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東北大学多元物質科学研究所

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University
  • 第1部会
  • 共同利用・共同研究拠点

研究所・センターの概要


所長
寺内 正己
Terauchi,Masami
キーワード
多元物質科学、有機・無機ハイブリッド材料、プロセスシステム・デバイス工学、先端計測技術開発、ネットワーク型共同研究拠点
住所
〒980-8577
宮城県仙台市青葉区片平2-1-1

多元物質科学研究所(略称:多元研)は、70年の歴史を持つ旧3研究所(選研・素材研、科研、非水研・反応研)を融合させ、多元物質科学に関する基礎と応用の先端的研究を推進し、本学4研究科(工学研究科、理学研究科、環境科学研究科、生命科学研究科)と協力し、次世代を担う若者の教育研究活動を行い、世界的視点から思考できる指導的人材を育成し、地域と世界に貢献することを使命としております。さらに、北海道大学電子科学研究所、東京工業大学化学生命科学研究所、大阪大学産業科学研究所、九州大学先導物質化学研究所と共に、大学の枠を越えた日本を縦断するネットワ-ク「物質・デバイス領域共同研究拠点」(全国共同利用研)を形成し、新しいタイプの共同利用研究所としての活動をしています。

令和元年度の研究活動内容及び成果


超高温モシブチック合金の凝固過程を解明 -黒体放射を利用した新規超高温熱分析装置の開発と浮遊法による凝固過程のその場観察手法の確立-

東北大学多元物質科学研究所の福山博之教授、大塚誠准教授と同大学院工学研究科知能デバイス材料学専攻の吉見享祐教授の共同研究グループは、黒体放射を利用した、2000 ℃以上の温度でも計測可能な超高温熱分析装置を開発し、次世代の超高温材料として期待されるモシブチック合金(モリブデンを主成分とし、シリコン、ボロン、チタン、炭素などを含む合金)の凝固過程の熱分析に成功しました。また、電磁浮遊させた溶融モシブチック合金の冷却過程の直接観察と、固相‐液相共存状態から急冷した試料の内部組織観察から、複雑な凝固過程を解明しました。この成果は、超高温モシブチック合金の組織制御に対して有用な知見であり、実用化の際に問題となる種々の材料特性の向上につながります。

電磁浮遊した溶融モシブチック合金の凝固過程のその場観察(合金上部から観察)。 浮遊しているモシブチック合金が凝固する過程で複数の固相の晶出および、晶出に起因する多段階の復熱現象が観察された。

電磁浮遊した溶融モシブチック合金の凝固過程のその場観察(合金上部から観察)。 浮遊しているモシブチック合金が凝固する過程で複数の固相の晶出および、晶出に起因する多段階の復熱現象が観察された。

 

量子磁性体でのトポロジカル準粒子の観測に成功 -トポロジカルに保護された磁性準粒子端状態の予言-

東北大学多元物質科学研究所 那波和宏助教、佐藤卓教授、東京工業大学理学院 田中公彦大学院生(研究当時)、田中秀数教授、日本原子力研究開発機構 J-PARCセンター 中島健次研究主席らの研究グループは、化学式Ba2CuSi2O6Cl2で表される量子反強磁性体において、トリプロンと呼ばれる磁気準粒子がトポロジカルに非自明な状態を形成することを明らかにし、トポロジカルに保護された端状態の存在を提案しました。本物質はトポロジカル絶縁体の最も基礎的な電子模型であるSu-Schriffer-Heeger(SSH)模型を、磁気準粒子を用いて実現する初めての物質例です。本物質で実現する端状態の物性を実験的にとらえることができれば、将来的には省エネルギー情報伝達材料の高度化にもつながると期待されます。

Su-Schriffer-Heeger(SSH)模型の模式図。 上から順に、隣の原子への遷移確率が一様な場合、大小交互に並ぶ場合(トポロジカルな性質なし)、大小交互に並ぶ場合(トポロジカルな性質あり)。赤色は余った電子の波動関数の広がりを表す。

Su-Schriffer-Heeger(SSH)模型の模式図。 上から順に、隣の原子への遷移確率が一様な場合、大小交互に並ぶ場合(トポロジカルな性質なし)、大小交互に並ぶ場合(トポロジカルな性質あり)。赤色は余った電子の波動関数の広がりを表す。

社会との連携


みやぎ県民大学(7月、計4回)

多元物質科学研究所の4名の教授が「グリーンテクノロジーのための材料とデバイス」と題し、一般市民を対象に、地球環境問題解決のキーのひとつとして重要なミッションであるグリーンテクノロジーの研究開発について、電池や燃料電池、磁気、光デバイス等を題材として、身近な視点から学んでいただけるよう講義を行いました。

学都「仙台・宮城」サイエンス・デイ2019(7月)

体験型科学イベント『学都「仙台・宮城」サイエンス・デイ2019』に「多元研サイエンスワールド」と題して出展し、体験講座や講演を行いました。

夏休み大学探検・中高生の研究室見学会・職場体験(7月・10月・11月)

佐藤俊一教授が「光の不思議 -レーザーを使って光の謎を解こう-」と題して、仙台市教育委員会主催の「夏休み大学探検」に参加した仙台市の中学生を対象に講義や実験を行いました。(7月)
八戸工業高等専門学校の本科・専攻科の学生26名による多元物質科学研究室見学を受け入れ、各自の進路や勉学等の一助になる説明を行いました。(10月)
仙台市教育委員会が主催する「モノづくり教育」の一環として推進する職場体験活動を受入れ、仙台市立錦ケ丘中学校2年生3名の職場体験を3日間にわたって実施しました。技術室機械工場にて製図や機械加工を、ガラス工場ではガラス細工を体験してもらいました。(11月)

学都仙台コンソーシアムサテライトキャンパス公開講座「講座仙台学」(2月)

村松淳司教授が「次世代放射光と仙台の未来」と題して、一般市民を対象に、2023年に東北大学青葉山キャンパスに完成予定の次世代放射光施設の概要についてわかりやすく解説しました。

出前授業(12月~2月)

村松淳司教授が県内の中学・高校2校へ出向き、中高校生を対象に多元物質科学に関する科学の授業を行いました。

 

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