歴史・沿革
HISTORY
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

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 Dressingand Metallurgy, Tohoku Imperial University was founded.

January

1943

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

January

1944

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

May

1949

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

April

1991

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

April

1992

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

April

2001

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

-

-

-

目 次
CONTENTS

所長挨拶 ／ DIRECTOR'S MESSAGE .......................................................................................................................................................................................... 3
組織図 ／ ORGANIZATION CHART ............................................................................................................................................................................................... 5
有機・生命科学研究部門 ／ DIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH ........................................................................................... 12
無機材料研究部門 ／ DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH ......................................................................................................................... 20
プロセスシステム工学研究部門 ／ DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING ................................................................................. 28
計測研究部門 ／ DIVISION OF MEASUREMENTS .................................................................................................................................................................. 36
サステナブル理工学研究センター ／ RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING ................................................. 46
先端計測開発センター ／ CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY .................................................................................... 54
高分子・ハイブリッド材料研究センター ／ POLYMER・HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER .............................................................. 60
新機能無機物質探索研究センター ／ CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS .......................................................... 68
多元 CAF ／ TAGEN CENTRAL ANALYTICAL FACILITY ........................................................................................................................................................ 73
技術室 ／ TECHNICAL SERVICE SECTION ................................................................................................................................................................................. 75
最近の主な成果 ／ MAIN ACHIEVEMENTS .......................................................................................................................................................................... 78
学術交流協定 ／ ACADEMIC EXCHANGE AGREEMENTS .................................................................................................................................................... 79
概

要 ／ OUTLINE ....................................................................................................................................................................................................................... 80

建物案内図 ／ IMRAM BUILDING MAP ..................................................................................................................................................................................... 81

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

本、多元物質科学研究所（以下、多元研）が創立 16 年目となり、前身の研究所の一つである、選鉱製錬研究所が設置されて７５年です。従来の区別にとらわれない、物質、材料
を含む、あらゆる "もの "を多元的に研究する、
特徴ある研究所として2001 年 4月に誕生し、おかげさまで、一般社会にも次第に認知されつつあります。その礎は、前述の選鉱製錬研究所（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、輝かしい伝統の力を、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。

東北大学
多元物質科学研究所

量子ビーム位相イメージングプロジェクトが代表的で、非常に多くの共同研究、プロジェクトが進行中です。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、

研究所長

村松

たとえば希少金属高効率抽出技術の研究、グリーントライボ・イノベーション・ネットワーク、淳司

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

Institute of Multidisciplinary Research
for Advanced Materials

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

Director
Atsushi MURAMATSUな研究が、数多く行われています。そうした研究の一端を、本「多元研概要」で紹介しています。パラパラとページをめくりながら、多元研では、“ もの ” も、“ 人 ” もハイブリッドとなって、物質材料研究に従事していることを想像してみてください。きっと、多元研の世界に没頭することができることでしょう。
2010 年から始まった、先駆的なネットワーク型共同研究拠点である「物資・デバイス領域共同研究拠点」（多元研の他、北海道大学電子科学研究所、東京工業大学化学生命科学研究所、大阪大学産業科学研究所、九州大学先導物質化学研究所）では、本当にたくさんの研究成果を出しており、お互いに顔の見える共同研究を進めていく中で、『附置研究所間アライアンスによるナノとマクロをつなぐ物質・デバイス・システム創製戦略プロジェクト』が、非常に効率的に、かつ、先端的に推進されており、いよいよ本年度から多元研が共同研究拠点本部で、中心的な役割を演じています。
東北大学の学内での部局間交流も非常に活発であり、昨年は、若手アンサンブルプロ
ジェクトにも積極的に関わりました。さらに、産学連携先端材料研究開発センターをはじめ、理学研究科、工学研究科、生命科学研究科、環境科学研究科などすべての学内部局との密接な連携から、新たな物質材料研究が日々誕生してきています。
東日本大震災から５年が経過し、新たな復興段階となっています。多元研は引き続き物
質材料における東北復興への貢献と、未来を背負う新進気鋭の優秀な研究者の輩出を積極的に担っていきます。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 28 年 4月 研究所長 村松淳司

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

Our institute, Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials,
IMRAM, is called TAGEN-KEN in Japanese. It takes 15 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, 75 years have passed since the foundation of the former
three institutes. Their research spirit will be passed down to us so that theknowledge and experience integrated from prestigious institutes allow us toestablish so many collaborations between members of our institute so thata plenty of noticeable research results have been achieved. The projects
are exemplified by High Efficiency Rare Elements Extraction Technology,
Transmission Electron Microscopy, and Supercritical Nanoﬂuid Technology.
Our institute has started the activity as a member of the new Network Joint
Research Center for Materials and Devise from 2010, composed of fivenational university institutes, Research Institute of Electronic Science (RIES,
Denshiken) in Hokkaido Univ., Laboratory for Chemistry and Life Science (CLS,
Kaseiken) in Tokyo Institute of Technology, Institute of Science and Industrial
Research (ISIR, Sanken) in Osaka Univ., and Institute for Materials Chemistry
and Engineering (IMCE, Sendouken) in Kyushu Univ. This network is open
to anyone in Japan and the world including colleges, institutes and privatecompanies, who wishes to collaborate with the institutes. Based on these
five institutes, the "Nano-Macro Materials, Devices and System Research
Alliance" was also founded as a unique 6-year national project starting form
2010 ﬁscal year for the purpose of strategic development of materials, devices
and systems, based upon a concept of "Fusion from nano- to macro-leveledmaterials" and their deployment in the new technologies as a foundation of the
new industries.
The collaboration between departments of Tohoku Univ. is now very active
and signiﬁcant so as to lead to excellent successes on material science andengineering. The Materials Solution Center was founded on 2014 on the
purpose of an industry-academia collaboration research. Our institute wishes tocontinue to collaborate with the other departments, School of Science, Schoolof Engineering, Graduate School of Life Sciences, and Graduate School ofロゴマークのテーマ

Environmental Studies.

シーズのランドマーク

Five years have passed since the Great East Japan Earthquake on March

4 本の曲線は、4 つの研究部門・センターと

11, 2011. We contribute our efforts to attain the reconstruction through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material science and technology as well as to produce researchers and染色体にも似たその触手は、力強く天へと

engineers useful to the nation. We will proceed further advance in the ﬁeld of

伸び、緑の球体で表す地球とこれからの社

Multidisciplinary Research for Advanced Materials.

会を、多元物質科学研究所が支えている様を表しておいます。全体として、IMRAMの頭文字、「i」を象徴としています。

3 l 4

組 織 図（as of May 1.2016）

ORGANIZATION CHART

運営協議会

研究所長

ADMINISTRATIONMEETINGDIRECTOR

教授会
FACULTY MEETING

研究戦略・共同研究拠点
アライアンス推進室

副研究所長

所長補佐

運営会議

DEPUTY DIRECTORASSISTANT DIRECTORSTEERING MEETING研究部
RESEARCH SECTION

研究支援部門技術室

事務部

RESEARCH SUPPORTSECTIONTECHNICAL SERVICESECTIONADMINISTRATIVEOFFICE

Nano Biophysics

生命分子ダイナミクス研究分野

髙橋（聡）研究室

TAKAHASHI S. Lab ／ Biological and Molecular Dynamics

客員教授

阿波賀

邦夫

大谷研究室

OHTANI Lab ／ Computational Materials Thermodynamics

鈴木研究室

SUZUKI Lab ／ Microstructural Control of Functional Materials

佐藤（卓）研究室

SATO T.J. Lab ／ Quantum Spin Physics

超臨界流体・反応研究分野 横山研究室
YOKOYAMA Lab ／ Chemical Reaction Engineering

高温材料物理化学研究分野

福山研究室

FUKUYAMA Lab ／ High-temperature Physical Chemistry of Materials

ハード材料研究分野

客員教授

福富

洋志

HIROSHI FUKUTOMI Visiting Professor ／ Hard Materials

北上研究室

KITAKAMI Lab ／ Nanoscale Magnetism and Devices

FINANCE SECTION

生物分子機能計測研究分野

経理課

GENERAL AFFAIRS SECTION

総務課

OFFICE FOR SYNCHROTRON RADIATION FACILITY UTILIZATION PROMOTION

放射光施設利用推進室

国際交流・産学連携推進室

INTERNATIONAL FELLOWSHIP, UNIVERSITY-INDUSTRY RESEARCHCOLLABORATION PROMOTION OFFICETAGEN CAF

多元ＣＡＦ

水上研究室

MIZUKAMI Lab ／ Cell Functional Molecular Chemistry

KUNIO AWAGA Visiting Professor ／ Soft Materials

計算材料熱力学研究分野

ナノスケール磁気デバイス研究分野

細胞機能分子化学研究分野

ソフト材料研究分野

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

LIBRARY

稲葉研究室

無機材料研究部門

スピン量子物性研究分野

図書室

和田研究室（兼）INABA Lab ／ Biomolecular Structure

機能材料微細制御研究分野

SAFETY PLANNING SECTION

和田研究室

WADA Lab（C）／ Bioinspired Synthetic Chemistry

生体分子構造研究分野

安全管理室

永次研究室

WADA Lab ／ Functional Photochemistry and Chemical Biology

生命類似機能化学研究分野

INFORMATION BRANCHDIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCHNAGATSUGI Lab ／ Synthesis of Organic Functional Molecules

生命機能制御物質化学研究分野

広報情報室

CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS

新機能無機物質探索研究センター

POLYMER·HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER

高分子・ハイブリッド材料研究センター

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

先端計測開発センター

RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING

生命機能分子合成化学研究分野

附属研究施設ANNEXED RESEARCHSECTION

サステナブル理工学研究センター

DIVISION OF MEASUREMENTS

計測研究部門DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

プロセスシステム工学研究部門

DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

無機材料研究部門

DIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

有機・生命科学研究部門

有機・生命科学研究部門

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

プロセスシステム工学研究部門

DIVISION OF PROCESS AND SYSTEM ENGINEERING

北村研究室

基盤素材プロセッシング研究分野

光物質科学研究分野

KITAMURA Lab ／ Base Materials Processing

加納研究室

機能性粉体プロセス研究分野

MURAMATSU Lab ／ Hybrid Nano-particle

小俣研究室

佐藤（修）研究室

エネルギーシステム研究分野

OMATA Lab ／ Atomic Site Control in Inorganic Materials

SATO N. Lab ／ Energy System

阿尻研究室（兼※）超臨界ナノ工学研究分野

村松研究室

ハイブリッドナノ粒子研究分野

KANO Lab ／ Powder Processing for Functional Materials

原子空間制御プロセス研究分野

佐藤（俊）研究室

SATO S. Lab ／ Laser Applied Material Science

プロセスシステム研究分野 客員教授 田中※

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

敏宏

TOSHIHIRO TANAKA Visiting Professor ／ Process System※ WPI-AIMR

計測研究部門DIVISION OF MEASUREMENTS

上田研究室

電子分子動力学研究分野

高分子物理化学研究分野

UEDA Lab ／ Electron and Molecular Dynamics

量子電子科学研究分野

髙橋（正）研究室

TAKAKUWA Lab ／ Surface Physics and Processing

百生研究室

量子光エレクトロニクス研究分野

MOMOSE Lab ／ Quantum Beam Measurements

構造材料物性研究分野

高桑研究室

表面物理プロセス研究分野

TAKAHASHI M. Lab ／ Quantum Electron Science

量子ビーム計測研究分野

陣内研究室

JINNAI Lab ／ Polymer Physics and Chemistry

秩父研究室

CHICHIBU Lab ／ Quantum Optoelectronics

木村研究室

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

客員教授

北川

宏

HIROSHI KITAGAWA Visiting Professor ／ Measurements

火原研究室

ナノ・マイクロ計測化学研究分野

HIBARA Lab ／ Nano/Micro Chemical Measurements

サステナブル理工学研究センター

RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING

本間研究室

エネルギーデバイス化学研究分野

環境適合素材プロセス研究分野

HONMA Lab ／ Chemistry of Energy Conversion Devices

固体イオニクス・デバイス研究分野

雨澤研究室

SHIBATA H. Lab ／ Materials Separation Processing

河村研究室

金属資源循環システム研究分野

KAWAMURA Lab ／ Solid State Ion Physics

先端計測開発センタ−

高田研究室

電子線干渉計測研究分野

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

寺内研究室

走査プローブ計測技術研究分野

高分子・ハイブリッド材料研究センター
高分子ハイブリッドナノ材料研究分野

三ツ石研究室
及川研究室

京谷研究室

KYOTANI Lab ／ Hybrid Carbon Nanomaterials

新機能無機物質探索研究センター

芥川研究室

光機能材料化学研究分野

中川研究室

NAKAGAWA Lab ／ Photo-Functional Material Chemistry

有機・バイオナノ材料研究分野

笠井研究室

KASAI Lab ／ Organic- and Bio- Nanomaterials

CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS

山根研究室

YAMANE Lab ／ Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

金属機能設計研究分野

ハイブリッド材料創製研究分野

AKUTAGAWA Lab ／ Hybrid Material Fabrication

OIKAWA Lab ／ Organic and Hybridized Nanocrystals

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野

米田研究室

KOMEDA Lab ／ Advanced Scanning Probe Microscopy

POLYMER・HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER

MITSUISHI Lab ／ Polymer Hybrid Nanomaterials

有機ハイブリッドナノ結晶材料研究分野

進藤研究室

SHINDO Lab ／ Electron Interference Measurement

TERAUCHI Lab ／ Electron -Crystallography and -Spectroscopy

無機固体材料合成研究分野

柴田（悦）研究室

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

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

放射光ナノ構造可視化研究分野

電子回折・分光計測研究分野

柴田（浩）研究室

材料分離プロセス研究分野

AMEZAWA Lab ／ Solid State Ionic Devices

固体イオン物理研究分野

埜上研究室

NOGAMI Lab ／ Environmental-Conscious Material Processing

蔡研究室

TSAI Lab ／ Metallurgical Design for Material Functions

環境無機材料化学研究分野

殷研究室

YIN Lab ／ Environmental Inorganic Materials Chemistry

無機材料創製プロセス研究分野

垣花研究室

KAKIHANA Lab ／ Design of Advanced Inorganic Materials

5 l 6

科学技術振興機構（JST）の
戦略的創造研究推進事業 ERATO による「量子ビーム位相イメージング」研究の推進
Promotion of Quantum-beam Phase Imaging Project with ERATO (Exploratory Research for Advanced Technology) program sponsored by JST(Japan Science and Technology Agency)
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す研究を推進します。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、これによる高感度三次元可視化も可能とする高度な技術です。たとえば、従来のＸ線画像では難しい生体軟組織の撮影が可能となり、医用画像診断機器への応用が期待されています。Ｘ線位相イメージング開発でこれまで培った技術を核に、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も図り、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。また、コンピュータ科学・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さらには機能を可視化します。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。

【研究開発概念図】

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所་⏝⏬ീデ᩿ᶵჾ
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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY【国際研究を含む 6 研究機関での研究開発体制】
本プロジェクトは、Ｘ線位相イメージンググループを中心に、中性子線位相イメージンググループ、電子線位相イメージンググループ、
および、位相画像解析グループからなっています。互いに、綿密な協力関係を保って研究を推進しています。

共同研究開発参加研究機関《Ｘ線位相イメージンググループ》 東北大学多元物質科学研究所
Ｘ線位相イメージング研究の中核として、下記の放射光位相イメージングサブグループ、および、格子開発サブグループと強く連携し、
Ｘ線位相イメージングの様々な側面でフロンティアを切り拓きます。とくに実験室Ｘ線源を用いた位相イメージング技術の可能性を追求し、産学連携による研究成果の社会貢献も視野に入れています。
また、プロジェクトヘッドクウォーターを設置し、独自に知財対応機能も充実させ、プロジェクト全体のマネジメントを担います。
〈放射光位相イメージングサブグループ〉 JASRI（高輝度光科学研究センター）
SPring-8 のシンクロトロン放射光の高い輝度や空間的干渉性を活かし、試料のその場観察のための動的イメージングや、ナノ空間を高感度に可視化する放射光ナノ位相イメージングの開発などを進めます。
〈格子開発サブグループ〉 KIT（Karlsruhe Institute of Technology, 独国）
世界最先端の LIGA プロセス技術を活用し、高度な位相イメージングを切り開く新規光学素子の開発を進めます。
《中性子線位相イメージンググループ》 J-PARC( 日本原子力開発機構 )パルス中性子線の特性を活かした中性子位相イメージング技術を開発し、磁性材料などの構造と磁気情報の同時可視化などを目指します。
《電子線位相イメージンググループ》 自然科学開発機構・生理学研究所
電子線を用いた位相イメージングを実現するために、高度な電子線位相変調技術を開発し、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡への搭載を進めます。
《位相画像解析グループ》 筑波大学システム情報系
計算機科学・情報科学分野における最先端の画像解析技術などを導入し、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。

7 l 8産学官の協働による
ナノテクノロジー研究開発拠点の形成による「東北発素材技術先導プロジェクト」の推進
PROMOTION OF TOHOKU INNOVATIVE MATERIALS TECHNOLOGY INITIATIVES FOR RECONSTRUCTION THROUGH THE
CREATION OF NEW RESEARCH HUBS FOR NANOTECHNOLOGY AND MATERIAL SCIENCE BASED ON GOVERNMENT-INDUSTRYACADEMIA COLLABORATION, AND BY DEVELOPING CUTTING-EDGE MATERIALS AND WORLD-LEADING TECHNOLOGY
東北地方は、電子部品、デバイス・電子回路などの分野の製造業に強みを有し、非鉄金属を中心とする金属産業が多く存在します。また東北の大学は材料、光やナノテク分野に強みを有します。東日本大震災の被災地域の大学、公的研究機関、産業の知見や強みを最大限活用し、知と技術革新（イノベーション）の拠点機能を形成することにより、産業集積、新産業の創出及び雇用創出等の取組みを促進するため、文部科学省のご支援を得て平成24年度より「東北発素材技術先導プロジェクト」を実施しております。このプロジェクトでは、東北の大学や製造業が強みを有するナノテク・材料分野において、産学官の協働によるナノテク研究開発拠点を形成、世界最先端の技術を活用した先端材料を開発することにより、東北素材産業の発展を牽引することを目的としています。
多元物質科学研究所では、このプロジェクトの中で、「超低摩擦技術領域（研究代表者：栗原和枝教授）」と「希少元素高効率抽出技術領域（研究代表者：中村 崇教授）」の2拠点を設置し研究開発を進めて参ります。

1．超低摩擦技術領域
摩擦低減技術は自動車分野をはじめ、あらゆる産業分野、生活環境における効率的エネルギー活用と安心・安全の鍵であり、低炭素社会実
現の観点からも極めて重要です。
「摩擦を科学する」学問技術領域のことを「トライボロジー」といい、東北大学にはトライボロジー研究を推進するための幅広い分野の研究者が協働できる高いポテンシャルがあります。多元物質科学研究所におけるナノレベルの計測技術とともに、機械工学や量子化学計算を基盤とする摩擦研究が密接に連携しながら展開されており、従来の機械工学的な技術開発の枠にはまらない異分
野融合研究が進行しています。
本領域では、機械分野と材料分野の研究者、そして産業界の技術者がともに協働し、表面力・共振ずり測定装置（独自開発）をはじめとするナノレベルの計測技術、ナノ界面創製による低摩擦発現技術、量子化学に基づく計算技術を融合することにより、摩擦界面を科学的に理解し、その理論に基づく研究開発を進めています。対象としては、ピストンや軸受などエンジンにおける機械部品の摩擦損失を低減する自動車用
油潤滑、新エネルギーシステムのための水潤滑、次世代真空機器における固体潤滑があり、それぞれにおいて超低摩擦を発現する界面設計指針の構築を目指しています。
東北大学に産学協働によるナノテク研究開発拠点としての「トライボロジー拠点」を形成することにより、東北復興、新産業形成、科学技術振興に貢献することを目指しています。

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INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

2．希少元素高効率抽出技術領域
高機能なハイテク製品を支えているレアメタルはその供給源が偏在しており供給不安を抱えています。その供給確保の手段として、日本に大量に存在する電気電子機器廃棄物からのリサイクルが重要となってきています。その研究拠点を選鉱精錬研究所の時代より日本の金属精錬研究の中心的役割を果たしてきた多元物質科学研究所に置き、電気電子機器廃棄物から希少元素を効率良く回収し再生し再び利用する
元素循環の技術を研究開発しています。研究は同じ東北地区にある秋田大学、岩手大学と一緒に基礎から応用までの範囲を分担して行い、それに全国の大学・研究機関の研究者が参画して研究を進めています。また非鉄メーカー等の民間企業にも参画していただき、実用化課題について研究を行っています。
研究の内容は、供給源である電気電子機器廃棄物を適度に破砕し部品等に解体する工程、解体した部品を種類毎に選別する工程、選別した部品から目的とする希少元素を化学的に抽出・分離する工程について研究開発を行い、次いで、それらを総合化した回収プロセスの研究開発を行っています。
これらの研究開発を通じて東日本大震災で打撃を受けた東北地方の経済を活性化する、新しいビジネスに展開することを目指しています。

【研究概念図】
物理選別技術

化学分離技術

応用技術開発破砕の科学
形状認識の制御

新規イオン液体の合成
融体の構造と物性の明確化

高効率抽出剤の開発
重金属処理の開発

構造解析技術固体微小部解析

シミュレーション技術

融体構造解析

イオン液体・溶融塩の物性評価応用展開に関し
人材集結
研究連携

九州大学
工学研究院
要素課題に関し人材集結
研究連携

イオン液体を用いた抽出剤の基礎

早稲田大学
理工学術院

DOWA
エコシステム
物理選別応用試験

東北大学

希少元素高効率抽出技術拠点

パルス破砕・ソーティングを用いた物理選別基礎研究

JX日鉱日石金属
化学抽出応用試験

多元物質科学研究所

東京大学
生産技術研究所

三
基礎研究
グループ

高温プロセス基礎研究

京都大学
工学研究科

応用研究
グループ

徳
希土類金属還元試験

三井金属鉱業
再委託

電解研究

物理選別

産業技術総合研究所
抽出剤開発

秋田大学

岩手大学

九州大学

湿式プロセス研究

高温プロセス研究

イオン液体研究事務部

情報交換

三菱マテリアル
物理選別

名古屋市工業研究所
抽出プロセス研究

パナソニック
物理選別

物質・材料研究機構
金属素材戦略の検討
経理事務
資金管理

内閣府
経済産業省

宮城県

岩手県

収集フィールド

連携

文部科学省
環境省

秋田県

東北大学
産学連携本部

事務統括
総合窓口

9 l 10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 JOINTRESEARCH CENTER OF MATERIALS AND DEVICES
北海道大学電子科学研究所、東北大学多元物質科学研究所、東京工業大学化学生命科学研究所（旧資源化学研究所）、大阪大学産業科学研
究所、九州大学先導物質化学研究所は、産業科学研究所を中核拠点とし、北海道から九州まで日本列島を縦断する5研究所が参画する全国規模のネットワーク型による「物質・デバイス領域共同研究拠点」を平成22年度に発足させました。この事業は、安心安全で持続可能な社会を構築するために不可欠な物質・デバイス領域の学際的連携共同研究を開かれた公募型共同研究体制を構築して推進する【ネットワーク型共同研究拠点事業】および拠点を形成する附置研究所間で推進する【課題解決型アライアンスプロジェクト事業】から成り立っています。この2つの事業の概念を図に示します。
【ネットワーク型共同研究拠点事業】では、ナノシステム科学、物質創製開発、物質組織化学、ナノサイエンス・デバイス、物質機能化学の5つの研究領域を研究所間ネットワークで結合した「物質・デバイス領域」の公募による共同研究システムを整備し、物質・デバイス領域で多様な先端的・ 学際的共同研究を推進することを目的とします。平成27年度には、公募による539件の一般共同研究が実施され、さらに、若手研究者を研究チームのリーダーとして抜擢する長期滞在型の共同研究プログラムである CORE ラボを特定共同研究の枠で公募し、7件の研究チームを採択し、共同研究が研究所横断的に強力に推進されました。
これらのネットワークの特性を活かした組織的共同研究の取り組みは、
我が国の物質・デバイス研究の飛躍的推進を担う核として有効に機能することが大いに期待されています。既に本拠点活動を通じ形成された研究者ネットワークを礎とした大型研究プロジェクトの発案・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6プロジェクト採択され、多元研教授が統括研究者を務める JST 創造科学技術推進事業（ERATO）が採択され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、申請時に推薦を受けた31学協会を大幅に上回る500を越えるコミュニティに及び、総参加者数はのべ約4,800名となり、関連研究分野及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。大阪大学産業科学研究所に中核拠点（拠点本部）
を置いた第1期の6年間で、累積2600件を超える共同研究を推進し、研究力強化、
若手人財育成、イノベーション創出、
グローバル化において、大きな成果を達成することができ、昨年度の期末評価ではネットワー
ク型共同研究拠点としては唯一 “S” 評価を得ることができました。平成28年度から始まる第2期のネットワーク型共同研究拠点事業では、拠点本部を多元研に設置し、基盤共同研究（旧 一般共同研究）に加え、新しいプログラムを複数企画し、より充実した活動を展開していきます。

ネットワーク型共同研究
国・公・私立大学

公募共同研究

独立行政法人研究所

北から南まで各地域への貢献

公募共同研究

阪大産研
ISIR

公募

東北大多元研

北大電子研

IMRAM

RIES

拠点本部
（多元研）

共同研究推進● ボトムアップ提案型
北大電子研● トップダウンテーマ型（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）

九大先導研

東工大化生研

IMCE

CLS

阪大産研
（ナノサイエンス・デバイス）

九大先導研（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」（略称：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）次世代エレクトロニクス物質・デバイス（仮）、2）環境エネルギー物質・デバイス（仮）、3）メディカルバイオ物質・デバイス（仮）、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

ナノマクロ物質・デバイス・システム
創製アライアンス

東北大多元研RIES

アライアンス

次世代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
メディカルバイオ物質・デバイス

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

北大電子研

IMRAM

ALLIANCE

人材育成
九大先導研

東工大化生研IMCE

CLS

国際頭脳循環の核世界をリードする成果
新学術分野の創製

生命機能分子合成化学研究分野

生命類似機能化学研究分野

細胞機能分子化学研究分野

Synthesis of Organic Functional Molecules

Bioinspired Synthetic Chemistry

Cell Functional Molecular Chemistry

永次研究室

和田研究室（兼）水上研究室

NAGATSUGI Lab

WADA Lab(C)MIZUKAMI Lab●ハイブリダイゼーション活性化反応による細胞内遺伝子機能制御方法の開発●電子励起状態および短寿命常磁性種の電子構
造と性質●生物活性を可視化する蛍光センサーの開発● DNA を鋳型とする反応を利用した 2 本鎖

●電荷分離・再結合過程の電子スピンダイナミクス

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
Design and synthesis of functional molecules forregulation of gene expression
Development of functional oligonucleotides for
artiﬁcial regulation of gene expression

生命機能制御物質化学研究分野●電子スピン間相互作用の外部制御の観測●原子内包フラーレンの電子構造
Electronic Structure of Short-lived Paramagnetic
Intermediates
Electronic Structure of Electronic Excited States
Spin Dynamics in Electron and/or Energy Transfer
Processes
Spin Manipulation and Observation in Conﬁned
Environments

Functional Photochemistry and Chemical Biology

和田研究室
WADA Lab

生体分子構造研究分野
Biomolecular Structure●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Development of ﬂuorescent sensor imaging biological activity
Development of protein-small molecule hybridmaterials to investigate diseases and biology
Development of technology to control biomlecular activity by light
Development of light resistant fluorophores forstrong laser-based microscopy
Structure-function relationships of metalloenzymes involved in catabolism of biological pigments●外部刺激応答型人工核酸の開発

稲葉研究室●がん細胞特異的核酸医薬分子の開発

INABA Lab

●細胞内環境応答性生命機能制御材料の創製●タンパク質品質管理に関わるジスルフィド結合形成・開裂ネットワークの構造、作用機序、
生理的機能

生命分子ダイナミクス研究分野●細胞内金属イオン濃度恒常性維持に関わる膜
トランスポーターの構造、作用機序、生理的機能

TAKAHASHI S. Lab●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
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 nanochiral reaction media
Development of High Sensitive and High TimeResolve Circular Dichroism （CD） Detection
Method for Analysis of Supramolecular Dynamics

Structure, mechanism, and physiological functionof the protein disulﬁde bond formation/cleavage
network involved in protein quality control
Structure, mechanism, and physiological functionof membrane transporters involved in the metal
ion homeostasis in cells

Biological and Molecular Dynamics

髙橋（聡）研究室●一分子蛍光分光法を用いたタンパク質のフォー
ルディングダイナミクス●癌抑制タンパク質 p53 のDNA探索機構の解明●一分子ソーターを用いた新しいタンパク質デザ
イン手法の開発
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

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

4ZOUIFTJTPG0SHBOJD'VODUJPOBM.PMFDVMFT

NAGATSUGI
Lab

永次

史 教 授

松本

高利 助 教Takatoshi MATSUMOTO, Assistant Professor

鬼塚

和光 助 教Kazumitsu ONIZUKA, Assistant Professor

山田

研 助 教

Fumi NAGATSUGI, Professor

Ken YAMADA, Assistant Professor

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

OBHBUVHJ!UBHFOUPIPLVBDKQ

永次研究室

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

れらの分子のさらなる高機能化、及び新規人工分子の開発について検討

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

重要な働きをしていることが明らかとなってきています。これらの遺伝子発現制御機構における破たんは、様々な疾患の原因になることもわかってきており、新たな創薬標的としての期待も高まっています。私たちの研究室
では、細胞内において遺伝子発現をコントロールする機能性分子を独自に設計・合成し、既存の分子ではできない新たな機能を持つ人工分子を開発することを目標に研究を行っています。既に私たちの研究室では高機能を持つ核酸医薬として、標的遺伝子に対してピンポイントの反応性で架橋反応を形成するインテリジェント人工核酸%FWFMPQNFOUPGJOUFMMJHFOUNPMFDVMFTGPSUIFSFHVMBUJPOPG
HFOFFYQSFTTJPOJODFMMT
Our research activities have focused on thegene expression. We expect that our researchcreation of functional molecules that exhibit

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

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

Takehiko WADA, Professor

荒木保幸 准教授Yasuyuki ARAKI, Associate Professor

黒河

博文 講 師

Hirofumi KUROKAWA, Senior Assistant Professor

坂本

清志 助 教Seiji SAKAMOTO, Assistant Professor

DIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

健彦 教 授'VODUJPOBM1IPUPDIFNJTUSZ
BOE$IFNJDBM#JPMPHZ

WADA
Lab

専門分野・キーワード
生命化学／核酸医薬／外部刺激応答型機能分子／構造変化高感度高時間分解能検出
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
biomolecular chemistry ／ oligonucleotide therapeutics ／ external function controllable
material ／ CD measurement system with high sensitivity and high time resolution

生命機能制御物質化学研究分野

IJLP!UBHFOUPIPLVBDKQ

和田研究室

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

ナノバイオ分子機能の on-oﬀ 制御

命化学分野まで幅広い研究を展開しています。

%FTJHOBOE4ZOUIFTJTPG"SUJGJDJBM/VDMFJD"DJEBOE1SPUFJO
GPS"DUJWF$POUSPMPG$FMMVMBS'VODUJPOBOE%FWFMPQNFOUPG
)JHI4FOTJUJWF5JNF3FTPMWF$%4ZTUFN
A chemical synthesis and modiﬁcation of DNA/RNA

Another research topics of Wada Lab. are reaction

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

nology that has led the molecular biology revolution.

in both the ground and electronically excited states;

Hence, a chemistry of DNA/RNA and protein not

we are pursuing mechanistic and synthetic studies

only in vitro but also in vivo expects to open new

on asymmetric photochemistry with supramolecular

generational stage of bioorganic chemistry and mo-

biopolymers as chiral reaction ﬁelds.

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

ナノバイオキラルリアクター

和田研で構築した高感度・高時間分解の有するCD測定装置

13 l 14

有機・生命科学研究部門

和田#JPJOTQJSFE4ZOUIFUJD$IFNJTUSZ

（兼）
和田

WADA
Lab(C)

秋山

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

宇井美穂子 助 教 Mihoko UI, Assistant Professor

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

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

るとともに、分子素子や太陽光変換との関連で広く関心の払われている

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

荷輸送過程に関する研究を進めています。

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

0DJQHWLF)LHOG(IIHFWVRQ
7UDQVLHQW$EVRUSWLRQ




る常磁性活性種の電子構造を、電子スピンをプローブ



'2'

として明らかにする研究を進めています。 特に、電子やエネルギー移動反応のダイナミックス、短寿命種の

'2'





P7

P7





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



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7LPHPV



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

電子状態と環境場効果を解明することを目的として、




レーザーと同期した種々の時間分解分光法（時間分:DYHOHQJWKQP





7LPHUHVROYHG SXOVHG(35
0HDVXUHPHQWV

6SLQVSLQ,QWHUDFWLRQ

解 EPR、パルス EPR、過渡吸収、発光分光）を用い

4QJO1IPUPDIFNJTUSZPO1IPUPGVODUJPOBM.BUFSJBMTThe dynamics of charge separation and charge

solved EPR, pulsed EPR, transient absorption

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

coherent motion, and detection in various envi-

toward the realization of molecular based elec-ronments.

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

quires the fundamental understanding the charge(and/or electron) transport as well as the spin-

0&KDUJHVHSDUDWLRQ &6

dependent characteristics. To explore the roleof the spin dependent phenomena in materials

0chemistry, both charge and spin transport dy-&RQWUROOHG&KDUJHUHFRPELQDWLRQ &5

namics are studied using by various time-resolved spectroscopic techniques (e.g. time-re-

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

E\6SLQ6WDWHV
00&66WDWH

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

門倉

広 准教授

Hiroshi KADOKURA, Associate Professor

渡部

聡 助 教

Satoshi WATANABE, Assistant Professor

Kenji INABA, Professor

DIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

謙次 教 授#JPNPMFDVMBS4USVDUVSF

INABA
Lab

専門分野・キーワード
X 線結晶構造解析／細胞恒常性維持／タンパク質品質管理／レドックス／カルシウムイオン
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
X-ray crystal structure analysis ／ cellular homeostasis ／ protein quality control ／redox ／ calcium ion
生体分子構造研究分野

LJOBCB!UBHFOUPIPLVBDKQ

稲葉研究室

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

5PXBSEFMVDJEBUJPOPGDFMMVMBSNFDIBOJTNTVOEFSMZJOHQSPUFJOBOENFUBMJPOIPNFPTUBTJTThe biological kingdoms have evolved elaborate

by impairment of these cellular quality control

systems to maintain the cellular homeostasis.

systems.

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

15 l 16

有機・生命科学研究部門

稲葉$FMM'VODUJPOBM.PMFDVMBS$IFNJTUSZMIZUKAMI
Lab

水上

進 教 授

松井

敏高 准教授Shin MIZUKAMI, Professor

Toshitaka MATSUI, Associate Professor

専門分野・キーワード
バイオイメージング／蛍光プローブ／光機能性分子／ナノバイオテクノロジー
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
bioimaging ／ ﬂuorescent probe ／ photofunctional molecule ／ nanobiotechnology
細胞機能分子化学研究分野

TNJ[V!UBHFOUPIPLVBDKQ

水上研究室

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

%FWFMPQNFOU PG GVODUJPOBM NPMFDVMFT UP JNBHF BOE SFHVMBUFCJPNPMFDVMFTJOMJWJOHTBNQMFTIn a living body and cell, various biomolecules
such as proteins, nucleic acids, and sugars function by interacting with each other. To understand their precise biological functions occurring
within a cell, it is important to investigate the activities or behaviors of these target molecules inliving systems, where all of these interactions
with 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, andthen regulate the functions of these targets by
utilizing light.

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

鎌形

清人 助 教小井川浩之 助 教

Satoshi TAKAHASHI, Professor

DIVISION OF ORGANIC- AND BIO-MATERIALS RESEARCH

聡 教 授#JPMPHJDBM
BOE.PMFDVMBS%ZOBNJDTTAKAHASHI S.
LabKiyoto KAMAGATA, Assistant Professor

Hiroyuki OIKAWA, Assistant Professor

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

TU!UBHFOUPIPLVBDKQ

髙橋（聡）研究室

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

ターゲッ
ト配列を探す過程の解明も目指しています。さらに、一分子観察

り、生体中においてさまざまな機能を発揮する究極の機能性分子です。

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

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

dynamics, a sliding motion along DNA, of a tumor

ous functions that sustain our lives. To be bio-

suppressor p53.

logically active, proteins, linear chains of amino

knowledge of protein

acids, need to form compact three dimensional

folding and function,

structures in the process called protein folding.

we are developing

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

design artificial

ever, it is still extremely difficult to understandproteins.

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

In addition, we observe the functional

17 l 18

有機・生命科学研究部門

髙橋東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

計算材料熱力学研究分野

スピン量子物性研究分野

超臨界流体・反応研究分野

Computational Materials Thermodynamics

Quantum Spin Physics

Chemical Reaction Engineering

大谷研究室

佐藤（卓）研究室

横山研究室

OHTANI Lab

SATO T.J. Lab

YOKOYAMA Lab●準安定状態を利用した材料設計基盤の確立●中性子非弾性散乱分光器の開発●アモノサーマル法による III 族窒化物の合成●結晶中の不均一構造に関する熱力学的検討●中性子磁気非弾性散乱スペクトル解析法の開発●電解質を溶解したアンモニア溶液の熱物性●合金系融体の熱力学物性に関する研究●量子スピン系における巨視的量子現象の研究●イオン液体固定化触媒の開発●遺伝的アルゴリズムを用いた理論状態図の構築に関する研究●遍歴電子系における反強磁性と超伝導の研究●イオン液体を用いた環境調和型プロセスの開発●非周期スピン系における磁気秩序とダイナミ
クスの研究●マイクロ・ナノ流体の輸送物性●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Establishment of materials design base using
metastable states
Thermodynamic analysis on heterogeneous structures in metals
Study on thermodynamic properties of alloy liquids
Investigation on theoretical phase diagrams basedon the genetic algorithm
Theoretical study on phase transformations inalloys by the Monte Carlo simulations

Development of neutron inelastic spectroscopy
Development of analysis methods for spin excitation spectra obtained in neutron spectroscopy
Novel macroscopic quantum phenomena in quantum magnets
Antiferromagnetism and superconductivity in itinerant electron systems
Ordering and dynamics in aperiodic spin systems

ナノスケール磁気デバイス研究分野

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

高温材料物理化学研究分野

Nanoscale Magnetism and Devices

High-temperature Physical Chemistry of Materials

機能材料微細制御研究分野

北上研究室

福山研究室

Microstructural Control of Functional Materials

KITAKAMI LabFUKUYAMA Lab

鈴木研究室●ナノサイズ粒子の結晶相安定性●窒化物半導体の結晶成長と物理化学●超高感度磁化検出技術開発●超高温熱物性計測システムの開発●プローブ顕微鏡によるナノ加工技術●高温化学反応場における材料プロセス創製●単一磁性ナノ粒子の物性・スピンダイナミクス●超高温材料の熱物性計測●巨大磁気異方性材料の設計・開発●強磁性形状記憶合金の薄膜化とマイクロアク
チュエータの開発

SUZUKI Lab●機能性合金の微視的組成・構造不均一性の評
価と制御●液相中における複雑金属酸化物の構造と形態の制御●エネルギー変換用イオン伝導体の原子レベル
構造評価●金属・合金ナノ粒子の合成過程の解明と構造制御●持続可能な社会に向けた物質の存在状態の制御
Local chemical analysis of advanced materials by
several surface analytical methods
Characterization and control of the local structureof various iron oxides
Preparation of high-performance iron-based materials by controlling local deformation
Development of high-quality metallic alloys andcomposites by controlling microscopic chemicalcomposition
Research on materials for sustainable resource
and clean energy●新規超高密度メモリー技術の提案・開発
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 withgiant magnetic anisotropy
Development of new technology for ultra highdensity memory devices

Crystal growth and physical chemistry of nitride
semiconductors
Development of high-temperature thermophysicalproperty measurement system
Material processing using high-temperature chemical reaction ﬁelds
Thermophysical property measurements of ultrahigh temperature materials
Fabrication of ferromagnetic shape memory alloyﬁlms and development of microactuator

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

Computational Materials
Thermodynamics

OHTANILab

大谷博司 教 授Hiroshi OHTANI, Professor

打越雅仁 助 教Masahito UCHIKOSHI, Assistant Professor

榎木

勝徳 助 教Masanori ENOKI, Assistant Professor

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

h.ohtani@tagen.tohoku.ac.jp

大谷研究室

電子論計算にもとづく理論状態図の構築と新材料開発への応用
近年の電子論計算法の目覚ましい発展は、実験では決して測定でき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。私たち的に予測する手法を確立できれば、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、材料学に対する大きな貢献が期待できます。

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
により、目的の相が他の相に対して有する相対的安定性を㻭㼘㻙㻝㻡㻑㻯㼡㻌

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。これにより、これまでせいぜい純物質にとどまってきた
理論状態図の研究を、一気に多元系にまで拡大して議論す㻵㼚㼕㼠㼕㼍㼘㻌㼙㼍㼠㼞㼕㼤㻌ることが可能になります。このような手法で理論状態図についての情報を豊富に蓄積した上で、新たな相の出現を理論㻲㼕㼚㼍㼘㻌㼙㼍㼠㼞㼕㼤㻌

モンテカルロシミュレーションによるAl-Cu合金中の準安定構造の生成予測

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

bution to the materials science.

calculation has made it possible to reproduce
thermodynamic properties of materials in simulations. In our division, we are conducting studies
on theoretical phase diagrams of materials basedon computation of free energies of solids, physicalproperties of heterogeneous structures in crystals,
and thermodynamic properties of liquid and glassy
phases by coupling the ﬁrst-principles calculations
and the cluster variation methods, as well as thequantum molecular dynamics. These studies arecertainly expected to provide quite useful tools forpredicting new promising materials for a structure
or function, and hence make an enormous contri-

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

Velocity density of states in liquid alloy calculated by firstprinciples molecular dynamics

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

鈴木

茂 教 授

篠田

弘造 准教授Kozo SHINODA, Associate Professor

藤枝

俊 助 教

Shun FUJIEDA, Assistant Professor

Shigeru SUZUKI, Professor

Microstructural Control
of Functional Materials

SUZUKILab

専門分野・キーワード
機能性材料／合金／酸化物／環境物質
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
functional materials ／ alloys ／ oxides ／ environmental materials
ssuzuki@tagen.tohoku.ac.jp

機能材料微細制御研究分野

鈴木研究室
DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

優れた特性をもつ合金や酸化物等の無機系材料の特性向上には、微視的な化学組成や構造の評価や制御が重要です。当研究室では、X 線、電子、イオンなどの様々な手法を用いて、それらの材料の微視的組成や構造を解析するとともに、それらの情報に基づき特性を向上させるためのプ
ロセス等の設計指針について検討しています。 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と構造・特性制御、成分やプロセスを制御して作製した機能性多結晶合金の微視的構造の解析や制御などがあります。Fig.1は塑性変形した多結晶形状記憶合金のミクロ組織を示しており、青色部で変態が起こっています。
Fig.2は、このような相変態（マルテンサイト変態）の結晶方位の関係を示しています。

Microstructural characterization and control offunctional alloys and oxides
Characterization and control of microscopic com-microstructure of a deformed shape memory alloy,

position and structure are important in improve-in which a part of matrix is transformed to thement of performances of advanced alloys and ox-

martensitic phase (see Fig.2).

ides having superior properties. In this laboratory,
various analytical methods using photons, electrons and ions are applied for characterizing the
microscopic chemical composition and structure of
the advanced materials. Technological processes
for improving performances of the advanced materials are designed on the basis of the results.
Main subjects are characterization and control ofthe structure of various metal particles and ironoxides using advanced methods, control of microstructure and texture in novel alloys. Fig.1 shows

21 l 2 2

無機材料研究部門

機能性合金・酸化物の微視的評価と制御

Quantum Spin Physics

SATO T.J.
Lab

佐藤

卓 教 授

奥山

大輔 助 教Daisuke OKUYAMA, Assistant Professor

那波

和宏 助 教Kazuhiro NAWA, Assistant Professor

Taku J SATO, Professor

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

taku@tagen.tohoku.ac.jp

佐藤（卓）研究室

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

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

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

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

Such a singlet state cannot be detected by static

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

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

the singlet ground state, with which we uniquely

nonmagnetic ground states. A tool that can ob-

determine the ground-state singlet conﬁguration.

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

北上

修 教 授

Osamu KITAKAMI, Professor

岡本

聡 准教授

Satoshi OKAMOTO, Associate Professor

菊池伸明 助 教Nanoscale Magnetismand Devices

KITAKAMILab

Nobuaki KIKUCHI, Assistant Professor

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

ナノスケール磁気デバイス研究分野

北上研究室
DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

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

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

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

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

23 l 24

無機材料研究部門

単一ナノ磁性体の物性の解明と先端磁気メモリーデバイスへの展開

Chemical Reaction Engineering

YOKOYAMALab

横山千昭 教 授Chiaki YOKOYAMA, Professor

喬

焜 助 教

Qiao KUN, Assistant Professor

冨田

大輔 助 教Daisuke TOMITA,Assistant Professor

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

chiaki@tagen.tohoku.ac.jp

横山研究室

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

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

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

and their use as novel solid support in synthetic

on thermophysical properties investigations, suchchemistry.

as measurement and development of prediction

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

basis of the combination of scCO2/ionic liquids.

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

福山博之 教 授大塚誠 准教授

Makoto OHTSUKA, Associate Professor

安達

正芳 助 教Masayoshi ADACHI, Assistant Professor

Hiroyuki FUKUYAMA, Professor

High-temperature
Physical Chemistry of Materials

FUKUYAMA
Lab

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

fukuyama@tagen.tohoku.ac.jp

福山研究室
DIVISION OF INORGANIC MATERIAL RESEARCH

当研究室では、化学熱力学と融体物性を融合させた新しい機能性材

融体科学を切り拓いています。

料のプロセス開発を提唱しています。例えば、窒化物半導体は、青・紫報分野での応用が期待されていますが、当研究室では、窒化物半導体の素子としての性能を向上させるため、結晶成長に関する物理化学的な知見を蓄積しながら、新たな結晶成長プロセスを創製しています。また、材料プロセスにおける複雑な熱物質移動現象をシミュレーションする
ため、熱物性値のデータベース化を進めています。電磁浮遊装置と静磁場を組み合わせて、金属融体の静的な浮遊状態を実現し、融体の熱容量、熱伝導率、放射率、密度および表面張力を高精度に計測する
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㻺㻞㻙㻯㻻 䜰䝙䞊䝹ἲ䛻䜘䜛㧗ရ㉁ 㻭㻵㻺 䝔䞁䝥䝺䞊䝖䛾స〇
1000

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

Initial (10-12)
LED

800
700
600
500
400
300
200
Initial (0002)

100
0
0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Annealing time (h)

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

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

cessing based on chemical thermodynamics withmagnetic ﬁeld.

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

25 l 26

無機材料研究部門

機能性材料プロセスと熱物性計測法の開発

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

基盤素材プロセッシング研究分野

原子空間制御プロセス研究分野

光物質科学研究分野

Base Materials Processing

Atomic Site Control in Inorganic Materials

Laser Applied Material Science

北村研究室

小俣研究室

佐藤（俊）研究室

KITAMURA LabOMATA Lab

SATO S. Lab●上昇気泡によるメタルエマルジョンの生成と固体酸化物の溶融スラグへの溶解速度に関する研究に基づく高効率精錬プロセスの設計●機能性無機材料の物質設計と合成プロセスの開発●高強度光の場における物質変換プロセス●ナローギャップ酸化物半導体の開発と光電素子への応用●ベクトルビームの発生とビーム特性の解析●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
Design of highly eﬃcient steel reﬁning process
through the study on the formation of metal emulsion by rising bubble and the dissolution rate ofsolid oxide into molten slag
Separation and recovery of valuable metals fromsteelmaking slag by the recovery of manganeseusing sulﬁdation and the separation of phosphorus
using leaching
Quality control for clean steel production by thesimulation model of inclusion composition change
and the study on the change in oxide composition
during heat treatment
Valorization of steelmaking slag for the recoveryof rice ﬁelds damaged by earthquake and tumani●中温域で動作する燃料電池の要素材料の開発●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●半導体量子ドットの溶液合成プロセスの開発●ベクトルビームを用いたナノイメージング●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
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

超臨界ナノ工学研究分野※ WPI-AIMR

加納研究室●ナノフルイドの熱力学（超分子構造形成・相挙動・粘弾性）●機械的微粒子生成プロセスのシミュレーションの創成●粒子・流体プロセスシミュレーションの創成●メカノケミカル法による機能性粉体の創製と希少金属の回収●バイオマスおよび樹脂廃棄物からの高効率水素製造プロセスの創成

Hybrid Nano-particle

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

阿尻研究室（兼※）●超臨界場でのハイブリッドナノ粒子創成●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

ハイブリッドナノ粒子研究分野●部分硫化による可視光応答性光触媒材料の開発

Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies

Powder Processing for Functional Materials

KANO Lab

Material conversion process in intense optical ﬁeld
Nano-particle synthesis in intense optical ﬁeld
Generation and analysis of vector beams
Creation of small laser spot and its application for
novel laser processing
Nano-imaging by vector beams●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ADSCHIRI Lab（C※）

機能性粉体プロセス研究分野●高強度光の場におけるナノ粒子作製●超ハイブリッド材料創製（ポリマー / ハイブ
リッドナノ粒子）●低温エネルギー改質触媒
Synthesis of organic inorganic hybrid nano building blocks under supercritical conditions
Thermodynamics of nano ﬂuids.
Fabrication of novel nano devices
Biomass conversion in supercritical water andchemical synthesis
Revolutionary catalysis: chemical route for low
temperature heat recovery.

Preparation of organic-inorganic hybrid nano-particles
Development of nano-sized metallic particle andapplication 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

エネルギーシステム研究分野
Energy System

佐藤（修）研究室
SATO N. Lab●アクチノイド化合物の固体および溶液化学の研究●核燃料サイクルにおけるフロントおよびバック
エンド化学の研究●原発事故に関わる環境修復および放射性廃棄物の処理・処分に関する研究

Optimum design of powder processing by computer simulation
Development of simulation model for grinding processes of ﬁne particles
Development of simulation model for multiphaseﬂow
Synthesis of functional powder materials and recovery of rare metals by using mechanochemical
methodDevelopment of new hydrogen generation processes from biomass and plastic wastes activated byusing mechanochemical method●排ガス等からの硫黄固定化および水素生成プ
ロセスの開発●放射性物質を含むレアメタル資源のグリーンプ
ロセス開発
Solid state and solution chemistry of actinide elements
Research for front and back end chemistry on
nuclear fuel cycle
Research for radioactive waste management andenvironmental recoverability on NPP accident
Development of hydrogen producing desulfurization process from wastes
Development of green process for rare metal resources coexisted with radioactive materials

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

Base Materials Processing

KITAMURALab

北村

信也 教 授植田

滋 准教授

Shigeru UEDA, Associate Professor

高

旭 助 教

Xu GAO, Assistant Professor

Shin-ya KITAMURA, Professor

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

kitamura@tagen.tohoku.ac.jp

北村研究室

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

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

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

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

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

加納純也 教 授Junya KANO, Professor

石原真吾 助 教Shingo ISHIHARA, Assistant Professor

Powder Processing for
Functional Materials

KANO
Lab

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

機能性粉体プロセス研究分野

kano@tagen.tohoku.ac.jp

加納研究室

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

図1

ADEM による固体粒子破壊挙動のシミュレーション

バイオマスからの創エネルギーに関する研究を展開している。

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

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

those raw materials, intermediate products andcontrolled exquisitely.

ﬁnal products are particulate materials. The prop-

In our laboratory, we are carrying out development

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

dependent on the particle packing structure in the

der processing. Optimizing the powder processing

materials as well as those chemical compositions.

by the simulation is performed for energy saving

The particle packing structure is also highly de-

and resource saving. In addition, we are develop-

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

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

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

cesses. Therefore, in order to obtain the functioneﬀects which are obtained in the grinding process.

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

29 l 30

プロセスシステム工学研究部門

本研究室では、粉体プロセスを自在に精緻に制御するためのツールとしAtomic Site Control in Inorganic
Materials

OMATA
Lab

小俣

孝久 教 授Takahisa OMATA, Professor佃

諭志 助 教Satoshi TSUKUDA, Assistant Professor

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

omata@tagen.tohoku.ac.jp

小俣研究室

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

広色域ディスプレイの中核をなす要素材料の開発とその素子化を研究しています。

題に対しても、必ずやそれらを解決へと導く材料があるはずЭᬝҾ‫܇‬ᆰ᧓Сࣂ҄ӳཋ

です。先人たちの努力により、誰もが容易に入手できる安定な物質はもはや研究しつくされており、今私たちが渇望しҾ‫܇‬ᆰ᧓СࣂỶỼὅLi+,Na+,K+,Cu+,Ag+,O2Ͳ,FͲ䞉䞉䞉

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㟁Ẽ໬Ꮫⓗ⨨᥮⁐⼥ሷ䞉⵨Ẽᭀ㟢䛺䛹け、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

H+,Cu+,Ag+,Li+,O2Ͳ,FͲ,ClͲ䞉䞉䞉

安定な準安定物質からなるに違いありません。私たちの研する準安定無機化合物を、前駆体化合物中の可動イオンの置換や挿入により創製し、それらを環境調和型デバイス・システムへと応用すべく研究を進めています。現在は、次世代型の薄膜太陽電池、中温作動型燃料電池、省エネ・෇ࣱỶỼὅᆰ᧓

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᪃ૼႎೞᏡࣱแ‫҄ܭܤ‬ӳཋ⎔ቃㄪ࿴ᆺⷧ⭷ኴ㝧㟁ụ⎔ቃㄪ࿴ᆺ>୰ సືᆺ⇞ᩱ㟁ụ䛺䛹

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

using those materials are now developing.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

阿尻雅文 教 授Tadafumi ADSCHIRI, Professor

高見誠一 准教授Seiichi TAKAMI, Associate Professor

有田稔彦 助 教Toshihiko ARITA, Assistant Professor

Supercritical Fluidand Hybrid Nano Technologies

ADSCHIRI
Lab（C）※

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

超臨界ナノ工学研究分野

阿尻研究室（兼※）※東北大学原子分子材料科学高等研究機構

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

ルイディックセラミクス）の創製も試みています。この超高濃度ナノ粒子

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

近では、超臨界場を利用することで、有機分子・無機材料がナノメート

してきておらず、新たな科学の創成にも挑戦しています。

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

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

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

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

31 l 32

プロセスシステム工学研究部門

た応用研究も進めています。この超ハイブリッドナ

Laser Applied Material Science

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

小澤祐市 准教授Yuichi KOZAWA, Associate Professor

上杉

祐貴 助 教Yuuki UESUGI, Assistant Professor

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

sato@tagen.tohoku.ac.jp

佐藤（俊）研究室

光科学と物質科学の融合研究
レーザーを中心とする最先端のフォトニクス技術を駆使して、光と物質

クトルビームについて、その物理的な性質を探るとともに、ビーム発生法との相互作用の研究を進め、新しい材料の創成や機能の発現、プロセの開発とビーム品質の改善に取り組みながら、レーザー加工や超解像スの開発などを大きな目標としています。現在具体的に進めている主た顕微鏡などへの応用研究を総合的に進めています。

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

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

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

the advancement of material science. The state-of

opment of beam generation, the improvement of

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

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

村松

淳司 教 授Atsushi MURAMATSU, Professor

蟹江澄志 准教授Kiyoshi KANIE, Associate Professor

水上

雅史 准教授Masashi MIZUKAMI, Associate Professor

中谷昌史 助 教Masahumi NAKAYA, Assistant Professor粕谷

素洋 助 教Motohiro KASUYA, Assistant Professor

Hybrid Nano-particle

MURAMATSU
Lab

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

ハイブリッドナノ粒子研究分野

村松研究室

mura@tagen.tohoku.ac.jp

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

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

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

ticles, ITO nanoink for TCO, niobium-based oxide

Namely, the physico-chemical theory for the sta-

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

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

particles, organic-inorganic hybrid nanomaterials,

precisely controlled in size and shape. What kind

fuel cell, and alloy nanoparticulate catalysts, etc.

of nanomaterials do you need? Weʼll make it.

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

33 l 34

プロセスシステム工学研究部門

により生み出されています。つまり、コーヒーや牛乳が安定であったり、クEnergy System

SATO N.
Lab佐藤修彰 教 授桐島陽 准教授

Akira KIRISHIMA, Associate Professor

秋山

大輔 助 教Daisuke AKIYAMA, Assistant Professor

Nobuaki SATO, Professor

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

エネルギーシステム研究分野

SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
actinide chemistry ／ nuclear fuel cycle ／ energy resources ／ rare metal processing ／radioactive waste management

佐藤（修）研究室

dragon@tagen.tohoku.ac.jp

資源・エネルギー・環境との共生を目指したプロセス化学の展開
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基幹エネルギーとして原子力の利用は人類の将来を左右する重要技⵾ຠ⵾ㅧ術である。このためウランやトリウムを含む鉱石からの核燃料製造プロセ
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スの開発研究や燃焼後の核分裂生成物および未利用ウランなどの安全な処理・処分プロセス開発が求められている。さらに福島原発事故にᑄ⵾ຠ෼㓸ỴἁἓἠỶἛίᵳᵊᵲᶆᵇ҄‫ܖ‬♖⵾㍰

関してはデブリ燃料処理や環境修復を図る必要がある。本研究室では、

ᑄ᫈‛ಣℂᴺ㐿⊒水溶液（湿式）系や非水（乾式）系における放射性核種の化学的挙動
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ᱷᷲಣℂᴺ㐿⊒តᩏ࡮ណ㋶

特性を把握し、高効率で廃棄物量の少ない核燃料のリサイクル方法や、

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4

レアメタル資源のグリーンプロセスの開発を行うとともに、福島原発事故

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に関わる放射性物質の挙動を評価し、安全な処理・処分プロセスの開಄ළ᧚ ᶏ᳓⌀᳓

発研究を進めている。また、廃棄物から水素等エネルギー物質を生成すԘṁⲢ ☳૕ൻ Άᢱ ࠺ࡉ࡝ ಣℂᶖἫ♽㧹㨁㨃るようなプロセスの開発も進めている。

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㽳㜞᡼኿⢻ᳪᨴ᳓ಣℂ࿾ਅ᳓࿤䈮䈍䈔䉎᡼኿ᕈᩭ⒳䈱᜼േ䈱⹏ଔේ⊒੐᡿䈮䈍䈔䉎⺖㗴䈫ኻᔕDevelopment of green rare metal chemistry forsustainable cycle
Since nuclear energy is one of the most impor-elements is studied to perform more reliable safetytant energy resource of our modern society, it

assessment of radioactive waste ground disposal.

is strongly demanded to make nuclear fuel cycle
more reliable. Also recovery from the reactor dam-ages and environment contamination by the Fukushima NPP severe accident, is urgent problem.
To respond these demands, our group develops
novel and unique processes for the spent nuclear
fuel based on the selective sulfurization of ﬁssion

Filtered vent system
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Fuel debris

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Treatment of highly
contaminated water   
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2&*!/-#less radioactive waste volume and lower risk ofventional wet reprocessing processes like PUREX.
Besides, the basic solution chemistry of actinides

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所



    products. The sulﬁde process has advantages of
the nuclear proliferation comparing with the con-

電子分子動力学研究分野

構造材料物性研究分野

表面物理プロセス研究分野

Electron and Molecular Dynamics

Structural Physics and Crystal Physics

Surface Physics and Processing

上田研究室

木村研究室

高桑研究室

UEDA LabKIMURA Lab

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

Quantum 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, molecular movies, and catching electron motion, using
short-pulse optical lasers, synchrotron radiation
sources, and X-ray free-electron lasers

量子電子科学研究分野

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

髙橋（正）研究室

ナノ・マイクロ計測化学研究分野

TAKAHASHI M. Lab

Nano/Micro Chemical Measurements●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

火原研究室

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

量子ビーム計測研究分野
Quantum Beam Measurements

高分子物理化学研究分野

百生研究室

Polymer Physics and Chemistry

MOMOSE Lab●Ｘ線干渉光学に基づくＸ線位相計測法の開拓●Ｘ線位相イメージング法の開拓とその応用●動的Ｘ線画像計測による機能イメージング法の開発●Ｘ線位相差顕微鏡／トモグラフィの開発●デコヒーレンス型極小角Ｘ線散乱イメージング法の開拓とその応用
X-ray phase measurement methods based on X-ray
interference optics.
Development and application of X-ray phase imaging
systemDynamical X-ray imaging for functional imaging
X-ray phase microscopy/tomography
USAXS imaging based on decoherence

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

Quantum Electron Science

Molecular 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

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

陣内研究室●環境に優しい（Al,In,Ga)N および（Mg,Zn)O系ワイド
バンドギャップ半導体微小共振器を用いた、励起子と光の相互作用に基づく新しいコヒーレント光源の研究●フェムト秒レーザおよびフェムト秒電子線を用いた（Al,In,Ga)N および（Mg,Zn)O系ワイドバンドギャップ
半導体量子ナノ構造の時間空間分解スペクトロスコピー●有機金属化学気相エピタキシーおよび分子線エ
ピタキシーによる（Al,In,Ga)N 系量子ナノ構造形
成と深紫外線〜長波長発光デバイス形成●（Mg,Zn）O 系酸化物半導体のヘリコン波励起プラ
ズマスパッタエピタキシーと機能性酸化物薄膜形成
A new concept coherent light source based on light-matter coupling in environment-friendly (Al,In,Ga)N and（Mg,Zn)O wide bandgap semiconductor microcavities
Spatio-time-resolved spectroscopy in semiconductormaterials
Design and fabrication of (Al,In,Ga)N quantum nanostructures: epitaxial growths by metalorganic vapor
phase epitaxy and molecular-beam epitaxy
Helicon-wave-excited-plasma sputtering epitaxy ofII-oxide semiconductor（Mg,Zn)O and fabrication ofmultifunctional oxide thin ﬁlms

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

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

Electronand Molecular Dynamics

UEDA
Lab

上田

潔 教 授

Kiyoshi UEDA, Professor

奥西みさき 助 教

Misaki OKUNISHI, Assistant Professor

福澤

Hironobu FUKUZAWA, Assistant Professor

宏宣 助 教専門分野・キーワード
分子動力学／電子動力学／電子分光／同時計測分光
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
molecular dynamics ／ electron dynamics ／ electron spectroscopy ／ coincidence
spectroscopy
電子分子動力学研究分野

ueda@tagen.tohoku.ac.jp

上田研究室

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

ない X 線自由電子レーザー等の最先端光源を駆使して、研究を進めています。

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

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所                    

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY髙橋

正彦 教 授

渡邉

昇 准教授

山﨑

優一 助 教Masahiko TAKAHASHI, Professor

Quantum Electron Science

TAKAHASHI M.
Lab

Noboru WATANABE, Associate Professor

Masakazu YAMAZAKI, Assistant Professor

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

masahiko@tagen.tohoku.ac.jp

髙橋（正）研究室

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

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

developing new spectroscopic methods, by using

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

the electron motion for stable species and mostimportantly the change of electron motion in 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

37 l 3 8

DIVISION OF MEASUREMENTS

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

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

Quantum Beam Measurements

MOMOSE
Lab

百生

敦 教 授

Atsushi MOMOSE, Professor

矢代

航 准教授

Wataru YASHIRO, Associate Professor

呉

彦霖 助 教Yanlin WU, Assistant Professor

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

momose@tagen.tohoku.ac.jp

百生研究室

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

実用展開を視野に入れた多くの共同研究も行っています。

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

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

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

as polymers and biological materials, and recently

scale to human scale. The use of phase informa-

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

on quantum beam physics, we are developing

tremendously. We have innovated in X-ray imaging

unique experimental environment and pioneering

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

attractive practically, and we are also conducting

conventional expectation. The technique is pow-

various collaborations.

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

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

木村宏之 教 授

Hiroyuki KIMURA, Professor

坂倉輝俊 助 教Terutoshi SAKAKURA, Assistant Professor

Structural Physics
and Crystal Physics

KIMURALab

専門分野・キーワード
多重極端条件下精密結晶・磁気構造解析／中性子・X 線回折装置開発／磁性強誘電体／
水素結合型誘電体
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Precise crystal/magnetic structure analysis under multiple extreme conditions ／Development of neutron and X-ray diﬀractometers ／ Magnetic ferroelectrics ／Hydrogen-bonded dielectrics

構造材料物性研究分野

木村研究室

kimura@tagen.tohoku.ac.jp

X 線・中性子結晶構造解析による1原子内電子分極の可視化
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、Xਛᕈሶ᭴ㅧ⸃ᨆ䈮䉋䉎ේሶᩭኒᐲಽᏓ㩷㪯✢᭴ㅧ⸃ᨆ䈮䉋䉎ේሶᩭኒᐲಽᏓ㩷

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。

㔚ሶ㔕䈫ේሶᩭ䈱㊀ᔃ૏⟎䈱䉵䊧㩷㸢㩷䋱ේሶౝ㔚᳇ಽᭂ㩷

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

using X‐ray, Synchrotron radiation and Neutron

We also engage the development of novel neutron

beam under extreme conditions such as low tem-diﬀractometer for structure analysis “SENJU” inperature, high magnetic ﬁeld, and high pressure.

J-PARC.

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

39 l 40

DIVISION OF MEASUREMENTS

analysis. Cycloidal spin structure in this material

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

Nano/Micro Chemical
Measurements

HIBARALab

火原 彰秀 教 授

Akihide HIBARA, Professor

大庭

Yasunori OHBA, Associate Professor

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

hibara@tagen.tohoku.ac.jp

火原研究室

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

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高度化に関する研究分野開拓を中心に研究を進めます。
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生体・環境・食品・工業プロセスなどを対象とした簡便分

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析・自動分析などの実現が期待できます。

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また、単一細胞を対象とする分析、単一分子レベルで䝢䞁䝩䞊䝹䝣䜷䝖䝎䜲䜸䞊䝗

の分析、結晶化などの単一事象の分析、高速混合時の物質挙動の追跡など、他の手法からは得られない情報をᅾᏯᆺ೺ᗣ䝏䜵䝑䜽䝇䝨䜽䝖䝹䜰䝘䝷䜲䝄䞊

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ᑐ≀䝺䞁䝈

計測するデバイス・計測技術実現に挑戦します。このようዉዙናዙ᧤Ȝ QP᧥

な新しい技術のためには、空間制約下での化学反応・相༢୍⣽⬊ศගἲ
䝘䝜⏺㠃ศගἲ
ᚤᑠ㛤ཱྀ㢧ᚤ䜲䝯䞊䝆䞁䜾ἲ䝭䝷䞊

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䛒䜙䜖䜛䛸䛣䜝䛻䝬䜲䜽䝻䞉䝘䝜ศᯒ䝕䝞䜲䝇ります。そのためのツールとして、顕微イメージング法、顕微レーザー分光法、電子スピン共鳴（ESR）法などで、他ᑗ᮶ϭに例のない高度計測手法の開発を進めます。

Chemistry in nano/micro space: measurements & applications
We study advanced nano-micro technologies instudy unique advanced measurement tools such as

chemistry and biochemistry and their applications

microscopic imaging, laser microscopy, and elec-

to integrated analytical devices. We investigate

tron spin resonance（ESR）spectroscopy.

easy and automated analytical technologies for life science, environmental sci-

1DQRIOXLGLFPLFURIOXLGLFGHYLFH

ence, food safety, and industrial process.
We also investigate novel analyticaltechnologies such as single cell analysis, single molecule analysis, single event
analysis, and molecular behavior in rapid
mixing. For the advanced technologies,
fundamental chemistry such as chemical
reaction and phase transfer in a conﬁned
space should be revealed in detail. We

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

2SWRIOXLGLF GHYLFH+LJKSRZHUSXOVHG(65IRUSURWHLQIROGLQJDQDO\VLVINSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

陣内

浩司 教 授Hiroshi JINNAI, Professor

樋口

剛志 助 教Takeshi HIGUCHI, Assistant Professor

Polymer Physics and Chemistry

JINNAILab

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

高分子物理化学研究分野

hjinnai@tagen.tohoku.ac.jp

陣内研究室

電子線によってソフトマテリアルの構造とダイナミクスを観る
高分子などの “ ソフトマテリアル ” が相転移に伴って自発的に形成するナノ構造は、高密度記憶媒体や高性能透過膜作製に向けたボトム
アッププロセスの一つとして重要な役割を果たしています。また、このよ
うな高分子の自己組織化過程の研究は、物理学で重要な「非線形・非平衡現象」の解明に資することになります。私たちは、高分子の作る
複雑なナノ構造を3 次元的に可視化することのできる「電子線トモグラ
フィ」を開発し、これを高分子の自己組織化ナノ構造に応用することで、大きな成果をあげてきました。
今後は、電子線トモグラフィに時間・温度・化学組成・wet 環境・変形などの新しい “ 次元 ” を加えることで、相転移ダイナミクスの解明やゲルなどの wet 系ソフトマテリアルの3 次元構造観察などへの展開を目指します。さらに、このような最新の顕微鏡法を、エネルギー・環境分野のFig.1. 3D reconstruction of Pt nano-particle（NP）network
superstructure in Terpolymer metal NP hybrid compositions andcomparison with Self Consistent Field Theory（SCFT）results.

ソフトマテリアルの材料開発に応用していきます。

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

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

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

41 l 42

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

Surface Physics and Processing

TAKAKUWALab

高桑

雄二 教 授Yuji TAKAKUWA, Professor

虻川匡司 准教授Tadashi ABUKAWA, Associate Professor

小川

修一 助 教Shuichi OGAWA, Assistant Professor

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

takakuwa@tagen.tohoku.ac.jp

高桑研究室

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

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

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

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

diamond and multilayer graphene, and developed

analysis methods with electron and photon probes:

surface nanoprocesses.

Real-time photoelectron spectroscopy using synchrotron radiation andrare gas resonance lines for monitoring in situ surface chemical compositions and bonding states undera 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 and interfaces,

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

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

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

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

秩父重英 教 授Shigefusa F. CHICHIBU, Professor

小島

一信 准教授Kazunobu KOJIMA, Associate Professor

山崎

芳樹 助 教Yoshiki YAMAZAKI, Assistant Professor

Quantum Optoelectronics

CHICHIBU
Lab

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

量子光エレクトロニクス研究分野

秩父研究室

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

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

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

equipped with a photoelectron-gun.

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

43 l 44

DIVISION OF MEASUREMENTS

and very local carrier dynamics are proved by fo-

sign and create quantum nanostructures desirable

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

エネルギーデバイス化学研究分野

固体イオン物理研究分野

金属資源循環システム研究分野

Chemistry of Energy Conversion Devices

Solid State Ion Physics

Metallurgy and Recycling System for Metal Resources Circulation

本間研究室

河村研究室

柴田（悦）研究室

HONMA LabKAWAMURA LabSHIBATA E. Lab●高容量・高出力型リチウム二次電池●リチウム電池の劣化診断技術開発●海底鉱物資源の乾式製錬プロセスの開発●大容量キャパシタの設計●薄膜リチウム電池の開発と界面イオン移動研究●太陽電池・燃料電池用の新材料・新デバイスの開発●燃料電池材料のプロトン移動機構の研究●スコロダイト合成による砒素の安定固定化技
術の開発●超臨界流体・プラズマ・レーザー等を用いた
先端デバイスプロセスの基礎研究●グリーンデバイスの放射光分光分析
High power and high energy lithium-ion batteries
Design of high energy capacitor
Development of novel materials and devices forsolar cells and fuel cells
Advanced device processing using supercritical
ﬂuids/plasma/laser
Spectroscopic analysis of green devices usingsynchrotron radiation●ガラス・過冷却液体のイオンダイナミクス研究
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

埜上研究室●その他、金属資源循環に関わる要素技術の開発●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

雨澤研究室●鉄鉱石の還元溶融現象の解明

AMEZAWA Lab●固体表面の液体流動の解析●燃料電池／蓄電池の高性能化・高信頼性化●電気化学エネルギー変換デバイス評価のための高度その場分析技術の開発●ヘテロ界面における電気化学現象に関する基礎研究●新規固体イオニクス材料の設計と創製
Improvement of performance and reliability of fuelcells and rechargeable batteries
Development of advanced in situ analytical techniques for electrochemical energy conversion
devices.
Basic research on electrochemical phenomena
at hetero-interfaces
Design and synthesis of novel solid state ionic
conductors●バグフィルタにおける脱ハロゲン機構に関する基礎的研究●コンクリート廃棄物の再資源化プロセスの開発●素材製造プロセスの多相反応シミュレータ開発
Solid State Ionic Devices●銅スラグからのマグネタイトの析出と分離による鉄源化に関する研究

Environmental-Conscious Materials Processing

環境適合素材プロセス研究分野

NOGAMI Lab

固体イオニクス・デバイス研究分野●第一原理計算を利用したヒ素含有鉱物分離のための新規浮選剤のスクリーニング

Reaction process simulator for material production
Development of energy recovery, conversion
and storage
Boundary layer control to improve reaction andheat transfer processes
Reduction and melting behavior of iron ore
Flow behavior of liquid with free surface on solid
surfacePyro-metallurgical process for ocean ﬂoor mineral resources
Synthesizing technology of scorodite particles
for stabilization of arsenic
Screening for new ﬂotation reagents to separate
arsenic minerals using ﬁrst principle calculation
Recycling technologies of copper smelter slag
for iron resource
Removal reaction of hydrogen chloride undersimulated bag ﬁlter conditions
Development of a new recycling process for concrete wastes
Other topics for development of elemental technologies related with metal resources circulation

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

柴田（浩）研究室
SHIBATA H. Lab●金属および酸化物過冷却液体の凝固メカニズム●次世代材料シリコンカーバイドの溶液成長●ケイ酸塩融体およびガラスの物理化学的性質と構造●金属ハロゲン化物の構造●酸化マグネシウムの還元プロセス
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
Reduction process of magnesium oxide

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

Chemistry ofEnergy Conversion Devices

HONMA
Lab

本間

格 教 授

Itaru HONMA, Professor

笘居

高明 講 師

Takaaki TOMAI, Lecturer

永村

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

専門分野・キーワード
再生可能エネルギー／リチウム二次電池／キャパシタ／太陽電池
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
renewable energy ／ lithium ion secondary battery ／ super capacitor ／ solar cell
エネルギーデバイス化学研究分野

i.honma@tagen.tohoku.ac.jp

本間研究室

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

可能エネルギー技術のフロンティア開拓を行います。新デバイス・新材料開発を中心に、二次電池、キャパシタ、太陽電池等の革新的エネル
ギー技術を世に発信し、地球温暖化対策のイノベーションを起こすことを目的としています。
革新的エネルギー変換デバイスを実現するために、原子層材料 ( グラフェン、遷移金属ダイカルゴゲナイド )、金属酸化物ナノ構造活物質、有機活物質、擬似固体電解質、超臨界流体プロセス技術、放射光分
析等のナノテクノロジー基礎研究から、高容量・高出力型リチウム二次電池、大容量キャパシタ、化合物半導体薄膜太陽電池などの高性能
電極材料・デバイス創製の精密化学プロセスを研究しています。これらの革新的エネルギーデバイスを要素技術として低炭素化社会技術であEnergy technology innovations via frontier nanotechnology andnanoscience
Honma laboratory investigates a frontier nanotechnology

develop lithium ion secondary batteries with extremely highand nanoscience for an advanced renewable energy tech-energy/power density, super capacitors for future smart

nology to contribute a global sustainability and industrial

grids, and compound semiconductor solar cells achieving

growth with low emission and environmental conscience.

both high conversion eﬃciency and low environmental load.

The concept would be most important and challenging issues
to scientists in 21st century.
In particular, we focus on researches of ﬁne chemistry ofenergy devices employing advanced nanomaterials andnanochemistry; 1. monoatomic-layered electrodes, 2. nanostructured cathode materials, 3. organic crystalline cathode-active compounds, 4. high ion conductive quasi-solid
electrolyte, 5. supercritical ﬂuid processing, 6. spectroscopy
analysis using synchrotron radiation.
These advanced materials and techniques can be applied to

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

Koji AMEZAWA, Professor

中村崇司 助 教Takashi NAKAMURA, Assistant Professor

木村勇太 助 教Yuta KIMURA, Assistant Professor

RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING

浩史 教 授Solid State Ionic Devices

AMEZAWALab

専門分野・キーワード
固体イオニクス／エネルギー変換／その場分析技術／界面電気化学

SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
solid state ionics ／ energy conversion ／ in situ analytical technique ／ interfacial electrochemistry

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

雨澤研究室

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

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

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

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

PLDによるイオン導電性酸化物薄膜

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

a great responsibility to solve environmental andenergy problems for achieving a sustainable society. Our laboratory contributes to solve abovementioned problems throughout fundamental andapplication researches on environmental-friendly
energy-conversion devices, such as fuel cells andrechargeable batteries. In particular, focusing on
solid-state ion-conducting materials, we are challenging to establish an academic discipline on “solid-state ionics”, and applying this to develop novel
materials and to improve performance/reliabilityof the energy conversion devices. We are also
working for the development of advanced in situ

第一原理計算による希土類メタリン酸塩におけるプロトン伝導の発現機構モデル

47 l 4 8

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

KAWAMURALab

河村純一 教 授渡辺

明 准教授

Akira WATANABE, Associate Professor

桑田

直明 准教授Naoaki KUWATA, Associate Professor

高橋純一 助 教Junichi TAKAHASHI, Assistant Professor

Junichi KAWAMURA, Professor

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
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
solid state ionics ／ ion dynamics ／ nuclear magnetic resonance ／ thin-ﬁlm rechargeable
battery
固体イオン物理研究分野

kawajun@tagen.tohoku.ac.jp

河村研究室

固体イオン物理を用いた循環型・高効率エネルギー社会の実現
河村研究室では、固体中のイオンの動きをレーザー分光法とLi metal film (VTE)

核磁気共鳴（NMR）
を用いて研究し、新物質開発や環境・エネ

Li3PO4 film (PLD)

ルギー問題の解決につなげることを目指しています。

LiCoO2 film (PLD)

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

䝺䞊䝄䞊⵨╔ἲ䛷స〇䛧䛯ⷧ⭷䝸䝏䜴䝮㟁ụ☢ሙ໙㓄NMR⿦⨨䛸䝸䝏䜴䝮㟁ụ䛾7Li䜲䝯䞊䝆䞁䜾

Solid-state ion physics bring innovation to our life
We investigate ion dynamics in solid by elec-

Edge filter

trical, optical and nuclear magnetic reso-

Monochromator
andCCD

nance (NMR) techniques to develop new ionicPrism

conductors and solid state ionic devices.
Recent research subjects are; 1. degradation mechanism of lithium-ion batteries, 2.

Microscope
Prism

Lens
Lens

Half mirror

Band path filter

DPSS laser(532 nm)Objective
Cell

CE

WE
RE

Potentiostat

development and analysis of thin-ﬁlm lithium
batteries, 3. proton dynamics of fuel cell
㻝
㻣

Li

1E-9
1E-10

D (m2/s)liquid and glasses.
We use the following techniques; 1. Laser

trochemistry).

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

1E-12

1E-14
1E-15
3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

1000/T (1/K)

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

1E-11

1E-13

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

H

1E-8

materials, 4. ion dynamics in supercooledⷧ⭷㟁ụ䛾In situ㢧ᚤ䝷䝬䞁ศග ᐃ䜲䞁䝢䞊䝎䞁䝇䛸NMR䛻䜘䜛䜲䜸䞁䝎䜲䝘䝭䜽䝇ィ

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

丸岡 伸洋 助 教

Hiroshi NOGAMI, Professor

RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING

洋 教 授

Environmental-Conscious
Materials Processing

Nobuhiro MARUOKA, Assistant Professor

NOGAMILab

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

nogami@tagen.tohoku.ac.jp

埜上研究室

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

大さから、資源・エネルギーの消費量も膨大で、これらを抑制し、循環型社
会の実現に資するための変革が求められています。その方策として、現行プロセスの高効率化、資源対応の強化、革新的プロセスの開発などがあり、その実現のためには、プロセス内部で生じる現象や原料の反応特性を理解し、新たなプロセスを設計していく必要があります。本研究分野では、環境適合型のプロセス開発に向けて、各種素材原料の物性値や反応特性の熱力学、熱工学、移動現象論や反応工学などの手法による解明、素材製造プロセスに広く見られる混相流動現象の流体力学、粉粒体工学などの手法による定量化を行い、これらの知見を数値流体力学や
MPS 法、離散要素法など先端の流動解析手法を用いた熱流体解析の枠組みに組み込むことで、各種素材製造プロセスの数値シミュレーション技術の開発と定量評価・設計に取り組んでいます。また、新たな熱エネ

ロータリーキルン内の原料温度分布解析

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

we are trying to develop new processes for recov-

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

ment of process eﬃciency, enhancement of ﬂexibility to raw material resources and development ofnovel processes are required. One of our approaches for this issue is numerical process simulation to
reproduce and evaluate the materials production
processes, based on the theories of multiphase ﬂuid
dynamics, reaction kinetics, thermodynamics, thermal ﬂuid engineering, transport phenomena, powder
technology, and so on. Using the results of the process analysis and the fruits obtained through themodeling of unit operations, we are trying to develop

High-performance heat exchanger with boundary layer control

novel material production technology. Additionally

49 l 50

サステナブル理工学研究センター

埜上Materials Separation Processing

SHIBATA H.
Lab

柴田浩幸 教 授

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

川西

咲子 助 教Sakiko KAWANISHI, Assistant Professor

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

shibata@tagen.tohoku.ac.jp

柴田（浩）研究室

高効率素材製造プロセスのための高温界面物理化学
素材の精錬プロセス、製造プロセス、リサイクルプロセス等の原理を理わる界面における反応機構の解明を行っています。これらの基礎研究を解するには、異相間の化学的、物理的分離過程を詳細に理解することが基に実際の素材製造プロセスの高効率化や新規プロセスの開発に取り必要であります。これらの分離プロセスは異相間の界面における特性に組んでいます。

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

PP

敏感な性質でありますので、物性の発現機構を物質の構造との関連から解明する研究を行っていま

SiC が 1400℃で結晶成長する様子す。また、材料の分離プロセスや結晶成長に関カルシウムアルミノケイ酸塩ガラスの 27Al NMR
スペクトルに及ぼす酸化カリウム添加の影響

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

separation process is governed by many chemical
and thermophysical properties of materials andinterfaces among materials. Functions of the ma-&U\VWDO

terials should be clariﬁed from micromechanism ofeach 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.

0R
PP
Crystallization of lithium silicate on the molybdenum substrate

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

飯塚

淳 助 教

Etsuro SHIBATA, Professor

RESEARCH CENTER FOR SUSTAINABLE SCIENCE & ENGINEERING

悦郎 教 授Metallurgy and Recycling System
for Metal Resources Circulation

SHIBATA E.
Lab

Atsushi IIZUKA, Assistant Professor

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

金属資源循環システム研究分野

柴田（悦）研究室

非鉄金属製錬をベースとした金属資源循環システムの構築
非鉄製錬業はハイテク産業への素材供給や資源循環型社会を実現する上では必要不可欠の産業であり、金属資源循環の中心を担うことで、㠀㕲〇㘐䜢ᇶ┙䛸䛧䛯㔠ᒓ㈨※ᚠ⎔䝅䝇䝔䝮䛾ᐇ⌧䜈

成長産業へ転換する可能性を持っている。また、今後人口増加と相まって、携帯電話や PC、蓄電設備、ハイブリッド自動車や電気自動車など、
電気・電子機器の利用が加速度的に増加することが予想される。金属㔠ᒓ㈨※ᚠ⎔ᕤᏛ䠄Ꮫ⾡ⓗ᪂ᶵ㍈䠅䛾ᵓ⠏䝥䝻䝉䝇ᢏ⾡㛤Ⓨ䛸ᬑ㐢ⓗ䛺䝯䜹䝙䝈䝮ゎ᫂

資源を継続的に確保していくためには、鉱石から（広義の意味で）還元され、様々な製品に使用されている金属を循環利用していく必要がある。
本研究分野では、非鉄製錬技術を基盤とした金属資源循環システムの実現に向け、学術的新機軸として金属資源循環工学を提唱し、その構築に向けた研究活動を行う。金属元素を含有した様々な二次資源の前処理から主要製錬技術、製錬副産物の処理、環境負荷元素の安定化など金属資源循環に向けた研究・技術開発に関して、課題解決型研究䠄ໟᣓⓗ䛺⛉Ꮫⓗᇶ┙䛾ᩚ⌮䛸せ⣲ᢏ⾡㛤Ⓨ䠅ཎᩱ๓ฎ⌮䛛䜙୺せ〇㘐ᢏ⾡䚸๪⏘≀ฎ⌮䚸⎔ቃ㈇Ⲵඖ⣲䛾Ᏻᐃ໬䛺䛹ໟᣓⓗ䜰䝥䝻䞊䝏≀⌮㑅ูᢏ⾡

஝ᘧ〇㘐ᢏ⾡‵ᘧ 㟁ゎ〇⢭㘐ᢏ⾡䞉◚○ᦶ㖔
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䞉୙⣧≀㝖ཤ䠄ίᾮ䠅䞉⁐፹ᢳฟ䠄䜲䜸䞁஺᥮䠅䞉㟁ゎ⢭〇᥇ྲྀ 䛺䛹䞉⮬ື䝋䞊䝔䜱䞁䜾 䛺䛹

や新規プロセス技術開発など、包括的に取り組んでいく。



金属資源循環工学の構築に向けた研究アプローチ

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

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

future, the use of various electrical and electronicsystem.

devices such as PC and electric vehicles is expected*HOOLNHSUHFXUVRUV6FRURGLWH IDFHWHGSDUWLFOHV&RQVLVWHGZLWK)H ,,&RQVLVWHGZLWK)H ,,,,QLWLDOVWDJH  *HOOLNH SUHFXUVRUV,URQ$UVHQDWHFKHPLFDOVWUXFWXUH 

0LGGOHDQG)LQDOVWDJHV ± 6FRURGLWH SDUWLFOHV
6FRUGLWH)H$V2䡡+2

to increase with growth of population in the world. To
secure metal resources continuously, it is necessary
to recycle metals used in waste products.
The main research aim is to establish the metal resources circulation system based on the non-ferrous
smelting technologies with proposing the metal resources circulation engineering as an academic innovation. Developments of new process technologies
and problem-solving researches for such as smelting*HOOLNH SUHFXUVRUSynthesizing
technology ofscorodite particles forstabilization of arsenic

6FRURGLWH SDUWLFOHV

51 l 52

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

放射光ナノ構造可視化研究分野

電子線干渉計測研究分野

走査プローブ計測技術研究分野

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

Electron Interference Measurement

Advanced Scanning Probe Microscopy

高田研究室

進藤研究室

米田研究室

TAKATA LabSHINDO Lab

KOMEDA Lab●広視野・高分解能軟Ｘ線顕微鏡の開発と応用●高分解能電子顕微鏡法による表面・界面での原子配列の解析●走査型トンネル顕微鏡（STM）を用いた分子観察 ･ 計測●電磁場制御と伝導性評価のための電顕内探針操作技術の開発●トンネル分光を用いた分子振動・スピン計測などのナノスケール化学分析●ローレンツ顕微鏡法と電子線ホログラフィーを用いた磁区構造・磁化分布の解析●微細加工素子と分子素子の融合に向けた界面
計測・制御●エネルギーフィルター電子顕微鏡を用いたその場観察による相変態機構の解明●スピントロニクス・量子コンピューターの基礎となるスピンの制御●複数探針を活用した電子線ホログラフィーによる電池材料の電場解析●環境触媒の基礎解明に向けた表面・分子相互作用の研究

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

Observation and chemical characterization of
single molecule using scanning tunneling microscope (STM)
Chemical analysis using molecule vibration andspin detection with an atomic resolution
Interface engineering to combine Si technology
and molecule electronics
Spin control for molecule spintronics and quantum
computing
Molecule-surface interaction dynamics for environmental catalysis resear●極紫外リソグラフィー・マスクの実波長観察●生物試料の軟Ｘ線分光顕微観察●軟Ｘ線用高反射率多層膜ミラーの開発
Development and application of wide-ﬁeld-of-viewand high-resolution soft X-ray microscope
At-wavelength observation of extreme-ultraviolet
lithography masks
Soft X-ray spectromicroscopic observation of
biological samples
Development of high-throughput soft X-ray multilayer mirrors

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

寺内研究室
TERAUCHI Lab●機能性ナノ粒子の物性解析●角度分解 EELS による物性評価手法の開発●電子顕微鏡用 SXES 装置の開発と応用
Functional analysis of nm-scale particles by TEMEELS
Identiﬁcation of electronic excitations by angleresolved EELS
Development of SXES instrument for electron
microscopy

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

Synchrotron Radiation Soft X-ray
Microscopy

TAKATALab

高田昌樹 教 授Masaki TAKATA, Professor

江島丈雄 准教授Takeo EJIMA, Associate Professor

西森

信行 准教授Nobuyuki NISHIMORI, Associate Professor

羽多野

忠 助 教

豊田

光紀 助 教Tadashi HATANO, Assistant Professor

Mitsunori TOYODA, Assistant Professor

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

高田研究室

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

放射光 X 線によるナノ可視化技術の開発と応用
SPring-8、SACLA は、高エネルギー光科学分野での、Ｘ線可視化技術に革新をもたらし、海外では、3GeV クラスの低エミッタンス放射
光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デザインされている。当研究分野は、これまで開発してきた、高性能軟Ｘ線顕微鏡や光学技術、マキシマムエント
ロピー法などの画像再構成の解析技術を基に、SLiT-J 計画が代表する光源性能を活用し、ナノ構造を可視化する科学を構築する。そして、原子や分子の化学状態、エネルギー状態、構造などの情報を可視化す
るナノ・インフォ・グラフィーという、可視化技術の新しいマスター概念を創成する事を目標とする。研究開発の応用は、生命科学から、物質・材料科学、デバイス科学まで広い分野にわたり、軽元素戦略など新産
図1

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 facil-

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

Science and Technology as well as Industry.

in soft X-ray imaging to investigate the nano- andbio-materials. Our lab has been striving to build a%)         
% $%" $%  $%    &%  

new range of the states of the art in EUV/X-ray
microscopy. Our latest success is a development of
the EUV microscope with diﬀraction-limited resolution of 30 nm. The obtained full-ﬁeld images of a  
(*   "living tissue and next-generation lithography masks(Fig.2) are demonstrating great potential for our Xray visualization technique combined with SLiT-J.
Our ﬁnal goal is to create a master concept, Nano
info -Graphy, for nano visualization of three elemen-

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所  
    !  

図2

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

寺内

正己 教 授Masami TERAUCHI, Professor

佐藤

庸平 助 教Yohei SATO, Assistant Professor

Electron -Crystallography
and –Spectroscopy

TERAUCHI
Lab

専門分野・キーワード
顕微構造物性解析／電子顕微鏡／電子エネルギー損失分光／軟 X 線発光分光／収束電子回折
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
nm-scale physics ／ electron microscopy ／ electron energy-loss spectroscopy ／soft-X-ray emission spectroscopy ／ convergent-beam electron diﬀraction
terauchi@tagen.tohoku.ac.jp

電子回折・分光計測研究分野

寺内研究室

機能デバイスや新物質の開発が必要であり、そのためには、電子顕微

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

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

characterization methods of crystal structuresattached to a transmission electron microscope.

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

55 l 56

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

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

電子線を用いた局所の構造・物性解析手法の開発と応用

Electron Interference
Measurement

SHINDOLab

進藤

大輔 教 授Daisuke SHINDO, Professor

赤瀬善太郎 講 師

Zentaro AKASE, Senior Assistant Professor

佐藤

Takafumi SATO, Reseach Assistant

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

shindo@tagen.tohoku.ac.jp

進藤研究室

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

磁場計測の高精度化。（2）電磁場制御と伝導性評価のための電顕内

は、ナノスケールで電磁場を可視化できる最先端の科学技術です。我々

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

造解析。
（5）
高温超電導体、
強相関電子系新物質の磁束イメージング。

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

nanometer scale

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

米田

忠弘 教 授高岡

毅 講 師

道祖尾恭之 助 教

Tadahiro KOMEDA, Professor

Advanced Scanning
Probe Microscopy

KOMEDALab

Tsuyoshi TAKAOKA, Senior Assistant Professor

Yasuyuki SAINOO, Assistant Professor

専門分野・キーワード
走査プローブ顕微鏡／量子コンピュータ／スピンエレクトロニクス／ ESR-STM
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
scanning tunneling microscope ／ quantum computing ／ spintronics ／ ESR-STM
komeda@tagen.tohoku.ac.jp

走査プローブ計測技術研究分野

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

し、分子の特徴を生かした素子開発を行なおうとします。特に近年、量子コンピューターやスピントロニクスへの応用から単一スピン検出が求められており、我々は単一スピンの検出手法の開発と、分子の特徴を生かした用いた分子スピントロニクス素子の開発を進めています。
単一スピン検出の手法として、孤立スピンと伝導電子が形成する近藤状態を測定する方法を用いて、単一分子磁石のスピンを検知しました。この近藤状態は金属イオンではなく、有機リガンドから生じていることを示し、それを利用して分子を STM 探針で回転させることでスピンのオン・オフが可能な事を示しました。
また局在したスピンが磁場中で歳差運動を行うことを利用し、その周期に同期したトンネル電流の変化を周波数分解することでスピンを検知

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

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

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

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

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

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

57 l 5 8

CENTER FOR ADVANCED MICROSCOPY AND SPECTROSCOPY

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

スピントロニクスへ向けた単一スピンの検出と操作

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

高分子ハイブリッドナノ材料研究分野

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野

光機能材料化学研究分野

Polymer Hybrid Nanomaterials

Hybrid Carbon Nanomaterials

Photo-Functional Material Chemistry

三ツ石研究室

京谷研究室

中川研究室

MITSUISHI Lab

KYOTANI Lab

NAKAGAWA Lab●高分子超薄膜をテンプレートとした金属／半導体ナノ粒子などのナノ物質の配列集積技術開発●ナノカーボンをベースとした水素貯蔵●光反応性有機単分子膜の開発●炭素ナノ薄膜を用いたナノエレクトロデバイ
スの開発●ナノインプリントリソグラフィ用先進有機高分子
材料の創製●高表面積ナノグラフェン構造体の合成と電気
化学キャパシタへの応用●極限ナノサイズの 3 次元造形技術と光学・電子
デバイスのへ応用●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●環境再生材料の創製●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

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

及川研究室
OIKAWA Lab●有機・高分子ナノ結晶のサイズ・形態制御と光学特性評価●水分散性カーボンナノ試験管を用いたバイオ
応用●シリコン系高容量リチウムイオン電池負極材料の開発
Hydrogen storage based on nanocarbon materials
Nanoelectronic devices using graphene electrodes
High performance electrochemical capacitors by
nanographene-network structure
Development of highly ordered carbon-coatedmesoporous materials for fuel cell and biosensor
Use of water-dispersible carbon nano-test-tubes
for biological application
Development of Si-based high capacity anodes
for lithium-ion batteries●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

ハイブリッド材料創製研究分野●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

芥川研究室●励起子̶局在型表面プラズモン相互作用の解析●有機半導体薄膜のプラズモン / ポラリトン特性
Fabrication of well-deﬁned organic and polymer
nanocrystals, and their optical properties
Developments of novel fabrication processes
for organic-inorganic hybridized nanocrystals,
their characterization, and evaluation of physical properties
Encapsulation of nanocrystals / nanoparticles,ordered array-controlled nanostructures on a patterned substrate and optical function
Mutual interaction between exciton and localized
surface plasmon on nano-level
Plasmon and polariton behaviors in organic semiconductor thin ﬁlm

Hybrid Material Fabrication

AKUTAGAWA Lab●超分子ローター構造を利用した強誘電体・焦電体・熱伝導体の開発●電荷移動型分子集合体デバイスの開発●新規な分子性導体・磁性体の開発●有機−無機ハイブリッド型ナノ構造を用いた分子デバイスの開発

Innovative photo-reactive organic monolayers
Advanced organic polymer materials for nanoimprint lithography
Figuration methods for 3-dimensional single-nanometer structures and their application to opticaland electronic devices
Development of materials to enable environmental
remediation

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

笠井研究室
KASAI Lab

●サイズ制御された有機ナノ粒子の作製●新たなデザインが施された抗癌性ナノ薬剤の創製とその薬理効果●ナノ点眼薬の創製とその薬理効果●バイオプロセスを巧みに活かした薬効化合物の合成
Fabrication of size-controlled organic nanoparticles
Creation of new-designed anti-cancer nanodrugs
and their pharmacological activities
Preparation of nano eye drops and their pharmacological activities
Synthesis of drug compounds by using bio-process●巨大ポリオキサメタレート化合物の材料化
Ferroelectric, pyroelectric, and thermal conducting materials from supramolecular rotators
M o l e c u l a r- a s s e m b l y d e v i c e s b a s e d o ncharge-transfer interactions
Novel molecular conductors and magnets
Molecular devices based on organic-inorganic
hybrid nanostructures
Device application of gigantic polyoxometalates

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

Polymer Hybrid Nanomaterials

MITSUISHILab

三ツ石方也 教 授

Masaya MITSUISHI, Professor

山本

俊介 助 教Shunsuke YAMAMOTO, Assistant Professor

朱慧娥 助 教Huie ZHU, Assistant Professor

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

masaya@tagen.tohoku.ac.jp

三ツ石研究室ボトムアップ型高分子ハイブリッドナノ材料の創製
高分子、金属ナノ粒子、半導体ナノ粒子、ナノクラスターなどの多様ジー」の発展を目指した新素材の研究開発を行っている。

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

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

nodevice applications.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

及川

英俊 教 授小野寺恒信 助 教

Hidetoshi OIKAWA, Professor

Organicand Hybridized Nanocrystals

OIKAWALab

Tsunenobu ONODERA, Assistant Professor

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

oikawah@tagen.tohoku.ac.jp

及川研究室

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

荷移動錯体のナノ結晶化、逆オパール周期構造高分子薄膜などの性や反応性、新規機能の発現が期待されます。

研究展開も図っています。

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

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

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

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

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

als are expected to exhibit the peculiar optoelec-

functions. In addition, surface plasmon-assisted

tronic and photonic properties, which are strongly

multi-photon polymerization, nanocrystallization of

dependent on combination of organic and inorganic

photochromic materials and charge-transfer com-components, size and shape, inner structure, andplex, and polymer thin ﬁlms having inverse-opal

interface interaction.

periodic structure are also now in progress.

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

TEM images of (left) polydiacetylene (core) – Pt
(shell) hybridized nanocrystals, and (right) poly(3octylthiophene) (core) - Pt (shell) hybridizedlDirected-assembled nanostructure control produced by
the tapered cell method on a patterned substrate: (left)
Kagome structure of PS microspheres and (right)
encapsulated ZnS nanoparticles.

61 l 6 2・ HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER
POLYMER

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

化ナノ構造体制御に関する研究を推進しています。

Hybrid Carbon Nanomaterials

KYOTANI
Lab

京谷

隆 教 授

西原

洋知 准教授

Hirotomo NISHIHARA, Associate Professor

干川

康人 助 教Yasuto HOSHIKAWA, Assistant Professor

Takashi KYOTANI, Professor

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

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野

京谷研究室

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

とでカーボン材料をはじめとする種々の新しい無機材料とその複合体の開発を行っている。これまでに、直径と長さが均一であるカーボ
ンナノチューブ、ゼオライトのような規則正しい細孔構造と世界

Carbon-coated mesoporous silica film
before coating
20 mm

最大の比表面積をもつ「ゼオライト鋳型炭素」といったユニークhydrophilic

mesoporous silica
䋨space group: Fmmm䋩

hydrophobic

application to 3D
porous electrode film

20 mm

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

after coating

層で完璧に被覆する技術を開発するなど、ナノカーボンの分野で世界をリードした研究開発を進めている。また、これらの高度に構造が制御された無機ナノマテリアルを、電気二重層キャパシタ

enzymeimmobilization

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Thin carbon layer
comprised only 1–2
graphene sheets.

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

enzymatic electrodefor biosensor

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

coating of the entire surface of mesoporous silica

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

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

materials. One example is fully tailored carbon na-

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

which has structure regularity
like zeolite and asurprisingly large

tubularcarbonsurface area up
electrodematerial

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

10 nm

current
collector
electrolyte solution

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

EDLC

Electrode of zeolite-templated carbon for highperformance electric double layer capacitor (EDLC)- Application Enzymaticelectrode for abiofuel cell

Carbon-coated anodic aluminum oxide (CAAO) ﬁlm

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

芥川

智行 教 授Tomoyuki AKUTAGAWA, Professor

菊地

毅光 助 教Takemitsu KIKUCHI, Assistant Professor

星野哲久 助 教Norihisa HOSHINO, Assistant Professor

武田

貴志 助 教Takashi TAKEDA, Assistant Professor

Hybrid Material Fabrication

AKUTAGAWA
Lab

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

akuta@tagen.tohoku.ac.jp

芥川研究室

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

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

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

The researches will be essential for future molecular

ganic - inorganic materials are examined from theelectronics.

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

63 l 64

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

Photo-Functional
Material Chemistry

NAKAGAWA
Lab

中川

勝 教 授

中村

貴宏 准教授Takahiro NAKAMURA, Associate Professor

廣芝

伸哉 助 教Nobuya HIROSHIBA, Assistant Professor

Masaru NAKAGAWA, Professor

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

nakagawa@tagen.tohoku.ac.jp

中川研究室

界面機能分子制御に基づく光機能材料の創製
微細加工技術において次世代のものづくり基盤技術として期待されているナノインプリント技術に着目している。 分子レӧᙻήࣖሉἳἑἰἘἼỴἽỉ˺ᙌήೞᏡ஬૰ỉ੕൭᣿‫ࣇޓ‬ኬನᡯ࢟঺Ὁࣖဇ‫᧏ޒ‬ࣇኬ࢟ཞᚇ‫ݑ‬ỆᢘẲẺήೞᏡ஬૰㧗ศᏊⷧ⭷

ベルで考える化学的な視点から、界面機能分子制御の学理を

OH

OH

O

O

S

ἾἊἋἚᨊӊᴾɦ‫ޖע‬ᨊӊᴾ

S

ᵟᶓᴾᴾ
ؕெᴾᴾ

目指し、ナノインプリント技術で展開できる先進的な光機能材ؕெᖩή᫋ࣇᦟᚇ‫ݑ‬ήᄒ҄೔Ꮲ

料の創製を行っている。 金属微細構造形成・応用展開を目᣿ỉἋἩἼἕἚἼὅἂ˺ᙌ

指した可視光応答メタマテリアルの作製、微細形状観察に適ᴾ ᴾ ૼᙹή‫ܖ‬ཎࣱửᅆẴ
ᴾ ἳἑἰἘἼỴἽồỉ‫᧏ޒ‬

500 nm

した光機能材料作製を目指したナノインプリント用蛍光性光硬ಊᨂἜἠήᡯ࢟

ἋἁἼὊὅҮТඥểήἜἠỶὅἩἼὅἚඥỉᗡӳᴾἨἿἕἁσ᣻ӳ˳ỉࣇኬь߻ồỉ‫᧏ޒ‬ከ‫ٳ‬ዴༀ‫ݧ‬ᴾΪ‫ظ‬ᴾἋἁἼὊὅ‫ࠋر‬ᴾᩉ‫׹‬ᴾ

印刷法と光ナノインプリント法の融合による高粘度光硬化性ᵰᵪᵲᵏᴾዴࠢᾉᵎᵌᵑᵓᴾPᶋᴾᴾ

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ᩉ‫̟׹‬ᡶҥЎ‫ޖ܇‬ᖩήࣱήᄒ҄೔ᏢỆợỦήἜἠỶὅἩἼὅἚἩἿἍἋỉӧᙻ҄᭗ቬࡇήᄒࣱ҄ኵ঺ཋỉˮፗᢠ৸ႎ‫ࠋر‬ᴾ

化性樹脂の開発、サブ15 nm 構造造形を目指したスクリーンᶑᶎᶇᶌᶁᶍᵿᶒᶇᶌᶅᴾ

ᛔ‫ݰ‬ᐯࠁኵጢ҄ᴾᵰᵪᵲᵐᴾ

ἨἿἕἁσ᣻ӳ˳ᕓᐏᴾᵰᵪᵲᵏᴾᵛᴾᵰᵪᵲᵐᴾ

ዴࠢᾉᵓᵌᵎᴾPᶋᴾ

ᵐᵎᵎᴾᶌᶋᴾᶑᶎᶇᶌᶁᶍᵿᶒᶇᶌᶅᴾᵰᵪᵲᴾᵛᴾᵎᵌᵖᵕᴾPᶋᴾᵰᵪᵲᵐᴾᵛᴾᵎᵌᵒᵖᴾPᶋᴾ

ᵰᵪᵲᵏᴾ

ᵰᵪᵲᵐᴾ

の展開を目指した極限ナノ光造形に関する研究を行っている。

ᵑᴾᶋᶋᴾᶑᶁᶐᶃᶃᶌᴾᶎᶐᶇᶌᶒᶇᶌᶅᴾ

これらの研究を通じて再生環境エネルギー材料や極限ナノ構

ᖩήࣱ
ήᄒ҄೔Ꮲ

ἴὊἽἛ

ᩓᚐỜẾẨᴾᵑᴾᶋᶋᴾᶑᶁᶐᶃᶃᶌᴾᶎᶐᶇᶌᶒᶇᶌᶅᴾᵰᵪᵲᴾᵛᴾᵎᵌᵐᵏᴾPᶋᴾᵰᵪᵲᴾᵛᴾᵎᵌᵐᵎᴾPᶋᴾᵰᵪᵲᵑᴾήἜἠỶὅἩἼὅ
ἚἼἏἂἻἧỵὊửဇẟẺࣇኬನ
ᡯ࢟঺ỉẺỜỉ
സᐏҽСࣂ

ᵰᵪᵲᵒᴾ
ᵑᴾᶋᶋᴾ

ỾỶἛἣἑὊὅᴾ

Ҿ‫ؚޖ܇‬ᆢඥᴾ
ήᄒ҄೔Ꮲᴾᵟᶊᵐᵭᵑᴾ೔Ꮲᨊӊᴾ
ᵐᵓᵎᴾᶌᶋᴾ

ؕெᶑᶓᶀᵋᵐᵎᴾᶌᶋỉࣇኬನᡯỉ˺ᙌᴾᵑᴾᶋᶋᴾ

造デバイスへの展開も進めている。

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

to control photon, electron, and magnetism.

tiﬁc principles for molecular control of interfacefunction occurring at polymer/other material

Fix by light, Control light
Anchoring by
photo-reactive monolayerinterfaces and to put them into practice innanoimprint lithography promising as a next

Fabrication by light,
Visualize
sua e by lightg t
Fluorescent photo-curable resin

Fine tuning of
metal structuresgeneration nanofabrication tool. We are developing advanced photo-functional materi-

Application totransparent conductive films

by light”, UV-curable resins and antisticking
molecular layers for “preparation by light”,
ﬂuorescent resist materials for “inspection

ate release property of UV-curable resins.
Our research aims at creating new devices

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所ᵠᶊᶍᶁᶉᴾᶁᶍᶎᶍᶊᶗᶋᶃᶐᴾᶒᶆᶇᶌᵋᶄᶇᶊᶋᴾᶑᶎᶇᶌᶁᶍᵿᶒᶇᶌᶅᴾᵰᵪᵲᴾᵛᴾᵎᵌᵖᵕᴾPᶋᴾᵰᵪᵲᵏᴾ

ᵰᵪᵲᵐᴾᵛᴾᵎᵌᵒᵖᴾPᶋᴾ

ᵐᵎᵎᴾᶌᶋᴾ

ᵰᵪᵲᵐᴾ
ᵑᴾᶋᶋᴾ

ᶑᶁᶐᶃᶃᶌᴾᶎᶐᶇᶌᶒᶇᶌᶅᴾ

mechanical measurement systems to evalu-

Directed self-assemblyᴾ

ᵪᶇᶌᶃᴾᶕᶇᶂᶒᶆᾉᵎᵌᵑᵓᴾPᶋᴾᴾ ᵪᶇᶌᶃᴾᶕᶇᶂᶒᶆᾉᴾᵓᵌᵎᴾPᶋᴾ
ᶑᶎᶇᶌᶁᶍᵿᶒᶇᶌᶅᴾ

Fluorescence inspection

Single-Nanometergeter Figuration

Formation of Sub-15 nm
structures by UV-NIL

by light”, and hybrid optical materials “available to light” and new research tools such as(c)䐟als such as sticking molecular layers for “ﬁxᵬᵿᶌᶍᴾᶅᶓᶇᶂᶃᴾ
ᵬᵿᶌᶍᴾᶅᶓᶇᶂᶃ

ᵑᴾᶋᶋᴾ

Atomic layer depositionᴾᶑᶁᶐᶃᶃᶌᴾᶎᶐᶇᶌᶒᶇᶌᶅᴾᵰᵪᵲᴾᵛᴾᵎᵌᵐᵏᴾPᶋᴾᵰᵪᵲᴾᵛᴾᵎᵌᵐᵎᴾPᶋᴾ

ᵑᴾᶋᶋᴾ

ᵑᴾᶋᶋᴾ

ᵰᵪᵲᵑᴾ

ᵳᵴᵋᶁᶓᶐᶃᶂᴾᶐᶃᶑᶇᶌᴾᵳᵴᵋᶁᶓᶐᶃᶂ
ᶐᶃᶑᶇᶌ
ᵰᵪᵲᵒᴾ

Leveling of residual layer thicknesses(RLT) by Print & Nanoimprint Lithographyᵟᶊᵐᵭᵑᴾᶃᶒᶁᶆᶇᶌᶅᴾᶃᶒᶁᶆᶇᶌᶅ
ᶒᶁᶆᶇᶌᶅ
ᶅᵐᵓᵎᴾᶌᶋᴾ

substrateᶑᶓᶀᵋᵐᵎᴾᶌᶋᴾᶑᶁᵿᶊᶃᴾᶄᶇᶅᶓᶐᵿᶒᶇᶍᶌᴾ

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

笠井

均 教 授

Hitoshi KASAI, Professor

Organic- and Bio- Nanomaterials

KASAI
Lab
専門分野・キーワード
ナノ薬剤／有機ナノ粒子／抗癌薬
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
Nano Drugs ／ Organic Nanoparticles ／ Anti-cancer Drugs
hkasai@tagen.tohoku.ac.jp

有機・バイオナノ材料研究分野

笠井研究室

難水溶化という従来の逆の分子設計に基づく新規ナノ薬剤の創出
従来の薬化合物の設計としては、薬理効果を有する化合物に水溶性の置換基を付けることが一般的でした。ところが、抗がん治療に用広く応用展開できることが分かってきました。近い将来での実用化に向けて邁進中です。

いる薬剤の場合、水溶性化合物を静脈注射投与すると、血中に移行
後、腎臓から濾過されやすい上、正常組織にも拡散しやすいこと、また、
100 nm 以上のマイクロ薬剤の場合は、マクロファージに貪食された後、肝臓に運ばれることが知られています（Fig. 1）。
当該研究分野では、上記の課題を克服するため、抗癌薬化合物にコえて、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

Fig. 1 ドラッグデリバリーの概要

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

lesterol derivative are chemically linked. In addition,

to a compound having a pharmacological eﬀect.

by utilizing our technique of reprecipitation for fab-

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

rication of organic nanoparticles, we could establish

reported that the water-soluble compounds given by

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

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

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

other drugs such as eye drops

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

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

practical application of this na-

composed in the dimer or the compounds to which

no-prodrugs in the near future.

Fig. 2 100 nm 以下のナノ
プロドラッグの SEM 写真

65 l 66

・ HYBRID MATERIALS RESEARCH CENTER
POLYMER

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高分子・ハイブリッド材料研究センター

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東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

無機固体材料合成研究分野

環境無機材料化学研究分野

無機材料創製プロセス研究分野

Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

Environmental Inorganic Materials Chemistry

Design of Advanced Inorganic Materials

山根研究室

殷研究室

垣花研究室

YAMANE Lab

YIN Lab

KAKIHANA Lab●多元系セラミックスの新規物質探索と構造解析
および結晶化学的研究●多元系セラミックス蛍光体の探索と新規合成プ
ロセスの開拓●活性金属を利用した非酸化物系セラミックス合成プロセスの開発● Na フラックス法による SiC セラミックスおよび金属間化合物の低温合成●環境に優しいプロセスによる機能性無機材料の開発●高感度可視光応答性光触媒の合成と環境浄化機能●無機紫外線／赤外線遮蔽及び透明導電性材料の開発●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●マルチ機能性無機ナノ材料の創製●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

Synthesis crystal structure analysis, and characterization of new multinary inorganic compounds
Development of novel synthetic routes for advanced ceramic materials using active metals
Synthesis of nitrides, carbides and silicides using a Na ﬂux

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

蔡研究室
TSAI Lab

Development of inorganic functional materials byenvironmental friendly processes.
Synthesis and environmental clean-up performance of high-sensitive visible light responsive
photocatalysts
Development of inorganic UV/IR-shielding materials and transparent electric conductive materials
Development of automobile exhaust gas puriﬁcation catalysts
Gas sensing properties characterization of semiconductors nanomaterials
Creation of multifunctional inorganic nano-materials

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

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

Inorganic Crystal
Structural Materials Chemistry

YAMANELab

山根久典 教 授Hisanori YAMANE, Professor

山田

高広 准教授Takahiro YAMADA, Associate Professor

森戸

春彦 助 教Haruhiko MORITO, Assistant Professor

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

yamane@tagen.tohoku.ac.jp

山根研究室

Naを含む多元系新規化合物の合成
多種元素の組み合せからなる無機化合物には未開拓の物質群が数多く存在し、既知の材料にはない特性をもつ物質が潜んでいる可能性が

7KHUPRHOHFWULFSURSHUWLHV+LJK=7YDOXHV *D6QDWRPVIRUPLQJD'
IUDPHZRUNVWUXFWXUH ある。当研究室では固体化学の観点から、新規多元系無機化合物の探索と、得られた物質の構造解析や特性評価を行い、それらの新しいセラミックス素材としての可能性を探求している。新規物質の発見が直ち

1DDWRPVGLVRUGHUHG
㻌 LQWXQQHOV に実用材料に結びつくことは希だが、未知の性質を有する物質が見出される可能性があり、多元系で生成する物質の探索や生成相の関係を明らかにすることは、大学の基礎研究に託された大切な課題のひとつと考える。また、当研究室では、セラミックス素材の作製法として一般的な固相反応法に加え、金属ナトリウム (Na) などの金属融液を活性反応場と

E

F

D

する新たな合成方法を研究し、従来法では合成が困難な条件での微粉体や単結晶、多孔体など様々な形態の無機材料合成と、新たな機能を有するセラミックス素材の開拓を目指している。

トンネル空間内にディスオーダした Na 原子を含むジントル化合物の高い熱電特性

Synthesis of multinary inorganic compounds including sodium
We are searching new multinary inorganic com-advanced ceramic materials using active metals

pounds, analyzing their crystal structures andcharacterizing 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 order to improve their qualities
and performances.
● Synthesis of multinary oxides by solidstate reaction● Synthesis of nitrides, carbides, and silicides by using a Na ﬂux● Synthesis, crystal structure analysis andcharacterization of new multinary inorganic compounds● Development of novel synthetic routes for

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

Schematic drawing of the crystal structure of Na2MgSn.

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

蔡

安邦 教 授

亀岡

聡 准教授

藤田

伸尚 助 教Nobuhisa FUJITA, Assistant Professor

西本

一恵 助 教Kazue NISHIMOTO, Assistant Professor

An-Pang TSAI, Professor

Metallurgical Designfor Material Functions

TSAI
Lab

Satoshi KAMEOKA, Associate Professor

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

金属機能設計研究分野

蔡研究室

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

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

 



Au-Sn-Yb



物質とする触媒や準結晶分散による高強度 Mg 合金などの材料開発を並行して進めています。最近では、準結晶と同じ骨格構造を有する AlPd-Cr-Fe 近似結晶の構造を解き明かしました。
一方、合金の電子構造および微細組織の制御といった金属学的な手法による新しいタイプの触媒材料の開発も行っています。例えば、1.）枯渇が危惧される貴金属資源の代替を目指し、価電子帯構造制御によ 
Al-Pd-Cr-Feる新しい合金触媒の設計を進めており、一部の反応において CuNi 合金による Pd の触媒機能の創出に成功しています。2.）組織制御した合金にリーチングもしくは酸化̶還元を施し “ 自己ナノ組織化 ”を促すことで触媒機能の向上を図る新しい合金触媒調製プロセスの開発を行っ

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



Synthesis of quasicrystals and their structure analysis,
and designing catalysts in terms of metallurgy
CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS

structure and microstructure.

oping new processes for catalysts.

Design of Alloy for Catalysis

Fundamental studLike Electronic
Structure, Like
Catalysis

ies on QCs range over diﬀerent aspects, including
search for new alloy, structure analysis and structure
description by means of geometrical mathematic. In

DOS & Catalysis:
CuNi = PdPdZn = Cu

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

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

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

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

6 9 l 70

新機能無機物質探索研究センター

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

Environmental Inorganic Materials
Chemistry

殷

澍 教 授

Shu YIN, Professor

YIN
Lab

専門分野・キーワード
環境調和材料／ソフトケミカルプロセス／セラミックスの形態制御／環境応答機能
SPECIALIZED FIELD・KEY WORD
environmental harmony materials ／ soft chemical process ／ morphological control ofceramics ／ environmental responsive functionality
環境無機材料化学研究分野

shuyin@tagen.tohoku.ac.jp

殷研究室

ソルボサーマル反応による環境応答性セラミックスの創製
環境応答性セラミックスの形態制御による機能性の高度発現について研究を行っています。主に環境に優しいソフトケミカル手法による材料合成を行い、特に高温水や非水溶媒を利用するソルボサーマル反応等の溶液化学反応を用い、環境に優しい反応条件で環境応答性セラミックスの形態・結晶化
度・結晶相・粒子サイズの精密制御を行い、環境調和・エ
ネルギーの高効率利用・フォトンや化学物質による環境応答
機能セラミックス材料の創製及び機能性高度発現に関す形態が制御された酸化物粉体材料
Oxides with various morphologies

る研究を展開しています。

アップコンバージョン蛍光体 (UP)/C-TiO2 コンポジットの赤外線照射による
光触媒活性発現メカニズム
The possible mechanism of UV, visible and NIR lights induced photocatalysis
of up-conversion phosphors coupled C-TiO2 composites.

Creation of Environmental Responsive Ceramic Materials by
Solvothermal Reaction
The morphological control and characterization ofwith novel applications on environmental harmony,environmental responsive ceramic materials are

high-eﬃciency energy utilization, and responsivity

investigated in order to improve their advanced

related to photon and chemicals are carried out.

functionality related with energy and environment.
Environmentally friendly solution reactions such as solvothermal reactions
using elevated temperature water andnonaqueous solvents are mainly used
as reaction media for the synthesisof functional ceramic materials with
precise control of morphology, crystalline phase, crystallinity and particle
size. The creation of environmental responsive functional ceramic materials

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

マルチ機能性を有する複合型透明光触媒薄膜の優れた熱線遮蔽効果と deNOx 活性
Excellent heat ray shielding eﬀect and deNOx activity of the complex-type transparent
multifunctional photocatalyst thin ﬁlm

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

垣花

眞人 教 授Masato KAKIHANA, Professor

加藤英樹 准教授

Hideki KATO, Associate Professor

小林

亮 助 教

Design of Advanced Inorganic
Materials

KAKIHANALab

Makoto KOBAYASHI, Assistant Professor

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

kakihana@tagen.tohoku.ac.jp

垣花研究室

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

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

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

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

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

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

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

KCl-treated SrTiO3

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

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

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

Exploration of new photoceramics and improvement of
their performance
are also investigating selective synthesis of oxideas “photoceramics”, such as phosphors and photo-polymorphs and morphology control via chemical

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

tant assignment for construction of photoceramics
with desired properties because their performanceand properties strongly depend on the materials.

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

Morphological control oftitanium dioxide particles

Our research group is exploring the new materials
in various material groups, such as oxide, sulﬁde,
oxynitride, and phosphate, with concepts of control of constituent elements and composition. We

˩PQPare also examining improvement of performanceof photoceramics using chemical processes suchas the solution-based synthesis and the morphol-QP

QPQP

71 l 72

CENTER FOR EXPLORATION OF NEW INORGANIC MATERIALS

ogy control by ﬂuxing and etching. In addition, we

新機能無機物質探索研究センター

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

多元CAFTAGEN CAF（TAGEN CENTRAL ANALYTICAL FACILITY）

多元物質科学研究所 Central Analytical Facility（略称：多元 CAF）は、電子顕微鏡や、X 線分析装置、核磁気共鳴分析装置（NMR）、レーザー分光分析装置など大型特殊装置を用いて各種材料の分析評価を支援してきた共通分析機器室と、多元ナノ材料研究センターの支援およびナノテクノロジー分野の研究推進を目的として、最新鋭の特別設備導入により設立されたナノテクニカルラボを融合し、2010 年度に発足しました。多元 CAF では、幅広い材料開発の研究支援を目的に、最新鋭の分析評価機器の管理・運営を行っています。
Central Analytical Facility in Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (Designated as Tagen
CAF) was established in 2010, by combining Common Analytical Facility, which supported the analysis and characterizaition of various materials using special equipments, such as the electron microscope, X-ray diﬀraction devices,nuclear magnetic resonance analyzer, laser spectroscopy devices, etc., and Nanotechnical Laboratory, which supported the researches in Hybrid Nano-Materials Research Center on nanotechnology using the latest special devices. Tagen CAF is supporting the researches on the development of various materials using advanced analytical
apparatuses.

機 器 一 覧List of Apparatuses

A. 組成分析装置

B. 分子構造解析装置

Apparatuses for ultimate analyses

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

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

Nano device ion dynamics analyzer (Solid-state NMR spectrometer)○高速緩和現象計測レーザー光源○ 微小部走査 X 線分析装置

High-speed relaxation phenomenon measurement laser lightsourceElectron probe micro analyzer (EPMA)○ 多機能型素材分析装置（X 線光電子分光装置）
Multi-functional material analyzer (X-ray photoelectron
spectrometer: XPS)

○ 飛行時間型二次イオン質量分析装置
Time of Flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS)○ グロー放電質量分析装置
Glow discharge mass spectrometer (GDMS)○時間・空間分解精密状態解析システム
The time and space resolution precision state analysis system (Laser Raman)○ 超高速反応解析システム
Super-high-speed reaction analysis system (Laser flash
spectrometer)○ 電子常磁性共鳴装置
Electron paramagnetic resonance spectrometer (EPR)

XPS

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

EPR

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY○ 熱分析装置

C. 構造組織解析装置
Apparatuses for crystal structure and microstructure analyses

Thermal analysis devices

1. 超高温示差走査熱量計○ 透過型分析電子顕微鏡

Super high temperature diﬀerential scanning calorimeter(DSC)

Tra n s mis s io n ele ct ro n
microscope (TEM)

2. 熱膨張計○ 走査型電子顕微鏡

Thermomechanical analyzer (TMA)

Scanning electron microscope (SEM)○ 精密万能試験機
Autograph○ 電界放射型電子顕微鏡○ 紫外可視分光光度計

Field emission type electron microscope (FE-SEM)

UV-Vis spectrophotometer○レーザー回折式粒度分布測定装置○ 高分解能電解放出形走査電子顕微鏡Laser diﬀraction particle size analyzer

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

TEM

D. 基盤設備
Base facilities○ 環境制御型走査電子顕微鏡○ 液体窒素供給システム

Environmental scanning electron microscope (E-SEM)○ナノエリア解析システム

Liquid nitrogen supply system○ ヘリウムガス回収装置

Nano area analysis device

Helium gas recovery device○ 走査型プローブ顕微鏡○ ゾーン融解型単結晶育成装置

Atomic force microscope (AFM,SNOM)

Zone melting type single crystal growth device○ 全自動粉末 X 線回折装置○アーク溶解炉

Automatic powder X-ray diﬀraction devices (XRD)○ 共通X 線装置

Arc melting furnace○ 電子線描画装置

X-ray diﬀraction devices

Electron beam drawing device

1. RINT-V
2. RINT-H
3. 小角散乱装置
Small angle scattering device

4. X'Pert○ 単結晶自動Ｘ線構造
解析装置

RINT-V

Single-crystal automatic X-rays structure analyzer○ 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)○ Laue 写真装置
Laue photograph device○レーザーイオン化質量分析装置（MALDI-TOF/MS）
Laser desorption ionization mass spectrometer○ イオントラップ型質量分析装置（ESI-TOF/MS）
Ion trap mass spectrometer○高分解能フーリエ変換赤外分光光度計（FT-IR）
High-resolution Fourier transform infrared spectrophotometer (FT-IR)○ 示差熱天秤 - 質量分析同時測定装置（TG-DTA/GC-MS）
Thermogravimetry-differential thermoanalysis/mass spectrometry simultaneous measurement device (TG-DTA/MASS)

N₂ supply system

73 l 74

技 術 室TECHNICAL SERVICE SECTION

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

機械工場

機械工場では、研究者の要求に応じた実験装置の設計・試作、既存の装置の改造などを主な業務としています。 二次元・三次元 CAD
システムや CNC 工 作 機 械を順 次 導 入して設備の高機能化を図ると共に、熟練技術者の豊富な経験を若い技術者に伝承することで様々な要求に応えられるよう日々「装置（モノ）づくり」に取り組んでいます。
学生教育の一環としては「機械製図講習会」
・「機械工作安全作業講習会」を毎年開催して技術の普及に努めています。また、
社会貢献活動として見学や中学生職場体験活動の受け入れも行っています。

現在 20 名程の職員が在籍していますが、このように多くの職員と最新の加工設備を擁する付属工場は
全国的にも類が無く、当研究所の特色のひとつになっています。

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

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

ガラス工場

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

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

業務の一例

定電流充放電装置

全固体リチウム電池の作製と充放電測定によるデバイス性 能評価

グローブボックス内で全固体リチウム電池を作製している様子

業務の一例
研究プロジェクトの１つである「ナノサイズ
単一磁性ドットの磁気挙動の解明」の技術支援として薄膜形成技術と電子線リソグラ
フィを駆使した試料のナノサイズ微細加工に従事している。
磁性ドットの走査電子顕微鏡像
ドット径は約 60nm

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

75 l 76

技 術 室TECHNICAL SERVICE SECTION

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

Machine Shop
In the Machine shop, machinists prepare original
experimental apparatus designed by researchers. Staff introduce advanced facilities and also
make effort to hand down the highly skills tonext generation. Additionally, our staff hold training courses of mechanical drawing and machine
tools operation for students. The Machine shop
is one of the unique characteristics of our institute.

YAG laser cutting process

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

The example of grinding processing of glass

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

最近の主な成果
MAIN ACHIEVEMENTS

平成27年度

研究成果

平成27年度■ 田邉

匡生 准教授・ネジ供給機 新製品攻勢 東北大と連携強化
けにも用途（H27.4.29 付日経産業新聞）

■ 永次

■ 佐藤
車・建材向

俊介 助教
・船井情報科学振興財団■ 北村

摩擦特性、東北大

潔 教授・福澤

宏宣 助教

昌樹 教授

正彦 教授

■ 鈴木

茂 教授
・電源向け結晶財 量産技術 東北大発 VB 発電能力 2 倍
費用 3 分の 1（H27.10.23 付日本経済新聞）
茂 教授

・結晶材料の量産技術 スマホの電源向け 東北大発 VB が開発（H27.10.26 付日経産業新聞）

■ 井上

裕一 助教

・細菌のべん毛のコマのような回転挙動のメカニズムを解明（H27.12.28 付日経プレスリリース）

■ 渡辺

明 准教授
・フレキシブルで高性能なマイクロスーパーキャパシターの開発に成功（H28.1.26 付日経プレスリリース）

■ 上田

潔 教授
・超強力 X 線パルスによるプラズマ生成初期過程での体積収縮を発見（H28.2.1 付日経プレスリリース）

■ 上田

潔 教授
・完全可干渉な自由電子レーザーを用いて超高速電子過程の高精度制御に成功（H28.2.23 付日経プレスリリース）

■ 百生

敦 教授

・新たな骨カルシウム溶解メカニズムを発見（H28.3.4 付日経プレスリリース）

■ 百生

学術賞

■ 中川
東北

・化学反応の行き先を変換する「切り替えスイッチ」の存在を解明（H27.9.17 付日経プレスリリース）

■ 鈴木

正己 教授
・日本顕微鏡学会 論文賞

澍 准教授
・日本セラミックス協会

・水素の高速核スピン変換のメカニズムを実験的に立証することに成功（H27.7.30 付日経プレスリリース）

■ 高橋

伸洋 助教

■殷

・超協力 X 線による極微小プラズマ生成を発見（H27.6.16 付日経プレスリリース）■ 高田

庸平 助教・丸岡・日本顕微鏡学会 奨励賞

澍 准教授
・無機マテリアル学会 学術賞

和枝 教授

・効率向上・長寿命化期待 低摩擦技術で新産業創出
大主導 トヨタ東日本など地域企業と連携進む（H27.6.8 付日刊工業新聞）

■ 上田

■ 佐藤

■殷

和枝 教授

・最先端の素材研究で産業復興（H27.5.15 放送 NHK 東北）

■ 栗原

若林賞

■ 寺内

匡生 准教授・産学連携事業に採択 極小ねじ供給機と研究（H27.5.12 付岩手日日新聞）■ 栗原

船井研究奨励賞

信也 教授

・耐火物技術協会

裕一 助教

・東北大、ナノチューブのヒーター 特定たんぱく質を加熱（H27.5.11 付日経産業新聞）

■ 田邉

俊一 教授
・文部科学大臣表彰 科学技術賞

■ 山本

史 教授

・特定の遺伝子に作用 注目集める医療核酸医療（H27.5.9 付河北新報）

■ 井上

表彰・受賞

敦 教授

勝 教授
・SPST Photopolymer Science and Technology
Award

■ 助永

壮平 助教

・本多記念会

原田研究奨励賞

■ 寺内

正己 教授
・Microscopy and Microanalysis 2014
AWARD

■ 鈴木

茂 教授

・日本金属学会

■ 福山

学術貢献賞

博之 教授

・日本結晶成長学会

■ 鈴木

BIRKS

技術賞

茂 教授

・日本銅学会

論文賞

■ 安達

正芳 助教
・ISGN-6 Young Scientist Award

■ 寺内

正己 教授
・材料科学技術振興財団
亮 助教
・日本セラミックス協会

山崎貞一賞

■ 小林
■ 森戸

進歩賞

春彦 助教

・本多記念研究奨励賞

■ 笘居

高明 講師
・トーキン科学技術賞最優秀賞、トーキン財団特別賞

■ 石原

真吾 助教
・化学工学会 シンポジウム賞

■ 鈴木

茂 教授

・日本鉄鋼協会

■ 埜上

洋 教授

・日本鉄鋼協会■ 猪狩

学術貢献賞（浅田賞）
学術記念賞（西山記念賞）

佳幸 技術職員

・日本化学会

化学技術有功賞

・X 線の屈折・散乱を画像計測する非破壊検査用高感度 X 線
スキャナーを開発（H28.3.15 付日経プレスリリース）

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学術交流協定
ACADEMIC EXCHANGE AGREEMENTS

1981年

東北工学院（現在：東北大学）

2005年 ボルドー第一大学（瀋陽、中国）「11月23日締結」「大学間協定：1983年8月5日締結」

1991年（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」

Northeastern University (Shenyang,China)

University of Bordeaux 1 (Talence,France)

全北大学校

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（全州、韓国）「大学間協定：11月12日締結、2012年６月6日更新」（ウラジオストック、ロシア）「12月1日締結」「大学間協：2012年1月23日締結」

Chonbuk National University (Jeonju,Korea)

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

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」

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」

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

National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics (Bucharest,Romania)

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」

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」

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

Institute for Problems of Materials Science, National Academy of Science of
Ukraine (Kyiv,Ukraine)

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」

結晶成長研究所（ベルリン、ドイツ）「10 月 17日締結」

Daresbury Laboratory,Council for the Central Laboratory of the Research Councils (Warrington,UK)

Institute for Crystal Growth (Berlin,Germany)

ウォータールー大学

1997年 ベルリン自由大学物理学科（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」（ベルリン、
ドイツ）「11月3日締結」

University of Waterloo (Waterloo,Canada)

Department of Physics,Free University of Berlin (Berlin,Germany)

トムスク工科大学原子核物理研究所

2007年 西江大学校（ソウル、韓国）「大学間協定：2 月 2日締結」（トムスク、ロシア）「12月1日締結」

Sogang University (Seoul,Korea)

Nuclear Physics Institute,Tomsk Polytechnic University (Tomsk,Russia)

蘭州大学（蘭州、中国）「大学間協定：4 月 17日、2012 年 4 月 17日更新」

1998年 コロンビア大学理工学部地球・環境工学科

Lanzhou University (Lanzhou,China)（ニューヨーク、米国）「10月15日締結」

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

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

日更新」
Kongju National University (Kongju,Korea)

北京大学ナノ科学技術研究センター

トリエステ放射光研究所（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」（エレットラ）（トリエステ、イタリア）「8 月 29日締結、2013 年 8 月 1日更新」
Sincrotrone Trieste,S.C.p.A (Trieste,Italy)

Center for Nanoscale Science and Technology Peking
University (Beijing, China)

北京科技大学

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

マギル大学金属プロセス研究センター（北京、中国）「大学間協定：6 月 6日更新、2012 年 6 月 6日更新」
University of Science and Technology Beijing (Beijing, China)「大学間協定：1月8日締結、2008年 シモン・ボリバル大学（カラカス、ヴェネズエラ）
2013 年 1月8日更新」（モントリオール、カナダ）「11月30日締結」

Universidad Simon Bolivar (Caracas,Venezuela)

McGill Metal Processing Center,McGill University (Montreal, Canada)

チェンマイ大学

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」（チェンマイ、タイ）「６月９日締結」「大学間協定：2012 年 4 月 10日締結」

Department of Metallurgy and Materials Science,University of Toronto(Toronto,Canada)

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

1999年 ドルトムント工科大学

Yangzhou University (Yangzhou,China)（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」
TU Dortmund University (Dortmund,Germany)

2009年 台湾工業技術院南分院（台南県、台湾）「11 月 27日締結」
ITRI South, Industrial Technology Research Institute（Tainann,Taiwan）

イエナ・フリードリッヒ・シラー大学固体物理研究所
（イエナ・
ドイツ）
「7月27日締結」
Institute für Festkörperphsik, Freidrich-Schiller-Universität Jena (Jena,Germany)

マックスプランク核物理研究所

アルビ鉱山大学

MPIK, Max-Planck-Institut für Kernphysik（Heidelberg, Germany）（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」（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」
Beijing University of Technology (Beijing, China)

École des Mines dʼAlbi-Carmaux (Albi,France)

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」
Changchun 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（吉林省、中国）「12月26日締結」
Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics(Changchun,Jilin,China)

2001年 華僑大学材料科学工程学院

2011年

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７日締結」
Karlsruhe Institute of Technology (Karlsruhe, Germany)

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

ナポリ大学（ナポリ、イタリア）「大学間協定：3 月 28日締結」
University 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」
University of Granada（Granada , Spain）

2013年 クウェート科学研究所（クウェート、クウェート）「２月 18日締結」（福建省泉州、中国）「6月5日締結」

Kuwait Institute for Scientific Research (Kuwait, Kuwait)

College of Material Science and Engineering, Huaqiao University(Quanzhou,Fujian,Chi
na)

マドリード・アウトノマ大学化学部

2002年 慶北大学校（大邱、韓国）｢大学間協定：9月2日締結、2012年9月2日更新｣
Kyungpook National University (Deagu, Korea)

2003年 韓南大学ハイブリット材料研究所（太田、韓国）「1月17日締結」
Institute of Hybrid Materials for Information and Biotechnology, Hannam University(Daejeon,Korea)

ダルムシュタット工科大学（ダルムシュタット、
ドイツ）「大学間協定：4月30日締結、2013年4月30日更新」
Darmstadt University of Technology (Darmstadt,Germany)

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（マドリード、スペイン）「6 月 26日締結」
Chemistry Department of the Universidad Autónoma de Madrid (Madrid, Spain)

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」
Synchrotron SOLEIL (Saint-Aubin, France)

ロシア科学アカデミー地球科学・分析科学研究所（モスクワ、ロシア）「9 月 2日締結」
Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian
Academy of Sciences (Moscow, Russia)

モスクワ国立大学化学部（モスクワ、ロシア）「9 月 2日締結」
Department of Chemistry, Lomonosov Moscow State University (Moscow, Russia)

2014年 アリカンテ大学材料研究所（アリカンテ、スペイン）「2 月 21日締結」（ソウル、韓国)「6月9日締結」｢大学間協定：2012年3月15日締結｣

Materials Institute of Universidad de Alicante (Alicante, Spain)

Advanced Materials & Process Research Center for IT, Sungkyunkwan University(Soeul,Korea)

ミシュコルツ大学材料科学工学研究科（ミシュコルツ、ハンガリー）「6 月 19日締結」

鄭州大学材料工程学院（河南省、中国）「6 月 16日締結」

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

College of Materials Engineering, Zhengzhou University (Zhengzhou,China)

ナント大学材料研究所（ナント、フランス）「12 月 8日締結」

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

2004年 ウクライナ国立工業大学（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」
National Technical University of Ukraine (Kyiv,Ukraine)

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所

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

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」
Research Laboratory of Electronics（RLE）and Microsystems Technology Laboratories（MTL）,Massachusetts Institute of Technology（MIT）（Cambridge,USA）

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

構成員 MEMBERS
職員数 FACULTY & STAFF ( as of May 1, 2016 )教授Professors

准教授

講Associate Professors

Senior Assistant Professors Assistant Professors

48

師

助教・助手

28

6

73

技術職員

事務職員

非常勤職員

計

Technical Staffs

Administrative Staffs

Part-Time Staffs

Total

＊

61

29

124

369

＊再雇用職員（8 名）を含む。

研究員数 RESEARCHERS ( FY 2015 )研究所等研究生（外国人） 研究所等研究生（日本人） 客員研究員

受託研究員

学振特別研究員

計

Institute Research Students(Foreigner)

Contract Researchers

JSPS postdoctoral fellows

Total

Institute Research Students(Japanese)

Visiting Researchers

8

1

5

1

18

33

学生数 STUDENTS ( as of October 1, 2015 )大学院生 Graduate Students

学部学生

前期課程 MS

Under Graduate Students Total

後期課程 PhD

223

68

計

65

356

歳入・歳出 ANNUAL REVENUE and EXPENSE
予算内訳

支出内訳

Revenue for FY 2014

Expense in FY 2014

0.1%

2.0% 0.1%
8.2%
11.6%
11.6%

38.1%

54.1%
計 Total

12.4%

4,803

7.7%

39.5%

計 Total

14.6%

4,803

［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■ 設備整備費補助金

Subsidy for equipment■ 寄附金

Donations■ 設備整備費補助金

Subsidy for equipment

土地・建物 LAND and BUILDINGS ( as of April 1, 2016 )
土

地

Land

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

38,333m²

79 l 8 0建物案内図IMRAM BUILDING MAP

北門
North Gate

②
④
⑤

⑦
⑥

③

東北大学本部①

Tohoku University
Administration

正門
Main Gate

東北大学
史料館
Tohoku University
Archives

⑧

東門

⑫

⑨

East Gate⑩⑪

片平さくらホール⑬

Katahira Sakura Hall⑭

南門
South Gate

①多元研 西1号館⑥多元研 東2号館（科学計測研究棟S棟）（反応化学研究棟2号館）

IMRAM West Building 1

IMRAM East Building 2②多元研 西2号館⑦多元研 東3号館（科学計測研究棟N棟）（反応化学研究棟旧館）

IMRAM West Building 2

IMRAM East Building 3③多元研 西工場⑧南総合研究棟2（工場棟）（材料・物性総合研究棟Ⅰ）

IMRAM West Technical Plant

South Multidisciplinary Research Laboratory 2④図書室
Library⑤多元研 東1号館（反応化学研究棟1号館）
IMRAM East Building 1

東 北 大 学 多元 物 質 科 学 研 究 所⑨南総合研究棟1（材料・物性総合研究棟Ⅱ）South Multidisciplinary Research Laboratory 1⑩多元研 共同研究棟
IMRAM Cooperative Reseach Building⑪多元研 事務部棟
IMRAM Administration Building⑫多元研 南1号館（素材工学研究棟1号館）
IMRAM South Building 1⑬多元研 南2号館（素材工学研究棟2号館）
IMRAM South Building 2⑭多元研 南3号館（素材工学研究棟3号館）
IMRAM South Building 3

INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS TOHOKU UNIVERSITY

アクセス
ACCESS

仙台市内マップ SENDAI CITY MAP
青葉区役所
Aoba Ward Oﬃce

宮城県庁
Miyagi Prefectural Oﬃce

仙台合同庁舎仙台法務局

Sendai Combination Government Building

Sendai Legal Aﬀairs Bureau

広瀬Hirose River

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

川

3km

勾当台公園
Kotoudai-koen

地下鉄勾当台公園駅
Subway Kotodai-koen Station

ji
ozen

Jy

2km

1km

宮城県美術館
Miyagi Museum of Art

地下鉄広瀬通駅

Subway Hirosedori Station

路 Send仙台西道nNishikouen

国際
セン
ター
駅

S

Subw
Stati ay Intern
on
ation

Hiro

園駅

SubwayOmachi
Nishi-koe
Stationn

仙台法務総合庁舎

仙台国際センター

Sendai Legal Aﬀairs Synthesis
Public Oﬃce Building

sendai international center

仙台高等検察庁

さくら野

あおば通り駅

イオン

町駅
通
一番
dori
青 a葉
青葉ay通
StreetAoban
Aob

Sakurano

Aobadori Station

Aeon

Fujisaki

大町西公

nter

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

Forus

藤崎

al Ce

AER

フォーラス

reet

川ubway通
広 se瀬StreetSubw ho Stationc
IchibaJ R S e n d a i S t a t io n

西公園

uc
内駅Kawa

AER

西
公
園
通

uen St

tio

ta
hi S

Nishikoadai West Ro

Loft
Loft

地下鉄
仙台駅

七十七
銀行本店

J
R

仙
台
駅

BiVi
Bivi

エスパル

77 Bank
Head Oﬃce

S-PAL

E BeanS
E Beans仙台弁護士会館
Sendai Bar Association

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

SubwayBotanical Gardens,
Tohoku University

地
下
鉄
五
橋
駅

Itsutsu

仙台城址
Sendai Site of a Castle

ationbashi St

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

SapporoSendaiAthensLisbonSendai

AomoriSan Francisco

JAPAN

Washington D.C

Niigata

Tokyo
Kyoto
Hiroshima
HakataAccess to Sendai station
1. TrainTohokuRegion38N

Sendai Airport

Narita International Airport

NagoyaOsaka

Kansai International
AirportFukuoka
Airport"Tohoku Shinkansen (Bullet train)" From Tokyo to Sendai: 1h40m

2. Flight
From Seoul: 2h20m / From Beijing: 6h / From Tokyo-Narita: 1h
From Sendai Airport to Sendai st. by railway: 30 minutes.

81 l 8 2

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
TE L：022-217-5204

FAX：022-217-5211

URL：http://www.tagen.tohoku.ac.jp/

Director:Professor Atsushi Muramatsu
Address:2-1-1 Katahira,Aoba-ku,Sendai 980-8577,JAPAN