ビジョン 

原子・分子レベルにおけるミクロな構造とダイナミクスの理解は、物質科学における重要かつ未解決の課題のひとつです。 
究極の目標は、物質中で起こる構造変化や動的過程を完全に理解するための計測・解析手法の体系化です。現在その実現に向け、ピコ秒からマイクロ秒の時間スケールに対応した新しい原子ダイナミクス測定装置の開発に取り組んでいます。

この時間スケールでは、超イオン伝導体、ポリマー、液晶、ガラス、液体、ソフトマターなど、多様な物質系においてマクロな物性や機能に直結する本質的な運動が生じています。私たちは、これらの運動を微視的に計測し、シミュレーション・マクロ物性測定と連携して解析し、ミクロな構造・ダイナミクスに立脚した物性・機能の理解を目指しています。

そして得られた知見に基づき、ミクロな構造や動的過程を自在に制御することで、材料特性や機能の革新的な向上を実現していきます。 

最近の進展（抜粋）

2025

＜装置開発＞

  ▶ ガンマ線準弾性散乱法の共用化開始（2025年4月～） 

　当研究グループが開発したガンマ線準弾性散乱法が、SPring-8にて一般共用化されました。これにより、超イオン伝導体・ポリマー・液晶・ガラス・液体・ソフトマターなどの系において、X線回折像とナノ秒ダイナミクスを同時に観測可能となりました。また、理化学研究所との共同研究（SACLA/SPring-8基盤開発プログラム）により、リアルタイムでデータ解析が可能なオンライン解析アプリも開発され、5PB/日の膨大なデータ処理を実験中で即時に行うことが可能となりました。

  ▶ 手法の一般化に向けた展開 

　第38回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウムでは、「SPring-8-II計画の進捗と展望」において企画講演（齋藤）を実施。今後の多様なユーザーへの展開方法について議論しました。 さらに多様な物質や研究者が原子・分子のダイナミクスを測定できるよう、手法の一般化をさらに推し進めています。

＜物性研究＞ 

  ▶ ガラスのJohari-Goldstein緩和の描像解明

　ガラス物性において極めて重要であるにもかかわらず、50年にわたり正体不明だったJohari–Goldstein（JG）緩和の微視的メカニズムを明らかにしました。この緩和に対応する原子・分子の運動は、ナノ〜マイクロ秒という時間スケール・数オングストロームという空間スケールで生じるため、これまで観測が困難でした。我々は、世界で唯一この領域のダイナミクス観測を可能とするガンマ線準弾性散乱法を駆使し、さらに計算機シミュレーションを併用することで、モデルイオングラス中における非跳躍的な協調運動を初めて可視化。JG緩和が応力緩和の起源となることを直接的に示しました。本成果は国際誌 Acta Materialia に掲載され、プレスリリース（日・英）も実施。複数メディアで取り上げられました。現在、この緩和機構の普遍性の検証と、機構を活用した材料創製に取り組んでいます。

論文情報
Discovery of collective nonjumping motions leading to Johari–Goldstein process of stress relaxation in model ionic glass
M. Saito, T. Araki, Y. Onodera, K. Ohara, M. Seto, Y. Yoda, Y. Wakabayashi
Acta Mater. 284, 120536 (2025)

2024

＜装置開発＞

  ▶ 新しいナノ秒ダイナミクス測定法「ガンマ線準弾性散乱法」を世界で初開発 

　従来のX線や中性子では観測困難であった、ナノ秒スケールの原子・分子運動（いわゆる“ダークゾーン”）に対して、我々は新たにガンマ線準弾性散乱法を開発し、世界に先駆けてこの領域を照らすことに成功しました。この技術は、広帯域かつ高効率でナノ秒ダイナミクスを捉える新原理の分光法であり、SPring-8建設当初からの課題に対する大きなブレイクスルーとなります。2024年にプレスリリースを行い、9件のメディアで紹介されました。

論文情報
Broadband Quasielastic Scattering Spectroscopy Using a Multiline Frequency Comblike Spectrum in the Hard X-Ray Region
M. Saito et al.
Phys. Rev. Lett. 132, 256901 (2024)

＜物性研究＞ 

  ▶ ガラス物性を支配するJohari-Goldstein緩和の異方性を発見：産業材料の開発が加速

　住友ゴム工業との共同研究により、延伸状態での分子運動を直接観測することに成功し、延伸されたゴム中でのJohari–Goldstein緩和に明確な異方性が存在することを発見しました。この成果は、ゴムの破壊メカニズムのさらなる理解やタイヤの性能設計への応用可能性の新機軸を示しており、産業材料開発の加速が期待されます。

論文情報
Microscopic Observation of the Anisotropy of the Johari−Goldstein‑β Process in Cross-Linked Polybutadiene on Stretching by Time-Domain Interferometry
R. Mashita, M. Saito, Y. Yoda, N. Nagasawa, et al.
ACS Macro Lett. 13, 847–852 (2024)

＜プロジェクト開始 ＞ 

  ▶ 新たに2つの科研費プロジェクトが始動 

・基盤研究B（代表）
　「ガラスの力学特性を支配するJohari–Goldstein緩和過程の普遍的機構の解明」
　→ ガラス構造中の協調緩和の一般的メカニズムを明らかにすることを目的とします。

・基盤研究B（分担）
　「準弾性散乱・理論を併用したガラス構造中のLiイオンダイナミクスの解明」
　→ 輸送特性の根幹をなすLiイオンの運動と構造との関係性を定量的に評価します。