented value.
This Research Center will have an operating structure underwhich highly skilled specialists from both parties will work
together to further step up academic-industrial collaborationand expand joint studies. Tohoku University owns science andtechnology in new materials, high precision measurement,ultra-fine processing and bonding and stacking at atomic andnanometer levels, while Dexerials Group holds technologies
in materials, micro-nano fabrication and other processing andoptical semiconductors. Based on these technologies, we will
aim to create new technologies, products and solutions in thefield of photonics at unprecedented levels in unexplored areas.

In addition, we will accelerate development of personnel thatcan play central roles in the new era in these fields.

（例）Dexerials 特有の微細加工技術

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

Toshiaki HAYAKAWA,
Visiting Professor

Roll to Roll方式による連続形状転写の概念図
微細構造
原盤
微細構造形成済みのフィルム

紫外線硬化型樹脂（液状）フィルムの流れ方向
フィルム基材紫外線光源

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University38

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

Stable development of the metallurgical industry is desired forsteady supply of metallic materials which are the fundamentals
of infrastructure for society. The metallurgical industry is
exposed to severe situation. For sustainable development of
the non-ferrous metallurgical industry, the following issues
must be resolved.
1. Advancement of extraction technology,
2.Development of functional materials utilizing
environmentally unfriendly by-products,
3. Development of efficient extractive metallurgy from unusedores,
Furthermore, cultivation of human resources involving in thisfield is also important.
Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy andEnvironmental Science enters the second term from 2023. It isaimed at cultivation of human resources by outreach activities
targeting school students and general public, practical mindededucation and stimulation of non-ferrous metallurgical industry
collaborating with industrial society.

早川 俊昭 客員教授

Yuichi AKAGE,
Specially Appointed
Associate Professor

Division of Inorganic Material Research

課題解決を目的とする研究を中心軸に据え、小中高生、一般の方を

赤毛 勇一 特任准教授

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

37

ス研究センターとの密接な協力関係のもと、非鉄金属製錬が抱える

masaru.nakagawa.c5@tohoku.ac.jp※運営支援責任者

光と情報が織りなす近未来社会の実現に貢献する次世代研究の展開

え、近年の鉱石の劣質化や、国際的競争の激化など、厳しい状況に生産に関わる非鉄金属製錬業が持続的に発展するためには、(1) Pursuit and expansion of joint research subjects
B y utilizing our mass production imprint technology using high-precision
microstructure roll together with high-sensitivity photodiode optical devices, we will
explore new technologies, products, and solutions in photonics field such as highspeed optical communications and sensing that will lead to creation of new businessarea at unprecedented levels.
(2) Human resource development
We will develop personnel that can play central roles in the new era in photonics
industry field.

yoshifumi.ueno.b1@tohoku.ac.jp※運営総括責任者

Division of Organic- and Bio-materials Research

非鉄金属製錬業界
関係学協会

社会基盤の基である金属素材の安定供給のためには、製錬業の安Outline of activity

中川 勝 教授（兼任）
Masaru NAKAGAWA,
Professor(C)有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

非鉄製錬業の安定的発展のために（１）共同研究テーマの探索と拡大推進
量 産を実現している高精度な微細構造 Roll 型を用いたインプリント技
術、高感度なフォトダイオード光デバイスの技術を活用し、高速光通信
やセンシングをはじめとするフォトニクス分野において、まだ開拓されていない領域やこれまでにない水準での新技術・製品・ソリューション
の創出につながる具体的な共同研究テーマの探索と推進を行う（２）人材育成
フォトニクス分野において次世代を担う人材を育成する

上野 祥史 特任教授
Yoshifumi UENO,
Specially Appointed Professor

Collaborative Research Division

非鉄金属製錬／都市鉱山／熱力学／超高純度精製共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

日本電子×東北大学

生命機能分子合成化学研究分野

永次史研究室

高度マテリアル分析共創研究所
JEOL - Tohoku University
Advanced Material Analysis Co-Creation Research Center

Synthesis of Organic Functional Molecules

Fumi NAGATSUGI Lab

Advanced Material analysis ／ Advanced Electron Microscopy analysis
主な研究テーマ

杉沢 寿志 特任教授

寺内 正己 教授（兼任）

Hisashi SUGISAWA,
Specially Appointed Professor
hisashi.sugisawa.b4@tohoku.ac.jp

Masami TERAUCHI, Professor(C)masami.terauchi.c4@tohoku.ac.jp｜運営総括責任者｜ Operation Manager• 高度マテリアル分析技術の探索研究• 次世代電子顕微鏡技術の探索研究• ナノテラスとの連携ソリューションの探索• Exploratory research on Advanced Material Analysis• Exploratory research on Advanced electron microscopy analysis• Exploration of the cooperation solution with NanoTerasu｜運営支援責任者、
分光解析技術の探索研究｜ Operation support Manager &Exploratory research on spectroscopy
analysis

津田 健治

教授（兼任）
Kenji TSUDA, Professor(C)kenji.tsuda.b6@tohoku.ac.jp｜構造解析技術の探索研究｜ Exploratory research on structure
analysis穐本 智

高度マテリアル分析技術の探索と展開
共同研究部門「次世代電子顕微鏡研究部門」（2019 年 8 月

陣内 浩司

教授（兼任）
Hiroshi JINNAI, Professor(C)hiroshi.jinnai.d4@tohoku.ac.jp｜運営｜ Operation｜ポリマー解析技術の探索研究｜ Exploratory research on polymer
analysis

機器と次世代放射光施設ナノテラスとの連携ソリューションを目指し、オープンイノベーション型の共同研究体制の下、マテ

米倉 功治 教授（兼任）

リアルの研究・開発者とともに、より困難な課題解決につながる計測・分析技術の高度化・革新を目指す。

Koji YONEKURA, Professor(C)koji.yonekura.a5@tohoku.ac.jp

朝比奈 俊輔 特任教授

Shunsuke ASAHINA,
Specially Appointed Professor
Shunsuke.asahina.a5@tohoku.ac.jp

Exploration of advanced material analysis andthe cooperation solution with NanoTerasu

fumi.nagatsugi.b8@tohoku.ac.jp

鬼塚 和光

准教授
Kazumitsu ONIZUKA, Assosiate Professor

主な研究テーマ• 細胞内での遺伝子発現制御を目指した架橋反応性核酸の開発• 核酸高次構造に結合する人工分子の開発• RNA を標的とした新規化学ツールの開発• 核酸を標的とした分子認識機構に基づく新規高機能人工分子の開発

岡村 秀紀

助教
Hidenori OKAMURA, Assistant Professor

アハメド モスタファ アブデルハディ

助教
Ahmed Mostafa Abdelhady, Assistant Professor• Development of the crosslinking molecules for control of gene expression in cells• Development of the artificial molecules for binding to the higher-ordered structureof nucleic acid• Development of the novel chemical tools targeted to nucleic acids• Development of the intelligent molecules targeted to nucleic acids based on themolecular recognition

遺伝子発現の化学的制御を目指したケミカルバイオロジー
ゲノム解析が終了し、実際に蛋白質として発現される遺伝子はわずか 2％のみであり、残りの 98% はタンパク質をコードしない、
noncodingRNA(ncRNA) として生体機能の維持調節に極めて重要な働きをしていることが明らかとなってきています。これらの遺伝子発現制御機構における破たんは、様々な病気の原因になることから、新たな創薬標的としての期待も高まっています。私たち｜走査分析技術の探索研究｜ Exploratory research on scanningbeam technologyの研究室では、細胞内で遺伝子発現を制御する機能性分子を独自に設計・合成し、既存の分子ではできない新たな機能を持つ人工分子の開発を目標に研究を行っています。既に私たちの研究室では高機能を持つ核酸医薬として、標的遺伝子に対しピンポイントの反応性で架橋形成する人工核酸を開発し、効率的な遺伝子発現

Division of Inorganic Material Research

制御に成功しています。さらに、遺伝子発現で重要な機能を果た
すことが分かってきた核酸高次構造に結合する分子の開発にも成功しています。現在、さらなる高機能化人工分子の開発を目指し

日本電子株式会社
ハイエンド理化学機器の開発と販売

共創研究所
半導体用機能材料やソフトマテリアルの
高分解能観察技術、高精度分析・解析技術の確立↓
半導体産業、カーボンニュートラル社会構築に貢献
半導体材料・デバイス

クライオEM

東北大学
軟X線発光分析システム

Development of Intelligent Molecules for the
Regulation of Gene Expression in Cells

高分子材料

TEM
有機半導体の層状結晶構造

EPMA

タイムリーな階層的構造解析・分析を実現するシステムの提供

マイクロED

ナノ粒子分散ゴムのナノスケール変形挙動解析

O O
N N
NH
N
O

RNA
O

O

G-quartet(G4) DNA
O
N

O
O

ナノテラスHPよりAlkylation to G4

OMe

N

N

N

H N

N H
H

N
O RNA

Division of Process and System Engineering

共創研究所とナノテラスの連携

Our research activities have focused on the creationof functional molecules that exhibit specific recognition
and reaction to the DNA and RNA. The functional
oligonucleotides incorporating such intelligent agents would
enable chemical modulation of gene expression with highsequence-selectivity at a single nucleoside level. Recent
progress in our group includes achievement of highly efficient
cross-linking reaction with specificity toward cytosine at thetarget site. We have applied the new cross-linking agent toantisense inhibition of gene expression in cell. Now, we study
about higher functional intelligent molecules for regulationof gene expression. We expect that our research can be
expanded to "In Cell Chemistry" in future.

Cross-linking to target
RNA

HN

O

O

N

H
N
O

N

39

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

40

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

NMR

FIB-SEMて研究を行っています。

次世代電子顕微鏡技術の研究

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

Based on the successful results of the collaborative researchsection of IMRAM, Advanced Electron Microscopy (2019.82024.3), we develop it more and plan the extension to new
advanced material analysis technologies. At the same time,
aiming at the cooperation solution with the tip analytical
instruments and the next-generation synchrotron facility of
NanoTerasu, we aim the innovation of the analysis techniques
to be connected for a more difficult problem necessary for thecontinuous development of our society.

｜バイオ解析技術の探索研究｜ Exploratory research on biomaterial
analysiscontrol of the gene expression ／ intelligent artificial nucleic acid ／cross-linking agents ／ non-coding RNA

Division of Organic- and Bio-materials Research

マテリアル分析技術への展開を図る。それと同時に、先端分析教授
Fumi NAGATSUGI, Professor

遺伝子発現制御／機能性人工核酸／クロスリンク剤／機能性 RNA

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門-2024 年 3 月）の成果を引継ぎ、さらに発展させて新たな高度特任教授
Satoru AKIMOTO,
Specially Appointed Professor
satoru.akimoto.c7@tohoku.ac.jp

永次 史

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

高度マテリアル分析／次世代電子顕微鏡技術

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

生命機能制御物質化学研究分野

細胞機能分子化学研究分野

Functional Photochemistry and Chemical Biology

Cell Functional Molecular Chemistry

和田健彦研究室

水上進研究室Takehiko WADA Lab

Shin MIZUKAMI Lab

bioimaging ／ fluorescent probes ／ photofunctional molecules ／ protein engineering

takehiko.wada.d3@tohoku.ac.jp

荒木 保幸

・ 高効率触媒的標的 RNA 切断機能付与型人工核酸の創製
・ 癌細胞選択的薬効発現人工核酸の開発
・ 癌細胞選択的薬物運搬システムの開発
・ 生体高分子を不斉反応場とする超分子不斉光化学の構築
・ 光励起状態制御基づく新規円偏光発光有機材料設計指針構築• 細胞内分子動態・機能を可視化定量する蛍光センサーの開発• 疾患機構や生理機能を調べる為の小分子−蛋白質ハイブリッド材料の開発• 光を用いて細胞機能を操作する技術の開発• 先進的顕微鏡技術に資する可視化プローブの開発• 高輝度レーザー顕微鏡技術に有用な光耐性蛍光色素の開発

松本 光代

助教
Mitsuyo MATSUMOTO, Assistant Professor

鈴木 仁子 助教（SAKURA）など生体高分子の、次世代インテリジェント型ナノバイオ機
能材料への活用を目指し、論理的設計・合成と物理化学的手法を活用した機能 / 物性解明を中心に研究を推進していま

Ippei TAKASHIMA, Assistant Professor

イラ ノヴィアンティ 助教
IIra NOVIANTI, Assistant Professor

劉 熔 助教Rong LIU, Assistant Professor

細胞機能の可視化と光制御を可能とする機能性分子の開発と応用築などを、有機化学から物理化学、そして生命化学分野まで

生体内および生細胞内では、蛋白質・核酸・糖などの様々能制御を可能とする新技術を開発しています。具体的には、幅広い研究を展開しています。

な生体分子が相互作用しながら機能しています。それらの生細胞内局所における金属イオンの定量イメージングを可能と

Peptide Ribonucleic Acid (PRNA)

体分子の真の役割を解明するには、他の生体分子との相互作する蛍光プローブや、光照射によって蛋白質間相互作用を誘PRNA用が保たれた状態、すなわち生きた状態でそれらの挙動・機起し、細胞内シグナル伝達を制御するケージド化合物・フォ

target RNA

PRNA

target RNA

能を観察することが重要です。当研究室では、有機化学・高トクロミック化合物の開発などを行っています。これらの機答し、正常細胞では副作用を発現しない安全・安心な癌細胞

分子化学・蛋白質化学等の技術に基づいて新たな機能性分子

能性分子を蛍光顕微鏡観察と組み合わせることにより、細胞や脳梗塞など虚血細胞選択的人工核酸医薬の創製や、キメラを設計・合成し、特に光を用いた生体分子の可視化および機内分子の生理機能や疾患機構の本質に迫ります。

す。例えば、癌細胞や低酸素状態疾患細胞に特有の環境に応

人工核酸と名付けた細胞内で RNaseH を活用し標的 RNA の
高効率触媒的切断機能を付与した人工核酸医薬の設計・合成、そして細胞・動物試験での有効性実証実験に取組んでいます。

不斉反応場として活用する環境調和型超分子不斉光反応系構

Normal Cell (pH 7.2)

Works as Effective Oligonucleotide Therapeutics

DNA duplex

nucleitargetRNA

No Complexation: No Off-Target Effects

Development and applications of functional probes for visualization and optical control ofcellular functions

PRNA

Cancer Cell Specific
Recognition andComplexation

Translation

Effective Oligonucleotide Therapeutics Function

Construction of molecular systems to control biological functions and elucidation andutilization of the photo-excited states

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

biopolymers as chiral reaction media for the trying torealize of a sustainable society.

and optical control of biomolecular dynamics andfunctions. Specifically, we are focusing on fluorescentprobes that allow quantitative imaging of metal ions insubcellular compartments, and caged and photochromic
compounds that induce protein-protein interactions
and control intracellular signaling by light irradiation. By
combining these functional molecules with fluorescencemicroscopy, we are aiming to clarify the physiological
functions of intracellular molecules and mechanisms ofvarious diseases.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

42

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

Wada Laboratory aims to utilize biopolymers such as
nucleic acids and proteins as next-generation intelligent
nano-biofunctional materials through rational design,synthesis, and physicochemical methods to evaluate
their function. For example, 1. Design and synthesis ofcancer cell-selective artificial nucleic acid therapeutics
that respond to the specific environment of ischemic
cells such as cancer cells and cerebral infarction cells
and suppress side effects on normal cells, 2. design andsynthesis of chimeric artificial nucleic acid therapeutics
that efficiently and catalytically cleave target RNA
with RNaseH and demonstrate the efficacy of theconcept at cell and animal levels have been conducted.
Furthermore, we have been working in a wide rangeof fields from organic chemistry to physical chemistry
and biochemistry, including the design and synthesis ofnovel circularly polarized luminescent organic materials
based on the elucidation of the photoexcited states,
and the construction of supramolecular asymmetricphotoreaction systems using proteins and otherIn living cells and organisms, various biomolecules
function while interacting with each other. To elucidate
the physiological roles of these biomolecules, it isimportant to monitor their behaviors and functions
under conditions where interactions with otherbiomolecules are maintained, i.e., in a living state.
We have designed and synthesized novel functional
molecules exploiting various molecular technologies
based on organic chemistry, polymer chemistry,and protein chemistry, and so on, for visualization

Division of Inorganic Material Research

機材料設計指針構築、そしてタンパク質など生体関連分子をCancer Cell (pH 5.8)

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

さらに有機分子の光励起状態解明に基づく新規円偏光発光有Neutral pH

Cancer Cell

Division of Organic- and Bio-materials Research

当研究室では、DNA や RNA などの核酸そしてタンパク質髙嶋 一平 助教

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

生命機能制御分子系構築と制御戦略の提案・光励起状態解明と活用

shin.mizukami.a6@tohoku.ac.jp

Toshiyuki KOWADA, Assosiate Professor• Development of fluorescent sensors for quantitatively imaging intracellular molecular
dynamics and functions• Development of small molecule-protein hybrid materials to investigate diseasemechanisms and physiological functions• Development of technology to optically control cellular functions• Development of imaging probes for advanced microscopic technologies• Development of light resistant fluorophores for strong laser-based microscopy

Satoko SUZUKI, Assistant Professor

Shin MIZUKAMI, Professor

小和田 俊行 准教授

主な研究テーマ准教授
Yasuyuki ARAKI, Assosiate Professor

主な研究テーマ

Collaborative Research Division

Chemical Biology ／ Oligonucleotide Therapeutics ／ External Function Controllable
Material ／ Analysis and Utilization of the Photo Excited State水上 進 教授

バイオイメージング／蛍光プローブ／光機能性分子／蛋白質工学

Takehiko WADA, Professor

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門ケミカルバイオロジー／核酸医薬／外部刺激応答型機能分子／光励起状態解明と活用• Development of artificial nucleic acids with highly efficient target RNA cleavage activities• Development of cancer cell-specific artificial nucleic acids medicines• Development of cancer cell-specific drug delivery systems• Constraction of Supramolecular asymmetric photochirogenesis utilizing biopolymers as chiralreaction media• Development of novel circularly polarized luminescent (CPL) organic materials based on
photoexcited state control

41

専門分野・キーワード

和田 健彦 教授

専門分野・キーワード

生物分子機能計測研究分野

生命分子ダイナミクス研究分野

Nano Biophysics

Biological and Molecular Dynamics

米倉功治研究室

髙橋聡研究室Koji YONEKURA Lab
米倉 功治 教授

Koji YONEKURA, Professor
koji.yonekura.a5@tohoku.ac.jp

濵口 祐 准教授

主な研究テーマ

Tasuku HAMAGUCHI, Assosiate Professor・ 高分解能単粒子クライオ EM 解析
・ タンパク質、有機分子微小結晶の電子線三次元結晶構造解析
・ AI 測定等のクライオ EM の手法開発
・ XFEL による有機分子の微小結晶構造解析

黒河 博文 講師

• High-resolution single particle cryo-EM• Electron 3D crystallography of proteins and organic molecules• Methodological development for cryo-EM including AI data collection• XFEL crystallography of small organic molecules

Takuma TOYONAGA, Assistant Professor

Hirofumi KUROKAWA, Senior Assistant Professor

豊永 拓真 助教

池内 健 助教（FRIS）

Ken IKEUCHI, Assistant Professor

髙橋 聡 教授

専門分野・キーワード
タンパク質のフォールディングとデザイン／癌抑制タンパク質 p53 の機能／
一分子蛍光分光法
Protein folding and design ／ Function of tumor suppressor p53 ／Single molecule fluorescence spectroscopy

Collaborative Research Division

高分解能クライオ EM ／電子線三次元結晶構造解析／ AI データ測定／
トモグラフィー
High-resolution cryo-EM ／ Electron 3D crystallography ／ AI data collection ／Tomography

Satoshi TAKAHASHI, Professor
satoshi.takahashi.a6@tohoku.ac.jp

伊藤 優志 助教

Yuji ITOH, Assistant Professor

主な研究テーマ• 一分子蛍光分光法を用いたタンパク質のフォールディングダイナミクス• 癌抑制タンパク質 p53 の DNA 探索機構の解明• 一分子ソーターを用いた新しいタンパク質デザイン手法の開発• Dynamics of protein folding based on single molecule fluorescence spectroscopy• Sliding motion of a tumor suppressor p53 along DNA• Development of a new strategy of protein design based on single molecule sorting
device現します。本研究室は、最先端のクライオ電子顕微鏡 (EM) 技術を用いて、より高い分解能、高い精度でこれらの試料の構造を決定し、その機能解明を目指します。AI 自動データ測定やデータ解析などの技術開発も進めます。
電子線は物質と強く相互作用するため、タンパク質の一分子の像が得られます。この特性を利用するのが単粒子解析で、タンパク質

した一分子蛍光観察法を用いることで、タンパク質のフォー
ルディング過程を直接観察し、タンパク質構造の構築原理の

究極の機能性分子です。タンパク質が機能を発揮するには、解明を目指しています。また、癌抑制タンパク質である p53

アミノ酸の配列により定められる特定の構造に折り畳まれが DNA 上をすべり運動することで、ターゲット配列を探す

る（フォールディングする）必要があります。しかし、アミ過程の解明も目指しています。さらに、一分子観察実験によノ酸配列と構造の関係はいまだに理解されていません。さらり得られたタンパク質フォールディングと機能に関する知見に、あるタンパク質が、どのような運動により機能を発揮す

を基に、新規タンパク質をデザインする手法の開発にも取りるのかもしばしば未解明です。本研究分野では、独自に開発組んでいます。

Division of Organic- and Bio-materials Research

タンパク質や有機分子は、複雑な立体構造を形成して、機能を発タンパク質は、20 種類のアミノ酸が一次元的につながった高分子であり、生体中においてさまざまな機能を発揮するの原子の配置が得られます。構造変化や揺らぎを捉えることもでき、

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

一分子蛍光観察によるタンパク質のフォールディングと機能の解明
クライオ EM でタンパク質、有機分子の構造メカニズムに迫る

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

Satoshi TAKAHASHI Lab

構造ダイナミクス研究も可能です。また、極微小な結晶からでも回Division of Inorganic Material Researchては、電子線トモグラフィーにより立体構造を解析します。
放射光 X 線も相補的に利用し、構造形成、安定化、機能発現に直結する水素原子や電荷の情報も可視化し、複雑な分子の構造メカ
ニズムに迫ります。

単粒子解析構造とクライオ電子顕微鏡

Advanced cryogenic electron microscopy ofproteins and organic molecules

Dynamics of protein folding and function basedon single molecule fluorescence spectroscopy

微小結晶の電子線三次元結晶構造解析

東北大学 多元物質科学研究所

Proteins are natural machines that perform various functions
that sustain our lives. To be biologically active, proteins,
linear chains of amino acids, need to form compact three
dimensional structures in the process called protein
folding. The folded structures of proteins are determinedby the primary sequence of amino acids. However, it is still
extremely difficult to understand the relationships among
the amino acid sequence, the folded structure, and thefunction of proteins. In our laboratory, we develop now single
molecule fluorescence spectroscopy and observe the rapid
process of protein folding directly. In addition, we observe thefunctional dynamics, a sliding motion along DNA, of a tumor
suppressor p53. Furthermore, based on the knowledgeof protein folding and function, we are developing a new
strategy to design artificial proteins.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

Division of Process and System Engineering

Proteins and organic molecules comprise complex 3D
structures responsible for their functions and properties.
We analyze the detailed structural mechanisms of proteins
and organic molecules using advanced cryogenic electron
microscopy (cryo-EM). We also develop related technologies
including automated artificial intelligence data collection andanalysis for high-resolution and high-precision single particle
cryo-EM, electron 3D crystallography and tomography. Our
approach thus reveals chemical properties of hydrogenbonds and charges, which are critical in stabilizing structuresand fulfilling functions. We also use synchrotron radiation
and X-ray free-electron lasers to achieve our goals.

44

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

43に調べることができます。細胞組織や大きく不均一な複合体に対し無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

折が得られるため、電子線三次元結晶解析では分子構造をより詳細

量子ビーム構造生物化学研究分野

高分子ハイブリッドナノ材料研究分野

Quantum Beam-based Structural Biology and Chemistry

Polymer Hybrid Nanomaterials

南後恵理子研究室

西堀麻衣子研究室

Eriko NANGO Lab

Maiko NISHIOBORI Lab

X-ray free electron lasers ／ X-ray crystallography ／ time-resolved measurement ／rational protein design

南後 恵理子 教授
Eriko NANGO, Professor

eriko.nango.c4@tohoku.ac.jp

藤原 孝彰 助教

主な研究テーマ• X 線自由電子レーザーによるタンパク質構造解析• 動的構造解析ツールの開発• G- タンパク質共役型受容体の活性化機構• 動的構造情報による合理的分子設計

Takaaki FUJIWARA, Assistant Professor

田口 真彦 助教

Masahiko TAGUCHI, Assistant Professor• Protein structure analysis by X-ray free electron lasers• Development of protein dynamic structural analysis tools• Activation mechanism of G-protein coupled receptors• Rational molecular design based on dynamic structural information

専門分野・キーワード
有機－無機ハイブリッドナノ材料／時空間階層構造／ダイナミクス／放射光 X 線分析

西堀 麻衣子 教授（SRIS）

organic-inorganic hybrid nano-materials ／ hierarchical structure on multiple time andspace dynamics ／ synchrotron x-ray analysis

maiko.nishibori.d8@tohoku.ac.jp

Collaborative Research Division

Maiko NISHIBORI, Professor

大山 祥千子 講師（SRIS）

主な研究テーマ

Sachiko OHYAMA, Senior Assistant Professor• 高分子−セラミックスハイブリッドナノ材料の合成• 機能性無機材料表面へのポリマーブラシ修飾と界面相互作用の解明• X 線分光法と計算科学の融合による材料中の原子拡散挙動の追跡• 放射光 X 線を用いた不均一材料の元素選択的な反応解析

二宮 翔 助教（SRIS）

Kakeru NINOMIYA, Assistant Professor• Development of the crosslinking molecules for control of gene expression in cell
• Development of the artificial molecules for binding to the higher-ordered structure of
nucleic acid• Development of the novel chemical tools targeted to nucleic acids• Development of the intelligent molecules targeted to nucleic acids based on themolecular recognition

Division of Organic- and Bio-materials Research

タンパク質が機能する瞬間を量子ビームで捉える
放射光分析を駆使したハイブリッドナノ材料の階層構造ダイナミクス

タンパク質は、細胞情報伝達、生体内触媒反応、貯蔵や輸送を行うなど、生命現象を支える重要な生体構成物質です。多数のア空間のスケールで複雑な階層構造を形成しています。量子サイズ

味が持たれてきました。しかし、ナノサイズであるタンパク質が、効果などの新規な物性や優れた機能を発現するナノ粒子を有機分

高速の時間スケール（フェムト秒～ミリ秒）で動く様子を原子の子や高分子と複合化すると、相分離や自己組織化、化学状態・局動きまで詳細に捉えるには新たな技術が必要です。当研究室では、所構造変化など時空間のスケールに応じた興味深い現象が生じまX 線自由電子レーザー、放射光、電子線などの量子ビームを用いて、す。こうしたナノ複合材料の階層構造がなぜ特異な機能を発現すタンパク質の中で実際におこっている化学変化や構造変化を可視るか、どうやってそのような構造を形成するのかを理解すること化し、例えば、光に応答するタンパク質のスイッチ機構や、ユニは、新たな複合材料の開発に必要不可欠です。私たちはハイブリークな反応を触媒する酵素の反応機構などを明らかにしていきま

ッドナノ材料の構造と機能の相関を正しく理解するために、構造す。また、得られた精密な構造情報を基にタンパク質分子の合理形成過程や熱・光・応力など外場下における原子の化学状態・構造・的設計と新機能をもつ分子の創製を目指します。

ダイナミクスを、高輝度放射光 X 線を用いてマルチスケールで可Division of Inorganic Material Research

ソフトマテリアルや生体材料は、ナノからミクロに至る広い時

おり、機能を発揮する際にどのような構造の変化を起こすのか興

視化しています。階層的な物質構造化学を深化させ、新奇な機能を担う新原理の発見を目指します。

東北大学 多元物質科学研究所

Dynamics of hierarchical structure for hybrid
nanomaterials by synchrotron X-ray analysis
Soft- and bio-materials form complex hierarchical structuresin large space-time scale. Nanoparticles combinedwith organic molecules and polymers cause interesting
phenomena such as phase separation, self-assembly, andchange of chemical state and local structure with space-timescale. Understanding the function and structure formation
dynamics with the hierarchical structure of nanocomposites
is essential for the development of new materials. To
understand the correlation between the structure and functionof hybrid nanomaterials, we use synchrotron X-ray analysis
to visualize the chemical state, structure, and dynamics ofatoms under reaction. We progress the hierarchical structuralchemistry of materials and discover novel functions.

組織形成素過程を特定原子に着目した局所構造・電子状態変化から追跡
A

B

C

その場XAFS

D573K 10h 熱処理後673Kでの熱処理

673K 0h

顕微蛍光X線分析
573 K

10µm

673K 7h
熱処理後673K 10h 熱処理後

Zn K

熱処理によりXANESスペクトルの特徴量が数段階に変化

673 K

9650

10µm

Division of Process and System Engineering

In our laboratory, we use a quantum beam such as an
X-ray free-electron laser, synchrotron radiation, or anelectron beam to visualize actual chemical and structuralchanges in proteins. For instance, we will reveal
the switching mechanism of light-sensitive proteins
and the reaction mechanism of enzymes catalyzing

unique reactions. Furthermore, we aim to design andcreate protein molecules with new functions based on
precise information from dynamic structural analysis.

9660

9670

9680

9690

Energy / eV

高温9700 9710

同一試料に対し複数の放射光分析を組み合わせ
不均一な組織の形成素過程を可視化

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

46

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

A protein is one of the biomolecules that are essential
to the phenomena of life, such as cell signaling, in vivo
catalytic reactions, storage and transport. A threedimensional structure of a protein, which consistsof a number of amino acids, is closely related to its
function, and there has been an interest in how a protein
structurally changes when it functions. However, newtechniques are needed to capture the movement of
nano-sized proteins on a fast time scale (femtoseconds
to milliseconds) at an atomic level.

Normalized µ(E)Capturing structural changes in proteins at work by quantum beams

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

ミノ酸から成るタンパク質の立体構造はその機能と深く関連して

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

45

X 線自由電子レーザー／ X 線結晶構造解析／時分割測定／合理的タンパク質設計

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

無機固体材料化学研究分野

スピン量子物性研究分野

Inorganic Solid State Materials Chemistry

Quantum Spin Physics

山田高広研究室

佐藤卓研究室Takahiro YAMADA Lab

Taku J SATO Lab
専門分野・キーワード

solid state materials chemistry ／ materials synthesis ／ polar intermetallics ／ ceramics

主な研究テーマ

中性子非弾性散乱 ／ 中性子磁気散乱 ／ 量子スピン系 ／ 遍歴電子磁性と超伝導佐藤 卓 教授

takahiro .yamada.b4@tohoku.ac.jp

neutron inelastic scattering ／ neutron magnetic scattering ／ quantum magnets ／itinerant electron magnetism and superconductivity

taku@tohoku.ac.jp

細野 新 助教

主な研究テーマ

Takahiro YAMADA, Professor

Akira HOSONO, Assistant Professor• 新規多元系無機物質の探索と結晶構造解析および材料特性評価• 多元系金属間化合物を対象とした熱電材料の開拓• 固体窒素源を用いた金属窒化物の合成プロセスの開発と応用• 新規極性金属間化合物の探索と、機能性材料への応用• 非酸化物セラミックスの新規低温合成プロセスの開発

Kazuhiro NAWA, Assosiate Professor

金城 克樹 助教

Katsuki KINJO, Assistant Professor• Development of neutron inelastic spectroscopy• D evelopment of analysis methods for spin excitation spectra obtained in neutron
spectroscopy• Novel macroscopic quantum phenomena in quantum magnets• Antiferromagnetism and superconductivity in itinerant electron systems• Ordering and dynamics in aperiodic spin systems吳 紘丞 助教

Hung-Cheng WU, Assistant Professor

対して探索し、量子反強磁性ダイマー物質 Bi2CuSi2O6Cl12 にるため、スピンの動的性質を直接観測することのできる中性

おいてトポロジカルな磁気準粒子励起を発見しました。他に

子非弾性散乱を主たる実験手法としています。近年量子系のも磁性体中のトポロジカルな磁気テクスチャーである磁気ス

性質をその連続変形に対する不変性（トポロジー）を用いてカーミオンの遅いダイナミクスの解明等、電子スピン集団の-1

理解する方法論が盛んに研究されています。電子系におけるトポロジカルな性質の解明が進んでいます。

-2

トポロジカル絶縁体はその代表的な例です。我々はこのよう2既知化合物であってもその機能が十分に明らかにされていな

それらの物性評価や機能発現のメカニズムの検証を実験や理Energy, E / eV

探索的な研究や、新規合成法による純良な試料の合成、また、

1

Mg
Bi
Na

論計算によって行うことで、熱電材料、硬質セラミックス・

0-3

金属材料、誘電体材料、超伝導体などの新しい無機材料を開-4拓することを目指します。こうしたボトムアップ型の研究は、-5(c)Γ X M Γ Z R A Z|XR|M A
k-pathDOS

新規金属間化合物 NaMgBi の結晶構造と電子構造(a)Exploration of novel inorganic functional materials and development of new synthetic
processes(b)(a,b) Observed dispersions of triplons along H (or K ) with the K (or H ) integrated around(a) K (or H) = 0, or (b) K (or H) = -1. The integration range is |∆K | (or |∆H |) < 0.1.
(c) Calculated modeled dispersions with the fictitious magnetic field shown by the arrows.

Neutron inelastic scattering study on spin dynamics in quantum and itinerant magnets
50 µm

9TiO2 + 8BN + 18Na

1000–1100˚C

8TiN + TiB2 + 6Na3BO3

窒化ホウ素を固体窒素源に用いた合成法によって TiO2 から作製された TiN 単結晶粒
Faceted crystal grains of titanium nitride prepared from TiO2 and a solid nitrogen sourceof boron nitride.

Quest for novel quantum phases and elucidation of themin correlated-many-electron or quantum-spin systems is
at the heart of condensed matter physics for decades,
and has been our mission. Neutron inelastic scattering
is a powerful tool to achieve this goal, enabling us
to directly observe spin dynamics in condensed
matter. Recently, the advantage of using invarianceon continuous deformation (topology) becomes widely
recognized for elucidating physical properties of manybody quantum systems; a celebrated example may

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

50 µm

be electronic topological insulator. We searched forsuch topological states in quantum magnets, and foundtopologically nontrivial quasiparticles (triplons) in thequantum dimerized antiferromagnet Bi 2CuSi 2O 6Cl 12.
Another recent discovery is the intriguing slow dynamics
of the lattice of skyrmions, a topological spin texture
in an itinerant chiral magnet. Our activity to findand understand novel quantum phases, in particularcharacterized by its topological nature, is advancing.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

48

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

There are many inorganic compounds that havenot been discovered or whose functions have notbeen completely revealed and understood. We aim
to develop novel inorganic compounds throughexploratory synthesis for use as functional materials
such as thermoelectric materials, hard materials, andsuperconductors. We also intend to prepare high-quality
samples by new synthetic processes and characterizesuch compounds by determining their functionalities anddemonstrating the mechanism simultaneously throughappropriate experimentation and theoretical calculation.
These fundamental research efforts can aid thediscovery of the so-called game changers in materials
science.

Division of Inorganic Material Research

Novel intermetallic compound NaMgBi; the crystal structure and calculated electronic structure.

うべき研究であると考えます。

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

質の発見につながる可能性もあり、大学において継続して行

Division of Organic- and Bio-materials Research

子相の探索とその解明を目指しています。この目的を達成す

多元系の無機化合物には、まだ見出されていないものや、
いものが数多く存在します。本研究分野では、新規化合物のなトポロジカルな性質を磁性体における素励起（準粒子）に我々のグループでは電子スピンの多体相関による新奇な量

新しい無機化合物・機能性材料の開拓と新規合成法の開発

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

中性子非弾性散乱を用いた量子スピン系や遍歴磁性体のスピンダイナミクス研究

従来の材料の概念を一転させるような性能や機能を有した物

47

Taku J SATO, Professor

那波 和宏 准教授

• 中性子非弾性散乱分光器の開発• 中性子磁気非弾性散乱スペクトル解析法の開発• 量子スピン系における巨視的量子現象の研究• 遍歴電子系における反強磁性と超伝導の研究• 非周期スピン系における磁気秩序とダイナミクスの研究• Synthesis, crystal structure, and characterization of novel multinary inorganic compounds• Development of thermoelectric materials based on multinary intermetallic compounds• Development and application of synthetic processes of nitrides using solid nitrogensources• Synthesis and characterization of novel polar intermetallics for the development offunctional materials• Development of a low-temperature synthesis process for non-oxide ceramics

Collaborative Research Division

山田 高広 教授

固体材料化学 ／ 材料合成 ／ 極性金属間化合物 ／セラミックス

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

ナノスケール磁気機能研究分野

ハイブリッドナノシステム研究分野

Nanoscale Magnetism

Hybrid Nano System

岡本聡研究室蟹江澄志研究室

Satoshi OKAMOTO Lab

Kiyoshi KANIE Lab
専門分野・キーワード

岡本 聡 教授

Ferromagnetic materials ／ magnetization measurements ／ spin dynamics ／high-frequency magnetic response

satoshi.okamoto.c1@tohoku.ac.jp

有機無機ハイブリッドナノ粒子／ハイブリッド液晶／ナノ粒子ミストデポジッション／
人工リン脂質材料
Organic-Inorganic Hybrid Nanoparticles ／ Hybrid Liquid Crystals ／Nanoparticles-based Mist-Deposition ／ Phospholipids-based Artificial Materials

Satoshi OKAMOTO, Professor

谷口 卓也 助教

主な研究テーマ• 低損失軟磁性材料およびデバイス創成• 高性能永久磁石材料の原理研究• 超高密度磁気記録技術の開発• 高周波磁気応答の挙動解明• 超高感度スピンダイナミクス計測技術開発

主な研究テーマ

Takuya TANIGUCHI, Assistant Professor• 有機無機ハイブリッドナノ粒子のデザイン・合成• サイズ・形態制御無機ナノ粒子の精密液相合成法開拓• ミストデポジッション法による機能性薄膜の作製• 刺激応答性人工リン脂質の設計・合成とマクロ自己組織構造制御• 機能性イオン液体の分子設計によるあらたな抽出プロセス開発

石上啓介 助教

Keisuke ISHIGAMI, Assistant Professor• Low-loss soft magnetic materials and devices• Magnetization reversal processes of the high-performance permanent magnets• Ultra-high-density magnetic recording technology• High frequency spin dynamics• Ultra-high sensitive spin dynamics measurements

強磁性体は情報通信、電子部品、モーター、発電機など、社会の至るところで広く活用されています。こす。つまり、ナノスケールでの磁気機能解明と高制御化が磁気デバイスの高性能化の鍵となります。例えば，

断熱的挙動

energybarrier Eb

録技術 ( マイクロ波アシスト磁気記録方式 ) により、ハmードディスクの記録密度を飛躍的に高められると期待

御手法について研究を進めています。当研究分野では、
このナノスケールにおける磁気機能解明とその制御にTomomi MASUI, Assistant Professor

を超えた相乗機能の発現、すなわち、あらたな機能性材料の発見に繋がります。
この思想の元、これまでに、i) 無機ナノ粒子への自己組織性の付

歳差運動

与による量子効果の制御、ii) 霧化して塗布することで機能性薄膜

nmとなるナノインク、iii) 可逆的な刺激応答性を有する脂質二分子膜
ns

s

ms

材料 など、“ ハイブリッド化 ” に基づく機能性材料を世に送り出時間

強磁性体の時間，サイズに対するスピンダイナミクス挙動とその応用してきました。豊かな将来のため、これからもあらたな機能性材料の発見に取り組みます。
有機無機ハイブリッドデンドリマー：
ナノ配列によるナノ粒子の量子効果制御

しています。

Functional materials have large potentials for our sustainable
future life. From this viewpoint, development of novel
functional materials is an indispensable target for scientists toimprove qualities of future society and life. To date, we havedesigned and synthesized novel-types of functional materials
beyond the conventional frameworks of organic, inorganic,
and biochemical syntheses. Especially, "hybridization" of
unique features of materials is not only become a simple
technique to combine the properties but also lead to induce
novel-functions through synergistic effect of the materials.
Based on this concept, we have successfully developed
hybrid functional materials such as i) quantum effect-tunable
nanoparticles by the control of the nanoparticle-based selforganized structures, ii) nanoinks to obtain functional thinfilms by mist-deposition, and iii) stimuli-responsive artificial
phospholipids forming lamella and giant vesicle structures.
Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

Division of Process and System Engineering

density of hard-disk drives can be significantly increased
by controlling the spin dynamics of microwave frequency
range, i.e., microwave-assisted magnetic recording
technology. The high-performance permanent magnets,
which are indispensable for traction motors of electricvehicles, can be developed by controlling the nanoscale spin dynamics at the grain surfaces.

Functional Materials based on Multidisciplinary Precise Synthesis Across Organic,
Inorganic, and Bio

50

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

東北大学 多元物質科学研究所

増井 友美 助教（SAKURA）

ッド化 ” することは、長所の単なる重ね合わせに留まらず、予想

Nano-scale physical properties of ferromagnetic materials and developments of advanced
magnetic devices

49

Quan ZOU, Assistant Professor

す。それ故、あらたな機能性材料の開発は、未来をより豊かなも軸足を置き、次世代高性能磁気デバイスの創出を目指

Ferromagnetic materials are widely utilized for various
fields such as information communication technology,
electronic devices, motors, generators, and so on.
These various functionalities of magnetic devices aregoverned by the nano-scale spin dynamics. Therefore,
it is essentially important to understand the physics
of nano-scale spin dynamics and to control it for theadvanced magnetic devices. For example, the recording鄒 泉 助教設計・合成しています。なかでも複数の材料の長所を “ ハイブリ

子表面の磁化状態がマクロな永久磁石特性を決定付けており、高性能化を実現するための表面磁化状態の制

Zijian DENG, Assistant Professor

Division of Inorganic Material Research

可欠な永久磁石材料においても、ナノスケールでの粒鄧 子建 助教

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

されています。また電気自動車の高性能モーターに不Megumi SUYAMA, Assistant Professor

イオの枠組みにとらわれず、自由な発想であらたな機能性材料を・パワエレ受動素子

サイズ

陶山 めぐみ 助教のとする上でとても大切です。私たちは、従来の有機・無機・バ

磁化反転機構マイクロ波周波数領域のスピンの振舞いを制御する記Masaki MATSUBARA, Senior Assistant Professor

機能性材料は、私たちの豊かな生活を支える縁の下の力持ちで熱活性型磁化反転

ノスケールでのスピンの振舞いにより発現するもので松原 正樹 講師

有機・無機・バイオにわたる多元精密合成に基づく機能性材料

エネルギープロファイル挙動

れら様々な磁気デバイスの多様な機能性は、すべてナ

kanie@tohoku.ac.jp

Division of Organic- and Bio-materials Research

ナノスケールでの強磁性体の機能解明と高性能磁気デバイスの創出

Kiyoshi KANIE, Professor

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門• Design and Synthesis of Organic-Inorganic Hybrid Nanoparticles• Liquid Phase Precise Synthesis of Inorganic Nanoparticles Controlled in Size and Shape• Development of Functional Thin Films by Mist-Deposition Method• Design and Synthesis of Stimuli-responsive Artificial Phospholipids and Control of theMacro-scale Self-Organized Structures• Development of Novel-type Extraction Process by Molecular-level Design of Taskspecific Ionic Liquids

蟹江 澄志 教授

Collaborative Research Division

磁性材料／磁気計測／スピンダイナミクス／高周波磁気応答

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

ナノ機能物性化学研究分野

金属機能設計研究分野

Nano Physical Chemistry

Metallurgical Design for Material Functions

組頭広志研究室

亀岡聡研究室Hiroshi KUMIGASHIRA Lab

Satoshi KAMOKA Lab

Functional nanomaterials ／ Oxide electronics ／ Surface and interface physicalproperties ／ Photoemission spectroscopy

Hiroshi KUMIGASHIRA, Professor
kumigashira@tohoku.ac.jp

志賀 大亮 助教

主な研究テーマ• 酸化物ナノ構造の機能設計・制御• 酸化物超構造における機能物性の開拓と新規デバイスの開発• 表面・界面における電子・スピン• 放射光電子分光装置の開発

Daisuke SHIGA, Assistant Professor

鈴木 博人 助教（FRIS）• Control and design of novel functionalities of oxide nanostructures• Exploration of multi-functionalities based on oxide nanostructures and application tonovel devices• Characterization of electronic, magnetic, and orbital structures at the surface andheterointerface using synchrotron radiation analysis• Development and application of photoemission spectroscopy and x-ray absorption
spectroscopy

Hakuto SUZUKI, Assistant Professor

神田 龍彦 助教

Tatsuhiko KANDA, Assistant Professor

亀岡 聡 教授

金属触媒材料／金属間化合物／準結晶／ハイパーマテリアル
metallurgy for catalytic materials ／ intermetallics ／ quasicrystals ／ hypermaterials
主な研究テーマ• 金属間化合物とその組織制御を用いた新奇触媒材料の創製• 金属箔型触媒材料のメタラジ―• 貴金属代替合金触媒材料に関する研究• ハイパーマテリアルの新規創製・構造解析・物性評価• 準結晶関連物質の電子構造と構造安定化メカニズム

Satoshi KAMEOKA, Professor
satoshi.kameoka.b4@tohoku.ac.jp

藤田 伸尚 講師

Nobuhisa FUJITA, Senior Assistant Professor• Creation of novel catalytic materials using intermetallic compounds and theirmicrostructure control• Metallurgy for structured metallic catalysts• Research on precious metals alternative alloys• Novel creation, structural analysis, and physical property evaluation of hypermaterials• Electronic structure and structural stabilization mechanism of quasicrystal-related materials

Division of Organic- and Bio-materials Research

金属学に基づく新奇金属触媒材料創製と新規合金構造モデルの提案

酸化物の中には、高温超伝導や光触媒などの驚くべき機能

我々は、金属学に基づく視点から新たな構造と機能を有す

り組んでおり、得られた知見に基づいてハイパーマテリアル

物性を示すものがあります。いわば「天才児」達です。当研

る金属・合金に関する基礎研究および材料開発を行っていまの触媒材料としての応用の可能性を探求しています。最近の究室では、この「天才児」の振る舞いを高輝度放射光を用いす。研究の柱は、バルク金属を対象として優れた触媒機能を成果として、例えば、触媒的に不活性と思われてきたバルクて可視化し、その知見に基づいて新たな機能性ナノ物質を開持つ金属・合金触媒を設計・調製することであり、特に各種状金でも触媒活性サイトとなる低配位数（配位不飽和）のサ発することに取り組んでいます。具体的には、酸化物分子線

金属・合金への活性化処理（リーチング、水素吸蔵、酸化なイトが形成されるような活性化処理を施すことで高いアセチ

エピタキシー（MBE）という酸化物ナノ構造を原子レベルど）を行うことによる新奇触媒材料調製プロセスの開発を行

レンの部分水素化活性を示すようになるなど新奇機能の発見

で制御しながら「つくる」技術と、放射光を用いた先端計測（角っています。また同時に、準結晶関連物質（ハイパーマテリとその活性発現機構の提案を行いました。

度分解光電子分光・内殻吸収分光など）という化学・電子状アル）の新規合成や X 線構造解析、構造モデリングにも取態を「みる」技術とを高いレベルで融合するにより、酸化物

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

酸化物ナノ構造を自在に設計・合成し、新しい機能物性を創造する。

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

組頭 広志 教授

機能性ナノ物質／酸化物エレクトロニクス／表面・界面物性／放射光電子分光

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワードの類い希な物性を設計・制御しながら新しい機能性ナノ物質
Division of Inorganic Material Research

合成することで、次世代エレクトロニクスに向けた新機能の創成を目指しています。

Control and design of novel functionalities in oxide nanostructures

東北大学 多元物質科学研究所

absorption spectroscopy using synchrotron radiation,
which enable us to probe these structures in the nmscale region.

Creation of catalysts in terms of metallurgy and exploration of alloys with novel structures
The research of our laboratory is focused on creation of
catalytic materials with excellent properties in terms ofmetallurgy and exploration of alloys with novel structures.
The main research theme is to design and fabricate metallic
materials with novel catalytic functions. We will create acatalytic material with a unique structure and morphology thatcannot be obtained using conventional chemical methods.
We will also study about the synthesis and structure ofquasicrystal related intermetallic compounds, to takeadvantage of the knowledge gained as the basis of novel
catalyst development.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

Division of Process and System Engineering

Our goal is to control and design the novel functionalities
appearing in the nanostructure of transition metal oxides
by the best possible combination of the sophisticatedoxide growth techniques using molecular beam epitaxy
and advanced analysis techniques using synchrotron
radiation. The wide range of properties exhibited by
the oxide nanostructures makes them one of the mostinteresting groups of functional materials. The novel
physical properties arise from the interface region
between two different oxides. Thus, in order to control
the novel functionalities, it is desired to obtain theknowledge of the interfacial electronic, magnetic, andorbital structures.
For this purpose, in our laboratory, we utilize stateofthe-art spectroscopic techniques, such as angleresolved photoemission spectroscopy and dichroic X-ray

52

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

51

として、有機物質や原子層物質などとのヘテロ構造を設計・

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門の開拓を推進しています。さらには、酸化物ナノ構造を基盤

環境無機材料化学研究分野

物質変換無機材料研究分野

Environmental Inorganic Materials Chemistry

Inorganic Materials for Chemical Transformation

殷澍研究室

加藤英樹研究室

Shu YIN Lab

主な研究テーマ• 環境に優しいプロセスによる機能性無機材料の開発• 複合アニオン型高感度可視光応答光触媒の合成とマルチ機能性の実現• 無機紫外線／赤外線遮蔽及び透明導電性薄膜の開発• 半導体ナノ材料のガスセンサー特性• 希土類含有光機能性ナノ材料の合成

長谷川 拓哉 講師

Takuya HASEGAWA, Senior Assistant Professor

大川 采久 助教

Ayahisa OKAWA, Assistant Professor

Photocatalyst ／ Inorganic material chemistry ／ Energy conversion

Hideki KATO, Professor
hideki.kato.e2@tohoku.ac.jp

吉野 隼矢 助教

主な研究テーマ• 光触媒による水分解• 光電気化学的エネルギー変換• バイオマス変換のための固体酸塩基触媒の開発• 物質変換のための新物質開拓

Shunya YOSHINO, Assistant Professor

徐 鉅威 助教• Photocatalytic water splitting• Photoelectrochemical energy conversion• Development of solid acid-base catalysts for biomass conversion• Exploration of new inorganic compounds

Chu-Wei Hsu, Assistant Professor

持続可能社会のための高機能な物質変換無機材料開発
Division of Organic- and Bio-materials Research

当研究室では持続可能社会に不可欠な人工光合成やバイオマ

ソルボサーマル反応による環境応答性無機ナノマ
テリアルの創製

ス変換のための無機材料開発を行っています。酸化物、硫化物、
酸窒化物、およびリン酸塩など多様な無機物質を対象として、
結晶構造、構成元素、表面構造などの観点から無機材料の高機

形態制御可能な環境応答性無機ナノ材料の創製とエネルギーや能化を図っています。人工光合成では半導体光触媒による水分環境に関連した高度機能性開発を行っている。主に環境に優しい解に注力し、より長波長の光に応答し、より高い量子収率で水

ソフトケミカル手法による材料合成を行い、特に高温水や非水溶を分解できる光触媒系の構築を目指し、バンドポテンシャル制媒を利用するソルボサーマル反応等の溶液化学反応を用い、複合

御による応答波長と反応特性制御、反応活性点導入およびキャアニオン化合物の合成や電子構造制御を行う。環境に優しい反応

リアトラップ制御のための表面修飾、そして合成プロセスおよ

条件で環境応答性無機ナノ材料の形態・結晶化度・結晶相・粒子

びポスト合成処理に着目して光触媒開発を進めています。また、サイズの精密制御を行い、環境調和・エネルギーの高効率利用・

バイオマス資源からの有用化学物質製造のための固体酸塩基触

フォトンや化学物質による環境応答等の無機機能材料の創製及び媒開発および反応プロセス開発も行っています。さらに、無機
Division of Inorganic Material Research

材料化学の視点から光触媒や固体酸塩基触媒として機能する新物質の設計・開拓も行っています。
赤外線遮蔽スマートウィンドウ作動モデル
赤外線遮蔽スマートウィンドウ作動モデル
Working models for IR shielding smart windows
Working models for IR shielding smart windows

Construction of highly active inorganic materials for chemical reactions

Creation of Environmental Responsive
Inorganic Nanomaterials by Solvothermal
Reaction

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

3+3+導入層状ペロブスカイトのイメージ図
Ce
Ce
導入層状ペロブスカイトのイメージ図
3+-introduced
Schematicimage
imageforfornovelnovel CeCe3+
-introducedlayered
layeredperovskite
perovskite
Schematic

54

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

The development of environmentally responsive inorganic
nanomaterials with controllable morphologies andtheir advanced functionalities related with energy andenvironment is carried out. Environmentally friendly soft
chemical processes, especially solution process consisted ofsolvothermal reaction using water and non-aqueous solventsat elevated temperatures, are mainly used for the synthesisof mixed anion compounds and the control of their electronic
structures. The precise control of morphology, crystalline
phase, crystallinity and particle size of environmental
responsive inorganic nanomaterials is carried out underenvironmental friendly conditions.
The creation of environmental responsive inorganic functional
materials with novel applications on environmental harmony,high-efficiency energy utilization, and responsivity related tophoton and chemicals is carried out.

Our research interest is focused on construction ofhigh-performance inorganic materials for artificial
photosynthesis and biomass conversion, which are very
important techniques in sustainable society. For artificial
photosynthesis, we are making an effort to construct
semiconductor photocatalysts with response to longer
wavelengths and higher quantum yields. To achieve it, we
examine control of band gaps and reactivity of electrons/
holes through band potential tuning, surface modification
for introduction of active sites and control of carrier traps,
and synthesis processes. We also study properties ofcomplex oxides as solid acid-base catalysts for biomass
conversion. In addition, we are exploring new inorganic
compounds capable of application to photocatalysts andsolid acid-base catalysts.

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

機能性高度発現に関する研究を展開している。

53

加藤 英樹 教授

光触媒／無機材料化学／エネルギー変換

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門• Development of inorganic functional materials by environmental friendly processes• Synthesis of mixed-anion type high sensitive visible light responsive photocatalysts
and their multifunctionality• Development of inorganic ultraviolet / infrared light shielding and transparent electric
conductive thin films• Gas sensing property characterization of semiconductor nanomaterials• Synthesis of rare-earth contained photo-functional nanomaterials

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

殷 澍 教授複合アニオン化合物／ソルボサーマルプロセス／セラミックスの形態制御／
Shu YIN, Professor
環境応答機能Mixed Anion Compounds ／ Solvothermal Process ／ Morphological Control of Ceramics ／ shu.yin.b5@tohoku.ac.jp
Environmental Responsive Functionality

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

Hideki KATO Lab

精密無機材料化学研究分野

超臨界ナノ工学研究分野

Atomically Precise Materials Chemistry

Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies

根岸 雄一研究室

笘居高明研究室

Yuichi NEGISHI Lab

Takaaki TOMAI Lab

Metal cluster ／ Energy and environmental catalysts ／ Water-splitting photocatalysts ／Fuel cell

Yuichi NEGISHI, Professor
yuichi.negishi.a8@tohoku.ac.jp

Supercritical fluids ／ Nanomaterials ／ Process engineering ／ Electrochemistry ／Carbon neutral
主な研究テーマ• 配位子保護金属クラスターの精密合成• 精密金属クラスターの活用による水分解光触媒の高機能化• 精密金属クラスターの活用による燃料電池電極触媒の高機能化• 精密金属クラスター連結構造体の創製• 超臨界流体によるナノ材料の高度制御合成• ナノ材料の複階層構造制御• 炭素循環に資する革新的水熱電気化学プロセス• ナノ材料を用いた高効率物質―エネルギー変換• 界面精密設計による高性能電気化学デバイス開発• Precise synthesis of ligand-protected metal clusters• Activation of water-splitting photocatalysts by the use of atomically precise metal clusters• Activation of fuel cell electrocatalysts by the use of atomically precise metal clusters• Creation of atomically precise metal cluster-connected structures

岩瀬 和至 講師

Kazuyuki IWASE, Senior Assistant Professor

研究室では、金属クラスターを精密に合成する技術、および期待されています。そのような水素社会を実現するために、それらを用いることで担体上の金属クラスターについても原

太陽光と水から水素を製造する水分解光触媒と、水素と空気

子精度で制御する技術を確立しています。得られた材料を用から電気を生み出す燃料電池を今よりもさらに高機能化させいることで、各材料における担持金属クラスターの構成原子ることが切望されています。それらの高機能化には、活性部

数 / 化学組成と材料機能の相関を原子精度で明らかにすると位となる金属原子凝集体（担持金属クラスター）の微細化とともに、そうした研究を通して、水分解光触媒と燃料電池を合金化が非常に有効な手段ですが、微細な金属クラスターの今後さらに高機能化させる上での明確な設計指針を得ること

電子構造はその構成原子数と化学組成に依存して大きく変化にも成功しています。

超臨界流体による革新的ナノ材料創製と革新的物質変換プロセス開拓
超臨界状態では水と有機物が均一に混ざり合うなど、通常の圧
力 , 温度では為しえない溶媒物性操作が可能となります。この超

4OH−

臨界流体の特徴を利用すると、通常合成できないユニークなナノ材料が合成できます。我々の研究では、材料合成プロセス独自設計により新規ナノ材料を開発し、それらの材料を低温廃熱や再生

30 nm

可能エネルギーで駆動する革新的物質―エネルギー変換プロセス

至る複階層構造を精密に制御することでプロセス・デバイス特性

エ ネルギ ー ・ 環境材料の高機能化
高機能化し得る触媒材料

制御可能となった 構造パラ メ ーター

燃料電池電極触媒

自動車排ガス浄化触媒

Control ofFacet,
Composition,
andAggregationの向上に取り組んでいます。
さらに上記の超臨界流体の物性に着目し、超臨界・亜臨界流体
を反応場として用いた電気化学変換系、具体的には二酸化炭素電組んでいます。上記を通じて、持続可能な社会の実現に貢献する

Division of Inorganic Material Research

解や水電解に応用し、高温高圧の電気化学系の学理構築にも取り
配位子組合せO2

Control of multi-scale hierarchicalstructure of nanomaterial

ことを目指します。

電荷

Development of Novel Nanomaterials and Innovative Material Conversion Processes
Using Supercritical Fluids

異原子組合せ制御された 吸着と配位子焼成

構造−物性相関解明
高活性金属クラ スターの選択的担持

継続的な改善水水素

図 . 当研究室の取り組み

Contribution to the construction of a hydrogen society by using atomically precise control
method for metal clusters
We have established techniques for the precise
synthesis of metal clusters and their use to control themetal clusters on the supports with atomic precision.
By using the obtained materials, the correlation
between the number of atoms/chemical compositionof the supported metal clusters in each material and東北大学 多元物質科学研究所

the material function has been clarified with atomic
precision, and through such research, clear design
guidelines have been successfully obtained for thefurther enhancement of water splitting photocatalysis
and fuel cells electrocatalysts.

Renewable energy
Waste heat

CO2

Biomass( CO 2) C O 2 + 2 H + + 2 e - → C O + H 2O
(Biomass) CH2O + 2H+ + 2e- → CH2 + ２H2O
( Wa s t e p l a s t i c s ) CH 2 + H 2 O → CO + 2 H 2

Waste
Plastics

Fuel (wastes)

Division of Process and System Engineering

エ ネルギ ー ・ 環境問題の改善へ

establish scientific principles for high-temperature, highpressure electrochemical energy conversion systems
and contribute to realizing a sustainable society.

MeOH⇓
Ethylene
Propylene⇓
Fundamental
chemicals

Our target: Carbon circulation utilizing renewable energy and waste heat

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

56

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

担体上への厳密担持

The high controllability of solvent properties isthe advantage of supercritical fluid. For example,
supercritical water is miscible with organic compounds.
The unique characteristics of supercritical fluids enable
the synthesis of unique nanomaterials that cannot be
synthesized under conventional synthesis process. Our
research group aims to develop innovative chemical
process driven by low-temperature waste heat andrenewable energy by designing unique nanomaterial.
We are working on improving process/device by
precisely controlling multi-scale hierarchical structureof nanomaterial from the composition and crystalline
structure to the dispersion/aggregation (porous)
structure.
Moreover, we are developing electrochemical materialenergy conversion systems using supercritical andsubcritical fluids as reaction fields by focusing on theirunique properties, specifically carbon dioxide and waterelectrolysis. Through our research efforts, we aim to

Waste heat

主元素

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

水分解光触媒サイズ

5 nm

Development of novel nanomaterials forelectrochemical energy conversionの触媒材料に展開することを目指して研究を行っています。物質の組成・構造を始め、ナノ粒子の分散・凝集（ポーラス構造）にします。したがって、高機能な材料を創製するためには、担Division of Organic- and Bio-materials Research

能な水素をエネルギー源とした社会へと移行することが強く

幾何構造

takaaki.tomai.e6@tohoku.ac.jp

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

持金属クラスターを原子精度で制御する必要があります。当

親水性
/疎水性

Takaaki TOMAI, Professor• Nanomaterials synthesis in supercritical fluid• Control of multi-scale hierarchical structure of nanomaterial• Innovative hydrothermal electrochemical processes for carbon neutral• Highly efficient material-energy conversion using nanomaterials• Development of highly efficient electrochemical devices by precise design of catalysts-electrolyte interface

エネルギー・環境問題が深刻化する中、クリーンで再生可

金 属 クラ ス ター の 構 造 制 御笘居 高明 教授（FRIS）

超臨界流体／ナノ材料／プロセス工学／電気化学／カーボンニュートラル

主な研究テーマ

金属クラスターの精密制御技術により水素社会の構築に貢献

55

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

根岸 雄一 教授

金属クラスター ／ エネルギー・環境触媒 ／ 水分解光触媒 ／ 燃料電池

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

光物質科学研究分野

固体イオニクス・デバイス研究分野

Laser Applied Material Science

Solid State Ionic Devices

小澤祐市研究室

雨澤浩史研究室

Yuichi KOZAWA Lab

Koji AMEZAWA Lab
Yuichi KOZAWA, Professor

laser ／ optical imaging ／ laser processing ／ electron optics

y.kozawa@tohoku.ac.jp

上杉 祐貴 助教

主な研究テーマ• 構造化した光の発生とビーム特性の解析• 構造化した光による高性能イメージング技術・新規レーザー加工法の開発• フェムト秒パルスレーザー加工• レーザー光と電子の相互作用

Yuuki UESUGI, Assistant Professor

田辺 綾乃 助教（SAKURA）

Ayano TANABE, Assistant Professor

専門分野・キーワード

雨澤 浩史 教授

固体イオニクス／エネルギー変換／オペランド分析／電気化学

Collaborative Research Division

小澤 祐市 教授

レーザー ／ 光イメージング／ レーザープロセス ／ 電子光学

Koji AMEZAWA, Professor

solid state ionics ／ energy conversion ／ operando analysis ／ electrochemistrykoji.amezawa.b3@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ• 燃料電池／蓄電池の高性能化・高信頼性化• 電気化学エネルギー変換デバイス評価のための高度オペランド分析技術の開発• ヘテロ界面における電気化学現象に関する基礎研究• 新規固体イオニクス材料の設計と創製

木村 勇太 助教

Yuta KIMURA, Assistant Professor• Improvement of performance and reliability of fuel cells and rechargeable batteries• Development of advanced operando analytical techniques for electrochemical energy
conversion devices.
• Basic research on electrochemical phenomena at hetero-interfaces• Design and synthesis of novel solid state ionic conductors

先端的な光科学技術と物質科学を駆使した分野横断的な研究

環境にやさしいエネルギー変換デバイスの実現・普及に向けて
環境問題、エネルギー問題を解決し、持続可能社会を実現

く機能設計、材料開発を行っています。また、固体イオニク

ける技術基盤であると共に、最先端の科学研究を牽引する原することは、21 世紀の科学者・技術者に課せられた大きなスデバイスにおける材料、反応に関わる理解を深化させるべ

動力でもあります。我々は、レーザー光源や光波制御などに課題です。我々の研究室では、これらの問題の解決に資する、

く、高温／制御雰囲気／通電といった特殊なデバイス動作環

関する先端的な光科学／フォトニクス技術の開発を進めなが燃料電池や蓄電池など、環境にやさしいエネルギー変換デバ

境下でのオペランド分析を可能とする高度計測技術の開発もら、光と物質との関わりに主眼を置いた新しい物質科学研究

イスの実現・普及のための基盤研究を行っています。特に、行っています。以上の研究を通し、固体イオニクス材料を利へと展開していくことを目指しています。現在は、光（電磁固体でありながらその中をイオンが高速移動できる “ 固体イ

用した環境調和型エネルギー変換デバイスの開発ならびに高波）の振幅や位相、偏光、さらには時間波形などの本質的なオニクス ” 材料に着目し、固体におけるイオン輸送、界面反性能化・高信頼性化に取り組んでいます。

パラメータに対する空間的・時間的な “ 構造 ” に着目し、そ応、欠陥構造についての学理を探求すると共に、それに基づ

Division of Organic- and Bio-materials Research

レーザーを含む光波を使った光技術は多くの研究分野におの時空間的な制御によって発現する新しい光特性の開拓と応用を中心とした研究に取り組んでいます。具体的には、構造

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門• Generation and analysis of structured light• Development of high performance imaging techniques and novel laser processing bystructured light• Femtosecond laser pulse processing• Interaction between laser light and electron

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

化した光波の特性を駆使した高速な 3 次元光イメージングや超解像顕微鏡などの光計測技術の開発、フェムト秒パルス
Division of Inorganic Material Research

開発、光と電子の相互作用に基づく電子ビームの波面制御に関する研究などを推進しています。

フェムト秒レーザーによる多点集光スポット (a) および(b) を用いたグラフェン膜への多点穴加工 (c)。

Cross-cutting research utilizing advanced photonics and materials science(b)

500 nm
Structured light innovates (a) super-resolution microscopy and (b) high speed three-dimensional microscopy.
In (a), each bead was clearly recognized in the lower righthand side.
In (b), Brownian motion of beads suspended in water is recorded three-dimensionally.

東北大学 多元物質科学研究所

高温雰囲気制御型オペランドマイクロ X 線吸収分光計測装置

オペランド X 線 CT-XAFS 計測による全固体リチウム電池合剤電極反応の 3D 可視化

Toward the development of environmental-friendly energy conversion devices
Scientists and engineers in the 21st century havea great responsibility to solve environmental andenergy problems for achieving a sustainable society.
Our laboratory contributes to solve above-mentioned
problems throughout fundamental and application
researches on environmental-friendly energy-conversion
devices, such as fuel cells and rechargeable batteries.
In particular, focusing on solid-state ion-conducting
materials, we are challenging to establish an academic
discipline on "solid-state ionics", and applying this todevelop novel materials and to improve performance/
reliability of the energy conversion devices. We are also
working for the development of advanced operando
analytical techniques for solid-state ionic devices.

Division of Process and System Engineering(a)and temporal “structure” of light, such as amplitude,
phase, polarization, and even temporal waveforms,
which can create novel light properties applicable tovarious research fields. The present research topics
include rapid three-dimensional or super-resolution
imaging using structured light, laser nano-processing
by femtosecond laser, and the wavefront control of anelectron beam by the interaction of light and electrons.

第一原理計算による希土類メタリン酸塩におけるプロトン伝導の発現機構モデル

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University58

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

Photonics technology utilizing laser beams is essential
not only for fundamental technology in various research
fields but also for advancing scientific research. We
focus on developing novel optics and photonics
technologies for advanced laser sources and controlling
light waves, targeting to expand into new materials
science involving the interaction between light andmatter. We are interested in controlling the spatial

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

57

レーザー光によるレーザー微細加工における新しい加工法の

環境適合素材プロセス研究分野

材料分離プロセス研究分野

Environmental-Conscious Material Processing

Materials Separation Processing

埜上洋研究室柴田浩幸研究室

Hiroshi NOGAMI Lab

Hiroyuki SHIBATA Lab

process simulation ／ transport phenomena ／ multiphase flow ／ thermal engineering

Hiroshi NOGAMI, Professor
nogami@tohoku.ac.jp

夏井 俊悟 准教授

主な研究テーマ• 素材製造プロセスの多相反応シミュレータ開発• 新規エネルギー変換・貯蔵・回収プロセスの開発• 反応・移動現象高効率化のための境膜制御技術開発• 充填層内分散相挙動の幾何的・トポロジカル解析• 相変化を伴う融体の界面ゆらぎ構造形成メカニズムの解明

Shungo NATSUI, Associate Professor

丸岡 伸洋 助教

Nobuhiro MARUOKA, Assistant Professor• Reaction process simulator for material production• Development of energy recovery, conversion and storage• Boundary layer control to improve reaction and transport processes• Geometrical/Topological analysis of behavior of dispersed phase in packed bed• Exploration of formation mechanism of interfacial fluctuation structure of phasechange melts

高橋 純一 助教

Junichi TAKAHASHI, Assistant Professor

専門分野・キーワード
ケイ酸塩／熱物性／凝固結晶成長／精錬プロセス／その場観察柴田 浩幸 教授

silicates ／ thermophysical property ／ solidification process ／ refining process ／in-situ observation

hiroyuki.shibata.e8@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ• ケイ酸塩融体およびガラスの物理化学的性質と構造• 次世代材料シリコンカーバイドの溶液成長• 金属および酸化物過冷却液体の凝固メカニズム• 鉄鋼スラグのリサイクル• 高効率な硫化スズ太陽電池の実現• 放射性廃棄物の安定化・固定化技術開発• Structure and physicochemical properties of silicate melts and glasses• Solution growth of SiC crystal• Solidification mechanism of metallic and oxide super-cooled liquids• Recycling of steel slag
• Realization of high efficiency SnS solar cells• Development of immobilization and stabilization technology for radioactive waste

Collaborative Research Division

埜上 洋 教授

プロセスシミュレーション／移動現象／多相流／熱工学

Hiroyuki SHIBATA, Professor

助永 壮平 准教授

Sohei SUKENAGA, Associate Professor

素材の精錬・製造・リサイクルの各種プロセスでは、さまざま

現に資するための変革が求められています。その方策として、

Division of Organic- and Bio-materials Research

高効率素材製造プロセスのための高温界面物理化学

鉄鋼に代表される各種基盤材料の製造プロセスの資源・エ
ネルギー消費量は膨大で、これらを抑制し、循環型社会の実

Silicate meltな元素から成る固体・液体・気体が互いに高温で反応しながら進現行プロセスの高効率化、資源対応の強化、革新的プロセス

行します。その原理を理解し、プロセスの高効率化を実現するにの開発などがあり、その実現のためには、熱力学的なプロセ

は、異相間の化学的、物理的な分離過程を明らかにする必要があス原理に加えてプロセス内部で生じる微視的な現象や原料のります。そのために欠かせないのが、高温での各相や異相間の界反応特性を理解し、新たなプロセスを設計していく必要があ

AlO4面の化学的、物理的性質です。例えば溶融ケイ酸塩や金属融体のります。本研究分野では、環境適合型のプロセス開発に向け

熱伝導率、粘性は高温の精錬プロセスで極めて重要な働きをしまて、各種素材原料の物性値や反応特性の熱力学、熱工学、移す。これらの物性値はその物質の構造を敏感に反映するため、物動現象論や反応工学などの手法による解明、素材製造プロセ性の発現機構を物質の構造との関連から解明しています。このよスに広く見られる混相流動現象の流体力学、粉粒体工学など

AlO５

Measurement ofphysical properties

また、材料の分離プロセスや結晶成長に関わる界面での反応機構

値シミュレーション技術の開発と定量評価・設計に取り組ん

を、高温での反応場の直接観察を通じて解明しています。これらでいます。また、新たな熱エネルギー回収および貯蔵プロセ-Viscosity-Thermal conductivity
etc.

を基に実際の素材製造プロセスの高効率化や新規プロセスの開発

スの開発も進めています。

を目指しています。

Division of Inorganic Material Research

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

ロセス研究の融合』をモットーに研究を進めています。

端の熱流体解析の枠組みを用いた各種素材製造プロセスの数

Structuralcharacterization-NMR-Ramanetc.

実形状焼結鉱の還元解析

Development of novel material processing through process analysis based on reactive
thermal fluid analysis

Recycling, refining and solidification processes ofmaterials are important to sustain high efficiency
process for manufacturing products. Each material
separation process is governed by many chemical andthermophysical properties of materials and interfaces
among materials. "Fusion of materials processing
research and physicochemical property research" is ourGas formation between matte/magnetite

Solidification

Micro segregation imaging

Division of Process and System Engineering

Copper smelting

motto for realizing sustainable society.
Functions of the materials should be clarified frommicromechanism of each phenomenon to develop highefficiency processes for materials separation as wellas crystal growth by means of in-situ observation andmeasurements especially at high temperature.
Crystal Growth

Large n-type SnS grown by flux method1200 ºC

SO2 formation
SampleHigh-speed imaging of envelope flame formed around FeS2 sample

200 µm500 µmControl of material processes through original visualization technique

59

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

60

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

For the reduction of energy and material resources
consumption in base metals production, improvementof process efficiency, enhancement of flexibility to raw
material resources and development of novel processes
are required. One of our approaches for this issue isnumerical process simulation to reproduce and evaluate
the materials production processes, based on thetheories of multiphase fluid dynamics, reaction kinetics,
thermodynamics, thermal fluid engineering, transportphenomena, powder technology, and so on. Using theresults of the process analysis and the fruits obtained
through the modeling of unit operations, we are trying
to develop novel material production technology.
Additionally, we are trying to develop new processes forrecovery and storage of thermal energy.

Physicochemical approach to interfacial phenomena at high temperature for high efficiency
materials processing

無機材料研究部門

うに、材料物性とプロセスは密接に関わるため、『物性研究とプの手法による定量化を行い、これらの知見を組み込んだ最先

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

反応性熱流体解析による革新的素材プロセスの開発

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

量子ビーム計測研究分野

構造材料物性研究分野

Quantum Beam Measurements

Structural Physics and Crystal Physics

百生敦研究室佐藤卓（兼）研究室

Atsushi MOMOSE Lab

Taku SATO Lab（C）
Atsushi MOMOSE, Professor

Imaging ／ X-ray ／ phase measurement ／ three-dimensional observation

atsushi.momose.c2@tohoku.ac.jp

關 義親 准教授

主な研究テーマ

Yoshichika SEKI, Associate Professor• 干渉光学に基づく位相計測法の開拓• Ｘ線および中性子の位相イメージング法の開拓とその応用• 動的Ｘ線位相画像計測による機能イメージング法の開発• Ｘ線位相差顕微鏡／トモグラフィの開発• デコヒーレンス型極小角Ｘ線散乱イメージング法の開拓とその応用

上田 亮介 助教

Ryosuke UEDA, Assistant Professor• Phase measurement methods based on interference optics.
• Development and application of X-ray and neutron phase imaging system• Dynamical X-ray phase imaging for functional imaging• X-ray phase microscopy/tomography• USAXS imaging based on decoherence

して十分なコントラストが得られないという問題があります。
ところが、波としてのＸ線の性質に基づく位相コントラストを
格子

値は桁違いに膨らみます。本研究室では、X 線位相計測に基づ
く高感度画像計測技術を創始し、従来の常識を覆す数々の成果
格子他では実現できない実験環境構築と先端計測研究を推進すると画像検出器

山本 孟 助教

Hajime YAMAMOTO, Assistant Professor

主な研究テーマ• 中性子 4 軸回折装置とその応用法の開発 (JAEA 東海 3 号炉 JRR-3M:T2-2 FONDER)• 位 置敏感検出器を用いた高効率中性子結晶構造解析装置の開発 (J-PARC BL18: SENJU，
韓国研究用原子炉 HANARO 2D-PSD)• 多重極限下 ( 高圧、極低温、高磁場、高電場 ) における X 線・中性子散乱手法の開発• 強誘電体，磁性体，マルチフェロイック物質および有機伝導体の構造と物性研究• 水素結合系誘電体物質の電子密度分布と核密度分布• 超高圧合成法を用いた新規物質探索と構造物性研究• Development of the 4-circle neutron diffractometer• Development of the wide-area neutron detector for neutron structure analysis• Development of ultra-high accuracy structure analysis using synchrotron X-ray• Electron density distribution and proton density distribution of hydrogen-bonded compounds• Neutron and X-ray scattering study of structural physics and magnetism on multiferroic materials - Imaging of 3d-electron-orbital• Development and structural physics research of novel material by ultra high pressure synthesis

Imaging by using wave nature of quantum beam
tremendously. We have innovated in X-ray imaging
technology by developing X-ray phase measurement,
releasing groundbreaking results beyond conventional
expectation. Based on quantum beam physics, weare developing unique experimental environment andpioneering advanced imaging research. This technology
is attractive for practical applications, and we are also
conducting various collaborations with industry.

Materials-Measurement Hybrid Research Center

Ｘ線位相イメージング（Ｘ線 Talbot-Lau 干渉計）による早期リウマチ診断装置の開発

います。

当研究室では低温・強磁場・高圧下の多様な環境条件の下で、
X 線・放射光・中性子を用いた高分解能結晶構造解析のための計測技術確立と、精密な電子密度あるいは原子核密度の分布解
析に基づく物質の構造相転移及び物性の機能発現の起源について研究を行っている。図に示すのは、中性子と X 線構造解
析により可視化された水素結合型誘電体の原子核密度分布と、水素原子に注目した電子密 度分布である。酸素原子に挟まれた水素原子内で、原子核と電子の重心位置がずれる事により、
1 原子内で巨大な電気分極 ( 電子分極と呼ぶ ) が生じている事を示している。その他にも、磁性強誘電体における巨大電気磁気効果について、結晶・磁気構造解析の立場からその微視的起源を明らかにする研究も行っている。更に我々は高圧合成を基盤とした新物質・新機能の開拓とその構造物性研究にも取り組んでいる。2021 年度に再起動した研究炉 JRR-3 では、中性子二次元検出器の開発とそれを用いた超高精度の構造解析手法の開発を行う。

Ferroelectric polarization induced by magnetic order in magnetic ferroelectrics
We have been developing the methodology for highresolution crystal and magnetic structure analysis
using X - ray, Synchrotron radiation and Neutron beam
under extreme conditions such as low temperature,high magnetic field, and high pressure. We have alsostudied structural phase transitions to understand themicroscopic origins of functional properties in solid- state materials based on the accurate distribution

analyses of the electron as well as nuclear densities.
Figure shows the complex magnetic structure ofmagnetic ferroelectrics derived by neutron magnetic
structure analysis. Cycloidal spin structure inthis material is thought to be the origin of electric
polarization. We also engage the development of novel
neutron 2-dimensional detector for structure analysis
JRR-3 reactor.

斜め蒸着法で開発した中性子位相イメージング用高アスペクト比 Gd 大型格子

61

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

62

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

ともに、実用展開を視野に入れた産業界との共同研究も行ってQuantum beams, such as X-rays, are used to visualizeinternal structures of various materials having thescales ranging from atoms to human. However, there
is a problem that sufficient contrast is not obtained
for materials consisting of light elements, such as
polymers, light metals, and biological soft tissues.
The use of phase contrast based on the wave natureof X-rays is significant for overcoming this problem
and enhances the usefulness of quantum beams

taku@tohoku.ac.jp

X 線・中性子結晶構造解析による 1 原子内電子分極の可視化

格子

るいは生体軟組織など、比較的軽い元素で構成される物体に対を世界に発信してきました。量子ビーム物理の基礎に立脚し、Taku J SATO, Professor

Ｘ線源

います。ただし、例えばＸ線の場合、高分子材料、軽金属、あ生成・利用すれば、この問題は緩和され、量子ビームの利用価佐藤 卓 教授（兼）Center for Mineral Processing and Metallurgy

X 線などの量子ビームは、原子スケールから日常スケールまで、幅広い範囲で物質の内部構造を可視化するために使われて多重極端条件下精密結晶・磁気構造解析／中性子・X 線回折装置開発／
磁性強誘電体／水素結合型強誘電体／超高圧合成法開発
Precise crystal ／ magnetic structure analysis under multiple extreme conditions ／Development of neutron and X-ray diffractometers ／ Magnetic ferroelectrics and Hydrogenbonded dielectrics ／ Development of ultra high pressure synthesis

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

量子ビームの位相で観る

専門分野・キーワード

Division of Measurements

百生 敦 教授

イメージング／Ｘ線／位相計測／三次元計測

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

高分子物理化学研究分野

量子フロンティア計測研究分野

Polymer Physics and Chemistry

Frontier quantum-beam metrology

陣内浩司研究室

矢代航研究室Hiroshi JINNAI Lab

Wataru YASHIRO Lab

Soft Matter Physics ／ Self-Assembly in Polymers ／ Polymer Crystals ／ Polymeric Hybrid
Materials
主な研究テーマ• 有機・無機複合材料のナノスケール変形機構解析• 結晶性高分子材料のナノスケール構造解析• 有機・無機接着構造の原子レベル解析• ブロック共重合体の自己組織化ナノ構造の 3 次元観察とその分子論的解析• 高分子単一分子鎖の電子顕微鏡直接観察

陣内 浩司 教授

Hiroshi JINNAI, Professor
hiroshi.jinnai.d4@tohoku.ac.jp

宮田 智衆 講師

Tomohiro MIYATA, Senior Assistant Professor• nalysis of nanoscale deformation mechanisms in organic/inorganic composite materials• Nanoscale structural analysis of semicrystalline polymers• Atomic-scale analysis of organic/inorganic interfaces• 3D Observation and molecular-level analysis of self-assembled nanostructures of block copolymers• Direct observation of single polymer chains using electron microscopy• ミリ秒 X 線 CT の開発• X 線エラストグラフィの開発• イメージングと構造解析の融合技術の開発• 量子ビーム光学素子・システムの開発• 量子現象を利用したイメージング技術のフロンティアの開拓

Xiaoyu LIANG, Assistant Professor• Millisecond-temporal-resolution X-ray tomography• X-ray elastography• Fusion of structural analysis and imaging techniques• Quantum beam optical elements and systems• Exploring the frontiers of imaging technology using quantum phenomena

4D 世界のフロンティアを拓く
私たちは三次元（3D）＋時間という「4D の世界」に生きての高エネルギービームの量子性と、先端的なマイクロ・ナノフ

ます。しかし、材料の内部に形成される分子・ナノスケール

ァブリケーション技術、データサイエンス技術を駆使することの微細構造と巨視的な物性・機能の相関関係は明確になってにより、従来の限界を飛躍的に超える新たなイメージング技術

おらず、より高性能・高機能な高分子材料を設計する上でこを開発し、未開の 4D 世界の開拓に挑んでいます。

の関係の解明が強く求められています。

本研究分野で開発しているイメージング技術は、物質・生命

当研究室では、高分子材料内部の微細構造やダイナミクスを科学における様々な非可逆・非平衡系（例えば、流動性のある材料や、生きた生物など）の新たな理解につながるだけでなく、り組みつつ、巨視的な物性・機能を分子レベルから理解する

持続可能社会の実現に向けた材料・マイクロマシンシステム開は生物の脳の機能解明など、一般社会にも多様な波及効果を生

ナノ構造マッピング・単一高分子鎖の原子分解能観察・ナノ

Real-time 4D observation of rubber tensile fracture process (10 mstemporal resolution)

Materials-Measurement Hybrid Research Center

発や、病変の早期発見につながる医療診断機器の開発、延いての原子分解能観察や変形ダイナミクスの観察・高分子結晶のむと期待しています。
Fig. 1 (a) Transmission electron microscopy image of the vertically-elongated inner
structure of a rubber with silica nanoparticles (black parts). (b) Local strain map of (a).

Nano-scale investigations of structures and dynamics in soft materials using electron
microscopy.
macroscopic properties of polymeric materials (softmaterials) have yet to be fully understood. Thus, wehave precisely observed the microscopic structuresand dynamics inside polymeric materials to unveil the
microscopic origins of macroscopic properties.

Exploring the frontiers of the 4D world
We live in a "4D world", but in the 4D space-time
region of less than μm and ms, there is a vast unknown
world that is inaccessible even to the most advanced
measurement technologies. In our laboratory, we aretaking on the challenge of developing new imaging
techniques that dramatically exceed the conventional
limits by exploiting high-energy quantum beams such as
Propagation of shear waves

Horizontal

Fig. 2 (a) Morphology and spatial distribution of lamellar
crystals (white region) in a polyethylene specimen.
(b) Tilt angle map of the polymer chains inside lamellar
crystals.

X-rays, advanced micro/nanofabrication technologies,
and data science techniques, and to open up theuncharted 4D world. Our imaging technologies will not
only lead to a new understanding of various irreversible
and non-equilibrium systems in the material and life
sciences, but will also have diverse ripple effects on
general society.
Distribution of storage modulus

Vertical

0.83 ± 0.21 kPa

Sample: polyacrylamide gel

3.0 ± 0.91 kPa
Appl. Phys. Express, 13, 042004 (2020).

X-ray elestographyby visualizing propagating shear waves
X-ray elestography by visualizing propagating shear waves

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

64

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

ことを目指しています。具体的には、高分子・無機複合材料

東北大学 多元物質科学研究所

梁 暁宇 助教

大な未知の世界が拡がっています。本研究分野では、X 線など

子や無機物質を混合することで幅広くコントロールされてい精確に観測するため、最新の透過型電子顕微鏡法の開発に取63

wataru.yashiro.a2@tohoku.ac.jp

領域には、最先端の計測テクノロジーでもアクセスできない広材料の物性は、化学構造や分子配列の制御に加え、異種高分

Polymers are key materials used for industrial purposesdue to their superior lightweight, flexibility, andprocessability. Their properties can be widely controlled
by tuning chemical structures, mixing different polymers,
and introducing inorganic materials. However, therelationships between the microscopic structures and主な研究テーマ

Wataru YASHIRO, Professor

いますが、マイクロメートル以下かつミリ秒以下の 4D 時空間

り、基幹材料として産業的に広く利用されています。高分子

相分離構造の３次元観察等に取り組んでいます。

Quantum-beam optics ／ Metrology ／ Data Science ／ Micro/Nanofabrication

矢代 航 教授（SRIS）

Center for Mineral Processing and Metallurgy

高分子は軽量性・柔軟性・加工性などに優れた物質であ

量子ビーム光学／計測／データサイエンス／マイクロ・ナノファブリケーション

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

電子線によってソフトマテリアルの構造とダイナミクスを観る

専門分野・キーワード

Division of Measurements

ソフトマター物理／高分子の自己組織化／高分子結晶／高分子ハイブリッド材料

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

量子光エレクトロニクス研究分野

放射光可視化情報計測研究分野

Quantum Optoelectronics

Synchrotron Radiation Microscopy and Informatics

秩父重英研究室

髙橋幸生研究室

Shigefusa CHICHIBU Lab

Yukio TAKAHASHI Lab

chichibu@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

嶋 紘平 准教授

ytakahashi@tohoku.ac.jp• X 線タイコグラフィ法の開発と機能性材料の微細構造・化学状態イメージングへの応用• 動的コヒーレント回折イメージング法の開発と材料科学現象の動画化への展開• オペランド結像型イメージング XAFS 法による電池材料のマルチスケール化学状態分析• データ駆動型アプローチを活用したイメージングデータ解析法の開発• 鉱工業化学反応プロセス解明と設計のための局所構造解析

Kohei SHIMA, Assosiate Professor

機能性材料の多くは、原子（ミクロ）からミリメートル（マ
新材料を設計・開発する際、ミクロとマクロを繋ぐメソスケ

コヒーレントX線計測法とデータ科学的アプローチの連携

ールでの微細構造と機能の相関を解明することが重要です。

人間生活にも優しいプラネットコンシャスな BN, AlN, GaN, InN

10 nm

等のⅢ族窒化物半導体や ZnO, MgO 等のⅡ族酸化物半導体、NiO■ フェムト秒~ピコ秒パルス集束電子線を用いたワイドバンドギャップ半導体の時間・空間分解スペクトロスコピーによるナノ領域キャリアダイナミクス計測の形成を行います。

80fs

wing

window 100nm

選択横方向成長a面GaN上に形成した
InGaN/GaN多重量子井戸の空間分解カ
ソードルミネッセンス強度マッピング像

秩父他 Nature Mater 5, 810 (2006).

フェムト秒
パルス
電子線

フォト
カソード

時間（ns）②光励起キャリアダイナミクス

モードロックチタン
サファイアレーザ

389nm (3.19eV)

分光器

0.5
1.5

ストリーク
カメラ

Design and creation of wide bandgap semiconductor quantum nanostructures and spatiotime-resolved spectroscopy

東北大学 多元物質科学研究所(高時間分解能)メカニズム発掘～研究者の理解できるイメージに転換～
相分離挙動

実環境
試料

劣化挙動

利用したコヒーレント回折イメージングは、X 線領域で未踏③ データ
時間 マイニングであったナノスケールでの構造可視化を実現する次世代の可視化計測法として注目されています。また、近年のデータ科② 画像生成AI+XPCS
フィッティング解析学の発展に伴い、3 次元空間に複雑に分布する元素・電子状

時間

ることも可能になりつつあります。本研究室では、次世代の1.0

被測定固体(半導体)
ナノ構造

Research objectives of the laboratory are to design andcreate quantum nanostructures desirable for new functional
optoelectronic devices workable in deep ultraviolet,
visible, and optical communication wavelengths using
planet-conscious wide bandgap semiconductors, namely(B,Al,Ga,In)N and (Mg,Zn)O systems. We are growing
quantum structures by metalorganic vapor phase epitaxy
and unique helicon-wave-excited-plasma sputtering
epitaxy methods, Ultrafast recombination dynamics of
excited particles in nanostructures are studied by timeresolved spectroscopy using a femtosecond laser, andvery local carrier dynamics are proved by focused pulsed
electron beams using a home-made, spatio-time-resolved
cathodoluminescence system equipped with a photoelectrongun.

② X線光子相関分光(XPCS)

二相分離組織・化学状態
特徴量
相界面でのイオンダイナミクス
Ｂ～XPCSとCDIの融合～態の情報から構造－機能相関に関する特徴的な情報を抽出す

0440 460 480 500 520
波長（nm）
ストリーク像の一例

偏向コイル

時間分解能の向上

Materials-Measurement Hybrid Research Center①カソードルミネセンス法
による量子ナノ構造評価

動画イメージ取得～コヒーレントＸ線計測～① 深 層 学 習モ デ ル
による高速像再生① 動的ｺﾋｰﾚﾝﾄ回折ｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞ(CDI)

放射光イメージング・分光法の開発を基軸とし、データ駆動(低時間分解能)型アプローチを活用することで、材料の機能を可視化する共通基盤を構築することを目指します。

Visualizing material functions using advanced synchrotron radiation imaging and data science
Most functional materials are heterogeneous andcomplex systems with hierarchical spatial structures
ranging from atoms to millimeters, and it is crucial
to elucidate the correlation between microstructureand function at the mesoscale when designing anddeveloping new materials. Synchrotron radiation imaging
and spectroscopic techniques allow multimodal analysisof the structural, elemental, and electronic states offunctional materials. Coherent diffraction imaging
using synchrotron radiation is attracting attention as anext-generation visualization tool to realize structuralvisualization at the nanoscale. In addition, recent
developments in data science are making it possible
to extract characteristic information on structurefunction relationships from information on elements andelectronic states distributed in three-dimensional space.
We aim to establish a common platform for visualizing
the functions of materials by developing next-generationsynchrotron radiation imaging and spectroscopy
methods and utilizing data-driven approaches.

X-ray Ptychography Apparatus with Advanced X-ray Optics

Synchrotron
X-raysSample chamber

In-vacuum
pixel-array detector

Advanced KB mirror optics@SPring-8 BL29XUL

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

66

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

純青・純緑色半導体発光素子や光と励起子の連成波デバイス等）とができます。特に、放射光の可干渉性（コヒーレンス）を原子層レベルで平坦な半導体界面・表面制御による超構造形成

量子効果（キャリアダイナミクスや点欠陥との相関など）の物理に迫ります。また、それらを用いた光・電子デバイス（紫外線・Fusae KANEKO, Assistant Professor

超タイコグラフィによる微視的・非平衡状態の可視化

で機能性材料の構造・元素・電子状態を多角的に解析するこる時間・空間同時分解分光を行い、微細領域における励起子効果・

金子 房恵 助教 (SAKURA)クロ）までの空間階層構造を有する不均一・複雑系であり、放射光を光源とするイメージング・分光技術を駆使すること

ゾスコピック・ナノ構造のフェムト秒パルス集束電子線励起によKozo SHINODA, Associate Professor

先端的放射光イメージングとデータ科学を駆使して材料機能を可視化する

nm 台の深紫外線から近赤外線まで広範囲をカバーし、環境にも持つ半導体ナノ超薄膜や構造の形成を行います。また、それらメ

篠田 弘造 准教授（SRIS）• Development of X-ray ptychography and its application to nanostructure and chemical
state imaging of functional materials• Development of dynamic coherent diffraction imaging method and its application to themoving image of materials science phenomena• Multi-scale chemical state imaging of battery materials by operando full-field imagingXAFS method• Development of imaging data analysis methods utilizing data-driven approaches• Local structure analysis for elucidation and design of mining and engineering chemical
processes■ ワイドバンドギャップ窒化物・酸化物半導体・ナノ構造のエピタキシャル形成
GaN,ZnO系多層超薄膜デバイス

や TiO2 等の金属酸化物半導体にスポットライトを当て、エピタ

Yukio TAKAHASHI, Professor

Center for Mineral Processing and Metallurgy

子構造デバイス用半導体として、禁制帯幅に相当する波長が 200

Coherent X-ray Optics ／ Synchrotron Radiation ／ Visualization Measurement ／Data Science
主な研究テーマ

ワイドギャップ半導体ナノ構造創成と時空間分解スペクトロスコピー
光子系（電磁波）と電子系（励起子）の機能を融合させる量髙橋 幸生 教授（SRIS）

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター• 環境に優しい (B,Al,Ga,In)N および (Mg,Zn)O 系ワイドバンドギャップ半導体微小共振器を用いた、励起子と光の相互作用に基づく新しいコヒーレント光源の研究• フェムト秒レーザおよびフェムト秒電子線を用いた (B,Al,Ga,In)N および (Mg,Zn)O 系ワ
イドバンドギャップ半導体量子ナノ構造の時間空間分解スペクトロスコピー• 有機金属化学気相エピタキシーによる (B,Al,Ga,In)N 系量子ナノ構造形成と深紫外線発光デバイス形成• (Mg,Zn)O 系酸化物半導体のヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシーと機能性酸
化物薄膜形成• A n e w c o n c e p t c o h e r e n t l i g h t s o u r c e b a s e d o n l i g h t ‑ m a t t e r c o u p l i n g i nenvironment‑friendly (B,Al,Ga,In)N and (Mg,Zn)O wide bandgap semiconductor
microcavities• Spatio-time-resolved spectroscopy in semiconductor materials• Design and fabrication of (B,Al,Ga,In)N quantum nanostructures: epitaxial growths bymetalorganic vapor phase epitaxy• Helicon‑wave‑excited‑plasma sputtering epitaxy of II‑oxide semiconductor(Mg,Zn)O andfabrication of multifunctional oxide thin films

コヒーレント X 線光学 ／ 放射光 ／ 可視化計測 ／ データ科学

Division of Measurements

Shigefusa CHICHIBU, Professor

Wide bandgap semiconductors ／ Quantum nanostructures ／ Carrier dynamics ／Spatio-time-resolved spectroscopy

キシャル結晶成長法によって原子層レベルで平坦な表面・界面を65

専門分野・キーワード

秩父 重英 教授

半導体光デバイス／量子構造／キャリアダイナミクス／時間空間分解分光

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

固体表面物性研究分野

ナノ電子プローブ回折計測研究分野

Solid Surface Physics

Nano-Electron Probe Diffractometry

虻川匡司研究室

津田健治研究室

Tadashi ABUKAWA Lab

Kenji TSUDA Lab
専門分野・キーワード

surface structure ／ synchrotron radiation ／ high-pressure synthesis ／ material dynamics

主な研究テーマ

収束電子回折／ STEM-CBED/4D-STEM ／構造相転移／結晶界面・ドメイン構造

津田 健治 教授

abukawa@tohoku.ac.jp

Convergent-beam electron diffraction (CBED) ／ STEM-CBED/4D-STEM ／Structural phase transformation ／ Crystal interface and domain structures

kenji.tsuda.b6@tohoku.ac.jp

高山 あかり 准教授

主な研究テーマ

Tadashi ABUKAWA, Professor• 新しい表面構造解析法の開発• 新奇表面物質の作成と表面構造解析• 高圧合成による新物質探索と物性研究• 放射光を用いた物質ダイナミクス研究

Akari TAKAYAMA, Associate Professor• Development of novel techniques for surface structure analysis.
• Synthesis of novel surface materials and surface structure analysis.
• Explore new materials by high-pressure synthesis.
• Study of material dynamics using synchrotron radiation.

山本 孟 助教（兼）Taiki HOSHINO, Associate Professor

ることで、物性発現のメカニズムを明らかにします。

Center for Mineral Processing and Metallurgyに NanoTerasu の放射光を用いてそれらの電子状態を解明す

ナノ電子プローブを用いた局所構造・静電ポテンシャル分布解析
機能性材料において、ナノスケールの局所構造や結晶・ドレベルで理解する研究を行っています。

メイン界面に起因する特異な物性の報告が増加しており、局所結晶構造解析の重要性が高まっています。このためには、に、振動相関熱散漫散乱法、ワイゼンベルグ反射高速電子回

透過電子顕微鏡を利用して、ナノサイズに収束した電子プロ

折法などの新しい表面構造解析法を独自に開発しました。ワ

ーブを試料に照射する収束電子回折 (CBED) 法がきわめて有イゼンベルグ反射高速電子回折法では、3 次元的な表面構造

利です。本研究分野では、CBED 法を用いて動力学回折（多解析に必要な大量のデータを、わずか 20 分程度で測定でき重散乱）理論計算に基づく定量的な局所結晶構造解析を世界る優れた手法です。また、反応ダイナミクスや構造相転移ダに先駆けて実現し、強誘電セラミックス材料、固体燃料電

イナミクスを研究するために、ストリークカメラ電子回折法

池関連材料、強相関電子系材料等に適用しています。現在、という表面原子の高速な動きを捉える新しい手法を開発しま

走査透過電子顕微鏡 (STEM) 法と CBED 法を組み合わせたした。以上の手法や光電子顕微鏡 (PEEM)、走査電子顕微鏡

STEM-CBED/4D-STEM 法を活用して、結晶界面・ナノドメ(SEM)、走査トンネル顕微鏡 (STM) などの顕微手法を使って、
W-RHEED 法によって解明した表面構造と Nanoterasu での実験。

Materials-Measurement Hybrid Research Center

イン構造のような非周期・不均一構造から局所結晶構造・静新たに作成した表面物質や新物質の構造を明らかにし、さら電ポテンシャルの空間変化を定量解析する手法の開発に取り組んでおり、局所構造・界面に起因する新規機能性材料開発に寄与することを目指しています。

CBED 法による局所結晶構造・静電ポテンシャル分布解析
Local structure and electrostatic potential analysis using CBED

Atomic-level characterization of solid surfaces and interfaces for new surface functions.
We study surfaces and interfaces at the atomic level tocreate surfaces and interfaces with various functions.
We have developed novel methods for surface structure
analysis, such as Correlated Thermal Diffuse Scatteringand Weissenberg Reflection High-energy Electron
Diffraction (W-RHEED). W-RHEED is an excellent
method that can measure a large amount of datarequired for three-dimensional surface structure analysis
in only about 20 minutes.
Using the developed methods and microscopy
techniques such as Photoelectron Emission Microscopy(PEEM), Scanning Electron Microscopy (SEM), andScanning Tunneling Microscopy (STM), we will reveal
the structures of newly created surface and newmaterials, and elucidate their electronic structuresby means of synchrotron radiation photoelectron
spectroscopy at NanoTerasu.

Nanoscale local crystal structure and electrostatic potential analysis using nano-electron
probe

Structure

200μm

Dynamics

t=0

Growthgraphene②①

flat surface

③

1x1

④

7x7
Ni(110)ablationrecover surface

crystalize

recover 7x7

東北大学 多元物質科学研究所

Local crystal structure analysis is increasingly importantin functional materials that exhibit intriguing physicalproperties induced by nanoscale local structures andcrystal interfaces. For this purpose, the convergentbeam electron diffraction (CBED) method using nanoelectron probe is extremely advantageous. Using the
CBED method, we developed a quantitative analysis
method of local structures and electrostatic potential
distributions based on the dynamical diffraction (multiple
scattering) theory and applied it to various functional
materials. Furthermore, we are developing a method
to investigate spatial variations of local structures andelectrostatic potential distributions in crystal interfaces
and nanodomain structures by using the STEMCBED/4D-STEM method.

BaTiO3 強誘電 90°ドメイン壁の構造モデル、動力学回折計算および実験で得た CBED
図形 / Structure model of BaTiO3 ferroelectric 90° domain wall, dynamical diffraction
simulations and experimental CBED patterns.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

68

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

これまでに、表面の原子配列を 3 次元的に可視化するため

Nano-surface structures, surface dynamics, and crystal growthon surfaces are our targets.

67

Daisuke MORIKAWA, Assistant Professor

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

目指して、放射光と電子回折を用いて結晶表面・界面を原子森川 大輔 助教

• Development of local crystal structure and electrostatic potential analysis and its applications• Local structure and electrostatic potential analysis of crystal interface and nanodomain structures using 4D-STEM• Nanoscale local crystal structure analysis of functional materials under applying external fields• Nanoscale local crystal structure analysis at structural phase transformations• Development of crystal structure analysis program based on the dynamical diffraction calculations for 3D ED data

Hajime YAMAMOTO, Assistant Professor

放射光と電子回折による原子レベルでの固体表面と界面の理解と機能創成
本研究分野では、様々な機能を持った表面・界面の創成を

Kenji TSUDA, Professor• 収束電子回折法による局所結晶構造・静電ポテンシャル分布解析法の開発と応用• 4D-STEM 法による結晶界面・ナノドメイン構造の局所構造・静電ポテンシャル分布解析• 機能性材料の外場印加におけるナノ局所結晶構造解析• 構造相転移におけるナノ局所結晶構造解析• 動力学回折計算による 3D ED データの結晶構造解析手法の開発

星野 大樹 准教授（SRIS）

Division of Measurements

虻川 匡司 教授（SRIS）

表面構造 ／ 放射光 ／ 高圧合成 ／ 物質ダイナミクス

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

電子回折・分光計測研究分野

走査プローブ計測技術研究分野

Electron -Crystallography and -Spectroscopy

Advanced Scanning Probe Microscopy

寺内正己研究室

米田忠弘研究室

Masami TERAUCHI Lab

electron microscopy ／ electron energy-loss spectroscopy ／soft-X-ray emission spectroscopy ／ convergent-beam electron diffraction

寺内 正己 教授

Masami TERAUCHI, Professor
masami.terauchi.c4@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

佐藤 庸平 准教授

• 機能性ナノ粒子の物性解析• 角度分解 EELS による光物性評価手法の開発• 電子顕微鏡用 SXES 装置の開発と応用• 収束電子回折法およびビームロッキング電子回折を用いた局所構造解析

助教
Takatoshi MSTSUMOTO, Assistant Professor

Yohei SATO, Associate Professor

松本 高利• Functional analysis of nm-scale particles by TEM-EELS• Identification of electronic excitations by angle-resolved EELS
• Development of SXES instrument for electron microscopy• Crystal structure analysis using CBED and beam-rocking ED

走査プローブ顕微鏡／量子コンピューター／スピンエレクトロニクス／ ESR-STM
scanning tunneling microscope ／ quantum computing ／ spintronics ／ ESR-STM

米田 忠弘 教授

Tadahiro KOMEDA, Professor
tadahiro.komeda.a1@tohoku.ac.jp

高岡 毅 講師

主な研究テーマ

Tsuyoshi TAKAOKA, Senior Assistant Professor• 走査型トンネル顕微鏡（STM）を用いた分子観察 ･ 計測
• トンネル分光を用いた分子振動・スピン計測などのナノスケール化学分析• 微細加工素子と分子素子の融合に向けた界面計測・制御• スピントロニクス・量子コンピューターの基礎となるスピンの制御• 環境触媒の基礎解明に向けた表面・分子相互作用の研究• Observation and chemical characterization of single molecule using scanning tunnelingmicroscope (STM)• Chemical analysis using molecule vibration and spin detection with an atomic resolution• Interface engineering to combine Si technology and molecule electronics• Spin control for molecule spintronics and quantum computing• Molecule‑surface interaction dynamics for environmental catalysis research

ンパクトな高機能デバイスや新物質の開発が必要であり、そのためには、電子顕微鏡を基礎としたナノスケールでの構造・物性解析手法の確立とその適用が不可欠です。これまでに、我々の目標である「ナノスケール構造・物性解析
システムの構築」の実現を目指し、世界初の精密構造解析
用分光型電子顕微鏡および解析ソフトウェア、高エネルギ
ー分解能 EELS 電子顕微鏡、世界初の価電子状態分析電子顕微鏡など、オリジナルな手法・装置の開発とその機能評きました。図は、熱線遮蔽材料として用いられている Cs

ルギー領域で、結晶方向に依存して 2 つの振動エネルギーが存在し、これらが高効率な近赤外光遮蔽性能の起源であることを解明しました。

本研究室では、走査型プローブ顕微鏡を中心とした装置開発を通じて、ナノ領域科学の基本となる計測技術や原子分子制御技術を開拓し、分子の特徴を生かした素子開発を行なおうとしています。特に近年、量子コンピューターやスピン
トロニクスへの応用から単一スピン検出が求められており、我々は単一スピンの検出手法の開発と、分子の特徴を生かした分子スピントロニクス素子の開発を進めています。
ナノ領域でのスピン・磁気特性の分析は量子情報処理の基本となる技術であり、その一つがトンネル磁気抵抗を用いてスピンの向きを決定しようとするものであります。我々は分子で磁石の性質を示す単一分子磁石を用いて、N・S 極のいずれが上を向くかを磁気抵抗の差として求め、磁場によってMaterials-Measurement Hybrid Research Center

性を角度分解 EELS により測定した例です。近赤外光エネ

スピントロニクスへ向けた単一スピンの検出と操作

単一分子 ESR

反転させることに成功しています。
また局在したスピンが RF 高周波と相互作用することを利用した ESR-STM を開発し、より高度な磁気測定技術の開発を行っています。

Development and Applications of nm-scale Crystallography and Spectroscopies
Our lab develops accurate nanometer scale characterization
methods of crystal structures by convergent-beam electron
diffraction (CBED) and electronic structures by electronenergy-loss spectroscopy (EELS) and soft-X-ray emission
spectroscopy (SXES) for evaluating new functional materials.
For performing crystal structure studies, we developed anew Ω-filter electron microscope and a refinement software, which can perform not only atom positions but also
electrostatic potential and charge distributions. For electronic
structure studies, a high-resolution EELS microscope and
SXES instruments were developed. Figure shows carbon
K-emission spectra of amorphous carbon-nitride and othercarbon allotropes obtained by using a developed SXES
instrument attached to a scanning electron microscope.

東北大学 多元物質科学研究所

Single spin detection and manipulation for molecule-spintronics
The detection of a single spin is demanded for variety
of applications, e.g., for reading and manipulation ofisolated spins for spintronics and quantum computation.
We are developing instrumentation of the detection of asingle spin using scanning tunneling microscope (STM).
Especially, a method that detects the Larmor precession
by monitoring a variation of tunneling current, called
ESR-STM, has a large advantage due to its compatibility
with solid devices and atom-scale spatial resolution. We
successfully developed ESR-STM instrument which candetect the single spin in SiO layers.
In addition, for the realization of the molecularspintronics, single molecule magnet (SMM) is one of
the most promising materials. We investigated the spinof SMM by detecting Kondo states. We found that the

Kondo peak intensity shows a clear variation with theconformational change of the molecule, namely theazimuthal rotational angle of the Pc planes.

単分子磁石の原子レベル磁性制御

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

70

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

ドープ酸化タングステンのプラズモン振動の結晶方位依存

Center for Mineral Processing and Metallurgy

持続可能な社会の実現には、省資源・省エネルギーでコ

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

電子線を用いた局所の構造・物性解析手法の開発と応用

価への応用を行い、物性の解明と手法の有用性を実証して69

専門分野・キーワード

Division of Measurements

電子顕微鏡／電子エネルギー損失分光／軟 X 線発光分光／収束電子回折計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

Tadahiro KOMEDA Lab

放射光ナノ構造可視化研究分野

高温材料物理化学研究分野

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

High-temperature Physical Chemistry of Materials

高田昌樹研究室

福山博之研究室

Masaki TAKATA Lab

Next-Generation Synchrotron Radiation Facility ／ X-ray Optics ／ Soft X-ray Microscopy

主な研究テーマ

高田 昌樹 教授（SRIS）

専門分野・キーワード
エネルギー・環境材料／化学熱力学／融体物性／結晶成長

福山 博之 教授

masaki.takata.a4@tohoku.ac.jp

energy & environmental materials ／ chemical thermodynamics ／ properties of hightemperature melts ／ crystal growth

hiroyuki.fukuyama.b6@tohoku.ac.jp

江島 丈雄 准教授（SRIS）

主な研究テーマ

Masaki TAKATA, Professor• 次世代放射光施設「ナノテラス」の推進• X 線可視化技術の高度化による構造科学の革新• 軟Ｘ線顕微鏡の開発および生体試料への応用• 軟 X 線光源・光学素子・検出器など要素技術の開発

Takeo EJIMA, Associate Professor• Next-generation synchrotron radiation facility "NanoTerasu" project• Innovation of structural science by development of X-ray visualization technology• Development of soft X-ray microscope and application to biological samples• Development of soft X-ray light sources, optics, and detectors

羽多野 忠 助教（SRIS）

山本 達 准教授（SRIS）

Susumu YAMAMOTO, Associate Professor

Tadashi HATANO, Assistant Professor

大塚 誠 准教授

Makoto OHTSUKA, Associate Professor• 窒化物半導体の結晶成長と物理化学• 超高温熱物性計測システムの開発• 超高温材料の熱物性計測• エネルギー・環境材料のプロセス創製• 金属製錬プロセス開発

打越 雅仁 准教授

Masahito UCHIKOSHI, Associate Professor• Crystal growth and physical chemistry of nitride semiconductors• Development of high-temperature thermophysical property measurement system• Thermophysical property measurements of ultra-high temperature materials• Energy & environmental materials processes• Metallurgical processes

安達 正芳 講師

Masayoshi ADACHI, Senior Assistant Professor

李 森 助教Sen LI, Assistant Professor

Center for Mineral Processing and Metallurgy

エネルギー・環境材料の高温プロセス創製

本研究分野は、放射光 X 線により物質中の電子構造をナノ

当研究室では、化学熱力学をベースにエネルギーと環境に役立指針を確立することを目標としています。現在、私達は最先

つ新しい先端材料やそのプロセス開発に関する研究を行っていま端の軟 X 線放射光光源である「ナノテラス」（図 1、2023 年す。例えば、窒化物半導体は、環境や医療分野での応用が期待さ度に青葉山新キャンパスに完成）を強力に推進しています。

れる紫外発光デバイスや省エネにつながるパワーデバイスの基板

これまで私達が独自に開発を進めてきた X 線回折・顕微・分材料として注目されており、当研究室では、その新たな結晶成長

光法の計測手法及びマキシマムエントロピー法などの画像再プロセスに関する研究を行っています。また、様々な材料プロセ

構成の解析手法を、ナノテラスが実現する未踏の光源に適用

スにおける熱・物質移動現象をシミュレーションするため、電磁することで、X 線ナノ可視化技術の革新を目指します。また、浮遊法と静磁場を組み合わせて、融体の熱容量、熱伝導率、放射

学術と企業が課題解決に向けて 1 対 1 の強固なチームを作る

率、密度および表面張力等の熱物性を高精度に計測する超高温熱

新しい産学連携の形「コアリション（有志連合）
・コンセプト」

物性計測システムの開発を行っています。この技術によって、鉄・（図 2）を通じ、ナノテラスをオープン・イノベーションの揺

非鉄の金属製錬、機能性材料の結晶成長、耐熱材料の開発、蓄熱材料の開発、原子炉重大事故のモデリング、鋳造、溶接など様々

Materials-Measurement Hybrid Research Center

Fig. 1な材料分野へ貢献することに加えて、未知の高温融体科学を開拓する研究を行っています。
窒化アルミニウム結晶成長その場観察

Development and Applications of Nano Visualization Technology based on Synchrotron
Radiation X-rays
The mission of Takata Lab is to visualize electronic
structures of materials at nano-meter level usingsynchrotron radiation X-rays, and establish the design
guidelines for developing new functional materials.
Currently, we are strongly promoting "NanoTerasu" (Fig.
1), which is a state-of-the-art soft X-ray light source,scheduled to be constructed on Aobayama new campus
by FY2023. We aim to innovate X-ray nano visualization
technology by combining the unprecedented lightproperties of NanoTerasu with our own measurement
and analysis methods. In addition, we aim to make
NanoTerasu a cradle of open innovation through a
new type of industry-academia collaboration based on"Coalition Concept" (Fig. 2), in which academia andcompany form a strong one-on-one team to solve social
challenges.

Fig. 2High-temperature processes for energy & environmental materials
Fukuyama laboratory studies novel processes forenergy & environmental materials based on chemical
thermodynamics with high-temperature thermophysicalproperty measurements. Currently, we are developing new
crystal growth processes to bring a breakthrough in nitridesemiconductor devices such as ultraviolet optical devices
utilized in environmental and medical fields and powerdevices. Thermophysical properties of materials are needed
for modeling heat & mass transfer in material processes. A
thermophysical property measurement system at ultra-hightemperature has been developed in our laboratory, whichenables accurate measurements of heat capacity, thermal
conductivity, emissivity, density and surface tension of hightemperature melts, utilizing electromagnetic levitation in a dc
magnetic field. This technique makes a great contribution tovarious material industries.
High-temperature thermophysical property measurement system (PROSPECT)71

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

72

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

レベルで可視化し、新しい機能を持った材料を開発する設計

籃とし、新産業創成に繋げることを目指しています。

Hiroyuki FUKUYAMA, Professor

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

放射光 X 線によるナノ可視化技術の開発と応用

Division of Measurements

次世代放射光施設／ X 線光学／軟Ｘ線顕微鏡

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

Hiroyuki FUKUYAMA Lab

基盤素材プロセッシング研究分野

機能性粉体プロセス研究分野

Base Materials Processing

Powder Processing for Functional Materials

植田滋研究室加納純也研究室

Shigeru UEDA Lab

Junya KANO Lab

Material processing ／ Iron and steelmaking ／ High temperature physical chemistry ／Material recycling

Shigeru UEDA, Professor
tie@tohoku.ac.jp

岩間 崇之 助教

主な研究テーマ

Takayuki IWAMA, Assistant Professor• 製鋼スラグからのりん資源回収• 界面における物質移動と化学反応• 金属 - 酸化物 - 気相間の平衡と反応速度• 新素材プロセス開発• 混相流の物性• Recovery of phosphorus from steelmaking slag
• Control of mass transfer and chemical reactions at interfaces• Chemical equilibrium and reaction kinetics between molten metal, oxide and gas phases• Development of novel material processing• Physical properties of multiphase flow

加納 純也 教授

粉体工学／シミュレーション／粉体プロセス／水素エネルギー

Junya KANO, Professor

powder technology ／ shimulation ／ powder processing ／ hydrogen energy

kano@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ髙井 千加 准教授

• コンピュータシミュレーションによる粉体プロセスの高度化• 機械的微粒子生成プロセスのシミュレーションの創成• 粒子・流体プロセスシミュレーションの創成• バイオマスおよび樹脂廃棄物からの高効率水素製造プロセスの創製

Chika TAKAI, Associate Professor

久志本 築 助教

• Optimum design of powder processing by computer simulation• Development of simulation model for grinding processes of fine particles• Development of simulation model for multiphase flow
• Development of new hydrogen generation processes from biomass and plastic waste

英 穂波 助教 (SAKURA)

Kizuku KUSHIMOTO, Assistant Professor

Honami HANABUSA, Assistant Professor

持続可能な社会が求められる中で、高度な文明を維持するた
めには社会基盤となる素材供給を維持することが必要です。世界の粗鋼生産量は年々増加し、ベースメタルやレアメタルの需要も増加しています。この背景には新興国での旺盛な資源需要があり、同時に鉱物資源の劣質化および CO2 や有害な副産物発生の問題が顕在化してきました。この情勢の中で安全かつ安定な社会を構築するために、資源とエネルギー需給および原料の変化に対する対応力が高く低環境負荷で安定的に素材が生産が重要です。高温物理化学、反応プロセス工学をもとに資源、御する必要がある。本研究室では、粉体プロセスを自在に精緻に制御するためのツールとしてのシミュレーション法の創はその化学組成だけではなく、材料中の粒子充填構造にも大成を行っている。本シミュレーションによって、粉体プロセ

きく依存し、粒子充填構造は粉体粒子の粒子径やその分布なスを最適化することにより、省エネルギー化や省資源化を図

ど物性・特性値に大きく左右される。したがって、原料となっている。また、粉体プロセスの一つである粉砕操作によっる粉体の生成などの粉体プロセスを精緻に制御し、所望するて発現するメカノケミカル現象を積極的に活用し、都市鉱山

粒子を取得し、かつ所望する機能を発現させるために、分散・からの金属リサイクルやバイオマスからの創エネルギーに関

凝集、粉砕、混合、圧縮成形などの粉体プロセスを自在に制する研究を展開している。

(a) 分散・凝集

Materials-Measurement Hybrid Research Center

築に必要な反応プロセスの構築を目指します。

In order to establish a sustainable society, it is necessary
to maintain the supply of materials that act as social
infrastructure. Global crude steel production is increasing
year by year, and demand for base and rare metals is also
increasing. At the same time, degradation and depletion ofmineral resources, and production of CO2 and by-products
have become problems. It is necessary to establish
social sustainability through efficient material process andresource recycling. Based on high-temperature physicalchemistry and reaction engineering, our group aim to build
the reaction process necessary for sustainable resource
supply, reduction and use of by-products.

粉体を原料、中間製品あるいは最終製品とする高機能性材料の開発・製造がいつの時代も盛んである。その材料の特性(b) 粉砕粉体現象および粉体プロセスのシミュレーション解析。
(a) せん断流動場中の粒子の分散・凝集、(b) 液中でボールに粉砕される砕料粒子、(c) CAE による混合機の設計、(d) 金属粒子の圧縮成形過程(b) 混合(d) 圧縮成形

Development of new functional powder processing and optimum design of powder
processing by numerical simulation

Control of chemical reactions by controlling interface phenomenaControl of chemical reactions bycontrolling interface phenomena

東北大学 多元物質科学研究所

Analysis of reaction mechanism and control of high temperature reaction

Figure. Analysis of reaction
mechanism and control of hightemperature reaction

Development and manufacture of high functional
materials have been actively made, and most of
those raw materials, intermediate products and final
products are particulate materials. The properties of
the high functional materials are greatly dependent on
the particle packing structure in the materials as wellas those chemical compositions. The particle packing
structure is also highly dependent on the particle
properties and characteristics such as particle size andits distribution of the particles, which depend on their
preparation processes. Therefore, in order to obtain thefunction desired, first of all, the preparation process ofthe particles as a raw material should be elaborately

controlled, and then the powder processing such asdispersion, grinding, mixing, and compression molding
must be controlled exquisitely.
In our laboratory, we are carrying out developmentof computer simulation method for control of powder
processing. Optimizing the powder processing by thesimulation is performed for energy saving and resourcesaving. In addition, we are developing processes forrecycling of metals from urban mines and for hydrogenenergy generation from biomass and plastics by using
the mechanochemical effects which are obtained in thegrinding process.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

74

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

エネルギー対応、副産物の削減および利用といった社会基盤構

Optimization of high temperature processing
for base metal

Center for Mineral Processing and Metallurgy

高温プロセスにおける反応制御の最適化

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

機能性粉体プロセスの創成とシミュレーションによる粉体プロセスの最適化

可能なプロセスの構築と持続性の高い資源循環型の社会の構築

73

専門分野・キーワード

Division of Measurements

植田 滋 教授

素材プロセス／製鉄製鋼／高温物理化学／リサイクル

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

エネルギー資源プロセス研究分野

エネルギーデバイス化学研究分野

Energy Resources and Processing

Chemistry of Energy Conversion Devices

桐島陽研究室

本間格研究室Akira KIRISHIMA Lab

Itaru HONMA Lab
専門分野・キーワード

Radiochemistry ／ Nuclear waste management ／ Decommissioning ／ Solution Chemistry
主な研究テーマ

Akira KIRISHIMA, Professor
kiri@tohoku.ac.jp

秋山 大輔 講師

• 放射化学アプローチによる原発事故廃棄物のバックエンド工学研究• プロトアクチニウム溶液化学研究への再挑戦• 深部地下ならびに表層環境中の放射性核種の移行挙動研究• 素材や製品に含まれる天然放射性物質（NORM）問題の研究• Research for radioactive waste management and environmental recoverability on
Fukushima NPP accident in 2011
• Solution chemistry research on Protactinium• Research for front and back end chemistry on nuclear fuel cycle• Research on Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM) existing in materials
and products• レアメタルフリーのポストリチウムイオン電池• 全固体電池• 二酸化炭素の電気化学的変換プロセス• 先端機能材料プロセッシング• ３次元プリンティングを用いた電池デバイスのオンデマンド製造

菅野 杜之 助教

Yuki YOKOTA, Assistant Professor• Critical metal free post-lithium-ion battery• All solid state battery• Electrochemical CO2 conversion to useful chemical products• Advanced functional materials processing• On-demand fabrication of battery devices by 3D printing technologies

模擬デブリ合成・分析による燃料デブリの物理・化学特性の取り扱いの難しい廃棄物が含まれます。これらは今後 30-40

把握、汚染水へのアクチノイドの溶出挙動研究、さらには新年をかけて順次取り出され、安定化や廃棄体化処理を施し、規な汚染物の安定化および廃棄体化法の開発等を行っていま処分される見込みです。これを実現するには廃棄物の性状やす。これにより、現在の日本における最も困難な工学課題で含まれる放射能量を正確に把握する必要がありますが、廃棄ある福島第一原発の廃止措置に大学の研究室として貢献する

物には毒性が高く化学挙動が複雑な種々のアクチノイド元素ことを目指しています。

汚染水タンク
圧縮･固化廃棄体作製
固体汚染物

1600℃処理（UO2ーZrO2ーセメント成分）• 燃料デブリの性状が不明 → デブリの模擬体を合成し、分析・評価する → 最適な処理処分方策を検討・提案• 異質な廃棄物の処理・処分の設計

75

東北大学 多元物質科学研究所→ 工学的に信頼できる処理・処分のための基礎データを取得する

先端ナノ機能材料開拓によるエネルギーイノベーションの実現
本間研究室では 21 世紀の科学技術が取り組む最重要課題である地球持続技術・低炭素社会構築の為にナノテクノロジ

会構築と産業競争力強化に資するエネルギーデバイスの研究開発を行います。

ーを利用した再生可能エネルギー技術のフロンティア開拓を行います。低環境負荷プロセッシングと機能性ナノ材料開発
をコア技術として、二酸化炭素変換、次世代二次電池、レア
メタルフリー電池等の革新的エネルギーデバイスを創生して、脱炭素社会構築、再生可能エネルギー普及と地球温暖化
革新的エネルギーデバイスを実現するために、単原子層材料（グラフェン、層状金属化合物）、ナノ粒子、ナノポーラス物質、多元組成化合物、準安定相、有機活物質、擬似固体電解質、超臨界流体・水熱電解プロセス技術や放射光 in-situ 分

Materials-Measurement Hybrid Research Center

液体：冷却水 , 廃油等）

＜福島第一原発１号機の状況（推定）＞

出典）東京電力HPより転用

Peng SONG , Assistant Professor

析等の先端的な材料科学を探求し、それらの先端的ナノ材料科学を基礎学理としてポストリチウムイオン電池、レアメタ
ルフリー電池、二酸化炭素電解還元プロセスなど低炭素化社

Nanotechnology and nanoscience of advanced functional nanomaterials for energy
technology innovations
Our research goal is to realize renewable energy
innovations and contribute to global environmental
sustainability through nanotechnology and nanoscienceof advanced functional materials research. Using
environmentally friendly materials processing and the
exploration of advanced functional nanomaterials,
the Honma laborator y investigates the frontiersof nan ote c hn o l o gy an d nan o m ate r i al s fo r C O 2electrochemical conversion processes to usefulcompounds, post lithium-ion batteries, critical-metal freebattery, processing of functional nanomaterials and ondemand fabrication of battery devices by 3D printing
technologies, thereby contributing to innovative solutions
for global sustainability, renewable energy, and for a
low carbon emission society. Our fundamental research
is focused on advanced functional nanomaterials
such as monoatomic layered materials, nanoparticles,
nanoporous materials, multi-ternar y compounds,
metastable materials, organic molecular electrodes,
novel inorganic electrolytes for all solid-state batteries,
supercritical fluid & hydrothermal-electrochemical

processing of advanced functional materials, andoperando spectroscopy analysis for advanced energy
devices using synchrotron light sources.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

76

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

group investigates chemistry of nuclear fuel debris
and leaching behavior of actinides in it by synthesizing
simulated fuel debris with actinide tracers. Furthermore,
we develop novel and unique nuclear waste solidification
processes using functional aluminum silicate minerals
as fixation agent.

福 島 原 発 ・ 事 故 対 応 、 廃 炉 へ 貢 献 す る 基 礎 化 学 研 究 従 来 の 核 燃 料 サ イ クル で 発 生 す る 廃 棄 物 に 該 当 し な い 異 質 な 放 射 性 廃 棄 物 が 大 量 に 発 生

高塩濃度放射性廃棄物処分

宋 鵬 助教対策のイノベーションを起こすことを目的としています。

Research on Nuclear Waste Management and Nuclear Facility Decommissioning byRadiochemistry（固体：溶融燃料, 機器設備,ががれき等

ヤン ヒューブナー 助教

Jan HUBNER, Assistant Professor

Center for Mineral Processing and Metallurgy

時点ではアクセスが限られ、性状や汚染の程度などが不明な

Moriyuki KANNO, Assistant Professor

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

アプローチによる実験研究で取り組んでいます。具体的には

放射性物質
除去処理等

大野 真之 准教授

横田 優貴 助教

射性廃棄物が発生しました。この中には核燃料デブリなど現

Cs除
除去処理

itaru.honma.e8@tohoku.ac.jp

Saneyuki OHNO, Associate Professor等が含まれます。当研究室では、この困難な課題に放射化学

液体汚染物

Itaru HONMA, Professor

主な研究テーマ2011 年の福島第一原発事故により、膨大な量の様々な放

2011/10 福島第一発電所内

本間 格 教授

Daisuke AKIYAMA, Senior Assistant Professor

放射化学アプローチによる放射性廃棄物のバックエンド工学

Nuclear energy is one of the most important energy
resources of our modern society, therefore, it is strongly
demanded to make nuclear fuel cycle more reliable.
Also, decommissioning of the severely damaged
reactors by Fukushima NPP accident in 2011 andrecovery of the contaminated environment, are urgent
issues in Japan. To respond these demands, our

ナノテクノロジー／先端機能材料プロセッシング／ポストリチウムイオン電池／
低炭素エネルギー
Nanotechnology ／ Advanced functional materials processing ／ Post lithium-ion battery ／Low carbon emission energy technology

Division of Measurements

桐島 陽 教授

放射化学／原子力バックエンド／廃止措置／溶液化学

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

金属資源循環システム研究分野

原子空間制御プロセス研究分野

Metallurgy and Recycling System for Metal Resources Circulation

Atomic Site Control in Inorganic Materials

柴田悦郎研究室

小俣孝久研究室

Etsuro SHIBATA Lab

Takahisa OMATA Lab
専門分野・キーワード

機能性無機材料／自然エネルギー利用デバイス／原子空間制御

小俣 孝久 教授

etsuro.shibata.e3@tohoku.ac.jp

inorganic materials ／ power generation devices using natural energy ／ ion-exchange
and intercalation

takahisa.omata.c2@tohoku.ac.jp

安達 謙 助教

主な研究テーマ

Etsuro SHIBATA, Professor

Non-ferrous Metallurgy ／ Metal Resources Circulation ／ Recycling ／ Waste Treatment

主な研究テーマ• 銅製錬における高濃度不純物対応技術に関する基礎的研究• スコロダイト合成によるヒ素の安定固定化技術の開発• ヒ素含有鉱物分離のための新規浮選剤のスクリーニング• 塩基性廃棄物を利用した二酸化炭素の固定と有効利用• その他、金属リサイクルシステムの最適化に向けた各種要素技術開発に関する基礎的研究

Ken ADACHI, Assistant Professor

金属資源を継続的に確保していくためには、様々な製品に使用されている金属を循環利用していく必要がある。
本研究分野では、非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環シス
テムの構築に向けた研究活動を行っている。鉱物処理も含めた
非鉄製錬学問分野全体に渡る横断的かつ従来の枠組みを超えた研究活動を行い、将来的な金属資源の高効率循環と環境保全の達成を目指している。鉱石のみならず金属元素を含有した様々

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築

Issei SUZUKI, Senior Assistant Professor

山﨑 智之 助教

Tomoyuki YAMASAKI, Assistant Professor

様々な金属含有資源（鉱石、E-scrap、など）
原料の前処理、主要製錬技術、製錬副産物の処理、環境負荷元素の安定化など

非鉄製錬学問分野全体に渡る横断的かつ従来の枠組みを超えた研究活動

人類がこれまで経験してきた大きな変革は新しい材料の登場が引き金となっており、現在直面しているエネルギー、
環境、資源に関わる諸課題に対しても、必ずやそれらを解決へと導く材料があるはずです。先人たちの努力により、誰もが容易に入手できる安定な物質はもはや研究しつくさ

物理選別技術

乾式製錬技術湿式/電解製精錬技術

・破砕/摩鉱・焙焼/乾留

・浸出

・浮選

・溶融製錬

・化合物析出

・比重選別

・揮発製錬

・不純物除去（浄液）

・磁選

・排ガス/ダスト処理

・溶媒抽出（イオン交換樹脂）

物質を材料の新大陸と位置づけ、原子的なフレームワーク

・静電/渦電流選別

・溶融塩電解・電解精製/採取をデザインした望む機能を発現する準安定無機化合物を、のように使用環境で実質的に安定な準安定物質からなるに違いありません。私たちの研究室では、そのような準安定

Materials-Measurement Hybrid Research Center

前駆体化合物中の可動イオンの置換や挿入により創製し、

金属資源循環システムの構築に向けた研究アプローチ

それらを環境調和型デバイス・システムへと応用すべく研境負荷元素の安定化など金属資源循環に向けた研究・技術開発究を進めています。現在は、次世代型の薄膜太陽電池、中に関して、課題解決型研究や新規プロセス技術開発など、包括

温作動型燃料電池などの要素材料の開発とその素子化、限的に取り組んでいる。

りある資源の有効活用に資する新エネルギー材料の開発を行っています。

Establishment of Metal Resources Circulation
System Based on Non-ferrous Smelting
IndustryNon-ferrous smelting industry is necessary for achievementof the resource circulation society. In the future, the useof various electrical and electronic devices is expected toincrease with growth of population in the world. To secure
metal resources continuously, it is necessary to recycle
metals used in waste products. The main research aim isto establish the metal resources circulation system basedon the non-ferrous smelting industry. Research activities
including non-ferrous metallurgy along with mineralprocessing beyond the traditional framework are intended
to achieve the high efficiency circulation of metal resourcesand environmental conservation in the future. Researches
for smelting processes for primary and secondary
resources, treatments of by-products and stabilization ofenvironmental load elements, etc. are conducted.

Development of environmentally conscious materials based on atomic site designing
Cu concentrate
Cu scrap
ASR
Sludge etc.

Collecting systemof E-waste
Pre-treatments

PCB etc.

Dismantling/
Physical separation

Nd magnet etc.

Cu smelter(Electrolytic Cu)

Solvent extraction/
Electro-refining etc.

Purification (Cu)Cu dross (Cu)Residue(Zn)

By-products(Treatment and Refining)

Residue(Pb)
Dust
Anode slime(Pb, In, Zn, As) (Pb, Sb, Bi, Ag, Au)

Harris slag (Sn, In, Pb, As)

Residue (In, Ga) Purification(Cd, Sb, Ni, As)
Pb-Ag residue (Pb, Ag)

ISP crude Pb (Pb, Sn, Sb, Bi, Ag, Au)

Zn concentrate
Crude ZnO (from EAF dust )Cu dross(Cu, Pb)

Recovery of Se, Te, Ni, Co, Sn, Sb,
Bi, In, Ga, Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ru

Distillation (Cd)(Electrolytic Zn)(Distilled Zn)(As, Hg, Cd)

Residues (As, Hg, Cd)

Anode slime(Cu, Pb, Se, Te, Ag, Au, Pt, Pd)
Decopperized slime (Cu, As, Sb)
Residues (Cu)Electrolyte (Cu, Ni)

Recovery of active metals

Zn smelter

Dust(Cu, Pb, As)

Recovery andstabilization of
toxic elements

Pb smelter(Electrolytic Pb)

Most innovations have been triggered by advent of
new materials, and the present energy, environmental
and resource issues are expected to be solved by newmaterials. We focus on to explore new materials andtheir synthesis routes using ion-exchange and ionicintercalation techniques. Proton conducting phosphateglasses applicable to the intermediate temperature fuelcells (ITFCs), mixed protonic and electronic conductors
suitable to electrodes for ITFCs and narrow gap oxide
and chalcogenide semiconductors applicable in visible
and NIR regions have been recently developed. Thinfilm solar cells and fuel cells using those materials arebeing developed. New materials consisting of elements
not currently utilized are also under exploration.

Thin-film Solar Cell
β-CuGaO2

東北大学 多元物質科学研究所

Intermediate Temperature
Fuel Cell
Electrochemical
H+-injection

Fuel cellSnS
n-type SnS film

Pb concentrate
Waste Pb battery
Sludge etc.

Linkage among copper, lead and zinc smelters to recover valuable metals from various type of resources

p/n-homojunctuion

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

78

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

な二次資源の前処理から主要製錬技術、製錬副産物の処理、環れており、今私たちが渇望している新材料はダイアモンド

n-type film77

鈴木 一誓 講師

Center for Mineral Processing and Metallurgy

電気・電子機器の利用が加速度的に増加することが予想される。

Arunkumar DORAI, Associate Professor

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

換する可能性を持っている。また、今後人口増加と相まって、

ドライ アルンクマール 准教授

原子占有空間の設計に基づく環境材料・プロセス・デバイスの創製

非鉄製錬業は資源循環型社会を実現する上では必要不可欠の産業であり、金属資源循環の中心を担うことで、成長産業へ転

Miwa MURAKAMI, Associate Professor• Design of inorganic materials and development of their synthesis techniques• Development of narrow-band-gap oxide semiconductors and their application tophotoelectric devices• Development of compound semiconductors and their processes and their application
to energy harvesting devices• Development of elemental materials in intermediate temperature fuel cells• Analysis of battery materials using NMR spectroscopy

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築

Takahisa OMATA, Professor

村上 美和 准教授

• 機能性無機材料の物質設計と合成プロセスの開発• ナローギャップ酸化物半導体の開発と光電素子への応用• 化合物半導体・プロセスの開発とエネルギーデバイスへの応用• 中温域で動作する燃料電池の要素材料の開発• NMR による電池材料の解析• Fundamental study for copper smelting with high impurities• Synthesizing technology of scorodite particles for stabilization of arsenic• Screening for new flotation reagents to separate arsenic minerals• Carbon dioxide sequestration and utilization using alkali wastes• Development of component technologies for optimization of metal recycling system

Division of Measurements

柴田 悦郎 教授

非鉄金属製錬／金属資源循環／リサイクル／廃棄物処理

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

量子電子科学研究分野

ナノ・マイクロ計測化学研究分野

Quantum Electron Science

Nano/Micro Chemical Measurements

髙橋正彦研究室笠井均（兼）研究室

Masahiko TAKAHASHI Lab

Hitoshi KASAI Lab (c)Mao FUKUYAMA, Associate professor

渡邉 昇 准教授

主な研究テーマ

鬼塚 侑樹 助教

• タンパク質凝集核形成のシングルイベント解析• 蛍光偏光分光装置の開発とワンステップイムノアッセイ法• マイクロ水滴を用いるバイオアッセイ法

Noboru WATANABE, Associate Professor

Yuuki ONITSUKA, Assistant Professor

ナノ・マイクロ空間の化学と分析使した独自の新しい分光法を開発することにより、物質の静的お世界初のde nsi t y
os c i l l a t i onの観測

よび動的性質の根源的理解と望みの機能の物質への付与を目指し(1) 電 子コンプトン散乱による電子と原子核の物質内運動のイメージング(2) 時間分解電子コンプトン散乱による化学反応の駆動原理

Phys. Rev. Lett. 94, 213202 (2005)

ミクス

Properties of matter, such as reactivity and functionality, aredetermined by the motion of the constituent electrons andnuclei and their concerted effect. For this reason, we aim atunderstanding of static and dynamic nature of matter at themost fundamental level and exploration of materials having
desired functionalities, by developing new and original
spectroscopies that would visualize the motion of bothelectrons and nuclei in matter. They are all basically basedon either of electron-electron and electron-atom Compton
scattering:(1) Imaging of the motion of electrons and nuclei in matterby electron Compton scattering,(2) Visualization of the driving principle behind chemical
reaction by time-resolved electron Compton scattering,(3) Stereo-dynamics of electron-molecule collision by multiparameter coincidence experiments.

東北大学 多元物質科学研究所

る分析、単一分子レベルでの分析など、他の手法からは得ら進めます。

単一細胞解析

反応・物質輸送の界面化学
マイクロ水滴1
𝜑𝜑𝜑𝜑1s 𝒑𝒑𝒑𝒑
2 + 2𝑆𝑆𝑆𝑆× exp −𝑖𝑖𝑖𝑖𝒑𝒑𝒑𝒑 � 𝑹𝑹𝑹𝑹1 + exp −𝑖𝑖𝑖𝑖𝒑𝒑𝒑𝒑 � 𝑹𝑹𝑹𝑹2

Phys. Rev. Lett. 108, 173201 (2012)

世界初の短寿命励起分子M O イ メ ー ジ ング

Phys. Rev. Lett. 114, 103005 (2015)

amicro

anano

ナノ水滴

1ステップ・バイオアッセイ

200 μmタンパク質凝集核形成解析
1h

開発中の時間分解原子運動量分光8過渡種内原子毎の運動量分布
 原子運動量分光
𝑑𝑑𝑑𝑑
 原子核による電子コンプトン散乱< 𝑭𝑭𝑭𝑭 𝒓𝒓𝒓𝒓 >=< 𝒑𝒑𝒑𝒑 >𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
 元素分析＋運動量解析
1ps幅の過渡種内で各原子に働く力
パルス
電子線
Xe
CH4
 期待される成果
C H

化学反応の駆動原理の観察・解明

H原
原子運動の
ドップラー幅電子損失エネルギー [eV]

M. Yamazaki, M. Hosono, Y. Tang, & M. Takahashi,
Rev. Sci. Instrum. 88, 063103 (2017)

時間分解
電子運動量分光< 𝑭𝑭𝑭𝑭 𝒓𝒓𝒓𝒓 >時間分解
原子運動量分光3h

4h

濃縮・B/F分離

6h

液滴

10 µm

 反応過渡種内で原子核に働く力の実時間計測

カウント数 [arb. units]

Visualization of static and dynamic natureof matter by means of electron Compton
scattering

顕微イメージング法など他に例のない高度計測手法の開発を𝜓𝜓𝜓𝜓+ 𝒑𝒑𝒑𝒑 =の可視化(3) 多 次元同時計測分光による電子・分子衝突の立体ダイナ

ります。そのためのツールとして、
マイクロ流体実験装置や、分析などの実現が期待できます。また、単一細胞を対象とす

Materials-Measurement Hybrid Research Center

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

世界初の運 動 量 空 間M O
3 Dイ メ ー ジ ング

界面現象などの特性を明らかにする基礎化学研究が必要にな

環境・食品・工業プロセスなどを対象とした簡便分析・自動

アミロイド

10 µm

Chemistry in nano/micro space: measurements & applications
We study advanced nano-micro technologies inchemistry and biochemistry and their applications tointegrated analytical devices. We investigate easy andautomated analytical technologies for life science,
environmental science, food safety, and industrial
process. We also investigate novel analyticaltechnologies such as single cell analysis, and single-

molecule analysis. For the advanced technologies,
fundamental chemistry such as chemical reactions
and interfacial phenomena in a confined space should
be revealed in detail. We study unique advanced
measurement methodologies such as microscopic
imaging.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

80

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Rev. Sci. Instrum. 73, 2242 (2002)
Meas. Sci. Technol. 22, 075602 (2011)

度化に関する研究分野開拓を中心に研究を進めます。生体・れない情報を計測するデバイス・計測技術実現に挑戦します。

 電子運動量分光（EMS; Electron Momentum Spectroscopy））－電子運動量分布（|Ψ(p)|2）を分子軌道毎に分けて観測
従前の5×10^5倍の信号強度

このような新しい技術のためには、
空間制約下での化学反応・Center for Mineral Processing and Metallurgy

運動量空間化学の主たる成果構成されます。したがって、反応性や機能性など物質の多種多様

ナノ・マイクロ空間を利用した化学・生化学の集積化と高金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

電子コンプトン散乱を利用した物質の静的および動的性質の可視化
あらゆる物質は 2 種類の荷電粒子、すなわち電子と原子核から

maofukuyama@tohoku.ac.jp• Kinetic analysis of protein aggregation nucleation at the single event level.
• Development of fluorescent polarization apparatus and one-step immunoassay• Bioassay utilizing aqueous microdroplet• Visualization of the driving principle behind chemical reaction by imaging of the motion ofelectron and nuclei in a transient, evolving system• Studies on the origin of vibronic coupling or distortion of electron orbitals due tomolecular vibration by looking at molecular orbitals in momentum space• Studies on intramolecular atomic motions by electron-atom Compton scattering• Development of momentum space chemistry and its application to medicinal chemistry• S tereo-dynamics of electron-molecule collision by multi-parameter coincidence
experiments

的な観点に立ち、高速電子線を励起源とするコンプトン散乱を駆福山 真央 准教授

masahiko@tohoku.ac.jp• 反応過渡系の電子および原子核運動のイメージングと化学反応の駆動原理の可視化• 分子軌道の運動量空間イメージングと分子振動による電子波動関数形状の歪みの研究• 原子運動量分光による原子核の分子内運動のイメージングと分子内力場の研究• 運動量空間化学の開拓とその創薬研究への展開• 多次元同時計測分光による電子・分子衝突の立体ダイナミクス

動の協奏に基づく他ありません。当研究室は、そうした最も基本

Hitoshi KASAI, Professor

nano / micro analytical devices ／ imaging microscopy ／ interface chemistry

Masahiko TAKAHASHI, Professor

主な研究テーマ

な性質は、物質内での電子の運動と原子核の運動およびそれら運

笠井 均 教授（兼）ナノ・マイクロ分析素子／顕微イメージング法／界面化学

Division of Measurements

molecular science ／ atomic collision physics ／ momentum space chemistry ／chemical reaction dynamicsて、以下の三つの課題を中心に研究を進めています。

79

専門分野・キーワード

髙橋 正彦 教授

分子科学／原子衝突物理学／運動量空間化学／化学反応動力学

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野

ハイブリッド材料創製研究分野

Hybrid Carbon Nanomaterials

Hybrid Material Fabrication

西原洋知研究室

芥川智行研究室

Hirotomo NISHIHARA Lab

nanocarbons ／ adsorption ／ energy storage ／ solid reactions
主な研究テーマ

当研究室では、従来は構造制御も構造描写も困難であった非晶質を主体とするカーボン系材料に関し、有機合成や化学気相蒸着の手法を用いて原子・分子レベルからのボトムアップ的な材料合成を行い、有機結晶のように構造を規定できる金属カーボン構造体、グラフェンからなる 3 次元構造体をはじめ、種々の新しいカーボン系
構造体および複合材料の調製を進めている。また、先進のカーボン
材料分析技術を利用し、カーボン系材料の反応性、耐食性、触媒能等、様々な化学的特性を分子論的に理解し、その精密制御を行っている。さらに、調製した新規材料をスーパーキャパシタ、二次電池、燃料電池、ヒートポンプ、新規エネルギーデバイス、機能性吸着材、Development of advanced functional carbon materials
non-crystalline materials is also a difficult issue. We havedeveloped the new techniques which allow the bottomup synthesis of advanced carbon materials with controlled
structures at atomic/molecular scale, specifically usingorganic synthesis or chemical-vapor deposition. Thus, avariety of functional carbon materials have been achieved
such as metal-carbon frameworks with defined chemical
structures like organic crystals, micro/mesoporous
materials with single-graphene walls, and carbon-based
composite materials. Also, we focus on the elucidation ofphysicochemical properties of carbon materials including
reactivity, durability, and catalysis from the view point ofchemistry by using advanced analysis techniques. Moreover,
we proceed in the application of our advanced carbon-basedmaterials for supercapacitors, secondary batteries, fuel cells,
heat pump, new energy devices, functional adsorbents,
catalysis, and healthcare, with many collaborators including
research organizations and companies.

東北大学 多元物質科学研究所

Takeharu YOSHII, Assistant Professor

中辻 博貴 助教

Hirotaka NAKATSUJI, Assistant Professor

organic electronic materials ／ molecular conductors ／ molecular ferroelectrics ／molecular assembly

akutagawa@tohoku.ac.jp

Tomoyuki AKUTAGAWA, Professor

出倉 駿 助教

主な研究テーマ• 分子ダイナミクスを利用した強誘電体・焦電体・熱伝導体の開発• 電荷移動型分子集合体デバイスの開発• 新規な分子性導体・磁性体・強誘電体の開発• 分子性プロトン伝導体の開発• 酸化還元活性な有機π電子系化合物および金属錯体の開発

Shun DEKURA, Assistant Professor

佐藤 鉄 助教

Tetsu SATO, Assistant Professor• Ferroelectric, pyroelectric, and thermal conducting materials from molecular dynamics• Molecular‑assembly devices based on charge‑transfer interactions• Novel molecular conductors, magnets, and ferroelectrics• Molecular proton conductors• Redox active organic π-electron and/or metal-coordination compounds

多重機能を有する分子性材料の創製
有有機分子の設計自由度に着目した分子集合体の多重機能の構
築および無機材料とのハイブリッド化を試みています。導電性・磁性・強誘電性の観点から、分子性材料を設計し、その集合状態を制御する事で、マルチファンクショナルな分子性材料の開発を行っています。例えば、分子性結晶内の運動ダイナミクスに関する自由度を設計し、双極子モーメントの反転による強誘電性が実現できます。分子ダイナミクスの周波数・対称性・方向性などの精密制御から、強誘電体の転移温度・応答速度・抗電場などの諸物性が設計可能となります。単結晶・柔粘性結晶・液晶・ゲルなど多様な分子集合体を研究対象とし、将来の分子性材料の実現に必要な基礎的な研究を試みています。

Materials-Measurement Hybrid Research Centerの研究機関および企業と連携しつつ進めている。

吉井 丈晴 助教

芥川 智行 教授

Fabrications of multifunctional molecular materials
We are attempting to construct multifunctional molecularassemblies focusing on the design freedom of organic
molecules and their hybridization with inorganic materials.
Multifunctional molecular materials are obtained by designing
molecular materials from the viewpoint of conductivity,
magnetism, and ferroelectricity, and by controlling theirassembly states. For example, ferroelectricity can be realized
by designing degrees of freedom related to kinetic dynamics
in molecular crystals and by inverting dipole moments.
Precise control of frequency, symmetry, and directionalityof molecular dynamics makes it possible to design various
properties of ferroelectric materials such as transition
temperature, response speed, remanent polarization,and coercive electric field. Our research targets a variety
of molecular assemblies such as single crystals, plastic
crystals, liquid crystals, and gels, and we are attempting toconduct fundamental research necessary for the realizationof molecular materials in the future.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

82

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター

81

触媒、ヘルスケアなど幅広い分野へ応用する検討を、国内外の多数

hirotomo.nishihara.b1@tohoku.ac.jp

有機電子材料 ／ 分子性導体 ／ 分子強誘電体 ／ 分子集合体

Center for Mineral Processing and Metallurgy

カーボン系材料を中心とした非晶質材料の新展開

Hirotomo NISHIHARA, Professor

専門分野・キーワード

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター• 単層グラフェンから成るナノ多孔体の創成• 弾性変形するナノ多孔体が引き起こす新しい物理化学現象• 先進カーボン材料を利用したエネルギー貯蔵・変換• 有機化学的手法に基づく結晶性カーボン材料の創成と応用• カーボン材料エッジサイトの高度分析• カーボン系材料のヘルスケア分野への展開• Development of nanoporous materials with single-layer graphene walls• Study on new physicochemical phenomena induced by elastic nanoporous materials• Study on energy storage and conversion using advanced carbon materials• S ynthesis of crystalline carbon materials based on organic chemistry
and their applications• Advanced analysis of carbon edge sites• Application of carbon-based materials to healthcare field

西原 洋知 教授（AIMR）

Division of Measurements

ナノカーボン ／ 吸着 ／ エネルギー貯蔵 ／ 固体反応

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

Tomoyuki AKUTAGAWA Lab

光機能材料化学研究分野

有機・バイオナノ材料研究分野

Photo-Functional Material Chemistry

Organic- and Bio- Nanomaterials

中川勝研究室

笠井均研究室Masaru NAKAGAWA Lab

Hitoshi KASAI Lab

hitoshi.kasai.a6@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

Tomoya OSHIKIRI, Associate Professor• サイズ制御された有機ナノ粒子の作製• 新たなデザインが施された抗癌性ナノ薬剤の創製とその薬理効果• ナノ点眼薬の創製とその薬理効果• エネルギー創 ･ 蓄 ･ 変 ･ 活を担う機能性有機材料の創製• 持続可能な社会に向けたリサイクル可能な高分子材料の創製• Fabrication of size-controlled organic nanoparticles• Creation of new-designed anti-cancer nanodrugs and their pharmacological activities• Preparation of nano eye drops and their pharmacological activities• Creation of functional organic materials responsible for energy creation, storage,transformation, and activation• Creation of recyclable polymer materials for a sustainable society

新家 寛正 助教

Hiromasa NIINOMI, Assistant Professor

Division of Measurements

押切 友也 准教授

• 一桁ナノ造形に資する光ナノインプリント成形のレジスト材料とアラインメント技術の開発• レーザー加工孔版印刷法によるナノリソグラフィプロセスの開発• 蛍光と散乱光による精密位置合わせと積層化• 金属・誘電体ナノ構造体の近接場光制御と光化学反応場・自己組織化制御場への応用• ナノ構造体を駆使した物性計測技術の開発• Single-digit-nanometer figuration by development of resist materials and alignment
technology in UV nanoimprinting• Development of nanolithography process using laser-drilled screen printing• Alignment and building by fluorescence and scattering• Creation of fields for photochemical reaction and self-assembly control by controlled/
modulated near-field on metallic and dielectric nanostructures• Development of measurement technology for physical property using nanostructures

Hitoshi KASAI, Professor

Organic Nanoparticles ／ Nano Drugs ／ Organic Functional Materials

masaru.nakagawa.c5@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

笠井 均 教授

有機ナノ粒子／ナノ薬剤／機能性有機材料

Masaru NAKAGAWA, Professor

material science ／ photochemistry ／ nanoimprinting ／ metasite

岡 弘樹 講師

Kouki OKA, Senior Assistant Professor

小関 良卓 助教

Yoshitaka KOSEKI, Assistant Professor

施 宏居 助教

Hiroi SEI, Assistant Professor

ものづくりにおける次世代基盤技術の一つである有型成形ナノ加

Microprint and nanoimprint method

工方式のナノインプリント技術の材料とプロセスの研究を進めている。設計通りの金属や誘電体のナノ構造体の作製を行い、ナノ構造
体自体やナノ構造体間の制御されたナノ空間と、分子との光学、光

MICRO

MICRO

+ NANO

物量が圧倒的に多くなるため効率的な治療が期待できる（図左下）。さらに、金属を一切使用しない有機材料が、従来で作製している。例えば同手法によって作製されたナノ薬剤はは考えられない、電極活物質 ･ 電極 / 光触媒などエネルギー

薬物分子だけで構成されるため、一般的なキャリアを用いた（創 ･ 蓄 ･ 変 ･ 活）機能に繋がることも見出している（図右下）。

場合とは異なりキャリアによる副作用の心配がなく、含有薬

UV nanoimprinting

2. laser-drilled screen printing
1. mold fabrication

我々は、独自の有機ナノ粒子の作製手法である『再沈法』（図上部）を用いて、自由自在のサイズ・形状でナノ粒子をCenter for Mineral Processing and Metallurgy

ナノインプリントによる金属・誘電体ナノ構造形成に立脚した光応答メタサイトの創製と光機
能材料の応用化学

NANO

3. imprint,
resin filling

化学および物理的相互作用の解明を進め、機能性分子の光化学合成

JP5397941-B2や分離精製に基づく物質・材料の創製を目指している。ナノインプ
リント技術では、一桁ナノ精度の造形を目標としたモールド作製用
ト材料、定型成形を実現する被成形材料の精密塗布プロセス、積層JP6005698-B2
US10,613,433-B2

JP5879086-B2
JP5860244-B2

6. demolding

7. etching

500 nm

4. fluorescencealignment

5. UV curing

現象を誘起することを目的として一桁ナノサイズの精密さで人工的に作られた場所を “ メタサイト (metasite)” と提唱し、メタサイト

lithography

Materials-Measurement Hybrid Research Center

誘電体のナノ構造体どうしの配置において、未踏の化学反応や物理

JP6669432-B2
JP6864443-B2

JP6717489-B2
JP5818252-B2
JP5782161-B2
JP5774814-B2
JP5301872-B2
JP5196489-B2

JP6090732-B2
JP5583374-B2

JP6723888-B2の研究を先導する。

Photo-functional material science based on metasites fabricated by nanoimprint
lithography

東北大学 多元物質科学研究所

Our application studies by NIL
Fish-net transparent electrode films

Anisotropic conductive films for testers

100

Wavelength / nm

Nakagawa group conducts research on materials andprocesses for mold-using nanoimprint technology, one of thenext-generation fundamental nanofabrication technologies
in manufacturing. Using our developed resist materials andalignment and nanolithography processes, we fabricate
metallic and dielectric nanostructures strictly as design
and investigate the optical, photochemical, and physicalinteractions of molecules with the nanostructures and nanoclearances between/among nanostructures. Herein we
propose and pursue "metasite" as an artificially created nanoclearance with nanometer sizes using the arrangement ofmetallic and dielectric nanostructures, where unprecedented
chemical reactions and physical phenomena occur at hot
spots of the nano-clearance.

80
60

2µm

20

0
300 400 500 600 700 800
Transmittance / %S. Kubo, M. Nakagawa* et al.
Chem. Lett. 2012, 41, 1291

Split-ring resonator (SRR)
for negative index metamaterials
at visible frequencies
Inducedmagnetic field

Ar+-etched Au

E
H

B. Kakinuma, M. Nakagawa et al.
JP2020-085534-A1, JP2020-087565-A1

Aluminum electrolytic capacitors
Electrolyzed Aluminum

10 µm

region-selectively
plastically deformed

Inducedcurrent

T. Tomioka, S. Kubo, M. Nakagawa et al.
Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 071104

square 1.8 µm
pitch
3 µm
depth 70 µm

A. Shiraishi, T. Nakabo, M. Nakagawa et al.
The 69th Symposium on Macromolecules, 2020, 1W07

Security artefact metricskwidth 53 nm
gap 18 nm

diameter 2 µm
pitch
5 µm
length 100 µm

1µm

40

wet-etched Au

Electrodeposited Nickel

Au linewidth = 0.8µm

S. Ito, M. Nakagawa* et al.
Sci. Rep. 2021, 11, 16550

synthetic quartz nanopillars(diameter, height)(100 nm, 100 nm)(200nm,Fabrication of The Novel Designed Nanoparticles as Advanced Materials
We are actively engaging in the research of organic
nanomaterials for drug delivery and energy storage &conversion. The nanoparticles composed of hydrophobic
molecules can be obtained with less than 100 nm in
size, utilizing our original reprecipitation method. We areaiming at the practical applications of these nanodrugs
for the treatment of cancer and ocular diseases. In
addition, we are developing these organic nanoparticles
into electrode-active materials, gas absorbents, andelectro/photocatalysts.

50 nm)

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

84

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Centerマテリアル・計測ハイブリッド研究センター化に資する一桁ナノ精度のアライメントプロセスと材料、ナノリソ
グラフィに資するエッチングプロセスの研究を進めている。金属・金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

次世代薬剤およびエネルギー創 ･ 蓄 ･ 変 ･ 活を担う有機ナノ粒子の創製

電子線レジスト材料、一桁ナノ造形に資する光硬化性成形・レジス

83

専門分野・キーワード

中川 勝 教授

材料科学／光化学／ナノインプリント／メタサイト

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

研究支援組織

Research Support Section

・事務部
多元研における研究・教育活動の支援業務を行っています。総務係、人事係、研究協力係からなる総務課と、司計係、経理係、用度係、管理係からなる経理課で構成され、一般的な事務的業務だけでなく、教職員や学生・大学院生のサポート、研究費の申請や、イベン
トや会議の運営補助など、多岐にわたる業務を行っています。

・図書室
図書や資料の閲覧、相互利用、参考調査、学習や研究に必要な資料の購入、受入などの業務を担い、図書の適切な管理と運営をもって、研究活動を支援しています。AIMR 本館に位置し、東北大学に所属する教職員や学生が利用できる閲覧室と学習スペースも備えています。

・共通機器・研究プロジェクト支援
再雇用 1 名、時間雇用 1 名を含む 22 名が、共通機器・施設・設備 ( 多元 CAF) の管理・運営を行い、共同利用共同研究拠点である研究所の活動を支援しています。同時に多元 CAF と兼務する形で研究プロジェクトの支援も行っており、多様な技術で多元研な
らではの研究を技術スタッフとして支援し、また技術の高度化にも取り組んでいます。技術スタッフは電子回路、超高真空、実験機
器・装置の開発・改良、測定・制御ソフトウェア開発、結晶育成、薄片研磨、化学分析、レーザーシステム、生物・バイオ関連技術などの技術要素を持ち、1 人 1 人はエフォートにより複数の支援を行うことで多くの支援件数に応えています。また、学生の実験指導や安全教育・管理にも携わり、研究所全体の発展に貢献しています。

業務の一例■ 全固体リチウム電池の作製と充放電測定によるデバイス性能評価

・安全管理室多元研の所内環境・安全・防災に関する事項の企画及び実施、「安全マニュアル」の製作の他、定期的な巡視の実施など、研究所の安全を確保するための安全衛生管理活動を行っています。また、多様な研究室や職域等で発生する個々の事案への対応も行っています。

・広報情報室多元研における広報活動や快適なネットワーク環境の整備など多岐にわたる支援業務を行っています。業績を掲載した評価資料など、研究所の公式な刊行物の編集・発行、web サイト管理、プレスリリース、イベント支援などの業務を行っています。

・技術室
技術室では、42 名の技術職員（再雇用 1 名、時間雇用 1 名を含む）が、研究者の要請に応えてさまざまな技術を学び蓄積しながら実験研究をサポートしています。研究者から要請される技術支援は多様であり、経験、技術を生かしてその要請に応えるため、個人あるいは組織としての研究支援技術の高度化に努めています。

グローブボックス内で全固体リチウム電池を製作している様子

定電流充放電装置■ 多成分系ケイ酸塩融体 ( マルチアニオン融体 ) の物性解明ならびに低レベル放射性廃棄物のガラス固化処理プロセスの技術支援。

技術室
・機械工場
機械工場では、研究者の要求に応じた実験装置の設計・試作、既存の装置の改造などを主な業務としています。二次元・三次元
CAD システムや CNC 工作機械、新型ワイヤ放電加工機などを順次導入して設備の高機能化を図り、若い技術者でも高度で様々な工作依頼にも応えられるよう日々「装置（モノ）づくり」に取り組んでいます。
学生教育の一環としては「機械製図講習会」・「機械工作安全作業講習会」を実施しています。また、社会貢献活動として見学や中学
生職場体験活動の依頼があれば、受け入れも行っています。
現在 9 名の職員が在籍していますが、このように多くの職員と最新の加工設備を擁する付属工場は全国的にも少なくなっており、当研究所の特色のひとつになっています。

白金基板上に凝固した透明なリチウムダイシリケート

リチウムダイシリケートのバンドギャップ評価
J. Am. Ceram. Soc. , 103 (2020) 5139-5144.

・Machine Shop
In the Machine shop, machinists prepare original experimental apparatus
designed by researchers. Staff introduce advanced facilities and also makeeffort to hand down the highly skills to next generation. Additionally, our staff holdtraining courses of mechanical drawing and machine tools operation for students.
The Machine shop is one of the unique characteristics of our institute.

・ガラス工場
ガラス工場では研究者から依頼された実験装置や器具を製作しています。ほとんどの依頼品は市販形状のものでないため受注段階で研究者と十分討議し、研究の目的に最も良く合うように工夫と改良を重ねながら製作しています。
製品はパイレックス管、石英管などのガラスをハンド加工とガラス旋盤、研削機、切断機などによる加工を織り交ぜながら完成品に仕上げます。

・Glass shop
According to an individual order to the Glass-blowing workshop, researchers
can get a variety of laboratory glassware. Staff in the workshop closely discusswith researchers and produce the best tools for their study. Products are madethrough complex processes with hand-craft, lathes and other machines.

・Project Support
Central analytical and technical supporting group assists research with various

・光器械工場
光器械工場では、研究者の要求に応じた精密な平面・球面・反射鏡、特殊なレンズやプリズムの製作及び結晶や特殊材料の切断研磨業務を行っています。面精度が良くかつ表面粗さが小さい溶融石英ガラス基板では表面形状をレーザー干渉計で測定しながら加工し、焦点距離の誤差の少ないものを作り上げる技術を持っています。

skills concerning electronic circuit, ultra-high vacuum systems, development or
improvement of experimental apparatus, creation of software for measurement orcontrol devices, crystal growth, preparation of thin films, chemical analyses, laser
systems, bio-technologies and so on. Our Staff can embody each researcher'sideas. Also staff take part in education for students, safety management andcontribute to the advancement of our institute.

85

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University86

多元 CAF Central Analytical Facility in Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (Designated as Tagen CAF)

建物案内図 Building guide map
N

北門

X 線分析装置、核磁気共鳴分析装置（NMR）、レーザー
多元物質科学研究所 Central Analytical Facility（略称：多元 CAF）は、電子顕微鏡や、North Gate

分光分析装置など大型特殊装置を用いて各種材料の分析評価を支援してきた共通分析機器室と、多元ナノ材料研究センターの支援およびナノテクノロジー分野の研究推進を目的として、最新鋭の特別設備導入により設立されたナノテクニカルラボを融合し、2010 年

B08

B07

C03

B01

Apparatuses for ultimate analyses

・元素分析装置（炭素・水素・窒素・酸素分析装置、酸素・窒素分析装置、炭素・硫黄分析装置）
Elemental analyzer (C-H-N analyzer, O analyzer, S-X analyzer)
・ICP 発光分析装置
Inductively coupled plasma emission spectrophotometer(ICP-AES)

・飛行時間型二次イオン質量分析装置
Time of Flight secondary ion mass spectrometer(TOF-SIMS)

・微小部走査 X 線分析装置
Electron probe micro analyzer (EPMA)

・グロー放電質量分析装置
Glow discharge mass spectrometer (GDMS)

・多機能型素材分析装置（X 線光電子分光装置）
Multi-functional material analyzer(X-ray photoelectron spectrometer: XPS)・高周波誘導結合プラズマ質量分析装置
Inductivery coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)

東北大学本部

B06

Tohoku University
Administration Building

・超高速反応解析システム
Super-high-speed reaction analysis system(Laser flash spec-trometer)

C04

東北大学
史料館

E03

Tohoku University
Archives

E02

東門

F01

East Gate

E03

F03

F02

片平さくらホール

・パルス EPR
Electron paramagnetic resonance spectrometer(EPR)
・高温 NMR 解析装置
High Temperature NMR Analysis Systems

多元研 南 1 号館

（素材工学研究棟 1 号館）
IMRAM South Building 1

多元研 事務部棟

IMRAM Administration Building

F03

F05

F04

多元研 共同研究棟

F05

宮城県庁

Miyagi Prefectural Oﬃce

仙台市内マップ Sendai City Map

広

瀬

せんだい
メディアテーク川

Hirose River寺 通
定 禅 ji Street

2km

宮城県美術館

地下鉄勾当台公園駅

Sendai Medhiathequen

三越

Subway Kotodai-koen Station

Mitsukoshi

1km

Jyoze

Miyagi Museum of Art

・蛍光 X 線分析装置
X-ray Fluorescence (XRF)

・表面粗さ測定装置
Surface roughness measuring instrument

・共通 X 線装置 X-ray diffraction devices
1. RINT-V
2. RINT-H
3. 小角散乱装置 Small angle scatter-ing device
4. X'Pert・大型ステージ走査型プローブ顕微鏡

Su

Nishikouen

東北大学
川内キャンパス

評定河原球場
Hyoujyougawara Stadium

Sendai City Museum

東北大学

片平キャンパス
Tohoku University
Katahira Campus

仙台城址

Sendai Site of a Castle

日本と仙台の位置 Position of Japan and Sendai

D. 基盤設備 Base facilities
Helium gas recovery device

LisbonAthens

Seoul

JAPAN
Sendai

Arc melting furnace

・高電圧パルス選択性粉砕装置 High Voltage Pulse Selective Crushing Equipment

Ichibasendai international center

仙台市博物館・微小領域分析用 X 線回折システム
X-ray Diffractometer for Micro-Area Analysis of Phases and Stresses

・液体窒素供給システム Liquid nitrogen supply system

駅
一番町
青葉通 Aoba-dori
地下鉄 Subwayncho Station

仙台国際センター

Tohoku University
Kawauchi Campus

Washington dc

San Francisco

Shin-Chitose Airport

Sendai

Sapporo

地
下
鉄
五
橋
駅

Access to Sendai Station
��°N

Sendai Airport

Tokyo

Fukuoka Airport

���°E

仙
台
駅

Sendai Station

・レーザー回折式粒度分布測定装置
Laser diffraction particle size analyzer

a
bw

yK

ta

iS

uch

a
aw

AER

Hir

Station・全自動粉末 X 線回折装置
Automatic powder X-ray diffraction devices (XRD)

鉄川

地下

AER

通
広 瀬Street
ose

西公園

tion

ubashi

・熱膨張計
Thermomechanical analyzer (TMA)

内駅

y Itsuts

・高分解能電解放出形走査電子顕微鏡
High resolution field emission type electron microscope(High resolution FE-SEM)

地下鉄広瀬通駅

Subway Hirosedori Station

Subwa

・四重極 - 飛行時間型質量分析装置 (Q-TOF/MS)
Quadrupole time-of-flight mass spectrometer (Q-TOF/MS)

多元研 南 3 号館

（素材工学研究棟 3 号館）
IMRAM South Building 3

アクセス Access
3km

多元研 南 2 号館

（素材工学研究棟 2 号館）
IMRAM South Building 2

南門

・高速ラマンイメージングシステム
High Speed Raman Imaging System

・ナノエリア解析システム
Nano area analysis device

東北大学 多元物質科学研究所

南総合研究棟 1（材料・物性総合研究棟Ⅱ）South Multidisciplinary Research Laboratory 1

F01

F02

South Gate

・単結晶自動 X 線構造解析装置

87

南総合研究棟 2（材料・物性総合研究棟Ⅰ）

IMRAM Cooperative Research Building・レーザーイオン化質量分析装置 (MALDI-TOF/MS)
Laser desorption ionization mass spectrometer

・高精度微小荷重試験機

多元研 東 3 号館

South Multidisciplinary Research Laboratory 2

E02

Karahira Sakura Hall・電界放射型走査電子顕微鏡
Field emission type electron microscope(SEM,EDX,EBSP)

・アーク溶解炉

多元研 東 2 号館

（反応化学研究棟旧館）
IMRAM East Building 3

C. 構造組織解析装置 Apparatuses for crystal structure and microstructure analyses

・ヘリウムガス回収装置

多元研 東 1 号館

（反応科学研究棟 1 号館）
IMRAM East Building 1（反応科学研究棟 2 号館）
IMRAM East Building 2

Apparatuses for molecular structure analyses

・ナノデバイスイオンダイナミクス計測装置（固体用 NMR400/600MHz）
Nano device ion dynamics analyzer(Solid-state NMR spec-trometer)

C02

C03

F04

・核磁気共鳴装置（溶液用 NMR400/500/600MHz）
NMR 400/500/600 MHz

図書室

Library (AIMR Main Building 2F)

・X 線光電子分光装置
X-ray photoelectron spectrometer (XPS)

B. 分子構造解析装置

多元研 西 2 号館

（科学計測研究棟 N 棟）
IMRAM West Building 2

Main Gate

A. 組成分析装置

多元研 西工場（工場棟）

B08

正門

■ 機器一覧

B07

C04

C02

Central Analytical Facility in Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (Designated as Tagen CAF) was establishedin 2010, by combining Common Analytical Facility, which supported the analysis and characterizaition of various materials using
special equipments, such as the electron microscope, X-ray diffraction devices, nuclear magnetic resonance analyzer, laser
spectroscopy devices, etc., and Nanotechnical Laboratory, which supported the researches in Hybrid Nano-Materials Research Centeron nanotechnology using the latest special devices. Tagen CAF is supporting the researches on the development of various materials
using advanced analytical apparatuses.

多元研 西 1 号館

（科学計測研究棟 S 棟）
IMRAM West Building 1

IMRAM West Technical Plant

B01

度に発足しました。多元 CAF では、幅広い材料開発の研究支援を目的に、最新鋭の分析評価機器の管理・運営を行っています。

B06

Osaka Narita International Airport- From Sendai Airport to Sendai Station by railway：30m- From Tokyo Station to Sendai Station by Tohoku Shinkansen（Bullet train）：1h40mFrom Sendai Station- On foot: About 20 minutes- By taxi: About 5 minutes

Kansai International Airport

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

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