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教授 吾郷浩樹, 　
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最近、原子の厚みしかない二次元の原子シート原子膜が、大きな注目を集めています。当研究室では、炭素からなる原子膜で、優れた電気特性を示す「グラフェン」、二次元絶縁膜である「六方晶窒化ホウ素 h-BN）」などを扱っています。特に、CVD法による高品質合成や物性発現、ヘテロ積層に関する研究を行っています。さらに、積層した原子膜の間にできる二次元空間を利用して、一般には存在しない結晶構造を見出す、あるいは全く新しい二次元物質を作り出すという試みを進めています。このような研究を通じて、トランジスタや太陽電池、光センサーなどの応用研究も展開しています。

●グラフェンの成長と反応機構、及び応用展開
●新規原子膜である遷移金属カルコゲナイドや六方晶窒化ホウ素等の合成や物性・応用
●原子膜で囲まれた二次元ナノ空間に基づく新しい科学の推進

教授 山田浩志 , 教授 上原雅人, 　
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IoT(Internet of Things)社会では人間が生活するフィジカル空間で生じるさまざまなイベントをセンシング・情報化し、サイバー空間へつなぐことが求められている。当研究室では応力発光体や窒化物圧電体など、 IoT 技術でセンシングのキーとなる機能性材料の設計・開発から最先端計測器を利用した材料評価、計算機シミュレーションによる物性解明と新しい機能デバイスの創製を目指した研究に取り組んでいる。最終的に開発した技術を産業界 に技術移転することを目指している。

●応力発光体や窒化物圧電体など機能性材料の設計と機構解明
●応力発光体を利用した新規な計測 ・ 診断技術の開発
●計算機シミュレーションを利用した物性解明

教授 大橋直樹 , 教授 原徹 , 准教授 坂口勲, 　
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無機材料の結晶構造 、 化学組成 、 それに由来 する電子状態を設計 ・ 制御し 、 さらに 、 セラミッ クスや薄膜材料中での不純物や欠陥の振る舞 い 、 界面状態の理解と機能化を図ることによっ て 、 先端的な光 ・ 電子機能 発光材料 、 半導体素 子材料 、 センサー等 材料や２次電池材料の実 現を目指している 。 そのため 、 固体物性 、 固体 化学などを基礎とし 、 結晶合成や薄膜堆積な どの結晶成長に関わる開発研究と 、 高分解能 電子顕微鏡やナノ領域の化学組成分析装置な どを駆使した材料評価とを推進している 。 本講座の学生は 、 つくば市所在の国立研究開 発法人 物質 ・ 材料研究機構にて研究を行う 。

●センサ 、 発光素子等の電子素子の高機能化を目指したオプトエレクトロニクス材料の開発
●高性能二次電池の開発を目指した新しい固体電解質などのイオニクス材料の開発
●電子顕微鏡やイオンビーム技術 、 電子分光などを活用した材料評価と電子構造解析

教授 寒川義裕 , 准教授 草場彰, 　
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近未来の新たな生活様式、産業活動スタイル（Society 5.0）への移行が推し進められている折から、我々人類は新型感染症の発生・拡大を経験し、その取組みの社会的意義が益々高まっている。材料開発においても AIを活用した「マテリアル革新力強化」の在り方が問われている。本研究グループでは計算科学とデータ科学に立脚した『材料プロセス・インフォマティクス』と言う学問領域を確立し、これからの時代に即した新たな材料開発・産業活動スタイルを提案する。現在、2014年ノーベル物理学賞の受賞対象材料となった窒化物半導体の更なる高品質化、次世代パワーデバイス等への応用を推し進めている。

●マルチフィジクス結晶成長シミュレーション ●GaN パワーデバイス開発 ●AlGaN 深紫外レーザー開発

准教授 光原昌寿, 　
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金属やセラミックスなどの結晶性材料の力学特性と微細構造について主に研究を行っている 。 原子配列 、 格子欠陥 転位など の密度や分布 、 結晶粒界の性質 、 結晶配向や析出物分散状態といった様々なサイズの内部組織に着目しつつ 、 材料の力学的性質などを決める諸因子を解明し 、 未来の材料開発に貢献することを目的としている 。 引張試験 ・ 圧縮試験 ・ 硬さ試験 ・クリープ試験などの力学試験 、 電子顕微鏡による組織観察を得意としている 。

●構造用金属材料の変形と破壊
●耐熱合金のクリープ変形と強化機構解明
●新規耐熱合金の開発

准教授 中川剛志, 　
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デバイスの微細化が進み固体表面の制御が重要となっているが 、 物質の表面は内部と異なった構造 ・ 物性を示すことが多い 。 本研究室では 、 固体表面の構造を原子レベルで解き明かし 、 電子状態や磁性などの物性評価へと展開することを目標としている 。 このため 、 低速 電子回折 LEED 、 走査トンネル顕微鏡STM 、 電界イオン顕微鏡 FIM などの原子レベルの表面構造解析に適した装置を用いて研究を行っている 。

●半導体、金属表面上の単原子層作製と構造・物性
●タングステンなどの針先端の原子レベル先鋭化と表面微小領域の構造解析法の開発
●磁性超薄膜での高保磁力や磁気相転移の研究

准教授 板倉 賢 , 助教 赤嶺大志, 　
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材料の機能や特性は材料の微細組織と深く結びついています。そのため高機能な材料開発には、さまざまなニーズに応じた材料の微細組織設計が求められます。当研究室では、最先端の電子顕微鏡法や計算機シミュレーション等のさまざまな解析手法を用いて、材料機能・特性と微細組織の関わりを明らかにし、より高度な材料開発への指針を得る研究を行っています。特に、超強力磁石材料、機能性金属材料、半導体薄膜材料などの先端機能材料を中心に、ミリからナノまでの広範なマルチスケール電顕解析を行って、低炭素化社会の実現に貢献する研究に取り組んでいます。

●マルチスケール電子顕微鏡観察による高性能ネオジム磁石の微細構造解析
●収差補正 STEM を用いた新規 PLD 積層膜磁石の微細構造解析
●最新走査電子顕微鏡法による磁性体・誘電体ドメイン構造解析
●チタン合金のオメガ相変態機構の解明

准教授 橋爪健一, 　
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原子力・ 核融合 ・ 水素 ・ 放射線 ・ 太陽光等のエネルギー利用を念頭に 極限環境中 高温 ・ 高腐食 ・ 高放射線環境下など の物質 ・ 材料の研究を行っている 。 特に 、 物質 ・ 材料中の水素同位体 軽水素 、 重水素 、 三重水素 トリチウムの振舞い 溶解 、 拡散 、 透過など を明らかにすることを主要テーマとしている 。 水素は最も基本的な元素の一つであるが 、 その構造の単純さ 、 宇宙空間にも 、 地球上にも多量に存在する量的な豊富さ 、 また 、 エネルギー関連の物質 ・材料中で様々な振舞いをすることから 、 興味の尽きない元素である 。 本研究室では 、 このような水素の物質 ・ 材料中挙動とエネルギー材料開 発のための基礎学理をもとに教育を行っている 。

●原子炉材料 、 核融合炉材料 、 水素エネルギー材料の研究開発
●金属 、 セラミックス材料中の水素同位体の挙動研究
●放射線エネルギー利用研究

教授 藤野茂, 　
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本研究室では、 次世代のフォトニクス 、 エレクトロニクス 、 バイオ分野を支える先端機能性ガラスに関する研究を行っています 。 具体的には光通信や半導体分野にて用いられるシリカガラスを主眼とし 、 ナノガラス構造形成と新しい機能性発現のための材料プロセッシングに関する学問を構築すること目的とする 。 その成果を基に 、 従 来の製造 ・ 加工法では実現できなかった微細かつ複雑な形状を本研究室が開発した新規な３ D光造形技術 3 D プリンター を駆使した高機能性ガラス 光学レンズ 、 微細光学部品 、 光センサー 、 光メモリ 、 バイオチップ 、 フラクタル構造等 の実用化研究に取り組む 。 一例として下図に微細かつ複雑形状を有するガラスの例を示す 。

●３ D 光造形技術を用いた新規機能性ガラス開発
●モノマー シリカ 光硬化反応機構の解明
●ナノコンポジット材料の透明焼結機構の解明

教授　柳田剛 , 教授　村山光宏 , 教授　Ho Johnny Chung Yin, 　
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ナノスケールで設計された”ナノマテリアル”はバルク材料では得ることができない極めて魅力的な構造・物性を有します。ナノマテリアル国際ラボでは、ナノ材料創成と解析に特化した３つのグループが共同で、原子・分子レベルから構造設計することで、既存の微細加工技術では決して真似することのできない高次酸化物ナノ構造体を低環境負荷プロセスにより創り出し、産業応用におけるグリーンイノベーション・ライフイノベーションを生み出す新デバイス群の提案・実証へ繋げる、研究を行っています。

1)無機酸化物を中心とした一次元・二次元・三次元ナノ材料の創成
2)計算科学によるナノ材料の設計支援、ナノ材料合成反応、材料機能を支配する化学反応機構解明
3)ナノ材料の階層的集積化、デバイス化およびセンサ等への応用
4)先端電子顕微鏡法を中心としたナノ材料解析と三次元＆リアルタイム次世代ナノ構造・機能解析システムの開発

教授 飯久保智 , 准教授 嶋田雄介, 　
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構造・機能性材料の開発には用途に応じてさまざまな性質が求められるため、計算科学を利用して効率よく開発を進めることが成否をわけると言っても過言ではありません。私たちは物質内部の電子状態を明らかにする「第一原理計算」、物質の地図とよばれる「状態図」などを駆使して、新物質探索法や材料組織制御法を研究しています。具体的には太陽電池、熱電材料、二次電池などに適用し、物性物理学と材料組織学の観点から、次世代の構造・機能性材料の開発を行っています。

●第一原理計算、計算状態図を利用した新物質探索法の開発
●熱力学データを活用した材料組織の制御法の開発
●量子ビーム（X線、中性子線）を用いた結晶構造解析

教授 林潤一郎 , 准教授 工藤真二 , 助教 浅野周作, 　
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現代社会に欠かせないエネルギーや様々な化学品は化石資源を利用して作られている。いずれ化石資源が使えなくなることを想定し，かつ環境問題も考慮し，唯一の豊富な代替資源であるバイオマスを原料とする、あるいは他の代替可能な手段による多様な技術の開発をしておくことは人類にとって重要である。本研究室では、カーボンニュートラル・ネガティブ社会の実現に貢献するバイオマスなど炭素系資源および金属系資源の転換を含む化学プロセスの開発を目指して、化学工学、反応工学、触媒工学を基礎とする研究を行っている。

●バイオマスなど炭素資源ベースの分散型スマート・グリーン化学システムおよび反応・反応器・触媒開発
●CO₂ニュートラル/ネガティブを実現する炭素資源からの電力・化学コプロダクションおよびクリーン製鉄
●マイクロリアクター・ロボティックリアクターシステム

教授 永長久寛 , 准教授 北條 元, 　
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触媒はエネルギー・ 物質変換と環境保全のためのキーマテリアルである 。 当研究室では金属のナノ粒子や複合酸化物などの無機系固体触媒材料の設計 ・ 開発から電子顕微鏡 、 シンクロトロン放射光を利用した触媒の静的 ・ 動的キャラクタリゼーション手法の開発を目指している 。 固体表面上の化学反応をつかさどる原理を解明する基礎研究から産業界との連携による実用化研究まで 、 一貫した触媒化学の教育研究を行っている 。

●高い触媒特性を示す金属担持触媒 、 金属酸化物触媒の開発
●無機固体材料の構造 ・ 機能解析および触媒特性との相関性の解明
●電子顕微鏡 、 シンクロトロン放射光を利用した新規な触媒構造 ・ 反応解析法の開発

准教授 辻 雄太, 　
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ナノテクノロジーや表面科学などの最先端科学分野において、量子力学に基づく理論計算科学への期待はますます高まっています。近年の計算機性能の向上により、大規模な現実系のシミュレーションも可能となっています。本研究室では、実験ではなく、理論計算科学の立場から、分子、固体、表面・界面の物性や反応性に関する理論的研究を行っています。特に「不均一触媒反応」、「分子エレクトロニクス」および「有機無機接合界面」などの最先端の研究課題に力を入れて取り組んでいます。最近では、さらに情報科学・数理科学の知見や方法論も活用して研究を促進しています。我々の興味は精度を追求した計算科学ではなく、量子論・軌道論に立脚した新しい物質観の創出や化学概念の構築です。

●触媒反応機構の理解と予測
●単一分子デバイスの設計と解析
●界面相互作用の電子状態解析

准教授 斉藤光 , 助教 井原史朗, 　
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電子顕微鏡内で試料に熱・光・外力などを加えて、微細組織や機能/力学特性がどのように変化するかをリアルタイムで観察する「その場観察」法は、「現象が自分の目で見える」という電子顕微鏡の特徴を最大限に活用できる手法です。本教育分野では、その場観察手法をさらに進化させ、AIに代表されるデータサイエンスを駆使した情報処理技術、さらには計算科学的手法と融合させることで、未知の物質の探索やデバイス機能そのものをナノスケールで可視化する新技術を開発し、材料やデバイスの研究開発革新を加速させることに挑戦しています。また、電子顕微鏡の本質である電子線と物質との相互作用の中にはいまだに未解明かつ魅力的な現象があります。本教育分野ではそれらの探求にも踏み込み、さらに活用した新原理の超高速検出器やイメージング手法の開拓を推進し、真に新しい科学現象を可視化するユニークな電子顕微鏡法を生み出そうとしています。

●ポリマー・金属など構造材料のナノ力学を解明するその場変形ナノイメージング
●天然鉱物ナノ粒子およびナノ鉱物における不定比組成と構造変態の相関
●トポロジカル表面プラズモンと二次元半導体の軌道角運動量選択相互作用の観測
●新型ピコ秒電子線検出器の開発とナノ蛍光寿命イメージングへの応用
●機械学習を活用した電子エネルギー損失分光の高速化と有機材料解析への応用
●機械学習を活用した超高速電子線トモグラフィーによる３Dナノイメージング
●塑性変形に伴う転位下部組織形成過程の観測

教授 大瀧倫卓 , 准教授 末國晃一郎, 　
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無機固体の機能物性学と、化学的な物質創製学との協奏的な融合を目指して、「新しく面白く（できれば美しく）、そして役に立つ」材料の開発を行っている。特に金属酸化物半導体や金属カルコゲナイド、低次元ナノ構造物質などの熱・電子・光・磁気物性について、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換材料や、熱の移動を可変制御できる材料、光や磁場に特異な応答をする材料、シングルnmオーダーの低次元規則性を自発的に持つ材料などの探索・合成・評価解析を進めている。なかでも、環境適合性や安全性、耐久性、経済性が注目されている酸化物・硫化鉱物熱電材料については、世界に先駆けて開発研究に着手し、現在もn型酸化物の熱電性能記録を更新し続けており、世界的にも先導的な研究拠点の一つである。

●結晶構造・組成・ナノ構造の革新による酸化物・硫化物熱電変換材料の開発
●ナノ粒子分散・ナノへテロ界面による増強フォノン散乱と良導電性の両立
●新規プロセッシングによる酸化物/非酸化物ナノコンポジットセラミックス
●多元素同時ドープによる特異な固溶限界拡大と高濃度ドーピング
●層状・かご状・ラトリング結晶構造と熱・電子物性解析
●有機分子集合体鋳型による低次元無機ナノ物質の自己組織合成と特異量子物性

教授 波多聰 , 教授 奥山哲也 , 准教授　石田洋平 , 　
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電子線トモグラフィー、 歳差運動照射電子回折 、 自動 ・ 高速画像収録など 、 先端電子顕微鏡設備の観察 ・ 分析機能を活用し 、 材料物性に関わる諸問題の解明に取り組んでいる 。 最近は特に 、 学内外の研究者 ・ 技術者と共同で 、様々な画像処理や機械学習の技術を電子顕微鏡データの収録 ・ 解析に取り入れるほか 、 新機能を有する試料ホルダーの開発を行うなど 、ソフトとハードの両面から電子顕微鏡法の発展に力を入れている 。

●その場変形電子線トモグラフィーの手法開発および転位 結晶欠陥 の三次元ダイナミクス観察への応用
●電子線ナノビーム回折 ・ 分光データの多点収録による鉄鋼材料 、 超伝導材料 、 ガラス材料等の微細構造解析
●結晶化合物の短範囲規則状態 ナノ領域構造ゆらぎ における三次元局所構造解析

教授 原田裕一, 　
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KOINE とは略語(Kyudai global Open Innovation Network Engine) であるが、ギリシャ語由来の英単語でもあり、 「共通認識」の意味を持つ。すなわち、産学官 民の多様な学識・経験を持つメンバーで自由 闊達な議論の中から、地域課題や産業課題を 解決する新たなアイデアを創出することが、 KOINEのオープンイノベーションとしての核 心である。アイデアの概念検証（PoC)研究に おいては、ナノレベルでの物質状態を量子情 報の物理的概念で理解し、ナノテクノロジー の手法を活用した素子設計や理論研究により、 学際的な国際産学官共同研究を進めている。

●量子コンピューター要素素子である超伝導領事ビットを含む超伝導量子回路
●ナノレベルでの冷却・解凍技術の探究と、そのバイオ・食品応用
●ミリ波フォトン量子情報処理

教授 島ノ江憲剛 , 准教授 渡邉賢 , 准教授 末松昂一, 　
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金属酸化物を中心した無機材料の精密合成や構造制御を原子・ナノレベルで行うことにより、バルク、表面,界面の機能を最大限に引き出すとともに新たな機能も付加した、最先端のガスセンサ、次世代の全固体電池、超高性能酸素分離膜など、これまでにない新しい化学機能デバイスを創製する。これらの研究開発では、材料・デバイスの構造・物性の高度な解析により機能発現メカニズムを理解するとともに、先進デバイスの実現に資する設計指針を構築し、産業展開する。

●精密ナノ粒子創成技術の開発と酸化化物半導体、固体電解質を用いた高機能ガスセンサへの応用研究
●セラミックス焼結技術を応用した次世代全固体電池作製プロセスの開発と材料設計の構築
●新規酸化物イオン導電体、混合導電体を用いた高性能酸素分離膜に関する研究

准教授 渡邉英雄 , 助教 大澤一人, 　
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原子炉や核融合炉等は、 高エネルギーの中性子や各種イオンが降り注ぐ環境にある 。 ここで使用する構造材料や各種の機能性材料に与えられる影響を高精度の材料分析手法により 、原子レベルで捉えることによって その背後にひそむ物理メカニズムを研究する 。 更にその成果を指針としてこのような環境に耐える新材料の開発を目指す 。
核融合炉プラズマ対抗材料(W) 中おける水素と照射による導入された格子欠陥との相互作用に関するシミュレーション計算 。

●金属材料の中性子照射損傷
●軽水炉及び新型炉材料の安全研究 ・ 開発
●プラズマ対抗材料 W) 中の水素や格子欠陥

准教授 德永和俊, 　
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将来の基幹的なエネルギー源として開発が進められている磁場閉じ込め型核融合炉の炉材料に関する研究を行う 。 特に 、 核融合プラズマと対向材料の相互作用による表面損傷と不純物放出挙動 、 水素同位体吸蔵 ・ リサイクリングの基礎過程 、 及びプラズマからの高熱負荷による対向材料の損傷について解明する 。 これらと共に 、 プラズマ対向材料の候補材料であるタングステン (W の基礎的な力学特性評価やこれに及ぼす粒子照射効果についても研究を行う 。 さらに 、 これらの基礎データを基に核融合炉第一壁材料 、 及び核融合炉において熱 ・ 粒子 制御を行うダイバータの表面材料や高熱流束機器の開発への応用に関する研究も行う 。

●水素同位体 ・ ヘリウムプラズマ照射によるタングステンの表面損傷
●非定常高熱負荷によるタングステン 、 及びタングステン合金の損傷と材料開発
●タングステンの力学的特性評価と熱 ・ 粒子 水素同位体 ・ ヘリウム ・ 中性子 負荷効果