2 0 1 8

2 0 1 8

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,JAPANFacebook

https://fb.com/tagen.tohoku.ac.jp/

Twitter

https://twitter.com/team_tagen

YouTube チャンネル https://www.youtube.com/channel/UCgiZBMLdNLnJp1Dkky09fgA
メールマガジン

http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/information/mailmagazine.html

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYHISTORYACCESS

歴史・沿革

アクセス

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.

January 1944

青葉区役所

Aoba Ward Oﬃce

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

宮城県庁

Miyagi Prefectural Oﬃce
Sendai Combination Government Building

Sendai Legal Aﬀairs Bureau

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

瀬

3km

Aqueous Solution was reorganized as
Institute for Chemical Reaction Science.

勾当台公園

Kotoudai-koen
東京エレクトロン
ホール宮城
せんだい
地下鉄勾当台公園駅
Tokyo Electron Hall Miyagi
メディアテーク
Subway Kotodai-koen Station
Sendai Medhiatheque
三越
通寺
Mitsukoshite
定 禅 ji Stre川

Hirose River

April 1991 Chemical Research Institute of Non‐

n

Jyoze

2km

1km

宮城県美術館

Miyagi Museum of Art

地下鉄広瀬通駅

Subway Hirosedori StationRoadai West路 Send

仙台西道
bw

nal C

東北大学
川内キャンパス

大町西公

ente

園駅

r

SubwayStation Omachi Nishi-k

仙台国際センター

駅
通
一番-d町
ori
青 ba葉Street 青葉a通
Aoba tionow ysendai international centerA

仙台法務総合庁舎

Sendai Legal Aﬀairs Synthesis
Public Oﬃce Building

Aobadori Station

Aeon

Fujisakioen

Tohoku University
Kawauchi Campus

あおば通り駅イオン

藤崎

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

Sub
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April 2001 Research Institute for Scientific Measure-

AER

フォーラス

JR Sendai Station

西公園

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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

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JR 仙台駅

c

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川内 ay

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S
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園通

Research Institute of Mineral Dressingand Metallurgy was reorganized as Institute for Advanced Materials Processing.

NishikApril 1992

仙台合同庁舎仙台法務局

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

Tohoku University
Katahira Campus

地下鉄
五橋駅
Subw

仙台城址

ay Itsut

Botanical Gardens,
Tohoku University

Sendai Site of a Castleni Statiosubash日本と仙台の位置 POSITION of JAPAN and SENDAI
Chitose Airport

SapporoShinhakodatehokuto

Shinaomori

SendaiAthensLisbonSendaiSan Francisco

JAPAN

Akita

TohokuRegion38N

ShinjoWashington D.C

Niigata

Sendai Airport

Kanazawa

Kyoto

NagoyaTokyo

Narita International Airport

Hiroshima
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.

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYCONTENTS

目 次
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............................................................................................ 11
無機材料研究部門 ／ DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH .......................................................................................................................... 19
プロセスシステム工学研究部門 ／ DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING ................................................................................. 27
計測研究部門 ／ DIVISION OF MEASUREMENTS .................................................................................................................................................................. 35
非鉄金属製錬環境科学研究部門 ／ COLLABORATIVE RESEARCH DIVISION OF NON-FERROUS METALLURGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCE ........ 45
金属資源プロセス研究センター ／ CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY ........................................................................ 47
先端計測開発センター ／ CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY .................................................................................... 57
高分子・ハイブリッド材料研究センター ／ POLYMER・HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER ............................................................... 63
新機能無機物質探索研究センター ／ CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS .......................................................... 71
多元 CAF ／ TAGEN CENTRAL ANALYTICAL FACILITY ........................................................................................................................................................ 77
技術室 ／ TECHNICAL SERVICE SECTION .................................................................................................................................................................................. 79
最近の主な成果 ／ MAIN ACHIEVEMENTS ........................................................................................................................................................................... 82
学術交流協定 ／ ACADEMIC EXCHANGE AGREEMENTS ..................................................................................................................................................... 83
概

要 ／ OUTLINE ....................................................................................................................................................................................................................... 84

建物案内図 ／ IMRAM BUILDING MAP ..................................................................................................................................................................................... 85

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

GREETING

あいさつ

多元物質科学研究所（以下、多元研）
創立から、17年が過ぎました。従来の区別や枠にとらわれない、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、そして「多元物質科学」は一般社会にも次第に浸透しつつあります。
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、もうすぐ80年を迎えようとする、伝統の力を、ひしひしと感じます。先人たち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、たとえば金属資源プロセスの研究、あるいは電子顕微鏡研究、そして有機無機ハ

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
Tohoku University
Director
Atsushi MURAMATSU

イブリッド材料が代表的です。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、一昨年度からは多元研が拠点本部になっています。さらに、お互いに顔の見える共同研究を進めていく中で、『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』が、非常に効率的に、かつ、先端的に推進されています。
一方で、多元研は次世代の重要な軟 X 線拠点となる、次世代の東北放射光 SLiT-J 推
進の基幹部局として、一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7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30年4月 研究所長 村松淳司

3

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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 17 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 was in 1944.
So, 77 years have passed since the foundation of the former three institutes.
Their research spirit will be passed down to us so that the knowledge andexperience integrated from prestigious institutes allow us to establish so manycollaborations between members of our institute so that a plenty of noticeable
research results have been achieved. The projects are exemplified by Metal
Resources Engineering and Metallurgy, Transmission Electron Microscopy, andOrganic-Inorganic Hybrid Materials. You can notice not only the hybridization ofmaterials 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 "Dynamic Alliance for Open Innovation Bridging Human,
Environment and Materials" was also founded as a unique 6-year national
project starting form 2016 fiscal year.
Tohoku Univ. is now promoting the SLiT-J project, which focuses on the soft
X-Ray region of the spectrum where its performance is optimized. This spectral
range covers the K edges of the light 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 base of this project, we have been making our best
effort on the realization in the near future.
Seven 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。

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

ORGANIZATION CHART

組

織

図
研究所長

運営協議会

Administration
Meeting

Director

教授会

Faculty Meeting

副研究所長

Deputy Director

所長補佐

Assistant Director

研究部

Research Section|有機・生命科学研究部門

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

Division of Inorganic Material Research|プロセスシステム工学研究部門
Division of Process and System
Engineering|計測研究部門

Division of Measurements(共同研究部門)|非鉄金属製錬環境科学研究部門

Collaborative Research Division ofNon-ferrous Metallurgy and Environmental
Science

運営会議

Steering Meeting

研究戦略・共同研究拠点
アライアンス推進室

Research Strategy, Joint Research Center,
Alliance Promotion Office

附属研究施設Annexed Research Section|金属資源プロセス研究センター
Center for Mineral Processing andMetallurgy|先端計測開発センター

Center for Advanced Microscopy andSpectroscopy|高分子・ハイブリッド材料研究センター
Polymer・Hybrid Materials ResearchCenter|新機能無機物質探索研究センター
Center for Exploration of New Inorganic
Materials

研究支援部門Research Support Section|広報情報室Information Branch|安全管理室

Safety Planning Section

各種委員会

Subcommittees

技術室

Technical Service
Section

事務部

Administrative
Office|図書室
Library|多元CAFTAGEN Central Analytical Facility|国際交流・産学官連携推進室
International Fellowship,
University-Industry Research
Collaboration Promotion Office|放射光産学連携準備室

SR Application Task Force on
Industrial Relations

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYl

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

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月まで

位相イメージングプラットフォームの期間で、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じる位相の変化（位相情報）
を活用する、「位相
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。

【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。

7

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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兼備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

研究総括
ヘッドクオータ
（ＨＱ）

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。

KIT（Karlsruhe Institute of Technology，
独国）

Ｘ線位相イメージンググループ
大型施設から汎用装置への展開

放射光位相イメージングサブグループ
ハイエンド高分解能位相イメージング

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。

J-PARC（日本原子力開発機構）
中性子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
レーザー位相差透過型電子顕微鏡や FZP 位相差走査透過型電子顕微鏡など、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。

格子開発サブグループ
LIGA プロセスによる干渉計開発

中性子線位相イメージンググループ
中性子位相ラジオグラフィの開拓

電子線位相イメージンググループ
位相イメージング電子顕微鏡

位相画像解析グループ
先端情報科学と位相イメージングの融合【4】共同研究開発参加研究機関

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。

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

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、8年間で3,400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。第1期6年間は阪大産研を本部として活動してきましたが、平成28年度からの第2期は東北大学多元研が本部を務めております。
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

北大電子研

IMRAM

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

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

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYl

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

教授

Professor

永次

史

Fumi NAGATSUGI

遺伝子発現の化学的制御を目指した方法論の開発

和田健彦

Takehiko WADA

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

Development of the strategy for the control of gene expression

Chemical Biology and Functional Photochemistry

組頭広志

Hiroshi KUMIGASHIRA

放射光計測に基づく酸化物ナノ構造の機能設計

稲葉謙次

Design of novel functionalities in oxide nanostructures based on synchrotron analysis

Molecular basis of the protein quality control systems in cells

水上

髙橋

進

Shin MIZUKAMI

機能性分子設計による細胞機能の可視化と制御

伊藤聡

Satoshi TAKAHASHI

一分子蛍光観察によるタンパク質のフォールディングと機能の解明

Imaging and regulation of cellular functions with functional molecule design

客員教授

Kenji INABA

細胞内のタンパク質品質管理システムの分子基盤

Dynamics of proteins based on single molecule fluorescence detection

Visiting Professor

耕三

Kohzo ITO

11

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11

2018/05/30

12:02:46

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYDIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

Associate Professor
荒木保幸

Yasuyuki ARAKI

門倉広

Hiroshi KADOKURA

新規円二色性測定法の開発と生体機能分子等の構造変化検出への応用

哺乳動物細胞小胞体内におけるタンパク質のジスルフィド結合形成機構

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

Mechanisms of protein disulfide bond formation in the ER of mammalian cells

松井敏高

Toshitaka MATSUI

新機能探索を指向した
金属タンパク質のメカニズム解明
Structure-function relationships and novel reactions of metalloproteins

講師

有機・生命科学研究部門

准教授

Senior Assistant Professor
黒河博文

Hirofumi KUROKAWA

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

助教

Assistant Professor
松本

高利

Takatoshi MATSUMOTO

In silico による高感度・高選択的な機能性試薬の設計開発

鬼塚和光

Kazumitsu ONIZUKARNA を標的にした新規化学ツールの開発

Design and development of high sensitive and selective functional
reagent in silico

Development of novel chemical tools targeting RNA

村瀬

西嶋

裕貴

Hirotaka MURASE

pre-miRNA 結合分子の開発

政樹

Masaki NISHIJIMA

光によるキラリティーの創成と制御：生体超分子キラル光化学

Development of new molecules binding to pre-miRNA

Supramolecular photochirogenesis using chiral biomolecular media

渡部

天貝 佑太

聡

Satoshi WATANABE

金属イオン恒常性とタンパク質品質管理機構の構造生物学

Yuta AMAGAI

小胞輸送を介したタンパク質品質管理機構の解明

Structural biology of metal ion homeostasis and protein quality
control

Molecular mechanisms of protein quality control systems via vesicle trafficking

井上

小和田

道雄

Michio INOUE

小胞体におけるカルシウムとレドックスの恒常性維持の構造基盤
Structural basis of the calcium- and redox-homeostasis in the endoplasmic reticulum

鎌形

清人

俊行

Toshiyuki KOWADA

機能性小分子を用いた生体機能の可視化と制御

Kiyoto KAMAGATA

タンパク質の構造・機能ダイナミクスの単分子計測基盤の確立
Development of single-molecule measurements for protein dynamics

Visualization and manipulation of biological functions using functional small molecules

小井川 浩之Hiroyuki OIKAWA

一分子蛍光分光法による生体分子の高速ダイナミクスの追跡
Tracking of fast dynamics of biomolecules by single-molecule fluorescence spectroscopyl

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

永次研究室

生命機能分子合成化学研究分野
NAGATSUGI Lab

Synthesis of Organic Functional Molecules
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

永次

史

教

授

Fumi NAGATSUGI, Professor⃝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発⃝ DNAを鋳型とする反応を利用した2本鎖 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

fumi.nagatsugi.b8@tohoku.ac.jp▪ Design and synthesis of functional molecules for regulation of gene expression▪ Development of functional oligonucleotides for artificial regulation of gene expression

松本

高利

助

鬼塚

和光

助

村瀬

裕貴

助

教

Takatoshi MATSUMOTO, Assistant Professor

教

Kazumitsu ONIZUKA, Assistant Professor

教

Hirotaka MURASE, Assistant Professor

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

し、効率的な遺伝子発現制御にも成功しており、現在、これらの分遺伝子はわずか２％のみであり、残りの98%はタンパク質をコードし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をていない、いわゆるnon-codingRNA(ncRNA)として生体機能の維行っています。

持調節に極めて重要な働きをしていることが明らかとなってきています。
これらの遺伝子発現制御機構における破たんは、様々な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の開発に成功

Development of intelligent molecules for the regulation of gene expression in cells
Our research activities have focused on the creation offunctional molecules that exhibit specific recognition andreaction to the DNA and RNA. The functional oligonucleotides incorporating such intelligent agents would
enable chemical modulation of gene expression with highsequence-selectivity at a single nucleoside level. Recent
progress in our group includes achievement of highly
efficient cross-linking reaction with specificity toward
cytosine at the target 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 gene expression.
We expect that our research can be expanded to “In Cell
Chemistry” in future.

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYDIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

生命機能制御物質化学研究分野
WADA Lab

Functional Photochemistry and Chemical Biology
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

和田

健彦

教

授

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

takehiko.wada.d3@tohoku.ac.jp

荒木

保幸

准教授

黒河

博文

講

西嶋

政樹

助

有機・生命科学研究部門

和田研究室

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

師

Hirofumi KUROKAWA, Senior Assistant Professor

教

Masaki NISHIJIMA, Assistant Professor

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、そして生命化学分野まで幅広い研究を展開しています。

ナノバイオ分子機能の on-off 制御

Design and Synthesis of Artificial Nucleic Acid and Protein for Active Control of Cellular
Function and Development of High Sensitive & Time Resolve CD System
A chemical synthesis and modification of DNA/RNA andnition phenomena in both the ground and electronicallyproteins is the fundamental science and technology that
excited states; we are pursuing mechanistic and synhas led the molecular biology revolution. Hence, a chemthetic studies on asymmetric photochemistry with supraistry of DNA/RNA and protein not only in vitro but also
molecular biopolymers as chiral reaction fields.
in vivo expects to open new generational
stage of bioorganic chemistry and molecularbiology. Therefore, focusing our researchinterest mostly on the recognition and complexation behavior control of functional biopolymers, such as DNA/RNA, proteins andtheir derivatives by external factors, toward
the active control of cellular functions.
Another research topics of Wada Lab. are
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reaction control based on molecular recog-l02多元2018_本文_有機生命_七[10-17].indd

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

組頭研究室

ナノ機能物性化学研究分野
KUMIGASHIRA Lab

Nano Physical Chemistry
専門分野・キーワード

機能性ナノ物質／酸化物エレクトロニクス／表面・界面物性／放射光電子分光

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

組頭

広志

教

授

Hiroshi KUMIGASHIRA, Professor⃝酸化物ナノ構造の機能設計・制御⃝酸化物超構造における機能物性の開拓と新規デバイスの開発⃝表面・界面における電子・スピン・軌道の可視化⃝放射光電子分光装置の開発

kumigashira@tohoku.ac.jp▪ Control and design of novel functionalities of oxide nanostructures▪ E xploration of multi-functionalities based on oxide nanostructures and application to novel devices▪ C haracterization of electronic, magnetic, and orbital structures at the surface and heterointerface usingsynchrotron-radiation analysis▪ Development and application of photoemission spectroscopy and x-ray absorption spectroscopy

酸化物ナノ構造を自在に設計・合成し、新しい機能物性を創造する。
酸化物の中には、高温超伝導や光触媒などの驚くべき機能物性を示すものがあります。いわば「天才児」達です。
当研究室では、この「天才児」の振る舞いを高輝度放射光を用いて可視化し、その知見に基づいて新たな機能性
ナノ物質を開発することに取り組んでいます。具体的には、酸化物分子線エピタキシー（MBE）という酸化物ナノ構造
を原子レベルで制御しながら「つくる」技術と、放射光を用いた先端計測（角度分解光電子分光・内殻吸収分光など）という化学・電子状態を「みる」技術とを高いレベルで融合するにより、酸化物の類い希な物性を設計・制御しながら新しい機能性ナノ物質の開拓を推進しています。さらには、
酸化物ナノ構造を基盤として、有機物質や原子層物質などとのヘテロ構造を設計・合成することで、次世代エレクト
ロニクスに向けた新機能の創成を目指しています。

Control and design of novel functionalities in oxide nanostructures
Our goal is to control and design the novel functionalities
appearing in the nanostructure of transition metal oxides
by the best possible combination of the sophisticated oxide growth techniques using molecular beam epitaxy andadvanced analysis techniques using synchrotron radiation. The wide range of properties exhibited by the oxide
nanostructures makes them one of the most interestinggroups of functional materials. The novel physical properties arise from the interface region between two different oxides. Thus, in order to control the novel functionalities, it is desired to obtain the knowledge of the interfacial
electronic, magnetic, and orbital structures. For this purpose, in our laboratory, we utilize state-of-the-art spectroscopic techniques, such as angle-resolved photoemis-

Oxide NanoStructures

Substrate

RHEED

LEED

AFM

O2
inlet

TEM

Plume
SrVO3
SrTiO3Ceramic
Targetsion spectroscopy and dichroic X-ray absorption
spectroscopy using synchrotron radiation, which enable
us to probe these structures in the nm-scale region.

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYDIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

生体分子構造研究分野
INABA Lab

Biomolecular Structure
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

稲葉

謙次

教

授

Kenji INABA, Professor

kenji.inaba.a1@tohoku.ac.jp

門倉

広

准教授

渡部

聡

助

天貝

佑太

助

井上

道雄

助

有機・生命科学研究部門

稲葉研究室

Hiroshi KADOKURA, Associate Professor

教

Satoshi WATANABE, Assistant Professor

教

Yuta AMAGAI, Assistant Professor

教

Michio INOUE, Assistant Professor

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
systems to maintain the cellular homeostasis.
Employing structural, biochemical, proteomic andcell 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 the endoplasmic reticulum. Structural and mechanistic insights gained in this work will provide molecular
views about how neurodegenerative diseases
are caused by impairment of these cellular quality control systems.

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

水上研究室

細胞機能分子化学研究分野
MIZUKAMI Lab

Cell Functional Molecular Chemistry
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

bioimaging／fluorescent probe／photofunctional molecule／Heme protein

水上

進

教

授

Shin MIZUKAMI, Professor⃝生物活性を可視化する蛍光センサーの開発⃝疾患機構や生命現象を調べる為の蛋白質 - 小分子ハイブリッド材料の開発⃝光を用いて生体分子活性を操作する技術の開発⃝高輝度レーザー顕微鏡技術に有用な光耐性蛍光色素の開発⃝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

shin.mizukami.a6@tohoku.ac.jp

松井

敏高

准教授

Toshitaka MATSUI, Associate Professor

小和田俊行▪ Development of fluorescent sensor imaging biological activity▪ Development of protein-small molecule hybrid materials to investigate diseases and biology▪ Development of technology to control biomlecular activity by light▪ Development of light resistant fluorophores for strong laser-based microscopy▪ Structure-function relationships of metalloenzymes involved in catabolism of biological pigments

助教

Toshiyuki KOWADA, Assistant Professor

化学に基づいた細胞機能の可視化と制御
生体内および生細胞内では、蛋白質・核酸・糖などの様々な生体構造変化を引き起こすケージド化合物・フォトクロミック化合物を用い分子が相互作用しながら機能しています。それらの生体分子の真のた酵素や受容体の活性制御技術の開発などを行います。これらの役割を解明するには、他の生体分子との相互作用が保たれた状態、

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

すなわち生きた状態でそれらの挙動・機能を観察することが重要です。

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。

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

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

には、酵素活性や細胞内シグナ
ル伝達などの生体機能を選択的に検出する蛍光プローブや、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

光照射によって結合の切断やDevelopment of functional molecules to image and regulate biomolecules 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 understandtheir precise biological functions occurring withina cell, it is important to investigate the activities
or behaviors of these target molecules in living
systems, where all of these interactions with other biomolecules are maintained. Using organic
chemistry, macromolecular chemistry, and protein
chemistry, we design and synthesize functional
molecules, apply them to image behaviors or activities of target biomolecules, and then regulate
the functions of these targets by utilizing light.

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

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

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+の蛍光イメージング

⽣体分⼦の光活性化技術の開発

H2N-FVQWFSKFLGRIL-CONH2
0 min

15 min30 minUV light()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

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

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

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYDIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

生命分子ダイナミクス研究分野
TAKAHASHI S. Lab

Biological and Molecular Dynamics
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

髙橋

聡

教

授

Satoshi TAKAHASHI, Professor⃝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

satoshi.takahashi.a6@tohoku.ac.jp▪ Dynamics of protein folding based on single molecule fluorescence spectroscopy▪ Sliding motion of a tumor suppressor p53 along DNA▪ Development of a new strategy of protein design based on single molecule sorting device

鎌形

清人

助

小井川浩之

助

教

有機・生命科学研究部門

髙橋（聡）研究室

Kiyoto KAMAGATA, Assistant Professor

教

Hiroyuki OIKAWA, Assistant Professor

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

目指しています。さらに、一分子観察実験により得られたタンパク質であり、生体中においてさまざまな機能を発揮する究極の機能性分

フォールディングと機能に関する知見を基に、新規タンパク質をデザ子です。タンパク質が機能を発揮するには、アミノ酸の配列により定インする手法の開発にも取り組んでいます。

められる特定の構造に折り畳まれる（フォールディングする）必要があります。しかし、アミノ酸配列と構造の関係はいまだに理解されていません。
さらに、あるタンパク質が、どのような運動により機能を発揮するのかもしばしば未解明です。
本研究分野では、独自に開発した一分子蛍光観察法を用いることで、タンパク質のフォールディ
ング過程を直接観察し、タンパク質構造の構
築原理の解明を目指しています。また、癌抑制
タンパク質であるp53が DNA 上をすべり運動
することで、ターゲット配列を探す過程の解明もDynamics of protein folding and function based on single molecule fluorescence
spectroscopy
Proteins are natural machines that perform various functions that sustain our lives. To be biologically active,
proteins, linear chains of amino acids, need to form compact three dimensional structures in the process called
protein folding. The folded structures of proteins are
determined by the primary sequence of amino acids.
However, it is still extremely difficult to understand therelationships among the amino acid sequence, the folded
structure, and the function of proteins. In our laboratory, we develop now single molecule fluorescence spectroscopy and observe the rapid process of protein folding directly. In addition, we observe the functional
dynamics, a sliding motion along DNA, of a tumor suppressor p53. Furthermore, based on the knowledge ofprotein folding and function, we are developing a new
strategy to design artificial proteins.

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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、
固体イオン物理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, microstructural control of functional materials, quantum spin physics,
nanoscale magnetism and devices, chemical reaction engineering, and solid state ion
physics.

教
大谷授Professor
博司

Hiroshi OHTANI

実測できない材料物性の電子論計算と材料開発への応用

茂Shigeru SUZUKI

機能性無機材料（酸化物や合金等）の創製と評価Development of new materials based on calculation of thermodynamic properties using electronic theory

佐藤

鈴木

卓

Taku J SATO

Synthesis and characterization of functional inorganic materials

北上修

Osamu KITAKAMI

中性子散乱を用いた固体中のスピンダイナミクス研究

ナノ磁性体の物性と高密度メモリデバイスへの展開

Neutron scattering research on the spin dynamics in condensed matters

Study on nanomagnets and their application to high density memory devices

横山

河村

千昭

Chiaki YOKOYAMA

環境低負荷溶媒を用いた新規化学プロセスの開発
Development of sustainable chemical processes based on green solvents

客員教授
堀田

純一

Junichi KAWAMURANMR イメージング法によるリチウムイオン電池の画像診断技術開発
NMR Diagnostic Imaging Techniques for Lithium Ion Batteries.

Visiting Professor

善治

Zenji HORITA

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

准教授

Associate Professor
篠田

弘造

Kozo SHINODA

水環境からの環境負荷化学種除去のための多孔質吸着材粒子開発岡本聡

Satoshi OKAMOTO

磁性体の動特性とその制御に関する研究
Study on magnetization dynamics and its controllability

Development of porous adsorbing materials to remove toxic elements from water渡辺明

Akira WATANABE

金属および半導体系の元素ブロックによる
光・電子材料およびプロセス

桑田直明

Naoaki KUWATA

薄膜リチウム電池材料の基礎研究
Basic research for thin-film lithium battery materials

Optical and electrical materials and processing based on elemental blocks of metals and semiconductors

Assistant Professor
榎木勝徳

Masanori ENOKI

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

藤枝俊

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

教

Shun FUJIEDA

金属・合金・酸化物の微粒子の複合制御および機能性材料への応用
Multiple control of metal, alloy and oxide nanoparticles for functional material applications

志村玲子

Rayko SIMURA

物質構成元素と微量元素の原子位置の計測と機能性材料の開発
X-ray crystal site analysis of elements for developing the functional
materials

那波和宏

Kazuhiro NAWA

中性子散乱を用いた新しい磁気秩序や磁気励起の開発

奥山大輔

Daisuke OKUYAMA

中性子散乱を用いた異常物性を伴う新奇磁性体の研究
Study on exotic magnetic materials with anomalous properties byneutron scattering菊池伸明

Nobuaki KIKUCHI

磁性体ナノ構造の磁化機構・磁化ダイナミクス

Exploring new magnetic orders and excitations using neutron
scattering technique

Magnetization process/dynamics of nanostructured magnets

冨田

高橋

大輔

Daisuke TOMIDA

超臨界流体・イオン液体を用いた材料合成プロセスの開発と熱物性計測

無機材料研究部門

助

純一

Junichi TAKAHASHI

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

Development of material synthesis process using supercritical fluids – ionic liquids and measurement of thermophysical properties

ドライ アルンクマール

DORAI Arunkumar

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

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

大谷研究室

計算材料熱力学研究分野
OHTANI Lab

Computational Materials Thermodynamics
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

CALPHAD／first-principles calculations／materials design／electronic theory

大谷

博司

教

授

Hiroshi OHTANI, Professor⃝準安定状態を利用した材料設計基盤の確立⃝結晶中の不均一構造に関する熱力学的検討⃝合金系融体の熱力学物性に関する研究⃝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究⃝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

hiroshi.otani.c4@tohoku.ac.jp

榎木

勝徳

助

教

Masanori ENOKI, Assistant Professor▪ Establishment of base for materials design through metastable states▪ Thermodynamic analysis on heterogeneous structures in metals and alloys▪ Study on thermodynamic properties of liquid alloys▪ Investigation on theoretical phase diagrams using the genetic algorithm▪ Theoretical study on phase transformations in alloys by the Monte Carlo simulations

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、目的の相が他の相に対して有する相対的安定性を計算する手法と準安定性を克服する方法論の開拓に取り組んでいます。
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(a) 遺伝的アルゴリズムによって計算された Fe -Ni -Si ３元系基底状態における Convex -hull と (b) それを用いて構成した理論状態図 ．

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立できれば、材料分野に広く利用されるツールとなることが予想され、す。このような手法で新たな相の出現を理論的に予測する手法を確

材料学に対する大きな貢献が期待できます。

Construction of theoretical phase diagrams and development of new materials basedon electronic theory
tribution to the materials science.
0.5

: Fe
:C

c

BCT-Fe2Ca0

Energy (eV/cell)

A remarkable development of electronic theory calculation has made it possible to reproduce thermodynamic
properties of materials in simulations. In our division, weare conducting studies on theoretical phase diagrams ofmaterials based on computing free energies of solids,
physical properties of heterogeneous structures in crystals, and thermodynamic properties of liquid and glassy
phases by coupling the first-principles calculations andthe 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 usefultools for predicting new promising materials for structures and functions, and hence make an enormous con-

-0.5
-1

b

-1.5
-2

0

3

η-Fe2C
6

Number of images

BCT-Fe2C

: Fe
:C

d

1.10
1.05
1.01

9

η carbide

Transition
behavior from BCT-Fe C to η carbide suggested by the generalized
Transition behavior from BCT-Fe22C to η carbide suggested by the generalized solidsolidstate
nudgedbandmethod.
method.
state
nudgedelastic
elastic band

21

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

鈴木研究室

機能材料微細制御研究分野
SUZUKI Lab

Microstructural Control of Functional Materials
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

functional materials／alloys／oxides／energy harvesting materials

鈴木

茂

教

授

Shigeru SUZUKI, Professor⃝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

shigeru.suzuki.e6@tohoku.ac.jp

篠田

弘造

藤枝

俊

助

志村

玲子

助

准教授

Kozo SHINODA, Associate Professor

教

Shun FUJIEDA, Assistant Professor
DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

教

Rayko SHIMURA, Assistant Professor

機能性無機材料の微視的評価と特性制御

無機材料研究部門▪ Local chemical analysis of advanced materials by several surface analytical methods▪ Characterization and control of the local structure of various iron oxides▪ Preparation of high‑performance iron‑based materials by controlling local deformation▪ Development of high‑quality metallic alloys and composites by controlling microscopic chemical composition▪ Research on materials for sustainable resource and clean energy

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

Fig.1

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

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

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 基と消滅）を示しています。

Microstructural characterization and property control of functional inorganic materials
Characterization and control of microscopic compositionand structure are important in improvement of performances of advanced alloys and oxides having superior
properties. In this laboratory, various analytical methods
using photons, electrons and ions are applied for characterizing the microscopic chemical composition andstructure 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 the structure of nano-particles of various metal and oxides using
advanced methods and the microstructure and texture
in novel alloys. Figures exemplify the magnetic domain
structure of a magnetostrictive iron alloy single crystal

under applying different magnetic fields, and the microstructure of a deformed shape memory alloy, in which apart of matrix is transformed to the martensitic phase.

Fig.2

l

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

佐藤（卓）研究室

スピン量子物性研究分野
SATO T.J. Lab

Quantum Spin Physics
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

佐藤

卓

教

授

Taku J SATO, Professor⃝中性子非弾性散乱分光器の開発⃝中性子磁気非弾性散乱スペクトル解析法の開発⃝量子スピン系における巨視的量子現象の研究⃝遍歴電子系における反強磁性と超伝導の研究⃝非周期スピン系における磁気秩序とダイナミクスの研究

taku@tohoku.ac.jp

奥山

大輔

助

那波

和宏

助

教

Daisuke OKUYAMA, Assistant Professor▪ Development of neutron inelastic spectroscopy▪ Development of analysis methods for spin excitation spectra obtained in neutron spectroscopy▪ Novel macroscopic quantum phenomena in quantum magnets▪ A ntiferromagnetism and superconductivity in itinerant electron systems▪ Ordering and dynamics in aperiodic spin systems

教

Kazuhiro NAWA, Assistant Professor

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

金属反強磁性体に典型的なものですが、最適ドープ組成（x=0.06）

性散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で発現する超伝導相（T=6K<Tc）
では強い反強磁性揺らぎが見ら視的な量子現象は興味深い研究対象ですが、その起源解明にはダれます。超伝導が抑制された過剰ドープ（x=0.24）
試料では反強磁

イナミックな自由度の直接観測が欠かせません。図1は中性子非弾性揺らぎ自体が消失します。この結果は超伝導とスピン揺らぎ、更に2As2 におけ性散乱により測定された鉄系超伝導体 Ba（Fe1-xCox）

は電子構造との関連を示唆しています。

る反強磁性スピン 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Neutron inelastic scattering study on spin dynamics in quantum magnets and novel
superconductors
Neutron inelastic scattering is a powerful tool for observing spin dynamics in solids. Enhanced quantum fluctuation often dominates low-temperature properties of spin
systems, giving rise to novel nonmagnetic ground states.
A tool that can observe spin dynamics is
indispensable to elucidate mechanism realizing such a nonmagnetic state. Fig.1 shows
spin excitation spectra in the quantum kagome antiferromagnet Rb2Cu3SnF12. Strong
quantum fluctuations, enhanced by the geometrical frustration, prohibit spins to ordereven at the base temperature, and insteada nonmagnetic singlet ground state isformed. Such a singlet state cannot be de-tected by static magnetic tools. Using neutron inelastic
scattering, we measure dynamics of excited triplets fromthe singlet ground state, with which we uniquely determine the ground-state singlet configuration.

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

北上研究室

ナノスケール磁気デバイス研究分野
KITAKAMI Lab

Nanoscale Magnetism and Devices
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

nanomagnet／size effect／magnetic memory／spin dynamics

修

教

授

Osamu KITAKAMI, Professor

osamu.kitakami.c7@tohoku.ac.jp

岡本

聡

菊池

伸明

准教授

Satoshi OKAMOTO, Associate Professor

助教Nobuaki KIKUCHI, Assistant Professor
DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH▪ Size effect on crystal phase of nanomagnets▪ Development of highly sensitive magnetic detection method▪ Nanostructuring technique using scanning probe microscope▪ Physical properties & spin dynamics of single nanomagnet▪ Designing & development of new materials with giant magnetic anisotropy▪ Development of new technology for ultra high density memory devices

北上

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

無機材料研究部門⃝ナノサイズ粒子の結晶相安定性⃝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

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 of nanomagnets and their application to magnetic
memory devices
Rapid progress toward information society has arousedmuch attention to magnetic memory devices 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 andhamper further advance in device performance. It is indispensable to elucidate various physical properties ofnanosized magnets. Under this circumstance, our intensive effort is focused on (1) size effect on crystal phaseof magnets, (2) highly sensitive magnetic detection technique, (3) magnetic behavior of single nanomagnets, (4)new SPM lithography, and (5) new media and technology
for ultrahigh density recording.

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

横山研究室

超臨界流体・反応研究分野
YOKOYAMA Lab

Chemical Reaction Engineering
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

supercritical fluids／nitride semiconductors／ionic liquids／immobilized catalyst

横山

千昭

教

授

Chiaki YOKOYAMA, Professor⃝アモノサーマル法によるIII 族窒化物の合成⃝電解質を溶解したアンモニア溶液の熱物性⃝イオン液体固定化触媒の開発⃝イオン液体を用いた環境調和型プロセスの開発⃝マイクロ・ナノ流体の輸送物性

chiaki.yokoyama.a1@tohoku.ac.jp

冨田

大輔

助

教

Daisuke TOMIDA,Assistant Professor▪ Synthesis of group-III nitrides by the ammonothermal method▪ T hermophysical 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

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セスの実用化に関する研究を行っています。溶媒の熱物性を正確

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。

高温・高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

Reaction process using
supercritical fluid or ionic liquid
In our laboratory, major research interests focus on thermophysical properties investigations, such as measurement and development of prediction method for a given
compound or system regarding 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 data for chemical engineering and developmentof sustainable chemical process with the aid of scCO2/
ionic liquids and other methodologies available.
Current Research Contents
1.	Measurement of thermophysical properties related tothe single crystal growth process of GaN.

2.	Syntheses of ionic liquids based copolymers and theiruse as novel solid support in synthetic chemistry.
3.	Continuous reaction/separation process on the basisof the combination of scCO2/ionic liquids.

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

河村研究室

固体イオン物理研究分野
KAWAMURA Lab

Solid State Ion Physics
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

solid state ionics／ion dynamics／nuclear magnetic resonance／thin-film rechargeable
battery

河村

純一

教

授

Junichi KAWAMURA, Professor⃝リチウム電池の劣化診断技術開発⃝薄膜リチウム電池の開発と界面イオン移動研究⃝燃料電池材料のプロトン移動機構の研究⃝ガラス・過冷却液体のイオンダイナミクス研究

junichi.kawamura.a8@tohoku.ac.jp

渡辺

明

准教授

桑田

直明

准教授

高橋

純一

助

Akira WATANABE, Associate Professor

Naoaki KUWATA, Associate Professor
DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

教

Junichi TAKAHASHI, Assistant Professor

ドライ アルンクマール 助

教

Arunkumar DORAI, Assistant Professor

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

無機材料研究部門▪ Degradation diagnosis of lithium batteries▪ Development and analysis of thin film lithium batteries▪ Proton dynamics of fuel cell materials▪ Ion dynamics in supercooled liquid and glasses

河村研究室では、固体中のイオンの動きをレーザー
Li metal film (VTE)

分光法と核磁気共鳴（NMR）を用いて研究し、新物質

Li3PO4 film (PLD)

開発や環境・エネルギー問題の解決につなげることを目指しています。

LiCoO2 film (PLD)
Pt-coated
SiO2 substrate

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（in situ）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。

Solid-state ion physics
bring innovation to our life

レーザー蒸着法で作製した薄膜リチウム電池

Edge filter
Monochromator
andCCD

Microscope
Prism

Lens

Prism

Lens

Half mirror

Band path filter

DPSS laser(532 nm)Objective
Cell

CE

WE
RE

Potentiostat

1

1E-8

H

7

Li

1E-9
1E-10

D (m2/s)

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. development and analysis of thin-film lithium batteries,
3. proton dynamics of fuel cell materials, 4. ion
dynamics in supercooled liquid and glasses.
We use the following techniques; 1. Laser optics(PLD for lithium ion battery, Raman spectroscopy, optical- Kerr, etc.), 2. NMR (relaxation, diffusion, micro- imaging), 3. Electrical Measurements(impedance, electrochemistry).

磁場勾配NMR装置とリチウム電池の7Liイメージング

1E-11
1E-12
1E-13
1E-14
1E-15
3.0

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

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プロセスシステム工学研究部門
DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING
プロセスシステム工学研究部門は、超臨界ナノ工学、光物質科学、固体イオニクス・デバ
イス、環境適合素材プロセス、材料分離プロセスの各分野を網羅する部門であり、実用化研究を重点的に実施しています。扱う素材はナノレベルからマクロレベルまで多種多様ですが、基礎となる学問は物理化学、無機工学、プロセス工学と共通です。
Division of Process and System Engineering contains contains Supercritical Fluid andHybrid Nano Technologies, Laser Applied Material Science, Solid State Ionic Devices,
Environmental-Conscious Material Processing, Materials Separation Processing so that we
focus our investigation on the practical application of highly-functional materials. Common
basic academic fields are physical-chemistry, inorganic engineering, and process technology.

教
阿尻

授

Professor
雅文

Tadafumi ADSCHIRI

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

雨澤浩史

Koji AMEZAWA

Development of environmentally-friendly energy-conversion devices based on solidstate ionics

浩幸

俊一

Shunichi SATO

光科学と物質科学の融合研究
Multidisciplinary research of photonics and material science

固体イオニクスに立脚した環境調和型エネルギー変換デバイスの開発

柴田

佐藤
埜上

洋

Hiroshi NOGAMI

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

Hiroyuki SHIBATA

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

客員教授
岡部

Visiting Professor
徹

Toru H. OKABE

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

准教授

Associate Professor笘居

高明Takaaki TOMAI

小澤祐市

Yuichi KOZAWA

先端エネルギーデバイスに資する材料プロセスに関する研究

レーザー光の強度・偏光・位相の空間制御手法の開発と応用

Materials processing for advanced energy devices

Development of methods to control the spatial distribution of intensity, polarization, and phase of laser beams and its application

助永壮平

Sohei SUKENAGA

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

助教Assistant Professor
上杉祐貴

Yuuki UESUGI中村崇司

Takashi NAKAMURA

自立安定な光共振器システムの開発とその応用エネルギーデバイス用材料の機能性発現機構の解明

Development of self-resonating optical cavity system and its applications

Elucidation of the electrochemical properties of energy conversion
devices

木村

丸岡

勇太

Yuta KIMURA

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

川西

咲子

伸洋

Nobuhiro MARUOKA

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

Sakiko KAWANISHIDIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

Solution growth of silicon carbidel

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プロセスシステム工学研究部門

次世代ワイドギャップ半導体シリコンカーバイドの溶液成長28

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

阿尻研究室（兼：材料科学高等研究所）

超臨界ナノ工学研究分野
ADSCHIRI Lab（C:AIMR）

Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

supercritical water／super hybrid／nanomaterials／process engineering

阿尻

雅文

教

授

Tadafumi ADSCHIRI, Professor⃝超臨界場でのハイブリッドナノ粒子創成（超分子構造形成・相挙動・粘弾性）⃝ナノフルイドの熱力学⃝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

tadafumi.ajiri.b1@tohoku.ac.jp

笘居▪ 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 and chemical synthesis▪ R evolutionary catalysis: chemical route for low temperature heat recovery.

高明

准教授

Takaaki TOMAI, Associate Professor

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

やさらに超高濃度化しても流動するセラミクス（フルイディックセラミクス）

カルリサイクル・有機合成・ナノ粒子合成・資源改質・触媒といったの創製も試みています。この超高濃度ナノ粒子分散系の相挙動や様々な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粘弾性挙動については、今まで学問が十分に発展してきておらず、います。最近では、超臨界場を利用することで、有機分子・無機材

新たな科学の創成にも挑戦しています。

料がナノメート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た応用研究も進めています。
この超ハイブリッドナ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「超ハイブリッド材料」

Supercritical fluid for nano-hybrid technologies
Our study aims to establish chemical processes for synthesis of hybrid nano building blocks
based on supercritical fluid technology, nano-hybird technology and materials science & engineering. Thesestudies include synthesis of organic-inorganic hybrid nano building blocks
under supercritical conditions. We also
develop novel devices or nanofluidswith the nano building blocks for highperformance thermo-electric devices,high speed optical devices, nano sensors, and nano reactors (high order
structured catalysts).

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

佐藤（俊）研究室

光物質科学研究分野
SATO S. Lab

Laser Applied Material Science
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

laser／photonics／nano-particle／vector beam

佐藤

俊一

教

授

Shunichi SATO, Professor⃝高強度光の場における物質変換プロセス⃝高強度光の場におけるナノ粒子作製⃝ベクトルビームの発生とビーム特性の解析⃝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発⃝ベクトルビームを用いたナノイメージング

shunichi.sato.b8@tohoku.ac.jp

小澤

祐市

准教授

上杉

祐貴

助

Yuichi KOZAWA, Associate Professor▪ M aterial conversion process in intense optical field▪ Nano-particle synthesis in intense optical field▪ G eneration and analysis of vector beams▪ Creation of small laser spot and its application for novel laser processing▪ Nano-imaging by vector beams

教

Yuuki UESUGI, Assistant Professor

光科学と物質科学の融合研究
ついて、その物理的な性質を探るとともに、ビーム発生法の開発とビー
ム品質の改善に取り組みながら、
レーザー加工や超解像顕微鏡などプロセスの開発などを大きな目標としています。現在具体的に進めへの応用研究を総合的に進めています。
DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERINGている主たる研究テーマは、高強度レーザー場によるシングルナノ粒子作製と、ベクトルビー
ムに関する総合的な研究です。前者は、集光したフェムト秒レーザーパルスによって形成される強い光の場を新しい非平衡・非線形・超高速プロセスの場として利用し、分子の分解によって発生するラジカルや別種分子などによって、ダイヤモンド様カーボンや貴金属元素のシングルナノ粒子作製を行っています。これに対して後者は、光
（電磁波）
の本来の性

プロセスシステム工学研究部門

レーザーを中心とする最先端のフォトニクス技術を駆使して、光と物質との相互作用の研究を進め、新しい材料の創成や機能の発現、質であるベクトル性を持ったベクトルビームにMultidisciplinary research of photonics and material science
We are intentionally and intensively trying to make thebest use of the excellent properties of lasers for theadvancement of material science. The state-of the-art
photonics technologies are our useful and essential tools.
At present, we are especially interested in
the following tow topics. The first is the synthesis of single nano-particles of diamond-like-carbon and noble metals by using
an intense optical field, which is generated
by tightly focused femto-second laser pulses
in liquid and can be regarded as a novel
non-equilibrium, non-linear and ultrafast process. The next is the investigation of vector
beams, which have inherent vectorial char-acteristics of electromagnetic wave, focusing on its
physics, the development of beam generation, the improvement of beam quality, and applications such as
laser processing and super-resolution microscopy.

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

雨澤研究室

固体イオニクス・デバイス研究分野
AMEZAWA Lab

Solid State Ionic Devices
専門分野・キーワード

固体イオニクス／エネルギー変換／オペランド分析／電気化学

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

solid state ionics／energy conversio／operando analysis／electrochemistry

雨澤

浩史

教

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

Koji AMEZAWA, Professor

中村

崇司

助

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

木村

勇太

助

授

koji.amezawa.b3@tohoku.ac.jp

教

Takashi NAKAMURA, Assistant Professor

教

Yuta KIMURA, Assistant Professor

環境にやさしいエネルギー変換デバイスの実現・普及に向けて
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、
21世紀の科学者・技術者に課せられた大きな課題です。我々の研究室では、これらの問題の解決に資す
る、燃料電池や蓄電池など、環境にやさしいエネルギー変換デバイスの実現・普及のための基盤研究を行っています。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“ 固高温雰囲気制御型オペランドマイクロX 線吸収分光測定装置

オペランド測定による蓄電池合材電極反応の3D 可視化体イオニクス” 材料に着目し、固体におけるイオン輸送、界面反応、いった特殊なデバイス動作環境下でのオペランド分析を可能とする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、

高度計測技術の開発も行っています。以上の研究を通し、固体イオ

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、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スの開発な反応に関わる理解を深化させるべく、高温／制御雰囲気／通電とらびに高性能化・高信頼性化に取り組んでいます。

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

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

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

埜上研究室

環境適合素材プロセス研究分野
NOGAMI Lab

Environmental-Conscious Materials Processing
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

ironmaking／process simulation／transport phenomena／multiphase／reaction kinetics／thermal engineering

埜上

洋

教

授

Hiroshi NOGAMI, Professor⃝素材製造プロセスの多相反応シミュレータ開発⃝新規エネルギー変換・貯蔵・回収プロセスの開発⃝反応・伝熱高効率化のための境膜制御技術開発⃝鉄鉱石の還元溶融現象の解明⃝固体表面の液体流動の解析

nogami@tohoku.ac.jp

丸岡

伸洋

助

教

Nobuhiro MARUOKA, Assistant Professor▪ R eaction process simulator for material production▪ Development of energy recovery, conversion and storage▪ Boundary layer control to improve reaction and heat transfer processes▪ Reduction and melting behavior of iron ore▪ Flow behavior of liquid with free surface on solid surface

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

ギー回収および貯蔵プロセスの開発も進めています。

の膨大さから、資源・エネルギーの消費量も膨大で、これらを抑制し、DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

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、新たな熱エネル

プロセスシステム工学研究部門

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 consumption in base metals production, improvement ofprocess efficiency, enhancement of flexibility to raw material resources and development of novel processes
are required. One of our approaches for this issue isnumerical process simulation to reproduce and evaluate
the materials production processes, based on the theories of multiphase fluid dynamics, reaction kinetics, thermodynamics, thermal fluid engineering, transport phenomena, powder technology, and so on. Using the resultsof the process analysis and the fruits obtained throughthe modeling of unit operations, we are trying to develop
novel material production technology. Additionally weare trying to develop new processes for recovery andstorage of thermal energy.

High-performance heat exchanger with boundary layer controll

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

柴田（浩）研究室

材料分離プロセス研究分野
SHIBATA H. Lab

Materials Separation Processing
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

silicates／thermophysical property／solidification process／refining process

柴田

浩幸

教

授

Hiroyuki SHIBATA, Professor⃝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

hiroyuki.shibata.e8@tohoku.ac.jp

助永

壮平

准教授

川西

咲子

助

Sohei SUKENAGA, Associate Professor▪ Solidification mechanism of metallic and oxide super-cooled liquids▪ Solution growth of SiC crystal▪ Structure and physicochemical properties of silicate melts and glasses▪ Structure of solidified metal halides▪ R eduction process of magnesium oxide

教

Sakiko KAWANISHI, Assistant Professor

高効率素材製造プロセスのための高温界面物理化学
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

50mm

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SiCが1400℃で結晶成長する様子

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敏感な性質です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。これらの基礎研究を基にので、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取り行っています。また、材料の分離プロセスや結晶成長に関わる界面組んでいます。

Physicochemical approach to interfacial phenomena at high temperature for high efficiency
materials processing
Recycling, refining and solidification processes of materials are important to sustain high efficiency process for
manufacturing products. Each material separation process is governed by many chemical and thermophysicalproperties of materials and interfaces among materials.
Functions of the materials should be clarified from micromechanism of each 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.

LiquidCrystalMo
Crystallization of lithium silicate on
the molybdenum substrate

5 mm

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計測研究部門
DIVISION OF MEASUREMENTS
新規な高機能材料開発をめざして、電子、中性子、レーザー、マイクロ波、放射光などの様々な粒子や電磁波を用いて、新しい計測・解析手法開発を推進します。また、機能発現のメカニズム解明を含めて、基盤となる原子・分子分光学、表面科学、ナノ界面科学、固体物性科学などの研究領域の新たな展開を図ります。
Aiming at new high-performance materials, advanced measurements and analyses methods
are developed using various particles such as electrons and neutrons, lasers, electromagnetic
waves, and synchrotron radiation. Including interpretation of the underlying mechanisms offunctioning, we will achieve a new development of the research areas of atomic and molecular
spectroscopy, surface science, nterfacial nano-science, and condensed matter physics.

教授

Professor

上田潔

Kiyoshi UEDA

先端光源と独自の計測法を駆使した電子分子ダイナミクス研究と量子制御

髙橋正彦

Masahiko TAKAHASHI

電子衝突を用いた静的および動的分子科学

Investigating and controlling electron and molecular dynamics with novel light sources

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

百生

木村

敦

Atsushi MOMOSE

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

火原彰秀Akihide HIBARA

陣内浩司

Hiroshi JINNAI

電子線トモグラフィを用いたソフトマテリアルの精密構造解析

Analytical device utilizing nano-microfluidics, and spectroscopy for nano-microchemistry

雄二

Hiroyuki KIMURA

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

ナノ・マイクロ流体を用いる分析デバイスと微小領域の分光化学髙桑宏之

中性子・放射光・X 線の相補利用による機能性物質の構造物性研究

Yuji TAKAKUWA

Analysis of nano-structures in soft materials by electron tomography

秩父重英

Shigefusa CHICHIBU

固体表面動的過程のリアルタイム表面計測の開発と応用

ワイドバンドギャップ半導体量子ナノ構造創成と時間空間分解スペクトロスコピー

Development of real-time surface measurements for dynamics on the solid surfaces

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

特任教授

客員教授

中野

Specially Appointed Professor

朝雄

Asao NAKANO

北森武彦

Visiting Professor
Takehiko KITAMORI

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

准教授

Associate Professor
渡邉昇

Noboru WATANABE

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

大庭裕範

Yasunori OHBA

二量子遷移 EPRによるトロポニンタンパク構造と機能の相関の研究

一信

航

Wataru YASHIRO

Development of new methods using phases of X-rays and neutrons

虻川 匡司

Tadashi ABUKAWA

表面構造解析とダイナミクス計測に基づく
新機能表面の創成

A study of structure-function relationships of troponin by DQC
EPR

小島

矢代

Ｘ線・中性子の位相計測を利用した
新規計測手法の開発

Research of new functional surfaces by analyzing structure anddynamics

Kazunobu KOJIMA

高出力と高効率を両立する新奇光デバイスの創出
Creation of novel optical devices establishing both high output
power and high efficiency

特任准教授

Specially Appointed Associate Professor
高野秀和

Hidekazu TAKANO

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

講師

特任講師 Specially Appointed Senior Assistant Professor

Senior Assistant Professor
池松克昌

Katsumasa IKEMATSU

橋本康

Koh HASHIMOTO

Ｘ線イメージング、位相コントラスト

LIGAプロセスを用いたX 線透過格子の開発とX 線位相イメージングの高度化

X-ray imaging, Phase contrast

Development of X-ray transmission gratings using the LIGA process and X-ray phase imaging with a novel grating interferometer

助教

Assistant Professor
奥西 みさきMisaki OKUNISHI

強光子場中での電子・分子ダイナミックス
Electron and molecular dynamics in intense laser fields

福澤宏宣

Hironobu FUKUZAWA

自由電子レーザーと放射光を用いた
原子・分子・クラスター科学
Atomic, molecular, and cluster sciences using free-electron laserand synchrotron radiation

山𥔎

優一	

Masakazu YAMAZAKI

電子線コンプトン散乱を利用した
新規時間分解分光法の開発

輝俊

彦霖Yanlin WU

放射光及び実験室 X 線源を用いた新しいX 線イメージング

Development of time-resolved spectroscopy using electron Compton scattering

坂倉呉

Terutoshi SAKAKURA

単結晶 X 線回折法における技術開発

New X-ray phase imaging using synchrotron and laboratory X-ray
source山本孟

Hajime YAMAMOTO

新規遷移金属酸化物探索と量子ビームを用いた構造物性研究Technical study of single-crystal X-ray diffraction

真央

Mao FUKUYAMA紘平

Shuichi OGAWA

ナノ炭素材料のCVD 成長法と電子状態評価法の開発

Interface chemistry in micrometer scale for the miniaturization ofanalytical systems

嶋小川 修一	DIVISION OF MEASUREMENTS

福山

マイクロメートルサイズの界面を利用した微量分析化学操作の開発

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

Kohei SHIMA

計測研究部門

Exploration of new transition metal oxides and structural scienceof materials by quantum beams

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

助

手Research Associate
菊地清Kiyoshi KIKUCHI

カソードルミネッセンス法によるワイドギャップ半導体の光学的評価
Optical characterization of wide bandgap semiconductors using
cathodoluminescence techniquel

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

上田研究室

電子分子動力学研究分野
UEDA Lab

Electron and Molecular Dynamics
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

molecular dynamics／electron dynamics／electron spectroscopy／coincidence
spectroscopy

上田

潔

教

授

Kiyoshi UEDA, Professor⃝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

kiyoshi.ueda.a2@tohoku.ac.jp

奥西みさき

助

福澤

助

教

Misaki OKUNISHI, Assistant Professor▪ Q uantum interference and entanglement in reactions▪ Electron and molecular dynamics of photo excited spices▪ Taking molecular movies and catching electron motion for tracing reactions▪ Developing photoelectron spectroscopy and multi-particle spectroscopy for molecular imaging, molecularmovies, and catching electron motion, using short pulse optical lasers, synchrotron radiation sources, and X
ray free electron lasers

宏宣

教

Hironobu FUKUZAWA, Assistant Professor

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
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、超短パルス光学レー
ザー、世界最高分解能軟Ｘ線放射光、最新の短パルス高強度 X 線
源である短波長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。

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 	

Taking the molecular movie,
catching the electron motion
Quantum interference based on wave nature of mattersmakes quantum processes completely different fromclassical processes. We analyze, visualize, and control
quantum processes that determine ultrafast electron andmolecular dynamics, such as electronic relaxation,
charge transfer, fragmentation, and rearrangement inisolated molecules and clusters. For that purpose, wehave been developing cutting-edge spectroscopic techniques that allow us to catch the atomic and electron
motion. To trigger, probe, and control the processes, we
use new―generation light sources such as ultrafast optical lasers, ultrahigh resolution soft x ray synchrotron
radiations, and ultrafast X-ray free electron lasers.

Xe	
Xe	

Ar	
Ar	

O2	
O2	

N2	
N2	

Photoelectron	
  angular	
  distribu7ons	
  of	
  rare	  gas	
  atoms	
  (Xe	
  and	  Ar)	
  and	  nd	  N2)	
  irradiated	
  intense	  ulses	
diatomic	  molecules	
  (O2d	
  aistribu7ons	
  Photoelectron	  angular	  of	
  rare	  bgy	  as	
  atoms	
  laser	  (Xe	
  apnd	  Ar)	
  and	  diatomic	
  molecules	
  (O2	
  and	
  N2)	
  irradiated	
  by	
  intense	
  laser	  pulses	

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

髙橋（正）研究室

量子電子科学研究分野
TAKAHASHI M. Lab

Quantum Electron Science
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

molecular science／collision physics／multiparameter coincidence spectroscopy／momentum space wave function⃝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▪ Developments of multidimensional coincidence techniques and their applications to studies on stereodynamics in electron‑molecule collisions▪ Development of time‑resolved electron momentum spectroscopy for visualization of the change of electron
motion in transient species

髙橋

正彦

教

授

Masahiko TAKAHASHI, Professor

masahiko.takahashi.c4@tohoku.ac.jp

渡邉

昇

山﨑

優一

准教授

Noboru WATANABE, Associate Professor

助教

Masakazu YAMAZAKI, Assistant Professor

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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（3）運動の変化の可視化

DIVISION OF MEASUREMENTS

Properties of matter, such as reactivity and functionality,
are determined by the motion of the constituent electrons. For this reason we aim at developing new spectroscopic methods, by using electron Compton scattering, that would visualize the electron motion for stablespecies and most importantly the change of electron
motion in transient species, which is the driving force
behind any chemical reactions;(1)development of molecular frame electron momentum
spectroscopy for momentum-space imaging of molecular orbitals in the three-dimensional form,(2)developments of multiparameter coincidence techniques for studies on stereo-dynamics in electron-molecule collisions,(3)d evelopment of time-resolved electron momentum
spectroscopy for visualization of the change of electron motion in transient species.

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計測研究部門Visualization of electron motion in matter by means of electron compton scattering38

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

百生研究室

量子ビーム計測研究分野
MOMOSE Lab

Quantum Beam Measurements
専門分野・キーワード

イメージング／Ｘ線／位相計測／三次元計測

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

百生

敦

教

授

⃝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

Atsushi MOMOSE, Professor▪ X-ray phase measurement methods based on X-ray interference optics.
▪ Development and application of X-ray phase imaging system▪ Dynamical X-ray imaging for functional imaging▪ X-ray phase microscopy/tomography▪ USAXS imaging based on decoherence

Yanlin WU, Assistant Professor

atsushi.momose.c2@tohoku.ac.jp

矢代

航

呉

彦霖

助

中野

朝雄

特任教授

高野

秀和

特任准教授

池松

克昌

講師

橋本

康

准教授

Wataru YASHIRO, Associate Professor

教

Asao NAKANO, Professor

Hidekazu TAKANO, Specially Appointed Associate Professor

Katsumasa IKEMATSU, Senior Assistant Professor

特任講師

Koh HASHIMOTO, Specially Appointed Senior Assistant Professor

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、幅に、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。

広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 visualizematerials structures of the size from atomic scale tohuman scale. The use of phase information enhances theusefulness of quantum beams tremendously. We haveinnovated in X-ray imaging technology by developing

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

X-ray phase measurement, releasing groundbreaking
results beyond conventional expectation. The technique
is powerful for objects consisting of low-Z atoms, suchas polymers and biological materials, and recently its
scope is expanding to metallic materials. Based on quantum beam physics, we aredeveloping unique experimental environment andpioneering advanced imaging research. This technology is attractive practically, and we are also
conducting various colX-ray Optical Element―High Aspect-Ratio Gold Grating―laborations.

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

木村研究室

構造材料物性研究分野
KIMURA Lab

Structural Physics and Crystal Physics
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

Precise crystal/magnetic structure analysis under multiple extreme conditions／
Development of neutron and X-ray diffractometers／Magnetic ferroelectrics／
Hydrogen-bonded dielectrics

木村

宏之

教

授

Hiroyuki KIMURA, Professor

hiroyuki.kimura.b5@tohoku.ac.jp⃝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

坂倉

輝俊

助

山本

孟

助

教

Terutoshi SAKAKURA, Assistant Professor

教

Hajime YAMAMOTO, Assistant Professor▪ Development of the 4-circle neutron diffractometer▪ Development of the wide-area neutron detector for neutron structure analysis▪ Development of ultra high accuracy structure analysis using synchrotron X-ray▪ Electron density distribution and proton density distribution of hydrogen-bonded compounds▪ N eutron and X-ray scattering study of structural physics and magnetism on multiferroic materials▪ Imaging of 3d-electron-orbital

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

DIVISION OF MEASUREMENTS

We have been developing the methodology for high‐resolution crystal and magnetic structure analysis using
X‐ray, Synchrotron radiation and Neutron beam under
extreme conditions such as low temperature, high magnetic field, and high pressure.
We have also studied structural phase transitions to understand the microscopic origins of functional properties in solid‐statematerials based on the accurate distribution
analyses of the electron as well as nuclear
densities. Figure shows the complex magnetic structure of magnetic ferroelectrics
derived by neutron magnetic structure analysis. Cycloidal spin structure in this materi-

al is thought to be the origin of electric polarization. We
also engage the development of novel neutron diffractometer for structure analysis “SENJU” in J-PARC.

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計測研究部門Ferroelectric polarization induced by magnetic order in magnetic ferroelectrics

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

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
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

nano／micro analytical devices／imaging microscopy／optical detection methods／electron spin resonance

火原

彰秀

教

授

Akihide HIBARA, Professor⃝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

akihide.hibara.e7@tohoku.ac.jp

大庭

裕範

准教授

福山

真央

助

Yasunori OHBA, Associate Professor▪ E asy and automated chemical analysis utilizing nano/microfluidic device.
▪ Liquid-film separation/preconcentration method based on interface chemistry.
▪ Imaging microscopies and detection methods for microspace.
▪ Structure-function relationship of biological molecular systems studied by high power pulsed ESR.

教

Mao FUKUYAMA, Assistant Professor

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

現在

従来装置

可搬分析装置
薬剤解析デバイス化と高度化に関する研究分野開拓を中心に研究を進めます。生体・環境・食品・工業プロセスなどを対象とし

飽和溶液
1 mL

た簡便分析・自動分析などの実現が期待できます。

••

また、単一細胞を対象とする分析、単一分子レベ

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

ルでの分析、結晶化などの単一事象の分析、高速混

フォトダイオード

合時の物質挙動の追跡など、他の手法からは得られ

在宅型健康チェックない情報を計測するデバイス・計測技術実現に挑戦しスペクトル
アナライザー

試料（水）

対物レンズ

ます。このような新しい技術のためには、空間制約下

レーザー（λ = 532 nm）での化学反応・相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ります。そのためのツールとして、

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

あらゆるところにマイクロ・ナノ分析デバイス

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、他に例のない高度計測手法

1 pL
13 μm

将来

の開発を進めます。

1

Chemistry in nano/micro space: measurements & applications
We study advanced nano-micro technologies in chemismicroscopic imaging, laser microscopy, and electron spin
try and biochemistry and their applications to integrated
resonance（ESR）spectroscopy.
analytical devices. We investigate easy and auNanofluidic / microfluidic device
High power pulsed ESR for protein folding analysis
tomated analytical technologies for life science,
environmental science, food safety, and industrial process.
We also investigate novel analytical technologies such as single cell analysis, single molecule
Optofluidic device
analysis, single event analysis, and molecularbehavior in rapid mixing. For the advanced technologies, fundamental chemistry such as chemical reaction and phase transition in a confined
space should be revealed in detail. We study
unique advanced measurement tools such as

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

陣内研究室

高分子物理化学研究分野
JINNAI Lab

Polymer Physics and Chemistry
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

Soft Matter Physics／Self-Assembling Processes in Soft Materials／Electron Tomography／Polymeric Hybrid Materials

陣内

浩司

教

授

Hiroshi JINNAI, Professor

hiroshi.jinnai.d4@tohoku.ac.jp⃝ “ 多次元 ” 電子顕微鏡法の開発⃝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（燃料電池など）の3次元観察と物性解明⃝エネルギー関連材料▪ Development of novel “multi-dimensional” electron microscopy▪ Development of 3D image analysis methods（e.g., analysis of interfacial curvatures based on geometry）▪ 3D observation and analysis of block copolymer self-assembled structures▪ 3 D Morphological study of nano-composite materials by electron tomography▪ 3D Structural observation of energy-related materials（e.g., fuel cell electrode）

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の材料開発に応用していきます。

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

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

DIVISION OF MEASUREMENTS

For better understanding of various properties, e.g., mechanical, electrical, transport properties, in soft materials, detailed characterization of their morphologies inthree-dimension（3D）is essential. We have developed
electron tomography, a novel microscopic method toimage nano-scale structures in 3D, and applied them tovarious self-assembling structures in soft materials.
In addition to the 3D imaging capability of electron tomography, another “dimension”, e.g., time, temperature,
wet environment etc., will be added to observe 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.

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計測研究部門

3D observations of nano-structures in soft materials by electron tomography42

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

髙桑研究室

表面物理プロセス研究分野
TAKAKUWA Lab

Surface Physics and Processing
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

surface physics／material science／process engineering／development of surface
analysis methods with electron and photon probes

髙桑

雄二

教

授

Yuji TAKAKUWA, Professor⃝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

yuji.takakuwa.b7@tohoku.ac.jp

虻川

匡司

准教授

小川

修一

助

Tadashi ABUKAWA, Associate Professor▪ Development of chemical vapor deposition processes for nanocarbon materials▪ Analysis and control of the growth mechanism of insulator thin films for gate stacks of advanced CMOS
▪ Analysis and control of the surface reaction mechanism on functional metal oxide surfaces▪ Determination of surface structures by electron diffraction and its application▪ Development of the new methods for spin arrangement and ultrafast phenomenon on surface

教

Shuichi OGAWA, Assistant Professor

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・界面て、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。

反応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Synthesis of functional materials and development of nanoprocesses based on surface
reaction mechanisms
In the research section of surface physics and processand multilayer graphene, and developed surface nanoing, we aim to develop various surface analysis methods
processes.
with electron and photon probes: Real-time photoelectron spectroscopy usingsynchrotron radiation and rare gas resonance lines for monitoring in situ surface
chemical compositions and bonding states
under a reactive gas atmosphere (Fig.1),
and Weissenberg RHEED for determining
unambiguously surface structures (Fig.2).
Based on the observed chemical and solid phase reaction kinetics at surfaces
Fig.1. Time evolution of photoelectron
Fig.2. Patterson map (inset) and structure
and interfaces, we have synthesized
spectra taken during exposing Si(001)model of Si(111) √3×√3-Ag surface obtained bysurface with O₂.
Weissenberg RHEED.
functional materials such as diamond

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

秩父研究室

量子光エレクトロニクス研究分野
CHICHIBU Lab

Quantum Optoelectronics
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

Wide bandgap semiconductors／Quantum nanostructures／Carrier dynamics／
Spatio-time-resolved spectroscopy⃝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‑matter coupling in environment‑friendly (Al,In,Ga)N and（Mg,Zn)O wide bandgap semiconductor microcavities▪ Spatio-time-resolved spectroscopy in semiconductor materials▪ D esign and fabrication of (Al,In,Ga)N quantum nanostructures: epitaxial growths by metalorganic vapor
phase epitaxy and molecular‑beam epitaxy▪ H elicon‑wave‑excited‑plasma sputtering epitaxy of II‑oxide semiconductor（Mg,Zn)O and fabrication of multifunctional oxide thin films

秩父

重英

教

授

Shigefusa F. CHICHIBU, Professor

shigefusa.chichibu.e1@tohoku.ac.jp

小島

一信

准教授

嶋

紘平

助

菊地

清

助

Kazunobu KOJIMA, Associate Professor

教

Kohei SHIMA, Assistant Professor

手Kiyoshi KIKUCHI, Research Associate

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。

DIVISION OF MEASUREMENTS

Research objectives of the laboratory are to design andcreate quantum nanostructures desirable for new functional optoelectronic devices workable in deep ultraviolet, visible, and optical communication wavelengths using planet-conscious wide bandgap
semiconductors, namely (Al,In,Ga)N and (Mg,Zn)
O systems. We are growing quantum structuresby metalorganic vapor phase epitaxy, molecular-beam epitaxy, and unique helicon-wave-excited-plasma sputtering epitaxy methods. Ultrafast recombination dynamics of excited particles
in nanostructures are studied by time-resolved
spectroscopy using a femtosecond laser, andvery local carrier dynamics are proved by fo-

cused pulsed electron beams using a home-made, spatio-time-resolved cathodoluminescence system equippedwith a photoelectron-gun.

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計測研究部門Design and creation of wide bandgap semiconductor quantum nanostructures and spatiotime-resolved spectroscopy

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非鉄金属製錬環境科学研究部門
COLLABORATIVE RESEARCH DIVISION OF NON-FERROUS METALLURGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCE
非鉄金属製錬環境科学研究部門は、金属資源プロセス研究センターとの密接な協力関係のもと、熱力学データの再検討を含
む課題解決を目的とする研究を中心軸に据え、研究を通した社会人、大学生・大学院生の実践的教育による人材育成、非鉄金
属製錬業界との連携による産業の振興を図ります。
Division of Environmental Non-ferrous Metallurgy is aimed at cultivation of human resources by practical minded education andstimulation of non-ferrous metallurgical industry collaborating with industrial society.

教授（兼任） Professor (c)福山博之

Hiroyuki FUKUYAMA柴田浩幸

Hiroyuki SHIBATA

准教授

雅仁

淳司

客員教授

Associate Professor
打越

村松

Masahito UCHIKOSHI

高純度精製技術を活かした非鉄金属製錬法の改善と新規開発

今村正樹

Atsushi MURAMATSU

Visiting Professor
Masaki IMAMURA

Novel non-ferrous metallurgy based on the technology of ultrahighpurification

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COLLABORATIVE RESEARCH DIVISION OF NON-FERROUS METALLURGY AND ENVIRONMENTAL SCIENCE

共同研究部門

非鉄金属製錬環境科学研究部門
Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy
and Environmental Science
専門分野・キーワード

非鉄金属製錬／都市鉱山／熱力学／超高純度精製

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

福山

博之

教

授（兼任）

⃝製錬・精錬技術の体系的理解に基づくプロセスの高効率化⃝低品位鉱石対応製錬技術の開発⃝非鉄金属製錬における基礎的熱力学データの検証と拡充⃝金属の超高純度精製と超高純度材料の物性

Hiroyuki FUKUYAMA, Professor（Ｃ）

村松淳司

教授（兼任）▪ High efficiency of pyro-and hydro-metallurgy based on systematic understanding of fundamentals▪ Development of low grade ore smelting▪ Verification and expansion of the basic thermodynamic parameters of non-ferrous metallurgy▪ Preparation of ultrahigh purity materials and their intrinsic properties柴田浩幸

教授（兼任）

打越

雅仁

准教授

今村

正樹

客員教授

hiroyuki.fukuyama.b6@tohoku.ac.jp

Atsushi MURAMATSU, Professor（Ｃ）

Hiroyuki SHIBATA, Professor（Ｃ）

Masahito UCHIKOSHI, Associate Professor

Masaki IMAMURA, Visiting Professor

非鉄金属製錬環境科学研究部門

E

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

非鉄製錬業の安定的発展のために
社会基盤の基である金属素材の安定供給のためには、製錬業の解決を目的とする研究を中心軸に据え、研究を通した社会人、大学

安定的発展が望まれます。国内製錬業は、国内資源が乏しいこと

生・大学院生の実践的教育による人材育成、非鉄金属製錬業界とに加え、近年の鉱石の劣質化や、国際的競争の激化など、難しいの連携による産業の振興を図ります。

状況にさらされています。銅、亜鉛、鉛、アルミニウム、貴金属類などの生産に関わる非鉄金属製錬業が持続的に発展するためには、
1.	鉱石ならびに都市鉱山からの有価金属の抽出技術の先進化
2.	ゼロエミッション化に繋がる環境負荷副産物を活用する機
能性材料の開発
3.	未活用鉱石からの有価金属の効率的抽出技術の開発などの課題解決が必須であり、そのための人材育成も欠かせません。
本共同研究部門は、金属資源プロセス研究センターとの密接な協力関係のもと、熱力学データの再検討を含む課題

For Stable Development ofNon-ferrous metallurgical Industry
Stable development of the metallurgical industry isdesired for steady supply of metallic materials
which are the fundamentals of infrastructure forsociety. The metallurgical industry is exposed tosevere situation. For sustainable development of
the non-ferrous metallurgical industry, the following
issues must be resolved.
1. Advancement of extraction technology,
2.	Development of functional materials utilizing environmentally unfriendly by-products,
3.	Development of efficient extractive metallurgy fromunused ores,
Furthermore, cultivation of human resources involving
in this field is also important.

Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy and Environmental Science is aimed at cultivationof human resources by practical minded education andstimulation of non-ferrous metallurgical industry collaborating with industrial society.

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

教
福山

授

Professor
博之

Hiroyuki FUKUYAMA北村信也

Shin-ya KITAMURA

高温反応場を用いた機能材料の創製と熱物性計測法の開発

サステナブルメタラジーに立脚した製鋼プロセスの変革

High-temperature processes and measurements of materials

Innovation of Steelmaking Process based on the Sustainable Metallurgy

加納純也

Junya KANO

機能性粉体プロセスの創成とシミュレーションによる粉体プロセスの最適化佐藤修彰

Nobuaki SATO

資源・エネルギー・環境を勘案した放射性レアメタルの素材プロセシング

Development of New Functional Powder Processing and Optimum Design of Powder
Processing by Numerical Simulation

Processing of Radioactive Rare Metals based on Resources, Energy and Environment

本間

柴田

格

Itaru HONMA

エネルギー変換デバイス・材料開発を志向した先端化学工学
Advanced Chemical Engineering for Energy Conversion Devices & Materials

村松

淳司

悦郎

Etsuro SHIBATA

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築

Atsushi MURAMATSU

Establishment of Metal Resources Circulation System Based on Non-ferrous Smelting Industry

小俣孝久

Takahisa OMATA

高機能性単分散ナノ粒子合成とサイズ・形態の精密制御

イオン交換を利用したエネルギー変換材料の創製

Highly functional nanoparticle synthesis with precisely controlled size and shape

Development of inorganic energy conversion materials using ion-exchange

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07多元2018_本文_金属資源_七b [46-55].indd 47※協力講座：環境適合素材プロセス研究分野、
材料分離プロセス研究分野

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

准教授

Associate Professor
大塚誠

Makoto OHTSUKA

多機能性薄膜材料の高機能化と新規デバイスの開発

植田滋

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

High temperature physical chemistry桐島

シュタウス スヴェン

陽

Akira KIRISHIMA

核燃料サイクルのバックエンド化学
およびＮＯＲＭを含むレアメタル鉱石の処理

Shigeru UEDA

高温物理化学

Sven STAUSS

生体適合性マイクロ電池の開発とその応用
Development and application of biocompatible microbatteries

Backend chemistry in nuclear fuel cycle and Processing of Rare
Metal Source containing NORM

淳

Atsushi IIZUKA

Development of high-efficiency water purification materials

蟹江澄志

Kiyoshi KANIE

機能性無機ナノ粒子のサイズ・形態制御液相合成とハイブリッド材料開発への展開

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

鉱物・廃棄物を利用した高効率水質浄化材料の開発

Size- and Shape-Controlled Synthesis of Functional Inorganic
Nanoparticles and Application to Develop Self-Organized Hybrid
Materials

水上雅史

Masashi MIZUKAMI

表面力･ 共振ずり測定法と界面分光によるナノ界面・閉じ込め液体の研究
Surface forces and resonance shear measurement study on nano-interface and nano-confined liquids

助教

Assistant Professor
安達

正芳

Masayoshi ADACHI

Ga-Al フラックスを用いた単結晶窒化アルミニウムの液相成長

高旭

Xu GAO

多分野の融合による金属製錬スラグの利用拡大

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

Expansion of the utilization of metal-refining slag with the perspective of disciplines

鄭

杜

立春

ZHENG Lichun

传明

Chuan-ming DUHigh temperature reactions of reactor core materials in gaseousenvironments

製鋼スラグからの選択浸出によるりんの分離と回収

石原

秋山

真吾

Shingo ISHIHARA

粒子法シミュレーションによる破砕のモデリングと
粉体プロセス設計

Separation and recovery of P from steelmaking slag by selective
leaching

大輔

Daisuke AKIYAMA

福島第一原子力発電所事故により生じた
燃料デブリの処理・処分の研究

Modeling and Simulation of Particle Breakage and Design of Powder Processing

Study on Fuel Debris Disposal at Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Station

小林

中安

弘明

Hiroaki KOBAYASHI

多電子レドックス反応を利用した二次電池正極ナノ材料の創成
Developments of Nano-Sized Cathode Materials using Multi-Electron Redox Reactions

チュオン クワン ドク

TRUONG Quang Duc

High energy-density advanced electrodes for next generation rechargeable batteries

金属資源プロセス研究センター

飯塚祐太

Yuta NAKAYASU

超臨界流体を用いたエネルギーデバイス材料の環境調和型合成Environmentally friendly synthesis of energy device materials using
supercritical fluids

粕谷素洋Motohiro KASUYA

表面力装置を基にした新規評価法の開発と閉じ込め液体の特性評価への利用
Development of the novel methods based on surface forces apparatus for the characterization of the confined liquid.

佃

諭志Satoshi TSUKUDA

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

一誓

Issei SUZUKI

新しい酸化物半導体の探索と物性の解明
Exploration of new oxide semiconductors and analysis of their
physical propertiesl

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

福山研究室

高温材料物理化学研究分野
FUKUYAMA Lab

High-temperature Physical Chemistry of Materials
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

materials processes／chemical thermodynamics／thermophysical properties ofhigh-temperature melts／crystal growth

福山

博之

教

授

Hiroyuki FUKUYAMA, Professor⃝窒化物半導体の結晶成長と物理化学⃝超高温熱物性計測システムの開発⃝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

hiroyuki.fukuyama.b6@tohoku.ac.jp

大塚

誠

安達

正芳

准教授

Makoto OHTSUKA, Associate Professor▪ Crystal growth and physical chemistry of nitride semiconductors▪ Development of high-temperature thermophysical property measurement system▪ M aterial processing using high-temperature reaction fields▪ T hermophysical property measurements of ultra-high temperature materials▪ Improvement of properties for multi-functional films and development of novel devices

助教

Masayoshi ADACHI, Assistant Professor

機能性材料プロセスと熱物性計測法の開発
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、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、未知の高温融体科学を切り拓いています。

High-temperature processes andmeasurements of materials
Fukuyama laboratory studies novel material processing
based on chemical thermodynamics with high-temperature thermophysical property measurements. Currently,
we are developing new crystal growth processes to bringa breakthrough in nitride-semiconductor devices, which
are promising materials for next-generation optical devices applied in environmental, medical, bio and information technologies fields. Database of thermophysicalproperties of materials is needed for modeling heat andmass transports in materials processes. The world’ firstthermophysical property measurement system has beendeveloped in our laboratory, which enables accurate
measurements of heat capacity, thermal conductivity,
emissivity, density and surface tension of high-tempera-

LPE-AlN layer(Al-polar)

Nitrided sapphire layer(N-polar)

Sapphire

10 nm
窒化サファイア基板上 AlN 膜の高分解断面 TEM 像

窒化サファイア基板上AlN膜の高分解断面TEM像

ture melts, utilizing electromagnetic levitation in a dc
magnetic field.

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

北村研究室

基盤素材プロセッシング研究分野
KITAMURA Lab

Base Materials Processing
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

steelmaking／ferrous metallurgy／chemical equilibrium／reaction kinetics／
material recycling

信也

教

授

Shin-ya KITAMURA, Professor

shinya.kitamura.e7@tohoku.ac.jp

植田

滋

准教授

高

旭

助

鄭

立春

助

杜

传明

助

Shigeru UEDA, Associate Professor

教

Xu GAO, Assistant Professor
CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY▪ Design of highly efficient steel refining process through the study on the formation of metal emulsion by rising bubble and the dissolution rate of solid oxide into molten slag
▪ Separation and recovery of valuable metals from steelmaking slag by the recovery of manganese using sulfidation and the separation of phosphorus using leaching▪ Quality control for clean steel production by the simulation model of inclusion composition change and thestudy on the change in oxide composition during heat treatment▪ Valorization of steelmaking slag for the recovery of rice fields damaged by earthquake and tumani

北村教

Lichun ZHENG, Assistant Professor

教

Chuanming DU, Assistant Professor

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

金属資源プロセス研究センター⃝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計⃝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 [Nano Scale]。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 the phase
containing phosphorus dissolved selectively.

New development of steelmaking process
The steelmaking process has an extremely importantrole in supporting the development of an eco-friendly
society and it becomes to an age of technical innovation.
For the research and development of this field, we haveto consider the following points on four different scales:
Giga scale = Consider the global impact of the extraction
process, Mega scale = Enhance the performance of reactors, Micro scale = Identify the controlling factors of
the reaction rate and Nano scale = Control the masstransfer of molecules. At Kitamura laboratory, the researches based on the above four points are being carried out in the field of steelmaking, which is a core process used to produce high-quality steel.

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 thesteelmaking slag was used as a fertilizer.

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

加納研究室

機能性粉体プロセス研究分野
KANO Lab

Powder Processing for Functional Materials
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

powder technology／grinding／mechanochemical reaction／recycle／hydrogen／rare
metal／simulation

加納

純也

教

授

Junya KANO, Professor⃝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製

kano@tohoku.ac.jp

石原

真吾

助

教

Shingo ISHIHARA, Assistant Professor▪ O ptimum design of powder processing by computer simulation▪ Development of simulation model for grinding processes of fine particles▪ Development of simulation model for multiphase flow
▪ Synthesis of functional powder materials and recovery of rare metals by using mechanochemical method▪ Development of new hydrogen generation processes from biomass and plastic waste

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。本研究室では、粉体プロセスを自在に精緻に制御するためのツールとしてのシミュレーション法の創成を行っている。本シミュレーションによって、粉体プロセスを最適化することにより、省エネルギー化や省資源化を図っている。また、粉体プロセスの一つである粉砕操作によって発現するメカノケミカル現象を積極的に活用し、都市鉱山からの金属リサイクルやバイオマスからの創エネルギーに関する研究を展開している。

図1

ADEMによる固体粒子破壊挙動のシミュレーション

Development of new functional powder processing and optimum design of powder
processing by numerical simulation
Development and manufacture of high functional materials have been actively made, and most of those raw
materials, intermediate products and final products are
particulate materials. The properties of the high functional materials are greatly dependent on the particle
packing structure in the materials as well as those chemical compositions. The particle packing structure is also
highly dependent on the particle properties and characteristics such as particle size and its distribution of theparticles, which depend on their preparation processes.
Therefore, in order to obtain the function desired, firstof all, the preparation process of the particles as a raw
material should be elaborately controlled, and then the
powder processing such as mixing, filling, forming andcomposite must be controlled exquisitely.
In our laboratory, we are carrying out development ofcomputer simulation method for control of powder processing. Optimizing the powder processing by the simulation is performed for energy saving and resource saving. In addition, we are developing processes forrecycling of metals from urban mines and for hydrogenenergy generation from biomass and plastics by using
the mechanochemical effects which are obtained in thegrinding process.

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

佐藤（修）研究室

エネルギー資源プロセス研究分野
SATO N. Lab

Energy Resources and Processing
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

actinide chemistry／nuclear fuel cycle／energy resources／rare metal processing／radioactive waste management

佐藤

授

桐島

陽

秋山

大輔

准教授

Akira KIRISHIMA, Associate Professor

助教
CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

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

使用済製品

新材料等
製品製造
素材製造

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

素材料評価
廃棄物評価

要技術である。このためウランやトリウムを含む鉱石からの核燃料

廃製品収集

金属資源プロセス研究センター

Daisuke AKIYAMA, Assistant Professor▪ Solid state and solution chemistry of actinide elements▪ Research for front and back end chemistry on nuclear fuel cycle▪ Research for radioactive waste management and environmental recoverability on NPP accident▪ Development of hydrogen producing desulfurization process from wastes▪ Development of green process for rare metal resources coexisted with radioactive materi

アクチノイド（U,Th)化学

製造プロセスの開発研究や燃焼後の核分裂生成物および未利用

精製錬

ウランなどの安全な処理・処分プロセス開発が求められている。さら要がある。本研究室では、水溶液
（湿式）
系や非水
（乾式）
系にお

廃棄物処理法開発
残渣処理法開発

探査・採鉱
鉱山

ける放射性核種の化学的挙動特性を把握し、高効率で廃棄物量分別保管

放射性物質管理
新製錬法開発に福島原発事故に関してはデブリ燃料処理や環境修復を図る必

処分法開発
廃棄物処理

粗製錬

処分場
4

・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の少ない核燃料のリサイクル方法や、レアメタル資源のグリーンプ③放射性物質の挙動と環境修復

ロセスの開発を行うとともに、福島原発事故に関わる放射性物質

冷却材(海水,真水)①溶融(粉体化)燃料(デブリ)処理
消火系
ＭＵＷ

いる。また、廃棄物から水素等エネルギー物質を生成するようなプ
ロセスの開発も進めている。

教

nobuaki.sato.c8@tohoku.ac.jp⃝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・処分に関する研究⃝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

修彰

Nobuaki SATO, Professor

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 for sustainable cycle
Since nuclear energy is one of the most important energy resource of our modern society, it is strongly demanded to make nuclear fuel cycle more reliable. Also recovery from the reactor damages andenvironment 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 of less radioactive
waste volume and lower risk of the nuclear
proliferation comparing with the conventional wet reprocessing processes like PU-

REX. Besides, the basic solution chemistry of actinides
elements is studied to perform more reliable safety assessment of radioactive waste ground disposal.

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

本間研究室

エネルギーデバイス化学研究分野
HONMA Lab

Chemistry of Energy Conversion Devices
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

renewable energy／nanotechnology／lithium ion secondary battery／fuel cell／solar
cell

本間

格

教

授

Itaru HONMA, Professor⃝高容量・高出力型リチウムイオン電池⃝大容量キャパシタ⃝太陽電池・燃料電池用の新材料・新デバイスの開発⃝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

itaru.homma.e8@tohoku.ac.jp

シュタウス スヴェン 准教授
Sven STAUSS, Associate Professor

小林▪ High power and high energy density lithium-ion batteries▪ Super capacitor▪ Development of advanced nanomaterials and novel devices for solar cells and fuel cells▪ Advanced device processing using supercritical fluids and electrochemistry▪ Spectroscopic analysis of energy conversion devices using synchrotron radiation

弘明

助

教

Hiroaki KOBAYASHI, Assistant Professor

チュロン クワン ドク 助

教

Quang Duc TRUONG, Assistant Professor

中安

祐太

助

教

Yuta NAKAYASU, Assistant Professor

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

再生可能エネルギーの基盤強化に貢献します。

る地球持続技術・低炭素社会構築の為にナノテクノロジーを利用した再生可能エネルギー技術のフロンティア開拓を行います。新デバ

高容量 高出力な蓄電デバイス

イス・新材料開発を中心に、二次電池、キャパシタ、太陽電池等の新奇材料の探索

3次元正極の設計

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 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

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

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、放固体電解質とLiCoO2の3次元コンポジット正極

射光分析等のナノテクノロジー基礎研究から、高容量・高出力型リリチウムイオン二次電池
マグネシウムイオン二次電池

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

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

チウム二次電池、大容量キャパシタ、燃料電池、化合物半導体薄安全性の高い擬似固体
電解質

コイン型
電池セル

膜太陽電池に資する高性能電極材料・デバイス創製の精密化学プ

電気自動車
(日産)

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

正極合材技術として低炭素化社会技術であるスマートグリッド、電気自動車や実験室の評価装置

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
and nanoscience for innovations on advanced renewableenergy technology, which contribute to a global sustainability and low emission society. The green technology
would be most important issues what scientists challenge
for global sustainability in the 21st century.
Particularly, we focus on studies in fine chemistry ofadvanced 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
and characterization techniques may result in innovations of lithium ion secondary batteries with high energy& high power density, low cost fuel cell for future smart
grids, and compound semiconductor solar cells achieving
both high conversion efficiency and environmental friendly.

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

柴田（悦）研究室

金属資源循環システム研究分野
SHIBATA E. Lab

Metallurgy and Recycling System for
Metal Resources Circulation
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

柴田⃝海底鉱物資源の乾式製錬プロセスの開発⃝スコロダイト合成によるヒ素の安定固定化技術の開発⃝ヒ素含有鉱物分離のための新規浮選剤のスクリーニング⃝銅製錬における高濃度不純物対応技術に関する基礎的研究⃝その他、金属リサイクルシステムの最適化に向けた各種要素技術開発に関する基礎的研究⃝その他、金属資源循環における環境負荷元素の処理等の各種環境技術開発に関する基礎的研究

悦郎

教

授

Etsuro SHIBATA, Professor

etsuro.shibata.e3@tohoku.ac.jp

飯塚

淳

准教授

Atsushi IIZUKA, Associate Professor

CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築
4. 説明図等画像

非鉄製錬業は資源循環型社会を実現する上では必要不可欠のに関して、課題解決型研究や新規プロセス技術開発など、包括的に金属資源プロセス研究センター▪ 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▪ Fundamental study for copper smelting with high impurities▪ Development of component technologies for optimization of metal recycling system▪ Development of environmental technologies such as treatments of environmental load elements in metal resources circulation

パターンの選択:
パターン０１（上段用１つ、下段用１つ）
取り組んでいる。
産業であり、金属資源循環の中心を担うことで、成長産業へ転換する可能性を持っている。また、今後人口増加と相まって、電気・電子機器の利用が加速度的に増加することが予想される。
金属資源を継続的に確保していくためには、様々な製品に使用されている金属を循環利用していく必要がある。
本研究分野では、非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築に向けた研究活動を行っている。鉱物処理も含めた非鉄製錬学問分野全体に渡る横断的か
つ従来の枠組みを超えた研究活動を行い、将来的な金属資源の高効率循環と環境保全の達成を目指している。鉱石のみならず金属元素を含有した様々な二次資源の前処理から主要製錬技術、製錬副産物の処理、環境負荷元

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築
様々な金属含有資源（鉱石、(VFUDS、など）
4. 説明図等画像
原料の前処理、主要製錬技術、製錬副産物の処理、環境負荷元素の安定化など
パターンの選択: パターン０１（上段用１つ、下段用１つ）

非鉄製錬学問分野全体に渡る横断的かつ従来の枠組みを超えた研究活動

物理選別技術湿式電解製精錬技術
乾式製錬技術非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築

・破砕摩鉱・焙焼乾留・浸出
様々な金属含有資源（鉱石、(VFUDS、など）
・浮選
・溶融製錬
・化合物析出
原料の前処理、主要製錬技術、製錬副産物の処理、環境負荷元素の安定化など
・比重選別
・揮発製錬
・不純物除去（浄液）
非鉄製錬学問分野全体に渡る横断的かつ従来の枠組みを超えた研究活動
・磁選・排ガスダスト処理
・溶媒抽出（イオン交換樹脂）
湿式電解製精錬技術
物理選別技術
乾式製錬技術・静電渦電流選別
・溶融塩電解など・電解精製採取など
・破砕摩鉱・焙焼乾留・浸出・自動ソーティング など
・浮選
・比重選別

素の安定化など金属資源循環に向けた研究・技術開発

・溶融製錬

・化合物析出・揮発製錬
・不純物除去（浄液）
金属資源循環システムの構築に向けた研究アプローチ
金属資源循環システムの構築に向けた研究アプローチ・磁選・静電渦電流選別・自動ソーティング など

・排ガスダスト処理

・溶融塩電解 など

・溶媒抽出（イオン交換樹脂）
・電解精製採取 など

Cu concentrate
金属資源循環システムの構築に向けた研究アプローチ
Cu scrap
ASR
Sludge etc.
Cu concentrate

Collecting systemof E-waste

Establishment of Metal Resources Circulation
Collecting system
Pre-treatments PCB etc.
Cu smelter
System Based on Non-ferrous Smelting Industry Dismantling/of E-waste(Electrolytic Cu)
Physical separation

Pre-treatments

Dismantling/
Physical separation

PCB etc.

Cu scrap
ASR
Sludge etc.

Dust
Cu smelter(Cu, Pb, As)(Electrolytic Cu)

Recovery andstabilization of
toxicRecovery
elements
and(As,stabilization
Hg, Cd) of
toxic elements

Nd magnet etc.
Non-ferrous smelting industry is necessary for achievement
Anode slime
Nd magnet etc.
Residues (As, Hg, Cd)
Anode(Cu, Pb, Se, Te, Ag, Au, Pt,Pd)slimeof the resource circulation society. In the future, theRecovery
use of active metals(Cu, Pb, Se, Te, Ag, Au, Pt, Pd)
Recoveryofactivemetals
Decopperized
slime(Cu, As, Sb)
Solvent extraction/
Decopperized slime (Cu, As, Sb)
Solvent extraction/of various electrical and electronic devices is expectedElectro-refining etc.
Residues(Cu)
Electro-refining
etc.
Electrolyte(Cu,Ni) (Cu, Ni)
Residues(Cu)
Electrolyte
By-products Cu drossCu drossPurification(Cu)
to increase with growth of population in the world. To
By-products(Cu, Pb)
Purification (Cu)(Treatment and Refining)Cu dross (Cu)
(Cu, Pb)(Treatment andRefining)
Recoveryof Se, Te, Ni, Co, Sn, Sb,
Cu dross (Cu)secure metal resources continuously, it is necessary to
Bi,
In,
Ga,
Ag,
Au,
Pt,
Pd,
Rh,
Ru
Recoveryof Se, Te, Ni, Co, Sn, Sb,
Residue
Residue
Bi, In,(Zn)Ga, Ag, Au, Pt, Pd, Rh,
Ru
Harris slag (Sn, In, Pb, As)
recycle metals used in waste products.
Residue(Pb)
Distillation (Cd)
Dust
Residue
Anode
slime
(Zn)
Residue (In,Ga) Purification
In,As)Zn, As) (Pb, Sb, Bi, Ag, Au)
Harrisslag (Sn, In,(Pb,Pb,
The main research aim is to establish the metal resources(Pb)(Cd, Sb, Ni, As)
Distillation (Cd)
Dust
Anode slime
Zn smelter
Pb smelter
circulation system based on the non-ferrous smelting
Pb-Ag residue (Pb, Ag)
Residue (In,(ElectrolyticGa) Purification(Pb, In, Zn, As) (Pb, Sb, Bi, Ag, Au)
Zn)(Electrolytic Pb)
ISP As)crude Pb (Pb, Sn, Sb, Bi, Ag, Au)(DistilledZn) Sb, Ni,(Cd,industry. Research activities including non-ferrous metallurgy
Pb concentrate
Zn smelter
Zn concentrate
Waste
Pb batteryPbsmelter
Pb-Ag Crude
residueZnO(Pb,(fromAg)
EAF dust )Sludge etc.
along with mineral processing beyond the traditional (Electrolytic Zn)(Electrolytic Pb)
ISP
crude
Pb
(Pb,
Sn,
Sb,
Bi,
Ag,
Au)
(Distilled Zn) Linkage
Linkage among
copper,lead and leadzinc smelters
to recovervaluable metals
from various
type of resourcesamongcopper,and zincsmelters
to recovervaluable
metalsframework are intended to achieve the high efficiency
Pb concentrate
Zn concentratefrom various type of resources
Waste Pb battery
circulation of metal resources and environmental conserCrude ZnO (from EAF dust )Sludge etc.
vation in the future. Researches for smelting processes
by-products and stabilization of environmental load eleLinkage among copper, lead and zinc smelters to recover valuable metals from various type of resources
for primary and secondary resources, treatments ofments, etc. are conducted.
(As, Hg, Cd)
Dust
(Cu,
Pb, As) (As, Hg, Cd)
Residuesl

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

村松研究室

ハイブリッドナノ粒子プロセス研究分野
MURAMATSU Lab

Hybrid Nano-particle
専門分野・キーワード

メタルドープゼオライト系触媒／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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

metal-doped zeolite catalysts／organic- inorganic hybrid nano-materials／hybrid liquid
crystal／energy catalysts／promoted semiconductor nano-dots

村松

淳司

教

授

Atsushi MURAMATSU, Professor

atsushi.muramatsu.d8@tohoku.ac.jp⃝有機−無機ハイブリッドナノ粒子の合成⃝シングルナノサイズ金属粒子の合成と機能性材料への応用⃝部分硫化による可視光応答性光触媒材料の開発⃝液相還元法による新規触媒材料

蟹江

澄志

准教授

水上

雅史

准教授

粕谷

素洋

助

Kiyoshi KANIE, Associate Professor▪ Preparation of organic‑inorganic hybrid nano‑particles▪ Development of nano‑sized metallic particle and application to functional materials▪ Partial sulfurization of metal oxides for visible light‑active photocatalysts▪ Synthesis of multi‑layered films by laser ablation▪ Fabrication of new structures of nano‑porous materials

Masashi MIZUKAMI, Associate Professor

教

Motohiro KASUYA, Assistant Professor

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

Why don’t you order us tailor-made, well-identified,nano-hybrid materials?
Highly functional materials, such as metal-doped zeolite
catalysts, ITO nanoink for TCO, niobium-based oxide
particles for lead-free piezoelectric devices, titania, perovskite metal oxides, semiconductor nanoparticles, organic-inorganic hybrid nanomaterials, fuel cell, and alloy
nanoparticulate catalysts, etc.
have been widely provided.
Their production methods are＋
based on the particle-synthesis
principles, (1) strict separationof nucleation and particle
growth, (2) perfect inhibition
against aggregation, (3) precise
control in particle synthesis

mode. Namely, the physico-chemical theory for the stability of coffee or milk, and the very good foams of beer,
is similar to the formation of nanoparticles precisely controlled in size and shape. What kind of nanomaterials do
you need? We’ll make it.

≡

Fe3+

B3+

Ga3+

Sn4+

Ti4+

: C12H25-SH: HOOC-C15H30-SH

COOH

COOH

K. Kanie et al., J. Am. Chem. Soc., 134, 808 (2012).

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

小俣研究室

原子空間制御プロセス研究分野
OMATA Lab

Atomic Site Control in Inorganic Materials
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

小俣

孝久

教

授

Takahisa OMATA, Professor⃝機能性無機材料の物質設計と合成プロセスの開発⃝ナローギャップ酸化物半導体の開発と光電素子への応用⃝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

takahisa.omata.c2@tohoku.ac.jp

佃

諭志

助

鈴木

一誓

助

教

Satoshi TSUKUDA, Assistant Professor

教

Issei SUZUKI, Assistant Professor
CENTER FOR MINERAL PROCESSING AND METALLURGY

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

省エネ・広色域ディスプレイの中核をなす要素材料の開発とその素金属資源プロセス研究センター▪ Design of inorganic materials and development of their synthesis techniques▪ Development of narrow-band-gap oxide semiconductors and their application to photoelectric devices▪ Development of elemental materials in intermediate temperature fuel cells▪ Syntheses of colloidal semiconductor quantum dots
▪ Organic-inorganic nanohybrids using high energy ion beam and physico-chemical technologies

子化を研究しています。

る諸課題に対しても、必ずやそれらを解決へと導く材
料があるはずです。先人たちの努力により、誰もが容前駆原子空間制御化合物

易に入手できる安定な物質はもはや研究しつくされて原子空間制御イオン

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

Li+, Na+, K+, Cu+, Ag+, O2‐, F‐・・・
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 advent of newmaterials, and the present energy, environmental andresource issues are expected to be solved by new materials. We focus on to explore new materials and theirsynthesis routes using ion-exchange and ionic intercalation techniques. Proton conducting phosphate glasses
working at intermediate temperatures and narrow gap
oxide semiconductors applicable in visible and NIR regions have been recently developed. Simple and safe
synthesis routes to cadmium-free quantum dot phosphorsand colloidal indium arsenide quantum dots for solar cells
were also found out. Thin-film solar cells, fuel cells andlight-emitting devices using those materials are now developing.

l

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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, andreturn those to societies. At present, four groups of Electron Interference Measurement,
Electron Crystallography & Spectroscopy, Advanced Scanning Probe Microscopy and
Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy are in action, under collaborations withTechnical Service Section and companies.

教授

Professor

高田 昌樹

Masaki TAKATA

放射光による物質の電子密度レベルでの可視化構造科学の構築

寺内正己

Development of Materials Structural Visualization Science via Synchrotron Radiation

Electron crystallography and spectroscopy by electron microscope

進藤

米田

大輔

Daisuke SHINDO

電子線ホログラフィーによる各種物質の電磁場解析
Analysis of electromagnetic field in various materials by electron holography

Masami TERAUCHI

電子顕微鏡を用いた構造・電子状態解析

忠弘

Tadahiro KOMEDA

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

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13:15:12

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

准教授

Associate Professor
江島丈雄

Takeo EJIMA

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

特任准教授

佐藤

庸平

Yohei SATO

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

Specially Appointed Associate Professor
渡邉真史

Masashi WATANABE

物性物理・X 線回折
Solid State Physics, XRD

講

師

Senior Assistant Professor
赤瀬善太郎

Zentaro AKASE

先端透過電子顕微鏡法による実用材料の電磁場評価と計測技術の開発高岡毅

Tsuyoshi TAKAOKA

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

Development of advanced transmission electron microscopy forelectromagnetic analyses of practical materials

塚原規志

Noriyuki TSUKAHARA

走査トンネル顕微鏡を用いた
固体表面上の単一分子磁性の解明
Single molecule magnetism on solid surfaces by STM
CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

教

Assistant Professor
羽多野忠

Tadashi HATANO

軟Ｘ線多層膜結像ミラーの開発

恭之

Daisuke MORIKAWA

電子回折を用いた結晶・磁気構造解析手法の開発とその応用

Development of soft X-ray multilayer imaging mirrors

道祖尾

森川 大輔

Crystal and magnetic structure analysis using electron diffraction

Yasuyuki SAINOO

複合計測法による実空間観察に基づいた振動分光法の開発

先端計測開発センター助

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

助

手Research Associate佐藤隆文

Takafumi SATO

電子線ホログラフィーによる絶縁体表面での帯電現象
及び２次電子挙動の解析
Analysis of charging phenomena and secondary electrons behavior on the surface of insulating materials by electron holography

客員准教授
豊田

Visiting Asociate Professor

光紀

Mitsunori TOYODAl

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

高田研究室

放射光ナノ構造可視化研究分野
TAKATA Lab

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

Synchrotron Radiation X-ray Optics／Soft X-ray Microscopy／multilayer mirror／Nano-info-graphy

高田

昌樹

教

授

Masaki TAKATA, Professor⃝広視野・高分解能軟Ｘ線顕微鏡の開発と応用⃝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

masaki.takata.a4@tohoku.ac.jp

江島

丈雄

准教授

渡邉

真史

特任准教授

Takeo EJIMA, Associate Professor▪ Development and application of wide-field-of-view and 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

Masashi WATANABE, Specially Appointed Associate Professor

羽多野

忠

助

教

Tadashi HATANO, Assistant Professor

豊田

光紀

客員准教授

Mitsunori TOYODA, Visiting Associate Professor

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【 基本情報】

図1

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施設が次々と建設され、研究の国際競争が激化している。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

低エ ミ ッ タ ン ス放射光(“0.93nm rad ”).

デザインされている。当研究分野は、これまで開発し

省エ ネ設計

消費電力てきた、高性能軟Ｘ線顕微鏡や光学技術、マキシマ

ビームラ イ ン＊上記は最大値
運転時間に、SLiT-J 計画が代表する光源性能を活用し、ナノ分子の化学状態、エネルギー状態、構造などの情報

長尺ア ン ジ ュ レ ータ －： 14本
短尺ア ン ジ ュ レ ータ －： 12本

ムエントロピー法などの画像再構成の解析技術を基構造を可視化する科学を構築する。そして、原子や

SLiT-J: ～5M W*SPring -8: 40M W

徐々に整備予定

6,000時間（ ユーザータ イム）*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

施設外観イメージ*SPring -8: 東京よ り 約5時間を可視化するナノ・インフォ・グラフィーという、可視化技術の新しいマ学から、物質・材料科学、デバイス科学まで広い分野にわたり、軽元スター概念を創成する事を目標とする。研究開発の応用は、生命科

素戦略など新産業創成などへの展開も期待されている。

Development and Applications of Nano Visualization Technology
based on Synchrotron Radiation X-rays“SLiT-J” is new 3GeV synchrotron radiation facility project in Tohoku. Its ambitious low-emittance light source
design (Fig.1) shall make a progress in soft X-ray imaging
to investigate the nano- and bio-materials. Our lab has
been striving to build a new range of the states of theart 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 imagesof a living tissue and next-generation lithography masks(Fig.2) are demonstrating great potential for our X-ray
visualization technique combined with SLiT-J. Our final
goal is to create a master concept, Nano info -Graphy,
for nano visualization of three elemental information;
spatial structure, energy state, and chemical state, andto achieve innovation in the Science and Technology as
well as Industry.
Fig.2	 Transmission	
  X-­‐ray	  Mul0layer	
  Mirror	
  Microscope	
  (TXM3)	
  T.Ejima,	
  M.Toyoda,	
  T.Hatano,	
  M.Yanagihara	
  &	
  M.Yamamoto	
  	

High	
  resoluCon	
  image	
  of	
16nm	
  node	  mask	  	
  for	
  EUV	
  lithography		
  EUV	
  Image	
  of	
  	
  
the	
  cerebral	
  cortex	
  	
  
of	
  a	
  mouse	59

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

寺内研究室

電子回折・分光計測研究分野
TERAUCHI Lab

Electron -Crystallography and –Spectroscopy
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

寺内

正己

教

授

Masami TERAUCHI, Professor⃝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

masami.terauchi.c4@tohoku.ac.jp▪ Functional analysis of nm-scale particles by TEM-EELS▪ Identification of electronic excitations by angle-resolved EELS▪ Development of SXES instrument for electron microscopy

佐藤

庸平

准教授

森川

大輔

助

Yohei SATO, Associate Professor

教

Daisuke MORIKAWA, Assistant Professor

電子線を用いた局所の構造・物性解析手法の開発と応用
持続可能な社会の実現には、省資源・省エネルギーでコンパクトな高機能デバイスや新物質の開発が必要であり、
CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

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

よりどのように変調されるかを、電子顕微鏡を用いたEELS 手法によイズ効果が、CdS（インナー層）・ZnS（アウター層）の多層殻構造にり粒子1粒1粒から明らかにした例である。

先端計測開発センター

そのためには、電子顕微鏡を基礎としたナノスケールでのDevelopment and Applications of
nm-scale Crystallography and Spectroscopies
Our lab develops accurate nanometer scale characterization
methods of crystal structures by convergent-beam electron
diffraction (CBED) and electronic structures by 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 canperform not only atom positions but also electrostatic potential
and charge distributions. For electronic structure studies, ahigh-resolution EELS microscope and SXES instruments weredeveloped. Figure shows boron K-emission spectra of metalhexa-borides obtained by using a developed SXES instrument
attached to a transmission electron microscope.

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

進藤研究室

電子線干渉計測研究分野
SHINDO Lab

Electron Interference Measurement
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

electron holography／transmission electron microscopy／microstructure／conductivity／electromagnetic field

進藤

大輔

教

授

Daisuke SHINDO, Professor⃝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析⃝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発⃝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・磁化分布の解析⃝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明⃝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

daisuke.shindo.b1@tohoku.ac.jp

赤瀬善太郎

講

佐藤

助

師

Zentaro AKASE, Senior Assistant Professor▪ A nalysis of atomic arrangements at surfaces and interfaces 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.

隆文

手Takafumi SATO, Reseach Associate

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

御と伝導性評価のための電顕内探針操作技術の開発。
（3）電場

フィーは、ナノスケールで電磁場を可視化できる最先端の科学技術解析による帯電現象と電子の集団運動の動的観察。
（4）
先端ハー

です。我々は電子線ホログラフィーを活用して先端材料内外の電磁ド・ソフト磁性材料のナノスケール磁区構造解析。
（5）高温超電導場を高精度で計測する研究を行っています。対物レンズに磁気シー体、強相関電子系新物質の磁束イメージング。

ルドを導入するなど電子顕微鏡本体の改造を行う一方、試料ホルダーにも複数の探針を導入し、ピエゾ駆動操作することにより電磁場制御を行うとともに、局所領域での伝導性評価も実施しています。汎用の電子顕微鏡法による構造・組
成情報に加え、電磁場・伝導性を評価す
る多元的解析を展開しています。
主な研究内容は以下のとおりです。
（1）
電子線ホログラフィーによるナノスケール
電磁場計測の高精度化。
（2）電磁場制

Multidisciplinary research for structure,
conductivity and electromagnetic field at nanometer scale
Electron holography, which is based on the interferenceof electron wave, is a powerful technique to visualize
electromagnetic fields.
We are devoted to precise measurements of the electromagnetic fields in many advanced materials, both in hardand soft matters.
Special efforts are made to develop unique tools that are
combined with electron holography: e.g., a magnetic-shielded pole piece dedicated to magnetic domain
observations, and a special equipment to move microprobes inside the transmission electron microscope.
These techniques enable simultaneous measurements ofthe electromagnetic fields, conductivity, structure, as
well as composition at nanometer scale

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

米田研究室

走査プローブ計測技術研究分野
KOMEDA Lab

Advanced Scanning Probe Microscopy
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

米田

忠弘

教

授

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

tadahiro.komeda.a1@tohoku.ac.jp

高岡

毅

講

塚原

規志

講

道祖尾恭之

助

師

Tsuyoshi TAKAOKA, Senior Assistant Professor▪ O bservation and chemical characterization of single molecule using scanning tunneling microscope (STM)▪ Chemical analysis using molecule vibration and spin detection with an atomic resolution▪ Interface engineering to combine Si technology and molecule electronics▪ Spin control for molecule spintronics and quantum computing▪ M olecule‑surface interaction dynamics for environmental catalysis resear

師

Noriyuki TSUKAHARA, Senior Assistant Professor

教

Yasuyuki SAINOO, Assistant Professor

スピントロニクスへ向けた単一スピンの検出と操作
本研究室では、走査型プローブ顕微鏡を中心とした装置開発を通じて、ナノ領域科学の基本となる計測技術や原子分子制御技術をを検知する手法、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。
CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

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先端計測開発センター

開拓し、分子の特徴を生かした素子開発を行なおうとします。特に近Single spin detection and manipulation for molecule-spintronics
The detection of a single spin is demanded for variety
of applications, e.g., for reading and manipulation of isolated spins for spintronics and quantum computation. We
are developing instrumentation of the detection of a single spin using scanning tunneling microscope (STM).
Especially, a method that detects the Larmor
precession by monitoring a variation of tunneling current, called ESR-STM, has a largeadvantage due to its compatibility with solid
devices and atom-scale spatial resolution. We
successfully developed ESR-STM instrument
which can detect the single spin in SiO layers.
In addition, for the realization of the molecular-spintronics, single molecule magnet (SMM)

is one of the most promising material. We investigated
the spin of SMM by detecting Kondo states. We foundthat the Kondo peak intensity shows a clear variation
with the conformational change of the molecule; namely
the azimuthal rotational angle of the Pc planes.

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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 generation electronics, photonics, energy devices, informatics,
and nanotechnology. This Center is organized by 6 active laboratories, aiming to promotionof the fields, the collaboration research and the education of graduated students for future.

教

授

三ツ石

Professor
方也

Masaya MITSUISHI

高分子ハイブリッドナノ材料のボトムアップ的ナノデザイン

隆Hidetoshi OIKAWA

有機ハイブリッドナノ結晶の創成とフォトニクス材料への展開

Bottom-up Nanodesign of Hybrid Polymer Nanoassemblies

京谷

及川 英俊

Creation of novel organic hybridized nanocrystals toward photonic device materials
Takashi KYOTANI

炭素ナノハイブリッド材料の精密構造制御とその応用

芥川 智行

Tomoyuki AKUTAGAWA

多重機能性を有する新しい分子集合体の創製

Precise structural control of hybrid carbon nanomaterials and their applications

Fabrication of new molecular-assemblies with multi-functional properties

中川

笠井

勝

Masaru NAKAGAWA

ナノインプリント・誘導自己組織化・原子層堆積による極限ナノ造形・構造物性の探究
Study of ultimate nano-figuration and structure-induced property by nanoimprint, directed self-assembly, and atomic layer deposition

均

Hitoshi KASAI

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

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

准教授

Associate Professor
西原

洋知

Hirotomo NISHIHARA

機能性ナノ空間材料の創製と応用
Development of functional nanospace materials and their applications

助

教

中村

貴宏

Takahiro NAKAMURA

革新的レーザープロセッシング手法を用いた新規機能性材料の創成
Creation of functional materials by innovative laser processing

Assistant Professor
山本

俊介

Shunsuke YAMAMOTO

⾼分⼦ナノシートを⽤いた光電⼦機能材料の開発
Development of optoelectronics materials based on polymer nano-sheets

デミルチ アリAli DEMIRCI

機能性環状シロキサンハイブリッドポリマーの開発

朱慧娥

Huie ZHU

強誘電性高分子超薄膜を用いた
フレキシブルエレクトロニクス
Ferroelectric Polymer Nanofilms for Flexible Electronics Applications

小野寺

恒信

Tsunenobu ONODERA

有機・高分子・錯体ナノ結晶を基盤とする
光・電子材料の開発

Functional Cyclosiloxane Hybrid Polymer Synthesis

Development of optoelectronic materials based on organic/polymer/complex nanocrystals

干川 康人

Yasuto HOSHIKAWA

炭素ナノ複合材料を用いた機能性デバイスの開発
Development of functional devices by using carbon nanocomposite

山本

雅納

Masanori YAMAMOTO

弾性ナノ構造材料による新型温度制御装置の開発
Development of new refrigeration using elastic nanostructured
carbon materials

星野哲久

Norihisa HOSHINO

固体内自由度を活用した
多機能性金属錯体の開発

駿也

Mohammed OUZZINE

Development of materials for sustainable energy and environmental applications

菊地毅光

Takemitsu KIKUCHI

ハイブリッド材料誘電特性測定における高周波分布定数回路に関する研究
Competent high frequency distributed circuits for dielectric properties of hybrid materials

武田貴志

Takashi TAKEDA

電子活性を有するπ共役系分子の合成と機能探索

Development of multi-functional metal complexes伊東

オウジン モハメド

Syntheses of electronic active π conjugated molecules and investigation their function.

Shunya ITO

界面分子科学に基づいた
光ナノインプリントリソグラフィによるナノ造形

小関良卓

Yoshitaka KOSEKI

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

ダオ ティ ゴック アン

有田

Anh Thi Ngoc DAO

稔彦

Toshihiko ARITA・ HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER
POLYMER

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

粒子共存重合法による機能化フィラーの作製と高分子材料の改良
Functional fillers by Polymerization with Particles (PwP) for improvement of polymersl

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高分子・ハイブリッド材料研究センター

Nanofabrication by UV nanoimprint lithography based on surface
molecular science64

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

三ツ石研究室高分子ハイブリッドナノ材料研究分野
MITSUISHI Lab

Polymer Hybrid Nanomaterials
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

polymer nanosheet／optoelectronic device／hybrid nanomaterial／surface andinterface⃝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発⃝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製⃝ナノ接着・ナノ界面の自在構築⃝高分子材料の配向制御⃝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▪ Nanomaterials ordering with ultrathin polymer films▪ Nanoelectronics and nanophotonics▪ Soft surface and interface▪ Control of polymer orientation in soft nanostructures▪ Bottom-up design of hybrid polymer materials

三ツ石方也 教授

Masaya MITSUISHI, Professor

masaya.mitsuishi.e6@tohoku.ac.jp

山本

俊介

助

朱

慧娥

助

教

Shunsuke YAMAMOTO, Assistant Professor

教

Huie ZHU, Assistant Professor

デミルチ アリ 助

教

Ali DEMIRCI, Assistant Professor

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発展を目指した新素材の研究開発を行っている。

様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ジー」のFlexible design of polymer hybrid nanomaterials
The research objective of our group involves developing
well-defined hybrid assemblies organized with wide varietyof nanomaterials e.g., polymer, metal/semiconductor
nanoparticles, nanoclusters, and inorganic nanomaterials
through bottom-up techniques. Ultrathin polymer films suchas 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 nanodevice applications.

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

及川研究室

有機ハイブリッドナノ結晶材料研究分野
OIKAWA Lab

Organic and Hybridized Nanocrystals
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

organic nanocrystals／hybridized nanocrystals／directed-assembled nanostructure control／photonic materials

及川 英俊

教

授

Hidetoshi OIKAWA, Professor⃝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ポラリトン特性／電子物性

hidetoshi.oikawa.e8@tohoku.ac.jp

小野寺恒信

助

教

Tsunenobu ONODERA, Assistant Professor▪ Fabrication of well‑defined organic and polymer nanocrystals, and their optical properties▪ Developments 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▪ Polariton and electronic properties in organic semiconductor thin film

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）とのさらには、新規ナノ構造体制御を目指した表面プラズモン励起重合

ハイブリッドナノ材料には、構成物質の多様な組み合わせ、サイズ・反応の検証、
フォトクロミック物質や電荷移動錯体のナノ結晶化、
２．説明図等画像（上段用-２）

形状、内部構造とその界面相互作用に強く依存した特異な光・電子

逆オパール周期構造高分子薄膜などの研究展開も図っています。

１．説明図等画像（上段用-１）

物性や反応性、新規機能の発現が期待されます。
当研究分野では、次世代フォトニクス材料に資することを目的として、様々なタイプのコア—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化ナノ構造体制御に関する研究を推進しています。すなわち、大量作製も含めたより高度で精緻な有機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・電子物性機能の評価を中心課題に据え、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.

・ HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER
POLYMERIn current material science, hybridized nanomaterials aretions. In addition, surface plasmon-assisted multi-photon
expected to exhibit the peculiar optoelectronic and phopolymerization, nanocrystallization of photochromic ma４．説明図等画像（下段用-２）３．説明図等画像（下段用-１）
tonic properties, which are strongly dependent on comterials and charge-transfer complex, and polymer thinbination of organic and inorganic components, size andfilms having inverse-opal periodic structure are also now
shape, inner structure, and interface interaction.
in progress.
Aiming to develop photonic devicematerials, our research group has
extensively studied on mass-production of well-defined organic nanocrystals, design of organic-inorganic hetero nano-interface and hybridization
method, directed-assembled nanoDirected-assembled nanostructure control produced by
TEM images of (left) polydiacetylene (core) – Pt
the tapered cell method on a patterned substrate: (left)
structure-control, and evaluation of(shell) hybridized nanocrystals, and (right) poly(3Kagome structure of PS microspheres and (right)
octylthiophene) (core) - Pt (shell) hybridized
optoelectronic and photonic funcencapsulated ZnS nanoparticles.
nanocrystals.

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高分子・ハイブリッド材料研究センター

Creation of novel organic-inorganic hybridized nanocrystals
for next-generation photonic device materials

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

京谷研究室

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野
KYOTANI Lab

Hybrid Carbon Nanomaterials
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

nanocarbons／carbon coating／energy storage／nanobiotechnology

京谷

隆

教

授

Takashi KYOTANI, Professor⃝ナノカーボンをベースとした水素貯蔵⃝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用⃝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用⃝水分散性カーボンナノ試験管を用いたバイオ応用⃝カーボン材料を利用した高性能蓄電池の開発

takashi.kyotani.c6@tohoku.ac.jp

西原

洋知

准教授

Hirotomo NISHIHARA, Associate Professor

干川 康人▪ Hydrogen storage based on nanocarbon materials Advanced analysis of carbon edge sites and their structure control▪ Synthesis of graphene-based porous materials and their application for energy storage and conversion▪ Development of highly ordered carbon-coated mesoporous materials for fuel cell and biosensor▪ Use of water-dispersible carbon nano-test-tubes for biological application▪ Development of high-performance rechargeable batteries by using carbon materials

助教

Yasuto HOSHIKAWA, Assistant Professor

オウジン モハメド 助

教Mohammed OUZZINE, Assistant Professor

山本

雅納

助

教

Masanori YAMAMOTO, Assistant Professor

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

バイオ分野への利用も目指して研究を進めている。

るこ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

Carbon-coated mesoporous silica film
before coating
20 mmhydrophilic

mesoporous silica（space group: Fmmm）

hydrophobic

application to 3D
porous electrode film

20 mm

鋳型炭素」といったユニーク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層で完璧に被覆する技術

after coating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どのナノ

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

enzymatic electrodefor biosensor

Synthesis of novel nanocarbon-materials and their nano-hybrids
We are designing and developing novel nanocarbon matethese unique nanomaterials to electronic device, electrorials together with their hybrids by controlling the reaction
chemical capacitors, lithium-ion batteries, hydrogen stornano-fields for the syntheses of these materials. One exage, biosensors and capsules for drug and gene delivery.
ample is fully tailored carbon nanotubes with uniform diameter and length. Another noteworthy material is zeolite-templated carbon which has
structure regularity like zeolite
tubularcarbonand a surprisingly large surface
area up to 4000 m2/g. In addiA monolithic and binderless electrode with straight andparallel nanopores coated by conductive nanocarbon film
tion, we have recently develelectrodematerial- Application oped a method for a complete
current
Enzymaticcollector
10 nm
electrode for a
coating of the entire surface ofelectrolyte solution
EDLC
biofuel cellmesoporous silica with graphene
Electrodeof zeolite-templated
carbon carbon
for high-performanceElectrodeof zeolite-templated
for highCarbon-coated anodic aluminum oxide (CAAO) film
layers. We are trying to apply
electric
doubledouble
layer capacitor(EDLC) (EDLC)
performanceelectric
layer capacitor

67

09多元2018_本文_高分子ハ_七[62-69].indd 67

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

芥川研究室

ハイブリッド材料創製研究分野
AKUTAGAWA Lab

Hybrid Material Fabrication
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

organic electronic materials／molecular conductors／molecular magnets／molecularelectronics⃝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発⃝巨大ポリオキサメタレート化合物の材料化▪ Ferroelectric, pyroelectric, and thermal conducting materials from supramolecular rotators▪ M olecular‑assembly devices based on charge‑transfer interactions▪ Novel molecular conductors and magnets▪ M olecular devices based on organic‑inorganic hybrid nanostructures▪ Device application of gigantic polyoxometalates

芥川 智行

教

授

Tomoyuki AKUTAGAWA, Professor

tomoyuki.akutagawa.b5@tohoku.ac.jp

菊地

毅光

助

星野

哲久

助

武田

貴志

助

教

Takemitsu KIKUCHI, Assistant Professor

教

Norihisa HOSHINO, Assistant Professor

教

Takashi TAKEDA, Assistant Professor

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・方向性などの精密制御から、強誘電体の転移温度・応答速度・抗電場などの諸物性が設計可能となります。また、磁性機能を有するアニオン性ユニットとの複合化により、強磁性－強誘電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。

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

l

09多元2018_本文_高分子ハ_七[62-69].indd 68

高分子・ハイブリッド材料研究センター

Fabrications of multifunctional molecular materials

68

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

中川研究室

光機能材料化学研究分野
NAKAGAWA Lab

Photo-Functional Material Chemistry
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

Materials chemistry／macromolecular science／monolayer engineering／nanoimprinting

中川

勝

教

授

⃝光ナノインプリント技術のレジスト材料の開発と一桁ナノ造形⃝レーザー加工孔版印刷法の開発と光硬化性液体の位置選択的塗布⃝蛍光干渉縞による精密位置合わせと積層化⃝金属ナノ構造体の光学・電子デバイス応用

Masaru NAKAGAWA, Professor

中村

貴宏

准教授

▪ Dingle-digid-nanometer figuration by development of resist materials in UV nanoimprint technology▪ Laser-drilled screen printing for location-selective placement of photo-curable resin liquids▪ Alignment and building by fluorescence interference fringes▪ Application of metal nano-structures to optical and electronic devices

伊東

駿也

助

masaru.nakagawa.c5@tohoku.ac.jp

Takahiro NAKAMURA, Associate Professor

教

Shunya ITO, Assistant Professor

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

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

レベルで考える化学的な視点から、界面機能分子制御の学理を目指し、ナノインプリント技術で展開できる先進的な光機

OH

OH

O

O

S

能材料の創製を行っている。金属微細構造形成・応用展開

蛍光顕微鏡観察金のスプリットリング作製

察に適した光機能材料作製を目指したナノインプリント用蛍材料や極限ナノ構造デバイスへの展開も進めている。

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

充填

スクリーン塗布

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

離型

紫外線照射
RLT1

線幅：0.35 µm

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

spincoating

200 nmspincoating
RLT = 0.87 µm

RLT2 = 0.48 µm

RLT1

RLT2
3 mm

3 mm

screen printing

screen 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

Advanced photo-functional materials
for nanoimprint

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

度光硬化性組成物の位置選択的塗布、ブロック共重合体の微細加工への展開を目指した極限ナノ光造形に関する研

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

光性光硬化性樹脂の開発、サブ15 nm 構造造形を目指し究を行っている。これらの研究を通じて再生環境エネルギー

基板
光硬化樹脂

を目指した可視光応答メタマテリアルの作製、微細形状観たスクリーン印刷法と光ナノインプリント法の融合による高粘レジスト除去

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

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

Fix by light, Control light

Anchoring by
photo-reactive monolayer

Fabrication by light,
Visualize by light

Fluorescent photo-curable resin

Fine tuning of
metal structures(c)①

Application totransparent conductive films

Single-Nanometer Figuration

Formation of Sub-15 nm
structures by UV-NIL
Line width：0.35 µm

Line width： 5.0 µm

spincoating

spincoating
RLT = 0.87 µm

RLT1

Fluorescence inspection
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

RLT3

UV-cured resin
RLT4

3 mm

Al2O3

etching

3 mm

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

250 nmsubstratesub-20 nm scale figuration

69

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

笠井研究室

有機・バイオナノ材料研究分野
KASAI Lab

Organic- and Bio- Nanomaterials
専門分野・キーワード

ナノ薬剤／有機ナノ粒子／抗癌薬

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

Nano Drugs／Organic Nanoparticles／Anti-cancer Drugs

笠井

均

教

授

⃝サイズ制御された有機ナノ粒子の作製⃝新たなデザインが施された抗癌性ナノ薬剤の創製とその薬理効果⃝ナノ点眼薬の創製とその薬理効果⃝バイオプロセスを巧みに活かした薬効化合物の合成

Hitoshi KASAI, Professor▪ Fabrication of size-controlled organic nanoparticles▪ Creation of new-designed anti-cancer nanodrugs and their pharmacological activities▪ Preparation of nano eye drops and their pharmacological activities▪ Synthesis of drug compounds by using bio-process

ダオ ティ ゴック アン 助

hitoshi.kasai.a6@tohoku.ac.jp

小関

良卓

助

教

Yoshitaka KOSEKI, Assistant Professor

教

Anh Thi Ngoc DAO, Assistant Professor

有田

稔彦

助

教

Toshihiko ARITA, Assistant Professor

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、抗がん活性薬化合物にコレステロール誘導体などの難水溶性置換基を化学的に連結することや２量体化などを施すという従来とは真逆の薬剤設計を遂行することに加えて、有機ナノ粒子の作製法である再沈法を駆使することにより、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。

Fig. 1 ドラッグデリバリーの概要

・ HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER
POLYMERFor the design of the conventional drug compound, it wascommon to add a water-soluble substituent to a compound
having a pharmacological effect. However, in the caseof anti-cancer drugs, it was reported that the water-soluble compounds given by using intravenous administration were easily filtered from kidney or diffused even in
normal tissue. On the other hand, it is known that, whenµm-sized drugs with more than 100 nm were administrated in the blood, they tended to be transported to theliver after macrophages were phagocytosed (Fig. 1).
In our group, in order to overcome the above problems,
we are designing the novel anti-cancer drugs composedin the dimer or the compounds to which the poorly water-soluble substituent such as a cholesterol derivative

are chemically linked. In addition, by utilizing our technique of reprecipitation for fabrication of organic nanoparticles, we could establish the method to obtain 100 nm
or less of the nano-prodrugs (Fig. 2). As a result, we havefound that our anti-cancer
nano-prodrugs themselves
could be delivered even within the cells of the tumor tissue, and this strategy wasapplicable for the other drugs
such as eye drops and so on.
We are aiming at practicalapplication of this nano-proFig. 2 100 nm 以下のナノプロドラッグのSEM 写真
drugs in the near future.

l

09多元2018_本文_高分子ハ_七[62-69].indd 70

高分子・ハイブリッド材料研究センター

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

70

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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 centeris organized by 4 laboratories with the activity which aimes at promotion of research for
exploration of new inorganic materials in and outside the country.

教
山根

授

Professor
久典

Hisanori YAMANE

新規多元系無機化合物の合成と結晶構造解析、特性評価

澍安邦

An-Pang TSAI

新準結晶と新機能を有する金属触媒の探索

Synthesis, structure analysis and characterization of new multinary inorganic compounds

殷蔡

Shu YIN

Exploration of new quasicrystal and metallic catalysts with new function

垣花

眞人

Masato KAKIHANA

グリーンプロセスによるセラミックスの環境応答機能性創出

フォトセラミックスにおける新物質探索と高機能化

Creation of environmental responsive functionality of ceramics by green process

Exploration of new photoceramics and improvement of their performance71

10多元2018_本文_新機能無_七[70-75].indd 71

2018/06/01 10:00

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYCENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALSAssociate Professor
山田

高広Takahiro YAMADA

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

加藤

英樹

亀岡

聡

Satoshi KAMEOKA

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

Hideki KATO

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

助教

新機能無機物質探索研究センター

准教授

Assistant Professor
藤田伸尚

Nobuhisa FUJITA

準結晶構造の幾何学模型に関する理論的研究とそれに基づく構造安定性及び物性の解明
Geometrical modeling of quasicrystals and structure-based studies on the stability and physical properties of quasicrystals

小林亮

Makoto KOBAYASHI

機能性無機化合物のナノマクロ構造制御
および新規有機無機錯体の開発

朝倉裕介

Yusuke ASAKURA

液相合成を基盤とした無機物質の精密合成
Precise synthesis of inorganic materials on the basis of liquid
phase reactions

温大尉

Dawei WEN萤光体phosphor

Structure control of inorganic materials at the nano-macro leveland development of organic-inorganic complexesl10多元2018_本文_新機能無_七[70-75].indd 72

72

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

山根研究室

無機固体材料合成研究分野
YAMANE Lab

Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

山根

久典

教

授

Hisanori YAMANE, Professor⃝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

hisanori.yamane.a1@tohoku.ac.jp

山田

高広

准教授

Takahiro YAMADA, Associate Professor▪ Synthesis, crystal structure analysis, and characterization of new multinary inorganic compounds▪ Development of thermoelectric materials based on 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

Thermoelectric properties

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

Ga/Sn atoms(forming a 3-D
framework structure)

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

規物質の発見が直ちに実用材料に結びつくことは希だが、未知の物質で有用な特性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、

b

セラミックス素材の作製法として一般的な固相反応法に加え、金属

c

ナトリウム
（Na）
などの金属融液を活性反応場とする新たな合成方a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

ミックス素材の開拓を目指している。

Synthesis and crystal structure analysis of oxides, suboxides, nitrides, and Zintl compounds
We are searching new inorganic compounds, analyzing
their crystal structures and characterizing their properties. The novel methods developed for the synthesis of
the new compounds are applied to the preparation of
conventional ceramics and inorganic materials in orderto improve their qualities and performances.
⃝ Synthesis of oxides, suboxides, and nitrides by thesolid state reaction and flux methods⃝ Crystal structure analysis and characterization of new
inorganic compounds⃝ D evelopment of thermoelectric materials based on
multinary intermetallic compounds⃝D evelopment of novel synthetic routes for advanced
ceramic materials using active metals

下段図Titanium
atom
Oxygenatom

ε‐TiO

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

73

10多元2018_本文_新機能無_七[70-75].indd 73

2018/06/01 10:00

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYCENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS

金属機能設計研究分野
TSAI Lab

Metallurgical Design for Material Functions
専門分野・キーワード

準結晶／触媒／格子欠陥／価電子帯構造

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

quasicrystal／catalysis／lattice defect／valence electronic structure

蔡

安邦

教

授

An-Pang TSAI, Professor⃝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

anpang.tsai.e3@tohoku.ac.jp

亀岡

聡

藤田

伸尚

准教授

Satoshi KAMEOKA, Associate Professor▪ Synthesis of quasicrystals and preparation of quasicrystal reinforced Mg alloys▪ M athematical analysis for structures of quasicrystals▪ Adjusting electronic structure and controlling catalytic function in terms of alloying▪ Creating new catalytic function by tailoring composite structure▪ O rigin of activity of Raney metals prepared from intermetallic precursors

助

新機能無機物質探索研究センター

蔡研究室

教

Nobuhisa FUJITA, Assistant Professor

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高次近似結晶の構造�

Au-Sn-Yb�準結晶

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Al-Pd-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、

５角１２面体 	Al-Pd-Cr-Fe合金の構造�

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

５回対称回折パターン 	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ています。

Synthesis of quasicrystals and their structure analysis,
and designing catalysts in terms of metallurgy
Our research is focused on quasicrystal（QC）and designing alloys for catalysis by controlling electronic
structure and microstructure. Fundamental studies on
QCs range over different aspects, including search for
new alloy, structure analysis and structure description
by means of geometrical mathematic. In the application
part, QC-reinforced high-strength Mg alloys and QC catalysts have been developed. We propose a new paradigm
for designing catalysts in terms of metallurgy：1）controlof electronic structure by 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 developing new processes for catalysts.

Design of Alloy for Catalysis
Like Electronic
Structure, Like
Catalysis
DOS & Catalysis:
CuNi = Pd
PdZn = Cu
J. Chem. Phys.. (2013)
138, 14470

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

l

10多元2018_本文_新機能無_七[70-75].indd 74

74

2018/06/01 10:00

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

殷研究室

環境無機材料化学研究分野
YIN LabEnvironmental Inorganic Materials Chemistry
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

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

殷

澍

教

授

Shu YIN, Professor⃝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

yin.shu.b5@tohoku.ac.jp

朝倉

裕介

助

教

Yusuke ASAKURA, Assistant Professor▪ Development of inorganic functional materials by environmental friendly processes▪ Synthesis of mixed-anion type high sensitive visible light responsive photocatalysts and their multifunctionality▪ Development of inorganic ultraviolet / infrared light shielding and transparent electric conductive thin films▪ Development of automobile exhaust gas purification catalysts▪ G as sensing property characterization of semiconductor nanomaterials▪ Nanostructure control and functionality development of nitrides / oxynitrides

ソルボサーマル反応による環境応答性無機ナノマテリアルの創製
形態制御可能な環境応答性無機ナノ材料の創製とエネルギーや環境に関連し

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

た高度機能性開発を行っている。主に環境に優しいソフトケミカル手法による材料合成を行い、特に高温水や非水溶媒を利用するソルボサーマル反応等の溶液化

NO Concentration / ppm

1.0

学反応を用い、複合アニオン化合物の合成や電子構造制御を行う。環境に優しい
反応条件で環境応答性無機ナノ材料の形態・結晶化度・結晶相・粒子サイズの精密制御を行い、環境調
和・エネルギーの高効率利用・フォトンや化学

0.8
0.7

C-TiO2x

物質 による環境応答0.9等の無機機能材料の0.6
0.5

創製及び機能性高度発現に関する研究を展(1:1)@(Yb, Er)-NaYF4/C-TiO2(Yb, Er)-NaYF4
0

10

0

10

0

10

0

Time / min

10

0

10

0

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・可視及びアップコンバージョン蛍光体(UP)/C‐TiO
赤外線照射によるdeNOX 光触媒活性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
phosphorscoupledC-TiO2 composites.
UV, visible
and NIR lights
inducedphotocatalytic
deNOxactivity of up‐conversion phosphors coupled C‐TiO2 composites.

開している。
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
Oxides with various morphologies

Creation of Environmental Responsive Inorganic Nanomaterials by Solvothermal Reaction
ficiency energy utilization, and responsivity related tophoton and chemicals is carried out.
9.68×10-2Ω･cm

Growthsolution(387.2Ω/□)

A seedsubstrate2m

Heating
100
90

81.2%

Before N2 treatment

80
Transmittance [%]The development of environmentally responsive inorganic
nanomaterials with controllable morphologies and theiradvanced functionalities related with energy and environment is carried out. Environmentally friendly soft chemical
processes, especially solution process consisted of solvothermal reaction using water and non-aqueous solventsat elevated temperatures, are mainly used for the synthesisof mixed anion compounds and the control of their electronic structures. The precise control of morphology,
crystalline phase, crystallinity and particle size of environmental responsive inorganic nanomaterials is carriedout under environmental friendly conditions. The creationof environmental responsive inorganic functional materials
with novel applications on environmental harmony, high-ef-

7060

After N2 treatment

50
40
30
20

5m

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0
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600

700

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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
Preparation
orientedtransparent
conductivethinby solution
Preparation ofoforiented
transparent
conductive
thin film
byfilmsolutionprocess process75

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYCENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS

無機材料創製プロセス研究分野
KAKIHANA Lab

Design of Advanced Inorganic Materials
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

SPECIALIZEDFIELD・KEY WORD

chemical process／exploration of new materials／chemical design of metal complexes／photoceramics

垣花

眞人

教

授

Masato KAKIHANA, Professor⃝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

masato.kakihana.c1@tohoku.ac.jp

加藤

英樹

小林

亮

助

温

大尉

助

准教授

Hideki KATO, Associate Professor▪ E xploration of new materials aiming at development of new photoceramics▪ Construction of highly active photocatalysts aiming at energy conversion▪ Synthesis of high-performance photoceramics by solution-based methods▪ Chemical design of new metal complexes▪ Fabrication of hybrid materials and morphology control of ceramics using metal complexes

新機能無機物質探索研究センター

垣花研究室

教

Makoto KOBAYASHI, Assistant Professor

教

Dawei WEN, Assistant Professor

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

トセラミックスについても、新機能の発現もしくは高機能化を目指して、に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

様々な化学プロセスを利用した合成手法もしくは修飾処理の検討を行っ

クスの機能は、物質に強く依存していることから、多様な特性の蛍光ています。さらに、酸化物多形の選択的合成や形態制御を可能にす

体や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

る金属錯体についてケミカルデザインの観点から開発を行っています。

題となっています。当New materials in (Ca1-XSrX)2nSin+1S4n+2 system

研究室では、酸化物、Improvement of photocatalytic activity of SrTiO3
by flux treatment

硫化物、酸窒化物、
リ
CaSiS2Layer

ン酸塩など多様なセラミックスを対象として、

KCl-treated SrTiO3

Ca2n-1SinS4n
layer

セラミックスを構成する元素の種類や組成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

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 performance
Our research interest is focused on exploration of new
photo-functional materials, which are called as “photoceramics”, such as phosphors and photocatalysts. Exploration of new materials is an important assignment for
construction of photoceramics with desired properties
because their performance and properties strongly depend on the materials. Our research group is exploring
the new materials in various material groups, such asoxide, sulfide, oxynitride, and phosphate, with conceptsof control of constituent elements and composition. We
are also examining improvement of performance of photoceramics using chemical processes such as the solution-based synthesis and the morphology control byfluxing and etching. In addition, we are also investigating

selective synthesis of oxide polymorphs and morphology
control via chemical design of metal complexes.
Development of organic-inorganic hybrid andmorphological control of inorganic materials
Titanium-picolinato hybridwith lamellar structure

Morphological control oftitanium dioxide particles

1 μm

1.6 nm
10 nm

100 nm20 nm

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

TAGEN CAF（TAGEN CENTRAL ANALYTICAL FACILITY）

多元CAF
多元物質科学研究所 Central Analytical Facility（略称：多元 CAF）は、電子顕微鏡や、X 線分析装置、核磁気共鳴分析装置（NMR）、レーザー分光分析装置など大型特殊装置を用いて各種材料の分析評価を支援してきた共通分析機器室と、多元ナノ材料研究センターの支援およびナノテクノロジー分野の研究推進を目的として、最新鋭の特別設備導入により設立されたナノテクニカルラボを融合し、2010 年度に発足しました。多元 CAF では、幅広い材料開発の研究支援を目的に、最新鋭の分析評価機器の管理・運営を行っています。
Central Analytical Facility in Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (Designated asTagen 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., andNanotechnical 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）
Elemental analyzer  (C-H-N analyzer, O analyzer, S-X analyzer)○ ICP 発光分析装置

Inductively coupled plasma emission spectrophotometer(ICP-AES)○ 微小部走査 X 線分析装置○核磁気共鳴装置（溶液用NMR400/500/600MHz）
NMR 400/500/600 MHz○ナノデバイスイオンダイナミクス計測装置（固体用NMR400/600MHz）

 ano device ion dynamics analyzer (Solid-state NMR specN
trometer)○高速緩和現象計測レーザー光源

Electron probe micro analyzer (EPMA) igh-speed relaxation phenomenon measurement laser lightHsource○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 specM
trometer: XPS)

○ 飛行時間型二次イオン質量分析装置

Time of Flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS)○グロー放電質量分析装置

Glow discharge mass spectrometer (GDMS)○時間・空間分解精密状態解析システム

 he time and space resolution precision state analysis system
T(Laser Raman)○ 超高速反応解析システム

 uper-high-speed reaction analysis system (Laser flash specS
trometer)○ 電子常磁性共鳴装置

Electron paramagnetic resonance spectrometer (EPR)

XPS

EPR

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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

Thermal analysis devices

1. 超高温示差走査熱量計○ 電界放射型電子顕微鏡

   Super high temperature differential scanning calorimeter(DSC)

Field emission type electron microscope (FE-SEM)○高分解能電解放出形走査電子顕微鏡

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

2. 熱膨張計Thermomechanical analyzer (TMA)○ 環境制御型走査電子顕微鏡○ 精密万能試験機○ナノエリア解析システム○ 紫外可視分光光度計○ 走査型プローブ顕微鏡○レーザー回折式粒度分布測定装置

Environmental scanning electron microscope (E-SEM)

Autograph

UV-Vis spectrophotometer

Nano area analysis device

Laser diffraction particle size analyzer

Atomic force microscope (AFM,SNOM)○ 全自動粉末 X 線回折装置

D. 基盤設備

Automatic powder X-ray diffraction devices (XRD)

Base facilities○ 共通X 線装置

○ 液体窒素供給システム

X-ray diffraction devices

Liquid nitrogen supply system

1. RINT-V○ ヘリウムガス回収装置

2. RINT-H

Helium gas recovery device

3. 小角散乱装置

  Small angle scattering device○ゾーン融解型単結晶育成装置

4. X'Pert○アーク溶解炉

Zone melting type single crystal growth device○単結晶自動Ｘ線構造
解析装置
 ingle-crystal autoS
matic X-rays structure
analyzerArc melting furnace○ 電子線描画装置
RINT-VElectron beam drawing device○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）

 igh-resolution Fourier transform infrared spectrophotometer
H(FT-IR)○ 示差熱天秤 - 質量分析同時測定装置（TG-DTA/GC-MS） hermogravimetry-differential thermoanalysis/mass spectromT
etry simultaneous measurement device (TG-DTA/MASS)

N₂ supply systeml

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

TECHNICAL SERVICE SECTION

技

術

室

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。

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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。

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

TECHNICAL SERVICE SECTION

技

術

室

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 glass81

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

MAIN ACHIEVEMENTS

最近の主な成果
平成29年度▪ 稲葉

研究成果

謙次 研究室 渡部

聡 助教

細胞内 pH 変化を利用したタンパク質品質管理のメカニズム～ pHセンシング機構の構造基盤を解明～（2017.4.4）

▪ 稲葉
奥村

謙次 研究室正樹 助教／渡部聡 助教

東海大学、東北大学、大阪大学の共同研究グループ、新規人工インスリン「セレノインスリン」の化学合成と機能解明に成功～体内での薬効が長時間持続する新規インスリン製剤への応用に期待～（2017.4.11）▪ 稲葉

謙次 研究室▪ 陣内

浩司 研究室細胞内の不良品たんぱく質の分解メカニズムを解明～アルツハイマー病など神経変性疾患の成因の一端の解明が可能に～（2017.4.28）
世界で初めてゴムとスチールコードの接着劣化を3次元で解析する技術を開発～タイヤの耐久性向上などに活用～（2017.5.22）

▪ 上田

潔 研究室

分子の中の電子の流れを捉えた！
～国際チームが超高強度 X 線を照射された分子の超高速応答を解明～
The World's Most Powerful X-ray Laser Beam Creates'Molecular Black Hole'（2017.6.1）

▪ 北上

修 研究室

潔 研究室

Physicists squeeze extra data from superfast x-ray probes using
machine learning（2017.6.6）▪ 村松

淳司 研究室 蟹江澄志 准教授“自己集積 ” で量子ドットの発光を自在に制御～太陽電池とLEDの効率向上と高輝度化に期待～（2017.6.9）▪ 京谷

隆 研究室 西原洋知 准教授カーボンの中に金属が規則配列した触媒
A new synthesis route for alternative catalysts of noble metals～ CO2削減や燃料電池の白金代替に期待～（2017.7.25）

▪ 佐藤

卓 研究室

丈雄 准教授レーザー生成プラズマ光源の光強度増大現象を発見～生物細胞を観察する超解像顕微鏡の実現や次世代半導体露光機の低コスト化へ～（2017.8.1）▪ 米田 忠弘 研究室
プニート・ミシュラ 研究員／岡誠 名誉教授

▪ 鈴木

茂 研究室

▪ 本間

格 研究室

筋収縮の力の起源に迫る新たな分子間力を提示（2017.11.7）

ガラス材料による全固体型潜熱蓄熱材料の創製に成功～生産性・耐久性に優れた熱マネージメントの要素技術開発に向けて～（2018.2.7）
燃えにくい新規電解質を用いた 高安全なリチウムイオン二次電池の試作に成功～容量100Whのラミネート型電池で基本性能を確認し、釘刺し試験において不燃を実証～（2018.2.16）

平成29年度

表彰・受賞

▪ 陣内

浩司 教授

▪ 山本

俊介 助教

▪ 秩父

重英 教授

▪ 川西

咲子 助教

▪ 小嶋

隆幸 助教

・高分子学会賞（5月）・9 th International Conference on Molecular Electronics andBioelectronics (M&BE9), Best Poster Award (M&BE9)（6月）

・日本金属学会 奨励賞（9月）
・日本金属学会奨励賞 , 日本金属学会若手講演論文賞
（9月）

▪蔡

安邦 教授

・日本金属学会村上記念賞
（9月）

▪ 和田

健彦 教授

▪ 小俣

孝久 教授

▪ 京谷

隆 教授

▪ 西本

一恵 助教

▪ 進藤

大輔 教授

▪ 京谷

隆 教授

▪ 安達

正芳 助教

・第
 66回高分子討論会 , 高分子学会広報委員会パブリシティ賞（9月）
・アメリカセラミックス協会 The 2017 Richard and Patricia Spriggs
Phase Equilibria Award（10月）・第12回（2018年）
日本物理学会若手奨励賞（受賞決定）（10月）
・韓国顕微鏡学会フェローシップ賞（11月）・Utz-Helmuth Felcht Award 2017（11月）・平成29年度トーキン科学技術振興財団トーキン財団奨励賞（3月）

博文 研究員

ナノ磁性体の磁気異方性エネルギーの局所計測に成功～高密度磁気記録における磁気保持性能の向上に道～（2017.8.21）▪ 高田 昌樹 研究室 渡邉

▪ 鈴木

・T
 he 6th Carbon Outstanding Contribution Award of China（10月）

反強磁性体におけるマグノン偏光の非相反性～マグノン旋光性とスピントロニクス素子への応用～
Magnon circular birefringence: polarization rotation of spinwaves and its applications（2017.7.25）▪ 高田 昌樹 研究室 江島

忠弘 研究室グラフェンと SiC（シリコンカーバイド）の界面に潜む低エネルギーのフォノンを世界で初めて発見（2017.10.19）

・応用物理学会フェロー表彰 第11回
（2017年度）（9月）

新たな物理現象，
逆磁気キャパシタンス(iTMC) 効果を発見～磁石の向きにより電気の溜まり方を自在にコントロール～
Researchers flip the script on magnetocapacitance（2017.6.2）

▪ 上田

▪ 米田

真史 准教授なぜ固体中の電子はガラス化するのか? その謎を初解明～自然界に現れるガラス化現象の統一的理解に期待～（2017.9.29）

▪蔡

安邦 教授

・日本金属学会フェロー認定
（第1回）
（3月）

▪ 進藤

大輔 教授

▪ 鈴木

茂 教授

・日本金属学会フェロー認定
（第1回）
（3月）
・日本金属学会「谷川・ハリス賞」（3月）l

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

ACADEMIC EXCHANGE AGREEMENTS

学術交流協定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」

N ortheastern University (Shenyang,China)

1991年	全北大学校（全州、韓国）「大学間協定：11月12日締結、2012年６月6日更新」
C honbuk National University (Jeonju,Korea)

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）「10月1日締結」

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」

N ational 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」
Institute 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」

Department of Chemistry,Columbia University (New York,USA)

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」

D aresbury Laboratory,Council for the Central Laboratory of the Research Councils(Warrington,UK)

1997年 ベルリン自由大学物理学科（ベルリン、ドイツ）「11月3日締結」
D epartment of Physics,Free University of Berlin (Berlin,Germany)

トムスク工科大学原子核物理研究所（トムスク、ロシア）「12月1日締結」

U niversity of Waterloo (Waterloo,Canada)

2007年	蘭州大学（蘭州、中国）「大学間協定：4月17日、2017年4月17日更新」
L anzhou 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」
K ongju 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」

N uclear 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」

D epartment of Earth and Environmental Engineering,Fu Foundation School ofEngineerig and Applied Science,Columbia University (Newyork,USA)

北京大学ナノ科学技術研究センター

S incrotrone 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、2017年6月6日更新」
U niversity of Science and Technology Beijing (Beijing, China)

2008年	チェンマイ大学

（チェンマイ、タイ）「６月９日締結」

 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」「大学間協定：2012年4月10日締結、2017年4月10日更新」
C hiang Mai University (Chiang Mai ,Thailand)C enter for Nanoscale Science and Technology Peking 
University (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」

D epartment of Metallurgical Engineering,University of 
Utah (Utah,USA)

揚州大学（揚州、中国）「大学間協定：6月20日締結、2013年6月20日更新」

Y angzhou 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）

マギル大学金属プロセス研究センター（モントリオール、カナダ）「11月30日締結」

マックスプランク核物理研究所

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」

M
 PIK, Max-Planck-Institut für Kernphysik（Heidelberg, Germany）

M
 cGill Metal Processing Center,McGill University (Montreal, Canada)D epartment of Metallurgy and Materials Science,University of Toronto(Toronto,Canada)（ハイデルベルグ、
ドイツ）「12月24日締結」

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」

1999年 ドルトムント工科大学（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」

T U Dortmund University (Dortmund,Germany)B eijing University of Technology (Beijing, China)

2011年

	イエナ・フリードリッヒ・シラー大学固体物理研究所

カールスルーエ工科大学（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)

（イエナ・
ドイツ）
「7月27日締結」

Institute für Festkörperphsik, Freidrich-Schiller-Universität Jena (Jena,Germany)

チュラロンコーン大学

アルビ鉱山大学

Chulalongkorn University（Bangkok, Thailand）（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」

É cole des Mines d’Albi-Carmaux (Albi,France)（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」

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、2017年2月2日更新」
R uprecht-Karls-University Heidelberg（Heidelberg, Germany)

北京大学（北京、中国）「大学間協定：11月10日締結、2014年11月10日更新」

ナポリ大学（ナポリ、イタリア）「大学間協定：3月28日締結」

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

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）「7月21日締結」
P . N. Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences (Moscow,Russia)  

中国科学院長春光学精密機械物理研究所

U niversity of Naples FedericoⅡ（Napoli, Italy）

	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、2017年9月27日更新」

U niversity of Granada（Granada , Spain）（吉林省、中国）「12月26日締結」

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

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」

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」
K uwait Institute for Scientific Research (Kuwait, Kuwait)C ollege of Material Science and Engineering, Huaqiao University(Quanzhou,Fujian,China)

マドリード・アウトノマ大学化学部

	重慶大学（重慶、中国）「大学間協定7月4日締結、2016年7月4日更新」（マドリード、スペイン）「6月26日締結」

C hongqing University（Chongqing, China）

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

2002年	慶北大学校

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」（大邱、韓国）｢大学間協定：9月2日締結、2012年9月2日更新｣

Synchrotron SOLEIL (Saint-Aubin, France)K yungpook National University (Deagu, Korea)

ロシア科学アカデミー地球科学・分析科学研究所

2003年	韓南大学ハイブリット材料研究所（モスクワ、ロシア）「9月2日締結」（太田、韓国）「1月17日締結」

V ernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academyof Sciences (Moscow, Russia)

Institute of Hybrid Materials for Information and Biotechnology, Hannam University(Daejeon,Korea)

モスクワ国立大学化学部（モスクワ、ロシア）「9月2日締結」

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（ソウル、韓国)「6月9日締結」

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

ミシュコルツ大学材料科学工学研究科

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、ハンガリー）「6月19日締結」

C ollege of Materials Engineering, Zhengzhou University (Zhengzhou,China)

	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）

2004年	ウクライナ国立工業大学

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

ナント大学材料研究所（ナント、フランス）「12月8日締結」

S eoul National University (Seoul,Korea)

メルボルン大学

（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、オーストラリア）「大学間協定11月7日締結、2016年11月10日更新」

N ational Technical University of Ukraine (Kyiv,Ukraine)

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」

U niversity 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」

R esearch Laboratory of Electronics（RLE）
and Microsystems Technology Laboratories（MTL）,Massachusetts Institute of Technology（MIT）（Cambridge,USA）

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（ウラジオストック、ロシア）「12月1日締結」「大学間協定：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)

2017年

西南大学材料・エネルギー学部（重慶、中国）「3月22日締結」「大学間協定：2018年1月3日締結」

Faculty of Materials and Energy，Southwest University（Chongqing,China）

83

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYOUTLINE概 要
構成員 MEMBERS
職員数 FACULTY & STAFF ( as of April 1, 2018 )教授Professors

准教授

講Associate Professors

Senior Assistant Professors Assistant Professors

47

師

助教・助手

30

6

技術職員

事務職員

非常勤職員

計

Technical Staffs

Administrative Staffs

Part-Time Staffs

Total

70

＊1

70

＊2

37

76

336

＊ 1 再雇用職員（4 名）を含む。
＊ 2 再雇用職員（1 名）を含む。

研究員数 RESEARCHERS ( FY 2017 )
客員研究員

受託研究員

学振特別研究員

計Visiting Researchers

Contract Researchers

JSPS postdoctoral fellows

Total

3

1

12

学生数 STUDENTS ( as of October 1, 2017 )( FY 2017 )大学院生 Graduate Students

学部学生

前期課程 MS

Under Graduate Students Total

後期課程 PhD

224

16

86

計

63

研究所等研究生（外国人）

研究所等研究生（日本人）

Institute Research Students (Foreigner)Institute Research Students (Japanese)

14

0

373

歳入・歳出 ANNUAL REVENUE and EXPENSE
予算内訳

支出内訳

Revenue for FY 2016

Expense in FY 2016

2%
5%

35%

17%

42%

56%

4%
16%

9%

計 Total

14%

4,348

計 Total

4,348［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

建物 BUILDINGS ( as of April 1, 2018 )建物総延面積

Total Floor Area

38,333m²l

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

IMRAM BUILDING MAP

建物案内図

北門

North Gate

B08
B01
C02

C04
C03

B07

東北大学本部

B06

Tohoku University
Administration

正門

Main Gate

東北大学
史料館

Tohoku University
Archives

E02

東門

F01

East Gate

E03
F03

F02

片平さくらホール

F04

Katahira Sakura Hall

F05

南門

South Gate

B06

多元研 西1号館

（科学計測研究棟S棟）

IMRAM West Building 1
B08

多元研 西2号館

（科学計測研究棟N棟）

IMRAM West Building 2
B07

多元研 西工場（工場棟）

IMRAM West Technical Plant
B01

図書室

Library (AIMR Main Building 2F)
C02

多元研 東1号館

（反応化学研究棟1号館）

C03

多元研 東2号館

（反応化学研究棟2号館）

IMRAM East Building 2
C04

多元研 東3号館

（反応化学研究棟旧館）

IMRAM East Building 3
E03

南総合研究棟2

（材料・物性総合研究棟Ⅰ）South Multidisciplinary Research Laboratory 2
E02

南総合研究棟1

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

F03

多元研 共同研究棟

IMRAM Cooperative Reseach Building
F02

多元研 事務部棟

IMRAM Administration Building
F01

多元研 南1号館

（素材工学研究棟1号館）

IMRAM South Building 1
F04

多元研 南2号館

（素材工学研究棟2号館）

IMRAM South Building 2
F05

多元研 南3号館

（素材工学研究棟3号館）

IMRAM South Building 3

IMRAM East Building 1

85

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITYHISTORYACCESS

歴史・沿革

アクセス

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.

January 1944

青葉区役所

Aoba Ward Oﬃce

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

宮城県庁

Miyagi Prefectural Oﬃce
Sendai Combination Government Building

Sendai Legal Aﬀairs Bureau

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

瀬

3km

Aqueous Solution was reorganized as
Institute for Chemical Reaction Science.

勾当台公園

Kotoudai-koen
東京エレクトロン
ホール宮城
せんだい
地下鉄勾当台公園駅
Tokyo Electron Hall Miyagi
メディアテーク
Subway Kotodai-koen Station
Sendai Medhiatheque
三越
通寺
Mitsukoshite
定 禅 ji Stre川

Hirose River

April 1991 Chemical Research Institute of Non‐

n

Jyoze

2km

1km

宮城県美術館

Miyagi Museum of Art

地下鉄広瀬通駅

Subway Hirosedori StationRoadai West路 Send

仙台西道
bw

nal C

東北大学
川内キャンパス

大町西公

ente

園駅

r

SubwayStation Omachi Nishi-k

仙台国際センター

駅
通
一番-d町
ori
青 ba葉Street 青葉a通
Aoba tionow ysendai international centerA

仙台法務総合庁舎

Sendai Legal Aﬀairs Synthesis
Public Oﬃce Building

Aobadori Station

Aeon

Fujisakioen

Tohoku University
Kawauchi Campus

あおば通り駅イオン

藤崎

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

Sub
w
Stati ay Inte
rnati
on
o

Forus

Hiros

Stree

国際
セン
ター
駅

Su

April 2001 Research Institute for Scientific Measure-

AER

フォーラス

JR Sendai Station

西公園

Nishikouen

AER

通
eet
広 瀬
e Str

Sub 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

c

au

ouen

駅 Kaw
川内 ay

ion

tat

S
hi

園通

Research Institute of Mineral Dressingand Metallurgy was reorganized as Institute for Advanced Materials Processing.

NishikApril 1992

仙台合同庁舎仙台法務局

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

Tohoku University
Katahira Campus

地下鉄
五橋駅
Subw

仙台城址

ay Itsut

Botanical Gardens,
Tohoku University

Sendai Site of a Castleni Statiosubash日本と仙台の位置 POSITION of JAPAN and SENDAI
Chitose Airport

SapporoShinhakodatehokuto

Shinaomori

SendaiAthensLisbonSendaiSan Francisco

JAPAN

Akita

TohokuRegion38N

ShinjoWashington D.C

Niigata

Sendai Airport

Kanazawa

Kyoto

NagoyaTokyo

Narita International Airport

Hiroshima
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.

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2 0 1 8

2 0 1 8

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,JAPANFacebook

https://fb.com/tagen.tohoku.ac.jp/

Twitter

https://twitter.com/team_tagen

YouTube チャンネル https://www.youtube.com/channel/UCgiZBMLdNLnJp1Dkky09fgA
メールマガジン

http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/information/mailmagazine.html

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