研究内容

長崎研究室では、エネルギーと関係の深い無機材料を対象として、それらのセラミックス、単結晶、薄膜、ナノ構造を様々な手法で作製し、原子・ナノスケールで解析評価・計算を行うことで、機能の発現や劣化のメカニズムを探るとともに、得られた知見を生かした新奇機能材料の創製をめざしています。研究室は

・バルク・薄膜グループ(長崎・山田・吉野)
・表面グループ(柚原)

が協力して運営を行なっています。このHPは、バルク・薄膜グループのHPです。表面グループのHPはこちらへ。

バルク・薄膜グループの研究テーマは、それ自身がエネルギーの形態を変換する機能を持つ「エネルギー変換材料のメカニズムの解明・応用」と、現在および将来のエネルギーシステムの中で使われる「材料の劣化現象メカニズムの解明」に大きく分かれます。前者については主に水素イオン伝導体圧電体強誘電体熱電変換材料蛍光体を、後者についてはスパッタリング現象水素脆化現象を対象として研究を行っています。

エネルギー変換材料のメカニズムの解明・応用

  1. プロトン伝導性酸化物の構造と物性の解明
    ⇒ 中性子回折, 赤外吸収, 量子化学計算, 分子動力学シミュレーション
  2. ナノ成長プロセスによるエネルギー変換材料の創製と応用
    ⇒ 圧電効果(機械-電気エネルギー変換), エナジーハーベスタ(環境発電), 電気熱量効果(熱-電気エネルギー変換), 電気光学効果, 強誘電体メモリ, 薄膜・ナノ構造, 放射光X線回折, 熱力学的現象論に基づく理論計算
  3. 酸化物中希土類イオンの発光・吸収の解析と蛍光体の研究
    ⇒ 遷移スペクトル測定, 電子状態計算

材料の劣化現象メカニズムの解明

  1. 金属のスパッタリング現象の解明
    ⇒ スパッタ収率の結晶方位依存性, チャネリング現象
  2. 金属の水素脆化現象の解明
    ⇒ 高濃度水素溶解金属中の金属原子の拡散, イオンビーム蒸着法による同位体制御薄膜の創製と応用

エネルギー発生・貯蔵・輸送・利用に関係する現象や材料は非常に多岐にわたり、研究課題は無数にあると言っても過言ではありません。その中で我々のできることは限られていますが、応用を念頭に置きつつも、エネルギー機能材料の「機能」がなぜ発現・劣化するのかという基礎的な視点を大事に研究を進めていきたいと考えています。そうした研究を地道に続けていくことで、新たな応用の芽も生まれてくると信じています。当研究グループにご興味のある方はぜひご連絡ください。


過去の卒論・修論研究テーマ

R2年度
  • パイロクロア型酸化物La2Zr2O7中Er3+の4f-4f遷移スペクトル形状と配位環境の関係(伊藤暢彦)
  • (K, Na)NbO3薄膜の基板拘束下における圧電応答の理論予測とパルスレーザー堆積法による作製条件の検討(川出航平)
  • ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物の赤外吸収スペクトルに現れる吸着水素の影響(田渕貴大)
  • 欠陥蛍石型酸化物Th1-xLnxO2-x/2 (Ln=Gd,Pr)中の欠陥の会合が格子定数に及ぼす影響の第一原理計算による評価(松坂昇治)
R1年度
  • 欠陥蛍石型酸化物Ce1-xMxO2-x/2 (M=La, Y)の格子定数と欠陥の会合による変化:古典力場計算および第一原理計算(安藤純也)
  • 電気光学素子への応用を目指した強誘電体K(Ta,Nb)O3薄膜の作製とその特性評価(櫻井裕次)
  • 誘電体La2Zr2O7に添加したYの安定位置の広がりに関する第一原理計算(横手俊哉)
H30年度
  • 強誘電体(Pb,Sr)TiO3/常誘電体SrTiO3人工超格子薄膜の作製と電気機械特性の評価(井口雄介)
  • 欠陥蛍石型酸化物Ce1-xLaxO2-x/2中の欠陥の会合が格子定数に及ぼす影響(笠井洋史)
  • Pr:BaZrO3におけるイットリウム・水素添加による発光・吸収特性の変化(杉山純一)
H29年度
  • フレキソエレクトリック効果の向上を目指したSrTiO3基板上における高誘電率(Pb,Sr)TiO3薄膜の作製と評価(太田悠登)
  • Pr添加ペロブスカイト型酸化物(Ba1-xSrx)(Sn1-yMy)O3-α (M=In, Ga)の発光・吸収スペクトルの測定と解析(久山貴大)
  • スパッタリング収率の結晶方位依存性に対するイオンエネルギーの影響(山本修平)
H28年度
  • 圧電体Pb(Zr, Ti)O3ナノロッドのサイズ制御を目指したナノテンプレートの作製と評価(岡本一輝)
  • 誘電率の温度安定性を目指したCaO-TiO2-Nb2O5系パイロクロア酸化物薄膜の合成と評価(籔内彰人)
  • プロトン伝導性酸化物Ce1-x-yLaxSmyO2-x/2-y/2 (x≤0.55, y≤0.02)における水蒸気溶解量の添加物濃度・水蒸気分圧依存性(瀧俊貴)
  • 高速中性子検出のためのプロトン溶解Pr:SrZrO3の発光特性(松永拓也)
H27年度
  • 第一原理計算によるパイロクロア型La複合酸化物中の水素イオンの安定位置と移動経路の評価(坂本貴大)
  • 金属多結晶を用いたスパッタリング収率の結晶方位依存性の評価(平井大陽)
  • 強誘電体の電気熱量効果を用いたマイクロ冷却素子に関する材料検討(松尾翔吾)
H26年度
  • Ni多結晶とAr+ビームを用いたスパッタリング収率の結晶方位依存性(武智博人)
  • 正方晶/菱面体晶Pb(Zr,Ti)O3人工超格子薄膜の作製とその電界誘起格子歪みの評価(海老原洋平)
  • 乱れた構造をとる酸化物結晶に対する原子間ポテンシャルの決定と構造のシミュレーション(猿渡康治)
H25年度
  • Pd薄膜/Pd-Ag基板拡散対を用いた水素誘起空孔による拡散促進効果の評価(大岡篤史)
  • ペロブスカイト型圧電体ナノロッドのサイズ制御を目指したナノテンプレートの作製(伊藤大介)
H24年度
  • 昇温脱離法によるTiCおよびNbCの水素放出挙動の解析(中村亮介)
  • 薄膜の歪みが誘電率に及ぼす影響の低減をねらった配向制御(Ba,Sr)TiO3の作製(田中良典)
  • パイロクロア型酸化物La2Sn2O7に添加した希土類イオンの遷移スペクトルの測定と解析(堀田元樹)
R2年度
  • 強誘電体Pb0.9Sr0.1TiO3/常誘電体SrTiO3人工超格子薄膜における強弾性ドメインの観測とその電場応答の解明(井口雄介)
  • 亜鉛・水素添加によるガーネット型酸化物中Pr3+の発光特性の変化(杉山純一)
R1年度
  • 引張応力下(PbxSr1-x)TiO3薄膜の膜厚が強誘電ドメイン構造に与える影響(太田悠登)
  • SrZr1-xTixO3中Pr3+の4f-4f遷移による発光の組成および温度に伴う変化の解析(久山貴大)
  • 金属のスパッタリング収率に現れる結晶方位依存性とその要因(山本修平)
H30年度
  • 強誘電体Pb(Zr,Ti)O3ナノロッドにおける分極回転の容易化がもたらす圧電応答の増大(岡本一輝)
  • 強誘電体(K,Na)NbO3膜及びナノロッドの電界印加によるドメイン構造変化の解明と圧電特性に及ぼす影響(川野充季)
  • 第一原理計算によるLa2Zr2O7中のH+の移動にY添加が及ぼす影響の解析(坂本貴大)
  • 赤外吸収分光法を用いたプロトン伝導性酸化物Ce1-xLaxO2-x/2のプロトンの存在状態に関する研究(瀧俊貴)
H29年度
  • ラザフォード後方散乱法を用いたNb/V系の相互拡散に及ぼす固溶水素の影響の評価(中島和真)
  • アルゴンイオンによる金属のスパッタリングの結晶方位依存性(平井大陽)
  • 新規評価手法を用いた強誘電体薄膜の分極特性が電気熱量効果に与える影響の解明(松尾翔吾)
H28年度
  • 正方晶/菱面体晶Pb(Zr, Ti)O3人工超格子における強誘電体界面が圧電特性に及ぼす影響(海老原洋平)
  • Fe単結晶同位体拡散対を用いた水素誘起空孔による拡散促進効果の評価(小川秀太)
  • 電気光学応用を目指した強誘電体薄膜のエピタキシャル成長とその特性に及ぼす歪みの影響(近藤真矢)
  • 結晶PDF解析及びMEM解析を用いたプロトン伝導性酸化物Ce1-xLaxO2-x/2の構造解析(猿渡康治)
  • Pr添加SrY2O4の発光スペクトルの温度依存性およびPr濃度依存性の測定と解析(錦昌太郎)
H27年度
  • 強誘電体Pb(Zr,Ti)O3ナノロッドのサイズと電気的境界条件が分極構造及び特性に与える影響(伊藤大介)
  • 薄膜-基板同位体拡散対を用いる自己拡散係数の測定の高精度化(大岡篤史)
  • 高速中性子検出のための希土類イオン・プロトン添加SrTiO3の発光・吸収特性(外野良樹)
H26年度
  • 第一原理計算によるPbTiO3ナノスケール強誘電体の表面・界面構造と特性の評価(高木陽介)
  • 高い誘電率とその温度安定性の両立を目指した誘電体薄膜の作製と評価(田中良典)
  • ペロブスカイト型プロトン伝導性酸化物SrTi0.97Sc0.03O3-δの赤外吸収スペクトルとその温度依存性(中村亮介)
  • シンチレータ材料を目指した希土類添加Ba3Y2B6O15の合成と発光特性評価(堀田元樹)
  • Fe同位体拡散対を用いた水素誘起空孔の自己拡散促進効果の評価(前田康貴)
H25年度
  • イオンビーム蒸着Fe同位体積層試料を用いた水素誘起空孔の自己拡散促進効果の評価(片野宏志)
  • 配向制御したPb(Zr,Ti)O3ナノロッドの作製と圧電特性の評価(安本洵)
H24年度
  • 薄膜試料を用いた水素雰囲気における金属の拡散係数の評価(篠田浩介)
  • プロトン伝導性酸化物BaSn0.5In0.5O2.75の乱れた結晶構造のシミュレーション及び中性子回折との比較(早川和孝)
  • パルスレーザー堆積法によるBi4Ti3O12ナノプレート構造の作製とその圧電特性(柴田貴明)
  • Nd添加ガーネット構造酸化物の近赤外域における吸収および発光特性に及ぼす局所構造の影響(長井仁史)
R2年度
  • 圧電エナジーハーベスティングに資するPb(Zr,Ti)O3のナノ構造化に関する研究(宋俊ドウ)
R1年度
  • 強誘電体エピタキシャル薄膜の成長とその電気光学特性に関する研究(近藤真矢)
H30年度
  • 不定比化合物Mg2-δSi1-xSbxのMg含有量制御と熱電特性(加藤大輔)

氏名 年月 受賞 会議/論文誌 題目
井口雄介 2020年8月 優秀発表賞 令和2年度エネルギー理工学専攻修士課程中間発表会 強誘電体(Pb,Sr)TiO3/常誘電体SrTiO3人工超格子薄膜における特異な分極構造が電気機械特性に与える影響
近藤真矢 2020年3月 学生優秀論文賞 Journal of the Ceramic Society of Japan Theoretical Estimation of the Linear Electro-optic Effect in Compressively Strained c-domain (Ba, Sr)TiO3 Thin Films using a Phenomenological Thermodynamic Model
井口雄介 2019年11月 電子材料研究奨励賞 日本セラミックス協会第39回電子材料研究討論会 強誘電体(Pb0.9Sr0.1)TiO3/常誘電体SrTiO3人工超格子薄膜の作製と電気機械特性の評価
Jundong SONG 2019年7月 Best Student Paper Award 2019 ISAF-ICE-FEM-IWPM-PFM Joint Conference – f2cπ2 Study on Output Power of Nanogenerators with Tetragonal Pb(Zr,Ti)O3 Nanorods for Piezoelectric Energy Harvesting
岡本一輝 2019年3月 学生優秀論文賞 Journal of the Ceramic Society of Japan Influence of Deposition Conditions on Self-assembled Growth of Pb(Zr,Ti)O3 Nanorods by Pulsed Laser Deposition at Elevated Oxygen Pressure
近藤真矢 2018年11月 エレクトロセラミックス研究奨励賞 日本セラミックス協会第38回エレクトロセラミックス研究討論会 基板拘束がcドメイン(Ba, Sr)TiO3薄膜の電気光学効果に及ぼす影響
近藤真矢 2018年9月 Poster Award The 10th China-Japan Symposium on Ferroelectric Materials and Their Applications (JCFMA10) Temperature and Strain Dependences of Electro-optic Effect in c-domain (Ba, Sr)TiO3 Thin Films Fabricated by Pulsed Laser Deposition
平井大陽 2017年10月 Award for Encourage-ment of Research The 15th International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM 2017) Crystallographic Orientation Dependence of Sputtering Yield of FCC Metals Determined using Polycrystalline Targets
岡本一輝 2017年10月 エレクトロセラミックス研究奨励賞 最優秀賞 日本セラミックス協会第37回エレクトロセラミックス研究討論会 (111)正方晶PbZr0.35Ti0.65O3ナノロッドのサイズ制御による圧電特性の増大
加藤大輔 2017年9月 優秀講演賞 第14回日本熱電学会学術講演会 Sb-doped Mg2Siにおける高キャリア濃度の実現とその熱力学的考察
平井大陽 2017年7月 優秀発表賞 平成29年度量子エネルギー工学教室修士課程中間発表会 金属多結晶を用いたスパッタリング収率の結晶方位依存性の評価
近藤真矢 2017年5月 Young Presentation Award The 8th International Conference on Electroceramics (ICE2017) Theoretical Investigation of Influence of Strain on Electro-optic Effect in Ferroelectric Thin Films
岡本一輝 2016年12月 奨励賞 第48回日本原子力学会中部支部研究発表会 圧電体Pb(Zr,Ti)O3薄膜のドメイン構造制御を目指したナノインプリント法の開発
松尾翔吾 2016年12月 奨励賞 第48回日本原子力学会中部支部研究発表会 Positive-up-negative-down法を用いた強誘電体薄膜の電気熱量効果の間接的評価
海老原洋平 2016年12月 3rd Place Poster Award The 10th Asian Meeting on Electroceramics-2016 (AMEC-2016) Structural and Piezoelectric Properties in (111) Tetragonal / Rhombohedral Pb(Zr,Ti)O3 Artificial Superlattice Thin Films
猿渡康治 2016年12月 ポスター賞 日本中性子科学会第16回年会 結晶PDF解析及びMEM解析を用いたプロトン伝導性酸化物Ce1-xLaxO2-x/2の構造解析
松尾翔吾 2016年10月 エレクトロセラミックス研究奨励賞 日本セラミックス協会第36回エレクトロセラミックス研究討論会 エピタキシャル(Ba, Sr)TiO3薄膜の残留歪み及び印加電界が電気熱量効果に与える影響
松尾翔吾 2016年9月 特定セッション優秀ポスター賞 日本セラミックス協会第29回秋季シンポジウム「誘電材料の新展開」 強誘電体(Ba, Sr)TiO3薄膜の電気熱量効果の電界依存性
伊藤大介 2015年5月 Best Poster Award 2015 Joint IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectric, International Symposium on Integrated Functionalities, and Piezoresponse Force Microscopy Workshop (IEEE ISAF-ISIF-PFM 2015) Fabrication of Tetragonal Pb(Zr,Ti)O3 Nanorods by Focused Ion Beam and Characterization of the Domain Structure
田中良典 2014年11月 Poster Award The 6th China-Japan Symposium on Ferroelectric Materials and Their Applications In-situ Analysis of Strain Influence on Dielectric Constant of (Ba,Sr)TiO3 Films with Different Orientations
高木陽介 2014年10月 Excellent Poster Award, Second Prize The 9th Asian Meeting on Ferroelectricity and the 9th Asian Meeting on Electroceramics (AMF-AMEC-2014) Ab-initio Study on Face Azimuth Dependency of Surface Energy and Structure in Ferroelectric PbTiO3
高木陽介 2014年9月 特定セッション優秀ポスター賞 日本セラミックス協会第27回秋季シンポジウム「誘電材料の新展開」 第一原理計算による強誘電体PbTiO3の表面構造と表面エネルギーの面方位依存性の評価
安本洵 2013年7月 優秀発表賞 平成25年度量子エネルギー工学教室修士課程中間発表会 パルスレーザー堆積法によるPb(Zr,Ti)O3ナノロッドの成長制御と圧電特性の評価
柴田貴明 2012年9月 特定セッション優秀ポスター賞 日本セラミックス協会第25回秋季シンポジウム「誘電材料の新展開」 パルスレーザー堆積法によるBi4Ti3O12ナノプレートの構造制御

氏名 研究奨学金 内容
近藤真矢 2019年 日本学術振興会 Young Researchers' Exchange Program between Japan and Switzerland 2019 スイス連邦工科大学チューリッヒ校 (Swiss Federal Institute of Technology in Zurich: ETH Zurich)への研究派遣(2020年3月-9月)
岡本一輝 2019年 日本学術振興会特別研究員 DC1 PZTナノロッドの分極のソフト化による巨大圧電応答の実現と非鉛材料への展開
近藤真矢 2019年 日本学術振興会特別研究員 DC2 超小型電気光学デバイスの実現を目指した強誘電体薄膜のストレインエンジニアリング
近藤真矢 2017年 Young Japanese Travel Support for 18th US-Japan Seminar on Dielectric and Piezoelectric Materials 国際学会18th US-Japan Seminar on Dielectric and Piezoelectric Materialsでの滞在費
松尾翔吾 2017年 Student Travel Grant for 2017 Joint IEEE ISAF-IWATMD-PFM Conference 国際学会2017 Joint IEEE ISAF-IWATMD-PFMへの参加
近藤真矢 2015年 永井科学技術財団・平成27年上期大学院生海外研修助成金 スイス連邦工科大学ローザンヌ校 (Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne: EPFL)における強誘電体薄膜の理論的研究
伊藤大介 2015年 Student Travel Grant for IEEE ISAF-ISIF-PFM 2015 Conference 国際学会IEEE ISAF-ISIF-PFM 2015への参加

研究設備

  • 薄膜・ナノ構造試料作製

パルスレーザ堆積(PLD)装置1号機・2号機

RFスパッタリング装置

電子ビーム蒸着(EB)装置

小型スパッタ装置

ナノインプリント装置

スピンコータ

赤外線ランプアニール装置(RTA)

マルクアライナ

  • バルク試料作製

遊星型ボールミル

油圧プレス

冷間静水等方圧プレス(CIP)

高温管状炉

マッフル炉

炉床昇降式小型高温電気炉

真空加熱炉

高周波加熱炉

放電プラズマ焼結装置(SPS)

  • 試料処理

グローブボックス

  • 構造・組成評価

走査電子顕微鏡(SEM)

粉末X線回折装置(XRD)

薄膜XRD

原子間力顕微鏡(AFM)1号機・2号機

反射高速電子回折装置(RHEED)

エネルギー分散型X線分析(EDX)

  • 電気・機械特性評価

LFインピーダンスアナライザ

高精度LCRメータ

強誘電体テスタ

プローブステーション

温度可変プローブステーション

圧電応答顕微鏡(PFM)

ダブルビームレーザー干渉計(DBLI)

  • 光学特性・分光分析

赤外分光光度計

分光蛍光光度計

紫外可視近赤外分光光度計

プリズムカプラー

エリプソメーター

電界変調型エリプソメーター

第2高調波分析システム(SHG)

  • 理論計算

電子計算機, MedeA(VASP), Mathematica, COMSOL Multiphysics