2023「含窒素芳香族複素環を細胞内で構築できる光反応を発見～機能性分子を光制御する
光化学ツールへの応用に期待～」（2023年1月20日プレスリリース）より

研究所長

寺内 正己

〒980-8577 仙台市青葉区片平2丁目1番1号
TEL：022-217-5204 FAX：022-217-5211
URL：http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/

Director：Professor Masami Terauchi
Address：2-1-1, Katahira, Aoba-ku, Sendai 980-8577, JAPANFacebook
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メールマガジン
http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/information/mailmagazine.html2023

細胞内における光化学反応の進行とフェナントリジン形成のイメージ

沿革1941 年 3 月 勅令第 268 号（官制）により選鉱製錬研究所 設置

もくじMarch 1941

1943 年 1 月 勅令第 54 号（官制）により科学計測研究所 設置
1944 年 1 月 勅令第 7 号（官制）により非水溶液化学研究所 設置

January 1943 Research Institute for Scientific

Measurements, Tohoku Imperial University
was founded.

1949 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
1990 年 6 月 文部省令により科学計測研究所が大部門制の組織に改組
1991 年 4 月 国立学校設置法の改正により非水溶液化学研究所を反応化学研究所に改組

January 1944 Chemical Research Institute of Non-

Aqueous Solution, Tohoku Imperial
University was founded.
May 1949

1992 年 4 月 国立学校設置法の改正により選鉱製錬研究所を素材工学研究所に改組

5

ソフトマテリアル研究拠点

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

7

物質・デバイス領域共同研究拠点による５研究所間ネットワーク型共同研究事業の推進

・・・・・・・・・・・

9

ー ナノテラス ー ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

11/

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

次世代放射光施設

プロジェクト研究紹介 /Research Projects

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

13

・・・・・・・・・・・・・・・・・・

19

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

22

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

23

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

組織図・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

25

April 2001

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

27

・・・・

33

・・

34

・・・・・・・・・・・

35

・・・・・・

36

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

37

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

45

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

54

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

60

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

71

・・・・・・・・・・・・

78

・・・・・・・

84

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

87April 2010

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

March 2018

Research Center for Sustainable Scienceand Engineering was closed.

April 2018

Collaborative Research Division of Nonferrous Metallurgy and Environmental
Science and the Center for Mineral
Processing and Metallurgy was started.

2008 年 4 月 窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センター 設置

November
2019

Collaborative Research Division ofAdvanced Synchrotron Radiation Metrogy
started.(-June 2020)

May 2020

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

August 2020

Collaborative Research Division ofAdvanced Electron Microscopy was started.

April 2021

Center for Advanced Microscopy andSpectroscopy and Phlymer-Hybrid Materials
Research Center and Center for Explorationof New Inorganic Materials were closed.
Materials-Measurement Hybrid ResearchCenter was started.

April 2023

Dexerials-Tohoku University "Photonic Meta
Sensing Co-creation Research Center" wasstarted.
Collaborative Research Division of Nonferrous Metallurgy and Environmental
Science and the Center for Mineral
Processing and Metallurgy was started.

2013 年 4 月 ナノ流体エンジニアリング共同研究部門 設置（～ 2016 年 3 月）

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

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

International Exchange Activities

2007 年 1 月 先端圧電セラミックス寄附研究部門 設置（～ 2009 年 12 月）

2018 年 4 月 サステナブル理工学研究センターを廃止し、金属資源プロセス研
究センターを設置
非鉄金属製錬環境科学研究部門 設置（～ 2023 年 3 月）

3国際共同研究・教育活動 /2005 年 4 月 新産業創造物質基盤技術研究センター（阪大産研との連携事業）
設置
先導結晶化学技術寄附研究部門 設置（～ 2007 年 3 月）

2016 年 4 月 物質・デバイス領域共同研究拠点（ネットワーク型共同利用・共同研究拠点）の発足、拠点本部となる

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・

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

2004 年 4 月 多元ナノ材料研究センター 設置（～ 2010 年 3 月）

2012 年 4 月 窒化物ナノ・エレクトロニクス材料研究センターを廃止し、新機
能無機物質探索研究センターを設置
希少元素高効率抽出技術拠点 発足（～ 2017 年 3 月）

OutlineDirectorʼs Message

April 1992

2002 年 4 月 先導結晶化学技術寄附研究部門 設置（～ 2005 年 3 月）

2010 年 4 月 多元設計研究部門、多元制御研究部門、多元解析研究部門、融合
システム研究部門を廃止し、有機・生命科学研究部門、無機材料研究部門、プロセスシステム工学研究部門、計測研究部門を設置
資源変換・再生研究センター、多元ナノ材料研究センター、新産
業創造物質基盤技術研究センターを廃止し、サステナブル理工学
研究センター、高分子・ハイブリット材料研究センターを設置
物質・デバイス領域の共同利用・共同研究拠点（ネットワーク型）の構成機関となる

概要 //主な研究成果（プレスリリース、主な受賞） /April 1991

2007 年 4 月 超顕微計測光学研究センターを廃止し、先端計測開発センターを設置
窒化物結晶寄附研究部門 設置（～ 2010 年 3 月）
ポストシリコン物質・デバイス創製基盤技術アライアンスの発足（～ 2010 年 3 月）

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

所長あいさつChemical Research Institute of NonAqueous Solution was reorganized as
Institute for Chemical Reaction Science.

2001 年 4 月 素材工学研究所と科学計測研究所と反応化学研究所を再編統合
し、多元物質科学研究所設置（研究部・附属研究組織）、多元設計研究部門、多元制御研究部門、多元解析研究部門、融合システム研究部門、資源変換・再生研究センター、
超顕微計測光学研究センター

2006 年 4 月 有機ナノ結晶科学技術寄附研究部門 設置（～ 2009 年 3 月）

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

学生・研究支援 //Research Results (Awards, Press Release)

Supports, Industry-Academia Collaboration

Organization Chart

研究部門・研究センター/

Research Divisions and Centers

非鉄金属製錬環境科学共同研究部門/

Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy and Environmental Science

製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門 /次世代電子顕微鏡技術共同研究部門/

Collaborative Research Division of Advanced Analysis of Iron and Steelmaking Processes

Collaborative Research Division of Advanced Electron Microscopy

デクセリアルズ×東北大学 光メタセンシング共創研究所
有機・生命科学研究部門 /無機材料研究部門//

Division of Inorganic Material Research

Division of Process and System Engineering

Division of Measurements

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

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター
研究支援組織、技術室、多元ＣＡＦ
建物案内図・アクセス /Photonic Meta Sensing Co-creation Research Center

Division of Organic- and Bio-materials Research

プロセスシステム工学研究部門 /計測研究部門///Materials-Measurement Hybrid Research Center

Support Section, Technical Service Section, TAGEN Central Analytical Facility

Maps and Directions

2020 年 5 月 製鉄プロセス高度解析技術（ＪＦＥスチール）共同研究部門 設置（～ 2023 年 4 月）
2020 年 8 月 次世代電子顕微鏡技術共同研究部門 設置（～ 2024 年 3 月）
2021 年 4 月 先端計測開発センター、高分子・ハイブリッド材料研究センター、
新機能無機物質探索研究センターを廃止し、マテリアル・計測ハ
イブリッド研究センターを設置
2023 年 4 月 デクセリアルズ x 東北大学「光メタセンシング共創研究所」設置（～ 2026 年 3 月）
、非鉄金属製錬環境科学共同研究部門（第二期）
設置（2028 年 3 月）

1東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

2

あいさつ

東北大学多元物質科学研究所
研究所長

寺内 正己

Institute of Multidisciplinary Research
for Advanced Materials,
Tohoku University
Director

Masami TERAUCHI
多元物質科学研究所（以下、多元研）は、従来の区別や枠者と共にたくさんの研究成果が出されております。2022 年にとらわれない、物質、材料だけでなく、それを生み出すプ

度からはネットワーク活動も第 3 期に入り、多元研は『人ロセスや評価技術までをも含む、あらゆる ” もの ” を多元的と知と物質で未来を創るクロスオーバーアライアンス』事業に研究する特徴ある研究所として 2001 年 4 月に発足し、22の本部として、効率的かつ先進的に連携活動を行ってまいり

年が過ぎました。その礎は、創立 1941 年以来受け継がれてます。

きた多元研の前身である、選鉱製錬研究所（素材工学研究所）、

一方で、多元研は次世代のイノベーション創出に重要な高科学計測研究所、非水溶液化学研究所（反応化学研究所）の輝度軟 X 線光源である次世代放射光施設計画推進の基幹部

スピリットであり、先人たちが切り拓いてきた多くの研究分局として、2016 年度から積極的に内外にその重要性を周知

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し、大学・宮城県そして東北経済団体連合会とともに活動しれております。2018 年 4 月 1 日には、新たに「金属資源プてきました。2019 年 3 月末には、東北大学青葉山新キャン

ロセス研究センター」設置となって表れ、2021 年 4 月 1 日

パスで建設工事がスタートしました。同年 10 月には放射光には組織改編により「マテリアル・計測ハイブリッド研究セ

利活用のための学内組織「国際放射光イノベーション・スマ

ンター」の発足となって表れております。

ート研究センター」が発足し、多元研から複数の研究グル

こうして多元研では、資源から最先端素材までの創製に関ープが移動してその活動を支えております。今後は、このわる “ プロセス軸 ”、無機・有機・バイオなどあらゆる物質

NanoTerasu を多元研の研究活動にどのように活用するかとを含む “ 物質軸 ”、そして、ナノからマクロまでのマルチスいう議論が重要な段階となっております。

Our institute, Institute of Multidisciplinary Research
for Advanced Materials, IMRAM, is called TAGENKEN in Japanese. 22 years have passed from its
foundation, April 2001. Nowadays, the word TAGEN
is widely known, since the research in our institutehas been carried out over "Multidisciplinary" fields ofscience and engineering for wide variety of materials.
Our basis is, unfailingly, in the successor of threeprestigious research institutes of Tohoku university:
SENKEN (Research Institute of Mineral Dressing andMetallurgy)-SOZAIKEN (Institute for Advanced Materials
Processing), KAKEN (Research Institute for Scientific
Measurements) and HISUIKEN (Chemical ResearchInstitute of Non-Aqueous Solution-) -HANNOUKEN(Institute for Chemical Reaction Science). SENKEN
was established in 1941, KAKEN was in 1943 andHISUIKEN was in 1944.
So, about 80 years have passed since the foundationof the former three institutes. Their research spirits
are passed down to us, so that the knowledge andexperiences integrated from prestigious institutes allow
us to establish so many collaborations among members
in different fields of our institute. Thus, a plenty ofnoticeable research results have been achieved. This
traditionality led to the establishment of new research
centers, Center for Mineral Processing and Metallurgyon 1 April 2018, and Materials-Measurement Hybrid
Research Center in 1 April 2021.
Our institute has been conducting a new activity
as a member of the Network Joint Research Center
for Materials and Devise from 2010, composed offive national university institutes, Research Instituteof Electronic Science (RIES, Denshiken) in Hokkaido
Univ., Institute of Multidisciplinary Research for

Advanced Materials (IMRAM, Tagenken) in Tohoku
Univ., Laboratory for Chemistry and Life Science
Institute of Innobative Research (CLS, Kaseiken) inTokyo Institute of Technology, Institute of Science andIndustrial Research (ISIR, Sanken) in Osaka Univ.,and Institute for Materials Chemistry and Engineering(IMCE, Sendouken) in Kyushu Univ. This network
is open to anyone in Japan and the world includingcolleges, institutes and private companies, whowishes to collaborate with the institutes. Based on thecollaborations among the five institutes, the "Crossover
Alliance for Open Innovation Bridging Human,
Knowledge and Materials" was founded as a national
project in April 2022.
Tohoku University is now promoting the projectof a next generation 3 GeV synchrotron radiation
facility (named as NanoTerasu), whose performanceis optimized for soft X-ray energy region. This energy
region covers the K-edges of light elements of Li,
B, C, N, and O, and the L-edges of 3d-ransition
metal elements, those are all critical ones to current
technological challenges. Since our institute is the mainbase of this project, we have been making our best for
the realization in the near future.
12 years have passed since the Great East Japan
Earthquake on March 11, 2011. We will contribute ourefforts to the reconstruction through material scienceand technology, as well as to educate researchers andengineers contribute to the nation. We will proceedfurther in the field of Multidisciplinary Research for
Advanced Materials.
April 2023 Director Masami TERAUCHI

ロゴマークのテーマ

シーズのランドマーク
4 本の曲線は、4 つの研究部門・センターとそれぞれ、物理、化学、生物、材料を表しています。DNA の染色体にも似たその触手は、力強く天へと伸び、緑の球体で表す地球とこれからの社会を、多元物質科学研究所が支えている様をケールな “ 評価計測軸 ” を、ハイブリッドにカバーした、独

さて、2011 年 3 月の東日本大震災から 12 年が経過しまし

創的で斬新な研究が数多く行われています。そうした研究のた。多元研は物質材料研究による東北復興への貢献と、東北一端を、本「多元研概要」で紹介しています。パラパラとペ大学そして日本の未来を背負う新進気鋭の優秀な研究者の輩ージをめくりながら、多元研では、“ もの ”、“ 人 ”、“ 技 ” が出を、今後も積極的に担っていまいります。皆様方の益々の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がご健勝とご発展を心より祈上申し上げるとともに、今後とも、ご覧いただける事と思います。

変わらぬご支援を賜りますよう宜しくお願い申し上げます。

表しています。全体として、IMRAM の頭文字、「i」を象徴としています。

2010 年から始まった、先駆的なネットワーク型共同利用・共同研究拠点である「物質・デバイス領域共同研究拠点」（多2023 年 4 月

研究所長

寺内正己

元研の他、北海道大学電子科学研究所、東京工業大学科学技
術創成研究院化学生命科学研究所、大阪大学産業科学研究所、
九州大学先導物質化学研究所との連携事業）では、拠点利用

3東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University4

概要
歳入・歳出内訳（2021 年度）Annual Revenue & Expense (FY 2021)

職員数（2023 年 4 月現在）Faculty & Staff (as of April, 2023)
教

授

准教授

Professors

講

Associate Professors

48 (4) [1]
事務職員＊１26 (3) [0]
技術職員＊２Administrative Staff

師Technical Staff

33 (17) [0]助

Senior Associate Professors

教

12 (2) [0]

再雇用職員 ( 技術系）

非常勤職員（研究職）

4 (0) [0]合計Part-Time Staff (Other)Total

55 (49) [0]5.3%319 (115) [13]※（）内は女性、内数() indicates the number of female staff included in counts.
※ [] 内は外国人、内数 [] indicates the number of international staff included in counts.
* １ 内、限定事務職員 6 名、内数 6 Purpose-Limited Administrative staff included in counts.
* ２ 内、限定技術職員 12 名、内数 12 Purpose-Limited Technical staff included in counts.

20.8%

教

Research Division

講

准教授

授

Associate
Professor

Professor

師助

Senior Associate
Professor

教

助Assistant
Professor

手

Total

8

5

2

11

0

26

無機材料研究部門

10

4

3

9

0

26

プロセスシステム工学研究部門

6

4

1

6

0

17

Division of Inorganic Material Research
Division of Process and System Engineering

41.3%

39.9%

合計

41.2 億円

52.0%

18.8%

計

Research
Assistants

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

合計

41.2 億円

部門別教員数内訳 Faculty Members (as of April, 2023)
部門等

2021 年度 歳出内訳 Expense for FY2021

3.1%

7 (2) [3]非常勤職員（その他）

21 (4) [2]2021 年度 歳入内訳 Revenue for FY2021

Researchers

56 (9) [7]Re-employed Technical Staff Part-time Staff (Research)

57 (25) [0]研究員（常勤）

Assistant Professors

6.7% 12.1%

運営費交付金 Operational Grants

運営費交付金人件費 General Grants for Salaries and Wages
運営費交付金物件費 General Grants for Supplies and Eqiopments

科学研究費補助金等 Grants-in-Aid for Scientific Research
受託研究費 Funds for Commisioned Research

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

共同研究費 Funds for Joint Research

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

寄附金 Donations

計測研究部門

10

6

3

10

0

29

金属資源プロセス研究センター

7

3

2

8

0

20

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

6

2

1

10

0

19

Division of Measurements
Center for Mineral Processing and Metallurgy

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

非鉄金属精錬環境科学研究部門

Collaborative Research Division of Non-ferrous
Metallurgy and Environmental Science

年度

Fiscal Year

2017

2018

2019

2020

2021

0

1

0

0

0

1

科学研究費

555,259

591,326

707,069

606,410

772,864

0

0

0

1

0

1

共同研究費

271,799

310,238

332,380

278,483

218,626

Collaborative Research Division of Advanced
Electron Microscopy

0

0

0

0

0

0

受託研究費

619,375

486,342

517,039

601,919858,651

光メタセンシング共創研究所

Photonic Meta Sensing Co-creation Research Center

1

1

0

1

0

3

寄附金

81,807

93,289129,21272,825

129,386

合計

48

26

製鉄プロセス高度解析技術共同研究部門
Collaborative Research Division of Advanced
Analysis of Iron and Steelmaking Processes

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門

Total

12

56

0

142

Under Graduate

博士課程前期
Masters Program

(8)

[2]

95

(22)

[13]

36

(7)

[15]

理学研究科・理学部

7

(1)

[4]

46

(8)

[12]

17

(1)

[8]

生命科学研究科

0

(0)

[0]

15

(4)

[7]

7

(4)

[6]

環境科学研究科

0

(0)

[0]

39

(9)

[6]

20

(4)

[8]

53

(9)

[6]

195

(43)

[38]

80

(16)

[37]

328

(68)

[81]

Life Science

Environmental Science

合計
Total

38,318m3

Doctoral Program

46

Science

Total Floor Area of Buildings

博士課程後期

工学研究科・工学部
Engineering

Funds for Commisioned Research

建物総延面積学部

Schools

Funds for Joint ResearchDonations

学生数（2023 年 5 月現在）Students (as of May, 2023)
研究科・学部Grants-in-Aid for Scientific Research※（）内は女性、内数() indicates the number of female students included in counts.
※ [] 内は外国人、内数 [] indicates the number of international students included in counts.

5

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University6

物質・デバイス領域共同研究拠点による５研究所間ネットワーク型共同研究事業の推進
Promotion of network-type cooperative research among 5 research institutes based upon
the Joint Research Center of Materials and Devices「物質・デバイス領域共同研究拠点」は、北海道大学電子

同研究』、優れた若手研究者が積極的に融合型研究を推進す2016 年度からの事業）。日本を北から南まで縦断する形で「人業を推進しております。2023 年 4 月には、新たに CORE2 協科学研究所（北大電子研）、東北大学多元物質科学研究所（東る『CORE ラボ共同研究』、そして共同研究を通じて主に地材・装置・場所のシェアリング」を特徴とし、21 世紀にお働センターにアライアンス社会連携部門を設置し、産学連携

北大多元研）、東京工業大学科学技術創成研究院化学生命科

域大学、私立大学に在籍する優れた才能を有する大学院生、

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等も推進いたします。5 研究所 3 グループに所属する PI は学研究所（東工大研究院化生研）、大阪大学産業科学研究所（阪大学生等、学生を PI（Principal Investigator）として採択すれる 3 つの課題解決型プロジェクトとして、1）エレクトロ

約 150 名に上り、若手研究者等を含めた常勤教員数の総勢

大産研）、九州大学先導物質化学研究所（九大先導研）が参る『次世代若手共同研究』など多彩な共同研究を企画・運営し、ニクス 物質・デバイス（G1）、2）環境エネルギー 物質・デは 400 名を超える規模を有しています。また、クロスオー

画し、2010 年度（平成 22 年度）に発足した先駆的なネット

より充実した共同研究活動を展開しております。また、継続

バイス・プロセス（G2）、3）生命機能 物質・デバイス・シ

バーアライアンス事業は、ネットワーク型「物質・デバイス

ワーク型共同研究拠点のひとつです。共同研究拠点は、ボト

的に新型コロナ等の感染症に関する研究活動継続支援の緊急

ステム（G3）を戦略的に設定し、研究所横断型の共同研究

領域共同研究拠点」と相補的かつ密接な連携を図り、社会課

ムアップ型一般共同研究、トップダウン型特定共同研究を中

特別公募を行い、社会課題解決型共同研究を推進しておりまを推進しています。2022 年 4 月より、第 3 期「人と知と物題の解決に向けた『CORE2-A ラボの設置』、『若手 FS 研究課

心に、全国の国公私立大学、高専、国立研究機関や企業に所す。いずれのプログラムも、研究成果のみならず、その成果

質で未来を創るクロスオーバーアライアンス」がスタートし、題』、など、多様なプログラムを企画・運用します。

属する研究者からの共同研究を推進しました。この間、国立を生み出す情熱に満ちた研究者を育てる「人材育成」を拠点・

上記 G1 ～ G3 グループに加えて 2022 年 4 月に 4）情報・数理・

このように、5 つの国立大学法人研究所が、各々の得意分

大学の機能強化への寄与も視野に入れ、研究力強化、イノベ

アライアンス事業における大きなテーマのひとつとしていま

人工知能に関するグループ（GC）を設置し、各グループ間

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

ーション創出、若手人材育成、グローバル化にも積極的に取す。2023 年 4 月には、多元研内に「多元物質科学研究所共のクロスオーバーによる社会課題解決に向けた新たな取り組を取る、という大掛かりな共同研究拠点およびクロスオーバ

組み、2015 年度（平成 27 年度）の文部科学省による期末

同研究拠点室」を設置し、新たに 1 名の特任教授を迎え入れ、みをスタートさせました。クロスオーバーアライアンス推進

ーアライアンス事業は他に類例がなく、物質・デバイス・シ

2

評価ではネットワーク型拠点として唯一 “S” 評価を獲得しま

万全な体制で「物質・デバイス領域共同研究拠点」を推進しのための組織改革の一環として 2022 年 4 月に CORE 協働

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した。また第 1 期 6 年間は阪大産研を本部として活動してます。多くの研究者がこの拠点を積極的に活用し、人のネッセンターを東北大学多元研内に設置し、アライアンス研究管

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きましたが、2016 年度（平成 28 年度）からの第 2 期は東トワークを広げて頂けることを願います。また本ネットワー

理部門（AORA）およびアライアンスキャピタル部門（ACMO）

ます。

北大多元研が本部を務め、2018 年度（平成 30 年度）の中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に 2 名の特任教授を迎え入れ、万全の体制でアライアンス事

間評価および 2021 年度（令和 3 年度）の期末評価で “S” 評

ティは約 500、総参加者数はのべ約 6,800 名を超え、関連研

価を得ております。共同研究拠点がスタートしてからの 13

究分野および関連研究者コミュニティの発展に大きく貢献し年間で 5,500 件を超える共同研究を推進し、国内外の研究者ています。更に 2018 年 3 月には同じネットワーク型共同研

コミュニティから大きな支持を頂いております。

究拠点である放射線災害・医科学研究拠点、生体医歯工学共2022 年 4 月より第 3 期がスタートし、東北大学多元研から大阪大学産研に本部を移し、第 1 期からの「基盤共同研

同研究拠点と緩やかな連携に関する協定を締結し、より広い
コミュニティへの貢献を目指しております。

課題解決型アライアンスプロジェクト事業

人と知と物質で未来を創る
クロス オーバーアライアンス

究（旧一般共同研究）」及び「施設・設備利用共同研究」に一方、【課題解決型アライアンスプロジェクト事業】に加え、クロスオーバーアライアンス（後述）との協働による

おいては、「人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダエレクトロニクス 物質・デバイス

新しい特色ある『拠点連動プログラム』として、基盤共同研

イナミック・アライアンス」を 5 研究所間の連携プロジェ

環境エネルギー 物質・デバイス・プロセス

究成果をさらに発展させ、ネットワーク型拠点を形成する他クトとして推進してきました（2005 年度にスタートしたア

生命機能 物質・デバイス・システム研究所教員との連携により幅広い研究発展を目指す『展開共ライアンス事業から数えて 3 期目のプロジェクトであり、情報・数理・人工知能「人材・装置・場所」のシェアリング

阪大産研
SANKEN
東北大多元研IMRAM

アライアンスALLIANCE

北大電子研
RIES

人材育成
国際頭脳循環の核

九大先導研
IMCE

東工大研究院
化生研
IIR-CLS

世界をリードする成果
新学術分野の創製

ネットワーク型共同研究拠点事業
国・公・私立大学

独立行政法人研究所

阪大産研
SANKEN

公募共同研究東北大多元研
IMRAM

拠点本部（大阪大産研）

公募共同研究北大電子研
RIES

共同研究推進公募

 基盤共同研究 施設・設備利用共同研究
 展開共同研究
 次世代若手共同研究
 COREラボ共同研究
 クロスオーバー共同研究

東工大研究院
化生研
IIR-CLS

企業・地域

北から南まで各地域への貢献2018 年 3 月、物質・デバイス領域共同研究拠点、ダイナミック・アライアンスでは、それぞれのロゴを制定しました。物質・デバイス領域
共同研究拠点は「協力しあいながら高めあう」を、ダイナミック・アライアンスは「ダイナミックな発信」を、それぞれモチーフとして、５
北大電子研

物質・デバイス領域共同研究拠点（物質・光・生命・数理複合科学）

物質・光・生命・数理複合科学研究領域（物質創製・先端計測）

物質創製・先端計測研究領域
九大先導研
IMCE

ロゴの制定について

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

東北大多元研色のパーツからなる一貫性のある図形で表現しています。シンプルな図形と略語（NJRC、
Five-Star）からなるパターン（カラー、モノクロ）と、ロゴタイプと組み合わせたコンビネーションパターンを準備しました。2022 年度よりスタートした第 3 期「物質・デバイス領域共同研究拠点事業」および「クロスオーバーアライアンス」においても両ロゴを引き続き使用し、本拠点、アライアンスに係る成果発表や情報発信などの際に活用していただけます。

東工大研究院化生研（物質組織化学）

阪大産研（ナノサイエンス・デバイス）

九大先導研（物質・材料機能）物質・デバイス領域共同研究拠点7東北大学 多元物質科学研究所

クロスオーバーアライアンス

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

8

ソフトマテリアル研究拠点
Advanced Imaging and Modeling Center for Soft-materials (Tohoku AIMcS)
材料科学の分野において、AI 技術、ビッグデータ解析の造の改変による機能・物性の改良をシステマティックに予測本研究拠点は、計測と解析の研究者からなる 4 つの活動グ応用により、材料の計測・分析データを用いて開発期間の短するデータ駆動型の材料開発アプローチが可能となってきてループから構成されます。研究テーマごとに、この 4 つの活

最先端のクライオ電子顕微鏡を用い、単粒子解析法による縮、低コスト化を目指す「データ駆動型材料開発」の取り組います。一方、小さな分子が “ ひも状 ” につながった高分子・動グループに所属する研究者が専門性を加味して選抜され、高分解能三次元構造情報の取得、薬剤や有機材料分子の極微みが世界各国で加速されています。この様な流れの下、ソフゲル・ゴム・コロイド・ミセル・液晶・粘土・生体高分子（タプロジェクトチームを形成して、課題をワンストップで解決

小結晶からの電子線三次元結晶構造解析（マイクロＥＤ）、

トマテリアル研究拠点では、電子顕微鏡を中核とする「マルンパク質、糖質、DNA）などの “ ソフトマテリアル ” は、スします。

細胞組織などのトモグラフィー解析等を行います。また、位チモーダル計測」を「マルチスケール解析」に高次元で融合

ケールの異なる様々な構造単位が階層性をもって形成される

させることで、マテリアルサイエンスとライフサイエンスのため、それぞれの「階層」に合わせたマルチモーダル計測と■ マテリアルサイエンス／計測・解析グループ：

有機化合物の可視化を実現し、創薬、生命科学、材料科学の両分野におけるデータ駆動型材料開発を革新的に躍進させ、マルチスケール解析を高度に融合させることが必須であり、

 プラスチックやゴムなどの高分子材料、高分子に微細な無分野での課題解決・検証を可能にします。

ソフトマテリアルの新たな設計・解析ソリューションを社会

データ駆動型アプローチは容易でないことが問題でした。

機固体を分散した複合材料など、産業活動で必須のソフトマ■ ライフサイエンス／計算・解析グループ

本研究拠点は、このようなマテリアルサイエンス分野に加テリアルについて、高分解能透過型電子顕微鏡解析法を中心 クライオ電子顕微鏡などで得られた生体分子のデータを効に展開することを目的として、２０２０年８月に設立いたしました。

各グループの特徴は下記のとおりです。

■ ライフサイエンス／計測・解析グループ

相法等のさまざまな最先端的な手法を駆使して、生体分子やえ、ライフサイエンスの基礎研究、医療・創薬、感染症へのにナノ領域の軟Ｘ線スペクトル法、電子エネルギー損失分光

率的に分析する手法や実験データを補間するダイナミック

東北大学は電子顕微鏡の研究では長い歴史と実績を有し、対応やバイオテクノロジーなども視野に入れ、広範なソフト

法（EELS 法）などを駆使したマルチモーダル解析を進めます。

な分子挙動を MD シミュレーションなどにより提供します。

金属材料をはじめとするマテリアル研究を支えてきました。

マテリアルに対して、計測と解析とを綿密に連携しながら、拠点内の計算・解析 Gr. と連携し、次世代放射光施設とも連分子構造を粗視化した DPD シミュレーション、細胞や臓器

金属材料や無機材料では、結晶構造や電子状態を電子顕微鏡・観察・理論・計算・メカニズム解明までをトータルに扱う国携しながら高度な構造・機能の可視化を実現します。

スケールに適した有限要素法など異様々な数値シミュレーシ

放射光による計測と計算の融合によって明らかにし、材料構内初の研究拠点です。

■ マテリアルサイエンス／計算・解析グループ

ョン手法をシームレスに結合することで、マルチスケール・ ソフトマテリアルとその複合材料について、電子レベルか

マルティフィジックスな生体シミュレーション環境を提供しら全原子スケール、粗視化スケールに亘るダイナミクスや現ます。

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

マルチモーダル計測

最適設計・データ科学

計測と計算の融合
SXES

合し、より確かな可視化情報を提供します。

マルチスケール解析

社会実装

熱機械特性計測

NMR

象解明をシームレスに行い、マルチモーダル計測結果とも融

メゾスケール
有限要素解析
マイクロスケール
有限要素解析

次世代放射光分子動力学
第一原理計算TEM

クライオTEM

ロゴ「融合」と「発展」をモチーフにしており、二重螺旋は「計測」と「計算」、遺伝子やバイオを表現しています。竜巻のように広がるデザイン
は、融合した要素が AIMcS の研究成果により、世界が発展するイメー
ジを表しています。

お問合せ先

9

寺内 正己

陣内 浩司

Masami TERAUCHI

Hiroshi JINNAI

ソフトマテリアル研究拠点共同代表
東北大学多元物質科学研究所長

ソフトマテリアル研究拠点共同代表
東北大学多元物質科学研究所 教授

東北大学 多元物質科学研究所

東北大学多元物質科学研究所内
ソフトマテリアル研究拠点事務局（担当：竹井）
電話：022-217-3543
Mail：softmaterial-contact@grp.tohoku.ac.jp
URL：https://softmaterial.tagen.tohoku.ac.jp/

本研究拠点では、上記の各グループが有する世界最先端レる多様で複雑な問題を、本研究拠点の多様な科学者が企業の

ベルの科学技術を融合し、社会連携グループを窓口として産科学技術者とともに解くべき課題に分解し、計測・計算融合

業界の科学・技術者とも連携して、ソフトマター開発のワンを武器にスピーディーに解決することを目指します。

ストップソリューションを社会に提供します。産業界が抱えInstitute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University10

ナノテラス

次世代放射光施設

世界最高レベルの光源性能を有するナノテラス
本学青葉山新キャンパス内に誕生した次世代放射光施設の開発における仮説検証サイクルを一気に加速することが期待

愛称が「ナノテラス（NanoTerasu）」に決定しました。ナノテできます。その活用範囲は、触媒材料、磁性・スピントロニ

ラスは、建設地の検討を経て、2019 年度より整備が開始され

クス材料、高分子材料など材料分野はもちろん、工学、理学、（2024ました。今年度（2023 年度）のファーストビーム、来年度

農学、医学、医工学、考古学など、広範な学術分野と産業分

年度）の本格稼働を目指し、今も着々と整備が進められてい

野に及びます。すなわち、ナノテラスは、こうした学問分野

ます。

やディシプリンとともに、研究を統合・加速する拠点の集結軟 X 線領域におけるナノテラスの光源輝度は、大型放射光施設 SPring-8 の 100 倍に及びます。また、コヒーレンス

により、研究開発基盤を構築するポテンシャルを有しています。

性（可干渉性）においても高い性能を有します。この軟 X

図 1 はナノテラスを上空から見た写真です。この周囲に線領域の高輝度性は、軽元素や遷移金属の化学状態の鮮明かはサイエンスパークが形成され、産学の研究や人材育成の拠つ迅速な可視化につながります。また、高コヒーレンス性を点が集積します。多様なディシプリンを有する大学のキャン利用した計測手法の進展により、不均一な材料系の機能をパス内という立地と、市街中心部からのアクセスの良さが、

10 nm レベルの分解能で可視化することが出来るようになり

研究開発基盤の機能を促進します。ナノテラスは、国内の軟ます。

X 線領域の放射光活用の海外に対する遅れを逆転し、研究のこれらの光源性能は、放射光による「物の見え方」を一新

国際競争力を強化する原動力となります。

します。材料や生命の機能をナノスケールで可視化し、研究

この官民地域パートナーシップは、次世代放射光の学術と産業の持続的発展に資する活用について役割分担と連携を行

学術に裏付けられた製品開発や実証実験を可能とするリサー
チコンプレックスの形成があります。

う、世界でも類を見ない挑戦的な枠組みです。本学は、放射

東北大学は、ナノテラスに関わるあらゆる技術について集光活用によって既存の学術の深化と新たな学術領域の開拓、中的に研究開発するために、2019 年 10 月 1 日に国際放射そして分野融合や産学連携によるイノベーションの創出を先

光イノベーション・スマート研究センターを設置しました。

導するミッションを有します。学術研究者は、既存の共用法

ここには、多元物質科学研究所から十数名の教員が参画し、の下での施設利用だけでなく、企業と 1 対 1 でパートナー

科学計測分野の伝統を背景に、次世代放射光計測技術の研究を組み、出口イメージを共有し、研究シーズや専門知識を以開発を行っています。これまでの放射光施設にはなかった新て企業の課題解決を支援し、その過程で新たな学術研究テー

たな技術を結集したビームラインを築き、学内外との強い連マを開拓する、コアリション・コンセプトの下での活用機会

携体制を構築していきます。

を得ることが出来ます。その先には、企業・地域と連携し、コアリションビームライン・ラインナップ
初期ビームラインは、国（官）が 3 本、地域パートナーが

図 2 は、初期整備 7 本のコアリションビームラインのラ

7 本（コアリションビームライン）を整備します。国際放射

インナップを示しています。BL の横断的な活用によって、光イノベーション・スマート研究センターは、これらコアリ

これまで複数の施設の放射光をまたぐ必要のあったデータセ

ションビームラインについて、設計から活用までをサイエン

ットを、次世代放射光施設の中で収集することが出来るよう

ス面から支援する役割を担っており、これまでに、光源特性になります。（図 2 に、重要課題での活用想定の例示していを活かすユーザー主体のビームラインコンセプトを提案してます。）これらのラインナップによって、上記（1）から（4）きました。また、次世代性の観点から重点的に整備すべき計を実現していきます。一部のビームラインでは、分岐を行い、測分野として、以下を提示しています。

そのブランチでは、ハイスループット計測、メールイン測定、（1）高輝度を活かした機能発現、失活等の可視化計測 : 時分
割計測、オペランド計測、時間分解測定（ミリ秒〜 )（2）物質科学、環境科学、生命科学等あらゆる分野で機能や反応の鍵を握る元素の電子状態・化学状態可視化計測、
軟 X 線領域に強みをもちテンダー X 線領域から硬 X 領域の広領域をカバーする分光計測： 光電子分光、光吸収分
光、発光分光、XAFS、XMCD 等（3）高いコヒーレンス性、集光性を活用した高分解能の構造可視化計測 : タイコグラフィ、位相コントラストイメージング等の可視化技術（4）(1)~(3) を統合した複合計測：CT-XAFS、タイコグラフィ

リモート計測などのニーズに応えるため、ロボット自動計測のエンドステーションの導入が検討されています。メインビ
ームラインはいわゆる「先端計測ステーション」であり、挑戦的な計測までをカバーするエンドステーションです。その一部では、ユーザーが独自の試料環境を整えて計測を行うた
めの、” 取り外し可能な計測ベンチ = イノベーションベンチ ”の導入も検討されています。
国際放射光イノベーション・スマート研究センター及び多元研は、今後もナノテラスをサイエンス面から支援し、施設の活用を通じた学術の深化と発展を推進します。

XAFS 等図 1. ナノテラスの上空写真

イノベーション創出を支える整備・運用方針

11

ナノテラスをイノベーションの源泉とするための整備・運ン、産学利用による成果の最大化と社会実装の加速を目指し営について、放射光科学の学術コミュニティ、既存の放射光たコアリション・コンセプト（有志連合）等です。2017 年

施設の学術および産業界の利用者に加え、企業、大学の経7 月に、国側（官）の主体として量子科学技術研究開発機構

営層、地域および中央の経済界、自治体との、2011 年よりが指定され、パートナーの提案が公募されました。翌年 7 月

6 年間にわたる対話が行われてきました。その結果を基にコに、一般財団法人 光科学イノベーションセンターを代表機

ンセプトの具体化が進められてきました。ロボティクスやイ関として、宮城県、仙台市、東北経済連合会と東北大学が地

ノベーションベンチの考え方を導入したビームラインデザイ

域パートナーに選定されました。

東北大学 多元物質科学研究所

図 2. 初期整備 7 本のコアリションビームライン

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

12日本学術振興会 科学研究費補助金 新学術領域研究（研究領域提案型）「時分割実験のための多様な反応誘起システムの開発」の推進「高速分子動画法によるタンパク質非平衡状態構造解析とは、主に３つのグループに分けられ、A01: タンパク質の反

実は SFX の試料輸送方法はどの試料でも万能に使用できた手法は、領域内研究者にも提供され、様々な試料の高速分

分子制御への応用」（略名：高速分子動画）は 2019 年に発応機構解明及び分子制御法の開発、B01：高速分子動画撮影

る方法が未だにありません。低粘性の緩衝液と結晶を懸濁し子動画解析が進行しています。特に光励起性タンパク質につ足した新学術領域研究で、高速分子動画と名付けられた X

法の基盤構築、C01：高速分子動画に資する反応精密分析とて高流量で結晶を吐出するリキッドジェット法の他に高粘いては、光遺伝学で用いられるチャネルロドプシン、クロラ

線自由電子レーザー（XFEL）による時分割構造解析を軸となっています。

度媒体と結晶を混ぜて低流速で輸送する方法や（Weierstall,

イドポンプロドプシン、DNA 修復に関係する DNA フォトリ

U. et al., Nat Commun 2014, Shimazu Y. et al., Shimazu, Y.,

アーゼ、視覚に関与するロドプシンに適用され、光照射後のet al. J Appl Crystallogr 2019）、試料を液滴として、XFEL

構造変化を詳細に捉えるに至りました（Oda K., et al., elife

パルスに同期させて輸送する方法（Mafune, F., et al. Acta
Crystallogr D 2016）が開発されましたが、試料消費量の観

al. Nat.Chem 2022, Gruhl, T. et al., Nature 2023）。

した領域です。本領域の基本概念は単純明快で、分子の動き

私が計画研究班代表を努める「時分割実験のための多様を原子分解能で且つ実際のタイムスケールで観測するというな反応誘起システムの開発」は B01 の一つであり、高速分ものです。実際の分子の動きを高い時間・空間分解能で観測

子動画の開発を進める班です。高速分子動画法の基盤はシすることは期待されてきましたが、従来の手法では容易では

リアルフェムト秒結晶構造解析（SFX）という XFEL を用い

なく、
XFEL の 10 fs 程度の非常に強力なパルス光源を用いて、た結晶構造解析であり、私は 2013 年より SACLA（SPring-8

分子を直接ストロボ撮影する技術により、初めて可能となりAngstrom Compact free electron LAser）でこの手法開発にました。しかし、XFEL を用いて分子の動きを追跡するため取り組んできました。SFX 法は、2010 年に供用を開始したには、分子を結晶化する必要があり、光で反応を開始しなけ

アメリカの LCLS（Linac Coherent Light Source）にて最初ればならないなどの制約がありました。これらの問題を克服。こに開発されました（Chapman, H. N. et al. Nature 2011）

し、本法を生体高分子の分子動画観察のための普遍的な方法

れは、ガラスキャピラリーから緩衝液などと共に微結晶を流として確立することが、本領域の目標の一つです。また、本して XFEL 照射領域に輸送し、ランダムな方位にある微結晶法を実際にタンパク質分子などに適用し、得られた “ 高速分から回折像を静止画像として得る方法で、従来の単結晶構造

子動画 ” を計算科学や分光学の手法を用いて定量的、理論的解析とは全く異なる方法が考案されました。その理由は、結に理解し、得られた情報を基に、例えばイメージングや光遺晶が非常に強力な XFEL パルスによって回折後に崩壊するた伝学などに貢献する新しい機能性タンパク質の創製を目指しめであり、数 10 ～ 100 Hz の繰り返し周波数を持つ XFELています。こうした目標を達成するため、本領域は放射光科
学、構造生物学、生物物理学、ケミカルバイオロジー、計算

2021, Hosaka T., et al., PNAS 2022, Maestre-Reyna, M. et

点や試料を壊さずに輸送するにはまだ改善の余地があり、こさて、本領域は発足から約半年後に、新型コロナウイルス

うした基盤技術の開発も本班の目的の一つです。また、領域の感染拡大により研究活動に大きな制限を課せられるという発足当時は、光で分子を励起するポンプ・プローブ法と SFX事態に見舞われました。新学術領域研究の利点の一つは、ネを組み合わせることにより、” 高速分子動画 ” を得ていましットワーキングであり、新型コロナウイルスの問題により、たが（Nango, E., et al. Science 2016）、光で反応するタン

対面での領域会議や共同研究打ち合わせなどが開催できない

パク質分子は天然に存在する割合は 1％にも満たず、汎用的状況であったことは、大きな打撃でした。しかし、その状況な方法とは言えない状況でした。そこで、基質と微結晶を迅を逆手に取り、オンラインでのセミナーが頻繁に開催され、速に混合して酵素反応や受容体へのリガンド結合を観測する

領域内の交流が活発になったことは嬉しい誤算でした。実際、二液混合法や温度ジャンプを反応トリガーとする温度ジャン

令和 3 年度の中間評価時には、領域内で 42 件の共同研究が

プ SFX 法の開発に取り組んでいます。実際、この 4 年の間進行しており、活発な研究活動が認められて A ＋の評価を頂に温度ジャンプ SFX によるタンパク質分子構造変化の可視きました。今年は最終年度になりますが、これからも高速分化（Alexander M. Wolff et al., bioRxiv 2022, 論文投稿中）や、子動画を軸とした生体高分子の理解を進め、新たな分子創製に連続的に試料を送るために試料輸送インジェクターが用い二液混合法による数 10 ミリ秒から分にかけての酵素活性部を目指して活動を続けていきたいと思います。

られます。

位の変化観察（論文投稿準備中）を達成しました。開発され科学など様々な研究分野から構成されています。計画研究班

C
Injector

XFEL

XFEL

75 µm

Hosaka, T. et al. PNAS 119 (9) E2117433119 (2022)

Gruhl, T. et al. Nature 615(7954), 939–944 (2023)

図 2．高速分子動画で捉えた構造変化の例
A, B：クロライドポンプロドプシン NM-R3 のイオン輸送時の構造変化、C：視覚ロドプシンの光照射後 1 ピコ秒後の構造変化

Pump laser

Kubo M et al. J Synchrotron Radiat. (2017)

図１．高速分子動画測定装置の一例：左はポンプ・プローブ SFX 法による装置全体図、右は XFEL 照射領域拡大図

13

東北大学 多元物質科学研究所

南後 恵理子Eriko NANGO
有機・生命科学研究部門
量子ビーム構造生物化学研究分野

教授

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

14日本学術振興会 科学研究費補助金 特別推進研究「超タイコグラフィによる
微視的非平衡状態の可視化プラットフォームの構築」の推進
Promotion of “Construction of a platform for visualization of microscopic non-equilibrium states using super ptychography”

本プロジェクトでは、従来のタイコグラフィの時空間分解② 時 空間スケール拡張：①で得られた動画の各フレーム能を遥かに超える超タイコグラフィのスキームを実証しま

画像を中間点として、深層生成モデルと強化学習技術す。そこで、コア技術となるのが、最近、髙橋教授らの提案を用いて X 線光子相関分光（XPCS）フィッティング解

した放射光動画撮像法「三角形開口を用いた動的コヒーレン

析を行うことで、時空間スケールをそれぞれ 0.1 秒⇒ 1

ト回折イメージング（動的 CDI）
」です。そして、動的 CDI

ミリ秒、10nm ⇒ sub-nm まで拡張します。

計測研究部門放射光可視化情報計測研究分野（本務：国際の問題から数十 nm 以上の厚みを有する試料内部の非破壊観とダイナミクス解析法である X 線光子相関分光法をデータ科③ メカニズム発掘：②で得られた広範囲な時空間スケール

放射光イノベーション・スマート研究センター）の髙橋幸生

察を苦手とし、X 線顕微鏡はミクロンオーダーの厚みを有す

学アプローチを用いて融合するのが超タイコグラフィのスキでの微細構造・化学状態イメージデータに対して、深教授は 日本学術振興会 科学研究費補助金 特別推進研究に採る試料観察を得意とするものの、光学素子作製技術の制約かームの特徴です。超タイコグラフィのスキームは以下の３つ層学習よるデータマイニングを実行することで、時間・択され、2023 年 4 月より新しい研究プロジェクトをスター

ら空間分解能は数十 nm に停滞しています。一方、これまでの要素で構成されています。

空間・機能パラメータを軸とすると多次元空間での相トしました。本プロジェクトの概略を以下に紹介します。

髙橋教授らが開発を進めてきたレンズを用いない顕微法であ① 動 画イメージ取得：動的 CDI 計測と深層ニューラルネッ

関分布を解析し、材料機能の発現・劣化に関わるメカ

るタイコグラフィは、電子顕微鏡に迫るナノスケールの空間

トワークにより、実用材料の実環境中でのナノスケール

顕微法などを駆使して、原子・分子レベルでの構造、物性、分解能を実現し、厚みのある試料観察が可能であるものの、

微細構造・化学状態変化の動画イメージを取得します。

反応過程を調べることが求められています。そして、より実時間分解能に乏しく、数分（キロ秒）のオーダーです。す用レベルの材料工学研究では、様々なプロセシングを経て形

なわち、厚いバルク試料について、ミリ秒～分、sub-nm ～成されるナノメートルからサブミクロンスケールでの不均µm の時空間スケールでの非破壊観察は完全に未開拓となっ質・複雑なドメイン構造を解析する必要があります。特に、ていました。例えば、応力印可時のタイヤゴム中のシリカ粒実用材料における機能の発現・劣化機構を真に理解するため子のナノスケールでの運動およびそれに伴う空間的に不均一には、そのドメイン構造の時間変化を追跡することが不可欠

な粘弾性は、次世代のエコタイヤの設計に欠かせない情報でです。高分子材料、電池・触媒材料、構造材料などの様々なすが、平均構造解析に留まっており、微視的な領域での理解

実用材料の更なる高性能化のために、ナノ・メソスケールでは十分に進んでいません。また、充放電時におけるリチウムの構造 - 時間 - 機能の多次元相関を解明し、新規材料設計へ

イオン電池正極活物質中でのリチウムイオン拡散に伴う二相と繋げることが重要な研究課題となっています。

分離組織の形成過程ならびに相界面の原子スケールでのゆら

物質科学研究では、Ⅹ線回折法、電子顕微鏡法、プローブ

現在、ナノ・メソスケール領域での試料のダイナミックなぎは、新規正極活物質の探索に欠かせない情報ですが未だそ変化を観察する技術として、電子顕微鏡、X 線顕微鏡を用いの詳細は未解明です。また、金属構造材料の時効硬化というた高速撮像法の開発が進んでおり、それぞれ、sub- ミリ秒、

冶金学では良く知られた現象についても、ナノスケールでの～ 10 ミリ秒の時間分解能を達成しています。加えて、これ

析出物形成からメソスケールでの析出物の運動までを実空間

らの顕微法にエネルギー損失分光や X 線吸収微細構造法なで動画化した報告はありません。このように高分子材料からどの分光学的なアプローチを導入することで、試料の電子状

金属材料に至る広範囲な材料系において、バルクに埋もれた態 ( 化学状態 ) の解析も可能になっています。しかしながら、

ナノ・メソスケールでの非平衡状態の理解が材料工学におけ卓越した空間分解能を有する電子顕微鏡は電子線の侵入深さ

る共通課題となっています。

ニズム因子を発掘します。

コヒーレントX線計測法とデータ科学的アプローチの連携
動画イメージ取得

時間分解能の向上② X線光子相関分光(XPCS)

二相分離組織・化学状態
相界面でのイオンダイナミクス～コヒーレントＸ線計測～～XPCSとCDIの融合～(高時間分解能)メカニズム発掘～研究者の理解できるイメージに転換～
特徴量
Ｂ

相分離挙動

実環境
試料

劣化挙動

③ データ
時間 マイニング② 画像生成AI+XPCS
フィッティング解析
時間① 深 層 学 習モ デ ル
による高速像再生① 動的ｺﾋｰﾚﾝﾄ回折ｲﾒｰｼﾞﾝｸﾞ(CDI)(低時間分解能)図 2. 超タイコグラフィのスキームの概念図

時間分解能

タイコグラフィ
X線顕微鏡

電子顕微鏡

図 1. 超タイコグラフィで可視化を目指す時空間スケールと電子顕微鏡、Ｘ線顕微鏡との関係

東北大学 多元物質科学研究所

子の運動モード解析、リチウムイオン電池正極活物質中のリチウム拡散に伴う相分離組織のダイナミクス解析など様々

体的には、動的 CDI と XPCS の連携解析によって溶液中の粒な実材料解析に関する応用研究を実施し、最終的に、超タイ子の運動イメージを取得し、深層学習との連携によって運動コグラフィによるナノ・メソスケール非平衡状態可視化のモードを分類することで超タイコグラフィのスキームを実証

プラットフォームを NanoTerasu に構築することを目指しまします。3 年目にダイナミック CDI 計測装置を、次世代放射す。そして、プロジェクト終了後には、SPring- 8 の次期計画

光施設 NanoTerasu に移設し、ダイナミック CDI- 広角 XPCS

SPring- 8 -Ⅱで更に時空間分解能を向上させた超々タイコグ

同時計測装置に構築します。4 年目以降は、ゴム材料中の粒

ラフィに着手したいと考えています。

超タイコグラフィ
未踏領域

試料の厚さ

15

研究期間は 7 年であり、最初の 2 年間は主に大型放射光施設 SPring- 8 で計測および解析法の開発を行う予定です。具髙橋 幸生
Yukio TAKAHASHI
計測研究部門
放射光可視化情報計測研究分野 教授
本務：国際放射光イノベーション・スマート研究センター（SRIS）

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

16

JST 創発的研究支援事業「空間トランスフォーム光学の創出」“Creation of spatial transformation optics” sponsored by JST FOREST (Fusion Oriented REsearch for
disruptive Science and Technology) program
光物質科学研究分野の小澤祐市准教授は、JST 創発的研究

2 次元画像取得を繰り返し行う必要があり、観察深さに応じPromotion of “Development of local electron density and physical property analysis method for two
dimensional structure” sponsored by JST (Japan Science and Technology Agency)
ナノ電子プローブ回折計測研究分野の森川大輔助教は、内で多重に散乱されますが、それを考慮した計算による強度

JST さきがけ事業の研究領域「原子・分子の自在配列と特性・分布と定量的に比較し、原子位置や温度因子、低次の結晶構出」を推進しています。本研究では、既存の結像光学系に基

本研究では、光イメージングに用いられる照明光や検出光機能」において 3 期生に採択され、2022 年 10 月より新し造因子などのパラメータを精密化することで、局所領域の結づく光イメージング技術の概念を刷新し、物体空間におけるに対して、その位相や振幅の空間分布の制御という従来にはい研究プロジェクトに取り組んでいます。採択課題は、「二晶構造や静電ポテンシャル分布・電子密度分布を解析するこ

3 次元的な空間情報を変換することで検出面での 2 次元情報

無いアプローチを提案し、物体空間での任意の座標からの信次元配列構造における局所電子密度分布および物性解析手法とが可能です。界面やドメイン壁といった二次元配列構造のとして取得する新しい結像体系を確立することを目指してい号を、検出面へと空間座標変換しながら結像する波面制御法の開発」です。

解析のためには、パラメータ数の選択や精密化指針の変更がます。これによって、観察対象の 3 次元的な構造に対するを確立します。この実現によって、例えば光軸方向に対して本プロジェクトでは、ナノ電子ビームを用いた局所電子密

動的な挙動を瞬時に取得する高速な 3 次元イメージングの平行にシート状の照明（励起）を行うだけで、その照射領域度分布解析と第一原理計算との協奏による、これまでに類の一方、実験的なパラメータを必要としない第一原理計算は、

新しい方法論を提案します。

の空間情報を像面（検出面）での 2 次情報として展開するアない局所領域における物性解析手法の開発を目指していま

様々な物質や構造体における結晶構造や電子密度分布、物性支援事業の研究課題として「空間トランスフォーム光学の創て取得時間が増大するという原理的な制約があります。

JST さきがけ、研究領域「原子・分子の自在配列と特性・機能」「二次元配列構造における局所電子密度分布および物性解析手法の開発」

求められ、現在開発を進めています。

レーザー走査型顕微鏡法に代表される光イメージング法

イデアを達成できます。つまり、シート状励起光を試料の面す。一般的に結晶構造解析に用いられている量子ビームは X

パラメータを導出することができる優れた手法ですが、常には、生命科学や物質科学を始めとした多くの研究分野におい内 1 方向に走査するだけで試料の３次元情報を取得できる線・中性子線・電子線ですが、電子は電荷を持つために磁界実験データによる計算結果のサポートが求められます。先にて必須の観察法です。例えば生体イメージングにおいて観察ことになり、従来の限界をはるかに超える高速な 3 次元画

によるレンズを作ることができ、ナノメータサイズの電子ビ

述べたように収束電子回折図形は原子変位や価電子密度分布

対象となる生体試料は、本質的に複雑な構造を持っており、像取得が期待できます。本研究では、このような空間トランームや、像の拡大縮小が容易です。任意の局所領域からデーに敏感ですので、実験的に決定した結晶構造や電子密度分布

その動的な挙動を真に理解する上で、観察対象の高速かつリスフォーム光学の原理に基づく新しい光計測技術を提案し、タ取得ができるという利点は、特に原子の配列が物性を支配と計算による結果を比較し、それぞれの手法へフィードバッ

アルタイムでの 3 次元可視化が極めて重要であること言うま

3 次元的な物質評価・分析における超高速化や高度化を目指している二次元配列構造の解析に有用です。ナノメータサ

クを行うことで、局所領域の物性解析が可能となります。本でもありません。しかしながら、通常の光イメージング技術

しています。これらを通じて、基礎科学に加えて製造ライン

イズに収束した電子ビームを薄板形状の試料へ入射すると、手法により、ナノ領域の電子密度分布やバンド構造といった、の多くは対物レンズの焦点面（観察面）の 2 次元結像を基の高速検査技術などへの産業応用、3 次元高速センシングやディスク状の回折図形が得られます。これは収束電子回折

他の手法では得られない情報を取得できることが期待されま本原理としており、3 次元像を得るためにはピエゾアクチュ

立体ディスプレイといったコンピュータビジョン分野での社(CBED) 図形と呼ばれ、その強度分布はサブ pm の原子変位す。

エーターなどを用いて観察面を機械的に動かしながら多数の会実装の道を拓くことを本研究の大きな展望としています。

や価電子密度分布の変化に敏感です。電荷を持つ電子は物質

励起光

波面制御
検出面への
空間座標変換（蛍光）信号

CBED法

CBED法
法へ
フィードバック

物体の任意の空間面を光波の空間構造制御
によって像面に自在に展開

第一原理計算へ
フィードバック

・・・・
・・

物体空間の
情報

第一原理計算(収束電子回折法)

さまざまな
物性値

比較

17

小澤祐市
Yuichi KOZAWA

森川 大輔
Daisuke MORIKAWA

プロセスシステム工学研究部門
光物質科学研究分野 准教授

計測研究部門
ナノ電子プローブ回折計測東北大学 多元物質科学研究所

助教

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

18

主な研究成果（2022 年度のプレスリリースより、一覧）
2022.04.11

光がつくる電子のレンズ

原子ひとつまで分解する電子顕微鏡の実現に向けた新技術を提案

Green Life

2022.12.06

膜ポンプによる膜輸送機構の普遍的概念の提唱～クライオ電子顕微鏡によるヒト由来カルシウムポンプの 新たな反応中間状態の同定と構造決定～
Cell Reports , 6 December 2022, DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111760, 張玉霞 , 蔡笑寒 , 渡部聡 , 稲葉謙次

"Electron Lens Formed by Light: A New Method for Atomic-resolution Electron Microscopes"

Journal of Optics , 21 April 2022, DOI:10.1088/2040-8986/ac6524, 上杉祐貴

Green Life

2022.04.14

始原的なシアノバクテリアの光化学系 I 複合体の立体構造を解明～光合成生物の進化を紐解くきっかけに～
eLife , 11 April 2022, DOI:10.7554/eLife.73990, 米倉功治 , 濵口祐Measurement

2022.12.19

高輝度放射光で解き明かすシリコン酸化膜の成長過程～ナノデバイスの世界を支配する界面欠陥とキャリア捕獲～
Journal of Chemical Physics , 19 December 2022, DOI: 10.1063/5.0109558, 小川修一

Measurement

2022.04.22

3D プリンターで世界最高性能のスーパーキャパシタを実証

Green Material
Green Process

2022.12.26

物質の熱伝導率を低減させる新機構を発見 －高性能な熱電材料開発の新たな指針に－Green Process～多重細孔構造を人工的に制御し高いエネルギー密度と出力密度を達成～
Advanced Functional Materials , 21 April 2022, DOI: 10.1002/adfm.202201544, 小林弘明 , 岩瀬和至 , 本間格
耐性菌に効果のある抗菌剤の簡便な合成方法を開発
Scientific Reports , 06 May 2022, DOI: 10.1038/s41598-022-11608-8, 笠井均

Green Life

2022.05.12

水 / 氷の界面に 2 種目の “ 未知の水 ” を発見 !
水の異常物性を説明する “2 種類の水 ” 仮説の検証に新たな道
The Journal of Physical Chemistry Letters , 11 May 2022, DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c00660, 新家寛正

Green Life

2022.05.13

超伝導体と単分子磁石の出会いで現れた量子状態を観測－電流による分子スピンの読み書きと量子コンピュータの実現に一歩前進－
ACS Nano , 25 April 2022, DOI: 10.1021/acsnano.1c11221, S.M.F. シャヘド , 米田忠弘

Measurement

2022.05.26

低圧超臨界相の活用で 従来以上に高品質な窒化ガリウム結晶を作製
ー実験炉で反りがなく高純度な窒化ガリウム結晶成長を実証－
Applied Physics Express , 13 May 2022, DOI: 10.35848/1882-0786/ac67fc, 秩父重英Green Material

2022.06.13

固溶体化が燃料デブリの「その後、」を決める～核燃料デブリの安全な保管や処理・処分に関わる新たな化学的知見～
Journal of Nuclear Materials , 9 June 2022, DOI: 10.1016/j.jnucmat.2022.153842, 桐島陽

2022.06.15

2022.05.10"Correlated Rattling Atomic Chains Reduce Thermal Conductivity of Materials"

Advanced Materials , 17 December 2022, DOI: 10.1002/adma.202207646, 山田高広 , 山根久典 , 菅野雅博
2023.01.17

安価な鉄系正極材料の容量を２倍に , リチウムイオン電池の低コスト化と高エネルギー密度化に期待"Doubling the capacity of iron oxide-type cathodes for cost-effective Li-ion batteries"
Advanced Energy Materials , 15 January 2023, DOI: 10.1002/aenm.202203441, 小林弘明 , 本間格

Green Material
Green Process

Green Life

2023.01.20

含窒素芳香族複素環を細胞内で構築できる光反応を発見～機能性分子を光制御する光化学ツールへの応用に期待～
Organic Letters , 11 January 2023, DOI: 10.1021/acs.orglett.2c04015, 岡村秀紀 , 永次史

2023.01.30

室温でマグネシウム蓄電池から大量のエネルギーを取り出せる正極材料を開発
ーリチウムイオン電池を置き換える安価で高性能の蓄電池実現に向け大きな一歩ー
ACS Nano , 20 January 2023, DOI: 10.1021/acsnano.2c12392, 小林弘明 , 本間格

Green Material
Green Process

2023.02.01【世界初！】アクアイグニス仙台 農業ハウス 栽培用自然エネルギー利用熱源システム 開発発表 , 丸岡伸洋

Green Process

Green Process

2023.02.21

シアノバクテリアの光化学系 I 単量体 IsiA 超複合体の立体構造解明～集光性色素タンパク質の進化を紐解く契機に～
Nature Communications , 17 February 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-36504-1, 米倉功治 , 濱口祐

Measurement

Measurement

2023.03.02

マイクロメートルサイズの 微小な粉状結晶の電子構造測定に初めて成功
ー次世代半導体開発や微粒子の物性解明のブレークスルーにーNano Letters , 27 February 2023, DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04048, 組頭広志

Green Material

世界初！材料系・生命系二刀流 AI 制御の自動データ収集システムを実装したクライオ電子顕微鏡を共用開始
次世代放射光との相補利用で硬い材料から柔らかい材料までを可視化
ソフトマテリアル研究拠点
藻類の太陽光エネルギーを吸収する仕組みを解明－高効率な光エネルギー伝達デバイスへの応用に期待－
Nature Communications ,17 June 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-30962-9, 米倉功治 , 濵口祐Measurement

2023.03.02

分子を構成する原子の速度を測るスピードガンを開発― “ ナノの世界 ” の力学メカニズムの解明に挑む ―Physical Chemistry Chemical Physics , 15 February 2023, DOI: 10.1039/D3CP00339F, 髙橋正彦 , 鬼塚侑樹 , 立花佑一 , 金谷諭（大学院生）

Green Life

2022.06.16

薄膜の微小領域だけ磁石にできることを実証－高密度スピントロニクス素子への利用に期待－
Nanoscale , 06 June 202, DOI: 10.1039/D2NR02007F, S.M.F. シャヘド , 米田忠弘

Measurement

2023.03.06

ゴルジ体のカルシウムポンプの高分解能構造を決定
金属イオン輸送機構の一端をクライオ電子顕微鏡によって解明

Green Life

2022.07.01

3D プリント技術でナトリウムイオン電池最高性能を達成～連続的 3 次元多孔構造を持つ新材料「カーボンマイクロラティス」で 高容量化の限界を突破～Green Material
Green Process

2022.07.14"Cryo-electron Microscopy Captures Structure of a Protein Pump"

Science Advances , 3 March 2023, DOI: 10.1126/sciadv.add9742, 陳正豪 , 渡部聡 , 稲葉謙次

"Micro-engineered electrodes could cut battery manufacturing costs"
Small , 20 June 2022, DOI: 10.1002/smll.202202277, 小林弘明 , 本間格
2022.08.18

室温で実用的な特性を実現した Li イオン電池用高分子固体電解質の合成に成功
ミクロ多孔膜と光架橋高分子電解質の複合化で達成

2023.03.07"LED Imaging Visually Confirms Oral Suction Device Efficacy in Droplet and Aerosol Reduction"

Green Life

最先端の永久磁石材料内部の微小磁石の振舞いを３次元で透視
超高性能磁石開発に向けた保磁力メカニズム解明に一歩前進
NPG Asia Materials , 19 August 2022, DOI: 10.1038/s41427-022-00417-0, 岡本聡

Green Material

硫黄の化学状態を 50 ナノメートルの高分解能で捉える計測技術を確立－リチウム硫黄電池の反応・劣化メカニズムの解明に期待－
The Journal of Physical Chemistry C , 11 August 2022, DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c02795, 髙橋幸生 , 石黒志 , 阿部真樹（大学院生）

Measurement

2022.09.12

筋萎縮性側索硬化症（ALS）の発症機構の一端を解明
ータンパク質の高密度な凝縮構造が鍵ー
PNAS , 16 September 2022, DOI: 10.1073/pnas.2122523119, 米倉功治

Measurement

2022.09.16

炭素原子膜グラフェンに含まれる微量元素量の計測に成功
ドーピングによるグラフェン機能制御へ大きな進展！
Applied Surface Science , 12 September 2022, DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.154748, 小川修一 , 虻川匡司

Measurement

2022.10.06

放射光の発生特性を最大限に利用した 高速サンプリング時間分解軟 X 線計測手法を開発－次世代超高速スイッチング・通信デバイス開発研究の 飛躍的加速に期待－
Journal of Synchrotron Radiation , 6 October 2022, DOI: 10.1107/S1600577522008724, 木村宏之

Green Material

分子の内部構造制御で磁性をオン・オフする 新手法を開発－高密度スピントロニクス素子への利用に期待－
The Journal of Physical Chemistry C , 29 September 2022, DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c04234, 米田忠弘

Measurement

カゴメ格子超伝導を担う電子軌道を解明
ー放射光を用いた先端電子計測で照らし出すー
Physical Review Letters , 10 November 2022, DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.206402, 組頭広志

Green Process

豊富な元素からなる硫化スズで 高効率太陽電池を開発できる可能性を発見～効率向上のカギを握る大きく曲がるバンド構造を実測～

Green Material
Green Process

2022.10.18

2022.11.14

2022.12.02

Measurement

2023.03.17

XFEL と電子顕微鏡による低分子有機化合物の結晶構造解析－ 2 線源の特性を生かし、水素原子と電荷に関する情報を取得－
Nature Chemistry , 20 March 2023, DOI: 10.1038/s41557-023-01162-9, 米倉功治 , 濱口佑2023.03.22

視覚に関わるタンパク質の超高速分子動画－薄暗いところで光を感じる仕組み－
Nature , 22 March 2023, DOI: 10.1038/s41586-023-05863-6, 南後恵理子

Green Life

2023.03.27

環状構造に RNA が貫通する機能性核酸を開発－分子機械創製や RNA の機能化法への展開に期待－
Bioconjugate Chemistry , 17 March 2023, DOI:10.1021/acs.bioconjchem.3c00031, 鬼塚和光 , 桑原和貴（大学院生）, 永次史

Green Life

2023.03.30

水分解の高効率化と低コスト化につながる新しいペロブスカイト触媒を開発
ー水素エネルギー社会構築への貢献に期待ー
Chemistry of Materials , 24 March 2023, DOI: 10.1021/acs.chemmater.2c03099, 岩瀬和至 , 本間格"Researchers Invent a New Hybrid Electrolyte for High Performance Li-ion Batteries"

2022.09.05

Green Life

Journal of Prosthodontic Research , 23 February 2023, DOI: 10.2186/jpr.JPR_D_23_00013, 矢代航

iScience , 13 August 2022, DOI: 10.1016/j.isci.2022.104910, 藪浩2022.08.23

歯科治療で発生する飛沫・エアロゾルの可視化に成功 ―より清潔で安心な歯科医療環境の技術開発へ期待―Green Material

多元物質科学研究所は、「グリーン未来創造」に向かう方向の研究を強力に推進しています。この取り組みを社会に向けて可視化するには、分野・センターの区分
けは学術的な色彩が強すぎる面もあるため、「グリーン未来創造」に向けたアプローチの種別ごとにチーム化して、多元研の取り組みをより分かりやすくしました。

Green Material

エネルギー材料の創製、新エネルギー源の創製Green Process

脱 / 減 CO2 排出、資源の有効活用と循環、1F 廃炉と恒久的安全確立

Green Life

健康と安全を支える計測技術の開発、未来型医療の基礎科学構築、
未来型医療を実現する物質の創製

Measurement

電子顕微鏡、電子回折、放射光 X 線、走査プローブ顕微鏡"Large Band Bending at SnS Interface Opens Door for Highly Efficient Thin-Film Solar Cells"

The Journal of Physical Chemistry C , 30 November 2022, DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c04212, 鈴木一誓 , 川西咲子 , 小俣孝久

19東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University20

学生・研究支援

2022 年度の主な受賞・表彰 一覧
4月

2021 年度第 54 回

市村学術賞

貢献賞

国立研究開発法人 日本原子力研究開発機構

感謝状

岡本 聡
菊池 伸明

教授
准教授

福山

博之

教授

■［籏野奨学基金］多元物質科学研究奨励賞「籏野奨学基金」に基づき、多元物質科学に関連する研究分野で優れた研究成果を挙げ、将来の発展が期待できる多元研の若手研究者等（大学院生も含む）を対象として表彰を行っています。

令和 4 年度

科学技術分野の文部科学大臣表彰

科学技術賞

佐藤

卓

教授

令和 4 年度

科学技術分野の文部科学大臣表彰

若手科学者賞

中村

崇司

准教授

■［科学計測振興基金］科学計測振興賞・多元物質科学奨励賞

令和 4 年度

科学技術分野の文部科学大臣表彰

若手科学者賞

安達正芳

講師「科学計測振興基金」に基づき、様々な物質・材料（生体を含む）に対する「科学計測」技術の研究・開発において卓越した研日本顕微鏡学会奨励賞（日本顕微鏡学会第 78 回学術講演会）

森川

大輔

助教

英国王立化学会フェロー

陣内

浩司

教授

福山 真央
火原 彰秀

講師
教授

新化学技術推進協会（JACI）第 11 回新化学技術研究奨励賞

小林

弘明

講師

東北大学プロミネントリサーチフェロー（令和 4 年度第 1 回）

岩瀬

和至

助教

東北大学プロミネントリサーチフェロー（令和 4 年度第 1 回）

鈴木

一誓

助教

■ 多元研プロジェクト

日本ケミカルバイオロジー学会第 16 回年会 ポスター賞

岡村

秀紀

助教

多元研の更なる進展を目指して、多元研教員を対象に毎年「一般テーマ」と「特定テーマ」の 2 つのテーマによりプロジェク

第 23 回 酵素応用シンポジウム研究奨励賞

門倉

広

准教授

ト研究を公募し、研究費を支援しています。

7月

本多記念会

山本

孟

助教

8月

日本エネルギー学会 創立 100 周年記念論文 一般部門 優秀賞

埜上 洋
植田 滋

教授
教授

9月

鉄鋼環境基金

夏井

准教授

5月

化学とマイクロ・ナノシステム学会第 45 回研究会

6月

優秀研究賞

第 62 回原田研究奨励賞

第 13 回 (2022 年度 ) 助成研究成果表彰「鉄鋼技術賞」

俊悟

日本セラミックス協会 第 35 回秋季シンポジウム
特定セッション：先進的な構造科学と分析技術「優秀講演賞」

鈴木 一誓
川西 咲子
小俣 孝久

助教
助教
教授

第 70 回日本金属学会論文賞［材料化学部門］

藤田

伸尚

講師

10 月

2022 年「堀場雅夫賞」

中村

崇司

准教授

11 月

材料科学技術振興財団 山崎貞一賞（材用分野）

阿尻

雅文

教授

12 月

国際粉体工業展東京 2022「アカデミックコーナー～若手研究者が語る未来の粉体技術～」
日本粉体工業技術協会奨励賞 研究奨励賞

石原

真吾

助教

新家

寛正

助教

山本

孟

助教

青葉工学振興会

第 28 回青葉工学研究奨励賞

日本高圧力学会 2022 年度 奨励賞

1月

日本化学会

第 11 回女性化学者奨励賞

福山

真央

講師

日本化学会

第 41 回化学技術有功賞

工藤

友美

技術専門員

International Symposium on Advances in Multiscale Functional Materials 2023 "Innovation Award of Multiscale Functional Materials"

人コニカミノルタ科学技術振興財団
3月

令和 4 年度コニカミノルタ画像科学奨励賞

殷

澍

教授

小和田

俊行 助教

究成果を挙げた東北大学の若手の教員、ならびに「多元物質科学」に関連し優れた研究成果を挙げた大学院生等を奨励し、学術・研究等の成果の普及に寄与することを目的として表彰を行っています。
■ 多元物質科学研究所所長賞
多元物質科学研究所研究発表会において、学生または共同研究拠点・アライアンス次世代若手研究 PI による優秀なポスター発表に授与しています。

産学連携■ イノベーション・エクスチェンジの開催
多元物質科学研究所の最先端研究シーズと地元企業との出会いの場を設け、親しみやすい科学・技術の交流の場の提供と、多元研の研究への理解醸成を目的とした産学連携イベントとして継続的に開催しています。2022 年度は、新型コロナウィルスの感染拡大防止に配慮しながら、実会場とオンラインの併用で開催しました。次世代放射光施設施設をテーマに、施設に関する解説、放射光施設を用いた研究に関する講演、自治体や企業からの報告、質疑応答を行いました。
■ MaSC、BIP の活用
東北大学産学連携先端材料研究開発センター（MaSC）が開催する技術交流会への参画や、東北大学事業イノベーションセンタ
ーが実施する支援事業「ビジネスインキュベーションプログラム（BIP）」などの積極的な利用により産学連携を推進しています。

地域連携活動研究活動を通じて研究成果を広く社会へ還元するだけでなく、企業や政府機関における役職を務めることで、研究者コミュニ

日本鉄鋼協会 学術記念賞（西山記念賞）

助永

壮平

准教授

ティーに貢献をしています。また、地域社会との連携や交流の促進を目的として、様々な活動を実施しています。
「学都『仙台・

第 54 回日本金属学会研究技能功労賞

工藤

友美

技術専門員

宮城』サイエンスデイ」や「みやぎ県民大学開放講座」、「夏休み大学探検」等の教育イベントにも継続的に参画しています。

第 6 回東北大学紫千代萩賞

川西

咲子

講師

JNST Most Popular Article Award

桐島
秋山

陽
大輔

教授
助教

日本原子力学会バックエンド部会 2022 年度「奨励賞」

秋山

大輔

助教

2022 年度（令和 4 年度）化学工学会賞

石原 真吾
加納 純也

助教
教授

パワーアカデミー研究助成 2023 年成果報告会 パワーアカデミー萌芽研究優秀賞

小林

講師

技術賞

弘明

日本化学会 第 103 春季年会「若い世代の特別講演会 講演証」

小和田

電気化学会進歩賞（佐野賞）（電気化学会第 90 回大会 , (2023.3.27 ～ 29)、仙台、日本）

木村

The Environmental Science: Atmospheres best review award (2022)

玄

公益信託小澤・吉川記念エレクトロニクス研究助成基金 小澤・吉川記念賞

新家

俊行 助教
勇太

大雄
寛正

助教
助教
助教
※職名は授賞当時のものです。

21

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University22

国際共同研究・教育活動

地域

多元物質科学研究所では、海外の大学や研究機関と学術交流協定を結び、組織的かつ継続的に共同で国際ワークショップを開催し、研究協力推進を目的とした訪問団を受け入れるなど、積極的に研究者交流の促進を行い、協同研究などを推進しています。

■ 2022 年度に開催した国際シンポジウム等の例

アジア
Asia

中近東

Middle and Near East

・特別講義

国
朝鮮大学校 / Chosun University

2004*

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

2021*

タイ / Thailand

チュラロンコーン大学 / Chulalongkorn University

2011*

クウェート

クウェート科学研究所

2013

イギリス

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

1996

ルーマニア

レーザー・プラズマ・放射物理国立研究所

National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics

2006

ボルドー第一大学 / University of Bordeaux 1

2005*

アルビ鉱山大学 / Ecole des Mines d'Albi-Carmaux

2006*

放射光施設ソレイユ / Synchrotron SOLEIL

2013

ナント大学材料研究所 / Institute of Materials Jean Rouxel,University of Nantes

2014

パリ・サクレ大学 / Paris-Saclay University

2020*

ミシュコルツ大学材料科学工学研究科

Faculty of Materials Science and Engineering,University of Miskolc

2014

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

1997

イエナ・フリードリッヒ・シラー大学固体物理研究所
Institute fur Festkorperphsik, Freidrich-Schiller-Universitat Jena1999

結晶成長研究所 / Institute for Crystal Growth

2006

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

2009

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

2011*

マドリード・アウトノマ大学化学部

Chemistry Department of the Universidad Autonoma de Madrid

2013

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

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

2007

ロシア科学アカデミー固体物理学研究所

P.N.Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences

1993

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

1997

ロシア科学アカデミーレベデフ物理研究所

2000

ロシア科学アカデミー極東支部自動制御プロセス研究所

2005*

ロシア科学アカデミー地球科学・分析科学研究所

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry of Russian Academy of Sciences2013

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

2018

材料科学基礎国立研究所

Institute for Problems of Materials Science, National Academy of Science of Ukraine

2006

メルボルン大学 / The University of Melbourne

2016*

オーストラリア原子力科学技術機構（ANSTO）

Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO)

2020*

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

1998

トロント大学金属・材料科学科 / Department of Metallurgy and Materials Science,University of Toronto

1998

KuwaitRomania

北昨年に引き続き、北京科技大学の博士課程を対象とした、多元研の教授 9 名によるオンライン特別講義 "Frontiers ofMaterials Science and Engineering" を実施しました。

・国際シンポジウム

フランス
France｜ 2022 年 11 月 28 日｜東北大学 - 台北科技大学ジョイントシンポジウム（オンライン開催）
2018 年に東北大学多元物質科学研究所と台北科技大学工程学院との部局間協定が締結されてから、毎年ジョイントシンポジ
ウムを開催しており、4 回目の開催となりました。また、2019 年に東北大学と台北科技大学との大間協定が締結されたこと

ハンガリーから、学内多部局の研究者が参加し、東北大－台北科技大両機関から将来研究ビジョンを意識した Keynote 講演、新進気鋭

Hungaryの中堅・若手研究者によるプロジェクト報告や、将来共同研究に繋がりそうな話題提供講演の他、両大学の学生による Flash
Presentation も行われました。また、Poster Comperition では、両大学から３名ずつ優秀発表者（学生）を表彰しました。

・学術交流

ドイツ

Germany｜ 2022 年 6 月｜メルボルン大学とのジョイントワークショップ開催ヨーロッパ｜ 2022 年 11 月｜メルボルン大学とのジョイントワークショップおよびオーストラリア放射光施設 (AS) 見学
6 月 29 日、メルボルン大学学長ら 10 名が大野総長への表敬訪問・ナノテラス視察のために来学されました。うち、Justin

EuropeZobel 教授ら 5 名を多元研にお迎えし、メルボルン大学とジョイントワークショップをハイブリッド開催しました。

スペイン
Spain

11 月には、政府の渡航制限緩和を受け、教員９名・学生９名の計 18 名がメルボルンを訪問し、オーストラリア放射光施設(AS) の見学、およびメルボルン大学にてジョイントワークショップへ出席しました。放射光施設見学では、AS の説明を受けイタリア / Italy

るとともに、村松教授より、ナノテラスの紹介を行いました。また、ワークショップにおいては、３年ぶりに対面開催が実現し、19 件の講演および 17 件のポスター発表を行い、教員・学生を交えて交流を深め合うことができました。

■ 学術交流協定 Academic Exchange Agreements with Foreign Institutions
地域

国

中国
China

アジア
Asia

台湾 / Taiwan

韓国
Korea

機関名

1998*

北京大学 / Peking University

1999*

中国科学院長春光学精密機械物理研究所 / Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics

2000

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

重慶大学 / Chongqing University

2001*

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

2002*

鄭州大学材料工程学院 / College of Materials Engineering, Zhengzhou University

2003

Kuwait Institute for Scientific Research

Daresbury Laboratory,Council for the Central Laboratory of the Research Councils

P. N. Lebedev Physics Institute of Russian Academy of Sciences
Institute of Automation and Control Processes, Far Eastern Branch of the RussianAcademy of Sciences

ウクライナ
Ukraineオセアニア
Oceania

オーストラリア
Australia

カナダ

蘭州大学 / Lanzhou University

2007*

北京工業大学 / Beijing University of Technology

2010*

ウォータールー大学 / University of Waterloo

2006*

西南大学 材料・エネルギー学部 / Faculty of Materials and Energy, Southwest University

2017

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

1995

台湾工業技術院南分院 / ITRI South, Industrial Technology Research Institute2009

コロンビア大学理工学部地球・環境工学科 / Department of Earth and Environmental Engineering, Fu
Foundation School of Engineerigand Applied Science,Columbia University

1998

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

2009*

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

1998

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

2018

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

2008*

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

2019*

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

2015*

全北大学校 / Chonbuk National University

1991*

ソウル大学校 / Seoul National University

1998*

マサチューセッツ工科大学電子工学研究科及びマイクロシステム技術研究所
Research Laboratory of Electronics (RLE) and Microsystems Technology Laboratories（MTL),2015

韓南大学ハイブリット材料研究所

2003

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

ローレンス・バークレー国立研究所 / Lawrence Berkeley National Laboratory Advanced Light Source

2020*

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

2021*

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

東北大学 多元物質科学研究所

Russia締結年

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

成均館大学情報通信用新機能性素材及び工程研究センター

23

ロシア

* 大学間協定締結校 Agreement on the University Level

締結年

Korea

韓国

United Kingdom｜ 2022 年 11 月～ 12 月｜北京科技大学特別講義

機関名

2003

Canada北米

North America

アメリカ
USA

Massachusetts Institute of Technology (MIT)Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

24

組織図

無機材料研究部門

有機・生命科学研究部門

Division of Inorganic Material Research

Division of Organic- and Bio-materials Research

生命機能分子合成化学 ／ 永次

運営協議会

研究所長

無機固体材料化学 ／ 山田 高広

Synthesis of Organic Functional Molecules

Administration
Meeting

Director

史

Inorganic Solid State Materials Chemistry

生命機能制御物質化学 ／ 和田 健彦

スピン量子物性 ／ 佐藤

生体分子構造 ／ 稲葉 謙次

ナノスケール磁気機能 ／ 岡本

Functional Photochemistry and Chemical Biology

三役会議

研究経営戦略室Managers’ Meeting

Management Strategy
Office

教授会

Faculty Meeting

共共拠点・アライアンス組織
Joint Usage/Research Center & Alliance・CORE²協働センター

・物質創製・先端計測研究領域部会

各種委員会

Biomolecular Structure

細胞機能分子化学 ／ 水上Nanoscale Magnetism

進

Hybrid Nano System

ナノ機能物性化学 ／ 組頭 広志
Nano Physical Chemistry

Nano Biophysics

生命分子ダイナミクス ／ 髙橋聡

無機固体材料合成 ／ 山根 久典

Biological and Molecular Dynamics

研究部

附属研究施設Research Section

Annexed Research Section

研究支援部門Research Support
Section

技術室

Technical Service
Section

事務部

Administrative
Office 有機・生命科学研究部門

 金属資源プロセス研究センター

 広報情報室 機械工場

 総務課

 無機材料研究部門

 マテリアル・計測ハイブリッド
研究センター

 安全管理室 ガラス工場

 経理課

Division of Organic- and Bio-materials Research
Division of Inorganic Material Research プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

Center for Mineral Processing and Metallurgy

Materials-Measurement Hybrid
Research Center 計測研究部門

Division of Measurements(共同研究部門)

 非鉄金属製錬環境科学共同研究部門

Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy andEnvironmental Science 製鉄プロセス高度解析技術(JFEスチール)共同研究部門
Collaborative Research Division of Advanced Analysisof Iron and Steelmaking Processes (JFE steel Corporation)

 次世代電子顕微鏡技術共同研究部門

Collaborative Research Division of Advanced Electron Microscopy デクセリアルズ×東北大学 光メタセンシング共創研究所
Dexerials-Tohoku University
Photonic Meta Sensing Co-creation Research Center

Information Branch
Safety Planning Section

Machine Shop
Glass Shop

 図書室

General Affairs Section
Finance Section

聡ハイブリッドナノシステム ／ 蟹江 澄志（SRIS）

Cell Functional Molecular Chemistry

生物分子機能計測 ／ 米倉 功治

Subcommittees

卓

Quantum Spin Physics

Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

量子ビーム構造生物化学 ／ 南後 恵理子

金属機能設計／ 亀岡

有機ハイブリッドナノ結晶材料

環境無機材料化学／ 殷

高分子ハイブリッドナノ材料 ／ 西堀 麻衣子（SRIS）

物質変換無機材料 ／ 加藤 英樹

ソフト材料 ／ 客員教授 菅 裕明

ハード材料 ／ 客員教授 鈴木 清策

プロセスシステム工学研究部門

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

聡

Metallurgical Design for Material Functions

澍Environmental Inorganic Materials Chemistry

Organic and Hybridized Nanocrystals
Polymer Hybrid Nanomaterials
Soft Materials

Inorganic Materials for Chemical Transformation
Hard Materials

Library 多元CAFTAGEN Central Analytical Facility

Division of Measurements

Division of Process and System Engineering

超臨界ナノ工学 ／ 笘居 高明（FRIS）

Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies

光物質科学／ 佐藤 俊一

敦

構造材料物性 ／ 佐藤卓（兼）Structural Physics and Crystal Physics

Laser Applied Material Science

固体イオニクス・デバイス ／ 雨澤 浩史

高分子物理化学 ／ 陣内 浩司

Polymer Physics and Chemistry

Solid State Ionic Devices

環境適合素材プロセス ／ 埜上

量子ビーム計測 ／ 百生

Quantum Beam Measurements

量子フロンティア計測 ／ 矢代洋

航（SRIS）

Frontier quantum-beam metrology

Environmental-Conscious Material Processing

材料分離プロセス ／ 柴田 浩幸

量子光エレクトロニクス ／ 秩父 重英

ハイブリッドナノ粒子プロセス ／ 村松 淳司（SRIS）

放射光可視化情報計測 ／ 髙橋 幸生（SRIS）

プロセスシステム ／ 客員教授 寺嶋 和夫

固体表面物性 ／ 虻川 匡司（SRIS）

Materials Separation Processing

Quantum Optoelectronics

Hybrid Nano-particle
Process System

Synchrotron Radiation Microscopy and Informatics
Solid Surface Physics

ナノ電子プローブ回折計測 ／ 津田 健治
Nano-Electron Probe Diffractometry

金属資源プロセス研究センター

電子回折・分光計測／ 寺内 正己

Center for Mineral Processing and Metallurgy

Electron -Crystallography and -Spectroscopy

高温材料物理化学 ／ 福山 博之

High-temperature Physical Chemistry of Materials

基盤素材プロセッシング ／ 植田

Base Materials Processing

滋

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

計測 ／ 客員教授 橋詰 保

Powder Processing for Functional Materials

陽エネルギーデバイス化学 ／ 本間格

Energy Resources and Processing

Advanced Scanning Probe Microscopy

放射光ナノ構造可視化 ／ 高田 昌樹（SRIS）

機能性粉体プロセス ／ 加納 純也
エネルギー資源プロセス ／ 桐島

走査プローブ計測技術 ／ 米田 忠弘

Measurements

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Materials-Measurement Hybrid Research Center

Chemistry of Energy Conversion Devices

金属資源循環システム ／ 柴田 悦郎

量子電子科学 ／ 髙橋 正彦

Metallurgy and Recycling System for Metal
Resources Circulation

Quantum Electron Science

原子空間制御プロセス ／ 小俣 孝久

Nano/Micro Chemical Measurements

ナノ・マイクロ計測化学 ／ 笠井

Atomic Site Control in Inorganic Materials

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

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

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

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

光機能材料化学 ／ 中川勝

Photo-Functional Material Chemistry

有機・バイオナノ材料 ／ 笠井

非鉄金属製錬環境科学共同研究部門

Organic- and Bio- Nanomaterials

Collaborative Research Division of Non-ferrous
Metallurgy and Environmental Science

均

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

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門

Collaborative Research Division of Advanced Electron
Microscopy

デクセリアルズ×東北大学 光メタセンシング共創研究所
Dexerials-Tohoku University
Photonic Meta Sensing Co-creation Research Center

25

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University26

有機・生命科学研究部門

無機材料研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

Division of Inorganic Material Research

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

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

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

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

教授 ｜ Professors

教授 ｜ Professors

永次 史

Fumi NAGATSUGI

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

水上 進

Shin MIZUKAMI

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

南後 恵理子和田 健彦

Takehiko WADA

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

米倉 功治

Koji YONEKURA

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

稲葉 謙次

Kenji INABA

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

髙橋 聡

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

亀岡 聡

Hiroaki SUGA

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

濵口 祐

佐藤 卓

Taku J SATO

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

Kiyoshi KANIE

Satoshi KAMEOKA

組頭 広志

Hiroshi KUMIGASHIRA

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

殷 澍Tasuku HAMAGUCHI

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

荒木 保幸

Yasuyuki ARAKI

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

鎌形 清人

門倉 広

Hiroshi KADOKURA

哺乳動物細胞小胞体内におけるタンパク質のジスルフィド結合形成機構
Mechanisms of protein disulfide bondformation in the ER of mammalian cells

Hisanori YAMANE

Hideki KATO

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

Kiyonori SUZUKI

准教授 ｜ Associate Professors

菊池 伸明

Nobuaki KIKUCHI

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

那波 和宏

Kazuhiro NAWA

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

准教授 ｜ Associate Professors

志村 玲子

Rayko SIMURA

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

助教｜ Assistant Professors

Hirofumi KUROKAWA

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

真木 祥千子 Sachiko MAKI

岡村 秀紀

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

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

渡部 聡

天貝 佑太

Hidenori OKAMURA

講師｜ Senior Assistant Professors

Development of functional nucleic
acids and their application

Toshiyuki KOWADA

Satoshi WATANABE

金属イオン恒常性とタンパク質品質管理
機構の構造生物学
Structural biology of metal ion
homeostasis and protein quality control

髙嶋 一平

松原 正樹

Masaki MATSUBARA

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

長谷川 拓哉Ippei TAKASHIMA

Yuji ITOH

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

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

藤原 孝彰

田口 真彦

二宮 翔

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

Masahiko TAGUCHI

時分割実験と連携した計算科学による生体分子機能の理解とその応用
Understanding of biomolecular function
by computational science linked with
time-resolved experiment and its
application

Nobuhisa FUJITA

Takuya HASEGAWA

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

金城 克樹

Katsuki KINJO

中性子散乱測定による金属間化合物の
内部自由度に起因する特異な電子状態の研究 ｜ Research on unique electronic
states originating from internal degrees
of freedom in intermetallic using neutron
scattering technique

谷口 卓也

Takuya TANIGUCHI

磁壁移動現象の研究 / スピン波伝播現象の研究計算科学を活用した新規材料開発
Magnetic domain-wall motion / Spinwave propagation

助教｜ Assistant Professors

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

伊藤 優志

藤田 伸尚

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

Yuta AMAGAI

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

Takaaki FUJIWARA

Kohei YOSHIMATSU

助教｜ Assistant Professors

助教｜ Assistant Professors

Ahmed Mostafa Abdelhady

吉松 公平

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

講師｜ Senior Assistant Professors（SRIS）

小和田 俊行山根 久典

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

加藤 英樹

Shu YIN

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

Satoshi OKAMOTO

Kiyoto KAMAGATA

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

講師｜ Senior Assistant Professors

黒河 博文

岡本 聡

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

客員教授｜ Visiting Professor

准教授 ｜ Associate Professors

鬼塚 和光

蟹江 澄志 (SRIS)

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

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

客員教授｜ Visiting Professor

菅裕明

Takahiro YAMADA

Satoshi TAKAHASHI

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

西堀 麻衣子（SRIS） Maiko NISHIBORI

Eriko NANGO

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

山田 高広

新規無機化合物の探索と機能性材料の開拓
Exploration of novel inorganic compounds anddevelopment of functional materials（SRIS）

石上啓介

Keisuke ISHIGAMI

ベイズ統計と機械学習を活用した永久磁
石材料の外場応答の理解
Understanding the external field
response of permanent magnet
materials using Bayesian statistics andmachine learning（FRIS）

鈴木 博人

Hakuto SUZUKI

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

陶山 めぐみMegumi SUYAMA

構造因子の精密制御による配位子保護金
属クラスターの集積化とその機能開拓
Controlled-assembly of ligand-protected
metal cluster in atomic precision and its
application

高橋 純一

Junichi TAKAHASHI

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

志賀 大亮

Daisuke SHIGA

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

大川 采久

Ayahisa OKAWA

液相反応場を用いた機能性バルクセラ
ミックスの創出
Development of Functional Bulk
Ceramics Using Liquid Phase Reaction
Field

Sho NINOMIYA

X 線 イメー ジ ングとスペクトル シミュ
レーションを用いた不均一材料中ナノ構
造 体 の 形 成 過 程｜ Formation processof nanostructure in heterogeneousmaterials using X-ray spectroscopic
imaging and spectral simulation

吉野 隼矢

Shunya YOSHINO

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

徐 鉅威

Chu-Wei Hsu

酸窒化物光触媒による水分解
Water splitting by oxynitride
photocatalysts

助教 ｜ SAKURA プロジェクト

鈴木 仁子

27

Satoko SUZUKI

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University28

プロセスシステム工学研究部門

計測研究部門Division of Process and System Engineering

Division of Measurements

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

新規な高機能材料開発をめざして、電子、中性子、レーザー、マイクロ波、X 線、放射光などの様々な粒子や電磁波を用いて、新しい計測・解析手法開発を推進します。
また、機能発現のメカニズム解明を含めて、基盤となる原子・分子分光学、表面科学、ナノ界面科学、固体物性科学などの研究領域の新たな展開を図ります。

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

Aiming at new high-performance materials, advanced measurements and analyses methods are developed using various particles such as electrons
and neutrons, lasers, electromagnetic waves, X-rays, and synchrotron radiation. Including interpretation of the underlying mechanisms of functioning, we
will achieve a new development of the research areas of atomic and molecular spectroscopy, surface science, interfacial nano-science, and condensed
matter physics.

教授 ｜ Professors

教授 ｜ Professors

笘居 高明（FRIS）

Takaaki TOMAI佐藤 俊一

Shunichi SATO

雨澤 浩史

Koji AMEZAWA

超臨界流体を利用したエネルギー・物質変換プロセスに関する研究
Advanced process for energy/materials conversion using
supercritical fluids

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

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

埜上 洋

柴田 浩幸

村松 淳司

Hiroshi NOGAMI

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

Hiroyuki SHIBATA

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

Atsushi MURAMATSU

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

客員教授｜ Visiting Professor

寺嶋 和夫

Kazuo TERASHIMA中村 崇司

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

助永 壮平

夏井 俊悟

Takashi NAKAMURA

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

Shungo NATSUI

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

髙橋 幸生（SRIS） Yukio TAKAHASHI
次世代のコヒーレント X 線イメージング法の開発とその応用
Development of next-generation coherent X-ray imaging
method and its applications

津田 健治

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

高田 昌樹（SRIS） Masaki TAKATA

客員教授｜ Visiting Professor

Tadahiro KOMEDA

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

Kenji TSUDA

放 射 光 による 物 質の 電 子 密 度レ ベ ルで の可 視 化 構 造
科 学 の 構 築 ｜ Development of Materials Structural
Visualization Science via Synchrotron Radiation

寺内 正己

橋詰 保

Masami TERAUCHI

Tamotsu HASHIZUME

准教授 ｜ Associate Professors

關 義親

Yoshichika SEKI

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

山本 達（SRIS）

Susumu YAMAMOTO

放射光 X 線オペランド計測による触媒
表面科学の開拓
Catalytic surface science opened bysynchrotron radiation X-ray operando
measurements

嶋 紘平

Kohei SHIMA

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

Kozo SHINODA

星野 大樹

Taiki HOSHINO

コヒーレント X 線散乱手法による非平衡・不均一系のダイナミクス解析
Dynamical analysis of non-equilibrium
and heterogeneous systems by coherent
X-ray scattering technique

佐藤 庸平

Yohei SATO

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

講師｜ Senior Assistant Professors（SRIS）

江島 丈雄

Takeo EJIMA

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

講師｜ Senior Assistant Professors

木村 勇太

Yuuki UESUGI

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

丸岡 伸洋

Yuta KIMURA

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

Nobuhiro MARUOKA

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

助教 ｜ SAKURA プロジェクト

金子 房恵

Fusae KANEKO

増井 友美

Tomomi MASUI

高岡 毅

丸林 弘典

Hironori MARUBAYASHI

電子顕微鏡法を用いた結晶性高分子の階層構造とダイナミクスの解析
Analysis of hierarchical structure anddynamics in semicrystalline polymers byelectron microscopy

赤瀬 善太郎Zentaro AKASE

電子線ホログラフィーおよびローレンツ
顕微鏡法によるナノスケール電磁場計測の高度化
Advanced electron holography andLorentz microscopy for nanoscale
electromagnetic field measurements

助教｜ Assistant Professors

Tsuyoshi TAKAOKA

上田 亮介

Ryosuke UEDA山本 孟

Hajime YAMAMOTO

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

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

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

宮田 智衆

梁 暁宇

石黒 志

Tomohiro MIYATA

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

森川 大輔

東北大学 多元物質科学研究所

Shigefusa F. CHICHIBU

Hiroshi JINNAI

収束電子回折法による局所結晶構造・静電ポテンシャル
分布解析法の開発と応用｜ Development of local crystal
structure and electrostatic potential analysis and its
applications

鉄・非鉄製錬プロセス関連物質中の元素
選択的局所構造解析と化学状態評
Element selective characterizationof local structure and chemical state
in materials related to ferrous andnonferrous smelting processes

助教｜ Assistant Professors

29

秩父 重英

ワイドバンドギャップ半導体量子ナノ構造創成と時間空間分解スペクトロスコピー｜ Exploration of wide bandgap
group III-nitride and group II-oxide semiconductor
quantum structures and spatio-time-resolved
spectroscopy

陣内 浩司

電子線トモグラフィを用いたソフトマテリアルの精密構
造解析｜ Analysis of nano-structures in soft materials byelectron tomography

虻川 匡司（SRIS） Tadashi ABUKAWA

Kazuyuki IWASE

Ayano TANABE

Taku SATO (c)表面構造解析とダイナミクス計測に基づく新機能表面の創成｜ Research of new functional surfaces by analyzing
structure and dynamics（SRIS）

新規ナノ材料開発と電極触媒応用に関する研究
Development of novel nanomaterials
and application to electrocatalysis

田辺 綾乃

Wataru YASHIRO

篠田 弘造

講師｜ Senior Assistant Professors

上杉 祐貴

矢代 航（SRIS）

佐藤 卓（兼）量子ビーム実験を用いた構造物性研究
Structural science of materials using quantum beam
experiments

Sohei SUKENAGA

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

岩瀬 和至

Atsushi MOMOSE

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

米田 忠弘

准教授 ｜ Associate Professors

小澤 祐市

百生 敦

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

Daisuke MORIKAWA

Xiaoyu LIANG

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

Takatoshi MATSUMOTO

4D-STEM 法 に よ る 結 晶 界 面・ ナ ノ ド
メ イ ン 構 造 の 局 所 構 造・ 静 電 ポ テ ン
シ ャ ル 分 布 解 析 ｜ Local structure andelectrostatic potential analysis of crystal
interface and nanodomain structuresusing 4D-STEM

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

Fakruddin Shahed

羽多野 忠

2 硫化モリブデンを用いた原子層薄膜
FET による化学種を識別する FET 分子センサーの開発とオペランド・原子操作
FET 特 性 評 価 ｜ Development of MoS2based FET sensor for the detection ofmolecular species

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

Nozomu ISHIGURO

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

道祖尾 恭之Yasuyuki SAINOO

複合計測法による実空間観察に基づいた振動分光法の開発
Development of vibrational spectroscopy
based on real space imaging by
combined measurements（SRIS）

Tadashi HATANO

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University30

金属資源プロセス研究センター

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

Materials-Measurement Hybrid Research Center

金属資源プロセスセンターは、金属の選鉱・製精錬プロセスをはじめとして、廃棄物資源化プロセス、核燃料プロセス、資源循環・処理プロセス、都市鉱山プロセスなどに対して、社会基盤を支える金属の選鉱・製精錬の英智を再創造し、新しい金属資源プロセスの未来を追求します。

マテリアル・計測ハイブリッド研究センターでは、高分子・ハイブリッド材料の創製及び応用展開を物質創成学と計測学とのハイブリッドな研究展開により推進し、現代社会の材料開発ニーズと密に連携した新たなマテリアル計測化学を実現し、未来社会の具現化に貢献します。

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

This research center promotes the study of innovative molecular / macromolecular hybrid materials and measurements for their applications related
to demands of modern society. On the basis of new materials-measurement science and technology, it will contribute to the creation of future society.

教授 ｜ Professors

教授 ｜ Professors

福山 博之

Hiroyuki FUKUYAMA

高温反応場を用いた機能材料の創製と熱物性計測法の開発High-temperature processes and measurements ofmaterials

桐島 陽Akira KIRISHIMA

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

小俣 孝久

植田 滋

Shigeru UEDA

本間 格

加納 純也

Junya KANO

機能性粉体プロセスの創成とシミュレーションによる粉体プロセスの最適化
Development of New Functional Powder Processing andOptimum Design of Powder Processing by Numerical
Simulation

高温素材プロセス
High temperature material processing

Itaru HONMA

ナノテクノロジー、先端機能材料プロセッシングと次世
代蓄電池
Nanotechnology, advanced functional materials
processing, and next-generation secondary battery

柴田 悦郎

Etsuro SHIBATA

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

中川 勝

Masaru NAKAGAWA

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

渡邉 昇

Noboru WATANABE

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

准教授 ｜ Associate Professors

Makoto OHTSUKA

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

大野 真之

Masahiko TAKAHASHI

Saneyuki OHNO

先端機能材料開発と全固体電池
Development of advanced functional
materials and all solid state battery

西原 洋知（AIMR）

Tomohiro NISHIHARA

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

笠井 均

芥川 智行

Tomoyuki AKUTAGAWA

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

Hitoshi KASAI

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

准教授 ｜ Associate Professors

Takahisa OMATA

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

大塚 誠

髙橋 正彦

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

打越 雅仁

Masahito UCHIKOSHI

高純度精製技術を活かした非鉄金属製錬法の改善と新規開発
Novel non-ferrous metallurgy based on
the technology of ultrahigh purification

髙井 千加

Tomoya OSHIKIRI

Chika TAKAI

粒子の構造設計と機能化および評価手法の確立
Structural Design, Functionalization, andEvaluation of Particles

講師｜ Senior Assistant Professors

福山 真央
村上 美和

押切 友也

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

Mao FUKUYAMA

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

Miwa MURAKAMI

固体高分解能 NMR によるイオン伝導体の解析
Application of high-resolution solid-state
NMR to ion-conduction materials

助教｜ Assistant Professors
講師｜ Senior Assistant Professors

安達 正芳

鬼塚 侑樹
Masayoshi ADACHI

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

鈴木 一誓

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

中辻 博貴

石原 真吾

Shingo ISHIHARA

菅野 杜之

Moriyuki KANNO

ナノテクノロジーと先端機能材料プロ
セッシング
Nanotechnology and advanced
functional materials processing

久志本 築

Kizuku KUSHIMOTO

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

安達 謙

Ken ADACHI

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

秋山 大輔

玄 大雄

Masao GEN

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

出倉 駿

Shun DEKURA

機能性有機材料の開発と物性開拓
Development of functional organic
materials and exploration of physicalproperties

Daisuke AKIYAMA

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

Hirotaka NAKATSUJI

カーボン系材料のマイクロ・ナノ構造の制御とそのバイオマテリアル応用
Bio application of micro-nano structure
controlled carbon-based materials

助教｜ Assistant Professors

粒子法シミュレーションによる破砕のモ
デリングと粉体プロセス設計
Modeling and Simulation of Particle
Breakage and Design of Powder
Processing

Yuuki ONITSUKA

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

Issei SUZUKI

Tomoyuki YAMASAKI

小関 良卓

Yoshitaka KOSEKI

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

鈴木 龍樹

Ryuju SUZUKI

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

吉井 丈晴

Takeharu YOSHII

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

新家 寛正

Hiromasa NIINOMI

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

有田 稔彦

Toshihiko ARITA

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

水素化物材料の電子デバイス応用
Application of hydride materials toelectronic devices

ヘラー ニチヤ Nithya HELLAR
MRI/NMR による電池材料の解析
Application of MRI/NMR to Battery
Materials

助教 ｜ SAKURA プロジェクト

英 穂波

31

Honami HANABUSA

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University32

非鉄金属製錬環境科学共同研究部門

住友金属鉱山共同研究ユニット

製鉄プロセス高度解析技術 (JFE スチール ) 共同研究部門

Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy
and Environmental Science

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

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

福山 博之 教授（兼任）

製鉄プロセス / 数学モデル / プロセス解析 / 極低炭素プロセス

村松 淳司 教授（兼任）

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

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

柴田 浩幸 教授（兼任）
打越 雅仁 准教授
Masahito UCHIKOSHI, Associate Professor
masahito.uchikoshi.b5@tohoku.ac.jp
研究テーマ： 高純度精製技術を活かした非鉄金属

製錬法の改善と新規開発
Novel non-ferrous metallurgy based on
the technology of ultrahigh purification

・Development of technology for ultra-low carbon iron and steelmaking processes
・Comprehensive understanding of multi-phase flow in packed bed processes
・Development of analyzing techniques for thermal, materials flow and reactions
・Development of advanced process simulator of ironmaking blast furnace

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

客員教授
Division of Organic- and Bio-materials Research

修一

nogami@tohoku.ac.jp

Shuichi OGASAWARA, Visiting Professor

非鉄製錬業の安定的発展のために

高効率・環境対応製鉄技術に向けて

社会基盤の基である金属素材の安定供給のためには、製錬業の安

人類社会の基板材料である鉄鋼を製造するプロセスの低炭素化

非鉄金属製錬業界
関係学協会

定的発展が望まれます。国内製錬業は、国内資源が乏しいことに加え、近年の鉱石の劣質化や、国際的競争の激化など、厳しい状況にさらされています。銅、亜鉛、鉛、アルミニウム、貴金属類などのは、国際的かつ喫緊の課題です。この課題解決のためには、従来のプロセス効率改善に加えて従来技術に縛られない製鉄法の開発が必要です。そのためには熱力学的なプロセス原理に加えてプロ生産に関わる非鉄金属製錬業が持続的に発展するためには、セス内の反応物や熱エネルギーの供給や固体原料の運動や破壊の1. 鉱石及び都市鉱山からの有価金属抽出技術の先進化

制御といった動力学的なプロセス技術の高度化が不可欠です。

2. ゼロエミッション化を目指した環境負荷副産物を活用する機能性材料開発
3. 未活用鉱石からの有価金属の効率的抽出技術の開発

析の技術を用いて、製鉄プロセス内のマルチフェーズ・マルチフィジックス・マルチスケールの化学・物理現象の解明を通じて、
極低環境負荷製鉄技術の実現を目指します。

ス研究センターとの密接な協力関係のもと、非鉄金属製錬が抱える課題解決を目的とする研究を中心軸に据え、研究を通した社会人、との連携による産業の振興を図ります。

工学研究科

For Stable Development of Non-ferrous
metallurgical Industry

Toward Highly Efficient and Environmentally
Low Impact Iron and Steelmaking Processes

研究部門と関連組織との連携
CrIIICl3∙6H2O crystal

New speciation mechanism

dissolution[Cr III Cl 3(H 2O) x] 0

[Cr III (H 2O) 4] 3+[Cr III Cl(H 2O) 3] 2+ Cl[CrIIICl2(H2O)i]+
3 ≥ i ≥2 −−Cl

transformation[CrIIICl4(H2O)2]−[Cr III Cl 3(H 2O) 2] 0

H 2O

H 2O
Cl−

Cl−

Cl−

H 2O

H 2O
apparent speciation

H 2O

Cr

Cl

O

H

Fig. New speciation mechanism of chromium aqua and chloro
complexes dissolving into aqueous solution.
[M.Uchikoshi et al., RSC Advances, 12 (2022), 32722–32736]

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

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

図環境科学研究科

Flow path analysis in packed bed

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

34

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

Stable development of the metallurgical industry is desired forsteady supply of metallic materials which are the fundamentals
of infrastructure for society. The metallurgical industry is
exposed to severe situation. For sustainable development of
the non-ferrous metallurgical industry, the following issues
must be resolved.
1. Advancement of extraction technology,
2.Development of functional materials utilizing
environmentally unfriendly by-products,
3. Development of efficient extractive metallurgy from unusedores,
Furthermore, cultivation of human resources involving in thisfield is also important.
Collaborative Research Division of Non-ferrous Metallurgy andEnvironmental Science enters the second term from 2023. It
is aimed at cultivation of human resources by practical mindededucation and stimulation of non-ferrous metallurgical industry
collaborating with industrial society.

コークス充填層内の溶鉄・溶融スラグ・ガスの流動解析

金属資源プロセス
研究センター
研究センター

大学生・大学院生の実践的教育による人材育成、非鉄金属製錬業界

Division of Inorganic Material Research

本共同研究部門は 2023 年度から第二期を迎え、金属資源プロセ

教育

本共同研究部門は、最先端の現象モデリングおよびプロセス解

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

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

研究

非鉄金属製錬環境科学
共同研究部門有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

小笠原

Hiroshi NOGAMI, Professor(C)Shungo NATSUI, Associate Professor(C)・極低炭素製鉄プロセス技術の開発
・充填層プロセス内における多相流動の体系的解明
・製鉄プロセス内の熱・物質流動と反応の解析技術開発
・高炉の高度数学シミュレーターの開発

Hiroyuki SHIBATA, Professor(C)埜上 洋 教授（兼任）夏井 俊悟 准教授（兼任）Atsushi MURAMATSU, Professor(C)・High efficiency of pyro- and hydro-metallurgy based on systematic
understanding of fundamentals
・Development of low grade ore smelting
・Verification and expansion of the basic thermodynamic parameters ofnonferrous metallurgy
・Preparation of ultrahigh purity materials and their intrinsic properties

33

専門分野・キーワード

Hiroyuki Fukuyama, Professor(C)Collaborative Research Division

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

共同研究部門

専門分野・キーワード

デクセリアルズ×東北大学

光メタセンシング共創研究所

次世代電子顕微鏡技術共同研究部門

Dexerials-Tohoku University
Photonic Meta Sensing Co-creation Research Center

Collaborative Research Division of Advanced Electron Microscopy

Electron microscopy for polymer materials ／ Cryogenic electron microscopy ／Electron energy-loss spectroscopy ／ Soft X-ray emission spectroscopy
主な研究テーマ
・ソフトマテリアル対応電子顕微鏡技術の開発
・クライオ電子顕微鏡技術に関する応用研究
・エネルギー分析技術の精度向上
・Development of a new electron microscopy for polymer materials
・Improvement of cryogenic electron microscopy for materials application
・Improvement of EELS and SXES methods

寺内 正己

専門分野・キーワード

教授（兼任）
Masami TERAUCHI, Professor(C)光／情報／メタセンシング／ソリューション
Photonics ／ information ／ meta-sensing ／ solution

masami.terauchi.c4@tohoku.ac.jp

陣内 浩司 教授（兼任）

米倉 功治 教授（兼任）

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

Yohei SATO,
Associate Professor(C)

Hironori MARUBAYASHI,
Senior Assistant Professor(C)

宮田 智衆

助教（兼任）Tomohiro MIYATA,
Assistant Professor(C)森川 大輔

助教（兼任）
Daisuke MORIKAWA,
Assistant Professor(C)用電子顕微鏡の開発・生産を行っている日本電子株式会社と共有し、大学の研究者と企業の技術者の協働により、新たなマテル分野への広がりが見られ、新たな電子顕微鏡技術が新たなマ

リアルイノベーションを加速する新たな電子顕微鏡技術として

テリアルイノベーションにとってますます重要となってくる。

社会へ発信することを目指す。

本共同研究部門においては、本学の電子顕微鏡技術シーズを商※運営総括責任者※運営支援責任者

kazuya.hayashibe.a3@tohoku.ac.jp

masaru.nakagawa.c5@tohoku.ac.jp

赤毛 勇一

早川 俊昭

特任准教授
Yuichi AKAGE,
Specially Appointed
Associate Professor

客員教授
Toshiaki HAYAKAWA,
Visiting Professor

湖海 結菜

特任助教
Yuina KOKAI,
Specially Appointed
Assistant Professor

光と情報が織りなす近未来社会の実現に貢献する次世代研究の展開
デクセリアルズは、企業ビジョン「Value Matters 今までなかった
また、具体的な共同研究テーマの探索と推進の取組みを通して、ものを。世界の価値になるものを。」のもと、電子部品、接合材料、
超高速光通信・未来エネルギーに関わる高度技術人材層を厚くし、光学材料など機能性材料の開発・製造・販売を手掛けるメーカーで、未来社会を担う人材の育成を推進します。
微細加工の量産技術として独自のロール to ロール方式を有しております。
デクセリアルズ（株）
東北大学
光メタセンシング共創研究所では、
社会課題解決への貢献
デクセリアルズグループが有する独
微細表面加工・アライメント技術
光をコントロールする技術
半導体開発基盤によるナノレベルでの自技術である微細加工技術や光半導
ロール to ロール方式での異種接合形成技術・超高精度計測技術
体技術と、東北大学が保有する高精
インプリント量産技術・光デバイス技術
度計測、微細加工と原子・ナノレベ
微細加工応用製品
ルでの接合・積層化の学術を組み合（拡大図）
高速光通信素子
わせた研究テーマの探索に取り組みます。そして、IoT 社会を支える高速光通信や光センシングなどのフォトニクス分野において、未だ開拓されていない領域やこれまでにない水準
センサー応用での新技術・製品・ソリューション
拡散マイクロ
反射防止フィルム
2波長PDの創出を目指しています。
レンズアレイモスアイタイプ（※㈱京都セミコンダクター製品）

Division of Inorganic Material Research

Structural and spectroscopic analyses based onelectron microscopy (EM) are critical technologies
not only for inorganic materials but also for novel
polymeric and bio-related materials (hereafter called"soft-materials") at a high spatial resolution. To clarify
the functional mechanisms of the soft-materials fromthe atomic-scale, further developments of instrumental
and analytical techniques using EM are required.
This collaborative division with JEOL develops suchnext-generation EM techniques suitable for softmaterials, made public to the academic and industrial
communities in the future.

(1) Pursuit and expansion of joint research subjects
By utilizing our mass production imprint technology using high-precision
microstructure roll together with high-sensitivity photodiode optical devices, we will
explore new technologies, products, and solutions in photonics field such as highspeed optical communications and sensing that will lead to creation of new businessarea at unprecedented levels.
(2) Human resource development
We will develop personnel that can play central roles in the new era in photonics
industry field.

Masaru NAKAGAWA,
Professor(C)レーザー加工孔版印刷＋光ナノインプリント形成による極限ナノ造形※2022.3 より デクセリアルズグループ

Carry out next-generation research to realize our near-future society composed of photonics
and information.
In addition, we will accelerate development of personnel thatcan play central roles in the new era in these fields.
Division of Process and System Engineering（例）Dexerials 特有の微細加工技術

Roll to Roll方式による連続形状転写の概念図
微細構造
原盤
微細構造形成済みのフィルム

紫外線硬化型樹脂（液状）フィルムの流れ方向
フィルム基材東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

36

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

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

Dexerials Corporation is a manufacturer providing functional
materials for use in smartphones, automobiles and otherdomains in accordance with its corporate vision, Value Matters Unprecedented innovation, unprecedented value.
This Research Center will have an operating structure underwhich highly skilled specialists from both parties will work
together to further step up academic-industrial collaborationand expand joint studies. Tohoku University owns science andtechnology in new materials, high precision measurement,ultra-fine processing and bonding and stacking at atomic andnanometer levels, while Dexerials Group holds technologies
in materials, micro-nano fabrication and other processing andoptical semiconductors. Based on these technologies, we will
aim to create new technologies, products and solutions in thefield of photonics at unprecedented levels in unexplored areas.

紫外線光源

35

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

Developments of new electron microscopy techniques for soft-materials

Outline of activity

中川 勝 教授（兼任）Kazuya HAYASHIBE,
Specially Appointed Professor

Division of Organic- and Bio-materials Research

電子顕微鏡は、マテリアル・デバイス開発の分野に広く利用されるだけでなく、ポリマーやたんぱく質など新たなマテリア（１）共同研究テーマの探索と拡大推進
量産を実現している高精度な微細構造 Roll 型を用いたインプリント技
術、高感度なフォトダイオード光デバイスの技術を活用し、高速光通信
やセンシングをはじめとするフォトニクス分野において、まだ開拓されていない領域やこれまでにない水準での新技術・製品・ソリューション
の創出につながる具体的な共同研究テーマの探索と推進を行う（２）人材育成
フォトニクス分野において次世代を担う人材を育成する

林部 和弥 特任教授

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

次世代電子顕微鏡技術開発

主な活動内容Collaborative Research Division

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

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

生命機能分子合成化学研究分野

生命機能制御物質化学研究分野

Synthesis of Organic Functional Molecules

Functional Photochemistry and Chemical Biology

Fumi NAGATSUGI Lab

Takehiko WADA Lab

永次史研究室

和田健彦研究室

専門分野・キーワード
ケミカルバイオロジー／核酸医薬／外部刺激応答型機能分子／光励起状態解明と活用

教授
Takehiko WADA, Professor

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

fumi.nagatsugi.b8@tohoku.ac.jp

Chemical Biology ／ Oligonucleotide Therapeutics ／ External Function Controllable
Material ／ Analysis and Utilization of the Photo Excited State

takehiko.wada.d3@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ准教授
Yasuyuki ARAKI, Assosiate Professor

鬼塚 和光

准教授
Kazumitsu ONIZUKA, Assosiate Professor

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

Hidenori OKAMURA, Assistant Professor

アハメド モスタファ アブデルハディ

助教
Ahmed Mostafa Abdelhady, Assistant Professor

鈴木 仁子

助教（SAKURA）
Satoko SUZUKI, Assistant Professor

Division of Organic- and Bio-materials Research

遺伝子発現の化学的制御を目指したケミカルバイオロジー
生命機能制御分子系構築と制御戦略の提案・光励起状態解明と活用

ゲノム解析が終了し、実際に蛋白質として発現される遺伝子はわずか 2％のみであり、残りの 98% はタンパク質をコードしない、

当研究室では、DNA や RNA などの核酸そしてタンパク質など

noncodingRNA(ncRNA) として生体機能の維持調節に極めて重要な働きをしていることが明らかとなってきています。これらの遺

O

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O
O

O
NH

作用を発現しない安全・安心な癌細胞や脳梗塞など虚血細胞選択に設計・合成し、既存の分子ではできない新たな機能を持つ人工分子の開発を目標に研究を行っています。既に私たちの研究室で

N

O

O
O

Neutral pH

H
N

O
NH

O

H target RNA
H N
N

O

NH

O

OH

N

N
N

N
O

O B O
OH

O O
P
O O

O

O O
P
O O

HN
O

O

Cancer Cell (pH 5.8)

Normal Cell (pH 7.2)

Works as Effective Oligonucleotide Therapeutics

的人工核酸医薬の創製や、キメラ人工核酸と名付けた細胞内でCancer Cell

RNaseH を活用し標的 RNA の高効率触媒的切断機能を付与した人

DNA duplex

No Complexation: No Off-Target Effects

targetRNA
PRNA

nucleiTranslation

Division of Inorganic Material Research

Effective Oligonucleotide Therapeutics Function

Fig1 ナノバイオ分子機能の on-off 制御

野まで幅広い研究を展開しています。

Alkylation to G4
O O
N N
NH
N
O

N

O
O

O

O

OMe

N

N

N

H N

N H
H

N
O RNA

HN
N

O

O

N

H
N
O

M

SampleTheory

2+
･2Cl‐

+ -

 ,  , c, l  const .

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

Fig2 和田研で構築した高感度・高時間分解の有する CD 測定装置

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

38

Division of Process and System EngineeringO

G-quartet(G4) DNA

photoreaction systems using proteins and otherbiopolymers as chiral reaction media for the trying torealize of a sustainable society.

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

RNA

Wada Laboratory aims to utilize biopolymers such as
nucleic acids and proteins as next-generation intelligent
nano-biofunctional materials through rational design,synthesis, and physicochemical methods to evaluate
their function. For example, 1. Design and synthesis ofcancer cell-selective artificial nucleic acid therapeutics
that respond to the specific environment of ischemic
cells such as cancer cells and cerebral infarction cells
and suppress side effects on normal cells, 2. design andsynthesis of chimeric artificial nucleic acid therapeutics
that efficiently and catalytically cleave target RNA
with RNaseH and demonstrate the efficacy of theconcept at cell and animal levels have been conducted.
Furthermore, we have been working in a wide rangeof fields from organic chemistry to physical chemistry
and biochemistry, including the design and synthesis ofnovel circularly polarized luminescent organic materials
based on the elucidation of the photoexcited states,
and the construction of supramolecular asymmetric

S

Cross-linking to target
RNAS

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

Construction of molecular systems to control biological functions and elucidation andutilization of the photo-excited states

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

Cancer Cell Specific
Recognition andComplexation

光反応系構築などを、有機化学から物理化学、そして生命化学分て研究を行っています。

O

OH

生体関連分子を不斉反応場として活用する環境調和型超分子不斉功しています。現在、さらなる高機能化人工分子の開発を目指しN

HN

く新規円偏光発光有機材料設計指針構築、そしてタンパク質などすことが分かってきた核酸高次構造に結合する分子の開発にも成PRNA HN

OH

N

N

O

実験に取組んでいます。さらに有機分子の光励起状態解明に基づ制御に成功しています。さらに、遺伝子発現で重要な機能を果た

H target RNA
H N
N

OH
B
OH

工核酸医薬の設計・合成、そして細胞・動物試験での有効性実証の反応性で架橋形成する人工核酸を開発し、効率的な遺伝子発現

O
HOや低酸素状態疾患細胞に特有の環境に応答し、正常細胞では副の研究室では、細胞内で遺伝子発現を制御する機能性分子を独自

N H

HN

機能 / 物性解明を中心に研究を推進しています。例えば、癌細胞とから、新たな創薬標的としての期待も高まっています。私たち東北大学 多元物質科学研究所

PRNAの活用を目指し、論理的設計・合成と物理化学的手法を活用した

伝子発現制御機構における破たんは、様々な病気の原因になるこ

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

Peptide Ribonucleic Acid (PRNA)

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

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門▪ Development of artificial nucleic acids with highly efficient target RNA cleavage activities▪ Development of cancer cell-specific artificial nucleic acids medicines▪ Development of cancer cell-specific drug delivery systems▪ Constraction of Supramolecular asymmetric photochirogenesis utilizing biopolymers as chiralreaction media▪ Development of novel circularly polarized luminescent (CPL) organic materials based on
photoexcited state control

は高機能を持つ核酸医薬として、標的遺伝子に対しピンポイント

37

荒木 保幸

▪高効率触媒的標的 RNA 切断機能付与型人工核酸の創製▪癌細胞選択的薬効発現人工核酸の開発▪癌細胞選択的薬物運搬システムの開発▪生体高分子を不斉反応場とする超分子不斉光化学の構築▪光励起状態制御基づく新規円偏光発光有機材料設計指針構築

岡村 秀紀 助教

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

和田 健彦

Collaborative Research Division

永次 史

教授
Fumi NAGATSUGI, Professor

遺伝子発現制御／機能性人工核酸／クロスリンク剤／機能性 RNA

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

生体分子構造研究分野

細胞機能分子化学研究分野

Biomolecular Structure

Cell Functional Molecular ChemistryKenji INABA Lab

Shin MIZUKAMI Lab

稲葉謙次研究室

専門分野・キーワード

Kenji INABA, Professor

bioimaging ／ fluorescent probe ／ photofunctional molecule ／ protein engineering

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

kenji.inaba.a1@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

Hiroshi KADOKURA, Assosiate Professor

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

門倉 広 准教授
渡部 聡 助教
Satoshi WATANABE, Assistant Professor

天貝 佑太 助教
Yuta AMAGAI, Assistant Professorっています。本研究室では、細胞が有するタンパク質品質管理シ
ステムと金属イオン濃度恒常性維持機構の生理的機能と作用機序を、構造生物学・生化学・プロテオミクス・細胞生物学的手法を駆使し、解明することを目指しています。特に最近、ヒト細胞の小胞体におけるシステインの酸化還元を介したネットワークとカ
ルシウムイオンや亜鉛イオン濃度を調節する膜トランスポーター

shin.mizukami.a6@tohoku.ac.jp

小和田 俊行 助教

主な研究テーマ

・生物活性を可視化する蛍光センサーの開発
・疾患機構や生命現象を調べる為の蛋白質−小分子ハイブリッド材料の開発
・光を用いて生体分子活性を操作する技術の開発
・高輝度レーザー顕微鏡技術に有用な光耐性蛍光色素の開発
・酵素機能の解明と新規機能性蛋白質の創出

Toshiyuki KOWADA, Assistant Professor

髙嶋 一平 助教
Ippei TAKASHIMA, Assistant Professor

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

Division of Organic- and Bio-materials Research

細胞内には、その恒常性を維持するための巧妙な仕組みが備わ

Shin MIZUKAMI, Professor

化学に基づいた細胞機能の可視化と制御
生体内および生細胞内では、蛋白質・核酸・糖などの様々

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な生体分子が相互作用しながら機能しています。それらの生

グナル伝達などの生体機能を選択的に検出する蛍光プローブ

体分子の真の役割を解明するには、他の生体分子との相互作や、光照射によって結合の切断や構造変化を引き起こすケー用が保たれた状態、すなわち生きた状態でそれらの挙動・機ジド化合物・フォトクロミック化合物を用いた酵素や受容体能を観察することが重要です。当研究室では、有機化学・高の活性制御技術の開発などを行います。これらの機能性分子

分子化学・蛋白質化学等の技術に基づいて新たな機能性分子を蛍光顕微鏡観察と組み合わせることにより、生きた状態にを設計・合成し、光などを用いた生体分子の可視化技術や機おける生体分子の機能や疾患機構の本質に迫ります。

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

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

水上 進 教授

バイオイメージング／蛍光プローブ／光機能性分子／蛋白質工学

Collaborative Research Division

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

稲葉 謙次 教授

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

水上進研究室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Development of functional molecules to image and regulate biomolecules in living samples

Toward elucidation of cellular mechanisms underlying protein and metal ion homeostasis

In a living body and cell, various biomolecules suchas proteins, nucleic acids, and sugars function byinteracting with each other. To understand their precise
biological functions occurring within a cell, it is important
to investigate the activities or behaviors of thesetarget molecules in living systems, where all of these

Division of Inorganic Material Research

されます。

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

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

40

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

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

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

39

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生物分子機能計測研究分野

生命分子ダイナミクス研究分野

Nano Biophysics

Biological and Molecular Dynamics

Koji YONEKURA Lab

Satoshi TAKAHASHI Lab

米倉功治研究室

米倉 功治 教授
Koji YONEKURA, Professor

High-resolution cryo-EM ／ Electron 3D crystallography ／ AI data collection ／Tomographykoji.yonekura.a5@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

Tasuku HAMAGUCHI, Assosiate Professor

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

黒河 博文 講師

濵口 祐 准教授

Hirofumi KUROKAWA, Senior Assistant Professor

髙橋 聡 教授

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

Collaborative Research Division

高分解能クライオ EM ／電子線三次元結晶構造解析／ AI データ測定／
トモグラフィー

Satoshi TAKAHASHI, Professor
satoshi.takahashi.a6@tohoku.ac.jp

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

鎌形 清人 准教授
Kiyoto KAMAGATA, Assosiate Professor

主な研究テーマ

伊藤 優志 助教

・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

Yuji ITOH, Assistant Professor

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

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

タンパク質や有機分子は、複雑な立体構造を形成して、機能を発現します。本研究室は、最先端のクライオ電子顕微鏡 (EM) 技術を用いて、より高い分解能、高い精度でこれらの試料の構造を決定し、その機能解明を目指します。AI 自動データ測定やデータ解析などの技術開発も進めます。
電子線は物質と強く相互作用するため、タンパク質の一分子の像が得られます。この特性を利用するのが単粒子解析で、タンパク質

タンパク質は、20 種類のアミノ酸が一次元的につながっした一分子蛍光観察法を用いることで、タンパク質のフォーた高分子であり、生体中においてさまざまな機能を発揮する

ルディング過程を直接観察し、タンパク質構造の構築原理の

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

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

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

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

Division of Organic- and Bio-materials Research

クライオ EM でタンパク質、有機分子の構造メカニズムに迫るの原子の配置が得られます。構造変化や揺らぎを捉えることもでき、

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

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

構造ダイナミクス研究も可能です。また、極微小な結晶からでも回Division of Inorganic Material Researchては、電子線トモグラフィーにより立体構造を解析します。
放射光 X 線も相補的に利用し、構造形成、安定化、機能発現に直結する水素原子や電荷の情報も可視化し、複雑な分子の構造メカ
ニズムに迫ります。

単粒子解析構造とクライオ電子顕微鏡

Advanced cryogenic electron microscopy ofproteins and organic molecules

Dynamics of protein folding and function basedon single molecule fluorescence spectroscopy

微小結晶の電子線三次元結晶構造解析

東北大学 多元物質科学研究所

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

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

Division of Process and System Engineering

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

42

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

41に調べることができます。細胞組織や大きく不均一な複合体に対し無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

折が得られるため、電子線三次元結晶解析では分子構造をより詳細

量子ビーム構造生物化学研究分野

高分子ハイブリッドナノ材料研究分野

Quantum Beam-based Structural Biology and Chemistry

Polymer Hybrid Nanomaterials

Eriko NANGO Lab

Maiko NISHIOBORI Lab

南後恵理子研究室

西堀麻衣子研究室

南後 恵理子 教授

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

eriko.nango.c4@tohoku.ac.jp

Eriko NANGO, Professor

藤原 孝彰 助教

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

Takaaki FUJIWARA, Assistant Professor

田口 真彦 助教
Masahiko TAGUCHI, Assistant Professor

・Protein structure analysis by X-ray free electron lasers
・Development of protein dynamic structural analysis tools
・Activation mechanism of G-protein coupled receptors
・Rational molecular design based on dynamic structural information

専門分野・キーワード
有機－無機ハイブリッドナノ材料／時空間階層構造／ダイナミクス／放射光 X 線分析
organic-inorganic hybrid nano-materials ／ hierarchical structure on multiple time andspace dynamics ／ synchrotron x-ray analysis

西堀 麻衣子 教授（SRIS）

Collaborative Research Division

Maiko NISHIBORI, Professor
maiko.nishibori.d8@tohoku.ac.jp

真木 祥千子 講師（SRIS）

主な研究テーマ

Sachiko MAKI, Senior Assistant Professor

・高分子−セラミックスハイブリッドナノ材料の合成・機能性無機材料表面へのポリマーブラシ修飾と界面相互作用の解明
・X 線分光法と計算科学の融合による材料中の原子拡散挙動の追跡
・放射光 X 線を用いた不均一材料の元素選択的な反応解析

二宮 翔 助教（SRIS）
Kakeru NINOMIYA, Assistant Professor

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

Division of Organic- and Bio-materials Research

タンパク質が機能する瞬間を量子ビームで捉える
放射光分析を駆使したハイブリッドナノ材料の階層構造ダイナミクス

タンパク質は、細胞情報伝達、生体内触媒反応、貯蔵や輸送を行うなど、生命現象を支える重要な生体構成物質です。多数のア空間のスケールで複雑な階層構造を形成しています。量子サイズ

味が持たれてきました。しかし、ナノサイズであるタンパク質が、効果などの新規な物性や優れた機能を発現するナノ粒子を有機分

高速の時間スケール（フェムト秒～ミリ秒）で動く様子を原子の子や高分子と複合化すると、相分離や自己組織化、化学状態・局動きまで詳細に捉えるには新たな技術が必要です。当研究室では、所構造変化など時空間のスケールに応じた興味深い現象が生じまX 線自由電子レーザー、放射光、電子線などの量子ビームを用いて、す。こうしたナノ複合材料の階層構造がなぜ特異な機能を発現すタンパク質の中で実際におこっている化学変化や構造変化を可視るか、どうやってそのような構造を形成するのかを理解すること化し、例えば、光に応答するタンパク質のスイッチ機構や、ユニは、新たな複合材料の開発に必要不可欠です。私たちはハイブリークな反応を触媒する酵素の反応機構などを明らかにしていきま

ッドナノ材料の構造と機能の相関を正しく理解するために、構造す。また、得られた精密な構造情報を基にタンパク質分子の合理形成過程や熱・光・応力など外場下における原子の化学状態・構造・的設計と新機能をもつ分子の創製を目指します。

ダイナミクスを、高輝度放射光 X 線を用いてマルチスケールで可Division of Inorganic Material Research

ソフトマテリアルや生体材料は、ナノからミクロに至る広い時

おり、機能を発揮する際にどのような構造の変化を起こすのか興

視化しています。階層的な物質構造化学を深化させ、新奇な機能を担う新原理の発見を目指します。

東北大学 多元物質科学研究所

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

組織形成素過程を特定原子に着目した局所構造・電子状態変化から追跡
A

B

C

その場XAFS

D573K 10h 熱処理後673Kでの熱処理

673K 0h

顕微蛍光X線分析
573 K

10µm

673K 7h
熱処理後

Division of Process and System Engineering

In our laboratory, we use a quantum beam such as an
X-ray free-electron laser, synchrotron radiation, or anelectron beam to visualize actual chemical and structuralchanges in proteins. For instance, we will reveal
the switching mechanism of light-sensitive proteins
and the reaction mechanism of enzymes catalyzing

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

673K 10h 熱処理後

Zn K

熱処理によりXANESスペクトルの特徴量が数段階に変化

673 K

9650

9660

9670

9680

9690

高温
9700 9710

Energy / eV

10µm

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

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

44

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

A protein is one of the biomolecules that are essential
to the phenomena of life, such as cell signaling, in vivo
catalytic reactions, storage and transport. A threedimensional structure of a protein, which consistsof a number of amino acids, is closely related to its
function, and there has been an interest in how a protein
structurally changes when it functions. However, newtechniques are needed to capture the movement of
nano-sized proteins on a fast time scale (femtoseconds
to milliseconds) at an atomic level.

Normalized µ(E)Capturing structural changes in proteins at work by quantum beams

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

ミノ酸から成るタンパク質の立体構造はその機能と深く関連して

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

43

X 線自由電子レーザー／ X 線結晶構造解析／時分割測定／合理的タンパク質設計

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

無機固体材料化学研究分野

スピン量子物性研究分野

Inorganic Solid State Materials Chemistry

Quantum Spin Physics

Takahiro YAMADA Lab

Taku J SATO Lab

山田高広研究室

佐藤卓研究室専門分野・キーワード

Takahiro YAMADA, Professor

inorganic materials science ／ Zintl compounds ／ thermoelectric materials ／low-temperature synthesis process

takahiro .yamada.b4@tohoku.ac.jp

佐藤 卓 教授

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

taku@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

・多元系金属間化合物を対象とした熱電材料の開拓
・固体窒素源を用いた金属窒化物の合成プロセスの開発と応用
・新規極性金属間化合物の探索と、機能性材料への応用
・非酸化物セラミックスの新規低温合成プロセスの開発

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

・Development of thermoelectric materials based on multinary intermetallic compounds
・Development and application of synthetic processes of nitrides using solid nitrogensources・Synthesis and characterization of novel polar intermetallics for the development offunctional materials
・Development of a low-temperature synthesis process for non-oxide ceramics

スピンの動的性質を直接観測することのできる中性子非弾性散乱

1Energy, E / eVNa

また、それらの物性評価や機能発現のメカニズムの検証を実験や0を主たる実験手法としています。近年量子系の性質をその連続変-1形に対する不変性（トポロジー）を用いて理解する方法論が盛ん-2に研究されています。電子系におけるトポロジカル絶縁体はその-3代表的な例です。我々はこのようなトポロジカルな性質を磁性体-4理論計算によって行うことで、熱電材料、硬質セラミックス・金

-5

DOS

ー物質 Ba2CuSi2O6Cl2 においてトポロジカルな磁気準粒子励起を(b)発見しました。他にも磁性体中のトポロジカルな磁気テクスチャーである磁気スカーミオンの遅いダイナミクスの解明等、電子ス
ピン集団のトポロジカルな性質の解明が進んでいます。

Division of Inorganic Material Research

新規金属間化合物 NaMgBi の結晶構造と電子構造
Novel intermetallic compound NaMgBi; the crystal structure and calculated
electronic structure.

(a,b) Observed dispersions of triplons along H (or K) with the K (or H) integrated around(a) K (or H) = 0, or (b) K (or H) = -1. The integration range is |K| (or |H|) < 0.1.
(c) Calculated modeled dispersions with the fictitious magnetic field shown by the arrows.

究であると考えます。

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

9TiO2 + 8BN + 18Na
1000–1100˚C

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

Quest for novel quantum phases and elucidation of themin correlated-many-electron or quantum-spin systems is
at the heart of condensed matter physics for decades,
and has been our mission. Neutron inelastic scattering
is a powerful tool to achieve this goal, enabling us
to directly observe spin dynamics in condensed
matter. Recently, the advantage of using invarianceon continuous deformation (topology) becomes widely
recognized for elucidating physical properties of manybody quantum systems; a celebrated example may
be electronic topological insulator. We searched forsuch topological states in quantum magnets, and foundtopologically nontrivial quasiparticles (triplons) in thequantum dimerized antiferromagnet Ba 2CuSi 2O 6Cl 2.

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

Division of Process and System Engineering

50 µm

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

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

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

46

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

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

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

発見につながる可能性もあり、大学において継続して行うべき研(a)における素励起（準粒子）に対して探索し、量子反強磁性ダイマ
Γ X M Γ Z R A Z|XR|M A
k-pathを開拓することを目指します。こうしたボトムアップ型の研究は、従来の材料の概念を一転させるような性能や機能を有した物質のDivision of Organic- and Bio-materials Research

2

Mg
Bi

(c)

の探索とその解明を目指しています。この目的を達成するため、有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

規化合物の探索的な研究や、新規合成法による純良な試料の合成、

Katsuki KINJO, Assistant Professor

我々のグループでは電子スピンの多体相関による新奇な量子相

窒化物や金属間化合物などの無機化合物も材料としての高いポテかにされていないものが数多く存在します。本研究分野では、新金城 克樹 助教

中性子非弾性散乱を用いた量子スピン系や遍歴磁性体のスピンダイナミクス研究

無機材料の多くは金属や合金，酸化物が用いられていますが、れていないものや、既知化合物であってもその機能が十分に明ら

Kazuhiro NAWA, Assosiate Professor

・Development of neutron inelastic spectroscopy・D evelopment 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

新しい無機化合物・機能性材料の開拓と新規合成法の開発

ンシャルを有しています。多元系の無機化合物には、まだ見出さ

Taku J SATO, Professor

那波 和宏 准教授

主な研究テーマ

属材料，超伝導体などの非酸化物系化合物を中心とした新規材料

45

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

Collaborative Research Division

山田 高広 教授

無機物質科学／ジントル化合物／熱電材料／低温合成

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

ナノスケール磁気機能研究分野

ハイブリッドナノシステム研究分野

Nanoscale Magnetism

Hybrid Nano System

Satoshi OKAMOTO Lab

Kiyoshi KANIE Lab

岡本聡研究室蟹江澄志研究室

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

satoshi.okamoto.c1@tohoku.ac.jp

有機無機ハイブリッドナノ粒子／ハイブリッド液晶／ナノ粒子ミストデポジッション／
人工リン脂質材料

Satoshi OKAMOTO, Professor

Organic-Inorganic Hybrid Nanoparticles ／ Hybrid Liquid Crystals ／Nanoparticles-based Mist-Deposition ／ Phospholipids-based Artificial Materials

菊池 伸明 准教授

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

主な研究テーマ

Nobuaki KIKUCHI, Associate Professor

Takuya TANIGUCHI, Assistant Professor

石上啓介 助教

スの高性能化の鍵となります。例えば，マイクロ波周波

断熱的挙動

イオの枠組みにとらわれず、自由な発想であらたな機能性材料を設計・合成しています。なかでも複数の材料の長所を “ ハイブリ・パワエレ受動素子

サイズ

波アシスト磁気記録方式 ) により、ハードディスクの記

m

録密度を飛躍的に高められると期待されています。またを超えた相乗機能の発現、すなわち、あらたな機能性材料の発見に繋がります。
この思想の元、これまでに、i) 無機ナノ粒子への自己組織性の付

歳差運動

与による量子効果の制御、ii) 霧化して塗布することで機能性薄膜

nmとなるナノインク、iii) 可逆的な刺激応答性を有する脂質二分子膜

ロな永久磁石特性を決定付けており、高性能化を実現するための表面磁化状態の制御手法について研究を進めています。当研究分野では、このナノスケールにおける磁気機能解明とその制御に軸足を置き、次世代高性能磁気

ns

s

ms

材料 など、“ ハイブリッド化 ” に基づく機能性材料を世に送り出時間

強磁性体の時間，サイズに対するスピンダイナミクス挙動とその応用してきました。豊かな将来のため、これからもあらたな機能性材料の発見に取り組みます。

有機無機ハイブリッドデンドリマー：
ナノ配列によるナノ粒子の量子効果制御

デバイスの創出を目指しています。

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

Functional materials have large potentials for our sustainable
future life. From this viewpoint, development of novel
functional materials is an indispensable target for scientists toimprove qualities of future society and life. To date, we havedesigned and synthesized novel-types of functional materials
beyond the conventional frameworks of organic, inorganic,
and biochemical syntheses. Especially, "hybridization" of
unique features of materials is not only become a simple
technique to combine the properties but also lead to induce
novel-functions through synergistic effect of the materials.
Based on this concept, we have successfully developed
hybrid functional materials such as i) quantum effect-tunable
nanoparticles by the control of the nanoparticle-based selforganized structures, ii) nanoinks to obtain functional thinfilms by mist-deposition, and iii) stimuli-responsive artificial
phospholipids forming lamella and giant vesicle structures.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

Division of Process and System Engineering

東北大学 多元物質科学研究所

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

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

48

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

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

Division of Inorganic Material Research

おいても、ナノスケールでの粒子表面の磁化状態がマクッド化 ” することは、長所の単なる重ね合わせに留まらず、予想

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

電気自動車の高性能モーターに不可欠な永久磁石材料にす。それ故、あらたな機能性材料の開発は、未来をより豊かなものとする上でとても大切です。私たちは、従来の有機・無機・バ

energybarrier Eb

磁化反転機構

数領域のスピンの振舞いを制御する記録技術 ( マイクロDivision of Organic- and Bio-materials Research

ナノスケールでの磁気機能解明と高制御化が磁気デバイ

Megumi SUYAMA, Assistant Professor

機能性材料は、私たちの豊かな生活を支える縁の下の力持ちで熱活性型磁化反転

でのスピンの振舞いにより発現するものです。つまり、

陶山 めぐみ 助教

有機・無機・バイオにわたる多元精密合成に基づく機能性材料

エネルギープロファイル挙動な磁気デバイスの多様な機能性は、すべてナノスケール

松原 正樹 講師

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

社会の至るところで広く活用されています。これら様々

kanie@tohoku.ac.jp▪ Design and Synthesis of Organic-Inorganic Hybrid Nanoparticles▪ Liquid Phase Precise Synthesis of Inorganic Nanoparticles Controlled in Size andShape▪ Development of Functional Thin Films by Mist-Deposition Method▪ Design and Synthesis of Stimuli-responsive Artificial Phospholipids and Control of theMacro-scale Self-Organized Structures▪ Development of Novel-type Extraction Process by Molecular-level Design of Taskspecific Ionic Liquids

Keisuke ISHIGAMI, Assistant Professor

ナノスケールでの強磁性体の機能解明と高性能磁気デバイスの創出
強磁性体は情報通信、電子部品、モーター、発電機など、

Kiyoshi KANIE, Professor

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

谷口 卓也 助教

蟹江 澄志 教授

Collaborative Research Division

岡本 聡 教授

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

47

専門分野・キーワード

磁性材料／磁気計測／スピンダイナミクス／高周波磁気応答

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

ナノ機能物性化学研究分野

無機固体材料合成研究分野

Nano Physical Chemistry

Inorganic Crystal Structural Materials Chemistry

Hiroshi KUMIGASHIRA Lab

Hisanori YAMANE Lab

組頭広志研究室

山根久典研究室

Hiroshi KUMIGASHIRA, Professor
Functional nanomaterials ／ Oxide electronics ／ Surface and interface physical properties ／kumigashira@tohoku.ac.jp
Photoemission spectroscopy

吉松 公平 准教授

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

Kohei YOSHIMATSU, Assosiate Professor

志賀 大亮 助教
Daisuke SHIGA, Assistant Professor▪ Control and design of novel functionalities of oxide nanostructures▪ Exploration of multi-functionalities based on oxide nanostructures and application to
助教（FRIS）
novel devices
Hakuto SUZUKI, Assistant Professor▪ Characterization of electronic, magnetic, and orbital structures at the surface andheterointerface using synchrotronradiation analysis▪ Development and application of photoemission spectroscopy and x-ray absorption
spectroscopy

鈴木 博人

を示すものがあります。いわば「天才児」達です。当研究室では、
この「天才児」の振る舞いを高輝度放射光を用いて可視化し、そ志村 玲子 准教授

主な研究テーマ

Rayko SIMURA, Assosiate Professor

・新規多元系無機固体物質探索と構造解析および結晶化学的研究
・活性金属を利用した非酸化物系セラミックスの新規合成プロセスの開拓
・多元系窒化物および酸化物蛍光体の探索
・X 線異常散乱を利用した結晶構造中のサイト・元素解析

高橋 純一 助教
Junichi TAKAHASHI, Assistant Professor

・Synthesis, crystal structure analysis, and characterization of new multinary inorganic
compounds
・Synthesis of nitrides, carbides and silicides using a Na flux
・Development of novel synthetic routes for advanced ceramic materials using active
metals・Structure analysis for direct determination of site occupancy for a specific element using
X-ray anomalous scattering

多元系新規無機化合物の合成と結晶構造化学
多種元素の組み合せからなる無機化合物には未開拓の物質群が数多く存在し、既知の材料にはない特性をもつ物質が潜んでいる可能性がある。当研究室では固体化学の観点から、新規多元系無る。新規物質の発見が直ちに実用材料に結びつくことは希だが、いう酸化物ナノ構造を原子レベルで制御しながら「つくる」技術

未知の物質で有用な特性が見出される可能性があり、多元系で生と、放射光を用いた先端計測（角度分解光電子分光・内殻吸収分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、当研究融合するにより、酸化物の類い希な物性を設計・制御しながら新Division of Inorganic Material Research

加え、金属ナトリウム（Na）などの金属融液を活性反応場とする

ナノ構造を基盤として、有機物質や原子層物質などとのヘテロ構

新たな合成方法を研究し、従来法では合成が困難な条件での単結造を設計・合成することで、次世代エレクトロニクスに向けた新晶や多孔体など様々な形態の無機材料合成と、新たな機能を有す

機能の創成を目指しています。

るセラミックス素材の開拓を目指している。

Control and design of novel functionalities in oxide nanostructures
absorption spectroscopy using synchrotron radiation,
which enable us to probe these structures in the nmscale region.

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

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

N‐centered Sr octahecron

Division of Process and System Engineering

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

containing zigzag chains of Sn4 polyanions

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

50

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

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

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

室では、セラミックス素材の作製法として一般的な固相反応法にしい機能性ナノ物質の開拓を推進しています。さらには、酸化物

東北大学 多元物質科学研究所

hisanori.yamane.a1@tohoku.ac.jp

Hisanori YAMANE, Professor

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んでいます。具体的には、酸化物分子線エピタキシー（MBE）と光など）という化学・電子状態を「みる」技術とを高いレベルで

49

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

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、の知見に基づいて新たな機能性ナノ物質を開発することに取り組

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

山根 久典 教授

Division of Organic- and Bio-materials Research

酸化物の中には、高温超伝導や光触媒などの驚くべき機能物性

無機構造化学／固体材料化学／セラミックス／材料合成

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

酸化物ナノ構造を自在に設計・合成し、新しい機能物性を創造する。

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

組頭 広志 教授

機能性ナノ物質／酸化物エレクトロニクス／表面・界面物性／放射光電子分光

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

金属機能設計研究分野

環境無機材料化学研究分野

Metallurgical Design for Material Functions

Environmental Inorganic Materials Chemistry

Satoshi KAMOKA Lab

Shu YIN Lab

亀岡聡研究室殷澍研究室metallurgy for catalytic materials ／ intermetallics ／ quasicrystals ／ hypermaterials

Satoshi KAMEOKA, Professor
satoshi.kameoka.b4@tohoku.ac.jp

藤田 伸尚 講師

主な研究テーマ
・金属間化合物とその組織制御を用いた新奇触媒材料の創製
・金属箔型触媒材料のメタラジ―
・貴金属代替合金触媒材料に関する研究
・ハイパーマテリアルの新規創製・構造解析・物性評価
・準結晶関連物質の電子構造と構造安定化メカニズム

Nobuhisa FUJITA, Senior Assistant Professor・C reation of novel catalytic materials using intermetallic compounds and theirmicrostructure control
・Metallurgy for structured metallic catalysts
・Research on precious metals alternative alloys
・Novel creation, structural analysis, and physical property evaluation of hypermaterials
・E lectronic structure and structural stabilization mechanism of quasicrystal-relatedmaterials

り組んでおり、得られた知見に基づいてハイパーマテリアルの触媒材料としての応用の可能性を探求しています。最近のす。研究の柱は、バルク金属を対象として優れた触媒機能を成果として、例えば、触媒的に不活性と思われてきたバルク持つ金属・合金触媒を設計・調製することであり、特に各種状金でも触媒活性サイトとなる低配位数（配位不飽和）のサ

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

レンの部分水素化活性を示すようになるなど新奇機能の発見っています。また同時に、準結晶関連物質（ハイパーマテリとその活性発現機構の提案を行いました。

アル）の新規合成や X 線構造解析、構造モデリングにも取Shu YIN, Professor

Mixed Anion Compounds ／ Solvothermal Process ／ Morphological Control of Ceramics ／ shu.yin.b5@tohoku.ac.jp
Environmental Responsive Functionality

長谷川 拓哉 講師

主な研究テーマ

Takuya HASEGAWA, Senior Assistant Professor

・環境に優しいプロセスによる機能性無機材料の開発
・複合アニオン型高感度可視光応答光触媒の合成とマルチ機能性の実現
・無機紫外線／赤外線遮蔽及び透明導電性薄膜の開発
・半導体ナノ材料のガスセンサー特性
・希土類含有光機能性ナノ材料の合成

大川 采久 助教
Ayahisa OKAWA, Assistant Professor

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

我々は、金属学に基づく視点から新たな構造と機能を有す
る金属・合金に関する基礎研究および材料開発を行っていま

殷 澍 教授複合アニオン化合物／ソルボサーマルプロセス／セラミックスの形態制御／
環境応答機能ソルボサーマル反応による環境応答性無機ナノマ
テリアルの創製
形態制御可能な環境応答性無機ナノ材料の創製とエネルギーや環境に関連した高度機能性開発を行っている。主に環境に優しい
ソフトケミカル手法による材料合成を行い、特に高温水や非水溶媒を利用するソルボサーマル反応等の溶液化学反応を用い、複合アニオン化合物の合成や電子構造制御を行う。環境に優しい反応
条件で環境応答性無機ナノ材料の形態・結晶化度・結晶相・粒子
サイズの精密制御を行い、環境調和・エネルギーの高効率利用・
フォトンや化学物質による環境応答等の無機機能材料の創製及びCreation of Environmental Responsive
Inorganic Nanomaterials by Solvothermal
Reaction

東北大学 多元物質科学研究所

Division of Process and System Engineering

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

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

3+3+導入層状ペロブスカイトのイメージ図
Ce
Ce
導入層状ペロブスカイトのイメージ図
3+-introduced
Schematicimage
imageforfornovelnovel CeCe3+
-introducedlayered
layeredperovskite
perovskite
Schematic

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

52

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

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Division of Inorganic Material Research

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

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

機能性高度発現に関する研究を展開している。

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

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

金属学に基づく新奇金属触媒材料創製と新規合金構造モデルの提案

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

亀岡 聡 教授

金属触媒材料／金属間化合物／準結晶／ハイパーマテリアル

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

物質変換無機材料研究分野

超臨界ナノ工学研究分野

Inorganic Materials for Chemical Transformation

Supercritical Fluid and Hybrid Nano Technologies

Hideki KATO Lab

Takaaki TOMAI Lab

Photocatalyst ／ Inorganic material chemistry ／ Energy conversion

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

主な研究テーマ
・光触媒による水分解・光電気化学的エネルギー変換
・バイオマス変換のための固体酸塩基触媒の開発
・物質変換のための新物質開拓
・Photocatalytic water splitting
・Photoelectrochemical energy conversion
・Development of solid acid-base catalysts for biomass conversion
・Exploration of new inorganic compounds

吉野 隼矢 助教
Shunya YOSHINO, Assistant Professor

徐 鉅威 助教
Chu-Wei Hsu, Assistant Professor

変換のための無機材料開発を行っています。酸化物、硫化物、酸
窒化物、およびリン酸塩など多様な無機物質を対象として、結晶構造、構成元素、表面構造などの観点から無機材料の高機能化を図っています。人工光合成では半導体光触媒による水分解に注力
し、より長波長の光に応答し、より高い量子収率で水を分解できる光触媒系の構築を目指し、バンドポテンシャル制御による応答
波長と反応特性制御、反応活性点導入およびキャリアトラップ制
御のための表面修飾、そして合成プロセスおよびポスト合成処理

ロセス開発も行っています。さらに，無機材料化学の視点から光触媒や固体酸塩基触媒として機能する新物質の設計・開拓も行っています。

Construction of highly active inorganic materials for chemical reactions

Kazuyuki IWASE, Senior Assistant Professor▪ Nanomaterials synthesis in supercritical fluid▪ Control of multi-scale hierarchical structure of nanomaterial▪ Innovative hydrothermal electrochemical processes for carbon neutral▪ Highly efficient material-energy conversion using nanomaterials▪ Development of highly efficient electrochemical devices by precise design of catalystselectrolyte interface

超臨界流体による革新的ナノ材料創製と革新的物質変換プロセス開拓
超臨界状態では水と有機物が均一に混ざり合うなど、通常の圧
力 , 温度では為しえない溶媒物性操作が可能となります。この超

4OH−

臨界流体の特徴を利用すると、通常合成できないユニークなナノ材料が合成できます。我々の研究では、材料合成プロセス独自設

30 nm

計により新規ナノ材料を開発し、それらの材料を低温廃熱や再生

5 nm

O2

Development of novel nanomaterials forelectrochemical energy conversion

可能エネルギーで駆動する革新的物質―エネルギー変換プロセスの触媒材料に展開することを目指して研究を行っています。物質の組成・構造を始め、ナノ粒子の分散・凝集（ポーラス構造）に至る複階層構造を精密に制御することでプロセス・デバイス特性

Control ofFacet,
Composition,
andAggregationの向上に取り組んでいます。
さらに上記の超臨界流体の物性に着目し、超臨界・亜臨界流体
を反応場として用いた電気化学変換系、具体的には二酸化炭素電
解や水電解に応用し、高温高圧の電気化学系の学理構築にも取りControl of multi-scale hierarchicalstructure of nanomaterial

組んでいます。上記を通じて、持続可能な社会の実現に貢献することを目指します。

Development of Novel Nanomaterials and Innovative Material Conversion Processes
Using Supercritical Fluids
electrolysis. Through our research efforts, we aim toestablish scientific principles for high-temperature, highpressure electrochemical energy conversion systems
and contribute to realizing a sustainable society.
Renewable energy
Waste heat

CO2

Biomass( CO 2) C O 2 + 2 H + + 2 e - → C O + H 2O
(Biomass) CH2O + 2H+ + 2e- → CH2 + ２H2O
( Wa s t e p l a s t i c s ) CH 2 + H 2 O → CO + 2 H 2

Waste
Plastics

Fuel (wastes)

Division of Process and System Engineering

The high controllability of solvent properties isthe advantage of supercritical fluid. For example,
supercritical water is miscible with organic compounds.
The unique characteristics of supercritical fluids enable
the synthesis of unique nanomaterials that cannot be
synthesized under conventional synthesis process. Our
research group aims to develop innovative chemical
process driven by low-temperature waste heat andrenewable energy by designing unique nanomaterial.
We are working on improving process/device by
precisely controlling multi-scale hierarchical structureof nanomaterial from the composition and crystalline
structure to the dispersion/aggregation (porous)
structure.
Moreover, we are developing electrochemical materialenergy conversion systems using supercritical andsubcritical fluids as reaction fields by focusing on theirunique properties, specifically carbon dioxide and water

MeOH⇓
Ethylene
Propylene⇓
Fundamental
chemicals

Our target: Carbon circulation utilizing renewable energy and waste heat

53

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

54

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

Our research interest is focused on construction of highperformance inorganic materials for artificial photosynthesis
and biomass conversion, which are very important techniquesin sustainable society. For artificial photosynthesis, we aremaking an effort to construct semiconductor photocatalysts
with response to longer wavelengths and higher quantum
yields. To achieve it, we examine control of band gaps
and reactivity of electrons/holes through band potential
tuning, surface modification for introduction of active sites
and control of carrier traps, and synthesis processes. We
also study properties of complex oxides as solid acidbase catalysts for biomass conversion. In addition, we are
exploring new inorganic compounds capable of application tophotocatalysts and solid acid-base catalysts.

▪ 超臨界流体によるナノ材料の高度制御合成▪ ナノ材料の複階層構造制御▪ 炭素循環に資する革新的水熱電気化学プロセス▪ ナノ材料を用いた高効率物質―エネルギー変換▪ 界面精密設計による高性能電気化学デバイス開発

Division of Inorganic Material Researchらの有用化学物質製造のための固体酸塩基触媒開発および反応プ

takaaki.tomai.e6@tohoku.ac.jp

岩瀬 和至 講師

主な研究テーマ

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門に着目して光触媒開発を進めています。また，バイオマス資源かSupercritical fluids ／ Nanomaterials ／ Process engineering ／ Electrochemistry ／Carbon neutral

Takaaki TOMAI, Professor

Division of Organic- and Bio-materials Research

当研究室では持続可能社会に不可欠な人工光合成やバイオマス

笘居 高明 教授（FRIS）

超臨界流体／ナノ材料／プロセス工学／電気化学／カーボンニュートラル

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

持続可能社会のための高機能な物質変換無機材料開発

専門分野・キーワード

Collaborative Research Division

光触媒／無機材料化学／エネルギー変換

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

笘居高明研究室

Waste heat

加藤英樹研究室

光物質科学研究分野

固体イオニクス・デバイス研究分野

Laser Applied Material Science

Solid State Ionic Devices

Shunichi SATO Lab

Koji AMEZAWA Lab

佐藤俊一研究室

雨澤浩史研究室

専門分野・キーワード

laser ／ photonics ／ materials science ／ electron optics

雨澤 浩史 教授

固体イオニクス／エネルギー変換／オペランド分析／電気化学

Shunichi SATO, Professor

Koji AMEZAWA, Professor

solid state ionics ／ energy conversion ／ operando analysis ／ electrochemistrysato@tohoku.ac.jp

koji.amezawa.b3@tohoku.ac.jp

小澤 祐市 准教授

主な研究テーマ
・高強度光の場における物質変換プロセス
・構造化した光の発生とビーム特性の解析
・構造化した光を用いたナノイメージングと新規レーザー加工法
・フェムト秒パルスレーザー加工
・レーザー光と電子の相互作用主な研究テーマ
・燃料電池／蓄電池の高性能化・高信頼性化
・電気化学エネルギー変換デバイス評価のための高度オペランド分析技術の開発
・ヘテロ界面における電気化学現象に関する基礎研究
・新規固体イオニクス材料の設計と創製

Yuichi KOZAWA, Associate Professor

上杉 祐貴 助教
Yuuki UESUGI, Assistant Professor

中村 崇司 准教授
Takashi NAKAMURA, Associate Professor

木村 勇太 助教
Yuta KIMURA, Assistant Professor

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

田辺 綾乃 助教（SAKURA）

・Material conversion process in intense optical field
・Generation and analysis of structured light・Development of nano-imaging and novel laser processing by structured light・Femtosecond laser pulse processing
・Interaction between laser light and electron

Collaborative Research Division

佐藤 俊一 教授

レーザー／フォトニクス／材料科学／電子光学

Ayano TANABE, Assistant Professor

光と物質との相互作用の研究を進め、新しい材料の創成や機能の

(a)

(b)

発見、プロセスの開発などを大きな目標としています。現在進めている主たる研究テーマは、高強度光の場における物質変換プロセス開発と、構造化した光に関する総合的な研究、レーザー光と電子の相互作用に関する研究です。具体的には、集光したフェム

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

く、高温／制御雰囲気／通電といった特殊なデバイス動作環

燃料電池や蓄電池など、環境にやさしいエネルギー変換デバ

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

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

Division of Organic- and Bio-materials Research

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、環境問題、エネルギー問題を解決し、持続可能社会を実現

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

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た新規物質の合成、光（電磁波）の振幅、位相、偏光に空間的な構造を持たせた光（構造化した光）を設計・合成し、未知なる光の特性の開拓とレーザ

5 µm

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

光と電子の相互作用を利用した、光による電子の位相と振幅の空間的な制御方法の開発を進めています。

Multidisciplinary research of photonics and materials science(b)

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

Division of Process and System Engineering(a)a focused femtosecond laser pulse as a field for new
non-equilibrium, nonlinear, and ultrafast processes.
Designing and synthesizing of structured light withinhomogeneous spatial distributions of amplitude, phaseand polarization for its comprehensive basic and appliedresearch on laser processing and super-resolution
microscopy are also our important research projects.
Moreover, we are developing a method for spatiallycontrolling the phase and amplitude of electrons by lightusing the interaction between light and electrons.

500 nm
Structured light innovates (a) super-resolution microscopy and (b) high speed three-dimensional
microscopy. In (a), each bead was clearly recognized in the lower righthand side. In (b), Brownian
motion of floating beads is volumetrically imaged.

55

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

56

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

We are intentionally and intensively attempting to makethe best use of the excellent properties of lasers for theadvancement of materials science. The state-of theart photonics technologies are our useful and essential
tools. Our current research themes are the developmentof material conversion processes in high-intensity lightfields, comprehensive research on structured light, andresearch on the interaction between laser light andelectrons. Concretely, we are involved in the synthesisof new materials using a strong optical field formed by

無機材料研究部門

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

ー加工や超解像顕微鏡などへの総合的な基礎と応用研究、さらに、

5 µm

有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

環境にやさしいエネルギー変換デバイスの実現・普及に向けて

光科学と物質科学の融合研究

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

環境適合素材プロセス研究分野

材料分離プロセス研究分野

Environmental-Conscious Material Processing

Materials Separation Processing

Hiroshi NOGAMI Lab

Hiroyuki SHIBATA Lab

埜上洋研究室柴田浩幸研究室

process simulation ／ transport phenomena ／ multiphase flow ／ thermal engineering埜上 洋 教授

専門分野・キーワード
ケイ酸塩／熱物性／凝固結晶成長／精錬プロセス／その場観察柴田 浩幸 教授

Hiroshi NOGAMI, Professor

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

Hiroyuki SHIBATA, Professor
hiroyuki.shibata.e8@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

助永 壮平 准教授

nogami@tohoku.ac.jp

夏井 俊悟 准教授

主な研究テーマ
・素材製造プロセスの多相反応シミュレータ開発
・新規エネルギー変換・貯蔵・回収プロセスの開発
・反応・移動現象高効率化のための境膜制御技術開発
・充填層内分散相挙動の幾何的・トポロジカル解析
・相変化を伴う融体の界面ゆらぎ構造形成メカニズムの解明

Shungo NATSUI, Associate Professor

丸岡 伸洋 助教
Nobuhiro MARUOKA, Assistant Professor

・Reaction process simulator for material production
・Development of energy recovery, conversion and storage
・Boundary layer control to improve reaction and transport processes
・Geometrical/Topological analysis of behavior of dispersed phase in packed bed
・Exploration of formation mechanism of interfacial fluctuation structure of phase change
melts

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

Collaborative Research Division

プロセスシミュレーション／移動現象／多相流／熱工学

Sohei SUKENAGA, Associate Professor

素材の精錬・製造・リサイクルの各種プロセスでは、さまざま

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。

行します。その原理を理解し、プロセスの高効率化を実現するに新的プロセスの開発などがあり、その実現のためには、熱力学的は、異相間の化学的、物理的な分離過程を明らかにする必要があなプロセス原理に加えてプロセス内部で生じる微視的な現象や原ります。そのために欠かせないのが、高温での各相や異相間の界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

AlO4面の化学的、物理的性質です。例えば溶融ケイ酸塩や金属融体のります。本研究分野では、環境適合型のプロセス開発に向けて、

熱伝導率、粘性は高温の精錬プロセスで極めて重要な働きをしま

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

す。これらの物性値はその物質の構造を敏感に反映するため、物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AlO５性の発現機構を物質の構造との関連から解明しています。このよ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

Measurement ofphysical properties

また、材料の分離プロセスや結晶成長に関わる界面での反応機構

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。

-Viscosity-Thermal conductivity
etc.

を、高温での反応場の直接観察を通じて解明しています。これら

また、新たな熱エネルギー回収および貯蔵プロセスの開発も進めを基に実際の素材製造プロセスの高効率化や新規プロセスの開発
不混和二融体の分離過程

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

Structuralcharacterization

Division of Inorganic Material Research

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

ロセス研究の融合』をモットーに研究を進めています。

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-NMR-Ramanetc.

を目指しています。

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

Gas formation between matte/magnetite

Solidification

Micro segregation imaging

Division of Process and System Engineering

Copper smelting

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

Large n-type SnS grown by flux method1200 ºC

SO2 formation
SampleHigh-speed imaging of envelope flame formed around FeS2 sample

200 µm500 µmControl of material processes through original visualization technique57

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University58

プロセスシステム工学研究部門

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

Recycling, refining and solidification processes ofmaterials are important to sustain high efficiency
process for manufacturing products. Each material
separation process is governed by many chemical andthermophysical properties of materials and interfaces
among materials. "Fusion of materials processing
research and physicochemical property research" is our

無機材料研究部門

うに、材料物性とプロセスは密接に関わるため、『物性研究とプ化を行い、これらの知見を先端の熱流体解析手法を用いた熱流体

For the reduction of energy and material resources
consumption in base metals production, improvementof process efficiency, enhancement of flexibility to raw
material resources and development of novel processes are
required. One of our approaches for this issue is numerical
process simulation to reproduce and evaluate the materials
production processes, based on the theories of multiphasefluid dynamics, reaction kinetics, thermodynamics, thermal
fluid engineering, transport phenomena, powder technology,
and so on. Using the results of the process analysis and thefruits obtained through the modeling of unit operations, weare trying to develop novel material production technology.
Additionally, we are trying to develop new processes forrecovery and storage of thermal energy.

Silicate meltな元素から成る固体・液体・気体が互いに高温で反応しながら進その方策として、現行プロセスの高効率化、資源対応の強化、革ています。

Division of Organic- and Bio-materials Research

高効率素材製造プロセスのための高温界面物理化学

鉄鋼に代表される各種基盤材料の製造プロセスは、その製造量の膨大さから、資源・エネルギーの消費量も膨大で、これらを抑有機・生命科学研究部門

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

反応性熱流体解析による革新的素材プロセスの開発

共同研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

ハイブリッドナノ粒子プロセス研究分野

量子ビーム計測研究分野

Hybrid Nano-particle

Quantum Beam Measurements

Atsushi MURAMATSU Lab

Atsushi MOMOSE Lab

村松淳司研究室

百生 敦 教授

イメージング／Ｘ線／位相計測／三次元計測

主な研究テーマ

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

金子 房恵 助教 (SAKURA)

Fusae KANEKO, Assistant Professor▪ 有機−無機ハイブリッドナノ粒子の合成▪ シングルナノサイズ金属粒子の合成と機能性材料への応用▪ 液相還元法による新規触媒材料の調製▪ メカノケミカル法による新規金属含有ゼオライト触媒の開発▪ 放射光を用いたゼオライト触媒の精密構造解析

増井 友美 助教 (SAKURA)
Tomomi MASUI, Assistant Professor▪ Preparation of organic-inorganic hybrid nano-particles▪ Development of nano-sized metallic particle and application to functional materials▪ Preparation of novel catalysts by liquid phase synthesis▪ Synthesis of metal-containing zeolite catalysts by mechanochemical method▪ Precise structure analysis for zeolite catalysts using synchrotron radiation

プゼオライト系触媒、透明導電膜 ITO ナノインク、非鉛圧電素子
用ニオブ酸系粒子、光触媒用チタニア、種々のペロブスカイト系
酸化物、半導体ナノ粒子、非 Pt 系燃料電池材料、多種類にわたる合金ナノ触媒粒子など、たくさんの機能性ナノ材料を生み出しています。それらはいずれも、粒子合成の根幹である、（1）核生
成と粒子成長の分離、（2）粒子同士の凝集の防止、（3）粒子合成
反応場制御の、3 つの極めて重要な基礎理念を応用することによ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Yoshichika SEKI, Associate Professor

上田 亮介 助教
Ryosuke UEDA, Assistant Professor

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

量子ビームの位相で観る
X 線などの量子ビームは、原子スケールから日常スケールまで、幅広い範囲で物質の内部構造を可視化するために使われています。ただし、例えばＸ線の場合、高分子材料、軽金属、あるいＸ線源
格子

は生体軟組織など、比較的軽い元素で構成される物体に対して十分なコントラストが得られないという問題があります。ところが、波としてのＸ線の性質に基づく位相コントラストを生成・利用す
れば、この問題は緩和され、量子ビームの利用価値は桁違いに膨らみます。本研究室では、X 線位相計測に基づく高感度画像計測

格子技術を創始し、従来の常識を覆す数々の成果を世界に発信してきました。量子ビーム物理の基礎に立脚し、他では実現できない実
験環境構築と先端計測研究を推進するとともに、実用展開を視野に入れた産業界との共同研究も行っています。

格子
画像検出器

Materials-Measurement Hybrid Research Center

精密に制御された、単分散ナノ粒子が合成されるのは、その根本關 義親 准教授

主な研究テーマ

Ｘ線位相イメージング（Ｘ線 Talbot-Lau 干渉計）による早期リウマチ診断装置の開発

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, wellidentified, nano-hybrid materials?

Division of Process and System Engineering

プロセスシステム工学研究部門

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

東北大学 多元物質科学研究所

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

斜め蒸着法で開発した中性子位相イメージング用高アスペクト比 Gd 大型格子

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

60

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

Division of Inorganic Material Research

無機材料研究部門

り、クリーミーなビールの泡ができるのと、形状と形態が極めて

atsushi.momose.c2@tohoku.ac.jp

Center for Mineral Processing and Metallurgy

有機－無機ハイブリッド材料、光応答性ベシクル、メタルドー

Atsushi MOMOSE, Professor

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

金属資源プロセス研究センター

Division of Organic- and Bio-materials Research

有機・生命科学研究部門

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？

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

59

専門分野・キーワード

Division of Measurements

村松 淳司 教授

単分散無機ナノ粒子合成／有機－無機ハイブリッドナノ材料／金属含有ゼオライト触媒／
Atsushi MURAMATSU, Professor
精密構造解析
atsushi.muramatsu.d8@tohoku.ac.jp
Monodispersed inorganic nanoparticles ／ Organic- inorganic hybrid nano-materials
Metal-containing zeolite catalysts ／ Precise structure analysis

計測研究部門Collaborative Research Division

共同研究部門

専門分野・キーワード

百生敦研究室構造材料物性研究分野

高分子物理化学研究分野

Structural Physics and Crystal Physics

Polymer Physics and Chemistry

Taku SATO Lab（C）

Hiroshi JINNAI Lab

佐藤卓（兼）研究室

陣内浩司研究室

ソフトマター物理／高分子の自己組織化／高分子結晶／高分子ハイブリッド材料

陣内 浩司 教授

taku@tohoku.ac.jp

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

hiroshi.jinnai.d4@tohoku.ac.jp

山本 孟 助教

主な研究テーマ

Taku J SATO, Professor

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

Hajime YAMAMOTO, Assistant Professor

主な研究テーマ

Hiroshi JINNAI, Professor

丸林 弘典 講師
Hironori MARUBAYASHI, Senior Assistant Professor▪ 有機・無機接着構造の原子レベル解析▪ 有機・無機複合材料のナノスケール変形機構の解明▪ 結晶性高分子材料のナノスケール構造解析▪ 高分子単一分子鎖の電子顕微鏡直接観察▪ ブロック共重合体の自己組織化ナノ構造の 3 次元観察とその分子論的解析

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

Center for Mineral Processing and Metallurgy

電子線によってソフトマテリアルの構造とダイナミクスを観る
高分子は軽量性・柔軟性・加工性などに優れた物質であり、基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
当研究室では低温・強磁場・高圧下の多様な環境条件の下で、X

幹材料として産業的に広く利用されています。高分子材料の物性
は、化学構造や分子配列の制御に加え、異種高分子や無機物質を混合することで幅広くコントロールされています。しかし、材料

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の内部に形成される分子・ナノスケールの微細構造と巨視的な物技術確立と、精密な電子密度あるいは原子核密度の分布解析に基性・機能の相関関係は明確になっておらず、より高性能・高機能

づく物質の構造相転移及び物性の機能発現の起源について研究をな高分子材料を設計する上でこの関係の解明が強く求められてい行っている。図に示すのは、中性子と X 線構造解析により可視化ます。当研究室では最新の透過型電子顕微鏡法の開発に取り組みされた水素結合型誘電体の原子核密度分布と、水素原子に注目しつつ、高分子材料内部の微細構造やダイナミクスを精確に観測し、巨視的な物性・機能との相関関係を解明することを目指していま

核と電子の重心位置がずれる事により、1 原子内で巨大な電気分形ダイナミクスの観察・高分子結晶のナノ構造マッピング・単一高分子鎖の原子分解能観察・ナノ相分離構造の３次元観察等に取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

50 nm

り組んでいます。

る。更に我々は高圧合成を基盤とした新物質・新機能の開拓とそ

Materials-Measurement Hybrid Research Center

磁性強誘電体における巨大電気磁気効果について、結晶・磁気構す。具体的には、ナノ粒子複合材料の界面の原子分解能観察や変Fig.1. 3D structure of the ordered bicontinuous double gyroid
structure in a diblock copolymer.

の構造物性研究にも取り組んでいる。2021 年度に再起動した研究炉 JRR-3 では、中性子二次元検出器の開発とそれを用いた超高精度の構造解析手法の開発を行う。

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

Ferroelectric polarization induced by magnetic order in magnetic ferroelectrics

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

a

b

2.5

Tensile Strain

東北大学 多元物質科学研究所

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

500 nm0

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

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

62

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

極 ( 電子分極と呼ぶ ) が生じている事を示している。その他にも、

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

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

・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び有機伝導体の構造と物性研究
・水素結合系誘電体物質の電子密度分布と核密度分布
・超高圧合成法を用いた新規物質探索と構造物性研究
・Development of the 4-circle neutron diffractometer・Development of the wide-area neutron detector for neutron structure analysis
・Development of ultra-high accuracy structure analysis using synchrotron X-ray
・Electron density distribution and proton density distribution of hydrogen-bonded compounds
・Neutron and X-ray scattering study of structural physics and magnetism on multiferroic materials - Imaging of 3d-electron-orbital・Development and structural physics research of novel material by ultra high pressure synthesis

た電子密 度分布である。酸素原子に挟まれた水素原子内で、原子61

専門分野・キーワード

Division of Measurements

佐藤 卓 教授（兼）多重極端条件下精密結晶・磁気構造解析／中性子・X 線回折装置開発／
磁性強誘電体／水素結合型強誘電体／超高圧合成法開発

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

量子フロンティア計測研究分野

量子光エレクトロニクス研究分野

Frontier quantum-beam metrology

Quantum Optoelectronics

Wataru YASHIRO Lab

Shigefusa CHICHIBU Lab

矢代航研究室Wataru YASHIRO, Professor
wataru.yashiro.a2@tohoku.ac.jp

山本 達 准教授（SRIS）

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

Shigefusa CHICHIBU, Professor

嶋 紘平 准教授

主な研究テーマ・ミリ秒 X 線 CT の開発
・X 線エラストグラフィの開発
・イメージングと構造解析の融合技術の開発
・量子ビーム光学素子・システムの開発
・量子現象を利用したイメージング技術のフロンティアの開拓

梁 暁宇 助教
Xiaoyu LIANG, Assistant Professor

Center for Mineral Processing and Metallurgy

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

4D 世界のフロンティアを拓く

Kohei SHIMA, Assosiate Professor

ワイドギャップ半導体ナノ構造創成と時空間分解スペクトロスコピー

私たちは三次元（3D）＋時間という「4D の世界」に生きてい光子系（電磁波）と電子系（励起子）の機能を融合させる量

ますが、マイクロメートル以下かつミリ秒以下の 4D 時空間領域

子構造デバイス用半導体として、禁制帯幅に相当する波長が 200には、最先端の計測テクノロジーでもアクセスできない広大な未■ ワイドバンドギャップ窒化物・酸化物半導体・ナノ構造のエピタキシャル形成
GaN,ZnO系多層超薄膜デバイス

nm 台の深紫外線から近赤外線まで広範囲をカバーし、環境にも知の世界が拡がっています。本研究分野では、X 線などの高エネ

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

ルギービームの量子性と、先端的なマイクロ・ナノファブリケー

10 nmのⅢ族窒化物半導体や ZnO, MgO 等のⅡ族酸化物半導体、NiO やション技術、データサイエンス技術を駆使することにより、従来

TiO2 等の金属酸化物半導体にスポットライトを当て、エピタキシの限界を飛躍的に超える新たなイメージング技術を開発し、未開ャル結晶成長法によって原子層レベルで平坦な表面・界面を持つの 4D 世界の開拓に挑んでいます。

半導体ナノ超薄膜や構造の形成を行います。また、それらメゾス
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

生きた生物など）の新たな理解につながるだけでなく、持続可能①カソードルミネセンス法
による量子ナノ構造評価

80fs

子効果（キャリアダイナミクスや点欠陥との相関など）の物理に社会の実現に向けた材料・マイクロマシンシステム開発や、病変Real-time 4D observation of rubber tensile fracture process (10 mstemporal resolution)

迫ります。また、それらを用いた光・電子デバイス（紫外線・純青・
純緑色半導体発光素子や光と励起子の連成波デバイス等）の形成

機能解明など、一般社会にも多様な波及効果を生むと期待していを行います。

ます。

②光励起キャリアダイナミクス

モードロックチタン
サファイアレーザ

389nm (3.19eV)

wing

window 100nm

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

秩父他 Nature Mater 5, 810 (2006).

フェムト秒
パルス
電子線

フォト
カソード

Materials-Measurement Hybrid Research Center

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

学における様々な非可逆・非平衡系（例えば、流動性のある材料や、原子層レベルで平坦な半導体界面・表面制御による超構造形成■ フェムト秒~ピコ秒パルス集束電子線を用いたワイドバンドギャップ半導体の時間・空間分解スペクトロスコピーによるナノ領域キャリアダイナミクス計測
0
0.5
1.0
1.5
440 460 480 500 520
波長（nm）
ストリーク像の一例

偏向
コイル
分光器

ストリーク
カメラ

被測定固体(半導体)
ナノ構造

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

東北大学 多元物質科学研究所

Propagation of shear waves

Horizontal

Distribution of storage modulus

Vertical

0.83 ± 0.21 kPa

Sample: polyacrylamide gel

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

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

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

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

64

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

本研究分野で開発しているイメージング技術は、物質・生命科

金属資源プロセス研究センター

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

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

63

秩父 重英 教授

主な研究テーマ

Susumu YAMAMOTO, Associate Professorの早期発見につながる医療診断機器の開発、延いては生物の脳の半導体光デバイス／量子構造／キャリアダイナミクス／時間空間分解分光

時間（ns）

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

専門分野・キーワード

矢代 航 教授（SRIS）

Division of Measurements

量子ビーム光学／計測／データサイエンス／マイクロ・ナノファブリケーション

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

秩父重英研究室

放射光可視化情報計測研究分野

固体表面物性研究分野

Synchrotron Radiation Microscopy and Informatics

Solid Surface Physics

Yukio TAKAHASHI Lab

Tadashi ABUKAWA Lab

髙橋幸生研究室

虻川匡司研究室

Coherent X-ray Optics ／ Synchrotron Radiation ／ Visualization Measurement ／Data Science髙橋 幸生 教授（SRIS）

専門分野・キーワード

Yukio TAKAHASHI, Professor

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

abukawa@tohoku.ac.jp

篠田 弘造 准教授（SRIS）

・Development of novel techniques for surface structure analysis
・Study of surface structure dynamics
・Growth and characterization of 2D atomic layer materials
・Surface analysis of micro/nano-structures

・Development of X-ray ptychography and its application to nanostructure and chemical state imaging of functional materials
・Development of dynamic coherent diffraction imaging method and its application to the moving image of materials science phenomena
・Multi-scale chemical state imaging of battery materials by operando full-field imaging-XAFS method
・Development of imaging data analysis methods utilizing data-driven approaches
・Local structure analysis for elucidation and design of mining and engineering chemical processes

回折強度
パターン

試料

データセット

1st Energy i th Energy

N th Energy

位相コヒーレントX線

Mn価数

パラメータ抽出Mn原子数

劣化因子の可視化

電子数

動相関熱散漫散乱法、ワイゼンベルグ反射高速電子回折法を開発しました。独自開発のワイゼンベルグ反射高速電子回折法では、

Ni(110)で測定できる優れた手法です。また、反応ダイナミクスや構造相転移ダイナミクスを研究するために、ストリークカメラ電子回折法という表面原子の高速な動きを捉える新しい手法を開発しまし

電圧（V）

不均一な物質表面をナノレベルで計測するために光電子顕微鏡

③

②

①

flat surface

recover surface

ablation

1x1

crystalize④

7x7

recover 7x7を構築することを目指します。

を行なっています。

Visualizing material functions using advanced synchrotron radiation imaging and data
science

Atomic-level characterization of solid surfaces and interfaces for new surface functions

Most functional materials are heterogeneous andcomplex systems with hierarchical spatial structures
ranging from atoms to millimeters, and it is crucial
to elucidate the correlation between microstructureand function at the mesoscale when designing anddeveloping new materials. Synchrotron radiation imaging
and spectroscopic techniques allow multimodal analysisof the structural, elemental, and electronic states offunctional materials. Coherent diffraction imaging
using synchrotron radiation is attracting attention as anext-generation visualization tool to realize structuralvisualization at the nanoscale. In addition, recent
developments in data science are making it possible
to extract characteristic information on structurefunction relationships from information on elements andelectronic states distributed in three-dimensional space.
We aim to establish a common platform for visualizing
the functions of materials by developing next-generationsynchrotron radiation imaging and spectroscopy
methods and utilizing data-driven approaches.
東北大学 多元物質科学研究所

X-ray Ptychography Apparatus with Advanced X-ray Optics

Synchrotron
X-raysSample chamber

In-vacuum
pixel-array detector

We investigate solid surfaces and interfaces at atomic level inorder to create surfaces and interfaces with various functions.
We have developed several original techniques for surface
analysis, such as correlated thermal diffused scattering(CTDS) and Weissenberg reflection high energy electron
diffraction (WRHEED). In order to study reaction and phasetransition dynamics, we have developed a new method calledstreak camera reflection high energy electron diffraction (SCRHEED), which captures high-speed movement of surface
atoms. Photoelectron microscopy (PEEM) and scanningelectron microscopy (SEM) are also used to measure nonuniform material surfaces at the nano level.

Materials-Measurement Hybrid Research Center

法 (PEEM) と走査電子顕微鏡法 (SEM) を使用しています。PEEM では、２次元原子層物質の成長プロセスや化学反応プロセスの観測アプローチを活用することで、材料の機能を可視化する共通基盤

Dynamics

t=0

た。サブナノ秒から数ミリ秒という幅広い時間領域で、表面上の原子の動きを捉えることができます。

G1：規則配列型スピネル構造
G2：Li過剰・O欠陥
G3：マイナーな結晶相の放射光イメージング・分光法の開発を基軸とし、データ駆動型

graphene

これまでに、表面の原子配列を 3 次元的に可視化するために、振φNano-WRHEED

200μm
Grains of Ni poly crystal and their 3D reciprocal maps by nano-WRHEED.

Advanced KB mirror optics@SPring-8 BL29XUL

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

66

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

抽出することも可能になりつつあります。本研究室では、次世代

高性能

低性能

500 nm

データ
クラスタリング

Growth3 次元的な表面構造解析に必要な大量のデータを、わずか数 10 分
電流（A）

近年のデータ科学の発展に伴い、３次元空間に複雑に分布する元

電子状態

Mn原子数

データ科学

i th N th

電池特性

ジングは、X 線領域で未踏であったナノスケールでの構造可視化を実現する次世代の可視化計測法として注目されています。また、

1st

位相回復
計算 吸収

ラスタスキャン

素・電子状態を多角的に解析することができます。特に、放射光の可干渉性（コヒーレンス）を利用したコヒーレント回折イメー

多次元ビッグデータ
微細構造

Structure

して、表面・界面を原子レベルで理解する研究を行っています。

Center for Mineral Processing and Metallurgy

Ｘ線タイコグラフィ

本研究分野では、様々な機能を持った表面・界面の創成を目指

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

イメージング・分光技術を駆使することで機能性材料の構造・元放射光顕微分光イメージング計測×データ科学

素・電子状態の情報から構造－機能相関に関する特徴的な情報を

65

原子レベルでの固体表面と界面の理解と機能の創成

先端的放射光イメージングとデータ科学を駆使して材料機能を可視化する

造と機能の相関を解明することが重要です。放射光を光源とする

Taiki HOSHINO, Associate Professor

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

石黒 志

計・開発する際、ミクロとマクロを繋ぐメソスケールでの微細構星野 大樹 准教授（SRIS）

主な研究テーマ

Kozo SHINODA, Associate Professor

・X 線タイコグラフィ法の開発と機能性材料の微細構造・化学状態イメージングへの応用
・動的コヒーレント回折イメージング法の開発と材料科学現象の動画化への展開
助教（SRIS）
・オペランド結像型イメージング XAFS 法による電池材料のマルチスケール化学状態分析
Nozomu ISHIGURO, Assistant Professor
・データ駆動型アプローチを活用したイメージングデータ解析法の開発
・鉱工業化学反応プロセス解明と設計のための局所構造解析

までの空間階層構造を有する不均一・複雑系であり、新材料を設

Tadashi ABUKAWA, Professor

ytakahashi@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

機能性材料の多くは、原子（ミクロ）からミリメートル（マクロ）虻川 匡司 教授（SRIS）

表面構造／表面ダイナミクス／電子回折／ナノ表面分析

Division of Measurements

コヒーレント X 線光学／放射光／可視化計測／データ科学

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

ナノ電子プローブ回折計測研究分野

電子回折・分光計測研究分野

Nano-Electron Probe Diffractometry

Electron -Crystallography and -Spectroscopy

Kenji TSUDA Lab

Masami TERAUCHI Lab

津田健治研究室

Convergent-beam electron diffraction (CBED) ／ STEM-CBED/4D-STEM ／Structural phase transformation ／ Crystal interface and domain structures
主な研究テーマ

津田 健治 教授

専門分野・キーワード
電子顕微鏡／電子エネルギー損失分光／軟 X 線発光分光／収束電子回折寺内 正己 教授

kenji.tsuda.b6@tohoku.ac.jp

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

masami.terauchi.c4@tohoku.ac.jp

赤瀬 善太郎 講師

主な研究テーマ

Kenji TSUDA, Professor

Zentaro AKASE, Senior Assistant Professor

・収束電子回折法による局所結晶構造・静電ポテンシャル分布解析法の開発と応用・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
助教
・4D-STEM 法による結晶界面・ナノドメイン構造の局所構造・静電ポテンシャル分布解析
Daisuke
MORIKAWA,
Assistant Professor
・機能性材料の外場印加におけるナノ局所結晶構造解析
・構造相転移におけるナノ局所結晶構造解析
・電子線ホログラフィーおよびローレンツ顕微鏡法によるナノスケール電磁場計測の高度化
・Development of local crystal structure and electrostatic potential analysis and its applications
・Local structure and electrostatic potential analysis of crystal interface and nanodomain structures using 4D-STEM・Nanoscale local crystal structure analysis of functional materials under applying external fields
・Nanoscale local crystal structure analysis at structural phase transformations
・Advanced electron holography and Lorentz microscopy for nanoscale electromagnetic field measurements

森川 大輔

佐藤 庸平 准教授

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

Yohei SATO, Associate Professor

松本 高利

助教
Takatoshi MSTSUMOTO, Assistant Professor

・Functional analysis of nm-scale particles by TEM-EELS
・Identification of electronic excitations by angle-resolved EELS・Development of SXES instrument for electron microscopy
・Crystal structure analysis using CBED and beam-rocking ED

Center for Mineral Processing and Metallurgy

電子線を用いた局所の構造・物性解析手法の開発と応用
持続可能な社会の実現には、省資源・省エネルギーでコ
そのためには、電子顕微鏡を基礎としたナノスケールでの

造解析の重要性が高まっています。このためには、透過電子顕微

構造・物性解析手法の確立とその適用が不可欠です。これ

鏡を利用して、ナノサイズに収束した電子プローブを試料に照射までに、我々の目標である「ナノスケール構造・物性解析

する収束電子回折 (CBED) 法がきわめて有利です。本研究分野では、システムの構築」の実現を目指し、世界初の精密構造解析

CBED 法を用いて動力学回折（多重散乱）理論計算に基づく定量

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

的な局所結晶構造解析を世界に先駆けて実現し、強誘電セラミッ

ー分解能 EELS 電子顕微鏡、世界初の価電子状態分析電子

クス材料、固体燃料電池関連材料、強相関電子系材料等に適用し顕微鏡など、オリジナルな手法・装置の開発とその機能評ています。現在、走査透過電子顕微鏡 (STEM) 法と CBED 法を組価への応用を行い、物性の解明と手法の有用性を実証してみ合わせた STEM-CBED/4D-STEM 法を活用して、結晶界面・ナノ

きました。図は、熱線遮蔽材料として用いられている Cs

ドメイン構造のような非周期・不均一構造から局所結晶構造・静ドープ酸化タングステンのプラズモン振動の結晶方位依存

電ポテンシャルの空間変化を定量解析する手法の開発に取り組ん

性を角度分解 EELS により測定した例です。近赤外光エネ

Materials-Measurement Hybrid Research Center

ンパクトな高機能デバイスや新物質の開発が必要であり、ルギー領域で、結晶方向に依存して 2 つの振動エネルギー

でおり、局所構造・界面に起因する新規機能性材料開発に寄与す
CBED 法による局所結晶構造・静電ポテンシャル分布解析
Local structure and electrostatic potential analysis using CBED

Nanoscale local crystal structure and electrostatic potential analysis using nano-electron
probe
Local crystal structure analysis is increasingly important infunctional materials that exhibit intriguing physical properties
induced by nanoscale local structures and crystal interfaces.
For this purpose, the convergent-beam electron diffraction(CBED) method using nano-electron probe is extremely
advantageous. Using the CBED method, we developed
a quantitative analysis method of local structures andelectrostatic potential distributions based on the dynamicaldiffraction (multiple scattering) theory, and applied it tovarious functional materials. Furthermore, we are developinga method to investigate spatial variations of local structuresand electrostatic potential distributions in crystal interfaces
and nanodomain structures by using the STEM-CBED/4DSTEM method.

が存在し、これらが高効率な近赤外光遮蔽性能の起源であることを解明しました。

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

CBED 法および STEM-CBED 法による CaTiO3 の双晶境界の局所構造解析
Local structure analysis of twin boundary in CaTiO3 using CBED and STEM-CBED.

67

東北大学 多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

68

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

機能性材料において、ナノスケールの局所構造や結晶・ドメイ
ン界面に起因する特異な物性の報告が増加しており、局所結晶構ることを目指しています。

Masami TERAUCHI, Professor

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

ナノ電子プローブを用いた局所構造・静電ポテンシャル分布解析

Division of Measurements

収束電子回折／ STEM-CBED/4D-STEM ／構造相転移／結晶界面・ドメイン構造

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

寺内正己研究室

走査プローブ計測技術研究分野

放射光ナノ構造可視化研究分野

Advanced Scanning Probe Microscopy

Synchrotron Radiation Soft X-ray Microscopy

Tadahiro KOMEDA Lab

Masaki TAKATA Lab

米田忠弘研究室

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

専門分野・キーワード

米田 忠弘 教授
Tadahiro KOMEDA, Professor

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

tadahiro.komeda.a1@tohoku.ac.jp
主な研究テーマ
・走査型トンネル顕微鏡（STM）を用いた分子観察 ･ 計測・トンネル分光を用いた分子振動・スピン計測などのナノスケール化学分析
・微細加工素子と分子素子の融合に向けた界面計測・制御
・スピントロニクス・量子コンピューターの基礎となるスピンの制御
・環境触媒の基礎解明に向けた表面・分子相互作用の研究

高岡 毅 講師
道祖尾 恭之 助教
Yasuyuki SAINOO, Assistant Professor

シャヘド シエド モハマド ファクルディン

Masaki TAKATA, Professor
masaki.takata.a4@tohoku.ac.jp

江島 丈雄 准教授（SRIS）

主な研究テーマ

Tsuyoshi TAKAOKA, Senior Assistant Professor

助教
・Observation and chemical characterization of single molecule using scanning tunneling
Shahed Syed Mohammad FAKRUDDIN, Assistant Professor
microscope (STM)
・Chemical analysis using molecule vibration and spin detection with an atomic resolution
・Interface engineering to combine Si technology and molecule electronics
・Spin control for molecule spintronics and quantum computing
・Molecule-surface interaction dynamics for environmental catalysis resear

Takeo EJIMA, Associate Professor

・次世代放射光施設「ナノテラス」の推進
・X 線可視化技術の高度化による構造科学の革新
・軟Ｘ線顕微鏡の開発および生体試料への応用
・軟 X 線光源・光学素子・検出器など要素技術の開発

羽多野 忠 助教（SRIS）
Tadashi HATANO, Assistant Professor

・Next-generation synchrotron radiation facility "NanoTerasu" project・Innovation of structural science by development of X-ray visualization technology
・Development of soft X-ray microscope and application to biological samples
・Development of soft X-ray light sources, optics, and detectors

本研究分野は、放射光 X 線により物質中の電子構造をナ

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

ノレベルで可視化し、新しい機能を持った材料を開発する

Center for Mineral Processing and Metallurgy

スピントロニクスへ向けた単一スピンの検出と操作

設計指針を確立することを目標としています。現在、私達

通じて、ナノ領域科学の基本となる計測技術や原子分子制御技術は最先端の軟 X 線放射光光源である「ナノテラス」（図 1、を開拓し、分子の特徴を生かした素子開発を行なおうとします。

2023 年度に青葉山新キャンパスに完成予定）を強力に推特に近年、量子コンピューターやスピントロニクスへの応用から進しています。これまで私達が独自に開発を進めてきた X

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

線回折・顕微・分光法の計測手法及びマキシマムエントロの開発と、分子の特徴を生かした用いた分子スピントロニクス素ピー法などの画像再構成の解析手法を、ナノテラスが実現

子の開発を進めています。

する未踏の光源に適用することで、X 線ナノ可視化技術のナノ領域でのスピン・磁気特性の分析は量子情報処理の基本と革新を目指します。また、学術と企業が課題解決に向けて
1 対 1 の強固なチームを作る新しい産学連携の形「コアリ向きを決定しようとするものであります。我々は分子で磁石の性功しています。

単一分子 ESRに繋げることを目指しています。

Materials-Measurement Hybrid Research Center

ラスをオープン・イノベーションの揺籃とし、新産業創成

を磁気抵抗の差としてもとめ、磁場によって反転させることに成Fig. 1

また局在したスピンが RF 高周波と相互作用することを利用した、ESR-STM を開発し、より高度な磁気測定技術の開発を行っています。

Single spin detection and manipulation for molecule-spintronics

東北大学 多元物質科学研究所

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

Fig. 2単分子磁石の原子レベル磁性制御

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

70

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

ション（有志連合）・コンセプト」（図２）を通じ、ナノテ

質を示す単一分子磁石を用いて、N・S 極のいずれが上を向くか

The detection of a single spin is demanded for variety of
applications, e.g., for reading and manipulation of isolated
spins for spintronics and quantum computation. We aredeveloping instrumentation of the detection of a single spinusing scanning tunneling microscope (STM).
Especially, a method that detects the Larmor precession
by monitoring a variation of tunneling current, called ESRSTM, has a large advantage due to its compatibility with solid
devices and atom-scale spatial resolution. We successfully
developed ESR-STM instrument which can detect the single
spin in SiO layers.
In addition, for the realization of the molecular-spintronics,
single molecule magnet (SMM) is one of the most promisingmaterial. We investigated the spin of SMM by detecting
Kondo states. We found that the Kondo peak intensity showsa clear variation with the conformational change of themolecule; namely the azimuthal rotational angle of the Pc
planes.

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

放射光 X 線によるナノ可視化技術の開発と応用なる技術であり、その一つがトンネル磁気抵抗を用いてスピンの69

高田 昌樹 教授（SRIS）

次世代放射光施設／ X 線光学／軟Ｘ線顕微鏡

Division of Measurements

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

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

高田昌樹研究室

高温材料物理化学研究分野

基盤素材プロセッシング研究分野

High-temperature Physical Chemistry of Materials

Base Materials Processing

Hiroyuki FUKUYAMA Lab

Shigeru UEDA Lab

福山博之研究室

福山 博之 教授
Hiroyuki FUKUYAMA, Professor

energy & environmental materials ／ chemical thermodynamics ／ properties of highhiroyuki.fukuyama.b6@tohoku.ac.jp
temperature melts ／ crystal growth
主な研究テーマ
・窒化物半導体の結晶成長と物理化学
・超高温熱物性計測システムの開発
・超高温材料の熱物性計測
・エネルギー・環境材料のプロセス創製
・金属製錬プロセス開発
・Crystal growth and physical chemistry of nitride semiconductors
・Development of high-temperature thermophysical property measurement system
・Thermophysical property measurements of ultra-high temperature materials
・Energy & environmental materials processes
・Metallurgical processes

大塚 誠 准教授
Makoto OHTSUKA, Associate Professor

打越 雅仁 准教授
Masahito UCHIKOSHI, Associate Professor

安達 正芳 講師
Masayoshi ADACHI, Senior Assistant Professor

植田 滋 教授

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

tie@tohoku.ac.jp

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

持続可能な社会が求められる中で、高度な文明を維持するた
めには社会基盤となる素材供給を維持することが必要です。世す。例えば、窒化物半導体は、環境や医療分野での応用が期待さ界の粗鋼生産量は年々増加し、ベースメタルやレアメタルの需れる紫外発光デバイスや省エネにつながるパワーデバイスの基板要も増加しています。この背景には新興国での旺盛な資源需要

材料として注目されており、当研究室では、その新たな結晶成長があり、同時に鉱物資源の劣質化および CO2 や有害な副産物発プロセスに関する研究を行っています。また、様々な材料プロセ

生の問題が顕在化してきました。この情勢の中で安全かつ安定

スにおける熱・物質移動現象をシミュレーションするため、電磁な社会を構築するために、資源とエネルギー需給および原料の浮遊法と静磁場を組み合わせて、融体の熱容量、熱伝導率、放射変化に対する対応力が高く低環境負荷で安定的に素材が生産可
能なプロセスの構築と持続性の高い資源循環型の社会の構築が物性計測システムの開発を行っています。この技術によって、鉄・In order to establish a sustainable society, it is necessary
to maintain the supply of materials that act as social
infrastructure. Global crude steel production is increasing
year by year, and demand for base and rare metals is also
increasing. At the same time, degradation and depletion ofmineral resources, and production of CO2 and by-products
have become problems. It is necessary to establish
social sustainability through efficient material process andresource recycling. Based on high-temperature physicalchemistry and reaction engineering, our group aim to build
the reaction process necessary for sustainable resource
supply, reduction and use of by-products.

Materials-Measurement Hybrid Research Center

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

ネルギー対応、副産物の削減および利用といった社会基盤構築

材料の開発、原子炉重大事故のモデリング、鋳造、溶接など様々

Optimization of high temperature processing
for base metalに必要な反応プロセスの構築を目指します。

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

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

Control of chemical reactions by controlling interface phenomenaControl of chemical reactions bycontrolling interface phenomena
High-temperature thermophysical property measurement system (PROSPECT)東北大学 多元物質科学研究所

Analysis of reaction mechanism and control of high temperature reaction

Figure. Analysis of reaction
mechanism and control of hightemperature reaction

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

72

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

重要です。高温物理化学、反応プロセス工学をもとに資源、エ

非鉄の金属製錬、機能性材料の結晶成長、耐熱材料の開発、蓄熱Center for Mineral Processing and Metallurgy

当研究室では、化学熱力学をベースにエネルギーと環境に役立
つ新しい先端材料やそのプロセス開発に関する研究を行っていま

Shigeru UEDA, Professor

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

高温プロセスにおける反応制御の最適化

率、密度および表面張力等の熱物性を高精度に計測する超高温熱71

素材プロセス／製鉄製鋼／高温物理化学／リサイクル

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

エネルギー・環境材料の高温プロセス創製

専門分野・キーワード

Division of Measurements

エネルギー・環境材料／化学熱力学／融体物性／結晶成長

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

植田滋研究室機能性粉体プロセス研究分野

エネルギー資源プロセス研究分野

Powder Processing for Functional Materials

Energy Resources and Processing

Junya KANO Lab

Akira KIRISHIMA Lab

加納純也研究室

桐島陽研究室Junya KANO, Professor

powder technology ／ shimulation ／ grinding ／ hydrogen energy

専門分野・キーワード

桐島 陽 教授

放射化学／原子力バックエンド／廃止措置／溶液化学
Radiochemistry ／ Nuclear waste management ／ Decommissioning ／ Solution Chemistry

kano@tohoku.ac.jp

髙井 千加 准教授

主な研究テーマ

Chika TAKAI, Associate Professor

・コンピュータシミュレーションによる粉体プロセスの高度化
・機械的微粒子生成プロセスのシミュレーションの創成
・粒子・流体プロセスシミュレーションの創成
・バイオマスおよび樹脂廃棄物からの高効率水素製造プロセスの創製

石原 真吾 助教
Shingo ISHIHARA, Assistant Professor▪ Optimum design of powder processing by computer simulation▪ Development of simulation model for grinding processes of fine particles▪ Development of simulation model for multiphase flow
▪ Development of new hydrogen generation processes from biomass and plastic waste

久志本 築 助教
Kizuku KUSHIMOTO, Assistant Professor

英 穂波 助教 (SAKURA)
Honami HANABUSA, Assistant Professor

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、

kiri@tohoku.ac.jp

秋山 大輔 助教

主な研究テーマ

Daisuke AKIYAMA, Assistant Professor

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

Center for Mineral Processing and Metallurgy

粉体を原料、中間製品あるいは最終製品とする高機Akira KIRISHIMA, Professor

放射化学アプローチによる放射性廃棄物のバックエンド工学
2011 年の福島第一原発事故により、膨大な量の様々な放等が含まれます。当研究室では、この困難な課題に放射化学

射性廃棄物が発生しました。この中には核燃料デブリなど現アプローチによる実験研究で取り組んでいます。具体的には時点ではアクセスが限られ、性状や汚染の程度などが不明な

模擬デブリ合成・分析による燃料デブリの物理・化学特性の取り扱いの難しい廃棄物が含まれます。これらは今後 30-40

把握、汚染水へのアクチノイドの溶出挙動研究、さらには新年をかけて順次取り出され、安定化や廃棄体化処理を施し、規な汚染物の安定化および廃棄体化法の開発等を行っていま処分される見込みです。これを実現するには廃棄物の性状やす。これにより、現在の日本における最も困難な工学課題で含まれる放射能量を正確に把握する必要がありますが、廃棄ある福島第一原発の廃止措置に大学の研究室として貢献する

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

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

機能性粉体プロセスの創成とシミュレーションによる粉体プロセスの最適化

Division of Measurements

加納 純也 教授

粉体工学／シミュレーション／粉砕／水素エネルギー計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

充填、複合化などの粉体プロセスを自在に制御する必要がある。本研究室では、粉体プロセスを自在に精緻

粉体プロセスを最適化することにより、省エネルギー化や省資源化を図っている。また、粉体プロセスの一つである粉砕操作によって発現するメカノケミカル現象を積極的に活用し、都市鉱山からの金属リサイクルやバイオマスからの創エネルギーに関する研究を展開している。

図 1 粉体現象および粉体プロセスのシミュレーションによる解析：(a) 圧縮成形時の粒子の変形挙動，(b) 湿式ボールミル中の粒子の運動・破壊挙動，(c) 高炉中の粒子の軟化溶融挙動，(d) CAD データを用いた粒子混合挙動，(e) 原料充填時の粒子偏析挙動group investigates chemistry of nuclear fuel debris
and leaching behavior of actinides in it by synthesizing
simulated fuel debris with actinide tracers. Furthermore,
we develop novel and unique nuclear waste solidification
processes using functional aluminum silicate minerals
as fixation agent.

福 島 原 発 ・ 事 故 対 応 、 廃 炉 へ 貢 献 す る 基 礎 化 学 研 究 従 来 の 核 燃 料 サ イ クル で 発 生 す る 廃 棄 物 に 該 当 し な い 異 質 な 放 射 性 廃 棄 物 が 大 量 に 発 生

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

73

Nuclear energy is one of the most important energy
resources of our modern society, therefore, it is strongly
demanded to make nuclear fuel cycle more reliable.
Also, decommissioning of the severely damaged
reactors by Fukushima NPP accident in 2011 andrecovery of the contaminated environment, are urgent
issues in Japan. To respond these demands, ourMaterials-Measurement Hybrid Research Centerの創成を行っている。本シミュレーションによって、東北大学 多元物質科学研究所

controlled, and then the powder processing such as
mixing, filling, forming and composite must be controlled
exquisitely.
In our laboratory, we are carrying out developmentof computer simulation method for control of powder
processing. Optimizing the powder processing by thesimulation is performed for energy saving and resourcesaving. In addition, we are developing processes forrecycling of metals from urban mines and for hydrogenenergy generation from biomass and plastics by using
the mechanochemical effects which are obtained in thegrinding process.

（固体：溶融燃料, 機器設備,ががれき等

2011/10 福島第一発電所内

液体汚染物
Cs除
除去処理

液体：冷却水 , 廃油等）

＜福島第一原発１号機の状況（推定）＞

汚染水タンク
圧縮･固化廃棄体作製

放射性物質
除去処理等
高塩濃度放射性
廃棄物処分

固体汚染物

1600℃処理（UO2ーZrO2ーセメント成分）
出典）東京電力HPより転用• 燃料デブリの性状が不明 → デブリの模擬体を合成し、分析・評価する → 最適な処理処分方策を検討・提案• 異質な廃棄物の処理・処分の設計→ 工学的に信頼できる処理・処分のための基礎データを取得する

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

74

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

Research on Nuclear Waste Management and Nuclear Facility Decommissioning byRadiochemistryに制御するためのツールとしてのシミュレーション法

エネルギーデバイス化学研究分野

金属資源循環システム研究分野

Chemistry of Energy Conversion Devices

Metallurgy and Recycling System for Metal Resources Circulation

Itaru HONMA Lab

Etsuro SHIBATA Lab

本間格研究室

柴田悦郎研究室

本間 格 教授
Itaru HONMA, Professor

Nanotechnology ／ Advanced functional materials processing ／ Post lithium-ion battery ／Low carbon emission energy technology

itaru.honma.e8@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

Saneyuki OHNO, Associate Professor▪ レアメタルフリーのポストリチウムイオン電池▪ 全固体電池▪ 二酸化炭素の電気化学的変換プロセス▪ 先端機能材料プロセッシング▪ ３次元プリンティングを用いた電池デバイスのオンデマンド製造

菅野 杜之 助教

大野 真之 准教授

Moriyuki KANNO, Assistant Professor

柴田 悦郎 教授

非鉄金属製錬／金属資源循環／リサイクル／廃棄物処理
Non-ferrous Metallurgy ／ Metal Resources Circulation ／ Recycling ／ Waste Treatment

Etsuro SHIBATA, Professor
etsuro.shibata.e3@tohoku.ac.jp

安達 謙 助教

主な研究テーマ

Ken ADACHI, Assistant Professor▪銅製錬における高濃度不純物対応技術に関する基礎的研究▪スコロダイト合成によるヒ素の安定固定化技術の開発▪ヒ素含有鉱物分離のための新規浮選剤のスクリーニング▪塩基性廃棄物を利用した二酸化炭素の固定と有効利用▪その他、金属リサイクルシステムの最適化に向けた各種要素技術開発に関する基礎的研究▪ Fundamental study for copper smelting with high impurities▪ Synthesizing technology of scorodite particles for stabilization of arsenic▪ Screening for new flotation reagents to separate arsenic minerals▪ Carbon dioxide sequestration and utilization using alkali wastes▪ Development of component technologies for optimization of metal recycling system▪ Critical metal free post-lithium-ion battery▪ All solid state battery▪ Electrochemical CO2 conversion to useful chemical products▪ Advanced functional materials processing▪ On-demand fabrication of battery devices by 3D printing technologies

Center for Mineral Processing and Metallurgy

先端ナノ機能材料開拓によるエネルギーイノベーションの実現
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

会構築と産業競争力強化に資するエネルギーデバイスの研究開発を行います。

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築ーを利用した再生可能エネルギー技術のフロンティア開拓を

非鉄製錬業は資源循環型社会を実現する上では必要不可欠の産業行います。低環境負荷プロセッシングと機能性ナノ材料開発

であり、金属資源循環の中心を担うことで、成長産業へ転換する可をコア技術として、二酸化炭素変換、次世代二次電池、レア能性を持っている。また、今後人口増加と相まって、電気・電子機

メタルフリー電池等の革新的エネルギーデバイスを創生し器の利用が加速度的に増加することが予想される。金属資源を継続て、脱炭素社会構築、再生可能エネルギー普及と地球温暖化的に確保していくためには、様々な製品に使用されている金属を循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。

環利用していく必要がある。

革新的エネルギーデバイスを実現するために、単原子層材料

本研究分野では、非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システム（グラフェン、層状金属化合物）、ナノ粒子、ナノポーラス物の構築に向けた研究活動を行っている。鉱物処理も含めた非鉄製錬

質、超臨界流体・水熱電解プロセス技術や放射光 in-situ 分

い、将来的な金属資源の高効率循環と環境保全の達成を目指してい析等の先端的な材料科学を探求し、それらの先端的ナノ材料

る。鉱石のみならず金属元素を含有した様々な二次資源の前処理か科学を基礎学理としてポストリチウムイオン電池、レアメタ

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ルフリー電池、二酸化炭素電解還元プロセスなど低炭素化社

属資源循環に向けた研究・技術開発に関して、課題解決型研究や新原料の前処理、主要製錬技術、製錬副産物の処理、環境負荷元素の安定化など

非鉄製錬学問分野全体に渡る横断的かつ従来の枠組みを超えた研究活動

物理選別技術

乾式製錬技術湿式/電解製精錬技術

・破砕/摩鉱・焙焼/乾留

・浸出

・浮選

・溶融製錬

・化合物析出

・比重選別

・揮発製錬

・不純物除去（浄液）

・磁選

・排ガス/ダスト処理

・溶媒抽出（イオン交換樹脂）

・静電/渦電流選別

・溶融塩電解・電解精製/採取

Materials-Measurement Hybrid Research Center

学問分野全体に渡る横断的かつ従来の枠組みを超えた研究活動を行

様々な金属含有資源（鉱石、E-scrap、など）

金属資源循環システムの構築に向けた研究アプローチ

規プロセス技術開発など、包括的に取り組んでいる。

Nanotechnology and nanoscience of advanced functional nanomaterials for energy
technology innovations
Our research goal is to realize renewable energy
innovations and contribute to global environmental
sustainability through nanotechnology and nanoscienceof advanced functional materials research. Using
environmentally friendly materials processing and the
exploration of advanced functional nanomaterials,
the Honma laborator y investigates the frontiersof nan ote c hn o l o gy an d nan o m ate r i al s fo r C O 2electrochemical conversion processes to usefulcompounds, post lithium-ion batteries, critical-metal freebattery, processing of functional nanomaterials and ondemand fabrication of battery devices by 3D printing
technologies, thereby contributing to innovative solutions
for global sustainability, renewable energy, and for a
low carbon emission society. Our fundamental research
is focused on advanced functional nanomaterials
such as monoatomic layered materials, nanoparticles,
nanoporous materials, multi-ternar y compounds,
metastable materials, organic molecular electrodes,
novel inorganic electrolytes for all solid-state batteries,
supercritical fluid & hydrothermal-electrochemical
東北大学 多元物質科学研究所

processing of advanced functional materials, andoperando spectroscopy analysis for advanced energy
devices using synchrotron light sources.

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

Cu concentrate
Cu scrap
ASR
Sludge etc.

Collecting systemof E-waste
Pre-treatments

PCB etc.

Dismantling/
Physical separation

Nd magnet etc.

Cu smelter(Electrolytic Cu)

Solvent extraction/
Electro-refining etc.

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

By-products(Treatment and Refining)

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

Harris slag (Sn, In, Pb, As)

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

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

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

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

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

Residues (As, Hg, Cd)

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

Recovery of active metals

Zn smelter

Dust(Cu, Pb, As)

Recovery andstabilization of
toxic elements

Pb smelter(Electrolytic Pb)

Pb concentrate
Waste Pb battery
Sludge etc.

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

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

76

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

質、多元組成化合物、準安定相、有機活物質、擬似固体電解

非鉄製錬業を基盤とした金属資源循環システムの構築

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

75

専門分野・キーワード

Division of Measurements

ナノテクノロジー／先端機能材料プロセッシング／ポストリチウムイオン電池／
低炭素エネルギー

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

原子空間制御プロセス研究分野

量子電子科学研究分野

Atomic Site Control in Inorganic Materials

Quantum Electron Science

Takahisa OMATA Lab

Masahiko TAKAHASHI Lab

小俣孝久研究室

専門分野・キーワード

小俣 孝久 教授

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

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

村上 美和 准教授

Masahiko TAKAHASHI, Professor
masahiko@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

Miwa MURAKAMI, Associate Professor

鈴木 一誓 講師
Issei SUZUKI, Senior Assistant Professor

山﨑 智之 助教

鬼塚 侑樹 助教
Yuuki ONITSUKA, Assistant Professor

Center for Mineral Processing and Metallurgy

電子コンプトン散乱を利用した物質の静的および動的性質の可視化

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

あらゆる物質は 2 種類の荷電粒子、すなわち電子と原子核からに関わる諸課題に対しても、必ずやそれらを解決へと導く材料が構成されます。したがって、反応性や機能性など物質の多種多様あるはずです。先人たちの努力により、誰もが容易に入手できるな性質は、物質内での電子の運動と原子核の運動およびそれら運

安定な物質はもはや研究しつくされており、今私たちが渇望して動の協奏に基づく他ありません。当研究室は、そうした最も基本

いる新材料はダイアモンドのように使用環境で実質的に安定な準的な観点に立ち、高速電子線を励起源とするコンプトン散乱を駆安定物質からなるに違いありません。私たちの研究室では、その使した独自の新しい分光法を開発することにより、物質の静的おような準安定物質を材料の新大陸と位置づけ、原子的なフレーム

よび動的性質の根源的理解と望みの機能の物質への付与を目指し

ワークをデザインした望む機能を発現する準安定無機化合物を、て、以下の三つの課題を中心に研究を進めています。

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（1）電子コンプトン散乱による電子と原子核の物質内運動のイ

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

Rev. Sci. Instrum. 73, 2242 (2002)
Meas. Sci. Technol. 22, 075602 (2011)(2) 時間分解電子コンプトン散乱による化学反応の駆動原理のどの要素材料の開発とその素子化、限りある資源の有効活用に資

1
𝜑𝜑𝜑𝜑1s 𝒑𝒑𝒑𝒑
2 + 2𝑆𝑆𝑆𝑆× exp −𝑖𝑖𝑖𝑖𝒑𝒑𝒑𝒑 � 𝑹𝑹𝑹𝑹1 + exp −𝑖𝑖𝑖𝑖𝒑𝒑𝒑𝒑 � 𝑹𝑹𝑹𝑹2𝜓𝜓𝜓𝜓+ 𝒑𝒑𝒑𝒑 =Phys. Rev. Lett. 108, 173201 (2012)

世界初の短寿命励起分子M O イ メ ー ジ ング

Materials-Measurement Hybrid Research Center

世界初の運 動 量 空 間M O
3 Dイ メ ー ジ ング

メージング

ます。現在は、次世代型の薄膜太陽電池、中温作動型燃料電池な

世界初の
de nsi t y
os c i l l a t i on
の観測

可視化

する新エネルギー材料の開発を行っています。

（3）多次元同時計測分光による電子・分子衝突の立体ダイナミ

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

クス

Thin-film Solar Cell
β-CuGaO2

Intermediate Temperature
Fuel Cell
Electrochemical
H+-injection

Fuel cellSnS
n-type SnS film

n-type film

p/n-homojunctuion

Visualization of static and dynamic natureof matter by means of electron Compton
scattering
Properties of matter, such as reactivity and functionality, aredetermined by the motion of the constituent electrons andnuclei and their concerted effect. For this reason, we aim atunderstanding of static and dynamic nature of matter at themost fundamental level and exploration of materials having
desired functionalities, by developing new and original
spectroscopies that would visualize the motion of bothelectrons and nuclei in matter. They are all basically basedon either of electron-electron and electron-atom Compton
scattering:(1) Imaging of the motion of electrons and nuclei in matterby electron Compton scattering,(2) Visualization of the driving principle behind chemical
reaction by time-resolved electron Compton scattering,(3) Stereo-dynamics of electron-molecule collision by multiparameter coincidence experiments.

開発中の時間分解原子運動量分光8 反応過渡種内で原子核に働く力の実時間計測
過渡種内原子毎の運動量分布
 原子運動量分光
𝑑𝑑𝑑𝑑
 原子核による電子コンプトン散乱< 𝑭𝑭𝑭𝑭 𝒓𝒓𝒓𝒓 >=< 𝒑𝒑𝒑𝒑 >𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
 元素分析＋運動量解析
1ps幅の過渡種内で各原子に働く力
パルス
電子線
Xe
CH4
 期待される成果
C H

カウント数 [arb. units]

Development of environmentally conscious materials based on atomic site designing

Phys. Rev. Lett. 114, 103005 (2015)

化学反応の駆動原理の観察・解明

H原
原子運動の
ドップラー幅電子損失エネルギー [eV]

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

時間分解
電子運動量分光< 𝑭𝑭𝑭𝑭 𝒓𝒓𝒓𝒓 >時間分解
原子運動量分光

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

78

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

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運動量空間化学の主たる成果

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

原子占有空間の設計に基づく環境材料・プロセス・デバイスの創製

東北大学 多元物質科学研究所

Noboru WATANABE, Associate Professor

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

ヘラー ニチヤ

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

渡邉 昇 准教授

・反応過渡系の電子および原子核運動のイメージングと化学反応の駆動原理の可視化
・分子軌道の運動量空間イメージングと分子振動による電子波動関数形状の歪みの研究
・原子運動量分光による原子核の分子内運動のイメージングと分子内力場の研究
・運動量空間化学の開拓とその創薬研究への展開
・多次元同時計測分光による電子・分子衝突の立体ダイナミクス

・Design of inorganic materials and development of their synthesis techniques・Development of narrow-band-gap oxide semiconductors and their application to Tomoyuki YAMASAKI, Assistant Professor
photoelectric devices
助教
・Development of compound semiconductors and their processes and their application to
Nithya HELLAR, Assistant Professor
energy harvesting devices
・Development of elemental materials in intermediate temperature fuel cells
・Analysis of battery materials using NMR spectroscopy

77髙橋 正彦 教授

分子科学／原子衝突物理学／運動量空間化学／化学反応動力学

Takahisa OMATA, Professor
inorganic materials ／ power generation devices using natural energy ／ ion-exchange andtakahisa.omata.c2@tohoku.ac.jp
intercalation

Division of Measurements

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

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

髙橋正彦研究室

ナノ・マイクロ計測化学研究分野

ハイブリッド炭素ナノ材料研究分野

Nano/Micro Chemical Measurements

Hybrid Carbon Nanomaterials

Hitoshi KASAI Lab (c)Hirotomo NISHIHARA Lab

笠井均（兼）研究室

西原洋知研究室

専門分野・キーワード

nano ／ micro analytical devices ／ imaging microscopy ／ interface chemistry

nanocarbons ／ adsorption ／ energy storage ／ solid reactions

福山 真央 講師
maofukuyama@tohoku.ac.jp▪ タンパク質凝集核形成のシングルイベント解析▪ 蛍光偏光分光装置の開発とワンステップイムノアッセイ法▪ マイクロ水滴を用いるバイオアッセイ法

玄 大雄 助教・単層グラフェンから成るナノ多孔体の創成
・弾性変形するナノ多孔体が引き起こす新しい物理化学現象
・先進カーボン材料を利用したエネルギー貯蔵・変換・有機化学的手法に基づく結晶性カーボン材料の創成と応用
・カーボン材料エッジサイトの高度分析
・カーボン系材料のヘルスケア分野への展開

Masao GEN, Assistant Professor▪ Kinetic analysis of protein aggregation nucleation at the single event level.
▪ Development of fluorescent polarization apparatus and one-step immunoassay▪ Bioassay utilizing aqueous microdroplet

マイクロ水滴い、有機結晶のように構造を規定できる金属カーボン構造体、グラレベルでの分析など、他の手法からは得られない情報を計測する

amicro
ナノ水滴

フェンからなる 3 次元構造体をはじめ、種々の新しいカーボン系
anano

200 μm

ためには、空間制約下での化学反応・界面現象などの特性を明らない高度計測手法の開発を進めます。

1ステップ・バイオアッセイ

タンパク質凝集核形成解析
1h

3h

4h

濃縮・B/F分離6h

液滴

構造体および複合材料の調製を進めている。また、先進のカーボン
材料分析技術を利用し、カーボン系材料の反応性、耐食性、触媒能等、様々な化学的特性を分子論的に理解し、その精密制御を行っている。さらに、調製した新規材料をスーパーキャパシタ、二次電池、燃料電池、ヒートポンプ、新規エネルギーデバイス、機能性吸着材、Materials-Measurement Hybrid Research Center

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

アミロイドの研究機関および企業と連携しつつ進めている。

10 µm

Chemistry in nano/micro space: measurements & applications

Development of advanced functional carbon materials

We study advanced nano-micro technologies inchemistry and biochemistry and their applications tointegrated analytical devices. We investigate easy andautomated analytical technologies for life science,
environmental science, food safety, and industrial
process. We also investigate novel analyticaltechnologies such as single cell analysis, and singlemolecule analysis. For the advanced technologies,

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

東北大学 多元物質科学研究所

fundamental chemistry such as chemical reactions
and interfacial phenomena in a confined space should
be revealed in detail. We study unique advanced
measurement methodologies such as microscopic
imaging.

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

80

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

触媒、ヘルスケアなど幅広い分野へ応用する検討を、国内外の多数

10 µm

79

Center for Mineral Processing and Metallurgyを主体とするカーボン系材料に関し、有機合成や化学気相蒸着の手現が期待できます。また、単一細胞を対象とする分析、単一分子て、マイクロ流体実験装置や、顕微イメージング法など他に例のTHirotaka NAKATSUJI, Assistant Professor

当研究室では、従来は構造制御も構造描写も困難であった非晶質

単一細胞解析

反応・物質輸送の界面化学法を用いて原子・分子レベルからのボトムアップ的な材料合成を行かにする基礎化学研究が必要になります。そのためのツールとし

中辻 博貴 助教

カーボン系材料を中心とした非晶質材料の新展開

品・工業プロセスなどを対象とした簡便分析・自動分析などの実

デバイス・計測技術実現に挑戦します。このような新しい技術のTakeharu YOSHII, Assistant Professor

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

ナノ・マイクロ空間を利用した化学・生化学の集積化と高度化

吉井 丈晴 助教

・Development of nanoporous materials with single-layer graphene walls
・Study on new physicochemical phenomena induced by elastic nanoporous materials
・Study on energy storage and conversion using advanced carbon materials
・Synthesis of crystalline carbon materials based on organic chemistry and theirapplications
・Advanced analysis of carbon edge sites
・Application of carbon-based materials to healthcare field

ナノ・マイクロ空間の化学と分析に関する研究分野開拓を中心に研究を進めます。生体・環境・食

Hirotomo NISHIHARA, Professor
hirotomo.nishihara.b1@tohoku.ac.jp

主な研究テーマ

Mao FUKUYAMA, Senior Assistant Professor
主な研究テーマ

西原 洋知 教授（AIMR）

ナノカーボン／吸着／エネルギー貯蔵／固体反応

Hitoshi KASAI, Professor

Division of Measurements

笠井 均 教授（兼）ナノ・マイクロ分析素子／顕微イメージング法／界面化学

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

ハイブリッド材料創製研究分野

光機能材料化学研究分野

Hybrid Material Fabrication

Photo-Functional Material Chemistry

Tomoyuki AKUTAGAWA Lab

Masaru NAKAGAWA Lab

芥川智行研究室

organic electronic materials ／ molecular conductors ／ molecular ferroelectrics ／molecular electronics
主な研究テーマ
・超分子ローター構造を利用した強誘電体・焦電体・熱伝導体の開発
・電荷移動型分子集合体デバイスの開発
・新規な分子性導体・磁性体・強誘電体の開発
・有機−無機ハイブリッド型ナノ構造を用いた分子デバイスの開発
・酸化還元活性な有機π電子系化合物および金属錯体の開発
・Ferroelectric, pyroelectric, and thermal conducting materials from supramolecularrotators
・Molecular-assembly devices based on charge-transfer interactions
・Novel molecular conductors, magnets, and ferroelectrics
・Molecular devices based on organic-inorganic hybrid nanostructures
・Redox active organic π -electron and/or metal-coordination compounds

性・強誘電性の観点から、分子性材料の電子－スピン構造を設計し、その集合状態を制御する事で、マルチファンクショナルな分子性材料の開発を行っています。例えば、分子性結晶内の分子回転に関する自由度を設計し、分子の flip-flop 運動を利用した双極子モーメントの反転が実現できます。カチオン性の超分子ロータ
ー構造の回転周波数・対称性・方向性などの精密制御から、強誘電体の転移温度・応答速度・抗電場などの諸物性が設計可能となります。また、磁性機能を有するアニオン性ユニットとの複合化

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。

Shun DEKURA, Assistant Professor

masaru.nakagawa.c5@tohoku.ac.jp
主な研究テーマ・一桁ナノ造形に資する光ナノインプリント成形のレジスト材料とアラインメント技術の開発
・レーザー加工孔版印刷法によるナノリソグラフィプロセスの開発
・蛍光と散乱光による精密位置合わせと積層化
・金属・誘電体ナノ構造体の近接場光制御と光化学反応場・自己組織化制御場への応用
・ナノ構造体を駆使した物性計測技術の開発

押切 友也 准教授
Tomoya OSHIKIRI, Associate Professor

新家 寛正 助教
Hiromasa NIINOMI, Assistant Professor

・Single-digit-nanometer figuration by development of resist materials and alignment
technology in UV nanoimprinting
・Development of nanolithography process using laser-drilled screen printing
・Alignment and building by fluorescence and scattering・Creation of fields for photochemical reaction and self-assembly control by controlled/
modulated near-field on metallic and dielectric nanostructures
・Development of measurement technology for physical property using nanostructures

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

Microprint and nanoimprint method

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

MICRO

MICRO

+ NANOUV nanoimprinting

2. laser-drilled screen printing
1. mold fabrication

NANO

3. imprint,
resin filling

化学および物理的相互作用の解明を進め、機能性分子の光化学合成
や分離精製に基づく物質・材料の創製を目指している。ナノインプ
リント技術では、一桁ナノ精度の造形を目標としたモールド作製用
電子線レジスト材料、一桁ナノ造形に資する光硬化性成形・レジス
ト材料、定型成形を実現する被成形材料の精密塗布プロセス、積層JP5397941-B2

JP6005698-B2
US10,613,433-B2

JP5879086-B2
JP5860244-B2

6. demolding

7. etching

500 nm

4. fluorescencealignment

5. UV curing

化に資する一桁ナノ精度のアライメントプロセスと材料、ナノリソ
グラフィに資するエッチングプロセスの研究を進めている。金属・誘電体のナノ構造体どうしの配置において、未踏の化学反応や物理現象を誘起することを目的として一桁ナノサイズの精密さで人工的

lithography

Materials-Measurement Hybrid Research Center

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

出倉 駿 助教

Masaru NAKAGAWA, Professor

material science ／ photochemistry ／ nanoimprinting ／ metasite

JP6669432-B2
JP6864443-B2

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

JP6090732-B2
JP5583374-B2

JP6723888-B2に作られた場所を “ メタサイト (metasite)” と提唱し、メタサイトの研究を先導する。

Fabrications of multifunctional molecular materials

東北大学 多元物質科学研究所

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

Our application studies by NIL
Fish-net transparent electrode films

Anisotropic conductive films for testers

100

Wavelength / nm

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

80
60

2µm

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

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

Ar+-etched Au

E
H

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

Aluminum electrolytic capacitors
Electrolyzed Aluminum

10 µm

region-selectively
plastically deformed

Inducedcurrent

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

square 1.8 µm
pitch
3 µm
depth 70 µm

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

Security artefact metricskwidth 53 nm
gap 18 nm

diameter 2 µm
pitch
5 µm
length 100 µm

1µm

20

wet-etched Au

Electrodeposited Nickel

Au linewidth = 0.8µm

40

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

synthetic quartz nanopillars(diameter, height)(100 nm, 100 nm)(200nm,50 nm)

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

82

マテリアル・計測ハイブリッド研究センター

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

81

により、強磁性－強誘電性などのマルチファンクショナルな分子

akutagawa@tohoku.ac.jp

中川 勝 教授

材料科学／光化学／ナノインプリント／メタサイト

Center for Mineral Processing and Metallurgy

有機分子の設計自由度に着目した分子集合体の多重機能の構築
および無機材料とのハイブリッド化を試みています。導電性・磁Tomoyuki AKUTAGAWA, Professor

専門分野・キーワード

金属資源プロセス研究センター

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

多重機能を有する分子性材料の創製

芥川 智行 教授

Division of Measurements

有機電子材料／分子性導体／分子強誘電体／分子エレクトロニクス

計測研究部門Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード

中川勝研究室

研究支援組織

有機・バイオナノ材料研究分野

笠井均研究室Research Support Section

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

Organic- and Bio- Nanomaterials

Hitoshi KASAI Lab

・図書室
Division of Measurements

計測研究部門

専門分野・キーワード
ナノ薬剤／有機ナノ粒子／抗癌薬

Hitoshi KASAI, Professor

Nano Drugs ／ Organic Nanoparticles ／ Anti-cancer Drugs

・安全管理室hitoshi.kasai.a6@tohoku.ac.jp
主な研究テーマ
・サイズ制御された有機ナノ粒子の作製
・新たなデザインが施された抗癌性ナノ薬剤の創製とその薬理効果
・ナノ点眼薬の創製とその薬理効果
・バイオプロセスを巧みに活かした薬効化合物の合成
・ナノ粒子化による生物由来色素の高機能化
・Fabrication of size-controlled organic nanoparticles
・Creation of new-designed anti-cancer nanodrugs and their pharmacological activities
・Preparation of nano eye drops and their pharmacological activities
・Synthesis of drug compounds by using bio-process
・Functionalization of pigments derived from organism by forming nanoparticles

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

小関 良卓 助教
Yoshitaka KOSEKI, Assistant Professor

・広報情報室鈴木 龍樹 助教

多元研における広報活動や快適なネットワーク環境の整備など多岐にわたる支援業務を行っています。業績を掲載した評価資料など、研究所の公式な刊行物の編集・発行、web サイト管理、プレスリリース、イベント支援などの業務を行っています。

Ryuju SUZUKI, Assistant Professor

有田 稔彦 助教

・技術室

Toshihiko ARITA, Assistant Professor

技術室では、47 名の技術職員 ( 再雇用職員 5 名を含む ) が、研究者の要請に応えてさまざまな技術を学び蓄積しながら実験研究をサポートしています。研究者から要請される技術支援は多様であり、経験、技術を生かしてその要請に応えるため、個人あるいは組織としての研究支援技術の高度化に努めています。

Center for Mineral Processing and Metallurgy

金属資源プロセス研究センター

技術室

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

全身へ拡散(size : < 数nm)

療に用いる薬剤の場合、水溶性化合物を静脈注射投与すると、血・機械工場
肝臓による解毒
マクロファージ (size : > 100 nm)

中に移行後、腎臓から濾過されやすい上、正常組織にも拡散しや
すいこと、また、100nm 以上のマイクロ薬剤の場合は、マクロ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（Fi g. 1）。

腎臓による排泄(size : < 数nm)

当該研究分野では、上記の課題を克服するため、抗がん活性薬
化合物にコレステロール誘導体などの難水溶性置換基を化学的に：マイクロ薬剤
Size： > 100 nm

連結することや 2 量体化などを施すという従来とは真逆の薬剤設

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

計を遂行することに加えて、有機ナノ粒子の作製法である再沈法

83

図書や資料の閲覧、相互利用、参考調査、学習や研究に必要な資料の購入、受入などの業務を担い、図書の適切な管理と運営をもって、研究活動を支援しています。AIMR 本館に位置し、東北大学に所属する教職員や学生が利用できる閲覧室と学習スペースも備えています。

笠井 均 教授を駆使することにより、100nm 以下のナノプロドラッグ（Fig．2）を作製する技術を確立しました。その結果、腫瘍組織の細胞内に機械工場では、研究者の要求に応じた実験装置の設計・試作、既存の装置の改造などを主な業務としています。二次元・三次元
CAD システムや CNC 工作機械、新型ワイヤ放電加工機などを順次導入して設備の高機能化を図り、若い技術者でも高度で様々な工作依頼にも応えられるよう日々「装置（モノ）づくり」に取り組んでいます。
学生教育の一環としては「機械製図講習会」・「機械工作安全作業講習会」を BCP のレベルに合わせ、対面かオンラインかを上手く切り替えて実施しています。また、社会貢献活動として見学や中学生職場体験活動の依頼があれば、受け入れも行っています。
現在 9 名の職員が在籍していますが、このように多くの職員と最新の加工設備を擁する付属工場は全国的にも少なくなっており、当研究所の特色のひとつになっています。

ナノ粒子のまま細胞内に到達！！

：ナノ薬剤
Size：10 nm ～ 100 nm：薬分子（< 数nm）

がん細胞への到達まで効率的なドラッグデリバリーが可能な抗癌性ナノプロドラッ

腫瘍組織への集積(size : 10 nm ～ 100 nm)

グを創出できることや、本技術が点眼薬などにも幅広く応用展開
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

Fig.1

進中です。

・ガラス工場

Fabrication of The Novel Designed Nanodrugs Composed of Poorly Water-Soluble
Compounds
For the design of the conventional drug compound, it
was common to add a water-soluble substituent to acompound having a pharmacological effect. However,in the case of anti-cancer drugs, it was reported that thewater-soluble compounds given by using intravenous
administration were easily filtered from kidney ordiffused even in normal tissue. On the other hand, it
is known that, when μm-sized drugs with more than
100nm were administrated in the blood, they tended
to be transported to the liver after macrophages were
phagocytosed(Fig.1).
In our group, in order to overcome the above problems,
we are designing the novel anti-cancer drugs composedin the dimer or the compounds to which the poorly watersoluble substituent such as a cholesterol derivative arechemically linked. In addition, by utilizing our techniqueof reprecipitation for fabrication of organic nanoparticles,

東北大学 多元物質科学研究所

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

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。

・光器械工場
光器械工場では、研究者の要求に応じた精密な平面・球面・反射鏡、特殊なレンズやプリズムの製作及び結晶や特殊材料の切断研磨業務を行っています。面精度が良くかつ表面粗さが小さい溶融石英ガラス基板では表面形状をレーザー干渉計で測定しながら加工し、焦点距離の誤差の少ないものを作り上げる技術を持っています。

Fig. 2

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University84

多元 CAF Central Analytical Facility in Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials (Designated as Tagen CAF)

・共通機器・研究プロジェクト支援
再雇用 3 名を含む 25 名が、共通機器・施設・設備 ( 多元 CAF) の管理・運営を行い、共同利用共同研究拠点である研究所の活動を支援しています。同時に多元 CAF と兼務する形で研究プロジェクトの支援も行っており、多様な技術で多元研ならではの研究を
技術スタッフとして支援し、また技術の高度化にも取り組んでいます。技術スタッフは電子回路、超高真空、実験機器・装置の開発・改良、測定・制御ソフトウェア開発、結晶育成、薄片研磨、化学分析、レーザーシステム、生物・バイオ関連技術などの技術要素を持ち、1 人 1 人はエフォートにより複数の支援を行うことで多くの支援件数に応えています。また、学生の実験指導や安全教育・管理にも携わり、研究所全体の発展に貢献しています。

業務の一例■ 全固体リチウム電池の作製と充放電測定によるデバイス性能評価

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 ofvarious 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 inHybrid 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

グローブボックス内で全固体リチウム電池を製作している様子

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

A. 組成分析装置
Apparatuses for ultimate analyses

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

・元素分析装置

・核磁気共鳴装置（溶液用 NMR400/500/600MHz）（炭素・水素・窒素・酸素分析装置、酸素・窒素分析装置、炭素・硫黄分析装置）
Elemental analyzer (C-H-N analyzer, O analyzer, S-X analyzer)

・ICP 発光分析装置

・時間・空間分解精密状態解析システム

・微小部走査 X 線分析装置

The time and space resolution precision state analysis system (Laser Raman)

Electron probe micro analyzer (EPMA)

・超高速反応解析システム

・多機能型素材分析装置（X 線光電子分光装置）
Multi-functional material analyzer (X-ray photoelectron spectrometer: XPS)・X 線光電子分光装置

Super-high-speed reaction analysis system (Laser ﬂash spec-trometer)・パルス EPR
Electron paramagnetic resonance spectrometer (EPR)

X-ray photoelectron spectrometer (XPS)

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

・ナノデバイスイオンダイナミクス計測装置（固体用 NMR400/600MHz）
Nano device ion dynamics analyzer (Solid-state NMR spec-trometer)

Inductively coupled plasma emission spectrophotometer (ICP-AES)

白金基板上に凝固した透明なリチウムダイシリケート

NMR 400/500/600 MHz

・高温 NMR 解析装置

・飛行時間型二次イオン質量分析装置

High Temperature NMR Analysis Systems System

Time of Flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS)

・高速ラマンイメージングシステム

・グロー放電質量分析装置

High Speed Raman Imaging System

Glow discharge mass spectrometer (GDMS)

・Machine Shop
I n the Machine shop, machinists prepare original experimental apparatus

・高周波誘導結合プラズマ質量分析装置
Inductivery coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)

designed by researchers. Staff introduce advanced facilities and also makeeffort to hand down the highly skills to next generation. Additionally, our staff holdtraining courses of mechanical drawing and machine tools operation for students.
The Machine shop is one of the unique characteristics of our institute.

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

C. 構造組織解析装置

Apparatuses for crystal structure and microstructure analyses

・電界放射型走査電子顕微鏡
Field emission type electron microscope (SEM,EDX,EBSP)・Project Support
Central analytical and technical supporting group assists research with various
skills concerning electronic circuit, ultra-high vacuum systems, development or
improvement of experimental apparatus, creation of software for measurement orcontrol devices, crystal growth, preparation of thin films, chemical analyses, laser
systems, bio-technologies and so on. Our Staff can embody each researcher'sideas. Also staff take part in education for students, safety management andcontribute to the advancement of our institute.

・ナノエリア解析システム
Nano area analysis device

・走査型プローブ顕微鏡
Atomic force microscope (AFM,SNOM)・高分解能電解放出形走査電子顕微鏡
High resolution field emission type electron microscope(High resolution FE-SEM)

・全自動粉末 X 線回折装置
Automatic powder X-ray diffraction devices (XRD)

85

東北大学 多元物質科学研究所

・蛍光 X 線分析装置
X-ray Fluorescence (XRF)

・共通 X 線装置
X-ray diffractometers (XRD)
1. 粉末 Powder XRD
2. 粉末高温 High temperature powder XRD
3. 小角散乱 Small angle X-ray scattering instrument
4. 薄膜 Thin film XRD

・単結晶自動 X 線構造解析装置
・三次元マイクロストレス X 線実測システム
X-ray microarea three-dimensional stress measuring system

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University86

C. 構造組織解析装置
Apparatuses for molecular structure analyses

建物案内図 Building guide map

D. 基盤設備 Base facilities

North Gate・ヘリウムガス回収装置 Helium gas recovery device

Laser desorption ionization mass spectrometer

・アーク溶解炉 Arc melting furnace

・四重極 - 飛行時間型質量分析装置 (Q-TOF/MS)

B08・高電圧パルス選択性粉砕装置

Quadrupole time-of-ﬂight mass spectrometer (Q-TOF/MS)N

北門

・液体窒素供給システム Liquid nitrogen supply system

・レーザーイオン化質量分析装置 (MALDI-TOF/MS)

B01
C04

High Voltage Pulse Selective Crushing Equipment

・高分解能フーリエ変換赤外分光光度計 (FT-IR)

C02・高精度微小荷重試験機

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)

C03

B07

Thermogravimetr y-dif ferential thermoanalysis/mass spectrometr y simulataneous
measurement device (TG-DTA/MASS)

東北大学本部

B06

・熱分析装置 Thermal analysis devices
1. 超高温示差走査熱量計
Super high temperature differential scanning calorimeter (DSC)
2. 熱膨張計Thermomechanical analyzer (TMA)

Tohoku University
Administration Building

正門
Main Gate

・精密万能試験機 Autograph

東北大学
史料館

・紫外可視分光光度計 UV-Vis spectrophotometer・レーザー回折式粒度分布測定装置

Tohoku University
Archives

Laser diffraction particle size analyzer

・表面粗さ測定装置 Surface roughness measuring instrument※1・大型ステージ走査型プローブ顕微鏡

E02・微小領域分析用 X 線回折システム

E03

X-ray Diffractometer for Micro-Area Analysis of Phases and Stresses

宮城県庁

Miyagi Prefectural Oﬃce

広

瀬

せんだい
メディアテーク川

Hirose River

3km

三越

寺 通
定 禅 ji Street

2km

宮城県美術館

F04

Subway Kotodai-koen Station

Mitsukoshi

n
Jyoze

South Gate

1km
地下鉄広瀬通駅

Subway Hirosedori Station

Su

AER

e

Hiros

Nishikouen

東北大学
川内キャンパス

駅
一番町
青葉通 Aoba-dorition
地下鉄 Subway

仙台国際センター

Tohoku University
Kawauchi Campus

ho StaIchibanc

sendai international center

評定河原球場

StationSendai Site of a Castle

日本と仙台の位置 Position of Japan and Sendai

JAPANSendai

Washington dc

San Francisco

Shin-Chitose Airport

Sendai87

東北大学 多元物質科学研究所

SapporoAccess to Sendai Station
��°N

Sendai Airport

Tokyo

Fukuoka Airport

���°Eubashi

仙台城址

地
下
鉄
五
橋
駅

y Itsuts

Tohoku University
Katahira Campus

Subwa

東北大学

片平キャンパス

Seoul

IMRAM West Building 1

B07

多元研 西工場（工場棟）

IMRAM West Technical Plant

B08

B01

Hyoujyougawara Stadium

Sendai City Museum

Athens

多元研 西 1 号館

（科学計測研究棟 S 棟）

多元研 西 2 号館

（科学計測研究棟 N 棟）

IMRAM West Building 2

仙台市博物館

Lisbon

仙
台
駅

aw

yK

a
bw

西公園

ion

tat

iS

ch
au

B06

AER

通
広 瀬Street

Sendai Station

駅

Osaka Narita International Airport- From Sendai Airport to Sendai Station by railway： 30m- From Tokyo Station to Sendai Station by Tohoku Shinkansen（Bullet train）：1h40m

From Sendai Station

F05

南門

地下鉄勾当台公園駅

Sendai Medhiatheque

Miyagi Museum of Art

川内

F03

F02

Karahira Sakura Hall

仙台市内マップ Sendai City Map

鉄地下

East Gate※2

片平さくらホール

アクセス Access

東門

F01

C02

多元研 東 1 号館

（反応科学研究棟 1 号館）

IMRAM East Building 1

C03

多元研 東 2 号館

（反応科学研究棟 2 号館）

IMRAM East Building 2

C04

多元研 東 3 号館

（反応化学研究棟旧館）

IMRAM East Building 3

E03

South Multidisciplinary Research Laboratory 2

E02

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

F01

多元研 南 1 号館

（素材工学研究棟 1 号館）

IMRAM South Building 1

F02

図書室

Library (AIMR Main Building 2F)

南総合研究棟 2（材料・物性総合研究棟Ⅰ）

F03

多元研 共同研究棟

IMRAM Cooperative Research Building

F04

多元研 南 2 号館

（素材工学研究棟 2 号館）

IMRAM South Building 2

F05

多元研 南 3 号館

（素材工学研究棟 3 号館）

IMRAM South Building 3

多元研 事務部棟

IMRAM Administration Building◇ 登録有形文化財（2021 年 10 月 14 日告示）
旧東北帝国大学工学部機械学及び電気学教室（※ 1）（現）東北大学多元物質科学研究所 南 1 号館

旧東北帝国大学工学部機械学及び電気学実験室（※ 2）（現）東北大学多元物質科学研究所 事務部棟東北帝国大学工学部の初期の姿を伝える、また当時多く見られた左右対称の立面を持つ建造物のう
ち現存するその時期の建築様式の実例としても貴重です。

事務部棟旧東北帝国大学
工学部機械・電気工学教室と一体となって東北帝
国大学工学部の初期の姿を伝える貴重な建築です。
中廊下式の二階建て、玄関にはステンドグラスが掲げられています。

- On foot: About 20 minutes- By taxi: About 5 minutes

Kansai International Airport

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

88