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研究内容紹介ミクロとマクロを繋ぐ---構造物性研究

我々のグループでは，X線回折実験を通して，微小な構造変化を捉えることで物質の性質を理解します。

(X線回折に関する詳細はこちらの7ページの短い説明およびこの動画を参照，もっと詳しくは教科書を参照。実験の様子はこちら。）

対象は様々で，

強相関物質(遷移金属酸化物，f電子系など)を中心に，有機半導体・伝導体，錯体など＋ガラス，高分子の動的挙動

別の基準では

単結晶，数十nm厚の薄膜，数nm厚の超薄膜，界面，表面

を測定しています。

情報科学の専門家と協力して，表面の構造解析の手法開発も行いました。

やってみたいこと：固液界面などでの化学反応を見てみたい。化学に分類されている分野を物理に取り込みたい。ここ数年，色々試していますが，なかなか苦戦中です。

擬一次元金属錯体の逆格子マップと，その元となった実験データ(X線振動写真，KEK PFのBL-8Bで測定)

結晶からのX線回折

機能材料の表面構造解析。有機半導体の例。上段:実験結果，下段：電子密度分布

格子歪みを通した電子的な揺らぎの研究

化学反応の時間発展の研究。鉄の黒錆の成長過程を，情報科学を利用した高度な計測法で観察し，成長開始初期と後期での律速過程の違いを見出した。

我々の研究の流れ

ある物質を理解するために，どのような構造的な特徴を知ればよいかを考えます。（ここで物性物理の知識を使う）
それを知るためにどんな測定が必要であるか考えます。（ここでX線回折理論の知識を使う）
実際に測定します。特定の周期構造が現れる様を見ることが重要であるような場合，ここですぐに結論が出ます。
実空間の情報が必要である場合は，その後で解析を行います。（ここで再びX線回折理論の知識を使う）
得られた実験結果から，その物質に対する物理の考察を行います（ここで再び物性物理の知識を使う）

試料は外部の共同研究者から提供を受けますので，特に1と5のステップで共同研究者との相談が重要になります。

過去の研究例

世界初の●●の測定

化学反応を見る

鉄の黒錆を電気化学的に作る初期過程錆が進行する過程の原子スケールのモデル構築

金属酸化物

電子のスピンと軌道の絡み合った共鳴状態の解明 (日本語記事)

酸化物表面・界面

有機半導体

錯体

手法開発

界面構造を非破壊測定表面X線回折の解析法開発

学生の研究生活

研究室に入った新入生は，4月から5月のうちに回折理論の勉強をして，実験室の装置で実験練習をします。

多くの四年生は実験室の装置を使ったテーマか，装置開発的なテーマで卒業研究をします。その間に，一度くらいは放射光実験を経験できるようにしています。

院生は放射光施設での実験を年に2~3回やる見当ですが，運や技術力などで回数は変わります。これまで，3年間うちで研究したほとんどの学生が国際会議で成果報告をしています。

博士課程の学生は何ヶ月の単位で海外での経験を積めるようにします。(例：2017年度，穴田君が米国Argonne National Lab. のDr. Hua Zhouのグループに2ヶ月半の滞在, 2018年度，藤井君がドイツ Kiel大のDr. Bridget Murphyのグループに2ヵ月半の滞在)