2 0 1 7

2 0 1 7

研究所長

村松

淳司

〒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://www.tagen.tohoku.ac.jp/

Director:Professor Atsushi Muramatsu
Address:2-1-1 Katahira,Aoba-ku,Sendai 980-8577,JAPAN多元h0104-2017_初[01-03].indd 1

2017/03/02 13:44

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

歴史・沿革

アクセス

HISTORYACCESS

昭和 16年 3月 勅令第 268 号（官制）により選鉱製錬研究所設置
昭和 18年 1月 勅令第 54 号（官制）により科学計測研究所設置
昭和 19年 1月 勅令第 7 号（官制）により非水溶液化学研究所設置
昭和24年 5月 国立学校設置法により選鉱製錬研究所、科学計測研究所、非水溶液化学研究所は、それぞれ東北大学附置研究所となる。
平成 3年 4月 国立大学設置法の改正により、非水溶液化学研究
所は反応化学研究所に改組
平成 4年 4月 国立大学設置法の改正により、選鉱製錬研究所は素材工学研究所に改組

and Metallurgy, Tohoku Imperial University was founded.

January 1943 Research Institute for Scientific Measure-

仙台市内マップ SENDAI CITY MAP

ments, Tohoku Imperial University was
founded.

青葉区役所

Aoba Ward Oﬃce

January 1944 Chemical Research Institute of Non ‐宮城県庁

Miyagi Prefectural Oﬃce

Aqueous Solution, Tohoku Imperial University was founded.

仙台合同庁舎仙台法務局

Sendai Combination Government Building

Sendai Legal Aﬀairs Bureau

May 1949 These three Institutes were reorganized広as research institutes affiliated to Tohoku
University.

瀬

東京エレクトロンホール宮城
せんだいTokyo Electron Hall Miyagi
メディアテーク
Sendai Medhiatheque
三越
寺 e通
Mitsukoshit
定 禅 ji Stre川

Hirose River

April 1991 Chemical Research Institute of Non ‐3km

Aqueous Solution was reorganized as
Institute for Chemical Reaction Science.

勾当台公園

Kotoudai-koen

地下鉄勾当台公園駅

Subway Kotodai-koen Station

n
Jyoze

2km

1km

宮城県美術館

Miyagi Museum of Art

地下鉄広瀬通駅

Subway Hirosedori Station
ad

Hiros

園駅

r

SubwayStation Omachi Nishi-k

仙台国際センター

町駅

通
一番
ri
ba-do n青 ba葉Street 青葉a通
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tio

sendai international centerAo

仙台法務総合庁舎

Sendai Legal Aﬀairs Synthesis
Public Oﬃce Building

Aobadori Station

Aeon

Fujisaki

大町西公

ente

イオン

藤崎
oen

Tohoku University
Kawauchi Campus

あおば通り駅

t

nal C

東北大学
川内キャンパス

Forus

Stree

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

国際
セン
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JR Sendai Station

Nishikouen

川

April 2001 Research Institute for Scientific Measure-

AER

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広 瀬
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地下鉄
仙台駅

七十七
銀行本店

77 Bank
Head Oﬃce

Loft
Loft

E BeanS

JR 仙台駅

西公園

内駅

ouen

and Metallurgy was reorganized as Institute for Advanced Materials Processing.

園通West Ro路 Sendai n
仙台西道
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Ka
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Su

NishikApril 1992 Research Institute of Mineral Dressing

西公

平成 13年 4月 国立大学設置法の改正により、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

March 1941 Research Institute of Mineral Dressing

BiVi
Bivi

エスパル
S-PAL

E Beans仙台弁護士会館

Sendai Bar Association

仙台高等検察庁

Sendai High Public
Prosecutors Oﬃce

SS30

評定河原球場

SS30

Hyoujyougawara Stadium

仙台市博物館

Sendai City Museum

東北大学
片平キャンパス

東北大学
附属植物園

地下鉄
五橋駅

Tohoku University
Katahira Campus

SubwayBotanical Gardens,
Tohoku University

Itsutsu

仙台城址

Sendai Site of a Castle

bashi
n

Statio日本と仙台の位置 POSITION of JAPAN and SENDAI
Chitose Airport

SapporoSendaiAthensLisbonSendai

AomoriTohokuRegion38N

San Francisco

JAPAN

Washington D.C

Niigata

Tokyo
Kyoto

Sendai Airport

Narita International Airport

NagoyaHiroshima
HakataAccess to Sendai station
1. Train "Tohoku Shinkansen (Bullet train)" From Tokyo to Sendai: 1h40m

Osaka

Kansai International
AirportFukuoka
Airport

2. Flight Sendai Airport has international flights from many East Asisn cities and domestic flights.
From Seoul: 2h20m / From Beijing: 6h / From Tokyo-Narita: 1h
From Sendai Airport to Sendai st. by railway: 30 minutes.

79 l 8 0

目 次
CONTENTS

所長挨拶 ／ DIRECTOR'S MESSAGE .......................................................................................................................................................................................... 3
組織図 ／ ORGANIZATION CHART............................................................................................................................................................................................... 5
有機・生命科学研究部門 ／ DIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH............................................................................................ 10
無機材料研究部門 ／ DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH .......................................................................................................................... 18
プロセスシステム工学研究部門 ／ DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING ................................................................................. 26
計測研究部門 ／ DIVISION OF MEASUREMENTS .................................................................................................................................................................. 34
サステナブル理工学研究センター ／ RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING .................................................. 44
先端計測開発センター ／ CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY .................................................................................... 52
高分子・ハイブリッド材料研究センター ／ POLYMER・HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER ............................................................... 58
新機能無機物質探索研究センター ／ CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS .......................................................... 66
多元 CAF ／ TAGEN CENTRAL ANALYTICAL FACILITY ........................................................................................................................................................ 71
技術室 ／ TECHNICAL SERVICE SECTION .................................................................................................................................................................................. 73
最近の主な成果 ／ MAIN ACHIEVEMENTS ........................................................................................................................................................................... 76
学術交流協定 ／ ACADEMIC EXCHANGE AGREEMENTS ..................................................................................................................................................... 77
概

要 ／ OUTLINE ....................................................................................................................................................................................................................... 78

建物案内図 ／ IMRAM BUILDING MAP ..................................................................................................................................................................................... 79

多元物質科学のフロンティアを目指して
FRONTIERS IN MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS

多元物質科学研究所（以下、多元研）が誕生して17 年目を迎えます。従来の区別にとらわれない、物質、材料を含む、あらゆる “ もの ” を多元的に研究する、特徴ある研究所として2001 年 4月に誕生し、おかげさまで、一般社会にも次第に認知されつつあります。その礎は、創立 1941 年以来受け継がれる、選鉱製錬研究所（素材工学研究所）、科学計測
研究所、非水溶液化学研究所（反応化学研究所）のスピリットであり、昨年 75 年目を迎え
た伝統の力を、ひしひしと感じます。先人たちが切り開いてきた多くの研究分野と、輝かしい研究成果が、漏れることなく、多元研に引き継がれており、過去から未来への時間軸の中で、研究所のあちらこちらで、時空を超えて融合していく姿を見ることができます。
それは、たとえば希少元素高効率抽出技術の研究、あるいは電子顕微鏡研究、そして超臨界ナノフルイド研究が代表的です。伝統のある長い歴史を内に含んでいながら、若い研

東北大学
多元物質科学研究所
研究所長

村松

淳司

Institute of Multidisciplinary Research
for Advanced Materials
Director
Atsushi MURAMATSU究所であるがゆえに、軽快で柔軟な研究体制の構築が可能であったことが幸いしています。
こうして多元研では、資源から最先端材料までの垂直方向、そして無機、有機、バイオな
どあらゆる物質材料を含む水平方向の両機軸を、ハイブリッドにカバーした、独創的で斬新な研究が、数多く行われています。そうした研究の一端を、本「多元研概要」で紹介しています。パラパラとページをめくりながら、多元研では、“ もの ” も、“ 人 ” もハイブリッドとなって、物質材料研究に従事していることを想像してみてください。きっと、多元研の世界に没頭することができることでしょう。
2010 年から始まった、先駆的なネットワーク型共同研究拠点である「物資・デバイス領域共同研究拠点」（多元研の他、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、九州大学先導物質化学研究所）では、本当にたくさんの研究成果を出しており、お互いに顔の見える共同研究を進めていく中で、『附置研究所間アライアンスによるナノとマクロをつなぐ物質・デバイス・システム創製戦略プロジェ
クト』
が、非常に効率的に、かつ、先端的に推進されています。
昨年度からは、多元研がネットワーク型共同研究拠点の本部となり、共同研究拠点のプ
ロジェクト事業である「附置研究所間アライアンスによるナノとマクロをつなぐ物質・デバイス・
システム創製戦略プロジェクト」
を阪大産研とともに、強力に推進しています。
一方で、多元研は次世代の重要な軟 X 線拠点となる、東北放射光 SLiT-J 推進の基幹部局として、昨年度から積極的に内外に SLiT-J の重要性を周知し、大学・宮城県そして東北経済団体連合会とともに、活動してきました。大きなハードルを超えた今、実現に向けて益々加速しています。
さて、2011 年 3月の東日本大震災から6 年が経過しました。多元研は物質材料における東北復興への貢献と、日本の復興と未来を背負う新進気鋭の優秀な研究者の輩出を、今後も積極的に担っていきます。最後になりましたが、皆様方の益々のご健勝とご発展を心より祈上申し上げるとともに、今後とも、変わらぬご支援を賜りますよう宜しくお願いいたします。
平成 29 年 4月 研究所長 村松淳司

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

Our institute, Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials,
IMRAM, is called TAGEN-KEN in Japanese. It takes 16 years from its
foundation, April 2001. Nowadays, it will be widely known, since the researchin our institute has been carried out over "Multidisciplinary" fields of scienceand engineering for materials. Our basis unfailingly is in the successor ofthree prestigious research institutes of Tohoku university: SENKEN (ResearchInstitute of Mineral Dressing and Metallurgy) -SOZ AIKEN (Institute forAdvanced Materials Processing), KAKEN (Research Institute for Scientific
Measurements) and HISUIKEN (Chemical Research Institute of Non‐
Aqueous Solution-) -HANNOUKEN (Institute for Chemical Reaction Science).
SENKEN was established in 1941, KAKEN was in 1943 and HISUIKEN wasin 1944. So, 75 years have passed since the foundation of the former three
institutes. Their research spirit will be passed down to us so that the knowledge
and experience integrated from prestigious institutes allow us to establish
so many collaborations between members of our institute so that a plenty ofnoticeable research results have been achieved. The projects are exemplified
by High Efficiency Rare Elements Extraction Technology, Transmission
Electron Microscopy, and Supercritical Nanofluid Technology. You can notice
not only the hybridization of materials but also that of researchers in our
institute so that they must promote our activities surprisingly. You may absorb
yourself in such a TAGEN-ken world through pages you see.
Our institute has started the activity as a member of the new Network Joint
Research Center for Materials and Devise from 2010, composed of fivenational university institutes, Research Institute of Electronic Science (RIES,
Denshiken) in Hokkaido Univ., Laboratory for Chemistry and Life Science (CLS,
Kaseiken) in Tokyo Institute of Technology, Institute of Science and Industrial
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 including colleges, institutes and privatecompanies, who wishes to collaborate with the institutes. Based on these
five institutes, the "Nano-Macro Materials, Devices and System Research
Alliance" was also founded as a unique 6-year national project starting form
2010 fiscal year for the purpose of strategic development of materials, devices
and systems, based upon a concept of "Fusion from nano- to macro-leveledmaterials" and their deployment in the new technologies as a foundation of the
new industries. The collaboration between departments of Tohoku Univ. is now
very active and significant so as to lead to excellent successes on materialscience and engineering. Since our institute became the main base of thisNetwork Joint Research Center from April 2016, we have strongly propelled
this project together with ISIR, Sanken. Tohoku Univ. is now promoting the
SLiT-J project, which focuses on the soft X-Ray region of the spectrum whereits performance is optimized. This spectral range covers the K edges of thelight elements including for example Li as well as C, N, and O which are all
critical to current technological challenges. Since our institute is the main baseof this project, we have been making our best effort on the realization in thenear future.
Six years have passed since the Great East Japan Earthquake on March
11, 2011. We contribute our efforts to attain the reconstruction throughmaterial science and technology as well as to produce researchers andengineers useful to the nation. We will proceed further advance in the field ofMultidisciplinary Research for Advanced Materials.

ロゴマークのテーマ

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

3 l 4

組 織 図（as of April 1.2017）

ORGANIZATION CHART

運営協議会

研究所長

ADMINISTRATIONMEETINGDIRECTOR

教授会

FACULTY MEETING

副研究所長

所長補佐

DEPUTY DIRECTOR

研究戦略・共同研究拠点
アライアンス推進室

運営会議

ASSISTANT DIRECTORSTEERING MEETING

附属研究施設

研究部

研究支援部門ANNEXED RESEARCHSECTIONRESEARCH  SECTION

技術室

RESEARCH SUPPORTSECTIONTECHNICAL SERVICESECTIONMIZUKAMI Lab ／ Cell Functional Molecular Chemistry

水上研究室

生命機能制御物質化学研究分野 和田研究室

生物分子機能計測研究分野

WADA Lab ／ Functional Photochemistry and Chemical Biology

Nano Biophysics

生命類似機能化学研究分野 和田研究室（兼）生命分子ダイナミクス研究分野

WADA Lab（C）／ Bioinspired Synthetic Chemistry

TAKAHASHI S. Lab ／ Biological and Molecular Dynamics

生体分子構造研究分野 稲葉研究室

ソフト材料研究分野

INABA Lab ／ Biomolecular Structure

YOSHIKI CHUJO Visiting Professor ／ Soft Materials

客員教授

髙橋（聡）研究室
中條

善樹

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

計算材料熱力学研究分野 大谷研究室

超臨界流体・反応研究分野

OHTANI Lab ／ Computational Materials Thermodynamics

YOKOYAMA Lab ／ Chemical Reaction Engineering

機能材料微細制御研究分野 鈴木研究室

高温材料物理化学研究分野

SUZUKI Lab ／ Microstructural Control of Functional Materials

FUKUYAMA Lab ／ High-temperature Physical Chemistry of Materials

スピン量子物性研究分野 佐藤（卓）研究室

ハード材料研究分野

SATO T.J. Lab ／ Quantum Spin Physics

KOJI SAITO Visiting Professor ／ Hard Materials

ナノスケール磁気デバイス研究分野 北上研究室
KITAKAMI Lab ／ Nanoscale Magnetism and Devices

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

横山研究室
福山研究室

客員教授

齋藤

公児

FINANCE SECTION

細胞機能分子化学研究分野

NAGATSUGI Lab ／ Synthesis of Organic Functional Molecules

経理課

GENERAL AFFAIRS SECTIONDIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

生命機能分子合成化学研究分野 永次研究室

無機材料研究部門

事務部

ADMINISTRATIVEOFFICE

総務課

OFFICE FOR SYNCHROTRON RADIATION FACILITY UTILIZATION PROMOTION

放射光施設利用推進室

国際交流・産学連携推進室

INTERNATIONAL FELLOWSHIP, UNIVERSITY-INDUSTRY RESEARCHCOLLABORATION PROMOTION OFFICETAGEN CAF

多元ＣＡＦ

LIBRARY

図書室

SAFETY PLANNING SECTION

安全管理室

INFORMATION BRANCH

広報情報室

CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS

新機能無機物質探索研究センター

POLYMER·HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER

高分子・ハイブリッド材料研究センター

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

先端計測開発センター

RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING

サステナブル理工学研究センター

DIVISION OF MEASUREMENTS

計測研究部門DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

プロセスシステム工学研究部門

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

無機材料研究部門

DIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

有機・生命科学研究部門

有機・生命科学研究部門

各種委員会
SUBCOMMITTEESRESEARCH STRATEGY, JOINT RESEARCH CENTER ,ALLIANCE PROMOTION OFFICEINSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

プロセスシステム工学研究部門

DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

北村研究室

基盤素材プロセッシング研究分野

光物質科学研究分野

KITAMURA Lab ／ Base Materials Processing

加納研究室

機能性粉体プロセス研究分野

MURAMATSU Lab ／ Hybrid Nano-particle

小俣研究室

佐藤（修）研究室

エネルギーシステム研究分野

OMATA Lab ／ Atomic Site Control in Inorganic Materials

SATO N. Lab ／ Energy System

阿尻研究室（兼※）超臨界ナノ工学研究分野

村松研究室

ハイブリッドナノ粒子研究分野

KANO Lab ／ Powder Processing for Functional Materials

原子空間制御プロセス研究分野

佐藤（俊）研究室

SATO S. Lab ／ Laser Applied Material Science

プロセスシステム研究分野 客員教授 堤

ADSCHIRI Lab（C ）／ Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies※

敦司

ATSUSHI TSUTSUMI Visiting Professor ／ Process System※ WPI-AIMR

計測研究部門DIVISION OF MEASUREMENTS

上田研究室

電子分子動力学研究分野

JINNAI Lab ／ Polymer Physics and Chemistry

髙橋（正）研究室

量子電子科学研究分野

TAKAKUWA Lab ／ Surface Physics and Processing

百生研究室

秩父研究室

量子光エレクトロニクス研究分野

MOMOSE Lab ／ Quantum Beam Measurements

CHICHIBU Lab ／ Quantum Optoelectronics

木村研究室

構造材料物性研究分野

高桑研究室

表面物理プロセス研究分野

TAKAHASHI M. Lab ／ Quantum Electron Science

量子ビーム計測研究分野

陣内研究室

高分子物理化学研究分野

UEDA Lab ／ Electron and Molecular Dynamics

計測研究分野KIMURA Lab ／ Structural Physics and Crystal Physics

柴山

客員教授

充弘

MITSUHIRO SHIBAYAMA Visiting Professor ／ Measurements

火原研究室

ナノ・マイクロ計測化学研究分野

HIBARA Lab ／ Nano/Micro Chemical Measurements

サステナブル理工学研究センター

RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING

本間研究室

エネルギーデバイス化学研究分野

環境適合素材プロセス研究分野

HONMA Lab ／ Chemistry of Energy Conversion Devices

固体イオニクス・デバイス研究分野

雨澤研究室

SHIBATA H. Lab ／ Materials Separation Processing

河村研究室

金属資源循環システム研究分野

KAWAMURA Lab ／ Solid State Ion Physics

先端計測開発センタ－

高田研究室

SHINDO Lab ／ Electron Interference Measurement

寺内研究室

走査プローブ計測技術研究分野

TERAUCHI Lab ／ Electron -Crystallography and -Spectroscopy

高分子・ハイブリッド材料研究センター
高分子ハイブリッドナノ材料研究分野

三ツ石研究室
及川研究室

京谷研究室

KYOTANI Lab ／ Hybrid Carbon Nanomaterials

新機能無機物質探索研究センター

芥川研究室

中川研究室

光機能材料化学研究分野

NAKAGAWA Lab ／ Photo-Functional Material Chemistry

有機・バイオナノ材料研究分野

笠井研究室

KASAI Lab ／ Organic- and Bio- Nanomaterials

CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS

山根研究室

YAMANE Lab ／ Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

金属機能設計研究分野

ハイブリッド材料創製研究分野

AKUTAGAWA Lab ／ Hybrid Material Fabrication

OIKAWA Lab ／ Organic and Hybridized Nanocrystals

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野

米田研究室

KOMEDA Lab ／ Advanced Scanning Probe Microscopy

POLYMER・HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER

MITSUISHI Lab ／ Polymer Hybrid Nanomaterials

有機ハイブリッドナノ結晶材料研究分野

進藤研究室

電子線干渉計測研究分野

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

無機固体材料合成研究分野

柴田（悦）研究室

SHIBATA E. Lab ／ Metallurgy and Recycling System for Metal Resources Circulation

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

放射光ナノ構造可視化研究分野
電子回折・分光計測研究分野

柴田（浩）研究室

材料分離プロセス研究分野

AMEZAWA Lab ／ Solid State Ionic Devices

固体イオン物理研究分野

埜上研究室

NOGAMI Lab ／ Environmental-Conscious Material Processing

蔡研究室

TSAI Lab ／ Metallurgical Design for Material Functions

環境無機材料化学研究分野

殷研究室

YIN Lab ／ Environmental Inorganic Materials Chemistry

無機材料創製プロセス研究分野

垣花研究室

KAKIHANA Lab ／ Design of Advanced Inorganic Materials

5 l 6JST（科学技術振興機構）の ERATO（戦略的創造研究推進事業）による東北大学多元物質科学研究所を中核とした6研究機関共同「量子ビーム位相イメージング技術」研究開発の推進
Promotion of Quantum Beam Phase Imaging Research & Development among 6 research institutes with the leadership of IMRAM based on the
ERATO（Exploratory Research for Advanced Technology）program sponsored by JST（Japan Science and Technology Agency）【1】Multi-Dimension, Multi-Scale, Multi-Modality な技術開発
百生量子ビーム位相イメージングプロジェ
クトでは、平成 27 年 2 月から平成 32 年 3 月ま位相イメージングプラットフォーム

での期間で、高エネルギー光子（X 線）や中性子、電子などの量子ビームの波としての性質を利用して、量子ビームが物体を透過する際に生イメージング」技術の飛躍的な展開を目指します。位相イメージングは単なる位相コントラスト法とは異なり、位相情報の定量計測を実現し、これによる三次元可視化も可能とする高度な技術です。これまで培った X 線位相イメー
ジングの技術を核に、中性子線や電子線を用いた位相イメージングへの技術展開を図り、さま
ざまな量子ビームの位相情報を相補的に活用する高度なイメージングプラットフォームの構築を進めます。

空間分解能

じる位相の変化（位相情報）を活用する、「位相

1nm

1m

ウイルス構造細胞内部構造
半導体界面

電子線

1mm

X線
ポリマーブレンド
電子デバイス
電池・エネルギーデバイス
CFRP等複合材料
食品・医薬品

中性子線
磁性材料
金属材料
加工変化

100m
100mm
位相イメージング
試料サイズ
プラットフォーム
Multi-Dimension：2D、3D(CT)、4D（CT+時間、エネルギー等）
100nm

電子管

Multi-Scale：広い範囲の試料サイズへ対応
Multi-Ｍodality：性質の異なる量子ビームによる測定応用【2】研究開発の Scope
本研究開発では、計算機・情報科学分野における最先端の画像解析技術なども導入し、位相イメージングの可能性を最大限に引き出すためのアプローチを追求します。位相検出の鍵となる光学系の研究や新規光学素子の開発を通じ、先端素材や複合材料、デバイス、さらには実際に利用される製品に至るまでのマルチスケールで、これまで検出できなかった物質の不均一構造や状態を可視化します。これ
により、安心・安全・健康に関心が高い現代社会に貢献します。

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY【3】国際研究を含む 6 研究機関での研究開発体制
東北大学多元物質科学研究所
X 線を用いた位相イメージングを中心に取り組み、とくに動的手法および顕微手法による生体軟組織やソフトマターのイメージング技術の研究開発に重点を置きます。また、全体の成果が最大化されるようプロジェクト管理を行います。
JASRI（高輝度光科学研究センター）
シンクロトロン放射光の特徴を活かした位相イメージング技術に取り組み、試料のその場観察を含む動的イメージング手法の開発を進めます。
J-PARC（日本原子力開発機構）
中性子線位相イメージングに取り組み、磁性材料などの構造と磁気情報の同時可視化を目指します。
自然科学開発機構・生理学研究所
走査型位相差電子顕微鏡や反射型位相差電子顕微鏡など、電子線を用いた位相イメージング技術の開発を進めます。
筑波大学システム情報系
計算機・情報科学分野における最先端の画像解析技術なども導入し、位相イメージングの可能性を最大限に引き出すためのアプローチを追求します。
KIT（Karlsruhe Institute of Technology, 独国）
国際共同研究として、LIGA プロセスにより、本プロジェクトでキーとなる先端 X 線光学素子の研究開発を進めます。

【4】共同研究開発参加研究機関

参画研究機関

位相計測を基盤とした複数の量子ビームプローブ技術を連携的に使用して、素材からデバイス・実装体レベルまでの幅広い空間スケー
ルでの三次元高感度可視化を実現し、素材産業（ソフトマテリアル、複合材料、etc.）、デバイス産業（エネルギーデバイス、電子デバイス、etc.）、医療産業等に貢献できる高度イメージング技術を構築します。

7 l 8

物質・デバイス領域共同研究拠点による
５附置研究所間ネットワーク型共同研究事業の推進
Promotion of network-type cooperative research among 5 research institutes based upon the Joint Research Center of Materials
and Devices「物質・デバイス領域共同研究拠点」は、北海道大学電子科学研究所（北大電子研）、東北大学多元物質科学研究所（東北大多元研）、東京工業
大学化学生命科学研究所（東工大化生研）、大阪大学産業科学研究所（阪大産研）、九州大学先導物質化学研究所（九大先導研）が参画し、平成22年度に発足した先駆的なネットワーク型共同研究拠点のひとつです。ボトムアップ型一般共同研究、
トップダウン型特定共同研究を中心に、全国の国公立、私立大学、国立研究機関や企業に所属する研究者から、6年間で2600件を超える共同研究を推進しました。研究力強化、イノ
ベーション創出、若手人材育成、グローバル化にも積極的に取り組み、平成27年度の期末評価ではネットワーク型拠点として唯一 ”S” 評価を獲得しました。これまでは阪大産研が本部の役割を果たしてきましたが、平成28年度から東北大多元研が本部となり第2期を迎えました。
共同研究拠点の基本的なテーマは、「研究のネットワークづくりは、人のネットワークづくり」です。本共同研究拠点発足に先立ち平成17
年には、阪大産研と東北大多元研が、大学の枠を超えた新産業創造物質基盤技術研究センター (MSTeC) を設立・運営し、10年以上の長きにわたり協働関係の構築に努力してきました。人のつながりが現在の５つの研究所に広がる礎になりました。本共同研究拠点では、研究者同士が国内・海外のどこかで会ってもすぐに話ができるような、顔の見える face to face の関係づくりが重要と考えています。
多元研が本部を担う第2期では、基盤共同研究 ( 旧 一般共同研究 )、施設 ･ 設備利用共同研究に加え、新しいプログラムとして基盤研究成果をさらに発展させる展開共同研究 A、基盤研究で得られた成果を基にネットワ−ク型拠点を形成する他研究所教員との連携により幅広い研究発展を目指す展開共同研究 B、優れた若手研究者が積極的に融合型研究を推進する「CORE ラボ共同研究」、そして共同研究を通じて主に地域大学、私立大学に在籍する優れた才能を有する大学院生をプロジェクトリーダーとして採択する次世代若手共同研究など多彩な共同研究を
企画 ･ 運営し、より充実した共同研究活動を展開します。いずれのプログラムも、目先の成果を求めるだけではなく、その成果を生み出す情熱に満ちた研究者を育てる「人材育成」を第2期の大きなテーマのひとつとしています。多くの研究者がこの拠点を積極的に活用し、人のネッ
トワークを広げて頂けることを願います。
本拠点活動を通じ形成された研究者ネットワ−クを礎とした大型研究プロジェクトの発案・運営として、多元研教員が領域代表・班長を務める科学研究費補助金新学術領域研究が７プロジェクト以上採択され、多元研教授が JST 創造科学技術推進事業（ERATO）の統括研究者を務めるなど数多くの実績が得られています。また本ネットワーク型共同研究拠点が支援を行った学協会等の研究者コミュニティは500を超え、総参加者数はのべ5,000名を超え、関連研究分野および関連研究者コミュニティの発展に大きく貢献しています。

ネットワーク型共同研究拠点事業
国・公・私立大学

独立行政法人研究所

公募共同研究

公募共同研究

阪大産研
ISIR

東北大多元研

北大電子研

IMRAM

RIES

拠点本部

（東北大多元研）

共同研究推進

九大先導研

東工大化生研

IMCE

CLS

公募

北から南まで各地域への貢献●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

北大電子研（ナノシステム科学）

物質・デバイス領域共同研究拠点
ナノシステム科学領域
物質創製開発領域
物質組織化学領域
ナノサイエンス・デバイス領域
物質機能化学領域

東北大多元研（物質創製開発）

東工大化生研（物質組織化学）

阪大産研

九大先導研

（ナノサイエンス・デバイス）（物質機能化学）

企業・地域

一方、
【課題解決型アライアンスプロジェクト事業】においては、「人 ･ 環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス」を５研究所間の連携プロジェクトとして推進しています。日本を北から南まで縦断する形で「人材・装置・場所のシェアリング」を特徴とし、２１世紀において安全安心で質の高い生活のできる社会の実現に要求される３つの課題解決型プロジェクトとして、1) エレクトロニクス
物質・デバイス、2) 環境エネルギー 物質・デバイス・プロセス、3) 生命機能 物質・デバイス・システムを戦略的に設定し、各々の研究分野の格段の進展を図ることを目的としています。このように、５つの国立大学法人附置研究所が、各々の得意分野で相互に連携・ネットワークを組み相補的・協力的な体制を取る、という大掛かりな共同研究拠点およびアライアンス事業は他に類例がなく、物質・デバイス・システム創製
基盤技術を格段に進展させ、安全安心で質の高い生活のできる社会実現へ大きく寄与することが期待されています。

課題解決型アライアンスプロジェクト事業

阪大産研『人材・装置・場所』のシェアリング

ISIR

人・環境と物質をつなぐ
イノベーション創出
ダイナミック・アライアンス

東北大多元研RIES

アライアンスエレクトロニクス 物質・デバイス
環境エネルギー 物質・デバイス・プロセス
生命機能 物質・デバイス・システム

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

北大電子研

IMRAM
ALLIANCE

人材育成
九大先導研

東工大化生研IMCE

CLS

国際頭脳循環の核世界をリードする成果
新学術分野の創製

生命機能分子合成化学研究分野

生命類似機能化学研究分野

細胞機能分子化学研究分野

Synthesis of Organic Functional Molecules

Bioinspired Synthetic Chemistry

Cell Functional Molecular Chemistry

永次研究室

和田研究室（兼）水上研究室●ハイブリダイゼーション活性化反応による細胞内遺伝子機能制御方法の開発●電子励起状態および短寿命常磁性種の電子構
造と性質●生物活性を可視化する蛍光センサーの開発● DNA を鋳型とする反応を利用した 2 本鎖●電 荷分離・再結合過程の電子スピンダイナミ
クス

NAGATSUGI Lab

DNA 結合分子の新規検索法の開発● 2 本鎖 DNA 構造の制御を目指した分子モーターの合成
 esign and synthesis of functional molecules forD
regulation of gene expression
D evelopment of functional oligonucleotides for
artificial regulation of gene expression

生命機能制御物質化学研究分野

WADA Lab(C)●電子スピン間相互作用の外部制御の観測●原子内包フラーレンの電子構造
 lectronic Structure of Short-lived Paramagnetic
E
Intermediates
E lectronic Structure of Electronic Excited States
Spin Dynamics in Electron and/or Energy Transfer
Processes
S pin Manipulation and Observation in Confined
Environments

Functional Photochemistry and Chemical Biology

和田研究室

生体分子構造研究分野●外部刺激応答型人工核酸の開発

稲葉研究室

WADA Lab●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 evelopment of external stimuli responsible artiD
ficial nucleic acids
C reation of intra-cellular environment change
responsible functional moleculesC reation of cancer cell specific oligonucleotide
therapeutic moleculesS upramolecular Asymmetric Photochirogenesis
with biopolymers and bio-molecules as a nanochiral reaction media
D evelopment of High Sensitive and High TimeResolve Circular Dichroism （CD） Detection
Method for Analysis of Supramolecular Dynamics

Biomolecular Structure

MIZUKAMI Lab●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●生体色素の代謝に関わる金属酵素群の機能 - 構
造相関の解明D evelopment of fluorescent sensor imaging biological activity
D evelopment of protein-small molecule hybridmaterials to investigate diseases and biology
Development of technology to control biomlecular activity by lightD evelopment of light resistant fluorophores forstrong laser-based microscopyS tructure-function relationships of metalloenzymes involved in catabolism of biological pigments

INABA Lab●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

生命分子ダイナミクス研究分野●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

TAKAHASHI S. Lab tructure, mechanism, and physiological function
Sof the protein disulfide bond formation/cleavage
network involved in protein quality control
S tructure, mechanism, and physiological functionof membrane transporters involved in the metal
ion homeostasis in cells

Biological and Molecular Dynamics

髙橋（聡）研究室●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
D ynamics of protein folding based on single molecule fluorescence spectroscopy
Sliding motion of a tumor suppressor p53 along
DNA
Development of a new strategy of protein design
based on single molecule sorting device

有機・生命科学
研究部門
DIVISION OF ORGANIC- AND BIO‑MATERIALS RESEARCH
一分子可視化、細胞内イメージング、構造解析を駆使した生命機能解明、ならびにそれらの機能情報と合成化学手法を融合したドラッグデリバリーシステム構築や、遺伝子診断デバイス開発などを行います。更に生命機能と材料科学を融合したバイオミメティックス材料創製など、生命機能解明と物質合成を有機的に結びつけることにより、世界をリードする材料・デバイス創製をも目指しています。
Research activities of our division include design and synthesis of novel molecules for controlling biomolecular and cellular function, development of single molecular methods for elucidation of mechanism of biologically relevant macromolecules, and biochemical and biophysical studies for understanding enzyme mechanisms of physiological significance.

Synthesis of Organic Functional
Molecules

NAGATSUGI
Lab

永次

史 教 授

松本

高利 助 教Takatoshi MATSUMOTO, Assistant Professor

鬼塚

和光 助 教Kazumitsu ONIZUKA, Assistant Professor

山田

研 助 教

Fumi NAGATSUGI, Professor

Ken YAMADA, Assistant Professor

専門分野・キーワード

遺伝子発現制御／機能性人工核酸／クロスリンク剤／機能性 RNA
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
control of the gene expression ／ intelligent artificial nucleic acid ／ cross-linking
agents ／ non-coding RNA
生命機能分子合成化学研究分野

永次研究室

nagatugi@tagen.tohoku.ac.jp

遺伝子発現の化学的制御を目指したケミカルバイオロジー
ゲノム解析の終了にともない、実際にタンパク質として発現される遺伝の開発に成功し、効率的な遺伝子発現制御にも成功しており、現在、こ子はわずか２％のみであり、残りの98% はタンパク質をコードしていない、

れらの分子のさらなる高機能化、及び新規人工分子の開発について検討

いわゆる non-codingRNA(ncRNA)として生体機能の維持調節に極めてを行っています。

重要な働きをしていることが明らかとなってきています。これらの遺伝子発現制御機構における破たんは、様々な疾患の原因になることもわかってきており、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、細胞内において遺伝子発現をコントロール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を開発することを目標に研究を行っています。既に私たちの研究室では高機能を持つ核酸医薬として、標的遺伝子に対してピンポイントの反応性で架橋反応を形成するインテリジェント人工核酸

Development of intelligent molecules for the regulation ofgene expression in cells
Our research activities have focused on thegene expression. We expect that our researchcreation of functional molecules that exhibit

can be expanded to “In Cell Chemistry” in future.

specific recognition and reaction to the DNA
and RNA. The functional oligonucleotides incorporating such intelligent agents would enablechemical modulation of gene expression withhigh sequence-selectivity at a single nucleosidelevel. Recent progress in our group includes
achievement of highly efficient cross-linking reaction with specificity toward cytosine at thetarget site. We have applied the new cross-linking agent to antisense inhibition of gene expression in cell. Now, we study about higher functional intelligent molecules for regulation of

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

Takehiko WADA, Professor

荒木保幸 准教授Yasuyuki ARAKI, Associate Professor

黒河

博文 講 師

Hirofumi KUROKAWA, Senior Assistant Professor

坂本

清志 助 教Seiji SAKAMOTO, Assistant Professor

DIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

健彦 教 授Functional Photochemistry
and Chemical Biology

WADA
Lab

専門分野・キーワード

生命化学／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
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
biomolecular chemistry ／ oligonucleotide therapeutics ／ external function controllable
material ／ CD measurement system with high sensitivity and high time resolution

生命機能制御物質化学研究分野

和田研究室

hiko@tagen.tohoku.ac.jp

生命機能の外部刺激制御法の開発と構造 ー機能相関の高時空間分解検出
当研究室では、DNA や RNA などの核酸、そしてタン
パク質など生体高分子の、次世代インテリジェント型ナノバ
イオ機能材料への応用を目指し、論理的設計・合成・機
能物性の物理化学的手法を活用した評価を中心に研究を行っています。例えば、がん細胞特有の細胞情報に応答し、正常細胞には副作用を発現しないがん細胞特異的核酸医薬分子の創製や、細胞内で標的酵素活性を in situ
で蛍光検出を可能とする分割型蛍光タンパク質 (GFP・
Luciferase）の開発、リボスイッチなどダイナミックな高次構
造変化を観測可能な時間分解円二色性スペクトル測定装置の開発、さらにはタンパク質などを不斉反応場とする超分子不斉光化学などを有機化学から物理化学、そして生

ナノバイオ分子機能の on-off 制御

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 ofHigh Sensitive & Time Resolve CD System
A chemical synthesis and modification of DNA/RNA

Another research topics of Wada Lab. are reaction

and proteins is the fundamental science and tech-control based on molecular recognition phenomena

nology that has led the molecular biology revolution.

in both the ground and electronically excited states;

Hence, a chemistry of DNA/RNA and protein not

we are pursuing mechanistic and synthetic studies

only in vitro but also in vivo expects to open new

on asymmetric photochemistry with supramolecular

generational stage of bioorganic chemistry and mo-

biopolymers as chiral reaction fields.

lecular biology. Therefore, focusing ourresearch interest mostly on the recognition and complexation behavior control of functional biopolymers, such as
DNA/RNA, proteins and their derivatives by external factors, toward theactive control of cellular functions.

ナノバイオキラルリアクター

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

11 l 12

有機・生命科学研究部門

和田Bioinspired Synthetic Chemistry

（兼）
和田

WADA
Lab(C)

秋山

健彦 教 授 Takehiko WADA, Professor
公男 准教授 Kimio AKIYAMA, Associate Professor

専門分野・キーワード

電子スピン／電荷分離状態／光誘起電子移動／光制御分子
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
electron spin ／ charge separated states ／ photo-induced electron transfer ／Photo-controllable molecules
生命類似機能化学研究分野

和田研究室（兼）akiyama@tagen.tohoku.ac.jp（秋山）

光機能発現に関与する過程の電子スピン光化学研究
電荷分離と再結合過程は光反応初期過程を理解する上で重要であた研究を行っています。また、共同研究として、新規の原子内包フラー

るとともに、分子素子や太陽光変換との関連で広く関心の払われている

レンの電子構造、液晶分子の光劣化機構、有機半導体薄膜中での電研究対象です。この中で、電子の電荷ばかりでなくスピンの性質を利用

荷輸送過程に関する研究を進めています。

した応用について関心が広がっており、光機能性分時間分解磁気分光法によるスピン間相互作用の観測と制御子の設計に当たっては、電荷（または電子）輸送と同の蓄積が重要となっています。光機能発現に関与す

Magnetic Field Effects on
Transient Absorption
0.10

として明らかにする研究を進めています。 特に、電子電子状態と環境場効果を解明することを目的として、レーザーと同期した種々の時間分解分光法（時間分

0.08

OD

やエネルギー移動反応のダイナミックス、短寿命種の

0.10
0.08

る常磁性活性種の電子構造を、電子スピンをプローブ

OD

様にスピンに依存した過程についての基本的な知見

0.06

0.0 mT

0.04
0.02

100 mT

0.00

0.06

0

0.04

1

2
Time / s

3

4

0.02

400

450

500
Wavelength / nm

550

600

Time-resolved & pulsed EPR
Measurements

Spin-spin Interaction

解 EPR、パルス EPR、過渡吸収、発光分光）を用いSpin Photochemistry on Photofunctional Materials.
The dynamics of charge separation and charge

solved EPR, pulsed EPR, transient absorption

recombination is an important issue in photo-and emission spectroscopy). It involves the gen-chemical primary process and a subject of con-eration of a non-equilibrium spin polarization, itssiderable theoretical and experimental interest

coherent motion, and detection in various envi-

toward the realization of molecular based elec-ronments.

tronics or solar energy conversion. Designing
the molecular electronics, that not only uses the
charge of the electron but also uses its spin, re-Charge Separation and Recombination Dynamics
controlled by Spin Dependent Characteristics

quires the fundamental understanding the charge(and/or electron) transport as well as the spin-Mdependent characteristics. To explore the role

Charge separation (CS)of the spin dependent phenomena in materials
chemistry, both charge and spin transport dynamics are studied using by various time-resolved spectroscopic techniques (e.g. time-re-

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

MCharge recombination (CR)

Controlled

by Spin States
M

M

CS State

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

門倉

広 准教授

Hiroshi KADOKURA, Associate Professor

渡部

聡 助 教

Satoshi WATANABE, Assistant Professor

Kenji INABA, Professor

DIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

謙次 教 授Biomolecular Structure

INABA
Lab

専門分野・キーワード

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
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
X-ray crystal structure analysis ／ cellular homeostasis ／ protein quality control ／redox ／ calcium ion
生体分子構造研究分野

kinaba@tagen.tohoku.ac.jp

稲葉研究室

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

Toward elucidation of cellular mechanisms underlying
protein and metal ion homeostasis
The biological kingdoms have evolved elaborate

by impairment of these cellular quality control

systems to maintain the cellular homeostasis.

systems.

Employing structural, biochemical, proteomic and cell biological approaches, we
aim at deep understanding of mechanisms
by which protein quality and metal ion
concentration are controlled in living
cells. In particular, we focus on the protein disulfide bond formation network andcalcium ion transporters present in theendoplasmic reticulum. Structural andmechanistic insights gained in this work
will provide molecular views about howneurodegenerative diseases are caused

13 l 14

有機・生命科学研究部門

稲葉Cell Functional Molecular
Chemistry

MIZUKAMI
Lab

水上

進 教 授

松井

敏高 准教授Toshitaka MATSUI, Associate Professor

小和田俊行 助 教

Toshiyuki KOWADA, Assistant Professor

Shin MIZUKAMI, Professor

専門分野・キーワード

バイオイメージング／蛍光プローブ／光機能性分子／ヘム蛋白質
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
bioimaging ／ fluorescent probe ／ photofunctional molecule ／ Heme protein
細胞機能分子化学研究分野

s-mizu@tagen.tohoku.ac.jp

水上研究室

化学に基づいた細胞機能の可視化と制御
生体内および生細胞内では、蛋白質・核酸・糖などの様々な生体分の切断や構造変化を引き起こすケージド化合物・フォトクロミック化合物

子が相互作用しながら機能しています。それらの生体分子の真の役割を用いた酵素や受容体の活性制御技術の開発などを行います。これらを解明するには、他の生体分子との相互作用が保たれた状態、すなわの機能性分子を蛍光顕微鏡観察と組み合わせることにより、生きた状

ち生きた状態でそれらの挙動・機能を観察することが重要です。当研究

態における生体分子の機能や疾患機構の本質に迫ります。

室では、有機化学・高分子化学・
蛋白質化学等の技術に基づいて新たな機能性分子を設計・合成
し、光などを用いた生体分子の可視化技術や機能制御技術を開発

光計測・解析技術

多様な物質創製技術
有機合成
化学

蛋⽩質
科学

ナノ材料
合成

します。 具体的には、酵素活性や細胞内シグナル伝達などの生体機能を選択的に検出する蛍光

⽣きた状態での⽣体分⼦機能を調べるための分⼦プローブ開発

プローブや、光照射によって結合Development of functional molecules to image and regulatebiomolecules in living samples
In a living body and cell, various biomolecules
such as proteins, nucleic acids, and sugars function by interacting with each other. To under-

バイオイメージング技術の開発
蛋⽩質機能の多⾓的な解明

stand their precise biological functions occurring
within a cell, it is important to investigate the activities or behaviors of these target molecules inliving systems, where all of these interactions
with other biomolecules are maintained. Using
organic chemistry, macromolecular chemistry,

⽣きたマウス体内で 受容体蛋⽩質の破⾻細胞が活性化する
1分⼦蛍光様⼦のイメージング
イメージング

H2N-FVQWFSKFLGRIL-CONH2
0 minutilizing light.

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

15 min30 minUV light()functional molecules, apply them to image bethen regulate the functions of these targets by

蛍光イメージング

⽣体分⼦の光活性化技術の開発

and protein chemistry, we design and synthesize
haviors or activities of target biomolecules, and

反応解析
アミノ酸置換
分光測定
結晶構造解析

⽣細胞内Mg2+のUV light()

ケージド化合物によるリポソームからの光誘導薬物放出

ケージドプローブを⽤いた受容体タンパク質の光活性化

新たな⽣体反応の探索“酵素の化学”の解明
⽣理機能の理解

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

鎌形

清人 助 教小井川浩之 助 教

Satoshi TAKAHASHI, Professor

DIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

聡 教 授

Biologicaland Molecular Dynamics

TAKAHASHI S.
LabKiyoto KAMAGATA, Assistant Professor
Hiroyuki OIKAWA, Assistant Professor

専門分野・キーワード

タンパク質のフォールディングとデザイン／癌抑制タンパク質 p53 の機能／一分子蛍光分光法
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Protein folding and design ／ Function of tumor suppressor p53 ／ Single molecule fluorescence spectroscopy
生命分子ダイナミクス研究分野

st@tagen.tohoku.ac.jp

髙橋（聡）研究室

一分子蛍光観察によるタンパク質のフォールディングと機能の解明
タンパク質は、20 種類のアミノ酸が一次元的につながった高分子であ

ターゲッ
ト配列を探す過程の解明も目指しています。さらに、一分子観察

り、生体中においてさまざまな機能を発揮する究極の機能性分子です。

実験により得られたタンパク質フォールディングと機能に関する知見を基タンパク質が機能を発揮するには、アミノ酸の配列により定められる特定に、新規タンパク質をデザインする手法の開発にも取り組んでいます。

の構造に折り畳まれる（フォールディングする）
必要があります。しかし、アミノ酸配列と構造の関係はいまだに理解されていません。さらに、あるタンパク質が、どのような運動により機能を発揮するのかもしばしば未解明です。本研究分野
では、独自に開発した一分子蛍光観察法を用いることで、タンパク質のフォールディング過程を直接観察し、タンパク質構造の構築原理の解明を目指しています。また、癌抑制タンパク質である p53が DNA 上をすべり運動することで、Dynamics of protein folding and function basedon single molecule fluorescence spectroscopy
Proteins are natural machines that perform vari-

dynamics, a sliding motion along DNA, of a tumor

ous functions that sustain our lives. To be bio-

suppressor p53.

logically active, proteins, linear chains of amino

knowledge of protein

acids, need to form compact three dimensional

folding and function,

structures in the process called protein folding.

we are developing

The folded structures of proteins are determineda new strategy toby the primary sequence of amino acids. How-

design artificial

ever, it is still extremely difficult to understandproteins.

Furthermore, based on thethe relationships among the amino acid sequence, the folded structure, and the function ofproteins. In our laboratory, we develop now single molecule fluorescence spectroscopy and observe the rapid process of protein folding directly.

In addition, we observe the functional

15 l 16

有機・生命科学研究部門

髙橋東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

計算材料熱力学研究分野

スピン量子物性研究分野

超臨界流体・反応研究分野

Computational Materials Thermodynamics

Quantum Spin Physics

Chemical Reaction Engineering

大谷研究室

佐藤（卓）研究室

横山研究室●準安定状態を利用した材料設計基盤の確立●中性子非弾性散乱分光器の開発●アモノサーマル法による III 族窒化物の合成●結晶中の不均一構造に関する熱力学的検討●中性子磁気非弾性散乱スペクトル解析法の開発●電解質を溶解したアンモニア溶液の熱物性●合金系融体の熱力学物性に関する研究●量子スピン系における巨視的量子現象の研究●イオン液体固定化触媒の開発●遺伝的アルゴリズムを用いた理論状態図の構築に関する研究●遍歴電子系における反強磁性と超伝導の研究●イオン液体を用いた環境調和型プロセスの開発●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●マイクロ・ナノ流体の輸送物性

OHTANI Lab●モンテカルロシミュレーションによる相変態の理論的研究E stablishment of base for materials design
through metastable states hermodynamic analysis on heterogeneous strucTtures in metals and alloys
S tudy on thermodynamic properties of liquid alloys
Investigation on theoretical phase diagrams using
the genetic algorithmT heoretical study on phase transformations inalloys by the Monte Carlo simulations

SATO T.J. Lab evelopment of neutron inelastic spectroscopyDD evelopment of analysis methods for spin excitation spectra obtained in neutron spectroscopy
N ovel macroscopic quantum phenomena in quantum magnets
A ntiferromagnetism and superconductivity in itinerant electron systems
Ordering and dynamics in aperiodic spin systems

ナノスケール磁気デバイス研究分野
Nanoscale Magnetism and Devices

機能材料微細制御研究分野
Microstructural Control of Functional Materials

鈴木研究室
SUZUKI Lab●機 能性合金の微視的組成・構造不均一性の評
価と制御●液相中における複雑金属酸化物の構造と形態の制御●エネルギー変換用イオン伝導体の原子レベル
構造評価●金 属・合金ナノ粒子の合成過程の解明と構造制御●持続可能な社会に向けた物質の存在状態の制御
 ocal chemical analysis of advanced materials byLseveral surface analytical methods
Characterization and control of the local structureof various iron oxides
Preparation of high‑performance iron‑based materials by controlling local deformation
D evelopment of high‑quality metallic alloys andcomposites by controlling microscopic chemicalcomposition
R esearch on materials for sustainable resource
and clean energy

YOKOYAMA Lab

Synthesis of group-III nitrides by the ammonothermal method
Thermophysical properties of ammonia solution
dissolving electrolyte
Development of immobilized ionic liquid catalyst
Development of the environment-conscious process using ionic liquids
Transport properties of micro-nano fluids

高温材料物理化学研究分野
High-temperature Physical Chemistry of Materials

北上研究室

福山研究室

●ナノサイズ粒子の結晶相安定性●窒化物半導体の結晶成長と物理化学

KITAKAMI Lab●超高感度磁化検出技術開発●プローブ顕微鏡によるナノ加工技術●単一磁性ナノ粒子の物性・スピンダイナミクス●巨大磁気異方性材料の設計・開発●新規超高密度メモリー技術の提案・開発
 ize effect on crystal phase of nanomagnets
SD evelopment of highly sensitive magnetic detection method
N anostructuring technique using scanning probe
microscopeP hysical properties & spin dynamics of single
nanomagnet
D esigning & development of new materials withgiant magnetic anisotropyD evelopment of new technology for ultra highdensity memory devices

FUKUYAMA Lab●超高温熱物性計測システムの開発●高温反応場における材料プロセス創製●超高温材料の熱物性計測●多機能性膜の高機能化と新規デバイスの開発
 rystal growth and physical chemistry of nitrideCsemiconductors
D evelopment of high-temperature thermophysicalproperty measurement systemM aterial processing using high-temperature reaction fields
T hermophysical property measurements of ultrahigh temperature materials
Improvement of properties for multi-functionalfilms and development of novel devices

無機材料研究部門
DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH
無機材料研究部門は、計算材料熱力学研究分野、機能材料微細制御研究分野、スピン量子物性研究分野、ナノスケール磁気デバイス研究分野、超臨界流体・反応研究分野、高温材料物理化学研究分野で構成されています。各研究分野では、無機系物質・材料の高機能化や特性制御、デバイス化、機能発現機構の解明等に関する研究を行っています。
Division of inorganic material research consists of laboratories of computational materials thermodynamics, microstructuralcontrol of functional materials, quantum spin physics, nanoscale magnetism and devices, chemical reaction engineering, andhigh-temperature physical chemistry of materials.

Computational Materials
Thermodynamics

OHTANILab

大谷博司 教 授Hiroshi OHTANI, Professor

打越雅仁 助 教Masahito UCHIKOSHI, Assistant Professor

榎木

勝徳 助 教Masanori ENOKI, Assistant Professor

専門分野・キーワード

計算状態図／第一原理計算／材料設計／電子論
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
CALPHAD ／ first-principles calculations ／ materials design ／ electronic theory
計算材料熱力学研究分野

h.ohtani@tagen.tohoku.ac.jp

大谷研究室

電子論計算にもとづく理論状態図の構築と新材料開発への応用
近年の電子論計算法の目覚ましい発展は、実験では決して測定でき

たな相の出現を理論的に予測する手法を確立できれば、材料分野に広ない熱力学的物性値を人工的に作り出すことを可能にしました。私たちく利用されるツールとなることが予想され、材料学に対する大きな貢献がはこの手法を用いて第一原理計算ベースの基底状態解析を行い、目的

期待できます。

の相が他の相に対して有する相対的安定性を計算する(a)

手法と準安定性を克服する方法論の開拓に取り組んで(b)います。 具体的には、遺伝的アルゴリズムによる構造探索により基底状態での安定相を探索し、その自由エネ
ルギーに対する温度依存性を導入することで、準安定状態を含めた有限温度での相平衡を固溶体、液体も含めて計算します。またその結果の実験による確認も行います。これにより、これまでせいぜい純物質にとどまってきた理論状態図の研究を、一気に多元系にまで拡大して議論することが可能になります。このような手法で新(a) 遺伝的アルゴリズムによって計算されたFe-Mo-B３元系における規則構造と基底状態におけるconvex hull．これを組成軸に投影することで理論状態図(b)が構成できる．

Construction of theoretical phase diagrams and developmentof new materials based on electronic theory
A remarkable development of electronic theory

useful tools for predicting new promising materials

calculation has made it possible to reproduce ther-for structures and functions, and hence make anmodynamic properties of materials in simulations.

enormous contribution to the materials science.

In our division, we are conducting studies ontheoretical phase diagrams of materials basedon computing free energies of solids, physicalproperties of heterogeneous structures in crystals, and thermodynamic properties of liquid andglassy phases by coupling the first-principles
calculations and the cluster variation methods,
as well as the quantum molecular dynamics.
Furthermore, the obtained results are clarified by means of experimental methods. Thesestudies are certainly expected to provide quite

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

Visualized grain boundary layer produced by the molecular dynamics method. The blue colored atoms have thesame coordination numbers equivalent to that in bcc, while the layers presented by sky blue colors have higher
coordination numbers and they are considered to correspond to grain boundary.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

鈴木

茂 教 授

篠田

弘造 准教授Kozo SHINODA, Associate Professor

藤枝

俊 助 教

Shun FUJIEDA, Assistant Professor

Shigeru SUZUKI, Professor

Microstructural Control
of Functional Materials

SUZUKILab

専門分野・キーワード

機能性材料／合金／酸化物／環境発電材料
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
functional materials ／ alloys ／ oxides ／ environmental materials
ssuzuki@tagen.tohoku.ac.jp

機能材料微細制御研究分野

鈴木研究室

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

優れた特性をもつ合金や酸化物等の無機系材料の特性向上には、微視的な化学組成や構造の評価や制御が重要です。当研究室では、フォトン、電子、イオンなどを用いた様々な手法でそれらの材料の微視的組成や構造を解析し、得られた情報に基づき材料特性を向上させるプロセスの設計指針などについて研究しています。主な課題としては、液相法による金属・合金や酸化物による微粒子の合成や構造・特性制御、成分やプロセスを制御して作製した機能性合金の微視的構造解析などがあります。図には例として、磁場による Fe 基磁歪合金単結晶の磁区構造の変化、塑性変形や加熱による Fe 基形状記憶合金の微視組織の変化（青色のマルテンサイト相の生成と消滅）を示しています。

Fig.1

Microstructural characterization and property control offunctional inorganic materials
Characterization and control of microscopic com-

emplify the magnetic domain structure of a magne-

position and structure are important in improve-

tostrictive iron alloy single crystal under applying

ment of performances of advanced alloys and ox-

different magnetic fields, and the microstructureides having superior properties. In this laboratory,of a deformed shape memory alloy, in which a partvarious analytical methods using photons, elec-of matrix is transformed to the martensitic phase.

trons and ions are applied for characterizing the
microscopic chemical composition and structure of
the advanced materials. Technological processes
for improving performance of the advanced materials are designed on the basis of the results. Mainsubjects are characterization and control of thestructure of nano-particles of various metal andoxides using advanced methods and the microstructure and texture in novel alloys. Figures ex-

Fig.2

19 l 20

無機材料研究部門

機能性無機材料の微視的評価と特性制御

Quantum Spin Physics

SATO T.J.
Lab

佐藤

卓 教 授

奥山

大輔 助 教Daisuke OKUYAMA, Assistant Professor

那波

和宏 助 教Kazuhiro NAWA, Assistant Professor

Taku J SATO, Professor

専門分野・キーワード

中性子非弾性散乱／中性子磁気散乱／量子スピン系／遍歴電子磁性と超伝導
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
neutron inelastic scattering ／ neutron magnetic scattering ／ quantum magnets
itinerant electron magnetism and superconductivity
スピン量子物性研究分野

佐藤（卓）研究室

taku@tagen.tohoku.ac.jp

中性子非弾性散乱を用いた量子スピン系や新奇超伝導体のスピンダイナミクス研究
我々のグループではスピンの運動を直接観測できる中性子非弾性散性体に典型的なものですが、最適ドープ組成（x=0.06）で発現する超乱を用いた研究を行っています。超伝導に代表されるような巨視的な量

伝導相（T=6K<Tc）では強い反強磁性揺らぎが見られます。超伝導が子現象は興味深い研究対象ですが、その起源解明にはダイナミックな抑制された過剰ドープ（x=0.24）試料では反強磁性揺らぎ自体が消失

自由度の直接観測が欠かせません。 図 1は中性子非弾性散乱によりします。この結果は超伝導とスピン揺らぎ、更には電子構造との関連を測定された鉄系超伝導体 Ba（Fe1-xCox）2As2 における反強磁性スピ示唆しています。

ン揺らぎ（動的帯磁率）の Co ドー
ピング依 存 性です。 遍歴反強磁性体である母物質（x=0）の常 磁 性状態の動的帯磁率は金属反強磁Neutron inelastic scattering study on spin dynamics
in quantum magnets and novel superconductors
Neutron inelastic scattering is a powerful tool for

Such a singlet state cannot be detected by static

observing spin dynamics in solids. Enhanced quan-magnetic tools. Using neutron inelastic scatter-tum fluctuation often dominates low-temperature

ing, we measure dynamics of excited triplets fromproperties of spin systems, giving rise to novel

the singlet ground state, with which we uniquely

nonmagnetic ground states. A tool that can ob-

determine the ground-state singlet configuration.

serve spin dynamics is indispensable to elucidate
mechanism realizing such a nonmagnetic
state. Fig.1 shows spin excitation spectra in the quantum kagome antiferromagnet Rb 2Cu 3SnF 12. Strong quantum fluctuations, enhanced by the geometricalfrustration, prohibit spins to order even at
the base temperature, and instead a nonmagnetic singlet ground state is formed.

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

北上

修 教 授

Osamu KITAKAMI, Professor

岡本

聡 准教授

Satoshi OKAMOTO, Associate Professor

菊池伸明 助 教Nanoscale Magnetismand Devices

KITAKAMILab

Nobuaki KIKUCHI, Assistant Professor

専門分野・キーワード

ナノ磁性体／サイズ効果／磁気メモリー／スピンダイナミクス
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
nanomagnet ／ size effect ／ magnetic memory ／ spin dynamics
kitakami@tagen.tohoku.ac.jp

ナノスケール磁気デバイス研究分野

北上研究室

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

磁気ディスクをはじめとする磁気メモリは、不揮発、高密度、低コスト、高速などの特長を有し、急速に情報化が進む現代社会において益々その重要性を増しています。現在、それらのデバイスを構成する磁性体のサイズは10nm 程度に微細化され、表界面効果、量子効果、熱揺らぎなどナノサイズ特有の様々な現象が顕在化しつつあります。例えば、具体的な問題として、どのような原子配列がナノサイズ領域において安定なのか、サイズ効果によりバルクとは異なる物性が現れるのか、さらには外場や熱に対して静的・動的にどのように振舞うのか、等々があります。
これら基本的な問題を解決することは、基礎的興味だけでなく将来のデバイス開発を進めていく上で非常に重要です。そうした背景を踏まえ、私達の研究グループでは、ナノサイズ粒子の結晶相安定性、単一ナノ粒子の物性・スピンダイナミクス、微細加工技術の改善、新規な高密度
メモリー技術の提案、という研究課題に取り組んでいます。

Physical properties and spin dynamics ofnanomagnets and their application to magnetic memory devices
Rapid progress toward information society has

and (5) new media and technology for ultrahigharoused much attention to magnetic memory de-density recording.

vices because of their nonvolatility, high data density, low cost, high-speed accessibility. With reducing their constituent size down to 10 nm, various
effects, such as surface and quantum size effects
and thermal agitation of spins, appear and hamper
further advance in device performance. It is indispensable to elucidate various physical propertiesof nanosized magnets. Under this circumstance,
our intensive effort is focused on (1) size effect on
crystal phase of magnets, (2) highly sensitive magnetic detection technique, (3) magnetic behaviorof single nanomagnets, (4) new SPM lithography,

21 l 2 2

無機材料研究部門

単一ナノ磁性体の物性の解明と先端磁気メモリーデバイスへの展開

Chemical Reaction Engineering

YOKOYAMALab

横山千昭 教 授Chiaki YOKOYAMA, Professor

冨田

大輔 助 教Daisuke TOMITA,Assistant Professor

専門分野・キーワード

超臨界流体 / 窒化物半導体 / イオン液体 / 固定化触媒
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
supercritical fluids / nitride semiconductors / ionic liquids / immobilized catalyst
超臨界流体・反応研究分野

chiaki@tagen.tohoku.ac.jp

横山研究室

イオン液体と超臨界流体を用いた有機合成プロセス
本研究分野では、GaN バルク単結晶作製法の一つである超臨界アンモニアを溶媒としたアモノサーマル法において必要不可欠な高温・高ています。溶媒の熱物性を正確に知ることを出発点として革新的なプロセスの提案を目指しています。

圧条件下における高精度な熱物性測定に基づき、アモノサーマル法における GaN 結晶作
製条件の最適化を目指しています。また、反応容器内における物質と熱の移動現象を化学工学的手法により解析することにより、エネルギー
や地球環境問題を解決するための環境調和型の新規グリーンケミカルプロセスの開発に関する研究を行っています。化学プロセスにおける最も基本的な構成要素技術である溶媒に着目し、超臨界流体やイオン液体などの新規溶媒を用いたプロセスの実用化に関する研究を行っ

Reaction process using supercritical fluid or ionic liquid
In our laboratory, major research interests focus

and their use as novel solid support in synthetic

on thermophysical properties investigations, suchchemistry.

as measurement and development of prediction

3.Continuous reaction/separation process on themethod for a given compound or system regarding

basis of the combination of scCO2/ionic liquids.

its thermophysical properties, as well as explorations of the applications of supercritical CO2(scCO2)
and ionic liquids as novel reaction media in green
chemistry, aiming for providing fundamental datafor chemical engineering and development of sustainable chemical process with the aid of scCO2/
ionic liquids and other methodologies available.
Current Research Contents
1.Measurement of thermophysical properties related to the single crystal growth process of GaN.
2.Syntheses of ionic liquids based copolymers

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

福山博之 教 授大塚誠 准教授

Makoto OHTSUKA, Associate Professor

安達

正芳 助 教Masayoshi ADACHI, Assistant Professor

Hiroyuki FUKUYAMA, Professor

High-temperature
Physical Chemistry of Materials

FUKUYAMA
Lab

専門分野・キーワード

材料プロセシング／化学熱力学／融体物性／結晶成長
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
materials processes ／ chemical thermodynamics ／ thermophysical properties of hightemperature melts ／ crystal growth
高温材料物理化学研究分野

fukuyama@tagen.tohoku.ac.jp

福山研究室

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

当研究室では、化学熱力学と融体物性を融合させた新しい機能性材

融体科学を切り拓いています。

料のプロセス開発を提唱しています。例えば、窒化物半導体は、青・紫報分野での応用が期待されていますが、当研究室では、窒化物半導体の素子としての性能を向上させるため、結晶成長に関する物理化学的な知見を蓄積しながら、新たな結晶成長プロセスを創製しています。また、材料プロセスにおける複雑な熱物質移動現象をシミュレーションする
ため、熱物性値のデータベース化を進めています。電磁浮遊装置と静磁場を組み合わせて、金属融体の静的な浮遊状態を実現し、融体の熱容量、熱伝導率、放射率、密度および表面張力を高精度に計測する

N2-CO アニール法による高品質 AIN テンプレートの作製
1000

FWHM of XRC (arcsec)からさらに波長の短い紫外線発光素子として、環境、医療、バイオ、情900

Initial (10-12)
LED

800
700
600
500
400
300
200

超高温熱物性計測システムの開発を行っています。この技術によって、

100

結晶成長、鋳造、溶接など様々な工学分野への応用や最近では金属

0Initial (0002)
00.5

積層造形（3D プリンタ）の開発にも貢献することに加えて、未知の高温

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Annealing time (h)High-temperature processes and measurements of materials
Fukuyama laboratory studies novel material pro-melts, utilizing electromagnetic levitation in a dc

cessing based on chemical thermodynamics withmagnetic field.

high-temperature thermophysical property measurements. Currently, we are developing new crystal growth processes to bring a breakthrough innitride-semiconductor devices, which are promising materials for next-generation optical devices
applied in environmental, medical, bio and information technologies fields. Database of thermophysical properties of materials is needed for modelingheat and mass transports in materials processes.
The world’ first thermophysical property measurement system has been developed in our laboratory, which enables accurate measurements ofheat capacity, thermal conductivity, emissivity,
density and surface tension of high-temperature

23 l 24

無機材料研究部門

機能性材料プロセスと熱物性計測法の開発

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

基盤素材プロセッシング研究分野

原子空間制御プロセス研究分野

光物質科学研究分野

Base Materials Processing

Atomic Site Control in Inorganic Materials

Laser Applied Material Science

北村研究室

小俣研究室

佐藤（俊）研究室●上昇気泡によるメタルエマルジョンの生成と固体酸化物の溶融スラグへの溶解速度に関する研究に基づく高効率精錬プロセスの設計●機能性無機材料の物質設計と合成プロセスの開発●高強度光の場における物質変換プロセス●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●ベクトルビームの発生とビーム特性の解析

KITAMURA LabOMATA Lab

●硫化によるマンガン回収と浸出による燐の分離を用いた製鋼スラグからの有価金属の分離・抽出●介在物組成変化のシミュレーションと加熱による酸化物の組成変化に関する研究に基づくクリーンスチール製造のための鋳片品質向上●地震と津波で被災した水田の製鋼スラグを利用した復興
D esign of highly efficient steel refining process
through the study on the formation of metal emulsion by rising bubble and the dissolution rate ofsolid oxide into molten slag
Separation and recovery of valuable metals fromsteelmaking slag by the recovery of manganeseusing sulfidation and the separation of phosphorus
using leaching
Quality control for clean steel production by thesimulation model of inclusion composition change
and the study on the change in oxide composition
during heat treatment
Valorization of steelmaking slag for the recoveryof rice fields damaged by earthquake and tumani●中温域で動作する燃料電池の要素材料の開発●半導体量子ドットの溶液合成プロセスの開発●高 エネルギーイオンビーム照射を用いた無機・有機ハイブリッドナノ構造体誘起と機能制御
D esign of inorganic materials and development of
their synthesis techniquesD evelopment of narrow-band-gap oxide semiconductors and their application to photoelectric devices
D evelopment of elemental materials in intermediate temperature fuel cells
S yntheses of colloidal semiconductor quantumdotsO rganic-inorganic nanohybrids using high energy
ion beam and physico-chemical technologies

加納研究室※ WPI-AIMR●ナ ノフルイドの熱力学（超分子構造形成・相挙動・粘弾性）KANO Lab●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●メカノケミカル法による機能性粉体の創製と希少金属の回収●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成●ベクトルビームを用いたナノイメージングM aterial conversion process in intense optical field ano-particle synthesis in intense optical fieldNG eneration and analysis of vector beams
C reation of small laser spot and its application for
novel laser processing
N ano-imaging by vector beams

ハイブリッドナノ粒子研究分野
Hybrid Nano-particle

村松研究室
MURAMATSU Lab●有機−無機ハイブリッドナノ粒子の合成●液相還元法による新規触媒材料●超臨界場でのハイブリッドナノ粒子創成

Powder Processing for Functional Materials●微小レーザースポットの形成と新規レーザー
加工法の開発●部分硫化による可視光応答性光触媒材料の開発

Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies

阿尻研究室（兼※）●高強度光の場におけるナノ粒子作製●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

超臨界ナノ工学研究分野

ADSCHIRI Lab（C※）

機能性粉体プロセス研究分野

SATO S. Lab●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）●低温エネルギー改質触媒
Synthesis of organic inorganic hybrid nano building blocks under supercritical conditions
Thermodynamics of nano fluids.
Fabrication of novel nano devices
Biomass conversion in supercritical water andchemical synthesis
Revolutionary catalysis: chemical route for low
temperature heat recovery.

 reparation of organic‑inorganic hybrid nano‑particlesPD evelopment of nano‑sized metallic particle andapplication to functional materials
P artial sulfurization of metal oxides for visible
light‑active photocatalysts
S ynthesis of multi‑layered films by laser ablation
Fabrication of new structures of nano‑porous
materials

エネルギーシステム研究分野
Energy System

佐藤（修）研究室
SATO N. Lab●アクチノイド化合物の固体および溶液化学の研究●核燃料サイクルにおけるフロントおよびバック
エンド化学の研究●原発事故に関わる環境修復および放射性廃棄物の処理・処分に関する研究 ptimum design of powder processing by comO
puter simulation
Development of simulation model for grinding processes of fine particles
Development of simulation model for multiphaseflow
Synthesis of functional powder materials and recovery of rare metals by using mechanochemical
methodDevelopment of new hydrogen generation processes from biomass and plastic wastes activated byusing mechanochemical method●排ガス等からの硫黄固定化および水素生成プ
ロセスの開発●放射性物質を含むレアメタル資源のグリーンプ
ロセス開発
Solid state and solution chemistry of actinide elements
Research for front and back end chemistry on
nuclear fuel cycle
Research for radioactive waste management andenvironmental recoverability on NPP accident
Development of hydrogen producing desulfurization process from wastes
Development of green process for rare metal resources coexisted with radioactive materials

プロセスシステム工学
研究部門
DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING
プロセスシステム工学研究部門は、基盤素材プロセッシング、機能性粉体プロセス、原子空間制御プロセス、超臨界ナノ工学、光物質科学、ハイブリッ
ドナノ粒子、エネルギーシステムの各分野を網羅する部門であり、実用化研究を重点的に実施しています。扱う素材はナノレベルからマクロレベルまで多種多様ですが、基礎となる学問は物理化学、無機工学、プロセス工学と共通です。
Division of Process-System Engineering contains Base-materials processing, Functional powder processing, Atomic site
control, Supercritical nano-engineering, Photo-material science, Hybrid nanoparticles, and Energy system so that we focus
our investigation on the practical application of highly-functional materials. Common basic academic fields are physicalchemistry, inorganic engineering, and process technology.

Base Materials Processing

KITAMURALab

北村

信也 教 授植田

滋 准教授

Shigeru UEDA, Associate Professor

高

旭 助 教

Xu GAO, Assistant Professor

Shin-ya KITAMURA, Professor

専門分野・キーワード

製鋼／鉄鋼精錬／化学平衡／反応速度／リサイクル
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
steelmaking ／ ferrous metallurgy ／ chemical equilibrium ／ reaction kinetics ／material recycling
基盤素材プロセッシング研究分野

北村研究室

kitamura@tagen.tohoku.ac.jp

製鋼プロセスの新展開鉄鋼に代表されるベースメタル製造プロセスは、人類社会の発展を支える基盤素材として、ゆるぎない立場にあるが、環境調和社会に向けて新たな技術変革の時を迎えています。この分野を見る時には、以下の４つの視点（スケール）を俯瞰しなければなりません、①地球から得た資源を使い、地球に優しいプロセスで抽出する［Giga Scale］、②反
応装置（リアクター）の効率・性能を極限まで高める [Mega Scale］、③反応速度、材料特性を支配する物理的化学的要因の解明［Micro
Scale］、④元素の異相間移動速度の測定、微細組織制御技術 [NanoScale]。本研究分野では、鉄鋼製造プロセスにおいて高機能鉄鋼材
料を作り込むコアとなる「製鋼」を対象に、資源戦略に基づく環境調和型プロセスの探索、プロセスシミュレーションモデルの開発、高温化学反応の速度論的研究、高機能鉄鋼材料を支える高純度化技術の開発等に関して、前記の4つの視点に立脚した研究を行っています。

図 製鋼スラグを浸出した結果、燐を含む相が選択的に溶解した様子
Picture of steelmaking slag after the leaching which shows that thephase containing phosphorus dissolved selectively.

New development of steelmaking process
The steelmaking process has an extremely
important role in supporting the developmentof an eco-friendly society and it becomes to anage of technical innovation. For the researchand development of this field, we have toconsider the following points on four different scales: Giga scale = Consider the global
impact of the extraction process, Mega scale= Enhance the performance of reactors, Microscale = Identify the controlling factors of thereaction rate and Nano scale = Control themass transfer of molecules. At Kitamura laboratory, the researches based on the above
four points are being carried out in the fieldof steelmaking, which is a core process used
to produce high-quality steel.

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

図 津波で被災した水田に製鋼スラグを施用した結果、稲が良く実った状況
Picture of the paddy field damaged by tsunami showing a good harvest where
the steelmaking slag was used as a fertilizer.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

加納純也 教 授Junya KANO, Professor

石原真吾 助 教Shingo ISHIHARA, Assistant Professor

Powder Processing for
Functional Materials

KANO
Lab

専門分野・キーワード

粉体工学／粉砕／メカノケミカル反応／リサイクル／水素エネルギー／レアメタル／シミュ
レーション
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
powder technology ／ grinding ／ mechanochemical reaction ／ recycle ／ hydrogen ／rare metal ／ simulation

機能性粉体プロセス研究分野

加納研究室

kano@tagen.tohoku.ac.jp

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
粉体を原料、中間製品あるいは最終製品とする高機能性材料の開発・製造がいつの時代も盛んである。その材料の特性はその化学組成だけではなく、材料中の粒子充填構造にも大きく依存し、粒子充填構造
は粉体粒子の粒子径やその分布など物性・特性値に大きく左右される。
したがって、原料となる粉体の生成などの粉体プロセスを精緻に制御し、所望する粒子を取得し、かつ所望する機能を発現させるために、混合や成形、充填、複合化などの粉体プロセスを自在に制御する必要がある。
DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERINGてのシミュレーション法の創成を行っている。本シミュレーションによって、粉体プロセスを最適化することにより、
省エネルギー化や省資源化を図っている。また、粉体プロセスの一つである粉砕操作によって発現するメ
カノケミカル現象を積極的に活用し、都市鉱山からの金属リサイクルや

図1

ADEM による固体粒子破壊挙動のシミュレーション

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。

Development of new functional powder processing andoptimum design of powder processing by numerical simulation
Development and manufacture of high functional

controlled, and then the powder processing suchmaterials have been actively made, and most ofas mixing, filling, forming and composite must be

those raw materials, intermediate products andcontrolled exquisitely.

final products are particulate materials. The prop-

In our laboratory, we are carrying out development

erties of the high functional materials are greatlyof computer simulation method for control of pow-

dependent on the particle packing structure in the

der processing. Optimizing the powder processing

materials as well as those chemical compositions.

by the simulation is performed for energy saving

The particle packing structure is also highly de-

and resource saving. In addition, we are develop-

pendent on the particle properties and characteris-ing processes for recycling of metals from urban

tics such as particle size and its distribution of themines and for hydrogen energy generation from bi-

particles, which depend on their preparation pro-omass and plastics by using the mechanochemical

cesses. Therefore, in order to obtain the function

effects which are obtained in the grinding process.

desired, first of all, the preparation process of theparticles as a raw material should be elaborately

27 l 28

プロセスシステム工学研究部門

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Atomic Site Control in Inorganic
Materials

OMATA
Lab

小俣

孝久 教 授Takahisa OMATA, Professor佃

諭志 助 教Satoshi TSUKUDA, Assistant Professor

専門分野・キーワード

機能性無機材料／自然エネルギー利用デバイス／原子空間制御／イオンビーム
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
inorganic materials ／ power generation devices using natural energy ／ ion-exchange
and intercalation ／ ion-beam
原子空間制御プロセス研究分野

小俣研究室

omata@tagen.tohoku.ac.jp

原子の占有空間をデザインし環境調和型材料・デバイスを生み出す
人類がこれまで経験してきた大きな変革は新しい材料の登場が引き金となっており、現在直面しているエネルギー、環境、資源に関わる諸課

広色域ディスプレイの中核をなす要素材料の開発とその素子化を研究しています。

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前駆原子空間制御化合物

定な物質はもはや研究しつくされており、今私たちが渇望し原子空間制御イオン

Li+, Na+, K+, Cu+, Ag+, O2‐, F‐・・・ている新材料はダイアモンドのように使用環境で実質的に安定な準安定物質からなるに違いありません。私たちの研究室では、そのような準安定物質を材料の新大陸と位置づ
け、原子的なフレームワークをデザインした望む機能を発現する準安定無機化合物を、前駆体化合物中の可動イオンの置換や挿入により創製し、それらを環境調和型デバイス・システムへと応用すべく研究を進めています。現在は、次世代型の薄膜太陽電池、中温作動型燃料電池、省エネ・活性イオン空間

イオン置換，挿入

電気化学的置換
溶融塩・蒸気暴露など

H+, Cu+, Ag+, Li+, O2‐, F‐, Cl‐・・・
機能創出イオン

革新的機能性準安定化合物
環境調和型薄膜太陽電池
環境調和型LED
中温作動型燃料電池など

Creation of environmentally-conscious materials based on
atomic site designing
Most innovations have been triggered by adventof new materials, and the present energy, environmental and resource issues are expected to besolved 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 working at
intermediate temperatures and narrow gap oxide
semiconductors applicable in visible and NIR regions have been recently developed. Simple andsafe synthesis routes to cadmium-free quantum dot
phosphors and colloidal indium arsenide quantum
dots for solar cells were also found out. Thin-film
solar cells, fuel cells and light-emitting devices

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

using those materials are now developing.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

阿尻雅文 教 授Tadafumi ADSCHIRI, Professor

笘居

高明 准教授Takaaki TOMAI, Associate Professor

有田稔彦 助 教Toshihiko ARITA, Assistant Professor

Supercritical Fluidand Hybrid Nano Technologies

ADSCHIRI
Lab（C）※

専門分野・キーワード

超臨界水／超ハイブリッド／ナノ材料／プロセス工学
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
supercritical water / super hybrid / nanomaterials / process engineering
ajiri@tagen.tohoku.ac.jp

超臨界ナノ工学研究分野

阿尻研究室（兼※）※東北大学原子分子材料科学高等研究機構

超ハイブリッドナノ材料創製・プロセスの開発
当研究室では、超臨界水を反応溶媒とするバイオマス変換・ケミカル「超ハイブリッド材料」やさらに超高濃度化しても流動するセラミクス（フリサイクル・有機合成・ナノ粒子合成・資源改質・触媒といった様々な

ルイディックセラミクス）の創製も試みています。この超高濃度ナノ粒子

新規プロセスの開発を進め、そのいくつかは既に実用化しています。最分散系の相挙動や粘弾性挙動については、今まで学問が十分に発展

近では、超臨界場を利用することで、有機分子・無機材料がナノメート

してきておらず、新たな科学の創成にも挑戦しています。

ルスケールで融合した「超ハイブリッドナノ粒子」を創製しています。現在、その合成機構の解明を進めるとともに、その露出面制御触媒、ナノ集合体の新規機能発現といっ
DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

ノ粒子を溶媒中に高濃度分散させることにも成功しており、このナノフルイドをインクとする3D プリンティ
ングへの応用を進めています。また、このナノ粒子
を高分子とナノメートルオーダで複合化させることで、高分子と無機材料の相反機能を同時に発現させる

Supercritical fluid for nano-hybrid technologies
Our study aims to establish chemical processes for(high order structured catalysts).

synthesis of hybrid nano building blocks based onsupercritical fluid technology, nano-hybird technology and materials science & engineering. Thesestudies include synthesisof organic-inorganic hybrid nano building blocks
under supercritical conditions. We also develop
novel devices or nanofluids with the nano building blocks for high performance thermo-electric
devices, high speed optical devices, nano sensors, and nano reactors

29 l 30

プロセスシステム工学研究部門

た応用研究も進めています。この超ハイブリッドナ

Laser Applied Material Science

SATO S.
Lab佐藤俊一 教 授Shunichi SATO, Professor

小澤祐市 准教授Yuichi KOZAWA, Associate Professor

上杉

祐貴 助 教Yuuki UESUGI, Assistant Professor

専門分野・キーワード

レーザー／フォトニクス／ナノ微粒子／ベクトルビーム
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
laser ／ photonics ／ nano-particle ／ vector beam
光物質科学研究分野

sato@tagen.tohoku.ac.jp

佐藤（俊）研究室

光科学と物質科学の融合研究
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

クトルビームについて、その物理的な性質を探るとともに、ビーム発生法との相互作用の研究を進め、新しい材料の創成や機能の発現、プロセ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スの開発などを大きな目標としています。現在具体的に進めている主た顕微鏡などへの応用研究を総合的に進めています。

る研究テーマは、高強度レーザー場によるシン
グルナノ粒子作製と、ベクトルビームに関する
総合的な研究です。 前者は、集光したフェムト秒レーザーパルスによって形成される強い光の場を新しい非平衡・非線形・超高速プロセスの場として利用し、分子の分解によって発生するラジカルや別種分子などによって、ダイヤモンド
様カーボンや貴金属元素のシングルナノ粒子作製を行っています。これに対して後者は、光（電磁波）の本来の性質であるベクトル性を持ったベ

Multidisciplinary research of photonics
and material science
We are intentionally and intensively trying to makehave inherent vectorial characteristics of electro-

the best use of the excellent properties of lasers formagnetic wave, focusing on its physics, the devel-

the advancement of material science. The state-of

opment of beam generation, the improvement of

the-art photonics technologies are our useful andbeam quality, and applications such as laser pro-essential tools. At present, we are especially inter-cessing and super-resolution microscopy.

ested in the following tow topics. The firstis the synthesis of single nano-particles
of diamond-like-carbon and noble metals
by using an intense optical field, whichis generated by tightly focused femtosecond laser pulses in liquid and can be
regarded as a novel non-equilibrium, nonlinear and ultrafast process. The next is
the investigation of vector beams, which

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

村松

淳司 教 授Atsushi MURAMATSU, Professor

蟹江澄志 准教授Kiyoshi KANIE, Associate Professor

水上

雅史 准教授Masashi MIZUKAMI, Associate Professor

中谷昌史 助 教Masahumi NAKAYA, Assistant Professor粕谷

素洋 助 教Motohiro KASUYA, Assistant Professor

Hybrid Nano-particle

MURAMATSU
Lab

専門分野・キーワード

有機＊無機ハイブリッドナノ材料／ハイブリッド液晶／エネルギー触媒／修飾半導体ナノドット／鉄基ナノ材料
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
hybrid liquid crystal ／ organic- inorganic hybrid nano-materials ／ energy catalysts ／promoted semiconductor nano-dots ／ Iron-based Nanomaterials

ハイブリッドナノ粒子研究分野

村松研究室

mura@tagen.tohoku.ac.jp

テーラーメードのよく定義されたナノハイブリッド材料はいかが？
有機－無機ハイブリッド液晶材料、光応答性ベシクル、鉄系ナノ粒子、
透明導電膜 ITO ナノインク、非鉛圧電素子用ニオブ酸系粒子、光触媒用チタニア、種々のペロブスカイト系酸化物、半導体ナノ粒子、非 Pt 系
燃料電池材料、多種類にわたる合金ナノ触媒粒子など、たくさんの機能性ナノ材料を生み出しています。それらはいずれも、粒子合成の根幹である、（1）核生成と粒子成長の分離、（2）粒子同士の凝集の防止、（3）
粒子合成反応場制御の、３つの極めて重要な基礎理念を応用すること
DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

リーミーなビールの泡ができるのと、形状と形態が極めて精密に制御された、単分散ナノ粒子が合成されるのは、その根本になる理論は同じですし、私たちはそうした自然のコロイドを真似ながら、全く新しい、よく定義された
ナノハイブリッド材料を生み出します。あなたが欲しい、テーラーメードの、よく定義されたナノハイブリッド材料は何ですか？ 私たちが作ります。

Why don’t you order us tailor-made, well-identified,nano-hybrid materials?
Highly functional materials, such as Fe nanopar-(3) precise control in particle synthesis mode.

ticles, ITO nanoink for TCO, niobium-based oxide

Namely, the physico-chemical theory for the sta-

particles for lead-free piezoelectric devices, tita-bility of coffee or milk, and the very good foams

nia, perovskite metal oxides, semiconductor nano-of beer, is similar to the formation of nanoparticles

particles, organic-inorganic hybrid nanomaterials,

precisely controlled in size and shape. What kind

fuel cell, and alloy nanoparticulate catalysts, etc.

of nanomaterials do you need? We’ll make it.

have been widely provided. Their production
methods are based on theparticle-synthesis principles, (1) strict separationof nucleation and particle
growth, (2) perfect inhibition against aggregation,

31 l 32

プロセスシステム工学研究部門

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Energy System

SATO N.
Lab佐藤修彰 教 授桐島陽 准教授

Akira KIRISHIMA, Associate Professor

秋山

大輔 助 教Daisuke AKIYAMA, Assistant Professor

Nobuaki SATO, Professor

専門分野・キーワード

アクチノイド化学／核燃料サイクル／エネルギー資源／レアメタルプロセシング／
放射性廃棄物処理・処分

エネルギーシステム研究分野

佐藤（修）研究室

SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
actinide chemistry ／ nuclear fuel cycle ／ energy resources ／ rare metal processing ／radioactive waste management
dragon@tagen.tohoku.ac.jp

資源・エネルギー・環境との共生を目指したプロセス化学の展開
基幹エネルギーとして原子力の利用は人類の将来を左右する重要技

使用済製品

新材料等

術である。このためウランやトリウムを含む鉱石からの核燃料製造プロセ

製品製造
素材製造

スの開発研究や燃焼後の核分裂生成物および未利用ウランなどの安

素材料評価
廃棄物評価

全な処理・処分プロセス開発が求められている。さらに福島原発事故に

アクチノイド（U,Th)化学
精製錬

関してはデブリ燃料処理や環境修復を図る必要がある。本研究室では、廃棄物処理法開発

鉱山

処分法開発

残渣処理法開発

探査・採鉱

特性を把握し、高効率で廃棄物量の少ない核燃料のリサイクル方法や、分別保管

放射性物質管理
新製錬法開発水溶液（湿式）系や非水（乾式）系における放射性核種の化学的挙動

廃棄物処理

粗製錬

処分場
4

レアメタル資源のグリーンプロセスの開発を行うとともに、福島原発事故

・放射性物質含有レアメタル資源処理とリサイクルプロセスに関わる放射性物質の挙動を評価し、安全な処理・処分プロセスの開発研究を進めている。また、廃棄物から水素等エネルギー物質を生成す

廃製品収集③放射性物質の挙動と環境修復

冷却材(海水,真水)①溶融(粉体化)燃料(デブリ)処理
消火系
ＭＵＷ

るようなプロセスの開発も進めている。

ＣＳＴ

ろ過水タンク

圧力容器

タービン建屋②高放射能汚染水処理

地下水圏における放射性核種の挙動の評価

原発事故における課題と対応

Development of green rare metal chemistry forsustainable cycle
Since nuclear energy is one of the most impor-elements is studied to perform more reliable safetytant energy resource of our modern society, it

assessment of radioactive waste ground disposal.

is strongly demanded to make nuclear fuel cycle
more reliable. Also recovery from the reactor dam-

福島第一原子力発電所事故への対応	

ages and environment contamination by the Fukushima NPP severe accident, is urgent problem.
To respond these demands, our group develops
novel and unique processes for the spent nuclear
fuel based on the selective sulfurization of fission
products. The sulfide process has advantages of① Filtered vent system

Dry  well① ⾼高除染性フィルタードベン
トによる放射性物質排出抑制② Fuel debris②燃料料デブリの状態

ventional wet reprocessing processes like PUREX.
Besides, the basic solution chemistry of actinides

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

炉心
溶融燃料

評価と処理理法開発

treatment

支持台③ Treatment of highly
contaminated water

Fuel    debri s
Suppression  chamber③⾼高放射能汚染⽔水処理理システム開発

less radioactive waste volume and lower risk ofthe nuclear proliferation comparing with the con-

ドライウェル
圧力容器

Pressure  Vessel
Reactor  core
Melted  fuel

図２ 原発事故に係る課題と対応	

燃料料デブリサプレッション
チャンバー

電子分子動力学研究分野

構造材料物性研究分野

表面物理プロセス研究分野

Electron and Molecular Dynamics

Structural Physics and Crystal Physics

Surface Physics and Processing

上田研究室

木村研究室

高桑研究室

●反応における量子干渉と量子もつれ●光励起状態の電子ダイナミクス・分子ダイナミクス・
分子イメージング●分子動画と電子波束観測による反応追跡と反応制御●短パルス光学レーザー・シンクロトロン放射光・Ｘ線
自由電子レーザーを光源とした分子イメージング・分
子動画・電子波束観測を目指した光電子分光法・多粒子計測法の開発●中 性子 4 軸回折装置とその応用法の開発（JAEA
東海 3 号炉 JRR-3M:T2-2 FONDER）●位 置敏感検出器を用いた高効率中性子結晶構造解
析装置の開発（J-PARC BL18: SENJU，韓国研
究用原子炉 HANARO 2D-PSD）●多 重極限下（高圧、極低温、高磁場、高電場）における X 線・中性子散乱手法の開発●強 誘電体，磁性体，マルチフェロイック物質および有機伝導体の構造と物性研究●水 素結合系誘電体物質の電子密度分布と核密度分布●ナノ炭素材料の気相合成プロセスの開発●次 世代 CMOSゲートスタックの絶縁膜形成機構の解明と制御●機能性金属酸化膜の表面反応機能の解明と制御●電子回折による固体表面構造解析と応用●表 面のスピン配列および超高速現象を捉える新しい構造解析法の開発

UEDA Lab uantum interference and entanglement in reactions
QElectron and molecular dynamics of photo‑excited spices
Taking molecular movies and catching electron motion
for tracing reactions
D eveloping photoelectron spectroscopy and mul‑ti‑particle spectroscopy for molecular imaging, mo‑lecular movies, and catching electron motion, using
short‑pulse optical lasers, synchrotron radiation
sources, and X‑ray free-electron lasers

量子電子科学研究分野

KIMURA Lab

TAKAKUWA Lab

Development of the 4-circle neutron diffractometer
Development of the wide-area neutron detector forneutron structure analysis
Development of ultra high accuracy structure analysis
using synchrotron X-ray
Electron density distribution and proton density distribu‑
tion of hydrogen-bonded compounds
Neutron and X-ray scattering study of structural physics
and magnetism on multiferroic materials
Imaging of 3d-electron-orbital

Quantum Electron Science

髙橋（正）研究室
TAKAHASHI M. Lab●配 向分子の電子運動量分光の開発による分子軌
道イメージングと電子状態研究への応用●多次元同時計測法の開発による電子・分子衝突の立体ダイナミクス●時 間分解電子運動量分光の開発による物質内電子移動の可視化M olecular orbital imaging by molecular frame electron
momentum spectroscopy evelopments of multidimensional coincidence tech‑
Dniques and their applications to studies on stereody‑namics in electron‑molecule collisions
D evelopment of time‑resolved electron momentum
spectroscopy for visualization of the change of elec‑tron motion in transient species

量子ビーム計測研究分野
Quantum Beam Measurements

百生研究室
MOMOSE Lab●Ｘ線干渉光学に基づくＸ線位相計測法の開拓●Ｘ線位相イメージング法の開拓とその応用●動的Ｘ線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
X-ray phase measurement methods based on X-ray
interference optics.
D evelopment and application of X-ray phase imaging
systemDynamical X-ray imaging for functional imaging
X-ray phase microscopy/tomography
USAXS imaging based on decoherenceD evelopment of chemical vapor deposition processes
for nanocarbon materials
 nalysis and control of the growth mechanism of insula‑A
tor thin films for gate stacks of advanced CMOSA nalysis and control of the surface reaction mecha‑
nism on functional metal oxide surfaces
D etermination of surface structures by electron dif‑fraction and its application
D evelopment of the new methods for spin arrangement
and ultrafast phenomenon on surface

量子光エレクトロニクス研究分野
Quantum Optoelectronics

秩父研究室

ナノ・マイクロ計測化学研究分野

CHICHIBU Lab

Nano/Micro Chemical Measurements

火原研究室
HIBARA Lab●ナ ノ・マイクロ流体デバイスを用いる簡易・自動化学分析●界面化学に基づく液膜型分離・濃縮法●顕微イメージング法およびマイクロ空間検出法●高出力パルスESRによる生体分子の構造と機能の相関E asy and automated chemical analysis utilizing nano/microfluidic device.
Liquid-film separation/preconcentration method basedon interface chemistry.
Imaging microscopies and detection methods for mi‑
crospace.
S tructure-function relationship of biological molecularsystems studied by high power pulsed ESR.

高分子物理化学研究分野
Polymer Physics and Chemistry

陣内研究室

●環
 境に優しい（Al,In,Ga)N および（Mg,Zn)O系ワイド
バンドギャップ半導体微小共振器を用いた、励起子と光の相互作用に基づく新しいコヒーレント光源の研究●フ ェムト秒レーザおよびフェムト秒電子線を用いた（Al,In,Ga)N および（Mg,Zn)O系ワイドバンドギャップ
半導体量子ナノ構造の時間空間分解スペクトロスコピー●有 機金属化学気相エピタキシーおよび分子線エ
ピタキシーによる（Al,In,Ga)N 系量子ナノ構造形
成と深紫外線～長波長発光デバイス形成（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 new concept coherent light source based on light‑mat‑ter coupling in environment‑friendly (Al,In,Ga)N and（Mg,Zn)O wide bandgap semiconductor microcavities
S patio-time-resolved spectroscopy in semiconductormaterials
D esign and fabrication of (Al,In,Ga)N quantum nano‑structures: epitaxial growths by metalorganic vapor
phase epitaxy and molecular‑beam epitaxy
H elicon‑wave‑excited‑plasma sputtering epitaxy ofII‑oxide semiconductor（Mg,Zn)O and fabrication ofmultifunctional oxide thin films

JINNAI Lab● “ 多次元 ” 電子線トモグラフィの開発● 3 次元構造解析法の開発（界面形態の幾何学に基づく解析）●ブロック共重合体の自己組織化ナノ構造の 3 次元
観察とその分子論的解析●有機・無機ハイブリッド材料の構造と物性の解明●エネルギー関連材料（燃料電池など）の 3 次元観察と物性解明
 evelopment of novel ”multi-dimensional” electron to‑DmographyDevelopment of 3D image analysis methods（e.g., analy‑
sis of interfacial curvatures based on geometry）
3D observation and analysis of block copolymer selfassembled structures
3D Morphological study of nano-composite materials byelectron tomography
3D Structural observation of energy-related materials（e.g., fuel cell electrode）

計測研究部門DIVISION OF MEASUREMENTS
新規な高機能材料開発をめざして、電子、中性子、レーザー、マイクロ波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、ナノ界面科学、固体物性科学などの研究領域の新たな展開を図ります。
Aiming at new high-performance materials, advanced measurements and analyses methods are developed using various
particles such as electrons and neutrons, lasers, and electromagnetic waves. Including interpretation of the underlying
mechanisms of functioning, we will achieve a new development of the research areas of atomic and molecular spectroscopy,
interfacial nano-science, and condensed matter physics.

Electronand Molecular Dynamics

UEDA
Lab

上田

潔 教 授

Kiyoshi UEDA, Professor

奥西みさき 助 教

Misaki OKUNISHI, Assistant Professor

福澤

Hironobu FUKUZAWA, Assistant Professor

宏宣 助 教専門分野・キーワード

分子動力学／電子動力学／電子分光／同時計測分光
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
molecular dynamics ／ electron dynamics ／ electron spectroscopy ／ coincidence
spectroscopy
電子分子動力学研究分野

上田研究室

ueda@tagen.tohoku.ac.jp

分子の動き、電子の動きを捉える
原子や分子、ナノ構造体における様々な量子過程は粒子が波としての性質を持つことに由来する量子干渉により古典過程と異なった振舞

ない X 線自由電子レーザー等の最先端光源を駆使して、研究を進めています。

いを示します。このような微小世界では量子干渉を制するもの
が世界を制するといっても過言ではありません。我々は、このよ
うな量子論が支配する分子、ナノクラスターにおける光電離・
光解離・電子緩和・電子移動・異性化（原子再配列）といった超高速反応を解析し、視覚化し、制御することを目指しています。この目的を達成するためには孤立分子・クラスターにおける原子の動き、電子の動きを計測する手段が必要となります
が、我々は独自の最先端計測技術を提案・開発して研究に供しています。また、様々な量子過程を引き起こしたり、画像化
したり、制御したりするために、超短パルスレーザー、世界最高分解能軟Ｘ線放射光、世界でまだ2 ヶ所でしか稼動していTaking the molecular movie,
catching the electron motion

Ｘ線自由電子レーザーと超短パルスレーザーを組み合わせた実験装置 	

Xe	

Ar	

O2	

N2	

Quantum interference based on wave nature of mat‑ters makes quantum processes completely different
from classical processes. We analyze, visualize, andcontrol quantum processes that determine ultrafast
electron and molecular dynamics, such as electronic
relaxation, charge transfer, fragmentation, and rear‑
rangement in isolated molecules and clusters. For that
purpose, we have been developing cutting-edge spec‑
troscopic techniques that allow us to catch the atomic
and electron motion. To trigger, probe, and control theprocesses, we use new-generation light sources suchas ultrafast optical laser pulses, ultrahigh resolution
soft x-ray synchrotron radiation, and ultra-short wave‑
length free-electron lasers that have just constructed.

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

Photoelectron	
  angular	
  distribu7ons	
  of	
  rare	  gas	
  atoms	
  (Xe	
  and	  Ar)	
  and	  diatomic	
  molecules	
  (O2	
  and	
  N2)	
  irradiated	
  by	
  intense	
  laser	  pulses	

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY髙橋

正彦 教 授

渡邉

昇 准教授

山﨑

優一 助 教Masahiko TAKAHASHI, Professor

Quantum Electron Science

TAKAHASHI M.
Lab

Noboru WATANABE, Associate Professor
Masakazu YAMAZAKI, Assistant Professor

専門分野・キーワード

分子科学／衝突物理学／多次元同時計測分光／運動量空間波動関数
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
molecular science ／ collision physics ／ multiparameter coincidence spectroscopy ／momentum space wave function
量子電子科学研究分野

masahiko@tagen.tohoku.ac.jp

髙橋（正）研究室

電子線コンプトン散乱を利用した物質内電子運動の可視化
物質の中ではいろいろな種類の電子が様々に運動しており、それが物質の性質を決めています。当研究室は、高速電子線を励起源とするコンプトン散乱を用いて物質内電子のエネルギーと運動量を測定する新しい分光計測法を開発し、反応性や機能性など物質が持
つ多様な性質の起源の解明を目指しています。 具体的には、以下の三つの課題を中心に研究を進めています。
（1）分子座標系電子運動量分光の開発による分子軌道の運動量
空間イメージング（2）多 次元同時計測分光の開発による電子・分子衝突の立体ダ
イナミクスの研究（3）時間分解電子運動量分光の開発による過渡的な物質内電子運動の変化の可視化

Visualization of electron motion in matterby means of electron compton scattering
electron-molecule collisions,constituent electrons. For this reason we aim at(3)d evelopment of time-resolved electron mo‑

developing new spectroscopic methods, by using

mentum spectroscopy for visualization of theelectron Compton scattering, that would visualizechange of electron motion in transient species.

the electron motion for stable species and mostimportantly the change of electron motion in tran‑sient species, which is the driving force behind
any chemical reactions;(1)development of molecular frame electron mo‑mentum spectroscopy for momentum-space
imaging of molecular orbitals in the three-di‑mensional form,(2)developments of multiparameter coincidence

35 l 36

DIVISION OF MEASUREMENTS

techniques for studies on stereo-dynamics intionality, are determined by the motion of the

計測研究部門Properties of matter, such as reactivity and func‑

Quantum Beam Measurements

MOMOSE
Lab

百生

敦 教 授

Atsushi MOMOSE, Professor

矢代

航 准教授

Wataru YASHIRO, Associate Professor

呉

彦霖 助 教Yanlin WU, Assistant Professor

専門分野・キーワード

イメージング／Ｘ線／位相計測／三次元計測
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Imaging ／ X-ray ／ phase measurement ／ three-dimensional observation
量子ビーム計測研究分野

momose@tagen.tohoku.ac.jp

百生研究室

量子ビームの位相で観る
X 線などの量子ビームは、原子スケールから日常スケールまで、幅広

実用展開を視野に入れた多くの共同研究も行っています。

い範囲で物質の構造を可視化するために使われています。ただし、その適用範囲は物質の種類や形態によって制限されます。ところが、普段は検出されない位相に基づくコントラストを利用することにより、量子ビームの利用価
値は桁違いに膨らみます。 本研究室では、X 線位
相計測に基づく高感度画像計測技術を創成し、従来の常識を覆す数々の成果を世界に発信してきました。 高分子材料や生体物質などの軽元素からなる物質に極めて有効であることが分かっており、最近では金属材料などにも波及しつつあるところです。 量子ビーム物理の基礎に立脚し、他では実現できない
実験環境構築と先端計測研究を推進するとともに、イメージギャラリー：位相 CT による PS/PMMA ブレンドの相分離構造（左）、マウス尻尾軟骨（中央上）、及び、ウサギ肝組織内の悪性腫瘍（右上）。位相敏感Ｘ線顕微鏡への適用例（右下）

Observation using wave nature of quantum beam
Quantum beams, such as X-rays, are used to visu‑

erful for objects consisting of low-Z atoms, suchalize materials structures of the size from atomic

as polymers and biological materials, and recently

scale to human scale. The use of phase informa‑

its scope is expanding to metallic materials. Basedtion enhances the usefulness of quantum beams

on quantum beam physics, we are developing

tremendously. We have innovated in X-ray imaging

unique experimental environment and pioneering

technology by developing X-ray phase measure‑advanced imaging research. This technology isment, releasing groundbreaking results beyond

attractive practically, and we are also conducting

conventional expectation. The technique is pow‑

various collaborations.

Configuration of X-ray Phase Imaging―X-ray Talbot-Lau interferometer―

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

X-ray Optical Element―High Aspect-Ratio Gold Grating―INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

木村宏之 教 授

Hiroyuki KIMURA, Professor

坂倉輝俊 助 教Terutoshi SAKAKURA, Assistant Professor

Structural Physics
and Crystal Physics

KIMURALab

専門分野・キーワード

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／
水素結合型誘電体
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Precise crystal/magnetic structure analysis under multiple extreme conditions ／Development of neutron and X-ray diffractometers ／ Magnetic ferroelectrics ／Hydrogen-bonded dielectrics
kimura@tagen.tohoku.ac.jp

構造材料物性研究分野

木村研究室

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

中性子構造解析による原子核密度分布

X線構造解析による原子核密度分布

線・放射光・中性子を用いた高分解能結晶構造解析のための計測技術
確立と、精密な電子密度あるいは原子核密度の分布解析に基づく物質の構造相転移及び物性の機能発現の起源について研究を行っている。
図に示すのは、中性子とX 線構造解析により可視化された水素結合型
誘電体の原子核密度分布と、水素原子に注目した電子密度分布である。酸素原子に挟まれた水素原子内で、原子核と電子の重心位置がずれる事により、
１原子内で巨大な電気分極（電子分極と呼ぶ）が生じている事を示している。その他にも、磁性強誘電体における巨大電気磁気効果について、結晶・磁気構造解析の立場からその微視的起源を明らかにする研究も行っている。更に我々は現在、大強度陽子加速器研究施設
J-PARC における、超精密中性子構造解析装置 SENJU の建設にも主メンバーとして携わり、超高精度の構造解析手法の開発を行っている。

電子雲と原子核の重心位置のズレ → １原子内電気分極

Ferroelectric polarization induced by magnetic order inmagnetic ferroelectrics
is thought to be the origin of electric polarization.

using X‐ray, Synchrotron radiation and Neutron

We also engage the development of novel neutron

beam under extreme conditions such as low tem‑

diffractometer for structure analysis “SENJU” inperature, high magnetic field, and high pressure.

J-PARC.

We have also studied structural phasetransitions to understand the micro‑
scopic origins of functional properties
in solid‐state materials based on theaccurate distribution analyses of theelectron as well as nuclear densities.
Figure shows the complex magnetic
structure of magnetic ferroelectrics
derived by neutron magnetic structure

37 l 3 8

DIVISION OF MEASUREMENTS

analysis. Cycloidal spin structure in this material

計測研究部門We have been developing the methodology for high‐resolution crystal and magnetic structure analysis

Nano/Micro Chemical
Measurements

HIBARALab

火原 彰秀 教 授

Akihide HIBARA, Professor

大庭裕範 准教授Yasunori OHBA, Associate Professor

福山

真央 助 教Mao FUKUYAMA, Assistant Professor

専門分野・キーワード

ナノ・マイクロ分析素子／顕微イメージング法／光学検出法／電子スピン共鳴
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
nano ／ micro analytical devices ／ imaging microscopy ／ optical detection methods ／electron spin resonanceナノ・マイクロ計測化学研究分野

火原研究室

hibara@tagen.tohoku.ac.jp

ナノ・マイクロ空間の化学をつかい・はかる
ナノ・マイクロ空間を利用した化学・生化学の集積化と

現在

従来装置

可搬分析装置

高度化に関する研究分野開拓を中心に研究を進めます。

薬剤解析デバイス

生体・環境・食品・工業プロセスなどを対象とした簡便分

飽和溶液
1 mL

析・自動分析などの実現が期待できます。

••

また、単一細胞を対象とする分析、単一分子レベルで

1 pL
13 μm

治療薬血中濃度モニタリング（TDM)
食品中抗生物質/カビ毒定量

濃縮
ピンホール
フォトダイオードの分析、結晶化などの単一事象の分析、高速混合時の物質挙動の追跡など、他の手法からは得られない情報を

在宅型健康チェックスペクトル
アナライザー

試料（水）

対物レンズ

計測するデバイス・計測技術実現に挑戦します。このような新しい技術のためには、空間制約下での化学反応・相レーザー（λ = 532 nm）

単一細胞分光法
ナノ界面分光法
微小開口
顕微イメージング法

ミラー変化などの特性を明らかにする基礎化学研究が必要にな
あらゆるところにマイクロ・ナノ分析デバイス

ります。そのためのツールとして、顕微イメージング法、顕微レーザー分光法、電子スピン共鳴（ESR）法などで、他将来
1に例のない高度計測手法の開発を進めます。

Chemistry in nano/micro space: measurements & applications
We study advanced nano-micro technologies intail. We study unique advanced measurement tools

chemistry and biochemistry and their applications

such as microscopic imaging, laser microscopy,

to integrated analytical devices. We investigate

and electron spin resonance（ESR）spectroscopy.

easy and automated analytical technolo‑
gies for life science, environmental sci‑

Nanofluidic / microfluidic device

ence, food safety, and industrial process.
We also investigate novel analyticaltechnologies such as single cell analy‑
sis, single molecule analysis, single event
analysis, and molecular behavior in rapid
mixing. For the advanced technologies,
fundamental chemistry such as chemi‑
cal reaction and phase transition in aconfined space should be revealed in de‑

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

Optofluidic device

High power pulsed ESR for protein folding analysis

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

陣内

浩司 教 授Hiroshi JINNAI, Professor

樋口

剛志 助 教Takeshi HIGUCHI, Assistant Professor

Polymer Physics and Chemistry

JINNAILab

専門分野・キーワード

ソフトマター物理／ソフトマテリアルの自己組織化過程／電子線トモグラフィ／高分子ハイブリッド材料SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Soft Matter Physics ／ Self-Assembling Processes in Soft Materials ／ Electron Tomography／ Polymeric Hybrid Materials
hjinnai@tagen.tohoku.ac.jp

高分子物理化学研究分野

陣内研究室

電子線によってソフトマテリアルの構造とダイナミクスを観る
高分子などの “ ソフトマテリアル ” が相転移に伴って自発的に形成するナノ構造は、高密度記憶媒体や高性能透過膜作製に向けたボトム
アッププロセスの一つとして重要な役割を果たしています。また、このよ
うな高分子の自己組織化過程の研究は、物理学で重要な「非線形・非平衡現象」の解明に資することになります。私たちは、高分子の作る
複雑なナノ構造を3 次元的に可視化することのできる「電子線トモグラ
フィ」を開発し、これを高分子の自己組織化ナノ構造に応用することで、大きな成果をあげてきました。
今後は、電子線トモグラフィに時間・温度・化学組成・wet 環境・変形などの新しい “ 次元 ” を加えることで、相転移ダイナミクスの解明やゲルなどの wet 系ソフトマテリアルの3 次元構造観察などへの展開を目指します。さらに、このような最新の顕微鏡法を、エネルギー・環境分野のソフトマテリアルの材料開発に応用していきます。

Fig.1. 3D reconstruction of Pt nano-particle（NP）network
superstructure in Terpolymer metal NP hybrid compositions andcomparison with Self Consistent Field Theory（SCFT）results.

3D observations of nano-structures in soft materials byelectron tomography
DIVISION OF MEASUREMENTS

e.g., mechanical, electrical, transport properties,
in soft materials, detailed characterization of theirmorphologies in three-dimension （3D） is essen‑tial. We have developed electron tomography, anovel microscopic method to image nano-scale
structures in 3D, and applied them to various selfassembling structures in soft materials.
In addition to the 3D imaging capability of electron
tomography, another “dimension”, e.g., time, tem‑
perature, wet environment etc., will be added toobserve 3D structures in various environmental
and dynamical processes in soft materials.

Fig.2.（a）3D of the ordered bicontinuous double diamond（OBDD）
structure in a block copolymer. The image shown in（b）reveals the 3D
thinned image of the unit cell of the OBDD structure.

39 l 40

計測研究部門For better understanding of various properties,

Surface Physics and Processing

TAKAKUWALab

高桑

雄二 教 授Yuji TAKAKUWA, Professor

虻川匡司 准教授Tadashi ABUKAWA, Associate Professor

小川

修一 助 教Shuichi OGAWA, Assistant Professor

専門分野・キーワード

表面物理学／材料科学／プロセス工学／電子と光をプローブとする表面計測法の開発
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
surface physics ／ material science ／ process engineering ／ development of surface
analysis methods with electron and photon probes
表面物理プロセス研究分野

高桑研究室

takakuwa@tagen.tohoku.ac.jp

表面反応機構に基づいた機能性薄膜創製と表面ナノプロセス開発
電子と光をプローブとする新しい表面計測法の開発と応用を基本方
針として右図に示すように、それらを用いて解明された表面・界面反応

基板表面改質のための光電子制御プラズマなどの表面ナノプロセスの開発を展開しています。

機構に基づいて機能性薄膜の創製と、表面ナノプロセスの開発を行なっています。開発に取り組んでいるオージェ電子分光と複合化した反射高速電子回折、及び高輝度放射光と希ガス共鳴線を用いる光電子分光では表面情報を相補的に『複合計測』、
反応キネティクスを追跡できる『リアルタイム観察』、反応ガス雰
囲気下での『プロセス中の「その場」観察』、そして、振動相関
熱散漫散乱とワイゼンベルグ RHEED ではシミュレーションなしで『一義的に表面構造を決定』できることを特徴としています。固体表面・界面での化学・固相反応過程を制御することにより、ダイヤモンド、多層グラフェン、DLC などのナノ炭素材料や、磁性金属／ MgO ／ Si へテロ構造の機能性薄膜の創製、そして、

Synthesis of functional materials and development of
nanoprocesses based on surface reaction mechanisms
In the research section of surface physics andwe have synthesized functional materials such asprocessing, we aim to develop various surface

diamond and multilayer graphene, and developed

analysis methods with electron and photon probes:

surface nanoprocesses.

Real-time photoelectron spectrosco‑
py using synchrotron radiation andrare gas resonance lines for moni‑
toring in situ surface chemical com‑positions and bonding states undera reactive gas atmosphere (Fig.1),
and Weissenberg RHEED for deter‑mining unambiguously surface struc‑tures (Fig.2). Based on the observed
chemical and solid phase reaction
kinetics at surfaces and interfaces,

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

Fig.1. Time evolution of photoelectron
spectra taken during exposing
Si(001) surface with O₂.

Fig.2. Patterson map (inset) and structure
model of Si(111) √3×√3-Ag surface obtainedby Weissenberg RHEED.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

秩父重英 教 授Shigefusa F. CHICHIBU, Professor

小島

一信 准教授Kazunobu KOJIMA, Associate Professor

Quantum Optoelectronics

CHICHIBU
Lab

専門分野・キーワード

半導体光物性／量子構造形成／キャリアダイナミクス／時間空間分解分光
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Wide bandgap semiconductors ／ Quantum nanostructures ／Carrier dynamics ／ Spatio-time-resolved spectroscopychichibu@tagen.tohoku.ac.jp

量子光エレクトロニクス研究分野

秩父研究室

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）の機能融合を実現する量子構
造デバイス半導体として、禁制帯幅に相当する波長が 200nm 台の深紫外線から近赤外線まで広範囲をカバーし、環境にも人間生活にも優しい（プラネットコンシャスな）AlN，GaN，InN 等のⅢ族窒化物半導体やZnO，MgO 等のⅡ族酸化物半導体、更には TiO2 等の金属酸化物半導体にスポッ
トライトを当て、有機金属化学気相エピタキシー法、分子線エピタキシー法によって、原子層レベルで平坦な表面・界面を持つ半導体ナノ超薄膜や構造のエピタキシャル形成を行います。また、
それらメゾス
コピック・ナノ構造のフェムト秒パルス集束電子線励起による時間・空間
同時分解分光を行い、微細領域における励起子効果・量子効果（キャリアダイナミクスや点欠陥との相関など）の物理に迫ります。また、それらを用いた光・電子デバイス（紫外線・純青・純緑色半導体レーザーや光と励起子の連成波デバイス、電界効果トランジスタ等）の形成を行います。

Design and creation of wide bandgap semiconductor quantum
nanostructures and spatio-time-resolved spectroscopy
cused pulsed electron beams using a home-made,for new functional optoelectronic devices work‑

spatio-time-resolved cathodoluminescence systemable in deep ultraviolet, visible, and optical commu‑

equipped with a photoelectron-gun.

nication wavelengths using planet-conscious widebandgap semiconductors, namely (Al,In,Ga)
N and (Mg,Zn)O systems. We are growing
quantum structures by metalorganic vapor
phase epitaxy, molecular-beam epitaxy, andunique helicon-wave-excited-plasma sput‑tering epitaxy methods. Ultrafast recombi‑
nation dynamics of excited particles in na‑
nostructures are studied by time-resolved
spectroscopy using a femtosecond laser,

41 l 42

DIVISION OF MEASUREMENTS

and very local carrier dynamics are proved by fo‑

sign and create quantum nanostructures desirable

計測研究部門Research objectives of the laboratory are to de‑東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

エネルギーデバイス化学研究分野

固体イオン物理研究分野

金属資源循環システム研究分野

Chemistry of Energy Conversion Devices

Solid State Ion Physics

Metallurgy and Recycling System for Metal Resources Circulation

本間研究室

河村研究室

柴田（悦）研究室●高容量・高出力型リチウムイオン電池●リチウム電池の劣化診断技術開発●海底鉱物資源の乾式製錬プロセスの開発●大容量キャパシタ

●薄膜リチウム電池の開発と界面イオン移動研究●太 陽電池・燃料電池用の新材料・新デバイスの開発●燃料電池材料のプロトン移動機構の研究●スコロダイト合成による砒素の安定固定化技
術の開発

HONMA LabKAWAMURA Lab●超 臨界流体・電気化学プロセスを用いた機能
ナノマテリアルの創製●グリーンデバイスの放射光分光分析
H igh power and high energy density lithium-ion
batteries
 uper capacitorSD evelopment of advanced nanomaterials andnovel devices for solar cells and fuel cells
Advanced device processing using supercriticalfluids and electrochemistryS pectroscopic analysis of energy conversion
devices using synchrotron radiation●ガラス・過冷却液体のイオンダイナミクス研究 egradation diagnosis of lithium batteriesDD evelopment and analysis of thin film lithium batteriesProton dynamics of fuel cell materials
Ion dynamics in supercooled liquid and glasses

環境適合素材プロセス研究分野
Environmental-Conscious Materials Processing

雨澤研究室●電気化学エネルギー変換デバイス評価のための高度その場分析技術の開発●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 fuelcells and rechargeable batteries
 evelopment of advanced in situ analytical tech Dniques for electrochemical energy conversion
devices.
 B asic research on electrochemical phenomena
at hetero-interfaces
D esign and synthesis of novel solid state ionic
conductors●バグフィルタにおける脱ハロゲン機構に関する基礎的研究●そ の他、金属資源循環に関わる要素技術の開発●固体表面の液体流動の解析●燃料電池／蓄電池の高性能化・高信頼性化●小径ショット状アノードを用いた新規的な銅電解精製技術の開発●素材製造プロセスの多相反応シミュレータ開発

NOGAMI Lab●鉄鉱石の還元溶融現象の解明

AMEZAWA Lab●非鉄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●コンクリート廃棄物の再資源化プロセスの開発●反応・伝熱高効率化のための境膜制御技術開発

Solid State Ionic Devices●第一原理計算を利用した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

埜上研究室●新規エネルギー変換・貯蔵・回収プロセスの開発

固体イオニクス・デバイス研究分野

SHIBATA E. Lab eaction process simulator for material producRtion
D evelopment of energy recovery, conversion
and storage
B oundary layer control to improve reaction andheat transfer processesR eduction and melting behavior of iron oreFlow behavior of liquid with free surface on solid
surfaceP yro-metallurgical process for ocean floor mineral resources
Synthesizing technology of scorodite particles
for stabilization of arsenic
Screening for new flotation reagents to separate
arsenic minerals using first principle calculation
Smelting technologies for high impurities containing in nonferrous smelters.
Development of new electro-refining process using small copper shots anode
Removal reaction of hydrogen chloride undersimulated bag filter conditions
Development of a new recycling process for concrete wastes
Other topics for development of elemental technologies related with metal resources circulation

材料分離プロセス研究分野
Materials Separation Processing

柴田（浩）研究室
SHIBATA H. Lab●金属および酸化物過冷却液体の凝固メカニズム●次世代材料シリコンカーバイドの溶液成長●ケイ酸塩融体およびガラスの物理化学的性質と構造●金属ハロゲン化物の構造●酸化マグネシウムの還元プロセス
S olidification mechanism of metallic and oxide
super-cooled liquids
S olution growth of SiC crystal
S tructure and physicochemical properties of silicate melts and glasses
S tructure of solidified metal halides
R eduction process of magnesium oxide

サステナブル理工学
研究センターRESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING
基幹金属および希少金属の製精錬プロセスのエネルギー効率向上と低炭素化、革新的な素材リサイクルシステムの構築や高度な廃棄物処理プロセ
スに関する技術開発に加え、再生可能エネルギーの創出とその高効率変換と使用のための新しいデバイスや材料の開発など、地球環境の保全およびサステナブル社会の構築に不可欠な研究を有機的、融合的に推進します。
The research center has been organized to promote studies essential for the protection of global environment and the creationof sustainable society and carries out researches to improve the energy efficiency of various metal production and recycle
processes and to develop new devices and materials for renewable energy creation and its efficient conversion.

Chemistry ofEnergy Conversion Devices

HONMA
Lab

本間

格 教 授

小林

弘明 助 教Hiroaki KOBAYASHI, Assistant Professor

永村

直佳 助 教Naoka NAGAMURA, Assistant Professor ※Itaru HONMA, Professor※物質材料研究機構

専門分野・キーワード

再生可能エネルギー／ナノテクノロジー／リチウムイオン電池／燃料電池／太陽電池
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
renewable energy／nanotechnology／lithium ion secondary battery／fuel cell／solar cell
エネルギーデバイス化学研究分野

i.honma@tagen.tohoku.ac.jp

本間研究室

ナノテクノロジーを低炭素社会構築に貢献させる
本間研究室では21世紀の科学技術が取り組む最重要課題である地球持続技術・低炭素社会構築の為にナノテクノロジーを利用した再生社会技術であるスマートグリッド、電気自動車や再生可能エネルギーの基盤強化に貢献します。

可能エネルギー技術のフロンティア開拓を行います。新デバイス・新材料開発を中心に、二次電池、キャパシタ、太陽電池等の革新的エネル
ギー技術を世に発信し、地球温暖化対策のイノベーションを起こすことを目的としています。
革新的エネルギー変換デバイスを実現するために、原子層材料 ( グ

高容量 高出力な蓄電デバイス

新奇材料の探索

3次元正極の設計
 ナノ構造活物質による3次元
固体界面(電解質/電極)の形成
 超臨界流体剥離プロセスで合成したナノシート状活物質

大容量定置型蓄電池・高性能電気自動車を実現する多価イオン電池用材料
透明ゲル状固体電解質

ラフェン、遷移金属ダイカルゴゲナイド )、金属酸化物ナノ構造活物質、有機活物質、擬似固体電解質、超臨界流体プロセス技術、放射光分
析等のナノテクノロジー基礎研究から、高容量・高出力型リチウム二次

固体電解質とLiCoO2の3次元コンポジット正極

バルク全固体型電池模式図

環境低負荷な
有機分子系
正極材

高い安定性の金属酸化物系
無機正極材

安全性の高い擬似固体電解質

人工衛星用バッテリー(JAXA)

電気化学測定による電池性能評価
コイン型
電池セル

電池、大容量キャパシタ、燃料電池、化合物半導体薄膜太陽電池に

電気自動車
(日産)

資する高性能電極材料・デバイス創製の精密化学プロセスを研究しています。これらの革新的エネルギーデバイスを要素技術として低炭素化

リチウムイオン二次電池
マグネシウムイオン二次電池

正極合材

実験室の評価装置

現状よりも高エネルギー密度・
高パワー密度・高い安全性を備えた新しい電池の実現へ！

Energy technology innovations via advanced nanotechnology
and nanoscience
Honma laboratory investigates frontier nanotechnology andand characterization techniques may result in innovations

nanoscience for innovations on advanced renewable energyof lithium ion secondary batteries with high energy & hightechnology, which contribute to a global sustainability andpower density, low cost fuel cell for future smart grids, andlow emission society. The green technology would be mostcompound semiconductor solar cells achieving both highimportant issues what scientists challenge for global sustain-

conversion efficiency and environmental friendly.

ability in the 21st century.
Particularly, we focus on studies in fine chemistry of advanced energy devices employing advanced nanotechnologies; 1. monoatomic-layered materials, 2. Nanocrystalline
electrode materials, 3. organic nanomaterials, 4. high ion conductive solid state electrolyte, 5. nanoporous/mesoporous
materials 6. supercritical fluid processing, 7. spectroscopy
analysis using synchrotron radiation.
In depth studies on these advanced functional materials

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

Koji AMEZAWA, Professor

中村崇司 助 教Takashi NAKAMURA, Assistant Professor

木村勇太 助 教Yuta KIMURA, Assistant Professor

RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING

浩史 教 授Solid State Ionic Devices

AMEZAWALab

専門分野・キーワード

固体イオニクス／エネルギー変換／その場分析技術／界面電気化学

SPECIALIZED FIELD・KEY WORD

solid state ionics ／ energy conversion ／ in situ analytical technique ／ interfacial electrochemistry

amezawa@tagen.tohoku.ac.jp
固体イオニクス・デバイス研究分野

雨澤研究室

環境にやさしいエネルギー変換デバイスの実現・普及に向けて
環境問題、エネルギー問題を解決し、持続可能社会を実現することは、場測定を可能とする高度分析技術の開発も行っています。以上の研究

21世紀の科学者・技術者に課せられた大きな課題です。我々の研究室を通し、固体イオニクス材料を利用した環境調和型エネルギー変換デバイ

では、これらの問題の解決に資する、燃料電池や蓄電池など、環境にやスの開発ならびに高性能化・高信頼性化に取り組んでいます。

さしいエネルギー変換デバイスの実現・普及のための基盤研究を行っています。特に、固体でありながらその中をイオンが高速移動できる “ 固体イオニクス ”
材料に着目し、固体におけるイオン輸送、
界面反応、欠陥構造についての学理を探求すると共に、それに基づく機能設計、材料開発を行っています。また、固体イオ
ニクスデバイスにおける材料、反応に関わる理解を深化させるべく、高温／制御雰
囲気／通電といった特殊環境下でのその高温雰囲気制御型in situ
マイクロ X 線吸収分光測定装置

PLDによるイオン導電性酸化物薄膜

Toward the development ofenvironmental-friendly energy conversion devices
Scientists and engineers in the 21st century haveanalytical techniques for solid-state ionic devices.

a great responsibility to solve environmental andenergy problems for achieving a sustainable society. Our laboratory contributes to solve abovementioned problems throughout fundamental andapplication researches on environmental-friendly
energy-conversion devices, such as fuel cells andrechargeable 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/reliabilityof the energy conversion devices. We are also
working for the development of advanced in situ

第一原理計算による希土類メタリン酸塩におけるプロトン伝導の発現機構モデル

45 l 46

サステナブル理工学研究センター雨澤Solid State Ion Physics

KAWAMURALab

河村純一 教 授渡辺

明 准教授

Akira WATANABE, Associate Professor

桑田

直明 准教授Naoaki KUWATA, Associate Professor

高橋純一 助 教Junichi TAKAHASHI, Assistant Professor

ドライ アルンクマール 助

Junichi KAWAMURA, Professor

教

Dorai Arunkumar, Assistant Proffessor

専門分野・キーワード

固体イオニクス／イオンダイナミクス／核磁気共鳴分光／薄膜二次電池
固体イオン物理研究分野

河村研究室

SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
solid state ionics ／ ion dynamics ／ nuclear magnetic resonance ／ thin-film rechargeable
battery
kawajun@tagen.tohoku.ac.jp

固体イオン物理を用いた循環型・高効率エネルギー社会の実現
河村研究室では、固体中のイオンの動きをレーザー分光法と核磁気共鳴（NMR）
を用いて研究し、新物質開発や環境・エネ

Li metal film (VTE)
Li3PO4 film (PLD)

ルギー問題の解決につなげることを目指しています。
最近の主な研究テーマとしては、1. リチウム電池のその場（inLiCoO2 film (PLD)
Pt-coated
SiO2 substratesitu）劣化診断技術の開発、2. 全固体薄膜リチウム電池の開発、3. 燃料電池材料のプロトン移動機構の研究、4. ガラス・
過冷却液体のイオンダイナミクス研究などが挙げられます。
そのための研究手法として、1. レーザー光学（レーザー蒸着法、ラマン散乱分光、
和周波発生（SFG）分光法、
光 Kerr 効果）、
2.
核磁気共鳴（NMR）（固体多核 NMR、拡散係数、イメージン
グ）、3. 電気測定 （インピーダンス、誘電緩和、電池特性，
電気化学測定）などを用いています。

レーザー蒸着法で作製した薄膜リチウム電池

磁場勾配NMR装置とリチウム電池の7Liイメージング

Solid-state ion physics bring innovation to our life
We investigate ion dynamics in solid by electrical, optical and nuclear magnetic resonance (NMR) techniques to develop new ionic
conductors and solid state ionic devices.
Recent research subjects are; 1. degradation mechanism of lithium-ion batteries, 2.

Edge filter
Monochromator
andCCD

Microscope
Prism

Lens

Prism

Lens

Half mirror

Band path filter

DPSS laser(532 nm)Objective
Cell

CE

WE
RE

Potentiostat

development and analysis of thin-film lithium
batteries, 3. proton dynamics of fuel cellmaterials, 4. ion dynamics in supercooled

1
7

Li

1E-9

liquid and glasses.

D (m2/s)

1E-10

We use the following techniques; 1. Laser

trochemistry).

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

1E-12

1E-14
1E-15
3.0

spectroscopy, optical- Kerr, etc.), 2. NMR
Electrical Measurements (impedance, elec-

1E-11

1E-13

optics (PLD for lithium ion battery, Raman(relaxation, diffusion, micro- imaging), 3.

H

1E-8

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

1000/T (1/K)

薄膜電池の
In situ顕微ラマン分光測定

インピーダンスとNMRによる
イオンダイナミクス計測

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

丸岡 伸洋 助 教

Hiroshi NOGAMI, Professor

RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING

洋 教 授

Environmental-Conscious
Materials Processing

Nobuhiro MARUOKA, Assistant Professor

NOGAMILab

専門分野・キーワード

製銑プロセス／シミュレーション／移動現象／多相流／反応速度／熱工学
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
ironmaking ／ process simulation ／ transport phenomena ／ multiphase ／reaction kinetics ／ thermal engineering
環境適合素材プロセス研究分野

nogami@tagen.tohoku.ac.jp

埜上研究室

反応動力学解析による革新的素材プロセスの開発
鉄鋼に代表される各種基盤材料の製造プロセスは、その製造量の膨ルギー回収および貯蔵プロセス の開発も進めています。

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、プロセス内部で生じる現象や原料の反応特性を理解し、新たなプロセスを設計していく必要があります。本研究分野では、環境適合型のプロセス開発に向けて、各種素材原料の物性値や反応特性の熱力学、熱工学、移動現象論や反応工学などの手法による解明、素材製造プロセスに広く見られる混相流動現象の流体力学、粉粒体工学などの手法による定量化を行い、これらの知見を数値流体力学や
MPS 法、離散要素法など先端の流動解析手法を用いた熱流体解析の枠組みに組み込むことで、各種素材製造プロセスの数値シミュレーション技術の開発と定量評価・設計に取り組んでいます。また、新たな熱エネ

ロータリーキルン内の原料温度分布解析

Development of novel material processing through process
analysis based on reaction kinetics
For the reduction of energy and material resources

we are trying to develop new processes for recov-

consumption in base metals production, improve-ery and storage of thermal energy.

ment of process efficiency, enhancement of flexibility to raw material resources and development ofnovel 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 multiphase fluid
dynamics, reaction kinetics, thermodynamics, thermal fluid engineering, transport phenomena, powder
technology, and so on. Using the results of the process analysis and the fruits obtained through themodeling of unit operations, we are trying to develop
novel material production technology. AdditionallyHigh-performance heat exchanger with boundary layer control

47 l 4 8

サステナブル理工学研究センター

埜上Materials Separation Processing

SHIBATA H.
Lab

柴田浩幸 教 授

Hiroyuki SHIBATA, Professor助永壮平 助 教Sohei SUKENAGA, Assistant Professor

川西

咲子 助 教Sakiko KAWANISHI, Assistant Professor

専門分野・キーワード

ケイ酸塩／熱物性／凝固結晶成長／精錬プロセス／ワイドギャップ半導体
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
silicates ／ thermophysical property ／ solidification process ／ refining process
材料分離プロセス研究分野

shibata@tagen.tohoku.ac.jp

柴田（浩）研究室

高効率素材製造プロセスのための高温界面物理化学
素材の精錬プロセス、製造プロセス、リサイクルプロセス等の原理をわる界面における反応機構の解明を行っています。これらの基礎研究

理解するには、異相間の化学的、物理的分離過程を詳細に理解する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に必要があります。これらの分離プロセスは異相間の界面における特性に取り組んでいます。

左右されています。
また、それぞれの相の化学的、物理的性質がプロセスの効率化に関係しています。このようなプロセスは高温において実行されるため、高温における各種物性値も重要です。
例えば溶融珪酸塩や金属融体の熱伝導率、粘性は高温の精錬プロセスでは極めて重要な働きをします。これらの物性値はその物質の構造に50mm

敏感な性質ですので、物性の発現機構を物質の構造との関連から解明する研究を行っています。また、材料の分離プロセスや結晶成長に関SiC が 1400℃で結晶成長する様子

カルシウムアルミノケイ酸塩ガラスの 27Al NMR
スペクトルに及ぼす酸化カリウム添加の影響

Physicochemical approach to interfacial phenomena at hightemperature for high efficiency materials processing
Recycling, refining and solidification processes ofmaterials are important to sustain high efficiency
process for manufacturing products. Each material

Liquidseparation process is governed by many chemical
and thermophysical properties of materials andinterfaces among materials. Functions of the materials should be clarified from micromechanism of

Crystaleach phenomenon to develop high efficiency processes for materials separation as well as crystal
growth by means of in-situ observation and measurements especially at high temperature.

Mo
5 mm

Crystallization of lithium silicate on the molybdenum substrate

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

飯塚

淳 准教授

Etsuro SHIBATA, Professor

RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING

悦郎 教 授Metallurgy and Recycling System
for Metal Resources Circulation

SHIBATA E.
Lab

Atsushi IIZUKA, Associate Professor

専門分野・キーワード

非鉄金属製錬／金属資源循環／リサイクル／廃棄物処理
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Non-ferrous Metallurgy /Metal Resources Circulation/Recycling/Waste Treatment
etsuro@tagen.tohoku.ac.jp

金属資源循環システム研究分野

柴田（悦）研究室

非鉄金属製錬をベースとした金属資源循環システムの構築
非鉄製錬業はハイテク産業への素材供給や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、非鉄製錬を基盤とした
金属資源循環システムの実現へ

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、携帯電話や PC、蓄電設備、ハイブリッド自動車や電気自動車など、
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

金属資源循環工学（学術的新機軸）の構築
プロセス技術開発と普遍的なメカニズム解明

資源を継続的に確保していくためには、鉱石から（広義の意味で）還元され、様々な製品に使用されている金属を循環利用していく必要がある。
本研究分野では、非鉄製錬技術を基盤とした金属資源循環システムの実現に向け、学術的新機軸として金属資源循環工学を提唱し、その構築に向けた研究活動を行う。金属元素を含有した様々な二次資源の前処理から主要製錬技術、製錬副産物の処理、環境負荷元素の安定化など金属資源循環に向けた研究・技術開発に関して、課題解決型研究（包括的な科学的基盤の整理と要素技術開発）
原料前処理から主要製錬技術、副産物処理、環境負荷元素の安定化など包括的アプローチ

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
・浮選
・比重選別
・磁選
・静電/渦電流選別・焙焼/乾留・溶融製錬
・揮発製錬
・排ガス/ダスト処理
・溶融塩電解 など

・浸出・化合物析出・不純物除去（浄液）
・溶媒抽出（イオン交換）
・電解精製/採取 など

・自動ソーティング など

や新規プロセス技術開発など、包括的に取り組んでいく。

金属資源循環工学の構築に向けた研究アプローチ

Establishment of Metal Resources Circulation System Basedon Non-ferrous Metallurgy
Non-ferrous smelting industry is necessary for sup-technologies for secondary resources and stabiliza-

plying materials to high-tech industries and in ordertion of environmental load elements will be conductedto achieve the resource circulation society. In thein order to achieve the metal resources circulation

future, the use of various electrical and electronicsystem.

devices such as PC and electric vehicles is expected

Gel-like precursors(Consisted with Fe(II))

Scorodite faceted particles(Consisted with Fe(III))to increase with growth of population in the world. To
secure metal resources continuously, it is necessary
Initial stage - Gel-like precursors(Iron Arsenate chemical structure)

to recycle metals used in waste products.

Middle and Final stages – Scorodite particles(Scordite, FeAsO4･2H2O)

The main research aim is to establish the metal resources circulation system based on the non-ferrous
smelting technologies with proposing the metal resources circulation engineering as an academic innovation. Developments of new process technologies
and problem-solving researches for such as smelting

Gel-like precursor

Scorodite particles

Synthesizing
technology ofscorodite particles forstabilization of arsenic

49 l 50

サステナブル理工学研究センター柴田東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

放射光ナノ構造可視化研究分野

電子線干渉計測研究分野

走査プローブ計測技術研究分野

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

Electron Interference Measurement

Advanced Scanning Probe Microscopy

高田研究室

進藤研究室

米田研究室

●広視野・高分解能軟Ｘ線顕微鏡の開発と応用●高 分解能電子顕微鏡法による表面・界面での原子配列の解析●走 査型トンネル顕微鏡（STM）を用いた分子観察 ･ 計測●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●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●ローレンツ顕微鏡法と電子線ホログラフィーを用いた磁区構造・磁化分布の解析●微細加工素子と分子素子の融合に向けた界面
計測・制御●エネルギーフィルター電子顕微鏡を用いたその場観察による相変態機構の解明●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●複数探針を活用した電子線ホログラフィーによる電池材料の電場解析●環 境触媒の基礎解明に向けた表面・分子相互作用の研究

 nalysis of atomic arrangements at surfaces andAinterfaces by high‑resolution electron microscopyImage processing of digitized electron microscope
images on atomic scale
A nalysis of magnetic domain structure and magnetization distribution by electron holography
Study of phase transformations by in situ observations with an energy‑filtered transmission electron
microscopeElectric field analysis of electric battery materials
by electron holography utilizing plural microprobes.

O bservation and chemical characterization of
single molecule using scanning tunneling microscope (STM)
C hemical analysis using molecule vibration andspin detection with an atomic resolution
Interface engineering to combine Si technology
and molecule electronics
Spin control for molecule spintronics and quantum
computingM olecule‑surface interaction dynamics for environmental catalysis resear

TAKATA LabSHINDO Lab●極紫外リソグラフィー・マスクの実波長観察●生物試料の軟Ｘ線分光顕微観察●軟Ｘ線用高反射率多層膜ミラーの開発
Development and application of wide-field-of-viewand high-resolution soft X-ray microscope
At-wavelength observation of extreme-ultraviolet
lithography masks
Soft X-ray spectromicroscopic observation of
biological samples
Development of high-throughput soft X-ray multilayer mirrors

電子回折・分光計測研究分野
Electron -Crystallography and -Spectroscopy

寺内研究室
TERAUCHI Lab●機能性ナノ粒子の物性解析●角度分解 EELS による物性評価手法の開発●電子顕微鏡用 SXES 装置の開発と応用

KOMEDA Lab

 unctional analysis of nm-scale particles by TEMF
EELS
Identification of electronic excitations by angleresolved EELSD evelopment of SXES instrument for electron
microscopy

先端計測
開発センターCENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY
先端計測開発センターは、既存の装置を購入しての応用ではなく、独自の装置開発を行い、軟 X 線や高エネルギー電子線、さらにトンネル電子などを活用して最先端の計測技術開発を行うと同時に、開発した技術の社会への還元をすることを目標としています。この独自の装置開発を実施するため、装置メーカーの他、極めて高い技術力をもつ本研究所の技術室との連携を積極的に進めています。
This center aims for original developments of measurement methods and instruments, and return those to societies. At present,
four groups of Electron Interference Measurement, Electron Crystallography & Spectroscopy, Advanced Scanning Probe Microscopy and Soft X-ray Microscopy are in action, under collaborations with Technical Service Section and companies.

Synchrotron Radiation Soft X-ray
Microscopy

TAKATALab

高田昌樹 教 授Masaki TAKATA, Professor

江島丈雄 准教授Takeo EJIMA, Associate Professor

西森

信行 准教授Nobuyuki NISHIMORI, Associate Professor

羽多野
豊田

忠 助 教

Tadashi HATANO, Assistant Professor

光紀 助 教Mitsunori TOYODA, Assistant Professor

専門分野・キーワード

放射光 X 線光学／軟Ｘ線顕微鏡／多層膜ミラー／ナノ・インフォ・グラフィー
放射光ナノ構造可視化研究分野

高田研究室

SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Synchrotron Radiation X-ray Optics ／ Soft X-ray Microscopy ／ multilayer mirror ／Nano-info -graphy
takatama@tagen.tohoku.ac.jp

放射光 X 線によるナノ可視化技術の開発と応用
SPring-8、SACLA は、高エネルギー光科学分野での、Ｘ線可視化
技術に革新をもたらし、海外では、3GeV クラスの低エミッタンス放射光

イス科学まで広い分野にわたり、軽元素戦略など新産業創成などへの展開も期待されている。

施設が次々と建設され、研究の国際競争が激化している。

【 基本情報】

東北放射光計画「SLiT-J」（図 1）は、この先端性を取り入れた軟Ｘ線領域の応用を主要コンセプトとしてデザインされている。 当研究分野は、これまで開発してきた、高性能
軟Ｘ線顕微鏡や光学技術、マキシマムエントロピー法などの画像再構成の解析技術を基に、SLiT-J 計画が代表する

ビームエ ネルギー/電流

3 GeV/400 m A

ラ ティ ス 構造

Doub le Doub le-Bend Achr om at

周長

354 m

セル数（ 偏向電磁石数)16(64)

エミ ッ タ ン ス

0.93nm rad【 光源の特長】

ビームライン配置イメージ

光源性能を活用し、ナノ構造を可視化する科学を構築する。

光源性能

低エ ミ ッ タ ン ス放射光(“0.93nm rad ”).

省エ ネ設計

消費電力

そして、原子や分子の化学状態、エネルギー状態、構造な長尺ア ン ジ ュ レ ータ －： 14本
短尺ア ン ジ ュ レ ータ －： 12本＊上記は最大値

徐々に整備予定

6,000時間（ ユーザータ イム）

運転時間どの情報を可視化するナノ・インフォ・グラフィーという、可視化技術の新しいマスター概念を創成する事を目標とする。

SLiT-J: ～5M W*SPring -8: 40M W
ビームラ イ ン*SPring -8: 4,058 時間(2014年度）
立地・ 交通ア ク セ ス

立地は宮城県内を 計画
国内主要都市よ り 3時間以内*SPring -8: 東京よ り 約5時間

施設外観イメージ研究開発の応用は、生命科学から、物質・材料科学、デバ

図1

Development and Applications of Nano Visualization Technology
based on Synchrotron Radiation X-rays“SLiT-J” is new 3GeV synchrotron radiation facil-

tal information; spatial structure, energy state, andity project in Tohoku. Its ambitious low-emittancechemical state, and to achieve innovation in thelight source design (Fig.1) shall make a progress

Science and Technology as well as Industry.   

in soft X-ray imaging to investigate the nano- andbio-materials. Our lab has been striving to build aFig.2	 Transmission	
  X-­‐ray	  Mul0layer	
  Mirror	
  Microscope	
  (TXM3)	
  T.Ejima,	
  M.Toyoda,	
  T.Hatano,	
  M.Yanagihara	
  &	
  M.Yamamoto	  	

new range of the states of the art in EUV/X-ray
microscopy. Our latest success is a development of
the EUV microscope with diffraction-limited resolution of 30 nm. The obtained full-field images of aHigh	
  resoluCon	
  image	
  of	
16nm	
  node	  mask	  	
  for	
  EUV	
  lithography	

living tissue and next-generation lithography masks(Fig.2) are demonstrating great potential for our Xray visualization technique combined with SLiT-J.
Our final goal is to create a master concept, Nano
info -Graphy, for nano visualization of three elemen-

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

	  EUV	
  Image	
  of	
  	
  
the	
  cerebral	
  cortex	
  	
  
of	
  a	
  mouse	
図2

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

寺内

正己 教 授Masami TERAUCHI, Professor佐藤

庸平 准教授Yohei SATO, Associate Professor

Electron -Crystallography
and –Spectroscopy

TERAUCHI
Lab

専門分野・キーワード

顕微構造物性解析／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
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
nm-scale physics ／ electron microscopy ／ electron energy-loss spectroscopy ／soft-X-ray emission spectroscopy ／ convergent-beam electron diffraction
terauchi@tagen.tohoku.ac.jp

電子回折・分光計測研究分野

寺内研究室

機能デバイスや新物質の開発が必要であり、そのためには、電子顕微

ター層）の多層殻構造によりどのように変調されるかを、電子顕微鏡を用いた EELS 手法により粒子 1 粒 1 粒から明らかにした例である。

鏡を基礎としたナノスケールでの構造・物性解析手法の確立とその適用が不可欠です。これまでに、我々の目標である「ナノスケール構造・物性解析システムの構築」の実現を目指し、世界初の精密構造解析用分光型電子顕微鏡および解析ソ
フトウェア、高エネルギー分解能 EELS 電子顕微鏡、世界初の価電子状態分析電子顕微鏡など、オリジナルな手法・装置の開発とその機能評価への応用を行い、物性の解明と手法の有用性を実証してきました。図は、発光エネルギーを制御する目的で開発されている多層ナノ粒子（CdSe/CdS/
ZnS 粒子）の解析例です。発光相である CdSe 粒子（コア相）の量子サイズ効果が、CdS（インナー層）
・ZnS（アウDevelopment and Applications of nm-scale Crystallography andSpectroscopies
Our lab develops accurate nanometer scaleobtained by using a developed SXES instrument

characterization methods of crystal structuresattached to a transmission electron microscope.

by convergent-beam electron diffraction (CBED)and electronic structures by electron energy-loss
spectroscopy (EELS) and soft-X-ray emission spectroscopy (SXES) for evaluating new functional materials. For performing crystal structure studies,
we developed a new Ω-filter electron microscope
and a refinement soft-ware, which can perform not
only atom positions but also electrostatic potential
and charge distributions. For electronic structurestudies, a high-resolution EELS microscope and
SXES instruments were developed. Figure showsboron K-emission spectra of metal hexa-borides

53 l 54

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

持続可能な社会の実現には、省資源・省エネルギーでコンパクトな高先端計測開発センター

電子線を用いた局所の構造・物性解析手法の開発と応用

Electron Interference
Measurement

SHINDOLab

進藤

大輔 教 授Daisuke SHINDO, Professor

赤瀬善太郎 講 師

Zentaro AKASE, Senior Assistant Professor

佐藤

Takafumi SATO, Reseach Assistant

隆文 助 手専門分野・キーワード

電子線ホログラフィー／透過電子顕微鏡法／微細構造／伝導性／電磁場
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
electron holography ／ transmission electron microscopy ／ microstructure ／ conductivity ／ electromagnetic field
電子線干渉計測研究分野

進藤研究室

shindo@tagen.tohoku.ac.jp

ナノ領域での構造・伝導性・電磁場の多元解析
電子の波動性に注目しその干渉効果を利用した電子線ホログラフィー

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

は、ナノスケールで電磁場を可視化できる最先端の科学技術です。我々

探針操作技術の開発。（3）電場解析による帯電現象と電子の集団運は電子線ホログラフィーを活用して先端材料内外の電磁場を高精度で動の動的観察。（4）先端ハード・ソフト磁性材料のナノスケール磁区構計測する研究を行っています。対物レンズに磁気シールドを導入するな

造解析。
（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。

ど電子顕微鏡本体の改造を行う一方、試料ホルダーにも複数の探針を導入し、ピエゾ駆動操作することにより電磁場制御を行うとともに、局所領域での伝導性評価も実施しています。汎用の電子顕微鏡法による構造・組成情報に加え、電磁場・伝導性を評価する多元的解析を展開しています。
主な研究内容は以下のとおりです。（1）電子線ホログラフィーによるナノスケール電Multidisciplinary research for structure,
conductivity and electromagnetic field at nanometer scale
Electron holography, which is based on the interference of electron wave, is a powerful techniqueto visualize electromagnetic fields.
We are devoted to precise measurements of theelectromagnetic fields in many advanced materials, both in hard and soft matters.
Special efforts are made to develop unique toolsthat are combined with electron holography: e.g., amagnetic-shielded pole piece dedicated to magnetic domain observations, and a special equipment tomove microprobes inside the transmission electron
microscope. These techniques enable simultaneous measurements of the electromagnetic fields,
conductivity, structure, as well as composition at

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

nanometer scale

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

米田

忠弘 教 授高岡

毅 講 師

道祖尾恭之 助 教

Tadahiro KOMEDA, Professor

Advanced Scanning
Probe Microscopy

KOMEDALab

Tsuyoshi TAKAOKA, Senior Assistant Professor
Yasuyuki SAINOO, Assistant Professor

専門分野・キーワード

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
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
scanning tunneling microscope ／ quantum computing ／ spintronics ／ ESR-STM
komeda@tagen.tohoku.ac.jp

走査プローブ計測技術研究分野

米田研究室て、ナノ領域科学の基本となる計測技術や原子分子制御技術を開拓する手法、ESR-STM を開発し、シリコン酸化膜中のスピンの検出に成功しています。

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。
単一スピン検出の手法として、孤立スピンと伝導電子が形成する近藤状態を測定する方法を用いて、単一分子磁石のスピンを検知しました。この近藤状態は金属イオンではなく、有機リガンドから生じていることを示し、それを利用して分子を STM 探針で回転させることでスピンのオン・オフが可能な事を示しました。
また局在したスピンが磁場中で歳差運動を行うことを利用し、その周期に同期したトンネル電流の変化を周波数分解することでスピンを検知

Single spin detection and manipulation
for molecule-spintronics
The detection of a single spin is demanded for va-

spintronics, single molecule magnet (SMM) is one ofriety of applications, e.g., for reading and manipula-

the most promising material. We investigated the spintion of isolated spins for spintronics and quantumof SMM by detecting Kondo states. We found that thecomputation. We are developing instrumentation of

Kondo peak intensity shows a clear variation withthe detection of a single spin using scanning tun-the conformational change of the molecule; namely

neling microscope (STM). Especially, a method thatthe azimuthal rotational angle of the Pc planes.

detects the Larmor precession by monitoring a variation of tunneling current, called
ESR-STM, has a large advantage due to its
compatibility with solid devices and atomscale spatial resolution. We successfully
developed ESR-STM instrument which candetect the single spin in SiO layers. In addition, for the realization of the molecular-

55 l 56

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

本研究室では、走査型プローブ顕微鏡を中心とした装置開発を通じ先端計測開発センター

スピントロニクスへ向けた単一スピンの検出と操作

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

高分子ハイブリッドナノ材料研究分野

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野

光機能材料化学研究分野

Polymer Hybrid Nanomaterials

Hybrid Carbon Nanomaterials

Photo-Functional Material Chemistry

三ツ石研究室

京谷研究室

中川研究室

●高分子超薄膜をテンプレートとした金属／半導体ナノ粒子などのナノ物質の配列集積技術開発●ナノカーボンをベースとした水素貯蔵●光反応性有機単分子膜の開発●有機・無機ハイブリッドナノ材料による光電子機
能デバイスの創製●炭素材料エッジサイトの高度分析と構造制御●単層グラフェン多孔体の合成とエネルギー貯
蔵および変換への応用●ナノインプリントリソグラフィ用先進有機高分子
材料の創製

MITSUISHI Lab

KYOTANI Lab●ナノ接着・ナノ界面の自在構築●高分子材料の配向制御●炭素被覆メソポーラス構造体を用いた燃料電
池・バイオセンサーなどへの応用●ボトムアップ的手法による高分子ハイブリッド材
料の開発●水分散性カーボンナノ試験管を用いたバイオ応用 anomaterials ordering with ultrathin polymer films
N
Nanoelectronics and nanophotonics
Soft surface and interface
Control of polymer orientation in soft nanostructures
Bottom-up design of hybrid polymer materials●シリコン系高容量リチウムイオン電池負極材料の開発

有機ハイブリッドナノ結晶材料研究分野
Organic and Hybridized Nanocrystals

及川研究室
OIKAWA Lab●有 機・高分子ナノ結晶のサイズ・形態制御と光学特性評価●有機̶無機ハイブリッドナノ結晶の新規作製法の開発と物性評価●ナ ノ結晶・粒子のカプセル化、集積化ナノ構造体制御と光機能物性●励起子̶局在型表面プラズモン相互作用の解析●有機半導体薄膜のプラズモン / ポラリトン特性
Fabrication of well‑defined organic and polymer
nanocrystals, and their optical properties
D evelopments of novel fabrication processes
for organic‑inorganic hybridized nanocrystals,
their characterization, and evaluation of physical properties
E ncapsulation of nanocrystals / nanoparticles,ordered array‑controlled nanostructures on a patterned substrate and optical function
M utual interaction between exciton and localized
surface plasmon on nano‑levelPlasmon and polariton behaviors in organic semiconductor thin film

Hydrogen storage based on nanocarbon materials
Advanced analysis of carbon edge sites and theirstructure control
Synthesis of graphene-based porous materials
and their application for energy storage andconversion
Development of highly ordered carbon-coatedmesoporous materials for fuel cell and biosensor
Use of water-dispersible carbon nano-test-tubes
for biological application
Development of Si-based high capacity anodes
for lithium-ion batteries

ハイブリッド材料創製研究分野
Hybrid Material Fabrication

芥川研究室
AKUTAGAWA Lab●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

NAKAGAWA Lab●極限ナノサイズの 3 次元造形技術と光学・電子
デバイスのへ応用●環境再生材料の創製
Innovative photo-reactive organic monolayers
Advanced organic polymer materials for nanoimprint lithography
F iguration methods for 3-dimensional single-nanometer structures and their application to opticaland electronic devices
Development of materials to enable environmental
remediation

有機・バイオナノ材料研究分野
Organic- and Bio- Nanomaterials

笠井研究室
KASAI Lab

●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
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●巨大ポリオキサメタレート化合物の材料化
 erroelectric, pyroelectric, and thermal conductF
ing materials from supramolecular rotators
M o l e c u l a r‑ a s s e m b l y d e v i c e s b a s e d o ncharge‑transfer interactions
N ovel molecular conductors and magnets
M olecular devices based on organic‑inorganic
hybrid nanostructures
D evice application of gigantic polyoxometalates

高分子・ハイブリッド
材料研究センター
POLYMER・HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER
当研究センターは、「高分子・ハイブリッド系関連のエレクトロニクス分野、フォトニクス分野、エネルギー分野、情報分野、及びナノテクノロジー分
野に供する新規機能性高分子・ハイブリッド系材料創製の学理と応用研究を行うことを目的」として発足し、特徴のある６研究分野で構成され、当該研究分野の推進、産学連携、大学院生の教育、および若手研究者の育成に努力しております。
The mission of PHyM Center is to promote Polymer and Hybrid Material Science & Technology applicable to next generationelectronics, photonics, energy devices, informatics, and nanotechnology. This Center is organized by 6 active laboratories,
aiming to promotion of the fields, the collaboration research and the education of graduated students for future.

Polymer Hybrid Nanomaterials

MITSUISHILab

三ツ石方也 教 授

Masaya MITSUISHI, Professor

山本

俊介 助 教Shunsuke YAMAMOTO, Assistant Professor

朱慧娥 助 教Huie ZHU, Assistant Professor

専門分野・キーワード

高分子超薄膜／光電子機能／ハイブリッドナノ材料／表面・界面
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
polymer nanosheet ／ optoelectronic device ／ hybrid nanomaterial ／ surface and interface
高分子ハイブリッドナノ材料研究分野

三ツ石研究室masaya@tagen.tohoku.ac.jp

ボトムアップ型高分子ハイブリッドナノ材料の創製
高分子、金属ナノ粒子、半導体ナノ粒子、ナノクラスターなどの多様ジー」の発展を目指した新素材の研究開発を行っている。

なナノ物質を機能分担に従い、ボトムアップ的に自在集積・組織化し、合目的的に融合した新規なハイブリッドナノ材料の開発を目指している。 分子極限の厚さを有する高分子ナノシー
トが示す自己支持性や自在集積の特徴を利用しながら、種々のナノ物質を分子系ビルディングブロックとしてナノメートルレベルで精密に組織化することで、おのおののナノ物質が示す機能を階層的にハイブリッド化した新たな光電子機能発現およびその機構の解明を目指している。表面・界面を利用することでナノメートルスケールでの高分子の配向・構造制御を可能とするボトムアップ的手法をとおして、高分子ハイブリッドナノ材料による次世代ナノデバイ
ス開発の基盤技術の構築や「ボトムアップ型ナノテクノロ

Flexible design of polymer hybrid nanomaterials
The research objective of our group involves developing well-defined hybrid assemblies organizedwith wide variety of nanomaterials e.g., polymer,
metal/semiconductor nanoparticles, nanoclusters,
and inorganic nanomaterials through bottom-up
techniques. Ultrathin polymer films such as polymer nanosheets prepared by the Langmuir-Blodgett technique serve as key materials to assemble
nanomaterials in a desired way, controlling the
distance and the layer structure at the nanometer scale. Bottom-up design of hybrid polymer assemblies allows us to create new function (mainly
related to photonics and electronics) and to elucidate the mechanism in terms of structure-property
relationship. These approaches will open up new
exciting opportunities for soft optoelectronic na-

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

nodevice applications.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

及川

英俊 教 授小野寺恒信 助 教

Hidetoshi OIKAWA, Professor

Organicand Hybridized Nanocrystals

OIKAWALab

Tsunenobu ONODERA, Assistant Professor

専門分野・キーワード

有機ナノ結晶／ハイブリッドナノ結晶／集積化ナノ構造体制御／フォトニック材料
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
organic nanocrystals ／ hybridized nanocrystals ／ directed-assembled nanostructure control ／ photonic materials
有機ハイブリッドナノ結晶材料研究分野

oikawah@tagen.tohoku.ac.jp

及川研究室

有機ハイブリッドナノ結晶の創成とフォトニック材料への展開
共役系有機・高分子物質と無機系物質（金属・半導体など）とのハの評価を中心課題に据え、さらには、新規ナノ構造体制御を目指しイブリッドナノ材料には、構成物質の多様な組み合わせ、サイズ・形た表面プラズモン励起重合反応の検証、フォトクロミック物質や電状、内部構造とその界面相互作用に強く依存した特異な光・電子物

荷移動錯体のナノ結晶化、
逆オパール周期構造高分子薄膜などの２．説明図等画像（上段用-２）

１．説明図等画像（上段用-１）性や反応性、新規機能の発現が期待されます。

研究展開も図っています。

当研究分野では、次世代フォトニクス材料に資することを目的として、様々なタイプのコア—シェル型
有機—無機ハイブリッドナノ結晶の創成とその集積

ナノ結晶作製手法の開発、有機—無機ヘテロナノ界面の設計・構築、ハイブリッド化手法の開発と基礎
物性解析、有機ナノ結晶およびハイブリッドナノ結晶の集積・階層化プロセスの構築と光・電子物性機能

Polydiacetylene (core) - silver (shell)
hybridized nanocrystals fabricated by visiblelight-driven photocatalytic reduction method.

Directed-assembled structure consisted of PS
microspheres on a patterned substrate, andschematic illustration of coupled-resonatoroptical-waveguide and optical switch.

Creation of novel organic-inorganic hybridized nanocrystals
for next-generation photonic device materials
In current material science, hybridized nanomateri-trol, and evaluation of optoelectronic and photonic

als are expected to exhibit the peculiar optoelec-

functions. In addition, surface plasmon-assisted

tronic and photonic properties, which are strongly

multi-photon polymerization, nanocrystallization of

dependent on combination of organic and inorganic

photochromic materials and charge-transfer com-

３．説明図等画像（下段用-１）
components, size and shape, inner
structure, andplex, and ４．説明図等画像（下段用-２）
polymer thin films having inverse-opal

interface interaction.

periodic structure are also now in progress.

Aiming to develop photonic devicematerials, our research group has
extensively studied on mass-production of well-defined organic
nanocrystals, design of organicinorganic hetero nano-interface
and hybridization method, directed-assembled nanostructure-con-

TEM images of (left) polydiacetylene (core) – Pt
(shell) hybridized nanocrystals, and (right) poly(3octylthiophene) (core) - Pt (shell) hybridized
nanocrystals.

Directed-assembled nanostructure control produced by
the tapered cell method on a patterned substrate: (left)
Kagome structure of PS microspheres and (right)
encapsulated ZnS nanoparticles.

59 l 6 0・ HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER
POLYMER

すなわち、大量作製も含めたより高度で精緻な有機高分子・ハイブリッド材料研究センター

化ナノ構造体制御に関する研究を推進しています。

Hybrid Carbon Nanomaterials

KYOTANI
Lab

京谷

隆 教 授

西原

洋知 准教授

Hirotomo NISHIHARA, Associate Professor

干川

康人 助 教Yasuto HOSHIKAWA, Assistant Professor

Takashi KYOTANI, Professor

専門分野・キーワード

ナノカーボン／炭素被覆／エネルギー貯蔵／ナノバイオ工学
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
nanocarbons ／ carbon coating ／ energy storage ／ nanobiotechnology
kyotani@tagen.tohoku.ac.jp

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野

京谷研究室

均一なナノ空間を反応場としたハイブリッドナノカーボンの合成
当研究室では、材料合成の反応場をナノメーターレベルで制御するこどのナノバイオ分野への利用も目指して研究を進めている。

とでカーボン材料をはじめとする種々の新しい無機材料とその複合体の開発を行っている。これまでに、直径と長さが均一であるカーボ
ンナノチューブ、ゼオライトのような規則正しい細孔構造と世界最大の比表面積をもつ「ゼオライト鋳型炭素」といったユニーク

Carbon-coated mesoporous silica film
before coating
20 mmhydrophilic

mesoporous silica（space group: Fmmm）

hydrophobic

application to 3D
porous electrode film

20 mm

なナノカーボンの合成に世界に先駆けて成功しているほか、メソ
ポーラスシリカなど無機多孔体の細孔表面をグラフェンシート数

after coating

層で完璧に被覆する技術を開発するなど、ナノカーボンの分野で世界をリードした研究開発を進めている。また、これらの高度に構造が制御された無機ナノマテリアルを、電気二重層キャパシタ
やリチウムイオン電池、水素貯蔵剤などの分野へ応用し、高性

enzymeimmobilization
Thin carbon layer
comprised only 1–2
graphene sheets.

能エネルギーデバイスとして応用展開しているほか、高感度なバ
イオセンサーや薬剤・遺伝子を輸送するカーボンナノカプセルな

enzymatic electrodefor biosensor

Synthesis of novel nanocarbon-materials and their nano-hybrids
We are designing and developing novel nanocarbon

coating of the entire surface of mesoporous silica

materials together with their hybrids by controllingwith graphene layers. We are trying to apply these

the reaction nano-fields for the syntheses of theseunique nanomaterials to electronic device, electro-

materials. One example is fully tailored carbon na-

chemical capacitors, lithium-ion batteries, hydrogennotubes with uniform diameter and length. Anotherstorage, biosensors and capsules for drug and genenoteworthy material is zeolite-templated carbondelivery.

which has structure regularity
like zeolite and asurprisingly large

tubularcarbonsurface area up
to 4000 m2/g. In
addition, we haverecently developed a method
for a complete

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

A monolithic and binderless electrode with straight andparallel nanopores coated by conductive nanocarbon film

electrodematerial

10 nm

current
collector
electrolyte solution

EDLC

Electrode ofof zeolite-templated
zeolite-templated carbon
Electrodecarbonfor
forhighhighperformance electric
electric double
double layer
performancelayer capacitor
capacitor (EDLC)(EDLC)- Application Enzymaticelectrode for abiofuel cell

Carbon-coated anodic aluminum oxide (CAAO) film

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

芥川

智行 教 授Tomoyuki AKUTAGAWA, Professor

菊地

毅光 助 教Takemitsu KIKUCHI, Assistant Professor

星野哲久 助 教Norihisa HOSHINO, Assistant Professor

武田

貴志 助 教Takashi TAKEDA, Assistant Professor

Hybrid Material Fabrication

AKUTAGAWA
Lab

専門分野・キーワード

有機電子材料／分子性導体／分子磁性体／分子エレクトロニクス
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
organic electronic materials ／ molecular conductors ／ molecular magnets ／ molecularelectronics
ハイブリッド材料創製研究分野

akuta@tagen.tohoku.ac.jp

芥川研究室

多重機能を有する分子性材料の創製
有機分子の設計自由度に着目した分子集合体の多重機能の構築および無機材料とのハイブリッド化を試みています。導電性・磁性・強誘電性の観点から、分子性材料の電子－スピン構造を設計し、その集合状態を制御する事で、マルチファンクショナルな分子性材料の開発を行っています。例えば、分子性結晶内の分子回転に関する自由度を設計し、分子のflip-flop 運動を利用した双極子モーメントの反転が実現できます。
カチオン性の超分子ローター構造の回転周波数・対称性・方向性など
・ HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER
POLYMER

性が設計可能となります。また、磁性機能を有するアニオン性ユニットとの複合化により、強磁性－強誘電などのマルチファンクショナルな分子性材料の開拓を目指した研究を展開しています。単結晶・柔粘性結晶・液晶・ゲル・LB 膜など多様な分子集合体を研究対象とし、将来の分子エレクトロニクスの実現に必要な基礎的な研究を試みています。

Fabrications of multifunctional molecular materials
Multifunctional molecular-assemblies and hybrid or-

The researches will be essential for future molecular

ganic - inorganic materials are examined from theelectronics.

viewpoint of structural freedom of organic
molecules.  The spin and electronic states ofmolecular-assemblies are designed in termsof electrical conductivity, magnetism, andferroelectricity.   For example, the designsof flip-flop motions and dipole inversions in
the crystals realized the ferroelectric properties.   The hybrid assemblies with the supramolecular rotators and magnetic anions
formed the multifunctional ferroelectric - ferromagnetic materials.  Diverse molecular assemblies from single crystal, plastic crystal,liquid crystal, gel, to Langmuir-Blodgett film
are our research targets.

61 l 6 2

高分子・ハイブリッド材料研究センターの精密制御から、強誘電体の転移温度・応答速度・抗電場などの諸物

Photo-Functional
Material Chemistry

NAKAGAWA
Lab

中川

勝 教 授

中村

貴宏 准教授Takahiro NAKAMURA, Associate Professor

廣芝

伸哉 助 教Nobuya HIROSHIBA, Assistant Professor

Masaru NAKAGAWA, Professor

専門分野・キーワード

材料科学／高分子化学／単分子膜工学／ナノインプリント
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Materials chemistry ／ macromolecular science ／ monolayer engineering ／ nanoimprinting
光機能材料化学研究分野

nakagawa@tagen.tohoku.ac.jp

中川研究室

界面機能分子制御に基づく光機能材料の創製
微細加工技術において次世代のものづくり基盤技術として期待されているナノインプリント技術に着目している。 分子レ

可視光応答メタマテリアルの作製

光機能材料の探求

金属微細構造形成・応用展開

微細形状観察に適した光機能材料

高分子薄膜

ベルで考える化学的な視点から、界面機能分子制御の学理を

OH

OH

O

O

S

目指し、ナノインプリント技術で展開できる先進的な光機能材

化性樹脂の開発、サブ15 nm 構造造形を目指したスクリーン

蛍光性光硬化樹脂による
光ナノインプリントプロセスの可視化

高粘度光硬化性組成物の位置選択的塗布

極限ナノ光造形

スクリーン印刷法と光ナノインプリント法の融合

ブロック共重合体の微細加工への展開

離型

紫外線照射

充填

スクリーン塗布

RLT1

組成物の位置選択的塗布、ブロック共重合体の微細加工へ離型促進単分子層

新規光学特性を示す
メタマテリアルへの展開

500 nm

した光機能材料作製を目指したナノインプリント用蛍光性光硬線幅：0.35 µm
spincoating

誘導自己組織化
RLT2

ブロック共重合体薄膜

RLT1 = RLT2

線幅：5.0 µm

200 nmspincoating
RLT = 0.87 µm

これらの研究を通じて再生環境エネルギー材料や極限ナノ構

蛍光顕微鏡観察金のスプリットリング作製

指した可視光応答メタマテリアルの作製、微細形状観察に適の展開を目指した極限ナノ光造形に関する研究を行っている。

基板
光硬化樹脂

料の創製を行っている。 金属微細構造形成・応用展開を目

印刷法と光ナノインプリント法の融合による高粘度光硬化性

レジスト除去

下地層除去

S

Au
基板

蛍光性
光硬化樹脂

モールド

電解めっき

RLT2 = 0.48 µm

RLT1

RLT2
3 mm

screen printing

3 mmscreen printing

RLT = 0.21 µm

RLT = 0.20 µm

RLT3

光ナノインプリン
トリソグラフィーを用いた微細構造形成のための
残膜厚制御

RLT4
3 mm

造デバイスへの展開も進めている。

ガイドパターン

原子層堆積法
光硬化樹脂

Al2O3

樹脂除去
250 nm基板

sub-20 nmの微細構造の作製

3 mm

Advanced photo-functional materials for nanoimprint
Nakagawa group has dedicated to pursue scien-

to control photon, electron, and magnetism.

tific principles for molecular control of interfacefunction occurring at polymer/other materialinterfaces and to put them into practice inFix by light, Control light

Anchoring by
photo-reactive monolayer

nanoimprint lithography promising as a next

Fabrication by light,
Visualize by light

Fluorescent photo-curable resin

Fine tuning of
metal structuresgeneration nanofabrication tool. We are developing advanced photo-functional materials such as sticking molecular layers for “fixby light”, UV-curable resins and antisticking
molecular layers for “preparation by light”,
fluorescent resist materials for “inspection
by light”, and hybrid optical materials “available to light” and new research tools such asmechanical measurement systems to evaluate release property of UV-curable resins.
Our research aims at creating new devices

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所(c)①

Application totransparent conductive films

Line width：0.35 µm

Line width： 5.0 µm

spincoating

spincoating
RLT = 0.87 µm

RLT1

Fluorescence inspection

Single-Nanometer Figuration

Formation of Sub-15 nm
structures by UV-NIL

Directed self-assembly
Block copolymer thin-film

RLT2 = 0.48 µm

200 nmRLT2
3 mm

screen printing

Nano guide3 mmAtomic layer deposition

screen printing

RLT = 0.21 µm

RLT = 0.20 µm

3 mm

3 mm

RLT3

UV-cured resin
RLT4

Leveling of residual layer thicknesses(RLT) by Print & Nanoimprint Lithography

Al2O3

etching
250 nmsubstratesub-20 nm scale figuration

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

笠井

均 教 授

宇井美穂子 助 教

Hitoshi KASAI, Professor

Organic- and Bio- Nanomaterials

KASAI
Lab

Mihoko UI, Assistant Professor

専門分野・キーワード

ナノ薬剤／有機ナノ粒子／抗癌薬
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Nano Drugs ／ Organic Nanoparticles ／ Anti-cancer Drugs
hkasai@tagen.tohoku.ac.jp

有機・バイオナノ材料研究分野

笠井研究室

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
従来の薬化合物の設計としては、薬理効果を有する化合物に水溶性の置換基を付けることが一般的でした。ところが、抗がん治療に用にも幅広く応用展開できることが分かってきました。近い将来での実用化に向けて邁進中です。

いる薬剤の場合、水溶性化合物を静脈注射投与すると、血中に移行
後、腎臓から濾過されやすい上、正常組織にも拡散しやすいこと、また、
100 nm 以上のマイクロ薬剤の場合は、マクロファージに貪食された後、肝臓に運ばれることが知られています（Fig. 1）。
当該研究分野では、上記の課題を克服するため、抗がん活性薬化合とに加えて、有機ナノ粒子の作製法である再沈法を駆使することにより、
100 nm 以下のナノプロドラッグ（Fig. 2）を作製する技術を確立しました。その結果、腫瘍組織の細胞内にまで効率的なドラッグデリバリーが可能な抗癌性ナノプロドラッグを創出できることや、本技術が点眼薬など

Fig. 1 ドラッグデリバリーの概要

Fabrication of The Novel Designed Nanodrugs Composed of
Poorly Water-Soluble Compounds
For the design of the conventional drug compound,the poorly water-soluble substituent such as a cho-it was common to add a water-soluble substituent

lesterol derivative are chemically linked. In addition,

to a compound having a pharmacological effect.

by utilizing our technique of reprecipitation for fab-

However, in the case of anti-cancer drugs, it was

rication of organic nanoparticles, we could establish

reported that the water-soluble compounds given by

the method to obtain 100 nm or less of the nano-using intravenous administration were easily filteredprodrugs (Fig. 2). As a result, we have found thatfrom kidney or diffused even in normal tissue. On the

our anti-cancer nano-prodrugs themselves could beother hand, it is known that, when µm-sized drugsdelivered even within the cellswith more than 100 nm were administrated in theof the tumor tissue, and thisblood, they tended to be transported to the liver after

strategy was applicable for themacrophages were phagocytosed (Fig. 1).

other drugs such as eye drops

In our group, in order to overcome the above prob-

and so on. We are aiming atlems, we are designing the novel anti-cancer drugs

practical application of this na-

composed in the dimer or the compounds to which

no-prodrugs in the near future.

Fig. 2  100 nm 以下のナノ
プロドラッグの SEM 写真

63 l 64・ HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER
POLYMER

ことや２量体化などを施すという従来とは真逆の薬剤設計を遂行するこ

高分子・ハイブリッド材料研究センター

物にコレステロール誘導体などの難水溶性置換基を化学的に連結する

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

無機固体材料合成研究分野

環境無機材料化学研究分野

無機材料創製プロセス研究分野

Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

Environmental Inorganic Materials Chemistry

Design of Advanced Inorganic Materials

山根研究室

殷研究室

垣花研究室

●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●多 元系金属間化合物を対象とした熱電材料の開拓●‌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●‌自動車排ガス浄化触媒の開発●半導体ナノ材料のガスセンサー特性評価●窒化物・酸窒化物のナノ構造制御と機能性開発●フォトセラミックス開拓を目指した新物質合成●エネルギー変換のための高効率な光触媒の構築●溶液法を利用した高機能フォトセラミックスの合成●機能性金属錯体のケミカルデザイン●金属錯体を利用したハイブリッド材料の創製
および形態制御YAMANE Lab

YIN Lab ynthesis, crystal structure analysis, and characS
terization of new multinary inorganic compounds
Development of thermoelectric materials basedon multinary intermetallic compounds
Development of novel synthetic routes for advanced ceramic materials using active metals
Synthesis of nitrides, carbides and silicides using a Na flux

金属機能設計研究分野
Metallurgical Design for Material Functions

蔡研究室
TSAI Lab

Development of inorganic functional materials byenvironmental friendly processes‌ S ynthesis of mixed-anion type high sensitive
visible light responsive photocatalysts and theirmultifunctionality‌ D evelopment of inorganic ultraviolet ／ infrared
light shielding and transparent electric conductive thin films‌ D evelopment of automobile exhaust gas purification catalysts‌ G as sensing property characterization of semiconductor nanomaterials‌ N anostructure control and functionality development of nitrides ／ oxynitrides

KAKIHANA Lab

E xploration of new materials aiming at development of new photoceramics
C onstruction of highly active photocatalysts aiming at energy conversion
S ynthesis of high-performance photoceramics bysolution-based methods
C hemical design of new metal complexes
Fabrication of hybrid materials and morphology control of ceramics using metal complexes●準結晶合金の合成と準結晶分散 Mg 合金の作
製
●準結晶構造の数理的な解析●合金化による電子構造と触媒機能の制御●複合組織化による触媒機能の創出●金属間化合物を前駆体とした触媒作用の発現
起源
S ynthesis of quasicrystals and preparation ofquasicrystal reinforced Mg alloys
M athematical analysis for structures of quasicrystals
A djusting electronic structure and controlling
catalytic function in terms of alloying
C reating new catalytic function by tailoring composite structureO rigin of activity of Raney metals prepared fromintermetallic precursors

新機能無機物質探索
研究センターCENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS
新機能無機物質探索研究センターは、酸化物や窒化物にとどまらない多元的新規無機物質の探索及び創製を目指し、極限環境技術や、ソフト化学
技術等を駆使した新規製造法の開発及び学理構築を行うとともに、それら新機能物質を用いた産業応用を進めることを目的として 2012 年に発足しました。金属・セラミックス分野で実績のある 4 研究分野で構成され、国内外での新機能無機物質探索研究の促進を目指した活動も展開します。
Center for Exploration of New Inorganic Materials (CENIM) was founded in 2012 for the purpose of discovering and creating new multidisciplinary inorganic materials. The center is organized by 4 laboratories with the activity which aimes at
promotion of research for exploration of new inorganic materials in and outside the country.

Inorganic Crystal
Structural Materials Chemistry

YAMANELab

山根久典 教 授Hisanori YAMANE, Professor

山田

高広 准教授Takahiro YAMADA, Associate Professor

専門分野・キーワード

無機構造化学／固体材料化学／セラミックス／材料合成
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
inorganic structural chemistry ／ solid state materials chemistry ／ ceramics ／materials synthesis
無機固体材料合成研究分野

山根研究室

yamane@tagen.tohoku.ac.jp

金属融液を利用した多元系新規無機化合物の合成と結晶構造化学
上段図

多種元素の組み合せからなる無機化合物には未開拓の物質群が数

Thermoelectric properties

多く存在し、既知の材料にはない特性をもつ物質が潜んでいる可能性(High-ZT values)

Ga/Sn atoms(forming a 3-D
framework structure)がある。当研究室では固体化学の観点から，新規多元系無機化合物の探索と、得られた物質の構造解析や特性評価を行い、それらの新しいセラミックス素材としての可能性を探求している。新規物質の発見が直Na atoms(disorderedin tunnels)

ちに実用材料に結びつくことは希だが、未知の物質で有用な特性質が見出される可能性があり、多元系で生成する物質の探索や生成相の関係を明らかにすることは、大学の基礎研究に託された大切な課題のひとつと考える。また、当研究室では、セラミックス素材の作製法として一般b

的な固相反応法に加え、金属ナトリウム（Na）などの金属融液を活性反ca

応場とする新たな合成方法を研究し、従来法では合成が困難な条件での微粉体や単結晶，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。

螺旋トンネル空間内に統計的に配置した Na 原子を含むジントル化合物の結晶構造と高熱電エネルギー変換特性

Synthesis and crystal structure analysis of oxides, suboxides,
nitrides, and Zintl compounds
We are searching new inorganic compounds, analyzing their crystal structures and characterizing
their properties. The novel methods developed forvanced ceramic materials using active metals
下段図the synthesis of the new compounds are applied
to the preparation of conventional ceramics andinorganic materials in order to improve their qualities and performances.
● Synthesis of oxides, suboxides, and nitrides by
the solid state reaction and flux methods● Crystal structure analysis and characterizationof new inorganic compounds● Development of thermoelectric materials basedon multinary intermetallic compounds● Development of novel synthetic routes for ad-

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

Titanium
atom
Oxygenatom

ε‐TiO

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

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

蔡

安邦 教 授

亀岡

聡 准教授

藤田

伸尚 助 教Nobuhisa FUJITA, Assistant Professor

西本

一恵 助 教Kazue NISHIMOTO, Assistant Professor

An-Pang TSAI, Professor

Metallurgical Designfor Material Functions

TSAI
Lab

Satoshi KAMEOKA, Associate Professor

専門分野・キーワード

準結晶／触媒／格子欠陥／価電子帯構造
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
quasicrystal ／ catalysis ／ lattice defect ／ valence electronic structure
aptsai@tagen.tohoku.ac.jp

金属機能設計研究分野

蔡研究室

準結晶の合成と構造解析および金属学に基づく触媒機能設計
準結晶合金と合金触媒を主とした基礎研究および材料開発を行ってています。

います。準結晶の研究において、新準結晶合金と単準結晶の合成、準結晶の構造解析およびその構造数理を含む基礎研究と準結晶を前駆

高次近似結晶の構造�

Au-Sn-Yb�準結晶

物質とする触媒や準結晶分散による高強度 Mg 合金などの材料開発を並行して進めています。最近では、準結晶と同じ骨格構造を有する AlPd-Cr-Fe 近似結晶の構造を解き明かしました。
一方、合金の電子構造および微細組織の制御といった金属学的な手法による新しいタイプの触媒材料の開発も行っています。例えば、1.）枯渇が危惧される貴金属資源の代替を目指し、価電子帯構造制御によ５角１２面体 	Al-Pd-Cr-Fe合金の構造�

る新しい合金触媒の設計を進めており、一部の反応において CuNi 合金による Pd の触媒機能の創出に成功しています。2.）組織制御した合金にリーチングもしくは酸化—還元を施し “ 自己ナノ組織化 ”を促すことで触媒機能の向上を図る新しい合金触媒調製プロセスの開発を行っ

Mackay cluster� Bergman cluster�
Acta Cryst. (2013) A69, 322–340�

５回対称回折パターン 	Synthesis of quasicrystals and their structure analysis,
and designing catalysts in terms of metallurgy
Fundamental stud-

Design of Alloy for Catalysis

ies on QCs range over different aspects, including

Like Electronic
Structure, Like
Catalysis

search for new alloy, structure analysis and structure
description by means of geometrical mathematic. In

DOS & Catalysis:
CuNi = Pd
PdZn = Cu

the application part, QC-reinforced high-strength Mg
alloys and QC catalysts have been developed. We

J. Chem. Phys.. (2013)
138, 14470

propose a new paradigm for designing catalysts interms of metallurgy：1）control of electronic structureby alloying to adjust the catalytic function, aiming
at replacement for precious metals, 2）tailoring nanoarchtectures through self-organization processes
generated by leaching or redox treatments for devel-

CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS

structure and microstructure.

oping new processes for catalysts.

Design of Microstructure for Catalysis
Lamella (Fe3O4 + Pt)
creates new catalysis
Catal. Lett., (2015) 145,
2457-2463

67 l 6 8

新機能無機物質探索研究センター

Our research is focused on quasicrystal（QC）anddesigning alloys for catalysis by controlling electronic

Environmental Inorganic Materials
Chemistry

YIN
Lab

殷

澍 教 授

朝倉

裕介 助 教Shu YIN, Professor
Yusuke ASAKURA, Assistant Professor

専門分野・キーワード

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
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Mixed Anion Compounds ／ Solvothermal Process ／ Morphological Control of Ceramics／ Environmental Responsive Functionality
環境無機材料化学研究分野

殷研究室

shuyin@tagen.tohoku.ac.jp

ソルボサーマル反応による環境応答性無機ナノマテリアルの創製
形態制御可能な環境応答性無機ナノ材料の創製とエネルギーや環能材料の創製及び機能性高度発現に関する研究を展開している。

境に関連した高度機能性開発を行っている。主に環境に優しいソフトケ

UV LED
NIR Laser Red LED Green LED Blue LED
445 nm390 nm
530 nm
627 nm
980 nmon offon offon offon offon off

ミカル手法による材料合成を行い、特に高温水や非水溶媒を利用する
1.0

NO Concentration / ppm

ソルボサーマル反応等の溶液
化学反応を用い、複合アニオ
ン化合物の合成や電子構造制御を行う。 環境に優しい反

0.8
0.7

x

応条件で環境応答性無機ナノ

0.9

材料の形態・結晶化度・結晶相・粒子サイズの精密制御を行い、環境調和・エネルギーの高効率利用・フォトンや化学物

C-TiO2

0.6(1:1)@(Yb, Er)-NaYF4/C-TiO2(Yb, Er)-NaYF4

0.5
0

10

0

10

0

10

0

10

0

10

0

Time / min
形態が制御された酸化物粉体材料
Oxides with various morphologies
形態が制御された酸化物粉体材料

アップコンバージョン蛍光体（UP）/C-TiO2 コンポジットの紫外・可視及び赤外線照射による deNOx 光触媒活性
アップコンバージョン蛍光体(UP)/C‐TiO
2 コンポジットの紫外・UV, visible and NIR lights induced photocatalytic deNOx activity of
可視及び赤外線照射によるdeNOx光触媒活性
up-conversion phosphors coupled C-TiO2 composites.
UV, visible and NIR lights induced photocatalytic deNOx
activity of up‐conversion phosphors coupled C‐TiO2 composites.

Oxides with various morphologies

質による環境応答等の無機機

Creation of Environmental Responsive Inorganic Nanomaterials
by Solvothermal Reaction
The development of environmentally responsive in-of environmental responsive inorganic functionalorganic nanomaterials with controllable morpholo-materials with novel applications on environmental

gies and their advanced functionalities related withharmony, high-efficiency energy utilization, andenergy and environment is carried out. Environ-responsivity related to photon and chemicals is

mentally friendly soft chemical processes, espe-

carried out.

cially solution process consisted of solvothermal

9.68×10-2Ω･cm

reaction using water and non-aqueous solvents

Growthsolution

at elevated temperatures, are mainly used for thetrol 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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

2mHeating
100
90

81.2%

Before N2 treatment

80
Transmittance [%]synthesis of mixed anion compounds and the con-(387.2Ω/□)

A seedsubstrate

70
60

After N2 treatment

50
40
30
20

5m

10
0
200

300

400

500

600

700

800

Wavelength [nm]溶液プロセスによる配向性透明導電性薄膜の調製
溶液プロセスによる配向性透明導電性薄膜の調製
Preparationof oriented
transparent
conductivethinfilm bysolution process
Preparationof oriented
transparent conductive
thin filmby solution
process

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

垣花

眞人 教 授Masato KAKIHANA, Professor

加藤英樹 准教授

Hideki KATO, Associate Professor

小林

亮 助 教

Design of Advanced Inorganic
Materials

KAKIHANALab

Makoto KOBAYASHI, Assistant Professor

専門分野・キーワード

化学プロセス／新物質開拓／機能性金属錯体のケミカルデザイン／フォトセラミックス
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
chemical process ／ exploration of new materials ／chemical design of metal complexes ／ photoceramics
無機材料創製プロセス研究分野

kakihana@tagen.tohoku.ac.jp

垣花研究室

フォトセラミックスにおける新物質探索と高機能化
当研究室では、蛍光体や光触媒など光機能性のフォトセラミックスに

しくは高機能化を目指して、様々な化学プロセスを利用した合成手法もしついて新物質の開発や高機能化を行っています。これらフォトセラミック

くは修飾処理の検討を行っています。さらに、酸化物多形の選択的合スの機能は、物質に強く依存していることから、多様な特性の蛍光体や成や形態制御を可能にする金属錯体についてケミカルデザインの観点か

高機能な光触媒を構築するためには新物質の開拓が重要な課題となっら開発を行っています。

ています。当研究室では、酸化物、硫化物、酸窒化物、リImprovement of photocatalytic activity of SrTiO3
by flux treatment

New materials in (Ca1-XSrX)2nSin+1S4n+2 system

ン酸塩など多様なセラミックス
CaSiS2
Layerを対象として、セラミックスを構成する元素の種類や組成

KCl-treated SrTiO3

Ca2n-1SinS4n
layerを制御することで新しい物質の開発を目指しています。また、既知のフォトセラミックスについても、新機能の発現もn=∞ Ca2SiS4(known material)

n=4 (CaXSr1-X)8Si5S18
X=0.03-0.1

n=3 (CaXSr1-X)3Si2S7
X=0.3

Exploration of new photoceramics and improvement of
their performanceas “photoceramics”, such as phosphors and photo-polymorphs and morphology control via chemical

catalysts. Exploration of new materials is an impor-design of metal complexes.

tant assignment for construction of photoceramics
with desired properties because their performanceand properties strongly depend on the materials.
Our research group is exploring the new materials

Development of organic-inorganic hybrid andmorphological control of inorganic materials
Titanium-picolinato hybridwith lamellar structure

Morphological control oftitanium dioxide particles

in various material groups, such as oxide, sulfide,
oxynitride, and phosphate, with concepts of control of constituent elements and composition. We
are also examining improvement of performanceof photoceramics using chemical processes suchas the solution-based synthesis and the morphol-

1 μm

1.6 nm
10 nm

100 nm20 nm

6 9 l 70

CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS

ogy control by fluxing and etching. In addition, weare also investigating selective synthesis of oxide

新機能無機物質探索研究センター

Our research interest is focused on exploration of
new photo-functional materials, which are called

多元CAFTAGEN CAF（TAGEN CENTRAL ANALYTICAL FACILITY）

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 and characterizaition of various materials using special equipments, such as the electron microscope, X-ray diffraction devices,nuclear magnetic resonance analyzer, laser spectroscopy devices, etc., and Nanotechnical Laboratory, which supported the researches in Hybrid Nano-Materials Research Center on nanotechnology using the latest special devices. Tagen CAF is supporting the researches on the development of various materials using advanced analytical
apparatuses.

機 器 一 覧List of Apparatuses

A. 組成分析装置

B. 分子構造解析装置

Apparatuses for ultimate analyses

Apparatuses for molecular structure analyses○ 元 素分析装置 （炭素・水素・窒素分析装置・酸素分析装置、硫黄・ハ
ロゲン分析装置）○ 核磁気共鳴装置（溶液用 NMR400/500/600MHz）
NMR 400/500/600 MHz

Elemental analyzer  (C-H-N analyzer, O analyzer, S-X analyzer)○ ICP 発光分析装置○ナノデバイスイオンダイナミクス計測装置
（固体用 NMR400/600MHz）

Inductively coupled plasma emission spectrophotometer(ICP-AES) ano device ion dynamics analyzer (Solid-state NMR specN
trometer)○高速緩和現象計測レーザー光源○ 微小部走査 X 線分析装置

 igh-speed relaxation phenomenon measurement laser lightHsourceElectron probe micro analyzer (EPMA)○多機能型素材分析装置（X 線光電子分光装置）
 ulti-functional material analyzer (X-ray photoelectron
M
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)○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
 uper-high-speed reaction analysis system (Laser flash
S
spectrometer)○ 電子常磁性共鳴装置
Electron paramagnetic resonance spectrometer (EPR)

XPS

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

EPR

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

C. 構造組織解析装置○ 熱分析装置

Apparatuses for crystal structure and microstructure analyses○ 透過型分析電子顕微鏡

Thermal analysis devices

1. 超高温示差走査熱量計

   Super high temperature differential scanning calorimeter(DSC) ra n s mi s s io n ele ctro nTmicroscope (TEM)

2. 熱膨張計○ 電界放射型電子顕微鏡

Thermomechanical analyzer (TMA) ield emission type elecF
tron microscope (FE-SEM)○ 精密万能試験機
Autograph○高分解能電解放出形走査電子顕微鏡○ 紫外可視分光光度計
UV-Vis spectrophotometer igh resolution field emisH
sion type electron microscope(High resolution FE-SEM)○レーザー回折式粒度分布測定装置
Laser diffraction particle size analyzer○ 環 境制御型走査電子顕微鏡

TEMEnvironmental scanning electron microscope (E-SEM)

D. 基盤設備
Base facilities○ 液体窒素供給システム○ナノエリア解析システム

Liquid nitrogen supply system

Nano area analysis device○ ヘリウムガス回収装置○ 走査型プローブ顕微鏡

Helium gas recovery device

Atomic force microscope (AFM,SNOM)○ゾーン融解型単結晶育成装置○ 全自動粉末 X 線回折装置
Automatic powder X-ray diffraction devices (XRD)

Zone melting type single crystal growth device○アーク溶解炉○ 共通X 線装置

Arc melting furnace

X-ray diffraction devices○ 電子線描画装置

1. RINT-V

Electron beam drawing device

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
 ingle - cr ystal auto S
matic X-rays structure
analyzer

RINT-V○三次元マイクロストレス X 線実測システム
X-ray microarea three-dimensional stress measuring system○ 蛍光 X 線分析装置
Fluorescence X-rays analyzer (XRF)○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）T hermogravimetry-differential thermoanalysis/mass spectrometry simultaneous measurement device (TG-DTA/MASS)

N₂ supply system

71 l 72

技 術 室TECHNICAL SERVICE SECTION

技術室は約 60 名のスタッフで構成し、研究者の要請に応えてさまざまな技術を学び蓄積しながら実験研究をサポートしています。研究者から要請される技術支援は多様であり、経験、技術を生かしてその要請に応えるため、
個人あるいは組織としての技術力向上に努めています。

機械工場

機械工場では、研究者の要求に応じた実験装置の設計・試作、既存の装置の改造などを主な業務としています。 二次元・三次元 CAD
システムや CNC 工 作 機 械を順 次 導 入して設備の高機能化を図ると共に、熟練技術者の豊富な経験を若い技術者に伝承することで様々な要求に応えられるよう日々「装置（モノ）づくり」に取り組んでいます。
学生教育の一環としては「機械製図講習会」
・「機械工作安全作業講習会」を毎年開催して技術の普及に努めています。また、
社会貢献活動として見学や中学生職場体験活動の受け入れも行っています。
現在 20 名程の職員が在籍していますが、このように多くの職員と最新の加工設備を擁する付属工場は
全国的にも類が無く、当研究所の特色のひとつになっています。

光器械加工部門では、研究者の要求に応じた精密な平面・球面・反射鏡、特殊なレンズやプリズムの製作及び結晶や特殊材料の切断研磨業務を行っています。 面精度が良くかつ表面粗さが小さい溶融石
英ガラス基 板では表 面 形 状をレーザー干 渉
計で測定しながら加工し、面精度λ／ 50・面
粗さ（WYKO 社 非 接 触 表 面 形 状 測 定 装 置
TOPO2D 使用）
rms0.1nmを得ています。凹・凸面鏡の製作では、面粗さ rms0.1 ～ 0.3nmの非常に滑らかで、焦点距離の誤差の少ないものを作り上げる技術を持っています。
今まで培ってきた技術を最大限に駆使して研究者の期待に応え、さらに新しい技術を獲得できるように日々努めています。

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

ガラス工場

ガラス工場では研究者から依頼された実験装置や器具を製作しています。ほとんどの依頼品は市販形状のものでないため受注段階で研究者と十分討議し、研究の目的に最も良く合うように工夫と改良を重ねながら製作しています。
製品はパイレックス管、石英管などのガラスをハンド加工とガラス旋盤、研削機、切断機などによる加工を織り交ぜながら完成品に仕上げます。

プロジェクト支援約 20 名のスタッフが研究プロジェクトの支援に携わり、多様な技術を発揮し、研究者の構想を迅速に具体化するとともに技術の向上に努めています。スタッフは電子回路、超高真空、実験機器・装置の開発・改良、測定・制御ソフトウェア開発、結晶育成、薄片研磨、化学分析、レーザーシステム、生物・バイオ関連技術などの技術要素を持ち、1 人 1 人はエフォートにより複数の支援を行うことで多くの支援件数に応えています。また、学生の実験指導や安全教育・管理にも携わり、研究所全体の発展に貢献しています。

業 務 の 一 例定電流充放電装置

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

グローブボックス内で全固体リチウム電池を作製している様子

業 務 の 一 例
研究プロジェクトの１つである「ナノサイズ
単一磁性ドットの磁気挙動の解明」の技術支援として薄膜形成技術と電子線リソグラ
フィを駆使した試料のナノサイズ微細加工に従事している。

磁性ドットの走査電子顕微鏡像
ドット径は約 60nm

完成後の単一磁性ドットの光学顕微鏡像。 磁場発生用配線の下に磁性ドットと磁気特性用電極が微細加工されている。

73 l 74

技 術 室TECHNICAL SERVICE SECTION

Project Support
Central analytical and technical supporting groupassists research with various skills concerning
electronic circuit, ultra-high vacuum systems,
development or improvement of experimental
apparatus, creation of software for measurement
or control devices, crystal growth, preparation ofthin films, chemical analyses, laser systems, biotechnologies and so on. Our Staff can embody
each researcher's ideas. Also staff take part ineducation for students, safety management andcontribute to the advancement of our institute.

Machine Shop
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 tonext generation. Additionally, our staff hold training courses of mechanical drawing and machine
tools operation for students. The Machine shop
is one of the unique characteristics of our institute.

YAG laser cutting process

Glass shop
According to an individual order to the Glassblowing workshop, researchers can get a varietyof laboratory glassware. Staff in the workshop
closely discuss with researchers and produce
the best tools for their study. Products are madethrough complex processes with hand-craft,lathes and other machines.

The example of grinding processing of glass

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

最近の主な成果
MAIN ACHIEVEMENTS

平成28年度

研究成果■ 進藤

平成28年度大輔 研究室
微細加工した絶縁体表面で電子の蓄積の観察に成功（H28.6.7）■ 寺内

ZnO コーティングによる高性能ベアリングの開発に成功（H28.6.8）

■ 藤枝

■ 栗原
■ 上田

和枝 研究室潔 研究室

X 線自由電子レーザーの超短パルスでリボ核酸塩基分子中の電荷と原子の動きを可視化！
（H28.6.17）

■ 京谷

隆 研究室

導電性・耐食性に優れた 大表面積スポンジ状グラフェンの開発に成功（H28.7.14）■ 稲葉

謙次 研究室細胞内のカルシウム濃度を一定に保つメカニズムを解明（H28.9.30）

■ 佐藤

卓 研究室

スピン凍結状態における記憶効果とエネルギー構造（H28.10.3）■ 秩父

重英 研究室非極性面窒化アルミニウムインジウム薄膜ナノ構造を用いた
新しい深紫外線～緑色偏光光源（H28.11.24）

■ 上田

潔 研究室
原子の集団が数珠つなぎに電子を放出する !
（H28.12.5）

■ 本間

格 研究室
安価で大容量なレドックスフローキャパシタの作製に成功（H28.12.12）

■ 上田

潔 研究室

安定なイオンが周囲の原子の電子をキャッチ & リリース !
（H29.1.31）

■ 京谷

隆 研究室
廃棄物から高性能リチウムイオン電池負極材料を開発（H29.2.21）

■ 笠井

均 研究室
新規ナノ粒子点眼薬の開発と緑内障治療への応用（H29.3.14）

表彰・受賞

正己 教授
・文部科学大臣表彰受賞

科学技術賞【開発部門】

■ 加納

純也 教授
・文部科学大臣表彰受賞

科学技術賞【研究部門】

俊 助教

・文部科学大臣表彰受賞

若手科学者賞■ 山﨑

優一 助教
・文部科学大臣表彰受賞■ 岩泉

若手科学者賞

正基 名誉教授

・瑞宝中綬章■ 樋口

剛志 助教
・高分子学会 高分子研究奨励賞

■ 福山

博之 教授
・JJAP 2016 Spotlights

■ 奥村

正樹 助教
・‌日本蛋白質科学会若手奨励賞

■ 森戸

春彦 助教
・本多記念研究奨励賞

■ 干川

康人 助教
・‌日本セラミックス協会
発表賞

■ 柴田

浩幸 教授

・日本金属学会■ 釜谷

第 29 回秋季シンポジウム若手優秀

学術貢献賞

隆 技術職員・日本金属学会 研究技術功労賞

■殷

澍 教授
・Rare Earth Resource Utilization Research Award

■ 福山

博之 教授
・化学工学会 熱工学部会賞

■ 秩父

重英 教授
・2016 年度矢上賞

■ 安達

正芳 助教
・日本熱物性学会 奨励賞

■ 助永

壮平 助教
・日本熱物性学会 奨励賞

■ 助永

壮平 助教
・日本鉄鋼協会 澤村論文賞

■ 佐藤

卓 教授
・日本物理学会 第 22 回論文賞

■ 陣内

浩司 教授
・高分子学会賞［科学部門］

■高

旭 助教
・日本鉄鋼協会 研究奨励賞

■ 助永

壮平 助教
・日本鉄鋼協会 共同研究賞（山岡賞）

■ 和田

健彦 教授
・ICAPST2017 Invited Lectureship Award

75 l 76

学術交流協定
ACADEMIC EXCHANGE AGREEMENTS

1981年

東北工学院（現在：東北大学）

（瀋陽、中国）「11月23日締結」「大学間協定：1983年8月5日締結」

2006年	レーザー・プラズマ・放射物理国立研究所（ブカレスト、ルーマニア）「8月4日締結」

Northeastern University (Shenyang,China)「大学間協定：11月12日締結、2012年６月6日更新」
1991年	全北大学校（全州、韓国）C honbuk National University (Jeonju,Korea)「10月1日締結」
1993年	ロシア科学アカデミー固体物理学研究所（モスクワ、ロシア）
P.N.Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences (Moscow,Russia)

1995年 コロンビア大学化学科（ニューヨーク、米国）「11 月 22日締結」
Department of Chemistry,Columbia University (New York,USA)

National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics (Bucharest,Romania)	材料科学基礎国立研究所（キエフ、ウクライナ）「9 月 20日締結」

Institute for Problems of Materials Science, National Academy of Science of
Ukraine (Kyiv,Ukraine)	結晶成長研究所（ベルリン、ドイツ）「10 月 17日締結」
Institute for Crystal Growth (Berlin,Germany)	ウォータールー大学（ウォータールー、
カナダ）「大学間協定：10月30日締結、2011年10月30日更新」

1996年 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（ワリントン、英国）「10月1日締結」

 aresbury Laboratory,Council for the Central Laboratory of the Research CounD
cils (Warrington,UK)

ドイツ）「11月3日締結」
1997年 ベルリン自由大学物理学科（ベルリン、
Department of Physics,Free University of Berlin (Berlin,Germany)「12月1日締結」
トムスク工科大学原子核物理研究所（トムスク、ロシア）
Nuclear Physics Institute,Tomsk Polytechnic University (Tomsk,Russia)

1998年	コロンビア大学理工学部地球・環境工学科（ニューヨーク、米国）「10月15日締結」

Department of Earth and Environmental Engineering,Fu Foundation School of Engineerig and Applied Science,Columbia University (Newyork,USA)

北京大学ナノ科学技術研究センター

 北京、中国）（「11月5日締結」「大学間協定：1999年11月10日締結、2009年11月10日更新」 enter for Nanoscale Science and Technology Peking CUniversity (Beijing, China)

ユタ大学金属工学科（ソルトレイク、米国）「11 月 15日締結」
 epartment of Metallurgical Engineering,University of D
Utah (Utah,USA)

マギル大学金属プロセス研究センター

University of Waterloo (Waterloo,Canada)

2007年	西江大学校（ソウル、韓国）「大学間協定：2 月 2日締結」
Sogang University (Seoul,Korea)

	蘭州大学（蘭州、中国）「大学間協定：4 月 17日、2012 年 4 月 17日更新」
Lanzhou University (Lanzhou,China)	公州国立大学校（公州、韓国）「大学間協定：7 月 29日、2012 年 7 月 29
日更新」

Kongju National University (Kongju,Korea)	トリエステ放射光研究所（エレットラ）（トリエステ、イタリア）「8 月 29日締結、2013 年 8 月 1日更新」
Sincrotrone Trieste,S.C.p.A (Trieste,Italy)	北京科技大学（北京、中国）「大学間協定：6 月 6日更新、2012 年 6 月 6日更新」
University of Science and Technology Beijing (Beijing, China)「大学間協定：1月8日締結、2008年	シモン・ボリバル大学（カラカス、ヴェネズエラ）
2013 年 1月8日更新」

Universidad Simon Bolivar (Caracas,Venezuela)

	チェンマイ大学（チェンマイ、タイ）「６月９日締結」「大学間協定：2012 年 4 月 10日締結」（モントリオール、カナダ）「11月30日締結」

Chiang Mai University (Chiang Mai ,Thailand)

McGill Metal Processing Center,McGill University (Montreal, Canada)「大学間協定：6月20日締結、2013年6月20日更新」
揚州大学（揚州、中国）

トロント大学金属・材料科学科（トロント、カナダ）「12 月 1日締結」
 epartment of Metallurgy and Materials Science,University of Toronto
D(Toronto,Canada)

1999年 ドルトムント工科大学

Yangzhou University (Yangzhou,China)

2009年	台湾工業技術院南分院（台南県、台湾）「11 月 27日締結」
ITRI South, Industrial Technology Research Institute（Tainann,Taiwan）（ドルトムント、
ドイツ）「大学間協定：3月2日締結、2014年3月2日更新」

マックスプランク核物理研究所

TU Dortmund University (Dortmund,Germany)（ハイデルベルグ、
ドイツ）「12月24日締結」

	イエナ・フリードリッヒ・シラー大学固体物理研究所
（イエナ・
ドイツ）
「7月27日締結」

Institute für Festkörperphsik, Freidrich-Schiller-Universität Jena (Jena,Germany)MPIK, Max-Planck-Institut für Kernphysik（Heidelberg, Germany）

2010年	北京工業大学（北京、中国）「大学間協定：10 月 16日締結、2015 年 10
月 16日更新」

アルビ鉱山大学（アルビ、フランス）「10月4日締結」「大学間協定：2006年9月12日締結、2011年9月12日更新」

Beijing University of Technology (Beijing, China)

2011年

École des Mines d’Albi-Carmaux (Albi,France)

チュラロンコーン大学

 hangchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics
C(Changchun,Jilin,China)

P. N. Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences (Moscow,Russia)  

「12月26日締結」
中国科学院長春光学精密機械物理研究所（吉林省、中国）（バンコク、タイ）「大学間協定 2 月 3日締結、2016 年 2 月 3日更新」
Chulalongkorn University（Bangkok, Thailand）

2012年 ハイデルベルク大学（ハイデルベルク、ドイツ）「大学間協定：２月２日締結」

 hangchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics
C(Changchun,Jilin,China)

Ruprecht-Karls-University Heidelberg（Heidelberg, Germany)

ナポリ大学（ナポリ、イタリア）「大学間協定：3 月 28日締結」

2001年	華僑大学材料科学工程学院（福建省泉州、中国）「6 月 5日締結」

University of Naples FedericoⅡ（Napoli, Italy）

College of Material Science and Engineering, Huaqiao University(Quanzhou,Fujian,China)

グラナダ大学（グラナダ、スペイン）「大学間協定：9 月 27日締結」

	重慶大学（重慶、中国）「大学間協定 7 月 4日締結、2011 年 7 月 4日更新」
Chongqing University（Chongqing, China）

2002年	慶北大学校（カールスルーエ、ドイツ）「大学間協定：１月 18日締結」
Karlsruhe Institute of Technology (Karlsruhe, Germany)「大学間協定：11月10日締結、2014年11月10日更新」
北京大学（北京、中国）「7月21日締結」
2000年 ロシア科学アカデミーレベデフ物理研究所（モスクワ、ロシア）

カールスルーエ工科大学

University of Granada（Granada , Spain）

2013年 クウェート科学研究所（クウェート、クウェート）「２月 18日締結」
Kuwait Institute for Scientific Research (Kuwait, Kuwait)（大邱、韓国）｢大学間協定：9月2日締結、2012年9月2日更新｣「6月26日締結」
マドリード・アウトノマ大学化学部（マドリード、スペイン）

Kyungpook National University (Deagu, Korea)

Chemistry Department of the Universidad Autónoma de Madrid (Madrid, Spain)

2003年	韓南大学ハイブリット材料研究所

放射光施設ソレイユ（サントーバン、フランス）「6 月 27日締結」（太田、韓国）「1月17日締結」

Synchrotron SOLEIL (Saint-Aubin, France)Institute of Hybrid Materials for Information and Biotechnology, Hannam University(Daejeon,Korea)

ロシア科学アカデミー地球科学・分析科学研究所

	ダルムシュタット工科大学（モスクワ、ロシア）「9 月 2日締結」（ダルムシュタッ
ト、
ドイツ）「大学間協定：4月30日締結、2013年4月30日更新」
Darmstadt University of Technology (Darmstadt,Germany) ernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of RussianV
Academy of Sciences (Moscow, Russia)

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

モスクワ国立大学化学部（モスクワ、ロシア）「9 月 2日締結」（ソウル、韓国)「6月9日締結」｢大学間協定：2012年3月15日締結｣

 dvanced Materials & Process Research Center for IT, Sungkyunkwan University
A(Soeul,Korea)

Department of Chemistry, Lomonosov Moscow State University (Moscow, Russia)

2014年 アリカンテ大学材料研究所（アリカンテ、スペイン）「2 月 21日締結」
Materials Institute of Universidad de Alicante (Alicante, Spain)

鄭州大学材料工程学院（河南省、中国）「6 月 16日締結」

ミシュコルツ大学材料科学工学研究科

College of Materials Engineering, Zhengzhou University (Zhengzhou,China)（ミシュコルツ、ハンガリー）「6 月 19日締結」

	ソウル大学校（ソウル、韓国）｢7月8日締結｣｢大学間協定：2013年7月8日更新｣

Faculty of Materials Science and Engineering,University of Miskolc（Miskolc,Hungary）

Seoul National University (Seoul,Korea)

ナント大学材料研究所（ナント、フランス）「12 月 8日締結」

2004年	ウクライナ国立工業大学

Institute of Materials Jean Rouxel,University of Nantes（Nantes,France）

（キエフ、ウクライナ）「大学間協定：6月2日締結、2009年6月2日更新」

メルボルン大学（メルボルン、オーストラリア）

National Technical University of Ukraine (Kyiv,Ukraine)「大学間協定 11 月 7日締結、2016 年 11 月 10日更新」

2005年	ボルドー第一大学（タランス、フランス）「大学間協定：7 月 28日締結、2010 年 7 月 28日更新」
University of Bordeaux 1 (Talence,France)

The University of Melbourne（Melbourne, Australia）

2015年 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（ケンブリッジ、アメリカ合衆国）「1 月 9日締結」

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

Research Laboratory of Electronics（RLE）and Microsystems Technology Laboratories（MTL）,Massachusetts Institute of Technology（MIT）（Cambridge,USA）（ウラジオストック、ロシア）「12月1日締結」「大学間協：2012年1月23日締結」

Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of the Russian
Academy of Sciences (Vladivostok,Russia)

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

2017年（重慶、中国）「3 月 22日締結」
西南大学材料・エネルギー学部
Faculty of Materials and Energy，Southwest University（Chongqing,China）

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY概 要
OUTLINE

構成員 MEMBERS
職員数 FACULTY & STAFF ( as of April 1, 2017 )教授Professors

准教授

講Associate Professors

Senior Assistant Professors Assistant Professors

46

師

助教・助手

32

5

71

技術職員

事務職員

非常勤職員

計

Technical Staffs

Administrative Staffs

Part-Time Staffs

Total

＊1

59

＊2

28

120

361

＊ 1 再雇用職員（7 名）を含む。
＊ 2 再雇用職員（1 名）を含む。

研究員数 RESEARCHERS ( FY 2016 )研究所等研究生（外国人） 研究所等研究生（日本人） 客員研究員

受託研究員

学振特別研究員

計

Institute Research Students(Foreigner)

Contract Researchers

JSPS postdoctoral fellows

Total

Institute Research Students(Japanese)

Visiting Researchers

11

0

4

1

17

33

学生数 STUDENTS ( as of October 1, 2016 )大学院生 Graduate Students

学部学生

前期課程 MS

Under Graduate Students Total

後期課程 PhD

199

72

計

70

341

歳入・歳出 ANNUAL REVENUE and EXPENSE
予算内訳

支出内訳

Revenue for FY 2015

Expense in FY 2015

2.0%
7.2%

38.1%

17.7%

39.2%

54.4%
7.9%
計 Total

10.8%

7.5%

15.2%

4,723

計 Total

4,723［millions of yen］

［millions of yen］

■ 運営費交付金

Operational Grants■ 運営費交付金人件費

Operational Grants Personnel■ 科学研究費補助金

Grants -in-Aids for Scientific Research■ 運営費交付金物件費

Operational Grants Non-Personnel■ その他補助金等

Subsidy■ 外部資金人件費

Research Funds Personal■ 受託研究費

Commissioned Reserach■ 外部資金物件費

Subsidy for Facilities & Equipment Maintenance■ 共同研究費

Joint Reserach■ 寄附金Donations

土地・建物 LAND and BUILDINGS ( as of April 1, 2017 )
土

地

Land

A Part of Katahira Campus 140,075㎡ 建物総延面積 Total Floor Area

38,333m²

77 l 78

建物案内図IMRAM BUILDING MAP

北門

North Gate

②
④

⑤

⑦
⑥

③

東北大学本部①

Tohoku University
Administration

正門

Main Gate

東北大学
史料館

Tohoku University
Archives

⑧

東門

⑫

⑨

East Gate⑩⑪

片平さくらホール⑬

Katahira Sakura Hall⑭

南門

South Gate

①多元研 西1号館（科学計測研究棟S棟）
IMRAM West Building 1②多元研 西2号館（科学計測研究棟N棟）
IMRAM West Building 2③多元研 西工場（工場棟）

IMRAM West Technical Plant④図書室
Library⑤多元研 東1号館（反応化学研究棟1号館）
IMRAM East Building 1

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所⑥多元研 東2号館（反応化学研究棟2号館）
IMRAM East Building 2⑦多元研 東3号館（反応化学研究棟旧館）
IMRAM East Building 3⑧南総合研究棟2（材料・物性総合研究棟Ⅰ）South Multidisciplinary Research Laboratory 2⑨南総合研究棟1（材料・物性総合研究棟Ⅱ）South Multidisciplinary Research Laboratory 1⑩多元研 共同研究棟
IMRAM Cooperative Reseach Building⑪多元研 事務部棟
IMRAM Administration Building⑫多元研 南1号館（素材工学研究棟1号館）
IMRAM South Building 1⑬多元研 南2号館（素材工学研究棟2号館）
IMRAM South Building 2⑭多元研 南3号館（素材工学研究棟3号館）
IMRAM South Building 3

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

歴史・沿革

アクセス

HISTORYACCESS

昭和 16年 3月 勅令第 268 号（官制）により選鉱製錬研究所設置
昭和 18年 1月 勅令第 54 号（官制）により科学計測研究所設置
昭和 19年 1月 勅令第 7 号（官制）により非水溶液化学研究所設置
昭和24年 5月 国立学校設置法により選鉱製錬研究所、科学計測研究所、非水溶液化学研究所は、それぞれ東北大学附置研究所となる。
平成 3年 4月 国立大学設置法の改正により、非水溶液化学研究
所は反応化学研究所に改組
平成 4年 4月 国立大学設置法の改正により、選鉱製錬研究所は素材工学研究所に改組

and Metallurgy, Tohoku Imperial University was founded.

January 1943 Research Institute for Scientific Measure-

仙台市内マップ SENDAI CITY MAP

ments, Tohoku Imperial University was
founded.

青葉区役所

Aoba Ward Oﬃce

January 1944 Chemical Research Institute of Non ‐宮城県庁

Miyagi Prefectural Oﬃce

Aqueous Solution, Tohoku Imperial University was founded.

仙台合同庁舎仙台法務局

Sendai Combination Government Building

Sendai Legal Aﬀairs Bureau

May 1949 These three Institutes were reorganized広as research institutes affiliated to Tohoku
University.

瀬

東京エレクトロンホール宮城
せんだいTokyo Electron Hall Miyagi
メディアテーク
Sendai Medhiatheque
三越
寺 e通
Mitsukoshit
定 禅 ji Stre川

Hirose River

April 1991 Chemical Research Institute of Non ‐3km

Aqueous Solution was reorganized as
Institute for Chemical Reaction Science.

勾当台公園

Kotoudai-koen

地下鉄勾当台公園駅

Subway Kotodai-koen Station

n
Jyoze

2km

1km

宮城県美術館

Miyagi Museum of Art

地下鉄広瀬通駅

Subway Hirosedori Station
ad

Hiros

園駅

r

SubwayStation Omachi Nishi-k

仙台国際センター

町駅

通
一番
ri
ba-do n青 ba葉Street 青葉a通
y Ao
tio

sendai international centerAo

仙台法務総合庁舎

Sendai Legal Aﬀairs Synthesis
Public Oﬃce Building

Aobadori Station

Aeon

Fujisaki

大町西公

ente

イオン

藤崎
oen

Tohoku University
Kawauchi Campus

あおば通り駅

t

nal C

東北大学
川内キャンパス

Forus

Stree

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

国際
セン
ター
駅

Sub
w
Stati ay Inte
rnati
on
o

AER

フォーラス

JR Sendai Station

Nishikouen

川

April 2001 Research Institute for Scientific Measure-

AER

通
eet
広 瀬
e Str

Subw ncho Sta
a
Ichib

地下鉄
仙台駅

七十七
銀行本店

77 Bank
Head Oﬃce

Loft
Loft

E BeanS

JR 仙台駅

西公園

内駅

ouen

and Metallurgy was reorganized as Institute for Advanced Materials Processing.

園通West Ro路 Sendai n
仙台西道
io
tat
iS
h
uc
wa
Ka
ay
bw
Su

NishikApril 1992 Research Institute of Mineral Dressing

西公

平成 13年 4月 国立大学設置法の改正により、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

March 1941 Research Institute of Mineral Dressing

BiVi
Bivi

エスパル
S-PAL

E Beans仙台弁護士会館

Sendai Bar Association

仙台高等検察庁

Sendai High Public
Prosecutors Oﬃce

SS30

評定河原球場

SS30

Hyoujyougawara Stadium

仙台市博物館

Sendai City Museum

東北大学
片平キャンパス

東北大学
附属植物園

地下鉄
五橋駅

Tohoku University
Katahira Campus

SubwayBotanical Gardens,
Tohoku University

Itsutsu

仙台城址

Sendai Site of a Castle

bashi
n

Statio日本と仙台の位置 POSITION of JAPAN and SENDAI
Chitose Airport

SendaiAthensLisbonSendai

AomoriSan Francisco

JAPAN

Washington D.C

NiigataTokyo
Hiroshima
HakataAccess to Sendai station
1. Train "Tohoku Shinkansen (Bullet train)" From Tokyo to Sendai: 1h40m

Kyoto

NagoyaSapporoTohokuRegion38N

Sendai Airport

Narita International Airport

Osaka

Kansai International
AirportFukuoka
Airport

2. Flight Sendai Airport has international flights from many East Asisn cities and domestic flights.
From Seoul: 2h20m / From Beijing: 6h / From Tokyo-Narita: 1h
From Sendai Airport to Sendai st. by railway: 30 minutes.

79 l 8 0

2 0 1 7

2 0 1 7

研究所長

村松

淳司

〒980-8577 仙台市青葉区片平2丁目1番1号
TEL：022-217-5204

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Director:Professor Atsushi Muramatsu
Address:2-1-1 Katahira,Aoba-ku,Sendai 980-8577,JAPAN多元h0104-2017_初[01-03].indd 1

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