寺内研究室
東北大学 多元物質科学研究所 先端計測開発センター 電子回折・分光計測研究分野
(東北大学大学院 理学研究科物理学専攻 分光物理学講座 電子線ナノ物理)

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研究内容

ナノスケール構造・電子状態解析システムの構築と物性物理学への応用

これまでの物性物理分野では、高品質でマクロサイズの結晶性試料を作製し、それを、特徴ある各種の 実験装置(NMR、SOR、中性子、レーザー、PES、…)で解析するのが一般的でした。 今、社会がにわかに省資源・省エネルギー化を加速しようとしています。このためには、従来よりも、 コンパクトで高機能なデバイスや新機能物質の開発が必要不可欠となります。

新機能物質開発においては大きな単結晶が得られない事がしばしばあります。 とりわけ半導体や新素材開発にかかわる企業研究者の間では、電子顕微鏡を用いた結晶性評価と組 成分析は欠かせない解析手法となっています。現在は、いかに顕微法と一体化した微少領域で の物性解析手法の確立が望まれています。

我々の研究グループでは、従来の電子顕微鏡法を基盤とし、微少領域の精密構造解析 や物性解析手法の開発と物性物理学への応用を目指しています。 さらには、その汎用化により、技術の社会への還元とグリーンサイエンスへの貢献を目指していま す。
これまでに、我々の目標である「ナノスケール構造・電子状態解析システムの構築」の実現を目指し

などのオリジナル実験装置の開発と物性物理学分野(機能性ナノ粒子、 強誘電体転移物質、強相関電子系物質、高次元結晶、フラレン、ナノチューブなどの構造・物性研究) への適用を学生と一緒に行い、物性の解明と同時に手法の有用性の実証を行ってきました。

電子線照射で得られる物質の構造・電子状態情報

1.弾性散乱電子
  → 電子回折法(結晶構造、価電子分布の情報)

2.非弾性散乱電子
  → 電子エネルギー損失分光法(電子励起、伝導帯状態密度の情報)

3.軟X線発光
  → 軟X線発光分光法(価電子帯(結合電子)のエネルギー・状態密度分布の情報)


現在の研究テーマ

  1. クラスタ物質やナノネットワーク物質の構造・電子状態:  グラフェンネットワーク、内包ナノチューブ、・・・
  2. 遷移金属化合物における擬ギャップと結合状態変化の相関:  準結晶、近似結晶、・・・
  3. 強相関電子系物質の構造・電子状態:  マルチフェロイック物質
  4. 構造相転移と静電ポテンシャル分布の研究:  強誘電体、相転移、価電子分布変化
  5. 金属ナノ粒子の光物性の研究:  熱線遮蔽物質の近赤外物性
  6. ナノスケール軟X線発光分析システムの開発:  産・官・学共同プロジェクトによる装置の実用化
上記以外にも、各種実験のためのオリジナル実験装置の開発に力を入れています。
( これまでの研究はこちら

主な実験装置 (電子顕微鏡解析システム周辺装置

  1. 広帯域SXES分光装置を搭載した汎用電子顕微鏡(2010)
  2. 精密構造解析用の分光型電子顕微鏡(2010FEF)
  3. 汎用型高エネルギー分解能EELS電子顕微鏡(MIRAI)
  4. 走査プロープ機能付分析電子顕微鏡(TKP)
  5. 構造解析および電子状態計算用の計算機(Beowulf型PCクラスタシステム、Alphaワークステーション)
  6. 試料作製装置

基本的な用語と略語


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