2022

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 2The crystal structure of ilmenite-type magnesium vanadate (MgVO 3 ).
The yellow line shows the honeycomb lattice. The thick lines indicate the location of V-V dimers.
The crystal structure was drawn using VESTA-3 software. ©Hajime Yamamoto

沿革

もくじ

1941 年 3 月

勅令第 268 号（官制）により選鉱製錬研究所 設置

1943 年 1 月

勅令第 54 号（官制）により科学計測研究所 設置

1944 年 1 月
1949 年 5 月

March 1941

Research 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

January 1943

国立学校設置法により、選鉱製錬研究所、科学計測研究所、
非水溶液化学研究所は、それぞれ東北大学附置研究所となる

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

January 1944

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

1990 年 6 月

文部省令により科学計測研究所が大部門制の組織に改組

1991 年 4 月

国立学校設置法の改正により非水溶液化学研究所を反応化学研究所に改組May 1949

1992 年 4 月

国立学校設置法の改正により選鉱製錬研究所を素材工学研究所に改組

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

April 1991

2001 年 4 月

素材工学研究所と科学計測研究所と反応化学研
究 所 を 再 編 統 合 し、 多 元 物 質 科 学 研 究 所 設 置（研究部・附属研究組織）、多元設計研究部門、多元制御研究部門、多元解析研究部門、融合システム研究部門、資源変換・再生研究センター、
超顕微計測光学研究センター

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

2002 年 4 月

先導結晶化学技術寄附研究部門 設置（～ 2005 年 3 月）

2004 年 4 月

多元ナノ材料研究センター 設置（～ 2010 年 3 月）

2005 年 4 月

新産業創造物質基盤技術研究センター（阪大産研との連携事業）設置
先導結晶化学技術寄附研究部門 設置（～ 2007 年 3 月）

2006 年 4 月

有機ナノ結晶科学技術寄附研究部門 設置（～ 2009 年 3 月）

2007 年 1 月

先端圧電セラミックス寄附研究部門 設置（～ 2009 年 12 月）

2007 年 4 月

超顕微計測光学研究センターを廃止し、先端計測開発センターを設置
窒化物結晶寄附研究部門 設置（～ 2010 年 3 月）
ポストシリコン物質・デバイス創製基盤技術アライアンスの発足（～ 2010 年 3 月）

2008 年 4 月

窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センター 設置

2010 年 4 月

多元設計研究部門、多元制御研究部門、多元解析研究部門、融合システム研究部門を廃止し、有機・生命科学研究部門、無機材料研究部門、プロセスシステム工学研究部門、計測研
究部門を設置資源変換・再生研究センター、多元ナノ材料研究センター、
新産業創造物質基盤技術研究センターを廃止し、サステナブ
ル理工学研究センター、高分子・ハイブリット材料研究セン
ターを設置
物質・デバイス領域の共同利用・共同研究拠点（ネットワー
ク型）の構成機関となる

2012 年 4 月

窒 化 物 ナ ノ・ エ レ ク ト ロ ニ ク ス 材 料 研 究 セ ン タ ー を
廃 止 し、 新 機 能 無 機 物 質 探 索 研 究 セ ン タ ー を 設 置
希少元素高効率抽出技術拠点 発足（～ 2017 年 3 月）

2013 年 4 月

ナノ流体エンジニアリング共同研究部門 設置（～ 2016 年 3月）2016 年 4 月

物質・デバイス領域共同研究拠点（ネットワーク型共同利用・共同研究拠点）の発足、拠点本部となる

2018 年 4 月

サステナブル理工学研究センターを廃止し、金属資源プロセス研究センターを設置
非鉄金属製錬環境科学研究部門 設置（～ 2023 年 3 月）

April 1992

April 2001

April 2010

Research Institute of Mineral Dressing andMetallurgy was reorganized as Institute forAdvanced Materials Processing.
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).
IMRAM started the activity as a member of the
Network Joint Research Center for Materials
and Devices.

March 2018

Research Center for Sustainable Science andEngineering was closed.

April 2018

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

所長あいさつ
概要 //OutlineDirectorʼs Message

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

3

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

5

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

・・・・・・・・・・・

7

・・・・・・・・・・・・

9

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

11

Promotion of network-type cooperative research among 5 research institutes based upon the Joint Research Center of Materials and Devices

ソフトマテリアル研究拠点 /次世代放射光施設

Advanced Imaging and Modeling Center for Soft-materials (Tohoku AIMcS)

多元研グリーン戦略 ー物質、プロセス、計測の融合で加速するグリーンな社会の形成ー・・・・・・・・・・・

13

・・・・・・

15

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

19

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

26

主な研究成果（若手研究者の受賞、主な受賞、表彰、プレスリリースより） /プロジェクト研究紹介
学生・研究支援 //Research Projects

Supports, Industry-Academia Collaboration

Research Results (Awards, Press Release)

国際共同研究・教育活動 /International Exchange Activities

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

27

組織図

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

29

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

31

・・・・・・

37

・・

38

・・・・・・・・・・・

39

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

40

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

48

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

57

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

63

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

74

・・・・・・・・・・・・

81

・・・・・・・

87

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

91/

Organization Chart

研究部門・研究センター/

Research Divisions and Centers

非鉄金属製錬環境科学研究部門/

Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy and Environmental Science

製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門 /次世代電子顕微鏡技術共同研究部門
有機・生命科学研究部門 /無機材料研究部門//

Collaborative Research Division of Advanced Analysis of Iron and Steelmaking Processes

Collaborative Research Division of Advanced Electron Microscopy

Division of Organic- and Bio-materials Research

Division of Inorganic Material Research

プロセスシステム工学研究部門/

Division of Process and System Engineering

November 2019 Collaborative Research Division of Advanced
Synchrotron Radiation Metrogy started.(-June
2020)

計測研究部門May 2020

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

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

August 2020

Collaborative Research Division of Advanced
Electron Microscopy was started.

April 2021

Center for Advanced Microscopy andSpectroscopy and Phlymer-Hybrid Materials
Research Center and Center for Exploration of
New Inorganic Materials were closed. MaterialsMeasurement Hybrid Research Center wasstarted.

/Division of Measurements

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

研究支援組織、技術室、多元ＣＡＦ /建物案内図・アクセス //Materials-Measurement Hybrid Research Center

Support Section, Technical Service Section, TAGEN Central Analytical Facility

Maps and Directions

2019 年 11 月 放射光次世代計測科学連携研究部門 設置（2020 年 7 月、国際放射光イノベーション・スマート研究センターへ移管）

1

2020 年 5 月

製鉄プロセス高度解析技術（ＪＦＥスチール）共同研究部門設置（～ 2023 年 4 月）

2020 年 8 月

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門 設置（～ 2024 年 3 月）

2021 年 4 月

先端計測開発センター、高分子・ハイブリッド材料研究セン
ター、新機能無機物質探索研究センターを廃止し、マテリア
ル・計測ハイブリッド研究センターを設置

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

2

あいさつ

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 21 年が過化学研究所との連携事業）では、拠点利用者と共にたくさんぎました。従来の区別や枠にとらわれない、物質、材料だけの研究成果が出されております。2022 年度からはネットワ

でなく、それを生み出すプロセスや評価技術までをも含む、ーク活動も第 3 期に入り、多元研は『人と知と物質で未来

あらゆる “ もの ” を多元的に研究する、特徴ある研究所としを創るクロスオーバーアライアンス』事業の本部として、効て 2001 年 4 月に発足しました。そして「多元物質科学」は率的かつ先進的に連携活動を行ってまいります。

一般社会にも浸透しつつあります。その礎は、創立 1941 年

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以来受け継がれてきた多元研の前身である、選鉱製錬研究所

輝度軟 X 線光源である次世代放射光施設計画推進の基幹部（素材工学研究所）、科学計測研究所、非水溶液化学研究所（反局として、2016 年度から積極的に内外にその重要性を周知

応化学研究所）のスピリットであります。もうすぐ 80 年をし、大学・宮城県そして東北経済団体連合会とともに、活動

迎えようとする伝統の力を、ひしひしと感じます。先人たちしてきました。2019 年 3 月末には、東北大学青葉山新キャが切り拓いてきた多くの研究分野と輝かしい研究成果が、漏ンパスで建設工事がスタートしました。同年 10 月には放射れることなく多元研に引き継がれております。2018 年 4 月

光利活用のための学内組織「国際放射光イノベーション・ス

1 日には、新たに「金属資源プロセス研究センター」設置とマート研究センター」が発足し、多元研から複数の研究グルなって表れ、2021 年 4 月 1 日には「マテリアル・計測ハイープが移動してその活動を支えております。

ブリッド研究センター」発足となって表れております。

Our institute, Institute of Multidisciplinary Research
for Advanced Materials, IMRAM, is called TAGENKEN in Japanese. 21 years have passed from its
foundation, April 2001. Nowadays, the word TAGEN
is widely known, since the research in our institutehas been carried out over "Multidisciplinary" fields ofscience and engineering for wide variety of materials.
Our basis is, unfailingly, in the successor of threeprestigious research institutes of Tohoku university:
SENKEN (Research Institute of Mineral Dressing andMetallurgy)-SOZAIKEN (Institute for Advanced Materials
Processing), KAKEN (Research Institute for Scientific
Measurements) and HISUIKEN (Chemical ResearchInstitute of Non-Aqueous Solution-) -HANNOUKEN(Institute for Chemical Reaction Science). SENKEN
was established in 1941, KAKEN was in 1943 andHISUIKEN was in 1944.
So, about 80 years have passed since the foundationof the former three institutes. Their research spirits
are passed down to us, so that the knowledge andexperiences integrated from prestigious institutes allow
us to establish so many collaborations among members
in different fields of our institute. Thus, a plenty ofnoticeable research results have been achieved. This
traditionality led to the establishment of new research
centers, Center for Mineral Processingand Metallurgy in 1 April 2018, and MaterialsMeasurement Hybrid Research Center in 1 April 2021.
Our institute has started a new activity as a memberof the Network Joint Research Center for Materials andDevise from 2010, composed of five national university
institutes, Research Institute of Electronic Science(RIES, Denshiken) in Hokkaido Univ., Laboratory

for Chemistry and Life Science (CLS, Kaseiken) inTokyo Institute of Technology, Institute of Science andIndustrial Research (ISIR, Sanken) in Osaka Univ.,and Institute for Materials Chemistry and Engineering(IMCE, Sendouken) in Kyushu Univ. This network
is open to anyone in Japan and the world includingcolleges, institutes and private companies, whowishes to collaborate with the institutes. Based on thecollaboration among the five institutes, the "Crossover
Alliance for Open Innovation Bridging Human,
Knowledge and Materials" was founded as a national
project started in April 2022.
Tohoku Univ. is now promoting the project of a next
generation 3 GeV synchrotron radiation facility, whose
performance is optimized for soft X-ray energy region.
This energy region covers the K-edges of light elementsof Li, B, C, N, and O, those are all critical ones to current
technological challenges. Since our institute is the mainbase of this project, we have been making our best for
the realization in the near future.
11 years have passed since the Great East Japan
Earthquake on March 11, 2011. We will contribute ourefforts to the reconstruction through material scienceand technology, as well as to educate researchers andengineers contribute to the nation. We will proceedfurther in the field of Multidisciplinary Research for
Advanced Materials.

April 2022 Director Masami TERAUCHI

ロゴマークのテーマ

シーズのランドマーク

さて、2011 年 3 月の東日本大震災からちょうど 11 年が4 本の曲線は、4 つの研究部門・センターとそれぞれ、物理、化学、生物、材料を表しています。DNA の染色体にもこうして多元研では、資源から最先端素材までの “ プロセ経過しました。多元研は物質材料研究による東北復興への貢似たその触手は、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ス軸 ”、無機・有機・バイオなどあらゆる物質を含む “ 物質軸 ”、

献と、東北大学そして日本の未来を背負う新進気鋭の優秀な表しています。全体として、IMRAM の頭文字、「i」を象徴としています。

そして、ナノからマクロまでの “ 評価計測軸 ” を、ハイブリ研究者の輩出を、今後も積極的に担っていきます。昨年来のッドにカバーした、独創的で斬新な研究が数多く行われていコロナウイルスにより社会活動も制限され先の見通せない状ます。そうした研究の一端を、本「多元研概要」で紹介して況ではありますが、皆様方の益々のご健勝とご発展を心よりいます。パラパラとページをめくりながら、多元研では、“ も祈上申し上げるとともに、今後とも、変わらぬご支援を賜りの ”、“ 人 ”、“ 技 ” がハイブリッドとなって、物質材料研究

ますよう宜しくお願い申し上げます。

に従事していることがご覧いただける事と思います。
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2022 年 4 月

研究所長

寺内正己

元研の他、北海道大学電子科学研究所、東京工業大学化学生
命科学研究所、大阪大学産業科学研究所、九州大学先導物質3

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University4

概要
職員数（2022 年 4 月現在）Faculty & Staff (as of April, 2022)
教授

歳入・歳出内訳（2020 年度）Annual Revenue & Expense (FY 2022)

准教授

Professors

講

Associate Professors

48 (4) [1]
事務職員＊１25 (1) [0]
技術職員＊２Administrative Staff

師Technical Staff

31 (18) [0]助

Senior Associate Professors

教

Assistant Professors

11 (2) [0]

再雇用職員 ( 技術系）

非常勤職員（研究職）

3 (0) [0]12 (3) [6]1.9%Part-Time Staff (Other)Total

52 (47) [1]7.3%

312 (106) [14]※（）内は女性、内数() indicates the number of female staff included in counts.
※ [] 内は外国人、内数 [] indicates the number of international staff included in counts.
１* 内、限定事務職員 6 名、内数 6 Purpose-Limited Administrative staff included in counts.
* ２ 内、限定技術職員 12 名、内数 12 Purpose-Limited Technical staff included in counts.

16.6%

34.9%

教

Research Division

授

38 億円

准教授

Professor

講

Associate
Professor

師

Senior Associate
Professor

助

教助

Assistant
Professor

手

Total

7.3%

8

6

1

10

0

25

無機材料研究部門

10

2

3

7

0

22

Division of Inorganic Material Research

プロセスシステム工学研究部門

6

Division of Process and System Engineering

6

1

8

0

10

5

3

13

0

31

金属資源プロセス研究センター

7

2

2

6

0

17

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

7

3

1

9

0

20

0

1

0

0

0

1

Center for Mineral Processing and Metallurgy

Materials-Measurement Hybrid Research Center

非鉄金属精錬環境科学研究部門

Collaborative Research Division of Non-ferrous
Metallurgy and Environmental Science

製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門

0

0

0

1

0

1

0

0

0

0

0

0

48

25

11

54

0

138

Collaborative Research Division of Advanced
Analysis of 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

合計
Total

12.7%

運営費交付金 Operational Grants
受託研究費 Funds for Commisioned Research

研究科・学部

学部

Schools

Under Graduate

博士課程前期
Masters Program

博士課程後期

54

(8)

[1]

102

(19)

[13]

30

(6)

[9]

理学研究科・理学部

11

(1)

[6]

46

(7)

[12]

19

(1)

[9]

生命科学研究科

0

(0)

[0]

19

(8)

[7]

5

(3)

[5]

環境科学研究科

0

(0)

[0]

40

(11)

[5]

17

(3)

[7]

合計

65

(9)

[7]

207
343

(45)
(67)

[37]
[74]

71

(13)

[30]

Science

Life Science

Environmental Science
Total

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

寄附金 Donations

主な外部資金採択状況（単位：千円）External Research Funds ( in units of 1,000 yen )
年度

2017

2018

2019

2020

科学研究費

555,259

591,326

707,069

606,410

共同研究費

271,799

310,238

332,380

278,483

受託研究費

619,375

486,342

517,039

601,919

寄附金

81,807

93,289129,21272,825

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

建物総延面積

Total Floor Area of Buildings

38,318m3

Doctoral Program

工学研究科・工学部
Engineering

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

共同研究費 Funds for Joint ResearchDonations

学生数（2022 年 5 月現在）Students (as of May, 2022)

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 Eqiopments

科学研究費補助金等 Grants-in-Aid for Scientific Research21

計測研究部門Division of Measurements

38 億円

57.8%

45.1%

16.4%

計

Research
Assistants

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

合計

合計

部門別教員数内訳 Faculty Members (as of April, 2022)
部門等

2020 年度 歳出内訳 Expense for FY2020

合計

非常勤職員（その他）

19 (2) [1]2020 年度 歳入内訳 Revenue for FY2020

Researchers

54 (6) [5]Re-employed Technical Staff Part-time Staff (Research)

57 (23) [0]研究員（常勤）※（）内は女性、内数() indicates the number of female students included in counts.
※ [] 内は外国人、内数 [] indicates the number of international students included in counts.

5

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University6

物質・デバイス領域共同研究拠点による５研究所間ネットワーク型共同研究事業の推進
Promotion of network-type cooperative research among 5 research institutes based upon
the Joint Research Center of Materials and Devices「物質・デバイス領域共同研究拠点」は、北海道大学電子研究』、優れた若手研究者が積極的に融合型研究を推進するトとして推進してきました（2005 年度にスタートしたア（AORA）およびアライアンスキャピタル部門（ACMO）に科学研究所（北大電子研）、東北大学多元物質科学研究所（東『CORE ラボ共同研究』、そして共同研究を通じて主に地域大ライアンス事業から数えて 4 期目のプロジェクトであり、2 名の特任教授を迎え入れ、万全の体制で次期活動を推進

北大多元研）、東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科

学、私立大学に在籍する優れた才能を有する大学院生、大学2016 年度からの事業 )。日本を北から南まで縦断する形でします。5 研究所 3 グループに所属する PI は約 150 名に上学研究所（東工大研究院化生研）、大阪大学産業科学研究所

生等、学生を PI（Principal Investigator）として採択する『次「人材・装置・場所のシェアリング」を特徴とし、21 世紀にり、若手研究者等を含めた常勤教員数の総勢は 400 名を超（阪大産研）、九州大学先導物質化学研究所（九大先導研）が世代若手共同研究』など多彩な共同研究を企画・運営し、よおいて安全安心で質の高い生活のできる社会の実現に要求さえる規模を有しています。また、クロスオーバーアライアン

参画し、2010 年度（平成 22 年度）に発足した先駆的なネり充実した共同研究活動を展開します。また、継続的に新型れる 3 つの課題解決型プロジェクトとして、1）エレクトロス事業は、ネットワーク型「物質・デバイス領域共同研究拠ットワーク型共同研究拠点のひとつです。共同研究拠点は、コロナや自然災害被害等への研究活動継続支援の緊急特別公ニクス 物質・デバイス（G1）、2）環境エネルギー 物質・デ点」と相補的かつ密接な連携を図り、社会課題の解決に向け

ボトムアップ型一般共同研究、トップダウン型特定共同研究

募を行い、社会課題解決型共同研究を推進予定です。いずれ

バイス・プロセス（G2）、3）生命機能 物質・デバイス・シ、『若手 FS 研究課題』、『技術支援た『CORE -A ラボの設置』を中心に、全国の国公立、私立大学、高専、国立研究機関やのプログラムも、研究成果のみならず、その成果を生み出す

ステム（G3）を戦略的に設定し、研究所横断型の共同研究

横串プログラム』など、多様なプログラムを企画・運用します。

企業に所属する研究者からの共同研究を推進しました。この

情熱に満ちた研究者を育てる「人材育成」を拠点・アライアを推進しています。2022 年 4 月より、第 3 期「人と物質と間、国立大学の機能強化への寄与も視野に入れ、研究力強化、ンス事業における大きなテーマのひとつとしています。多く

知で創るクロスオーバーアライアンス」がスタートし、上このように、5 つの国立大学法人研究所が、各々の得意分

イノベーション創出、若手人材育成、グローバル化にも積の研究者がこの拠点を積極的に活用し、人のネットワークを記 G1 ～ G3 グループに加えて新たに 4）情報・数理・人工野で相互に連携・ネットワークを組み相補的・協力的な体制

極的に取組み、2015 年度（平成 27 年度）の文部科学省に広げて頂けることを願います。拠点を通じ形成された研究者

知能に関するグループ（GC）を新たに設置し、各グループを取る、という大掛かりな共同研究拠点およびクロスオーバ

よる期末評価ではネットワーク型拠点として唯一 “S” 評価をネットワークを礎とした大型研究プロジェクトの発案・運営

間のクロスオーバーによる社会課題解決に向けた新たな取りーアライアンス事業は他に類例がなく、物質・デバイス・シ

獲得しました。また第 1 期 6 年間は阪大産研を本部としてとして、多元研教員が領域代表・班長を務める科学研究費補組みをスタートさせました。クロスオーバーアライアンス推

ステム創製基盤技術を格段に進展させ、安全安心で質の高い活動してきましたが、2016 年度（平成 28 年度）からの第 2

助金新学術領域研究が多数採択され、多元研教授が JST 創造

進のための組織改革の一環として CORE 協働センターを東生活のできる社会実現へ大きく寄与することが期待されてい期は東北大多元研が本部を務め、2018 年度（平成 30 年度）

科学技術推進事業（ERATO）の統括研究者を務めるなど数多

北大学多元研内に新たに設置し、アライアンス研究管理部門

ます。

の中間評価および 2021 年度（令和 3 年度）の期末評価で “S”

くの実績が得られています。また本ネットワーク型共同研究

評価を得ております。第 1 期および第 2 期にわたる 12 年間拠点が支援を行った学協会等の研究者コミュニティは約 500

で 5,000 件を超える共同研究を推進し、国内外の研究者コミを超え、総参加者数はのべ約 6,200 名を超え、関連研究分野

ュニティから大きな支持を頂いております。

および関連研究者コミュニティの発展に大きく貢献しています。更に 2018 年３月には同じネットワーク型共同研究拠点

2022 年 4 月より第 3 期がスタートし、東北大学多元研かである放射線災害・医科学研究拠点、生体医歯工学共同研究

ら大阪大学産研に本部を移し、第 1 期からの「基盤共同研究

拠点と緩やかな連携に関する協定を締結し、より広いコミュ（旧 一般共同研究）」及び「施設・設備利用共同研究」に加ニティへの貢献を目指しております。

しい特色ある『拠点連動プログラム』として、基盤共同研究

一方、【課題解決型アライアンスプロジェクト事業】にお成果をさらに発展させ、ネットワーク型拠点を形成する他研

いては、「人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイ

究所教員との連携により幅広い研究発展を目指す『展開共同ナミック・アライアンス」を 5 研究所間の連携プロジェク

ネットワーク型共同研究拠点事業
国・公・私立大学

東北大多元研
IMRAM

拠点本部（大阪大産研）

公募共同研究北大電子研
RIES

共同研究推進公募

 基盤共同研究 施設・設備利用共同研究
 展開共同研究
 次世代若手共同研究
 COREラボ共同研究
 新規課題

東工大研究院
化生研
IIR-CLS

企業・地域

東北大多元研
IMRAM

環境エネルギー 物質・デバイス・プロセス

アライアンスALLIANCE

北大電子研
RIES

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

情報・数理・人工知能

東工大研究院
化生研
IIR-CLS

世界をリードする成果
新学術分野の創製共同研究拠点は「協力しあいながら高めあう」を、ダイナミック・アライアンスは「ダイナミックな発信」を、それぞれモチーフとして、５色のパーツからなる一貫性のある図形で表現しています。シンプルな図形と略語（NJRC、
Five-Star）からなるパターン（カラー、モノクロ）と、
北大電子研

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

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

東北大多元研ロゴタイプと組み合わせたコンビネーションパターンを準備しました。2022 年度よりスタートした第 3 期「物質・デバイス領域共同研究拠点事業」および「クロスオーバーアライアンス」においても両ロゴを引き続き使用し、本拠点、アライアンスに係る成果発表や情報発信などの際に活用していただけます。

東工大研究院化生研（物質組織化学）

阪大産研（ナノサイエンス・デバイス）

九大先導研（物質・材料機能）

東北大学 多元物質科学研究所

人と知と物質で未来を創る
クロス オーバーアライアンス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

北から南まで各地域への貢献（物質・光・生命・数理複合科学）

物質創製・先端計測研究領域
九大先導研
IMCE

「人材・装置・場所」のシェアリング

阪大産研
ISIR

ロゴの制定について

独立行政法人研究所

阪大産研
ISIR

公募共同研究課題解決型アライアンスプロジェクト事業

エレクトロニクス 物質・デバイス

え、クロスオーバーアライアンス（後述）との協働による新

7

2

2

物質・デバイス領域共同研究拠点

クロスオーバーアライアンス

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

8

ソフトマテリアル研究拠点
Advanced Imaging and Modeling Center for Soft-materials (Tohoku AIMcS)
材料科学の分野において、AI 技術、ビッグデータ解析のかにし、材料構造の改変による機能・物性の改良をシステマ

本研究拠点は、計測と解析の研究者からなる 4 つの活動応用により、材料の計測・分析データを用いて開発期間の短ティックに予測するデータ駆動型の材料開発アプローチが可グループから構成されます。研究テーマごとに、この 4 つ最先端のクライオ電子顕微鏡を用い、単粒子解析法によ縮、低コスト化を目指す「データ駆動型材料開発」の取り組能となってきています。一方、小さな分子が “ ひも状 ” につの活動グループに所属する研究者が専門性を加味して選抜さる高分解能三次元構造情報の取得、薬剤や有機材料分子のみが世界各国で加速されています。この様な流れの下、ソフながった高分子・ゲル・ゴム・コロイド・ミセル・液晶・粘れ、プロジェクトチームを形成して、課題をワンストップで極微小結晶からの電子線三次元結晶構造解析（マイクロＥ

トマテリアル研究拠点ではマテリアルサイエンスとライフサ

土・生体高分子（タンパク質、糖質、DNA）などの “ ソフト

解決します。

Ｄ）、細胞組織などのトモグラフィー解析等を行います。

イエンスの両分野におけるデータ駆動型材料開発を、電子顕

マテリアル ” は、スケールの異なる様々な構造単位が階層性

各グループの特徴は下記のとおりです。

また、位相法等のさまざまな最先端的な手法を駆使して、微鏡を中核に、次世代放射光とも連携するマルチモーダル計をもって形作られるため、「階層」に合わせたマルチモーダ■ マテリアルサイエンス／計測・解析グループ

生体分子や有機化合物の可視化を実現し、創薬、生命科学、

測と、マルチスケール解析を高次元で融合することにより革ル計測とマルチスケール解析を高度に融合させることが必須

プラスチックやゴムなどの高分子材料、および高分子に新的に躍進させ、ソフトマテリアルの新たな設計・解析ソリであり、データ駆動型アプローチは容易ではありません。

微細な無機固体を分散した複合材料など産業活動で必須のューションを社会に展開することを目的として、２０２０年８月に設立いたしました。

■ ライフサイエンス／計測・解析グループ

材料科学の分野での課題解決・検証を可能にします。
■ ライフサイエンス／計算・解析グループ

本研究拠点は、このようなマテリアルサイエンス分野だけ

ソフトマテリアルについて、高分解能透過型電子顕微鏡解

クライオ電子顕微鏡などで得られた生体分子のデータをでなく、ライフサイエンスの基礎研究、医療・創薬、感染症

析法を中心に、ナノ領域の軟Ｘ線スペクトル法、電子エネ

効率的に分析する手法や実験データを補間するダイナミッ

東北大学は、電子顕微鏡の研究では長い歴史と実績を有し、への対応やバイオテクノロジーなども視野に入れ、広範なソルギー損失分光法（EELS 法）などを駆使したマルチモー

クな分子挙動を MD シミュレーションなどにより提供し世界に冠たる金属材料をはじめとするマテリアル研究を支え

フトマテリアルに対して、計測と解析とを綿密に連携しながダル解析を進め、拠点内の計算・解析 Gr. と連携し、次世ます。分子構造を粗視化した DPD シミュレーション、細てきました。金属材料や無機材料では、結晶構造や電子状態

ら、観察・理論・計算・メカニズム解明までをトータルに扱

代放射光施設とも連携しながら高度な構造・機能の可視化

胞や臓器スケールに適した有限要素法など異様々な数値シ

を電子顕微鏡・放射光による計測と計算の融合によって明らう国内初の研究拠点です。

を実現します。

ミュレーション手法をシームレスに結合することで、マル■ マテリアルサイエンス／計算・解析グループ

チスケール・マルティフィジックスな生体シミュレーショ

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

ソフトマテリアルとその複合材料について、電子レベル

ン環境を提供します。

から全原子スケール、粗視化スケールに亘るダイナミクス
や現象解明をシームレスに行い、マルチモーダル計測結果
とも融合し、より確かな可視化情報を提供します。

ソフトマテリアル研究拠点の構成

マルチモーダル計測

マルチスケール解析

社会実装

SXES

次世代放射光ソフトマテリアル研究拠点

メゾスケール
有限要素解析

計測・解析Gr.

マイクロスケール
有限要素解析

共同代表：寺内教授（多元研所長）共同代表：陣内教授（計測計算融合）副代表：村松教授（放射光連携）副代表：岡部教授（社会連携）
顧問：伊藤教授（東大），高原教授（九大）

計算・解析Gr.

TEM

クライオTEM

TSC ※1
学内研究
インフラ

社会連携Gr.
マテリアル
サイエンス

分子動力学
第一原理計算解析データ提供

ライフ
サイエンス

融合

岡部教授
竹井特任教授松尾特任教授吉田特任教授ソフトマター開発のワンストップ・ソリューション

計測と計算の融合

ソフトマター開発
対象材料提供最適設計・データ科学

熱機械特性計測

NMR

次世代放射光施設

主幹部局：多元物質科学研究所

お問合せ先

寺内 正己

陣内 浩司

ソフトマテリアル研究拠点共同代表
東北大学多元物質科学研究所長

ソフトマテリアル研究拠点共同代表
東北大学多元物質科学研究所 教授

Masami TERAUCHI

9

Hiroshi JINNAI東北大学 多元物質科学研究所

東北大学多元物質科学研究所内
ソフトマテリアル研究拠点事務局（担当：竹井）
電話：022-217-3543
Mail：softmaterial-contact@grp.tohoku.ac.jp
URL：https://softmaterial.tagen.tohoku.ac.jp/※1 東北大学テクニカルサポートセンター※2 国立研究開発法人産業技術総合研究所

本研究拠点では、以上のグループが各々の有する世界最先抱える多様で複雑な問題を、本研究拠点の多様な科学者が企端レベルの科学技術を融合し、社会連携グループを窓口とし業の科学技術者とともに解くべき課題に分解し、計測・計算て産業界の科学・技術者とも連携して、ソフトマター開発の融合を武器にスピーディーに解決することを目指します。

ワンストップソリューションを社会に提供します。産業界がInstitute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

10

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

地域パートナーのビームライン・ラインナップ

文部科学省は、2018 年 1 月 ｢官民地域パートナーシップ

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セ

初期ビームラインは、国（官）が 3 本、地域パートナーが

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

による次世代放射光施設の推進｣ を発表しました。次世代

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。

7 本を整備します。国際放射光イノベーション・スマート研

ンセプトを示しています。BL の横断的な活用によって、こ放射光施設は、軟 X 線領域で、大型放射光施設 SPring-8 の

既に、海外では、同様の 3 GeV 級の放射光施設が建設され、究センターは、これら 7 本のビームラインについて、設計かれまで複数の施設の放射光をまたぐ必要のあったデータセッ

100 倍の高輝度性と高コヒーレンス性（可干渉性）という最周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ら活用までをサイエンス面から支援する役割を担っており、トを、次世代放射光施設の中で収集することが出来るように先端の光源性能を有します。この軟 X 線領域の高輝度性は、形成しています。本施設は、国内の軟 X 線領域の放射光活

これまでに、光源特性を活かすユーザー主体のビームライン

なります。これらのラインナップによって、
上記（1）から（4）軽元素や遷移金属の化学状態を鮮明かつ迅速に可視化しま

用の遅れを逆転し、研究の国際競争力を強化する原動力となコンセプトを提案してきました。また、次世代性の観点からを実現してまいります。

す。また、高コヒーレンス性を利用した計測手法の進展によります。

重点的に整備すべき計測分野として、以下を提示しています。

各ビームラインは、産業界・学術界ユーザーの多様なニー

り、不均一な材料系の機能を 10nm レベルの分解能で可視

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（1）高輝度を活かした機能発現、失活等の可視化計測： 時

ズに応える 2 種類のエンドステーションを備えます。1 つは化することが出来るようになります。これらの光源性能は、の持続的発展に資する活用について、役割分担と連携を行う

分割計測、オペランド計測（時間分解能： ミリ秒～ナ「自動化計測ステーション」であり、既に確立された計測法

放射光による「物の見え方」を一新し、材料や生命の機能を世界でも類を見ない挑戦的な枠組みです。本学は、放射光活

ノ秒、数 10 ピコ秒）を主に行うエンドステーションです。多くのユーザーのハイ

ナノスケールで可視化し、研究開発における仮説検証サイク

用によって既存の学術の深化と新たな学術領域の開拓、そし（2）物質科学、環境科学、生命科学等あらゆる分野で機能

スループット計測、メールイン測定、リモート計測などのニルを一気に加速すると期待されています。その活用範囲は、て分野融合や産学連携によるイノベーションの創出を先導す

や反応の鍵を握る元素の電子状態・化学状態可視化計ーズに応えるため、ロボティクスの導入による計測の効率化

触媒材料、磁性・スピントロニクス材料、高分子材料など材るミッションを有します。学術研究者は、既存の共用法の下測、軟 X 線領域に強みをもちテンダー X 線領域から硬が検討されています。もう 1 つは「先端計測ステーション」

料分野はもちろん、工学、理学、農学、医学、医工学、考古での施設利用だけでなく、企業と 1 対 1 でパートナーを組み、X 領域の広領域をカバーする分光計測： 光電子分光、であり、R&D が必要となる挑戦的な計測を主に行うエンド

学など、広範な学術分野と産業分野に及びます。すなわち、

出口イメージを共有し、研究シーズや専門知識を以て企業の光吸収分光、発光分光、XAFS、XMCD 等

ステーションです。そこでは、ユーザーが独自の試料環境を次世代放射光施設は、こうした学問分野やディシプリンとと

課題解決を支援したり、その過程で新たな学術研究テーマを（3）高いコヒーレンス性、集光性を活用した高分解能の構整えて計測を行うための、“ 取り外し可能な計測ベンチ＝イ

もに、研究を統合・加速する拠点の集結により、研究開発基開拓したり出来る、コアリション・コンセプト（有志連合）

造可視化計測：タイコグラフィ、ホロトモグラフィー、

ノベーションベンチ ” の導入を想定しています。イノベーシ

盤を構築するポテンシャルを有しています。図 1 はその次世の下での活用機会を得ることが出来ます。その先には、企業・位相コントラストイメージング等の可視化技術

ョンベンチは、7 本のいずれの BL にも取り外しができるよ

代放射光施設のイメージであり、この周りには産学の研究や地域と連携し、学術に裏付けられた製品開発や実証実験を可（4）1 ～ 3 を統合した複合計測：CT-XAFS、タイコグラフ

う設計されるため、複数のビームラインの横断的活用を支え人材育成の拠点が集積します。多様なディシプリンを有する能とするリサーチコンプレックスの形成があります。

ィ XFAS、タイコグラフィ MCD 等る根幹技術「Plug & Play テクノロジー」を支える要素となっています。

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

11

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合会と東北大学が地域パートナーに選定されました。建設地

備・運営については、放射光科学の学術コミュニティ、既存の検討を経て、2019 年度より、本学青葉山新キャンパスにの放射光施設の学術および産業界の利用者に加え、企業、大て次世代放射光施設の整備が開始されました。2023 年度の学の経営層、地域および中央の経済界、自治体との、2011

ファーストビームを目指しています。

年より 6 年間にわたる対話の結果を基にコンセプトが具体化

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

されてきました。ロボティクスやイノベーションベンチの考について集中的に研究開発するために、
2019 年 10 月 1 日に、え方を導入したビームラインデザイン、産学利用による成果

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の最大化と社会実装の加速を目指したコアリション・コンセ

ました。ここには、多元物質科学研究所から十数名の教員がプト等です。2017 年 7 月に国側（官）の主体として量子科参画して、科学計測分野の伝統を背景に、次世代放射光計測

学技術研究開発機構が指定され、パートナーの提案が公募さ技術の研究開発をおこなっています。そして、これまでの放れました。翌年 7 月に、一般財団法人 光科学イノベーショ

射光施設にはなかった、新たな技術を結集したビームライン

ンセンターを代表機関として、宮城県、仙台市、東北経済連を築くこととなります。

東北大学 多元物質科学研究所

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

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

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多元研グリーン戦略

Tagen Green Teams

物質、プロセス、計測の融合で加速するグリーンな社会の形成
要素戦略
エネルギー材料の創製

新エネルギー源の創製

脱/減CO2排出資源の有効活用と循環

1F廃炉と恒久的安全確立

太陽光発電、燃料電池、
熱電変換、Li イオンバッ
テリー、パワー制御半導体などの創省蓄エネル
ギー材料の重点開発

バ イ オ マ ス、廃 プ ラ ス
ティックからの水素・炭化水素の製造技術の重点
開発

巨大CO2排出プロセスのCO2排出を大幅に削減するプロセス、回収プロセス、固定化プロセスの重点開発

希少元素に留まらない有価金属の高効率リサイク
ル技術およびシステム、未利用副産物の有効活用
技術の重点開発

1F 廃 炉 の 推 進 に 必 要 な
バックエンド工学、および、将来にわたる安全を担保する周辺領域を含めた技術の重点開発

健康と安全を支える計測技術の開発

未来型医療の基礎科学構築

未来型医療を実現する物質の創製

先端的な計測法を基礎原理から深掘
りし、未来型医療・感染症克服等につながる新たな生体計測技術を重点的に開発

反応化学的観点からの構造生物学・
ケミカルバイオロジーを独自に推進し、生命化学の基礎解明とそれに立脚した未来型医療への道筋の設計を重点推進

新規計測技術の開発・計測技術のイ
ノベーションにより明らかになる科
学に基づき、未来型医療を実現する
物質・材料を重点開発

Green
Process

多元物質科学研究所は、世界および本学の向かう方向の研究を強力に推進しています。しかし、社会に向けて取り組みを可視化するには、分野・センターの区分けは学術的な色彩が強すぎる面もあります。そこで、「グリーン未来創造」に向けたアプローチの種別ごとにチーム化して多元研の取り組みをより分かりやすくしました。
多元研の各研究分野は、計測・プロセス・材料・生命に大きく区分
けできます。先端計測研究を基幹として、プロセス・材料・生命の各分野に Green 戦略に関わる研究分野が配置されています。

Measurement

Green
Material

各研究分野のより具体的な Green 戦略関連キーワードを示します。Green 未来創造に一緒に取り組みたいという方、多元研にご一報下さい。

水素･燃料製造
プロセスGrGreen Process

加納Lab

バイオマスガス化プロセス
下水汚泥, メカノケミカル
低温・常圧水素製造法

これらの推進に向けて、所内の研究分野を Tagen Green Teams として組織化する

製鉄プロセスGr
埜上Lab

Green Material Team Green Process Team Green Life Team

阿尻Lab

資源循環/資源活用Gr

廃プラスティックガス化プロセス
超臨界, プラズマプロセス

反応熱流体解析柴田(悦)Lab

非鉄金属回収・再利用

低消費エネルギー化シミュレーション

物理選別, 乾式製錬, 湿式製錬柴田(浩)Lab

山田Lab

酸化物・金属高温物性「グリーン」と世界

植田Lab

高炉反応

柴田(悦)Lab低エネルギー化, 副産物利用

科学技術と社会の関わりを含む「SDGs（Sustainable Development Goals）」の策定や、「COP21 パリ協定」の締結といった目標の提示が世界的な潮流となっています。防災に関する国際的な取組としては「仙台防災枠組 2015-2030」により、優先行動やターゲットが示されています。
このような流れの中、政府は 2050 年のカーボンニュートラルを宣言しています。そこでは、環境対策を経済の制約ととらえず、社会経済を変革し投資を促す産業構造転換の鍵であると述べられています。具体的に革新的イノベーションを推進するための政府からの呼び水として、基金設立や税額控除などが提案されてもいます。より直接的な政策としても、再生可能エネルギーの拡充、送電線の増強、安全最優先での原子力政策推進、脱炭素ライフスタイルへの転換など「グリーン成長戦略」が示されています。

次世代プロセスGr

バックエンド工学

放射化学, レアメタル

柴田(浩)Lab

ガラス固化

ケイ酸塩高温物性

福山Lab

東北大学とグリーン未来社会創造

金属触媒

これらの取り組みを、「ともに生きる」グリーン未来
社会創造に向けて整理し、東北大学として取り組むべき「11 年目以降のグリーン未来社会の実現」に向けた 4 つの方針を発表しました。
1. あらゆる災害にレジリエントな未来社会の構築
2. 復興から、個別化予防を可能とする「未来型医療」の実現へ
3. グリーンテクノロジー研究を深化させ、災害に強く且つ環境に配慮した持続可能なグリーン社
会の実現へ
4. 大学の地を活用して地域社会の活性化、地域価
値の創造へ
これらを実現する具体的なプラットフォームとして「グリーン未来創造機構」を設立し、● Green Technology● Recovery & Resilience● Social Innovation & Inclusionの重点分野と、ともに発展すべき学問分野を発表しました。

13

東北大学 多元物質科学研究所

本間Lab

高温反応・物性

低エネルギープロセス

高機能ナノ材料プロセス

高機能創製プロセス, 超臨界殷Lab

ソルボサーマル
低温合成

原子分解能観察ソフトマテリアル, ソフト/ハード界面

寺内Lab

2011 年 災害復興新生研究機構設置2015 年 社会にインパクトのある研究の開始
2017 年 指定国立大学への指定と東北大学板
SDGs 活動の開始
2018 年 東北大学ビジョン 2030 の策定
2020 年 コネクテッドユニバーシティ戦略の策定

触媒 固体触媒ゼオライト

亀岡Lab

高温金属物性

不純物挙動

陣内Lab

フラックス法 新物質開発

村松Lab

ハイブリッド ナノ構造化プロセス

電子顕微鏡

Green Material

山根Lab

蟹江Lab

合金・金属間化合物

植田Lab

CO2固定化

コンクリート廃材CO2活用

原子力安全化プロセスGr
桐島Lab

未利用資源の安全活用

超低熱伝導性熱電変換

スラグ, ケイ酸塩

2021 年 3 月の「東北大学震災 10 周年シンポジウム」の講演の中で、大野英男総長は、東日本大震災以降の本学の取り組みの一端として下記を挙げました。

Green
Life

Green Life

電子回折・分光計測

ナノスケール構造解析, 電子状態解析

米倉Lab

走査プローブ
顕微鏡

高度情報通信Gr
組頭Lab

グリーンメモリー

ナノキャパシタ構造界面電子状態

佐藤(卓)Lab

生体分子構造ソフトマター

米田Lab

スピンダイナミクス

走査プローブ顕微鏡

強相関電子系スピン量子物性

木村Lab

クライオ電顕表面構造トンネル分光

電子回折

生体高分子科学Gr

虻川Lab

稲葉Lab

表面構造, 界面構造

構造的起源の解明

南後Lab

磁性, 強誘電性, マルチフェロイック

省エネ半導体Gr
福山Lab

岡本Lab

超高密度磁気記録

ナノドットナノビーム

AlN

柴田(浩)Lab

軽量･安全･低コストPV

高品質, 高速, 低コスト液相成長

柴田(浩)Lab

SnSSe, 欠陥制御

SiC

加藤Lab

高品質, 高速, 低コスト液相成長

秩父Lab

GaN

小俣Lab
軽量･安全･低コストPV

SnSホモ接合, 酸化物新材料

蓄電池Gr
高容量･高出力化

正極材料, ナノ構造化

西原Lab

燃料電池/
水蒸気電解Gr
雨澤Lab

低温作動化

電極材料, 電極反応オペランド解析

高出力化

カーボン系電極, 触媒

雨澤Lab

エネルギー変換高性能光触媒人工光合成, 物質変換

高品質, 気相成長
アンモノサーマル, 欠陥科学

本間Lab

太陽光発電・利用Gr

全固体化

電極反応オペランド解析

小俣Lab

低温作動化

電解質材料, 電極材料
アルコール燃料利用

X線可視化

構造解析・軟X線顕微鏡
オペランド計測高橋(幸)Lab

X線回折イメージング
三次元ナノ構造可視化, 高空間分解能

西堀Lab

X線分光法

有機・無機ハイブリッド材料
界面計測

Measurement

分子動画法

X線自由電子レーザー

放射光X線
高田Lab

細胞品質管理高度計測法, クライオ電子顕微鏡

電子回折

先端生体計測Gr
百生Lab

高橋(聡)Lab

ケミカル
バイオロジーGr

単一分子科学

レーザー計測折りたたみ

X線位相計測和田Lab

X線干渉光学系生体軟組織

矢代Lab

水上Lab

時間分解計測技術光学素子開発

永次Lab

ベクトルビーム

可搬分析デバイス

蛍光偏光, 紙分析

中川Lab

ナノインプリント

オンデマンド加工コポリマー活用

西原Lab

電気化学センサー

電極用カーボン材料
ナノ構造化カーボン材料

細胞内遺伝子発現

アンチセンス, miRNA超分子

超解像顕微鏡, フォトニクス

生体デバイスGr

生体機能探索高速診断技術, 蛍光プローブ, 光制御

佐藤(俊) Lab

火原Lab

外部刺激応答化学

人工核酸, 光計測

X線トモグラフィー

バイオ有機材料Gr
笠井Lab

ナノ粒子薬剤

プロドラッグ, DDS

芥川Lab

多重機能分子集合体

分子性材料, スピン活用

高橋(正)Lab
物質内電子運動可視化
分子軌道, 電子衝突

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

14主な研究成果（2021 年度の主な受賞・表彰より、若手研究者の受賞等）
東北大学プロミネントリサーチフェロー

Prominent Research Fellow of Tohoku University

東北大学の助教のうち新領域を切り開く独創的な研究に挑戦する者にプロミネントリサーチフェローの称号を付与することで、本学で躍進する優秀な若手研究者のプレゼンスの向上を図るとともに、独立した研究環境の整備を進めることにより、本学における教育研究の一層の推進及び社会への貢献に資することを目的として、2021 年 4 月に制定された制度で、審査委員会における審査を経て、最大 3 年間の称号が付与されます。多元研では 6 名の若手研究者が称号を受けています。
■ 2021 年 7 月 1 日 称号付与

■ 2022 年 2 月 1 日 称号付与（3 名）

2021 年度の主な受賞・表彰 一覧
4月

令和 3 年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰

若手科学者賞

小澤 祐市

准教授

2020 年度 粉体工学会 APT 賞 (APT Distinguished Paper Award)

加藤 英樹
殷澍
朝倉 祐介

教授
教授
助教

5月

日本ゴム協会「第 12 回ブリヂストンソフトマテリアルフロンティア賞奨励賞」

藪浩

准教授

6月

第 10 回 JACI/GSC シンポジウム「GSC ポスター賞」

小林 弘明

助教

7月

東北大学リサーチプロフェッサー

阿尻 雅文

教授

東北大学プロミネントリサーチフェロー

上杉 祐貴

助教

応用物理学会「第 43 回（2021 年度）応用物理学会優秀論文賞」

秩父 重英
小島 一信
嶋 紘平

教授
准教授
助教

日本航空宇宙学会

安達 正芳
石原 真吾

助教
助教

インテリジェント・コスモス奨励賞

安達 正芳

助教

ディープテックグランプリ 2021 最優秀賞、Real Tech Fund 賞

西原 洋知

教授

錯体化学会

高田 昌樹

教授

■ 2022 年 6 月 1 日 称号付与（2 名）

8月

上杉 祐貴

安達 正芳

小林 弘明

川西 咲子

岩瀬 和至

鈴木 一誓

Yuuki UESUGIMasayoshi ADACHI

Hiroaki KOBAYASHI

Sakiko KAWANISHI

Kazuyuki IWASE

Issei SUZUKI

光物質科学研究分野

高温材料物理化学研究分野

エネルギーデバイス化学研究分野

材料分離プロセス研究分野

エネルギーデバイス化学研究分野

原子空間制御プロセス研究分野< 研究テーマ >< 研究テーマ >< 研究テーマ >< 研究テーマ >< 研究テーマ >< 研究テーマ >9月

光と自由電子の非線形 窒化アルミニウム単結 準安定ナノ材料を用い その場観察法による高 金属活性中心の構造制 薄膜太陽電池材料に関相互作用による新規光 晶の液相成長法の開発
た次世代エネルギーデ 温界面現象の解明
御・ 設 計 に 基 づ い た 高 する研究
科学の創出
バイスの創製
活性二酸化炭素還元電極触媒の開発東北大学ディスティングイッシュトリサーチャー

Distinguished Researchers of Tohoku University

東北大学の若手教員のうち、その専門分野において高い業績を有する者に称号を付与し、優秀な人材の確保のための環境整備を図り、もって本学における教育研究の一層の推進及び社会への貢献に資することを目的として、2020 年 4 月に新たに制定されました。厳正な審査を経て付与されるもので、期間は 3 年（再付与可）です。多元研では 4 名の研究者が称号を受けています。

空気力学部門最優秀賞、流体力学部門

令和 3 年度「貢献賞」

日本化学会 生体機能関連化学部会

第 15 回バイオ関連化学シンポジウム「講演賞」

小和田 俊行 助教

10 月

粉体工学会 APT Outstanding International Contribution Award

加納 純也

教授

11 月

令和 3 年秋の叙勲 瑞宝中綬章

宮下 德治

名誉教授

日本表面真空学会 会誌賞

山本 達

准教授

■ 2021 年 5 月 1 日称号付与

小澤 祐市

光物質科学研究分野 准教授

第 48 回国際核酸化学シンポジウム／日本核酸化学会第 5 回年会「大塚賞」

岡村 秀紀

助教

■ 2022 年 1 月 1 日称号付与

南後 恵理子 量子ビーム構造生物化学研究分野 教授

有機電池国際会議「Organic Battery Days 2021」Poster Presentation Award

勝山 湧斗

技術補佐員

■ 2022 年 5 月 1 日称号付与中村 崇司

固体イオニクス・デバイス研究分野 准教授

安達 正芳

高温材料物理化学研究分野 講師

第 34 回有機合成化学協会研究企画賞（大正製薬研究企画賞）

岡村 秀紀

助教

第 18 回（令和 3（2021）年度）日本学術振興会賞

南後 恵理子 教授

東北大学ディスティングイッシュトリサーチャー

南後 恵理子 教授

第 18 回（令和 3 年度）日本学士院学術奨励賞

南後 恵理子 教授

2月

東北大学プロミネントリサーチフェロー

安達 正芳
川西 咲子
小林 弘明

助教
助教
助教

3月

日本原子力学会

福山 博之

教授

東北大学総長業務功績賞■ 令和 3 年度 受賞

真柄 英之

1月

技術専門職員「結晶方位測定における試料前処理方法の技術開発支援」

日本学士院学術奨励賞 / 日本学術振興会賞■ 第 18 回（令和 3 年度）受賞

12 月

Japan Academy Medal / JSPS Prize

南後 恵理子 量子ビーム構造生物化学研究分野 教授「X 線自由電子レーザーによるタンパク質分子動画解析」
Molecular Movie Analysis of Proteins Using X-Ray Free Electron Laser

日本原子力学会 2021 年秋の大会

原子力安全部会講演賞

トーキン科学技術振興財団

令和 3 年度「トーキン財団奨励賞」

上杉 祐貴

助教

トーキン科学技術振興財団

令和 3 年度「トーキン財団奨励賞」

岩瀬 和至

助教

日本物理学会「第 16 回（2022 年）日本物理学会若手奨励賞」

森川 大輔

助教

科学技術に関する研究開発、理解増進等において顕著な成果を収めた者に文部科学大臣より授与されるものです。

日本鉄鋼協会

学会賞

有山 達郎

名誉教授

多元研では、2021 年度に 1 名、2022 年度に 3 名の研究者が受賞しました。

日本鉄鋼協会

論文賞「俵論文賞」

榎木 勝徳
大谷 博司

助教
名誉教授

日本鉄鋼協会

論文賞「澤村論文賞」

柴田 浩幸
助永 壮平

教授
准教授

日本鉄鋼協会

論文賞「澤村論文賞」

助永 壮平
夏井 俊悟

准教授
准教授

真柄 英之

技術専門職員

加納 純也
石原 真吾

教授
助教

押切 友也

准教授

科学技術分野の文部科学大臣表彰

Distinguished Researchers of Tohoku University■ 令和 3 年度
若手科学者賞 受賞

小澤 祐市

光物質科学研究分野 准教授「空間構造を持つ光の発生法の開発とその応用に関する研究」■ 令和 4 年度
科学技術賞 ( 研究部門 ) 受賞
若手科学者賞 受賞

佐藤 卓
中村 崇司

スピン量子物性研究分野 教授「中性子散乱による磁性体の磁気構造および励起に関する研究」

東北大学総長業務功績賞

固体イオニクス・デバイス研究分野 准教授

化学工学会

粒子・流体プロセス部会

2021 年度 粒子 ･ 流体プロセス部会技術賞「アニオン欠陥に着目したエネルギー変換材料の機能開拓の研究」
安達 正芳

高温材料物理化学研究分野 講師

第２回プラズモニック化学研究会若手奨励賞・最優秀賞「窒化アルミニウム単結晶の新規液相成長法の開発に関する研究」

15

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東北大学 多元物質科学研究所

15-16

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

16

2022/07/26

10:29:40

主な研究成果（2021 年度のプレスリリースより、一覧）
2021.04.01

2021.04.02

2021.04.08

2021.04.21

2021.10.07

新たな動作原理による有機メモリ素子の開発に期待～イオンチャネルと強誘電体の共存によるスイッチング特性の向上～
Chemical Science, (2021)12, 13520-13529, 原国 豪、芥川智行

2021.10.08

中空構造を持つ球状粒子内に形成された 磁気渦の直接観測に成功－ 磁気渦粒子を用いた医療応用の展開へ －Applied Physics Letters, 119, 132401 (2021), 赤瀬善太郎

2021.10.18

岡山県産鉱物「逸見石」が示す新奇な磁性
Physical Review Materials, 5, 104405, 2021, 山本孟2021.11.11

疑似固体リチウムイオン電池の３Ｄプリント製造技術を開発～ EV から医療用まで、固体リチウムイオン電池を短時間でオンデマンド製造～
Dalton Transactions, (2021) 50, 16504-16508, 小林弘明、本間 格、雁部祥行

2021.11.19

強磁性準結晶の発見 ～準周期性が示す特異な磁性の解明に向けて飛躍的な前進～“Clear as (Quasi) Crystal: Scientists Discover the First Ferromagnetic Quasicrystals”
Journal of the American Chemical Society, (2021) 143, 47, 19938-19944, 佐藤卓

2021.11.25

チタン酸バリウムナノキューブの粒径を制御する手法を新たに開発環境調和型のプロセスを採用
高性能小型電子デバイスの開発に期待
ACS Omega, (2021) 6, 48, 32517–32527, 殷シュウ

2021.11.25

髪の毛の太さより薄い油水分離膜

Green Process

2021.12.09

共鳴トンネル効果を用いたモットトランジスタの原理検証に成功～次世代デバイスの実現に向けて～
Nature Communications, 12: 7070 (2021) , 組頭広志

Green Material
Green Life

2021.12.13

不純物ドーピングによる硫化スズ薄膜の n 型化に成功～有害元素を含まない実用的な薄膜太陽電池の実現に期待～“N-type Conductive Tin Sulfide Thin Films: Towards Environmentally Friendly Solar Cells”
Physical Review Materials, 5, 125405 (2021), 鈴木一誓、川西咲子

2021.12.16

安価で高性能な燃料電池・空気電池用非白金触媒を実現
炭素に担持した金属錯体触媒分子を最適化
ACS Applied Energy Materials, (2021) 4, 12, 14380–14389, 藪浩2021.12.17

新しい酸化チタンの高品質結晶合成に成功 環境に優しい光・電子デバイスの実現へ
Crystal Growth & Design, (2022) 22, 1, 703-710, 吉松公平、組頭広志

Measurement

2021.12.21

銅微粒子の新たな有機物フリー合成技術を開発～水溶性卑金属塩を利用し、グリーンな合成手法を実現～
Scientific Reports, 11: 24268 (2021) , 蟹江澄志

Green Material

2021.12.21

蜂の巣格子に形成される多様な化学結合“Ion Pairings Change Honeycomb Crystal States”

Green Life

誕生途上のタンパク質が立体構造を形成する新たな仕組みを解明～翻訳合成途上タンパク質に働きかける酵素を一分子レベルで可視化することに成功～
iScience, (2021)24, 102296, 稲葉謙次、平山千尋

Green Life

光と分子を使って生きた細胞内の蛋白質を自在に連結～疾患の分子機構解明につながるオプトケミカルジェネティクス～
Angewandte Chemie International Edition, 60, 20(2021)11378-11383, 水上進、小和田俊行

Green Life細胞のタンパク質品質管理機構に関する新たな知見～ジスルフィド結合の形成・開裂に関わる酵素の 新たな二量体形成モチーフの発見と機能制御機構の解明～
Structure, USA, (2021)29, 1357–1370 稲葉謙次

2021.05.10

電池性能を UP させるカーボン新素材「グラフェンメソスポンジ」のサンプル提供を開始
西原洋知

2021.05.12

コヒーレント回折イメージングがワンショットで可能に

2021.05.20

昆虫の脱皮に学ぶ３次元ゲルプリンティング～空気とゲルの界面を利用した硬化と表面機能化～
Langmuir, (2021) 37, 20, 6201–6207, 藪浩2021.05.20

ニコンと東北大学多元物質科学研究所による共同研究成果“ 霧 ” を用いた透明導電性薄膜の製造 ～表示デバイスのエコな製造革新へ～
Scientific Reports volume, 11, 10584 (2021), 蟹江澄志

2021.05.24

分子構造により細孔径を制御したカーボン
Communications Chemistry, 4, 75 (2021), 西原洋知

2021.06.01

新素材「グラフェンメソスポンジ」の 安価な製造法を開発
Journal of Materials Chemistry A, (2021) 9, 14296-14308, 西原洋知

－三角形でエッジの鋭い開口が鍵－
Optics Express, 29, 2, 1441-1453 (2021), Optics Express, 29, 10, 14394-14402 (2021), 高橋幸生、石黒志Green Material
Green Life
Measurement
Green Life

Green Material
Green Life
Green Life

2021.06.10

脂質受容体の新たな活性化機構を解明
Science Advances, (2021), 7, 24, 南後恵理子

2021.06.17

新型コロナウイルスの高性能な抗体検査技術を開発～約 20 分で測定完了！現場診断やワクチン効果の定量的評価に貢献～
Biosensors and Bioelectronics, 190, 15 (2021), 113414, 火原彰秀

2021.06.24

高分子材料の結晶配向をナノスケールで可視化
電子顕微鏡をベースとした新規分析法で高分子の研究・開発に寄与
Macromolecules, (2021) 54, 13, 6028-6037, 陣内浩司、狩野見秀輔（大学院生）、丸林弘、典宮田智衆、津田健治

2021.06.25

電池材料の酸素脱離現象を解明 次世代型蓄電池への応用に期待“Preventing Oxygen Release Leads to Safer High-Energy-Density Batteries”
Advanced Energy Materials, (2021) 11, 2101005, 雨澤浩史、中村崇司、木村勇太

ー脂質がまっすぐ伸びて活性化ー

2021.06.30

電池材料粒子内部の高精細な可視化に成功

2021.07.19

改変されたゲノム編集 Cas9、DNA 上を動く！
Scientific Reports, 11, 14165 (2021) , 鎌形清人

2021.08.19

強誘電体ナノドメインの電場応答をナノスケールで可視化
電場印可下での分極ナノドメインの分布変化を初観測
Applied Physics Letters, 119, 052904 (2021), 森川大輔

2021.08.25

2021.09.09

Green Life

セルロースの非晶質化を計算で予測！

2021.09.17

AI 制御によるクライオ EM の自動測定システムを開発
Communications Biology, 4: 1044 (2021) , 米倉功治

2021.09.27

コバルトフリー正極の安定な高電圧動作に成功～リチウムイオン電池素材のサプライチェーンリスク回避に期待～
ACS Applied Energy Materials, (2021) 4, 9, 9866–9870, 小林弘明、本間 格

2021.12.23

秩序と乱れが共存した高性能な液晶性有機半導体を開発
ー 電子回折により液晶が凍結した分子配列構造を確認 ー
Chemistry of Materials, (2022) 34, 1, 72-83 米倉功治

2022.01.19

海洋・畜産廃棄物から電池用触媒を合成 古来からある「血炭」を次世代エネルギー材料に“Harnessing Sea Pineapples and Blood Waste for Metal-air-battery Catalysts”
Science and Technology of Advanced Materials, (2022) 23, 1, 31-40, 藪浩2022.01.25

完熟トマトは何故あんなに赤い？ ～カロテノイド微粒子の歪んだ現実～“Why are ripe tomatoes so red? The distorted reality of carotenoid-based nanoparticles”
The Journal of Physical Chemistry C, (2022) 126, 5, 2607-2613, 鈴木龍樹

2022.02.28

ひとふりで立体像を獲得するレーザー顕微鏡法を開発～「光の針」を使って 3 次元情報を一挙に可視化～“Engineered Light Waves Enable Rapid Recording of 3D Microscope Images”
Biomedical Optics Express, 13, 3, 1702-1717 (2022), 小澤祐市

2022.02.28

光でイオンを輸送する膜タンパク質の巧妙な仕組み－ XFEL が捉えた光駆動型イオンポンプロドプシンの構造変化－

Green Life

超臨界流体を利用して活性面を短時間で再生することに成功
Chemistry of Materials, (2021) 33, 19, 7780-7784, 苫井高明、阿尻雅文
身近な製品の製造・開発コストの大幅削減に期待
Advanced Powder Technology, 32, 10, (2021) 3717-3724, 石原真吾、加納純也

東北大学 多元物質科学研究所

バナジン酸マグネシウム：約半世紀来の謎を解明

複雑な表面構造を詳細に決定することに成功
厚さ 1 ナノメートルの全表面構造を大量の電子回折パターンで決定
PHYSICAL REVIEW RESEARCH, 3, 043164 (2021), 虻川匡司、青山大晃（大学院生）

Measurement

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構造決定～カルシウムポンプに必要なエネルギ―供給源 ATP の新たな取り込み機構の解明～
EMBO Journal, (2021)40:e108482, 稲葉謙次、張 玉霞、渡部 聡、門倉広2021.09.14

ミクロな多孔膜の濡れ性を制御して水と油を効率的に分離
Advanced Materials Interfaces, (2022) 9,2101954, 藪浩、和田健彦

2021.12.22

Measurement

厚さわずか２ナノメートルの半導体極薄トランジスタで分子認識に成功！
ー医療・環境・生産に特化した分子センサーへの応用に期待ー
RSC Advances2021, 11, 26509 – 26515., 高岡毅、米田忠弘

ナノ触媒のリサイクル法を開発

Measurement
Green Lifeー遺伝子治療への応用に期待ー

2021.09.13

特徴的な結晶構造が量子力学的なゆらぎを生み出す

Green Material

Green Life

Green Material

Green Material
Green Process
Green Material

Green Process

Green Life

Green Material

Green Material
Green Process

Green Material

Green Material

Green Process

Green Material

Journal of the American Chemical Society, (2022) 144, 3, 1082-1086, 山本孟～多次元イメージング計測とデータ科学の連携～
The Journal of Physical Chemistry Letters, (2021) 12, 24, 5781–5788, 上松英司（大学院生）、石黒志、高橋幸生－ AI に管理を任せてデータ測定を楽に－※ 多元研では、所内の研究分野を組織化して「多元研グリーン戦略」を推進しています。 Green Material
詳細は 13 頁の「多元研グリーン戦略」をご覧ください。

17

Green Material
Green Process

固体蓄電デバイスの３Ｄプリンティング製造法を開発～ウェアラブルデバイス電源の基盤技術として期待～“First 3D-printed Proton-conductive Membrane Paves Way for Tailored Energy Storage Devices”
ACS Applied Energy Materials, 2021, 4, 4, 3651–3659, 本間格、シュタウススヴェン、岩瀬和至

Green Process
Green Process

Green Process

Green Life

Measurement

Measurement

Green Material

Green Life

Measurement

Green Life

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 119 (9) e2117433119 (2022), 南後恵理子

Measurement

Green Material
Green Process

Measurement

2022.03.04

DNA 中で機能する新たな人工塩基対の創製に成功 DNA の構成要素を増やす新たな設計概念を提案
Nucleic Acids Research, 50, 6, (2022) 3042-3055, 永次史

2022.03.11

4V で動作する有機リチウムイオン電池を実証～金属資源を一切使用しない高エネルギー密度蓄電池へ～“A 4 V-class Metal-free Organic Lithium-ion Battery Gets Closer to Reality”
Advanced Science, 9,12 (2022) 2200187, 小林弘明、本間格

Green Life

Green Material
Green Process

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

18

AMED（国立研究開発法人日本医療研究開発機構）「CREST」事業による「ケミカルプロテオスタシス：レドックス、pH、金属イオンが織りなす
タンパク質品質管理機構の研究開発」の推進
Promotion of “Study of chemical proteostasis: novel mechanisms of protein quality control ensured
by the cooperation of redox, pH and metal ions”
有機・生命科学研究部門生体分子構造研究分野の稲葉謙次
教授は AMED-CREST「プロテオスタシスの理解と革新的医成されたジスルフィド結合を開裂する酵素の分子機構について、詳細な研究が行われてきました。

興味深いことに、細胞膜には、細胞内の化学パラメータをための亜鉛イメージング技術が確立されました（Kowada et

制御するために、様々な化学物質を選択的かつ量を調節しな

al., Cell Chem. Biol. 2020）。この技術を広く活用することで、細胞の亜鉛恒常性維持機構の全容解明が期待できます。

療技術の創出」領域（総括：現 JT 生命誌研究館館長 永田和そのような研究を進める中、稲葉教授は「これまでの研究

がら取り込む、あるいは排出する膜輸送体が数多く存在しま宏 先生）に採択され、2021 年 10 月より新しい研究プロジ

は、タンパク質が新規に合成されたタンパク質の品質を管理す（図 2）。これら膜輸送体に着目し、その作用機序を分子着目する化学パラメータは、上記の亜鉛イオンだけでなく、ェクトをスタートしました。本プロジェクトの概略と、稲葉するという視点に立った研究ばかりでした。これからは、も構造レベルで解明すると同時に、その機能や発現が変動した

カルシウムイオン、pH、レドックスなどもあります。いず教授の意気込みを以下に紹介します。

っと新しい視点に立ってタンパク質品質管理機構の研究を展際、細胞内に存在する、あるいは細胞外に分泌するタンパク

れもタンパク質の立体構造形成や機能に直結する化学パラメ

細胞内のタンパク質は厳正な品質管理のもと産生され、機開し、本分野にパラダイムシフトを起こそう」と思い立ちま

質にどのような影響が出るかを網羅的かつ定量的に調べるこータです。これらパラメータを制御する膜輸送体も見つかり能しています。タンパク質品質管理機構の異常は不良品タンした。具体的には、細胞の各区画はレドックス、pH、金属とを計画しました。

つつあり、各膜輸送体の化学恒常性維持およびタンパク質恒

パク質の過剰な蓄積につながり、ひいては細胞死に至るため、イオン濃度などの化学パラメータが厳密に制御され、その制この研究を開始するきっかけとなったのが、亜鉛イオンに常性維持における寄与を定量的に評価するための技術開発も本機構の破綻が引き起こす重篤な疾病も数多く報告されてい御の下でタンパク質の恒常性は維持されるのではないかとい依存した初期分泌経路内のタンパク質品質管理機構の発見

現在進行中です。さらには、それら膜輸送体の高分解能立体ます。そのため、細胞が備える巧妙なタンパク質品質管理機

う着想です（図 1）。これまでも、細胞に酸化還元剤やカルです。細胞の初期分泌経路は主として小胞体とゴルジ体か構造を決定し、その情報を基に特異的な阻害剤を開発するこ構の理解は基礎生物学のみならず医学的にも極めて重要な課

シウムポンプの阻害剤を投与すると、重篤な細胞ストレスがら成り、そこには亜鉛イオン濃度を制御するために多種の亜とにより、細胞内の化学パラメータを自在にコントロールす

題と言えます。本プロジェクトでは、稲葉教授のグループが誘導されることは知られていましたが、化学環境の変動が細鉛輸送体が存在します。これら亜鉛輸送体を遺伝子ノックダ

ることも可能になります。実際、稲葉教授のグループでは、得意とする構造生物学的手法をはじめ、細胞イメージング、

胞内タンパク質の立体構造や生合成に与える影響を網羅的か

ウンすると、亜鉛依存的な分子シャペロンである ERp44 のクライオ電子顕微鏡により、小胞体にカルシウムを取り込む

プロテオミクスなどの技術を駆使し、細胞のタンパク質恒常つ定量的に調べた研究はほとんどありませんでした。

機能低下を介して、本来小胞体ではたらくはずの幾つものカルシウムポンプ SERCA2b（図 3）をはじめ、幾つもの膜輸性維持（プロテオスタシス）システムの統合的理解を目指し

酵素が細胞外に分泌することを突き止めました（Watanabe,

送体の高分解能構造解析に成功しています (Zhang et al., Sci.

ます。

Amagai et al., Nat. Commun. 2019）。現在は、ゴルジ体に存Adv. 2020, EMBO J 2021)。分子構造レベル、遺伝子レベル、タンパク質恒常性維持機構に関する研究は生物学的に興味在する亜鉛輸送体の機能をより詳細に解析すべく、各亜鉛輸

細胞レベルの研究を統合的に進めることにより、将来的には深く、疾患とも深く関連するため、これに参画する研究者は送体の遺伝子ノックダウン条件下での亜鉛定量や ERp44 の体内の金属イオン異常、pH 異常などが引き起こす重篤な疾

世界中に大勢います。多くの研究者は、新生ポリペプチド鎖

機能評価などを行っています。特筆すべきことに、多元研の病に対する創薬や治療法開発が期待され、その医学への貢献の凝集を抑制し正しい立体構造へ導く分子シャペロンや、構水上教授のグループと共同で、ゴルジ体内の亜鉛定量を行うは計り知れません。

造異常タンパク質を速やかに分解除去するユビキチン・プロ
テアソームやオートファジー・リソソームに関する研究を中心に行っています。稲葉教授のグループでも、これまで、システインと呼ばれるアミノ酸に含まれる硫黄原子間の共有結合であるジスルフィド結合に着目し、細胞内でジスルフィド結合が新生ポリペプチド鎖に導入される仕組みや、誤って形

図 1. ケミカルプロテオスタシスの概念図

図 3. クライオ電子顕微鏡により解かれた小胞体カルシウムポンプ SERCA2b の高分解能構造稲葉謙次

Kenji INABA
図 2. 小胞体とゴルジ体から成る初期分泌経路における化学パラメータ制御を司る膜輸送体群

19東北大学 多元物質科学研究所

有機・生命科学研究部門
生体分子構造研究分野 教授

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University20

JST（科学技術振興機構）/JICA（国際協力機構）[ 地球規模課題対応国際科
学技術協力プログラム（SATREPS）] による「脱炭素社会に向けた炭酸塩化を利用したカーボンリサイクルシステムの開発」の推進
Promotion of “Development of a Carbon Recycling System toward a Decarbonised Society by using
Mineral Carbonation” sponsored by JST(Japan Science and Technology Agency)/JICA(Japan International Cooperation Agency)

JST さきがけ、研究領域「革新的光科学技術を駆使した最先端科学の創出」、
令和 2 年度採択課題「光子－電子誘導非線形散乱による新規光学技術の創出」
Promotion of “Research and development of novel optical technology by light-electron nonlinear
stimulated scattering” sponsored by JST (Japan Science and Technology Agency)

プロジェクトでは、途上国においても機器の調達・稼動・

光物質科学研究分野の上杉祐貴 助教は、JST さきがけ事業

本プロジェクトの第一の目標は、光と電子の誘導過程を応よび南アフリカ共和国の研究機関や企業と共に、「脱炭素社

メンテナンスが容易で CO2 限界削減費用が低い技術開発をの研究領域「革新的光科学技術を駆使した最先端科学の創出」

用したレンズ等の電子光学素子を実験的に検証することで会に向けた炭酸塩化を利用したカーボンリサイクルシステム

行っています。また、アルカリ性副産物や廃棄物を原料としにおいて 2 期生に採択され、2020 年 11 月より新しい研究す。先端レーザー技術を駆使することで、従来の電子顕微鏡の開発」の推進を 2020 年度から行っています（南アフリカ

た環境浄化材などの低コストで有用な製品が開発され、酸性プロジェクトに取り組んでいます。採択課題は「光子－電子装置にはない新しい機能性や製品価値を提供できると期待し共和国での JICA プロジェクト期間は 2022 年 1 月から正式

坑廃水の処理などにも使用されることが期待されます。

誘導非線形散乱による新規光学技術の創出」です。

ています。また第二の目標として、誘導過程からさらに一歩

金属資源循環システム研究分野の飯塚淳准教授は、国内お本プロジェクトでは、電子顕微鏡などで発生する電子ビー

踏み込んだ、光と電子の高次非線形過程に着目した理論的・

セメント産業は CO2 排出削減のために様々なアプローチ

ムをレーザーの強力な光場を使って、今までにない自由度で実験的な研究に取り組んでいきます。例えば、二種類の波長を行っています。そのなかで、60％を占めるプロセス由来制御できる新技術の創出を目指しています。一般に、光と電の光からなる光場と電子との非線形相互作用により、電子ビの CO2 排出削減に着目し、アルカリ性副産物や廃棄物を利子の相互作用はトムソン断面積で決まる反応確率の小さな現ームのスピンを制御できることが示唆されています。これは用し、炭酸塩鉱物化を行い、副生成物を活用する炭素循環シ象であるため、光場を使って電子ビームを操作することは困

他に代替のない全く新しい電子ビーム特性の操作手法であステムの開発を目指しています。得られた炭酸塩はセメント難と考えられてきました。しかし近年、電子がレーザー定在

り、革新的なイノベーション創出につながる可能性がありま

製造に資源循環し、さらに循環が不可能な資源については環波中に置かれるとき、電子が仮想的に励起されて誘導放出がす。

境浄化材として利用し、新たな循環ループを作ることを目指

生じ、効率的に相互作用することが実験的に明らかにされま

しています。

した。この原理に基づいて、これまでに上杉助教は、電子ビ

スタート）。

ームと同軸上に配置した円環状のレーザーが、電子ビームに対してレンズとして機能すること、そしてそれが従来の電場や磁場を使ったレンズと異なる特性を有することを、数値計算により明らかにしました [Y. Uesugi 他 , Physical Review
Applied 16, L011002 (2021)]。

ケープタウン近郊の解体コンクリートの破砕片の発生の様子

光と電子の誘導効果を使った電子レンズ作用の模式図。円環状のレーザーの中心に

光と電子の誘導過程により電子が横方向に運動量を得る様子

電子ビームを配置すると、光場から電子が弾かれるように力を受け、レンズ作用が（左図）。角周波数 2 ωの光と合わせて相互作用すると、生じる。

非線形現象により光の波長が変換する。

南アフリカ共和国における酸性坑廃水による環境汚染の様子
引用元 :JST SATREPS パンフレット（https://www.jst.go.jp/global/public/overview.html）
JST 研究課題紹介サイト（https://www.jst.go.jp/global/kadai/r0203_southafrica.html）

飯塚

淳

上杉 祐貴

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

21

東北大学 多元物質科学研究所

Yuuki UESUGI

准教授

プロセスシステム工学研究部門
光物質科学研究分野 助教

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University22

JST（科学技術振興機構）ALCA-SPRING（先端的低炭素化技術開発 - 次世代蓄電池（戦略的創造研究推進事業））「スピネル型正極材料合成手法開発」“Development of synthetic process of spinel cathode materials” sponsored by JST (Japan Scienceand Technology Agency)

JST 創発的研究支援事業「タンパク質核生成解析のための界面化学的液液相分離サイズ調整」“Size control of of liquid-liquid phase separation for quantitative analysisis of nucleation of protein
aggregation.” sponsored by JST FOREST (Fusion Oriented REsearch for disruptive Science and Technology) program.

エネルギーデバイス化学研究分野の小林弘明講師は、JST

ますが、リチウムイオン電池と同じ要領で電池を作製しただ

ナノ・マイクロ計測化学研究分野の福山真央講師は、JSTが非常に高く（～数十 %）、水溶液とは全く異なる物性を持

先端的低炭素化技術開発 - 次世代蓄電池 (ALCA-SPRING) のけでは全く動作しません。では、どのようにこの課題を解決

創発的研究支援事業に研究課題「タンパク質核生成解析のたった環境であり、水溶液中のアミロイド核生成モデルが適用

次々世代電池チーム -Mg 金属電池サブチームの中で「スピすれば良いでしょうか。

めの界面化学的液液相分離サイズ調整」が採択されました。

できない可能性が高いと考えられます。

一般的な電池正極反応はイオンが電解液を介して正極に入ネル型正極材料合成手法開発」を推進しています。
リチウムイオン電池は高エネルギーな蓄電デバイスとしてり、正極内部を移動することで動作します。マグネシウム金

広く用いられていますが、そのエネルギー密度は理論限界に属電池が動作しない理由は、マグネシウムイオンの正極の内迫っており、電気自動車やスマートグリッドを支える定置用部を移動する速度がリチウムイオンと比べて 1000 倍以上遅電源の幅広い普及には革新的な次世代蓄電池の開発が必要でいためであり、この正極内部の移動にかかる時間をカットです。JST ALCA-SPRING では全固体電池、リチウム硫黄電池、きればリチウムイオン電池と同等以上の性能を発揮できま

リチウム空気電池など様々な次世代蓄電池の実用化に向け、す。

国内の 40 以上の研究機関が参画し研究開発を進めています。

本研究では、多元研の礎の一つである選鉱製錬をルーツと本研究では、その中でも次々世代電池にカテゴリされる高難する湿式プロセスと最先端ナノテクノロジーを活用し、極小度なマグネシウム金属電池開発に取り組んでいます。

ナノ粒子スピネル正極材料を創製するプロセス開発を推進し本研究では、微細加工技術と画像解析を組み合わせた新規化

そこで本研究では、液滴中のアミロイド核生成のメカニズ

学分析ツールを確立し、細胞内液滴からのアミロイド線維形

ム理解に向け、新たな計測ツールを開発します。具体的には、

成メカニズムの理解を目指します。

微細加工技術により形成したマイクロスケールの化学実験デ

アミロイド線維はプリオン病や筋萎縮性側索硬化症 (ALS)

バイス（Lab on a chip とよばれる）を用いたアミロイド前など、様々な疾患に関連することが知られています。アミロ

駆タンパク質の人工的な液滴形成法を確立します。この人工

イド線維形成では、最初期の核生成は非常起こりにくい現象

液滴からのアミロイド核生成および線維成長を解析することですが、一旦核が生成すると不可逆的にアミロイドが成長しで、実際の細胞内で起きているアミロイド核生成メカニズムていきます。そのため、アミロイド核生成メカニズムの解明の理解や、アミロイド核生成を抑制するような薬剤の開発がが疾患発症 / 抑制の理解につながると考えられます。従来の可能になると期待します。

in vitro における生化学的アプローチとして、水溶液中（つリチウムの替わりにマグネシウムを用いたマグネシウム金ています。極小ナノ粒子スピネルは内部のイオン移動距離が属電池は、原料の資源が豊富でコストが安く、また体積あた

2 nm 程度とわずかであり、高出力正極として利用することりのエネルギー密度はリチウムイオン電池を凌駕する可能性ができます。電極材料としての応用知見がない極小ナノ粒子があり、世界的に注目されています。開発上での大きな障壁

スピネルをうまく正極として活用することで上記課題を克服

は、適切な電極（正極・負極）と電解質の組み合わせが存在し、現行リチウムイオン電池を凌駕するレアメタルフリーマ

近年、アミロイド前駆タンパク質の多くが、細胞内で液 -しないことです。正極材料では、リチウムイオン電池正極にグネシウム金属電池を実現し、資源・エネルギー問題の解決

液相分離を起こし、数百ナノメートルから数マイクロメートも用いられるスピネル型材料が有望材料として注目されていや低炭素化社会に貢献します。

ルサイズの数過渡的な液状集合体（液滴）を形成することがまり、アミロイド線維を形成するタンパク質が水分子に比べて非常に少ない状態）でのアミロイド核形成のメカニズムについて多くの研究がなされてきました。

わかってきました。そして、アミロイド核生成はこの液滴内

マグネシウム⾦属電池
Li

Mg
Na

Zn

Co
有機物

で起こることが示唆されています。液滴内はタンパク質濃度

Fe
Mn

資源豊富な元素を使⽤した新電池
MnO4–

Mg2+
Alcohol

構造制御

形態制御
先端的⾮平衡湿式プロセスによる極⼩ナノ正極材料開発

新原理電池

小林

× 極⼩ナノ材料 ➡ ⾼性能次々世代
⼆次電池

弘明

福山

Hiroaki KOBAYASHI
金属資源プロセス研究センター
エネルギーデバイス化学研究分野

23

東北大学 多元物質科学研究所

真央

Mao FUKUYAMA

講師

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター
ナノ・マイクロ計測化学研究分野 講師

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

24JST 創発的研究支援事業「エアロゾルと気候変動を繋ぐその場測定法の開発」“Development of a novel in-situ method for understanding aerosol-climate interactions” sponsored by
JST FOREST (Fusion Oriented REsearch for disruptive Science and Technology) program.

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

PM2.5 に代表される大気中に浮遊する微粒子 ( エアロゾル )現在の大気化学研究では、バルク組成の計測が中心に行わは、地球に入射する太陽光を散乱・吸収し ( 直接効果 )、まれており、バルク組成に基づいた放射強制力・気候変動の予た雲凝結核として雲粒へと成長することで気候の形成と密接

測能力は低いのにもかかわらず、表面・バルク組成の効果をに関わります ( 間接効果 )。特に間接効果は、雲の生成、分布、区別したエアロゾルの気候影響はほとんど議論されてきませ特性に影響を与え、最終的に降水パターンを決定します。こんでした。これは、ガス－粒子界面に局在する成分を選択・れらの直接・間接効果が正味で太陽光から地球に入るエネル

直接的に「その場」測定できる分析手法がなかったのが一ギーの大きさに寄与することで、気候変動に大きな影響を及因です。エアロゾルの表面積は地球規模で地表総面積の 100

ぼします。しかしながら、エアロゾルは放射強制力や気候変倍以上であることを考えると、その膨大かつ特殊な「表面」

動を予測する上で最も大きな不確実性をもたらす要因のひとが持つ気候影響、また微小反応場で起こる不均一反応機構のつとして認識されています (IPCC 第 5 次評価報告書 , 2013)。

分子レベルでの理解が非常に重要であります。

これはエアロゾルに係るデータの蓄積が進んでいるのにもか

本研究では、世界初となる「エアロゾルの光散乱・吸収特

かわらず、気候影響との明瞭な関係性を未だに見いだせてい性、雲凝結核活性の同時計測」かつ「エアロゾルの表面組成ないのが一因と考えられています。

の選択的検出」を可能にするその場測定法の開発に挑戦しま

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。

一方で実大気中のエアロゾル内での組成分布は不均一、すす。具体的には、電気力学天秤内に単一エアロゾル粒子を閉

なわち表面組成とバルク組成は異なることが予測されておじ込め、相対湿度変化や不均一反応などの大気中で起こる物■ キャリア支援

り、特にその表面組成は、周囲ガスと粒子表面との反応であ

理・化学的プロセスを連続的に再現し、その粒子の表面組成、学生を対象とした「キャリア支援交流会」を開催し、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る不均一反応により大きく変質することが明らかになってい光散乱・吸収特性、雲凝結核活性の同時計測を試みます。将た OB による講演などを行っています。

ます。このような背景から、私はエアロゾルの気候影響を解

来的には、光散乱・吸収特性、雲凝結核活性への表面組成の明する「鍵」として、この表面組成に着目しました。

影響を定量・数式化し、気候変動へのエアロゾルの影響を定
量的に明らかにすることを目指します。

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、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。2021 年度は、新型コロナウィルスの感染拡大防止のためオンラインで開催しました。次世代放射光施設施設をテーマに、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）」などの積極的な利用により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、企業や政府機関における役職を務めることで、研究者コミュニティーに貢献をしています。また、地域社会との連携や交流の促進を目的として、様々な活動を実施しています。
「学都『仙台・宮城』サイエンスデイ」や「みやぎ県民大学開放講座」、「夏休み大学探検」等の教育イベントにも継続的に参画しています。

玄大雄

Masao GEN
マテリアル・計測ハイブリッド研究センター
ナノ・マイクロ計測化学研究分野 助教

25

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University26

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

地域

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。

国

機関名

ルーマニア

レーザー・プラズマ・放射物理国立研究所

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

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

2014

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

1997

イエナ・フリードリッヒ・シラー大学固体物理研究所

1999

結晶成長研究所 / Institute for Crystal Growth

2006

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

2009

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

2011*

マドリード・アウトノマ大学化学部

2013

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

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

2007

ロシア科学アカデミー固体物理学研究所

1993

トムスク工科大学原子核物理研究所

1997

ロシア科学アカデミーレベデフ物理研究所

2000

ロシア科学アカデミー極東支部自動制御プロセス研究所

2005*

ロシア科学アカデミー地球科学・分析科学研究所

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

2006

マギル大学金属プロセス研究センター

1998

トロント大学金属・材料科学科

1998

Romania■ 2021 年度に開催した国際シンポジウム等の例
・特別講義

フランス

2021 年 9 月～ 12 月｜北京科技大学特別講義

France北京科技大学の博士課程を対象とした、多元研の教授 9 名によるオンライン特別講義 "Frontiers of Materials Science andInstitute of Materials Jean Rouxel,University of Nantes

Engineering" を実施しました。

・国際シンポジウム

ハンガリー
Hungary2021 年 11 月 30 日｜東北大学 - 台北科技大学ジョイントシンポジウム（オンライン開催）
2018 年に東北大学多元物質科学研究所と台北科技大学工程学院との部局間協定が締結されてから、毎年ジョイントシンポ
ジウムを開催しており、4 回目の開催となりました。また、2019 年に東北大学と台北科技大学との大学間協定が締結されたことから、学内多部局の研究者が参加し、東北大－台北科技大両機関から将来研究ビジョンを意識した Keynote 講演、新進気鋭

ドイツの中堅・若手研究者によるプロジェクト報告や、将来共同研究に繋がりそうな話題提供講演の他、両大学の学生による Flash

Germany

Presentation も行われました。

■ 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

1998*

北京大学 / Peking University

1999*

中国科学院長春光学精密機械物理研究所

2000

華僑大学材料科学工程学院

2001

重慶大学 / Chongqing University

2001*

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

2002*

鄭州大学材料工程学院

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

2017

Center for Nanoscale Science and Technology Peking University

Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics
College of Material Science and Engineering, Huaqiao University

中国
China

College of Materials Engineering, Zhengzhou University

Faculty of Materials and Energy, Southwest University

アジア
Asia

Korea

中近東

Middle and Near East

クウェート
Kuwaitイギリス

United Kingdom27

東北大学 多元物質科学研究所

Spain

イタリア
Italy

Chemistry Department of the Universidad Autonoma de Madrid

P.N.Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences
Nuclear Physics Institute,Tomsk Polytechnic University

ロシア
RussiaP. N. Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences
Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of the RussianAcademy of Sciences
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences

ウクライナ
UkraineInstitute for Problems of Materials Science, National Academy of Science of Ukraine

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

2009*

国立台北科技大学工程学院

2018

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

2019*ウォータールー大学 / University of Waterloo

2006*

全北大学校 / Chonbuk National University

1991*

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

1995

ソウル大学校 / Seoul National University

1998*

コロンビア大学理工学部地球・環境工学科

韓南大学ハイブリット材料研究所

2003

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

2003

朝鮮大学校 / Chosun University

2004*

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

2021*

チュラロンコーン大学 / Chulalongkorn University

2011*

チェンマイ大学 / Chiang Mai University

2012*

クウェート科学研究所

2013

Institute of Hybrid Materials for Information and Biotechnology, Hannam University
Advanced Materials & Process Research Center for IT, Sungkyunkwan University

タイ / Thailand

スペイン

Institute fur Festkorperphsik, Freidrich-Schiller-Universitat Jena2009

College of Engineering, National Taipei University of Technology

韓国

EuropeFaculty of Materials Science and Engineering,University of Miskolc

台湾工業技術院南分院

ITRI South, Industrial Technology Research Institute台湾 / Taiwan

ヨーロッパ

締結年

北京大学ナノ科学技術研究センター

National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics

締結年

Kuwait Institute for Scientific Research

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

McGill Metal Processing Center,McGill University

カナダ
Canada北米

North America

アメリカ
USA

Department of Metallurgy and Materials Science,University of Toronto

Department of Earth and Environmental Engineering, Fu Foundation School of Engineerigand Applied
Science,Columbia University

1998

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

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

ローレンス・バークレー国立研究所

2020*

Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Lawrence Berkeley National Laboratory Advanced Light Source
SLAC 国立加速器研究所 / SLAC National Accelerator Laboratory

2021*

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

28

組織図
有機・生命科学研究部門
運営協議会

研究所長

Management
Strategy Office

三役会議Managers’ Meeting

生命機能分子合成化学 ／ 永次

Administration
Meeting

Director

研究経営戦略室Division of Organic- and Bio-materials Research

教授会

Faculty Meeting

各種委員会

Functional Photochemistry and Chemical Biology

共共拠点・アライアンス組織

生体分子構造 ／ 稲葉 謙次
細胞機能分子化学 ／ 水上

Research Section 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(共同研究部門)

 非鉄金属製錬環境科学研究部門

Collaborative Research Division of Non-ferrous
Metallurgy and Environmental Science 製鉄プロセス先端解析技術共同研究部門
Collaborative Research Division of Advanced
Analysis of 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

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研究支援部門進

Research Support
Section 広報情報室

Information Branch 安全管理室

Safety Planning Section

Technical Service
Section 機械工場

Machine Shop ガラス工場
Glass Shop

 図書室

Administrative
Office 総務課

General Affairs Section

 経理課

Finance Section

聡ハイブリッドナノシステム ／ 蟹江 澄志（SRIS）

Cell Functional Molecular Chemistry

Hybrid Nano System

ナノ機能物性化学 ／ 組頭 広志

Nano Biophysics

事務部

卓

Nanoscale Magnetism

生物分子機能計測 ／ 米倉 功治

技術室

スピン量子物性 ／ 佐藤

Quantum Spin Physics

ナノスケール磁気機能 ／ 岡本

Biomolecular Structure

生命分子ダイナミクス ／ 髙橋

附属研究施設Inorganic Solid State Materials Chemistry

生命機能制御物質化学 ／ 和田 健彦

Joint Usage/Research Center & Alliance・ CORE²協働センター
・ 物質創製・先端計測研究領域部会

Division of Inorganic Material Research

無機固体材料化学 ／ 山田 高広

Synthesis of Organic Functional Molecules

Subcommittees

研究部

史

無機材料研究部門

Nano Physical Chemistry

無機固体材料合成 ／ 山根 久典

聡

Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

Biological and Molecular Dynamics

量子ビーム構造生物化学 ／ 南後 恵理子

金属機能設計／ 亀岡

有機ハイブリッドナノ結晶材料

環境無機材料化学／ 殷

高分子ハイブリッドナノ材料 ／ 西堀 麻衣子（SRIS）

物質変換無機材料 ／ 加藤 英樹

ソフト材料 ／ 客員教授 馬場 嘉信

ハード材料 ／ 客員教授 今中 信人

プロセスシステム工学研究部門

計測研究部門Quantum Beam-based Structural Biology and Chemistry

聡

Metallurgical Design for Material Functions

澍Environmental Inorganic Materials Chemistry

Organic and Hybridized Nanocrystals
Polymer Hybrid Nanomaterials

Inorganic Materials for Chemical Transformation
Hard Materials

Soft Materials

Library 多元CAFTAGEN Central Analytical Facility

Division of Measurements

Division of Process and System Engineering

超臨界ナノ工学 ／ 阿尻 雅文（AIMR）

Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies

敦

構造材料物性 ／ 木村 宏之

光物質科学／ 佐藤 俊一

Structural Physics and Crystal Physics

Laser Applied Material Science

高分子物理化学 ／ 陣内 浩司

固体イオニクス・デバイス ／ 雨澤 浩史

Polymer Physics and Chemistry

Solid State Ionic Devices

環境適合素材プロセス ／ 埜上

量子ビーム計測 ／ 百生

Quantum Beam Measurements

量子フロンティア計測 ／ 矢代洋

航（SRIS）

Frontier quantum-beam metrology

Environmental-Conscious Material Processing

材料分離プロセス ／ 柴田 浩幸

量子光エレクトロニクス ／ 秩父 重英

ハイブリッドナノ粒子プロセス ／ 村松 淳司（SRIS）

放射光可視化情報計測 ／ 髙橋 幸生（SRIS）

プロセスシステム ／ 客員教授 加藤 之貴

固体表面物性 ／ 虻川 匡司（SRIS）

Quantum Optoelectronics

Materials Separation Processing
Hybrid Nano-particle

Synchrotron Radiation Microscopy and Informatics
Solid Surface Physics

Process System

電子線干渉計測 ／ 佐藤 俊一（兼）Electron Interference Measurement

金属資源プロセス研究センター

電子回折・分光計測／ 寺内 正己

Electron -Crystallography and -Spectroscopy

Center for Mineral Processing and Metallurgy

高温材料物理化学 ／ 福山 博之

High-temperature Physical Chemistry of Materials

基盤素材プロセッシング ／ 植田

Base Materials Processing

滋エネルギーデバイス化学 ／ 本間格

Energy Resources and Processing

放射光ナノ構造可視化 ／ 高田 昌樹（SRIS）

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy
Measurements

Powder Processing for Functional Materials

陽Advanced Scanning Probe Microscopy

計測 ／ 客員教授 山内 和人

機能性粉体プロセス ／ 加納 純也
エネルギー資源プロセス ／ 桐島

走査プローブ計測技術 ／ 米田 忠弘

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Chemistry of Energy Conversion Devices

Materials-Measurement Hybrid Research Center

金属資源循環システム ／ 柴田 悦郎

量子電子科学 ／ 髙橋 正彦

Metallurgy and Recycling System for Metal
Resources Circulation

Quantum Electron Science

原子空間制御プロセス ／ 小俣 孝久

Nano/Micro Chemical Measurements

ナノ・マイクロ計測化学 ／ 火原 彰秀Atomic Site Control in Inorganic Materials

環境適合素材プロセス ／ 埜上ハイブリッド炭素ナノ材料 ／ 西原 洋知（AIMR）

洋（兼※）Environmental-Conscious Material Processing (C)

材料分離プロセス ／ 柴田 浩幸（兼※）Materials Separation Processing (C)※ 協力講座Hybrid Carbon Nanomaterials

ハイブリッド材料創製 ／ 芥川 智行
Hybrid Material Fabrication

光機能材料化学 ／ 中川勝

Photo-Functional Material Chemistry

有機・バイオナノ材料 ／ 笠井

非鉄金属製錬環境科学研究部門

Organic- and Bio- Nanomaterials

Collaborative Research Division of Non-ferrous
Metallurgy and Environmental Science

均

製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門

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

29

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University30

有機・生命科学研究部門

無機材料研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

Division of Inorganic Material Research

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

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

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

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

教授 ｜ Professors

教授 ｜ Professors

永次 史

Fumi NAGATSUGI

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

水上 進

Shin MIZUKAMI

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

南後 恵理子和田 健彦

Takehiko WADA

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

米倉 功治

Koji YONEKURA

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

稲葉 謙次

Kenji INABA

細胞内のタンパク質品質管理システムの分子基盤
Molecular basis of the protein quality control systems in
cells

髙橋 聡

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

亀岡 聡

Yoshinobu BABA

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

松井 敏高

Toshitaka MATSUI

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
Structure-function relationships andnovel reactions of metalloproteins

Kiyoshi KANIE

Satoshi KAMEOKA

荒木 保幸

Yasuyuki ARAKI

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

Tasuku HAMAGUCHI

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

門倉 広

Hiroshi KADOKURA

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
Mechanisms of protein disulfide bondformation in the ER of mammalian cells

鎌形 清人

菊池 伸明

Nobuaki KIKUCHI

高周波磁化ダイナミクスの研究 / 磁気メ
タマテリアル技術
Magnetization dynamics in microwave
frequency / Magnetic metamaterial
technologies

殷 澍

加藤 英樹

Shu YIN

グリーンプロセスによるセラミックスの環境応答機能性
創出｜ Creation of environmental responsive functionalityof ceramics by green process

Satoshi WATANABE

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
Structural biology of metal ion
homeostasis and protein quality control

Ippei TAKASHIMA

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

Hisanori YAMANE

新規多元系無機化合物の合成と結晶構造解析、特性評価
Synthesis, structure analysis and characterization of new
multinary inorganic compounds

Hideki KATO

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

志村 玲子

Rayko SIMURA

新規多元系金属酸化物の合成と X 線結晶構造解析
Synthesis and X-ray structure analysis of
new multinary metal oxides and relatedmaterials

講師｜ Senior Assistant Professors

榎木 勝徳

髙嶋 一平

山根 久典

Hiroshi KUMIGASHIRA

Masaki MATSUBARA

吉松 公平

Kohei YOSHIMATSU

高品質酸化物薄膜の合成と電子物性探索
Synthesis of high-quality oxide thin-films
and investigation of electronic properties

藤田 伸尚

Nobuhisa FUJITA

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

助教｜ Assistant Professors

助教｜ Assistant Professors

渡部 聡

組頭 広志

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

Hirofumi KUROKAWA

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

Hidenori OKAMURA

Satoshi OKAMOTO

准教授 ｜ Associate Professors

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

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

岡本 聡

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

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
Development of single-molecule
measurements for protein dynamics

講師｜ Senior Assistant Professors

岡村 秀紀

Taku J SATO

Nobbuhito IMANAKA

松原 正樹

黒河 博文

佐藤 卓

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

客員教授｜ Visiting Professor

准教授 ｜ Associate Professors

鬼塚 和光

蟹江 澄志 (SRIS)

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

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

客員教授｜ Visiting Professor

馬場 嘉信

Takahiro YAMADA

Satoshi TAKAHASHI

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

西堀 麻衣子（SRIS） Maiko NISHIBORI

Eriko NANGO

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

山田 高広

新規金属間化合物の探索と熱電変換材料への応用
Exploration of novel intermetallic compounds forthermoelectric materials

松本 高利

Takatoshi MATSUMOTO

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

天貝 佑太

Yuta AMAGAI

小胞輸送を介したタンパク質品質管理機
構の解明
Molecular mechanisms of protein quality
control systems via vesicle trafficking

伊藤 優志

Yuji ITOH

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

西嶋 政樹

Masaki NISHIJIMA

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
Supramolecular photochirogenesis using
chiral biomolecular media

小和田 俊行

Toshiyuki KOWADA

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

藤原 孝彰

Masanori ENOKI

計算科学を活用した新規材料開発
Development of new materials based oncomputational science

Takaaki FUJIWARA

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

鈴木 博人

Hakuto SUZUKI

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

吉野 隼矢

那波 和宏

Kazuhiro NAWA

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

高橋 純一

Junichi TAKAHASHI

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

志賀 大亮

Daisuke SHIGA

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

長谷川 拓哉

Takuya HASEGAWA

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

Shunya YOSHINO

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

助教 ｜ SAKURA プロジェクト

鈴木 仁子

31

Satoko SUZUKI

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

32

プロセスシステム工学研究部門

計測研究部門Division of Process and System Engineering

Division of Measurements

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

新規な高機能材料開発をめざして、電子、中性子、レーザー、マイクロ波、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、個体物性科学などの研究領域の新たな展開を図ります。

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

Aiming at new high-performance materials, advanced measurements and analyses methods are developed using various particles such as electrons andneutrons, 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, interfacial nano-science, and condensed matterphysics.

教授 ｜ Professors

教授 ｜ Professors

阿尻雅文（AIMR）

Tadafmi ADSCHIRI佐藤 俊一

Shunichi SATO

雨澤 浩史

Koji AMEZAWA

超臨界水を用いた物質変換プロセスおよびナノフルイドの合成と応用Chemical reaction processes in supercritical water

新しい光の特性探索と物質科学への応用
Exploration of new features of light and its application tomaterial science

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

埜上 洋

柴田 浩幸

村松 淳司 (SRIS)

Hiroshi NOGAMI

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

Hiroyuki SHIBATA

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

Atsushi MURAMATSU

高機能性単分散ナノ粒子合成とサイズ・形態の精密制御
Highly functional nanoparticle synthesis with precisely
controlled size and shape

百生 敦

Atsushi MOMOSE

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

矢代 航（SRIS）

Wataru YASHIRO

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

客員教授｜ Visiting Professor

虻川 匡司（SRIS）

加藤 之貴

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｜ Research of new functional surfaces by analyzing
structure and dynamics

Yukitaka KATO

米田 忠弘

准教授 ｜ Associate Professors

笘居 高明

小澤 祐市

Takaaki TOMAI

先端エネルギーデバイスに資する材料プ
ロセスに関する研究
Materials processing for advancedenergy devices

中村 崇司

Yuichii KOAZAWA

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

Takashi NAKAMURA

エネルギーデバイス用材料の機能性発現機構の解明
Elucidation of the electrochemical
properties of energy conversion devices

Tadashi ABUKAWA

Tadahiro KOMEDA

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

夏井 俊悟

助永 壮平

Shungo NATSUI渡辺 明

Sosuke SUKENAGA

Yoshichika SEKI

Akira WATANABE

江島 丈雄（SRIS）

真木 祥千子Takeo EJIMA

赤瀬 善太郎

木村 勇太

Yuuki UESUGI丸岡 伸洋

Yuta KIMURA

外場によるエネルギー貯蔵／変換デバイ
ス用材料の物性制御
Tuning the properties of the materials forthe energy storage/conversion devices
with an external field

大須賀 遼太Sakiko KAWANISHI

高温反応場の可視化による素材プロセスの探究
Exploration of material processes
by visualization of high-temperature
reactionsNobuhiro MARUOKA

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

Yukio TAKAHASHI

寺内 正己

Masami TERAUCHI

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

Masaki TAKATA

放射光による物質の電子密度レベルでの可視化構造
科 学 の 構 築 ｜ Development of Materials Structural
Visualization Science via Synchrotron Radiation

客員教授｜ Visiting Professor

山内 和人

Kazuto YAMAUCHI

篠田 弘造

Kozo SHINODA

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
Development of porous adsorbing
materials to remove toxic elements from
water

佐藤 庸平

Yohei SATO

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

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

丸林 弘典

Hironori MARUBAYASHI

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
Analysis of hierarchical structure and dynamics insemicrystalline polymers by electron microscopy

Ayano TANABE

Zentaro AKASE金子 房恵

Tsuyoshi TAKAOKA

上田 亮介

Ryosuke UEDA

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

助教｜ Assistant Professors

坂倉 輝俊

Terutoshi SAKAKURA

単結晶 X 線回折法における技術開発
Technical study of single-crystal X-ray
diffraction

王 孝方

Fusae KANEKO

Hsiao-Fang WANG

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

増井 友美

Tomomi MASUI

石黒 志（SRIS）

山本 孟

Hajime YAMAMOTO

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

梁 暁宇

Xiaoyu LIANG

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

Nozomu ISHIGURO

宮田 智衆

Tomohiro MIYATA

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

小川 修一

Shuichi OGAWA

嶋 紘平

Kohei SHIMA

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

森川 大輔

Daisuke MORIKAWA

先端放射光計測による機能性材料の化学
状態可視化
Chemical state visualization of functional
materials by advanced synchrotron
radiation measurements

ナノ炭素材料の CVD 成長法と電子状態評価法の開発Development of CVD process andevaluation methods for nano-carbon
materials

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
Crystal and magnetic structure analysis
using electron diffraction

道祖尾 恭之Fakruddin Shahed

羽多野 忠

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 ｜ Development of MoS2based FET sensor for the detection ofmolecular species

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

Yasuyuki SAINOO

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

東北大学 多元物質科学研究所

高岡 毅

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

Ryota OSUGA

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

助教 ｜ SAKURA プロジェクト

33

高田 昌樹（SRIS）

髙橋 幸生（SRIS）

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

助教｜ Assistant Professors

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

光による電子ビーム制御法の開発
Development of electron beam
controlling technique by light田辺 綾乃

Shunichi SATO

講師｜ Senior Assistant Professors

助教｜ Assistant Professors

川西 咲子

佐藤 俊一（兼）新しい光の特性探索と物質科学への応用｜ Explorationof new features of light and its application to materialscience

Hiroshi JINNAI

Sachiko MAKI

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

上杉 祐貴

Shigefusa F. CHICHIBU

陣内 浩司

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｜ Analysis of nano-structures in soft materials byelectron tomography

講師｜ Senior Assistant Professors（SRIS）

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

講師｜ Senior Assistant Professors

秩父 重英

ワイドバンドギャップ半導体量子ナノ構造創成と時 間 空 間 分 解 ス ペ ク ト ロ ス コ ピ ー ｜ Exploration ofwide bandgap group III-nitride and group II-oxide
semiconductor quantum structures and spatio-timeresolved spectroscopy（SRIS）

關 義親

ナノ材料のレーザープロセッシングとデバイス応用
Laser processing of nanomaterials anddevice applications

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

Hiroyuki KIMURA

准教授 ｜ Associate Professors

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

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

木村 宏之

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 ｜ Structural science of materials by acomplementally use of neutron, SOR, and X-ray（SRIS）

Tadashi HATANO

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

34

金属資源プロセス研究センター

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

Materials-Measurement Hybrid Research Center

金属資源プロセスセンターは、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・製精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。

マテリアル・計測ハイブリッド研究センターでは、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学とのハイブリッドな研究展開により推進し、現代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化学を実現し、未来社会の具現化に貢献します。

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

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 ｜ Professors

教授 ｜ Professors

福山 博之

Hiroyuki FUKUYAMA植田 滋

Shigeru UEDA加納 純也

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High-temperature processes and measurements ofmaterials

高温素材プロセス
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

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

小俣 孝久

Itaru HONMA

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

Etsuro SHIBATA

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

芥川 智行

Tomoyuki AKUTAGAWA

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

渡邉 昇

Makoto OHTSUKA

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

飯塚 淳

中川 勝

Masaru NAKAGAWA

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

西原 洋知（AIMR）

Tomohiro NISHIHARA

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

笠井 均

Hitoshi KASAI

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

藪 浩（AIMR）

Hiroshi YABU

自己組織化とバイオメティック高分子材
料の創製
Self-organization and creation of
biometic polymer materials

押切 友也

Tomoya OSHIKIRI

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

講師｜ Senior Assistant Professors

福山 真央

Masayoshi ADACHI小林 弘明

Mao FUKUYAMA

Hiroaki KOBAYASHI

準安定ナノ材料を用いた次世代エネル
ギーデバイスの創製
Development of novel nano-structured
materials for electrocatalysts and theirapplications

助教｜ Assistant Professors

鬼塚 侑樹

Yuuki ONITSUKA

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

助教｜ Assistant Professors

Shingo ISHIHARA

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
Modeling and Simulation of Particle
Breakage and Design of Powder
Processing

Kazuyuki IWASE

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
Development of novel nano-structured
materials for electrocatalysts and theirapplications

35

Akihide HIBARA

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

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

岩瀬 和至

火原 彰秀

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
Analytical device utilizing nano-microfluidics, andspectroscopy for nano-microchemistry

Atsushi IIZUKA

塩基性廃棄物を利用した二酸化炭素の鉱
物化Mineral Carbonation of Carbon Dioxide
Using Alkali Wastes

講師｜ Senior Assistant Professors

石原 真吾

Noboru WATANABE

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

准教授 ｜ Associate Professors

安達 正芳

Masahiko TAKAHASHI

准教授 ｜ Associate Professors

Takahisa OMATA

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

大塚 誠

髙橋 正彦

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

東北大学 多元物質科学研究所

久志本 築

Kizuku KUSHIMOTO

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

安達 謙

Ken ADACHI

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

秋山 大輔

Masao GEN吉井 丈晴

Takeharu YOSHII

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

Daisuke AKIYAMA

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

鈴木 一誓

玄 大雄

エアロゾルの気候影響に関する研究
Quantitative understanding of aerosolclimate interactions

Issei SUZUKI

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

武田 貴志

Takashi TAKEDA

電子活性を有するπ共役系分子の合成と機能探索
Syntheses of electronic active πconjugated molecules and investigation
their function.

新家 寛正

Hiromasa NIINOMI

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

Dao Thi Ngoc Anh鈴木 龍樹

Designing and Modification of
Heterogeneous Nanoparticles for
Biosensing Applications.
Degradation and Stability of Highly
Functional Protein Materials.

生物由来有機色素のナノ粒子化による高機能化
Functionalization of Natural Pigmentsfrom Organisms by Formation of
Nanoparticles

Ryuju SUZUKI

小関 良卓

Yoshitaka KOSEKI

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

有田 稔彦

Toshihiko ARITA

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
Functional fillers by Polymerization with
Particles (PwP) for improvement ofpolymers

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University36

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

製鉄プロセス高度解析技術 (JFE スチール ) 共同研究部門

Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy
and Environmental Science

Collaborative Research Division of Advanced Analysis of Iron andSteelmaking Processes (JFE steel Corporation)

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

福山 博之 教授（兼任）

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
Iron and steelmaking / Mathematical Modeling / Process Simulation / Ultra-low
Carbon Processes

村松 淳司 教授（兼任）

主な研究テーマ・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主な研究テーマ

柴田 浩幸 教授（兼任）
Hiroyuki SHIBATA, Professor(C)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
the technology of ultrahigh purification

修一

Hiroshi NOGAMI, Professor(C)nogami@tohoku.ac.jp

Shungo NATSUI, Associate Professor(C)・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

Siahaan Andrey Stephan 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

・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の開発
Development and analysis ofadvanced ironmaking processes

客員教授

非鉄製錬業の安定的発展のために

高効率・環境対応製鉄技術に向けて

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

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

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能性材料開発

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協研究を中心軸に据え、研究を通した社会人、大学生・大学院生の実

工学研究科

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。

図For Stable Development of Non-ferrous
metallurgical Industry

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

環境科学研究科

研究部門と関連組織との連携

Toward Highly Efficient and Environmentally
Low Impact Iron and Steelmaking Processes

powderdense

CuCl film

anodic dissolution Cu2O film
not CuCu 2+
of Cu ++,, not

0.0
0

CuCl32−

Rest potential
depends onthe concentrationof Cu + without
any ligand,Not on any CuCl1−xx .

log C Cu(I)−2−4

CuCl2−

CuCl43−

Cu +
−6
:
−8

imp the mort
an ostt!
1

2

CuCl 04

Molarity of HCl

10

Electrode potential / V

Fig. A polarisation curve of cuprous species in hydrochloric acidsolution. Dense deposite from chloride aqueous electrolyte ispossible and cuprous species is anodically dissolved. Only
cuprous aqua species is attributed to electrode reaction, while
cuprous chloride complexes are not.

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 Process and System Engineering

Current density / A·m−2

Behaviour of cuprous species polarisedin HCl solutions

Flow path analysis in packed bed

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University38

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

東北大学 多元物質科学研究所

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

金属資源プロセス
研究センター
研究センター

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

Stable development of the metallurgical industry is desired forsteady supply of metallic materials which are the fundamentals
of infrastructure for society. The metallurgical industry is
exposed to severe situation. For sustainable development of
the non-ferrous metallurgical industry, the following issues
must be resolved.
1. Advancement of extraction technology,
2.Development of functional materials utilizing environmentally
unfriendly by-products,
3. Development of efficient extractive metallurgy from unusedores,
Furthermore, cultivation of human resources involving in thisfield is also important.
Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy
and Environmental Science is aimed at cultivation of humanresources by practical minded education and stimulation of
non-ferrous metallurgical industry collaborating with industrial
society.

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。

Division of Inorganic Material Research

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門などの課題解決が必須であり、そのための人材育成も欠かせません。

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無機材料研究部門

教育

3. 未活用鉱石からの有価金属の効率的抽出技術の開発

研究

非鉄金属製錬
環境科学
研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

Shuichi OGASAWARA, Visiting Professor

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

小笠原埜上 洋 教授（兼任）夏井 俊悟 准教授（兼任）Atsushi MURAMATSU, 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 nonferrous metallurgy
・Preparation of ultrahigh purity materials and their intrinsic properties

37

専門分野・キーワード

Hiroyuki Fukuyama, Professor(C)Collaborative Research Division

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

共同研究部門

専門分野・キーワード

生命機能分子合成化学研究分野

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門

永次史研究室Collaborative Research Division of Advanced Electron Microscopy

主な研究テーマ
・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

寺内 正己

専門分野・キーワード

masami.terauchi.c4@tohoku.ac.jp

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

教授（兼任）
Masami TERAUCHI, Professor(C)

陣内 浩司

米倉 功治

教授（兼任）
Hiroshi JINNAI, Professor(C)

教授（兼任）
Koji YONEKURA, Professor(C)佐藤 庸平 准教授（兼任）丸林 弘典 講師（兼任）

Yohei SATO,
Associate Professor(C)

Hironori MARUBAYASHI,
Senior Assistant Professor(C)

宮田 智衆 助教（兼任）森川 大輔 助教（兼任）

Tomohiro MIYATA,
Assistant Professor(C)

永次 史

教授
Fumi NAGATSUGI, Professor

遺伝子発現制御 / 機能性人工核酸 / クロスリンク剤 / 機能性 RNA

Daisuke MORIKAWA,
Assistant Professor(C)fumi.nagatsugi.b8@tohoku.ac.jp

鬼塚 和光

准教授
Kazumitsu ONIZUKA, Assosiate Professor

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

岡村 秀紀

助教
Hidenori OKAMURA, Assistant Professor

松本 高利

助教
Takatoshi MSTSUMOTO, Assistant Professor

・Development of the crosslinking molecules for control of gene expression in cells
・Development of the artificial molecules for binding to the higher-ordered structure of
nucleic acid・Development of the novel chemical tools targeted to nucleic acids
・Development of the intelligent molecules targeted to nucleic acids based on themolecular recognition

Division of Organic- and Bio-materials Research

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

電子顕微鏡は、マテリアル・デバイス開発の分野に広く利用

用電子顕微鏡の開発・生産を行っている日本電子株式会社と共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されるだけでなく、ポリマーやたんぱく質など新たなマテリア有し、大学の研究者と企業の技術者の協働により、新たなマテ

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、ル分野への広がりが見られ、新たな電子顕微鏡技術が新たなマ

リアルイノベーションを加速する新たな電子顕微鏡技術としてnoncodingRNA(ncRNA) として生体機能の維持調節に極めて重要

テリアルイノベーションにとってますます重要となってくる。

社会へ発信することを目指す。

な働きをしていることが明らかとなってきています。これらの遺本共同研究部門においては、本学の電子顕微鏡技術シーズを商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有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

次世代電子顕微鏡技術開発

Collaborative Research Division

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

Fumi NAGATSUGI Lab

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

Synthesis of Organic Functional Molecules

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

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.

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Division of Inorganic Material Research

制御に成功しています。さらに、遺伝子発現で重要な機能を果た
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。

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

Alkylation to G4
O O
N N
NH
N
O

O

O

G-quartet(G4) DNA
O
N

O
O
OMe

N

N

N

H N

N H
H

N
O RNA

Division of Process and System Engineering

RNA

HN

O

O

N

H
N
O

N

39

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

40

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

Development of novel (analytical) techniques for soft-materials
using next-generation electron microscopy.

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

Cross-linking to targetRNA

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

Developments of new electron microscopy techniques for soft-materials

生命機能制御物質化学研究分野

生体分子構造研究分野

Functional Photochemistry and Chemical Biology

Biomolecular Structure

和田健彦研究室

稲葉謙次研究室

Takehiko WADA Lab

Kenji INABA Lab

takehiko.wada.d3@tohoku.ac.jp

荒木 保幸

准教授
Yasuyuki ARAKI, Assosiate Professor

主な研究テーマ・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、生理的機能助教
Masaki NISHIJIMA, Assistant Professor

鈴木 仁子

助教（SAKURA）
Satoko SUZUKI, Assistant Professor

・Structure, mechanism, and physiological function of the protein disulfide bondformation/cleavage network involved in protein quality control
・Structure, mechanism, and physiological function of membrane transporters
involved in the metal ion homeostasis in cells

当研究室では、DNA や RNA などの核酸、そしてタンパク質な

PRNA

O

HN

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

O
O

O
NH

N

O

N
O

O

O
O

Neutral pH

H target RNA
H N
N

O

O

NH

O

OH

N

N
N

N
O

O B O
OH

O O
P
O O

HN

H
N

O
NH

OH

OH
B
OH

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PRNA HN

OH

N

N

O

O O
P
O O

HN
O

O

Cancer Cell (pH 5.8)

Normal Cell (pH 7.2)

Works as Effective Oligonucleotide Therapeutics

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

Cancer Cell

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

DNA duplex

No Complexation: No Off-Target Effects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Fig1 ナノバイオ分子機能の on-off 制御

Division of Inorganic Material Research

Effective Oligonucleotide Therapeutics Function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されます。

生命化学分野まで幅広い研究を展開しています。

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

S

S

SampleTheory

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.

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

M

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.

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

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

42

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

Chemical synthesis and modification of DNA/RNA andproteins are the fundamental science and technology thathave led the molecular biology revolution. Hence, thechemistry of DNA/RNA and protein not only in vitro but
also in vivo expects to open the new generational stagesof bioorganic chemistry and molecular biology. Therefore,
focusing our research interest is mostly on the recognitionand complexation behavior control of functional biopolymers,such as DNA/RNA, proteins, and their derivatives by external
factors, toward the active control of cellular functions. Anotherresearch topics of Wada Lab. are reaction control based onmolecular recognition phenomena in both the ground andelectronically excited states. Our laboratory is also working
on the development of high-sensitive and high time-resolved
circular dichroism (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.

Toward elucidation of cellular mechanisms underlying protein and metal ion homeostasis

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

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Translation

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

Yuta AMAGAI, Assistant Professor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

PRNA
Cancer Cell Specific
Recognition andComplexation

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

天貝 佑太 助教

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

targetRNA

nuclei

Satoshi WATANABE, Assistant Professor

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

H target RNA
H N
N

O

HO

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

N H

HN

渡部 聡 助教

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

Peptide Ribonucleic Acid (PRNA)

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

門倉 広 准教授

Division of Organic- and Bio-materials Research

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

kenji.inaba.a1@tohoku.ac.jp

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

・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 asa nano-chiral reaction media
・Development of High Sensitive and High Time-Resolve Circular Dichroism（CD）
Detection Method for Analysis of Supramolecular Dynamic

Kenji INABA, Professor

Hiroshi KADOKURA, Assosiate Professor

主な研究テーマ

西嶋 政樹

・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

稲葉 謙次 教授

Collaborative Research Division

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

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

教授
Takehiko WADA, Professor

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

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

41

和田 健彦

専門分野・キーワード

細胞機能分子化学研究分野

生物分子機能計測研究分野

Cell Functional Molecular Chemistry

Nano Biophysics

水上進研究室米倉功治研究室

Shin MIZUKAMI Lab

Koji YONEKURA Lab
Shin MIZUKAMI, Professor

bioimaging / fluorescent probe / photofunctional molecule / protein engineeringshin.mizukami.a6@tohoku.ac.jp

松井 敏高 准教授

主な研究テーマ

・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

Toshitaka MATSUI, Assosiate Professor

小和田 俊行 助教

Toshiyuki KOWADA, Assistant Professor

・Development of fluorescent sensor for imaging biological activity
・Development of protein-small molecule hybrid materials to investigate diseases andbiology・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髙嶋 一平 助教

Ippei TAKASHIMA, Assistant Professor

米倉 功治 教授

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

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

濵口 祐 准教授

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

Tasuku HAMAGUCHI, Assosiate Professor

黒河 博文 講師

Hirofumi KUROKAWA, Senior Assistant Professor

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

Division of Organic- and Bio-materials Research

クライオ EM でタンパク質、有機分子の構造メカニズムに迫る

生体内および生細胞内では、蛋白質・核酸・糖などの様々

能制御技術を開発します。具体的には、酵素活性や細胞内シタンパク質や有機分子は、複雑な立体構造を形成して、機能を発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

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

現します。本研究室は、最先端のクライオ電子顕微鏡 (EM) 技術を

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

用いて、より高い分解能、高い精度でこれらの試料の構造を決定し、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

その機能解明を目指します。AI 自動データ測定やデータ解析など能を観察することが重要です。当研究室では、有機化学・高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の技術開発も進めます。

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おける生体分子の機能や疾患機構の本質に迫ります。

電子線は物質と強く相互作用するため、タンパク質の一分子の像が得られます。この特性を利用するのが単粒子解析で、タンパク質の原子の配置が得られます。構造変化や揺らぎを捉えることもでき、

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

化学に基づいた細胞機能の可視化と制御

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

水上 進 教授

バイオイメージング / 蛍光プローブ / 光機能性分子 / 蛋白質工学

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

構造ダイナミクス研究も可能です。また、極微小な結晶からでも回

In a living body and cell, various biomolecules suchas proteins, nucleic acids, and sugars function byinteracting with each other. To understand their precise
biological functions occurring within a cell, it is important
to investigate the activities or behaviors of thesetarget molecules in living systems, where all of theseては、電子線トモグラフィーにより立体構造を解析します。
放射光 X 線も相補的に利用し、構造形成、安定化、機能発現に直結する水素原子や電荷の情報も可視化し、複雑な分子の構造メカ
ニズムに迫ります。

単粒子解析構造とクライオ電子顕微鏡

Advanced cryogenic electron microscopy ofproteins and organic molecules

Division of Process and System Engineering

Division of Process and System Engineering

微小結晶の電子線三次元結晶構造解析

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

44

プロセスシステム工学研究部門

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

プロセスシステム工学研究部門

43

interactions with other biomolecules are maintained.
Using organic chemistry, macromolecular chemistry,and protein chemistry, we design and synthesize
functional molecules, apply them to image behaviors or
activities of target biomolecules, and then regulate thefunctions of these targets by utilizing light.

に調べることができます。細胞組織や大きく不均一な複合体に対しDivision of Inorganic Material Research

Development of functional molecules to image and regulate biomolecules in living samples

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

折が得られるため、電子線三次元結晶解析では分子構造をより詳細

生命分子ダイナミクス研究分野

量子ビーム構造生物化学研究分野

Biological and Molecular Dynamics

Quantum Beam-based Structural Biology and Chemistry

髙橋聡研究室南後恵理子研究室

Satoshi TAKAHASHI Lab

Eriko NANGO Lab
Satoshi TAKAHASHI, Professor

主な研究テーマ

Kiyoto KAMAGATA, Assosiate Professor

・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

伊藤 優志 助教

satoshi.takahashi.a6@tohoku.ac.jp

鎌形 清人 准教授

Yuji ITOH, Assistant 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
deviceX 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 教授

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

eriko.nango.c4@tohoku.ac.jp

Eriko NANGO, Professor

藤原 孝彰 助教

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

Takaaki FUJIWARA, Assistant Professor

・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

タンパク質は、20 種類のアミノ酸が一次元的につながっ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

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

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

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

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

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に、あるタンパク質が、どのような運動により機能を発揮す

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

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

観る

X線自由電子レーザーなどの量子ビーム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識る

創る

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Division of Inorganic Material Research

Division of Inorganic Material Research

的設計と新機能をもつ分子の創製を目指します。

分子動画を測定

Capturing structural changes in proteins at work by quantum beams
Dynamics of protein folding and function basedon single molecule fluorescence spectroscopy

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

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

46

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

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

A protein is one of the biomolecules that are essential
to the phenomena of life, such as cell signaling, in vivo
catalytic reactions, storage and transport. A threedimensional structure of a protein, which consistsof a number of amino acids, is closely related toits function, and there has been an interest in how
a protein structurally changes when it functions.
However, new techniques are needed to capture themovement 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 anelectron beam to visualize actual chemical and structuralchanges in proteins. For instance, we will reveal theswitching mechanism of light-sensitive proteins andthe reaction mechanism of enzymes catalyzing unique

無機材料研究部門

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 分子創製などの応用へ

無機材料研究部門

45

Division of Organic- and Bio-materials Research

タンパク質が機能する瞬間を量子ビームで捉える

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

一分子蛍光観察によるタンパク質のフォールディングと機能の解明

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

髙橋 聡 教授

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

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

高分子ハイブリッドナノ材料研究分野

無機固体材料化学研究分野

Polymer Hybrid Nanomaterials

Inorganic Solid State Materials Chemistry

西堀麻衣子研究室

山田高広研究室

Maiko NISHIOBORI Lab

Takahiro YAMADA Lab
専門分野・キーワード

西堀 麻衣子 教授

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

maiko.nishibori.d8@tohoku.ac.jp

Inorganic materials science / Zintl compounds / thermoelectric materials / Computational
materials thermodynamics

主な研究テーマ

主な研究テーマ・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

・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

・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 themolecular recognition

榎木 勝徳 助教

Masanori ENOKI, Assistant Professor

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
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、NaCd0.92Sn1.08

窒化物や金属間化合物などの無機化合物も材料として高いポテン

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

Sn

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Na(Cd0.28Sn0.72)2
Cd/Sn
Sn

Na

Na

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

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

Cd

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、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

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

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

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
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発現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

c

a

a

b

NaCdSn

total

b

a

Na(Cd1/4Sn3/4)2

total

b

Na2CdSn5
total

Sn
Cd
Na

Sn
Cd
Na

Division of Inorganic Material Research

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

c

c

Sn
Cd
Na

究であると考えています。

を担う新原理の発見を目指します。

新規Na-Cd-Sn系金属間化合物の結晶構造と電子状態密度

熱、光、応力など外場下における原子の化学状態をマルチスケールで可視化し、マクロスケールの機能（特性）発現機構を明らかにする

Dynamics of hierarchical structure for hybrid
nanomaterials by synchrotron X-ray analysis

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

Exploration of novel inoraganic functional materials and development of new synthetic
processes
組織形成素過程を特定原子に着目した局所構造・電子状態変化から追跡
A

B

C

その場XAFS

D573K 10h 熱処理後673Kでの熱処理

673K 0h

顕微蛍光X線分析

Normalized µ(E)673K 10h 熱処理後

Zn K

熱処理によりXANESスペクトルの特徴量が数段階に変化

673 K

9650

9660

9670

9680

9690

高温
9700 9710

Energy / eV

10µm

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

Division of Process and System Engineering

10µm

673K 7h
熱処理後

50 µm

50 µm

9TiO2 + 8BN + 18Na
1000–1100˚C

8TiN + TaB2 + 6Na3BO3
窒化ホウ素を固体窒素源に用いた合成法によって TiO2 から作製された TiN 単結晶粒
Faceted crystal grains of titanium nitride prepared from TiO2 and a solid nitrogensource of boron nitride.

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

573 K

Most inorganic materials are based on metals, alloys, andoxides, while inorganic compounds such as nitrides andintermetallic compounds also have high potential as functional
materials. There are many inorganic compounds that havenot been discovered or whose functions have not been
completely revealed and understood. We aim to develop
novel inorganic compounds through exploratory synthesis
for use as functional materials such as thermoelectricmaterials, hard materials, and superconductors. We also
intend to prepare high-quality samples by new synthetic
processes and characterize such compounds by determining
their functionalities and demonstrating the mechanism
simultaneously through appropriate experimentation andtheoretical calculation. These fundamental research efforts
can aid the discovery of the so-called game changers inmaterials science.

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門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、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・Na2CdSn5

Cd/Sn

Na

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

Division of Organic- and Bio-materials Research

次世代放射光を用いた動的時空間階層構造評価技術の確立と展開

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

47

takahiro .yamada.b4@tohoku.ac.jp

・Development of thermoelectric materials based on multinary intermetallic compounds
・Development and application of synthetic processes of nitrides using solid nitrogensources・Synthesis and characterization of novel Zintl compounds for functional materials
・Material design based on computational materials science
・Study of theoretical phase diagram based on statistical thermodynamic calculations

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

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

Takahiro YAMADA, Professor

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

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

山田 高広 教授

無機物質科学 / ジントル化合物 / 熱電材料 / 計算材料熱力学

Maiko NISHIBORI, Professor

Collaborative Research Division

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

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

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

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

48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

Quantum Spin Physics

Nanoscale Magnetism

佐藤卓研究室岡本聡研究室Taku J SATO Lab

Satoshi OKAMOTO Lab
専門分野・キーワード

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

Taku J SATO, Professor
taku@tohoku.ac.jp

那波 和宏 助教

主な研究テーマ
・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

岡本 聡 教授

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

satoshi.okamoto.c1@tohoku.ac.jp

Kazuhiro NAWA, Assistant Professor

Satoshi OKAMOTO, Professor

菊池 伸明 准教授

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

Nobuaki KIKUCHI, Associate 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

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

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(c)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

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。これら様々エネルギープロファイル挙動
熱活性型磁化反転な磁気デバイスの多様な機能性は、すべてナノスケール
(a)

断熱的挙動

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

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

数領域のスピンの振舞いを制御する記録技術 ( マイクロサイズ

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

波アシスト磁気記録方式 ) により、ハードディスクの記

m

ー物質 Bi2CuSi2O6Cl12 においてトポロジカルな磁気準粒子励起を

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

歳差運動
nm

Division of Inorganic Material Research

ピン集団のトポロジカルな性質の解明が進んでいます。

(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.

・パワエレ受動素子

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

ns

s

ms

時間

強磁性体の時間，サイズに対するスピンダイナミクス挙動とその応用デバイスの創出を目指しています。

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

Ferromagnetic materials are widely utilized for various
fields such as information communication technology,
electronic devices, motors, generators, and so on.
These various functionalities of magnetic devices aregoverned by the nano-scale spin dynamics. Therefore,
it is essentially important to understand the physics
of nano-scale spin dynamics and to control it for theadvanced magnetic devices. For example, the recording
density of hard-disk drives can be significantly increased
by controlling the spin dynamics of microwave frequency
range, i.e., microwave-assisted magnetic recording
technology. The high-performance permanent magnets,

which are indispensable for traction motors of electricvehicles, can be developed by controlling the nanoscale spin dynamics at the grain surfaces.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

Another recent discovery is the intriguing slow dynamics
of the lattice of skyrmions, a topological spin texture
in an itinerant chiral magnet. Our activity to findand understand novel quantum phases, in particularcharacterized by its topological nature, is advancing.

50

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

Quest for novel quantum phases and elucidation of themin correlated-many-electron or quantum-spin systems is
at the heart of condensed matter physics for decades,
and has been our mission. Neutron inelastic scattering
is a powerful tool to achieve this goal, enabling us
to directly observe spin dynamics in condensed
matter. Recently, the advantage of using invarianceon continuous deformation (topology) becomes widely
recognized for elucidating physical properties of manybody quantum systems; a celebrated example may
be electronic topological insulator. We searched forsuch topological states in quantum magnets, and foundtopologically nontrivial quasiparticles (triplons) in thequantum dimerized antiferromagnet Bi2CuSi2O6Cl12.

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

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

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

energybarrier Eb

磁化反転機構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(b)

Division of Organic- and Bio-materials Research・Low-loss soft magnetic materials and devices
・Magnetization reversal processes of the high-performance permanent magnets
・Ultra-high-density magnetic recording technology
・High frequency spin dynamics
・Ultra-high sensitive spin dynamics measurements

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

・Development of 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

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

49

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

Collaborative Research Division

佐藤 卓 教授

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共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

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

Hybrid Nano System

Nano Physical Chemistry

蟹江澄志研究室

組頭広志研究室

Kiyoshi KANIE Lab

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

蟹江 澄志 教授

Kiyoshi KANIE, Professor
kanie@tohoku.ac.jp

松原 正樹 講師

Masaki MATSUBARA, Senior Assistant Professor

組頭 広志 教授

Functional nanomaterials / Oxide electronics / Surface and interface physical properties /Photoemission spectroscopy

kumigashira@tohoku.ac.jp

Hiroshi KUMIGASHIRA, Professor

吉松 公平 講師

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

Kohei YOSHIMATSU, Senior Assistant Professor

志賀 大亮 助教

・Control and design of novel functionalities of oxide nanostructures
・Exploration of multi-functionalities based on oxide nanostructures and application tonovel devices
・Characterization of electronic, magnetic, and orbital structures at the surface andheterointerface using synchrotronradiation analysis
・Development and application of photoemission spectroscopy and x-ray absorption
spectroscopy

Daisuke SHIGA, Assistant Professor

鈴木 博人 助教（FRIS）

Hakuto SUZUKI, Assistant Professor

Division of Organic- and Bio-materials Research

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

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

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、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

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

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

んでいます。具体的には、酸化物分子線エピタキシー（MBE）とッド化 ” することは、長所の単なる重ね合わせに留まらず、予想

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・内殻吸収分に繋がります。

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

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

機能の創成を目指しています。

Division of Inorganic Material Research

融合するにより、酸化物の類い希な物性を設計・制御しながら新材料の発見に取り組みます。

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

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

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

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

52

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

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” ofunique features of materials is not only become a simple
technique to combine the properties but also lead to induce
novel-functions through synergistic effect of the materials.
Based on this concept, we have successfully developed
hybrid functional materials such as i) quantum effect-tunable
nanoparticles by the control of the nanoparticle-based selforganized structures, ii) nanoinks to obtain functional thinfilms by mist-deposition, and iii) stimuli-responsive artificial
phospholipids forming lamella and giant vesicle structures.

Control and design of novel functionalities in oxide nanostructures

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

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) 霧化して塗布することで機能性薄有機・生命科学研究部門

・Design and Synthesis of Organic-Inorganic Hybrid Nanoparticles
・Development of Liquid Phase Precise Synthesis of Inorganic Nanoparticles Controlled inSize and Shape・Development of Conductive Thin Films by Mist-Deposition Method
・Design and Synthesis of Stimuli-responsive Artificial Phospholipids and Control of theMacro-scale Self-Organized Structures
・Development of Novel-type Extraction Process by Molecular-level Design of Taskspecific Ionic Liquids

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

51

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

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

Hiroshi KUMIGASHIRA Lab

無機固体材料合成研究分野

金属機能設計研究分野

Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

Metallurgical Design for Material Functions

山根久典研究室

亀岡聡研究室Hisanori YAMANE Lab

Satoshi KAMOKA Lab
専門分野・キーワード

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

hisanori.yamane.a1@tohoku.ac.jp

志村 玲子 准教授

主な研究テーマ

Satoshi KAMEOKA, Professor

metallurgy for catalytic materials / intermetallics / quasicrystals / hypermaterials

satoshi.kameoka.b4@tohoku.ac.jp

藤田 伸尚 講師

主な研究テーマ

Rayko SIMURA, Assosiate 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

亀岡 聡 教授

金属触媒材料 / 金属間化合物 / 準結晶 / ハイパーマテリアル

Hisanori YAMANE, Professor

高橋 純一 助教

Junichi TAKAHASHI, Assistant Professor

Collaborative Research Division

山根 久典 教授

無機構造化学 / 固体材料化学 / セラミックス / 材料合成

・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

Nobuhisa FUJITA, Senior Assistant Professor

多元系新規無機化合物の合成と結晶構造化学

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

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我々は、金属学に基づく視点から新たな構造と機能を有す

り組んでおり、得られた知見に基づいてハイパーマテリアル

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る金属・合金に関する基礎研究および材料開発を行っていまの触媒材料としての応用の可能性を探求しています。最近の可能性がある。当研究室では固体化学の観点から、新規多元系無す。研究の柱は、バルク金属を対象として優れた触媒機能を成果として、例えば、触媒的に不活性と思われてきたバルク

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、持つ金属・合金触媒を設計・調製することであり、特に各種状金でも触媒活性サイトとなる低配位数（配位不飽和）のサ

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金属・合金への活性化処理（リーチング、水素吸蔵、酸化なイトが形成されるような活性化処理を施すことで高いアセチる。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、ど）を行うことによる新奇触媒材料調製プロセスの開発を行

レンの部分水素化活性を示すようになるなど新奇機能の発見

未知の物質で有用な特性が見出される可能性があり、多元系で生っています。また同時に、準結晶関連物質（ハイパーマテリとその活性発現機構の提案を行いました。

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、大学のアル）の新規合成や X 線構造解析、構造モデリングにも取Division of Organic- and Bio-materials Research・Creation of novel catalytic materials using intermetallic compounds and theirmicrostructure control
・Metallurgy for structured metallic catalysts
・Research on precious metals alternative alloys
・Novel creation, structural analysis, and physical property evaluation of hypermaterials
・Electronic structure and structural stabilization mechanism of quasicrystal-relatedmaterials

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

・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

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

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
Division of Inorganic Material Research

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、新たな機能を有す
るセラミックス素材の開拓を目指している。

Zn/AlO4 四面体フレームワークを持つ新規化合物 Ba4Zn2Al2O9 の結晶構造

Synthesis and crystal structure analysis of oxides, suboxides, nitrides, and Zintl
compounds
Sn4 polyanion

N‐centered Sr octahecron

Sr7N2Sn3: A layered antiperovskite - type nitride stannide containing zigzag
Sr74Npolyanions
chains of Sn
2Sn3: A layered antiperovskite‐type nitride stannide

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

Division of Process and System Engineering

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 methods
・Crystal structure analysis and characterization of new
inorganic compounds
・Development of multinary-oxide and nitride phosphor
materials
・Development of novel synthetic routes for advanced
ceramic materials using active metals

containing zigzag chains of Sn4 polyanions

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

54

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

53

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

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

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

環境無機材料化学研究分野

物質変換無機材料研究分野

Environmental Inorganic Materials Chemistry

Inorganic Materials for Chemical Transformation

殷澍研究室

加藤英樹研究室

Shu YIN Lab

Hideki KATO Lab

Mixed Anion Compounds / Solvothermal Process / Morphological Control of Ceramics /Environmental Responsive Functionality

Shu YIN, Professor
shu.yin.b5@tohoku.ac.jp

長谷川 拓哉 助教

主な研究テーマ

Takuya HASEGAWA, Assistant Professor

・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

加藤 英樹 教授

光触媒 / 無機材料化学 / エネルギー変換
Photocatalyst / Inorganic material chemistry / Energy conversion

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

吉野 隼矢 助教

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

Shunya YOSHINO, Assistant Professor

・Photocatalytic water splitting
・Photoelectrochemical energy conversion
・Development of solid acid-base catalysts for biomass conversion
・Exploration of new inorganic compounds

・Development of inorganic functional materials by environmental friendly processes
・Synthesis of mixed-anion type high sensitive visible light responsive photocatalysts andtheir multifunctionality
・Development of inorganic ultraviolet / infrared light shielding and transparent electric
conductive thin films
・Gas sensing property characterization of semiconductor nanomaterials
・Synthesis of rare-earth contained photo-functional nanomaterials

Division of Organic- and Bio-materials Research

持続可能社会のための高機能な物質変換無機材料開発
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

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

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

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

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

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

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・

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

Division of Inorganic Material Research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
赤外線遮蔽スマートウィンドウ作動モデル
赤外線遮蔽スマートウィンドウ作動モデル
Working models for IR shielding smart windows
Working models for IR shielding smart windows

Construction of highly active inorganic materials for chemical reactions

Creation of Environmental Responsive
Inorganic Nanomaterials by Solvothermal
Reaction

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

Division of Process and System Engineering

3+3+導入層状ペロブスカイトのイメージ図
Ce
Ce
導入層状ペロブスカイトのイメージ図
3+-introduced
Schematicimage
imageforfornovelnovel Ce
Ce3+
Schematic-introducedlayered
layeredperovskite
perovskite

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 tophotocatalysts and solid acid-base catalysts.

56

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

東北大学 多元物質科学研究所ています。

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

機能性高度発現に関する研究を展開している。

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

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

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

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55

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

殷 澍 教授複合アニオン化合物 / ソルボサーマルプロセス / セラミックスの形態制御 / 環境応答機能

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

超臨界ナノ工学研究分野

光物質科学研究分野

Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies

Laser Applied Material Science

阿尻雅文研究室佐藤俊一研究室

Tadafumi ADSCHIRI Lab

supercritical water / super hybrid / nanomaterials / process engineering
主な研究テーマ・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

専門分野・キーワード

阿尻 雅文 教授（AIMR）

佐藤 俊一 教授

レーザー / フォトニクス / 材料科学 / 電子光学

Tadafumi ADSCHIRI, Professor

Shunichi SATO, Professor

laser / photonics / materials science / electron optics

tadafumi.ajiri.b1@tohoku.ac.jp

笘居 高明 准教授

sato@tohoku.ac.jp

・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

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

光科学と物質科学の融合研究す。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Organic‐inorganic hybrid nanomaterials

上杉 祐貴 助教

Yuuki UESUGI, Assistant Professor

田辺 綾乃 助教（SAKURA）

Ayano TANABE, Assistant Professor

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、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

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

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

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）

20 wt%

40 wt% 60 wt%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い

5 µm

5 µm

厚さが
10 nmnmの支持基板のないSiの支持基板のない Si3N4 薄膜を(a) ４光束および (b) ６光束シ
厚さが103N4薄膜を(a)４光束およびングルショットレーザー干渉加工により作製した 2 次元格子の例(b)６光束シングルショットレーザー干渉加工により作製した2次元格子の例。

Division of Inorganic Material Research

クセルギー再生産）プロセスを開発しています。

(b)て、その物理的な性質を探るとともに、ビー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。

Creation of innovative nanomaterials by supercritical water: Science and Applications

Nanocatalysts(a)by tightly focused femto-second laser pulses in liquidand can be regarded as a novel non-equilibrium, nonlinear and ultrafast process. The next is the investigationof vector beams, which have inherent vectorial
characteristics of electromagnetic wave, focusing on
its physics, the development of beam generation, theimprovement of beam quality, and applications such as
laser processing and super-resolution microscopy.

Division of Process and System Engineering↓
I n n o v a t i v e c h e m i c a l pr o c e s s e s f o rutilization of low-temperature w aste heat

We are intentionally and intensively trying to make thebest use of the excellent properties of lasers for theadvancement of material science. The state-of-theart photonics technologies are our useful and essential
tools. At present, we are especially interested in thefollowing two topics. The first is the synthesis of single
nano-particles of diamond-like-carbon and noble metals
by using an intense optical field, which is generated(b)

500 nm

Structured
lightinnovates(a) super-resolution
microscopyand(b) high
speed
Structured
lightinnovates(a) super-resolution
microscopyand (b) highspeed
three-dimensional
microscopy.
In (a), eachmicroscopy.
bead was clearlyrecognizedin thelower
righthandside. In (b),Brownian
three-dimensional
In (a),
each beadwasclearly
recognizedin themotionof floating beads
imaged.
lower righthandside. isInvolumetrically(b), Brownian
motion of floating beads is volumetrically東北大学 多元物質科学研究所

imaged.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University58

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

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.

Multidisciplinary research of photonics and material science

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門って、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(a)Division of Organic- and Bio-materials Research・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

Yuichi KOZAWA, Associate Professor

有機・生命科学研究部門

・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

超臨界状態では水と有機物が均一に混じり合うことができま

小澤 祐市 准教授

主な研究テーマ

Takaaki TOMAI, Associate Professor

Collaborative Research Division

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

57

超臨界水 / 超ハイブリッド / ナノ材料 / プロセス工学

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

Shunichi SATO Lab

固体イオニクス・デバイス研究分野

環境適合素材プロセス研究分野

Solid State Ionic Devices

Environmental-Conscious Material Processing

雨澤浩史研究室

埜上洋研究室Koji AMEZAWA Lab

Hiroshi NOGAMI Lab
Koji AMEZAWA, Professor

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

主な研究テーマ
・燃料電池／蓄電池の高性能化・高信頼性化
・電気化学エネルギー変換デバイス評価のための高度オペランド分析技術の開発
・ヘテロ界面における電気化学現象に関する基礎研究
・新規固体イオニクス材料の設計と創製
・Improvement of performance and reliability of fuel cells and rechargeable batteries
・Development of advanced operando analytical techniques for electrochemical energy
conversion devices.
・Basic research on electrochemical phenomena at hetero-interfaces
・Design and synthesis of novel solid state ionic conductors

中村 崇司 准教授

Takashi NAKAMURA, Associate Professor

木村 勇太 助教

Yuta KIMURA, Assistant Professor

く機能設計、材料開発を行っています。また、固体イオニクすることは、21 世紀の科学者・技術者に課せられた大きなスデバイスにおける材料、反応に関わる理解を深化させるべ課題です。我々の研究室では、これらの問題の解決に資する、

く、高温／制御雰囲気／通電といった特殊なデバイス動作環

燃料電池や蓄電池など、環境にやさしいエネルギー変換デバ

境下でのオペランド分析を可能とする高度計測技術の開発もイスの実現・普及のための基盤研究を行っています。特に、行っています。以上の研究を通し、固体イオニクス材料を利固体でありながらその中をイオンが高速移動できる “ 固体イ

用した環境調和型エネルギー変換デバイスの開発ならびに高オニクス ” 材料に着目し、固体におけるイオン輸送、界面反性能化・高信頼性化に取り組んでいます。

応、欠陥構造についての学理を探求すると共に、それに基づprocess simulation / transport phenomena / multiphase flow / thermal engineering
主な研究テーマ
・素材製造プロセスの多相反応シミュレータ開発
・新規エネルギー変換・貯蔵・回収プロセスの開発
・反応・移動現象高効率化のための境膜制御技術開発
・充填層内分散相挙動の幾何的・トポロジカル解析
・相変化を伴う融体の界面ゆらぎ構造形成メカニズムの解明

Hiroshi NOGAMI, Professor
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

・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

反応性熱流体解析による革新的素材プロセスの開発

Division of Organic- and Bio-materials Research

環境問題、エネルギー問題を解決し、持続可能社会を実現埜上 洋 教授

プロセスシミュレーション / 移動現象 / 多相流 / 熱工学

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

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

環境にやさしいエネルギー変換デバイスの実現・普及に向けて専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

雨澤 浩史 教授

固体イオニクス / エネルギー変換 / オペランド分析 / 電気化学

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

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
Division of Inorganic Material Research

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。

Toward the development of environmental-friendly energy conversion devices

東北大学 多元物質科学研究所

Development of novel material processing through process analysis based on reactive
thermal fluid analysis
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 Process and System Engineering

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

不混和二融体の分離過程

Temperature evolution in non-uniform packed bed.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

60

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

59

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

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門化を行い、これらの知見を先端の熱流体解析手法を用いた熱流体材料分離プロセス研究分野

ハイブリッドナノ粒子プロセス研究分野

Materials Separation Processing

Hybrid Nano-particle

柴田浩幸研究室

村松淳司研究室

Hiroyuki SHIBATA Lab

Atsushi MURAMATSU Lab
専門分野・キーワード

柴田 浩幸 教授

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

hiroyuki.shibata.e8@tohoku.ac.jp

単分散無機ナノ粒子合成 / 有機－無機ハイブリッドナノ材料 /金属含有ゼオライト系触媒 / 精密構造解析
Monodispersed inorganic nanoparticles / Organic- inorganic hybrid nano-materials
Metal-containing zeolite catalysts / Precise structure analysis

Hiroyuki SHIBATA, Professor

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

助永 壮平 准教授

Sohei SUKENAGA, Associate Professor

主な研究テーマ

川西 咲子 助教

・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
・放射光を用いたゼオライト触媒の精密構造解析

Sakiko KAWANISHI, Assistant Professor

村松 淳司 教授

Collaborative Research Division

ケイ酸塩 / 熱物性 / 凝固結晶成長 / 精錬プロセス / その場観察

Atsushi MURAMATSU, Professor
atsushi.muramatsu.d8@tohoku.ac.jp

渡辺 明 准教授

Akira WATANABE, Assosiate 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
・Precise structure analysis for zeolite catalysts using synchrotron radiation

真木 祥千子 講師

Sachiko MAKI, Senior Assistant Professor

大須賀 遼太 助教

Ryota OSUGA, Assistant Professor

金子 房恵 助教 (SAKURA)

Fusae KANEKO, Assistant Professor

増井 友美 助教 (SAKURA)

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

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

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

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

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

AlO4面の化学的、物理的性質です。例えば溶融ケイ酸塩や金属融体のています。それらはいずれも、粒子合成の根幹である、（1）核生

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

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

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AlO５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

Measurement ofphysical properties

また、材料の分離プロセスや結晶成長に関わる界面での反応機構-Viscosity-Thermal conductivity
etc.

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

Structuralcharacterization-NMR-Ramanetc.

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

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

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

Recycling, refining and solidification processes ofmaterials are important to sustain high efficiency
process for manufacturing products. Each material
separation process is governed by many chemical andthermophysical properties of materials and interfaces
among materials. “Fusion of materials processing
research and physicochemical property research” is ourHighly 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, andthe very good foams of beer, is similar to the formation of
nanoparticles precisely controlled in size and shape. Whatkind of nanomaterials do you need? We’ll make it.

Gas formation between matte/magnetite

Solidification

Micro segregation imaging

Crystal Growth

Large n-type SnS grown by flux method1200 ºC

SO2 formation
Sample200 µm私たちが作ります。

Division of Process and System Engineering

れたナノハイブリッド材料は何ですか？

500 µmControl of material processes through original visualization technique

61

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

62

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を目指しています。

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

Division of Inorganic Material Research

ロセス研究の融合』をモットーに研究を進めています。

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

うに、材料物性とプロセスは密接に関わるため、『物性研究とプ

Copper smelting

Division of Organic- and Bio-materials Research

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

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？

Silicate melt

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

Tomomi MASUI, Assistant Professor

高効率素材製造プロセスのための高温界面物理化学

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

量子ビーム計測研究分野

構造材料物性研究分野

Quantum Beam Measurements

Structural Physics and Crystal Physics

百生敦研究室

木村宏之研究室

Atsushi MOMOSE Lab

Hiroyuki KIMURA Lab
Atsushi MOMOSE, Professor

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

atsushi.momose.c2@tohoku.ac.jp

關 義親 准教授

主な研究テーマ

Yoshichika SEKI, Associate Professor

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

上田 亮介 助教

Ryosuke UEDA, Assistant Professor

・Phase measurement methods based on interference optics.
・Development and application of X-ray and neutron phase imaging system
・Dynamical X-ray phase imaging for functional imaging
・X-ray phase microscopy/tomography
・USAXS imaging based on decoherence

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Ｘ線源

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
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格子技術確立と、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、水素原子に注目し格子技術を創始し、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格子

極 ( 電子分極と呼ぶ ) が生じている事を示している。その他にも、Materials-Measurement Hybrid Research Center

画像検出器

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
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

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。

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.

東北大学 多元物質科学研究所

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

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

斜め蒸着法で開発した中性子位相イメージング用高アスペクト比 Gd 大型格子

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

64

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

63

坂倉 輝俊 助教
山本 孟

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に入れた産業界との共同研究も行っています。

hiroyuki.kimura.b5@tohoku.ac.jp

助教
・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， Hajime YAMAMOTO, Assistant Professor
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
・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

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、

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

Hiroyuki KIMURA, Professor

Terutoshi SAKAKURA, Assistant Professor

主な研究テーマ

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

木村 宏之 教授

Center for Mineral Processing and Metallurgy

X 線などの量子ビームは、原子スケールから日常スケールま多重極端条件下精密結晶・磁気構造解析 / 中性子・X 線回折装置開発 /磁性強誘電体、水素結合型強誘電体 / 超高圧合成法開発
Precise crystal/magnetic structure analysis under multiple extreme conditions /Development of neutron and X-ray diffractometers / Magnetic ferroelectrics and Hydrogenbonded dielectrics / Development of ultra high pressure synthesis

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

量子ビームの位相で観る

専門分野・キーワード

Division of Measurements

百生 敦 教授

イメージング / Ｘ線 / 位相計測 / 三次元計測

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

高分子物理化学研究分野

量子フロンティア計測研究分野

Polymer Physics and Chemistry

Frontier quantum-beam metrology

陣内浩司研究室

矢代航研究室Hiroshi JINNAI Lab

Wataru YASHIRO Lab
Wataru YASHIRO, Professor

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

hiroshi.jinnai.d4@tohoku.ac.jp

wataru.yashiro.a2@tohoku.ac.jp

丸林 弘典 講師

主な研究テーマ
・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

Division of Measurements

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

矢代 航 教授（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

Hiroshi JINNAI, Professor

梁 暁宇 助教

Hironori MARUBAYASHI, Senior Assistant Professor

主な研究テーマ

宮田 智衆 助教

・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

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

Xiaoyu LIANG, Assistant Professor

・Millisecond-temporal-resolution X-ray tomography
・X-ray elastography
・Fusion of structural analysis and imaging techniques
・Quantum beam optical elements and systems
・Exploring the frontiers of imaging technology using quantum phenomena

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4D 世界のフロンティアを拓く

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

私たちは三次元（3D）＋時間という「4D の世界」に生きてい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

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

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

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

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、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

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の 4D 世界の開拓に挑んでいます。
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、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

50 nm

り組んでいます。

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

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ます。

Exploring the frontiers of the 4D world

2.5

Tensile Strain

東北大学 多元物質科学研究所b

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

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Nano-scale investigations of structures and dynamics in soft materials by electron
microscopyaMaterials-Measurement Hybrid Research Center

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

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

We live in a "4D world", but in the 4D space-time region ofless than μm 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 highenergy 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 new understanding ofvarious irreversible and non-equilibrium systems in thematerial and life sciences, but will also have diverse ripple
effects on general society.

Propagation of shear waves

Horizontal

Distribution of storage modulus

Vertical

0.83 ± 0.21 kPa

Sample: polyacrylamide gel

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

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

0

Fig.2. (a) Transmission electron microscopy image of the verticallyelongated inner structure of a rubber with silica nanoparticles(black parts). (b) Stress map of (a).

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

66

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

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

Center for Mineral Processing and Metallurgy

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

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

65

専門分野・キーワード

陣内 浩司 教授

ソフトマター物理 / 高分子の自己組織化 / 高分子結晶 / 高分子ハイブリッド材料

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

量子光エレクトロニクス研究分野

放射光可視化情報計測研究分野

Quantum Optoelectronics

Synchrotron Radiation Microscopy and Informatics

秩父重英研究室

髙橋幸生研究室

Shigefusa CHICHIBU Lab

Yukio TAKAHASHI Lab

Wide bandgap semiconductors / Quantum nanostructures / Carrier dynamics /Spatio-time-resolved spectroscopychichibu@tohoku.ac.jp

実用機能性材料の多くは、原子 ( ミクロ ) からミリメートル

源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

位相回復 吸収計算

コヒーレントX線

電池特性■ フェムト秒~ピコ秒パルス集束電子線を用いたワイドバンドギャップ半導体の時間・空間分解スペクトロスコピーによるナノ領域キャリアダイナミクス計測

80fs

wing

window 100nm

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

秩父他 Nature Mater 5, 810 (2006).

フェムト秒
パルス
電子線

フォト
カソード

分光器

電流（A）

重要因子の可視化

電子数
データ
クラスタリング

います。また、近年のデータ科学の発展に伴い、３次元空間に複電圧（V）

500 nmG1：規則配列型スピネル構造
G2：Li過剰・O欠陥
G3：マイナーな結晶相

雑に分布する元素・電子状態の情報から構造－機能相関に関する特徴的な情報を抽出することも可能になりつつあります。本研究室では、次世代の放射光イメージング・分光法の開拓を基軸とし、

00.5

データ科学的アプローチを活用することで、実用材料の機能を可

1.0
1.5
440 460 480 500 520
波長（nm）
ストリーク像の一例

偏向コイル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パラメータ抽出
Mn原子数

Materials-Measurement Hybrid Research Center

389nm (3.19eV)

時間（ns）②光励起キャリアダイナミクス

モードロックチタン
サファイアレーザ

Mn価数

高性能

低性能

Mn原子数

原子層レベルで平坦な半導体界面・表面制御による超構造形成①カソードルミネセンス法
による量子ナノ構造評価

データ科学

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

ストリーク
カメラ

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

東北大学 多元物質科学研究所の微細構造と機能の相関を理解することが重要です。放射光を光

特に、放射光の可干渉性 ( コヒーレンス ) を活用したコヒーレン
10 nm

被測定固体(半導体)
ナノ構造

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

位相ラスタスキャン

多次元ビッグデータ
i th N th
1st
電子状態

微細構造

視化する共通基盤を構築することを目指します。

Visualization of material functions by integrating synchrotron radiation microscopy andinformatics
Most of the practical functional materials areheterogeneous and complex systems with spatial
hierarchical structures ranging from atoms to millimeters,
and it is important to elucidate the correlation
between microstructure and function at the mesoscale
when designing and developing new materials. By
using imaging and spectroscopic techniques usingsynchrotron radiation, one can analyze the structure,elements, and electronic state of practical functional
materials from various perspectives. In particular,
coherent diffraction imaging using synchrotron radiation
is attracting attention as a next-generation visualization
tool to realize structural visualization at the nanoscale.
In addition, with the recent development of data science,
it is becoming more feasible to extract characteristic
information on structure-function relationships from theinformation of elements and electronic states that are
intricately distributed in three-dimensional space. In ourlaboratory, we aim to establish a platform for visualizing
the functions of practical materials by developing

next-generation synchrotron radiation imaging andspectroscopy methods and utilizing data scientificapproach.
X-ray Ptychography Apparatus@SPring-8

Synchrotron
X-raysSample chamber

In-vacuum
pixel-array detector

Advanced KB mirror optics

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

68

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

N th Energy

料の構造・元素・電子状態を多角的に解析することができます。

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
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

データセット

1st Energy i th Energy

回折強度
パターン

試料:
LNMO正極活物質粒子

材料を設計・開発する際、ミクロとマクロを繋ぐメソスケールで■ ワイドバンドギャップ窒化物・酸化物半導体・ナノ構造のエピタキシャル形成
GaN,ZnO系多層超薄膜デバイス

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

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・Ｘ線タイコグラフィ( マクロ ) までの空間階層構造を有する不均一・複雑系であり、新Center for Mineral Processing and Metallurgy

放射光顕微イメージング計測とデータ科学の連携による材料機能可視化への展開のⅢ族窒化物半導体や ZnO, MgO 等のⅡ族酸化物半導体、NiO や間・空間同時分解分光を行い、微細領域における励起子効果・量石黒 志 助教（SRIS）

Nozomu ISHIGURO, Assistant Professor

・Nanostructure/chemical state Imaging of functional materials by X-ray spectroscopic ptychography
・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
・Multi-scale chemical state imaging of battery materials by operando full-field imaging-XAFS method
・Development of phase retrieval image reconstruction method utilizing data scientific approach

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

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

Kozo SHINODA, Associate Professor

・X 線スペクトロタイコグラフィによる機能性材料のナノ構造・化学状態イメージング
・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
・オペランド結像型顕微 XAFS 法による電池材料のマルチスケール化学状態イメージング・データ科学的アプローチを活用した位相回復像再生法の開発

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

篠田 弘造 准教授（SRIS）

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

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

ytakahashi@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

Kohei SHIMA, Assistant Professor

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

Yukio TAKAHASHI, Professor

Coherent X-ray Optics / Synchrotron Radiation / Visualization Measurement /Data Science

嶋 紘平 助教

主な研究テーマ
・環境に優しい（B,Al,Ga,In)N および（Mg,Zn)O 系ワイドバンドギャップ半導体微小共振器を用いた、励起子と光の相互作用に基づく新しいコヒーレント光源の研究
・フェムト秒レーザおよびフェムト秒電子線を用いた（B,Al,Ga,In)N および（Mg,Zn)O 系
ワイドバンドギャップ半導体量子ナノ構造の時間空間分解スペクトロスコピー
・有機金属化学気相エピタキシーによる（B,Al,Ga,In)N 系量子ナノ構造形成と深紫外線発光デバイス形成・（Mg,Zn）O 系酸化物半導体のヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシーと機能性
酸化物薄膜形成・A n e w c o n c e p t c o h e r e n t l i g h t s o u r c e b a s e d o n l i g h t - m a t t e r c o u p l i n g i nenvironment-friendly (B,Al,Ga,In)N and (Mg,Zn)O wide bandgap semiconductor
microcavities
・Spatio-time-resolved spectroscopy in semiconductor materials
・Design and fabrication of (B,Al,Ga,In)N quantum nanostructures: epitaxial growths bymetalorganic vapor phase epitaxy
・Helicon-wave-excited-plasma sputtering epitaxy of II-oxide semiconductor(Mg,Zn)O andfabrication of multifunctional oxide thin films

髙橋 幸生 教授（SRIS）

コヒーレント X 線光学 / 放射光 / 可視化計測 / データ科学

Shigefusa CHICHIBU, Professor

Division of Measurements

秩父 重英 教授

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

67

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

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

固体表面物性研究分野

電子線干渉計測研究分野

Solid Surface Physics

Electron Interference Measurement

虻川匡司研究室佐藤俊一（兼）研究室

Tadashi ABUKAWA Lab

Shunichi SATO Lab (C)
専門分野・キーワード

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

Shuichi OGAWA, Assistant Professor

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。

Growthgraphene

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、

Ni(110)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

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

Dynamics

t=0

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、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③②①

flat surface

crystalize④

7x7

recover 7x7を行なっています。

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Materials-Measurement Hybrid Research Center

recover surface

ablation

1x1

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.

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。

Atomic-level characterization of solid surfaces and interfaces for new surface functions
We investigate solid surfaces and interfaces at atomic level inorder 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 phasetransition dynamics, we have developed a new method calledstreak camera reflection high energy electron diffraction (SCRHEED), which captures high-speed movement of surface
atoms. Photoelectron microscopy (PEEM) and scanningelectron microscopy (SEM) are also used to measure nonuniform material surfaces at the nano level.

φNano-WRHEED

200μm

東北大学 多元物質科学研究所

Multidisciplinary research for structure, conductivity and electromagnetic field at nanometer
scale
Electron holography, which is based on the interferenceof electron wave, is a powerful technique to visualize
electromagnetic fields. We are devoted to precise
measurements 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.

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

70

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

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

電磁場・伝導性を評価する多元的解析を展開しています。

Grains of Ni poly crystal and their 3D reciprocal maps by nano-WRHEED.

69

ナノ領域での構造・伝導性・電磁場の多元解析
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

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

法 (PEEM) と走査電子顕微鏡法 (SEM) を使用しています。PEEM でCenter for Mineral Processing and Metallurgy

Structure

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

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

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

zentaro.akase.a8@tohoku.ac.jp

・High precision measurement and visualization of electromagnetic field at nanometerscale by electron holography
・Development of multifunctional specimen holders with piezodriving probes for controlof 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.

原子レベルでの固体表面と界面の理解と機能の創成

原子の動きを捉えることができます。

Zentaro AKASE, Senior Assistant Professor

・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

・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

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赤瀬 善太郎 講師

主な研究テーマ

小川 修一 助教（SRIS）

・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

Shunichi SATO, Professor(C)electron holography / electromagnetic field / conductivity / in situ observation

abukawa@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

佐藤俊一 教授（兼）電子線ホログラフィー / 電磁場 / 伝導性 / その場観察

Tadashi ABUKAWA, Professor

Division of Measurements

虻川 匡司 教授（SRIS）

表面構造 / 表面ダイナミクス / 電子回折 / ナノ表面分析

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

電子回折・分光計測研究分野

走査プローブ計測技術研究分野

Electron -Crystallography and -Spectroscopy

Advanced Scanning Probe Microscopy

寺内正己研究室

米田忠弘研究室

Masami TERAUCHI Lab

寺内 正己 教授

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

masami.terauchi.c4@tohoku.ac.jp

Masami TERAUCHI, Professor

主な研究テーマ

佐藤 庸平 准教授

・機能性ナノ粒子の物性解析
・角度分解 EELS による光物性評価手法の開発
・電子顕微鏡用 SXES 装置の開発と応用
・収束電子回折法およびビームロッキング電子回折を用いた局所構造解析

森川 大輔 助教

Yohei SATO, Associate Professor

Daisuke MORIKAWA, Assistant Professor

・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

米田 忠弘 教授

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 / ESR-STM

Tadahiro KOMEDA, Professor

scanning tunneling microscope / quantum computing / spintronics / ESR-STM

tadahiro.komeda.a1@tohoku.ac.jp

高岡 毅 講師

主な研究テーマ

Tsuyoshi TAKAOKA, Senior Assistant Professor

・走査型トンネル顕微鏡（STM）を用いた分子観察 ･ 計測・トンネル分光を用いた分子振動・スピン計測などのナノスケール化学分析
・微細加工素子と分子素子の融合に向けた界面計測・制御
・スピントロニクス・量子コンピューターの基礎となるスピンの制御
・環境触媒の基礎解明に向けた表面・分子相互作用の研究

道祖尾 恭之 助教

Yasuyuki SAINOO, Assistant Professor

・Observation and chemical characterization of single molecule using scanning tunnelingmicroscope (STM)
・Chemical analysis using molecule vibration and spin detection with an atomic resolution
・Interface engineering to combine Si technology and molecule electronics
・Spin control for molecule spintronics and quantum computing
・Molecule-surface interaction dynamics for environmental catalysis resear

シャヘド シエド モハマド ファクルディン 助教
Shahed Syed Mohammad FAKRUDDIN, Assistant Professor

スピントロニクスへ向けた単一スピンの検出と操作

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、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そのためには、電子顕微鏡を基礎としたナノスケールでの構造・物性解析手法の確立とその適用が不可欠です。これまでに、我々の目標である「ナノスケール構造・物性解析
システムの構築」の実現を目指し、世界初の精密構造解析
用分光型電子顕微鏡および解析ソフトウェア、高エネルギ
ー分解能 EELS 電子顕微鏡、世界初の価電子状態分析電子顕微鏡など、オリジナルな手法・装置の開発とその機能評きました。図は、熱線遮蔽材料として用いられている Cs

ルギー領域で、結晶方向に依存して 2 つの振動エネルギーが存在し、これらが高効率な近赤外光遮蔽性能の起源であることを解明しました。

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

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
Materials-Measurement Hybrid Research Center

性を角度分解 EELS により測定した例です。近赤外光エネ

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。

Development and Applications of nm-scale Crystallography and Spectroscopies
Our lab develops accurate nanometer scale characterization
methods of crystal structures by convergent-beam electron
diffraction (CBED) and electronic structures by electronenergy-loss spectroscopy (EELS) and soft-X-ray emission
spectroscopy (SXES) for evaluating new functional materials.
For performing crystal structure studies, we developed anew Ω-filter electron microscope and a refinement software, which can perform not only atom positions but also
electrostatic potential and charge distributions. For electronic
structure studies, a high-resolution EELS microscope and
SXES instruments were developed. Figure shows carbon
K-emission spectra of amorphous carbon-nitride and othercarbon allotropes obtained by using a developed SXES
instrument attached to a scanning electron microscope.

東北大学 多元物質科学研究所

Single spin detection and manipulation for molecule-spintronics
The detection of a single spin is demanded for variety of
applications, e.g., for reading and manipulation 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
by monitoring a variation of tunneling current, called ESRSTM, 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
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.

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

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

72

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

ドープ酸化タングステンのプラズモン振動の結晶方位依存

Center for Mineral Processing and Metallurgy

持続可能な社会の実現には、省資源・省エネルギーでコ

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

電子線を用いた局所の構造・物性解析手法の開発と応用

価への応用を行い、物性の解明と手法の有用性を実証して71

専門分野・キーワード

Division of Measurements

電子顕微鏡 / 電子エネルギー損失分光 / 軟 X 線発光分光 / 収束電子回折計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

Tadahiro KOMEDA Lab

放射光ナノ構造可視化研究分野

高温材料物理化学研究分野

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

High-temperature Physical Chemistry of Materials

高田昌樹研究室

福山博之研究室

Masaki TAKATA Lab

専門分野・キーワード

高田 昌樹 教授（SRIS）

Next-Generation Synchrotron Radiation Facility / X-ray Optics / Soft X-ray Microscopy /Operando measurementmasaki.takata.a4@tohoku.ac.jp

energy & environmental materials / chemical thermodynamics / properties of hightemperature melts / crystal growth

江島 丈雄 准教授（SRIS）

主な研究テーマ

主な研究テーマ・次世代放射光施設「ナノテラス」の推進
・X 線可視化技術の高度化による構造科学の革新
・軟Ｘ線顕微鏡の開発および生体試料への応用
・軟Ｘ線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 “NanoTerasu” 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

Masaki TAKATA, Professor

Takeo EJIMA, Associate Professor

山本 達 准教授（SRIS）

Susumu YAMAMOTO, Associate Professor

羽多野 忠 助教（SRIS）

Tadashi HATANO, Assistant Professor

大塚 誠 准教授

Makoto OHTSUKA, Associate Professor

・窒化物半導体の結晶成長と物理化学
・超高温熱物性計測システムの開発
・超高温材料の熱物性計測
・エネルギー・環境材料のプロセス創製
・金属製錬プロセス開発

安達 正芳 講師

Masayoshi ADACHI, Senior Assistant Professor

・Crystal growth and physical chemistry of nitride semiconductors
・Development of high-temperature thermophysical property measurement system
・Thermophysical property measurements of ultra-high temperature materials
・Energy & environmental materials processes
・Metallurgical processes

Center for Mineral Processing and Metallurgy

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

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

設計指針を確立することを目標としています。現在、私達

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は最先端の軟 X 線放射光光源である「ナノテラス」（図 1、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

2023 年度に青葉山新キャンパスに完成予定）を強力に推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

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

線回折・顕微・分光法の計測手法及びマキシマムエントロ

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

ピー法などの画像再構成の解析手法を、ナノテラスが実現

スにおける熱・物質移動現象をシミュレーションするため、電磁する未踏の光源に適用することで、X 線ナノ可視化技術の浮遊法と静磁場を組み合わせて、融体の熱容量、熱伝導率、放射革新を目指します。また、学術と企業が課題解決に向けて率、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

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

Fig. 1

Materials-Measurement Hybrid Research Center

材料の開発、原子炉重大事故のモデリング、鋳造、溶接など様々に繋げることを目指しています。

な材料分野へ貢献することに加えて、未知の高温融体科学を開拓する研究を行っています。
窒化アルミニウム結晶成長その場観察

Development and Applications of Nano Visualization Technology based on Synchrotron
Radiation X-rays
The mission of Takata Lab is to visualize electronic
structures of materials at nano-meter level using synchrotron
radiation X-rays, and establish the design guidelines fordeveloping new functional materials. Currently, we arestrongly promoting “NanoTerasu” (Fig. 1), which is a state-ofthe-art soft X-ray light source, scheduled to be constructedon Aobayama new campus by FY2023. We aim to innovate
X-ray nano visualization technology by combining theunprecedented light properties of NanoTerasu with our own
measurement and analysis methods. In addition, we aim to
make NanoTerasu a cradle of open innovation through a new
type of industry-academia collaboration based on “Coalition
Concept” (Fig. 2), in which academia and company form astrong one-on-one team to solve social challenges.

Fig. 2High-temperature processes for energy & environmental materials
Fukuyama laboratory studies novel processes forenergy & environmental materials based on chemical
thermodynamics with high-temperature thermophysicalproperty measurements. Currently, we are developing new
crystal growth processes to bring a breakthrough in nitridesemiconductor devices such as ultraviolet optical devices
utilized in environmental and medical fields and powerdevices. Thermophysical properties of materials are needed
for modeling heat & mass transfer in material processes. A
thermophysical property measurement system at ultra-hightemperature has been developed in our laboratory, whichenables accurate measurements of heat capacity, thermal
conductivity, emissivity, density and surface tension of hightemperature melts, utilizing electromagnetic levitation in a dc
magnetic field. This technique makes a great contribution tovarious material industries.
High-temperature thermophysical property measurement system (PROSPECT)73

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

74

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

ラスをオープン・イノベーションの揺籃とし、新産業創成

hiroyuki.fukuyama.b6@tohoku.ac.jp

エネルギー・環境材料の高温プロセス創製

本研究分野は、放射光 X 線により物質中の電子構造をナション（有志連合）・コンセプト」（図２）を通じ、ナノテ

Hiroyuki FUKUYAMA, Professor

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

放射光 X 線によるナノ可視化技術の開発と応用

福山 博之 教授

エネルギー・環境材料 / 化学熱力学 / 融体物性 / 結晶成長

Division of Measurements

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

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

Hiroyuki FUKUYAMA Lab

基盤素材プロセッシング研究分野

機能性粉体プロセス研究分野

Base Materials Processing

Powder Processing for Functional Materials

植田滋研究室加納純也研究室

Shigeru UEDA Lab

Junya KANO Lab

tie@tohoku.ac.jp

専門分野・キーワード

加納 純也 教授

粉体工学 / シミュレーション / 粉砕 / 水素エネルギー

Junya KANO, Professor

powder technology / simulation / grinding / hydrogen energy

kano@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

主な研究テーマ

石原 真吾 助教

・製鋼スラグからのりん資源回収
・界面における物質移動と化学反応
・金属 - 酸化物 - 気相間の平衡と反応速度
・新素材プロセス開発
・混相流の物性・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

久志本 築 助教

・Recovery of phosphorus from steelmaking slag
・Control of mass transfer and chemical reactions at interfaces
・Chemical equilibrium and reaction kinetics between molten metal, oxide and gas phases
・Development of novel material processing
・Physical properties of multiphase flow

・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

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。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

Materials-Measurement Hybrid Research Center

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

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を行っている。本シミュレーションによって、粉体プに必要な反応プロセスの構築を目指します。

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。

図 1 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) 高炉中の粒子の軟化溶融挙動，(d) CAD データを用いた粒子混合挙動，(e) 原料充填時の粒子偏析挙動

Development of new functional powder processing and optimum design of powder
processing by numerical simulation

Control of chemical reactions by controlling interface phenomenaControl of chemical reactions bycontrolling interface phenomena

東北大学 多元物質科学研究所

Analysis of reaction mechanism and control of high temperature reaction

Figure. Analysis of reaction
mechanism and control of hightemperature reaction

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

controlled, and then the powder processing such as
mixing, filling, 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
the mechanochemical effects which are obtained in thegrinding process.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

76

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

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In order to establish a sustainable society, it is necessary
to maintain the supply of materials that act as social
infrastructure. Global crude steel production is increasing
year by year, and demand for base and rare metals is also
increasing. At the same time, degradation and depletion ofmineral resources, and production of CO2 and by-products
have become problems. It is necessary to establish
social sustainability through efficient material process andresource recycling. Based on high-temperature physicalchemistry and reaction engineering, our group aim to build
the reaction process necessary for sustainable resource
supply, reduction and use of by-products.

Kizuku KUSHIMOTO, Assistant Professor

Center for Mineral Processing and Metallurgy

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

Optimization of high temperature processing
for base metal

Shingo ISHIHARA, Assistant Professor

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

高温プロセスにおける反応制御の最適化

Division of Measurements

Shigeru UEDA, Professor

Material processing / Iron and steelmaking / High temperature physical chemistry /Material recycling

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

75

植田 滋 教授

素材プロセス / 製鉄製鋼 / 高温物理化学 / リサイクル

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

エネルギー資源プロセス研究分野

エネルギーデバイス化学研究分野

Energy Resources and Processing

Chemistry of Energy Conversion Devices

桐島陽研究室

本間格研究室Akira KIRISHIMA Lab

Itaru HONMA Lab
専門分野・キーワード

Akira KIRISHIMA, Professor

Radiochemistry / Nuclear waste management / Decommissioning / Solution Chemistry

kiri@tohoku.ac.jp

秋山 大輔 助教

主な研究テーマ

Daisuke AKIYAMA, Assistant Professor

・放射化学アプローチによる原発事故廃棄物のバックエンド工学研究
・プロトアクチニウム溶液化学研究への再挑戦
・深部地下ならびに表層環境中の放射性核種の移行挙動研究
・素材や製品に含まれる天然放射性物質（NORM）問題の研究
・Research for radioactive waste management and environmental recoverability on
Fukushima NPP accident in 2011
・Solution chemistry research on Protactinium
・Research for front and back end chemistry on nuclear fuel cycle
・Research on Naturally Occurring Radioactive Materials (NORM) existing in materials
and products

ナノテクノロジー / 低環境負荷プロセッシング / ポストリチウムイオン電池 /低炭素エネルギー技術
Nanotechnology / Sustainable materials processing / Post lithium-ion battery / Low carbon
emission technology

本間 格 教授

Division of Measurements

桐島 陽 教授

放射化学 / 原子力バックエンド / 廃止措置 / 溶液化学

Itaru HONMA, Professor
itaru.honma.e8@tohoku.ac.jp

小林 弘明 講師

主な研究テーマ

Hiroaki KOBAYASHI, Senior Assistant Professor

・レアメタルフリーリチウムイオン電池
・マグネシウム蓄電池
・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

岩瀬 和至 助教

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

Kazuyuki IWASE, Assistant Professor

・Rare-metal free lithium-ion battery
・Magnesium rechargeable battery
・Electrochemical conversion process system of CO2 to useful chemical compounds
・Processing of functional nanomaterials
・On-demand fabrication of battery devices by 3D printing technologies
Center for Mineral Processing and Metallurgy

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

2011 年の福島第一原発事故により、膨大な量の様々な放等が含まれます。当研究室では、この困難な課題に放射化学

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

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

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

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取り扱いの難しい廃棄物が含まれます。これらは今後 30-40

把握、汚染水へのアクチノイドの溶出挙動研究、さらには新行います。低環境負荷プロセッシングと機能性ナノ材料開発

年をかけて順次取り出され、安定化や廃棄体化処理を施し、規な汚染物の安定化および廃棄体化法の開発等を行っていまをコア技術として、二酸化炭素変換、次世代二次電池、レア処分される見込みです。これを実現するには廃棄物の性状やす。これにより、現在の日本における最も困難な工学課題で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含まれる放射能量を正確に把握する必要がありますが、廃棄ある福島第一原発の廃止措置に大学の研究室として貢献するて、脱炭素社会構築、再生可能エネルギー普及と地球温暖化

物には毒性が高く化学挙動が複雑な種々のアクチノイド元素ことを目指しています。

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。

社会構築と産業競争力強化に資するエネルギーデバイスの研究開発を行います。

高エネルギー・高出力な次世代二次電池の創製

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

放射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

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

福島原発・ 事故対応、廃炉へ貢 献す る 基 礎化学 研究2011/10 福島第一発電所内

group investigates chemistry of nuclear fuel debris
and leaching behavior of actinides in it by synthesizing
simulated fuel debris with actinide tracers. Furthermore,
we develop novel and unique nuclear waste solidification
processes using functional aluminum silicate minerals
as fixation agent.

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）
液体汚染物

Cs除
除去処理

＜福島第一原発１号機の状況（推定）＞

汚染水タンク
圧縮･固化廃棄体作製

放射性物質
除去処理等
高塩濃度放射性
廃棄物処分

固体汚染物

1600℃処理（UO2ーZrO2ーセメント成分）
出典）東京電力HPより転用• 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

77

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

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

Materials-Measurement Hybrid Research Center

Nuclear energy is one of the most important energy
resources of our modern society, therefore, it is strongly
demanded to make nuclear fuel cycle more reliable.
Also, decommissioning of the severely damaged
reactors by Fukushima NPP accident in 2011 andrecovery of the contaminated environment, are urgent
issues in Japan. To respond these demands, our料（グラフェン、層状金属化合物）、ナノ粒子、ナノポーラ

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

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 nanoscienceof advanced functional materials researches. Using
environmentally friendly materials processing and the
exploration of advanced functional nanomaterials,
the Honma laboratory investigates the frontiersof nanotechnology and nanomaterials for CO2
electrochemical conversion processes to usefulcompounds, post lithium-ion batteries, rare-metal freebattery, Processing of functional nanomaterials and ondemand fabrication of battery devices by 3D printing
technologies, thereby contributing to innovative solutions
for global sustainability, renewable energy, and a
low carbon emission industry. Our studies focus onadvanced functional nanomaterials such as monoatomic
layered materials, nanoparticles, nanoporous materials,
multi-ternary compounds, metastable materials,
organic nanocrystalline electrodes, novel solid stateelectrolytes for all solid-state batteries, supercritical fluid& hydrothermal-electrochemical processing, and in-situ
spectroscopy analysis using synchrotron light sources.

H2生成やCO2変換を行うナノ電極触媒開発

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

78

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

Research on Nuclear Waste Management and Nuclear Facility Decommissioning byRadiochemistry

金属資源循環システム研究分野

原子空間制御プロセス研究分野

Metallurgy and Recycling System for Metal Resources Circulation

Atomic Site Control in Inorganic Materials

柴田悦郎研究室

小俣孝久研究室

Etsuro SHIBATA Lab

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

主な研究テーマ

小俣 孝久 教授

機能性無機材料 / 自然エネルギー利用デバイス / 原子空間制御

Etsuro SHIBATA, Professor

Takahisa OMATA, Professor

inorganic materials / power generation devices using natural energy /ion-exchange and intercalation

etsuro.shibata.e3@tohoku.ac.jp

飯塚 淳 准教授

takahisa.omata.c2@tohoku.ac.jp

鈴木 一誓 助教

主な研究テーマ

Atsushi IIZUKA, Associate Professor

Issei SUZUKI, Assistant Professor

・機能性無機材料の物質設計と合成プロセスの開発
・ナローギャップ酸化物半導体の開発と光電素子への応用
・化合物半導体・プロセスの開発とエネルギーデバイスへの応用
・中温域で動作する燃料電池の要素材料の開発

安達 謙

・Design of inorganic materials and development of their synthesis techniques・Development of narrow-band-gap oxide semiconductors and their application tophotoelectric devices
・Development of compound semiconductors and their processes and their application toenergy harvesting devices
・Development of elemental materials in intermediate temperature fuel cells

Center for Mineral Processing and Metallurgy

原子占有空間の設計に基づく環境材料・プロセス・デバイスの創製
非鉄製錬業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。
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

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）

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・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

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、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な
どの要素材料の開発とその素子化、限りある資源の有効活用に資

金属資源循環システムの構築に向けた研究アプローチ

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

Materials-Measurement Hybrid Research Center

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、資源する新エネルギー材料の開発を行っています。

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
IndustryNon-ferrous smelting industry is necessary for achievementof the resource circulation society. In the future, the useof various electrical and electronic devices is expected toincrease with growth of population in the world. To secure
metal resources continuously, it is necessary to recycle
metals used in waste products. The main research aim isto establish the metal resources circulation system basedon the non-ferrous smelting industry. Research activities
including non-ferrous metallurgy along with mineralprocessing beyond the traditional framework are intended
to achieve the high efficiency circulation of metal resourcesand environmental conservation in the future. Researches
for smelting processes for primary and secondary resources,
treatments of by-products and stabilization of environmentalload elements, etc. are conducted.

東北大学 多元物質科学研究所

Development of environmentally conscious materials based on atomic site designing
Cu concentrate
Cu scrap
ASR
Sludge etc.

Collecting systemof E-waste
Pre-treatments

PCB etc.

Dismantling/
Physical separation

Nd magnet etc.

Cu smelter(Electrolytic Cu)

Solvent extraction/
Electro-refining etc.

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

By-products(Treatment and Refining)

Residue(Pb)
Dust
Anode slime(Pb, In, Zn, As) (Pb, Sb, Bi, Ag, Au)

Harris slag (Sn, In, Pb, As)

Residue (In, Ga) Purification(Cd, Sb, Ni, As)
Pb-Ag residue (Pb, Ag)

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

Zn concentrate
Crude ZnO (from EAF dust )Cu dross(Cu, Pb)

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

Distillation (Cd)(Electrolytic Zn)(Distilled Zn)(As, Hg, Cd)

Residues (As, Hg, Cd)

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

Recovery of active metals

Zn smelter

Dust(Cu, Pb, As)

Recovery andstabilization of
toxic elements

Pb smelter

Most innovations have been triggered by advent of newmaterials, and the present energy, environmental andresource issues are expected to be solved by new materials.
We focus on to explore new materials and their synthesis
routes using ion-exchange and ionic intercalation techniques.
Proton conducting phosphate glasses applicable to theintermediate temperature fuel cells (ITFCs), mixed protonic
and electronic conductors suitable to electrodes for ITFCs
and narrow gap oxide and chalcogenide semiconductors
applicable in visible and NIR regions have been recently
developed. Thin-film solar cells and fuel cells using thosematerials are now developing. New materials consisting ofelements not currently utilized are also exploring.

Thin-film Solar Cell
β-CuGaO2

Intermediate Temperature
Fuel Cell
Electrochemical
H+-injection

Fuel cellSnS
n-type SnS film

(Electrolytic Pb)

Pb concentrate
Waste Pb battery
Sludge etc.

Linkage among copper, lead and zinc smelters to recover valuable metals from various type of resources

n-type film

p/n-homojunctuion

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

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

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

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

・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
助教
・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
Ken ADACHI, Assistant Professor
・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
・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

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

79

専門分野・キーワード

柴田 悦郎 教授

Division of Measurements

非鉄金属製錬 / 金属資源循環 / リサイクル / 廃棄物処理

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

Takahisa OMATA Lab

量子電子科学研究分野

ナノ・マイクロ計測化学研究分野

Quantum Electron Science

Nano/Micro Chemical Measurements

髙橋正彦研究室

火原彰秀研究室

Masahiko TAKAHASHI Lab

Akihide HIBARA Lab

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

主な研究テーマ

鬼塚 侑樹 助教

・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

Noboru WATANABE, Associate Professor

Yuuki ONITSUKA, Assistant Professor

ナノ・マイクロ空間の化学と分析デバイス

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

運動量空間化学の主たる成果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（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�1s �

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
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

1ステップ・バイオアッセイ

200 μm

濃縮・
B/F分離て、顕微イメージング法、顕微レーザー分光法などで、他に例の世界初の短寿命励起分子M O イ メ ー ジ ング

anano

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

2 + ��
× exp −�� � �1 + exp −�� � �2

Phys. Rev. Lett. 108, 173201 (2012)

amicro

ナノ水滴ない高度計測手法の開発を進めます。

Materials-Measurement Hybrid Research Center

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

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

クス

Visualization of static and dynamic natureof matter 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,(3) Stereo-dynamics of electron-molecule collision by multiparameter coincidence experiments.

東北大学 多元物質科学研究所

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
過渡種内原子毎の運動量分布
 原子運動量分光݀ 原子核による電子コンプトン散乱< ࡲ ࢘ >=
<࢖>݀‫ݐ‬
 元素分析＋運動量解析
1ps幅の過渡種内で各原子に働く力
パルス
電子線
Xe
CH4
 期待される成果
C H

カウント数 [arb. units]

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

世界初の運 動 量 空 間M O
3 Dイ メ ー ジ ング

1

マイクロ水滴化学反応の駆動原理の観察・解明

H原
原子運動の
ドップラー幅電子損失エネルギー [eV]

M. Yamazaki, M. Hosono, Y. Tang, & M. Takahashi,
Rev. Sci. Instrum. 88, 063103 (2017)

時間分解
電子運動量分光<ࡲ ࢘ >

時間分解
原子運動量分光

Chemistry in nano/micro space: measurements & applications
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.

自由界面の基礎科学~Å∞

エアロゾル・バブルの光学解析法

小型・過半分析装置開発

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

82

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

�+ � =

単一細胞解析

反応・物質輸送の界面化学

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

世界初のde nsi t y
os c i l l a t i onの観測

よび動的性質の根源的理解と望みの機能の物質への付与を目指し

Masao GEN, Assistant Professor

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

 電子運動量分光（EMS; Electron Momentum Spectroscopy））－電子運動量分布（|Ψ(p)|2）を分子軌道毎に分けて観測
従前の5×10^5倍の信号強度

玄 大雄 助教

Center for Mineral Processing and Metallurgy

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

Mao FUKUYAMA, Senior Assistant Professor

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

・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

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

akihide.hibara.e7@tohoku.ac.jp

福山 真央 講師

渡邉 昇 准教授

・Visualization of the driving principle behind chemical reaction by imaging of the motion ofelectron and nuclei in a transient, evolving system
・Studies on the origin of vibronic coupling or distortion of electron orbitals due tomolecular vibration by looking at molecular orbitals in momentum space・Studies on intramolecular atomic motions by electron-atom Compton scattering
・Development of momentum space chemistry and its application to medicinal chemistry
・Stereo-dynamics of electron-molecule collision by multi-parameter coincidence
experiments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

Akihide HIBARA, Professor

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

Masahiko TAKAHASHI, Professor

主な研究テーマ

火原 彰秀 教授

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

Division of Measurements

molecular science / atomic collision physics / momentum space chemistry /chemical reaction dynamicsて、以下の三つの課題を中心に研究を進めています。

81

専門分野・キーワード

髙橋 正彦 教授

分子科学 / 原子衝突物理学 / 運動量空間化学 / 化学反応動力学

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野

ハイブリッド材料創製研究分野

Hybrid Carbon Nanomaterials

Hybrid Material Fabrication

西原洋知研究室

芥川智行研究室

Hirotomo NISHIHARA Lab

nanocarbons / adsorption / energy storage / solid reactions
主な研究テーマ

西原 洋知 教授（AIMR）
Hirotomo NISHIHARA, Professor

hirotomo.nishihara.b1@tohoku.ac.jp

吉井 丈晴 助教

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

芥川 智行 教授

Tomoyuki AKUTAGAWA, Professor
akutagawa@tohoku.ac.jp

藪 浩 准教授（AIMR）

主な研究テーマ
・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

Hiroshi YABU, Associate Professor

武田 貴志 助教

Takashi TAKEDA, Assistant Professor

・Ferroelectric, pyroelectric, and thermal conducting materials from supramolecularrotators
・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
Center for Mineral Processing and Metallurgy

カーボン系材料を中心とした非晶質材料の新展開

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

多重機能を有する分子性材料の創製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

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

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

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

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

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

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、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

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、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

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

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の研究機関および企業と連携しつつ進めている。

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

Materials-Measurement Hybrid Research Center

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

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。

Development of advanced functional carbon materials

Fabrications of multifunctional molecular materials

non-crystalline materials is also a difficult issue. We havedeveloped the new techniques which allow the bottomup synthesis of advanced carbon materials with controlled
structures at atomic/molecular scale, specifically usingorganic synthesis or chemical-vapor deposition. Thus, avariety of functional carbon materials have been achieved
such as metal-carbon frameworks with defined chemical
structures like organic crystals, micro/mesoporous
materials with single-graphene walls, and carbon-based
composite materials. Also, we focus on the elucidation ofphysicochemical properties of carbon materials including
reactivity, durability, and catalysis from the view point ofchemistry by using advanced analysis techniques. Moreover,
we proceed in the application of our advanced carbon-basedmaterials for supercapacitors, secondary batteries, fuel cells,
heat pump, new energy devices, functional adsorbents,
catalysis, and healthcare, with many collaborators including
research organizations and companies.

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 themultifunctional ferroelectric - ferromagnetic materials. Diverse
molecular assemblies from single crystal, plastic crystal,liquid crystal, gel, to Langmuir-Blodgett film are our researchtargets. The researches will be essential for future molecularelectronics.

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

84

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

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

金属資源プロセス研究センター

・単層グラフェンから成るナノ多孔体の創成
Takeharu YOSHII, Assistant Professor
・弾性変形するナノ多孔体が引き起こす新しい物理化学現象
・先進カーボン材料を利用したエネルギー貯蔵・変換・有機化学的手法に基づく結晶性カーボン材料の創成と応用
・カーボン材料エッジサイトの高度分析
・カーボン系材料のヘルスケア分野への展開
・Development of nanoporous materials with single-layer graphene walls
・Study on new physicochemical phenomena induced by elastic nanoporous materials
・Study on energy storage and conversion using advanced carbon materials
・Synthesis of crystalline carbon materials based on organic chemistry and theirapplications
・Advanced analysis of carbon edge sites
・Application of carbon-based materials to healthcare field

専門分野・キーワード

Division of Measurements

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

83

ナノカーボン / 吸着 / エネルギー貯蔵 / 固体反応

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

Tomoyuki AKUTAGAWA Lab

光機能材料化学研究分野

有機・バイオナノ材料研究分野

Photo-Functional Material Chemistry

Organic- and Bio- Nanomaterials

中川勝研究室

笠井均研究室Masaru NAKAGAWA Lab

Hitoshi KASAI Lab

押切 友也 准教授

・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
・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

新家 寛正 助教

Hiromasa NIINOMI, Assistant Professor

工方式のナノインプリント技術の材料とプロセスの研究を進めている。設計通りの金属や誘電体のナノ構造体の作製を行い、ナノ構造
体自体やナノ構造体間の制御されたナノ空間と、分子との光学、光

MICRO

MICRO

+ NANOUV nanoimprinting

2. laser-drilled screen printing
1. mold fabrication

NANO

3. imprint,
resin filling

化学および物理的相互作用の解明を進め、機能性分子の光化学合成
や分離精製に基づく物質・材料の創製を目指している。ナノインプ
リント技術では、一桁ナノ精度の造形を目標としたモールド作製用
ト材料、定型成形を実現する被成形材料の精密塗布プロセス、積層JP6005698-B2
US10,613,433-B2

6. demolding

7. etching

Toshihiko ARITA, Assistant Professor

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

全身へ拡散(size : < 数nm)

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500 nm

4. fluorescencealignment

5. UV curinglithography

肝臓による解毒
マクロファージ (size : > 100 nm)

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（Fi g. 1）。

腎臓による排泄(size : < 数nm)

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：マイクロ薬剤
Size： > 100 nm

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JP6669432-B2
JP6864443-B2
JP6090732-B2
JP5583374-B2

有田 稔彦 助教

ナノ粒子のまま細胞内に到達！！

：ナノ薬剤
Size：10 nm ～ 100 nm：薬分子（< 数nm）

がん細胞への到達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

JP6723888-B2

腫瘍組織への集積(size : 10 nm ～ 100 nm)

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に作られた場所を “ メタサイト (metasite)” と提唱し、メタサイト

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の研究を先導する。

進中です。

Photo-functional material science based on metasites fabricated by nanoimprint
lithography

Fabrication of The Novel Designed Nanodrugs Composed of Poorly Water-Soluble
Compounds

東北大学 多元物質科学研究所

Our application studies by NIL
Fish-net transparent electrode films

Anisotropic conductive films for testers

100

Wavelength / nm

Nakagawa group conducts research on materials andprocesses for mold-using nanoimprint technology, one of thenext-generation fundamental nanofabrication technologies
in manufacturing. Using our developed resist materials andalignment and nanolithography processes, we fabricate
metallic and dielectric nanostructures strictly as design
and investigate the optical, photochemical, and physicalinteractions of molecules with the nanostructures and nanoclearances between/among nanostructures. Herein we
propose and pursue “metasite” as an artificially created nanoclearance with nanometer sizes using the arrangement ofmetallic and dielectric nanostructures, where unprecedented
chemical reactions and physical phenomena occur at hot
spots of the nano-clearance.

Materials-Measurement Hybrid Research Center

現象を誘起することを目的として一桁ナノサイズの精密さで人工的

Ryuju SUZUKI, Assistant Professor

80
60

2µm

0
300 400 500 600 700 800
Transmittance / %S. Kubo, M. Nakagawa* et al.
Chem. Lett. 2012, 41, 1291

Split-ring resonator (SRR)
for negative index metamaterials
at visible frequencies
Inducedmagnetic field

Ar+-etched Au

E
H

B. Kakinuma, M. Nakagawa et al.
JP2020-085534-A1, JP2020-087565-A1

Aluminum electrolytic capacitors
Electrolyzed Aluminum

10 µm

region-selectively
plastically deformed

Inducedcurrent

T. Tomioka, S. Kubo, M. Nakagawa et al.
Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 071104

square 1.8 µm
pitch
3 µm
depth 70 µm

A. Shiraishi, T. Nakabo, M. Nakagawa et al.
The 69th Symposium on Macromolecules, 2020, 1W07

Security artefact metricskwidth 53 nm
gap 18 nm

diameter 2 µm
pitch
5 µm
length 100 µm

1µm

20

wet-etched Au

Electrodeposited Nickel

Au linewidth = 0.8µm

40

S. Ito, M. Nakagawa* et al.
Sci. Rep. 2021, 11, 16550

synthetic quartz nanopillars(diameter, height)(100 nm, 100 nm)(200nm,50 nm)For the design of the conventional drug compound, it
was common to add a water-soluble substituent to acompound having a pharmacological effect. However,in the case of anti-cancer drugs, it was reported that thewater-soluble compounds given by using intravenous
administration were easily filtered from kidney ordiffused even in normal tissue. On the other hand, it
is known that, when μm-sized drugs with more than
100nm were administrated in the blood, they tended
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 techniqueof reprecipitation for fabrication of organic nanoparticles,

Fig.1

we could establish the method to obtain 100 nm or lessof the nano-prodrugs (Fig. 2). As a result, we have foundthat our anti-cancer nano-prodrugs themselves could
be delivered even within the cells of the tumor tissue,
and this strategy was applicable for the other drugs
such as eye drops and so on. We are aiming at practicalapplication of this nano-prodrugs in the near future.

Fig. 2

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

86

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

誘電体のナノ構造体どうしの配置において、未踏の化学反応や物理鈴木 龍樹 助教

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

JP6717489-B2
JP5818252-B2
JP5782161-B2
JP5774814-B2
JP5301872-B2
JP5196489-B2

Thi Ngoc Anh DAO, Assistant Professor

当該研究分野では、上記の課題を克服するため、抗がん活性薬化に資する一桁ナノ精度のアライメントプロセスと材料、ナノリソ
グラフィに資するエッチングプロセスの研究を進めている。金属・ダオティ ゴックアン 助教

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
JP5397941-B2

JP5879086-B2
JP5860244-B2

Yoshitaka KOSEKI, Assistant Professor

Center for Mineral Processing and Metallurgy

Microprint and nanoimprint method

小関 良卓 助教

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

ナノインプリントによる金属・誘電体ナノ構造形成に立脚した光応答メタサイトの創製と光機
能材料の応用化学
ものづくりにおける次世代基盤技術の一つである有型成形ナノ加

hitoshi.kasai.a6@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

Tomoya OSHIKIRI, Associate Professor

Division of Measurements

・一桁ナノ造形に資する光ナノインプリント成形のレジスト材料とアラインメント技術の開発
・レーザー加工孔版印刷法によるナノリソグラフィプロセスの開発
・蛍光と散乱光による精密位置合わせと積層化
・金属・誘電体ナノ構造体の近接場光制御と光化学反応場・自己組織化制御場への応用
・ナノ構造体を駆使した物性計測技術の開発
・Single-digit-nanometer figuration by development of resist materials and alignment
technology in UV nanoimprinting
・Development of nanolithography process using laser-drilled screen printing
・Alignment and building by fluorescence and scattering
・Creation of fields for photochemical reaction and self-assembly control by controlled/
modulated near-field on metallic and dielectric nanostructures
・Development of measurement technology for physical property using nanostructures

Hitoshi KASAI, Professor

Nano Drugs / Organic Nanoparticles / Anti-cancer Drugs

masaru.nakagawa.c5@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

笠井 均 教授

ナノ薬剤 / 有機ナノ粒子 / 抗癌薬

Masaru NAKAGAWA, Professor

material science / photochemistry / nanoimprinting / metasite

電子線レジスト材料、一桁ナノ造形に資する光硬化性成形・レジス

85

専門分野・キーワード

中川 勝 教授

材料科学 / 光化学 / ナノインプリント / メタサイト

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

研究支援組織

Research Support Section

・事務部
多元研における研究・教育活動の支援業務を行っています。
総務係、
人事係、
研究協力係からなる総務課と、
司計係、
経理係、
用度係、管理係からなる経理課で構成され、一般的な事務的業務だけでなく、教職員や学生・大学院生のサポート、研究費の申請や、イベントや会議の運営補助など、多岐にわたる業務を行っています。

・図書室
図書や資料の閲覧、相互利用、参考調査、学習や研究に必要な資料の購入、受入などの業務を担い、図書の適切な管理と運営をもって、研究活動を支援しています。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利用できる閲覧室と学習スペースも備えています。

・安全管理室多元研の所内環境・安全・防災に関する事項の企画及び実施、「安全マニュアル」の製作の他、定期的な巡視の実施など、研究所の安全を確保するための安全衛生管理活動を行っています。また、多様な研究室や職域等で発生する個々の事案への対応も行っています。

・広報情報室多元研における広報活動や快適なネットワーク環境の整備など多岐にわたる支援業務を行っています。業績を掲載した評価資料「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、web 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。

・光器械工場
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、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。

・共通機器・研究プロジェクト支援
再雇用 2 名を含む 26 名が、共通機器・施設・設備 ( 多元 CAF) の管理・運営を行い、共同利用共同研究拠点である研究所の活動を支援しています。同時に多元 CAF と兼務する形で研究プロジェクトの支援も行っており、多様な技術で多元研ならではの研究を技術スタッフとして支援し、また技術の高度化にも取り組んでいます。技術スタッフは電子回路、超高真空、実験機器・装置の開発・改良、測定・制御ソフトウェア開発、結晶育成、薄片研磨、化学分析、レーザーシステム、
生物・バイオ関連技術などの技術要素を持ち、1 人 1 人はエフォートにより複数の支援を行うことで多くの支援件数に応えています。また、学生の実験指導や安全教育・管理にも携わり、研究所全体の発展に貢献しています。
業務の一例■ 全固体リチウム電池の作製と充放電測定によるデバイス性能評価

・技術室
技術室では、47 名の技術職員 ( 再雇用職員 3 名を含む ) が、研究者の要請に応えてさまざまな技術を学び蓄積しながら実験研究をサポートしています。研究者から要請される技術支援は多様であり、経験、技術を生かしてその要請に応える
ため、個人あるいは組織としての研究支援技術の高度化に努めています。

技術室

グローブボックス内で全固体リチウム電池を製作している様子

定電流充放電装置■ 多成分系ケイ酸塩融体 ( マルチアニオン融体 ) の物性解明ならびに低レベル放射性廃棄物のガラス固化処理プロセスの技術支援。

・機械工場
機械工場では、研究者の要求に応じた実験装置の設計・試作、既存の装置の改造などを主な業務としています。二次元・三次元 CAD システムや CNC 工作機械、新型ワイヤ放電加工機などを順次導入して設備の高機能化を図り、若い技術者でも高度で様々な工作依頼にも応えられるよう日々「装置（モノ）づくり」に取り組んでいます。
学生教育の一環としては「機械製図講習会」・「機械工作安全作業講習会」を BCP のレベルに合わせ、対面かオンラインかを上手く切り替えて実施しています。また、社会貢献活動として見学や中学生職場体験活動の依頼があれば、受け入れも行っています。
現在 10 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少なくなっており、当研究所の特色のひとつになっています。
白金基板上に凝固した透明なリチウムダイシリケート

リチウムダイシリケートのバンドギャップ評価
J. Am. Ceram. Soc., 103 (2020) 5139-5144.

・Machine Shop

・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。

87

東北大学 多元物質科学研究所

In the Machine shop, machinists prepare original experimental apparatus
designed by researchers. Staff introduce advanced facilities and also
make effort to hand down 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 uniquecharacteristics 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 theworkshop closely discuss with researchers and produce the best tools fortheir study. Products are made through complex processes with hand-craft,lathes and other machines.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

88

・Project Support
Central analytical and technical supporting group assists research withvarious skills concerning electronic circuit, ultra-high vacuum systems,
development or improvement of experimental apparatus, creation ofsoftware for measurement or control devices, crystal growth, preparationof thin films, chemical analyses, laser systems, bio-technologies andso on. Our Staff can embody each researcher's ideas. Also staff takepart in education for students, safety management and contribute to theadvancement of our institute.

多元 CAF Central Analytical Facility in Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (Designated as Tagen 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) was established in 2010, by combining Common Analytical Facility, which supported the analysis andcharacterizaition of various materials using special equipments, such as the electron microscope, X-ray diffraction
devices, nuclear magnetic resonance analyzer, laser spectroscopy devices, etc., and Nanotechnical Laboratory,
which supported the researches in Hybrid Nano-Materials Research Center on nanotechnology using the latest
special devices. Tagen CAF is supporting the researches on the development of various materials using advanced
analytical apparatuses.

B. 分子構造解析装置
Apparatuses for molecular structure analyses

・元素分析装置

・核磁気共鳴装置

・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 spectrometer: XPS)・X 線光電子分光装置

X-ray photoelectron spectrometer (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)

・電界放射型走査電子顕微鏡

・液体窒素供給システム

・ナノエリア解析システム

・ヘリウムガス回収装置

・走査型プローブ顕微鏡

・ゾーン融解型単結晶育成装置

・高分解能電解放出形走査電子顕微鏡

・アーク溶解炉

Field emission type electron microscope (SEM,EDX,EBSP)

Nano area analysis device

Liquid nitrogen supply system

Helium gas recovery device

Atomic force microscope (AFM,SNOM)

Zone melting type single crystal growth device

High resolution field emission type electron microscope(High resolution FE-SEM)

Arc melting furnace

・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'Pert

・単結晶自動 X 線構造解析装置

Glow discharge mass spectrometer (GDMS)

X-ray microarea three-dimensional stress measuring system

A. 組成分析装置
Apparatuses for ultimate analyses

Elemental analyzer (C-H-N analyzer, O analyzer, S-X analyzer)

D. 基盤設備
Base facilities

・三次元マイクロストレス X 線実測システム

機器一覧( 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 )C. 分子構造解析装置
Apparatuses for molecular structure analyses( 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( 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)

・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 instrument89

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

90アクセス Access

建物案内図 Building guide map
北門

North Gate

Ｂ08

仙台市内マップ SENDAI CITY MAP

Ｂ01

青葉区役所

Aoba Ward Oﬃce

Ｃ04

Ｃ02

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

Ｃ03

広

瀬

Hirose River

Ｂ07
東北大学本部

Ｂ06

3km

Tohoku University
Administration

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路
仙台西道st Road
Sendai

Nishikouen

地下鉄

n

io
tat
内駅chi S
鉄川 wau

東北大学
資料館

Su

Tohoku University
Archives

東北大学
川内キャンパス

AER

Forus

Hiro

イオン

藤崎

町

西公園駅
SubwayStation Omachi Nishi-k
oen

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

地下鉄大仙台国際センター

Tohoku University
Kawauchi Campus

AER

フォーラス

通
広 se瀬Street

t

ay
地下
bw

Subway 国際センター駅
Station International Center

Ka

西
公
園
通

JR Sendai Station

西公園

n StreeMain Gate

We

koue
Nishi

正門

仙台高等検察庁
Sendai High Public
Prosecutors Oﬃce

※１

Ｅ02

Ｆ01

Ｅ03

※２

Sendai City Museum

East Gate

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

東北大学
附属植物園

Botanical Gardens,
Tohoku University

地
下
鉄
五
橋
駅

Subway

仙台城址

Katahira Sakura Hall

Itsutsu

片平さくらホール

SS30

Hyoujyougawara Stadium

仙台市博物館

Ｆ03

Ｆ02

SS30

評定河原球場

東門

Sendai Site of a Castle

bashi
Station

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（工場棟）

IMRAM West Technical Plant

Ｂ08

多元研 西 2 号館

（科学計測研究棟 N 棟）

IMRAM West Building 2

Ｂ01

Ｃ02

多元研 東 1 号館

（反応化学研究棟 1 号館）

IMRAM East Building 1

Ｃ03

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

図書室

Ｅ03

Ｆ03

多元研 共同研究棟

IMRAM Cooperative Research Building
Shin-Chitose Airport

South Multidisciplinary Research Laboratory 2

Ｅ02

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

Ｆ01

多元研 南 1 号館

（素材工学研究棟 1 号館）

IMRAM South Building 1

Ｆ02

Library (AIMR Main Building 2F)

南総合研究棟 2（材料・物性総合研究棟Ⅰ）

日本と仙台の位置 POSITION of JAPAN and SENDAI

Ｆ04

Sapporo多元研 南 2 号館

（素材工学研究棟 2 号館）

Shinhakodatehokuto

IMRAM South Building 2

Ｆ05

Shinaomori

多元研 南 3 号館

（素材工学研究棟 3 号館）

IMRAM South Building 3

多元研 事務部棟

LisbonAthens

Seoul

Japan

San Francisco

Sendai

Washington D.C

91

東北大学 多元物質科学研究所

Sendai Airport

Niigata38°
N

Fukushima
Kanazawa

NaganoTakasaki
Omiya◆登録有形文化財（2021 年 10 月 14 日告示）

東北帝国大学工学部の初期の姿を伝える、
また当時多く見られた左右対称の立面を持つ建造物のうち現存するその時期の建築様式の実例としても貴重です。

Tohoku Region

ShinjoSendaiIMRAM Administration Building

旧東北帝国大学工学部機械学及び電気学教室 ※１（現）東北大学多元物質科学研究所

Akita

Kyoto
Hiroshima

旧東北帝国大学工学部機械学及び電気学実験室 ※２（現）東北大学多元物質科学研究所
事務部棟旧東北帝国大学工学
部機械・電気工学教室と一体となって東北帝国大学工学部の初期の姿を伝える貴重な建築です。中廊下式の二階建て、玄関にはステンドグラスが掲げられています。

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

92