2021
ZnDA-1H の細胞小器官局在化の概念図

研究所長

寺内 正己

〒 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：http：//www2.tagen.tohoku.ac.jp/

Director： Professor Masami Terauchi
Address： 2-1-1, Katahira, Aoba-ku, Sendai 980-8577, JAPANFacebook
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2 0 2 1「細胞小器官内の遊離亜鉛イオンの定量技術を開発〜亜鉛の生理機能と関連疾患メカニズムの解明に期待〜」より

HISTORY

沿1

革昭和 16 年 3 月

勅令第 268 号（官制）により選鉱製錬研究所設置

昭和 18 年 1 月

勅令第 54 号（官制）により科学計測研究所設置

昭和 19 年 1 月

1941, MarchResearch Institute of Mineral Dressing andMetallurgy, Tohoku Imperial University was
founded.

勅令第 7 号（官制）により非水溶液化学研究所設置

1943, January

Research Institute for Scientific Measurements,
Tohoku Imperial University was founded.

昭和 24 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、東北大学附置研究所となる

1944, January

平成 3 年 4 月

非水溶液化学研究所を反応化学研究所に改組

Chemical Research Institute of Non ‐ Aqueous
Solution, Tohoku Imperial University was
founded.

1949, May平成 4 年 4 月

選鉱製錬研究所を素材工学研究所に改組

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

平成 13 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（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）

1991, April

Chemical Research Institute of Non ‐ Aqueous
Solution was reorganized as Institute for
Chemical Reaction Science.

1992, April

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

2001, April

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

2010, April

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

2018, MarchResearch Center for Sustainable Science &Engineering was closed.

2018, April

Collaborative Research Division of Non-ferrous
Metallurgy and Environmental Science and theCenter for Mineral Processing and Metallurgy
were started.

平成 14 年 4 月

先導結晶化学技術寄附研究部門 設置（～平成 17 年 3 月）

平成 16 年 4 月

多元ナノ材料研究センター 設置（～平成 22 年 3 月）

平成 17 年 4 月

新産業創造物質基盤技術研究センター、先導結晶化学
技術寄附研究部門（～平成 19 年 3 月）設置

平成 18 年 4 月

有機ナノ結晶科学技術寄附研究部門設置（～平成 21 年
3 月）

平成 19 年 1 月

先端圧電セラミックス寄附研究部門設置（～平成 21 年
12 月）

平成 19 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
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（～平成 22 年 3 月）
窒化物結晶寄附研究部門設置（～平成 22 年 3 月）

平成 20 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

平成 22 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・デバイス領域型共同研究拠点（ネットワーク型）
発足

平成 24 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（～平成 29 年 3 月）

平成 25 年 4 月

ナノ流体エンジニアリング共同研究部門設置（～平成28 年 3 月）

平成 27 年 2 月

百生量子ビーム位相イメージングプロジェクト開始

平成 28 年 4 月

物質・デバイス領域型共同研究拠点 ( 第２期 ) 発足

平成 30 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を設置

令和  元年 11 月

放射光次世代計測科学連携研究部門を設置（令和 2 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）

令和 2 年 5 月

製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門を設置

令和 2 年 8 月

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門を設置

令和 3 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

東北大学 多元物質科学研究所

2019, November Collaborative Research Division of Advanced
Synchrotron Radiation Metrogy started.
2020, May

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

2020, August

Collaborative Research Division of Advanced   Electron Microscopy was started.

2021, April

Materials-Measurement Hybrid Research Center
was started.

CONTENTS

目次

所長挨拶 ／ Director's Message ���������������������������������� 3
概

要 ／ Outline ��������������������������������������� 5

主な研究成果 ／ Research Results- 2020 年度のプレスリリースより、主な表彰・受賞 ���������������� 7
学生・研究支援、産学連携・地域連携活動 ／ Supports. Industory-Academia Collaboration ���������� 10
国際共同研究・教育活動 ／ International Exchange Activities ���������������������� 11
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 ���

13

次世代放射光施設  ������������������������������������� 15
研究プロジェクト紹介  ����������������������������������� 17
組織図 ／ Organization Chart  ���������������������������������� 23
研究部門・研究センター ／ Research Divisions and Centers  ���������������������� 25
非鉄金属精錬環境科学研究部門 ／ Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy and Environmental Science � 31
製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門 (JFE スチール ) ／Collaborative Research Division of Advanced Analysis of Iron and Steelmaking Processes（JFE steel Corporation)  ������� 32

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門 ／ Collaborative Research Division of Advanced Electron Microscopy ������ 33
有機・生命科学研究部門 ／ Division of Organic- and Bio-materials Research����������������� 34
無機材料研究部門 ／ Division of Inorganic Material Research����������������������� 42
プロセスシステム工学研究部門 ／ Division of Process and System Engineering ��������������� 51
計測研究部門 ／ Division of Measurements ����������������������������� 57
金属資源プロセス研究センター ／ Center for Mineral Processing and Metallurgy��������������� 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 �������� 75
研究支援組織、技術室、多元 CAF ／ Support Section, Technical Service Section, TAGEN Central Analytical Facility ��� 81
建物案内図・アクセス ／ Maps and Directions ��������������������������� 85

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

2

DIRECTOR'S MESSAGE

あいさつ

東北大学
多元物質科学研究所
研究所長

寺内

正己

Institute of Multidisciplinary Research
for Advanced Materials
Tohoku University
Director
Masami TERAUCHI

多元物質科学研究所（以下、多元研）創立から 20 年が過ぎまの他、北海道大学電子科学研究所、東京工業大学科学技術創成研した。従来の区別や枠にとらわれない、物質、材料だけでなく、究院化学生命科学研究所、大阪大学産業科学研究所、九州大学先それを生み出すプロセスや評価技術までをも含む、あらゆる“も導物質化学研究所との連携事業）では、拠点利用者と共にたくさの”を多元的に研究する、特徴ある研究所として 2001 年 4 月

んの研究成果が出されております。2016 年度からは多元研がに発足しました。そして「多元物質科学」は一般社会にも浸透し拠点本部となり推進しております。さらに、この活動を支える 5

つつあります。その礎は、創立 1941 年以来受け継がれてきた附置研究所は、『人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダ

多元研の前身である、選鉱製錬研究所（素材工学研究所）、科学

イナミック・アライアンス』事業により、効率的かつ先進的に連計測研究所、非水溶液化学研究所（反応化学研究所）のスピリッ

携活動を行っております。

トであります。もうすぐ 80 年を迎えようとする伝統の力を、ひ

一方で、多元研は次世代のイノベーション創出に重要な高輝

しひしと感じます。先人たちが切り拓いてきた多くの研究分野と度軟 X 線光源である次世代放射光施設計画推進の基幹部局とし輝かしい研究成果が、漏れることなく多元研に引き継がれておりて、2016 年度から積極的に内外にその重要性を周知し、大学・ます。2018 年 4 月 1 日には、新たに「金属資源プロセス研究

宮城県そして東北経済団体連合会とともに、活動してきました。

センター」設置となって表れ、2021 年 4 月 1 日には「マテリ2019 年 3 月末には、東北大学青葉山新キャンパスで建設工事

アル・計測ハイブリッド研究センター」発足となって表れておりがスタートしました。同年 10 月には放射光利活用のための学内ます。

組織「国際放射光イノベーション・スマート研究センター」が発

こうして多元研では、資源から最先端素材までの“プロセス軸”、
無機・有機・バイオなどあらゆる物質を含む“物質軸”、そして、ております。

ナノからマクロまでの“評価計測軸”を、ハイブリッドにカバー

さて、2011 年 3 月の東日本大震災からちょうど 10 年が経過した、独創的で斬新な研究が数多く行われています。そうした研しました。多元研は物質材料研究による東北復興への貢献と、東究の一端を、本「多元研概要」で紹介しています。パラパラとペー

北大学そして日本の未来を背負う新進気鋭の優秀な研究者の輩出

ジをめくりながら、多元研では、
“もの”、
“人”、
“技”がハイブリッ

を、今後も積極的に担っていきます。昨年来のコロナウイルスにドとなって、物質材料研究に従事していることがご覧いただける

より社会活動も制限され先の見通せない状況ではありますが、皆事と思います。

様方の益々のご健勝とご発展を心より祈上申し上げるとともに、2010 年から始まった、先駆的なネットワーク型共同利用・共同研究拠点である「物質・デバイス領域共同研究拠点」（多元研3

足し、多元研から複数の研究グループが異動してその活動を支え

東北大学 多元物質科学研究所

今後とも、変わらぬご支援を賜りますよう宜しくお願い申し上げます。
2021 年 4 月

研究所長

寺内正己

Our institute, Institute of Multidisciplinary Research forfrom 2010, composed of five national university institutes,

Advanced Materials, IMRAM, is called T AGEN-KEN in

Research Institute of Electronic Science (RIES, Denshiken)

Japanese. 20 years have passed from its foundation, April

in Hokkaido Univ., Laboratory for Chemistry and Life Science

2001. Nowadays, the word TAGEN is widely known, since(CLS, Kaseiken) in Tokyo Institute of Technology, Institutethe research in our institute has been carried out overof Science and Industrial Research (ISIR, Sanken) in Osaka"Multidisciplinary" fields of science and engineering forUniv., and Institute for Materials Chemistry and Engineering

wide variety of materials. Our basis is, unfailingly, in the(IMCE, Sendouken) in Kyushu Univ. This network is open

successor of three prestigious research institutes of Tohoku

to anyone in Japan and the world including colleges,

university: SENKEN (Research Institute of Mineral Dressing

institutes and private companies, who wishes to collaborate

and Metallurgy)-SOZAIKEN (Institute for Advanced Materials

with the institutes. Based on the collaboration among theProcessing), KAKEN (Research Institute for Scientificfive institutes, the "Dynamic Alliance for Open Innovation

Measurements) and HISUIKEN (Chemical Research InstituteBridging Human, Environment and Materials" was alsoof Non ‐ Aqueous Solution-) -HANNOUKEN (Institute forfounded as a national project started in 2016.

Chemical Reaction Science). SENKEN was established in
1941, KAKEN was in 1943 and HISUIKEN was in 1944.

Tohoku Univ. is now promoting the project of a next
generation 3 GeV synchrotron radiation facility, whose

So, about 80 years have passed since the foundation

performance is optimized for soft X-ray energy region. Thisof the former three institutes. Their research spirits areenergy region covers the K-edges of light elements of Li, B, C,

passed down to us, so that the knowledge and experiencesN, and O, those are all critical ones to current technologicalintegrated from prestigious institutes allow us to establish sochallenges. Since our institute is the main base of thismany collaborations among members in different fields of our

project, we have been making our best for the realization in

institute. Thus, a plenty of noticeable research results havethe near future.

been achieved. This traditionality led to the establishment

10 years have passed since the Great East Japanof new research centers, Center for Mineral Processing andEarthquake on March 11, 2011. We will contribute our

Metallurgy in 1 April 2018, and Materials-Measurement

efforts to the reconstruction through material science andHybrid Research Center in 1 April 2021.

technology, as well as to educate researchers and engineers

Our institute has started a new activity as a member of
the Network Joint Research Center for Materials and Devise

contribute to the nation. We will proceed further in the fieldof Multidisciplinary Research for Advanced Materials.



April 2021  Director Masami  TERAUCHI

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、材料などに代表される研究分野を表しています。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おいます。
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 UNIVERSITY

4OUTLINE

概要

構成員 Members
職員数 Faculty & Staff (as of April 1. 2021)
教授Professors

准教授

講Associate Professors

Senior Assistant Professors

48 (4) [1]

師助

24 (1) [1]教助Assistant Professors

9 (1)

手

Research Associate

63 (10) [8]

0

事務職員

技術職員

再雇用職員

非常勤職員（研究職） 非常勤職員（その他） 計

Administrative Staff

Technical Staff

Re-employed Staff

Part-Time Staff（Research）

42 (31)45 (11)4 (0)Part-Time Staff（Other）

21 (4) [3]Total

61 (47) [7]317 (109) [20]助助※（ ）内は女性（助教のうち 6 名は「東北大学多元物質科学研究所“ 桜 ―SAKURA”プロジェクト」により採用）で内数※［ ］内は外国人で内数※（ ）indicates the number of female staff in counts.
※［ ］indicates the number of foreign staff in counts.

部門別教員数内訳 Number of Faculty Members
部門等

教

Research Division

Professors

授有機・生命科学研究部門
Division of Organic-and Bio-materials Research

無機材料研究部門
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

金属資源プロセス研究センター
Center for Mineral Processing and Metallurgy

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

准教授

講Associate
Professors

Senior Assistant AssistantProfessors
Professors

師

教

1

12

25

11

2

3

7

23

6

6

1

11

24

10

5

3

13

31

7

3

1

9

20

6

2

10

18

1

1

製鉄プロセス先端解析技術共同研究部門

1

Collaborative Research Division of Advanced Analysis ofIron and Steelmaking Processes

合計

1
24

9

63

学生数（2021 年 4 月現在）Number of Students (as of April, 2021)
研究科・学部

学部

博士課程前期

博士課程後期

Schools

Under Graduate

Master's Program

Doctoral Program

工学研究科・工学部

37 (8) [0]95 (8) [15]27 (6) [11]

10 (3) [8]

46 (15) [15]22 (3) [13]0 (0) [0]13 (8) [4]

5 (2) [4]0 (0) [0]41 (11) [6]

15 (1) [9]47 (11) [8]195 (42) [40]69 (12) [37]Engineering

理学研究科・理学部
School of Science

生命科学研究科
Life Sciences

環境科学研究科
Environmental Studies

合計
Total

311 (65) [85]

※ ( ) 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

1

1
48

Total

Total

5

非鉄金属製錬環境科学研究部門

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門

計7

Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy
and Environmental Science

Collaborative Research Division of Advanced Electron
Microscopy

手Research
Associates0144

歳入・歳出内訳 Annual Revenue and Expense
2019 年度 歳入内訳 Revenue for FY2019

2019 年度 歳出内訳 Expenditure for FY2019

3.1%
7.9%
12.9%

33.9%
44.2%

59.2%
16.9%
6.9%

計 Total

計 Total15%

42 億円［billions of yen］

42 億円
［billions of yen］

■ 運営費交付金人件費 General Grants for Salaries and Wages■ 運営費交付金物件費 General Grants for Supplies and Equipments■ 外部資金人件費 External Funds for Salaries and Wages■ 外部資金物件費 External Funds for Supplies and Equipments■ 運営費交付金 Operational Grants■ 科学研究費補助金 Grants -in-Aids for Scientific Research■ 受託研究費 Funds for Commissioned Reserach■ 共同研究費 Funds for Joint Reserach■ 寄附金 Donations

主な外部資金採択状況（単位：百万円）External Research Funds ( millions of yen )年度
Fiscal year

科学研究費
Grants -in-Aids for Scientific Research

共同研究
Funds for Joint Research

受託研究
Funds for Commissioned Research

2015

2016

2017

2018

2019

835

871

730

681

654

340

233

272

310

332

810

712

619

486

517

建物 BUILDINGS(as of April, 2021)
建物総延面積 Total Floor Area

38,318m2

南総合研究棟 1、2

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

6主な研究成果（2020 年度のプレスリリースより）2020.04.03

低い温度で作動する固体酸化物燃料電池のための極薄電解質膜の開発～ 100°C 以下での物理吸着した水による表面プロトン伝導性～

Nanoscale Research Letters 15, 42 (2020)、組頭広志2020.05.13

ミリ秒Ｘ線 CT のための放射光マルチビーム化に成功～試料の回転要らず動的 3D 観察を可能に～

Unlocking the gate to the millisecond CT、Optica 7, 5, 514-517 (2020)、矢代航

2020.05.18

混ぜるだけ！発想を変えた新しい有機蓄電池の開発～導電助剤なしで導電性をリレーし高性能化を実現～

抗体検査を現場で 20 分以内に完了する技術を開発〜鳥インフルエンザウイルスで実証。新型コロナウイルス等への応用へ期待〜

ACS Applied Materials & Interfaces , (2020) 12, 23, 25748–25755、小林弘明、笘居高明、本間格

2020.05.20

A New Antibody Test for Avian Flu Delivers Results in 20 Minutes、Sensors and Actuators B: Chemical , 316 (2020)
128160、火原彰秀

2020.06.01

省エネルギーに資する窒化ガリウム単結晶基板の量産法を開発－次世代パワーエレクトロニクスの実現に道－Applied Physics Express , 13 055505 (2020)、秩父重英、石黒徹、小島一信、嶋紘平



2020.07.01

ヒト LDL 受容体が立体構造を形成する新たな機構を解明、家族性高コレステロール血症の理解に一歩前進

2020.07.02

スピンのねじれが起こす電子の変位を発見

PNAS, (2020) 117 (28) 16401-16408、門倉広、稲葉謙次

～マルチプローブが明らかにするマルチフェロイックの微視的発現機構に～Physical Review B 101, 224436、木村宏之



2020.07.13

電子挙動の直接観察を相対性理論と対比－電荷保存則と電子波干渉を相対性理論の場を通した考察－

Materials Science and Engineering: R: Reports 142 (2020) 100564、赤瀬善太郎

2020.07.16

電子を抜くと透明な超伝導体になる物質を発見－世界初の p 型透明超伝導体を実現－

Science Advances 6, 29 (2020) eabb8570、吉松公平



2020.07.30

長崎県西海市の西彼杵変成岩からマイクロダイヤモンドを発見

Scientific Reports 10, 11645 (2020), Top 100 in Earth Science、寺内正己

2020.08.03

ギガビット級高速光無線通信を実現した深紫外 LED の高速変調メカニズムを解明
ー自己組織化微小 LED 集合体がもたらす、高発光効率と高速変調の両立ー

Faster LEDs for Wireless Communications from Invisible Light、Applied Physics Letters , 117, 031103 (2020)、
小島一信、秩父重英

2020.08.20

水を自由に出し入れする有機半導体スポンジの作製～水の吸脱着にともなう電子伝導度とイオン伝導度のスイッチング～

2020.08.20

効率的なナノ薬剤が薬効を示すまでの道のりを解明～細胞内でのナノ・プロドラッグを検出する方法の確立を通して～

2020.08.21

硫化スズ単結晶の大型化に成功！

2020.08.21

クライオ電子顕微鏡によるヒト由来カルシウムポンプの高分解能構造の決定

ACS Applied Materials & Interfaces , (2020) 12, 33, 37391–37399、阿部春花（大学院生）、芥川智行

Further Details Revealed About a Highly-efficient Anticancer Drug Delivery System、Nanoscale , 2020, 12, 16710、笠井均

～環境に優しい太陽電池の実用化への突破口～

Large Tin Monosulfide Crystal Opens Pathway for Next Generation Solar Cells、Crystal Growth & Design , (2020) 20, 9,5931–5939、川西咲子、鈴木一誓、柴田浩幸、小俣孝久

～細胞内カルシウム恒常性維持機構の破綻が引き起こす疾病の原因解明に光～Science Advances 6, 33, eabb0147、張玉霞（大学院生）、渡部聡、稲葉謙次
2020.08.25

DNA 結合タンパク質のジャンプまで観察できるサブミリ秒分解単分子蛍光計測法の提案―がん抑制タンパク質 p53 の速い運動の発見―

Scientific Reports 10, 13697 (2020)、鎌形清人
2020.08.25

金属イオン間の電子の授受で極性構造を制御、強誘電体・圧電体材料や負熱膨張材料の開発に新しい知見

Chemistry of Materials , (2020) 32, 16, 6892–6897、山本孟、木村宏之、戸田薫（大学院生）



2020.08.31

室温動作ポラリトンレーザの実現に向けて大きな前進

ー超低消費電力な近紫外線コヒーレント光源の実現に道ー

Applied Physics Letters , 117, 071103 (2020)、嶋紘平、秩父重英2020.09.08

電子顕微鏡の像コントラストを飛躍的に向上させる手法を開発

ーフレネルゾーンプレートを用いた新規位相差 STEM 法ーUltramicroscopy , 218 (2020) 113089、百生敦2020.09.10

水の中で組み上がる超分子でほぼ完全な光反応制御を達成、ハイブリッドナノリボンを利用した超分子光反応で合成困難な H-H 型二量体のほぼ完全な合成に成功

RSC Chemical Communications , (2020) 56, 10058-10061、和田健彦


2020.09.17

酸化物ナノ構造に現れる新しい電子相の発見

7～二酸化バナジウムを用いたモットトランジスタ開発に新しい知見～

Physical Review B 102, 115114 (2020) Editors’Suggestion、志賀大亮（大学院生）、吉松公平、組頭広志

東北大学 多元物質科学研究所

2020.09.23

温泉水でも安定した熱交換が可能な熱交換器を開発―温泉水から析出する固形物を除去し、熱交換効率の低下抑制に成功―

2020.09.28

窒化ガリウムの発光を阻害する原因を突き詰める！

ー極低温下における発光効率計測に成功ー

丸岡伸洋



Tohoku University Teaches Old Spectroscopy New Tricks、Applied Physics Express 13, 105504, Spotlights (2020)、
小島一信、秩父重英

2020.09.30

細胞小器官内の遊離亜鉛イオンの定量技術を開発～亜鉛の生理機能と関連疾患メカニズムの解明に期待～

Cell Chemical Biology 27, 12 (2020) 1521-1531.e8、小和田俊行、松井敏高、水上進、天貝佑太、稲葉謙次

2020.10.09

タンパク質・DNA 間の結合に新機構を発見、分子の揺らぎを利用するラチェットの可能性

Scientific Reports 10, 15624 (2020)、鎌形清人

2020.10.23

加熱“その場”X 線タイコグラフィを実証－合金粒子の融解過程をナノスケールで観る－

Microscopy and Microanalysis 26 , 5 (2020) 878 – 885、高橋幸生、石黒志

2020.10.26速い分子だと炭素の網を通り抜ける !? 酸素がグラフェンをすり抜ける現象を発見

The Journal of Physical Chemistry Letters, (2020) 11, 21, 9159–9164、小川修一

2020.10.29

窒化ガリウム結晶の発光量子効率と光吸収の関係を解明

2020.11.05

混ざり合わない混晶半導体の特異構造を利用した高効率光源実現に道A New Method to Measure Optical Absorption in Semiconductor Crystals、Applied Physics Letters , 117, 171103 (2020)、
小島一信、秩父重英

－窒化アルミニウムインジウム超格子の自己組織化メカニズムを解明－

Scientific Reports 10, 18570 (2020) 、秩父重英2020.11.17

DNA 結合タンパク質は DNA 上でのタンパク質渋滞をすり抜けて移動できる

Nucleic Acids Research , 48, 19, 10820-10831 (2020)、鎌形清人

2020.11.26

水に浮くほど軽い熱電変換材料を実現、ミクロな蜂の巣構造のガラスを半導体に変換

Chemistry of Materials , 2020, 32, 23, 10176–10183、山田高広

2020.11.26

ハードディスク用書き込みヘッドの新たな解析技術を開発～世界で初めて 100 億分の 1 秒の精度でヘッド動作の画像化に成功、ハードディスクの大容量化に貢献～

Journal of Applied Physics, 128, 133903 (2020)、岡本聡、菊池伸明
2020.12.01

光り方を決めるのは光る頻度か光らない頻度か？

～酸化亜鉛結晶の発光効率と発光寿命の相関を明示～

To Accelerate or Decelerate in the Light-emitting Process of Zinc-Oxide Crystals、Applied Physics Express , 13, 121005(2020)、小島一信、秩父重英2020.12.23

統合失調症に関わるドパミン受容体の構造解明―副作用を抑えた薬の迅速な探索・設計が可能に―

Nature Communications 11, 6442 (2020)、南後恵理⼦

2021.01.08

ゴム特性の起源となる化学結合を可視化、電子顕微鏡を用いた分析法でタイヤゴム材開発に寄与

Scientific Reports 10, 21558 (2020)、佐藤庸平、陣内浩司



2021.01.25

水に強い有機半導体の結晶格子を制御する～結晶格子の硬さ・柔らかさの自在制御～

Journal of the American Chemical Society , (2021) 143, 2, 1046 − 1060、阿部春花（大学院生）、芥川智行

2021.01.29

サブミクロンの分解能を持つ高速ホログラフィック蛍光顕微鏡システムを開発～スキャンが不要、アルゴリズムの同時開発で自然な光の高速測定が可能～

High-speed Holographic Fluorescence Microscopy System with Submicron Resolution、Optics Letters , 46, 3, 669-672(2021)、小澤祐市


2021.02.04

お椀型分子の表と裏を利用した強誘電体メモリの作製～ナノレベル高密度メモリのための新分子デザイン～

Nature Communications , (2021) 12:768、呉筧筠（大学院生）、芥川智行

2021.02.04

Beyond 5G に資する低環境負荷な物質・デバイス商用化技術の創出、Society 5.0 for SDGs に資するキーテクノ
ロジー

Nanomaterials , (2021) 11 (2), 392、組頭広志2021.03.08

住友ゴムと東北大学がゴム破壊の X 線 CT 撮影の約 1,000 倍速化に成功～住友ゴムの新材料開発技術『ADVANCED 4D NANO DESIGN』がさらに進化～

Faster Imaging in Rubber X-ray CT Imaging Helps Tires Become Smarter and More Efficient、Optica , 7, 5, 514-517 (2020) 、Journal of Synchrotron Radiation , (2021) 28, 322–326、矢代航

2021.03.09

硫化スズ太陽電池の高効率化への独自技術を実証～次世代ソーラーパネルの実現に前進～

Researchers Develop a New, Efficient Tin Monosulfide Solar Cell Prototype、Solar RRL , (2021) 5, 2000708、
川西咲子、鈴木一誓、柴田浩幸、小俣孝久



2021.03.24

タンパク質の液－液相分離を制御するペプチド設計法を開発

ー神経変性疾患などの創薬に期待ー

Scientific Reports 11, 6643 (2021)、鎌形清人

2021.03.31

チタン酸バリウムナノキューブの合成と粒子表面の原子配列の可視化に成功、高性能小型電子デバイスの開発に期待

ACS Omega , (2021) 6, 14, 9410–9425、殷シュウ



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8主な研究成果（2020 年度の授賞・表彰より）4月

令和 2 年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 科学技術賞 研究部門

5月

インテリジェント・コスモス学術振興財団「第 19 回インテリジェント・コスモス奨励賞」 中村崇司 准教授富山県ひとづくり財団「第 37 回とやま賞」

小澤祐市 准教授日本伝熱学会賞

福山

博之 教 授

6月

百生

敦

教

授

新化学技術推進協会「第 19 回グリーン・サステイナブル ケミストリー（GSC）賞 奨励賞」 飯塚

淳

准教授

7月

市村清新技術財団「第 52 回市村賞 市村地球環境学術賞（貢献賞）」

本間

格

教

授

9月

東京工業大学科学技術創成研究院「2020 年度フロンティア材料研究所学術賞 研究奨励部門」 山本

孟

助

教

鉄鋼環境基金「第 11 回（2020 年度）助成研究成果表彰

鉄鋼技術賞」

埜上洋 教 授

ステップアップ賞」

西原洋知 教 授新化学技術推進協会「第 9 回新化学技術研究奨励賞」

中村崇司 准教授本多記念会「本多記念研究奨励賞」

夏井

俊悟 助 教日本結晶成長学会「第 18 回奨励賞」

川西

咲子 助 教日本光学会 光設計研究グループ「第 23 回光設計優秀賞」

矢代航

第 38 回粉体工学会論文賞

久志本

築 助 教

2020 年度 日本表面真空学会 会誌賞

山本達

Asian Scientist Magazine“Asian Scientist 100”

西原

洋知

1月

第 73 回日本化学会賞

阿尻

雅文 教 授2月

第 17 回（令和 2 年度）日本学術振興会賞

西原

洋知 教 授3月

トーキン科学技術振興財団「トーキン科学技術賞」

10 月
11 月

12 月

新化学技術推進協会「2020 新化学技術研究奨励賞

熊谷
夏井

准教授

准教授
教

授

啓 助 教
俊悟

助

教

資源・素材学会「第 46 回論文賞」

安達

謙 助 教

資源・素材学会「第 46 回奨励賞」

夏井

俊悟 助 教日本鉄鋼協会 共同研究賞（山岡賞）

埜上

洋

教

授

夏井

俊悟

助

教

応用物理学会「第 22 回光・量子エレクトロニクス業績賞（宅間宏賞）」

百生

敦 教 授

矢代

航

准教授

市村清新技術財団「第 53 回市村学術賞貢献賞」

阿尻雅文 教 授2020 IOP Publishing‘Outstanding Reviewer’Award

小島

一信

准教授

職名は受賞当時のものです9東北大学 多元物質科学研究所

学生・研究支援［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。

▪キャリア支援
学生を対象とした「キャリア支援交流会」を継続的に開催し、キャリア支援に詳しい教職員や、インターンシップや就職活動を経験した OB による講演を行っています。

産学連携▪イノベーション・エクスチェンジの開催
多元物質科学研究所の最先端研究シーズと地元企業との出会いの場を設け、社会に開かれ、親しみやすい科学・技術の交流の場の提供と、多元研の研究への理解醸成を目的とした産学連携イベントとして継続的に開催しています。2002 年度は、新型コロナウイルスの感染拡大防止のためオンラインで開催しました。次世代放射光をテーマに、施設に関する解説、研究に関する講演、自治体や企業からの報告、パネルディスカッションを行い、地元企業だけでなく全国から 157 名が参加しました。

▪ MaSC、BIP の活用
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）を積極的に活用するなど、産学連携を推進しています。

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、企業や政府機関等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
ンスデイや宮城県民大学開放講座、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。

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10

国際共同研究・教育活動
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。

主な国際ワークショップ等（2020 年度実績の例）
▪‌メルボルン大学 ( 豪 )：11 月、
国際ワークショップ “Tohoku-Melbourne Joint Workshop - Materials Science”をオンラインで開催。

共同研究促進に向けた講演、大学院生によるポスターセッションを実施、学術交流の推進に貢献している。
▪‌台北科学技術大学（台湾）

若手研究者の派遣 ▪‌メルボルン大学（豪）学術交流協定 * 大学間協定締結校 Agreement on the University Level

地域

国

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

北京大学 / Peking University
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

1999*
2000

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

重慶大学 / Changqing University

2001*

China

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 University2017

西南大学 / Southwest University

2018*

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

2009

台湾

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

2009*

Taiwan

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

2018

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

2019*

全北大学校 / Jeonbuk National University

1991*

ソウル大学校 / Seoul National University

1998*

慶北大学校 / Kyungpook National University

2002*

韓国
Korea

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

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

タイ
Thailandルーマニア
Romania

ヨーロッパ

フランス

EuropeFranceハンガリー
Hungary

11

1998

中国

アジア
Asia

締結年

東北大学 多元物質科学研究所

2003
2003

朝鮮大学校 / Chosun University

2004*

国立公州大学校 / Kongju National University

2007*

チュラロンコーン大学 / Chulalongkorn University

2011*

チェンマイ大学 / Chiang Mai University

2012*

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

地域

国

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

ドイツ
Germany

ヨーロッパ
Europe

スペイン
Spain

イタリア
Italy

イギリス
United Kingdom

中近東

クウェート

Middle and Near East

Kuwaitオセアニア

オーストラリア

Oceania

Australia

締結年
1997
1999

ダルムシュタット工科大学 / Darmstadt University of Technology

2003*

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*

ハイデルベルク大学 / Ruprecht-Karls-University Heidelberg

2012*

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

ナポリ大学 / University of Naples Federico Ⅱ2012*

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

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

2013

メルボルン大学 / The University of Melbourne

2014*

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

マギル大学金属プロセス研究センター / McGill Metal Processing Center,McGill University
カナダ

トロント大学金属・材料科学科

CanadaDepartment of Metallurgy and Materials Science,University of Toronto

2020*
1998
1998

ウォータールー大学 / University of Waterloo

2006*

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

1995

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 1998
Science,Columbia University

北米
North America

アメリカ
USA

ユタ大学金属工学科 / Department of Metallurgical Engineering,University of .Utah

1998

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

2008*

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

2015*

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), 2015
Massachusetts Institute of Technology(MIT)

アルゴンヌ国立研究所 APS / APS/Argonne National Laboratory
ローレンス・バークレー国立研究所
Advanced Light Source / Lawrence Berkeley National Laboratory Advanced Light Source

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

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

Russia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 Sciences

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

ウクライナ
Ukraine

2020*
2020*
2021*
1993
1997
2000
2013

モスクワ国立大学化学部 / Chemistry Department, Lomonosov Moscow State University

2013

モスクワ国立大学物理学部 / Faculty of Physics of Lomonosov Moscow State University

2018

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

2006

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12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「物質・デバイス領域共同研究拠点」は、北海道大学電子科

な、顔の見える face to face の関係づくりが重要と考えていま学研究所（北大電子研）、東北大学多元物質科学研究所（東北す。

大多元研）、東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科学研

東北大多元研が本部を担う第 2 期では、第 1 期からの「基盤究所（東工大研究院化生研）、大阪大学産業科学研究所（阪大共同研究（旧 一般共同研究）」及び「施設・設備利用共同研究」

産研）、九州大学先導物質化学研究所（九大先導研）が参画し、に加え、ダイナミック・アライアンス（後述）との協働による2010 年度（平成 22 年度）に発足した先駆的なネットワーク

新しい特色ある『拠点連動プログラム』として、基盤共同研究

型共同研究拠点のひとつです。ボトムアップ型一般共同研究、成果をさらに発展させる『展開共同研究 A』、基盤共同研究でトップダウン型特定共同研究を中心に、全国の国公立、私立大得られた成果を基にネットワーク型拠点を形成する他研究所教学、高専、国立研究機関や企業に所属する研究者からの共同研員との連携により幅広い研究発展を目指す『展開共同研究 B』、究を推進しました。この間、国立大学の機能強化への寄与も視優れた若手研究者が積極的に融合型研究を推進する『CORE ラ

野に入れ、研究力強化、イノベーション創出、若手人材育成、

ボ共同研究』、そして共同研究を通じて主に地域大学、私立大

グローバル化にも積極的に取組み、2015 年度（平成 27 年度）

学に在籍する優れた才能を有する大学院生、大学生等、学生をの文部科学省による期末評価ではネットワーク型拠点として唯PI（Principal Investigator）として採択する『次世代若手共同

一“S”評価を獲得しました。また第 1 期 6 年間は阪大産研を研究』など多彩な共同研究を企画・運営し、より充実した共同本部として活動してきましたが、2016 年度（平成 28 年度）

研究活動を展開しています。また、2020 年度には、『新型コからの第 2 期は東北大多元研が本部を務め、2018 年度（平成

ロナウイルス（COVID-19）感染症に関する共同利用・共同研

30 年度）の中間評価においても“S”評価を得ております。第究課題』の緊急特別公募を行い、社会課題解決型共同研究を推

1 期および第 2 期にわたる 11 年間で 5,000 件を超える共同進しました。いずれのプログラムも、研究成果のみならず、そ研究を推進し、国内外の研究者コミュニティから大きな支持をの成果を生み出す情熱に満ちた研究者を育てる「人材育成」を頂いております。

拠点・アライアンス事業における大きなテーマのひとつとして共同研究拠点の基本的なテーマは、「研究のネットワークづ

います。多くの研究者がこの拠点を積極的に活用し、人のネッ

くりは、人のネットワークづくり」です。本共同研究拠点発足

トワークを広げて頂けることを願います。本拠点を通じ形成さに先立ち 2005 年度（平成 17 年）には、阪大産研と東北大れた研究者ネットワークを礎とした大型研究プロジェクトの発多元研が、大学の枠を超えた新産業創造物質基盤技術研究セン

案・運営として、多元研教員が領域代表・班長を務める科学研

ター（MSTeC）を設立・運営し、15 年以上の長きにわたり協

究費補助金新学術領域研究が７プロジェクト採択され、多元研働関係の構築に努力してきました。人のつながりが現在の５つ教授が JST 創造科学技術推進事業（ERATO）の統括研究者をの研究所に広がる礎になりました。本共同研究拠点では、研究務めるなど数多くの実績が得られています。また本ネットワー

者同士が国内・海外のどこかで会ってもすぐに話ができるよう

ク型共同研究拠点が支援を行った学協会等の研究者コミュニ 
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ティは約 500 を超え、総参加者数はのべ約 6,200 名を超え、プに跨った分野融合を目指した「量子ビームによる物質・物性

関連研究分野および関連研究者コミュニティの発展に大きく貢評価横串サブグループ」「時間分解物質・物性評価横串サブグ

献しています。更に 2018 年３月には同じネットワーク型共同ループ」「界面近傍水横串サブグループ」「次世代放射光横串サ研究拠点である放射線災害・医科学研究拠点、生体医歯工学共ブグループ」の４つを組織し 、ユニークな研究活動を展開して同研究拠点と緩やかな連携に関する協定を締結し、より広いコいます。5 研究所 3 グループに所属する PI は約 150 名に上り、ミュニティへの貢献を目指しております。

若手研究者等を含めた常勤教員数の総勢は 400 名を超える規

一方、【課題解決型アライアンスプロジェクト事業】におい模を有しています。また、ダイナミック・アライアンス事業は、ては、「人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミッ

ネットワーク型「物質・デバイス領域共同研究拠点」と相補的

ク・アライアンス」を 5 研究所間の連携プロジェクトとして推かつ密接な連携を図り、『拠点アライアンス海外研究者招聘支進しています (2005 年度にスタートしたアライアンス事業か

援プログラム』『若手支援プログラム』『論文投稿支援プログラら数えて 4 期目のプロジェクトであり、2016 年度からの事業 )。

ム』『技術支援横串プログラム』など、多様なプログラムを企画・

日本を北から南まで縦断する形で「人材・装置・場所のシェア

運用しています。

リング」を特徴とし、21 世紀において安全安心で質の高い生このように、5 つの国立大学法人研究所が、各々の得意分野

活のできる社会の実現に要求される 3 つの課題解決型プロジェ

で相互に連携・ネットワークを組み相補的・協力的な体制を取クトとして、1）エレクトロニクス 物質・デバイス（G1）、2）

る、という大掛かりな共同研究拠点およびダイナミック・アラ

環境エネルギー物質・デバイス・プロセス（G2）、3）生命機

イアンス事業は他に類例がなく、物質・デバイス・システム創能 物質・デバイス・システム（G3）を戦略的に設定し、研究

製基盤技術を格段に進展させ、安全安心で質の高い生活のでき所横断型の共同研究を推進しています。さらに G1 〜 G3 グルーる社会実現へ大きく寄与することが期待されています。

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ロゴの制定について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、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。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。

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14

次世代放射光施設
官民地域パートナーシップの下、リサーチコンプレックス形成を目指す 
文部科学省は、2018 年 1 月 ｢官民地域パートナーシップにする大学のキャンパス内という立地と、市街中心部からのアクよる次世代放射光施設の推進｣ を発表しました。次世代放射光セスの良さが、研究開発基盤の機能を強化すると期待されます。

施設は、軟 X 線領域で、大型放射光施設 SPring-8 の 100 倍

既に、海外では、同様の 3 GeV 級の放射光施設が建設され、周の高輝度性と高コヒーレンス性（可干渉性）という最先端の光辺の大学や研究機関と連携し、リサーチコンプレックスを形成

源性能を有します。この軟 X 線領域の高輝度性は、軽元素や遷しています。本施設は、国内の軟 X 線領域の放射光活用の遅れ

移金属の化学状態を鮮明かつ迅速に可視化します。また、高コを逆転し、研究の国際競争力を強化する原動力となります。

ヒーレンス性を利用した計測手法の進展により、不均一な材料

官民地域パートナーシップは、次世代放射光の学術と産業の系の機能を 10 nm レベルの分解能で可視化することが出来るよ

持続的発展に資する活用について、役割分担と連携を行う世界

うになります。これらの光源性能は、放射光による「物の見え方」

でも類を見ない挑戦的な枠組みです。本学は、放射光活用によっを一新し、材料や生命の機能をナノスケールで可視化し、研究て既存の学術の深化と新たな学術領域の開拓、そして分野融合

開発における仮説検証サイクルを一気に加速すると期待されてや産学連携によるイノベーションの創出を先導するミッション

います。その活用範囲は、触媒材料、磁性・スピントロニクスを有します。学術研究者は、既存の共用法の下での施設利用だ

材料、高分子材料など材料分野はもちろん、工学、理学、農学、

けでなく、企業と 1 対 1 でパートナーを組み、出口イメージ

医学、医工学、考古学など、広範な学術分野と産業分野に及びを共有し、研究シーズや専門知識を以て企業の課題解決を支援ます。すなわち、次世代放射光施設は、こうした学問分野やディしたり、その過程で新たな学術研究テーマを開拓したり出来る、

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、

コアリション・コンセプト（有志連合）の下での活用機会を得

研究開発基盤を構築するポテンシャルを有しています。図 1 はることが出来ます。その先には、企業・地域と連携し、学術にその次世代放射光施設のイメージであり、この周りには産学の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

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を有レックスの形成があります。

図 1. 東北大学青葉山新キャンパス内に建設が進む次世代放射光施設（イメージ）

イノベーション創出を支える整備・運用方針 
次世代放射光施設をイノベーションの源泉とするための整備・選定されました。建設地の検討を経て、2019 年度より、本学運営については、放射光科学の学術コミュニティ、既存の放射青葉山新キャンパスにて次世代放射光施設の整備が開始されま

光施設の学術および産業界の利用者に加え、企業、大学の経営層、した。2023 年度のファーストビームを目指しています。

地域および中央の経済界、自治体との、2011 年より 6 年間に15わたる対話の結果を基にコンセプトが具体化されてきました。

東北大学は、学内外の次世代放射光に関わる、あらゆる技術

ロボティクスやイノベーションベンチの考え方を導入したビーについて、集中的に研究開発するために、2019 年 10 月 1 日に、

ムラインデザイン、産学利用による成果の最大化と社会実装の国際放射光イノベーション・スマート研究センターを設置しま加速を目指したコアリション・コンセプト等です。2017 年 7した。ここには、多元物質科学研究所から十数名の教員が参画

月に国側（官）の主体として量子科学技術研究開発機構が指定して、科学計測分野の伝統を背景に、次世代放射光計測技術のされ、パートナーの提案が公募されました。翌年 7 月に、一般研究開発をおこなっています。そして、これまでの放射光施設

財団法人 光科学イノベーションセンターを代表機関として、宮にはなかった、新たな技術を結集したビームラインを築くこと

城県、仙台市、東北経済連合会と東北大学が地域パートナーにとなります。

東北大学 多元物質科学研究所

地域パートナーのビームライン・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、本を整備します。国際放射光イノベーション・スマート研究セ

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

ンターは，これら 7 本のビームラインについて、設計から活用す。これらのラインナップによって、上記（1）から（4）を実までをサイエンス面から支援する役割を担っており、これまで現してまいります。

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

各ビームラインは、産業界・学術界ユーザーの多様なニーズ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に応える 2 種類のエンドステーションを備えます。1 つは「自すべき計測分野として、以下を提示しています。

動化計測ステーション」であり、既に確立された計測法を主に（1）‌高輝度を活かした機能発現、失活等の可視化計測： 時分行うエンドステーションです。多くのユーザーのハイスルー

割計測、オペランド計測（時間分解能： ミリ秒～ナノ秒、プット計測、メールイン測定、リモート計測などのニーズに応数 10 ピコ秒）

えるため、ロボティクスの導入による計測の効率化が検討され（2）‌物質科学、環境科学、生命科学等あらゆる分野で機能やています。もう 1 つは「先端計測ステーション」であり、R&D

反応の鍵を握る元素の電子状態・化学状態可視化計測、が必要となる挑戦的な計測を主に行うエンドステーションで

軟 X 線領域に強みをもちテンダー X 線領域から硬 X 領す。そこでは、ユーザーが独自の試料環境を整えて計測を行う

域の広領域をカバーする分光計測： 光電子分光、光吸収ための、“取り外し可能な計測ベンチ＝イノベーションベンチ”

分光、発光分光、XAFS、XMCD 等の導入を想定しています。イノベーションベンチは、7 本のい（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

ずれの BL にも取り外しができるよう設計されるため、複数の可視化計測：タイコグラフィ、ホロトモグラフィー、位ビームラインの横断的活用を支える根幹技術「Plug & Play テ

相コントラストイメージング等の可視化技術

クノロジー」を支える要素となっています。

（4）‌1 ～ 3 を統合した複合計測：CT-XAFS、タイコグラフィ
XFAS、タイコグラフィ MCD 等

多元物質科学研究所は、引き続き、国際放射光イノベーショ
ン・スマート研究センターとともに、次世代の放射光施設活用の在り方についてサイエンス面から支援し、施設の活用を通じ

図 2 は、7 本のビームラインのラインナップと横断的活用コンた学術の深化と発展を推進します。

セプトを示しています。BL の横断的な活用によって、これま

図 2．7 本のビームラインのラインナップと横断的活用コンセプト

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16

JST（科学技術振興機構）の CREST（戦略的創造研究推進事業）による東北大多元物質科学研究所を中核とした「原子分解能観察によるソフ
ト / ハード界面の接着・破壊機構の解明」研究の推進
Elucidation of adhesion/fracture mechanism of soft/hard interface by atomic resolution electron microscopy
with the leadership of IMRAM based on the CREST (Core Research for Evolutionary Science and Technology)
program sponsored by JST (Japan Science and Technology Agency)

多元物質科学研究所の CREST プロジェクト（研究代表者：
陣内浩司教授）では、令和元年 10 月より令和 7 年 3 月まで、
「有機材料（ソフトマテリアル）/ 無機材料（ハードマテリアル）
複合材料」における「接着・接合・剥離」に注目し、その原理的解明を目指しています。
素材産業は我が国が伝統的に強い分野であり、これまで様々な材料の複合化 ( マルチマテリアル化 ) により多種多様の先端材料が開発されてきました。例えば、軽量・高強度材料の代表例でもある「炭素繊維強化プラスチック (CFRP)」は複合化材
料の最も成功した例の一つであり、現在、航空産業では圧倒的なシェアを確保しています。最新のボーイング 787 型機では、機体重量の半分以上が CFRP で構成され、それに伴う機体の軽量化により燃費を 20％以上改善できると言われています。また、近年、自動車への CFRP の導入も加速しており、カーボン
ニュートラル社会の実現に向けた新規材料として期待されてい図 1．‌複合材料の界面（異種界面）における化学的接着と物理的接着の概念図。有
機材料と無機材料の間の相互作用（結合）が化学的接着、無機材料側の凹凸による“引っかかり効果”を物理的接着と考える。

ます。このような材料の複合化は、力学的特性以外にも耐熱性・
電気特性・耐サージ性・気体透過性など様々な材料特性を向上

原子分解能で異種界面を観察するためには、厚さ 20 〜 50nm

させる有力な手段であり、その際、ソフトマテリアル / ハード

程度の超薄試料を作製する必要があります。このような非常にマテリアルの接着は特に重要となります。身近なところでは、薄い試料を作る技術は無機固体では確立していますが、有機分

塗料（金属と高分子）、5G などの高速通信（超平滑銅箔と高分子は（試料作製に使われる）イオンビームによるダメージを受子）などもこの範疇に入るでしょう。

けやすく、このレベルの超薄膜を作製することは技術的に困難

さて、このような背景のもと、本 CREST プロジェクトではでした。多元研グループはソフトマテリアル（高分子）の電子複合材料の機能発現の源であるソフト / ハード界面（以後、異顕微鏡観察に長い経験をもつことから、そのノウハウを駆使し、種界面と呼びます）に注目し、この界面での接着を化学的接着

ソフトマテリアルへのダメージを低減しながら異種界面の超薄と物理的接着に大別して考えることにしました。前者は異種界切片化に取り組み、JFCC グループと連携しながら、これを成面におけるナノスケールでの「原子・分子の配置・化学種で決
図2
まる（化学結合や物理吸着などの）相互作用による接着」であ功させました。図２は、シリコンとエポキシ樹脂の異種界面にり、後者はマクロスケールの「界面の幾何学形状に起因する接子を原子分解能で観察した例を示しています。

おいて、エポキシがシリコンと酸化膜を介して接合している様着」で、応力印加時の界面形状に応じた応力分布 ( 集中 ) により起こる剥離現象 ( アンカー効果 ) と深い関係があると思われます。実際の接着において、これら 2 種の接着のマクロな接着
強度に対する寄与の割合は不明であり、これらを区別・分離することが重要となります（図 1）。
本 CREST プロジェクトでは、先端の電子顕微鏡計測技術による原子分解能観察を計算科学と融合させ、接着の原理解明に迫ろうとしています。そこで、多元研を中核とし、特徴のある
最先端顕微鏡技術をもつ JFCC（（財）ファインセラミックスセンター）、電子顕微鏡による分光学に優れた業績をもつ大阪
大学、さらに豊富な計算科学的知見を備える東京大学をサブグループとして研究チームを構成しました。JFCC グループと大阪大学グループは、収差補正機を備えた高分解能電子顕微鏡、
また、電子顕微鏡試料作製に欠かせない一連の高性能装置群を
備えます。

17

東北大学 多元物質科学研究所

図 2．‌シリコン単結晶（左図）およびシリコン単結晶基板とエポキシ樹脂の異種界面（右図）の原子分解能電子顕微鏡像。

図3

このような異種界面の超薄膜試料ができると、シリコン基板

綿密な連携のもと、シリコン酸化層内部からエポキシ樹脂層に

表面より 0.5nm 間隔という超微小間隔で精密な EELS（電子おける（エポキシ樹脂の原料である）主剤と硬化剤の分布・組成・エネルギー損失分光法）測定を実施し、エポキシ樹脂の化学状

反応度の同定、また、異種界面でのさまざまな結合の有無を実態を調べることが可能となります。多元研グループは EELS に測することで、化学的接着の原子・分子論的起源に迫る予定でよる化学状態測定を行い、大阪大学グループは独自の高エネル

す。

ギー分解能電子顕微鏡による分子振動解析を行うことになりま

さらに、多元研グループでは、矩形など予め形態を定めたシす。その際、東京大学グループは、機械学習や AI などの先端

リコン基板にエポキシ樹脂を接合させ、これを独自に開発した的な計算科学手法を駆使した EELS スペクトルの解析、また、

電子顕微鏡用の試料延伸装置（図 4）により延伸しながら、エ

第一原理計算や（粗視化）分子動力学などの各種シミュレーショ

ポキシ樹脂の剥離現象を in situ 観察しています。異種界面でのン手法による（実験データを再現する）有機分子や酸化層の状

基板と高分子の化学的相互作用を取り入れた粗視化シミュレー

態可視化に取り組みます（図 3）。このように、各グループのション結果などと実験結果を比較することで、接着における物

図4

図 3．‌分子動力学計算により得られたシリコン酸化膜（左）に接合するエポキシ主剤分子と硬化剤の原子・分子描像。

陣内

理的接着の効果を検討することが可能になると期待されます。

図 4．‌CREST 研究に使用する電子顕微鏡と試料延伸用特殊ホルダーの模式図
（左上）
。

浩司

Hiroshi JINNAI

計測研究部門高分子物理化学研究分野

佐藤

教授

庸平

Yohei SATO

計測研究部門
電子回折・分光計測研究分野

宮田

准教授

智衆

Tomohiro MIYATA

計測研究部門高分子物理化学研究分野

助教

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JST（科学技術振興機構）［さきがけ］事業による「化学ポテンシャル制御による特殊反応場形成技術の創出」の推進
Promotion of“Active control of reaction field by chemical potential tuning”sponsored by JST (Japan Scienceand Technology Agency)

固体イオニクス・デバイス研究分野の中村崇司 准教授は、of Materials Chemistry A , 2021, 9, 3657. など ]。本プロジェ

JST「電子やイオン等の能動的制御と反応」領域（総括：関根

クトでは上記技術をさらに高度化し、酸素欠陥だけでなく「狙っ泰 先生）のさきがけ 3 期生に採択され、2020 年 10 月よりた欠陥種」を「狙った量だけ」導入し、対象材料の欠陥構造を新しい研究プロジェクトをスタートしました。本プロジェクト

自由自在に設計・制御できるような新しい技術を確立することに対する中村准教授の意気込みを以下に紹介します。

を目指しています。

本プロジェクトでは、従来材料を凌駕するような新しい機能

本プロジェクトは挑戦的な目標を掲げてスタートしています

性材料の創出を将来的なターゲットとして、材料中に存在すが、現状は試作用の装置を組み上げて、小規模での実験を繰りる「欠陥」を自在に制御する技術を創出することを目的として返している段階です。すべてが順調に進んでいるわけではありいます。この研究を企画するきっかけとなったのは、酸化物系

ませんが、修正や改良を繰り返して少しずつ研究コンセプトを

蓄電材料の酸素欠陥に関する研究でした。酸化物イオン伝導体実証することができており、研究者として貴重な経験を積むこで構成される固体電解質リアクターを使ってリチウムイオン電とができていると実感しています。一つ一つ結果を積み上げる

池用酸化物電極材料に対して酸素欠陥を導入することで充放電

ことと合わせて、今後は異分野とのコラボレーションを通して時の劣化を防ぐことができることを見出し、劣化抑制に対する研究のスケールを大きくすることにも積極的に取り組んでいき

酸素欠陥の役割を明らかにしました [T. Nakamura 他 , Journal

ます。

固体電解質リアクター試作機の写真。小型の試作機を使って研究コン
セプトの実証を進めています。

中村

欠陥制御プロセスの模式図

崇司

Takashi NAKAMURA

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

19

東北大学 多元物質科学研究所

准教授

NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）［カーボンリサイクル・
次世代火力発電等技術開発／ CO2 排出削減・有効利用実用化技術開発事業］による「廃コンクリートなど産業廃棄物中のカルシウム等を用いた加速炭酸塩化プロセスの研究開発」
Promotion of“Research and development of an accelerated mineral carbonation process utilizing calcium inindustrial wastes”sponsored by NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization)

金属資源循環システム研究分野の飯塚淳准教授は、複数の企

本プロジェクトでは、廃コンクリートからカルシウム（Ca）

業や大学と共に、「廃コンクリートなど産業廃棄物中のカルシを抽出し、排ガス中の CO2 と反応させて固定化させるプロセ

ウム等を用いた加速炭酸塩化プロセスの研究開発」の推進をスの実用化と普及を目指した技術開発を行っています。カルシ

2020 年度から行っています。

ウム分の抽出と炭酸塩化の効率を高めるため、加速炭酸塩化技

火力発電等の集中発生源から排出される CO2 の削減は気候変術について試験・評価を実施するとともに、プロセス全体の最動対策のために重要な課題です。また CO2 を回収し、有効利適化を行いながら技術を確立させ、CO2 削減を図ります。

用する「カーボンリサイクル技術」の開発が求められています。

・研究開発期間：2020 年度～ 2024 年度

塩基性の廃棄物や鉱物を利用して二酸化炭素の鉱物化（CaO/

・研究開発項目：

MgO ＋ CO2 → CaCO3/MgCO3）を行う技術は、カーボンフリー

・廃棄物からのカルシウム源の確保に関する検討の水素を必要とせず、反応の Gibbs エネルギー変化が負であり、・CO2 加速炭酸塩化技術の開発

得られる炭酸塩、骨材、コンクリート製品等の市場規模が比較

・炭酸塩および副産物の用途開発的大きい等の特徴を有し、早期の社会実装が望まれています。

・炭酸塩化プロセスの構築とコスト評価
・CO2 固定量の評価
・海外の CO2 炭酸塩化技術の調査飯塚淳

Atsushi_IIZUKA

金属資源プロセス研究センター
金属資源循環システム研究分野

准教授

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

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JST（科学技術振興機構）［創発的研究支援事業］による「水熱電解法
による炭素・熱循環の新スキーム」の構築推進
Creation of“New scheme in carbon and thermal cycling using hydrothermal electrolysis”sponsored by JST (Japan
Science and Technology Agency)

超臨界ナノ工学研究分野の笘居高明 准教授は、JST 創発的研明です。しかし、電気化学反応場である水溶液系での温度・圧究支援事業に採択され、「水熱電解法による炭素・熱循環の新

力操作の効果を議論した報告は僅少でした。そこで、本研究でスキーム」構築を推進しています。

は、高温高圧水の電気化学を新たな学術分野として確立するこ我が国では、「2050 年までに温室効果ガスの排出実質ゼロを目指す」という高い目標を設定しています。この目標達成に脱却し、温度・圧力操作による電気化学的 CO2 還元プロセス

は、化石資源依存型社会からの脱却という大きな社会変革が必の高効率化を実現します。

要であり、そのためには生産現場において CO2 排出量をネッ

電気化学プロセスの効率向上のために高温高圧条件を適用す

トゼロにする技術開発に加え、ネガティブエミッションを実現ることが本研究構想のポイントですが、系の高温維持に必要なする「二酸化炭素固定化・有効利用」の技術開発が不可欠です。

熱供給を、新たな化石資源の燃焼で補えば、燃料コスト増はも二酸化炭素の有効利用技術開発では、電気・光・熱を駆動力とちろん、全体では CO2 排出を増やすことにつながりかねません。

する様々な化学反応を利用した有用化学品への変換プロセス

しかし、熱の供給源を、産業からの未利用低温廃熱とすることの研究が進められています。本研究では、この中で電気化学的で、新たなエネルギー消費をゼロに抑えることが出来ます。産CO2 還元プロセスの高効率化に取り組んでいます。

業界からの 500℃以下の未利用廃熱は膨大であり、開発が進む

これまでの電気化学的 CO2 還元プロセスの研究開発は、新再生可能エネルギーと現状同等の規模を有します。

電極触媒開発を中心に進められてきました。ここで、化学プロ

高温高圧水の電気化学を礎に、工場の未利用低温廃熱を活用

セスの基本である熱力学に立ち戻って考えてみましょう。一般

し、再生可能エネルギー（太陽電池電力等）で排出 CO2 を高の化学プロセスでは、温度・圧力操作によりプロセスの効率を効率に還元・再資源化する、新たな炭素・熱循環スキームを構改善することは常套手段ですし、特に、CO2 還元反応のよう築し、炭素完全循環社会への変革に貢献します。

な大きな吸熱反応では、高温条件の採用が有効であることは自笘居高明Takaaki TOMAI

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 准教授

21とで、従来の新電極材料開発による効率改善のパラダイムから東北大学 多元物質科学研究所

JST（科学技術振興機構）［創発的研究支援事業］による「革新的化学
ツールによる RNA 機能の制御と理解」の研究推進
Promotion of“Control and understanding of RNA functions by innovative chemical tools”sponsored by JST (Japan
Science and Technology Agency)

生命機能分子合成化学研究分野の鬼塚和光 准教授は、JST 創2 項目の大規模情報の獲得を目指します。さらにその大規模情発的研究支援事業に研究課題「革新的化学ツールによる RNA

報を活用することで、機能の制御と理解」が採択されました。近年の研究によってB-1: 新規 RNA 結合分子の探索・創製（RNA 標的創薬への展開）

RNA の重要性が明らかになるに伴い、「RNA 標的創薬」は経口

B-2: RNA 動的高次構造のマッピングと機能解明・制御

投与可能な低・中分子でも効果を期待できる標的が増え、多数

２項目を目標に研究を行います。

の大学・企業が次世代の医薬品創製を目指し精力的に研究を進

これまでも生命科学研究においては様々な革新的化学ツール

めています。RNA 標的医薬の中には、重篤な遺伝性疾患に対しが駆動力となり、様々な生命現象を発見、解明、制御してきまて治療効果が期待できるものもあり、遺伝性・難治性疾患に対した。さらに現在ではデータ駆動型の研究が様々な分野で破壊する新しい治療法として期待されています。一方で、低・中分的イノベーションを起こしつつあり、大きなデータベース・ビッ

子で RNA を狙う場合、多数の類似した構造から標的のみを選

グデータの価値が急速に増しています。細胞内における RNA

択的に認識し、強く結合する必要があるため、高い結合性と選機能の中には、現在でも未解明なものが数多く存在していると択性を併せ持つ優れた RNA 結合性低分子の創製は容易ではあ考えられています。そのため、正確かつ大規模な情報を取得すりません。そのため、標的特異的結合分子を創出する優れた評

ることのできる、RNA に特化した様々な化学ツールは、RNA

価法・探索法の開発が強く望まれています。

の新たな機能を見出し、新しい制御分子の開発を加速する、新このような背景のもと、RNA 機能の制御（RNA 標的創薬）

しい RNA 化学を開拓できる、と考えています。本研究で開発

および RNA 関連高次構造の理解を目的に、様々な革新的化学

する化学ツールは新規性の高い大規模情報獲得法であり、確立

ツールの開発を目指し研究を進めています。本研究ではこれますれば革新的手法として世界中の RNA 研究を加速させること

でに独自に開発した２つの化学ツールを応用・活用し、が可能になります。革新的な化学ツール開発とその応用により、

A-1: RNA 結合分子の大規模結合情報データベース

RNA が関連する生命科学分野に破壊的イノベーションを生み出

A-2: 反応性分子による RNA 修飾位置の網羅的解析情報すことに挑戦します。

鬼塚

和光

Kazumitsu Onizuka

有機・生命科学研究部門
生命機能分子合成化学研究分野

准教授

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

22

ORGANIZATION CHART

組織図
研究所長

運営協議会

Administration
Meeting

Director

教授会

Faculty Meeting

副研究所長

Deputy Director

所長補佐

Assistant Director

研究部

Division of Organic- and Bio-materials
Research|無機材料研究部門

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

Annexed Research Section|金属資源プロセス研究センター
Center for Mineral Processing andMetallurgy|マテリアル・計測ハイブリッド
研究センター

Materials-Measurement Hybrid ResearchCenter|計測研究部門

Division of Measurements

研究支援部門|広報情報室Information Branch|安全管理室

Safety Planning Section|図書室
Library|多元CAFTAGEN Central Analytical Facility|国際交流・産学官連携推進室
International Fellowship,
University-Industry Research
Collaboration Promotion Office

Collaborative Research Division ofNon-ferrous Metallurgy and Environmental Science|放射光産学連携準備室|製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門

Collaborative Research Division of Advanced Analysis ofIron and Steelmaking Processes|次世代電子顕微鏡技術共同研究部門

Collaborative Research Division of Advanced Electron Microscopy

東北大学 多元物質科学研究所

SR Application Task Force on
Industrial Relations

各種委員会

Subcommittees

Research Support Section(共同研究部門)|非鉄金属製錬環境科学研究部門

23

共同研究拠点アライアンス推進室

Research Strategy, Joint Research Center,
Alliance Promotion Office

附属研究施設Research Section|有機・生命科学研究部門

運営戦略会議Steering Meeting

技術室

Technical Service
Section

事務部

Administrative
Office無機材料研究部門

有機・生命科学研究部門

Division of Inorganic Material Research

Division of Organic- and Bio-materials Research

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

Synthesis of Organic Functional Molecules

Inorganic Solid State Materials Chemistry

生命機能制御物質化学 ／ 和田 健彦

スピン量子物性 ／ 佐藤

生体分子構造 ／ 稲葉 謙次

ナノスケール磁気機能 ／ 岡本

Functional Photochemistry and Chemical Biology
Biomolecular Structure

細胞機能分子化学 ／ 水上卓

Quantum Spin Physics
Nanoscale Magnetism

進

ハイブリッドナノシステム ／ 蟹江 澄志

Cell Functional Molecular Chemistry

生命分子ダイナミクス ／ 髙橋Hybrid Nano System

聡

ナノ機能物性化学 ／ 組頭 広志

Biological and Molecular Dynamics

Nano Physical Chemistry

量子ビーム構造生物化学 ／ 南後 恵理子

無機固体材料合成 ／ 山根 久典

有機ハイブリッドナノ結晶材料 ／ 火原 彰秀（兼）金属機能設計／ 亀岡

高分子ハイブリッドナノ材料 ／ 西堀 麻衣子（SRIS）

環境無機材料化学／ 殷

ソフト材料 ／ 客員教授 濱地

物質変換無機材料 ／ 加藤 英樹

Quantum Beam-based Structural Biology and Chemistry
Organic and Hybridized Nanocrystals

Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

聡

Metallurgical Design for Material Functions

Polymer Hybrid Nanomaterials

格Soft Materials

聡澍

Environmental Inorganic Materials Chemistry
Inorganic Materials for Chemical Transformation

ハード材料 ／ 客員教授 田村 隆治
Hard Materials

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

超臨界ナノ工学 ／ 阿尻 雅文（AIMR）

計測研究部門Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies

Division of Measurements

光物質科学／ 佐藤 俊一

量子ビーム計測 ／ 百生

Laser Applied Material Science

固体イオニクス・デバイス ／ 雨澤 浩史

構造材料物性 ／ 木村 宏之

Solid State Ionic Devices

環境適合素材プロセス ／ 埜上敦

Quantum Beam Measurements
Structural Physics and Crystal Physics

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 ／ 村松 淳司

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 中田 昌宏

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）
Solid Surface Physics

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

電子線干渉計測 ／ 佐藤 俊一（兼）高温材料物理化学 ／ 福山 博之

電子回折・分光計測／ 寺内 正己

Electron Interference Measurement

High-temperature Physical Chemistry of Materials

基盤素材プロセッシング ／ 植田
Base Materials Processing

Electron -Crystallography and -Spectroscopy

滋

走査プローブ計測技術 ／ 米田 忠弘

Advanced Scanning Probe Microscopy

機能性粉体プロセス ／ 加納 純也

放射光ナノ構造可視化 ／ 高田 昌樹（SRIS）

Powder Processing for Functional Materials

エネルギー資源プロセス ／ 桐島陽エネルギーデバイス化学 ／ 本間格

Energy Resources and Processing

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

計測 ／ 客員教授 岩崎 憲治
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 ／ 埜上ナノ・マイクロ計測化学 ／ 火原 彰秀洋（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)Hybrid Carbon Nanomaterials※ 協力講座ハイブリッド材料創製 ／ 芥川 智行
Hybrid Material Fabrication

非鉄金属製錬環境科学共同研究部門

光機能材料化学 ／ 中川

Collaborative Research Division of Non-ferrous
Metallurgy and Environmental Science

勝

Photo-Functional Material Chemistry

有機・バイオナノ材料 ／ 笠井

製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門

Organic- and Bio- Nanomaterials

均

Collaborative Research Division of Advanced Analysisof Iron and Steelmaking Processes

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門

Collaborative Research Division of Advanced Electron
Microscopy

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

24

有機・生命科学研究部門
DIVISION OF ORGANIC-AND BIO‑MATERIALS 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化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。
Research activities of our division include design and synthesis of novel molecules for controlling biomolecular and cellular function, development of single molecularmethods for elucidation of mechanism of biologically relevant macromolecules, and biochemical and biophysical studies for understanding enzyme mechanisms ofphysiological significance.

教

授

永次

Professor

史

和田

健彦

稲葉

謙次

Fumi NAGATSUGITakehiko WADA

Kenji INABA

遺伝子発現の化学的制御を目指した方法論の開発

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

細胞内のタンパク質品質管理システムの分子基盤

Development of the strategy for the control of gene expression

Molecular basis of the protein quality control systems in cells

Chemical biology and functional photochemistry

水上

進

髙橋

南後恵理子

Satoshi TAKAHASHI

Eriko NANGO

機能性分子設計による細胞機能の可視化と制御

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

タンパク質ダイナミクス解析と分子制御への応用

Imaging and regulation of cellular functions with functional
molecule design

火原Analysis of protein structural dynamics and its application tomolecular control

Dynamics of proteins based on single molecule fluorescence
detection

彰秀（兼任）

西堀麻衣子（SRIS）

客員教授

Akihide HIBARA

Maiko NISHIBORI

ナノ・マイクロ流体を用いる分析デバイスと微小領域の分光化学

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

A n a l y t i c a l d e v i c e u t i l i z i n g n a n o - m i c r o f l u i d i c s, a n dspectroscopy for nano-microchemistry

Function expression mechanism and structure formation
dynamics of hybrid materials using synchrotron radiation
X-ray analysis

准教授

濱地

Visiting Professor

格Itaru HAMACHI

Associate Professor

鬼塚

和光

荒木

保幸

門倉

広

松井

敏高

Kazumitsu ONIZUKA

Yasuyuki ARAKI

Hiroshi KADOKURA

Toshitaka MATSUIRNA を 標 的 に し た 新 規 化 学
ツールの開発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

哺乳動物細胞小胞体内におけるタンパク質のジスルフィド
結合形成機構新機能探索を指向した金属タ
ンパク質のメカニズム解明

Development of novel chemical tools targeting
RNA

Development of new circular dichroism
spectroscopy and its application to theconformational change dynamics of
biomolecules

Mechanisms of protein disulfide bondformation in the ER of mammalian cells

Structure-function relationships and novel
reactions of metalloproteins

講

助

鎌形

清人

Kiyoto KAMAGATA

タンパク質の構造・機能ダイ
ナミクスの単分子計測基盤の
確立

助

教

師

Senior Assistant Professor

黒河Development of single-molecule
measurements for protein dynamics

博文

教

Assistant Professor

松本

高利

岡村

秀紀

Hirofumi KUROKAWA

Takatoshi MATSUMOTO

Hidenori OKAMURA

ケミカルセンサーによる新規
分子認識機構の解明

In silico による高感度・高選択的な機能性試薬の設計開発

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

Novel molecular recognition mechanism bychemical sensors

Design and development of high sensitive andselective functional reagent in silico

Development of the intelligent molecules
targeted to nucleic acids based on themolecular recognition

Assistant Professor

西嶋

政樹

渡部

聡

天貝

佑太

張

玉霞

Masaki NISHIJIMA

Satoshi WATANABE

Yuta AMAGAI

Yuxia ZHANG

光によるキラリティーの創成と制御：生体超分子キラル光
化学

金属イオン恒常性とタンパク質品質管理機構の構造生物学

小胞輸送を介したタンパク質
品質管理機構の解明

Supramolecular photochirogenesis using chiralbiomolecular media

Structural biology of metal ion homeostasis
and protein quality control

Molecular mechanisms of protein quality
control systems via vesicle trafficking

ク ラ イ オ 電 子 顕 微 鏡（cryoEM） による Sacro/Endoplasmic
reticulum Ca2+ ATPase (SERCA)
2b の構造と分子機構の研究

小和田俊行

小井川浩之

奥西

Toshiyuki KOWADA

Hiroyuki OIKAWA

Misaki OKUNISHI

Takaaki FUJIWARA

機能性小分子を用いた生体機
能の可視化と制御

一分子蛍光分光法による生体分子の高速ダイナミクスの追跡

強光子場中での電子・分子ダ
イナミックス

時分割測定による生体高分子の作用機序の解明

Visualization and manipulation of biological
functions using functional small molecules

Tracking of fast dynamics of biomolecules bysingle-molecule fluorescence spectroscopy

Electron and molecular dynamics in intenselaser fields

Elucidation of mechanism of biomacromoleculesby time-resolved experiments

小野寺恒信

鈴木

Tsunenobu ONODERASatoko SUZUKI

有機・高分子・錯体ナノ結晶を基盤とする光・電子材料の開発

SAKURAプロジェクト

Development of optoelectronic materials basedon organic/polymer/complex nanocrystals

25

聡

Shin MIZUKAMI

東北大学 多元物質科学研究所

仁子

みさき

Structural and mechanistic studies of Sacro/
endoplasmic reticulum Ca2+ ATPase (SERCA)
2b by cryo-electron microscopy (cryo-EM).

藤原孝彰

無機材料研究部門
DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH
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、無機固体材料合成研究分野、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、ハード材料研究分野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。
Division of inorganic material research consists of laboratories of Inorganic Solid State Materials Chemistry, Quantum Spin Physics, Nanoscale Magnetism, Hybrid
Nano System, Nano Physical Chemistry, Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry, Metallurgical Design for Material Functions, Environmental Inorganic Materials
Chemistry, Inorganic Materials for Chemical Transformation, Hard Materials.

教

授

山田

Professor

高広

佐藤

岡本

卓

聡

Takahiro YAMADA

Taku SATO

Satoshi OKAMOTO

新規無機化合物の探索と機能性材料の開拓

中性子散乱を用いた固体中のスピンダイナミクス研究

磁性体の動特性とその制御に関する研究

Exploration of novel inorganic compounds and developmentof functional materials

Neutron scattering research on the spin dynamics incondensed matters

Study on magnetization dynamics and its controllability

蟹江

組頭

山根

澄志

広志

久典

Kiyoshi KANIE

Hiroshi KUMIGASHIRA

Hisanori YAMANE

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

放射光計測に基づく酸化物ナノ構造の機能設計

新規多元系無機化合物の合成と結晶構造解析、特性評価

Design of novel functionalities in oxide nanostructures basedon synchrotron analysis

Synthesis, structure analysis and characterization of new
multinary inorganic compounds

殷加藤Size-and shape-controlled synthesis of functional inorganic
nanoparticles and application to develop self-organizedhybrid materials

亀岡

聡

澍

英樹

Satoshi KAMEOKA

Shu YIN

Hideki KATO

新奇金属・合金触媒材料の設計と調製

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

人工光合成を指向したエネルギー変換型光触媒の開発

Research and development of novel metallic materials forcatalysis

客員教授

田村

Development of photocatalysts for energy conversion aiming
at artificial photosynthesis

Creation of environmental responsive functionality ofceramics by green process

Visiting Professor

隆治

Ryuji TAMURA

准教授

Associate Professor

菊池

伸明

志村

玲子

Nobuaki KIKUCHI

Rayko SIMURA

磁 性 体 ナ ノ 構 造 の 磁 化 機 構・
磁化ダイナミクス

新規多元系金属酸化物の合成と X 線結晶構造解析

Magnetization process / dynamics ofnanostructured magnets

Synthesis and X-ray structure analysis of new
multinary metal oxides and related materials

講師

Senior Assistant Professor

松原

正樹

吉松

公平

藤田

伸尚

Masaki MATSUBARA

Kohei YOSHIMATSU

Nobuhisa FUJITA

液晶性有機無機ハイブリッド
ナノ粒子の開発

高品質酸化物薄膜の合成と電子物性探索

準結晶および関連物質の構造・形成・物性に関する基礎科学

Development of liquid crystalline organicinorganic hybrid nanoparticles

Synthesis of high-quality oxide thin-films andinvestigation of electronic properties

Basic science related to the structure,formation, and physical properties ofquasicrystals and related materials

助教

Assistant Professor

榎木

勝徳

奥山

大輔

那波

和宏

志賀

大亮

Masanori ENOKI

Daisuke OKUYAMA

Kazuhiro NAWA

Daisuke SHIGA

計算科学を活用した新規材料
開発

中性子散乱を用いた異常物性を伴う新奇磁性体の研究

中性子散乱を用いた新しい磁気秩序や磁気励起の開発

酸化物ナノ構造の放射光計測と物質設計

Development of new materials based oncomputational science

Study on exotic magnetic materials withanomalous properties by neutron scattering

Exploring new magnetic orders and excitations
using neutron scattering technique

Synchrotron analysis of functional oxides andsynthesis of oxide nanostructures

髙橋

長谷川拓哉

熊谷

Junichi TAKAHASHI

純一

Takuya HASEGAWA

Hiromu KUMAGAI

啓

新規機能性材料の探索と特性評価

固体化学に立脚した光機能性
無機材料の開発

エネルギー変換型反応に向けた光触媒 / 光電気化学系の開発

Research and characteristic evaluation of new
functional materials

Development of new photo-functional
materials based on solid-state chemistry

Development of photocatalytic/
photoelectrochemical systems for energy
conversion reactions

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

26

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。
Division of Process and System Engineering contains 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 investigation on the practicalapplication of highly-functional materials. Common basic academic fields are physical-chemistry, inorganic engineering, and process technology.

教

授

阿尻

Professor

雅文（AIMR）

佐藤

俊一

雨澤

浩史

Tadafumi ADSCHIRI

Shunichi SATO

Koji AMEZAWA

超臨界水を用いた物質変換プロセスおよび機能性ナノ材料の合成と応用

新しい光の特性探索と物質科学への応用

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

Chemical reaction processes in supercritical water

Exploration of new features of light and its application tomaterial science

埜上

柴田

洋

浩幸

Development of environmentally-friendly energy-conversion
devices based on solid state ionics

村松

淳司

Hiroshi NOGAMI

Hiroyuki SHIBATA

Atsushi MURAMATSU

反応動力学解析に基づく革新的素材プロセスの開発

酸化物および⾦属の⾼温特性

高機能性単分散ナノ粒子合成とサイズ・形態の精密制御

Development of novel material production processes

High temperature properties of oxides and metals

Highly functional nanoparticle synthesis with precisely
controlled size and shape

客員教授

中田

Visiting Professor

昌宏

Masahiro NAKATA

准教授

Associate Professor

笘居

高明

小澤

祐市

中村

崇司

夏井

俊悟

Takaaki TOMAI

Yuichi KOZAWA

Takashi NAKAMURA

Shungo NATSUI

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構造化した光の開拓と応用

エネルギーデバイス用材料の機能性発現機構の解明

観測と計算を融合した高温分
散系の力学的探求

Elucidation of the electrochemical propertiesof energy conversion devices

Exploration of dynamics in high-temperature
dispersion system by combining observationand calculation

Advanced process for energy/materials
conversion using supercritical fluids

助永

Development and application of structured
light

壮平

渡辺

明

講

師

Senior Assistant Professor

Sohei SUKENAGA

Akira WATANABE

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

ナノ材料のレーザープロセッ
シングとデバイス応用

真木祥千子（SRIS）

Relation between micro-structure andphysico-chemical properties for silicate melts
and glasses

Laser processing of nanomaterials and device
applications

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

Sachiko MAKI

Multimodal visualization of nano-scale
structure/property ensemble by advanced
synchrotron radiation measurement

助教

Assistant Professor

上杉

27

木村

祐貴

勇太

丸岡

伸洋

川西

咲子

Yuuki UESUGIYuta KIMURA

Nobuhiro MARUOKA

Sakiko KAWANISHI

光による電子ビーム制御法の開発

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
御高温プロセスを基盤とする持続可能システムの開発

高温反応場の可視化による素材プロセスの探究

Development of electron beam controlling
technique by light

Tuning the properties of the materials for theenergy storage/conversion devices with an
external field

Development of sustainable system based on
the high temperature process

Exploration of material processes byvisualization of high-temperature reactions

大須賀遼太

Ashiqur Rahman

粕谷

Ryota OSUGA

Ashiqur RAHMAN

Motohiro KASUYA

Ayano TANABE

高性能ゼオライト触媒の開発と in-situ IR 測定による触媒特性評価

レーザープロセッシングによる機能性フィルムの形成

分光・力学測定を組み合わせた評価法の開発とサステナブ
ル材料の界面評価

SAKURAプロジェクト

Development of highly active zeolite catalysts
and characterization of catalytic property using
in-situ IR measurement

Formation of functional films by laser processing

Development of novel methods based
force measurement and spectroscopy andcharacterization material interfaces forsustainable society

佐藤

金子

増井

郁奈

房恵

友美

Ikuna SATO

Fusae KANEKO

Tomomi MASUISAKURAプロジェクト

SAKURAプロジェクト

SAKURAプロジェクト

東北大学 多元物質科学研究所

素洋

田辺

綾乃

計測研究部門
DIVISION OF MEASUREMENTS
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、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。
Aiming at new high-performance materials, advanced measurements and analyses methods are developed using various particles such as electrons and neutrons,lasers, electromagnetic waves, 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, nterfacial nano-science, and condensed matter physics.

教授

Professor

百生

敦

木村

宏之

陣内

矢代

浩司

航（SRIS）

Atsushi MOMOSE

Hiroyuki KIMURA

Hiroshi JINNAI

Wataru YASHIRO

Ｘ線位相イメージング手法の開拓

中性子・放射光・X 線の相補利用による機能性物質の構造物性研究

電子線トモグラフィを用いたソフトマテリア
ルの精密構造解析

量子ビームイメージング法の開発

Structural science of materials by acomplementally use of neutron, SOR, and X-ray

Analysis of nano-structures in soft materials
by electron tomography髙橋虻川

Development of X-ray phase imaging

秩父

重英

幸生（SRIS）

匡司（SRIS）

Development of quantum beam imaging
methods

佐藤俊一（兼任）

Shigefusa F. CHICHIBU

Yukio TAKAHASHI

Tadashi ABUKAWA

Shunichi SATO（C）

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

次世代のコヒーレント X 線イメージング法の開拓とその応用

表面構造解析とダイナミクス計測に基づく新機能表面の創成

光科学と物質科学の融合研究

Exploration of wide bandgap group IIInitride and group II-oxide semiconductor
quantum structures and spatio-time-resolved
spectroscopy

Development of next generation coherent
X-ray imaging method and its applications

Research of new functional surfaces byanalyzing structure and dynamics

寺内

米田

高田

正己

忠弘

昌樹（SRIS）

Masami TERAUCHI

Tadahiro KOMEDA

Masaki TAKATA

電子顕微鏡を用いた構造・電子状態解析

単一分子のスピン自由度を用いたデバイス開発

Electron crystallography and spectroscopy byelectron microscope

Development of devices using single molecule
spin degree of freedom

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

准教授

Development of materials structuralvisualization science via synchrotron radiation

Multidisciplinary research of photonics andmaterial science

客員教授

Visiting Professor

岩崎 憲治 Kenji IWASAKI
真下 成彦 Naruhiko MASHITA

Associate Professor

小島

篠田

一信

弘造（SRIS）

佐藤

庸平

江島

丈雄（SRIS）

Kazunobu KOJIMA

Kozo SHINODA

Yohei SATO

Takeo EJIMA

高出力と高効率を両立する新奇光デバイスの創出

水環境からの環境負荷化学種除去のための多孔質吸着材粒子開発

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

軟Ⅹ線相関顕微法の開発とその生物細胞観察応用

Creation of novel optical devices establishingboth high output power and high efficiency

Development of porous adsorbing materials to
remove toxic elements from water

Analysis for dielectric properties of nano-scalematerials using nm electron probe

Development of soft X-ray correlation
spectromicroscopy applying to bio-cells

山本

達（SRIS）

Susumu YAMAMOTO

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

助

教

講

師

Senior Assistant Professor

赤瀬善太郎

高岡

Hironori MARUBAYASHI

Zentaro AKASE

Tsuyoshi TAKAOKA

電子顕微鏡法を用いた結晶性高分子の階層構造とダイナミ
クスの解析

先端透過電子顕微鏡法による実用材料の電磁場評価と計測技術の開発

固体表面における分子の運動
機構の解明

Analysis of hierarchical structure and dynamics
in semicrystalline polymers by electron
microscopy

Development of advanced transmission
electron microscopy for electromagnetic
analyses of practical materials

Exploration of mechanism of molecular motion
on solid surfaces

丸林

弘典

毅

Assistant Professor

上田

亮介

坂倉

輝俊

山本

孟

宮田

智衆

Ryosuke UEDA

Terutoshi SAKAKURA

Hajime YAMAMOTO

Tomohiro MIYATA

X 線イメージング法の開発及び応用

単結晶 X 線回折法における技
術開発

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

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

Development and application of X-ray imaging

Technical study of single-crystal X-ray
diffraction

Exploration of new transition metal oxides andstructural science of materials by quantum beams

Atomic-scale analysis of polymeric materials
using transmission electron microscopy

王

孝方

嶋

紘平

石黒

志（SRIS）

小川

修一（SRIS）

Hsiao Fang WANG

Kohei SHIMA

Nozomu ISHIGURO

Shuichi OGAWA

4 次元透過型電子顕微鏡法を用いたソフトマター挙動のその場観察

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

先端放射光計測による機能性
材料の化学状態可視化

ナノ炭素材料の CVD 成長法と電子状態評価法の開発

Four-dimensional(4D) TEM observation
for soft matter and corresponding in-situ
environmental behavior

Development of high-efficiency optoelectronic
devices using wide bandgap semiconductors

Chemical state visualization of functional
materials by advanced synchrotron radiation
measurements

Development of CVD process and evaluation
methods for nano-carbon materials

森川

大輔

道祖尾恭之

Daisuke MORIKAWA

Yasuyuki SAINOO

電子回折を用いた結晶・磁気構造解析手法の開発とその応
用

複合計測法による実空間観察に基づいた振動分光法の開発

Crystal and magnetic structure analysis using
electron diffraction

Development of vibrational spectroscopy
based on real space imaging by combined
measurements

奥村

知世

Tomoyo OKUMURA

シャヘド シエド
モハマド ファクルディン

羽多野

Syed Mohammad Fakruddin
SHAHED

軟Ｘ線多層膜光学素子の開発

2 硫化モリブデンを用いた原子層薄膜 FET による化学種を識別する FET 分子センサーの開発とオペラン
ド・原子操作 FET 特性評価

忠（SRIS）

Tadashi HATANO

Development of soft X-ray multilayer optics

Development of MoS2-based FET sensor forthe detection of molecular species

SAKURAプロジェクト

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

28

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は、金属の選鉱・製精錬プロセスをはじめとして、廃棄物資源化プロセス、核燃料プロセス、資源循環・処理プロセス、
都市鉱山プロセスなどに対して、社会基盤を支える金属の選鉱・製錬の英智を再創造し、新しい金属資源プロセスの未来を追求します。
This center will recreate the expertise of processing and metallurgy that will support social infrastructure, and pursue new metal resource processing in the future,
starting with the processes of dressing and refining metals, but also including the process of recovering resources from waste, nuclear fuel processes, resources
circulation and disposal processing, and urban mining processes.

教

授

福山

Professor

博之

植田

滋

加納

純也

Hiroyuki FUKUYAMA

Shigeru UEDA

Junya KANO

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

高温素材プロセス

High-temperature processes and measurements of materials

High temperature material processing

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

桐島

陽

本間

格

柴田

悦郎

Akira KIRISHIMA

Itaru HONMA

Etsuro SHIBATA

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

レアメタルフリー二次電池および二酸化炭素削減プロセス
システムを志向した先端ナノテクノロジー

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築

Backend chemistry in nuclear fuel cycle and processing ofrare metal source containing NORM

Advanced nanotechnology for Rare- metal free secondary
battery and process system of CO2 electrolytic conversion

小俣Establishment of metal resources circulation system basedon nonferrous smelting industry

孝久

Takahisa OMATA
イオン交換を利用したエネルギー変換材料の創製
Development of inorganic energy conversion materials using
ionexchange

准教授

Associate Professor

シュタウス スヴェン飯塚

Makoto OHTSUKA

Sven STAUSSAtsushi IIZUKA

多機能性薄膜材料の高機能化と新規デバイスの開発

生体適合性マイクロ電池の開発とその応用鉱物・廃棄物を利用した高効率水質浄化材料の開発

Improvement of properties for multi-functional
thinfilms and development of novel devices

Development and application of biocompatible
microbatteries

Development of high-efficiency water
purification materials

大塚

講

師

誠

淳

Senior Assistant Professor佃

諭志

Satoshi TSUKUDA

高分子—金属ナノ粒子ハイブ
リッドナノワイヤーの形成と制御
Formation and control of polymer-metal NPs
hybrid nanowires

助教

Assistant Professor

安達

正芳

石原

久志本

築

秋山

大輔

Shingo ISHIHARA

Kizuku KUSHIMOTO

Daisuke AKIYAMA

Ga-Al フラックスを用いた単結晶窒化アルミニウムの液相成
長粒子法シミュレーションによる破砕のモデリングと粉体プ
ロセス設計

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

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

Liquid phase epitaxial growth of single
crystalline AlN using Ga-Al solution

Modeling and simulation of particle breakage
and design of powder processing

Simulation for analyzing dynamic and breakage
behaviors of particles in wet ball milling

Study on fuel debris disposal at Fukushima
Daiichi Nuclear Power Station

小林

弘明

岩瀬

和至

安達

謙

鈴木

一誓

Hiroaki KOBAYASHI

Kazuyuki IWASE

Ken ADACHI

Issei SUZUKI

多電子レドックス反応を利用した二次電池正極ナノ材料の創成

ナノ構造の制御された新規電極触媒材料の開発とその応用

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

新しい酸化物半導体の探索と物性の解明

Developments of nano-sized cathode materials
using multi-electron redox reactions

Development of novel nano-structured materials
for electrocatalysts and their applications

Electrochemistry of metals in hydrate-melts
and molten salts

Exploration of new oxide semiconductors andanalysis of their physical properties

ドライ アルンクマール
Arunkumar DORAINMR を用いた電解質の拡散測
定Diffusion measurement of electrolytes using
NMR

29

真吾

Masayoshi ADACHI東北大学 多元物質科学研究所

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は、高分子・ハイブリッド材料の創製及び応用展開を物質創成学と計測科学とのハイブリッドな研究展
開により推進し、現在社会の材料開発ニーズと密に連携した新たなマテリアル計測科学を実現し、未来社会の具現化に貢献します。
This research center promotes the study of innovative molecular/macromolecular hybrid materials and measurements for their applications related to demands of modern
society. On the basis of new materials-measurement science and technology, it will contribute to the creation of future society.

教

授

高橋

Professor

正彦

火原

彰秀

西原

洋知（AIMR）

Masahiko TAKAHASHI

Akihide HIBARA

Hirotomo NISHIHARA

電子衝突を用いた静的および動的分子科学

ナノ・マイクロ流体を用いる分析デバイスと微小領域の分光化学

炭素系ハイブリッド材料の調製と応用

Molecular science using electron collisions from the static to
the time-resolved regime

芥川

A n a l y t i c a l d e v i c e u t i l i z i n g n a n o - m i c r o f l u i d i c s, a n dspectroscopy for nano-microchemistry

智行

中川

勝

Development of carbon-based hybrid materials and theirapplications

笠井均

Tomoyuki AKUTAGAWA

Masaru NAKAGAWA

Hitoshi KASAI

多重機能性を有する新しい分子集合体の創製

ナノインプリント・誘導自己組織化・原子層堆積による極限
ナノ造形・構造物性の探究

次世代ナノ薬剤の創出

Fabrication of new molecular-assemblies with multi-functional
properties

准教授

Associate Professor

渡邉

昇

藪

浩

Noboru WATANABE

Hiroshi YABU

電子散乱分光を用いた分子内電子運動の研究

自己組織化とバイオミメ
ティック高分子材料の創製

Investigation of electronic motions inmolecules using electron scattering
spectroscopy

Self-organization and creation of biomimetic
polymer materials

助教

Creation of new generation nano-drugs

Study of ultimate nano-figuration and structure-induced
property by nanoimprint, directed self-assembly, and atomic
layer deposition

Assistant Professor

鬼塚

侑樹

福山

真央

Yuuki ONITSUKA

Mao FUKUYAMA

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

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

Dynamics study on chemical reactions using
electron Compton scattering

Interface chemistry in micrometer scale for theminiaturization of analytical systems

星野

哲久

武田

貴志

Mott Derrick Michael

吉井

Mott Derrick MICHAEL

Takeharu YOSHII

Optical laser based trapping
and analysis of aerosol droplet
surface tension for atmosphere
and weather studies.

小関丈晴

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

ダオ ティ ゴック アン

良卓

Norihisa HOSHINO

Takashi TAKEDA

Yoshitaka KOSEKI

Anh Thi Ngoc DAO

固体内自由度を活用した多機
能性金属錯体の開発

電子活性を有するπ共役系分子の合成と機能探索

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

Development of multi-functional metal
complexes

Syntheses of electronic active π conjugatedmolecules and investigation their function

Creation of nano drugs toward novel drugdelivery system

Creation of hybrid nanomaterials
incorporating highly functional
proteins for drug delivery

有田

稔彦

鈴木

systems

龍樹

Toshihiko ARITA

Ryuju SUZUKI

粒子共存重合法による機能化
フィラーの作製と高分子材料の改良

生物由来有機色素のナノ粒子化による高機能化

Functional fillers by Polymerization with
Particles (PwP) for improvement of polymers

Functionalization of natural pigments fromorganisms by formation of nanoparticles

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

30非鉄金属製錬環境科学研究部門
Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy andEnvironmental Science

非鉄金属製錬環境科学研究部門

住友金属鉱山共同研究ユニット
専門分野･キーワード

非鉄金属製錬／都市鉱山／熱力学／超高純度精製

福山

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

Hiroyuki FUKUYAMA, Professor（Ｃ）

村松

博之▪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

教

淳司

授 ( 兼任 )教

授 ( 兼任 )Atsushi MURAMATSU, Professor（Ｃ）

柴田

浩幸

教

授 ( 兼任 )Hiroyuki SHIBATA, Professor（Ｃ）▪ 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 of non-ferrous metallurgy▪ Preparation of ultrahigh purity materials and their intrinsic properties

打越

雅仁

准教授

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 thetechnology of ultrahigh purification

小笠原

修一

客員教授

Shuichi OGASAWARA, Visiting Professor

非鉄製錬業の安定的発展のために
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．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教育

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

金属資源プロセス
研究センター

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。
本共同研究部門は、金属資源プロセス研究センターとの密接な

工学研究科

協力関係のもと、熱力学データの再検討を含む課題解決を目的とする研究を中心軸に据え、研究を通した社会人、大学生・大学院

図

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。

環境科学研究科

研究部門と関連組織との連携

Behaviour of cuprous species polarisedin HCl solutions
powderCurrent density /A·m−2

For Stable Development of Non-ferrous
metallurgical Industry

dense

CuCl film

anodic dissolution
of Cu
notCu
Cu2+2+
Cu++,,not

0.0

2.Development of functional materials utilizing environmentally
unfriendly by-products,
3.Development of efficient extractive metallurgy from unused ores,
Furthermore, cultivation of human resources involving in thisfield is also important.
Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy
and Environmental Science is aimed at cultivation of human31

東北大学 多元物質科学研究所

0Rest potential
depends onthe concentrationof Cu+ without
any ligand,Not on any CuCl x1−x.

Cu 2 O film

CuCl 32−−2

log C Cu(I)Stable development of the metallurgical industry is desiredfor steady supply of metallic materials which are thefundamentals of infrastructure for society. The metallurgicalindustry is exposed to severe situation. For sustainable
development of the non-ferrous metallurgical industry, thefollowing issues must be resolved.
1.Advancement of extraction technology,

研究

非鉄金属製錬
環境科学
研究部門

−4

CuCl −2−

CuCl 43−

Cu +
−6
: th
−8

im p

ort
1

em
a n ostt!
2

CuCl 04

Molarity of HCl

10

Electrode potential / V

Fig. A
polarisation curveof cuprous
species in species
hydrochloricFig.
 Apolarisation
curveof cuprous
in acidhydrochloric
solution. Dense deposite
from chloride
aqueous electrolyte
acidsolution.Dense
depositefrom chloride
aqueous iselectrolyte
andandcuprousspeciesspecies
is anodicallydissolved. Only
ispossible
possible
cuprousis anodicallydissolved.Only
cuprous aqua species is attributed to electrode reaction,
cuprous chloride
complexes
are not. are not.
whilecuprous
chloridecomplexes

resources by practical minded education and stimulation of nonferrous metallurgical industry collaborating with industrial society.

製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門 (JFE スチール )Collaborative Research Division of Advanced Analysis of Iron andSteelmaking Processes（JFE steel Corporation)

製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門 (JFE スチール )専門分野･キーワード

製鉄プロセス／数学モデル／プロセス解析／極低炭素プロセス

埜上

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

Iron and steelmaking ／ Mathematical Modeling ／ Process Simulation ／ Ultralow Carbon Processes

Hiroshi NOGAMI, Professor (C)

教

授（兼任）

共同研究部門洋

nogami@tohoku.ac.jp▪極低炭素製鉄プロセス技術の開発▪充填層プロセス内における多相流動の体系的解明▪製鉄プロセス内の熱・物質流動と反応の解析技術開発▪高炉の高度数学シミュレーターの開発

夏井俊悟

准教授（兼任）Shungo NATSUI, Associate Professor (C)Siahaan Andrey Stephan▪ Development of technology for ultra-low carbon iron and steelmaking processes▪ Comprehensive understanding of multi-phase flow in packed bed processes▪ Development of analyzing techniques for thermal, materials flow and reactions▪ Development of advanced process simulator of ironmaking blast furnace

助教Andrey Stephan SIAHAAN,
Assistant Professor
研究テーマ：次世代製鉄プロセスとその解析技術の開発
Development and analysis of advanced
ironmaking processes

三木

祐司

客員教授

Yuji MIKI, Visiting Professor

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCH

人類社会の基板材料である鉄鋼を製造するプロセスの低炭素化
は、国際的かつ喫緊の課題です。この課題解決のためには、従来のプロセス効率改善に加えて従来技術に縛られない製鉄法の開発が必要です。そのためには熱力学的なプロセス原理に加えてプロセス内の反応物や熱エネルギーの供給や固体原料の運動や破壊の制御といった動力学的なプロセス技術の高度化が不可欠です。

有機・生命研究部門

高効率・環境対応製鉄技術に向けて

本共同研究部門は、最先端の現象モデリングおよびプロセス解

低環境負荷製鉄技術の実現を目指します。
コークス充填層内の溶鉄・溶融スラグ・ガスの流動解析

Toward Highly Efficient and Environmentally
Low Impact Iron and Steelmaking Processes

DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

Flow path analysis in packed bed

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

32

プロセスシステム工学研究部門

Mitigation of carbon usage in the iron and steelmaking
processes that provide vast steel products as base materialof our society is one of the most urgent and world-wide
concerns. For its solution, development of novel ironmaking
process as well as the efficiency improvement of current
process is required. To realize the low carbon ironmaking
processes, not only thermodynamic process principle but
also sophisticated/advanced process control technologies
from the viewpoint of dynamics/kinetics are indispensable.
This collaborative research division aims to realize novelironmaking technology with ultra-low environmental impact
through multi-phase, multi-physics and multi-scale processsimulation.

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

ジックス・マルチスケールの化学・物理現象の解明を通じて、極無機材料研究部門

析の技術を用いて、製鉄プロセス内のマルチフェーズ・マルチフィ

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門
Collaborative Research Division of Advanced Electron
Microscopy

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門

専門分野･キーワード
SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

ソフトマテリアル電子顕微鏡法／クライオ電子顕微鏡法／
電子エネルギー損失分光／軟 X 線発光分光

寺内Electron microscopy for polymer materials ／ Cryogenic
electron microscopy ／ Electron energy-loss spectroscopy／ Soft X-ray emission spectroscopy

masami.terauchi.c4@tohoku.ac.jp▪ソフトマテリアル対応電子顕微鏡技術の開発▪クライオ電子顕微鏡技術に関する応用研究▪エネルギー分析技術の精度向上▪ Development of a new electron microscopy for polymer materials▪ Improvement of cryogenic electron microscopy for materials application▪ Improvement of EELS and SXES methods

正己

教

授 ( 兼任 )Masami TERAUCHI, Professor（Ｃ）

陣内

浩司

教

授 ( 兼任 )Hiroshi JINNAI, Professor（Ｃ）

佐藤庸平

准教授 ( 兼任 )Yohei K. SATO,
Associate Professor（Ｃ）

宮田

智衆

助

米倉

功治

教

授

Koji YONEKURA, Professor

丸林

弘典

講

師 ( 兼任 )Hironori MARUBAYASHI,
Senior Assistant Professor（Ｃ）

教 ( 兼任 )Tomohiro MIYATA,
Assistant Professor（Ｃ）

森川

大輔

助

教 ( 兼任 )Daisuke MORIKAWA,
Assistant Professor（Ｃ）

次世代電子顕微鏡技術開発
電子顕微鏡は、無機材料デバイス分野に広く利用されるだけで顕微鏡分析技術の開発を行い、その技術を商用電子顕微鏡の開発・なく、ポリマーやタンパク質などが形成する新たな“ソフトマテ生産で世界を先導する日本電子株式会社と共有し、大学の研究者

リアル分野”への活用が期待されている。このようなソフトマテと企業の技術者の協働により、新しいマテリアルイノベーション

リアルの機能発現メカニズムを原子レベルで理解するためには、を加速する次世代電子顕微鏡技術を社会へ発信することを目指

さらなる電子顕微鏡分析技術の開拓が必要である。本共同研究部

す。

門は、無機材料だけでなく、ソフトマテリアルを対象とした電子Developments of new electron microscopy techniques for soft-materials
Structural and spectroscopic analyses based onelectron microscopy (EM) are critical technologies
not only for inorganic materials but also for novel
polymeric and bio-related materials (hereafter called“soft-materials”) at a high spatial resolution. To clarify
the functional mechanisms of the soft-materials fromthe atomic-scale, further developments of instrumental
and analytical techniques using EM are required.
This collaborative division with JEOL develops suchnext-generation EM techniques suitable for softmaterials, made public to the academic and industrial
communities in the future.

Fig. D evelopment of novel (analytical) techniques for soft-materials
using next-generation electron microscopy.

33

東北大学 多元物質科学研究所

Synthesis of Organic Functional Molecules

NAGATSUGI Lab
生命機能分子合成化学研究分野

永次研究室
専門分野･キーワード

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

永次

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

control of the gene expression ／ intelligent artificial nucleic acid ／ cross-linking
agents ／ non-coding RNA

Fumi NAGATSUGI, Professor

教授

fumi.nagatsugi.b8@tohoku.ac.jp▪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

鬼塚

和光

准教授

Kazumitsu ONIZUKA, Associate Professor▪ Development of the crosslinking molecules for control of gene expression in cells▪ 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 the molecular recognition

松本

高利

助

教

Takatoshi MATSUMOTO, Assistant Professor

岡村

秀紀

助

教

Hidenori OKAMURA, Assistant Professor

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCH

Alkylation to G4

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

O O
N N
NH
N
O

G-quartet(G4) DNA

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYDIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

RNA

34

プロセスシステム工学研究部門

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
to antisense inhibition of gene expression in cell. Now,
we study about higher functional intelligent molecules forregulation of gene expression. We expect that our research
can be expanded to“In Cell Chemistry”in future.

Cross-linking to targetRNA

無機材料研究部門

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て研究を行っています。

有機・生命研究部門

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

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

共同研究部門史

Functional Photochemistry and Chemical Biology

WADA Lab
生命機能制御物質化学研究分野

和田研究室
専門分野･キーワード
SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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／
構造変化高感度高時間分解能検出和田健彦

Chemical Biology ／ oligonucleotide therapeutics ／ external function
controllable material ／ CD measurement system with high sensitivity and hightime resolution

takehiko.wada.d3@tohoku.ac.jp

教授Takehiko WADA, Professor

荒木▪外部刺激応答型人工核酸の開発▪がん細胞特異的核酸医薬分子の開発▪細胞内環境応答性生命機能制御材料の創製▪生体高分子を不斉反応場とする超分子不斉光反応▪高感度高時間分解円二色スペクトル測定装置の開発

保幸

准教授

Yasuyuki ARAKI, Associate Professor

黒河

博文

講

師

Hirofumi KUROKAWA, Senior Assistant Professor

西嶋▪ Development of external stimuli responsible artificial nucleic acids▪ Creation of intra-cellular environment change responsible functional molecules▪ Creation of cancer cell specific oligonucleotide therapeutic molecules▪ Supramolecular Asymmetric Photochirogenesis with biopolymers and bio-molecules as a nano-chiralreaction media▪ Development of High Sensitive and High Time-Resolve Circular Dichroism（CD）Detection Method for
Analysis of Supramolecular Dynamic

政樹

助

教

Masaki NISHIJIMA, Assistant Professor

鈴木

仁子

助

教

Satoko SUZUKI, Assistant Professor

生命機能の外部刺激制御法の開発と構造 —機能相関の高時空間分解検出
当研究室では、DNA や RNA などの核酸、そしてタンパク質など生体高分子の、次世代インテリジェント型ナノバイオ
機能材料への応用を目指し、論理的設計・合成・機能物性の
物理化学的手法を活用した評価を中心に研究を行っています。
例えば、がん細胞特有の細胞情報に応答し、正常細胞には副作用を発現しない安全・安心ながん細胞や脳梗塞など虚血細胞選択的核酸医薬分子の創製や、細胞内での RNaseH などヌ
クレアーゼの酵素機能の向上ならびに新規機能性付与を指向した DNA と人工核酸を融合したキメラ人工核酸の設計・合成、そしてタンパク質や核酸の高次構造変化を高感度・高時間分解測定可能な時間分解円二色性スペクトル測定装置の開発、さらには次期３D 表示材料として注目されている円偏光
発光 (CPL) 材料開発やタンパク質などを不斉反応場とする超分子不斉光反応などを、有機化学から物理化学、そして生命
化学分野まで幅広い研究を展開しています。

Peptide Ribonucleic Acid (PRNA)
PRNA
O
O

O

HN

O

NH

HN

N

O
HO
OH
B
OH

HN

N H
O

H target RNA
H N
N
N

N

OH

N
O

OH

O

PRNA HNO

Neutral pH

O

O

NH

O

NH

O

H
N

H target RNA
H N
N

O

N

N

N

O B O
OH

O O
P
O O

O

O

targetRNA

DNA duplex

O

Normal Cell (pH 7.2)

Works as Effective Oligonucleotide Therapeutics
Cancer Cell

O

O O
P
O O

HN

Cancer Cell (pH 5.8)

OHN

nucleiNo Complexation: No Off-Target Effects

PRNA

Cancer Cell Specific
Recognition andComplexation

Translation

Effective Oligonucleotide Therapeutics Function
Fig1 ナノバイオ分子機能の on-off 制御

Design and Synthesis of Artificial Nucleic Acid and Protein for Active Control of Cellular
Function and Development of High Sensitive & Time Resolve CD System

35

東北大学 多元物質科学研究所

S

M

SampleS

Chemical synthesis and modification of DNA/RNA and proteins
are the fundamental science and technology that have led themolecular biology revolution. Hence, the chemistry of DNA/RNAand protein not only in vitro but also in vivo expects to open the
new generational stages of bioorganic chemistry and molecularbiology. Therefore, focusing our research interest is mostly on
the recognition and complexation behavior control of functional
biopolymers, such as DNA/RNA, proteins, and their derivatives
by external factors, toward the active control of cellular functions.
Another research topics of Wada Lab. are reaction control basedon molecular recognition phenomena in both the ground andelectronically excited states. Our laboratory is also working on
the development of high-sensitive and high time-resolved circulardichroism (CD) spectrum measurement system, creation of circularly
polarized luminescence (CPL) material/device, which is attracting
attention as the next 3D display material, and supramolecular
asymmetric photochirogenesis utilizing proteins as a chiral reaction
media.

Theory

2+
･2Cl‐

+ -

 ,  , c, l  const .

-[Ru(bpy)3]Cl2
-[Ru(bpy)3]Cl2] = 60 M in deionized water.
Accuracy of the azimuth of retarder is within 1 arcmin. (± 0.017°).
Retardance of retarder was around 10°.
S values were detected by a photodiode array in the condition of 1 ms gate width, 10 Hz and 1024 times
accumulation by our setup at rt.

Fig2 和田研で構築した高感度・高時間分解の有する CD 測定装置

Biomolecular Structure

INABA Lab
生体分子構造研究分野

稲葉研究室

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

X 線結晶構造解析／細胞恒常性維持／タンパク質品質管理／レドックス／
カルシウムイオン稲葉

X-ray crystal structure analysis ／ cellular homeostasis ／ protein quality control／ redox ／ calcium ion

kenji.inaba.a1@tohoku.ac.jp▪タンパク質品質管理に関わるジスルフィド結合形成・開裂ネットワークの構造、作用機序、生理的機能▪細胞内金属イオン濃度恒常性維持に関わる膜トランスポーターの構造、作用機序、生理的機能▪ Structure, mechanism, and physiological function of the protein disulfide bond formation/cleavage
network involved in protein quality control▪ Structure, mechanism, and physiological function of membrane transporters involved in the metal ion
homeostasis in cells

謙次

教

授

共同研究部門

専門分野･キーワード

Kenji INABA, Professor

門倉

広

准教授

Hiroshi KADOKURA, Associate Professor

渡部

聡

助

教

Satoshi WATANABE, Assistant Professor

天貝

佑太

助

教

Yuta AMAGAI, Assistant Professor

張

玉霞

助

教

Yuxia ZHANG, Assistant Professor

DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

36

プロセスシステム工学研究部門

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYDIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

The biological kingdoms have evolved elaborate systems
to maintain the cellular homeostasis. Employing structural,
biochemical, proteomic and cell biological approaches,
we aim at deep understanding of mechanisms by which
protein quality and metal ion concentrations are controlled
in living cells. We particularly focus on how the protein
disulfide bond formation network and calcium and zinc
ion transporters present in the early secretory pathway
contribute to the cellular systems. Structural and mechanistic
insights gained in this work will provide molecular insights
into neurodegenerative diseases, diabetes and other fatal
diseases caused by impairment of these cellular quality
control systems.

無機材料研究部門

Toward elucidation of cellular mechanisms underlying protein and metal ion homeostasis

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCH

細胞内には、その恒常性を維持するための巧妙な仕組みが備わっています。本研究室では、細胞が有するタンパク質品質管理システムと金属イオン濃度恒常性維持機構の生理的機能と作用機序を、構造生物学・生化学・プロテオミクス・細胞生物学的手法を駆使し、解明することを目指しています。特に最近、ヒト細胞の小胞体におけるシステインの酸化還元を介したネットワークとカルシウムイオンや亜鉛イオン濃度を調節する膜トランスポー
ターに焦点をあてた研究を展開しています。本研究課題を遂行することにより、細胞内で蓄積するミスフォールドタンパク質などが引き起こす種々の病態の分子レベルでの成因解明につながると期待されます。

有機・生命研究部門

細胞恒常性維持の仕組みを細胞レベルと分子レベルで解き明かす

Cell Functional Molecular Chemistry

MIZUKAMI Lab
細胞機能分子化学研究分野

水上研究室
専門分野･キーワード

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

水上

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

bioimaging ／ fluorescent probe ／ photofunctional molecule ／ protein
engineering

Shin MIZUKAMI, Professor

進

教

授

shin.mizukami@tohoku.ac.jp▪生物活性を可視化する蛍光センサーの開発▪疾患機構や生命現象を調べる為の蛋白質—小分子ハイブリッド材料の開発▪光を用いて生体分子活性を操作する技術の開発▪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▪酵素機能の解明と新規機能性蛋白質の創出

松井

敏高

准教授

Toshitaka MATSUI, Associate Professor

小和田俊行▪ Development of fluorescent sensor imaging biological activity▪ Development of protein-small molecule hybrid materials to investigate diseases and biology▪ Development of technology to control biomolecular activity by light▪ Development of light resistant fluorophores for strong laser-based microscopy▪ Elucidation of enzyme function and development of new functional proteins

助教Toshiyuki KOWADA, Assistant Professor

化学に基づいた細胞機能の可視化と制御
生体内および生細胞内では、蛋白質・核酸・糖などの様々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・機能を観察することが重要です。当研究室では、有機化学・高分子化学・蛋白質化学等の技術に基づいて新たな機能性分子を設計・合成し、光などを用いた生体分子の可視化技術や機能制御技術を開発します。具体的には、酵素活性や細胞内シグナル伝達などの生体機能を選択的に検出する蛍光プローブや、光照射によって結合の切断や構造変化を引き起こすケージド化合物・フォトクロミック化合物を用いた酵素や受容体の活性制御技術の開発などを行います。これらの機能性分子を蛍光顕微鏡観察と組み合わせることにより、生きた状態における生体分子の機能や疾患機構の本質に迫ります。

Development of functional molecules to image and regulate biomolecules in living samples
In a living body and cell, various biomolecules such asproteins, nucleic acids, and sugars function by interactingwith each other. To understand their precise biological
functions occurring within a cell, it is important to investigate
the activities or behaviors of these target molecules inliving systems, where all of these interactions with other37

東北大学 多元物質科学研究所

biomolecules are maintained. Using organic chemistry,
macromolecular chemistry, and protein chemistry, we designand synthesize functional molecules, apply them to image
behaviors or activities of target biomolecules, and thenregulate the functions of these targets by utilizing light.

Biological and Molecular Dynamics

TAKAHASHI SATOSHI Lab
生命分子ダイナミクス研究分野

髙橋聡研究室SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

髙橋Protein folding and design ／ Function of tumor suppressor p53 ／ Single
molecule fluorescence spectroscopy

satoshi.takahashi.a6@tohoku.ac.jp

教授

Satoshi TAKAHASHI, Professor

鎌形▪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

聡

清人

准教授

Kiyoto KAMAGATA, Associate Professor▪ 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

小井川浩之

助

教

Hiroyuki OIKAWA, Assistant Professor

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCHDIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

a new strategy to design artificial proteins.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

38

プロセスシステム工学研究部門

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 the functional dynamics, a sliding motion along
DNA, of a tumor suppressor p53. Furthermore, based on theknowledge of protein folding and function, we are developing

無機材料研究部門

Dynamics of protein folding and function basedon single molecule fluorescence spectroscopy

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCH

察実験によ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組んでいます。

有機・生命研究部門

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
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、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る（フォールディングする）必要があります。しかし、
アミ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解明を目指しています。また、癌抑制タンパク質である p53 がDNA 上をすべり運動することで、ターゲット配列を探す過程の解明も目指しています。さらに、一分子観共同研究部門

専門分野･キーワード

Quantum beam-based structural biology and chemistry

NANGO Lab
量子ビーム構造生物化学研究分野

南後研究室
専門分野･キーワード

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

南後恵理子

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

Eriko NANGO, Professor

教授

eriko.nango.c4@tohoku.ac.jp▪ 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

奥西みさき

助

教

Misaki OKUNISHI, Assistant Professor

藤原▪ 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

孝彰

助

教

Takaaki FUJIWARA, Assistant Professor

タンパク質が機能する瞬間を量子ビームで捉える
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
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、
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、
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、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的設計と新機能をもつ分子の創製を目指します。

Capturing structural changes in proteins atwork by quantum beams
A protein is one of the biomolecules that are essential to thephenomena of life, such as cell signaling, in vivo catalytic
reactions, storage and transport. A three-dimensional
structure of a protein, which consists of a number of aminoacids, is closely related to its function, and there has been
an interest in how a protein structurally changes when it
functions. However, new techniques are needed to capture
the movement of nano-sized proteins on a fast time scale(femtoseconds to milliseconds) at an atomic level.
In our laboratory, we use a quantum beam such as an X-ray
free-electron laser, synchrotron radiation, or an electron
beam to visualize actual chemical and structural changes
in proteins. For instance, we will reveal the switchingmechanism of light-sensitive proteins and the reaction
mechanism of enzymes catalyzing unique reactions.

39

東北大学 多元物質科学研究所

タンパク質（バクテリオロドプシ）に含まれる発色団周辺の構造変化

Furthermore, we aim to design and create protein moleculeswith new functions based on precise information fromdynamic structural analysis.

Organic and Hybridized Nanocrystals

HIBARA Lab (c)有機ハイブリッドナノ結晶材料研究分野

火原彰秀（兼）研究室

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

有機ナノ結晶／ハイブリッドナノ結晶／集積化ナノ構造体制御／フォトニッ
ク材料
organic nanocrystals ／ hybridized nanocrystals ／ directed-assembled
nanostructure control ／ photonic materials

（兼）火原

彰秀

教

授

共同研究部門

専門分野･キーワード

Akihide HIBARA, Professor

小野寺恒信

助

教

Tsunenobu ONODERA, Assistant Professor▪有機／無機ハイブリッドナノ結晶の新規作製法の開発と物性評価▪励起子／増強光電場相互作用の解析▪π共役系有機ナノ結晶を用いたエネルギー変換

tsunenobu.onodera.a4@tohoku.ac.jp▪ Developments of novel fabrication processes for organic‑inorganic hybridized nanocrystals,theircharacterization, and evaluation of physical properties▪ Mutual interaction between exciton and enhanced photoelectric field on nano‑level▪ Energy conversion using pi-conjugated organic nanocrystals

Intensity /a.u.

Pore size: 380±31 nm

26 MWcm-2

1 MWcm-2

SEM image of zirconia porous material and random laser
oscillation from Rhodamine B roaded in the porous material.

SEM image of Pt-deposited pi-conjugated organic nanofibers andH2 generation under visible light irradiation.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYDIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

1 mM SDS
0.1 mM SDS

40

プロセスシステム工学研究部門

materials, and visible-light driven photocatalysts using
piconjugated organic nanocrystals are also now in progress.

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

Wavelength / nm

無機材料研究部門

1 µm

Creation of novel organic-inorganic hybridized nanocrystals for next-generation photonic
materials
In current material science, hybridized nanomaterials are
expected to exhibit the peculiar optoelectronic and photonic
properties, which are strongly dependent on combination oforganic and inorganic components, size and shape, inner
structure, and interface interaction.
Aiming to develop photonic device materials, our researchgroup has extensively studied on mass-production of welldefined organic nanocrystals, design of organicinorganic
hetero nano-interface and hybridization method, andevaluation of optoelectronic and photonic functions.
Especially, enhanced fluorescence based on mutualinteraction between exciton and enhanced photoelectricfield on nano‑level, random laser oscillation using porous

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCH

共役系有機・高分子物質と無機系物質（金属・半導体・誘電体など）とのハイブリッドナノ材料には、構成物質の多様な組み合
わせ、サイズ・形状、内部構造とその界面相互作用に強く依存した特異な光・電子物性や反応性、新規機能の発現が期待されます。
当研究分野では、次世代フォトニクス材料に資することを目的として、様々なタイプの有機—無機ハイブリッドナノ結晶の創成に関する研究を推進しています。すなわち、高度で精緻な有機ナ
ノ結晶作製手法の開発、有機—無機ハイブリッド化手法の開発、
有機—無機ヘテロナノ界面の構築、基礎物性解析と光・電子物性
機能の評価を中心課題に据え、高誘電率材料を用いた発光増強現象の実現・解明、高誘電率多孔質材料を用いたランダムレーザー
発振、π共役系有機ナノ結晶を用いた可視光応答型光触媒材料の開発などの研究展開を図っています。

有機・生命研究部門

有機ハイブリッドナノ結晶の創成とフォトニック材料への展開

Polymer Hybrid Nanomaterials

NISHIBORI Lab（SRIS）
高分子ハイブリッドナノ材料研究分野

西堀研究室（SRIS）
専門分野･キーワード
SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

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

maiko.nishibori.d8@tohoku.ac.jp

教授Maiko NISHIBORI, 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▪ Preparation of polymer‑ceramics hybrid nano‑particles▪ Polymer brush modification and interfacial interaction on the surface of functional inorganic materials▪ Diffusion behavior of atoms in materials by X-ray spectroscopy and computational science▪ Element-selective reaction analysis of heterogeneous materials using synchrotron X-ray analysis

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
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
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
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・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。

Dynamics of hierarchical structure for hybrid nanomaterials by synchrotron X-ray analysis
Soft- and bio-materials form complex hierarchical structuresin wide spaces and times. 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 andfunction of hybrid nanomaterials, we use synchrotron
X-ray analysis to visualize the chemical state, structure,and dynamics of atoms under reaction. We progress thehierarchical structural chemistry of materials and discovernovel functions.

41

東北大学 多元物質科学研究所

Inorganic Solid State Materials Chemistry

YAMADA Lab
無機固体材料化学研究分野

山田研究室
専門分野･キーワード

無機物質科学／ジントル化合物／熱電材料／計算材料熱力学

山田

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

inorganic materials science ／ Zintl compounds ／ thermoelectric materials ／computational materials thermodynamics

Takahiro YAMADA, Professor

教

授共同研究部門高広

takahiro.yamada.b4@tohoku.ac.jp▪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▪新規ジントル化合物の探索と、機能性材料への応用▪計算材料学に基づく新規材料設計▪統計熱力学計算に基づく理論状態図の研究

榎木

勝徳

助

教

Masanori ENOKI, Assistant Professor▪ Development of thermoelectric materials based on multinary intermetallic compounds▪ Development and application of synthetic processes of nitrides using solid nitrogen sources▪ Synthesis and characterization of novel Zintl compounds for development of functional materials▪ Material design based on computational materials science▪ Study of theoretical phase diagrams based on statistical thermodynamic calculations

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYDIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

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 nitrogensource of boron nitride.

42

プロセスシステム工学研究部門

Most inorganic materials are based on metals, alloys,
and oxides, while inorganic compounds such as nitrides
and intermetallic compounds also have high potential asfunctional materials. There are many inorganic compounds
that have not been discovered or whose functions
have not been 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 the discovery of
the so-called game changers in materials science.

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

Exploration of novel inorganic functional materials and development of new synthetic
processes

無機材料研究部門

新規 Na-Cd-Sn 系金属間化合物の結晶構造と電子状態密度
New ternary intermetallic compounds in the Na-Cd-Sn system found in 2021;
the crystal structures and calculated density of electronic states.

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCH

無機材料の多くは金属や合金，酸化物が用いられていますが、窒化物や金属間化合物などの無機化合物も材料としての高いポテ
ンシャルを有しています。多元系の無機化合物には、まだ見出されていないものや、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、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論計算によって行うことで、熱電材料、硬質セラミックス・金属材料，超伝導体などの非酸化物系化合物を中心とした新規材料を開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、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うべき研究であると考えます。

有機・生命研究部門

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

Quantum Spin Physics

SATO TAKU J Lab
スピン量子物性研究分野

佐藤卓研究室専門分野･キーワード

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

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

Taku J SATO, Professor

卓

教

授

taku@tohoku.ac.jp▪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

奥山

大輔

助

教

Daisuke OKUYAMA, Assistant Professor

那波▪ Development of neutron inelastic spectroscopy▪ Development 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

和宏

助

教

Kazuhiro NAWA, Assistant Professor

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
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絶縁体はその代表的な例です。我々はこのようなトポロジカルな性質を磁性体における素励起（準粒子）に対して探索し、量子反強磁性ダイ
マー物質 Ba2CuSi2O6Cl2 に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、電子スピン集団のトポロジカルな性質の解明が進んでいます。

(c)

(a)

(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
Quest for novel quantum phases and elucidation of them incorrelated-many-electron or quantum-spin systems is at theheart of condensed matter physics for decades, and has
been our mission. Neutron inelastic scattering is a powerfultool to achieve this goal, enabling us to directly observe spin
dynamics in condensed matter. Recently, the advantage
of using invariance on continuous deformation (topology)
becomes widely recognized for elucidating physicalproperties of many-body quantum systems; a celebrated
example may be electronic topological insulator. We
searched for such topological states in quantum magnets,
and found topologically nontrivial quasiparticles (triplons)in the quantum dimerized antiferromagnet Ba2CuSi2O6Cl2.

43

東北大学 多元物質科学研究所

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 find and understandnovel quantum phases, in particular characterized by its
topological nature, is advancing.

Nanoscale Magnetism

OKAMOTO Lab
ナノスケール磁気機能研究分野

岡本研究室
専門分野･キーワード

強磁性材料／磁気計測／スピンダイナミクス／高周波磁気応答

岡本

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

Satoshi OKAMOTO, Professor

教

授共同研究部門聡

satoshi.okamoto.c1@tohoku.ac.jp▪超高密度磁気記録技術の開発▪高性能永久磁石材料の原理研究▪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▪新規高機能磁性材料開発

菊池

伸明

准教授

Nobuaki KIKUCHI, Associate Professor▪ Ultra-high-density magnetic recording technology▪ Magnetization reversal processes of the high-performance permanent magnets▪ High frequency spin dynamics▪ Ultra-high sensitive spin dynamics measurements▪ Development of novel high-performance magnetic materialsの高性能モーターに不可欠な永久磁石材料においても、ナノスケールでの粒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軸足を置き、次世代高性能磁気デバイスの創出を目指しています。

DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

44

プロセスシステム工学研究部門

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

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

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 are governedby nano-scale spin dynamics. Therefore, it isessentially important to understand the physics
of nano-scale spin dynamics and to control it for
the advanced magnetic devices. For example,
the recording density of hard-disk drives canbe significantly increased by controlling thespin dynamics of microwave frequency range,i.e., microwave-assisted magnetic recording
technology. The high-performance permanent
magnets, which are indispensable for traction
motors of electric vehicles, can be developedby controlling the nano-scale spin dynamics at
the grain surfaces.

無機材料研究部門

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

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCH

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。これら様々な磁気デバイスの多様な機能性は、すべてナノスケールでのスピンの振舞いにより発現するものです。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、
マイクロ波周波数領域のスピンの振舞いを制御する記録技術 ( マ
イクロ波アシスト磁気記録方式 ) により、ハードディスクの記録
密度を飛躍的に高められると期待されています。また電気自動車

有機・生命研究部門

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

Hybrid Nano System

KANIE Lab
ハイブリッドナノシステム研究分野

蟹江研究室
専門分野･キーワード
SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

有機無機ハイブリッドナノ粒子／ハイブリッド液晶／
プリンテッドエレクトロニクス向けナノインク／人工リン脂質材料

蟹江

Organic-Inorganic Hybrid Nanoparticles ／ Hybrid Liquid Crystals ／ Nano-Inksfor Printed Electronics ／ Phospholipids-based Artificial Materials

kanie@tohoku.ac.jp▪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▪ナノ粒子精密合成に基づくプリンテッドエレクトロニクス向けナノインクの開発▪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

澄志

教

授

Kiyoshi KANIE, Professor

松原

正樹

講

師

Masaki MATSUBARA, Senior Assistant Professor▪ Design and Synthesis of Organic-Inorganic Hybrid Nanoparticles▪ Development of Liquid Phase Precise Synthesis of Inorganic Nanoparticles Controlled in Size and Shape▪ Development of Nano-inks based on Precise Synthesis of Inorganic Nanoparticles for Printed Electronics▪ Design and Synthesis of Stimuli-responsive Artificial Phospholipids and Control of the Macro-scale SelfOrganized Structures▪ Development of Novel-type Extraction Process by Molecular-level Design of Task-specific Ionic Liquids

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
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
与による量子効果の制御、ii) 塗ることで機能性薄膜となるナノインク、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。

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

45

東北大学 多元物質科学研究所

films by coating methods for printed electronics, and iii)
stimuli-responsive artificial phospholipids forming lamella andgiant vesicle structures.

Nano Physical Chemistry

KUMIGASHIRA Lab
ナノ機能物性化学研究分野

組頭研究室
専門分野･キーワード

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

組頭

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

Hiroshi KUMIGASHIRA, Professor

教授kumigashira@tohoku.ac.jp▪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

吉松

公平

講

師

Kohei YOSHIMATSU, Senior Assistant Professo▪ Control and design of novel functionalities of oxide nanostructures▪ Exploration of multi-functionalities based on oxide nanostructures and application to novel devices▪ Characterization of electronic, magnetic, and orbital structures at the surface and heterointerface usingsynchrotronradiation analysis▪ Development and application of photoemission spectroscopy and x-ray absorption spectroscopy

志賀

大亮

助

教

Daisuke SHIGA, Assistant Professor

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCHDIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

Control and design of novel functionalitiesin oxide nanostructures

DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

46

プロセスシステム工学研究部門

photoemission spectroscopy and dichroic X-ray absorption
spectroscopy using synchrotron radiation, which enable us
to probe these structures in the nm-scale region.

無機材料研究部門

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
物性を示すものがあります。いわば「天才児」達です。当研究室では、この「天才児」の振る舞いを高輝度放射光を用いて可視化し、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、酸化物分子線エピタキシー（MBE）という酸化物ナノ構造を原子レベルで制御しながら「つくる」技術と、放射光を用いた先端計測（角度分解光電子分光・内殻吸収分光など）という化学・電子状態を「みる」技術とを高いレベルで融合するにより、酸化物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・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。

有機・生命研究部門

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

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 andadvanced analysis techniques using synchrotron radiation.
The wide range of properties exhibited by the oxide
nanostructures makes them one of the most interestinggroups 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 isdesired to obtain the knowledge of the interfacial electronic,
magnetic, and orbital structures.
For this purpose, in our laboratory, we utilize state-of theart spectroscopic techniques, such as angle-resolved

共同研究部門広志

Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

YAMANE Lab
無機固体材料合成研究分野

山根研究室
専門分野･キーワード

無機構造化学／固体材料化学／セラミックス／材料合成

山根

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

inorganic structural chemistry ／ solid state materials chemistry ／ ceramics ／materials synthesis

Hisanori YAMANE, Professor▪新規多元系無機固体物質探索と構造解析および結晶化学的研究▪活性金属を利用した非酸化物系セラミックスの新規合成プロセスの開拓▪多元系窒化物および酸化物蛍光体の探索▪Ｘ線異常散乱を利用した結晶構造中のサイト・元素解析▪ Synthesis, crystal structure analysis, and characterization of new multinary inorganic compounds▪ Synthesis of nitrides, carbides and silicides using a Na flux
▪ Development of novel synthetic routes for advanced ceramic materials using active metals▪ Structure analysis for direct determination of site occupancy for a specific element using X-ray
anomalous scattering

久典

教

授

hisanori.yamane.a1@tohoku.ac.jp

志村

玲子

准教授

Rayko SIMURA, Associate Professor

高橋

純一

助

教

Junichi TAKAHASHI, Assistant Professor

多元系新規無機化合物の合成と結晶構造化学
多種元素の組み合せからなる無機化合物には未開拓の物質群が数多く存在し、既知の材料にはない特性をもつ物質が潜んでいる可能性がある。当研究室では固体化学の観点から、新規多元系無機化合物の探索と、得られた物質の構造解析や特性評価を行い、それらの新しいセラミックス素材としての可能性を探求している。新規物質の発見が直ちに実用材料に結びつくことは希だが、未知の物質で有用な特性が見出される可能性があり、多元系で生成する物質の探索や生成相の関係を明らかにすることは、大学の基礎研究に託された大切な課題のひとつと考える。また、当研究室では、セラミックス素材の作製法として一般的な固相反応法に加え、金属ナトリウム（Na）などの金属融液を活性反応場とする新たな合成方法を研究し、従来法では合成が困難な条件での単結晶や多孔体など様々な形態の無機材料合成と、新たな機能を有

新規α -SrZn5 型金属間化合物 BaCu2.6Zn2.4 の結晶構造

するセラミックス素材の開拓を目指している。

Synthesis and crystal structure analysis of oxides,
suboxides, nitrides, and Zintl compounds
We are searching new inorganic compounds, analyzing
their crystal structures and characterizing their properties.
The novel methods developed for the synthesis of the newcompounds are applied to the preparation of conventional
ceramics and inorganic materials in order to improve their
qualities and performances.
⃝ Synthesis of oxides, suboxides, and nitrides by the solidstate reaction and flux methods⃝ Crystal structure analysis and characterization of new
inorganic compounds⃝ Development of multinary-oxide and nitride phosphor
materials⃝ Development of novel synthetic routes for advanced
ceramic materials using active metals

47

東北大学 多元物質科学研究所

Synthesis of a new polymorph ε -TiO using a Bi flux.

Metallurgical Design for Material Functions

KAMEOKA Lab
金属機能設計研究分野

亀岡研究室
専門分野･キーワード

金属触媒材料／金属間化合物／準結晶／ハイパーマテリアル

亀岡

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

metallurgy for catalytic materials ／ intermetallics ／ quasicrystals ／ hypermaterials

Satoshi KAMEOKA, Professor

教

授共同研究部門聡

satoshi.kameoka.b4@tohoku.ac.jp▪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

藤田

伸尚

講

師

Nobuhisa FUJITA, Senior Assistant Professor▪ Creation of novel catalytic materials using intermetallic compounds and their microstructure 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不飽和）のサ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とその活性発現機構の提案を行いました。

DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

48

プロセスシステム工学研究部門

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYDIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

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 morphologythat cannot be obtained using conventional chemical
methods. We will also study about the synthesis andstructure of quasicrystal related intermetallic compounds,
to take advantage of the knowledge gained as the basis ofnovel catalyst development.

無機材料研究部門

Creation of catalysts in terms of metallurgy and exploration of alloys with novel structures

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCH

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持つ金属・合金触媒を設計・調製することであり、特に各種金属・合金への活性化処理（リーチン
グ、水素吸蔵、酸化など）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っています。また同時に、準結晶関連物質（ハイパーマテリアル）の新規合成や X 線構造
解析、構造モデリングにも取り組んでおり、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状金でも触媒活性サイトとなる低配位数（配位有機・生命研究部門

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

Environmental Inorganic Materials Chemistry

YIN Lab
環境無機材料化学研究分野

殷研究室
専門分野･キーワード
SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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／
環境応答機能殷澍Mixed Anion Compounds ／ Solvothermal Process ／ Morphological Control of
Ceramics ／ Environmental Responsive Functionality

yin.shu.b5@tohoku.ac.jp

教授

Shu YIN, Professor

長谷川拓哉▪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

助教

Takuya HASEGAWA, Assistant Professor▪ Development of inorganic functional materials by environmental friendly processes▪ Synthesis of mixed-anion type high sensitive visible light responsive photocatalysts and theirmultifunctionality▪ 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

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
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
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
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
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・
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機能性高度発現に関する研究を展開している。

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

Creation of En vironmental Responsive
Inorganic Nanomaterials by Solvothermal
Reaction
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,

49

東北大学 多元物質科学研究所

Ce3+ 導入層状ペロブスカイトのイメージ図
Schematic image for novel Ce3+-introduced layered perovskite

high-efficiency energy utilization, and responsivity related tophoton and chemicals is carried out.

Inorganic Materials for Chemical Transformation

KATO Lab
物質変換無機材料研究分野

加藤研究室
光触媒／無機材料化学／エネルギー変換

加藤

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

Photocatalyst ／ Inorganic material chemistry ／ Energy conversion

Hideki KATO, Professor

英樹

教

授

共同研究部門

専門分野･キーワード

hideki.kato.e2@tohoku.ac.jp▪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

熊谷

啓

助

教

Hiromu KUMAGAI, Assistant Professor▪ Photocatalytic water splitting▪ Photoelectrochemical energy conversion▪ Development of solid acid-base catalysts for biomass conversion▪ Exploration of new inorganic compounds

EnergyWater splitting using photocatalyst
photocatal.(ex) + H2O
photonH2 + 1/2 O2
G0 = 237 kJ mol–1

H2O

Reaction coordinate
DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

無機材料研究部門

Construction of highly active inorganic materials for chemical reactions
Design of element-substituted compound

Morphology control of photocatalyst particles

DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

substitution

1 µm

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

50

プロセスシステム工学研究部門

Our research interest is focused on construction of highperformance inorganic materials for artiﬁcial photosynthesis
and biomass conversion, which are very important techniquesin sustainable society. For artificial photosynthesis, we aremaking 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 of complex oxides as solid acidbase catalysts for biomass conversion. In addition, we are
exploring new inorganic compounds capable of application
to photocatalysts and solid acid-base catalysts.

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、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。

有機・生命研究部門

持続可能社会のための高機能な物質変換無機材料開発

Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies

ADSCHIRI Lab. (AIMR)
超臨界ナノ工学研究分野

阿尻研究室（AIMR）
専門分野･キーワード

超臨界水／超ハイブリッド／ナノ材料／プロセス工学

阿尻SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

supercritical water ／ super hybrid ／ nanomaterials ／ process engineering

Tadafumi ADSCHIRI, Professor▪超臨界水による材料プロセスの高度制御▪超臨界場でのハイブリッドナノ粒子創成▪ナノ粒子の熱力学（構造形成・相挙動・粘弾性）▪超ハイブリッド材料創製（ポリマー／ハイブリッドナノ粒子）▪低温廃熱で駆動する革新的化学プロセス

雅文

教

授

tadafumi.ajiri.b1@tohoku.ac.jp

笘居

高明

准教授

Takaaki TOMAI, Associate Professor▪ Process intensification for materials synthesis in supercritical water▪ Synthesis of organic inorganic hybrid nanomaterials under supercritical conditions▪ Thermodynamics of nanomaterials▪ Fabrication of novel composite (polymer/hybrid nanomaterials)▪ Innovative chemical processes for utilization of low-temperature waste heat

超臨界水による革新的ナノ材料創製：その学理と応用展開
超臨界状態では水と有機物が均一に混じり合うことができます。この超臨界水の特徴を利用すると、表面が有機修飾された金
属酸化物粒子を合成できます。現在、その合成機構の解明とプロセスの高度制御化に取り組んでいます。有機修飾された金属酸化物粒子「有機・無機ハイブリッドナノ粒子」は、有機溶媒に高い親和性をもつため、超高濃度分散が可能になります。分子のようにふるまうナノ粒子を扱うための「新科学」の創製に挑戦しています。また有機修飾でナノ粒子の成長方向を制御すると、活性面のみが露出した超高活性ナノ触媒を合成することができます。このナノ触媒は低温でも非常に高い活性を示すことから、これを使って、今まで不可能とされてきた低温廃熱の高エネルギー変換（エクセルギー再生産）プロセスを開発しています。

Creation of innovative nanomaterials by supercritical water: Science and Applications
Supercritical water is miscible with organic materials.
Using this feature, the organically-modified metal-oxide
nanoparticles can be synthesized. Organically-modified
nanoparticles "organic-inorganic hybrid nanomaterials" canbe dispersed in organic solvents at very high concentration.
We aim to establish novel fundamental of material/
process design for such nanomaterials, which behave like"molecules." In addition, using nanocatalyst synthesized bysupercritical water, we are developing innovative chemical
processes for utilization of low-temperature waste heat.

51

東北大学 多元物質科学研究所

Laser Applied Material Science

SATO SHUNICHI Lab
光物質科学研究分野

佐藤俊一研究室
レーザー／フォトニクス／材料科学／電子光学佐藤

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

laser ／ photonics ／ materials science ／ electron optics

Shunichi SATO, Professor▪高強度光の場における物質変換プロセス▪構造化した光の発生とビーム特性の解析▪構造化した光を用いたナノイメージングと新規レーザー加工法▪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▪ Material conversion process in intense optical field▪ Generation and analysis of structured light▪ Development of nano-imaging and novel laser processing by structured light▪ Femtosecond laser pulse processing▪ Interaction between laser light and electron

俊一

教

授

共同研究部門

専門分野･キーワード

sato@tohoku.ac.jp

小澤

祐市

准教授

Yuichi KOZAWA, Associate Professor

上杉

祐貴

助

教

Yuuki UESUGI, Assistant Professor

田辺

綾乃

助

教

Ayano TANABE, Assistant Professor

DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

52

プロセスシステム工学研究部門

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYDIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

have inherent vectorial characteristics of electromagnetic
We are intentionally and intensively trying to make the bestwave, focusing on its physics, the development ofuse of the excellent properties of lasers for the advancement
beam generation, the improvement of beam quality, andof material science. The state-of-the-art photonics
applications such as laser processing and super-resolution
technologies are our useful and essential tools. At present,
microscopy.
we are especially interested in the following two topics. The
first is the synthesis of single nanoparticles of diamond-like-carbon andnoble metals by using an intense
optical field, which is generated bytightly focused femto-second laser
pulses in liquid and can be regarded
as a novel non-equilibrium, non-linear
and ultrafast process. The next is theinvestigation of vector beams, which
Structured light reveals synergetic aspects of polarization, phase and pattern of light beams.

無機材料研究部門

Multidisciplinary research of photonics and material science

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCH

ム発生法の開発とビーム品質の改善に取り組みながら、レーザー
レーザーを中心とする最先端のフォトニクス技術を駆使して、加工や超解像顕微鏡などへの応用研究を総合的に進めています。
光と物質との相互作用の研究を進め、新しい材料の創成や機能の発現、プロセスの開発などを大きな目標としています。現在具体的に進めている主たる研究テーマは、高強度レーザー場によるシングルナノ粒子作製と、ベクトルビームに関する総合的な研究です。前者
は、集光したフェムト秒レーザーパルスによって形成される強い光の場を新しい非平衡・非線形・超高速プロセスの場として利用し、分子の分解によって発生するラジカルや別種分子などによって、ダイヤモンド様カーボンや貴金属元
素のシングルナノ粒子作製を行っています。これに対して後者は、光（電磁波）の本来の性質であるベクトル性を持ったベクトルビームにつ厚さが 30 nm の支持基板のない薄膜をシングルショットレーザー干渉加工により作製した (a) 1 次元格子と、いて、その物理的な性質を探るとともに、ビー(b) 2 次元格子の例

有機・生命研究部門

光科学と物質科学の融合研究

Solid State Ionic Devices

AMEZAWA Lab
固体イオニクス・デバイス研究分野

雨澤研究室
専門分野･キーワード

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

雨澤

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

solid state ionics ／ energy conversion ／ operando analysis ／ electrochemistry

Koji AMEZAWA, Professor

浩史

教

授

koji.amezawa.b3@tohoku.ac.jp▪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

中村

崇司

准教授

Takashi NAKAMURA, Associate Professor▪ Improvement of performance and reliability of fuel cells and re chargeable 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

木村

勇太

助

教

Yuta KIMURA, Assistant Professor

佐藤

郁奈

助

教

Ikuna SATO, Assistant Professor

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Ch
環境問題、エネルギー問題を解決
arge
し、持続可能社会を実現することは、Dis
21 世紀の科学者・技術者に課せら
charge
れた大きな課題です。我々の研究室では、これらの問題の解決に資する、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イスの実現・普及のための基盤研究を行っていま
x in Li CoO
す。特に、固体でありながらその中: x ≦ 0.6
: 0.6 < x ≦ 0.7: 0.7 < x ≦ 0.8: 0.9 < x ≦ 1.0: 0.8 < x ≦ 0.9
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
をイオンが高速移動できる“固体イオニクス”材料に着目し、固体におけるイオン輸送、界面反応、欠陥構造についての学理を探求する
作環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と共に、それに基づく機能設計、材料開発を行っています。また、
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用し固体イオニクスデバイスにおける材料、反応に関わる理解を深化
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性能化・させるべく、高温／制御雰囲気／通電といった特殊なデバイス動高信頼性化に取り組んでいます。
x

2

Toward the development of environmental-friendly energy conversion devices

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

Scientists and engineers in the 21st century have agreat responsibility to solve environmental and energy
problems for achieving a sustainable society. Our laboratory
contributes to solve above-mentioned problems throughout
fundamental and application researches on environmentalfriendly energy-conversion devices, such as fuel cells andrechargeable batteries. In particular, focusing on solidstate ion-conducting materials, we are challenging toestablish an academic discipline on“solid-state ionics”,
and applying this to develop 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.

53

東北大学 多元物質科学研究所

第一原理計算による希土類メタリン酸塩における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
プロトン伝導の発現機構モデル

オペランド測定による蓄Environmental-Conscious Material Processing

NOGAMI Lab
環境適合素材プロセス研究分野

埜上研究室
プロセスシミュレーション／移動現象／多相流／熱工学埜上SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

process simulation ／ transport phenomena ／ multiphase flow ／ thermal
engineering

Hiroshi NOGAMI, Professor▪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▪ 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 phase change melts

洋

教

授

nogami@tohoku.ac.jp

夏井

俊悟

准教授

Shungo NATSUI, Associate Professor

丸岡

伸洋

助

教

Nobuhiro MARUOKA, Assistant Professor

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCHDIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

Temperature evolution in non-uniform packed bed.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

54

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 is numerical
process simulation to reproduce and evaluate the materials
production processes, based on the theories of multiphasefluid dynamics, reaction kinetics, thermodynamics, thermal
fluid engineering, transport phenomena, powder technology,
and so on. Using the results of the process analysis and thefruits obtained through the modeling of unit operations, weare trying to develop novel material production technology.
Additionally, we are trying to develop new processes forrecovery and storage of thermal energy.

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

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

無機材料研究部門

不混和二融体の分離過程

有機・生命研究部門

反応性熱流体解析による革新的素材プロセスの開発
鉄鋼に代表される各種基盤材料の製造プロセスは、その製造量の膨大さから、資源・エネルギーの消費量も膨大で、これらを抑制し、循環型社会の実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、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て、各種素材原料の物性値や反応特性の熱力学、熱工学、移動現象論
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、粉粒体工学などの手法による定量化を行い、これらの知見を先端の熱流体解析手法を用いた熱流体解析の枠組みに組み込むことで、各種素材製造プロセスの数値シ
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スの開発も進めています。

共同研究部門

専門分野･キーワード

Materials Separation Processing

SHIBATA HIROYUKI Lab
材料分離プロセス研究分野

柴田浩幸研究室
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

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

Hiroyuki SHIBATA, Professor

浩幸

教

授

hiroyuki.shibata.e8@tohoku.ac.jp▪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

助永

壮平

准教授

Sohei SUKENAGA, Associate Professor

川西

咲子

助

教

Sakiko KAWANISHI, Assistant Professor▪ 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

高効率素材製造プロセスのための高温界面物理化学
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
うに、材料物性とプロセスは密接に関わるため、『物性研究とプロセス研究の融合』をモットーに研究を進めています。
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
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を目指しています。

Physicochemical approach to interfacial phenomena at high temperature for high efficiency
materials processing
Recycling, refining and solidification processes of materials
are important to sustain high efficiency process for
manufacturing products. Each material separation process
is governed by many chemical
and thermophysical propertiesof materials and interfaces
among materials. “Fusion ofmaterials processing researchand physicochemical property
research” is our motto forrealizing sustainable society.
Functions of the materials should
be clarified from micromechanismof each phenomenon to develop

55

東北大学 多元物質科学研究所

high efficiency processes for materials separation as wellas crystal growth by means of in-situ observation andmeasurements especially at high temperature.

Hybrid Nano-particle

MURAMATSU Lab
ハイブリッドナノ粒子プロセス研究分野

村松研究室

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

有機－無機ハイブリッドナノ材料／単分散無機ナノ粒子合成／
金属含有ゼオライト系触媒／マキシマムエントロピー (MEM)
電子密度解析

村松

淳司

monodispersed Inroganic Nanoparticles ／ organic- inorganic
hybrid nano-materials ／ metal-containing zeolite catalysts ／MEM charge density study

atsushi.muramatsu.d8@tohoku.ac.jp

教授共同研究部門

専門分野･キーワード

Atsushi MURAMATSU, Professor

渡辺明▪有機—無機ハイブリッドナノ粒子の合成▪シングルナノサイズ金属粒子の合成と機能性材料への応用▪液相還元法による新規触媒材料の調製▪メカノケミカル法による新規金属含有ゼオライト触媒の開発▪放射光を用いた結晶性ナノ粒子の機能—構造相関の評価

Akira WATANABE,
Associate Professor▪ Preparation of organic‑inorganic hybrid nano‑particles▪ Development of nano‑sized metallic particle and application to functional materials▪ Preparation of novel catalysts by liquid phase synthesis▪ Synthesis of metal-containing zeolite catalysts by mechanochemical method▪ Evaluation of correlation between function and structure of crystalline nano-particles
using synchrotron radiation

粕谷

大須賀遼太

准教授

助

教

助

教

Ashiqur Rahman

助

教

金子

房恵

助

教

Fusae KANEKO,
Assistant Professor

Motohiro KASUYA,

Assistant Professor

友美

師Ashiqur RAHMAN,
Assistant Professor

Assistant Professor

増井講

Sachiko MAKI,
Senior Assistant Professor

Ryota OSUGA,

素洋

真木祥千子

助

教

DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

56

プロセスシステム工学研究部門

Highly functional materials, such as metal-doped zeolite
catalysts, ITO nanoink for TCO, niobium-based oxide
particles for lead-free piezoelectric devices, titania,
perovskite metal oxides, semiconductor nanoparticles,organic-inorganic hybrid nanomaterials, fuel cell, and alloy
nanoparticulate catalysts, etc. have been widely provided.
Their production methods are based on the particlesynthesis principles,（1）strict separation of nucleation andparticle growth,（2）perfect inhibition against aggregation,（3）precise control in particle synthesis mode. Namely, thephysico-chemical theory for the stability of coffee or milk,
and the very good foams of beer, is similar to the formationof nanoparticles precisely controlled in size and shape. Whatkind of nanomaterials do you need ？ We’ll make it.

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

Why don’t you order us tailor-made, wellidentified, nano-hybrid materials?

無機材料研究部門

有機—無機ハイブリッド材料、光応答性ベシクル、メタルドー
プゼオライト系触媒、透明導電膜 ITO ナノインク、非鉛圧電素子
用ニオブ酸系粒子、光触媒用チタニア、種々のペロブスカイト系
酸化物、半導体ナノ粒子、非 Pt 系燃料電池材料、多種類にわたる合金ナノ触媒粒子など、たくさんの機能性ナノ材料を生み出しています。それらはいずれも、粒子合成の根幹である、（1）核生
成と粒子成長の分離、（2）粒子同士の凝集の防止、（3）粒子合成
反応場制御の、3 つの極めて重要な基礎理念を応用することによ
り生み出されています。つまり、コーヒーや牛乳が安定であった
り、クリーミーなビールの泡ができるのと、形状と形態が極めて精密に制御された、単分散ナノ粒子が合成されるのは、その根本になる理論は同じですし、私たちはそうした自然のコロイドを真似ながら、全く新しい、よく定義されたナノハイブリッド材料を生み出します。あなたが欲しい、テーラーメードの、よく定義されたナノハイブリッド材料は何ですか？ 私たちが作ります。

DIVISION OF ORGANIC-AND BIO-MATERIALS RESEARCH

テーラーメードのよく定義されたナノハイ
ブリッド材料はいかが？

有機・生命研究部門

Tomomi MASUI,Assistant Professor

Quantum Beam Measurements

MOMOSE Lab
量子ビーム計測研究分野

百生研究室
百生

専門分野･キーワード

イメージング／Ｘ線／位相計測／三次元計測

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

敦

教

授

Atsushi MOMOSE, Professor

atsushi.momose.c2@tohoku.ac.jp▪‌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

量子ビームの位相で観る!"#

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います。ただし、例えばＸ線の場合、高分子材料、軽金属、あ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、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います。

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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

Imaging by using wave nature of quantum beam
Quantum beams, such as X-rays, are used to visualizeinternal structures of various materials having the scales
ranging from atoms to human. However, there is a problem
that sufficient contrast is not obtained for materials consistingof light elements, such as polymers, light metals, andbiological soft tissues. The use of phase contrast basedon the wave nature of X-rays is significant for overcoming
this problem and enhances the usefulness of quantum
beams 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, we aredeveloping unique experimental environment and pioneering
advanced imaging research. This technology is attractive forpractical applications, and we are also conducting various
collaborations with industry.

57

東北大学 多元物質科学研究所

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

Structural Physics and Crystal Physics

KIMURA Lab
構造材料物性研究分野

木村研究室
木村

Precise crystal/magnetic structure analysis under multiple extreme conditions ／Development of neutron and X-ray diffractometers ／ Magnetic ferroelectrics andHydrogen-bonded dielectrics ／ Development of ultra high pressure synthesis

hiroyuki.kimura.b5@tohoku.ac.jp▪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び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

宏之

教

授

Hiroyuki KIMURA, Professor

坂倉

輝俊

助

教

Terutoshi SAKAKURA, Assistant Professor

山本

孟

助

教

Hajime YAMAMOTO, Assistant Professor

DIVISION OF MEASUREMENTS

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

計測研究部門

専門分野･キーワード▪ ‌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

analysis. Cycloidal spin structure in this material is thought
to be the origin of electric polarization. We also engage thedevelopment of novel neutron 2-dimensional detector for
structure analysis JRR-3 reactor.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYCENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

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 the microscopic
origins of functional properties insolid ‐ state materials based on
the accurate distribution analysesof the electron as well as nuclear
densities. Figure shows thecomplex magnetic structure ofmagnetic ferroelectrics derived
by neutron magnetic structure

58

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Ferroelectric polarization induced by magnetic order in magnetic ferroelectrics

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

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 年度から再起動予定の研究炉 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。

金属資源プロセス研究センター

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

Polymer Physics and Chemistry

JINNAI Lab
高分子物理化学研究分野

陣内研究室
専門分野･キーワード

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

陣内

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

Soft Matter Physics ／ Self-Assembly in Polymers ／ Polymer Crystals ／Polymeric Hybrid Materials

Hiroshi JINNAI, Professor

浩司

教

授

hiroshi.jinnai.d4@tohoku.ac.jp▪‌有機・無機接着構造の原子レベル解析▪‌有機・無機複合材料のナノスケール変形機構の解明▪‌結晶性高分子材料のナノスケール構造解析▪‌高分子単一分子鎖の電子顕微鏡直接観察▪‌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

丸林

弘典

講

師

Hironori MARUBAYASHI, Senior Assistant Professor

宮田

智衆

助

教

Tomohiro MIYATA, Assistant Professor▪ ‌Atomic-scale analysis of organic/inorganic interfaces▪ ‌Elucidation of nanoscale deformation mechanisms in organic/inorganic composite materials▪ ‌Nanoscale structural analysis of semicrystalline polymers▪ ‌Direct observation of single polymer chains using electron microscopy▪ ‌3D Observation and analysis of block copolymer self-assembled nanostructures

王

孝方

助

教

Hsiao Fang WANG, Assistant Professor

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
高分子は軽量性・柔軟性・加工性などに優れた物質であり、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ます。しかし、材料の内部に形成される分子・ナノスケール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の関係の解明が強く求められています。当研究室では最新の透過型電子顕微鏡法の開発に取り組みつつ、高分子材
料内部の微細構造やダイナミクスを精確に観測し、巨視的な物性・機能との相関関係を解明することを目指しています。具体的には、ナノ粒子複合材料の界面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・ナノ相分離構造の３次元観察等に取り組んでいます。

50 nm
Fig.1. ‌3D structure of the ordered bicontinuous
double gyroid structure in a diblock copolymer.

Polymers are industrially vital materials, and their properties
can be widely controlled by mixing different polymers,
introducing inorganic materials, tuning the chemical
structure and molecular arrangement, etc. Nevertheless, therelationships between the microstructures and macroscopic
properties of polymeric materials (soft materials) have notbeen fully established. Therefore, we work on various soft
materials systems from atomic- to meso-scale: the atomicresolution observation of single polymer chains, the atomicscale observation of inorganic/organic interface for adhesive,
the nano-scale structural mapping of polymer crystals, the 3D
observation of phase-separated nanostructures, etc. We areinterested in the dynamical aspect of soft materials, such as
structural observation of nanoparticle-dispersed composite
materials under tensile deformation. With the development

59

東北大学 多元物質科学研究所

a

ε = 0.73 b

Stretching

Nano-scale investigations of structures anddynamics in soft materials by electron microscopy

500 nm
Fig.2. ‌(a) Transmission electron microscopy imageof the vertically-elongated inner structure of arubber with silica nanoparticles (black parts). (b)Stress map of (a).

of novel methodology and analytical techniques, we aim tointerpret the relationships between microstructures/dynamics
and macroscopic properties of soft materials.

Frontier quantum-beam metrology

YASHIRO Lab（SRIS）
量子フロンティア計測研究分野

矢代研究室（SRIS）
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

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

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

矢代

航

教

授
DIVISION OF MEASUREMENTS

Wataru YASHIRO, Professor

wataru.yashiro.a2@tohoku.ac.jp▪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▪ ‌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

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY3")04)01*()5/106$+$"&-")./).0*()120.3$+$"&

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resolution)

Exploring the frontiers of the 4D world
We live in a "4D world", but in the 4D space-time region ofless than μ m and ms, there is a vast unknown world thatis inaccessible even to the most advanced measurement
technologies. In our laboratory, we are taking on thechallenge of developing new imaging techniques that
dramatically exceed the conventional limits by exploiting
high-energy quantum beams such as X-rays, advanced
micro/nanofabrication technologies, and data science
techniques, and to open up the uncharted 4D world.
Our imaging technologies will not only lead to a newunderstanding of various irreversible and non-equilibrium
systems in the material and life sciences, but will also havediverse ripple effects on general society.

Propagation of shear waves

Horizontal

Distribution of storage modulus

Vertical

0.83 ± 0.21 kPa

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY!"##$%

Sample: polyacrylamide gel

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

elestography
visualizing propagating
shearshear
waveswaves
X-rayX-ray
elestography
bybyvisualizing
propagating

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

60

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

私たちは三次元（3D）＋時間という「4D の世界」に生きていますが、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を開発し、未開の 4D 世界の開拓に挑んでいます。
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、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むと期待しています。

金属資源プロセス研究センター

4D 世界のフロンティアを拓く

計測研究部門

専門分野･キーワード

Quantum Optoelectronics

CHICHIBU Lab
量子光エレクトロニクス研究分野

秩父研究室
専門分野･キーワード

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

秩父

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

Wide bandgap semiconductors ／ Quantum nanostructures ／ Carrier dynamics ／Spatio-time-resolved spectroscopy

Shigefusa F. CHICHIBU, Professor▪‌環境に優しい (Al,In,Ga)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 (Al,In,Ga)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 (Al,In,Ga)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

重英

教

授

chichibu@tohoku.ac.jp

小島

一信

准教授

Kazunobu KOJIMA, Associate Professor

嶋

紘平

助

教

Kohei SHIMA, Assistant Professor▪ ‌A new concept coherent light source based on light‑matter coupling in environment‑friendly (Al,In,Ga)N
and（Mg,Zn)O wide bandgap semiconductor microcavities▪ ‌Spatio-time-resolved spectroscopy in semiconductor materials▪ ‌Design and fabrication of (Al,In,Ga)N quantum nanostructures: epitaxial growths by metalorganic vapor
phase epitaxy▪ ‌Helicon‑wave‑excited‑plasma sputtering epitaxy of II‑oxide semiconductor（Mg,Zn)O and fabrication ofmultifunctional oxide thin films

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
nm 台の深紫外線から近赤外線まで広範囲をカバーし、環境にも人間生活にも優しいプラネットコンシャスな AlN，GaN，InN 等のⅢ族窒化物半導体や ZnO，MgO 等のⅡ族酸化物半導体、NiO
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
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
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・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・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）の形成を行います。

Design and creation of wide bandgap semiconductor quantum nanostructures and spatiotime-resolved spectroscopy
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 planetconscious wide bandgap semiconductors，namely (Al，In，Ga)N and (Mg，Zn)O systems． We are growing quantum
structures by metalorganic vapor phase epitaxy and uniquehelicon-wave-excited-plasma sputtering epitaxy methods．
Ultrafast recombination dynamics of excited particles innanostructures are studied by time-resolved spectroscopyusing a femtosecond laser，and very local carrier dynamics
are proved by focused pulsed electron beams using a homemade，spatio-time-resolved cathodoluminescence systemequipped with a photoelectron-gun．

61

東北大学 多元物質科学研究所

Synchrotron Radiation Microscopy and Informatics

TAKAHASHI YUKIO Lab（SRIS）
放射光可視化情報計測研究分野

髙橋幸生研究室（SRIS）
コヒーレント X 線光学／放射光／可視化計測／情報科学髙橋

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

Coherent X-ray Optics ／ Synchrotron Radiation ／ Visualization Measurement ／Informatics

Yukio TAKAHASHI, Professor▪ ‌Chemical state imaging of battery / catalyst materials by ptychographic-XAFS(X-ray Absorption Fine
Structure) method.
▪ ‌Development of tender X-ray ptychography and its application to chemical state imaging of sulfur
compounds▪ ‌Development of single-shot coherent diffraction imaging method and its application to dynamic imaging▪ ‌Three-dimensional nanostructure visualization of electric devices by multi-slice X-ray ptychography▪ ‌Multi-scale chemical state imaging of battery materials by operando full-field imaging-XAFS

教

授ytakahashi@tohoku.ac.jp

篠田

弘造

准教授

Kozo SHINODA, Associate Professor

石黒

志

助

教

Nozomu ISHIGURO, Assistant Professor

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

Most of the practical functional materials are heterogeneousand complex systems with spatial hierarchical structures
ranging from atoms to millimeters, and it is important toelucidate the correlation between microstructure andfunction at the mesoscale when designing and developing
new materials. By using imaging and spectroscopic
techniques using synchrotron radiation, one can analyze
the structure, elements, and electronic state of practical
functional materials from various perspectives. In particular,
coherent diffraction imaging using the coherent componentof synchrotron radiation is attracting attention as a nextgeneration visualization tool to realize structural visualization
at the nanoscale. In addition, with the recent developmentof informatics, it is becoming more feasible to extract
characteristic information on structure-function relationships

from the information of elements and electronic states thatare intricately distributed in three-dimensional space. In
our laboratory, we aim to establish a common platform forvisualizing the functions of practical materials by developing
next-generation synchrotron radiation imaging andspectroscopy methods and utilizing informatics.

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

Integration of synchrotron radiation measurement and informatics for visualization ofmaterial functions

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

実用機能性材料の多くは、原子 ( ミクロ ) からミリメートル ( マから構造－機能相関に関する特徴的な情報を抽出ことも可能にな
クロ ) までの空間階層構造を有する不均一・複雑系であり、新材
りつつあります。本研究室では、次世代の放射光イメージング・
料を設計・開発する際、ミクロとマクロを繋ぐメソスケールでの分光法の開拓を基軸とし、インフォマティクスを活用することで、微細構造と機能の相関を解明することが重要です。放射光を光源
実用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とするイメージング・分光技術を駆使することで実用機能性材料
す。
の構造・元素・電子状態を多角的に③酸化反応傾向(軌跡)の②教師なし学習による①タイコグラフィ-XAFS-CT計測
3次元空間可視化
解析することができます。特に、放酸化反応傾向グループの分離・抽出
射光のコヒーレント成分を利用した
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、近年のインフォマティ
クスの発展に伴い、３次元空間に複雑に分布する元素・電子状態の情報

金属資源プロセス研究センター

放射光計測とインフォマティクスの融合による材料機能可視化への展開

DIVISION OF MEASUREMENTS▪タイコグラフィ -XAFS 法による電池 / 触媒材料の化学状態分析▪テンダーＸ線タイコグラフィの基盤技術開発と硫黄化合物の化学状態分析への展開▪シングルショットコヒーレント回折イメージング法の開発と動画イメージングへの展開▪マルチスライス X 線タイコグラフィによる電子デバイスの三次元ナノ構造可視化▪オペランド結像 XAFS 法による電池材料系のマルチスケール化学状態分析

幸生

計測研究部門

専門分野･キーワード

Solid Surface Physics

ABUKAWA Lab（SRIS）
固体表面物性研究分野

虻川研究室（SRIS）
専門分野･キーワード

表面構造／表面ダイナミクス／電子回折／ナノ表面分析

虻川

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

surface structure ／ surface dynamics ／ electron diffraction ／ nano surface
analysis

Tadashi ABUKAWA, Professor▪新しい表面構造解析法の開発▪表面構造ダイナミクスの研究▪２次元原子層物質の成長と物性研究▪マイクロ / ナノ構造の表面

匡司

教

授

abukawa@tohoku.ac.jp

小川

修一

助

教

Shuichi OGAWA, Assistant Professor▪ Development of novel techniques for surface structure analysis▪ Study of surface structure dynamics▪ Growth and characterization of 2D atomic layer materials▪ Surface analysis of micro/nano-structures

原子レベルでの固体表面と界面の理解と機能の創成
本研究分野では、様々な機能を持った表面・界面の創成を目指して、表面・界面を原子レベルで理解する研究を行っています。
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折法を開発しました。独自開発のワイゼンベルグ反射高速電子回折法では、
3 次元的な表面構造解析に必要な大量のデータを、わずか数 10分で測定できる優れた手法です。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した。サブナノ秒から数ミリ秒という幅広い時間領域で、表面上の原子の動きを捉えることができます。
不均一な物質表面をナノレベルで計測するために光電子顕微
鏡 法 (PEEM) と 走 査 電 子 顕 微 鏡 法 (SEM) を 使 用 し て い ま す。
PEEM では、２次元原子層物質の成長プロセスや化学反応プロセスの観測を行なっています。

Atomic-level characterization of solid surfaces and interfaces for new surface functions.
We investigate solid surfaces and interfaces at atomic levelin order to create surfaces and interfaces with various
functions. We have developed several original techniques
for surface analysis, such as correlated thermal diffused
scattering (CTDS) and Weissenberg reflection high energy
electron diffraction (WRHEED). In order to study reaction
and phase transition dynamics, we have developed a
new method called streak camera reflection high energy
electron diffraction (SC-RHEED), which captures high-speed
movement of surface atoms. Photoelectron microscopy(PEEM) and scanning electron microscopy (SEM) are also
used to measure non-uniform material surfaces at the nanolevel.

63

東北大学 多元物質科学研究所

Electron Interference Measurement

SATO SHUNICHI Lab（C）
電子線干渉計測研究分野

佐藤俊一（兼）研究室

electron holography ／ electromagnetic field ／ conductivity ／ in situ observation

赤瀬善太郎▪電子線ホログラフィーによるナノスケール電磁場計測の高精度化▪電磁場制御と伝導性評価のための電顕内探針操作技術の開発▪電場解析による帯電現象と電子の集団運動の動的観察▪先端磁性材料のナノスケール磁区構造解析とその場観察▪高温超伝導体、強相関電子系新物質の磁束イメージング

俊一

教

授

Shunichi SATO（C）, Professor

講師

Zentaro AKASE, Senior Assistant Professor

zentaro.akase.a8@tohoku.ac.jp▪ ‌High precision measurement and visualization of electromagnetic field at nanometer scale by electron
holography▪ ‌Development of multifunctional specimen holders with piezodriving probes for control of electromagnetic
field and evaluation of local conductivity▪ ‌Control and visualization of collective motion of electrons▪ ‌In-situ observation of magnetic domain motion in advanced magnetic materials▪ ‌Imaging of magnetic flux in high Tc superconductors and strongly correlated materials

Electron holography, which is based on the interferenceof electron wave, is a powerful technique to visualizee l e c t r o m a g n e t i c f i e l d s. W e a r e d e v o t e d t o p r e c i s emeasurements of the electromagnetic fields in many
advanced materials, both in hard and soft matters. Special
efforts are made to develop unique tools that are combinedwith electron holography: e.g., a magnetic-shielded polepiece dedicated to magnetic domain observations, anda special equipment to move microprobes inside thetransmission electron microscope. These techniques enable
simultaneous measurements of the electromagnetic fields,
conductivity, structure, as well as composition at nanometerscale.

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

Multidisciplinary research for structure, conductivity and electromagnetic field at nanometerscale

In situ observations of the antiferromagnetic (AFM)
to ferromagnetic (FM) phase transformation in
La0.44Sr0.56MnO3. The FM phase nucleates near 202
K as shown by the arrowhead in (a) and its volume
increases with heating. The magnetic flux (whitelines) is closed inside the FM phase at any stages ofthe magnetic phase separation. Arrows indicate thedirection of magnetic flux.

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

Reconstructed amplitude images showing the change in the electric
circuits of secondary electrons resulting from insertion of anelectrode. The color bar indicates the visibility of fringe contrast in
the original hologram. (a) The electrode (tungsten) is outlined by awhite line. The bias voltage of the electrode is zero. (b) The bias
voltage of the electrode is +5 V.

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

電子の波動性に注目しその干渉効果を利用した電子線ホログラ
フィーは、ナノスケールで電磁場を可視化できる最先端の科学技術です。我々は電子線ホログラフィーを活用して先端材料内外の電磁場を高精度で計測する研究を行っています。対物レンズに磁気シールドを導入するなど電子顕微鏡本体の改造を行う一方、試料ホルダーにも複数の探針を導入し、ピエゾ駆動操作することにより電磁場制御を行うとともに、局所領域での伝導性評価も実施
しています。汎用の電子顕微鏡法による構造・組成情報に加え、電磁場・伝導性を評価する多元的解析を展開しています。
主な研究内容は以下のとおりです。（1）電子線ホログラフィー
によるナノスケール電磁場計測の高精度化。（2）電磁場制御と伝導性評価のための電顕内探針操作技術の開発。（3）電場解析
による帯電現象と電子の集団運動の動的観察。（4）先端磁性材
料のナノスケール磁区構造解析とその場観察。
（5）高温超電導体、
強相関電子系新物質の磁束イメージング。

金属資源プロセス研究センター

ナノ領域での構造・伝導性・電磁場の多元解析

DIVISION OF MEASUREMENTS

電子線ホログラフィー／電磁場／伝導性／その場観察

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

計測研究部門（兼）佐藤専門分野･キーワード

Electron -Crystallography and –Spectroscopy

TERAUCHI Lab
電子回折・分光計測研究分野

寺内研究室
専門分野･キーワード

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

寺内

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

electron microscopy ／ electron energy-loss spectroscopy ／ soft-X-ray emission
spectroscopy ／ convergent-beam electron diffraction

Masami TERAUCHI, Professor▪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▪ 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

電子線を用いた局所の構造・物性解析手法の開発と応用
持続可能な社会の実現には、省資源・省エネルギーでコンパク
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きました。図は、熱線遮蔽材料として用いられている Cs 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性を角度分解
EELS により測定した例です。近赤外光エネルギー領域で、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。

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.

65

東北大学 多元物質科学研究所

正己

教

授

masami.terauchi.c4@tohoku.ac.jp

佐藤

庸平

准教授

Yohei SATO, Associate Professor

森川

大輔

助

教

Daisuke MORIKAWA, Assistant Professor

奥村

知世

助

教

Tomoyo OKUMURA, Assistant Professor

Advanced Scanning Probe Microscopy

KOMEDA Lab
走査プローブ計測技術研究分野

米田研究室
米田

忠弘

scanning tunneling microscope ／ quantum computing ／ spintronics ／ ESRSTM

tadahiro.komeda.a1@tohoku.ac.jp

教授Tadahiro KOMEDA, 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高岡毅▪ Observation and chemical characterization of single molecule using scanning tunneling microscope (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 resear

シャヘド シエド モハマド
ファクルディン 助 教

講師

Tsuyoshi TAKAOKA, Senior Assistant Professor

道祖尾恭之

助

教

Yasuyuki SAINOO, Assistant Professor

Shahed Syed Mohammad Fakruddin, Assistant Professor

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

The detection of a single spin is demanded for variety of
applications, e.g., for reading and manipulation of isolated
spins for spintronics and quantum computation. We aredeveloping instrumentation of the detection of a single spinusing scanning tunneling microscope (STM).
Especially, a method that detects the Larmor precession bymonitoring 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 can detect the single
spin in SiO layers.
In addition, for the realization of the molecular-spintronics,
single molecule magnet (SMM) is one of the most promisingmaterial. We investigated the spin of SMM by detecting

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

Single spin detection and manipulation formolecule-spintronics

⾃⼰組織化された磁性分⼦薄膜
磁気特のナノレベル分析⼿法開発

Kondo states. We found that the Kondo peak intensity showsa clear variation with the conformational change of themolecule; namely the azimuthal rotational angle of the Pc
planes.

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

分⼦をビルディングブロックとして⽤いる量⼦情報処理に向けた原⼦レベルでのスピン操作

金属資源プロセス研究センター

スピントロニクスへ向けた単一スピンの検出と操作
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用い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もとめ、磁場によって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。

DIVISION OF MEASUREMENTS

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

走査プローブ顕微鏡／量子コンピュータ／スピンエレクトロニクス／ ESRSTM

計測研究部門

専門分野･キーワード

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

TAKATA Lab（SRIS）
放射光ナノ構造可視化研究分野

高田研究室（SRIS）
専門分野･キーワード

次世代放射光施設／ X 線光学／軟Ｘ線顕微鏡／オペランド計測

高田

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

Next-Generation Synchrotron Radiation Facility ／ X-ray Optics ／ Soft X-ray
Microscopy ／ Operando measurement

Masaki TAKATA, Professor▪‌次世代放射光施設の推進▪ ‌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線オペランド計測による表面界面化学反応の解明▪‌軟 X 線光源・光学素子・検出器など要素技術の開発▪ ‌Next generation synchrotron radiation facility project▪ ‌Innovation of structural science by development of X-ray visualization technology▪ ‌Development of soft X-ray microscope and application to biological samples▪ ‌Surface and interface chemical reactions revealed by soft X-ray operando measurements▪ ‌Development of soft X-ray light sources, optics, and detectors

昌樹

教

授

masaki.takata.a4@tohoku.ac.jp

江島

丈雄

准教授

Takeo EJIMA, Associate Professor

山本

達

准教授

Susumu YAMAMOTO, Associate Professor

羽多野

忠

助

教

Tadashi HATANO, Assistant Professor

放射光 X 線によるナノ可視化技術の開発と応用
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、私達は最先端の軟 X
線放射光光源である「次世代放射光施設」（Fig.1、2023 年度に青葉山新キャンパスに完成予定）を強力に推進しています。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構成の解析
手法を、次世代放射光施設が実現する未踏の光源に適用すること
で、X 線ナノ可視化技術の革新を目指します。また、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新しい産学連
携の形「コアリション（有志連合）
・コンセプト」（Fig. ２）を通じ、次世代放射光施設をオープン・イノベーションの揺籃とし、新産業創成に繋げることを目指しています。

Fig.1

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 using synchrotron
radiation (SR) X-rays, and establish the design guidelines
for developing new functional materials. Currently, we arestrongly promoting the “Next-Generation Synchrotron
Radiation Facility” (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 theunprecedented light properties of the next-generation SR
facility with our own measurement and analysis methods. In
addition, we aim to make the next-generation SR facility acradle of open innovation through a new type of industryacademia collaboration based on“Coalition Concept”(Fig.
2), in which academia and company form a strong one-onone team to solve social challenges.

67

東北大学 多元物質科学研究所

Fig.2

High-temperature Physical Chemistry of Materials

FUKUYAMA Lab
高温材料物理化学研究分野

福山研究室
エネルギー・環境材料／化学熱力学／融体物性／結晶成長

福山

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

energy & environmental materials ／ chemical thermodynamics ／ properties ofhigh-temperature melts ／ crystal growth

Hiroyuki FUKUYAMA, Professor

博之

教

授

大塚

誠

准教授

Makoto OHTSUKA, Associate Professor

安達▪ ‌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

正芳

助

教

Masayoshi ADACHI, Assistant Professor

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

Fukuyama laboratory studies novel processes for energy &environmental materials based on chemical thermodynamics
with high-temperature thermophysical property measurements.
Currently, we are developing new crystal growth processes tobring a breakthrough in nitride-semiconductor devices suchas ultraviolet optical devices utilized in environmental andmedical fields and power devices. Thermophysical propertiesof materials are needed for modeling heat & mass transfer inmaterial processes. A thermophysical property measurement
system at ultra-high temperature has been developed in ourlaboratory, which enables accurate measurements of heat
capacity, thermal conductivity, emissivity, density and surface
tension of high-temperature melts, utilizing electromagnetic
levitation in a dc magnetic field. This technique makes a great
contribution to various material industries.

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

High-temperature processes for energy & environmental materials

High-temperature thermophysical property measurement system (PROSPECT)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

窒化アルミニウム結晶成長その場観察

金属資源プロセス研究センター

エネルギー・環境材料の高温プロセス創製
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
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
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・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。

DIVISION OF MEASUREMENTS

hiroyuki.fukuyama.b6@tohoku.ac.jp▪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

計測研究部門

専門分野･キーワード

Base Materials Processing

UEDA Lab
基盤素材プロセッシング研究分野

植田研究室
専門分野･キーワード

素材プロセス／製鉄製鋼／高温物理化学／リサイクル

植田

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

Material processing ／ Iron and steelmaking ／ High temperature physicalchemistry ／ Material recycling

Shigeru UEDA, Professor

滋

教

授

tie@tohoku.ac.jp▪‌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▪ ‌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 processing69

高温プロセスにおける反応制御の最適化

Optimization of high temperature processing
for base metal

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、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 and resource
recycling. Based on high-temperature physical chemistry
and reaction engineering, our group aim to build the reaction
process necessary for sustainable resource supply, reduction
and use of by-products.

Control of chemical reactions by controlling interface
phenomena

Figure. Analysis of reaction mechanism and control of high temperature reaction

Controlofofchemicalchemical
reactionsControlreactions
by bycontrollinginterfacephenomena
phenomena
東 北 大controlling学
多 元 物 質 科 interface
学研究所

Figure.
Analysisof reaction
Figure.
Analysisof reaction
mechanismand control
mechanismand controlof highof hightemperature
reaction
temperature
reactionPowder Processing for Functional Materials

KANO Lab
機能性粉体プロセス研究分野

加納研究室

powder technology ／ simulation ／ grinding ／ hydrogen energy

純也

教

授

Junya KANO, Professor

kano@tohoku.ac.jp▪‌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

石原

真吾

助

教

Shingo ISHIHARA, Assistant Professor▪ ‌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

久志本

築

助

教

Kizuku KUSHIMOTO, Assistant Professor

Development and manufacture of high functional materials
have been actively made, and most of those raw materials,
intermediate products and final products are particulatematerials. The properties of the high functional materials
are greatly dependent on the particle packing structure in
the materials as well as those chemical compositions. The
particle packing structure is also highly dependent on theparticle properties and characteristics such as particle size
and its distribution of the particles, which depend on their
preparation processes. Therefore, in order to obtain thefunction desired, first of all, the preparation process of theparticles as a raw material should be elaborately controlled,
and then the powder processing such as mixing, filling,

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

Development of new functional powder processing and optimum design of powder
processing by numerical simulation
forming and composite 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 themechanochemical effects which are obtained in the grinding
process.

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!"#$%&'!"()*+,-./01-234&5678!"# 9:;<=,>?
粉体現象および粉体プロセスのシミュレーションによる解析：(a)圧縮成形時の粒,@<ABC!$#DEF1G.GH,>?,IBJKLABC!%# MNH,>?,OP⼦の変形挙動，(b)湿式ボールミル中の粒⼦の運動・破壊挙動，(c)鉱炉中の粒⼦のQRABC!&#'()S1TUVWX>?YZABC!*#[\=,>?]7AB
軟化溶融挙動，(d) CAD データを⽤いた粒⼦混合挙動，(e) 充填時の粒⼦偏析挙動

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

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ど物性・特性値に大きく左右される。したがって、原料となる粉体の生成などの粉体プロセスを精緻に制御し、所望する粒子を取得し、かつ所望する機能を発現させるために、混合や成形、充填、複合化などの粉体プロセスを自在に制御する必要がある。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する研究を展開している。

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

DIVISION OF MEASUREMENTS

粉体工学／シミュレーション／粉砕／水素エネルギー

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

計測研究部門加納

専門分野･キーワード

Energy Resources and Processing

KIRISHIMA Lab
エネルギー資源プロセス研究分野

桐島研究室
専門分野･キーワード

放射化学／原子力バックエンド／廃止措置／溶液化学

桐島

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

Radiochemistry ／ Nuclear waste management ／ Decommissioning ／ Solution
Chemistry

Akira KIRISHIMA, Professor

陽

教

授

kiri@tohoku.ac.jp▪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

秋山

大輔

助

教

Daisuke AKIYAMA, Assistant Professor▪ ‌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

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
2011 年の福島第一原発事故により、膨大な量の様々な放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 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、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ことを目指しています。

Research on Nuclear Waste Management and Nuclear Facility Decommissioning byRadiochemistry
Nuclear energy is one of the most important energy resources of our modern society, therefore, it is strongly demanded tomake nuclear fuel cycle more reliable. Also, decommissioning of the severely damaged reactors by Fukushima NPP accident
in 2011 and recovery of the contaminated environment, are urgent issues in Japan. To respond these demands, our group
investigates chemistry of nuclear fuel debris and leaching behavior of actinides in it by synthesizing simulated fuel debris withactinide tracers. Furthermore, we develop novel and unique nuclear waste solidification processes using functional aluminumsilicate 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（固体：溶融燃料, 機器設備,ががれき等

液 体 ： 冷 却 水, 廃 油 等 ）2011/10 福島第一発電所内

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

71

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

Chemistry of Energy Conversion Devices

HONMA Lab
エネルギーデバイス化学研究分野

本間研究室

Nanomaterials ／ Post lithium-ion battery ／ Rare-metal free secondary battery ／CO2 electrochemical reduction process

本間

格

教

授

Itaru HONMA, Professor

itaru.homma.e8@tohoku.ac.jp▪レアメタルフリー型リチウムイオン電池▪マグネシウムイオン電池▪二酸化炭素の有用化合物への電気化学的変換プロセス▪機能性ナノ材料のプロセス研究▪３次元プリンティング技術を用いた電池デバイスのオンデマンド作製

シュタウス スヴェン

▪ Rare-metal free lithium-ion batteries▪ Magnesium batteries▪ Electrochemical conversion process system of CO2 to useful chemical compounds▪ Processing of functional nanomaterials▪ On-demand fabrication of battery devices by 3D printing technologies

岩瀬

准教授

Sven STAUSS, Associate Professor

小林

弘明

助

教

Hiroaki KOBAYASHI, Assistant Professor

和至

助

教

Kazuyuki IWASE, Assistant Professor

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

such as monoatomic layered materials, nanoparticles,
nanoporous materials, multi-ternary compounds, metastablematerials, organic nanocrystalline electrodes, novel solidstate electrolytes for all solid-state batteries, supercriticalfluid & hydrothermal-electrochemical processing, and in-situ
spectroscopy analysis using synchrotron light sources．

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

Nanotechnology and nanoscience of advanced functional
nanomaterials for energy technology innovations
Our research goal is to realize renewable energy innovations
and to contribute to global environmental sustainability
through nanotechnology and nanoscience of advanced
functional materials researches．Using environmentallyfriendly materials processing and the exploration of advanced
functional nanomaterials, the Honma laboratory investigates
the frontiers of nanotechnology and nanomaterials for CO2
electrochemical conversion processes to useful compounds,
post lithium-ion batteries，Rare-metal free battery, Processingof functional nanomaterials and on-demand fabricationof battery devices by 3D printing technologies, thereby
contributing to innovative solutions for global sustainability,
renewable energy, and a low carbon emission industry.
Our studies focus on advanced functional nanomaterials

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGYするエネルギーデバイスの研究開発を行います。

金属資源プロセス研究センター

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、r 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。
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会構築と産業競争力強化に資DIVISION OF MEASUREMENTS

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

ナノマテリアル／ポストリチウムイオン電池／レアメタルフリー電池／
CO2 電解還元プロセス

計測研究部門

専門分野･キーワード

Metallurgy and Recycling System for Metal Resources Circulation

SHIBATA ETSURO Lab
金属資源循環システム研究分野

柴田悦郎研究室
専門分野･キーワード

非鉄金属製錬／金属資源循環／リサイクル／廃棄物処理柴田

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

Non-ferrous Metallurgy ／ Metal Resources Circulation ／ Recycling ／ Waste
Treatment

Etsuro SHIBATA, Professor

悦郎

教

授

etsuro.shibata.e3@tohoku.ac.jp▪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▪その他、金属資源循環における環境負荷元素の処理等の各種環境技術開発に関する基礎的研究

飯塚

淳

准教授

Atsushi IIZUKA, Associate Professor

安達

謙

助

教

Ken ADACHI, Assistant Professor▪ 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▪ ‌Development of environmental technologies such as treatments of environmental load elements in metal
resources circulation

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築
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、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。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、包括的に取り組んでいる。

Establishment of Metal Resources Circulation
System Based on Non-ferrous Smelting Industry
Non-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 is to establish the metal resources
circulation system based on the non-ferrous smelting
industry. Research activities including non-ferrous
metallurgy along with mineral processing beyond the
traditional framework are intended to achieve the highefficiency circulation of metal resources and environmental
conservation in the future. Researches for smelting
processes for primary and secondary resources, treatments

73

東北大学 多元物質科学研究所

⾮鉄製錬業を基盤とした⾦属資源循環システムの構築
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

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）

・静電/渦電流選別

・溶融塩電解・電解精製/採取

金属資源循環システムの構築に向けた研究アプローチ

of by-products and stabilization of environmental load
elements, etc. are conducted.
Cu concentrate
Cu scrap
ASR
Sludge etc.

Collecting systemof E-waste
Pre-treatments

Dismantling/
Physical separation

Nd magnet etc.

Cu smelter(Electrolytic Cu)

Dust(Cu, Pb, As)

Anode slime(Cu, Pb, Se, Te, Ag, Au, Pt, Pd)
Decopperized slime (Cu, As, Sb)
Residues (Cu)Electrolyte (Cu, Ni)

Recovery of active metals
Solvent extraction/
Electro-refining etc.

Purification (Cu)Cu dross (Cu)Residue(Zn)

Zn smelter

PCB etc.

By-products(Treatment and Refining)

Recovery andstabilization of
toxic elements(As, Hg, Cd)

Residues (As, Hg, Cd)

Cu dross(Cu, Pb)

Recovery of Se, Te, Ni, Co, Sn, Sb,
Bi, In, Ga, Ag, Au, Pt, Pd, Rh, Ru

ResidueHarris slag (Sn, In, Pb, As)(Pb)
Distillation (Cd)
Dust
Anode slime
Residue (In, Ga) Purification(Pb, In, Zn, As) (Pb, Sb, Bi, Ag, Au)(Cd, Sb, Ni, As)(Electrolytic Zn)(Distilled Zn)

Pb smelter

Pb-Ag residue (Pb, Ag)

ISP crude Pb (Pb, Sn, Sb, Bi, Ag, Au)

Zn concentrate
Crude ZnO (from EAF dust )(Electrolytic Pb)

Pb concentrate
Waste Pb battery
Sludge etc.

Linkage among copper, lead and zinc smelters torecover valuable metals from various type of resourcesAtomic Site Control in Inorganic Materials

OMATA Lab
原子空間制御プロセス研究分野

小俣研究室
機能性無機材料／自然エネルギー変換デバイス／原子空間制御

小俣

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

inorganic materials ／ energy-harvesting devices converting natural energy
into electrical energy ／ ion-exchange and intercalation

Takahisa OMATA, Professor

孝久

教

授
DIVISION OF MEASUREMENTS

takahisa.omata.c2@tohoku.ac.jp▪機能性無機材料の物質設計と合成プロセスの開発▪環境に適応した太陽電池材料の開発と素子への応用▪中温域で動作する燃料電池の要素材料の開発▪半導体量子ドットの溶液合成プロセスの開発

佃

諭志

講

師

Satoshi TSUKUDA, Senior Assistant Professor▪ Design of inorganic materials and development of their synthesis techniques▪ ‌Development of novel semiconductors for environmental-friendly solar cell and their application todevices▪ Development of elemental materials in intermediate temperature fuel cells▪ Syntheses of colloidal semiconductor quantum dots

鈴木

一誓

助

教

Issei SUZUKI, Assistant Professor

ドライ アルンクマール

助教

Arunkumar DORAI, Assistant Professor

原子空間制御イオン

Li+, Na+, K+, Cu+, Ag+, O2-, F-・・・
活性イオン空間

電気化学的置換
溶融塩・蒸気暴露など

イオン置換，挿入

H+, Cu+, Ag+, Li+, O2-, F-, Cl-・・・

Intermediate Temperature
Fuel Cell

Light-emitting Quantum Dots
Zn(Te, Se)

Quantum Dots

10
0
0.5

Cu2O

CdTe

`

β-CuGaO2

SnS

CuInSe2

20

Ge

30

Efficiency / %Fuel cell

Si

Electrochemical
H+-injection

a-Si

Thin-film Solar Cell

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

環境調和型薄膜太陽電池
環境調和型LED
中温作動型燃料電池など

Environmental-friendly
thin-film solar cells
11.5
2Energy band gap / eV

β-CuGaO2

2.5

SnS

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

機能創出イオン

革新的機能性準安定化合物

Creation of environmentally-conscious materials based on atomic site designing
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 and theirsynthesis routes using ion-exchange and ionic intercalation
techniques. Proton conducting phosphate glasses working
at intermediate temperatures and narrow gap oxide
semiconductors applicable in visible and NIR regions havebeen recently developed. Simple and safe synthesis routes
to cadmium-free quantum dot phosphors and colloidal
indium arsenide quantum dots for solar cells were also foundout. Thin-film solar cells, fuel cells and light-emitting devices
using those materials are now developing.

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

前駆原子空間制御化合物

金属資源プロセス研究センター

原子の占有空間をデザインし環境調和型材料・デバイスを生み出す
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、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、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究を進めています。現在は、次世代型の薄膜太陽電池、中温作動型燃料電池、
省エネ・広色域ディスプレイの中核をなす要素材料の開発とその素子化を研究しています。

計測研究部門

専門分野･キーワード

Quantum Electron Science

TAKAHASHI MASAHIKO Lab
量子電子科学研究分野

髙橋正彦研究室
専門分野･キーワード

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

高橋

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

molecular science ／ atomic collision physics ／ momentum space chemistry ／chemical reaction dynamics

Masahiko TAKAHASHI, Professor

正彦

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

渡邉

昇

准教授

Noboru WATANABE, Associate Professor

鬼塚▪ ‌Visualization of the driving principle behind chemical reaction by imaging of the motion of electron andnuclei in a transient, evolving system▪ ‌Studies on the origin of vibronic coupling or distortion of electron orbitals due to molecular vibration bylooking 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▪ Stereo-dynamics of electron-molecule collision by multi-parameter coincidence experiments

侑樹

助

教

Yuuki ONITSUKA, Assistant Professor

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

Visualization of static and dynamic nature ofmatter by means of electron Compton scattering
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,

75

東北大学 多元物質科学研究所

運動量空間化学の主たる成果§ 電子運動量分光（EMS; Electron Momentum Spectroscopy）－電子運動量分布（|Y(p)|2）を分子軌道毎に分けて観測
従前の5 × 1 0 ^ 5倍 の
信号強度

世界初の
d e ns i t yoscilla t ionの観 測

Rev. Sci. Instrum. 73, 2242 (2002)
Meas. Sci. Technol. 22, 075602 (2011)

世界初の運 動 量 空 間 MO
3D イ メ ー ジ ン グ

Phys. Rev. Lett. 94, 213202 (2005)

1
𝜑𝜑"# 𝒑𝒑
2 + 2𝑆𝑆× exp −𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑖 𝑖𝑖" + exp −𝑖𝑖𝑖𝑖 𝑖 𝑖𝑖$

𝜓𝜓! 𝒑𝒑 𝒑

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)

開発中の時間分解原子運動量分光8§ 反応過渡種内で原子核に働く力の実時間計測
ü過渡種内原子毎の運動量分布r 原子運動量分光𝑑𝑑ü 原子核による電子コンプトン散乱< 𝑭𝑭 𝒓𝒓 𝒓𝒓< 𝒑𝒑 𝒑𝑑𝑑𝑑𝑑
ü 元素分析＋運動量解析
1 p s幅 の過渡種内で各原子に働く力
パルス
電子線
Xe
CH4
r 期待される成果
C H

カウント数 [arb. units]

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て、以下の三つの課題を中心に研究を進めています。
（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
ミクス

化学反応の駆動原理の観察・解明

H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< 𝑭𝑭 𝒓𝒓 𝒓

時間分解
原子運動量分光(3) ‌ Stereo-dynamics of electron-molecule collision bymulti-parameter coincidence experiments.

Nano/Micro Chemical Measurements

HIBARA Lab
ナノ・マイクロ計測化学研究分野

火原研究室
火原

nano ／ micro analytical devices ／ imaging microscopy ／ optical detection
methods ／ interface chemistry

Akihide HIBARA, Professor▪微小界面を計測する顕微レーザー分光法▪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▪ナノ粒子を集積したペーパーマイクロ分析デバイス▪ Laser microscopy for spatially restricted liquid interface measurement▪ Development of fluorescent polarization apparatus and one-step immunoassay▪ Bioassay utilizing aqueous microdroplet▪ Nanoparticle-integrated paper microfluidic device

彰秀

教

授

akihide.hibara.e7@tohoku.ac.jp

福山

真央

助

教

Mao FUKUYAMA, Assistant Professor

Mott Derrick Michael

助

教

Mott Derrick MICHAEL, Assistant Professor

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYCENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

We study advanced nano-micro technologies in chemistry
and biochemistry and their applications to integrated
analytical devices. We investigate easy and automatedanalytical technologies for life science, environmental
science, food safety, and industrial process. We also
investigate novel analytical technologies such as single cell
analysis, and single molecule analysis. For the advanced
technologies, fundamental chemistry such as chemical
reaction and interfacial phenomena in a confined spaceshould be revealed in detail. We study unique advanced
measurement tools such as microscopic imaging, and laser
microscopy.

76

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Chemistry in nano/micro space: measurements & applications

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

ナノ・マイクロ空間を利用した化学・生化学の集積化と高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・環境・食品・工業プロセスなどを対象とした簡便分析・自動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。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・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ります。そのためのツールとして、顕微イメージング法、顕微レーザー分光法などで、他に例のない高度計測手法の開発を進めます。

金属資源プロセス研究センター

ナノ・マイクロ空間の化学と分析デバイス

DIVISION OF MEASUREMENTS

ナノ・マイクロ分析素子／顕微イメージング法／光学検出法／界面化学

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

計測研究部門

専門分野･キーワード

Hybrid Carbon Nanomaterials

NISHIHARA Lab（AIMR）
ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野

西原研究室（AIMR）
西原

専門分野･キーワード

ナノカーボン／吸着／エネルギー貯蔵／固体反応

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

nanocarbons ／ adsorption ／ energy storage ／ solid reactions

洋知

教

授

Hirotomo NISHIHARA, Professor

hirotomo.nishihara.b1@tohoku.ac.jp▪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

吉井

丈晴

助

教

Takeharu YOSHII, Assistant Professor▪ 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▪ Synthesis 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

カーボン系材料を中心とした非晶質材料の新展開
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、触媒、ヘルスケアなど幅広い分野へ応用する検討を、国内外の多数の研究機関および企業と連携しつつ進めている。

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,

77

東北大学 多元物質科学研究所

heat pump, new energy devices, functional adsorbents,
catalysis, and healthcare, with many collaborators including
research organizations and companies.

Hybrid Material Fabrication

AKUTAGAWA Lab
ハイブリッド材料創製研究分野

芥川研究室
有機電子材料／分子性導体／分子強誘電体／分子エレクトロニクス

芥川

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

organic electronic materials ／ molecular conductors ／ molecular ferroelectrics ／molecular electronics

Tomoyuki AKUTAGAWA, Professor▪ Ferroelectric, pyroelectric, and thermal conducting materials from supramolecular rotators▪ Molecular‑assembly devices based on charge‑transfer interactions▪ Novel molecular conductors, magnets, and ferroelectrics▪ Molecular devices based on organic‑inorganic hybrid nanostructures▪ Redox active organic π -electron and/or metal-coordination compounds

教授

akutagawa@tohoku.ac.jp

藪

浩

准教授

Hiroshi YABU, Associate Professor

星野

哲久

助

教

Norihisa HOSHINO, Assistant Professor

武田

貴志

助

DIVISION OF MEASUREMENTS▪超分子ローター構造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▪有機−無機ハイブリッド型ナノ構造を用いた分子デバイスの開発▪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

智行

計測研究部門

専門分野･キーワード

教

Takashi TAKEDA, Assistant Professor

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYCENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

Multifunctional molecular-assemblies and hybrid organicinorganic materials are examined from the viewpoint ofstructural freedom of organic molecules. The spin andelectronic states of molecular-assemblies are designed
in terms of electrical conductivity, magnetism, andferroelectricity. For example, the designs of flip-flop motions
and dipole inversions in the crystals realized the ferroelectric
properties. The hybrid assemblies with the supramolecularrotators and magnetic anions formed the multifunctional
ferroelectric - ferromagnetic materials. Diverse molecularassemblies from single crystal, plastic crystal, liquid crystal,gel, to Langmuir-Blodgett film are our research targets. The
researches will be essential for future molecular electronics.

78

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Fabrications of multifunctional molecularmaterials

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

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、分子性材料の電子－スピン構造を設計し、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、分子性結晶内の分子回転に関する自由度を設計し、分子の flip-flop 運動を利用した双極子モーメントの反転が実現できます。カチオン性の超分子ローター構造の回転周波数・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。また、磁性機能を有するアニオン性ユニットとの複合化により、強磁性－強誘電性などのマルチファンクショナルな分子性材料の開拓を目指した研究を展開しています。単結晶・柔粘性結晶・液晶・ゲル・LB 膜など多様な分子集合体を研究対象とし、将来の分子エレクトロニクスの実現に必要な基礎的な研究を試みています。

金属資源プロセス研究センター

多重機能を有する分子性材料の創製

Photo-Functional Material Chemistry

NAKAGAWA Lab
光機能材料化学研究分野

中川研究室
専門分野･キーワード

材料科学／高分子化学／単分子膜工学／ナノインプリント

中川

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

material chemistry ／ macromolecular science ／ monolayer engineering ／nanoimprinting

Masaru NAKAGAWA, Professor▪光ナノインプリント技術のレジスト材料の開発と一桁ナノ造形▪レーザー加工孔版印刷法の開発と光硬化性液体の位置選択的塗布▪蛍光干渉縞による精密位置合わせと積層化▪金属ナノ構造体の光学・電子デバイス応用▪ Single-digit-nanometer figuration by development of resist materials in UV nanoimprint technology▪ Laser-drilled screen printing for location-selective placement of photo-curable resin liquids▪ Alignment and building by fluorescence interference fringes▪ Application of metal nano-structures to optical and electronic devices

界面機能分子制御に基づく光機能材料の創製
微細加工技術において次世代のものづくり基盤技術として期待されているナノインプリント技術に着目している。分子レベルで考える化学的な視点から、界面機能分子制御の学理を目指し、ナ
ノインプリント技術で展開できる先進的な光機能材料の創製を行っている。金属微細構造形成・応用展開を目指した可視光応答
メタマテリアルの作製、微細形状観察に適した光機能材料作製を目指したナノインプリント用蛍光性光硬化性樹脂の開発、サブ15nm 構造造形を目指したスクリーン印刷法と光ナノインプリ
ント法の融合による高粘度光硬化性組成物の位置選択的塗布、ブロック共重合体の微細加工への展開を目指した極限ナノ光造形に関する研究を行っている。これらの研究を通じて再生環境エネル
ギー材料や極限ナノ構造デバイスへの展開も進めている。

Advanced photo-functional materials fornanoimprint
Nakagawa group has dedicated to pursue scientificprinciples for molecular control of interface function
occurring at polymer/other material interfaces and to put
them into practice in nanoimprint lithography promising asa next generation nanofabrication tool. We are developing
advanced photo-functional materials such as sticking
molecular layers for“fix by light”, UV-curable resins andantisticking molecular layers for “preparation by light”,
fluorescent resist materials for“inspection by light”, andhybrid optical materials“available to light”and new researchtools such as mechanical measurement systems to evaluate
release property of UV-curable resins. Our research aims
at creating new devices to control photon, electron, andmagnetism.

79

東北大学 多元物質科学研究所

勝

教

授

masaru.nakagawa.c5@tohoku.ac.jp

Organic- and Bio- Nanomaterials

KASAI Lab
有機・バイオナノ材料研究分野

笠井研究室

Nano Drugs ／ Organic Nanoparticles ／ Anti-cancer Drugs

均

教

授

Hitoshi KASAI, Professor

hitoshi.kasai.a6@tohoku.ac.jp▪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▪バイオプロセスを巧みに活かした薬効化合物の合成▪ナノ粒子化による生物由来色素の高機能化

小関

良卓

助

教

Yoshitaka KOSEKI, Assistant Professor

ダオティ ゴックアン

助教

Anh Thi Ngoc DAO, Assistant Professor▪ 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▪ Synthesis of drug compounds by using bio-process▪ Functionalization of pigments derived from organism by forming nanoparticles

有田

稔彦

助

DIVISION OF MEASUREMENTS

ナノ薬剤／有機ナノ粒子／抗癌薬

SPECIALIZEDFIELD･KEY WORD

計測研究部門笠井

専門分野･キーワード

教

Toshihiko ARITA, Assistant Professor

鈴木

龍樹

助

教

Ryuju SUZUKI, Assistant Professor

全⾝へ拡散(size : < 数nm)

肝臓による解毒
マクロファージ (size : > 100 nm)

腎臓による排泄(size : < 数nm)

：ナノ薬剤
Size：10 nm 〜 100 nm：薬分⼦（< 数nm）

がん細胞への到達

腫瘍組織への集積(size : 10 nm 〜 100 nm)

Fig.1

Fabrication of The Novel Designed Nanodrugs Composed of Poorly Water-Soluble
Compounds
For the design of the conventional drug compound, it wascommon to add a water-soluble substituent to a compound
having a pharmacological effect. However, in the case ofanti-cancer drugs, it was reported that the water-solublecompounds given by using intravenous administration were
easily filtered from kidney or diffused even in normal tissue.
On the other hand, it is known that, when μ m-sized drugs
with more than 100nm were administrated in the blood, theytended to be transported to the liver after macrophages were
phagocytosed(Fig.1).
In our group, in order to overcome the above problems,
we are designing the novel anti-cancer drugs composedin the dimer or the compounds to which the poorly watersoluble substituent such as a cholesterol derivative arechemically linked. In addition, by utilizing our technique ofreprecipitation for fabrication of organic nanoparticles, we
could establish the method to obtain 100 nm or less of thenano-prodrugs (Fig. 2). As a result, we have found that ouranti-cancer nano-prodrugs themselves could be delivered
even within the cells of the tumor tissue, and this strategy
was applicable for the otherdrugs such as eye drops
and so on. We are aiming atpractical application of thisnano-prodrugs in the near
future.

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

ナノ粒⼦のまま細胞内に到達！！

Fig. 2

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：マイクロ薬剤
Size： > 100 nm

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

従来の薬化合物の設計としては、薬理効果を有する化合物に水溶性の置換基を付けることが一般的でした。ところが、抗がん治療に用いる薬剤の場合、水溶性化合物を静脈注射投与すると、血中に移行後、腎臓から濾過されやすい上、正常組織にも拡散しや
すいこと、また、100nm 以上のマイクロ薬剤の場合は、マクロファージに貪食された後、肝臓に運ばれることが知られています（Fig.1）。
当該研究分野では、上記の課題を克服するため、抗がん活性薬
化合物にコレステロール誘導体などの難水溶性置換基を化学的に連結することや 2 量体化などを施すという従来とは真逆の薬剤設計を遂行することに加えて、有機ナノ粒子の作製法である
再沈法を駆使することにより、100nm 以下のナノプロドラッグ（Fig.2）を作製する技術を確立しました。その結果、腫瘍組織の細胞内にまで効率的なドラッグデリバリーが可能な抗癌性ナノプ
ロドラッグを創出できることや、本技術が点眼薬などにも幅広く応用展開できることが分かってきました。近い将来での実用化に向けて邁進中です。

金属資源プロセス研究センター

難水溶化という従来の逆の分子設計に基づく新規ナノ薬剤の創出

TECHNICAL SERVICE SECTION

研究支援組織研究支援部門Research Support Section･ 事務部
多元研事務部では、44 名のスタッフが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 多元研図書室は、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用を持って、研究活動を支援しています。片平キャンパスの AIMR 本館に位置し、東北大学に所属する教職員や学生が使用できる閲覧室と学習スペースにも備えています。
･ 安全管理室 研究所内の環境・安全・防災に関する講習会や訓練などの企画・実施、「安全マニュアル」の制作の他、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「多元物質科学研究所 研究業績・活動報告」など、研究所の公式な刊行物の編集発行や、ウェブサイト管理、
プレスリリース、イベント支援などの業務も行っています。
･ 技術室
技術室では、49 名の技術職員 ( 再雇用職員 4 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技術力向上に努めています。

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 工作機械を順次導入して設備の高機能化を図ると共に、熟練技術者の豊富な経験を若い技術者に伝承することで様々な要求に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」を毎年開催して技術の普及に努めています。また、
社会貢献活動として見学や中学生職場体験活動の受け入れも行っています。
現在 12 名程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類が無く、当研究所の特色のひとつになっています。

光器械加工部門では、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、面精度λ／ 50・面粗さ（WYKO 社
非接触表面形状測定装置 TOPO2D 使用）rms0.1nm を得ています。凹・凸面鏡の製作では、
面粗さ rms0.1 ～ 0.3nm の非常に滑らかで、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。
今まで培ってきた技術を最大限に駆使して研究者の期待に応え、さらに新しい技術を獲得できるように日々努めています。

81

東北大学 多元物質科学研究所

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。

プロジェクト支援
再雇用 3 名を含む 25 名が、共通機器 ( 多元 CAF) の管理・運営と兼務する形で、研究プロジェクトの支援に携わり、多様な技術を発揮し、研究者の構想を迅速に具体化するとともに技術の向上に努めています。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

定電流充放電装置

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■ 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

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 designedby researchers. Staff introduce advanced facilities and also make effort to handdown the highly skills to next generation. Additionally, our staff hold training
courses of mechanical drawing and machine tools operation for students. The
Machine shop is one of the unique characteristics of our institute.

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.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

82

TAGEN CAF（TAGEN CENTRAL ANALYTICAL FACILITY）

Project Support
Central analytical and technical supporting group assists research with various
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.

多元 CAF
多元物質科学研究所 Central Analytical Facility（略称：多元 CAF）は、電子顕微鏡や、X 線分析装置、核磁気共鳴分析装置（NMR）、レーザー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。
Central Analytical Facility in Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (Designated as Tagen CAF) wasestablished in 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 resonanceanalyzer, laser spectroscopy devices, etc., and Nanotechnical Laboratory, which supported the researches in Hybrid NanoMaterials Research Center on nanotechnology using the latest special devices. Tagen CAF is supporting the researches on
the development of various materials using advanced analytical apparatuses.

機器一覧
A. 組成分析装置
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)■ 微小部走査 X 線分析装置
Electron probe micro analyzer (EPMA)■ 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 spec-trometer: XPS)

■ X 線光電子分光装置
X-ray photoelectron spec-trometer (XPS)■ 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)■ グロー放電質量分析装置
Glow discharge mass spectrometer (GDMS)

B. 分子構造解析装置
Apparatuses for molecular structure analyses■ 核磁気共鳴装置(溶液用NMR400/600MHz）
NMR 400/600 MHz■ デジタル NMR 装置(溶液用多核NMR)
NMR 500 MHz■ 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)■ 時間・空間分解精密状態解析システム
The time and space resolution precision state analysis system(Laser Raman)■ 超高速反応解析システム
 Super-high-speed reaction analysis system(Laser flash spec-trometer)■ パルス EPR
Electron paramagnetic resonance spectrometer (EPR)

83

東北大学 多元物質科学研究所

D. 基盤設備

C. 構造組織解析装置
Apparatuses for crystal structure and microstructure analyses■ 電界放射型走査電子顕微鏡

Base facilities■ 液体窒素供給システム

Field emission type electron microscope (SEM,EDX,EBSP)■ ナノエリア解析システム

Liquid nitrogen supply system■ ヘリウムガス回収装置
 Helium gas recovery device

Nano area analysis device■ 走査型プローブ顕微鏡■ ゾーン融解型単結晶育成装置

Atomic force microscope (AFM,SNOM)

Zone melting type single crystal growth device■ 高分解能電解放出形走査電子顕微鏡■ アーク溶解炉

 High resolution field emission type electron microscope

 Arc melting furnace(High resolution FE-SEM)■ 全自動粉末 X 線回折装置
Automatic powder X-ray diffraction devices (XRD)■ 蛍光 X 線分析装置
X-ray Fluorescence(XRF)■ 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 scattering device
4. X'Per■ 単結晶自動 X 線構造解析装置■ 三次元マイクロストレス X 線実測システム
 X-ray microarea three-dimensional stress measuring system■ レーザーイオン化質量分析装置 (MALDI-TOF/MS)
 Laser desorption ionization mass spectrometer■ イオントラップ型質量分析装置 (ESI-TOF/MS) Ion trap mass spectrometer■ 高分解能フーリエ変換赤外分光光度計 (FT-IR)
 High-resolution Fourier transform infrared spectrophotometer(FT-IR)■ 示差熱天秤 - 質量分析同時測定装置 (TG-DTA/GC-MS)
 Thermogravimetry-differential thermoanalysis/mass spectrometry
simulataneous measurement device (TG-DTA/MASS)■ 熱分析装置
 Thermal analysis devices
1. 超高温示差走査熱量計
Super high temperature differential scanning calorimeter (DSC)
2. 熱膨張計Thermomechanical analyzer (TMA)■ 精密万能試験機
 Autograph■ 紫外可視分光光度計
UV-Vis spectrophotometer■ レーザー回折式粒度分布測定装置
 Laser diffraction particle size analyzer■ 表面粗さ測定装置
 Surface roughness measuring instrument

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

84

IMRAM BUILDING MAP

建物案内図
北門
North Gate

Ｂ08

Ｂ01
Ｃ04

Ｃ02

Ｃ03
Ｂ07
東北大学本部

Ｂ06

Tohoku University
Administration

正門
Main Gate

東北大学
資料館

Tohoku University
Archives

Ｅ02

東門

Ｆ01

Ｅ03

East Gate

Ｆ03

Ｆ02
片平さくらホール
Katahira Sakura Hall

Ｆ04

Ｆ05

南門
South Gate

Ｂ06

多元研 西 1 号館

（科学計測研究棟 S 棟）

IMRAM West Building 1

Ｂ07

多元研 西工場

多元研 西 2 号館

（科学計測研究棟 N 棟）

IMRAM West Building 2

Ｂ01

図書室

Library (AIMR Main Building 2F)

多元研 東 1 号館

（反応化学研究棟 1 号館）

IMRAM East Building 1

Ｃ03

（工場棟）

IMRAM West Technical Plant

Ｂ08

Ｃ02

多元研 東 2 号館

（反応化学研究棟 2 号館）

IMRAM East Building 2

Ｃ04

多元研 東 3 号館

（反応化学研究棟旧館）

IMRAM East Building 3

Ｅ02

南総合研究棟 1（材料・物性総合研究棟Ⅱ）South Multidisciplinary Research Laboratory 1

Ｅ03

南総合研究棟 2（材料・物性総合研究棟Ⅰ）South Multidisciplinary Research Laboratory 285

東北大学 多元物質科学研究所

Ｆ01

多元研 南 1 号館

（素材工学研究棟 1 号館）

IMRAM South Building 1

Ｆ02

多元研 事務部棟

IMRAM Administration Building

Ｆ03

多元研 共同研究棟

IMRAM Cooperative Research Building

Ｆ04

多元研 南 2 号館

（素材工学研究棟 2 号館）

IMRAM South Building 2

Ｆ05

多元研 南 3 号館
（素材工学研究棟 3 号館）

IMRAM South Building 3

ACCESSアクセス
仙台市内マップ SENDAI CITY MAP
青葉区役所

Aoba Ward Oﬃce

宮城県庁

Miyagi Prefectural Oﬃce

仙台合同庁舎仙台法務局

Sendai Combination Government Building

Sendai Legal Aﬀairs Bureau

広瀬Hirose River

3km

川

勾当台公園

東京エレクトロン
ホール宮城

Kotoudai-koen

せんだいTokyo Electron Hall Miyagi
メディアテーク
Sendai Medhiatheque
三越
寺 通
eet
定 禅
nji Str

地下鉄勾当台公園駅

Subway Kotodai-koen Station

Mitsukoshi

Jyoze

2km

1km

宮城県美術館

Miyagi Museum of Art

地下鉄広瀬通駅

Subway Hirosedori Station

SendaiWe

Subway 国際センター駅
Station International Center

Ka
地下 ay
bw

Su

東北大学
川内キャンパス
Tohoku University
Kawauchi Campus

Hiro

イオン

藤崎

地下鉄大

町

番町駅

仙台法務総合庁舎

77BankHead Oﬃce

BiVi
Bivi

エスパル
S-PAL

E Beans

Sendai Legal Aﬀairs Synthesis 仙台弁護士会館
Public Oﬃce Building
Sendai Bar Association

sendai international center

Loft

E BeanS

Sub ancho S
Ichib

仙
台
駅

Loft

地下鉄仙台駅
七十七 Subway Sendai
Station銀行本店

通葉通一
下鉄青 ba-dorit
青 a葉Stree 地 way Ao tation
Aob

J
R

あおば通り駅

Aobadori Station

Aeon

Fujisaki

西公園駅
SubwayStation Omachi Nishi-koen

仙台国際センター

AER

Forus

t

地下鉄

n

AER

フォーラス

通
広 se瀬Street

n StreeNishikoueniotat
内駅chi S
鉄川 wau西公園通JR Sendai Station

西公園

koue
Nishi

路
仙台西道st Road

仙台高等検察庁
Sendai High Public
Prosecutors Oﬃce

SS30

評定河原球場

SS30

Hyoujyougawara Stadium

仙台市博物館

Sendai City Museum

東北大学
片平キャンパス
Tohoku University
Katahira Campus

Botanical Gardens,
Tohoku University

地
下
鉄
五
橋
駅

Subway東北大学
附属植物園

Itsutsu

仙台城址

Sendai Site of a Castle

bashi
Station日本と仙台の位置 POSITION of JAPAN and SENDAI

Shin-Chitose Airport

SapporoShinhakodatehokuto
Shinaomori

LisbonAthens

Seoul

Japan

San Francisco

Sendai

Washington D.C

Akita

Tohoku Region

ShinjoSendai Airport

Niigata

Sendai

38°
N

Fukushima
Kanazawa

NaganoTakasaki
Omiya

Kyoto
Hiroshima
Melbourne

HakataFukuoka Airport

Nagoya

Osaka

Tokyo
Narita International Airport

Shinyokohama

Kansai International Airport

Shintosu

Kagoshimachuo

140°
E
Access to Sendai Station- From Sendai Airport to Sendai Station by railway: 30m- From Tokyo Station to Sendai Station by Tohoku Shinkansen (Bullet train): 1h40m

From Sendai Station- On foot: About 20 minutes- By taxi: About 5 minutes

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

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2021
ZnDA-1H の細胞小器官局在化の概念図

研究所長

寺内 正己

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2 0 2 1「細胞小器官内の遊離亜鉛イオンの定量技術を開発〜亜鉛の生理機能と関連疾患メカニズムの解明に期待〜」より