T H E LA B O R A T O R IE S 電気プロセス工学大講座量子物性学大講座電気プロセス工学大講座では、『量子効果のマクロな現われの最大の工学分野』である電気工学を基盤として、ミクロな世界とマクロな世界を結びつける新しい理工学分野を開拓しようとしています。自然界に存在するマクロな散逸構造を統計力学や非線形動力学から、また、物質のミクロな構造や変化を電子状態理論や分子動力学を利用し、実験、理論、計算機シミュレーションにより解明しようとしています。非線形物性学研究室プラズマ量子工学研究室量子材料物性学研究室教授／村岡克紀助教授／山形幸彦教授／内野喜一郎講師／堤井君元教授／本庄春雄助教授／坂口英継本研究室では,電気エネルギーの新しい利用法として注目されている、電離に伴うプラズマ及びイオンの発生とその制御法に関する研究を進めています。これらにより、通常の環境下では起らない物理的、化学的ないし原子核反応を起させ、新物質の創成、高効率レーザー光の発生、新しいエネルギー源開発など、先端的技術の開発を進めています。本研究室では、励起、電離、光子放出をはじめとする、プラズマ内における量子過程の工学的応用を主テーマにした研究を行なっています。具体的には、（1）プラズマディスプレイ放電における光子放出過程の解析、（2）エキシマレーザー放電における光電離、励起原子・分子形成過程の解析、（3）ダイヤモンド及び炭素系新物質気相合成プロセスにおけるプラズマ及び固相表面反応の解析などが挙げられます。非線形・非平衡開放系における散逸構造の物理的機構の解明を目指量子機能材料などの諸性質を原子・分子のミクロのレベルで解明するし、実験と計算機シミュレーションから、規則的な分岐形態である樹枝状ことを目指しています。電子状態理論と分子動力学やモンテカルロ法な形態、不規則な分岐構造としてのフラクタル形態などを解析していまどの計算機シミュレーションを使用して、分子・クラスターや表面・界面す。また、非線形ダイナミクスの概念を用いて、液晶の電気対流に生じるの電子状態、色中心など固体中の不純物状態、液体金属の構造や動的性電磁応用工学研究室 ▲ダイヤモンド合成実験教授／三好永作助教授／吉武剛複雑なパターン、結晶成長な質を理論的に研究しています。どの成長界面の運動、振動子また、レーザーアブレーション法集団の引き込み、進化のダイやスパッタリング法などのプラズナミクスなどの数理モデルマを利用した薄膜作製技術によの解析や計算機シミュレーり、従来の方法では成長困難でションも行っています。電気エネルギーシステム学研究室あった高温高圧相や準安定相などの最先端材料の作製を行い、教授／笹田一郎助教授／林則行教授／横山茂助教授／バサ, ニレシ実験・理論の両面から新素材の本研究室は、電磁現象を利用した情報の新しい検出原理の創出とその工学的実現を主な研究テーマとしています。現在、金属の中や裏面検出の欠陥や疲労のような光学的不可視情報の磁気による画像化、自動車のためのトルクセンサ、3次元の動きを捕らえるトラッキングシステム等を研究しています。また、生体磁気計測のための超微弱磁界計測技術の研究や、生体と電磁界の関係、パルスパワによる環境機器、全固体絶縁システムの研究も行っています。電気エネルギーは、省エネルギー性、クリーン性、利便性、安全性などの優れた特性を持っていることから、今後も人間の生活に深く関わり、全エネルギー利用に占める割合が拡大することが予測されます。本研究室では、電気エネルギーの高度な利用法の開発と信頼性の確保のため、レーザーの幅広い応用に関する研究と建築設備、電気設備、情報通信設備の雷害対策に関する研究を行っています。開発を進めています。 ▲ベンゼン2量体の結合性軌道本大講座は、原子・分子の集合体および結晶からなる高機能材料を対象とし、化学・応用化学・化学工学・物質工学を駆使して微細構造とその変化のダイナミックスを理解し、機能設計とその実現が出来る技術者・研究者の養成を目的としています。機能有機材料化学研究室教授／筒井哲夫助教授／藤田克彦光機能材料の研究開発においては、材料の微細構造を原子・電子レベルで自在に制御し、ニーズに応じた材料特性を最大限に引き出すことが重要となっています。当研究室では、長年培ってきた透過電子顕微鏡技術や計算機シミュレーションなどを駆使して、合金の相変態挙動の解明といった基礎的研究から高性能磁石や光デバイスなどの最先端材料の微細構造解析に至るまで幅広い研究を行っています。新しい無機光機能材料・デバイスの創製を目標に、材料の化学組成の設計原理、作製法と物性及び構造についての研究に取り組んでいます。特に、ガラスの屈折率と紫外光透過特性、レーザー、蓄光及び蛍光材料のために活性イオンの光学特性に対するマトリックス組成効果及び非線形光学結晶・ガラスの作製と特性をテーマに研究を行っています。有機化合物の特徴を生かした新しい光機能・電子機能材料の創製を目標に、有機化合物、高分子化合物の分子設計、合成、薄膜形成、物性評価、機能デバイス作製、機能評価まで一貫した実験研究に取り組んでいます。また、機能材料・デバイス研究の基盤である有機材料の凝集構造と光・電子物性の関連を究明する物性研究にも力を入れています。有機エレクトロルミネッセンス材料の研究は当研究室が世界に誇る研究成果です。 ▲ 動的分子化学研究室機能分子工学研究室助教授／辻正治教授／持田勲助教授／光来要三尹聖昊教授／森永健次助教授／武部博倫 ▲フッ化物ガラスのアップコンバージョン蛍光（近赤外の光を入れてエネルギーの高い可視光に変換）先端技術で活躍する量子デバイスとして応置を駆使して、世界でまだ誰も知らないような材料を創りだしていく研究も行っています。用されている光学材料や半導体材料の特性は、ホストの構造や組成に依存するばかりでなく材料中に存在する各種の欠陥によって支配されています。本講座では酸化物単結晶および薄膜・焼結体を中心に、量子的機能に密接な関係のある特性と様々な欠陥との関係を評価しますが、それらの形態と用途を反映して二つ ▲荷電粒子応用特殊実験装置（合成室）のグループに分かれて研究を行います。一つのグループでは、光情報通信技術を支える光波長変換、光変調、光情報記憶に応用される酸化物単結晶を研究対象物質とし、それらの単結晶育成技術の開発及び、結晶中の欠陥と光機す。一方、酸化物薄膜・焼結体の研究では、セラミックスの電子的あるいは光学的特性に注目 ▲無機材質研究所分子プロセス工学大講座 ▲磁気イメージングの実験風景助教授／板倉賢に︵収つこ束いの電パてタ子のー回情ン折報中︵がの C 得模 B E ら様 D れか︶まらパす結タ。晶ー︶のン対称性や格子定数教授／北村健二、羽田肇助教授／古川保典構造評価を行います。対象とする材料は従来からあるものだけでは不十分です。様々な装し、特に界面現象の解明を目指し、界面の組成・情報化社会、光情報技術を支えるのは半導体と光エレクトロニクスです。本大講座では、結晶質から非晶質にまたがる幅広い有機・無機・金属材料をターゲットに、新しい光・電子機能材料の創製ならびに構造と物性の関連を研究しています。無機光機能材料工学研究室機能物性評価学研究室能特性の関係を明らかにする研究を行いま ▲過飽和NH4Cl 水溶液から成長する樹枝状結晶光機能材料工学大講座結晶物性工学研究室本講座は、先端科学技術を支える機能性材料の開発を目指す分野において、物質の合成と機能の評価およびその応用を担当します。特に、独立行政法人物質・材料研究機構と連携し、そこの研究施設を利用しながら、先端的研究者らによる実践的教育・研究指導を行います。 ▲ 電離反応工学研究室機能物性評価学大講座（連携講座） ▲ガラス坂上に作製した有機発光素子高機能性材料の創製、解析、利用を通じて、資源と環境の新しい工学の創製を目指しています。機能物質・材料の構造とダイナミックスに関する基礎化学の高度化を実現します。 ●主な研究課題１. 高機能性の炭素材料および酸化物材料の製造、構造解析、利用２. 石油・石炭・天然ガスの高度転換利用プロセスの開発と解析３. 環境保全の触媒プロセスの開発と解析 ▲水中レーザーアブレーションで作製した銀ナノコロイドのTEM画像ミクロプロセス工学研究室レーザー・低温プラズマの機能材料の創成および環境保全技術への応用の分野で先駆的研究と大学院生の教育に当っています。 ●主な研究課題 1. レーザー・熱 CVD法によるナノチューブ配向膜の作製とデバイスへの応用 2．レーザーを用いた金属ナノ微粒子の作製 3．大気環境保全のためのプラズマ技術の開発 4．レーザー・低温プラズマ中での原子・分子反応素過程先端科学技術共同研究センター本センターはリエゾン部門とプロジェクト部門からなっており、プロジェクト部門のなかの3つ研究領域（研究室）が量子プロセス理工専攻に参加しています。民間企業と連携をとりつつ、社会に直結した先端的研究プロジェクトを推進しています。教授／中島寛教授／桑野範之当領域では、高度情報社会を支える半導体デバイスに関する研究を進めています。具体的には、プラズマにより生成されるイオンを有効に活用し、良質な機能性薄膜形成とそのデバイス応用を目指して、1）高品質絶緑膜の低温形成、2）単結晶・多結晶薄膜の低温形成、に取り組んでいます。また、高精度なSi デバイスには高品質なウェーハが不可欠であり、3）微量欠陥の評価とその制御に関する研究も進めています。本領域では、機能性材料の微細組織解析を通して、機能発現と組織制御に関する研究を行っています。具体的には、発光素子や圧力センサー素子への応用が拡大しているGaN, AI N, I nNなどの窒化物薄膜結晶をメインテーマとしています。主として透過型電子顕微鏡による原子レベルの微構造解析を行い、薄膜内の結晶成長機構や組織形成機構を解明します。その結果を基にして、素子材料の組織制御技術の確立に発展させていきます。 2種類の異なる結晶構造が混在している GaNの透過型電子顕微鏡写真（白点の間隔は約3A）分子物性学研究室教授／今石宣之教授／山木準一助教授／岡田重人熱CVD、プラズマCVDによる薄膜・微粒子材料の育成実験とミクロ・マクロシミュレーション、表面反応の解析、半導体や酸化物の単結晶育成炉の数値解析、材料の構造・機能の分子動力学解析、宇宙環境での材料製造とその基礎現象の実験と数値解析、液体界面の動的挙動解析、融液の物性計測、などを通して、ミクロな構造を持つ高機能ナノ材料やデバイス類の製造プロセスの設計と最適化に関する物理化学的、化学工学的研究を行っています。インターカレーション反応をベースにした新規エネルギー素子の実現を目指し、リチウムイオン2次電池や電気化学キャパシタなどの材料研究を行っています。 ●主な研究課題 1．電池構成材料の熱安定性と安全性 ▲DVD装置内の流れと温度分布のシミュレーション 2. フッ素化溶媒を用いた電解液 3. ポリアニオン型新規正極材料 4. 電気化学キャパシタ 5. 電位と結晶構造の相関性の理論検討先端機能材料領域先端機能デバイス領域電離気体・レーザー領域教授／間瀬淳プラズマの物理と工学的応用、およびミリ波デバイスおよびシステムの研究とその応用に関連した研究・教育を行っています。特に、企業や公的研究機関との共同研究も含めたプロジェクト研究を推進していくことを目的としています。この目的のため、現在、1）ミリ波を用いた計測システムとその応用、2）先進的な高温プラズマ計測システムの開発、3）プロセスプラズマの生成と制御の研究、を主要課題とした研究を進めています。クリーンルーム内の様子