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配属希望の学生へFor New Students

本研究グループでは、バイタリティあふれる若い力を歓迎します！
来たれ、低次元量子物理グループへ。

当研究室は、単に物性測定を行うのではなく、試料の作製、そして、装置作りを自分たちの手で行いながら、日々研究活動を行っています。プログラミングが得意な人、回路づくりが好きな人、手を動かすのが好きな人、特技はないけど元気な人など、物性研究に意欲的に取り組める人を歓迎します。実際の研究では、大変険しい道を越えなければなりませんが、おおむね皆さん研究室での生活を楽しんでいるようです。

同じ釜の飯を食べても良いとお考えの方、お越しをお待ちしています。研究室の見学は何時でも歓迎です。当研究室に、進級、進学をお考えの方で、何かご質問等があればご連絡ください(「お問い合わせ」)。また、東北大学以外の学生の方で、夏休みの期間等を利用されて、見学にお越しになっても結構です。その場合、事前にご連絡をお願いします。

研究種目、研究形態

物性物理学、実験研究

当グループに 配属を希望する 新学部４年生へ

◎研究内容

低次元量子物理グループで研究の対象とする系は、1次元、2次元の低次元ナノ空間をもつ物質や、カゴ状のナノ空間をもつ物質です。こうしたナノ空間に水分子を閉ざすと、その空間に応じた特異な水分子ネットワーク、或いは水分子クラスターが出現します。こうした水分子のダイナミックス、そして、水分子ネットワークを媒介としたプロトン伝導性に関する研究を精力的に行っています。また、新たな課題として、電子とプロトンが相関する新規な系、プロトンの量子トンネル効果、或いは、ガス吸蔵に着目し、当研究室の実験設備を最大限に活かした研究を展開しています。

我々の研究グループにおける実験手段は、とても特徴的です。それは、直流からラジオ波・マイクロ波を経てテラ波、赤外光に到る超広帯域な電磁波を用いるからです。こうした電磁波に対する水分子、プロトン、電子、そして、格子に起因した高周波電磁場応答を測定しています。実際に測定する物理量は、高周波電場に対する応答を反映した複素伝導率、複素誘電率、そして、分子振動に関連した吸光度スペクトルです。ただし、実験を行う周波数帯域や測定する試料に応じて、独特な実験テクニックを適用します。これまで、テラヘルツ時間領域分光器、顕微鏡を備えたフーリエ変換型赤外分光計、およびラマン分光計を整備しました。現在、微小試料の測定を可能にするため、プローバーにLCRメータ、またはインピーダンス・アナライザを組み合わせた新たな低周波伝導率測定装置を立ち上げています。14桁にも及ぶ超広帯域な実験を一つの場所で行える研究グループは世界的にもほとんどありません !!

当グループの学生らは、以下に示す独創的なテーマについて積極的に研究を推進しています。

（１）テラヘルツ分光を用いた電子・プロトン相関系の研究

（２）閉ざされたナノ空間をもつ物質における水分子の状態とプロトン伝導の研究

・水ナノチューブと水分子鎖のプロトン伝導ダイナミックス
・水分子ネットワークとイオンを含む骨格分子との相関効果

（３）ナノ空間に閉ざされた水分子ケージ中へのガス吸蔵の探索

（４）ナノ空間物質を利用したプロトン量子トンネル効果の研究

（５）DNA、タンパク質におけるプロトン伝導性と燃料電池への応用

閉ざされた水分子は、ガス貯蔵や分子フィルターなどへの応用が期待されます。また、プロトン伝導機構の解明は、次世代デバイスを目指すプロトニクスの発展の鍵となる重要な課題になっています。新規ナノ材料の実現に向けた基礎研究の役割を果たすべく、多くのアイデアに基づいた研究を日々行っています。我々は、従来型の学問領域にとらわれず、領域を横断した学際的な視点に立ち、新しい研究・技術分野の創成に挑戦しています。

◎４年生の教育、研究活動について

（１）当研究室では、固体物理学実験の基礎を習得し、将来多彩な分野、社会に進出できる人材の育成を目指します。4年生は大学院生とペアーになって、研究に従事します。この訓練を通して、実験技術、固体物理学を体得し、コミュニケーション能力の向上も目標とします。

（２）週１回、固体物理学の基礎に関するセミナーと、研究室会議に参加してもらいます。

(３) 重要な論文の紹介（教員＋大学院生）を行う研究室セミナーに参加し、最近の研究動向を少しずつ理解していきます。

当グループで 修士過程に進学を 希望する学生へ

　低次元量子物理グループで研究の対象とする系は、1次元、2次元のような低次元ナノ空間をもつ物質や、カゴ状のナノ空間をもつ物質です。こうしたナノ空間に水分子を閉ざすと、その空間に応じた特異な水分子ネットワーク、或いは水分子クラスターが出現します。こうした水分子のダイナミックス、そして、水分子ネットワークを媒介としたプロトン伝導性に関する研究を精力的に行っています。また、最近電子とプロトンが相関する新規な系に着目し、当研究室の実験設備を最大限に活かした研究を展開しています。

　我々の研究グループにおける実験手段は、とても特徴的です。それは、直流からラジオ波・マイクロ波を経てテラ波、赤外光に到る超広帯域な電磁波を用いるからです。こうした電磁波に対する水分子、プロトン、電子、そして、格子に起因した高周波電磁場応答を測定しています。実際に測定する物理量は、高周波電場に対する応答を反映した複素伝導率、複素誘電率、そして、分子振動に関連した吸光度スペクトルです。ただし、実験を行う周波数帯域や測定する試料に応じて、異なる実験テクニックを適用しています。これまで、電磁波と赤外光の間の周波数域に当たるテラヘルツ光を用いた時間領域型テラヘルツ分光器を立ち上げました。さらに、顕微鏡を備えたフーリエ変換型赤外分光計、およびラマン分光計を整備しました。これらの装置は、ナノ空間に閉ざされた水を研究するための有力な実験手段になっています。14桁にも及ぶ超広帯域な実験を一つの場所で行える研究グループは世界的にもほとんどありません !!

当グループでは以下に示す種々の独創的な物質を対象に、研究を推進しています。

（１）テラヘルツ分光を用いた電子・プロトン相関系の研究
（２）閉ざされたナノ空間をもつ物質における水分子の状態とプロトン伝導の研究
・ナノチャンネルに閉ざされた水ナノチューブの構造とプロトン伝導ダイナミックス
・２次元平面に閉ざされた水分子ネットワークの動的挙動
・ケージに閉ざされた水分子クラスターのダイナミックス
（３）ナノ空間に閉ざされた水分子ケージ中へのガス吸蔵の探索
（４）微小試料のプローバーを利用したラジオ波帯計測法の開発

　閉ざされた水は、ガス貯蔵や分子フィルターなどへの応用が期待されます。また、プロトン伝導機構の解明は、水素利用を目指す次世代プロトニクスの発展の鍵となる重要な課題になっています。新規ナノ材料の実現に向けた基礎研究の役目を果たすべく、多くのアイデアに基づいた研究を日々行っています。そして、学問領域を横断した学際的な視点に立ち、新しい研究・技術分野の創成に挑戦しています。

卒業生の進路