センター長 鍋島達弥

本研究センターは設立以来、工学と理学の枠を越えた連携と融合により未来型機能性物

質群の創成と学際物質科学研究の新機軸の構築を目指し、さらには研究成果の社会還元を

目的に活動を行ってきました。しかし現在の社会情勢を鑑み、社会からの期待に本センタ

ーがさらに応えるために、本年度から「π電子物質科学」が関わるナノテクノロジー・グ

リーイノベーションを中心とする研究拠点形成を目指すことになりました。またこれまで

の分野を見直し、それぞれ３つの研究コアを持つ「物質創成」「集積物性」「ナノグリーン

機能」の３つの分野を置くことに致しました。計９つのコアには合計 26 名の教員が属し、

この新体制への移行措置として学際融合分野の 3人の教員を加えた総勢 29名の組織として

新しい目標に向かってスタートすることになりました。

TIMS は学際的な研究体制のもと、縦横無尽なブレーンストーミングや萌芽研究のイン

キュベーションによる学際的物質科学の創造的基礎研究をさらに推進してまいります。ま

たつくば地区にある他の研究期間との連携も一層強化いたします。たとえば、KEK との連

携強化による、加速器科学と融合した物質科学教育研究拠点の形成を目指しつつ、これに

よる大きな相乗効果を得ることによってナノサイエンス・ナノテクノロジーにおける融合

領域創成や異分野連携及び TIA-nano グリーンプロジェクトにおける AIST および NIMS

との連携による「太陽電池」「リチウム二次電池」「超伝導線材」「高効率熱電変換素子」「超

耐熱材料」「光触媒」「燃料電池」「グリーンケミストリー」に関わる基礎研究と融合研究も

推進致します。この研究交流を通じて若手研究者の育成にも努めてまいります。

このように本センターは筑波大学における「グリーンイノベーション」の中核組織とし

て、つくば連携による研究推進、および次世代リーダーとなる若手研究者の育成の期待に

応えるべく、上記の連携の深化に加え、企業との連携融合、さらにはグローバルな物質科

学拠点形成を目指します。これらの活動を通じ、つくば地区における「グリーンイノベー

ション」の筑波大学における重要拠点となるよう継続的な活動を行う所存でございます。

はじめに

はじめに

１．理念と沿革 1

1.1 理念

1.2 沿革

1.3 歴代センター長

1.4 TIMS ロゴ

２．組織 3

2.1 構成員

2.2 委員会

2.3 学内委員等

2.4 組織図

2.5 WEB

2.6 所在地

３．センター活動報告 7

3.1 運営委員会等

3.2 TIMS セミナー、シンポジウム

3.3 学際物質科学研究センター 新体制

3.4 KEK 大学等連携支援事業「筑波大学と KEK との連携による

融合教育研究拠点の構築に向けて」

3.5 プレ戦略イニシアティブ「グリーンイノベーションの

ためのキーマテリアル高度デザイン研究拠点」

3.6 決算

４．研究活動報告 17

4.1 研究コア報告

§物質創成分野

1. ハイブリッド機能コア 18

2. ナノ構造物性コア 26

3. 量子物性コア 38

§集積物性分野

4. 分子・物質変換コア 46

5. 強相関機能コア 58

6. 機能性高分子コア 66

§ナノグリーン機能分野

7. 機能性カーボンコア 78

8. エネルギー変換コア 90

目 次

9. 分子光機能コア 98

4.2 競争的資金獲得状況 104

4.3 共同研究 107

4.4 研究生等の受け入れ 109

4.5 受 賞 110

4.6 学会活動・各種委員など 110

4.7 新聞報道・特記事項他 113

1.1 理 念

筑波大学学際物質科学研究センターは、白川英樹筑波大学名誉教授の 2000 年ノーベ

ル化学賞受賞を契機として、工学と理学の枠を越えた連携と融合により、未来型機能性物

質群の創成と学際物質科学研究の新機軸の構築を目指し、さらには研究成果の社会還元

を図ることを目的として平成 15 年 4 月に設置された。 これからの我が国の発展には、物質創成に端を発するデファクトスタンダードの獲得が

求められている。白川教授のポリアセチレン研究にも見られるように、新たなブレークスル

ーの多くは学際的研究から生まれてきている。学際物質科学研究センターでは、高度な研

究環境と研究支援体制のもと、異なる領域の研究者が日常的に互いに連携しつつ中長期

的展望に立った基盤研究を推進し、物質科学の未踏領域に一段と高い研究ピークを実現

することを目指す。

1.2 沿 革

2000年 10 月 白川英樹博士のノーベル化学賞受賞

11 月 「白川記念学際物質科学研究センター」（仮称）WG の発足

2001年 9 月 「学際物質科学研究センター」WG の発足

2002年 11 月 概算要求事項の申請

2003年 2 月 学際物質科学研究センター設置準備委員会の発足

4 月 1 日 学際物質科学研究センターのスタート

5 月 19 日 センター看板上掲式（共同研究棟 A）

6 月 17 日 スタートアップシンポジウム（つくば研究交流センター）

11 月 10・11 日 開所式、記念講演会（筑波大学大学会館）

2006年 4 月 三大学連携融合事業「アトミックテクノロジー」の開始

2007年

2008年

2009年

3 月

10 月

１１月

3 月

3 月

７月

１月

3 月

3 月

16・17 日

1・2 日

13・14 日

25 日

20 日

5・6 日

9・10 日

アトミックテクノロジー国際シンポジウム（ISAT-2007）の開催

第 2 回アトミックテクノロジー国際シンポジウム（ISAT-2）の開催

筑波大プレ戦略イニシアティブ学際物質科学研究拠点に採択

第 1 回学際物質科学国際シンポジウム（ISIMS-1）の開催

ネブラスカ大学バイオメディカルセンターとの部局間協定締結

学際物質科学研究拠点が戦略イニシアティブ（A）に昇格

台湾国立清華大学との合同ワークショップ開催

第 3 回アトミックテクノロジー国際シンポジウム（ISAT-3）の開催

第 2 回学際物質科学国際シンポジウム（ISIMS-2）の開催

1. 理念と沿革

2009年

2010年

2011年

10 月

11 月

１2 月

4 月

3 月

4 月

10-12 日

18・19 日

3・4 日

2・3 日

9・10 日

1 日

第 2 回筑波-新竹国際シンポジウムの開催

第 4 回アトミックテクノロジー国際シンポジウム（ISAT-4）の開催

Symposium on Creation of Functional Materials 2009 の開催

第 3 回筑波-新竹ワークショップ（TSAMS2010）の開催

第 3 回学際物質科学国際シンポジウム（ISIMS-2011）の開催

TIMS 新体制スタート

1.3 歴代センター長

2003.4～2006.1 赤木和夫

2006.2～2010.3 大塚洋一

2010.4～ 鍋島達弥

1.4 TIMS ロゴマーク

中心の小円と外の楕円は物質の根源要素である原子を表し Science の S を抽象化し

た形３つは、物質科学の各分野の協力による新物質の創成を意味します。また、こ

れら３つの形は通称、白川センターの川の字も表しています。（2003 年 11 月 10 日

制定）考案者：筑波大学電子・情報工学系教授（当時） 根本承次郎氏

2.1 構成員

専任教員 秋本克洋 教授 （電子・物理工学専攻、物理工学域）

新井達郎 教授 （化学専攻、化学域）

神原貴樹 教授 （物性・分子工学専攻、物質工学域）

関口 章 教授 （化学専攻、化学域）

中村潤児 教授 （物質創成先端科学専攻、物質工学域）

鍋島達弥 教授 （物質創成先端科学専攻、化学域、センター長）

初貝安弘 教授 （物理学専攻、物理学域）

藤田淳一 教授 （電子・物理工学専攻、物理工学域）

守友 浩 教授 （物理学専攻、物理学域）

秋根茂久 准教授 （物質創成先端科学専攻、化学域）

一戸雅聡 准教授 （化学専攻、化学域）

神田晶申 准教授 （物理学専攻、物理学域）

木島正志 准教授 （物性・分子工学専攻、物質工学域）

後藤博正 准教授 （物性・分子工学専攻、物質工学域）

小林伸彦 准教授 （電子・物理工学専攻、物理工学域）

西村賢宣 准教授 （化学専攻、化学域）

丸本一弘 准教授 （物質創成先端科学専攻、物質工学域）

山本洋平 准教授 （物性・分子工学専攻、物質工学域）

大石 基 講師 （物性・分子工学専攻、物質工学域）

近藤剛弘 講師 （物質創成先端科学専攻、物質工学域）

櫻井岳暁 講師 （電子・物理工学専攻、物理工学域）

中本真晃 講師 （化学専攻、化学域）

蓮沼 隆 講師 （物質創成先端科学専攻、物理工学域）

百武篤也 講師 （化学専攻、化学域）

上岡隼人 助教 （物理学専攻、物理学域）

桑原純平 助教 （物性・分子工学専攻、物質工学域）

小林 航 助教 （物理学専攻、物理学域）

村上勝久 助教 （電子・物理工学専攻、物理工学域）

山村正樹 助教 （物質創成先端科学専攻、化学域）

客員研究員 京谷陸征

島村道夫

2. 組織

技術補佐員 大森恵美子 （研究支援推進員）

事務職員 秋葉 清 （専門職員）

2.2 委員会

運営委員会

鍋島達弥 （センター長、ＴＩＭＳ）

関口 章 （ＴＩＭＳ）

藤田淳一 （ＴＩＭＳ）

初貝安弘 (ＴＩＭＳ）

守友 浩 （ＴＩＭＳ）

神原貴樹 （ＴＩＭＳ）

中村潤児 （ＴＩＭＳ）

森田 純 （数学専攻長）

青木慎也 （物理学専攻長）

関口 章 （化学専攻長）

白石賢二 （物質創成先端科学専攻長）

伊藤雅英 （電子・物理工学専攻長）

小島誠治 （物性・分子工学専攻長）

三明康郎 （数理物質科学研究科長）

秋本克洋 （ＴＩＭＳ）

新井達郎 （ＴＩＭＳ）

運営協議会

鍋島達弥 （センター長、ＴＩＭＳ）

関口 章 （ＴＩＭＳ）

藤田淳一 （ＴＩＭＳ）

初貝安弘 (ＴＩＭＳ)

守友 浩 （ＴＩＭＳ）

神原貴樹 （ＴＩＭＳ）

中村潤児 （ＴＩＭＳ）

秋本克洋 （ＴＩＭＳ）

新井達郎 （ＴＩＭＳ）

三明康郎 （数理物質科学研究科長）

推進会議

鍋島達弥 （センター長、ＴＩＭＳ）

関口 章 （ＴＩＭＳ）

藤田淳一 （ＴＩＭＳ）

初貝安弘 (ＴＩＭＳ)

守友 浩 （ＴＩＭＳ）

神原貴樹 （ＴＩＭＳ）

中村潤児 （ＴＩＭＳ）

秋本克洋 （ＴＩＭＳ）

新井達郎 （ＴＩＭＳ）

2.3 学内委員等

サブネットワーク管理委員会

委員長 鍋島達弥

環境安全管理室

廃棄物管理責任者 鍋島達弥

2.4 組織図

2.5 WEB

http://www.tims.tsukuba.ac.jp/

2.6 所在地

センター固有の建物は未整備のため、以下の共同利用スペースを借用して活動している。

共同研究棟Ａ １１１、２０３‐２、２０４、２１１、２１４、４０６、４１３、４１４、４１５、４１６（電子顕微鏡室）、

総合研究棟Ｂ ２０１（センター事務室）、２２２、２２３、２２４、２２５、２２６、１２２５、１２２６、１２２７、

０２２-1（クリーンルーム）

（左・中）総合研究棟 B、 （右上）共同研究棟 A、 （右下）TIMS 看板

学内地図

3.1 運営委員会等

平成 23 年度第 1 回運営委員会 （平成 23 年 6 月 24 日（金） 開催）

１. 平成 22 年度第 3 回運営委員会議事録の承認

２. センター人事について

３. 平成 22 年度決算について

４. 平成 23 年度予算について

５. 平成 22 年度センター活動報告及び活動予定について

６. その他

1) 災害復旧費について

2) 特別設備について

3) 公募スペースについて

4) 学際物質科学研究センターの実績・将来計画書について

5) 学際物質科学研究センターの「大学共同利用」について

平成 23 年度第 2 回運営委員会 （平成 24 年 3 月 21 日（水） 開催）

１. 平成 23 年度第 1 回運営委員会議事録の承認

２. TIMS 運営委員会委員および構成メンバーについて

３. 平成 23 年度予算執行状況について

４. センター活動について

1) 23 年度実績報告書

2) 24 年度重点施策・改善目標

3) TIMS 活動状況報告

５. テニュアトラック人事について

６. 客員研究員の委嘱について

７. センター将来構想、センター評価ヒアリングについて

８. その他

1) 公募スペースについて

2) 元素戦略、TIA および KEK 連携について

3) 台湾清華大学との第 4 回シンポジウムについて

3. センター活動報告

推進室会議

毎月第 2 水曜日 10:30〜（4 月〜9 月）、第 1 月曜日 12：30〜（10 月〜）定例として推進室

会議を開催し、TIMS の研究推進全般に関して緊密な意見交換を行い、センター活動の活

性化を図っている。

3.2 TIMS セミナー、シンポジウム

TIMS セミナー

2011.07.01 TIMS セミナー（超分子化学講演会）：山田眞二教授（お茶の水女子大学大学院）

「カチオン-π相互作用による分子配列制御と立体選択的光二量化反応」

2012.02.28 TIMS セミナー（超分子化学講演会）：都築誠二先生（（独）産業技術研究所ナノシス

テム部門）「ab initio 分子軌道法による分子間相互作用の解析：ハロゲン結合、イ

オン液体の相互作用」

2012.03.15 物性論セミナー Condensed Matter Seminar：Prof. Yshai Avishai (Ben Grion

University, Israel) "Electron in the field of magnetic charge: Tight binding solution

and mapping on a realistic physical system"

2012.03.15 筑波大学戦略イニシアティブ（Ａ）「機能物質創製研究拠点」若手啓発講演会：居城

邦治教授（北海道大学電子科学研究所附属ナノテクノロジー研究センター）「自然

に学び自然を超えろ！-バイオミメティック・ナノテクノロジーの新展開-」

2012.03.17 筑波大学戦略イニシアティブ（Ａ）「機能物質創製研究拠点」若手啓発講演会：石川

勉教授（千葉大学大学院薬学研究院）「グアニジンケミストリーの展開を中心として：

実験的観察力を磨こう」

シンポジウム・ワークショップ

2011.06.25 ＴＩＭＳスタートアップ研究交流会 （筑波大学総合研究棟Ｂ0110 公開講義室）

関口章（筑波大）「明日を拓くケイ素化学：化学結合における新概念の創出と機能

分子の創製」

藤田淳一（筑波大） 「ナノ炭素構造制御に向けたトップダウン型アプローチ」

小林伸彦（筑波大）「原子レベルからのマルチスケール量子伝導計算」

神田晶伸（筑波大）「グラフェンにおける不思議な現象」

鍋島達弥（筑波大）「相乗的・協同的な機能をもつ分子システムの創成」

守友浩 （筑波大）「基礎科学を基盤とした次世代エネルギー・環境素子への展開」

神原貴樹（筑波大）「π共役分子設計を基本とする電子・光機能性高分子の創製と

応用」

山本洋平（筑波大）「分子ナノ材料の構築とエネルギー変換」

木島正志（筑波大）「共役系高分子をキーマテリアルとする有機半導体や多孔質材

料の設計合成と評価」

中村潤児（筑波大）「機能性カーボンコアについて」

後藤博正（筑波大）「機能性ポリアニリンの合成と性質」

秋本克洋（筑波大）「有機および無機材料太陽電池」

丸本一弘（筑波大）「電子スピン共鳴による有機デバイスのミクロ解析と特性向上」

新井達郎（筑波大）「分子・巨大分子の光機能性・高速光反応ダイナミクスの研究と

生体機能解明への展開」

村上洋一（KEK構造物性研究センター長）「筑波大−KEKの物質科学分野での連

携－物構研と構造物性研究センターの紹介－」

中村和夫（物材機構/ＴＩＡ推進室長）「ＴＩＡナノグリーンのご紹介」

2011.07.22 第１回ＴＩＡナノグリーン領域筑波大学-ＮＩＭＳ研究交流会 （筑波大学総合研究棟

B108 室）

中村潤児（筑波大）「趣旨説明」

中村和夫（物材機構/ＴＩＡ推進室長）「TIA ナノグリーンについて」

鍋島達弥（筑波大）「ＴＩＭＳについて」

中村潤児（筑波大・物創）

末益崇（筑波大・電物）

丸本一弘（筑波大・物創）

岡田晋（筑波大・物創）

鈴木義和（筑波大・物分）

鍋島達弥（筑波大・物創）

後藤博正（筑波大・物分）

神原貴樹（筑波大・物分）

木島正志（筑波大・物分）

山本洋平（筑波大・物分）

久保佳実「リチウム空気電池」

大西剛「薄膜成長を用いた全固体二次電池の界面研究」

森利之 「ヘテロ界面構造制御による発電・蓄電材料の高性能化」

竹口正樹 「収差補正環境TEMによるナノスケール表界面反応状態のその場解析」

梅澤直人

2011.09.04-06 2011 ポリスケール大学間連携研究会(PSW2011)（東京理科大学長万部キャンパス）

北野勝久（大阪大学）

柳田さやか（東京理科大）

2011.09.11 第２６回生体機能関連化学シンポジウム「若手フォーラム」 （筑波大学総合研究棟

Ｂ0110 公開講義室）

高橋俊太郎（東工大・生体機能関連化学部会若手の会関東幹事代表）

古田寿明（東邦大）「遺伝子の機能発現を光制御するケージド化合物の設計と合

成」

鈴木勉（東京大）「RNA修飾の生合成から細胞内の化学反応を学ぶ」

岩浦里愛（農研機構）「DNA鋳型によるナノファイバーアーキテクトニクス」

三輪佳宏（筑波大）「共創研究！ 化学とバイオイメージング」

ポスター発表（36 件）

2011.09.12-14 第 5 回バイオ関連化学シンポジウム （つくば国際会議場「エポカルつくば」）

長野哲雄（東京大）「生体イメージングプローブ開発研究とアカデミア創薬研究」

寺前紀夫（東北大）「塩基選択的蛍光性リガンドによる分子認識」

中村史（産総研）「抗体修飾ナノニードルを用いた生細胞内タンパク質検出技術」

堀克敏（名古屋大）「バクテリオナノファイバー蛋白質と界面微生物工学への展開」

西澤松彦（東北大）「ウェット加工技術で創るバイオデバイス」

岩渕好治（東北大）「Bis(arylmethylidene)acetones:Michael 付加化学と創薬化学」

和田健彦（東北大）「細胞内環境応答性人工核酸の創製‐がん細胞特異的遺伝子

治療薬の構築を目指 して‐」

2011.10.01 第 1 回筑波大-KEK 連携研究会（筑波大学総合研究棟Ｂ0110 公開講義室）

大塩寛紀（筑波大）「多重機能性金属多核錯体の合成と物性」

山村泰久・齋藤一弥（筑波大）「有機強誘電体研究における構造解析の利用」

小林航（筑波大）「遷移金属酸化物へのリチウムドーピングによる物性制御」

柳原英人（筑波大）「単結晶スピネルフェライト薄膜の磁気異方性と局所構造」

熊井玲児（KEK/PF）「コメント」

守友 浩（筑波大）「ポリマー型リチウムイオン正極材料の中性子構造解析」

神山崇（KEK/J-PARC）「コメント」

櫻井岳暁（筑波大）「有機薄膜太陽電池の放射光分析によるエネルギー損失解析」

間瀬一彦（KEK/PF）「コメント」

上岡隼人（筑波大）「シアノ錯体の過渡的電子相の時間分解 XAFS 分光」

野澤俊介（KEK/PF）「コメント」

渡辺紀生（筑波大）「ゾーンプレート X 線顕微鏡による位相トモグラフィーの開発」

平野馨一（KEK/PF）「コメント」

2011.11.08 第１回つくばグリーンイノベーションフォーラム-「有機簿膜太陽電池の基礎

と最新研究動向」- （筑波大学総合研究棟Ｂ0110公開講義室）

中村潤児（筑波大）「フォーラム趣旨説明」

當摩哲也（産総研）「積層型バルクヘテロジャンクション有機薄膜太陽電池の開発」

市川結（信州大）「エネルギー捕集・伝達機構を有する薄膜積層型有機太陽電池の

開発」

末益崇、都甲薫、宇佐美徳隆、関口隆史（筑波大） 「新しいシリコン系薄膜結晶太

陽電池をめざして」

瀧宮和男（広島大） 「高効率有機薄膜太陽電池の開発」

神原貴樹（筑波大） 「高分子半導体製造プロセスの環境負荷低減化」

安田剛（物材機構） 「トリフェニルアミン系材料を用いたバルクヘテロ型有機薄膜太

陽電池の開発」

重川秀実（筑波大） 「STMを用いた太陽電池のナノスケール分光」

守友浩、上岡隼人（筑波大） 「時間分解分光法による有機太陽電池薄膜の初期過

程評価」

山成敏広（産総研） 「有機薄膜太陽電池の構造解析と特性低下評価」

丸本一弘（筑波大） 「ESRによる有機薄膜太陽電池の特性低下機構のミクロ解析」

2011.11.18-19 第2回つくばイノベーションフォーラム-「二次電池と燃料電池の科学と技術」

-（筑波大学総合研究棟Ｂ0110公開講義室）

朝倉大輔・大久保将史（産総研）「リチウムイオン 2 次電池の高性能化に向けた電

極材料開発」

守友 浩（筑波大）「ポリマー型正極材料とその展開」

高田和典（物材機構）「全固体リチウム電池の高出力化に向けた界面構築」

森利之（物材機構）「燃料電池用セリア系材料に関する研究」

堀田照久（産総研）「固体酸化物形燃料電池の耐久性向上と反応機構解析」

久保佳実（物材機構）「CNH への Pt 触媒担持と DMFC への応用」

辻村清也（筑波大）「バイオ燃料電池の研究開発」

中村潤児（筑波大）「ナノカーボンを用いた燃料電池電極触媒」

高須芳雄（信州大名誉教授）「PEFC 用非白金カソード触媒研究の進歩と課題」

工藤徹一（東京大）「二次電池の発展ーその意外性と将来ー」

周 豪慎（産総研）「ポストリチウムイオン電池の開発」

山田淳夫（東京大）「リチウム遷移金属酸素酸塩の電極機能とその機構」

井手本康（東京理科大）「中性子、放射光を駆使したリチウムイオン電池正極材料

の平均･局所構造、電子構造と電池特性ー 中性子によるコインセルサイズ正極に

おける充放電過程の構造解析ー」

2012.01.28 第 15 回機能性分子シンポジウム （筑波大学総合研究棟Ｂ0110 公開講義室）

深瀬浩一(大阪大) 「化学合成で糖鎖の生物機能に迫る」

高田十志和(東工大) 「緩やかな束縛が生み出す動的機能触媒系」

三原久和（東工大）「ペプチドライブラリを用いる蛋白質・細胞解析チップ」

甲村長利(産総研) 「色素増感太陽電池に用いる機能性有機色素分子の開発」

中村潤児(筑波大) 「ナノカーボンによる燃料電池電極触媒の活性促進効果」

2012.02.16 Workshop : Quantum liquids and graphene physics （筑波大学総合研究棟Ｂ107

公開講義室）

H. Aoki (Univ. Tokyo) “Graphene --- added degrees of freedom and nonequilibrium”

S. Tanabe (NTT Basic Research Lab.) "Electronic transport properties of monolayer

and bilayer epitaxial graphene on SiC(0001)"

R. Shimano (Univ. Tokyo) “Terahertz magneto optics: a new route to study the AC

Hall effect”

Y. Avishai (Ben Gurion Univ.) “Kondo tunneling into a quantum spin Hall insulator”

T. Kawarabayashi (Toho Univ.) "Chiral symmetry and robustness of zero modes in

graphene and related materials"

Y. Hatsugai（Univ.Tsukuba）“Short-range entanglement & topological phases”

T. Oka (Univ. Tokyo) "Photo-induced Quantum Hall Effect"

T. Morimoto (Univ. Tokyo) ”Two parameter flow of longitudinal and Hall

conductivities for graphene quantum Hall system in the ac regime”

I. Maruyama (Osaka Univ.) “Z2 Berry phase in the spin ladder and two-dimensional

orthogonal-dimer system”

Y. Hamamoto (Univ.Tsukuba) “Chiral symmetry and electron-electron interaction in

graphene”

3.3 学際物質科学研究センター 新体制

学際物質科学研究センターは、学際融合的な「π電子物質科学」の推進を図るため、平成 23 年度 4

月より新しく「物質創成」「集積物性」「ナノグリーン機能」の三分野を定め、そこにそれぞれ 3 つ、合計 9 つ

の研究コアを置いた。これに伴い教員数を 9 名から 26 名へと大幅増員を行った。また、新体制への移行

措置として学際融合分野に 3 人の教員を置き、合計 29 名の組織として当センターを発展的に改組した。

また、つくば地区の連携を強化し、AIST,NIMS,KEK および企業と連携することで「学際物質科学」の拠点

形成をさらに推進することを目標に掲げた。例えば、KEK 連携事業として 10 月に「第 1 回連携研究会」を

学内にて開催した。つくば連携の取り組みである TIA ナノグリーンの活動として、第 1 回、第 2 回つくばイ

ノベーションフォーラムを筑波大学内において開催した。さらに、NIMS と「第 1 回 TIA ナノグリーン領域筑

波大学－NIMS 研究交流会」を開催した。このようにシンポジウム・ワークショップの主催・共催 10 回、セミ

ナーの開催（共催含）4 回を行い、学際物質科学の研究交流を積極的に推進した。また、東京理科大学

長万部キャンパスにおいて、「2011 ポリスケール大学間連携研究会」（理科大・大阪大・筑波大・東北大・

群馬大の 5 大学・教員 12 人、学生・ポスドク 33 人）を共催として行った。

2011 ポリスケール大学間連携研究会

TIMS は 2006 年 4 月から 4 カ年計画の文部科学省特別教育研究経費大

学間連携事業として行っているアトミックテクノロジー推進事業で、大阪大

学科原子分子イオン制御理工学センター、東京理科大学ポリスケールテク

ノロジー研究センターと有機的に連携し活動してきた。本事業は 2010 年 3

月末をもって終了したが、今年度も継続して開かれた学生間連携研究会

は従来のプロジェクトメンバーに限定せず広く参加者を募り、一層大学院生の相互指導、若手研究者の

活用と育成を積極的に推進する研究交流の場としての役割を果たした。

日時： 2011 年 9 月 4～6 日

会場： 東京理科大学長万部キャンパス

参加者： 45 名

講演者： 北野勝久（大阪大）

柳田さやか(東京理科大)

ショートプレゼンテーション、ポスターセッション

3.4 KEK 大学等連携支援事業「筑波大学と KEK との連携による融合教育研究拠点の構

築」に向けて

本学は、これまで物質科学の重点研究

領域と位置づけ、既存学域の融合を通じ

て新しい研究分野の創生を目指してきた。

加速器科学の研究拠点である高エネルギ

ー加速器研究機構に隣接する本学におい

て、加速器科学と融合した物質科学教育

研究拠点を構築すれば、他の組織では期

待できない大きな相乗効果が得られる。本

事業では、こうした分野融合への第一歩と

して、放射光とパルス中性子施設見学会

の開催、講習会/実習の開催、分野融合を

テーマにした研究会の開催、放射光とパ

ルス中性子の高度利用に向けたテーマの開拓、等を行っている。これらより、研究者レベルでの交流/共

同研究を促進できるだけでなく、両学域に精通した若手人材を育成することが可能となる。最終的には、

前者に関しては学際物質科学研究拠点の形成、後者に関してはKEKを中心とした加速器科学専攻の新

設を目指す。

3.5 プレ戦略イニシアティブ「グリーンイノベーションのためのキーマテリアル高度

デザイン研究拠点」

本拠点では、燃料電池、太陽電池、リチウムイ

オンバッテリー、超伝導、バイオリファイナリーなど

難度の高い研究課題に対してブレークスルーを

目指し、コーディネート室を中心にして、産業界

の最新のニーズをキャッチするとともに、それに柔

軟に対応する共同研究体制を組織する。ここで

は産業界とのインターフェース機能を充実させる

ことによって、グリーンイノベーションを実質的に

推進することを目的とする。特に環境エネルギー

技術のキーマテリアル・キーデバイスに着目し、

基礎物性科学、解析技術およびデバイス開発などナノサイエンス・ナノテクノロジーを融合した形で組織

的に研究しブレークスルーを実現する。

3.6 決算

（2011 年度）

予 算 科 目 決算額

（円）

運営費 14,532,780

公務復旧費 12,783,374

RA 経費 701,148

合 計 28,017,302

4.1 研究コア報告

§物質創成分野 1. ハイブリッド物質コア 2. ナノ構造物性コア 3. 量子物性コア

§集積物性分野 4. 分子・物性変換コア 5. 強相関機能コア 6. 機能性高分子コア

§ナノグリーン機能分野 7. 機能性カーボンコア 8. エネルギー変換コア 9. 分子光機能コア

4. 研究活動報告

教員 リー・ウラジミール（数理物質系・化学専

攻・講師）

研究員 ASAY Matthew Joseph（外国人特別研究

員）

大学院生 McNEICE Kiera（数理物質科学研究科

D3）

竹内勝彦（数理物質科学研究科D3）

田中裕明（数理物質科学研究科D3）

稲垣佑亮（数理物質科学研究科D2）

伊藤佑樹（数理物質科学研究科D1）

野澤竹志（数理物質科学研究科D1）

青木伸司（数理物質科学研究科M2）

落合達海（数理物質科学研究科M2）

平加奈子（数理物質科学研究科M2）

宮野雅士（数理物質科学研究科M2）

大森 悠（数理物質科学研究科M1）

小林 譲（数理物質科学研究科M1）

武内俊洋（数理物質科学研究科M1）

古屋拓巳（数理物質科学研究科M1）

堀口 悟（数理物質科学研究科M1）

高周期典型元素を含む多重結合の化学は，最近

の３０年間で飛躍的に進歩を遂げ，現在では高機

能性材料への応用が期待されている分野である。

低配位及び多重結合高周期典型元素化合物の創製

と物性を解明することは，有機元素化学，有機合

成化学，マテリアルサイエンス，触媒反応など，

基礎研究から応用研究へと発展できる。物質創製

分野ハイブリッド物質コアでは，炭素と同族のケ

イ素やゲルマニウムなどの高周期元素における基

礎的且つ重要な反応性中間体の単離, 構造解析, 化学的・物理的性質の解明に取り組み, 新たな「低

配位及び多重結合高周期典型元素化合物の創製と

物性の解明」を目指して研究を行った。

【 1 】 三重結合ケイ素化合物ジシリンを中心と

した高周期典型元素多重結合化合物に関する研究

ケイ素－ケイ素三重結合化合物ジシリンは, 構

造化学的にも反応化学的にも炭素アセチレンとは

著しく異なるため特異なπ空間を創出し, その結

果, 新規な反応場を形成することを明らかにした。

ジシリンの構造はトランスに折れ曲がったケイ素

－ケイ素三重結合である。直線構造の三重結合で

はπ及びπ*軌道はそれぞれ縮退しているが, ト

ランス折れ曲がり三重結合ではπ及びπ*軌道の

縮退が解け, 面外対称･面内非対称のπ及びπ*軌

道を有する。さらにπ軌道準位はアセチレンのそ

れと比較すると著しく高く, 逆にπ*軌道準位は

著しく低いなどの炭素アセチレンとは異なる特徴,

反応性を示すことを見出した（図１）。

図１ ジシリンの非等価な占有π軌道

三重結合ケイ素化合物ジシリンは, 特異なπ空

間を創出し, 炭素アセチレンには見られない反応

場を形成する。例えば, N-ヘテロ環カルベン(NHC)

は, ジシリン 1a の面内非対称π*軌道（LUMO）

と相互作用し, NHCの強いσ供与性によって二重

結合ケイ素上に非共有電子対を有する新しいタイ

プの低配位ケイ素化合物 2 を生成した。ジシリン

1aは, アルコール、アミンやチオールなどと容易に

付加反応を起こすため, 従来合成の困難であった３

などのヘテロ元素が置換した二重結合ケイ素化合物

の合成法を構築した（スキーム１）。また, ヒドロホ

ウ素化反応も検討し, B-H 結合がケイ素三重結合に

アンチ付加し, ４を生成することを見出し,炭素の

類縁体であるアセチレンのヒドロホウ素化反応と付

加反応の機構が異なることを明らかにした。以上の

反応は副生成物を全く生じない新反応であり,新し

い含ケイ素π結合形成反応として注目されている。

１．ハイブリッド物質コア

専任教員： 関口 章（数理物質系・化学専攻・教授）

一戸 雅聡（数理物質系・化学専攻・准教授）

中本 真晃（数理物質系・化学専攻・講師）

HOMO（ 対称 π 軌道） HOMO–1（ 非対称 π 軌道）

スキーム１ 三重結合ケイ素化合物ジシリンの反応性

ジシリン 1a とアゾベンゼンとの反応を検討し,

ケイ素–ケイ素結合が完全に切断された四員環ビ

ラジカロイド誘導体５を創製できることを見出し

た（スキーム１）。この化合物は深紫色をした非ケ

クレ型の一重項ビラジカロイド化学種である。四

員環は平面構造で１,３位のケイ素原子間には結

合性軌道のない, 一重項ビラジカル構造を有する

特異な分子であることを明らかにするとともにそ

の反応性も検討した。また, ジシリン－カルベン

錯体を鍵化合物としてメチルトリフラートを用い

たメチル化反応を検討し,ビニルカチオン型ケイ

素カチオン種を黄色結晶として安定に合成した。

その分子構造をX線結晶構造解析によって決定し

たところ, カチオン部分と対イオンには相互作用

が無く，N-ヘテロ環状カルベンによって安定化さ

れたジシレニルカチオンであることを明らかにし

た。

【 ２ 】 低配位高周期１４族元素化合物の遷移

金属錯体化への展開

チタンやジルコニウム，ハフニウムのような前

周期遷移金属のカルベン錯体はよく研究されてお

り, また工業化学分野においても重要性はよく認

知されている。一方, カルベンの高周期元素類縁

体となるシリレンやゲルミレンの Schrock 型錯体

に関する構造および反応性は現在まで未解明であ

る。ケイ素、ゲルマニウム, スズ等の高周期１４

族元素からなるシクロブタジエンジアニオンやシ

クロペンタジエニドを系統的に合成し, その構造

や電子状態を精密に比較検討してきた。その一連

の研究成果の中で, シクロブタジエンジアニオン

高周期元素類縁体の合成法を確立したことは特に

重要である。さらに, この研究を発展させ, Schrock

型シリレン錯体合成が初めて達成された。具体的

には高周期元素シクロブタジエンアルカリ金属塩

や高周期元素 bicyclo[1.1.0]butane ジアニオンと,

前周期遷移金属メタロセンジハライドとの反応を

検討し, Schrock型シリレン錯体６を合成すること

に成功した（スキーム２）。

スキーム２ Schrock型シリレン錯体の合成

これらの錯体が種々の末端アセチレンと反応し,

[2 + 2] 付加体を高収率で生成することを明らか

にした。

【 ３ 】 ケイ素をスピン中心とする常磁性化合

物に関する研究

有機物質の電気伝導性, 光物性, 磁性, 非線形

Dsi = CH(SiMe3)2

1a : R = iPr, 1b : R = CHEt2

SiRDsi2Si

Si

SiDsi2RN

N

SiRDsi2Si

Si

SiDsi2R

2 3

4

Si Si

Dsi2iPrSi

SiiPrDsi2

H

B

5

Si Si

Dsi2iPrSi

R2N SiiPrDsi2

H

N

Si

N

Si

Dsi2iPrSi

SiiPrDsi2

Ar

Ar

Cp2MCl2

M = Ti, Zr, Hf

THF

Si

Si Si

SiR3Si Br

Br SiR3

R3Si SiR3

Si Si

Si Si

Ca

R3Si SiR3

R3Si SiR3

R3Si = SiMetBu2

Ca

THF

SiR3

SiSi

Si

Si

R3Si

SiR3

SiR3

M

THF

6

光学特性などの電子物性は, 基本的には電子の電

荷とスピンの振る舞いによって説明され, いかに

これらを制御し利用するかが分子設計の重要な鍵

となる。本年度は, ２つのケイ素ラジカルを一般

的なπスペーサーであるベンゼン環の p-位及び

m-位に集積させたビス（シリルラジカル）の合成

及び単離に成功し, パラ体が基底一重項のキノイ

ド構造を持つ一方メタ体が高スピン基底三重項状

態を持つことを明らかにした（スキーム３）。また,

基底多重度の増大を目的とし, ベンゼン環の

1,3,5-位で 3 つのシリルラジカル中心を連結した

トリス（シリルラジカル）の合成, 及びX 線結晶

構造解析に成功した。さらにEPRスペクトルを詳

細に解析したところ, このトリラジカルが基底四

重項種であることが分かり, ベンゼン環の 1,3,5-

位に位置する3つのシリルラジカル間に強磁性的

相互作用が働くことを明らかにした。

スキーム３ p-置換キノイド構造とm-置換ビス（シリルラ

ジカル）の構造と化合物の写真

二価化学種シリレンの化学については精力的な

研究がなされている一方, シリレンラジカルイオ

ン種についてはほとんど研究例がなかった。本研

究ではシリレンの空の3p軌道に, 強いσドナー性

の配位子であるN－ヘテロ環状カルベンを配位さ

せることで, はじめての電気陽性なケイ素置換基

を持つシリレン－NHC錯体を合成・単離すること

に成功した。このシリル置換シリレンがエネルギ

ー準位の高い HOMO に非共有電子対を持つこと

に着目し, 化学的な一電子酸化反応を検討し, 初

めてのシリレンラジカルカチオンの合成・単離に

も成功した。さらに得られたラジカルカチオン種

を一電子還元すると中性のシリレンがほぼ定量的

に再生したことから, 可逆な一電子酸化還元系と

なっていることもわかった。

【 ４ 】 高歪み化合物テトラヘドランを用いた

新規σ–π共役系分子の創成と光化学特性

近年, 様々な置換基を有するテトラヘドラン誘

導体の合成, 構造解析が達成され, その構造学的

知見が蓄積されつつある。しかし, 合成が達成さ

れたテトラヘドラン誘導体は電気陽性な元素置換

の化学種に限られており, 電気陰性な元素を置換

基とするテトラヘドラン誘導体は一例も報告され

ていない。また, ヘテロ原子の非共有電子対とテ

トラヘドランの相互作用に関する知見も得られて

いなかった。今回、電気陰性な硫黄置換テトラヘ

ドラン９を初めて合成・構造解析することに成功

し, 高歪み化合物の化学において重要な知見を得

ることができた（スキーム４）。 また, 様々なπ

スキーム４ 硫黄置換テトラヘドランとテトラヘドランの

光反応によるシクロブタジエンへの異性化反応

共役系置換基をテトラヘドランに導入し, それら

の化合物の光反応, 熱反応, 酸化還元反応を行い,

SiSiR3Si

R3Si

SiR3

SiR3

7 (para isomer)

Si

SiR3

SiR3

Si

R3Si

R3Si

8 (meta isomer)

R3Si = SiMetBu2

S

SiMe3

Me3Si SiMe3

9a: R1 = H, R2 = H9b: R1 = NO2, R2 = H9c: R1 = NO2, R2 = NO2

R2 R1

F F

F

FF

Me3Si

Me3Si

Me3Si

Me3Si

Me3Si

Me3Si

F F

F

FF

10 11

h ( > 300 nm)

C6D6

原子価異性化反応のメカニズムを解明した。パー

フルオロアリール基を導入したテトラヘドラン

10 の光反応, 9,10－ジシアノアントラセンを用

いた光誘起電子移動反応を行い, 生成したシクロ

ブタジエン誘導体11について構造解析, 電子スペ

クトル測定, 量子化学計算による考察を行った。

テトラヘドランからシクロブタジエンへの異性化

反応のメカニズムに関しては, 光及び酸化反応が

異性化に重要な外部刺激であることを明らかにす

ることができた。

＜学位論文＞

・ 青木 伸司：Application of the Dianionic Organosilicon

Compounds in the Synthesis of Si-Sb and Si-Ti

Doubly-bonded Compounds (数理物質科学研究科、化

学専攻、修士論文、2012.3)

・ 落合 達海：ヘテロ元素置換テトラヘドランの合成、

構造、及び反応性 (数理物質科学研究科、化学専攻、

修士論文、2012.3)

・ 平 加奈子：アリール基及びアミノ基を有する安定シ

リルラジカルの合成、構造、及び反応性 (数理物質科

学研究科、化学専攻、修士論文、2012.3)

・ 宮野 雅士：嵩高いケイ素置換基を用いたトリリチオ

シランの合成及び反応性 (数理物質科学研究科、化学

専攻、修士論文、2012.3)

・ McNeice Kiera： Studies on a Novel Digermene: Synthesis,

Structure and Unusual Reactivity (数理物質科学研究科、

化学専攻、博士論文、2012.3)

・ 竹内 勝彦： Reactivity of a Silicon–Silicon Triply Bonded

Compound, a Disilyne, toward Small Organic Molecules

Containing Oxygen, Nitrogen, and Boron Atoms (数理物

質科学研究科、化学専攻、博士論文、2012.3)

・ 田中 裕明： Studies on the Chemistry of a Silicon

Containing Allene and Related Compounds: Synthesis,

Structure and Properties (数理物質科学研究科、化学専

攻、博士論文、2012.3)

＜論文＞

1. K. Takeuchi, M. Ikoshi, M. Ichinohe, A. Sekiguchi, Silicon

Version of Enamines: Amino-substituted Disilenes by the

Reactions of the Disilyne RSi≡SiR (R = SiiPr[CH(SiMe3)2]2)

with Amines, J. Organomet. Chem., 696, 1156-1162 (2011).

2. V. Ya. Lee, K. McNeice, Y. Ito, Akira Sekiguchi, A Blue

Digermene (tBu2MeSi)2Ge=Ge(SiMetBu2)2, Chem.

Commun., 47, 3272-3274 (2011).

3. V. Ya. Lee, Y. Ito, H. Yasuda, A. Sekiguchi, From

Tetragermacyclobutene to Tetragermacyclobutadiene

Dianion to Tetragermacyclobutadiene Transition Metal

Complexes, J. Am. Chem. Soc., 133, 5103- 5108 (2011).

4. K. Takeuchi, M. Ichinohe, A. Sekiguchi, Hydroboration of

Disilyne RSi≡SiR (R = SiiPr[CH(SiMe3)2]2), Giving

Boryl-substituted Disilenes, Organometallics, 30, 2044-2050

(2011).

5. T. Nozawa, M. Nagata, M. Ichinohe, A. Sekiguchi, Isolable

p- and m-[(tBu2MeSi)2Si]2C6H4: Disilaquinodimethane vs.

Triplet Bis(silyl radical), J. Am. Chem. Soc., 133, 5773- 5775

(2011).

6. T. Yamaguchi and A. Sekiguchi, Unusual Reactivity of a

Disilyne with 4-Dimethylaminopyridine: Formation of an

Intramolecularly N-Coordinated Silylene and Its

Isomerization to a Zwitterionic Silyl Anion, J. Am. Chem.

Soc., 133, 7352- 7354 (2011).

7. M. Nakamoto, Y. Inagaki, T. Ochiai, M. Tanaka, A.

Sekiguchi, Cyclobutadiene to Tetrahedrane: Valence

Isomerization Induced by One-electron Oxidation,

Heteroatom Chem., 22, 412-416 (2011).

8. V. Ya. Lee, S. Miyazaki, H. Yasuda, A. Sekiguchi, Si3S-,

Si3Se-, Si3Te-Bicyclo[1.1.0]butanes and Si3S2-Bicyclo-

[1.1.1]pentane, Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem., 186,

1346-1350 (2011).

9. A. Sekiguchi, Y. Ishida, Halogen-substituted

Cyclotrigermenes: The (Ge=Ge)-*(Ge–X) Interaction and

a Unique Dynamic Behavior, Phosphorus, Sulfur, Silicon

Relat. Elem., 186, 1317-1322 (2011).

10. V. Ya. Lee, Y. Ito, A. Sekiguchi, 1,2-Dibromo-3-1,2,3,4-

disiladigermetene, Phosphorus, Sulfur, Silicon Relat. Elem.,

186, 1351-1355 (2011).

11. V. Ya. Lee, A. Sekiguchi, Novel Organometallic Reagents:

Geminal Dianionic Derivatives of the Heavy Group 14

Elements, Inorg. Chem., 50, 12303-12314 (2011).

12. H. Tanaka, S. Inoue, M. Ichinohe, M. Driess, A.

Sekiguchi,Synthesis and Striking Reactivity of an Isolable

Tetrasilyl-substituted Trisilaallene, Organometallics, 30,

3475-3478 (2011).

13. T. Ochiai, M. Nakamoto, Y. Inagaki, A. Sekiguchi,

Sulfur-Substituted Tetrahedranes, J. Am. Chem. Soc., 133,

11504-11507 (2011).

14. K. Takeuchi, M. Ichinohe, A. Sekiguchi, Access to a Stable

Si2N2 4-Membered Ring with Non-Kekulé Singlet Biradical

Character from a Disilyne, J. Am. Chem. Soc., 133,

12478-12481 (2011).

15. K. McNeice, V. Ya. Lee, A. Sekiguchi, Making a

Cyclotrigermene from a Digermene, Organometallics, 30,

4796-4797 (2011).

16. Y. Inagaki, M. Nakamoto, A. Sekiguchi, Photoisomerization

of Perfluoroaryltetrahedranes to Perfluoroarylcyclobuta-

dienes, J. Am. Chem. Soc., 133, 16436-16439 (2011).

・＜講演＞

国際会議

1. V. Ya. Lee, “The Variations on a Theme of a Cyclobutadiene

Dianion: Silicon and Germanium Versions” The 16th

International Symposium on Organosilicon Chemistry

(ISOSXVI), Hamilton, Ontario, Canada, August 14-18, 2011,

(Invited Lecture).

2. L. J. Smith, I. R. Duffy, W. J. Leigh, A. Sekiguchi, K.

Takeuchi , “Stopped-Flow Kinetic Studies of the Reactivities

of Multiply Bonded Germanium and Silicon Compounds”

The 16th International Symposium on Organosilicon

Chemistry (ISOSXVI), Hamilton, Ontario, Canada, August

14-18, 2011, (Poster).

3. B. Tumanskii, D. Sheberla, D. Bravo-Zhivotovskii, G. Molev,

V. Molev , V. Ya. Lee, K. Tekamah, A. Sekiguchi, Y.

Apeloig, “Electronic Structure of Bis(silyl)carbon-,

Bis(silyl)silicon- and Bis(silyl)germanium-Centered Radicals

(R3Si)2XE. (E = C, Si, Ge; X = H, OH, Re(CO) , F): EPR and

DFT Studies” The 16th International Symposium on

Organosilicon Chemistry (ISOSXVI), Hamilton, Ontario,

Canada, August 14-18, 2011, (Oral Presentation).

4. K. Takeuchi, M. Ichinohe, A. Sekiguchi, “Syntheses of Si2N2

4-Membered Ring Biradicaloids by the Reaction of Disilyne

with Azobenzenes” The 16th International Symposium on

Organosilicon Chemistry (ISOSXVI), Hamilton, Ontario,

Canada, August 14-18, 2011, (Oral Presentation).

5. T. Nozawa, M. Nagata, M. Ichinohe, A. Sekiguchi,

“Synthesis and Structure of First Isolable Oligo(silyl radical)s

Bridged by a Benzene Ring” The 16th International

Symposium on Organosilicon Chemistry (ISOSXVI),

Hamilton, Ontario, Canada, August 14-18, 2011, (Poster).

6. M. Nakamoto, “Stable Radicals of Group 13 (Al, Ga) and

Group 14 (Si, Ge, Sn) Elements” MDF Workshop Open-shell

Organic Molecules Synthesis and Electronic Structure

Freedom, Umeda Sky Building, Osaka, October 7-8, 2011,

(Invited Lecture).

7. A. Sekiguchi, “New -bonded Molecules: Disilyne RSi≡SiR

(R = SiiPr[CH(SiMe3)2]2) with a Silicon-Silicon Triple

Bond and Its Unusual Reactivity toward NHC” The 15th

Korea-Japan Joint Symposium on Organometallic and

Coordination Chemistry for Renewable Energy Research,

Ramada Plaza Hotel, Jeju, Korea, October 6-8, 2011, (Invited

Lecture).

8. A. Sekiguchi, “A New -bonded Molecules: Disilyne

RSi≡SiR with a Silicon-Silicon Triple Bond and Its Unusual

Reactivity” 2nd International Symposium on Creation of

Functional Materials, Tsukuba, Feb. 9-10, 2012, (Invited

Lecture).

9. Y. Ito, V. Ya. Lee, A. Sekiguchi, “Spiro-bis([1.1.1]propellane)

Cluster: Synthesis, Structure and Reactivity” 2nd International

Symposium on Creation of Functional Materials, Tsukuba,

Feb. 9-10, 2012.

10. Y. Kobayashi, M. Nakamoto, A. Sekiguchi, “Synthesis of

New Aryl-substituted Tetrahedranes by Palladium Catalyzed

Cross Coupling Reaction” 2nd International Symposium on

Creation of Functional Materials, Tsukuba, Feb. 9-10, 2012.

11. T. Nozawa, M. Ichinohe, A. Sekiguchi, “Si-centered Biradical

Connected by Si-Si Chain” 2nd International Symposium on

Creation of Functional Materials, Tsukuba, Feb. 9-10, 2012.

12. Y. Ohmori, M. Ichinohe, A. Sekiguchi, “Reaction of

Cyclotrisilene with Isocyanides” 2nd International

Symposium on Creation of Functional Materials, Tsukuba,

Feb. 9-10, 2012.

13. A. Sekiguchi, “Challenge of Preparing Disilynes with a

Silicon-Silicon Triple Bond: A New Entry to Multiple Bond

Chemistry and Its Reactivity” The first Annual Conference of

the Korean Silicon Society, Seoul, Korea, Feb. 23-24, 2012,

(Plenary Lecture).

国内会議

1. 落合達海・中本真晃・関口章「新規ヘテロ元素置換テ

トラヘドラ ンの合成、構造及び、反応性」日本化学会

第5回関東支部大会, 小金井, 2011年8月．

2. 伊藤佑樹・Lee Vladimir Ya.・関口章「ホモ芳香族性シ

クロシラトリゲ ルメリウムイオンの合成及び構造」日

本化学会 第5回関東支部大会, 小金井, 2011年8月．

3. 大森 悠・一戸雅聡・関口章「不飽和ケイ素三員環化合

物シクロトリシレンとイソシアニドの反応によ るイ

ミノトリシラシクロブテンの合成、 構造、及び性質」

日本化学会 第5回関東支部大会, 小金井, 2011年8月．

4. 稲垣佑亮・中本真晃・ 関口章「ペンタフルオロフェニ

ルトリス(トリメチルシリル)シクロブタジエンの構造

と反応性」第 58 回有機金属化学討論会, 名古屋, 2011

年9月.

5. 野澤竹志・一戸雅聡・ 関口章「高スピンオリゴ(シリ

ルラジカル)の合成、構造、 及び物性」第58回有機金

属化学討論会, 名古屋, 2011年9月.

6. 野澤竹志・永田美千代・一戸雅聡・ 関口章「シリルラ

ジカル集積分子の合 成、構造、及び性質」第 22 回基

礎有機化学討論会, つくば, 2011年9月.

7. 小林譲・中本真晃・関口章「高歪み化合物のクロスカ

ップリング反応:新規アリール置換テトラヘドランの

合成」第 22 回基礎有機化学討論会, つくば, 2011 年 9

月.

8. 青木伸司・横山たか・Vladimir Ya. Lee・関口章「シュ

ロック型4族シリレン錯体の反応性」第22回基礎有機

化学討論会, つくば, 2011年9月.

9. 竹内 勝彦・一戸 雅聡・関口章「ジシリンとアゾベン

ゼンとの反応による Si2N2 四員環ビラジカロイド化合

物の合成」第 22 回基礎有機化学討論会, つくば, 2011

年9月.

10. 平加奈子・一戸雅聡・関口章「アリール基及びアミノ

基を導入した単離可能なシリルラジカルの合成、構造、

及び反応性」第22回基礎有機化学討論会, つくば, 2011

年9月.

11. Matthew Asay・山口虎彦・関口章「A Heavy Analog of

Vinyl Cation: Synthesis of an NHC-Stabilized Disilenyl

Cation」第 15 回ケイ素化学協会シンポジウム, 神戸,

2011年10月.

12. 竹内勝彦・井腰剛生・一戸雅聡・関口章「ジシリンと

ケトン、オキセタンとの反応性:環状酸素置換ジシレン

の合成、構造、及び性質」第15回ケイ素化学協会シン

ポジウム, 神戸, 2011年10月.

13. 田中裕明・一戸雅聡・関口章「NHCによって安定化さ

れたシリレンラジカルカチオンの合成と性質」第 15

回ケイ素化学協会シンポジウム, 神戸, 2011年10月.

14. Kiera McNeice・Vladimir Ya. Lee・関口章「From

Digermene to Cyclotrigermene: An Unexpected Thermal

Transformation」第 15 回ケイ素化学協会シンポジウム,

神戸, 2011年10月.

15. 稲垣佑亮・中本真晃・関口章「ペンタフルオロフェニ

ルトリス(トリメチルシリル)シクロブタジエンの特異

な反応性」第15回ケイ素化学協会シンポジウム, 神戸,

2011年10月.

16. 野澤竹志 ・一戸雅聡・関口章「ケイ素ビラジカル種・

テトラシラン-1,4-ジイルの合成、構造、及び性質」第

15回ケイ素化学協会シンポジウム, 神戸, 2011年10月.

17. 伊藤佑樹・Vladimir Ya. Lee・関口章「シラトリゲルマ

ブテニルラジカルからのスピロビス([1.1.1]プロペラ

ン)テトララジカロイドの合成及び構造」第 15 回ケイ

素化学協会シンポジウム, 神戸, 2011年10月.

18. 落合達海・中本真晃・関口章「ヘテロ元素置換テトラ

ヘドランの合成及び異性化反応」第15回ケイ素化学協

会シンポジウム, 神戸, 2011年10月.

19. 平加奈子・一戸雅聡・関口章「アリール基及びアミノ

基置換安定シリルラジカルの合成、構造、及び反応性」

第15回ケイ素化学協会シンポジウム, 神戸, 2011年10

月.

20. 青木伸司・横山たか・Vladimir Ya. Lee・関口章「4族シ

ュロック型シリレン錯体の合成、構造、反応性」第15

回ケイ素化学協会シンポジウム, 神戸, 2011年10月.

21. 大森悠・一戸雅聡・関口章「シクロトリシレンとイソ

シアニドの反応による新規な含ケイ素不飽和環状化合

物の合成」第15回ケイ素化学協会シンポジウム, 神戸,

2011年10月.

22. 小林譲・中本真晃・関口章「クロスカップリング反応

を用いた新規アリール置換テトラヘドラン誘導体の合

成」第 15 回ケイ素化学協会シンポジウム, 神戸, 2011

年10月.

23. 関口章、日本化学会賞受賞講演「低配位有機ケイ素及

び関連高周期14族元素化合物の創製研究」第92回日

本化学会春期年会, 横浜, 2012年3月.

24. 田中裕明・一戸雅聡・関口章「シリル置換シリレン-NHC

錯体の合成と性質」第92回日本化学会春期年会, 横浜,

2012年3月.

25. 青木伸司・横山たか・LEE, Vladimir Ya.・関口章「4族

シリレン錯体の合成、構造、反応性」第92回日本化学

会春期年会, 横浜, 2012年3月.

26. 平加奈子・一戸雅聡・関口章「アリール基を有する新

規な安定シリルラジカル種の合成、構造、及び反応性」

第92回日本化学会春期年会, 横浜, 2012年3月.

27. 野澤竹志・一戸雅聡・関口章「テトラシラン-1,4-ジイ

ル：ジシラン鎖で連結されたケイ素ビラジカル種の合

成、構造、及び性質」第92回日本化学会春期年会, 横

浜, 2012年3月.

28. 伊藤佑樹・Lee, Vladimir Ya.・関口章「高周期トリシク

ロ[2.1.0.02,5]ペンタンからのスピロビス([1.1.1]プロペラ

ン)テトララジカロイドの合成及び構造」第 92 回日本

化学会春期年会, 横浜, 2012年3月.

29. 古屋拓己・一戸雅聡・関口章「ジメタロシランとジア

リールジフルオロシランとの反応」第92回日本化学会

春期年会, 横浜, 2012年3月.

30. 宮野雅士・一戸雅聡・関口章「トリリチオシランの発

生と反応性」第 92 回日本化学会春期年会, 横浜, 2012

年3月.

31. 稲垣佑亮・中本真晃・関口章「活性なシクロブタジエ

ンとベンゼンとのDiels-Alder 反応」第 92 回日本化学

会春期年会, 横浜, 2012年3月.

32. 落合達海・中本真晃・関口章「ヘテロ元素置換テトラ

ヘドラン」第92回日本化学会春期年会, 横浜, 2012年

3月.

33. 小林譲・中本真晃・関口章「高歪み化合物のπ電子系

への導入: 金属置換テトラヘドランのクロスカップリ

ング反応」第92回日本化学会春期年会, 横浜, 2012年

3月.

34. 竹内勝彦・一戸雅聡・関口章「ジシリンとケトン及び

オキセタンとの反応性：アルコキシ置換ジシレンの合

成、構造、及び性質」第92回日本化学会春期年会, 横

浜, 2012年3月.

35. 田村望・一戸雅聡・関口章「ジシレニルリチウムと四

塩化ケイ素の反応」第92回日本化学会春期年会, 横浜,

2012年3月.

36. 芳賀健士郎・竹内勝彦・一戸雅聡・関口章「ジシリン

と臭化メチルマグネシウムとの反応によるジシレニル

マグネシウム種の合成、構造及び反応性」第92回日本

化学会春期年会, 横浜, 2012年3月.

37. Asay, Matthew・山口虎彦・関口章「ジシレニルカチオ

ン-NHC 錯体：ルイス塩基によって安定化されたビニ

ルカチオンケイ素類縁体」第92回日本化学会春期年会,

横浜, 2012年3月.

38. McNeice, Kiera・Lee, Vladimir Ya.・関口章「ジゲルメン

を原料としたシクロトリゲルメンの合成」第92回日本

化学会春期年会, 横浜, 2012年3月.

39. 大森悠・一戸雅聡・関口章「シクロトリシレンとイソ

シアニドの反応」第 92 回日本化学会春期年会, 横浜,

2012年3月.

教員 村上勝久（数理物質系・助教）

石井宏幸（数理物質系・助教）

大学院生

植木竜一（数理物質科学研究科Ｄ２）

竹本整司（数理物質科学研究科Ｄ２）

高木博和（数理物質科学研究科Ｄ１）

山本晃平（数理物質科学研究科Ｄ１）

出村郷志（数理物質科学研究科Ｄ１）

門脇拓也（数理物質科学研究科Ｍ１）

深見竜也（数理物質科学研究科Ｍ１）

狩野絵美（応用理工学類Ｂ４）

梶原裕哉（応用理工学類Ｂ４）

高橋哲平（応用理工学類Ｂ４）

上田耀平（応用理工学類Ｂ４）

久保 順 （応用理工学類Ｂ４）

滑川嘉明（応用理工学類Ｂ４）

ナノ構造物性コアでは、炭素系をはじめとする

様々な機能性ナノ構造体の創出と物性評価、さら

にデバイス応用を目的として、最先端のナノテク

技術を駆使した Topdown 型の材料合成技術の開

発と理論計算予測を組み合わせて研究を推進して

いる。特に、グラフェンとナノチューブの合成に

関するメカニズムの詳細と低加速電子線照射に対

するナノチューブの構造変化に着目して研究を行

っている。また、原子レベルからのマルチスケー

ル伝導理論解析を行っており、ナノワイヤ、ナノ

カーボン系、有機分子、有機半導体の電気・熱伝

導特性の理論研究を行っている。

【 1 】炭素系材料の固相合成と電子線励起反応

（１）液体 Ga によるグラファイト化反応メカニ

ズム

グラフェンの合成プロセスには触媒金属を用

いた気相成長と、高温におけるSiCからのSiサブ

リメーションを利用した固相反応が良く知られて

いる。特に CVD 成長では炭素を固溶する Fe や

Ni触媒からのグラフェンやCNTが成長する。

ここでは原料炭化水素ガスが触媒金属表面で分解

し、触媒内に固溶拡散するとともに、ある特定の

結晶面からグラフェンが成長しているように見え

る。一方で、炭素非固溶の金属である Cu の表面

でもグラフェン成長が起こる事は良く知られてお

り広く研究されているが、その表面での反応プロ

セスは良く判っていない。また Cu と同様に室温

で液体金属である Ga の表面でもグラフェンが成

長し、表面での固相反応を利用して合成したグラ

フェンFETの動作実証等、当研究グループは報告

してきた。この固液界面での成長がどのようにし

て実現しているかを in-situ TEM観測・制御技術を

駆使して調べた結果、従来バルクの Ga は炭素非

固溶であるという事実に反して、ナノ領域での極

浅い最表面領域ではかなりの濃度の炭素が固溶し

拡散することを突き止めたので報告する。

in-situ TEM環境下で動作するマニピュレーショ

ン機構（図 1-1）を用いて、Joule 加熱に伴う Ga

微粒子の蒸発過程を調べた結果、Gaの最表面層お

およそ 5nm 程度の範囲での炭素固溶度は 50％に

も達する事を見いだした。炭素ナノチューブの表

面に付着したアモルファスカーボンを炭素原料と

して、Joule加熱を行うと、アモルファスカーボン

上を動き回る Ga 微粒子は徐々に蒸発してそのサ

イズが小さくなる。この蒸発過程を詳しく調べて

見ると Ga の蒸発とともに収縮する Ga 微粒子と、

その周りにグラフェン層が幾層にも形成されるこ

とが観測された（図 1-2）。 Joule加熱の初期に形

成される最外周のグラフェン層は Ga 微粒子全体

を包み込むような、いわゆるグラフェンケージ（籠）

の形態である(a）。さらに Joule 加熱が進行すると

Ga の蒸発とともに微粒子のサイズは小さくなっ

ていくが、ある段階でその収縮は停滞し、内部に

もう一層のグラフェンケージが形成される(b)。こ

の試料ではさらにもう一段階のグラフェンケージ

の形成が観測され(c）、最終的にすべてのGa は蒸

発する(d)。同様の Ga 微粒子の蒸発過程は図 1-3

に示すように多数観測され、多くの場合で単層か

ら３層程度のグラフェンケージが形成される。最

２．物質創成分野 ナノ構造物性コア

専任教員： 藤田淳一（数理物質系 電子・物理工学専攻・教授 ）小林伸彦（数理物質系 電子・物理工学専攻・准教授）

外周の最初に形成されたグラフェンケージは周囲

のアモルファス炭素を原料として形成されたと考

えられる。しかし、ケージ内部の Ga はアモルフ

ァス炭素との接触はなく、内部に形成されたケー

ジの炭素源は Ga 微粒子内部に固溶していた炭素

に由来すると考えるのが自然である。ここで図４

のように形成されたケージの大きさと殻の枚数か

ら Ga 中に固溶していた炭素濃度を算出すること

が可能である。図５に示すように、Ga微粒子が小

さいほど炭素固溶度が高く、おおよそ 50 at％にも

達する事が分かる。このグラフ曲線に対するモデ

ルフィッティングから、Ga 微粒子の表面約 5nm

範囲で約50 at%の炭素固溶が実現していると想定

される。

Figure 1-1 Joule heating system in-situ TEM. The current

of 80 to 100 A was flowed SWNT bundles with applying

to voltage of 5 to 10 V

Figure 1-2 Snapshots of evaporating gallium droplet by

Joule heating. Initial gallium droplet that has the diameter

of about 10 nm precipitated graphene layer (a), and a

diameter shrunk to 5 nm by Joule heating (b). Additional

Joule heating, gallium droplet shrunk to about 2 nm and

precipitated second graphene layer. Finally, gallium droplet

had completely evaporated and remained precipitated

graphitic onion

Figure 1-3 TEM images of gallium droplet before Joule

heating (a), (c), and (e), and precipitated graphitic onion

after evaporation of gallium (b), (d), and (f).

Figure 1-4 Schematics of carbon cage formation on a

gallium droplet, and their corresponding TEM images.

Gallium droplet inside the carbon cages (b) was

evaporated and carbon cage was remained (c).

Figure 1-5 Dependence of the carbon concentration

ratio in liquid gallium (closed diamond) or iron particle

(opened Square) on the diameter of gallium droplet. The

carbon concentration ratio in gallium increased with

decreasing a diameter of gallium droplet, and

concentration ratio in gallium that has a diameter of 3 nm

was calculated about 20 wt%. In contrast, that of iron

particle showed almost constant value of 10 % regardless

of a diameter of particle.

（２）低加速電子線照射と超音波加震における

CNTの収縮機構の解明

単層ナノチューブ(SWNT)および多層ナノチュ

ーブ(MWNT)に対する電顕操作実験の中で、低加

速電子線照射に伴う CNT の収縮という大変興深

い現象を見いだした。当初の実験では AFM カン

チレバーによる１軸性張力を与えながら数keVの

低加速電子線照射を行うと CNT が初期状態の

1/10程度にまで収縮することを見いだした。

収縮した MWNT の構造には特徴的なジグザグ

に波打った蛇腹状の構造が観測される(図 1-6)。こ

の蛇腹状構造では、明瞭に観測される多層の層間

構造と、不明瞭な領域が相互に周期的に観測され

る点が特徴的である。電子線照射軸に対して平行

な多層構造は明瞭な多層コントラスト像を生成す

るが、平行でない面はコントラストを生じない（像

がぼける）。つまり、収縮したMWNT は折り紙で

作った蛇腹のように、折れ曲がりが入れ子状にな

って生成され、電子線からみるとその軸に平行な

領域が周期的に明瞭な多層構造として観測されて

いることになる。蛇腹の周期は比較的短く、図 1-6

場合は約 12nm 程度でその振幅は 0.8nm 程度であ

る。このCNT場合の収縮率は約40%程度であり、

折れ曲がりの法絡線長を合計すると元の長さとほ

ぼ等しくなる。

Figure 1-6 TEM image of shrunk nanotube and its

schematic structures.

このような構造変化に対して炭素結合の結合角

の変化、すなわち sp2 から sp3 への変化が収縮を

生み出しているのではないかと考えられる。低加

速電子線による構造変化は様々な例が報告されて

いる。sp3 への構造変化では結合角の変化とダン

グリングボンドが生成され、酸素や水素によるっ

て終端されると想像できる。電子線照射による励

起は CNT 表面で多数ランダムに起こると推測さ

れるが、全体としてそれぞれの応力は拮抗してい

て、折れ曲がりと収縮は進行しない。しかし、1

軸性応力を与えることで、その応力がたとえ引っ

張り応力であっても、CNT表面での応力バランス

が崩れ円周方向への収縮が開始されるはずである。

一度収縮が開始されれば、軸方向の収縮が連続し、

結果として蛇腹状の収縮が誘起される。収縮のメ

カニズムはまだ検討段階ではあるが、現実的に

1/10程度の収縮が起こり、単位体積当たりの表面

積は約 7倍程度に増大する。この極端な表面積の

増大は電池電極面積の増大に向けて非常に魅力的

な現象である。

収縮チューブによる表面積の増大はスーパーキ

ャパシタの電極面積の増大と言う意味で大変魅力

的な現象である。しかし、このような CNT を一

本ずつ操作する方法では電極材料用に大量生産す

ることは不可能である。ところで上述したように、

実験事実として 1軸性の引っ張り応力を与える事

によって CNT 収縮が開始する。この一見相反す

る引っ張りと収縮の因果関係の本質は、CNT表面

の応力バランスを崩すことであり、一度収縮がト

リガーされると引っ張り応力に打ち勝って収縮が

進行していると考えられる。であれば、収縮開始

のトリガーとして、引っ張り応力以外に CNT 表

面を伝搬する超音波振動によっても収縮を誘導で

きるのではないだろうか、と発想し CNT への超

音波振動印加を試みた。図 1-7にSEM装置内の実

験系を、また図 1-8には片持ち梁状のCNTが振動

しながら収縮する様子を示す。

Figure 1-7 Schematic of electron shower irradiation for

carbon nanotube under supersonic vibration. A typical

SWNT had a diameter of 2 nm and length of 1 μm, and

the MWNT had a thickness of about 10 nm and a length of

1 μm.

Figure 1-8 Sequential snapshot during shrinkage of a

SWNT bundle; (a) initial SWNT, and SEM image of a

SWNT after being irradiated with electron doses of (b) 0.2

C/cm2, (c) 0.5 C/cm2, and (d) 1.0 C/cm2.

図 1-9 は図 1-8 に示す CNT 共振周波数約２MHz

の超音波を印可しながら 5keV の電子を照射した

場合の収縮率の電子線ドーズ量依存性を示す。ま

た図 1-10 は収縮率の周波数依存性である。CNT

の収縮は共鳴周波数近傍で最大値を示し、共鳴点

よりも周波数が高くなると急激に収縮率が悪くな

る。共鳴点においてはCNTの振幅は最大になり、

内部の一軸性歪み（伸びと縮み）も最大になる。

ところが印可周波数が共鳴点よりも高くなると

CNTの振幅は急激に小さくなり、振幅の現象に伴

って収縮率も少なくなる。一方で共鳴周波数以下

での CNT の振幅は有限であり、一定量の収縮が

見られる。また図 1-10に示すように収縮率は電子

線ドーズ量に比較的リニアに比例しており、さら

に低加速電子線ほど大きな収縮率を与える（図

1-11）。この現象は前回のAFMカンチレバーによ

る一軸性歪みよる CNT 収縮とほぼ同じ結果であ

る。この実験系では真空バックグランドを改良し

て、炭素コンタミネーションを極力避けるように

改良することで、１keV 程度の低加速度でもカー

ボンコンタミネーションの少ない条件でデータ収

集を行っている（図 1-12）。

Figure 1-9 Shrinkage of CNT under electron irradiation

at 5 keV, and typical SEM images of carbon nanotubes

before and after electron irradiation.

Figure 1-10 Highly sensitive dependence of shrinkage

rate of CNT upon the applied supersonic frequency.

Figure 1-11 Shrinkage rate dependency upon electron

dose. Reducing the electron energy drastically increased

the shrinkage rate, as indicated by the slope.

Figure 1-12 Shrinkage rate dependency of CNT upon

the irradiated electron energy. The error in the data at 1

keV was widely distributed because of severe carbon

contamination, but the maximum shrinkage rate was

obtained.

【 2 】原子レベルからの伝導理論

（１）ナノワイヤ、ナノチューブの電気伝導理論

ナノスケール系の量子輸送特性は、コンダクタ

ンスの量子化など量子効果が顕著に現れ学術的に

興味深いとともに、ナノスケールトランジスタや

ナノ配線材料への応用研究のために重要な研究課

題である。伝導特性は、原子の電子状態が大きく

反映するため、電子状態を考慮した原子レベルの

精密な理論による解明が求められている。そこで、

密度汎関数理論に基づく第一原理電気伝導計算法

を開発し、ナノ系の伝導特性解析を行っている。

図２－１はシリコンナノワイヤの電荷密度、電

流密度分布、有限バイアス電圧によるポテンシャ

ルエネルギーの変化である。共有結合性の原子間

の電荷密度の高い領域と、より広範囲の電子密度

分布が分かる。固有チャネル分解法により伝導チ

ャネル解析を行うと、このシリコンナノワイヤは

３つの伝導チャネルが開いており、有限バイアス

下で安定に開いていることが分かる。

Figure 2-1 (Upper) Electron density distribution and

current density distribution in the x–z plane including the

wire axis for a bias voltage of 3 V. The red and blue

regions indicate high- and low-density regions 、

respectively. The white arrows show the current density

vectors. The black circles indicate the positions of Si atoms.

The vertical dashed lines indicate the edges of the

semi-infinite jellium electrodes. (Lower) Potential drop in

the x–zplane including the wire axis for a bias voltage of 3

V.

次に、金属 CNT の電気伝導が長さによってど

のように変化するか、時間依存波束拡散伝導法を

用いて 1.5 ミクロン長の長さまで計算した結果を

示す。金属 CNT はフェルミエネルギー近傍でエ

ネルギーバンドが波数 k に対して線形に振る舞

うため通常の有効質量がなくなり、不純物が少な

い際には電子散乱がほとんど消失することが知ら

れている。電子散乱は主としてフォノン散乱とな

り、電気伝導がバリスティック領域にあるのか興

味が持たれている。

図２－２（上図）は金属 CNT の長さに対する

300 K での抵抗変化である。0.2ミクロン長（200

ナノ）までは CNT 長に対し抵抗が変化しないバ

リスティック領域となる。一方、0.7ミクロン長以

上ではフォノン散乱による拡散領域となり、抵抗

は CNT 長に比例する。平均自由行程は約 0.5 ミ

クロンである。図２－２（下図）は CNT の量子

位相緩和長の温度変化の計算結果である。ここで

は数多くの不純物を導入して CNT を弱局在領域

にして、フォノン散乱に対して量子位相がランダ

ムに振舞う長さから緩和長を求めている。計算か

ら 250K 付近から量子位相緩和長が急激に減少す

ることが分かる。

Figure 2-2 (top) Length dependence of resistance of

(5,5)-CNTs. (bottom) 1L

vs T curve for (5,5) CNT with

W=0.2. Inset: T dependence of elastic and inelastic

scattering times. The elastic scattering time equals the

inelastic one at 250 K.

（２）ナノワイヤ、ナノチューブの熱伝導理論

Figure. 2-3 Atomic models of (top) <100> silicon

nanowire with 2 nm in diameter and (bottom) (15,15)

carbon nanotube. Cross sections are shown in the left

panels and side sections are shown in the right panels.

非平衡グリーン関数を用いてシリコンナノワイ

ヤーとカーボンナノチューブ（図２－３）の熱伝

導度を解析した。CNTではフォノンが分布するエネ

ルギー幅が大きく、各々のフォノンバンドの分散

が大きい。このために、CNTは大きな熱伝導度を示

し、CNT は直径 9nm に至るまで室温において SiNW

より高い熱伝導度を示す。また、SiNW において分

散幅が小さくなっているのはワイヤの形状効果で

ある。これによってたくさんの光学フォノンが存

在しても透過関数は局所的にしか大きな値をとら

ないために熱伝導度が大きく上昇しない。

図２－４のＣＮＴの理論値は実験と極めて良く

一致し、ＣＮＴでは本研究の熱伝導計算が有効で

あることを示している。一方 SiNW では欠陥を考

慮しないと実験より大きな値を持つ。これより

SiNWにおいては、欠陥による効果が熱伝導度に大

きな影響を与えていると考えられている。熱伝導

に与える欠陥の効果を図２－５に示す。ワイヤー

断面の中心原子を取り去った「中心欠陥」のある

SiNWの熱伝導度は、表面原子を取り去った「表面

欠陥」のある SiNW の熱伝導度より小さいことが

わかる。欠陥の位置による熱伝導度の変化はフォ

ノンモードと密接に係わりがある。

Figure 2-4 (top) Thermal conductance of (10,10)-CNT

(black line) and SiNW with 1.5 nm in diameter (red line).

(bottom) Phonon dispersion relations of (10,10)-CNT (left)

and SiNW with 1.5 nm in diameter (right). Orange line

indicates the phonon energy with the corresponding

energy at about 300 K.

Figure 2-5 (left) Temperature dependence on the thermal

conductance of SiNWs with no defects (solid-black lines),

a “surface defect” (solid-blue lines), and a “center defect”

(dashed-blue lines) for various diameters from D=1.0nm

to D=3.0nm. (right) Atomistic models of the scattering

regions of <100> SiNW with 2 nm in diameter (top) with

no defects, (middle) a “surface defect”, and (bottom) a

“center defect”. The atoms enclosed by red circles are

removed in calculating thermal conductance of SiNWs.

The SiNWs are oriented along the perpendicular directions

to the sheets.

（３）有機半導体の電子状態・電気伝導理論

弱いファンデルワールス結合からなる有機半導

体では、キャリアは周りの結晶格子を歪ませなが

ら分子間をホッピング伝導すると考えられてきた。

しかし最近の高移動度有機半導体の移動度の温度

依存性はホッピング伝導に特有の熱活性型とは異

なり、バンド伝導に似た温度依存性が観測されて

いる。しかし、その平均自由行程は格子定数と同

程度で、単純なバンド伝導描像では解釈できない。

有機半導体（図２－６）の伝導機構を明らかに

するため、バンド伝導からポーラロン伝導までを

統一的に扱える量子伝導計算法を開発している。

この手法では、電子波束の時間発展計算と、荷電

キャリアに伴う格子ひずみや分子の熱揺らぎを記

述する分子動力学計算を連立させて解き、有機半

導体で重要と考えられている Holstein 型電子格子

相互作用とPeierls型電子格子相互作用の両方を等

価に扱うことができる.。これを有機半導体に適用

し、移動度と平均自由行程の温度依存性や、不純

物（トラップ）ポテンシャルによる効果を明らか

にした。（図２－７）

Figure 2-6 Highest occupied molecular orbital of

pentacene (left) and ruburene (right)

Figure 2-7 Logarithmic plot of the carrier mobility μ as a

function of temperature T for the static disorders of W = 50,

100, and 200 meV, respectively. As W increases, the T

dependence of μ at around room temperature changes from

the nearly power-law dependence to the thermally activated

behavior. (Inset) Normal linear plots of μ vs T

characteristics for the static disorders of W = 50 (left), 100

(center), and 200 meV (right).

＜学位論文＞

＜論文＞

1. R. Ueki, T. Hikata, S. Ookubo, R. Utsunomiya, T. Matsuba,

and J. Fujita, "Enormous Shrinkage of Carbon Nanotube

under Tensile Stress and Low-Acceleration Electron Beam

Irradiation",

Jpn. J. Appl. Phys. 50 (2011) 06GE10.

2. R. Ueki, R. Endo, T. Hikata, S. Okubo, R. Utsunomiya, and J.

Fujita, "Generation and Repair of Defect for Carbon

Nanotube under Tensile Stress by Low Acceleration Electron

Beam Irradiation",

Microelectronic Engineering 88 (2011) 2516-2518.

3. T. Nishijima, R. Ueki, Y. Miyazawa, and J. Fujita, "Artificial

tailoring of carbon nanotube and its electrical properties under

high-resolution transmission electron microscope",

Microelectronic Engineering 88 (2011) 2519-2523.

4. J. Fujita, R. Ueki, T. Nishijima, and Y. Miyazawa,

"Characteristics of graphene FET directory transformed from

a resist pattern through interfacial graphitization of liquid

gallium",

Microelectronic Engineering 88 (2011) 2524-2526.

5. H.Kusaka and N.Kobayashi, "First-principles study of

electron transport in Si atom wires under finite bias voltage"

Appl. Surf. Sci. 258 1985 (2012).

6. K.Hirose, H.Ishii, N.Kobayashi, "Bias drop and phonon

emission in molecular wires",

Appl. Surf. Sci 258 2121(2012)

7. K.Yamamoto, H.Ishii, N.Kobayashi, and K. Hirose, "Effects

of Vacancy Defects on Thermal Conduction of Silicon

Nanowire:Nonequilibrium Green’s Function Approach",

Appl. Phys. Express 4 085001. (2011)

8. H.Ishii, N.Kobayashi, K.Hirose, "Hall conductivity

calculations by the time-dependent wave-packet diffusion

method",

Phys. Rev. B 83 233403 (2011)

9. 山本晃平、石井宏幸、広瀬賢二、小林伸彦、

非平衡グリーン関数法を用いたナノワイヤーの熱伝

導計算、

表面科学 32 410 (2011)

10. 広瀬賢二、石井宏幸、小林伸彦、原子レベルからのマ

ルチスケール量子伝導計算、

J. Vac. Soc. Jpn. 54 501 (2011)

・＜講演＞

国際会議

1. T. Kadowaki, R. Ueki, T. Nishijima, J. Fujita, "Strain

characteristics of free-standing graphene induced by

low-energy electron beam irradiation", P02-07, EIPBN

conference, 2012 May 29-June 1, Hilton Waikoloa, Hawaii,

USA (Poster).

2. T. Nishijima, R. Ueki, E. Kano and J. Fujita, "In-situ

Observation of Current-pulse-induced Fullerene Production" ,

26A-4-3 , MNC2011, Oct. 24-27, 2012, Kyoto, Japan

(Poster).

3. R. Ueki, T. Nishijima, T. Hikata, S. Okubo, R. Utsunomiya, T.

Matsuba, and J.Fujita, "In-situ Observation of Surface

Graphitization of Gallium Droplet and Concentration of

Carbon in Liquid Gallium", 26P-7-38, MNC2011, Oct. 24-27,

2012, Kyoto, Japan (Poster).

4. T. Takahashi, R. Ueki, T. Hikata, S. Okubo, R. Utsunomiya, T.

Matsuba and J. Fujita, "Extreme Shrinkage of Carbon

Nanotubes induced by Supersonic Stress and

Low-acceleration Electron Beam Irradiation", 26P-7-56 ,

MNC2011, Oct. 24-27, 2012, Kyoto, Japan(Poster).

6. T. Kadowaki, T. Nishijima, R. Ueki, and J. Fujita, "Local

Strain Distribution of Free-standing Graphene on

Polymethylmethacrylate", 27P-11-146L, MNC2011, Oct.

24-27, 2012, Kyoto, Japan(Late news Poster).

7. J. Fujita, T. Takahashi, and R. Ueki, "Enormous Shrinkage of

Carbon Nanotubes Induced by Stress and Low-Acceleration

Electron Beam Irradiation", Tu-5 , International Workshop on

Quantum Nanostructures and Nanoelectronics (QNN) 2011,

2011 Oct. 3-4 Tokyo, Japan(Invited Oral).

8. T. Nishijima, R. Ueki, E. Kano, and J. Fujita, "In-situ

observation of current-pulse-induced fullerene production",

P-8, International Workshop on Quantum Nanostructures and

Nanoelectronics (QNN) 2011, 2011 Oct. 3-4 Tokyo, Japan

(Poster).

9. R. Ueki, T. Nishijima, and J. Fujita, "In-situ Observation of

Surface Graphitization process on Gallium Droplet", P-9 ,

International Workshop on Quantum Nanostructures and

Nanoelectronics (QNN) 2011, 2011 Oct. 3-4 Tokyo,

Japan(Poster).

10 H. Ishii, N. Kobayashi and K. Hirose, "Order-N electron

transport calculations for ballistic, diffusive and polaron

transport regimes" (A-15), The 14th Asian Workshop on

First-Principles Electronic Structure Calculations

(ASIAN-14), University of Tokyo, Tokyo, Japan, Oct. 31st -

November 2nd, 2011. (Invited)

11 H. Ishii, N. Kobayashi and K. Hirose, "Order-N Transport

Calculations by a Time-dependent Wave-packet Diffusion

method: Application to Pi-conjugated

Materials"(Track2-1)BIT's 1st annual World Congress of

Nano-S&T, World EXPO center, Dalian, China, Oct. 23rd -

26th, 2011 (Invited).

12 H. Ishii, N. Kobayashi and K. Hirose, "Charge Transport

Calculations of Organic Molecular Crystals by

Time-Dependent Wave-Packet Diffusion Method",

International Conference on the Formation of Semiconductor

Interfaces (ICFSI-13), Prague, Czech Republic, July

3rd - 8th, 2011 (Oral).

13 H. Takaki, N. Kobayashi and Kenji Hirose, First-principles

electronic transport calculations of conjugate organic

molecules, International Conference on the Formation of

Semiconductor Interfaces (ICFSI-13), Prague, Czech

Republic, July 3rd - 8th, 2011 (poster).

国内会議

1. 植木竜一，西嶋拓哉，日方威，大久保総一郎，宇都宮

里佐，松葉晃明，藤田淳一, "液体ガリウムとカーボン

ナノチューブ界面反応のその場観察", 2011 年秋期第

72 回応用物理学会学術講演会, 山形大学 2011 年 8

月31日、31p-ZF-1（口頭発表）.

2. 西嶋拓哉，植木竜一，狩野絵美，藤田淳一"ジュール

加熱に伴う多層グラフェン表面の変化のその場観察",

2011年秋期第72回応用物理学会学術講演会, 山形大

学 2011年8月30日、30p-ZT-11（口頭発表）.

3. 植木竜一，日方威，大久保総一郎，宇都宮里佐，松葉

晃明，斉藤毅，藤田淳一, "超音波振動と低加速電子線

照射により誘起されるCNTの収縮", 2011年春期第58

回応用物理学関係連合講演会, 神奈川工科大学

2011年3月24日、 24p-KV-6（口頭発表）

4. 西嶋拓哉，植木竜一，宮澤陽介，藤田淳一"ジュール

加熱に伴う多層グラフェン表面の変化のその場観察",

2011年春期第58回応用物理学関係連合講演会, 神奈

川工科大学, 2011年3月25日、25a-BR-6（口頭発表）

5 小林伸彦、第一原理電気伝導シミュレーション、日本

物理学会2011年秋季大会シンポジウム 「ナノスケー

ル量子輸送の計算科学的研究の現状・展望と次世代ス

パコンへの期待」富山大学五福キャンパス 2011年9

月（口頭発表）

6 石井宏幸、小林伸彦、植村隆文、竹谷純一、広瀬賢二

単結晶有機半導体のキャリア伝導シミュレーション

第７２回応用物理学会 学術講演会 山形大学小白

川キャンパス 2011年8月 (口頭発表)

7 竹本整司，岡田智成，本林健太，川合眞紀，金有洙，

小林伸彦, 金属基板上のグラフェンの電子状態, 日本

物理学会 2011年秋季大会 富山大学五福キャンパ

ス 2011年9月 (口頭発表)

8 山本晃平，石井宏幸，広瀬賢二、小林伸彦、

非平衡グリーン関数法を用いたナノワイヤの熱伝導

解析， 日本物理学会 2011年秋季大会 富山大学五

福キャンパス 2011年9月 (口頭発表)

9 高木博和，小林伸彦，広瀬賢二、共役有機分子系の第

一原理電子輸送計算 日本物理学会 2011年秋季大会

富山大学五福キャンパス 2011年9月 (口頭発表)

10 石井宏幸、小林伸彦、植村隆文、竹谷純一、広瀬賢二

単結晶有機薄膜のキャリア輸送とホール伝導度計算

日本物理学会 2011年秋季大会 富山大学五福キャ

ンパス 2011年9月 (口頭発表)

11 石井宏幸，植村隆文，竹谷純一，小林伸彦, 波束ダイ

ナミクスによる有機半導体のキャリア伝導計算第５

９回応用物理学関連連合講演会 早稲田大学早稲田

キャンパス 2012年3月 (口頭発表)

12 石井宏幸，小林伸彦，植村隆文，竹谷純一，広瀬賢二,

波束ダイナミクス法を用いた有機半導体のキャリア

伝導計算 日本物理学会第67回年次大会、関西学院大

学、2012年3月 (口頭発表)

13 竹本整司、金有洙、小林伸彦、金属に吸着したグラフ

ェンの電子状態における界面構造依存性, 日本物理

学会第67回年次大会、関西学院大学、2012年3月 (口

頭発表)

14 竹本整司、金 孝媛、岡田智成、高見剛史、本林健太、

川合眞紀、 小林伸彦、金有洙、オーダー(N)電子状態

計算コードの開発と金属表面上のπ共役電子系への適

用、表面・界面スペクトロスコピー2011、神奈川県三

浦市、2011年12月 (ポスター発表)

15 竹本 整司、 小林 伸彦、金属基板上グラフェンの電

子状態計算、次世代ナノ統合シミュレーションソフト

ウェアの研究開発公開シンポジウム、ニチイ学館神戸

ポートアイランドセンター、2012年3月 (ポスター発

表)

16 高木博和、小林伸彦、広瀬賢二、共役有機分子系の第

一原理電気伝導計算、次世代ナノ統合シミュレーショ

ンソフトウェアの研究開発公開シンポジウム、ニチイ

学館神戸ポートアイランドセンター、2012年3月 (ポ

スター発表)

17 深見竜也, 小林伸彦、科学技術計算・三次元計測のた

めの3D立体視ソフトウェアの開発、第１１回Ｘ線結

像光学シンポジウム、東北大学、2011年11月 (ポス

ター発表)

18 深見竜也, 上田耀平, 久保順, 吉田亨, 橋爪惇起, 渡

辺紀生, 青木貞雄, 小林伸彦, ドーム型3D立体視サ

ラウンドシステムによるＸ線CT画像の可視化、第１

１回Ｘ線結像光学シンポジウム、東北大学、2011年11

月 (ポスター発表)

19 久保順, 上田耀平, 深見竜也, 橋爪惇起, 渡辺紀生,

青木貞雄, 小林伸彦, 汎用3D機器を用いたX線CT画

像の立体視、,第１１回Ｘ線結像光学シンポジウム、

東北大学、2011年11月 (ポスター発表)

教員 初貝安弘（数理物質系）

神田晶申（数理物質系）

研究員

大学院生

棚谷翔 （数理物質科学研究科Ｄ２）

友利ひかり（数理物質科学研究科Ｄ１）

藤縄直也 （数理物質科学研究科Ｍ２）

豊田行紀 （数理物質科学研究科Ｍ２）

貫井洋佑 （数理物質科学研究科Ｍ１）

量子物性コアでは量子効果が主たる役割を果た

し古典論では理解できない物質相である量子相の

基礎的理解を目標とし、その新機能、新特性に基

づく新しい物質科学の構築を目指す研究を行って

いる。そのために、実験、理論の両面から種々の

量子相に関する研究を行っている。具体的な物質

相としてはグラフェン、多層グラフェン、カーボ

ンナノチューブ、C60等のπ電子系ナノ物質、量

子ホール相、トポロジカル絶縁体、超伝導体、フ

ラストレート磁性体等がある。 【 1 】 グラフェンの特異な電子構造〔論文

[1,3,5-8]〕 （１）ゼロエネルギーランダウ準位のトポロジカ

ルな安定性 グラフェンにおいて重要と考えられるカイラル

対称性はディラック分散のトポロジカルな起源で

あり、その物性に重要な役割を果たす。K点、K’点の 2 重に重複したディラックコーンの存在は、

格子ゲージ理論においてよく知られたニールセ

ン・二宮の定理の2次元の対応物でありカイラル

対称な模型におけるフェルミオンダブリングと理

解できる。また、磁場下のグラフェンに固有なゼ

ロエネルギーランダウ準位の特異な安定性もこの

カイラル対称性に帰着される。このゼロエネルギ

ーランダウ準位の安定性は、リップルとよばれる

単層グラフェンに固有の乱れの存在下においても

保存されるが、これはリップルがなめらかなラン

ダムゲージ場として働くことにより理解される。 本年はこのゼロエネルギーランダウ準位のトポ

ロジカルな安定性を下図にしめす2層グラフェン

においても推敲し、その特異な安定性とカイラル

対称性の意義を数値計算により明らかとした。ま

た、2 層グラフェンのデバイス応用においては必

須の重要性をもつと考えられる電場効果に着目し

た研究も数値的に行った。

（２）電子間相互作用によるグラフェンのカイラ

ル凝縮状態 グラフェンにおいて残された理論的な大きな課題

は電子間相互作用の問題であるが、これに関して、

前述のカイラル対称性の観点から理論的枠組みを

構築し、ランダウ準位間の組み替えが十分小さい

との仮定の下では最近接の電子間相互作用により

電子正孔対称な系は、カイラル凝縮相とよばれる

2 重縮退した基底状態となることを厳密に見いだ

し、さらにこの系がホール絶縁体であることをチ

ャーン数とよばれるトポロジカル不変量を計算す

ることにより明らかとした。 さらに一般のトポロジカル相において普遍的に

成立する概念である「バルク・エッジ対応」の観

点からカイラル凝縮相におけるエッジ状態をくわ

しく議論した。具体的には電子間相互作用のある

３．物質創成分野 量子物性コア

専任教員： 初貝安弘（数理物質系 物理学専攻・教授） 神田晶申（数理物質系 物理学専攻・准教授）

2相グラフェンのエネルギー分散

グラフェンのカイラル凝体を境界ならびに欠陥の

近傍において詳細に検討し、平均場近似下におけ

るボンド秩序の観点から議論するとともに、通常

の量子ホール相との比較をおこなった。 【 ２】 カゴメ格子、パイロクロア格子上の遍歴

電子系のトポロジカルな秩序変数と量子相転移

〔論文[2]〕

グラフェンの基本格子であるハニカム格子の双対

格子はカゴメ格子であり、3 次元のグラフェンと

いうべきダイアモンド格子の双対格子はパイロク

ロア格子であるが、これらのカゴメ格子、パイロ

クロア格子における遍歴電子系の多量体化転移を

トポロジカルな量子相転移とみて理論的に検討し

た。具体的には、これらの系においてトポロジカ

ルな秩序変数を量子化ベリー位相により一般次元

において具体的に構築するとともに、その有効性

を数値的に確認した。

【 ３ 】 グラフェンの電気伝導

(1) グラフェンの歪み効果

グラフェンでは、格子に歪みがあるとゲージ場

が生じ、歪みが空間的に非一様な場合には実効的

に磁場が印加されたのと同じ効果があらわれるこ

とが知られている。理論では、歪みの空間分布・

大きさを制御することによって、エネルギーギャ

ップや1次元細線の形成、電子の閉じこめが可能

であることが示され、新しいタイプのグラフェン

エレクトロニクスが提唱されているが、実験では

これまで、グラフェンの歪みの空間分布を制御す

る有効な方法がなかった。我々は、グラフェンと

基板の間に電子線レジストのナノ構造を挿入する

ことによってグラフェン内の歪みの大きさや位置

を制御する方法を開発した。グラフェンに三角格

子状の歪みを導入した例をFig. 1に示す。

歪みの確認は、レーザーラマン顕微鏡を用いた

顕微ラマン分光と、グラフェン上に歪み検出用の

マーカーを配置する我々独自の方法の 2種類の方

法によって行った。両者を組み合わせることによ

って、歪み量とラマン信号の変調を対応づけた。

この結果から、ラマン分光による歪み量の定量的

な評価が可能になった。

また、歪みを導入したグラフェンの電気伝導測

定を行い、格子歪みによる電気伝導の変調を観測

した。

Figure 1 Scanning electron microscope image of a graphene sheet with triangular lattice of strain.

(2) 非接触トップゲートを用いた多層グラフェン

の上面/下面移動度の評価 グラフェンは 20 万 cm2/Vs を超える高移動度

を実現できる電子材料として注目を集めているが、

通常良く用いられる Si/SiO2 基板上に置かれたグ

ラフェンでは移動度は 1 万 cm2/Vs 前後まで低下

2次元カゴメ格子

する。移動度低下の原因としては、グラフェン下

面での基板との接触、グラフェン上面にあるレジ

スト等の付着物・吸着分子の影響等が挙げられる

が、いずれが主要因であるかは自明ではない。我々

は、グラフェン上面と下面からの影響を分離して

評価することを目的として、Si/SiO2基板上に形成

された多層グラフェン素子に、非接触トップゲー

トを形成し、室温真空中においてコンダクタンス

のトップゲート電圧、バックゲート電圧依存性を測定した。

これより、簡易なモデルを用いて上面／下面移動度を評価

した結果、十分に厚い試料では、常に上面移動度が下面移

動度よりも 3 倍程度大きくなることを見出した。 これは

SiO2がグラフェンの移動度を低下させる主要因であること

を示唆している。

(3) 金属電極に接続したグラフェンの電界効果

グラフェンでは、低エネルギーにおける線形のエネルギ

ー分散に起因して、様々な「相対論的」効果の発現が期待

されている。そのうちの一つである、グラフェンを中間常

伝導体とするジョセフソン接合における相対論的ジョセフ

ソン効果の観測には、グラフェン中を電子が無散乱（バリ

スティック）に伝導することが必要である。これまで行わ

れてきた研究では相対論的効果は観測されていないが、そ

の主な原因はバリスティック伝導が実現していないからで

あると考えられている。一方、我々は昨年度までの研究で、

極めて短いグラフェンジョセフソン接合の作製方法を開発

し、長さ 50 nmのアルミニウム/グラフェン/アルミニウム

接合においてバリスティックなジョセフソン電流の観測に

成功した。さらに、短い接合ではゲート電界効果が弱まり、

特にジョセフソン電流のゲート電圧依存性は完全に消失す

ることを見出した。その原因の一つとして挙げられるのは、

仕事関数の違いによる電極からグラフェンへの電荷注入で

ある。本年度は電極からの電荷注入効果を検証するために、

単一グラフェン上に長さの異なるアルミニウム/グラフェ

ン/アルミニウム接合を多数作製し、そのゲート電界効果を

比較した。その結果、接合長が短くなるほど、ゲート電界

効果が弱まる傾向を観測し、電極からの電荷注入の影響を

支持する結果が得られた。現在、電極からの電荷注入効果

を軽減する手法を開発している。

＜学位論文＞

・ 藤縄直也：超伝導体における反転対称性の研究（数理

物質科学研究科、修士論文、2011.7）

・ 豊田行紀：グラフェン/強磁性接合における電気伝導

特性（数理物質科学研究科、修士論文、2012.3）

・ 鷲見理沙：グラフェンのホール伝導度とそのトポロジ

カルな意義（数理物質科学研究科、卒業論文、2012.3）

・ 我妻友明：グラフェンのクライントンネリング（数理

物質科学研究科、卒業論文、2012.3）

・ 軽部大雅：グラフェンの歪み導入による物性制御に向

けた歪み評価法の開発（物理学類、卒業論文、2012.3）

・ 仁平慎太郎：金属電極に接続したグラフェンの電界効

果（物理学類、卒業論文、2012.3）

＜論文＞

1. Y. Hatsugai, "Topological aspect of graphene

physics". Phys. Conf. Series 334, 012004 (13)

(2011)

2. Y. Hatsugai, I. Maruyama, "ZQ Topological

Invariants for Polyacetylene, Kagome and

Pyrochlore lattices",Euro. Phys. Lett. 95, 20003

(2011)

3. T. Kawarabayashi, Y. Hatsugai, T. Morimoto, H.

Aoki, "Generalized chiral symmetry and stability

of zero modes for tilted Dirac cones", Phys. Rev.

B 83,153414 (2011)

4. M. Arikawa, Y. Hatsugai, T. Endoh, K.

Shiraishi,"Wave packet dynamics in the spin

torque transfer", J. Phys. Soc. Jpn. 81, 044706

(4) (2012)

5. 初貝安弘, 「グラフェンの特異な物性とカイラル対

称性」素粒子論研究 118, 4 (2011)

6. M. Arai, Y. Hatsugai, "Numerical study of

electronic structure under uniform magnetic field

and quantized Hall conductance for multi-band

tight-binding models", J. Phys. Conf. Series 334,

012042 (4) (2011)

7. M. Arikawa, H. Aoki, Y. Hatsugai, "Edge states in

graphene quantum Hall system with bond vs

potential disorder", J. Phys. Conf. Series 334,

012043 (4) (2011)

8. H. Watanabe, Y Hatsugai, H Aoki, "Manipulation of

the Dirac cones and the anomaly in the graphene

related quantum Hall effect", J. Phys.: Conf.

Ser. 334, 012044 (5) (2011)

9. Yukihiro Takada, Young Taek Yoon, Taro Shiokawa,

Satoru Konabe, Mitsuhiro Arikawa, Masakazu

Muraguchi, Tetsuo Endoh, Yasuhiro Hatsugai, Kenji

Shiraishi, “Multi-Electron Wave Packets

Dynamics in Applied Electric Field”, Jpn. J. Appl.

Phys. 51, 02BJ01 (5) (2012)

10. H. Miyazaki, M. V. Lee, S.-L. Lee, H. Hiura, A.

Kanda, K. Tsukagoshi, Observation of Tunneling

Current in Semiconducting Graphene p–n Junctions,

J. Phys. Soc. Jpn. 81, 014708 (2012) (7 pages) .

11. Hikari Tomori, Akinobu Kanda, Hidenori Goto,

Youiti Ootuka, Kazuhito Tsukagoshi, Satoshi

Moriyama, Eiichiro Watanabe, Daiju Tsuya,

Introducing Nonuniform Strain to Graphene Using

Dielectric Nanopillars, Appl. Phys. Express 4,

075102 (2011).

12. Akinobu Kanda, Experimental approaches to

graphene electron transport for device

applications, in “Physics and Chemistry of

Graphene: Nanographene to Graphene” (edited by

T. Enoki), Chapter 3, Pan Stanford Publishing, in

press. (87 pages)

13. K. Tsukagoshi, H. Miyazaki, S.-L. Li, A.

Kumatani, H. Hiura, A. Kanda, Gate-Voltage

Modulation in Graphene, in “Graphene and its

Fascinating Attributes” (edited by S. K. Pati,

T. Enoki, & C. N. R. Rao), Chapter 11, World

Scientific Publishing (2012). (ISBN

978-981-4329-35-4 ).

14. 神田晶申, 塚越一仁, 磁気特性, 「炭素学」 13 章

6.5 節 （pp. 376 – 380）(田中一義、東原秀和、篠

原久典 編), 化学同人 (ISBN 9784759814118) 2011

年10月15日。

15. 神田晶申, 電子輸送, 「カーボンナノチューブ・グ

ラフェンハンドブック」12章2-2節 (pp. 315-317),

（フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会編）,

コロナ社 (ISBN978-4-339-06621-0) 2011年9月12

日。

16. 神田晶申, グラフェンの磁性とスピントロニクス応

用, 第49回応用物理学会スクールテキスト「グラフ

ェンの基礎から応用まで」、応用物理学会

(ISBN978-4-86348-199-2) 2011年8月30日。

17. 神田晶申, グラフェンの電気伝導の実験とデバイス

応用の可能性, 2011 年数学・物理学・情報科学の研

究交流シンポジウム報告書, pp. 53-63, 奈良女子大

学大学院人間文化研究科複合現象科学専攻, 2012 年

3月。

＜講演＞

国際会議

1. Invited: Yasuhiro Hatsugai,"Symmetry, Dirac cones

and Berry connections for frustrated fermions",

"26th Nishinomiya-Yukawa Memorial International

Workshop ""Novel Quantum States in Condensed

Matter 2011 (NQS2011)", "Yukawa Institute of

Theoretical Physics, Kyoto University, Kyoto,

JAPAN". 2011.11.17

2. Invited: Yasuhiro Hatsugai, “Quantized Berry

phases for characterization of short range

entangled states in d-dimensions”, Kavli

Institute for Theoretical Physics program :

Topological Insulators and Superconductors”,

Kavli Institute for Theoretical Physics, UCSB,

Santa Barbara, California, U.S.A., 2011.11.3

3. Invited: Y. Hatsugai, “Use of Berry connections

in condensed matter physics and the bulk-edge

correspondence”, Workshop on Emergence in Field

Theory”, Nanyang Executive center, Nanyang

Technology University, Singapore, 2011. 8. 6.

4. Y.Hamamoto, Y. Hatsugai, and H. Aoki, “Chiral

Symmetry and Electron-Electron Interaction in

Many-Body Gap Formation in Graphene”, 26th

International Conference on Low Temperature

Physics (LT26) 16P-D046, "TheBeijing

International Convention Center, China" 2011. 8.

11.

5. Y.Hamamoto, Y. Hatsugai, and H. Aoki, "Exact ground

states of \nu=1/2 states in grapheme”, The 19th

international conference on Electronic Properties

of Two-Dimensional Systems (EP2DS19)”, Florida

State University Conference Center, USA, 2011.

7.26

6. Y. Hatsugai, “Symmetry protected quantization of

Berry phases and applications (Invited)”,

Workshop and School on Topological Aspects of

Condensed Matter Physics "International Center

for Theoretical Physics (ICTP), Trieste, Italy",

2011.6.29

7. T. Kawarabayashi, Y. Hatsugai, T. Morimoto, H. Aoki,

“Robustness of zero-modes and generalised chiral

symmetry for tilted Dirac cones with disorder (Oral

presentation)” Graphene Week 2011: Fundamental

Science of Graphene and Applications of

Graphene-Based Devices "Obergurgl, Austria",

2011. 4.25

8. Y. Hamamoto, Y. Hatsugai, H. Aoki, " Electron

correlation and chiral symmetry in half-filled

graphene in magnetic fields”, Graphene Week 2011:

Fundamental Science of Graphene and Applications

of Graphene-Based Devices ", Obergurgl, Austria,

2011.4.29

9. T. Kawarabayashi, Y. Hatsugai, T. Morimoto, H. Aoki,

“Robustness of zero-modes and generalised chiral

symmetry for tilted Dirac cones with

disorder(Oral)”, Graphene Week 2011: Fundamental

Science of Graphene and Applications of

Graphene-Based Devices, Obergurgl, Austria, 2011.

4. 25

10. A. Kanda, H. Tomori, Y. Nukui, Y. Toyota, H.

Karube, S. Nihei, Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, M.

Hayashi, H. Yoshioka, Electron transport

measurement of graphene under one-dimensional

local strain, American Physical Society March

Meeting 2012, Boston, Feb. 27 – Mar. 2, 2012 (Oral).

11. H. Tomori, A. Kanda, Y. Nukui, Y. Toyota, H. Karube,

S. Nihei, Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, M. Hayashi,

H. Yoshioka, Introducing designed local strain to

graphene using dielectric nanostructures,

American Physical Society March Meeting 2012,

Boston, Feb. 27 – Mar. 2, 2012 (Oral).

12. H. Tomori, Y. Nukui, Y. Toyota, H. Karube, S. Nihei,

Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, M. Hayashi and H.

Yoshioka, A. Kanda, Introducing designed local

strain to graphene using dielectric

nanostructures: sample fabrication,

characterization and transport measurement,

International Symposium on Advanced

Nanostructures and Nano-Devices (ISANN 2011),

Kaanapali (USA), Dec. 4-9, 2011 (Oral).

13. H. Miyazaki, M. V. Lee, S. -L. Li, A. Kanda, K.

Tsukagoshi, Electron tunneling in bilayer graphene

p-n junction controlled by gate electric field,

2011 International Conference on Solid State

Devices and Materials (SSDM 2011), Nagoya, Sep. 29,

2011. (Oral)

14. H. Tomori, H. Goto, Y. Nukui, Y. Toyota, Y. Ootuka,

K. Tsukagoshi, S. Moriyama, E. Watanabe, D. Tsuya,

A. Kanda, Introducing Nonuniform Strain to

Graphene: Toward Strain Engineering, 2011

International Conference on Solid State Devices

and Materials (SSDM 2011), Nagoya, Sep. 29, 2011.

(Oral)

15. Y. Nukui, H. Tomori, H. Goto, Y.i Toyota, Y. Ootuka,

K. Tsukagoshi, and A. Kanda, Mobility Difference

in Top and Bottom Surfaces of Multilayer Graphene

Placed on Silicon Dioxide, 2011 International

Conference on Solid State Devices and Materials

(SSDM 2011), Nagoya, Sep. 29, 2011. (Oral)

16. A. Kanda, H. Tomori, H. Goto, Y. Toyota, Y. Ootuka,

K. Tsukagoshi, M. Hayashi, and H. Yoshioka,

Introducing strain in graphene, Graphene Week 2011,

Obergurgl (Austria), Apr. 24 – 29, 2011. (Oral)

17. A. Kanda, H. Tomori, H. Goto, Y. Nukui, Y.Toyota,

S. Nihei, H. Karube, Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, M.

Hayashi and H. Yoshioka, Observability of

relativistic Josephson effects in graphene,

International Symposium on Advanced

Nanostructures and Nano-Devices (ISANN 2011),

Kaanapali (USA), Dec. 4-9, 2011 (Poster).

18. Y. Nukui, H. Tomori, H. Karube, S. Nihei,Y. Toyota,

Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, and A. Kanda, Mobilities

at the Top and Bottom Surfaces of Multilayer

Graphene Placed on a SiO2 Substrate, International

Symposium on Advanced Nanostructures and

Nano-Devices (ISANN 2011), Kaanapali (USA), Dec.

4-9, 2011 (Poster).

19. H. Tomori, A. Kanda, H. Goto, Y. Nukui, Y. Toyota,

Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, M. Hayashi and H.

Yoshioka, Fabrication and transport measurement of

ballistic graphene Josephson junctions, Recent

Progress in Graphene Research (RPGR2011), Suwon

(Korea), Oct. 3-6, 2011 (Poster).

20. H. Tomori, A. Kanda, Y. Nukui, Y. Toyota, Y. Ootuka,

K. Tsukagoshi, S. Moriyama, E. Watanabe, D. Tsuya,

M. Hayashi and H. Yoshioka, Introducing designed

nonuniform strain to graphene using dielectric

nanopillars: sample fabrication, characterization

and transport measurement, Recent Progress in

Graphene Research (RPGR2011), Suwon (Korea), Oct.

3-6, 2011 (Poster).

21. Y. Nukui, H. Tomori, H. Goto, Y. Toyota, Y. Ootuka2,

K. Tsukagoshi, and A. Kanda, Evaluation of

Mobilities at the Top and Bottom Surfaces of

Multilayer Graphene Placed on a SiO2 Substrate,

International Workshop on Quantum Nanostructures

and Nanoelectronics (QNN2011), Tokyo, Oct. 3-4,

2011 (Poster).

22. H. Miyazaki, M. Lee, S. -L. Li, A. Kanda, K.

Tsukagoshi, Electric field induced p-n tunnel

junction in bilayer graphene, The 37th leading

conference in Europe for Micro- and Nano

Engineering (MNE2011),

Berlin, Germany, September 19 - 23, 2011 (Poster).

23. H. Tomori, A. Kanda, H. Goto, Y. Toyota, Y. Nukui,

Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, M. Hayashi, H. Yoshioka,

Fabrication and transport measurement of ballistic

graphene Josephson junctions, The 19th

international conference on Electronic Properties

of Two-Dimensional Systems (EP2DS19), Tallahassee

(USA), July 25-29, 2011 (Poster).

24. H. Tomori, A. Kanda, H. Goto, Y. Toyota, Y. Nukui,

Y. Ootuka, K. Tsukagoshi, M. Hayashi, H. Yoshioka,

Fabrication of graphene devices with designed

strain, The 19th international conference on

Electronic Properties of Two-Dimensional Systems

(EP2DS19), Tallahassee (USA), July 25-29, 2011

(Poster).

25. H. Tomori, H. Goto, Y. Toyota, S. Tanaka, Y. Ootuka,

K. Tsukagoshi, M. Hayashi, H. Yoshioka, and A.

Kanda, Ballistic graphene Josephson junctions,

Graphene Week 2011, Obergurgl (Austria), Apr. 24

– 29, 2011 (Poster).

国内会議

1. （招待講演）初貝安弘, 「グラフェンの特異な物性と

カイラル対称性」京都大学基礎物理学研究所 研究会

「熱場の量子論とその応用」 京都大学 基礎物理学研

究所 湯川記念館 Panasonic 国際交流ホール, 2011年

8月22日

2. （招待講演）初貝安弘「時間反転対称性とトポロジカ

ル絶縁体のエッジ状態：バルクエッジ対応の物理」平

成 23 年度 第 10 回 飯綱・サイエンスサマー道場，

長野県飯綱高原「ホテルアルカディア」2011 年 8 月

17日

3. （招待講演)初貝安弘「グラフェンにおけるカイラル

対称性と電子相関」理論核領域, 素粒子領域合同シン

ポジウム 強相関物理の新展開 18pSJ-6 日本物理学

会 2011年秋季大会（素粒子原子核）、弘前大学, 青森、

2011年9月18日

4. 棚谷翔, 丸山勲, 初貝安弘「2 次元パイロクロア格子

におけるクロスダイマー相と量子化ベリー位相」日本

物理学会 2012 年年会,関西学院大学, 神戸 2012 年 3

月26日

5. 河原林透, 初貝安弘, 青木秀夫「電場中の2層グラフ

ェンにおけるゼロエネルギーランダウ準位のトポロ

ジカルな安定性」日本物理学会 2012 年年会, 関西学

院大学, 神戸, 2012年3月25日

6. 本田貴大，初貝安弘 A，青木秀夫，河原林透「フェル

ミオン・ダブリングを伴わないディラック電子のラン

ダウ準位に対するランダムネスの効果」日本物理学会

2012年年会,関西学院大学, 神戸, 2012年3月27日

7. 高田幸宏, 塩川太郎, 尹永択, 岩田潤一, 小鍋哲,

有川晃弘, 村口正和, 遠藤哲郎, 初貝安弘, 白石賢

二「2 次元半導体ナノ構造における多電子波束ダイナ

ミクスの検討」日本物理学会2012年年会, 関西学院

大学, 神戸, 2012年3月26日

8. 塩川太郎, 高田幸宏, 尹永択, 岩田潤一, 小鍋哲,

有川晃弘, 村口正和, 遠藤哲郎, 初貝安弘, 白石賢

二,「半導体ナノ構造における多電子波束ダイナミク

スの印加電圧依存性」日本物理学会 2012 年年会, 関

西学院大学, 神戸 2012年3月27日

9. 初貝安弘, 丸山勲「フラストレーションの量子もつれ

による解消と量子化ベリー位相」特定領域研究「フラ

ストレーションが創る新しい物性」 最終成果報告会

大阪大学吹田キャンパス銀杏会館, 2012年1月8日

10. 棚谷翔, 丸山勲, 初貝安弘「チェッカーボード格子上

のS=1/2ハイゼンベルグ模型における量子化ベリー位

相」特定領域研究「フラストレーションが創る新しい

物性」 最終成果報告会, 大阪大学吹田キャンパス銀

杏会館, 2012年1月7日

11. 丸山勲, 初貝安弘「フラストレートした格子とベリー

位相の ZQ 量子化条件」特定領域研究「フラストレー

ションが創る新しい物性」 最終成果報告会, 大阪大

学吹田キャンパス銀杏会館 2012年1月7日

12. 初貝安弘，丸山勲「対称性が保護するベリー位相の量

子化とその電子系での応用」日本物理学会 2011 年秋

季大会（物性）22pGT-5富山大学, 富山 2011年9月

22日

13. 河原林透，初貝安弘，森本高裕，青木秀夫「傾いたデ

ィラックコーンにおけるゼロモードのトポロジカル

な安定性 --- カイラル対称性の非エルミートな一般

化 --」日本物理学会 2011年秋季大会（物性）21pTR-10

富山大学, 富山 2011年9月21日

14. 濱本雄治，初貝安弘，青木秀夫「磁場中グラフェンの

カイラル対称性と多体状態の数値的研究」日本物理学

会 2011年秋季大会（物性）22aTL-12富山大学, 富山

2011年9月22日

15. 高田幸宏，尹永択，塩川太郎，岩田潤一，小鍋哲，有

川晃弘，村口正和，遠藤哲郎，初貝安弘，白石賢二「半

導体中での波束ダイナミクスの印加電圧依存性」日本

物理学会 2011年秋季大会（物性）22aTM-3 富山大学,

富山2011年9月22日

16. 高田幸宏，尹永択,塩川太郎，岩田潤一，小鍋哲，有

川晃弘，村口正和，遠藤哲郎，初貝安弘，白石賢二「ハ

ートリーフォック近似によるナノ構造中の電子波束

ダイナミックス」日本物理学会 2011 年秋季大会（物

性）21aTM-2富山大学, 富山, 2011年9月21日

17. 尹永択，塩川太郎，高田幸宏，岩田潤一，小鍋哲，有

川晃弘，村口正和，遠藤哲郎，初貝安弘，白石賢二

「Suzuki-Trotter 法による電子波束ダイナミックス

の多体効果」日本物理学会 2011 年秋季大会（物性）

21aTM-1 富山大学, 富山 2011年9月21日

18. 棚谷翔, 丸山勲, 有川晃弘, 初貝安弘「二次元パイロ

クロア格子上の S=1/2 ハイゼンベルグ模型の基底状

態と Z2 ベリー位相を用いた相分類」ポリスケール大

学間連携研究会, 東京理科大学長万部キャンパス 〒

049-3514 北海道山越郡長万部 2011年9 月4日

19. 友利ひかり, 後藤秀徳, 豊田行紀, 貫井洋佑, 軽部

大雅, 仁平慎太郎, 大塚洋一, 塚越一仁, 林正彦,

吉岡英生, 神田晶申, 局所歪みのあるグラフェンの

電気伝導測定, 日本物理学会第 67 回年次大会, 関西

学院大学, 2012年3月24日～27日(口頭発表)。

20. 神田晶申, 友利ひかり, 仁平慎太郎, 軽部大雅, 貫

井洋佑, 豊田行紀, 大塚洋一, グラフェン接合系に

おけるゲート電界効果, 新学術領域研究「対称性の破

れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第2回領

域研究会, 岡山大学, 2011年12月17日～19日(口頭

発表)。

21. 貫井洋佑，後藤秀徳, 友利ひかり，豊田行紀，大塚洋

一，塚越一仁，神田晶申, 非接触トップゲートを用い

た多層グラフェンの上面／下面移動度の評価, 日本

物理学会 2011 年秋季大会, 富山大学, 2011 年 9 月

21-24日(口頭発表)。

22. 友利ひかり，後藤秀徳，豊田行紀，大塚洋一，塚越一

仁，森山悟士，渡辺英一郎，津谷大樹，神田晶申, 非

一様歪みのあるグラフェンの形成と電気伝導測定,

日本物理学会 2011 年秋季大会, 富山大学, 2011 年 9

月21-24日(口頭発表)。

23. 神田晶申, グラフェンでできた超伝導/強磁性/超伝

導接合における磁性と超伝導の競合, 新学術領域「ト

ポロジカル量子現象」公募研究キックオフミーティン

グ, カナルパークホテル富山, 2011年9月20日(口頭

発表)。

24. 神田晶申, 単層グラフェンにおける超伝導近接効果

の実験の現状と今後の研究予定, 新学術領域「トポロ

ジカル量子現象」第7回集中連携研究会「奇周波数ク

ーパー対」, 名古屋大学, 2011年 9月 8～10日(口頭

発表)。

25. 貫井洋佑，後藤秀徳, 友利ひかり，豊田行紀，大塚洋

一，塚越一仁，神田晶申, SiO2上に置かれた多層グラ

フェンの上面移動度と下面移動度の評価, 2011年秋季

第72回応用物理学会学術講演会, 山形大学, 2011年

8月29日-9月2日(口頭発表)。

26. 友利ひかり，後藤秀徳，豊田行紀，大塚洋一，塚越一

仁，森山悟士，渡辺英一郎，津谷大樹，神田晶申, バ

ンドギャップ形成を目指したグラフェンへの非一様

歪みの導入方法の開発, 2011年秋季第 72回応用物理

学会学術講演会, 山形大学, 2011年8月29日-9月2

日(口頭発表)。

27. 友利 ひかり, 後藤 秀徳, 豊田 行紀, 大塚 洋一,

神田 晶申, 塚越 一仁, 森山 悟士, 渡辺 英一郎,

津谷 大樹, グラフェンへの局所歪みの導入と電気伝

導測定：グラフェンのバンドギャップエンジニアリン

グを目指して, 飯綱・サイエンスサマー道場, 長野県

飯綱高原「ホテルアルカディア」, 2011年 8月 17日

～19日(ポスター発表).

28. 神田晶申, グラフェンの電気伝導の実験とデバイス

応用の可能性, 「2011年度 数学・物理学・情報科学

の研究交流シンポジウム」, 奈良女子大学, 2011 年

12月3日（招待講演）。

29. 友利ひかり, 神田晶申, 後藤秀徳, 豊田行紀, 貫井

洋佑, 大塚洋一, 塚越一仁, 林正彦, 吉岡英生, グ

ラフェンの歪み効果, 研究会「グラフェン・ナノ構造

の物理」, 秋田大学, 2011年11月12日（招待講演）。

30. 神田晶申, 友利ひかり, 後藤秀徳, 豊田行紀, 貫井

洋佑, 大塚洋一, 塚越一仁, 林正彦, 吉岡英生, グ

ラフェンの超伝導近接効果, 研究会「グラフェン・ナ

ノ構造の物理」, 秋田大学, 2011年11月12日（招待

講演）。

31. 神田晶申, グラフェンにおけるジョセフソン電流,

日本物理学会 2011 年秋季大会シンポジウム「多彩な

表面系における電子輸送現象」, 富山大学, 2011年9

月22日（招待講演）。

32. 神田晶申, グラフェンの磁性とスピントロニクス応

用, 第 49 回応用物理学会スクール「グラフェンの基

礎から応用まで」, 山形大学, 2011年 8月 30日（招

待講演）。

研究員 島村道夫（TIMS客員研究員）

大学院生 坂本直也（数理物質科学研究科D3，

学振特別研究員）

西連地志穂（数理物質科学研究科D3）

呂 風妞（数理物質科学研究科D2）

飯田昌也（数理物質科学研究科M2）

岡﨑友紀（数理物質科学研究科M2）

川越翔太（数理物質科学研究科M2）

草間大輔（数理物質科学研究科M2）

奥原 昂（数理物質科学研究科M1）

小沼孝大（数理物質科学研究科M1）

高槻百合（数理物質科学研究科M1）

瀧澤浩之（数理物質科学研究科M1）

矢﨑辰哉（数理物質科学研究科M1）

分子・物質変換コアでは外場や調節因子に応答

して構造や機能が大きく変化する分子システムの

研究を行っている。特に、有機—無機ハイブリッド

型の分子システムを中心に研究を進めている。そ

の理由は、配位結合の持つ、元素および配位子の

性質に起因した結合の方向性、結合数、結合の分

極の多様性に注目したからである。これを活かす

ことで、電子の授受による構造変換や光化学的な

性質の発現制御など、多彩な応用が可能となる。 本年度は、分子「てこ」機構によるらせん反転

システムの開発、自己集積大環状錯体の形成を利

用した光反応の抑制、架橋アニオン交換を用いた

大環状亜鉛クラスター錯体の精密構造制御など、

これまでに例のない概念と手法の提案と実現に成

功した。

【 1 】 分子「てこ」機構によるらせん反転シス

テムの開発

らせん型構造は DNA やタンパクのαヘリック

スなど生体分子などに頻繁に見られる構造である。

そのらせんの巻き「ヘリシティー」は、基本的に

は構成要素となるデオキシリボースやアミノ酸の

不斉構造に基づいて決まっているが、条件によっ

て逆転する例も知られている。このようなヘリシ

ティー反転を起こすことができる人工のらせん型

分子システムの開発も近年注目されてきている。

温度変化、酸化還元、光照射など様々な刺激に応

答したヘリシティー反転が実現されてきている。

本研究では、このようなヘリシティー反転を、

遠隔から「てこ」のような機構を使って起こすこ

とができるようなシステムの開発を目指した

(Figure 1)。これまでに、さまざまなタイプの分子

機械が開発されてきたが、直線状の運動をらせん

反転にリンクさせたようなシステムは実現できて

いなかった。これを実現するためには、置換活性

ならせん型錯体に代表される動的な反転が可能な

らせん骨格に、外部刺激応答型の変換メカニズム

を組み込む必要がある。

Figure 1. Concept of a molecular leverage mechanism

for helix inversion.

我々は既に、一重らせん型四核錯体にキラル

salen部位を導入することで、一方の巻きのらせん

構造を優先的に生成させられることを見いだして

いる。すなわち、キラル salen のエチレンジアミ

ン部位のN–C–C–Nねじれ角を+60°（または–60°）

に偏らせることで、分子全体のヘリシティーを制

御できる(Scheme 1a)。従って、このN–C–C–Nね

じれ角を+60°と–60°の間で自在に変換することが

できれば、これに連動する形で四核錯体のヘリシ

4．集積物性分野 分子・物質変換コア

専任教員： 鍋島達弥 （数理物質系 物質創成先端科学専攻・ 教授 ）秋根茂久 （数理物質系 物質創成先端科学専攻・准教授）

山村正樹 （数理物質系 物質創成先端科学専攻・ 助教 ）

ティーを変化させることができると予想される。

本研究では、変換部位として(S,S)-trans-1,2-二置

換エチレンジアミン部位をもつらせん型四核錯体

を設計した。この錯体は、ジアンモニウムゲスト

と 18-クラウン-6 部位との間のホスト・ゲスト相

互作用によってそのヘリシティーを変化させられ

ると予想される(Scheme 1b)。長いジアンモニウム

ゲストを認識した場合、二つのクラウン部位は

antiの位置関係となり、短いゲストではgaucheと

なる。これらの配置は、それぞれエチレンジアミ

ン部の N–C–C–N ねじれ角–60°および+60°に対応

しているので、それぞれ左巻きおよび右巻きが安

定化されると予想される。このような trans-1,2-二

置換エチレンジアミン部位のgauche/antiの変換に

基づく分子の「てこ」機構(Scheme 1)により、長

さの異なるジアンモニウム認識を駆動力としてら

せん型錯体のヘリシティーを自在に制御できる新

しい分子機械システムの開発を目指すこととした

(Figure 1)

Scheme 1. (a) Helicity Control of a Tetranuclear

Complex by a Chiral Auxiliary; (b) Design of a Helical

Metal Complex for Strategic Helix Inversion by a

Molecular Leverage Mechanism

二つの 18-クラウン-6 部位を導入した新規なト

リス（キレート）配位子H6Lを合成し、これと酢

酸亜鉛(II) (3 当量)、酢酸ランタン(III) (1 当量)の錯

形成反応により、四核錯体[LZn3La(OAc)3]を得た。

この四核錯体[LZn3La(OAc)3]は二つのジアステレ

オマーの混合物として存在し、CDCl3/CD3OD (1:1)

中におけるその比率はP : M = 75:25となっている

ことが 1H NMR スペクトルから分かった。また、

CHCl3/CH3OH (1:1)中におけるCDスペクトルでは

352 nmに正のコットン効果が観測され、類似化合

物との比較から、主成分となる異性体のヘリシテ

ィーは右巻き(P)であることがわかった。この錯体

[LZn3La(OAc)3]の 18-クラウン-6 部位にアルカン

ジアンモニウムH3N+–(CH2)n–NH3

+ (TsO–)2 (Gn; n =

4, 12)を認識させることにより、右巻き／左巻きの

比率の制御を試みた。

Figure 2. CD spectral changes of [LZn3La(OAc)3]

upon the addition of G4 in 1:1 chloroform/methanol at

0.02 mM concentration.

CHCl3/CH3OH (1:1)中で、短いゲストとしてG4を

加えたとき、錯体[LZn3La(OAc)3]の 352 nmのコッ

トン効果は増大した(Figure 2)。5当量のG4を加え

たときには、その強度は添加前の 1.61倍まで増大

した。ホスト／ゲスト比 1:1 の錯形成の会合定数

は logKa = 4.36 (Ka in M–1)となった。この過程で吸

収スペクトルには大きな変化は見られなかったこ

とから、このCD強度の増大はP/Mのジアステレ

オ比の変化によって起こっていることがわかる。

G4 を加えたときのジアステレオ比の変化は

NMR スペクトルによっても確かめられた。すな

わち、2当量のG4を加えると、ジアステレオ比は

75:25 から 85:15 まで変化した。この de50%から

70%への増加は、観測された CD 強度の増大に対

応している。

一方、より長いゲスト G12を加えていったとこ

ろ、352 nmの正のコットン効果は減少し、符号の

逆転が見られた(Figure 3)。5 当量のゲスト存在下

では、362 nmに顕著な負のコットン効果が観測さ

れた。このことから、G12 を認識するとヘリシテ

ィーの反転が起こり、左巻き(M)異性体が主成分と

なることがわかった。

Figure 3. CD spectral changes of [LZn3La(OAc)3]

upon the addition of G12 in 1:1 chloroform/methanol at

0.02 mM concentration.

1H NMRスペクトルにおいては、G12を加えてい

くと、化学シフトの変化に加えて、P 体のモル分

率の減少と M 体のモル分率の増加が見られた。2

当量のG12を加えると、ジアステレオマー比(P/M)

は 75:25 から 34:66 まで変化した。この変化は、

de の+50%から–32%への逆転に対応する。この

NMR データから非線形最小二乗法により求めた

P/M の異性化の平衡定数とそれぞれの異性体の錯

形成定数(Scheme 2)から、異性体比(P/M)が逆転し

たこと(Kiso = 0.37からKiso' = 2.2)、および左巻き異

性体が右巻きより 6 倍強くゲスト G12と錯形成す

ることが明らかとなった。

Scheme 2. Equilibrium Constants for P/M

Isomerization and Guest Binding of [LZn3La(OAc)3]

以上の結果から、[LZn3La(OAc)3]がG12を認識し

たときとG4を認識したときとでは、逆のヘリシテ

ィーになることが分かった。これは、長いゲスト

G12が二つの 18-クラウン-6間の距離をのばし、N–

C–C–N ねじれ角を負に変化させ、左巻き(M)異性

体を安定化するのに対して、短いゲストG4は距離

を縮め、N–C–C–N ねじれ角が正となる右巻き異

性体(P)を安定化するためであると考えられる。す

なわち、分子の長さの情報がらせんのヘリシティ

ーの情報に効果的に変換されているといえる。

本研究のらせん反転システムは、直線方向の運

動（伸縮）をヘリシティー反転運動（右巻き・左

巻き）に変換できる初めての機構として興味深い。

導入した trans-1,2-二置換エチレンジアミンユニ

ットの antiとgaucheの間の変換により、このよう

な戦略的ならせん反転を実現できた。メカニカル

なヘリシティー反転のコンセプトは、様々なキラ

ル機能の反転にも応用できる可能性がある。また、

分子シャトルやクランク等他の機構との組み合わ

せによってナノスケールの新たな分子機械システ

ムを構築できると期待される。

【 2 】 自己集積大環状錯体の形成を利用した光

反応の抑制

光やレドックスといった外部刺激に応答して物

性が変化する機能性分子の開発は、分子マシーン

や分子デバイスなどのナノテクノロジーへの応用

に繋がる研究である。特に、光照射によって可逆

的な構造変化を起こすフォトクロミック化合物の

光反応は、光を入力信号とした分子情報の変換に

用いることができる。このような光反応を、反応

活性な状態と反応不活性な状態に自在に制御する

ことができれば、書き込んだ情報の保存、書き換

えを任意に行うシステムを構築できる(Figure 4)。

本研究では、フォトクロミック分子として光反

応に伴う構造変化の大きいアゾベンゼンを選択し、

アゾベンゼンを剛直な環状構造に組み込むことで、

異性化反応の抑制を試みた。ここでは、環状構造

を構築するのに、錯形成反応による自己集積の手

法を用いて、光反応の制御を検討した。

Figure 4. Control of photoisomerization behaviour of

azobenzene by self-assembly approach.

アゾベンゼンで架橋したビスカテコール配位子

trans-LH4を合成し、トリエチルアミン存在下、ホ

ウ酸エステルとの反応を行ったところ、四つの配

位子と四つのホウ素からなる大環状ホウ素錯体

(trans-L)4·B4 が収率 88%で得られた(Scheme 3)。

ESI-MS測定において、大環状分子(trans-L)4·B4の

分子イオンピークが観測され、同位体パターンも

良い一致を示した。また、DOSYスペクトルを測

定したところ、(trans-L)4·B4の拡散係数はD = 7.07

10-11 m2/sとなり、trans- LH4の拡散係数D = 2.28

10-10 m2/sより小さい値であったことから、集積

型錯体となっていることが示唆された。得られた

拡散係数から、Stokes-Einstein 式より、(trans-L)4·B4

の流体力学半径を算出したところ rs = 15.6 Åとな

り、この値はDFT計算から求めた分子構造とよく

一致した。これらの結果より、大環状化合物が四

量体であることを確かめることができた。

また、trans- LH4とチタンアセチルアセトナート

を反応させたところ、三つの配位子と二つのチタ

ンからなるかご型化合物(trans-T)3·Ti2 が収率 99%

で得られた。(trans-T)3·Ti2の同定は、各種NMR測

定、元素分析に加え、MALDI-TOF-MS および

DOSY測定により行った。

Scheme 3. Self-assembly formation of azobenzene-

linked ring [trans-L4B4]4– and cage [trans-L3Ti2]

4–.

また、比較のため、非環状のホウ素錯体

(trans-L’)2·Bおよびチタン錯体(trans-L’)3·Tiをそれ

ぞれ合成した(Figure 5)。

Figure 5. Acyclic complexes [L’2B]– and [L’3Ti]2–.

次に、合成したホウ素およびチタン錯体の光異

性化反応を行った。大環状ホウ素錯体(trans-L)4·B4

に紫外光(365 nm)の照射を行い、1H NMRスペク

トルおよび紫外可視吸収スペクトルによる追跡を

行ったところ、異性化反応は全く進行しなかった

(Figure 6)。一方、非環状のホウ素錯体(trans-L’)2·B

は、同一条件下で異性化反応の進行を確認するこ

とができた。

Figure 6. UV-vis spectral change of [L’2B](Et3NH) (a

dotted line, right axis) and [L4B4](Et3NH)4 (a solid line,

left axis) after photoirradiation with a high-pressure

mercury lamp (365 nm) in DMSO.

同様に、かご型チタン錯体(trans-T)3·Ti2も光異

性化反応は全く進行しなかった(Figure 7)。以上の

結果から、アゾベンゼンの異性化反応は、錯形成

による剛直な大環状構造の形成により、抑制され

ることがわかった。

Figure 7. UV-vis spectral change of [L’3Ti]Na2 (a

dotted line) and [L3Ti2]Na4 (a solid line) after

photoirradiation with a high-pressure mercury lamp

(365 nm) in DMSO.

本研究では、アゾベンゼンの自己集積を利用す

ることで光異性化反応を制御できることを初めて

明らかにした。今後、光反応と錯形成を組み合わ

せて自在に応答性を制御できる分子情報変換シス

テムへの応用が期待される。

【 3 】 架橋アニオン交換を用いた大環状亜鉛ク

ラスター錯体の精密構造制御

複数の金属を精密に集積させたクラスター錯体

は、金属イオン同士の恊働作用により特異な物性、

反応生を示すことから、盛んに研究されている。

これまでに我々は、独自の多座配位子として salen

型配位部位を三つ有する、大環状多座配位子

Trisaloph の合成を報告し、Trisaloph を用いた金属

多核錯体の構築について報告してきた。Trisaloph

は、歪みの無い平面分子であり、三つの salen 型

配位部位で錯形成するだけでなく、配位子中央の

O6 配位部位においても金属イオンを捕捉するこ

とができる。特に、亜鉛との錯形成を行うと、七

つの亜鉛イオンが積層した七核錯体が生成するこ

とを見出している(Figure 8)。この七核錯体の

Trisaloph 配位子部位は、湾曲した構造を取ってお

り、歪んだ π共役系をとっていた。また、六つの

酢酸イオン(CH3CO2–)が亜鉛同士を架橋しており、

これら架橋アニオンが七核クラスター構造の構築

に必要と考えられる。本研究では、Trisaloph 亜鉛

錯体の架橋アニオンを交換することによって、ク

ラスター構造の制御を目指した。また、クラスタ

ー構造の変化にともなって、大環状 π共役系の歪

みに変化が生じれば、分光特性などの物性制御を

もたらすことができると期待して検討を行った。

Figure 8. Zn7 cluster complex LZn7(O)(AcO)6.

配位子LH6と種々のカルボン酸亜鉛との錯形成

反応を行うことで、架橋アニオンの異なる亜鉛ク

ラスター錯体を合成、単離した。架橋アニオンと

して、CH3CO2–を用いた場合、亜鉛七核錯体が得

られるのに対し、tBuCO2–を用いると亜鉛六核錯体

が得られた。七核錯体では、6 つの架橋アニオン

がすべて大環状配位子平面の片側から配位してい

たが、亜鉛六核錯体では、亜鉛に配位した 5つの

カルボン酸イオンのうち 1 つは、Trisaloph 平面の

逆側から配位していた(Figure 9)。アニオンによっ

て異なる構造が得られたのは、立体的にかさ高い

アニオンが、同一面に密集して架橋配位すると立

体障害が生じるためと考えられる。また、六核錯

体はTrisalophの平面からの歪みが七核錯体より緩

和されていた。他のアニオンを用いて錯体の合成

を行ったところ、C6H5CO2–を用いた場合には七核

錯体が、C2H5CO2–を用いた場合には六核錯体が得

られた。

Figure 9. a) Schematic presentation and b) crystal

structure of Zn6 cluster complex LZn6(OH)(tBuCO2)5.

次に、溶液中でアニオン交換を行うことで、七

核錯体と六核錯体との相互変換を試みた。クロロ

ホルム中、七核錯体LZn7(O)(CH3CO2)6に対し、過

剰量の tBuCO2H を加えたところ、六核錯体

LZn6(OH)(tBuCO2)5 へと変換することができた

(Scheme 4)。また、得られた六核錯体にCH3CO2H

を加えると、再び七核錯体LZn7(O)(CH3CO2)6が再

生し、クラスター構造を可逆的に制御できること

を見出した。

七核錯体と六核錯体の吸収スペクトルを測定し

たところ、七核錯体に比べて、六核錯体では長波

長領域に吸収バンドが観測された。この変化は、

六核錯体の大環状配位子の骨格がより平面に近く、

π 共役系が伸張したためと考えられる。また、低

温マトリックス中で発光スペクトルを測定したと

ころ、七核錯体からは発光が観測され、六核錯体

では発光が消光することがわかった。架橋アニオ

ン交換による構造変化に伴って発光特性を制御で

きることを見出した。

Scheme 4. Reversible conversion between the Zn

heptanuclear and hexanuclear cluster complex of the

Trisaloph.

以上より、Trisaloph 配位子の亜鉛七核錯体と六

核錯体を架橋アニオンによって作り分けられるこ

とを見出し、溶液中における架橋アニオン交換反

応を利用して、亜鉛七核錯体と六核錯体とを自在

に変換することに成功した。このような複雑な金

属クラスター錯体を溶液中で精密に構造制御でき

たことは興味深い結果であり、金属クラスター錯

体特有の物性や反応性の制御に応用できると期待

される。

＜学位論文＞

・ 坂本 直也： Synthesis and Optical Properties Regulation

of Novel Dipyrrins and Their Complexes（新規ジピリン

誘導体とその錯体の合成および分光特性制御） (数理

物質科学研究科、物質創成先端科学専攻、博士論文、

2012.3)

・ 飯田 昌也： 大環状多座配位子Trisalophを用いた金

属クラスター錯体の合成と構造 (数理物質科学研究

科、物質創成先端科学専攻、修士論文、2012.3)

・ 岡﨑 友紀： 大環状超分子構造を利用したアゾベン

ゼン異性化反応の自在制御 (数理物質科学研究科、物

質創成先端科学専攻、修士論文、2012.3)

・ 川越 翔太： 新規な鎖状キラル Pybox を用いた錯体

の合成と機能 (数理物質科学研究科、物質創成先端科

学専攻、修士論文、2012.3)

・ 草間 大輔： 有機ナノチューブの構築を目指した新

規な大環状化合物の設計と合成 (数理物質科学研究

科、物質創成先端科学専攻、修士論文、2012.3)

＜論文＞

1. S. Akine, S. Hotate, T. Matsumoto, and T. Nabeshima "Spontaneous enrichment of one-handed helix by dissolution of quasiracemic crystals of a tetranuclear single helical complex" Chem. Commun., 47, 2925-2927 (2011).

2. S. Akine, S. Sairenji, T. Matsumoto, and T. Nabeshima "Synthesis of acyclic tetra- and pentakis(N2O2) ligands for single-helical heterometallic complexes with a greater number of winding turns" Supramolecular Chem., 23, 106-112 (2011).

3. M. Yamamura, J. Miyake, Y. Imamura, and T. Nabeshima "Ca2+-induced Folding of a Chiral Ditopic Receptor Based on a Pybox Ligand and Enhancement of Anion Recognition" Chem. Commun., 47, 6801-6803 (2011). Back

Cover Picture 4. A. Yamashita, A. Watanabe, S. Akine, T. Nabeshima, M.

Nakano, T. Yamamura, and T. Kajiwara "Wheel-shaped ErIIIZnII

3 Single-molecule Magnet: Macrocyclic Approach to Design a Magnetic Anisotropy" Angew. Chem. Int. Ed., 50, 4016-4019 (2011).

5. S. Akine, T. Shimada, H. Nagumo, and T. Nabeshima "Highly-Cooperative Double Metalation of a Bis(N2O2) Ligand Based on Bipyridine-Phenol Framework Driven by Intramolecular π-Stacking of Square Planar Nickel(II) Complex Moieties" Dalton Trans., 40, 8507-8509 (2011). Cover Picture

6. N. Sakamoto, C. Ikeda, M. Yamamura, and T. Nabeshima "Structural Interconversion and Regulation of Optical Properties of Stable Hypercoordinate Dipyrrin–Silicon Complexes" J. Am. Chem. Soc., 133, 4726-4729 (2011).

7. S. Akine, S. Sunaga, and T. Nabeshima "Multi-step Oligometal Complexation of Macrocyclic Tris(N2O2) Hexaoxime Ligand" Chem. Eur. J., 17 6853-6861 (2011).

8. M. Yamamura, H. Miyazaki, M. Iida, S. Akine, and T. Nabeshima "Nuclearity Control of Trisaloph Zinc Cluster Complex Dependent on Minute Structural Differences in the Bridging Anions" Inorg. Chem., 50, 5315-5317 (2011).

9. S. Akine, S. Hotate, and T. Nabeshima "A Molecular Leverage for Helicity Control and Helix Inversion" J. Am. Chem. Soc., 133, 13868-13871 (2011).

10. R. Trokowski, S. Akine, and T. Nabeshima "Remarkably Selective Recognition of Iodobenzene Derivatives by a Macrocyclic Bis-Pt(II) Metallohost" Chem. Eur. J., 17 14420-14428 (2011).

11. 鍋島 達弥・山村 正樹 "相乗的機能の発現に向けた分

子システムの設計と合成" 月刊『未来材料』(NTS出版), 2011年8月

12. S. Akine "Novel ion recognition systems based on cyclic and acyclic oligo(salen)-type ligands" J. Incl. Phenom. Macrocycl. Chem., 72, 25-54 (2011). Award Article for

‘HGCS Japan Award of Excellence 2010’ 13. N. Sakamoto, C. Ikeda, M. Yamamura, and T. Nabeshima

"α-Bridged BODIPY oligomers with switchable near-IR photoproperties by external-stimuli-induced foldamer formation and disruptiont" Chem. Commun., 48, 4818-4820 (2012). Back Cover Picture

14. M. Yamamura, Y. Okazaki, and T. Nabeshima "Photoisomerization locking of azobenzene by formation of a self-assembled macrocycle" Chem. Commun., 48, 5724-5726 (2012). Back Cover Picture

15. S. Akine, H. Nagumo, and T. Nabeshima "Hierarchical helix of helix in the crystal: Formation of variable-pitch helical π-stacked array of single-helical dinuclear metal complexes" Inorg. Chem., 51,5506-5508 (2012).

・＜講演＞

国際会議

1. Tatsuya Nabeshima “Synergistic Functions of Macrocyclic and Analogous Ligands Bearing C=N Moieties” The 23rd International Congress on Heterocyclic Chemistry (ICHC2011), Glasgow, Scotland, 2011.7.30-2011.8.4 (invite)

2. Masaki Yamamura, Masaya Iida, Tatsuya Nabeshima “Quantitative Nuclearity Control of a Zinc Cluster Complex Accumulated on a Distorted π-Conjugated Macrocyclic Ligand Bearing Three Salen-type Coordination Sites” The 23rd International Congress on Heterocyclic Chemistry (ICHC2011), Glasgow, Scotland, 2011.7.30-2011.8.4 （Poster）.

3. Naoya Sakamoto, Tatsuya Nabeshima “Synthesis and Cation Recognition Ability of Macrocyclic Tris-BODIPY by B-F･･･Cation Interactions” The 23rd International Congress on Heterocyclic Chemistry (ICHC2011), Glasgow, Scotland, 2011.7.30-2011.8.4 （Poster）.

4. Shigehisa Akine, Tatsuya Nabeshima “Helicity Control and Dynamic Helix Inversion of Single-helical Zinc(II)-containing Oligonuclear Complexes” 6th International Symposium on Macrocyclic & Supramolecular Chemistry, Brighton, UK, 2011.7.3-2011.7.7 （Poster）.

5. Tatsuya Nabeshima “Macrocyclic and Linear Multidentate Ligands for Cooperative Functions” 3rd International Conference on Heterocyclic Chemistry, Jaipur, India, 2011.12.10-2011.12.13 (invite)

6. Masaki Yamamura “Synthesis of Chiral Pybox Ligands Bearing Urea Moieties as Hydrogen-bonding Donor and Their Anion Recognition” 3rd International Conference on Heterocyclic Chemistry, Jaipur, India, 2011.12.10-2011.12.13 (Poster).

7. Shigehisa Akine and Tatsuya Nabeshima “Strategic and Dynamic Helicity Control of Single-Helical Metal Complexes” University of Tsukuba, Strategic Initiative(A), CCFM, 1st International Symposium on Creation of Functional Materials, Tsukuba, 2011.12.17-2011.12.18 (Poster)

8. Naoya Sakamoto, Chusaku Ikeda, Masaki Yamamura, Tatsuya Nabeshima “Synthesis and Structural Interconversion of Hypercoordinate Dipyrrin-Silicon Complexes” University of Tsukuba, Strategic Initiative(A), CCFM, 1st International Symposium on Creation of Functional Materials, Tsukuba, 2011.12.17-2011.12.18 (Poster)

9. Fengniu Lu, Masaki Yamamura, Tatsuya Nabeshima “Design and Synthesis of A Selective Fluorescent Probe for

Zinc(II) Ion Based on Iridium(III) Complex” University of Tsukuba, Strategic Initiative(A), CCFM, 1st International Symposium on Creation of Functional Materials, Tsukuba, 2011.12.17-2011.12.18 (Poster)

10. Masaya Iida, Masaki Yamamura, Tatsuya Nabeshima “Synthesis of Multi-nuclear Zinc Cluster Complexes with Trisaloph Ligand “ University of Tsukuba, Strategic Initiative(A), CCFM, 1st International Symposium on Creation of Functional Materials, Tsukuba, 2011.12.17-2011.12.18 (Poster)

11. Yuki Okazaki, Masaki Yamamura, Tatsuya Nabeshima “Synthesis and Photoresponsive Properties of a Macrocyclic Complexes Based on an Azobenzene-linked Ligand” University of Tsukuba, Strategic Initiative(A), CCFM, 1st International Symposium on Creation of Functional Materials, Tsukuba, 2011.12.17-2011.12.18 (Poster)

12. Shota Kawagoe, Masaki Yamamura, Tatsuya Nabeshima “Synthesis and Complexation Behavior of a BisPybox Ligand” University of Tsukuba, Strategic Initiative(A), CCFM, 1st International Symposium on Creation of Functional Materials, Tsukuba, 2011.12.17-2011.12.18 (Poster).

13. Daisuke Kusama, Shigehisa Akine, Tatsuya Nabeshima “Induced-fit Recognition of Electron-poor Organic Guest by Calix[6]arenes Having Electron-donating Groups” University of Tsukuba, Strategic Initiative(A), CCFM, 1st International Symposium on Creation of Functional Materials, Tsukuba, 2011.12.17-2011.12.18 (Poster)

14. Shigehisa Akine “Strategic and Dynamic Helicity Control of Single-Helical Metal Complexes” 2nd International Symposium on University of Tsukuba, Strategic Initiative (A), CCFM, Tsukuba, 2012.2.9-2012.2.10 (invite)

15. Fengniu Lu, Masaki Yamamura, Tatsuya Nabeshima “Design and Synthesis of a Luminescent Iridium(III) Complex for Selective Detection of Zinc(II) Ion” 2nd International Symposium on University of Tsukuba, Strategic Initiative (A), CCFM, Tsukuba, 2012.2.9-2012.2.10 (Poster)

16. Yuki Okazaki, Masaki Yamamura, Tatsuya Nabeshima “Photoresponsive Properties of Macrocyclic Complexes of Azobenzene-linked Ligands” 2nd International Symposium on University of Tsukuba, Strategic Initiative (A), CCFM, Tsukuba, 2012.2.9-2012.2.10 (Poster)

17. Daisuke Kusama, Shigehisa Akine, Tatsuya Nabeshima “Conformational Conversion of Calix[6]arenes Having Electron-donating Groups by Recognition of a Bipyridinium Salt” 2nd International Symposium on University of Tsukuba, Strategic Initiative (A), CCFM, Tsukuba, 2012.2.9-2012.2.10 (Poster)

国内会議

1. 草間大輔、秋根茂久、鍋島達弥 「配位プログラミングによ

る金属錯体ナノチューブ構築のための新しい円筒型多座

配位子の合成と錯形成」新学術領域研究「配位プログラム」

若手フォーラム、東京、2011.5.20-2011.5.21 （ポスター）

2. 山村正樹、飯田昌也、秋根茂久、鍋島達弥 「π共役大環

状配位子上に集積させた金属クラスター錯体の動的構造

制御」7回ホスト・ゲスト化学シンポジウム（HGCS2011）、東

広島、2011.5.28-2011.5.29 （口頭）

3. 飯田昌也、山村正樹、鍋島達弥 「複数の結合部位を有す

るTrisaloph 亜鉛ランタンヘテロ四核錯体によるアニオンの

捕捉」第7回ホスト・ゲスト化学シンポジウム（HGCS2011）、

東広島、2011.5.28-2011.5.29 （ポスター）

4. 坂本直也、山村正樹、鍋島達弥 「N2O2型ジピリンを利用

した新規ジピリンケイ素錯体の合成と性質」日本化学会関

東 支 部 第 5 回 支 部 大 会 （ 2011 ） 、 小 金 井 、

2011.8.30-2011.8.31 （口頭）

5. 岡崎友紀、山村正樹、鍋島達弥 「光異性化と錯形成の二

重応答性を示すアゾベンゼン部位を有するカテコール配

位子の合成」日本化学会関東支部第5回支部大会（2011）、

小金井、2011.8.30-2011.8.31 （ポスター）

6. 草間大輔、秋根茂久、鍋島達弥 「電子供与基を有するカリ

ックス[6]アレーンのゲスト認識による配座の制御」日本化

学会関東支部第5 回支部大会（ 2011 ） 、 小金井、

2011.8.30-2011.8.31 （ポスター）

7. 奥原昂、山村正樹、鍋島達弥 「ダイバージェント型認識を

目指した新規トリポダンドの合成と錯形成挙動」日本化学

会 関 東 支 部 第 5 回 支 部 大 会 （ 2011 ） 、 小 金 井 、

2011.8.30-2011.8.31 （ポスター）

8. Lu Fengniu、山村正樹、鍋島達弥 「新規なヘテロレプティ

ックイリジウム(III)錯体の合成と発光特性」日本化学会関東

支部第5回支部大会（2011）、小金井、2011.8.30-2011.8.31

（ポスター）

9. 小沼孝大、秋根茂久、鍋島達弥 「ヘキサ-peri-ヘキサベ

ンゾコロネン骨格をもつ新規な大環状配位子の設計と合成」

日本化学会関東支部第5回支部大会（2011）、小金井、

2011.8.30-2011.8.31 （ポスター）

10. 瀧澤浩之、坂本直也、山村正樹、鍋島達弥 「安定な高配

位ジピリンゲルマニウム錯体の合成と光学特性」日本化学

会 関 東 支 部 第 5 回 支 部 大 会 （ 2011 ） 、 小 金 井 、

2011.8.30-2011.8.31（ポスター）

11. 矢崎辰哉、坂本直也、山村正樹、島村道夫、鍋島達弥

「バイオイメージングのための水溶性Ar,O-BODIPYの合

成」日本化学会関東支部第5回支部大会（2011）、小金井、

2011.8.30-2011.8.31 （ポスター）

12. 秋根茂久、保立さやか、鍋島達弥 「キラルカルボン酸の

配位による一重らせん型三核錯体の動的ヘリシティー制

御」第5回バイオ関連化学シンポジウム、つくば、

2011.9.12-2011.9.14 （ポスター）

13. 坂本直也、山村正樹、鍋島達弥 「近赤外発光BODIPYオリ

ゴマーの合成とカチオン応答性」第5回バイオ関連化学シ

ンポジウム、つくば、2011.9.12-2011.9.14 （ポスター）

14. 川越翔太、三宅惇哉、山村正樹、鍋島達弥 「含Pyboxカル

シウムフォルダマーによるアニオン認識」第5回バイオ関連

化学シンポジウム、つくば、2011.9.12-2011.9.14 （ポスタ

ー）

15. 矢崎辰哉、坂本直也、山村正樹、島村道夫、鍋島達弥 「近

赤外領域に蛍光を示すAr,O-BODIPYを用いた細胞イメー

ジング」第5回バイオ関連化学シンポジウム、つくば、

2011.9.12-2011.9.14 （ポスター）

16. 秋根茂久、保立さやか、鍋島達弥 「分子てこ機構を活用し

た亜鉛(II)-ランタン(III)四核らせん型錯体のヘリシティー制

御」第61回錯体化学討論会、岡山、2011.9.17-2011.9.19

（口頭）

17. 山下愛花、渡辺明子、片岡悠美子、梶原孝志、鍋島達弥、

秋根茂久、中野元裕、山村朝雄 「ホイール状LnZn3四核錯

体における単分子磁石特性発現の希土類金属依存性」第

61回錯体化学討論会、岡山、2011.9.17-2011.9.19 （ポスタ

ー）

18. 岡崎友紀、山村正樹、鍋島達弥 「錯形成によるアゾベン

ゼン架橋大環状化合物の構築と光異性化反応」第22回基

礎有機化学討論会、つくば、2011.9.21-2011.9.23 （ポスタ

ー）

19. 草間大輔、秋根茂久、鍋島達弥 「ペンチプチセン骨格を

有する新規な環状化合物の設計と合成」第22回基礎有機

化学討論会、つくば、2011.9.21-2011.9.23 （ポスター）

20. 岡崎友紀、山村正樹、鍋島達弥 「光異性化と錯形成による

二重応答システムの開発を目指した含アゾベンゼン大環

状鉄テルピリジン錯体の合成」第1回CSJ化学フェスタ、東

京、2011.11.13-2011.11.15 （ポスター）

21. 鍋島達弥 「協同的・相乗的機能のための超分子システム

の設計と合成」有機合成化学ミニシンポジウム千葉 2011、

千葉、2011.11.21 （招待講演）

22. 秋根茂久 「動的特性を持つらせん型錯体の合成・機能と

ヘリシティー制御」 錯体化学若手の会・関東支部勉強会、

東京、2011.11.26 （招待講演）

23. 鍋島達弥 「協同的・応答的分子機能のための超分子シス

テムの設計と構築」京都大学大学院工学研究科分子工学

専攻・特別講義、京都、2012.1.26-2012.1.27 （依頼講演）

24. 坂本直也、鍋島達弥 「α−架橋BODIPYオリゴマーの合成

と新規B-F---カチオン相互作用による超分子形成」日本

化学会第92春季年会(2012)、横浜、2012.3.25-2012.3.28

（口頭）

25. 西連地志穂、秋根茂久、鍋島達弥 「らせん型メタロフォル

ダマーの金属交換によるヘリシティー反転」日本化学会第

92春季年会(2012)、横浜、2012.3.25-2012.3.28 （口頭）

26. Lu Fengniu、山村正樹、鍋島達弥 「配位部位を有する新

規シクロメタレートイリジウム(III)錯体の金属イオンに対する

発光応答性」日本化学会第92春季年会(2012)、横浜、

2012.3.25-2012.3.28 （口頭）

27. 飯田昌也、山村正樹、鍋島達弥 「架橋アニオン交換によ

るTrisaloph亜鉛クラスター錯体の核数制御」 日本化学会

第92春季年会(2012)、横浜、2012.3.25-2012.3.28 （口頭）

28. 岡崎友紀、山村正樹、鍋島達弥 「テルピリジンと鉄との錯

形成による大環状構造の構築を用いたアゾベンゼンの異

性化挙動の制御」日本化学会第92春季年会(2012)、横浜、

2012.3.25-2012.3.28 （口頭）

29. 川越翔太、山村正樹、鍋島達弥 「二つの尿素部位を有す

るPybox配位子の錯形成によるキラルフォルダマーの構築

とアニオン認識」日本化学会第92春季年会(2012)、横浜、

2012.3.25-2012.3.28 （口頭）

30. 草間大輔、秋根茂久、鍋島達弥 「ペンチプチセン誘導体

の自己集合による新規な環状化合物の合成」日本化学会

第92春季年会(2012)、横浜、2012.3.25-2012.3.28 （口頭）

31. 奥原昂、山村正樹、鍋島達弥 「様々な官能基を導入した

C3対称トリスビピリジン金属錯体の合成と機能」日本化学会

第92春季年会(2012)、横浜、2012.3.25-2012.3.28 （口頭）

32. 小沼孝大、秋根茂久、鍋島達弥 「ヘキサ-peri-ヘキサベ

ンゾコロネン骨格をもつ新規な大環状化合物の合成とその

ゲスト認識」日本化学会第92春季年会(2012)、横浜、

2012.3.25-2012.3.28 （口頭）

33. 高槻百合、秋根茂久、鍋島達弥 「金属イオン結合部位を

導入したペンタセンキノンの合成と性質」日本化学会第92

春季年会(2012)、横浜、2012.3.25-2012.3.28 （ポスター）

34. 瀧澤浩之、坂本直也、山村正樹、鍋島達弥 「強い蛍光を

持つジピリンゲルマニウム錯体の合成と構造制御」日本化

学会第92春季年会(2012)、横浜、2012.3.25-2012.3.28 （口

頭）

35. 矢崎辰哉、山村正樹、島村道夫、鍋島達弥 「種々の糖鎖

を有するAr,O-BODIPYの合成と細胞イメージング」日本化

学会第92春季年会(2012)、横浜、2012.3.25-2012.3.28 （ポ

スター）

36. 伊熊征良、山村正樹、鍋島達弥 「スタッキングによる自己

集積体の形成を目指した新規アクリジンオリゴマーの合成」

日 本 化 学 会 第 92 春 季 年 会 (2012) 、 横 浜 、

2012.3.25-2012.3.28 （ポスター）

37. 内田純二、山村正樹、鍋島達弥 「認識部位を有するN2O2

型ジピリン錯体の合成と分光特性」日本化学会第92春季年

会(2012)、横浜、2012.3.25-2012.3.28 （ポスター）

38. 金澤浩太郎、山村正樹、鍋島達弥 「アダマンタンを側鎖に

有するTrisalophヘテロ四核錯体とβ-CDを用いた超分子

ポリマーの形成」日本化学会第92春季年会(2012)、横浜、

2012.3.25-2012.3.28 （ポスター）

39. 宮下真人、秋根茂久、鍋島達弥 「3つのsaloph部位を持つ

新規なクリプタンド型配位子の合成」日本化学会第92春季

年会(2012)、横浜、2012.3.25-2012.3.28 （ポスター）

40. 山木裕介、山村正樹、鍋島達弥 「π-πスタッキングによ

る分子認識を目指した新規なジピリドアクリジン白金(II)錯

体の合成」日本化学会第92春季年会(2012)、横浜、

2012.3.25-2012.3.28 （ポスター）

41. 日野詩織、前田萌絵、山下愛花、片岡悠美子、梶原孝志、

秋根茂久、鍋島達弥、中野元裕、山下朝雄 「直線状

YbZn2,ホイール状 YbZn3 多核錯体における磁気異方性と

遅い磁化緩和」日本化学会第 92 春季年会(2012)、横浜、

2012.3.25-2012.3.28 （口頭）

研究員 松田智行（研究員） 大学院生 柴田恭幸（数理物質科学研究科D３）

大村彩子（数理物質科学研究科D３）

五十嵐一泰（数理物質科学研究科D２）

栗原佑太朗（数理物質科学研究科D１）

伊藤 港（数理物質科学研究科M２）

朱 徐皓（数理物質科学研究科M２）

強相関機能コアでは、界面での物質移動を利用

した革新的環境・エネルギー素子の創成を目指し

た研究をおこなっている。

【 1 】高速充電・放電が可能なカラー電池材料の

開発

シアノ錯体薄膜はリチウムイオン電池正極材料と

して、高い容量とサイクル特性を示すだけでなく、

（１）色変化、（２）高速充電・放電といった既存材料に

ない特色を示す。特に、受電速度、放電速度に関し

ては 36 秒といった数字を示す。さらに、ナノサイズ

化することにより、１秒といった驚異的な速度を示す。

今後、我々は、関連材料を開発しナトリウムイオン電

池の実現を目指す。この成果は、毎日新聞、日刊工

業新聞、茨城新聞、で大きく取り上げられた。

【 2 】ネットーワーク化合物の次元性制御と熱応答

ヘキサシアノ鉄のシアノ基をニトロ基に置き換える

ことにより、三次元的なシアノ架橋ネットワークの次

元性を制御した。化合物の異方的熱膨張係数が化

合物の次元性とともに系統的に変化した。この論文

では、高輝度放射光 X 線を用いて、構造の温度変

化を詳細を報告している。

【 ３ 】有機太陽電池材料の電荷生成ダイナミクス

の解明

有機太陽電池は変換効率が 10%を超え、実用化

の可能性が見え始めてきた。変換効率の上昇をけ

ん引しているのは、新しい高分子化合物の合成であ

る。我々は、こうした新しい材料に対して、主に、超

高速分光により、その電荷生成ダイナミクスを系統的

に研究している。その一例として、F8T2/PC70BM ブ

レンド膜の結果を報告した。この材料では、光励起

に伴い、励起子と電荷が同時に生成することが分か

った。

図３：F8T2およびF8T2/PC70BMブレンド膜の差

分吸収スペクトル

MA[Fe(CN)5NO]·zH2O

3DMA=Fe, Co, Ni

Distorted-3DMA=Mn, Zn, Cd

2DMA=Cu

図２：ネットワーク化合物の結晶構造

図１：充電状態・放電状態におけるカラー電池の

色変化

５．集積物性分野 強相関機能コア

専任教員： 守友 浩（数理物質系 物理学専攻・教授）

上岡隼人（数理物質系 物理学専攻・助教）

小林 航（数理物質系 物理学専攻・助教）

【 ４ 】Rb+の一次元配列

シアノ錯体薄は三次元的に配列したナノ空間を

有する。このナノ空間にアルカリ金属を収容できる。

アルカリ金属は電荷をもっているため。、互いに避

け合うように配列する。我々は、一連の化合物を合

成して、アルカリ金属の配列を系統的に調べた。そ

の結果、RbCu[Fe(CN)6]では Rb+が一次元配列をす

ることを発見した。我々は、マーデリング計算を行い、

構造安定性を調べた。その結果、この特異な配列を

安定化しているのが、ネットーワク格子のゆがみで

あることを突き止めた。

興味深いことは、CsCu[Fe(CN)6]では、Cs+が三次

元的な配列を示す。このように、Rb と Cs のイオン半

径（または化学結合）の差が構造に大きな影響を及

ぼすことが明らかとなった。

【 ５ 】全固体イオン伝導素子の電子とイオン移動

の同時測定

我々のこれまでの研究により、 シアノ錯体薄膜

を物理的に接合し電圧を印加すると、薄膜間のイオ

ン移動を誘起できるとが分かっている。このイオン移

動により高速エレクトロクロミズムや電圧誘起強磁性

―常磁性スイッチを実現できる。本研究では、電子

移動とイオン移動を同時測定し、イオン移動の機構

解明を目指した。今回の実験結果とこれまで得られ

た実験結果を総合的に考慮し、『電子移動による電

気的中性のやぶれを補償する形でイオン移動が起

こる』と結論付けた。素子の中で起こっていることは、

全固体リチウムイオン電池と同じである。違いは、

（１）我々の素子は起電力が零に近いこと、と（２）シ

アノ錯体表面を終端している水分子層がイオン伝導

部（電子絶縁体部）の役割を担っていること、であ

る。

【 ６ 】斜出射深さ分解 XAFS によるシアノ錯体エ

ピタキシャル界面の酸化反応の研究

斜出射深さ分解 XAFS 分光法を用いると深さ方

向の XAFS スペクトル情報を抽出することができる。

我々は、シアノ錯体のエピタキシャル界面に適用し、

薄膜の酸化に従い鉄とコバルトの価数がどのように

変化するかを明らかにした。コバルトが酸化される

NCF90（厚さ 1μm)の上に鉄が酸化される NCF71

（厚さ 200nm）をエピタキシャル成長させた。斜出射

深さ分解 XAFS スペクトルを解析し、鉄とコバルトそ

れぞれに対する価数と有効深さを決定した。結果を

図示する。興味深いのは、鉄の有効深さが、

NCF71/NCF90 の界面より深いことである。これは、

界面で自発的な電子移動が起こり、鉄とコバルトの

価数分布が再構築されることを示している。

【 ７ 】シアノ錯体薄膜のエピタキシャル成長法の

開発

電界析出法を改良してシアノ錯体薄膜のエピタ

キシャル成長法を開発した。この方法を利用すると、

（１）製膜しにくい膜の製膜、（２）表面保護、（３）界面

を利用した機能創成、が可能になると考えている。

図５：(a)NCF71/NCF90 の鉄とコバルトの価数の

平均価数依存性、(b)鉄とコバルトの有効深さと

平均価数との関係。

図４：F8T2およびF8T2/PC70BMブレンド膜の差

分吸収スペクトル

実際、エピ成長を利用して製膜しにくい膜の製膜に

成功しており、シアノ錯体電池材料の容量の増大に

成功している。

【 ８ 】シアノ錯体薄膜の成長プロセスの研究

Co-Fe シアノ錯体の成長プロセスを AFM と SEM

を用いて詳細に調べた。初期では三次元成長、後

期では一次元成長を起こすことを明らかにした。こう

した製膜プロセスの解明は、膜形態の制御指針を与

える。

【 ９ 】Co-Fe シアノ錯体の光誘起相転移の空間

ダイナミクスの解明

顕微分光法により、Co-Fe シアノ錯体の光誘起相

転移の時間・空間ダイナミクスを詳細に調べた。得ら

れた動画を解析し、各地点における光誘起相転移

時間とその時の高スピン濃度のヒストグラムを作成し

た。その結果、『光誘起相転移が各地点での高スピ

ン濃度に無関係に同時におこることが明らかとなっ

た。これは、空間の一か所で起こった光誘起相転移

が、試料全体に伝搬するためであると考えられる。

実際、光誘起相転移が起こった領域では、3%程度の

マクロな線膨張が確認されている。この線膨張が光

誘起相転移伝搬の源であると考えられる。

【 １０ 】Mn-Fe シアノ錯体の構造相図

放射光X 線粉末構造解析理より、Mn-Fe シアノ錯

体の構造相図を決定した。特に、この構造相図で観

測される立方結―三斜晶構造相転移の機構を明ら

かにするために、立法晶相の精密構造解析を行っ

た。その結果、ナノ空間内のNa+が中心ではなく4面

体位置に変位していることが明らかとなった。高温の

立法晶相では、Na+はこの４つの位置をダイナミック

に占有している。温度が低下すると、クーロン相互作

用により Na+サイトが反強誘電的に秩序化すると考え

られる。この秩序化が三斜晶歪みを誘起する。つま

り、立方結―三斜晶構造相転移は Na+サイトの秩序

無秩序転移と見なすことができる。

図８：立方晶―三斜晶構造相転移の機構

図７：各地点における(a)光誘起相転移時間と(b)

その時の高スピン濃度 図 6：シアノ錯体のエピタキシャル界面の模式図

【 １１ 】Cr-Cr シアノ錯体のフェリ磁性転移温度

の上昇

室温における電圧誘起磁性スイッチを実現するた

めに、Cr-Cr シアノ錯体の磁気転移温度（=240K）を

さらに上昇させる必要がある。平均場描像では、

Cr(CN)6 の欠損量を減らせば、磁気転移温度が上昇

すると期待される。実際、Cr(CN)6 の欠損量を減らし、

磁気転移温度を263Kまで上昇させことに成功した。

は Na+サイトの秩序無秩序転移と見なすことができ

る。

【 １２ 】熱整流効果

わずかな温度差でも動作する熱整流素子を実現

するために、構造相転移を示す MnV2O4を用いた熱

整流素子を作製し、その熱整流係数を評価した。熱

整流素子は熱伝導率の温度依存性の異なる材料を

接合することで得られる。MnV2O4 を用いることにより

57 K においてわずか 2 K の温度差で、順方向と逆

方向の熱流の比である熱整流係数は1.14となった。

この結果は数値計算とよく一致した。

【 １３ 】低次元物質のゼーベック係数

低次元電子系の状態密度を利用することで大きな

ゼーベック係数が期待される。擬 1 次元伝導体

SrNbO3.4、K2Ru8O16単結晶の熱電変換特性を精密に

計測することで、このゼーベック係数の増大を検証

するとともに熱電変換材料としての可能性を探索し

た。SrNbO3.4は100 K以上でb軸方向にのみ顕著な

ゼーベック係数の増大を示した。放射光X 線構造解

析によりNbO6八面体がこの温度で大きく変形してお

り、第 1 原理計算との比較から、この増大は低次元

電子状態と相関があることを明らかにした。

【 １３ 】熱ホール効果

熱ホール効果はホール効果の熱版であり、磁場

によって熱流が曲がる現象である。環境エネルギー

問題を考える上で、熱流それ自体の制御が必要とな

る。ビスマス単結晶の熱ホール係数を測定し、この

材料が高移動度半導体 HgSe と同程度の最大級の

熱ホール係数を示すことが明らかとなった。ホール

移動度、熱伝導率の測定によりこの大きな熱ホール

係数の起源が主にビスマスの大きなホール移動度

にあることがわかった。

g(E)

2次元(量子井戸) 1次元(量子細線)

g(E)

E1 E1E3 E2E2 E3

g(E)

2次元(量子井戸) 1次元(量子細線)

g(E)

E1 E1E3 E2E2 E3

図１０：低次元系の状態密度

図９：熱整流現象の機構

＜学位論文＞

1. 大村彩子：Spectroscopic Investigation of

Redox Process in Prussian Blue Analogues

(プルシアンブルー類似体における酸化還元過

程の分光学的研究) (数理物質科学研究科、物理

学専攻、博士論文、2012.3)

2. 伊藤 港：シアノ錯体とD-A分子結合系におけ

る格子・電荷ダイナミクスの分光学的研究 (数

理物質科学研究科、物理学専攻、修士論文、

2012.3)

3. 朱 徐皓：ポリマー型正極材料のリチウムイオ

ンインターカレーションの研究 (数理物質科学

研究科、物理学専攻、修士論文、2012.3)

＜論文＞

1. 1. . Moritomo, M. Takachi, Y. Jurihara, and T. Matsuda,

“Thin film electrode of Prussain blue analogue with

rapic Li+ intercalation”, Appl. Phys. Express, 5,

041801 (2012).

2. T. Matsuda,a J. E.Kim and Y. Moritomo, "Network

dimensionalities and thermal expansion properties of

metal nitroprussides", RSC Advances, 2011, 1,

1716–1720

3. K. Yonezawa, H. Kamioka, T. Yasuda, L. Han, and Y.

Moritomo, “Charge-transfer state and charge

dynamics in poly(9,90-dioctylfluorene-co-bithiophene)

and [6,6]-phenyl C70-butyric acid methyl ester blend

film”, Appl. Phys. Express, 4, 122601 (2011).

4. T, Matsuda, J. E. Kim, and Y. Moritomo, “Control of

the alkali cation alignment in Prussian blue

framework” Dalton Trans., Advance Article (2012),

DOI: 10.1039/c2dt12296k

5. T. Shibata, H. Kamioka, and Y. Moritomo,

"Simultaneous Measurement of Electron and Ion

Transfer in All-Solid Ion-Transfer Device Made of

Transition Metal Cyanide Films", Jpn. J. Appl. Phys

50 124101 (2011)

6. A. Omura, Y. Kurihara, T. Matsuda, H. Tanida, T.

Uruga, and Y. Moritomo, "Cation Extraction Process

in Bilayer Cyanide Film as Investigated by

Depth-Resolved X-ray Absorption Spectroscopy", Jpn.

J. Appl. Phys 50 125802 (2011)

7. T. Matsuda and Y. Moritomo, “Thin film electrode of

Prussian blue analogue for Li-ion battery”, Appl. Phys.

Express, 4, 047101 (2011).

8. Y. Kurihara and Y. Moritomo, “Fabrication of

epitaxial interface between transition metal cyanides”,

Jpn. J.Appl. Phys., 50, 060210 (2011)

9. Y. Moritomo, M. Ito, T. Shibata, “Three-to-one

dimensional crossover of growth mode in transition

metal cyanide film”, Jpn. J. Appl. Phys. 50, 085602

(2011).

10. M. Ito, H. Kamioka and Y. Moritomo,

“Lattice-mediated propagation of photoinduced phase

transition in Co-Fe cyanide”, J. Phys. Soc. Jpn. 80,

065002 (2011).

11. Y. Moritomo, T. Matsuda, Y. Kurihara, and J. E. Kim,

“Cubic-rhombohedral structural phase transition in

0 100 200 3000

0.1

0.2

0.3

|S| (

T-1

)

Bismuth

Temperature (K)

experiments 1 T 3 T

calculation H 1T H 3T

H E/1T H E/3T

図１１ビスマスの熱ホール係数

Ma1.32Mn[Fe(CN)6]0.83 3.6H2O” , J. Phys. Soc. Jpn. 80,

074608 (2011).

12. Y. Moritomo, T. Matsuda, Y. Kurihara, and J. E. Kim,

“Structural Phase Diagram of Mn–Fe Cyanide against

Cation Concentration” , J. Phys. Soc. Jpn. 80, 10360

(2011).

13. Y. Moritomo, K. Wakaume, Y. Kurihara, J. E. Kim,

“Magnetic properties of valence-controlled

Na3y-2Cr[Cr(CN)6]yzH2O” , J. Phys. Soc. Jpn. 80,

07716 (2011).

14. D. Sawaki, W. Kobayashi、Y. Moritomo, and I.

Terasaki, “thermal rectification in bulk materials with

asymmetric shape”, Appl. Phys. Lett. 98, 081915

(2011).

15. W. Kobayashi, Y. Hayashi, M. Matsushita, H.

Yamamoto, I. Terasaki, A. Nakao, H. Nakao, T.

Murakami, Y. Moritomo, H. Yamauchi, and M.

Karppinen, “Anisotropic thermoelectric properties of

quasi-one-dimensional SrNbO3.4 (d~ 0.03),” Phys. Rev.

B84, 085118 (2011).

16. W. Kobayashi, Y. Koizumi, and Y. Moritomo, “Large

thermal Hall coefficient in bismuth” Appl. Phys. Lett.

100, 011903 (2012).

17. W. Kobayashi, D. Sawaki, T. Omura, T. Katsufuji, Y.

Moritomo, and I. Terasaki, “Thermal rectification in

the vicinity of a structural phase transition” Appl. Phys.

Express 5, 027302 (2012).

18. A. Pautrat, and W. Kobayashi, “Magnetoresistance,

noise properties and the Koshino-Taylor effect in the

quasi-1D oxide KRu4O8” Europhys. Lett. 97, 67003

(2012).

19. K. Kajihara, T. Miura, H. Kamioka, M. Hirano, L.

Skuja, and H. Hosono, "Exchange between interstitial

oxygen molecules and network oxygen atoms in

amorphous SiO2 studied by 18O isotope labeling and

infrared photoluminescence spectroscopy", Phys. Rev.

B83, 064202 (2011).

・＜講演＞

国際会議

1. Y. Moritomo,"Network polymer as cathode material

of Li-ion secondary battery", IC of New Science and

related materials with nano spaces@sendai,

2011/11/24-26

2. Y. Moritomo, “Li intercalation and strctural properties

of nanoporous Prussina blue”, Workshop on

Nanostructured Materials for Clean Energy, 2011/8/11,

AIST tsukuba

3. Y. Moritomo、"Li intercalation and structure of

"Prussian blue framework"、ICIS16@テェコ、2011

年5月23-26日

4. W. Kobayashi, “Thermal rectification and large

thermal Hall coefficient in correlated electron systems”,

International Discussion Meeting on Thermoelectrics

and Related Functional Materials, 2011/6/24, Helsinki

5. W. Kobayashi, Y. Koizumi, and Y. Moritomo, “Large

thermal Hall coefficient in bismuth”, The 30th

International Conference on Thermoelectrics

(ICT2011), 2011/7/17, Traverse City

6. W. Kobayashi, “Thermoelectric properties of

pseudo-one-dimensional oxides”, JST Japan-France

joint meeting, 2011/11/9, Nagoya

7. J. Okamoto, H. Nakao, W. Kobayashi, S. Ishiwata, D.

J. Huang, I. Terasaki, and Y. Murakami, “Resonant

soft X-ray scattering and spectroscopic study of Co3+

intermediate-spin state in RT ferromagnet

Sr3YCo4O10.5”, 物構研シンポジウム'11,

2011/12/6, エポカルつくば

8. W. Kobayashi, “Oxide thermal rectifier”,

Japan-Finland March Meeting, 2012/3/14, Nagoya

9. H. Nakao, T. Murata, D. Bizen, Y. Murakami, K.

Ohoyama, K. Yamada, S. Ishiwata, W. Kobayashi,

and I. Terasaki, “Orbital ordering of Co3+

intermediate-spin state in RT ferromagnet

Sr3YCo4O10.5”, XXII Congress and General

Assembly & International Union of Crystallography

(IUCr2011), 2011/8, Madrid

国内会議

1. 守友 浩、上岡隼人「フェムト秒時間分解分光に

よる有機太陽電池薄膜の初期過程の研究」第一回

つくばグリーンイノベーションフォーラム@筑

波、2011 年11 月8 日

2. 守友 浩「ポリマー型正極材料とその展開」第二

回つくばグリーンイノベーションフォーラム@

筑波、2011 年11 月18 ―19 日

3. 守友 浩「三次元ポリマー型正極材料とその先に

あるもの」第二回学振研究開発「有機物の電子物

性」@阪大、2012年2月18日

4. 守友 浩「ポリマー型正極材料とその先にあるも

の」物性研研究会「エネルギー変換の物質科学」

@柏、2012年1月14-16日

5. 守友 浩「ポリマー型正極材料とその展開」第五

回東北大G-COE研究会@東北大、2012 年1 月

20 ―22 日

6. 守友 浩「ポリマー型正極材料と界面状態の計

測」PF研究会「磁性薄膜・多層膜を極める」@PF、

2011年10月14-18日

7. 小林航（筑波大数理）「遷移金属酸化物へのリチ

ウムドーピングによる物性制御」第一回連携研究

会@筑波、：２０１１年１０月１日

8. 守友 浩「ポリマー型リチウムイオン正極材料の

中性子構造解析」第一回連携研究会@筑波、：２

０１１年１０月１日

9. 上岡隼人（筑波大数理）「シアノ錯体の過渡的電

子相の時間分解XAFS 分光」第一回連携研究会

@筑波、：２０１１年１０月１日

10. 米澤宏平，伊藤港，上岡隼人，安田剛，韓礼元，

守友浩「F8T2/PC70BMの電荷ダイナミクス」日

本物理学会2011年次大会@大阪、2012年3月

24―27日

11. 伊藤港，米澤宏平，上岡隼人，山本洋平，福島孝

典，相田卓三，守友浩「分子接合されたHBC-C60

の電荷ダイナミクス」日本物理学会2011年次大

会@大阪、2012年3月24―27日

12. 松田智行，守友浩「Mn-Feシアノ錯体の構造と電

子状態のLi濃度依存性」日本物理学会2011年次

大会@大阪、2012年3月24―27日

13. 朱徐皓，栗原佑太朗，松田智行，守友浩「Mn-Fe

薄膜電極の充放電特性の膜厚依存性」日本物理学

会2011年次大会@大阪、2012年3月24―27日

14. 高地雅光，栗原佑太朗，松田智行，守友浩「ポリ

マー型材料を用いたカラー電池」日本物理学会

2011年次大会@大阪、2012年3月24―27日

15. 栗原佑太朗，高地雅光，守友浩「Mn-Fe薄膜電極

のLiイオン拡散係数」日本物理学会2011年次大

会@大阪、2012年3月24―27日

16. 小林航，中尾朗子，中尾裕則，村上洋一，守友浩，

寺崎一郎，山内尚雄，Maarit Karppinen「擬1次元

伝導体SrNbO3.4の異方的熱電変換特性」日本物理

学会2011年次大会@大阪、2012年3月24―27

日

17. 伊藤港，上岡隼人A，守友浩「シアノ錯体薄膜に

おける光誘起相転移の時空間ダイナミクス」日本

物理学会2011分科会@富山、2011年9月21―24

日

18. 上岡隼人，柴田恭幸，栗原佑太朗，守友浩，野澤

俊介，佐藤篤志，足立伸一「シアノ錯体の過渡的

電子相の時間分解XAFS分」日本物理学会2011

分科会@富山、2011年9月21―24日

19. 柴田恭幸，上岡隼人，守友浩「全固体シアノ錯体

素子の電子移動とイオン移動の同時測定」日本物

理学会2011分科会@富山、2011年9月21―24

日

20. 松田智行，守友浩「プルシアンブルー類似体薄膜

電極によるリチウムイオン電池特性」日本物理学

会2011分科会@富山、2011年9月21―24日

21. 大村彩子，栗原佑太朗，松田智行，宇留賀朋哉，

守友浩「プルシアンブルー型シアノ錯体二層膜の

深さ分解XAFS分光」日本物理学会2011分科会

@富山、2011年9月21―24日

22. 栗原佑太朗，松田智行，金延恩，守友浩「Mn-Fe

シアノ錯体へのLi導入」日本物理学会2011分科

会@富山、2011年9月21―24日

23. 松田智行，栗原佑太朗，金廷恩，守友浩「シアノ

架橋型金属錯体における立方晶 菱面体晶構造相

転移」日本物理学会2011分科会@富山、2011年

9月21―24日

24. 小林航，澤木大輔，大村翼，勝藤拓郎，守友浩，

寺崎一郎「MnV2O4/La1.98Nd0.02CuO4接合系におけ

る熱整流現象」日本物理学会2011分科会@富山、

2011年9月21―24日

25. 米澤宏平，伊藤 港，上岡隼人，安田 剛，韓 礼

元，守友 浩 「BHJ型有機太陽電池薄膜の超高

速分光と電荷ダイナミクス」応用物理学会2011

年度春季大会@東京、2012年3月15日-18日

26. 松田智行，守友浩「プルシアンブルー類似体電気

化学薄膜の正極特性」第５２回電池討論会@東京、

2011年10月17―20日

27. 栗原佑太朗，松田智行，守友浩「Mn-Feシアノ錯

体薄膜の充放電特性ー膜厚及びカチオン濃度依

存性ー」第５２回電池討論会@東京、2011年10

月17―20日

28. 小林航、小泉雄飛、守友浩、“ビスマス単結晶の

熱ホール効果”、日本熱電学会第八回学術講演会

（TSJ2011）、2011/8/8、北海道大学

大学院生 （数理物質科学研究科 物性・分子工

学専攻）

崔 星集 (D3)、盧 葦 (D2)、内田 奈津子 (D1)、

山縣 拓也 (D1)、本田寛哉（D1）、野崎 耕司（D1）、

相木 彰太 (M2)、掛札 隆太 (M2)、星野 純一 (M2)、村上 隆俊 (M2)、大塚 直也(M2)、藤波

洋平(M2)、平山 貢(M2)、福原 聡（M2）、牧野

健太（M2）、渡辺 真里（M2）、小宮山 陽子(M1)、高橋 宏達(M1)、立田 真大(M1)、山田 晃(M1)、郅 若溪(M1)、小畑 紅生（M1）、堀井 忠昭

（M1）、島田 晃平（M1）

学類生 （応用理工学類 物質・分子工学主専攻）

木島 雄平（B4）、関 康裕（B4）、野原 雄太（B4）、

山崎 光太郎（B4）、島田 武（B4）、加藤 慧史

（B4）、柴崎 浩輔（B4）、安立 多恵子（B4）、加

藤 克洋（B4）、佐々木 貴之（B4）

研究生 王 志安、 王 梓

機能性高分子コアでは、π共役分子設計を基本と

する電子・光機能性高分子の創製と応用を共通の

ターゲットとして研究を行っている。本年度は、

新しい機能性高分子・分子材料の設計と合成並び

に分子集合体に関する研究を行った。

【 1 】金属のような光沢をもつ高分子フィルム

金属のような光沢を持つフィルム・コーティン

グ材料は、現代社会の中で加飾材料としてあらゆ

る部材に用いられている。一方で、近年種々の無

線通信が利用されており、電磁波を透過する金属

フリーの金属調光沢材料の開発が望まれている。

これまでの研究の中で、赤色染料であるアミノ

アゾベンゼンを導入した共役系ポリマーが厚膜状

態でエメラルドグリーンの強い光沢を与えること

を見出した。本研究では、まずポリマー主鎖に導

入する色素の骨格を変更することで、色調の異な

る光沢フィルムの作製を試みた。

ポリマーのアゾベンゼンユニットをスチルベン

ユニット置き換えたポリアニリン類縁体を合成し

た。得られたポリマーは溶液中で黄色を呈してお

り、厚膜フィルムからは青色の光沢が観測された。

これにより、ポリマーに導入する色素の化学構造

によって、多様な色調のフィルム・コーティング

材料を調製する足掛かりが得られた。

金属フリーの光沢フィルムでは電磁波透過性を

持つことが期待されることから、同軸管法（ASTM

D4935）による電磁波透過性の評価を行った。その

結果、0.1～3 GHzの周波数帯において、アルミ蒸

着PETフィルムが40 dBの電波損失を示すのに対

し、ここで合成したポリマーの厚膜フィルムでは

電波損失はほとんど認められないことが明らかと

なった。

本研究厚膜フィルム

図１ ポリアニリン類縁体の電波透過性

本研究が目指す素材は、高度な積層技術などを

要さず、単純なキャストやコーティングで多彩な

色調の光沢を発現させることができる。ユビキタ

スネットワーク社会の実現において、電波干渉を

起こさないフィルム・コーティング材料の開発は、

６.集積物性分野 機能性高分子コア 専任教員： 神原貴樹（数理物質系 物性・分子工学専攻・ 教授）

木島正志（数理物質系 物性・分子工学専攻・准教授）

山本洋平（数理物質系 物性・分子工学専攻・准教授）

桑原純平（数理物質系 物性・分子工学専攻・ 助教）

新たな素材市場の開拓につながるものと考えられ

る。

【 2 】直接的アリール化を利用したπ共役高分

子の合成 π 共役高分子は、有機 EL や有機薄膜太陽電池

などの材料として実用化に向けた検討がなされて

いる。しかしながら、現在の合成方法においては、

反応剤の事前調製に多段階の反応を必要とするこ

とや、金属を含む副生成物が生じるといった問題

点があり、改善の余地がある。そのため、より簡

便で副生成物を低減可能な合成手法の開発を目指

した研究を行っている。具体的には、従来のクロ

スカップリングに代わり、C‐H 結合の直接的ア

リール化反応を利用することで、これまで必須で

あった含金属反応剤を使用しない重縮合反応を検

討している。

今回は、様々な有機電子デバイスの材料に利用

されるチオフェンを含む高分子を合成のターゲッ

トとした。まず Pd 触媒を用いて、チオフェンの

C‐H 結合の直接的アリール化反応による重縮合

の条件検討を行った。その結果、酢酸パラジウム

を触媒とし、リン配位子を添加しない触媒系が最

も高活性であることが明らかになった。最終的に

は、2 mol%のPd触媒を用いて 3 時間の反応によ

り、収率良く分子量 3万以上のπ共役高分子が得

られることを見出した。

この反応では、Snなどの金属がモノマーに含ま

れないことに加えて、一般的な触媒量である 5

mol%よりも少ないPd使用量(2 mol%)で反応が進

行するという特徴がある。さらに、3 時間という

反応時間は従来の１０分の１以下であり、これは

触媒系が非常に活性であることを意味している。

また、リン配位子を添加せずに反応が円滑に進行

する例は非常に稀であり、反応機構の観点におい

ても興味深い。

確立した最適条件を基にして、様々な構造を持

つ高分子の合成へと展開した。その結果、本手法

は各種ジブロモアリーレンに適応可能であり、対

応する高分子が収率良く得られた。

これまでに確立したモノマー合成の工程数削減

と、副生成物の低減を可能にした本手法を利用し

て、有機電子材料の合成へと展開を図っている。

【 3 】発光性Ir錯体の合成と評価

有機 EL 素子を志向したりん発光光材料の研究

では多くのIr錯体の誘導体が研究されている。し

かし、電子材料として利用される化合物に求めら

れている純度は極めて高く、複雑な精製プロセス

が必要とされる。本研究では、上記【 2 】の直接

的アリール化反応を配位子合成に展開し、実用的

な製造プロセスを見据えたりん光発光性 Ir 錯体

の設計と合成を行った。

りん光発光錯体への芳香族三座配位子（ピンサ

ー配位子）の導入は、錯体の熱安定性を向上させ

ると共に、適切な芳香族ユニットの導入により、

発光量子効率の向上が期待できる。ここでは、ベ

ンゾチアゾールユニットを導入したピンサー型

Ir錯体の合成を行った。

ピンサー配位子の合成は、直接的アリール化反

応を利用することで市販の原料から１段階で合成

できた。シクロメタル化反応を利用したピンサー

型Ir錯体は、マイクロ波照射により短時間で収率

良く得られた。この錯体はピンサー配位子の導入

により従来のIr錯体に比べて耐熱性が高く（Td5 =

480 ℃)、昇華精製並びに蒸着法によるEL素子の

試作も効率よく行うことができる。

N

SS

N

N

SS

NIr

Cl

Cl

N

S S

NIr

Cl

Cl

N

N

SS

NIr

Cl

2-Phenylpyridine

Microwave

IrCl3•4H2O

100 °C

Pd(OAc)2, P(t-Bu)3 HBF4

BrBr+

N

SH2

150 °C, 12 h

得られた Ir 錯体は室温で良好な発光特性(φ=

89%)を示した。企業との共同研究によりこの錯体

を発光層のホスト分子として導入した EL 素子を

作製した。素子からはオレンジ色の発光が観測さ

れ、試作段階としては十分な特性が確認された。

図２ Ir錯体を発光材料とするEL素子

EL 素子の発光材料を志向した Ir 錯体の合成に

おいてこれまでにピンサー配位子利用した研究は

あまり多くなく、この結果は、今後の発光性錯体

の設計・開発につながるものと考えられる。

【 4 】 ナフタレン側鎖を有する配向性ポリチオ

フェンの合成

側鎖型液晶性共役系高分子は、側鎖液晶基や主

鎖を配向させることのできる材料として注目され

てきた。また、ポリチオフェンは共役系高分子の

なかでの比較的優れたキャリア輸送特性や安定性、

比較的小さなHOMO-LUMO間エネルギー幅を持つな

どの特長があるため、側鎖型液晶性ポリチオフェ

ンに関する研究も行われてきた。しかし、従来の

側鎖型液晶性ポリチオフェンは液晶性の発現に主

眼がおかれてきたため側鎖液晶基には汎用の非導

電性液晶コアと長いメチレン鎖等のスペーサーが

用いられていること、さらにかさ高い側鎖置換基

の影響で主鎖の共平面性が低化するため主鎖の半

導体特性が低化するなどといった問題点があった。

そこで本年度研究では側鎖液晶基にバイポーラ性

の有機半導体特性を示す2₋phenylnaphthalene構

造を用いたpoly(3-substituted thiophene) の合

成を行った（図3）。重合は共役系高分子の合成に

広く用いられている山本法（A 法とする、得られ

たポリマーの略称の末尾にAとつけた）と側鎖置

換基の立体障害の影響を減らすために、立体規則

性（Head-to-Tail 結合の割合、ここでは rr とす

る）の高いポリマーが合成できると期待される

Grignard metathesis （GRIM）法（B 法とする、

得られたポリマーの略称の末尾にBとつけた）の

２種類の方法で行った。

偏光顕微鏡観察およびDSC測定により、P1a-A、

P1a-B は昇温・冷却過程ともに液晶相を発現し、

特にP1a-Aでは明確な中間相の存在と相転移が観

測された。また相対的にP1a-Bの相転移温度が高

いことがわかった。P1a-AはCHCl3やTHFなどに可

溶であり、P1a-A2の数平均分子量は8400、重量平

C8H17

P1a-A1, P1a-A2, P1a-BS

(CH2)10O

n

C8H17

SBr Br

(CH2)10O

Ni(cod)2, bpy, codin DMF or DMF/THF

iPrMgClLiCl,in THF

Ni(dppp)Cl2

Method A:

Method B:

図3．2種類の重合方法で合成したフェニルナフタレン側鎖

をもつポリチオフェンの構造。

均分子量は13700であった。一方P1a-Bは重合初

期 過 程 で ポ リ マ ー が 凝 集 析 出 し 、 熱

chlorobenzene や熱 o-dichlorobenzene (o-DCB)

にのみ溶解性を示した。GPC 測定による比較はで

きなかったが、P1a-Bの分子量はH1 NMR解析より

数平均分子量が4090と見積もった。また、2種類

のポリマーは異なる光学的性質を示した。ポリチ

オフェン主鎖のπ-π*遷移由来の吸収ピークが

P1a-A では 387 nm (in CHCl3)であったのに対し、

P1a-Bでは444 nm (in o-DCB)であった。更に、P1a-A

主鎖の遷移由来の吸収ピークは溶液中と薄膜

状態で変化がなかったのに対し、P1a-B は溶液中

と比較して60 nm長波長シフトした。蛍光スペク

トルも異なっていた。これは高分子の立体規則性

がP1a-Aに比べP1a-Bで向上しており、主鎖、側

鎖間での分子間相互作用が物性に大きく影響を与

えているものと考えられる。実際P1aの立体規則

性（Head-to-Tail 結合の割合）を 1H NMR スペク

トルから見積もった結果、P1a-Aは30%程度、P1a-B

は76%と見積もられた。

P1a-A2は、157（昇温）～130（降温）℃の間に

スメクチック相が存在する。アニール後ガラス状

態にしたサンプルのXRD回折より36.4 Åの層間隔

に由来するピークのほかに広角側に斜方晶秩序由

来と思われる鋭い複数のピークがみられたことか

ら低温領域では図4のようなスメクチックE配向

状態をとることが示唆された。今後P1a-Bのよう

なポリチオフェン鎖の立体規則性の良い状態の優

れたサーモトロピック液晶性が実現するよう検討

を行う。

図4 P1a-Aの配向状態模式図

【 5 】 セルロース系炭素化原料の調製と性質

本研究は、木材等から単離・抽出されるセルロ

ースやリグニンに対して適した化学修飾を施し，

物質形態の制御や構造化を行い，さらに熱分解過

程を利用して高付加価値のある機能性炭素材料に

選択的変換することを目的とする。

今年度は炭素化原料として適する水溶性セルロ

ース誘導体の調製と探索を行った。一般に炭素化

収率が低いセルロース誘導体の炭素化収率の向上

を目指して、セルロースとヒドロキシエチルセル

ロースにベンジルやプロパルギルのエーテル置換

基を導入した。調製したセルロースエーテル誘導

体は水への溶解性は低下したが、炭素化収率は約

10％程度向上した。今後、置換基の構造を工夫す

ることと導入率を変えることにより成形性が高く

かつ炭素化収が高いセルロース誘導体を合成開発

することができると考える。

次に水溶性ヒドロキシエチルセルロースとアル

カリリグニンから逆ミセル化法によって複合物微

粒子形成を試み沈殿化したサンプルの炭素化を行

い、ＳＥＭによる形状観察と表面積・細孔構造解

析を窒素ガス吸着法により検討した。その結果、

今までに調製してきたセルロースベンジルエーテ

ル－リグニン複合物の微粒子形状炭素と比較して

微粒子形状が発達していることが確認された（図

6）が、表面積は小さいものになった。今後炭素化

条件やサンプル調製法を検討することにより、メ

ソ孔を選択的に形成し、かつ比表面積も高い炭素

を調製することができるものと考える。

Cell-Bz: R=H, -CH2Ph

Cell-Pr: R=H, -CH2C≡CH

HEC-Bz:R=H, CH2CH2OH,CH2Ph, CH2CH2OCH2Ph

HEC-Pr:R=H,CH2CH2OH,CH2C≡CH, CH2CH2OCH2C≡CH

図5 調製した炭素化用セルロース誘導体

図6 微粒子状ヒドロキシエチルセルロース－

リグニン複合物の炭素化物のSEM像

【 6 】 ポルフィリン−フラーレン連結分子の自

己組織化による光導電性ナノチューブの構築と光

電変換機能

有機光電変換素子において、電子供与体（D）と

受容体（A）のヘテロ接合の形成は大変重要である。

しかしながら、D 分子と A 分子を単純に混合して

凝集体を形成すると、D と A が巨視的に相分離し

たり、あるいはD/A交互積層体が形成することが

多い。このような状態では、電荷分離効率や電荷

輸送効率が悪く、高い光電変換特性が得られず、

したがって、分子層レベルでのD/Aナノ相分離（ヘ

テロ接合）構造の実現が、重要な鍵となる。本研

究では、D−A 連結分子を用いて、自己組織化によ

る１分子層ヘテロ接合型ナノチューブの構築に成

功した。得られたナノチューブは、光照射により

顕著な光電導特性を示し、光起電力特性を示すこ

とを明らかにした。

用いた分子は、Dとして亜鉛ポルフィリン(PZn)、

Ａとしてフラーレン(C60) が連結した分子 1 およ

び2である（図7a）。連結分子1をトルエン／メ

タノール混合溶媒に溶解し、数時間静置すると、

オレンジ色の溶液が徐々に懸濁する。懸濁液を基

板上に滴下・乾燥させてSEM観察を行うと、シリ

ンダー状の構造体が確認できる。TEM 観察より、

直径32 nm、壁厚5.5 nmのナノチューブが形成し

ていることを明らかになった。放射光による粉末

ＸRDパターンを詳細に解析した結果、ナノチュー

ブの壁内部において、C60 の2分子層をPZn単分子

層がラミネートした１分子層D/Aヘテロ接合（同

軸）構造が形成していることを見出した（図7b）。

一方、連結分子3を同様の方法により自己組織化

を行ったところ、非常に細いファイバー状構造体

が生成した。TEM観察より、直径7–8 nm、壁厚1.8

nm のナノチューブが形成していることを明らか

にした。ＸRD より、ナノチューブの壁内部では、

PZn部位と C60部位が交互に積層していることを明

らかにした（図7c）。

OO

RORO

ROH2C

n

図7．亜鉛ポルフィリン–フラーレン連結分子1および2の

分子構造 (a)と、それぞれからなる自己組織化ナノチュー

ブにおける分子集積構造の模式図 (b, c)。

これら2種類のナノチューブを薄膜化し、光伝

導性を測定したところ、2 からなるナノチューブ

においては、電流値の顕著な増大が観測された。

一方で、3 からなるナノチューブにおいては、電

流値の増大はほとんど観測されなかった。2 から

なるナノチューブの光電流スペクトルから、PZn

の光吸収により、大きな電流が発生していること

が示唆された。また、2 からなるナノチューブの

薄膜を電極で挟み、キャリアの飛行時間電導度測

定を行ったところ、光照射により生成した電子、

ホールともに10–3 cm2/Vsオーダーの移動度でバラ

ンスよく流れることが明らかになった。このこと

は光起電力の発現にとって大変重要である。実際、

横方向チャネルPVセルを作製し、光起電力特性の

評価を行ったところ、2 からなるナノチューブに

おいては、0.66 Vの開放電圧と16 pAの短絡電流

が観測されたが、一方で、3 からなるナノチュー

ブでは、開放電圧 0.16 V、短絡電流値 0.9 pA し

か観測されず、分子配列構造の違いにより光起電

力特性が大きく異なることを明らかにした。

【 7 】 ヘキサベンゾコロネン−トリニトロフル

オレノン連結分子からなる自己組織化ナノチュー

ブにおける局所的および長距離電荷輸送特性

本研究では、顕著な光伝導特性について報告し

ている自己組織化ナノチューブを用いて、詳細な

電荷キャリアダイナミクスについて検討した。こ

のナノチューブは、ヘキサベンゾコロネン (HBC)

とトリニトロフルオレノン (TNF) が連結した分

子 (HBC–TNF；図 8a) から形成しており、壁内部

では、TNF 単分子層が HBC の2分子膜をラミネー

トした同軸構造を形成している。このような１分

子層p-nヘテロ接合により、効率の良い光誘起電

荷分離と、生成した電荷キャリアの長寿命化、さ

らにはキャリアの効率的な輸送が実現している。

また、HBC–TNF と TNF が連結していないHBCとの

混合溶液から自己組織化を促進することにより、

表面のTNF密度を任意に制御した自己組織化ナノ

チューブを形成できることをすでに報告している。

本研究では、この表面のTNF密度を制御した自己

組織化ナノチューブ（図8b）について、フラッシ

ュフォトリシス法による時間分解非接触マイクロ

波伝導度 (FP-TRMC) 測定および、時間分解過渡光

吸収 (FP-TAS) 測定を用いて、電荷キャリアの発

生とダイナミクスの詳細について検討した。その

結果、１次元方向への短距離電荷（ホール）輸送

特性については、HBC–TNF の比率が75 mol% まで

はほぼ一定値を示すが、75 mol% を越えると急激

に減少し、HBC–TNF のみからなるナノチューブで

は、その値が4分の1程度にまで低下することを

明らかにした。一方、フォトンからキャリアへの

変換効率は、HBC–TNF の比率が増えるに従い単調

に増大し、結果として全体の光伝導度は、HBC–TNF

のモル比率が 75 mol%の点で極大値を示した。ま

た長距離の電荷輸送特性については、HBC–TNF の

混合比が増すに従い単調に減少した。このことは、

HBC–TNF の割合が増えるに従い、チューブ間距離

が増し、チューブ間キャリアホッピングに要する

エネルギーが増したためと考えられる。

図8．(a) HBCとHBC–TNF 連結分子の分子構造。(b) コア

センブリーにより表面の TNF 密度を制御した自己組織化

ナノチューブの模式図。

＜学位論文＞

・崔 星集：水素結合による機能性分子の自己集合化に関

する研究（数理物質科学研究科、物性・分子工学専攻、

博士論文、2012 .3）

・野崎 耕司：ArF露光技術に適用する微細加工用材料の

開発（数理物質科学研究科、物質・分子工学専攻、博士

論文、2012 .3）

・星野 純一：非共有結合で連結される非共有結合で連結

されるチミジン誘導体の合成と構造評価（数理物質科学

研究科、物性・分子工学専攻、修士論文、2012.3）

・掛札 隆太：水素結合を利用した機能性色素分子の超分

子ポリマー化（数理物質科学研究科、物性・分子工学専

攻、修士論文、2012.3）

・相木 彰太：ルテニウム錯体触媒を用いるイミダゾリン

の酸素酸化反応（数理物質科学研究科、物質・分子工学

専攻、修士論文、2012.3）

・藤波 洋平： C-H結合の直接官能基化を鍵とするチオフ

ェン誘導体の重縮合反応（数理物質科学研究科、物質・

分子工学専攻、修士論文、2012.3）

・村上 隆俊：高分子半導体薄膜によるメチレンブルーの

光触媒分解（数理物質科学研究科、物質・分子工学専攻、

修士論文、2012.3）

・大塚 直也：π共役系高分子の光触媒機能の評価（数理

物質科学研究科、物質・分子工学専攻、2012.3）

・平山 貢：リン配位子を有するRh錯体によるC-X(X=Cl,

Br, I)結合の切断反応（数理物質科学研究科、物質・分子

工学専攻、修士論文、2012.3）

・木島 雄平：シクロメタル化 Ru 錯体触媒を用いるエー

テル類の酸素酸化反応（応用理工学類、卒業論文、2012 .3）

・野原 雄太：直接的アリール化反応を利用した重縮合反

応による含色素π共役系高分子の合成（応用理工学類、

卒業論文、2012 .3）

・關 康裕：配位結合部位を有する新規チミジン誘導体の

合成と構造解析（応用理工学類、卒業論文、2012 .3）

・山崎 光太郎 : 直接アリール化反応を用いた重縮合反応

におけるチオフェン上の置換基の電子的効果（応用理工

学類、卒業論文、2012 .3）

・福原 聡：アゾール構造を導入した共役系高分子の合成

と性質 (数理物質科学研究科 物性・分子工学専攻、修

士論文、2012.3)

・牧野 健太：ビナフチル骨格を有する高分子の合成とそ

の炭素化物の性質 (数理物質科学研究科 物性・分子工

学専攻、修士論文、2012.3)

・渡辺 真里：ナフタレン側鎖を有する配向性ポリチオフ

ェンの創製 (数理物質科学研究科 物性・分子工学専攻、

修士論文、2012.3)

・島田 武：セルロース系木質物質の構造化とその炭素化

（応用理工学類、卒業論文、2012.3）

・加藤 慧史：含窒素共役系高分子の調製とその炭素化物

の性質 （応用理工学類、卒業論文、2012.3）

・柴崎 浩輔：ポリ(アルキルフェニレンジオキシチオフェ

ン)の合成と性質（応用理工学類、卒業論文、2012.3）

・安立 多恵子：交互共重合パイ共役ポリマーの自己集合

化と電気・光化学特性 (応用理工学類、卒業論文、2011.3)

・加藤 克洋：フッ素系ポリマーの選択的分離と集合化

（応用理工学類、卒業論文、2011.3）

・佐々木 貴之：有機半導体薄膜における分子ドメインの

サイズ、配置および配向制御 （応用理工学類、卒業論

文、2011.3）

＜論文＞ 1. Takuya Teratani, Take-aki Koizumi, Takakazu Yamamoto,

and Takaki Kanbara, Changes in redox potential of a nickel-pincer complex bearing reactive secondary thioamide units: Changes caused by deprotonation/protonation reactions on addition of NEt₃ and DBU, Inorg. Chem. Commun., 14, 836-838 (2011).

2. Takuya Teratani, Take-aki Koizumi, Takakazu Yamamoto, and Takaki Kanbara, Deprotonation/protonation of coordinated secondary thioamide units of pincer ruthenium complexes: Modulation of voltammetric and spectroscopic characterization of the pincer complexes, Dalton Trans., 40, 8879-8886(2011).

3. Koji Nozaki, Miwa Igarashi, Ei Yano, Seiichi Ishikawa, Hajime Yamamoto, Satoru Asai, and Takaki Kanbara, A Resolution Enhancement Material for 193-nm Lithography Comprising 2-Hydroxybenzyl Alcohol and Poly(vinyl alcohol) with Uniform Resist Pattern Shrinkage, J. Photopolym. Sci. Technol., 24, 657-665 (2011).

4. Junpei Kuwabara, Tomomi Namekawa, Masa-aki Haga, and Takaki Kanbara, Luminescent Ir(III) complexes containing benzothiazole-based tridentate ligands: synthesis, characterization, and application to organic light-emitting diodes, Dalton Trans., 41, 44-46 (2012).

5. Yohei Fujinami, Junpei Kuwabara, Wei Lu, Hideki Hayashi, and Takaki Kanbara, Synthesis of thiophene- and bithiophene-based alternating copolymers via Pd-catalyzed direct C-H arylation, ACS Macro Lett.,1, 67-70 (2012).

6. Seong Jib Choi, Junpei Kuwabara, Yoshinobu Nishimura, Tatsuo Arai, and Takaki Kanbara, Two-step changes in luminescence color of Pt (II) complex bearing an amide moiety by mechano- and vapochromism, Chem. Lett., 41, 65-67 (2012).

7. Takeshi Mori, Toshinobu Shinnai, Masashi Kijima, Light-emitting poly(N-naphthyl-2,7-carbazole). Polym. Chem., 2, 2830–2834 (2011).

8. Masashi Kijima, Takaharu Hirukawa, Fuminori Hanawa, Toshimitsu Hata, Thermal conversion of alkaline lignin and

its structured derivatives to porous carbonized materials. Bioresource Technology 102, 6279–6285 (2011).

9. Akinori Saeki, Yohei Yamamoto, Yoshiko Koizumi,

Takanori Fukushima, Takuzo Aida, Shu Seki, Photoconductivity of Self-Assembled Hexabenzocoronene Nanotube: Insight into the Charge Carrier Mobilities on Local and Long-Range Scales, J. Phys. Chem. Lett., 2, 2549-2554 (2011).

10. Richard Charvet, Yohei Yamamoto, Takayuki Sasaki, Jungeun Kim, Kenichi Kato, Masaki Takata, Akinori Saeki, Shu Seki, Takuzo Aida, Segregated and Alternately Stacked Donor/Acceptor Nanodomains in Tubular Morphology Tailored with Zinc Porphyrin-C60 Amphiphilic Dyads: Clear Geometrical Effects on Photoconduction, J. Am. Chem. Soc., 134, 2524-2527 (2012).

＜総説＞

1. 桑原純平，神原貴樹，錯体触媒による炭素－ヘテロ元

素結合形成反応を中心とした高分子合成，高分子論文

集，68, 281-288 (2011).

2. Yohei Yamamoto, Electroactive Nanotubes from

π-Conjugated Discotic Molecules, Bull. Chem. Soc. Jpn., 84, 17-25 (2011).

3. 福島 孝典, 山本 洋平, カーボン系超分子ポリマーの

現状と展望, 高分子 60, 449-452 (2011).

＜特許＞

1. 神原貴樹，加賀谷重浩，藤本信貴「金の吸着剤および

金の選択的分離回収方法」特許第4693123号 2. 神原貴樹，山本隆一，藤本信貴，北山浩之，岡本匡史，

藤掛正人「ポリアミノピリジン類およびその製造方法」

特許第4743608号

3. 桑原純平，神原貴樹，藤波洋平，吉村研「化合物の製

造方法」特願2011-103584

4. 神原貴樹，桑原純平，山田晃，藤本信貴「高分子色素」

特願2011-140310，特願2012-71614

5. 桑原純平，神原貴樹，藤波洋平，山崎光太郎，吉村研

「化合物の製造方法」特願2011-188534

6. 桑原純平，神原貴樹，野原雄太，吉村研「含窒素化合

物の製造方法」特願2011-188774，特願2012-95537

7. 桑原純平，神原貴樹，盧葦，飯島孝幸，東村秀之「発

光素子」特願2011-285811

＜国際会議＞ 1. A. Taketoshi, X. N. Beh, T. Koizumi, T. Kanbara, “Aerobic

oxidation of alcohols catalyzed by a cyclometalated ruthenium complex”, The 16th IUPAC International

Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards Organic Synthesis (OMCOS 16), Shanghai, China, July 2011 (Poster).

2. T. Kanbara and N. Uchida “Molecular Design of Macrocyclic Polyaniline Analogs Based on Organometallic Carbon-nitrogen Bond Formation”, IUPAC 7th International Conference on Novel Materials and Synthesis (NMS-VII) & 21st International Symposium on Fine Chemistry and Functional Polymers (FCFP-XXI), Shanghai, China, October 2011 (Oral, invited ).

3. T. Yamagata, J. Kuwabara, and T. Kanbara“Synthesis of Diketopyrrolopyrrole Derivative Having 1,1,4,4-Tetracyanobutadienes”, IUPAC 7th International Conference on Novel Materials and Synthesis (NMS-VII) & 21st International Symposium on Fine Chemistry and Functional Polymers (FCFP-XXI), Shanghai, China, October 2011 (Poster).

4. N. Uchida, J. Kuwabara, T. Kanbara “Molecular Design and Catalytic Activities of Macrocyclic Superbase: Azacalix[3]pyridine”, The 2012 International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry, (ISMSC-7), Dunedin, New Zealand, January 2012 (Poster).

5. N. Uchida, J. Kuwabara, T. Kanbara “Molecular Design and Catalytic Activity of New Organic superbase; Azacalix[3](2,6)pyridine”, The 4th HOPE meeting, Tsukuba, Japan, March 2012 (Poster).

6. Satoshi Fukuhara, Masasi Kijima, “Blue light emitting poly(N-arylcarbazol-2,7-ylene)s” Tsukuba International Symposium on Science and Patents 2011（Tsukuba University Conference Hall）Oct. 20, 2011 (Oral).

7. Satoshi Fukuhara, Masashi Kijima, “Synthesis and properties of conjugated polymer electrolytes having naphthalene main chain” Tsukuba International Symposium on Science and Patents 2011（Tsukuba University Conference Hall）Oct. 20, 2011 (Poster).

8. Mari Watanabe, Masashi Kijima, “Synthesis and properties of polythiophenes bearing phenylnaphthalene side chain” Tsukuba International Symposium on Science and Patents 2011（Tsukuba University Conference Hall）Oct. 20, 2011 (Poster).

9. Kenta Makino, Masashi Kijima, “Surface characteristics of

polybinaphthyl derivatives and their carbonized materials” Tsukuba International Symposium on Science and Patents 2011（Tsukuba University Conference Hall）Oct. 20, 2011 (Poster).

10. Tadaaki Horii, Masashi Kijima, “Luminescence properties

of carbazole and fluorene-based conjugated copolymers” Tsukuba International Symposium on Science and Patents 2011（Tsukuba University Conference Hall）Oct. 20, 2011 (Poster).

11. Takeshi Shimada, Masashi Kijima, “Carbonization

behaviors of cellulose derivatives” Tsukuba International Symposium on Science and Patents 2011（Tsukuba University Conference Hall）Oct. 20, 2011 (Poster).

12. Satoshi Kato, Masasi Kijima, “Thermal conversion of

pyrrole-based conjugated polymers to nitrogen containing carbons” Tsukuba International Symposium on Science and Patents 2011（Tsukuba University Conference Hall）Oct. 20, 2011 (Poster).

13. Kosuke Shibasaki, Masashi Kijima, “Synthesis and

characterization of poly(alkylphenylenedioxythiophene)s” Tsukuba International Symposium on Science and Patents 2011（Tsukuba University Conference Hall）Oct. 20, 2011 (Poster).

14. Zi Wang, Kazushige Seki, Masashi Kijima, “Carbonization

of nano-structured poly(tetraphenylmetane)” Tsukuba International Symposium on Science and Patents 2011（Tsukuba University Conference Hall）Oct. 20, 2011 (Poster).

15. Yohei Yamamoto, “Electroactive Nanotubes for Supramolecular Electronics” Tsukuba International Symposium on Science and Patents 2011（Tsukuba University Conference Hall）Oct. 20, 2011 (Poster).

16. Chika Akabane, Nobihiro Kato, Kenichi Iimura, Takanori

Fukushima, Yohei Yamamoto, Takuzo Aida, “Photoconducting Properties and Structures of Monolayers of Amphiphilic Organic Semiconductor Molecules with Graphene Fragment” International Symposium of Surface Science (ISSS-6, Tokyo) Dec. 11-15, 2011 (Oral).

＜国内会議＞ 1. 山田晃、桑原純平、神原貴樹「機能性色素を導入した

ポリアニリン誘導体の合成と光学特性」第60回高分子学会年次大会、大阪、2011年5月.

2. 掛札隆太、桑原純平、崔星集、神原貴樹「非共有結合性相互作用によるジケトピロロピロール色素の凝集体形成」第60回高分子学会年次大会、大阪、2011年5月.

3. 藤波洋平、桑原純平、神原貴樹「ビチオフェンのC-H結合活性化を鍵とする新規重合法の開発」第60回高分子学会年次大会、大阪、2011年5月.

4. 桑原純平、神原貴樹「錯体触媒を利用した新しい重合反応の開発」コニカミノルタテクノロジーセンター講演会、東京、2011年6月.

5. 神原貴樹「有機金属化学を基礎とする新しい高分子設計手段の開発と機能開拓」平成23年度神奈川大学工学部講演会、横浜、2011年7月.

6. 立田真大、桑原純平、神原貴樹「らせん構造を持つオリゴチオアミドの金属配位による構造変化」日本化学会第5回関東支部大会、小金井、2011年8月.

7. 内田奈津子、竹歳絢子、桑原純平、神原貴樹「アザカリックス[3]ピリジン構造を有する有機塩基触媒によるマイケル付加反応とヘンリー反応の評価」日本化学会第5回関東支部大会、小金井、2011年8月.

8. 相木彰太、竹歳絢子、桑原純平、小泉武昭、神原貴樹「イミダゾリンの酸化的脱水素化反応を指向したシクロメタル化Ru錯体触媒の分子設計」日本化学会第5回関東支部大会、小金井、2011年8月.

9. 掛札隆太、桑原純平、崔星集、神原貴樹「グアノシン部位を導入したジケトピロロピロール色素の超分子ポリマー形成」日本化学会第5回関東支部大会、小金井、2011年8月.

10. 山縣拓也、桑原純平、神原貴樹「電子求引基を導入したジケトピロロピロール誘導体の物性評価」2011 ポリスケール大学間（東京理科大・筑波大・大阪大）連携研究会、長万部、2011年9月.

11. 大塚直也、伊藤伸一、桑原純平、神原貴樹「高分子半導体光触媒を用いるアルデヒド類の光触媒分解」2011ポリスケール大学間（東京理科大・筑波大・大阪大）連携研究会、長万部、2011年9月.

12. 桑原純平、滑川友美、神原貴樹「NCNピンサー型Ir 錯体の合成とEL材料としての評価」第58回有機金属化学討論会、名古屋、2011年9月.

13. 小宮山陽子、桑原純平、神原貴樹「第二級チオアミドを有する新規SNSピンサー型ルテニウム錯体」第61回錯体化学討論会、岡山、2011年9月.

14. 崔星集、桑原純平、神原貴樹「アミド基を持つNCNピンサー型白金錯体の合成と固体状態での発光特性」第61回錯体化学討論会、岡山、2011年9月.

15. 本田寛哉、桑原純平、神原貴樹、藤井孝宜「ジスルファンニトリル配位子を有する白金（Ⅱ）錯体の合成, 構造および発光特性」第61回錯体化学討論会、岡山、2011年9月.

16. 小畑紅生、桑原純平、神原貴樹「第二級チオアミド部位を有する新規SNSピンサー型Au（Ⅲ）錯体」第61回錯体化学討論会、岡山、2011年9月.

17. 山縣拓也、桑原純平、神原貴樹「ジケトピロロピロール色素を配位子とした白金錯体の合成」第22回基礎有機化学討論会、つくば、2011年9月.

18. 高橋宏達、山縣拓也、桑原純平、神原貴樹「イミン部位を有するDPP誘導体のpH応答性」第22回基礎有機化学討論会、つくば、2011年9月.

19. 星野純一、桑原純平、神原貴樹「単座および三座配位部位を有するチミジン誘導体の合成と錯形成挙動」第22回基礎有機化学討論会、つくば、2011年9月.

20. 内田奈津子、桑原純平、神原貴樹「テンプレート法を用いた環状化合物アザカリックスピリジンの選択的合成」第22回基礎有機化学討論会、つくば、2011年9月.

21. 桑原純平「機能性部位を導入したグアノシンの水素結合による超分子ポリマー形成」第60回高分子討論会、岡山、2011年9月.

22. 盧葦、桑原純平、神原貴樹「テトラフルオロベンゼンのC-H 結合の直接アリール化反応を利用したπ共役高分子の合成」第60回高分子討論会、岡山、2011年9月.

23. 神原貴樹、桑原純平「金属触媒を用いる炭素－窒素結合生成反応に基づくポリアニリン類縁体の合成と機能開拓」第60回高分子討論会、岡山、2011年9月.

24. 神原貴樹「高分子半導体製造プロセスの環境負荷低減化」第一回つくばグリーンイノベーションフォーラム 「有機薄膜太陽電池の基礎と最新研究動向」、つくば、2011年11月.

25. 桑原純平、盧葦、神原貴樹「フルオロ基を有する芳香族化合物のC-H結合直接アリール化反応を利用した重縮合反応の開発」第26回高分子学会関東支部茨城地区

の若手の会交流会、つくばみらい、2011年11月. 26. 藤波洋平、桑原純平、神原貴樹「C-H結合の直接官能基

化を鍵とする新規重合法の開発」第26回高分子学会関東支部茨城地区の若手の会交流会、つくばみらい、2011年11月.

27. 村上隆俊、桑原純平、神原貴樹「高分子半導体薄膜によるメチレンブルーの光触媒分解」第26回高分子学会関東支部茨城地区の若手の会交流会、つくばみらい、2011年11月.

28. 高橋宏達、桑原純平、神原貴樹「酸応答性を示すイミン部位を有したDPP誘導体の合成」第26回高分子学会関東支部茨城地区の若手の会交流会、つくばみらい、2011年11月.

29. 山崎光太郎、藤波洋平、神原貴樹「直接アリール化によるEDOTとジブロモアリーレンの重縮合反応」第26回高分子学会関東支部茨城地区の若手の会交流会、つくばみらい、2011年11月.

30. 大塚直也、伊藤伸一、桑原純平、神原貴樹「高分子半導体光触媒を用いるアルデヒド類の光触媒分解」第20回ポリマー材料フォーラム、東京、2011年11月.

31. 山田晃、桑原純平、藤本信貴、神原貴樹「高反射率を示す含色素ポリアニリン類縁体の光学特性評価」第20回ポリマー材料フォーラム、東京、2011年11月.

32. 小宮山陽子、桑原純平、神原貴樹「 SNSピンサー型ルテニウム錯体の チオアミド部位の脱プロトン化を伴う 構造変化」日本化学会第92春季年会、横浜、2012年3月.

33. 木島雄平、相木彰太、桑原純平、小泉武昭、神原貴樹「シクロメタル化Ru 錯体触媒を用いたエーテル類の酸素酸化反応」日本化学会第92春季年会、横浜、2012年3月.

34. 小畑紅生、桑原純平、神原貴樹「 SNS三座配位子およびアセチリド配位子を有するピンサー型Au(III)錯体の合成と構造解析」日本化学会第92春季年会、横浜、2012年3月.

35. 本田寛哉、小川泰幸、桑原純平、神原貴樹「凝集誘起発光特性を示すSCS ピンサー型白金錯体」日本化学会第92春季年会、横浜、2012年3月

36. 渡辺 真里、 木島 正志「フェニルナフタレン部位を有する側鎖型液晶性ポリチオフェンの合成とその性質」第60回高分子学会年次大会、大阪、2011年 5月.

37. 堀井 忠昭、 木島 正志「カルバゾール－フルオレン共役系コポリマーの合成と性質」第60回高分子学会年次大会、大阪、 2011年 5月

38. 渡辺 真里、木島 正志「ナフタレン側鎖を有するポリチオフェン類の合成」第5回日本化学会関東支部大会、東京（東小金井）、2011年 8月.

39. 渡辺 真里、木島 正志「側鎖にフェニルナフタレン部位を有するポリチオフェン類の合成と性質」第60回高分子討論会、岡山、 2011年 9月.

40. 渡辺 真里、木島 正志「側鎖にフェニルナフタレン部位を有するポリチオフェン類の合成と性質」第1回つくばグリーンイノベーションフォーラム「有機薄膜太陽電池の基礎と最新研究動向」、つくば、2011年 11月（ポスター）.

41. 木島 正志「木材成分物質の炭素変換」第190回 生存圏シンポジウム（第8回持続的生存圏創成のためのエネルギー循環シンポジウム、第1回先進素材開発解析システムシンポジウム）、 京都、 2011年 11月（招待講演）.

42. 福原 聡、木島 正志「イオン性官能基を有するポリ

ナフタレンの光学及び電気化学的性質」高分子学会関東支部茨城地区若手の会、つくば、2011年 11月.

43. 島田 武、木島 正志「セルロース系炭素化原料の調製と性質」第38回炭素材料学会年会、名古屋、2011年 11月.

44. 牧野 健太、木島 正志「ポリビナフチル類の合成と炭素化挙動」第38回炭素材料学会年会、名古屋、2011年 11月.

45. 加藤 慧史、木島 正志「含窒素共役系高分子の合成と炭素化」第38回炭素材料学会年会、名古屋、2011年 11月.

46. 木島 正志、島田 武、渡辺 真里、畑 俊充「木質起源物質の化学修飾と炭素化物への物質変換」第204回 生存圏シンポジウム、木質材料棟全国共同利用研究報告会（平成23年度）、京都、 2012年 3月.

47. Yohei Yamamoto, “Supramolecular Approaches for Electronic and Optoelectronic Function” NIMSセミナー（物質・材料研究機構）、2011年 7月 (依頼講演)

48. 赤羽 千佳、加藤 紀弘、飯村 兼一、福島 孝典、山本 洋平、相田 卓三「電子ドナー−アクセプター型両親媒性ヘキサベンゾコロネン誘導体による単分子膜の構造解析」第63回コロイドおよび界面化学討論会（京都大学）、2011年 9月.

49. 赤羽 千佳、加藤 紀弘、飯村 兼一、福島 孝典、山本 洋平、相田 卓三「両親媒性ヘキサベンゾコロネン誘導体による単分子膜の構造と光電導特性」第63回コロイドおよび界面化学討論会（京都大学）、2011年9月.

50. 脇川祐介、生駒忠昭、山本 洋平、福島孝典、相田卓三「電子受容体相を有する低次元光伝導性ヘキサベンゾコロネン自己組織体のキャリアダイナミクス」第5回分子化学討論会（札幌コンベンションセンター）、2011年9月.

51. 山本 洋平、島田 晃平、安立 多恵子、加藤 克洋、佐々木 貴之「光・電子機能性分子集合体の構築」第1回つくばグリーンイノベーションフォーラム「有機薄膜太陽電池の基礎と最新研究動向」（ポスター、筑波大学総合研究棟B棟）、2011年11月.

52. 島田 晃平、佐々木 貴之、安立 多恵子、山本 洋平「さまざまな機能の発現を目指した分子集積体の構築」高分子学会関東支部茨城地区若手の会（つくばセミナーハウス）、2011年11月.

53. 山本 洋平「電子・光・磁気機能を示す分子集合体の構築」高分子学会関東支部茨城地区若手の会（つくばセミナーハウス）、2011年11月.(依頼講演).

54. M. Ito, K. Yonezawa, H. Kamioka, Y. Yamamoto, T. Fukushima, T. Aida, Y. Moritomo, “Charge dynamics in a molecularly-connected donor-acceptor system” Nanotechnology Symposium Dec. 15, 2011.

55. 伊藤港、上岡隼人、山本洋平、福島孝典、相田卓三、守友浩、「分子接合されたHBC–C60の電荷ダイナミクス」日本物理学会（関西学院大学西宮上ヶ原キャンパス）、 2012年3月.

56. 赤羽千佳、加藤紀弘、飯村兼一、福島孝典、山本洋平、相田卓三「グラフェン骨格を有する両親媒性有機半導体による単分子膜の構造解析と光電流特性」日本化学会春季年会（慶應義塾大学日吉キャンパス）、2012年3月.

研究員 郭 東輝, 呉 準杓

大学院生 (数理物質科学研究科)

Siburian Rikson Asman Fertiles (D2), 川畑 公輔

(D2), 櫻井 雅崇(D1), 横井 泰治(D1), 川島 裕

嗣(D1), 新川 慶太郎(M2), 小渕 晋(M2), 宗倉

正哲(M2), 町田 考洋(M2), 森 綾香(M2), 新田

佑介(M2), 石瀬 一帆(M2), 情野 孝洋(M2),

岩竹 啓吾(M1), 牛込 大樹(M1), 齊藤 慶彦

(M1), 鹿野 大志(M1), 全 家美(M1), 新田 晋史

(M1), 室町 みゆき(M1), 王 傲寒(M1), 中島 国

治(M1), 井関 友和(M1), 丸山 祥史(M1), 董 九

超(M1), 楊 帆(M1), 赤須 雄太(B4), 秋葉 千聖

(B4), 川原井 圭一(B4), 白田 勇人(B4)

機能性カーボンコアではカーボン材料を用いた

新機能物質の創成に関する研究を行っている。

【 １ 】窒素ドープグラファイト表面の局所電子

状態

窒素を含有したナノカーボンは優れた触媒特性

や担体特性を示すことが最近の研究で分かってい

る。しかしながら，炭素の電子状態が窒素によって

具体的にどのような影響を受けて物性を変化させて

いるのかは明らかとなっていない。そこで X 線光電

子分光（XPS），走査トンネル顕微鏡（STM），走査ト

ンネル分光（STS），及び密度汎関数法による第一原

理計算（DFT）により，窒素ドープグラファイトのドー

パント窒素原子近傍の局所電子状態を詳細に解析

した。

超高真空下で室温のグラファイトに窒素イオン衝

撃を行った後，900 K の加熱処理を施すことで窒素

ドープグラファイトを調製した。XPS 計測により，窒素

ドープグラファイト表面には，主に 2 種類の窒素があ

ることが分かった。すなわち，炭素欠損部を伴う構造

のピリジン型窒素（2 つの炭素原子と結合している窒

素）と，グラファイト構造の炭素を置換した構造の置

換型窒素（3 つの炭素原子と結合している窒素）の 2

種類であることが分かった。図1と図2はそれぞれの

構造と局所電子状態を STM/STS 測定及び DFT 計

算により原子分解能で明らかにした結果である。ど

ちらの窒素の場合も周囲の炭素の電子状態が変調

され，STM で三角形の形状をした複数の輝点として

観測される。

図 1 のピリジン型窒素の場合，窒素原子が sp2 構

造を保っており，未結合種となる 5 員環を向いた方

向の窒素のシグマ軌道に電子が詰まり，電子対がグ

ラファイトベーサル面と平行方向に形成されることが

DFT 計算の解析により分かった。この電子対の形成

に伴い窒素が負に帯電する。このためピリジン型窒

素の XPS における N1s ピークは比較的低エネルギ

ーの 398.5 eV に出現する。ピリジン型窒素の周囲の

炭素原子は，この窒素による負のクーロンポテンシ

ャルを遮蔽するために正に帯電すると考えられる。

この結果，本来はフェルミエネルギーに現れると考

えられる，炭素の欠陥構造形成に起因する非結合

性の局在π電子準位が安定化し，占有準位側の

-600 -400 -200 0 200 400 600

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0-600 -400 -200 0 200 400 600

Sample bias (mV)

dI/d

V(a

rb.u

nits

)

1 nm

Experiment

Theory

Energy (mV) Sim

ulat

ed S

TS

inte

nsit

y

N

Experiment

(b)

(d) (c)

(a)

Theory

Sample bias = -0.1 V

図1ピリジン型窒素 (a) STM像(4.81 × 4.61 nm2, It =

７．ナノグリーン機能分野 機能性カーボンコア

専任教員： 中村潤児（数理物質系 物質創成先端科学専攻・教授） 後藤博正（数理物質系 物性・分子工学専攻・准教授） 近藤剛弘（数理物質系 物質創成先端科学専攻・講師）

96.9 pA, Vs = -108 mV).DFT計算結果をともに示す. (b)

aの青矢印点で測定した STSスペクトル. (c) DFT計算

で 適化したピリジン型窒素の構造(d) DFT 計算で

シミュレートした STS スペクトル.

-370 mV のピークとして STS スペクトルに現れてくる

と考えられる（図 1b と d）。即ち，ピリジン型窒素周辺

の炭素は電子供与性の準位となる局在π電子準位

を有することが明らかとなった。これはルイス塩基と

みなすことができ，特異な化学反応を示すことが示

唆される。

一方，図2 に示す置換型窒素の場合は，窒素原子

が sp2 構造を形成しπ共役系に参画する。この際，

窒素原子がもつ余剰の電子は安定なπ軌道にドー

プされ，窒素原子は正に帯電することがDFT計算の

解析から明らかとなった。窒素が正に帯電するため，

置換型窒素の XPS における N1s ピークは比較的高

エネルギーの 401.1 eV に出現する。ピリジン型窒素

のN1s (398.5eV)と比べるとその差は2.6 eVにも及ぶ。

置換型窒素の周囲の炭素原子は，この窒素による

正のクーロンポテンシャルを遮蔽するために負に帯

電すると考えられる。この結果，本来はフェルミエネ

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0.0

x10-1

-600 -300 0 300 600

1 nm

Experiment

(c)

(a)

N

Theory

Sample bias = +0.5 V

-600 -300 0 300 600

Sample bias (mV)

dI/d

V (

arb.

unit

s)

Experiment

Theory

Energy (mV)

(b)

(d)

Sim

ulat

ed S

TS

inte

nsit

y

図2置換型窒素 (a) STM像 (5.09 × 5.08 nm2, It = 39.0

pA, Vs = 500 mV). .DFT計算結果をともに示す. (b) aの

青矢印点で測定したSTSスペクトル. (c) DFT計算で

適化したピリジン型窒素の構造(d) DFT計算でシミュ

レートした STS スペクトル.

ルギーに現れると考えられる，炭素の欠陥構造形成

に起因する非結合性の局在π電子準位が安定化し，

非占有準位側の600ｍVのピークとしてSTSスペクト

ルに現れてくると考えられる（図 2b と d）。即ち，置換

型窒素周辺の炭素は電子授与性の準位となる局在

π電子準位を有することが明らかとなった。これは

ルイス酸とみなすことができ，特異な化学反応を示

すことが示唆される。

【 2 】グラファイト表面に吸着した窒素含有複素

環式化合物の局所電子状態

窒素を含有したナノカーボンは優れた触媒特性

や担体特性を示すことが最近の研究で分かってい

る。そこで窒素含有ナノカーボンをグラファイト面に

多数堆積させ，自己組織化させることで特異な集合

体構造を形成させることを試みた。

窒素含有アントラセンを含侵法で堆積させたグ

ラファイト表面のSTM像を図 3aに示す。グラフ

ァイトのステップ近傍に凝集体構造があることが

わかった。凝集体構造がある白矢印部分を拡大し

たSTM像を図 3bに示す。凝集体構造は窒素含有

アントラセン分子と同程度の大きさの楕円形の輝

点の整列構造により構成されていることがわかっ

た。窒素含有アントラセンは，窒素が配位した近

傍の電荷がプラスに偏っていると考えられ、分子

内の電荷分布に偏りが生じていると考えられる

（図 3c）。このような電荷の偏りによって生じる

分子間の静電相互作用により，規則性を持った 2

次元的な特異な構造体をグラファイト表面上で自

己組織化して形成したと考えられる。窒素含有ア

ントラセン分子の凝集体構造上で測定した走査ト

ンネル分光（STS）測定結果を図 3(d)に示す。非

占有準位側の 200 eV 付近に状態密度ピークが観

測された。これは、清浄なグラファイト表面では

見られない準位である。フェルミエネルギー近傍

に現れるピークであるため非結合性の局在化した

軌道であると考えられる。凝集体近傍のグラファ

イト表面上においてもこのピークが観測されたた

め，窒素含有アントラセンとグラファイトが相互

作用した結果生じた炭素の局在π軌道であると考

えられる。すなわち，相互作用によって共役系が

乱れて生じたπ軌道の局在準位がグラファイトの

πバンドと共鳴することで分子凝集体構造周辺一

帯にわたり特異な局在電子状態が伝搬していると

考えられる。 【 3 】カリウムドープグラファイト表面における

非結合π電子準位の形成

グラフェンをはじめとする炭素材料はπ電子共

役系に起因する特異な物性を示すことが多く，

我々は特にその触媒機能や担体機能に着目してい

る。これらの機能に，フェルミエネルギー（EF ）

近傍の電子状態が大きく寄与していると考えられ，

効率的な機能利用のためには EF 近傍の電子状態

を上手く制御する必要がある。本研究ではグラフ

ァイト表面の EF 近傍の電子状態を，電子供与性

の強いカリウムを蒸着することにより修飾し，そ

の局所電子状態を極低温走査トンネル顕微鏡を用

いて測定した。

超高真空中でカリウム蒸着後にアニールを行っ

たグラファイト表面のSTM測定結果を図4aに示

す。表面上に輝点および暗点が存在し，輝点を中

心に同心円状に広がる電子状態の変調が見られた。

図 4a 中の輝点近傍の点B での局所電子状態を調

べたSTS測定結果を図4bに示す。占有準位側（負

の試料バイアス側）の EF 付近に特異な状態密度

ピークが観測された。カリウムは電子供与性が強

いためグラファイトのπ＊軌道に電子を供与する

と考えられる。反結合性軌道への供与のため，部

(a) (b)

0.50.40.30.20.10.0

-500 -250 0 250 500

(d)

Sample Bias [mV]

(c)

dI/d

V [a

.u]

図 3 窒素含有アントラセン/HOPG 表面の STM 測定結果 (a)200×200nm

2 (b)3.3×3.3nm

2 (c)窒素含有

アントラセンの分子構造模式図(d)窒素含有アントラセン凝集体上でのSTS

-180

-160

-140

-120

-100

100806040200

A

B

C

10nm

A

B

C

10nm

(b)(a)

B

Distance [nm]

Peak

Ene

rgy

[meV

]

A

(c)

C

Sample Bias [meV]

dI/d

V[a

.u.] 0.6

0.4

0.2

0.0-300 -150 0 150 300

-180

-160

-140

-120

-100

100806040200

A

B

C

10nm

A

B

C

10nm

(b)(a)

B

Distance [nm]

Peak

Ene

rgy

[meV

]

A

(c)

C

Sample Bias [meV]

dI/d

V[a

.u.] 0.6

0.4

0.2

0.0-300 -150 0 150 300

図4 (a)輝点近傍のSTM結果 (b)輝点近傍のSTS測

定結果(c)非結合性 π電子準位のエネルギー位置解析

結果

DOS

DP

E

EF

DOS

DP

E

EF

EF

DOS

E

DP

EF

DOS

E

DPEF

DOS

E

DPEF

DOS

E

DP

EF

DOS

E

DP

EF

DOS

E

DP電子

供与

PzPz

PzPz

Pz

Pz Pz

Pz Pz

Pz

Pz

Pz

DOS

DP

E

EF

DOS

DP

E

EF

EF

DOS

E

DP

EF

DOS

E

DPEF

DOS

E

DPEF

DOS

E

DP

EF

DOS

E

DP

EF

DOS

E

DP電子

供与

PzPz

PzPz

Pz

Pz Pz

Pz Pz

Pz

Pz

Pz

分的にπ共役系が崩れ，非結合性のｐｚ軌道が形

成されるという可能性が考えられる。つまり，π

およびπ*バンドに加えて非結合性のｐｚ軌道が

足しあわさった電子状態が形成され，図 4b のよ

うなSTS が得られた可能性が考えられる。(図 5)

この軌道の空間的広がりを明らかにするため，図

4a 中の点A から点C までの間の 16 か所で STS

測定を行った。この結果，どの測定点においても

非結合π電子準位のピークが観測されたが，エネ

ルギー位置には違いが見られた。ピークエネルギ

ー位置を距離に対応してプロットした結果を図

4cに示す。カリウムに も近いB点での測定にお

いて，状態密度ピークのエネルギー位置が低エネ

ルギー側へシフトしていることが明らかとなった。

これは、非結合π電子軌道内に充填された電子が，

静電的にプラスに帯電したカリウム近傍で強く束

縛され，エネルギー的に安定な方向，すなわち低 エネルギー側にシフトしたと考えられる。

【 4 】ゼロ磁場でカリウムドープグラファイトに

発生するランダウレベルの極低温STS測定

グラフェンを磁場の中に置くと Dirac Fermion

系のランダウレベルが発生することが知られてい

る。また， 近では，磁場の中に置かなくてもPt

表面のグラフェンに窪み（ナノバブルと呼ばれる）

が生じ，その結果，擬磁場が発生してランダウレ

ベルが観測されるとの報告がなされている。我々

は，前節で述べたカリウムドープグラファイト表

面において電子状態計測を行っていた際に，無磁

場下でランダウ準位が発生することをSTS測定で

見出した。これはグラファイトがグラフェンの性

質に変化することを示唆している。

まず，具体的な結果を示す。ランダウレベルは

図 6のように部分的にカリウムが存在しないドメ

インのヘリ付近で発生し，図 7のSTSスペクトル

において多数のピークとして出現する。ここでは

詳細を省くがピークのエネルギー位置の解析から

このランダウレベルがDirac fermion系のランダウ

レベルというグラフェンに特徴的なランダウレベ

ルであることが分かった。

我々はこのランダウ準位の発生の起源として新

しいモデルを提案した。すなわち，ドメインの閉

じた境界にはカリウムの電荷によるオンサイトポ

テンシャルの勾配が生じ，さらに異方性のホッピ

ングを引き起こしゲージ場が生成する。このよう

なゲージ場があるためランダウレベルが出現する

ものと考えている。

図5 部分的再混成のメカニズムを示す模式図

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0-700 -350 0 350 700

dI/d

V[a

. u.]

Sample Bias [meV]

Fig.2 STS spectra of the K/HOPG surface

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0-700 -350 0 350 700

dI/d

V[a

. u.]

Sample Bias [meV]

Fig.2 STS spectra of the K/HOPG surface

(a) (b)

Fig.1 STM image of the K/HOPG surface (a)40×40nm2 (b)6.0×6.0nm2

(a) (b)

Fig.1 STM image of the K/HOPG surface (a)40×40nm2 (b)6.0×6.0nm2

図6 カリウムドープグラファイトのSTM像

(a)40x40nm2, (b) 6x6 nm2

【５】 導電性高分子ポリアニリンを用いた、ヨ

ウ素除去システム

導電性高分子ポリアニリンを繊維と複合化する

とともに、これをアンモニアで還元した。このポ

リアニリン複合体は大気中のヨウ素を導電性高分

子のドーピング機構により静電的に吸着する。こ

のヨウ素吸着能を、光吸収スペクトル、赤外線吸

収スペクトル、サーモグラフィー、および吸着重

量の変化の計測により評価した。本結果はグリー

ンケミストリーの観点から、Polymers 誌(Swiss)に

論文公表した。

＜論文＞

1. Oh Junepyo, Kondo Takahiro, Hatake Daigo, Arakawa

Keitaro, Suzuki Tetsuya, Sekiba Daiichiro, Nakamura

Junji：Adsorption of CO on Iron Clusters on Graphite, The

Journal of Physical Chemistry, C116巻, 7741-7747, 2012.

2. E Yoo, J. Nakamura, H. Zhou : N-doped graphene

nanosheets for Li-air fuel cell under acidic condition, Energy

& Environmental Science, 5巻, 6928～6932, 2012.

3. Tatsuo Matsushima, Anton Kokalj, Hideo Orita, Toshitaka

Kubo, Masataka Sakurai, Takahiro Kondo, Junji

Nakamura：N2 emission-channel change in NO reduction

over stepped Pd(211) by angle-resolved desorption, Surface

Science, 606, 1029～1036, 2012.

4. W. W. Hayes, Junepyo Oh, Takahiro Kondo, Keitaro

Arakawa, Yoshihiko Saito, Junji Nakamura and J. R.

Manson：Scattering of O2 from a Graphite Surface, J. Phys.:

Condensed Matter 24巻, 104010-1～104010-9, 2012.

5. H. Goto, A. Yokoo, Synthesis of Magneto-Optically Active

Polyanilines, Designed Monomers and Polymers (UK),

accepted.

6. H. Goto, K. Kawabata, Preparation of Phenylenevinylene

Derivatives Having Fluorescence and Chiral Induction

Function, Journal of Dispersion Science and Technology

(UK), accepted.

7. H. Goto, A. Yokoo, Polyaniline Nanospheres Synthesized in

the Presence of Polyvinyl Alcohol, followed by Preparation

of Carbon Nanobeads Structures, Journal of Dispersion

Science and Technology (UK), accepted.

8. H. Kawashima, H. Goto, Fabrication of Conductive Paper

Coated with PEDOT-Preparation and Characterization, J

Coatings Tech Res, accepted.

9. Y. Innami, H. Kawashima, R. Kiebooms, H. Aizawa, K.

Matsuishi, H. Goto, Synthesis and Properties of

Poly(Isothianaphthene Methine)s with Chiral Alkyl Chain,

Materials (Swiss) 5, 317-326, 2012.

10. H. Goto, H. Kawashima, Polyaniline (PANI) composites –

preparation in carbonated water, PANI/pulp and

PANI/surfactant, Fibre Text. East. Euro., 20, 86–89, 2012.

11. (Inside cover) H. Goto, Electrochemical Polymerization in

Crystal Preparation of Polybithiophene with Crystal Order,

J Polym Sci Part A: Polym Chem, 50, 622–628, 2012.

12. H. Kawashima, H. Goto, Double doping J Polym Sci Part

A: Polym Chem, 50, 1530–1538, 2012.

13. R. Ohta, S. Ohkawa, H. Goto, Polymerization of Thiophene

Derivatives Bearing Bulky Azobenzene Substituent with

Flexible Alkyl Spacer in Liquid Crystal, Int. Nat. J. Polym,

Mater,61, 395-409, 2012.

14. Junepyo Oh, Takahiro Kondo, Keitaro Arakawa, Yoshihiko

Saito, W, W. Hayes, J. R. Manson and Junji Nakamura.

“Angular intensity distribution of a molecular oxygen beam

scattered from a graphite surface” J. Phys. Chem. A. 2011,

115, 7089-7095.

15. Masataka Sakurai, Takahiro Kondo and Junji Nakamura.

“Effect of co-absorbed CO and reaction temperature on the

dynamics of N2 desorption under steady-state N2O-CO

reaction on Rh(110)” J. Chem. Phys. 134, 204710, 1-7,

2011.

16. Takahiro Kondo, Tetsuya Suzuki, and Junji Nakamura.

“Nitrogen Doping of Graphite for Enhancement of

Durability of Supported Platinum Clusters” J. Phys. Chem.

Lett. 2, 577-580, 2011.

図 7 カリウムドープグラファイトにあるドメイ

ン境界（図6b）で取得したSTSスペクトル。多数

のピークが無磁場下で出現したランダウレベルで

ある。

17. 近藤剛弘 , 第三編 国際会議の記録 European

conference on surface science 27, 触媒技術の動向と展望

2011年版, (触媒学会) 359～360, 2011.

18. 近藤剛弘, 窒素含有グラファイト系炭素触媒の活性点

構造, 触媒 53巻, 314, 2011.

19. 近藤剛弘, 中村潤児：「第6節 カーボンアロイ触媒、

適活性点形成の解明について」燃料電池要素技術～

触媒・電解質膜・MEA とその低コスト・高信頼・高機

能化～, （情報機構）131-142, 2011.

20. 中村潤児, 近藤剛弘：カーボンナノチューブを担体と

した電極触媒の特異性, 表面科学 32巻, 704-709, 2011.

21. Y. Innami, Rafaël H. L. Kiebooms, T. Koyano, M. Ichinohe,

S. Ohkawa, K. Kawabata, M. Kawamatsu, K. Matsuishi, H.

Goto, Synthesis of a low-bandgap polymer bearing side

groups containing phenoxy radicals, J. Mater. Sci., 46,

65566562 , 2011.

22. H. Kawashima, H. Goto, Synthesis and Properties

of a Chiroptically Active Oligomer from

3,4-Ethylenedioxythiophene and (–)-Myrtenal,

Polymers (Swiss), 4, 10131022, 2011.

23. H. Kawashima, H. Goto, Preparation and Properties of

Polyaniline in the Presence of Trehalose, Soft Nanosci. Lett.,

1, 71-75 , 2011.

24. H. Goto, A Possibility for Construction of an Iodine

Cleaning System Based on Doping for -Conjugated

Polymers, Polymers (Swiss) 3, 875–885, 2011.

25. H. Goto, S. Ohkawa, R. Ohta, Structural chirality of

cholesteric liquid crystal produces atropisomerism:

Chiroptical polyisocyanides from achiral monomer in

cholesteric liquid, crystal matrix, Polymer (UK) 52,

1932–1937, 2011.

26. H. Goto, Synthesis of Polyaniline in Carbonated Water in

the Form of Nanofibre, Fibre Text. East. Euro., 19, 15-17 ,

2011.

27. (Inside cover) H. Goto, K. Kawabata, Light driven

asymmetric polymerization: an approach for tele-control

reaction, Polymer Chemistry (UK) 2, 1098–1106, 2011.

28. H. Goto, Electrically Conducting Paper from a

Polyaniline/Pulp Composite and Paper Folding Art Work for

3-D Object, Tex. Res. J., 81, 122–127, 2011.

29. K. Marumoto, N. Arai, H. Goto, M. Kijima, K. Murakami, Y.

Tominari, J. Takeya, Y. Shimoi, H. Tanaka, S. Kuroda, T.

Kaji, T. Nishikawa, T. Takenobu, Y. Iwasa, Microscopic

mechanisms behind the high mobility in rubrene

single-crystal transistors as revealed by field-induced

electron spin resonance, Phys. Rev. B, 83, 075302, 2011.

＜講演＞

国際会議

1 Junji Nakamura, “Support Effects of Nano-Carbons on the

Properties of Fuel Cell Catalysts”, GRI symposium III, 2,

February, 2012, トヨタテクノミュージアム産業技術記

念館 (Aichi, Japan) (Invited).

2 Masataka Sakurai, Taishi Shikano, Daiki Ushigome, Tetsuya

Suzuki, Simone Casolo, Mario Italo Trioni, Gian Franco

Tantardini, Takahiro Kondo and Junji Nakamura, “Local

Electronic Structure on Nitrogen-ion Bombarded Graphite

Surface”, GRI symposium III, 1-2, February, 2012, トヨタ

テクノミュージアム産業技術記念館 (Aichi, Japan)

(Poster).

3 Takahiro Kondo, “New insights into electronic structure of

graphite-related materials in nano-scale probed with

scanning tunneling microscope,” The Nanotech Revolution

from Science to Society: a Time for Passion and a Time for

Reason, France-Japan Workshop, 13, December, 2011,

ENS Cachan, Paris (France).

4 K. Arakawa, J. Oh, Y. Saito, T. Kondo, and J. Nakamura,

“Oxygen adsorption mechanism on the potassium-doped

graphite surface by supersonic molecular beam”,

International Symposium on Surface Science and

Nanotechnology (ISSS-6), 13, December, 2011, Funabori,

Tokyo (Japan).

5 T. Machida, D Ushigome, D. Guo, T. Kondo, and J.

Nakamura, “Formation of the non-bonding p electronic

states on potassium doped graphite”, International

Symposium on Surface Science and Nanotechnology

(ISSS-6), 13, December, 2011, Funabori, Tokyo (Japan).

6 J. Oh, K. Arakawa, Y. Saito, T. Kondo and J. Nakamura,

“Adsorption of oxygen molecules on nitrogen

ion-bombarded graphite surface studied by molecular beam

scattering”, International Symposium on Surface Science

and Nanotechnology (ISSS-6), 13, December, 2011,

Funabori, Tokyo (Japan) (Poster).

7 Masataka Sakurai, Taishi Shikano, Daiki Ushigome, Tetsuya

Suzuki, Simone Casolo, Mario Italo Trioni, Gian Franco

Tantardini, Takahiro Kondo and Junji Nakamura, “Analysis

of nitrogen species on nitrogen ion bombarded graphite

surface”, International Symposium on Surface Science and

Nanotechnology (ISSS-6), 12, December, 2011, Funabori,

Tokyo (Japan) (Poster).

8 Junji Nakamura,“Development of Electrocatalysts

for Fuel Cell”,チュニジア－日本 文化・科学・技術学

術会議 第11回大会(TJASSST’11), 13, November,

2011, Iberostar Saphir Palace (Tunisia)(Invited).

9 J. P. Oh, T. Kondo, K. Arakawa, Y. Saito, J. Nakamura,

“Oxygen Adsorption on Electronically Modified Graphite

Surfaces Studied by Molecular Beam Scattering”, AVS 58th

International Symposium & Exhibition, 4, November, 2011,

Nashville Convention Center, Nashville, Tennessee (USA).

10 T. Kondo, D. Guo, T. Machida, T. Suzuki, K. Iwatake, S.

Okada, J. Nakamura, “Landau Levels of Dirac Fermions

Observed at Zero External Magnetic Fields on Modified

Graphite by STS”, AVS 58th International Symposium &

Exhibition, 1, November, 2011, Nashville Convention

Center, Nashville, Tennessee (USA).

11 Masataka Sakurai, Takahiro Kondo, Junji Nakamura,

“Three-Dimensional Spatial Distribution of Desorbing N2

and N2O from Pd(211)”, AVS 58th International

Symposium & Exhibition, 30, October, 2011, Nashville

Convention Center, Nashville, Tennessee (USA).

12 S. Taishi, S. Masataka, D. Ushigome, T. Suziki, S. Casolo,

G. F. Tantardini, T. Kondo, J. Nakamura, “Observation of

local electronic structures on nitrogen doped graphite”,

Tsukuba International Workshop on Science and Patents

2011, 20, October, 2011, University of Tsukuba (Ibaraki,

Japan) (Poster).

13 J. Nakamura, D. Guo, T. Machida, T. Suzuki, K. Iwatake, T.

Shikano, S. Okada, and T. Kondo, “Landau Levels of Dirac

Fermions without External Magnetic Field Observed for

Potassium or Nitrogen Doped HOPG”, 220th ECS Meeting

& Electrochemical Energy Summit in Boston, 9, October,

2011, Westin Boston Waterfront and the Boston Convention

and Exhibition Center, Boston (USA).

14 Takahiro Kondo, Doghui Guo, Takahiro Machida, Tetsuya

Suzuki, Keigo Iwatake, Taishi Shikano, Susumu Okada and

Junji Nakamura, “STS Observation of Landau levels of

Dirac fermions at zero external magnetic fields on both

potassium intercalated graphite and nitrogen doped graphite”,

28th European Conference on Surface Science(ECOSS), 29,

August, 2011, The Faculty of Law, Administration and

Economics of the University of Wrocław (Poland).

15 Masataka Sakurai, Taishi Shikano, Daiki Ushigome, Tetsuya

Suzuki, Takahiro Kondo and Junji Nakamura,“Surface

Electronic Structure on Nitrogen-ion Bombarded Graphite”,

The 2nd International Fuel Cell Summer Seminar for young

Scientists, 29, August, 2011, 小海エリックスホテル

(Nagano, Japan) (Poster).

16 Donghui Guo, Takahiro Kondo, Takahiro Machida, Keigo

Iwatake, Susumu Okada, Junji Nakamura, “Landau levels’

observation without external magnetic fields on K partially

intercalated HOPG”, Annual World Conference on Carbon

(Carbon 2011), 25, July, 2011, East China University of

Science and Technology, Shanghai(China) (Poster).

17 Hirotsugu Kawashima, Hiromasa Goto, "Preparation of a

Chiroptical Oligomer from 3,4-Ethylenedioxythiophene and

()-Myrtenal", 14th International Union of Pure and Applied

Chemistry (IUPAC) Conference on Polymers and Organic

Chemistry (POC 2012), Renaissance Doha City Center

Hotel (ドーハ, カタール), 2012.

18 Hirotsugu Kawashima, Yusuke Nitta, Hiromasa Goto,

"Preparation of a Green Colored Chiral Polymer Film:

Electrochemical Polymerization in a Cholesteric Liquid

Crystalline Medium", 14th International Union of Pure and

Applied Chemistry (IUPAC) Conference on Polymers and

Organic Chemistry (POC 2012), Renaissance Doha City

Center Hotel (ドーハ, カタール), 2012.

19 Hirotsugu Kawshima, Hiromasa Goto, "Polymerization of

Aniline in the Presence of Trehalose", The 3rd International

Symposium on Interdisciplinary Materials Science

(ISIMS-2011), つくば国際会議場 (茨城), 2011.

20 Hirotsugu Kawashima, Kohsuke Kawabata, Hiromasa Goto,

"Synthesis and Unique Charge Carrier Behavior of

Poly(p-phenylenevinylene) Bearing Conjugated Side

Chains", The 3rd International Symposium on

Interdisciplinary Materials Science (ISIMS-2011), つくば

国際会議場 (茨城), 2011.

21 Yu Innami, Rafaël H. L. Kiebooms, Tamotsu Koyano,

Masaaki Ichinohe, Satoshi Ohkawa, Kohsuke Kawabata,

Hiromasa Goto. Synthesis of a low bandgap polymer with

phenoxy radicals. The 3rd International Symposium on

Interdisciplinary Materials Science (ISIMS-2011) つくば

国際会議場 (茨城), 2011.

22 Hirotsugu Kawashima, Hiromasa Goto, Polymerization of

Aniline in the Presence of Trehalose, Tsukuba International

Workshop on Science and Patents 2011, U. Tsukuba, 2011.

23 Kuniharu Nakajima, Yu Innami, Hiromasa Goto, Synthesis

of chiral aldehyde monomer for chiral low-band gap

methane, International Workshop on Science and Patents

2011, U. Tsukuba, 2011.

24 Kazuho Ishise, Kohsuke Kawabata, Hiromasa Goto,

Synthesis and electrochemical polymerization of pyrrole

based monomer in liquid crystal, International Workshop on

Science and Patents 2011, U. Tsukuba, 2011.

25 Tomokazu Iseki, Satoshi Ohkawa, Hiromasa Goto,

Synthesis and Properties of Polyisocyanide in a Chiral

Liquid Crystal Medium, International Workshop on Science

and Patents 2011, U. Tsukuba, 2011.

26 Aohan Wang, Kohsuke Kawabata, Hirotsugu Kawashima,

Hiromasa Goto, Synthesis of New Chiral-Inducers and

Asymmetric Electrochemical Polymerization, International

Workshop on Science and Patents 2011, U. Tsukuba, 2011.

27 Aohan Wang and Hiromasa Goto, Electrochemical

polymerization in liquid crystal containing new chiral

inducers, International Workshop on Science and Patents

2011, U. Tsukuba , 2011.

28 Takahiro Seino, Yusuke Nitta, Kohsuke Kawabata,

Hiromasa Goto, Asymmetric Electrosynthesis of

Furan-based Intramolecular Donor-Acceptor Conjugated

Polymer Films in a Liquid Crystal Medium, International

Workshop on Science and Patents 2011, U. Tsukuba, 2011.

29 Yusuke Nitta, Kohsuke Kawabata, Hiromasa Goto,

Properties of PEDOT-based polymer prepared by the

electrochemical polymerization in a cholesteric liquid crystal,

International Workshop on Science and Patents 2011, U.

Tsukuba , 2011.

30 Jimmi Jwa, Hirotsugu Kawashima, Hiromasa Goto,

Preparation of polyaniline/cotton composite, International

Workshop on Science and Patents 2011,, U. Tsukuba, 2011.

31 Fan Yang, Satoshi Ohkawa, Kohsuke Kawabata, Hiromasa

Goto, Synthesis of Polythiophene Derivatives in Cholesteric

Liquid Crystals with Different Helical Pitches, International

Workshop on Science and Patents 2011, U. Tsukuba, 2011.

32 Kohsuke Kawabata, Hiromasa Goto, Electrosynthesis and

Properties of Poly(2,7-carbazole) Derivatives, U. Tsukuba

(2011). Yu Innami, Rafaёl H. L. Kiebooms, Tamotsu

Koyano, Masaaki Ichinohe, Satoshi Ohkawa, Kohsuke

Kawabata, Hiromasa Goto, Synthesis of a low bandgap

polymer with phenoxy radicals, International Workshop on

Science and Patents 2011, U. Tsukuba, 2011.

国内会議

1 鹿野 大志, 櫻井 雅崇, 牛込 大樹, 鈴木 哲也, 近藤

剛弘, 中村 潤児, 無磁場下の窒素ドープグラファイ

トで観測されるランダウ準位, 日本化学会第 92 春季

年会(2012)，2012 年 3 月 25 日，慶應義塾大学日吉キ

ャンパス・矢上キャンパス（神奈川）

2 齋藤 慶彦, 呉 準杓, 新川慶太朗, 川原井 圭一, 近藤

剛弘, 中村 潤児，窒素イオン衝撃グラファイトの表面

上での酸素分子散乱挙動, 日本化学会第 92 春季年会

(2012)，2012 年 3 月 25 日，慶應義塾大学日吉キャン

パス・矢上キャンパス（神奈川）

3 牛込 大樹, 櫻井 雅崇, 鹿野 大志, 鈴木 哲也,

CASOLO Simone, TRIONI Mario I., TANTARDINI Gian

F., 近藤 剛弘, 中村 潤児，窒素ドープグラファイトの

局所構造と局所電子状態, 日本化学会第 92 春季年会

(2012)，2012 年 3 月 25 日，慶應義塾大学日吉キャン

パス・矢上キャンパス（神奈川）

4 岩竹 啓吾，町田 考洋，秋葉 千聖，呉 準杓，張 嘉

文，難波江 裕太，柿本 雅明，近藤 剛弘，中村 潤児，

グラファイト表面に吸着した窒素含有複素環式化合

物の局所電子状態の観測, 日本化学会第 92 春季年会

(2012)，2012 年 3 月 25 日，慶應義塾大学日吉キャン

パス・矢上キャンパス（神奈川）

5 近藤剛弘, 窒素含有グラファイト表面に形成する特異

な電子状態と酸素吸着特性, CAC の現状と可能性,

2012年3月7日，北陸先端科学技術大学院大学

6 中村 潤児，ナノカーボンによる燃料電池電極触媒の

活性促進効果, 筑波大学学際物質科学研究センター

（TIMS）第15回機能性分子シンポジウム，2012年1

月28日，筑波大学（茨城）（招待講演）

7 木内 久雄, 近藤 剛弘, 丹羽 秀治, 小林 正起, 原田

慈久, 尾嶋 正治, 中村 潤児, 畳開 真之, 難波江 裕

太, 黒木 重樹, 池田 隆司, 寺倉 清之, 宮田 清藏，カ

ーボンアロイ触媒及び窒素ドープグラファイトの酸

素吸着に伴う電子状態変化の解析, 第 25 回放射光学

会年会放射光科学合同シンポジウム, 2012年1月8日，

鳥栖市民文化会館・中央公民館（佐賀）(ポスター発表)

8 齊藤 慶彦, 呉 準杓, 新川 慶太郎, 川原井 圭一, 近

藤 剛弘, 中村 潤児，窒素ドープしたグラファイト表

面上での酸素分子線散乱挙動, 第 31 回表面科学学術

講演会，2011年12月17日，タワーホール船堀（東京）

9 牛込 大樹, 櫻井雅崇, 鹿野 大志, 鈴木 哲也, 近藤

剛弘, 中村 潤児，窒素イオン衝撃によってグラファ

イト表面に生成する窒素種の特定, 第 31 回表面科学

学術講演会，2011年12月17日，タワーホール船堀（東

京）

10 鹿野 大志, 櫻井 雅崇, 牛込 大樹, 鈴木 哲也, 近藤

剛弘，中村 潤児，無磁場下のNドープHOPGで観測

されるランダウ準位, 第 31 回表面科学学術講演会，

2011年12月16日，タワーホール船堀（東京）

11 岩竹 啓吾，町田 考洋，呉 準杓，張 嘉文，難波江 裕

太，柿本 雅明，近藤 剛弘，中村 潤児，グラファイ

ト表面に吸着した窒素含有複素環式化合物の局所電

子状態の観測, 第31回表面科学学術講演会，2011年

12月16日，タワーホール船堀（東京）

12 町田 考洋, 牛込大樹, 郭 東輝, 近藤 剛弘, 中村 潤

児，カリウムドープグラファイト表面における非結合

π電子準位の形成, 第31回表面科学学術講演会，2011

年12月16日，タワーホール船堀（東京）

13 新川 慶太朗, 呉 準杓, 齊藤 慶彦, 町田 考洋, 近藤

剛弘，中村 潤児，カリウム蒸着が及ぼすグラファイ

ト表面状態と気体分子吸着挙動の変化, 第 31 回表面

科学学術講演会，2011年12月15日，タワーホール船

堀（東京）(ポスター発表)

14 近藤 剛弘，炭素材料の表面局所分光分析（STM/STS）,

東京工業大学大学院 有機・高分子物質専攻 炭素材

料科学特論（講演会を兼ねた大学院講義），2011年12

月 8 日，東京工業大学大岡山キャンパス（東京）（招

待講演）

15 鹿野 大志, 櫻井 雅崇, 牛込 大樹, 鈴木 哲也, 近藤

剛弘, 中村 潤児, 無磁場下の N ドープ HOPG で観測

されるランダウ準位, 表面・界面スペクトロスコピー

2011，2011年12月3日，マホロバ・マインズ三浦（神

奈川）(ポスター発表)

16 齊藤 慶彦，呉 準杓，新川 慶太郎，川原井 圭一，近

藤 剛弘，中村 潤児,窒素ドープしたグラファイト表面

上での酸素分子線散乱挙動, 表面・界面スペクトロス

コピー2011，2011 年 12 月 3 日，マホロバ・マインズ

三浦（神奈川）(ポスター発表)

17 櫻井 雅崇, 鹿野 大志, 牛込 大樹, 鈴木 哲也,

Simone Casolo, Mario Italo Trioni, Gian Franco Tantardini,

近藤 剛弘, 中村 潤児,窒素ドープグラファイト表面

の電子状態, 表面・界面スペクトロスコピー2011，2011

年12月3日，マホロバ・マインズ三浦（神奈川）

18 岩竹 啓吾, 町田 考洋, 呉 準杓, 張 嘉文, 難波

江 裕太, 柿本 雅明, 近藤 剛弘, 中村 潤児, グ

ラファイト表面に吸着した窒素含有複素環式化合物

の局所電子状態の観測, 表面・界面スペクトロスコピ

ー2011，2011 年 12 月 3 日，マホロバ・マインズ三浦

（神奈川）(ポスター発表)

19 近藤 剛弘，呉 準杓，櫻井 雅崇，町田 考洋，新川 慶

太郎，鹿野 大志，齊藤 慶彦，牛込 大樹，川原井 圭

一，鈴木 哲也，S. Casolo，M. Trioni，G. Tantardini，中

村 潤児，表面修飾したグラファイトのフェルミエネ

ルギー近傍の電子状態と触媒機能, 表面・界面スペク

トロスコピー2011，2011 年 12 月 2 日，マホロバ・マ

インズ三浦（神奈川）

20 近藤 剛弘，XPS と STM を用いた窒素含有グラファ

イト系モデル触媒の活性点構造解析, 2011 EPMA・表

面分析ユーザーズミーティング，2011 年 10 月 7 日，

東京大学（東京）（招待講演）

21 近藤 剛弘，カーボンアロイ触媒の 適活性点形成に

関する研究, NEDO技術委員会，2011年10月7日，

NEDO川崎（ミューザ川崎セントラルタワー）（神奈

川）

22 近藤 剛弘，カーボンアロイ触媒の 適活性点形成に

関する研究, NEDO 燃料電池・水素技術開発平成 22

年度成果報告シンポジウム，2011 年 10 月 3 日，東京

国際交流館（東京）

23 RIKSON, Siburian，Preparation of Pt/Graphene Nano-Sheet

for CO-Tolerant Catalyst, 第108回触媒討論会，2011年

9月22日，北見工業大学(北海道)

24 新田 晋史，グラフェンナノシート担持白金代替カソ

ード触媒の調製, 第108回触媒討論会，2011年9月22

日，北見工業大学(北海道)

25 新川 慶太郎，呉準杓，齋藤 慶彦，近藤 剛弘，中村 潤

児，グラファイト表面での酸素および水の吸着に対す

るカリウムの効果, 第108回触媒討論会，2011年9月

22日，北見工業大学(北海道)

26 呉準杓，新川 慶太郎，斎藤 慶彦，近藤 剛弘，中村 潤

児，超音速分子線散乱法を用いたグラファイト表面上

での酸素分子の衝突散乱挙動, 第 108 回触媒討論会，

2011年9月22日，北見工業大学(北海道)

27 齊藤 慶彦，呉 準杓，新川 慶太郎，近藤 剛弘，中村

潤児，窒素イオン衝撃グラファイト表面上での分子の

衝突散乱挙動, 第 108 回触媒討論会，2011 年 9 月 22

日，北見工業大学(北海道)

28 鹿野 大志*1， 櫻井 雅崇*1， 牛込 大樹*1， 鈴木 哲

也*1，Simone Casolo*2， Gian Franco Tantardini *2， 近藤

剛弘*1， 中村 潤児*1 ，(*1 University of Tsukuba *2

University of Miran)，極低温STM/STSによる窒素イオ

ン衝撃グラファイトの局所電子状態測定, 第 108 回触

媒討論会，2011年9月22日，北見工業大学(北海道)

29 櫻井 雅崇，近藤 剛弘，松島 龍夫，中村潤児，脱離

分子の空間分布解析によるPd(211)上におけるN2Oの

分解過程の解明, 第108回触媒討論会，2011年9月22

日，北見工業大学(北海道)

30 岩竹 啓吾，町田 考洋，呉 準杓，張 嘉文，難波江 裕

太，柿本 雅明，近藤 剛弘，中村 潤児，グラファイ

ト表面に吸着した窒素含有アントラセンの局所電子

状態, 第 108 回触媒討論会，2011 年 9 月 22 日，北見

工業大学(北海道)

31 室町 みゆき，小渕 晋，中村 潤児，窒素ドープCNT

担持 PtRu 電極触媒の耐 CO 特性，第 108 回触媒討論

会，2011年9月22日，北見工業大学(北海道)

32 近藤 剛弘，表面修飾したグラファイトの電子状態と

触媒機能，第 108 回触媒討論会，2011 年 9 月 22 日，

北見工業大学(北海道)（招待講演）

33 森 綾香，中村 潤児，ナノカプセル法で調製したカー

ボンナノチューブ担持 Pt-Ru アノード電極触媒, 第

108回触媒討論会，2011年9月21日，北見工業大学(北

海道) (ポスター発表)

34 小渕 晋，室町 みゆき，中村 潤児，窒素ドープCNT

担持PtRu 電極触媒の物性とCO 耐性, 第 108 回触媒

討論会，2011年9月21日，北見工業大学(北海道) (ポ

スター発表)

35 町田 考洋，郭 東輝，岩竹 啓吾，近藤 剛弘，中村 潤

児，カリウムドープグラファイト表面の非結合π電子

準位, 第 108 回触媒討論会，2011 年 9 月 21 日，北見

工業大学(北海道)

36 宗倉 正哲，新田 晋史，白田 勇人，中村 潤児，CNT

担持PEFC用白金代替カソード触媒の活性評価及び物

性評価, 第 108 回触媒討論会，2011 年 9 月 21 日，北

見工業大学(北海道) (ポスター発表)

37 郭 東輝，近藤 剛弘，町田 考洋，岩竹 啓吾，岡田 晋，

中村 潤児，Observation of Landau levels by internal

pseudomagnetic fields on potassium partially intercalated

graphite, 第 108 回触媒討論会，2011 年 9 月 21 日，北

見工業大学(北海道)

38 森 綾香，中村 潤児，ナノカプセル法で調製したカー

ボンナノチューブ担持Pt-Ruアノード電極触媒, ポリ

スケールテクノロジー研究会2011，2011年9月5日，

東京理科大学長万部キャンパス(北海道) (ポスター発

表)

39 近藤 剛弘，Pt 表面における分子反応の研究，

VACUUM2011－第33回真空展 先端研究紹介ポスタ

ー（真空進歩賞受賞記念展示）, 2011年8月31日，東

京ビッグサイト有明･東京国際展示場 西1ホール

40 櫻井 雅崇，近藤 剛弘，松島 龍夫，中村 潤児，脱離

分子の空間分布解析によるPd(211)上におけるN2Oの

分解過程の解明, 触媒討論会ワークショップ「ナノ粒

子触媒の構造制御と表面化学」，2011年6月28日，北

海道大学（北海道）(ポスター発表)

41 鹿野 大志，鈴木 哲也，近藤 剛弘，中村 潤児，窒素

イオン衝撃グラファイトの局所電子状態～極低温

STM/STS 測定～, TIMS スタートアップ研究交流会，

2011年6月25日，筑波大学（茨城）(ポスター発表)

42 新川 慶太朗，呉 準杓，齋藤 慶彦，近藤 剛弘，中村

潤児，超音速分子線によるカリウムドープグラファイ

ト表面への酸素吸着観察, TIMS スタートアップ研究

交流会，2011年6月25日，筑波大学（茨城）(ポスタ

ー発表)

43 町田 考洋，郭 東輝，岩竹 啓吾，近藤 剛弘，中村 潤

児,カリウムをドープしたグラファイト表面の極低温

STS測定, TIMSスタートアップ研究交流会, 2011年6

月25日，筑波大学（茨城）(ポスター発表)

44 Donghui Guo, Takahiro Kondo, Takahiro Machida, Keigo

Iwatake, Susumu Okada, Junji Nakamura，Landau levels

observation under zero magnetic field on potassium

intercalated graphite, TIMSスタートアップ研究交流会，

2011年6月25日，筑波大学（茨城）(ポスター発表)

45 松山 英治，中村 潤児，走査トンネル顕微鏡による表

面変調電流のヘテロダイン検出, ナノ学会第 9 回大会，

2011年6月2日，北海道大学・学術交流会館（北海道）

(ポスター発表)

46 近藤 剛弘，グラファイトを用いた新しい触媒材料の

創成, 筑波大学物質科学セミナー，2011年5月24日，

筑波大学（茨城）

47 楊帆, 異なるらせんピッチを有するコレステリック液

晶中でのポリチオフェン誘導体の合成、TX テクノロ

ジーショーケースつくば, 2012.1.13

48 川島裕嗣,トレハロース存在下でのポリアニリンの合

成、TXテクノロジーショーケースつくば, 2012.1.13

49 新田佑介, 液晶中での電解重合により作成したポリマ

ーフィルム, TX テクノロジーショーケースつくば,

2012.1.13

50 王傲寒, 新型キラルインデューサーを用いた液晶電解

不斉重合とポリマーの光学的性質、TX テクノロジー

ショーケースつくば, 2012.1.13

51 石瀬一帆, 新規ピロール誘導体の合成とその液晶中電

解重合、TX テクノロジーショーケースつくば,

2012.1.13

52 情野孝洋, ドナーアクセプター型共役系高分子薄膜の

液晶中での作成、TX テクノロジーショーケースつく

ば, 2012.1.13

53 石瀬一帆、川島裕嗣、後藤博正、'ビス（ピロール

－－イル）ビフェニルの合成とその電解不斉重合, 平

成 23 年度繊維学会年次大会, タワーホール船堀(ポス

ター) , 2011.

54 (ポスター賞)川畑公輔、後藤博正、配向液晶場を用い

た一軸異方性を有する共役系高分子薄膜の合成, 平成

23 年度繊維学会年次大会, タワーホール船堀(ポスタ

ー) , 2011.

55 楊帆、大川哲志、後藤博正、異なるらせんピッチを有

するコレステリック液晶中でのポリチオフェン誘導

体の合成, 平成 23 年度繊維学会年次大会, タワーホ

ール船堀(ポスター), 2011.

56 新田佑介、川島裕嗣、川畑公輔、後藤博正、ピリダジ

ンをベースとしたポリマーの液晶場における電解不

斉重合とその性質, 平成 23 年度繊維学会年次大会,

タワーホール船堀（口頭）, 2011.

57 川島裕嗣、後藤博正, ポリアニリンコンポジットＩ,

平成 23 年度繊維学会年次大会, タワーホール船堀

（口頭）2011.

58 左真弥、川島裕嗣、後藤博正、ポリアニリン�綿の複

合体の作製, , 平成23 年度繊維学会年次大会, タワー

ホール船堀（ポスター）2011.

59 川島裕嗣、新田佑介、後藤博正、液晶を溶媒とした電

解重合により作製した共役系ポリマーフィルムの電

気化学的・光学的性質, 第 60 回高分子学会年次大会、

大阪国際会議場(口頭) , 2011.

60 川畑公輔、後藤博正、ネマチック液晶中での電解重合

による配向性共役系高分子の合成, 第 60 回高分子学

会年次大会、大阪国際会議場（ポスター）2011.

61 印南 雄, 川島裕嗣, Kiebooms Rafael, 後藤博正, 光学

活性なアルキル鎖を有するポリイソチアナフテンの

合成と性質, 日本化学会第 5 回関東支部大会（ポスタ

ー）2011.

62 井関友和・後藤博正, ポリイソシアニドのキラル液晶

中 での合成と性質 (2011), 日本化学会第 5 回関東支

部大会, 2011.

63 新田佑介・川畑公輔・後藤博正, EDOT をベースとし

た三環型モノマーの合成 および液晶反応場における

電解不斉重合, 日本化学会第 5 回関東支部大会（ポス

ター）2011.

64 王傲寒、川島裕嗣・川畑公輔・後藤博正, Electrochemical

Polymerization of Thiophene Based Monomers in a Liquid

Crystal and Optical Properties of the Polymer Films,平成23

年度繊維学会秋季研究発表会 徳島文理大学香川キャ

ンパス（口頭）2011.

65 後藤博正,光制御型電解不斉重合, （平成 23 年度繊維

学会秋季研究発表会 徳島文理大学香川キャンパス(口

頭), 2011 .

66 （依頼講演）後藤 博正、ポリアニリンの光学活性エ

レクトロクロミズムと光学回転, 第 60 回高分子討論

会（口頭） 2011.

67 石瀬 一帆・川畑 公輔・後藤 博正、ピロールをベー

スとしたモノマーの合成とその液晶中電解重合, 第

60回高分子討論会（口頭）2011.

68 情野 孝洋・川畑 公輔・後藤 博正、フランをベース

とした分子内ドナーアクセプター型共役系高分子薄

膜の液晶中での電解不斉合成, 60回高分子討論会（口

頭）2011.

69 新田 佑介・川畑 公輔・後藤 博正、液晶反応場での

電解不斉重合により作製したPEDOT をベースとした

ポリマーフィルムの光学的性質, 60 回高分子討論会

（口頭） 2011.

70 Yu Innami, Hirotsugu Kawashima, Rafaël Kieboom,

HiromasaGoto, Synthesis and properties of

poly(isothianaphthene methine) with chiral side chains,

(oral) 60回高分子討論会, 2011.

71 Hirotsugu Kawashima, Yusuke Nitta, Hiromasa Goto, A

Green Colored Polymer Film Prepared by Electrochemical

Polymerization in a Cholesteric Liquid Crystalline Medium ,

(oral) 60回高分子討論会, 2011.

72 左真弥、後藤博正, ポリアニリン複合繊維, 科学技術

週間事業（2011 年 4 月 18 日，総合研究棟B，筑波大

学）(ポスター) 2011.

73 左真弥、後藤博正, TIMS研究交流会、ポリアニリン

と綿繊維複合体, 2011年6月25日（ポスター） 2011.

教員 秋本克洋 （数理物質系）

丸本一弘 （数理物質系）

櫻井岳暁 （数理物質系）

大学院生 Luo Xianjia （Ｄ３），Shenghao Wang（Ｄ

３），石東謙太（Ｍ２）、伊東壮哲（Ｍ２）、

辻大毅（Ｍ２）、堀崇之（Ｍ２）、石井崇

正（Ｍ２）、小田圭佑（Ｍ２），岸田大輝

（Ｍ２），黒田龍介（Ｍ２），弓波亮介（Ｍ

２），孫東鉉（Ｍ１）、高橋優貴（Ｍ１）、

永森達矢（Ｍ１）、Tran Viet Quoc （Ｍ１），

Gupta Amit（Ｍ１），岡田匡人（Ｍ１），

小松佳一郎（Ｍ１），高林悠太郎（Ｍ１），

Wang Chao（Ｍ１），山下正太（Ｍ１）

エネルギー変換コアでは光電、熱電、化学物質

への変換など各種のエネルギー変換材料探索、変

換メカニズムの研究およびエネルギー変換デバイ

スの開発を行っている。太陽光発電材料に関する

研究を主なテーマに取り上げ結晶欠陥や界面の電

子構造に関する研究を進めた。

【 1 】 Cu(In,Ga)Se2の結晶欠陥検出と同定

変換効率 22%以上の高効率太陽電池を実現する

ことを目指し、Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)中に形成される

欠陥の検出と同定を行った。ラマン分光法より

CIGS中にCu2Seが形成されることを見出し、これ

らの性質、原因を調べた。Cu2Seの形成はCIGSの

Ga組成が0.4以上で検出され、Ga組成とともに増

加することが分かった。Ga組成が同じCIGS にお

いて、Cu2Seの形成量が多いCIGSを用いたセルの

開放電圧および形状因子は Cu2Se の形成量が少な

い場合に比べ低い値を示し、Cu2Se の形成がデバ

イス特性に影響を与えていることを明らかにした。

特に、短絡電流よりも開放電圧に影響を与えてい

るため再結合中心として働いている可能性がある

ことが分かった。Cu2SeはCu空孔を形成しやすく、

Se化により作成された Cu2Seの抵抗率は 10-3Ωcm

程度、キャリア濃度 1020 cm-3, バンドギャップエ

ネルギー1.2 eV程度とされている。Cu2SeがCIGS

中に存在すれば、ポテンシャル井戸が形成された

効果を持つことになり、再結合中心として働くモ

デル提案をした。CIGSを意図的に酸化することに

より Cu2Se に起因するラマンピークが増大した。

さらにKCN処理でこれらのピーク強度が減少した

ことから酸化が Cu2Se 形成の原因となっているこ

とが明らかとなった。これらの結果より、結晶成

長あるいはデバイスプロセスにおいて酸化する環

境を極力減少させることが重要であることを示し

た。

【 2 】 有機分子界面の電子構造

有機デバイスの特性向上を目的に、太陽電池に

使われている(C60)/bathocuproine (BCP)/Ag 界面の電

子構造を光電子分光で調べた。BCP/Ag界面のエネル

ギー準位接続はすでに検討済みで、BCP の最低非占

準位と Ag のフェルミレベルがほぼ一致することを

明らかにしている。今回は、BCP と C60のエネルギ

ー準位接続がBCPの厚さによりどのように変化する

かを検討した。BCP 厚さが 1.6nm 以下の場合、BCP

の最低非占準位と C60 の最低非占準位がほぼ一致す

ることを見出した。これは Ag の拡散によって C60

と Ag との相互作用によりギャップ状態形成、電荷

移動等により形成されたと考えることができる。最

低非占準位がほぼ一致することにより電子輸送がス

ムースに行われると解釈できる。BCP と C60の系と

同様の現象であり金属と有機分子の相互作用に関し

て統一的な解釈ができる現象である。

【 3 】有機薄膜太陽電池の劣化機構の解明

有機薄膜太陽電池の劣化機構のミクロ解明を行

うため、電子スピン共鳴（ESR）法による研究を行

った。ESR測定可能な素子を作製し、ESRと素子特

性の同時測定を、同一素子を用いて室温真空下で

行った。その結果、暗状態の素子作製時に有機相

界面における電荷形成をミクロな観点から直接的

８．ナノグリーン機能分野 エネルギー変換コア 専任教員： 秋本克洋（数理物質系 電子・物理工学専攻・教授）

丸本一弘（数理物質系 物質創成先端科学専攻・准教授） 櫻井岳暁（数理物質系 電子・物理工学専攻・講師）

に明らかにすることに成功した。また、疑似太陽

光照射時に有機相界面のおける光生成電荷キャリ

アのトラップも明らかにした。これらの結果と素

子性能の低下・劣化との明瞭な相関を見出した。

なお、素子作製時の電荷形成の ESRによる直接観

測の成果はAdvanced Energy Materials (2012) に

掲載され、JST プレスリリースや記者会見、日刊

工業新聞、日経産業新聞、化学工業日報、科学新

聞などの新聞等でも報道された。

＜学位論文＞

・ 石井 崇正：パルスレーザーアニールを用いた窒化ガリ

ウムの転位低減化技術 (数理物質科学研究科、電子・

物理工学専攻、修士論文、2012.3). ・ 小田 圭祐：希土類添加GaNの成長と結晶評価 (数理

物質科学研究科、電子・物理工学専攻、修士論文、

2012.3).

・ 岸田 大輝：有機薄膜太陽電池における PbPc 層の結

晶性制御とその効果 (数理物質科学研究科、電子・物

理工学専攻、修士論文、2012.3).

・ 黒田 龍介：紫外光電子分光による有機物/有機物界

面の電子状態に関する研究 (数理物質科学研究科、電

子・物理工学専攻、修士論文、2012.3).

・ 弓波 亮介：アップコンバージョン発光機能を有する

Er添加 NaYF4ナノ粒子の結晶構造解析 (数理物質科

学研究科、電子・物理工学専攻、修士論文、2012.3).

・ 東謙太：有機EL素子材料のESRによる電荷状態の解

明 (数理物質科学研究科、物性・分子工学専攻、修士

論文、2012.3)

・ 伊東壮哲：PEDOT:PSS/pentacene 積層膜の ESR 評価

(数理物質科学研究科、物性・分子工学専攻、修士論文、

2012.3)

・ 辻大毅：ルブレン単結晶トランジスタとイオンゲルを

用いた立体規則性ポリ(3-ヘキシルチオフェン)トラン

ジスタの電子スピン共鳴による研究 (数理物質科学

研究科、物性・分子工学専攻、修士論文、2012.3)

・ 堀崇之：光誘起ESR法を用いた複合体型有機薄膜太陽

電池における電荷キャリアトラップ状態の解明 (数

理物質科学研究科、物性・分子工学専攻、修士論文、

2012.3)

＜論文＞

1. “Impact of Cu/III ratio on the near-surface defects in

polycrystalline CuGaSe2 thin films” M. M. Islam, A.

Uedono, S. Ishibashi, K. Tenjinbayashi, T. Sakurai, A.

Yamada, S. Ishizuka, K. Matsubara, S. Niki, K. Akimoto,

Appl. Phys. Lett., 98 , (2011) 112105.

2. “Time-Resolved Microphotoluminescence Study of

Cu(In,Ga)Se2”, T. Sakurai, K. Taguchi, M. M. Islam, S.

Ishizuka, A. Yamada, K. Matsubara, S. Niki, K. Akimoto, Jpn.

J. Appl. Phys., 50, (2011) 05FC01.

3. “Dependence of Se beam pressure on defect states in CIGS

solar cells” T. Sakurai, M.M.Islam, H. Uehigashi, A. Yamada,

S. Ishizuka, K. Matsubara, S. Niki, K. Akimoto, Sol. Energy

Mat. Sol. Cells, 95 (2011) 227-230.

4. “Determination of Cu(In,Ga)3Se5 defect phase in CIGS

material by Rietveld analysis” M.M.Islam, T. Sakurai, S.

Otagiri, S. Ishizuka, A. Yamada, K. Sakurai, K. Matsubara, S.

Niki, K. Akimoto, Sol. Energy Mat. Sol. Cells, 95 (2011)

231-234.

5. “Cu-dependent phase transition in polycrystalline CuGaSe2 thin

films grown by three-stage process” M. M. Islam, A. Yamada,

T. Sakurai, M. Kubota, S. Ishizuka, K. Matsubara, S. Niki, and

K. Akimoto, J. Appl. Phys., 110, (2011) 014903.

6. “Effect of Ga/Cu Ratio on Polycrystalline CuGaSe2 Thin Film

Solar Cell” M.M. Islam, A. Yamada, T. Sakurai, S. Ishizuka, K.

Matsubara, S. Niki, and K. Akimoto, Appl. OptoElectron.,

2011 (2011) 573094.

7. “Thickness study of Al:ZnO film for application as a window

layer in Cu(In1−xGax)Se2 thin film solar cell” M.M.Islam, S.

Ishizuka, A. Yamada, K. Matsubara, S. Niki, T. Sakurai, K.

Akimoto, Appl. Surf. Sci., 257 (2011) 4026.

8. “Structural control of organic solar cells based on nonplanar

metallophthalocyanine/C60 heterojunctions using organic buffer

layers”, T. Sakurai, T. Ohashi, H. Kitazume, M. Kubota, T.

Suemasu, K. Akimoto, Org. Electron., 12 (2011) 966.

9. “Effect of doping on metal doped semiconductor” B. M. Datt,

S. Suzuki, T. Sakurai, and K. Akimoto, Current Appl. Phys.,

11 (2011) 188-190.

10. “Barrier formation at organic-metal interfaces studied by

density functional theory” B. M. Datt, S. Suzuki, T. Sakurai,

and K. Akimoto, Current Appl. Phys., 11 (2011) 447-450.

11. “Electron Spin Resonance of Organic Devices”, S. Kuroda

and K. Marumoto, Encyclopedia of Nanoscience and

Nanotechnology (second edition), ed. H. S. Nalwa

(American Scientific Publishers, California, 2011) Volume

13: Pages (481-496).

12. “Improved Efficiency of Bulk-Heterojunction Organic

Thin-Film Solar Cells by Adding Glycerol to PEDOT:PSS

Solutions for Fabricating Buffer Layers”, K. Marumoto, Y.

Yamaki, T. Fujimori and T. Mori, Journal of the Japan

Institute of Energy 90 (2011) 461-465.

13. “Electron Spin Resonance Study of Interface Trap States and

Charge Carrier Concentration in Rubrene Single-Crystal

Field-Effect Transistors”, M. Tsuji, N. Arai, K. Marumoto, J.

Takeya, Y. Shimoi, H. Tanaka, S. Kuroda, T. Takenobu and Y.

Iwasa, Applied Physics Express 4(8) (2011)

085702-1-085702-3.

14. 「Electron Spin Resonance (ESR)法を用いた有機半導体

薄膜デバイスのミクロ特性評価」、有機半導体薄膜の機

器分析、丸本一弘、（応用物理学会 有機分子・バイオ

エレクトロニクス分科会、東京、2011) （41-50頁）.

15. “Electron Spin Resonance of Thin Films of

N,N'-di(1-naphthyl)-N,N'-diphenylbenzidine (NPB) Doped

by Iodine Vapor”, K. Azuma, D. Son, K. Marumoto, M.

Kijima and Y. Shimoi, Chemistry Letters 41(2) (2012)

191-193.

16. 「低電圧駆動塗布型有機トランジスタの電子スピン」、

有機デバイスのための塗布技術、 丸本一弘、（シーエ

ムシー出版、東京、2012） 第3章4節（78-86頁）.

17. “Charge Formation in Pentacene Layers During Solar-Cell

Fabrication: Direct Observation by Electron Spin

Resonance”, K. Marumoto, T. Fujimori, M. Ito and T. Mori,

Advanced Energy Materials 2(5) (2012) 591-597.

＜講演＞

国際会議

1. “Influence of Ga/III ratio on defect properties of

Cu(In,Ga)Se2”, T. Sakurai, M. M. Islam, H. Uehigashi, S.

Ishizuka, A. Yamada, K. Matsubara, S. Niki, and K.

Akimoto, 14th International Conference on Defects

Recognition, Imaging and Physics in Semiconductors

(DRIP-XIV), September 26-30, Miyazaki, Japan.

2. （招待講演）“Relationship of CIGS growth condition and

defect properties” T.Sakurai, M.M.Islam, S.Ishizuka,

A.Yamada, H.Shibata S.Niki, K.Akimoto, The 1st

International Conference on CIGS Solar Cells and

Electronic Materials, October 14, 2011, Taipei, Taiwan.

3. “DEFECT PHASE CHARACTERIZATION OF

Cu(In,Ga)Se2 THIN FILMS BY RAMAN SCATTERING

SPECTROSCOPY” Y. Takabayashi, T. Sakurai, T.

Shimizu, A. Yamada, S. Ishizuka, S. Niki and K. Akimoto,

21st International Photovoltaic Science and Engineering

Conference, November 28-December 2, Fukuoka, Japan.

4. “CHARACTERIZATION OF Cu(In,Ga)Se2 THIN FILM

SOLAR CELLS BY TWO WAVELENGTH EXCITED

PHOTO-CAPACITANCE SPECTROSCOPY” A. Gupta,

N. Hiraoka, T. Sakurai, A. Yamada, S. Ishizuka, S. Niki and

K. Akimoto, 21st International Photovoltaic Science and

Engineering Conference, November 28-December 2,

Fukuoka, Japan.

5. “A SIMPLE AND LESS TOXIC SYNTHESIS

METHOD FOR HEXAGONAL –PHASE NaYF4:Er

UPCONVERSION NANOCRYSTALS” X. Luo, R.

Yuminami, T. Sakurai and K. Akimoto, 21st International

Photovoltaic Science and Engineering Conference,

November 28-December 2, Fukuoka, Japan.

6. “EFFECT OF SPACER LAYER THICKNESS ON

MULTI-STACK InGaAs QUANTUM DOTS GROWN

ON GaAs (311)B SUBSTRATE FOR USE IN

INTERMEDIATE BAND SOLAR CELLS” Y. Shoji, K.

Narahara, H. Tanaka, T. Kita, K. Akimoto and Y. Okada,

21st International Photovoltaic Science and Engineering

Conference, November 28-December 2, Fukuoka, Japan.

7. “ENERGY LEVEL ALIGNMENT OF Ca/BCP/C60

INTERFACES” S. Wang, T. Sakurai, R. Kuroda, H. Kato

and K. Akimoto, 21st International Photovoltaic Science

and Engineering Conference, November 28-December 2,

Fukuoka, Japan.

8. “Study on the electronic properties of C60 and

bathocuproine interface using ultraviolet photoelectron

spectroscopy”, S. Wang, T. Sakurai, R. Kuroda, S.

Toyoshima, H. Kato and K. Akimoto, The 6th

Japan-Sweden Workshop on Advanced Spectroscopy of

Organic Materials for Electronic Applications

(ASOMEA-VI), November 24-26, Ishikawa, Japan.

9. “Theoretical study of interaction between bathocuproine

and various types of metals” M.D.Bhatt, T.Sakurai,

S.Suzuki, K.Akimoto, E-MRS 2011 Spring Meeting, May

9-13, 2011, Nice, France.

10. （招待講演）“Interface control of small molecule-based

organic solar cells” T. Sakurai, 2011 Workshops on

Nanotechnology and Solar Cells & Green Chemical

Processes and Materials, June 18, 2011, Taisan, Taiwan.

11. （招待講演）”Defect Characterization of Cu(In1-xGax)Se2

Solar Cell Material Grown by Three-Step Method”, K.

Akimoto, M. M. Islam, H. Uehigashi, K. Taguchi, T.

Sakurai, S. Ishizuka, A. Yamada, K. Sakurai, K. Matsubara,

and S. Niki, The 5th International conference on

Nanophotonics, 22-26 May 2011 Fudan University,

Shanghai, China

12. “Concentration quenching mechanism in PL of Er doped

GaN”, S. Chen, T. Sekiguchi, S. Tomota, H. Kudo, T.

Sakurai and K. Akimoto, E-MRS Fall Meeting, 18-23

September, 2011, Warsaw University of Technology,

Poland.

13. Y. Shimoi, K. Marumoto, S. Kuroda, “Theoretical ESR g

Values in Rubrene and Oligoacenes: Implication to

Molecular Orientation at Interfaces in Organic FETs”

<Oral>, KJF International Conference on Organic

Materials for Electronics and Photonics (KJF-ICOMEP),

OTM-O-11, Gyeongju, Korea, September 15-18, 2011.

14. Y. Shimoi, S. Obata, K. Azuma, D. Son, K. Marumoto,

“Theoretical investigation on geometrical and electronic

properties of hole transport material NPB”, KJF

International Conference on Organic Materials for

Electronics and Photonics (KJF-ICOMEP), Gyeongju,

Korea, September 17, September 15-18, 2011.

15. H. Tanaka, M. Hirate, S. Watanabe, H. Ito, K. Marumoto, T.

Takenobu, Y. Iwasa and S. Kuroda, “Direct Observation

of Charge Carrier Concentrations in Operating Field-Effect

Transistors of Pentacene by Electron Spin Resonance”

<Oral>, International Conference on Solid State Devices

and Materials：SSDM 2011, Nagoya, Japan, September

28-30, 2011.

16. M. Tsuji, Y. Takahashi, Y. Yomogida, T. Takenobu, Y. Iwasa

and K. Marumoto, “Electron spin resonance study of ion

gel-gated polymer transistors”, Tsukuba International

Workshop on Science and Patents 2011, 1P47, Tsukuba,

Japan, October 20, 2011.

17. K. Marumoto and T. Nagamori, “Evaluation of

microscopic properties of organic solar cells by

light-induced electron spin resonance” <Oral>, The 21st

International Photovoltaic Science and Engineering

Conference (PVSEC-21), Fukuoka, Japan, December 1,

November 28-December 2, 2011.

18. B. Cense, H. Ito, C. Joo, Y. Lim, T. Nagamori, K.

Marumoto, Y. Yasuno and T. Yatagai, “Phase sensitive

optical coherence tomography for organic solar cell

characterization” <Oral>, SPIE Photonics West 2012,

Organic Photonic Materials and Devices XIV, 8258-15,

California, USA, January 21-26, 2012.

19. K. Marumoto, “Microscopic Properties of Organic Solar

Cells as Investigated by Light-Induced Electron Spin

Resonance”, JST-PRESTO International Joint

Symposium on Photo-Science Leading to a Sustainable

Society: Environment, Energy, Functional Materials, 3PD -

137, Yokohama, Japan, March 27, March 26-27, 2012.

国内会議

1. “ラマン散乱分光法による Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽電

池の評価”, 高林悠太郎，清水泰介，櫻井岳暁，山

田昭政，石塚尚吾，松原浩司，仁木 栄，秋本克洋,

平成23年秋季 第72回応用物理学会学術講演会（山

形大学, 平成23年8月29日-9月2日）

2. “二波長励起フォトキャパシタンス法による

Cu(In,Ga)Se2 薄膜太陽電池の評価” アミット グプ

タ，平岡則務，櫻井岳暁，山田昭政，石塚尚吾，仁

木 栄，松原浩司，秋本克洋, 平成 22年秋季 第 71

回応用物理学会学術講演会，平成23年秋季 第72回

応用物理学会学術講演会（山形大学, 平成23年8月

29日-9月2日）

3. “CIGS 太陽電池のポテンシャル-組成・欠陥制御か

ら高性能低コスト太陽電池へ-” 仁木 栄，石塚尚

吾，小牧弘典，古江重紀，柴田 肇，松原浩司，山

田昭政，寺田教男，櫻井岳暁，秋本克洋，大平俊行，

鈴木良一，石橋章司, , 平成 23年秋季 第 72回応用

物理学会学術講演会（山形大学, 平成 23 年 8 月 29

日-9月2日）

4. “希土類元素Erを用いた波長変換材料の検討”, 弓

波亮介，羅 顕佳，秋本克洋，櫻井岳暁平成23年秋

季 第 72 回応用物理学会学術講演会（山形大学, 平

成23年8月29日-9月2日）

5. “紫外光電子分光によるC60/BCP 界面の電子構造に関

する研究”, 黒田龍介，王生浩，豊島 晋，櫻井岳

暁，加藤博雄，秋本克洋, 平成23年秋季 第72回応

用物理学会学術講演会（山形大学, 平成23年8月29

日-9月2日）

6. “反応性高周波プラズママグネトロンスパッタリン

グ法によって製膜された重水素添加アモルファスカ

ーボンの光学的,構造的特性”, 岡田匡人，竹本直嗣，

関場大一郎，櫻井岳暁，秋本克洋, 平成23年秋季 第

72回応用物理学会学術講演会（山形大学, 平成23年

8月29日-9月2日）

7. “イオンビーム分析による a-C:H への水素取り込み

過程の研究”, 竹本直嗣，関場大一郎，石井聡，岡

田匡人，櫻井岳暁，秋本克洋, 平成 23年秋季 第 72

回応用物理学会学術講演会（山形大学, 平成 23年 8

月29日-9月2日）

8. (招待講演) “有機薄膜太陽電池の概要～界面の話題

を中心に～”, 櫻井岳暁, 有機太陽電池研究会（和

歌山大学, 平成23年7月28日）

9. (招待講演) “有機薄膜太陽電池における界面制御と

評価”, 櫻井岳暁, 表面技術協会 第 42 回『ナノテ

ク部会』研究会「クリーンエネルギー創製のための

ナノ材料開発」（産業技術総合研究所 臨海副都心セ

ンター別館（東京）, 平成23年8月22日）

10. (招待講演) “CIGS太陽電池ならびに有機薄膜太陽電

池のエネルギー損失に関する研究”, 櫻井岳暁, 第3

回半導体デバイス若手ワークショップ（ホテルメリ

ージュ（宮崎市）, 平成23年11月11日）

11. (招待講演)” 有機薄膜太陽電池の物性評価”, 櫻井

岳暁, 電子情報技術産業協会（JEITA）電子材料・デ

バイス技術専門委員会太陽電池技術分科会 第5回委

員会（JEITA（東京）, 平成23年12月19日）

12. (招待講演)” 有機薄膜太陽電池における界面物性”,

櫻井岳暁, 秋本克洋，第21回日本MRS学術シンポジ

ウム（MRS-J）【セッションA】先端プラズマ技術が拓

くナノマテリアルズフロンティア（横浜開港記念会

館（横浜市）, 平成23年12月21日）

13. “酸化による Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽電池への影響の

評価”, 高林悠太郎，清水泰介，櫻井岳暁，山田昭

政，石塚尚吾，松原浩司，仁木栄，秋本克洋，平成

24年春季 第 59回応用物理学関係連合講演会（早稲

田大学, 平成24年3月15日-3月18日）

14. “二波長励起フォトルミネッセンス法による

Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽電池の評価” グプタアミット，

平岡則務，櫻井岳暁，山田昭政，石塚尚吾，仁木栄，

秋本克洋，平成24年春季 第59回応用物理学関係連

合講演会（早稲田大学, 平成24年3月15日-3月18

日）

15. “Gap states induced energy level alignment of

fullerene (C60)/bathocuproine (BCP)

heterojunction interface”, 王生浩，櫻井岳暁，

黒田龍介，豊島晋，加藤博雄，秋本克洋, 平成24年

春季 第 59 回応用物理学関係連合講演会（早稲田大

学, 平成24年3月15日-3月18日）

16. “分子構造の異なるカルバゾール系化合物における

有機/金属界面電子物性”, 櫻井岳暁, 王生活, 黒田

龍介, 間瀬一彦, 秋本克洋, 平成24年春季 第59回

応用物理学関係連合講演会（早稲田大学, 平成24年

3月15日-3月18日）

17. 丸本一弘、永森達矢、堀崇之、「有機薄膜太陽電池に

おける光生成電荷キャリアの電子スピン共鳴検出と

素子性能低下との相関」、第 8 回 「次世代の太陽光

発電システム」 シンポジウム、J-21、じゅうろくプ

ラザ、岐阜、6月30日、2011年6月30日-7月1日

18. 丸本一弘、「有機デバイスのミクロ特性評価用の電子

スピン測定装置」（招待講演）、JST筑波大学新技術説

明会、科学技術振興機構 JSTホール、東京、2011年

7月19日

19. 東謙太、孫東鉉、丸本一弘、下位幸弘、木島正志、

森竜雄、「ホール輸送材料NPB薄膜中のキャリア状態

のESRによる解析」、2011年秋季 第72回応用物理学

会学術講演会、30a-Q-9、山形大学、山形、2011年8

月29日-9月2日

20. 玉浦祐介、近松真之、則包恭央、阿澄玲子、田村雅

史、辻大毅、丸本一弘、「自己組織化膜ゲート絶縁層

を用いた溶液プロセスによる有機薄膜トランジスタ

（２）」、2011年秋季 第 72回応用物理学会学術講演

会、30a-R-13、山形大学、山形、2011年8月29日-9

月2日

21. 辻大毅、高橋優貴、蓬田陽平、竹延大志、岩佐義宏、

丸本一弘、「イオンゲルを用いたRR-P3HT薄膜トラン

ジスタの電子スピン共鳴」、2011年秋季 第72回応用

物理学会学術講演会、1a-R-5、山形大学、山形、2011

年8月29日-9月2日

22. 永森達矢、堀崇之、丸本一弘、「有機薄膜太陽電池に

おける光誘起電子スピン共鳴の強度増加と素子性能

低下との相関」、2011年秋季 第72回応用物理学会学

術講演会、2a-L-7、山形大学、山形、2011年8月29

日-9月2日

23. 丸本一弘、辻大毅、高橋優貴、蓬田陽平、竹延大志、

岩佐義宏、「イオンゲルを用いた高分子薄膜トランジ

スタの電場誘起ESR」、日本物理学会2011年秋季大会、

22aTG-8、富山大学、富山、2011年9月21日-24日

24. 平手将隆、渡辺峻一郎、田中久暁、伊東裕、黒田新

一、丸本一弘、竹延大志、岩佐義宏、「有機電界効果

トランジスタの動作状態における電場誘起キャリア

のESR観測」、日本物理学会2011年秋季大会、22pTG-8、

富山大学、富山、2011年9月21日-24日

25. 丸本一弘、永森達矢、「光誘起電子スピン共鳴による

有機太陽電池のミクロ特性評価」（招待講演）、第 60

回高分子討論会、3O04、岡山大学、岡山、9月30日、

2011年9月28日-30日

26. 丸本一弘、「ESR による有機薄膜太陽電池の特性低下

機構のミクロ解析」（招待講演）、第 1 回つくばグリ

ーンイノベーションフォーラム 「有機薄膜太陽電池

の基礎と最新研究動向」、筑波大学、つくば、2011年

11月8日

27. 永森達矢、堀崇之、丸本一弘、「バルクヘテロジャン

クション型有機太陽電池の素子劣化における太陽電

池特性と光誘起電子スピン共鳴との相関」、第1回つ

くばグリーンイノベーションフォーラム 「有機薄膜

太陽電池の基礎と最新研究動向」、P-09、筑波大学、

つくば、2011年11月8日

28. 堀崇之、永森達矢、丸本一弘、「有機薄膜太陽電池に

おける光生成電荷キャリアのトラップ状態の光誘起

電子スピン共鳴による評価」、第1回つくばグリーン

イノベーションフォーラム 「有機薄膜太陽電池の基

礎と最新研究動向」、P-10、筑波大学、つくば、2011

年11月8日

29. 伊東壮哲、丸本一弘、「有機太陽電池積層膜

PEDOT:PSS/pentacene界面における電荷分離のESR研

究」、第1回つくばグリーンイノベーションフォーラ

ム 「有機薄膜太陽電池の基礎と最新研究動向」、P-11、

筑波大学、つくば、2011年11月8日

30. 丸本一弘、「Electron Spin Resonance (ESR)法を用

いた有機半導体薄膜デバイスのミクロ特性評価」

（招待講演）、応用物理学会有機分子・バイオエレク

トロニクス分科会講習会 「有機半導体薄膜の機器分

析」、産業技術総合研究所臨海副都心センター、東京、

2011年11月11日

31. 丸本一弘、永森達矢、「光誘起電子スピン共鳴を用い

た有機薄膜太陽電池の電荷キャリアトラップ機構の

解明」、第50回電子スピンサイエンス学会年会、3A-04、

仙台国際センター、仙台、11月18日、2011年11月

16日-18日

32. 辻大毅、高橋優貴、松本大佑、蓬田陽平、竹延大志、

岩佐義宏、丸本一弘、「イオンゲルを用いた RR-P3HT

薄膜トランジスタの電子スピン共鳴(2)」、2012 年春

季 第59回応用物理学関係連合講演会、15p-GP11-11、

早稲田大学、東京、2012年3月15日-18日

33. 丸本一弘、「光誘起ESR法による有機薄膜太陽電池の

電荷キャリアトラップ機構のミクロ評価」（招待講

演）、2012年春季 第59回応用物理学関係連合講演会、

シンポジウム「薄膜シリコン太陽電池と有機薄膜太

陽電池のサイエンス」、16a-F7-6、早稲田大学、東京、

2012年3月15日-18日

34. 孫東鉉、東謙太、丸本一弘、下位幸弘、「Mgドーピン

グされた有機発光材料 Alq3薄膜の電子スピン共鳴」、

2012 年春季 第 59 回応用物理学関係連合講演会、

18a-F7-3、早稲田大学、東京、2012年 3月 15日-18

日

35. 丸本一弘、「有機薄膜太陽電池の劣化機構のミクロ解

明と耐久性向上」（招待講演）、NEDO－JST意見交換会

（戦略的創造研究推進事業）、NEDO 川崎本部、川崎、

2012年3月22日

36. 丸本一弘、辻大毅、高橋優貴、松本大佑、蓬田陽平、

竹延大志、岩佐義宏、「イオンゲルを用いた有機トラ

ンジスタの高電荷密度状態のESR研究」、日本物理学

会第67回年次大会、25pYF-3、関西学院大学、西宮、

2012年3月24日-27日

教員 西村賢宣（数理物質系）

百武篤也（数理物質系）

大学院生 池田 愛（数理物質科学研究科Ｍ２）

太田 実希（数理物質科学研究科Ｍ２

島岡裕美子（数理物質科学研究科Ｍ２）

滝澤 努（数理物質科学研究科Ｍ２）

田崎 聡美（数理物質科学研究科Ｍ２）

田中 佑二（数理物質科学研究科Ｍ２）

中里 聡（数理物質科学研究科Ｍ２）

片岡 佳代子（数理物質科学研究科Ｍ1）

小林 拓也（数理物質科学研究科Ｍ1）

本田 拓也（数理物質科学研究科Ｍ1）

森山 晴加（数理物質科学研究科Ｍ1）

分子光機能コアでは、分子の光機能性と光反応

ダイナミクスに関する研究を分子や高分子の合成

から光応答性、励起状態の特性などを検討して 行った。特に、分子に複数の機能性部位を導入し

た化合物を合成し、研究を行った。すなわち、デ

ンドリマー型巨大分子の中心に光応答性分子を導

入したときに期待される大きな物性変化や二重結

合の光応答性とカップルした分子内水素結合系化

合物の研究を行い、さらに、生命現象解明に有用

なケージド化合物の開発も行った。さらに光応答

性イオン液体を合成し、蛍光特性の可逆的変化も

可能にした。以下にいくつかの概要を示す。

【 1 】 ジフェニルブタジエンデンドリマー ジフェニルブタジエンは、光異性化や蛍光発光

を示す分子であり、近年では、結晶中や凍結溶媒

中など束縛環境下でのみ起こる興味深い光異性化

反応が報告されている。本研究では、第2世代の

メチルエステル末端の脂溶性デンドリマー(BD)

を合成し、これを加水分解することで水溶性デン

ドリマー(WBD)を得た(Fig.1)。比較対象としてテ

トラメトキシジフェニルブタジエン(1)を用い、脂

溶性デンドリマーとあわせてTHF中、水溶性デン

ドリマーは KOH 水溶液中で測定を行い、両者の

溶液中での基本的な光物理過程の解明と各種量子

収率の算出から光化学的性質について検討した。

化合物１とBD の吸収、蛍光、励起スペクトルは

非常に類似した形状を示し、デンドリマー化によ

る吸収・蛍光特性に与える影響は小さいことが確

認された。一方、水溶性デンドリマーWBDでは、

振動構造が消失しモル吸光係数が 2/3 程度に減少

した。蛍光スペクトル測定から、WBDは405 nm

付近に蛍光極大波長を有し、BDよりも 10 nmほ

ど長波長にシフトした。さらに、WBD は波長に

よって蛍光スペクトル形状及び蛍光強度が変化し

た。このような吸収や蛍光の挙動は、疎水相互作

用のためにコア近傍にデンドロンが収縮し、コア

部位の芳香環の二面角へひずみがかかった構造の

存在を示唆する結果である b)。また蛍光寿命測定

からもWBD では 3 成分の寿命が観測され、多様

な構造の存在が支持された。化合物１とBD は光

照射によって、trans, trans体から cis, trans体への

光異性化反応を起こした。異性化量子収率(Φiso)

は、化合物１で 0.26 に、BD で 0.14 であった。

WBD においても光異性化反応が進行し、Φiso =

0.64 と非常に高い値を示した。さらに、光照射に

伴う蛍光スペクトル変化から、最終的に trans, trans体の蛍光はほとんど消失し、cis, trans体もし

９．ナノグリーン機能分野 分子光機能コア

専任教員： 新井達郎（数理物質系・化学専攻・教授） 西村賢宣（数理物質系・化学専攻・准教授） 百武篤也（数理物質系・化学専攻・講師）

Fig. 1 Structures of 1, BD, and WBD.

くはcis, cis体への選択的な異性化反応の進行が示

唆された。このような trans, trans体からの選択的

かつ非常に高い異性化量子収率の報告例は、ほと

んどなく、ロドプシン中のレチナール等、非常に

特異的な環境においてのみ観測される興味深い結

果である。これらの光反応に対する温度や外部環

境の効果、高世代のデンドリマーにおける光化学

的挙動の研究が今後の課題である。

【 2 】機能性分子内水素結合系化合物

分子内水素結合を二重結合のシスートラン

ス異性化で制御できる系は分子内に光応答部

位を複数有するため、それらの共同効果の観点

からも興味深い。Fig. 2に示す黄緑色に発光し

ている結晶は、分子量＝170程度の分子内水素

結合部位を有するピリジン環とピロール環を

連結した化合物のシス体である。この分子に紫

外光を照射すると、励起状態で分子内水素原子

移動により生じた互変異性体から、可視領域に

蛍光が放射される。そのため、吸収帯と発光帯

の重なりが殆ど無く、結晶中のように分子が密

になっていても蛍光が再吸収されない利点を

持つ。また、ピリジン環とキノキサリン骨格を

有する分子内水素結合系分子（シス体）では、

蛍光極大波長および蛍光量子収率が溶媒の性

質に大きく依存した。特にアセトニトリルや

DMSO のような非プロトン性極性溶媒におい

て量子収率が大きく、プロトン性溶媒および非

極性溶媒中で顕著に発光効率が低下した。 【３】アリールアセチレンを有する分子内水素結

合系化合物の光化学 π共役性と蛍光性を併せ持つアリールアセチレ

ンを有するHC及びHA誘導体を合成し（Fig. 3）、

各種分光学的測定及び解析により、光誘起水素原

子移動反応とその蛍光特性について検討した。

合成したすべてのHC 誘導体から、ストークスシ

フトの大きな互変異性体由来の蛍光が観測された。

特に、アリールアセチレンを 2 か所に導入した 1

の蛍光量子収率は、HC と比較して 100 倍近く高

い値を示した(Table 1)。これらの結果は、分子内

Fig. 2 Solid state fluorescence of pyridine-pyrrole conjugated molecule.

Fig 3. Chemical structures of HC derivatives.

O OH

2

O OH

3

O OH

1

λAbs

/ nmλFl

/ nmE ss

/ cm-1

ΦFl (r.t.)

/ 10-5

ΦFl (77 K)

/ 10-5

1 383 641 11,000 9.1 100

2 341, 372 629 13,000 6.7 150

3 362 630 12,000 1.1 25

HC 318, 360 ― ― < 0.10 < 0.10

Table 1. Experimental values of 1-3 and HC.

Fig. 4. Chemical structures of HA derivatives.

4-Substituted

O OH

Ar

5-Substituted

O OH

Ar

Ph:Ar=

Np:Ar=

Phen:Ar=

Py:Ar=

An:Ar=

Amino:Ar= N

水素原子移動による互変異性化に伴い生成する新

たなC=C 結合部位の電子密度増大とπ共役の拡張

に起因すると考えられる。また、77 Kの凍結溶媒

中では無輻射失活過程は抑制され、蛍光量子収率

はより増大した。さらに、Fig. 4 に示すように 6

種類のアリールアセチレン基を 4, 5位に導入した

HA 誘導体は、特異的な分子内水素原子移動反応

を与えた。

【 4 】ジベンゾチオフェン骨格を有するケージド

化合物

ジベンゾチオフェンを基本骨格とした分子に置

換基を導入してケージング基（NDBTA基）とし

て、酢酸を保護したケージド化合物 NDBTA-Acを合成し、メタノール中で光化学的測定を行った。

その結果、420 nm 付近まで吸収帯を持ち、実用

的な光励起が可能であること、及び光分解量子収

率ΦPが 0.29 と高効率で分解反応を起こす結果を

得た。従って、この骨格の化合物がケージド化合

物として応用可能であることが分かった。 また、NDBTA-Acは水-MeOH混合溶液中にお

いて水の割合が増加すると、光分解効率が著しく

低下した。実際、緩衝溶液(PBS Buffer)中におけ

るΦPは0.001以下であったのに対し、界面活性剤

CHAPS（20 mM）水溶液中でのΦPは0.27とな

り、PBS Buffer 中より 270 倍以上大きい値が得

られた。これはNDBTA-Ac がCHAPSに取り込

まれることで、ミセルにより均一に分子が溶解す

るため、凝集体を形成することなく自己消光が抑

制されたためであると考えられる。

＜学位論文＞ ・ 池田愛：ポリグルタミン酸を有するスチルベンデンド

リマーの光化学的挙動 (数理物質科学研究科、化学専

攻、修士論文、2012.3)

・ 太田実希：ジイオン液体の特性を有する二重結合系の

合成と光化学 (数理物質科学研究科、化学専攻、修士

論文、2012.3)

・ 島岡裕美子：血清アルブミン存在下のスチルベン誘導

チアの光化学的挙動(数理物質科学研究科、化学専攻、

修士論文、2012.3)

・ 滝澤務：カルボキシラート表面官能基を有するスチル

ベンデンドリマーの光化学的挙動 (数理物質科学研

究科、化学専攻、修士論文、2012.3)

・ 田崎聡美：アリールアセチレンを有する分子内水素結

合系化合物の光誘起分子内水素原子移動反応と蛍光

特性 (数理物質科学研究科、化学専攻、修士論文、

2012.3)

・ 田中祐二：フルオレン及びジベンゾチオフェン骨格を

有する新規ケージド化合物の合成と光化学 (数理物

質科学研究科、化学専攻、修士論文、2012.3)

・ 中里聡：スチルベンデンドリマーの高効率エネルギー

移動と光異性化 (数理物質科学研究科、化学専攻、修

士論文、2012.3)

＜論文＞ 1. Y. Miura, A. Momotake, T. Sato, Y. Kanna, M. Moriyama, Y.

Nishimura, and T. Arai, Energy Transfer and trans–cis

Isomerization in Dendrimer Aggregates, Bull. Chem. Soc. Jpn.,

84, 363-365 (2011). BCSJ Award

2. M. Tabuchi, A. Momotake, Y. Kanna, Y. Nishimura, and T.

Arai, Extremely Efficient and Long Lifetime Fluorescence of

cis-Stilbene Contained in a Rigid Dendrimer, Photochem.

Photobiol. Sci., 10, 1521-1523 (2011).

3. Y. Miura, A. Momotake, Y. Kanna, Y. Nishimura, and T. Arai,

Unusually efficient trans-to-cis photoisomerization of

diphenylbutadiene dendrimers in water, Photochem. Photobiol.

Sci., 10, 1524-1526 (2011).

4. Y. Kanemoto, M. Matsuzaki, S. Morita, T. Hayama, J.

Noguchi, N. Senda, A. Momotake, T. Arai, and H. Kasai,

Spatial Distributions of GABA Receptors and Local Inhibition

of Ca2+ Transients Studied with GABA Uncaging in the

Dendrites of CA1 Pyramidal Neurons, PLOS ONE, 6, e22652

(2011).

5. K. Hirakawa, T. Hirano, Y. Nishimura, T. Arai, and Y. Nosaka,

Dynamics of the Singlet Oxygen Generation by DNA-binding

Photosensitizers, Photochem. Photobiol, 87, 833-839 (2011).

6. T. Takizawa and T, Arai, Remote Controlled Intramolecular

Exciplex Formation and Enhanced Photoisomerization in

Stilbene-cored Poly(benzyl ether) Dendrimers with

Alkoxycarbonyl Surface Functional Groups, Chem. Lett. 40,

1124-1126 (2011)

7. S. Ikedu, Y. Nishimura, and T, Arai, Kinetics of Hydrogen

Bonding between Anthracene Urea Derivatives and Anions in

the Excited State, J. Phys. Chem. A, 115, 8227-8233 (2011).

8. Y. Miura, A. Momotake, Y. Kanna, Y. Nishimura, and T. Arai,

Extremely efficient photoisomerization of water-soluble

diphenylbutadiene dendrimers, Dyes and Pigments, 92,

802-806 (2012).

9. S. J. Choi, J. Kuwabara, Y. Nishimura, T. Arai, and T. Kanbara,

Two-step Changes in Luminescence Color of Pt(II) Complex

Bearing an Amide Moiety by Mechano- and Vapochromism,

Chem. Lett., 41, 65-67 (2012).

10. T. Honda, A. Momotake, and T. Arai,

N-Acyl-N-carboxymethyl-2-nitroaniline and its analogues: a

new class of water-soluble photolabile precursor of carboxylic

acids, Photochem. Photobiol. Sci., 2012, 11, 493-496.

11. K. Hirakawa, T. Hirano, Y. Nishimura, T. Arai, and Y. Nosaka,

Dynamics of the Singlet Oxygen Generation by DNA-binding

Photosensitizers, J. Phys. Chem. B, 116, 3037-3044 (2012).

・＜講演＞

国際会議

1. Tatsuo Arai, Synthesis, photochemistry and photodynamics

of functionalized dendrimers, 7th International Dendrimer

Symposium (IDS7) (Gaithersburg, Maryland, USA )

2011.6.26-7.1 (招待講演)

2. Satomi Tasaki and Tatsuo Arai, Specific Intramolecular

Hydrogen Atom Transfer Reaction of Acetophenone

Derivatives Having Arylacetylene Substituent, The 8th

Korea-Japan Symposium on Frontier Photoscience (Korea)

2011.10.28-31 (Poster)

3. Satoshi Nakazato and Tatsuo Arai, Photoisomerization via

efficient energy transfer in stilbene dendrimer The 8th

Korea-Japan Symposium on Frontier Photoscience (Korea)

2011.10.28-31 (Poster)

4. Takuya Kobayashi and Tatsuo Arai, Isomerization and

fluorescence characteristics of Pyrrolylethenes having two

hetero aromatic rings, The 8th Korea-Japan Symposium on

Frontier Photoscience (Korea) 2011.10.28-31 (Poster)

5. Kazutaka Hirakawa, Shigetoshi Okazaki, Yoshinobu

Nishimura, Tatsuo Arai, and Hiroshi Segawa, Determination

of Type I and Type II Mechanisms for Photosensitized

Protein Damage by Porphyrin Phosphorus(V) Complex, The

8th Korea-Japan Symposium on Frontier Photoscience

(Korea) 2011.10.28-31 (Poster)

6. Tsutomu Takizawa, Yousuke Miura, Satoshi Nakazato,

Atsuya Momotake, Yoshinobu Nishimura, and Tatsuo Arai,

Photoisomerization and energy transfer dynamics of

functionalized dendrimers., The 8th Korea-Japan

Symposium on Frontier Photoscience (Korea)

2011.10.28-31 (招待講演)

7. Tsutomu Takizawa andTatsuo Arai Photoisomerization

and Solvent Effect of Ester Terminated Stilbene Dendrimers.

1st International Symposium on Creation of Functional

Materials, Tsukuba, 2011.12.17-18 (Poster)

8. Satomi Tasaki and Tatsuo Arai, Intramolecular Hydrogen

Atom Transfer Reaction and Fluorescence Emission of

Hydroxyacetophenone, 1st International Symposium on

Creation of Functional Materials, Tsukuba, 2011.12.17-18

(Poster)

9. Tatsuo Arai, Development of dendrimers with characteristic

photochemical properties, 2nd International Symposium on

Creation of Functional Materials, Tsukuba, 2012.2.9-10（招

待講演）

国内会議

1. 池田愛、百武篤也、新井 達郎 脂溶性ポリグルタミ

ン酸デンドリマーの光化学的挙動, 日本化学会第5回

関東支部大会(2011), 東京, 2011.8.30-31 (Poster)

2. 滝澤努、新井達郎 ベンジルエーテル型スチルベンデ

ンドリマーの励起状態に及ぼす表面官能基の数の効

果, 日本化学会第 5 回関東支部大会(2011), 東京,

2011.8.30-31

3. 田崎聡美･新井達郎、分子内水素結合を有するアセト

フェノン誘導体の蛍光特性とその置換基効果, 日本化

学会第5回関東支部大会(2011), 東京, 2011.8.30-31

(Poster)

4. 中里聡, 新井達郎、ナフチル基を有するスチルベンデ

ンドリマーの光化学的挙動と内部環境, 日本化学会第

5回関東支部大会(2011), 東京, 2011.8.30-31 (Poster)

5. 滝澤努・百武篤也・西村賢宣・新井達郎、エステル表

面官能基を有するベンジルエーテル型スチルベンデ

ンドリマーの光化学的挙動と溶媒効果、2011年光化学

討論会, 宮崎, 2011.9.6-8 (Poster)

6. 田崎聡美・新井達郎、アリールアセチレン基を異なる

置換位置に持つアセトフェノン誘導体の分子内水素

原子移動反応とその蛍光特性、2011 年光化学討論会,

宮崎, 2011.9.6-8 (Poster)

7. 中里聡・新井達郎、スチルベンデンドリマーの異性化

と蛍光挙動に対する溶媒効果とデンドロンの内部環

境、2011年光化学討論会, 宮崎, 2011.9.6-8 (Poster)

8. 本田拓也・百武篤也・新井達郎、ニトロアニリン骨格

を用いたケージド化合物の合成と置換基効果、2011年

光化学討論会, 宮崎, 2011.9.6-8 (Poster)

9. 太田実希・新井達郎、スチリルナフタレンを有するイ

オン液体の合成と光化学的挙動、2011年光化学討論会,

宮崎, 2011.9.6-8 (Poster)

10. 田中佑二・百武篤也・新井達郎、ニトロフルオレンま

たはニトロジベンゾチオフェンを用いた新規ケージ

ド化合物の合成とその光化学、2011 年光化学討論会,

宮崎, 2011.9.6-8 (Poster)

11. 片岡佳代子・新井達郎、両親媒性スチルベンデンドリ

マーの光異性化と蛍光特性、2011年光化学討論会, 宮

崎, 2011.9.6-8 (Poster)

12. 小林拓也・新井達郎、2-(2'-ヒドロキシフェニル)ベン

ズイミダゾール誘導体の光化学、2011年光化学討論会,

宮崎, 2011.9.6-8 (Poster)

13. 池田愛・百武篤也・新井達郎、ポリグルタミン酸デン

ドリマーの光化学的特性、2011年光化学討論会, 宮崎,

2011.9.6-8 (Poster)

14. 森山晴加・百武篤也・西村賢宣・新井達郎、光誘起電

子移動反応を利用したケージドグルタミン酸の高性

能化に関する研究、2011 年光化学討論会, 宮崎,

2011.9.6-8 (Poster)

15. NISHIMURA Yoshinobu ・IKEDU Satomi ・ARAI Tatsuo、

The kinetic analysis of anthracene-urea compounds in the

excited state、2011年光化学討論会, 宮崎, 2011.9.6-8

16. 池田 愛、百武 篤也、新井 達郎スチルベン骨格を

中心に有するペプチドデンドリマーの光化学, 第5回

バイオ関連化学シンポジウム, つくば, 2011.9.12-14 (Poster)

17. 光誘起電子移動を利用したケージドグルタミン酸の

分解と高機能化に関する研究、森山 晴加・百武 篤

也・新井 達郎, 第 5 回バイオ関連化学シンポジウム

つくば, 2011.9.12-14 (Poster)

18. 世代効果による巨大分子スチルベンデンドリマーの

光化学的挙動の変化 中里聡, 新井達郎, 第 5回バイ

オ関連化学シンポジウム, つくば, 2011.9.12-14 (Poster)

19. 西村賢宣・島村 恒輝・新井達郎, グアニンが関与する

光励起状態の研究, 第5回バイオ関連化学シンポジウ

ム, つくば, 2011.9.12-14 (Poster)

20. 太田実希・新井達郎、スチリルナフタレンを有する光

応答性イオン液体の合成と光化学、第２２回基礎有機

化学討論会, つくば, 2011.9.21-23 (Poster)

21. 中里 聡・新井達郎、末端官能基の置換基効果による

巨大分子デンドリマーの光異性化挙動と蛍光特性、第

２２回基礎有機化学討論会, つくば, 2011.9.21-23

(Poster)

22. 小林拓也・新井達郎、２つの含窒素芳香環を置換した

ピロリルエテンの光化学的挙動、第２２回基礎有機化

学討論会, つくば, 2011. 9.21-23 (Poster)

23. 滝澤 努・新井達郎、ベンジルエーテル型スチルベン

デンドリマーの分子内エキシプレックス形成と光異

性化、第２２回基礎有機化学討論会, つくば, 2011.9.

9.21-23 (Poster)

24. 新井達郎, 巨大構造変化を伴うフォトクロミック系

の創出, 特定領域研究「フォトクロミズム」 第8回 公

開シンポジウム, 東京, 2011.11.29

25. 中里 聡・新井 達郎、スチルベンデンドリマーの高

効率なエネルギー移動を経由した異性化反応、日本化

学会第92春季年会, 横浜, 2012.3.25-28

26. 高橋 洋平・百武 篤也・新井 達郎、ニトロベンゼ

ン骨格を有する新規ケージド化合物の合成と光化学

的挙動、日本化学会第92春季年会, 横浜, 2012.3.25-28

27. 丸山 隆・新井 達郎、m-置換両親媒性スチルベンデ

ンドリマーの光化学的挙動、日本化学会第 92 春季年

会, 横浜, 2012.3.25-28

28. 福嶋 瞬・百武 篤也・新井 達郎、新規アゾベンゼ

ン色素の光化学的特性とそれらを利用した細胞膜イ

メージングへの応用に関する研究、日本化学会第 92

春季年会, 横浜, 2012.3.25-28

29. 政井 春樹・西村 賢宣・新井 達郎、アントラセン

ウレア誘導体とアニオンが関与した過渡種の分光学

的研究、日本化学会第92春季年会, 横浜, 2012.3.25-28

30. 稲津 有慈・新井 達郎、分子内水素結合部位と光異

性化部位を有する 2-(2'-ヒドロキシフェニル)ベンズイ

ミダゾール誘導体の光化学と反応ダイナミクスの研

究、日本化学会第92春季年会, 横浜, 2012.3.25-28

31. 西村 賢宣・政井 春樹・新井 達郎、アニオンとの

水素結合が誘起するウレア-アントラセン誘導体の励

起緩和過程、日本化学会第 92 春季年会, 横浜,

2012.3.25-28 (Poster)

4.2 競争的資金獲得状況(平成 23 年度)

予算区分 種目 研 究 課 題 研究者 予算額 (千円)

科学研究費補

助金 基盤研究 (S)

低配位及び多重結合高周期典型元

素化合物の創製と物性に関する系

統的研究 関口章 10,500

科学研究費補

助金 新学術領域

高周期 14 族元素による特異な π空間の創出と反応場の形成

関口章 1,800

科学研究費補

助金 挑戦的萌芽

酸化還元機能を有する安定な有機

高周期典型元素ポリラジカルの合

成とその応用 関口章 1,600

科学研究費補

助金 二国間交流事業

高周期 14族元素多重種の革新的合

成法：機能性材料のための基礎と

応用 関口章 800

科学研究費補

助金 基盤研究 (B)

高周期典型元素をスピン中心とす

る常磁生化学種に関する研究 一戸雅聡 2,700

科学研究費補

助金 基盤研究 (C)

高周期 14族元素環状ポリイン配位

子をもつ遷移金属錯体に関する研

究

リー・ウラジ

ミール 900

科学研究費補

助金 基盤研究 (C)

テトラヘドランとシクロブタジエ

ン：炭素高歪み分子の創製と特異

な電子状態の解明 中本真晃 1,800

科学研究費補

助金 基盤研究 (A)

アミロイドをテンプレートとした

固相グラフェンナノリボンの創出

とデバイス応用 藤田淳一 12,000

受託研究費 JST 戦略的創造研

究推進事業 (ALCA)

グラフェンの特異性とナノ積層に

よる 300Wh/kg キャパシター 藤田淳一 （分担者）

2,750

共同研究費 住友電工・日新電

気 カーボンナノ材料の基礎物性と加

工に関する研究 藤田淳一 1,000

科学研究費補

助金 基盤研究（B）

大規模伝導計算による有機半導体

のキャリア機構の解明 小林伸彦 7,500

科学研究費補

助金 若手活動スタート

支援

大規模量子伝導シミュレーション

法の開発とナノカーボン・有機薄

膜系への応用 石井宏幸 1,050

科学研究費補

助金 特別研究員奨励費

原子描像に基づく非コヒーレント

輸送の第一原理輸送計算法の開発

とナノ構造への応用 高木博和 700

科学研究費補

助金 基盤研究 (B)

「幾何学的位相による物質相：量

子液体およびグラフェンでの応用

と展開」

初貝安弘 〔代表〕

7,800

科学研究費補

助金 挑戦的萌芽研究

「クラマース多重項による四元数

的ベリー接続の理論と物理的応用

への挑戦」

初貝安弘 〔代表〕

1,950

科学研究費補

助金 特定領域研究(A)

「フラストレートした磁性体にお

けるベリー位相とその展開」

初貝安弘 〔公募〕 〔代表〕

700

科学研究費補

助金 基盤研究 (C)

磁場中の電子状態計算と位相不変

量による電子物性 初貝安弘 (分担)

910

科学研究費補

助金 新学術領域研究

グラフェンでできた超伝導／強磁

性／超伝導接合における磁性と超

伝導の競合 神田晶申 2,300

科学研究費補

助金 基盤研究 (C)

新奇炭素系擬一次元物質グラフェンナノリボンにおける電子相関と輸送現象

神田晶申 (分担者)

100

受託研究費 CREST(JST) 面内伝導システム基礎伝導 神田晶申 6,000

受託研究費 日油技研工業㈱ サーモクロミズム物質に関する研

究 鍋島達弥 1,000

科学研究費補

助金 新学術領域研究

円筒型分子の配位プログラミング

によるチューブ状超構造体の構築

と物質移動 秋根茂久 2,100

科学研究費補

助金 若手研究 (B)

メカニカルな機構に基づく戦略的

なヘリシティー反転が可能ならせ

ん型錯体の開発 秋根茂久 2,200

研究助成金 公益財団法人住友

財団

円筒型分子の連結によるチューブ

状超分子の合成と物質移動場とし

ての応用 秋根茂久 1,600

奨学寄付金 東京生化学研究会

化学修飾容易な BODIPY 類を鍵と

した蛍光ブローブのシーケンス合

成と近赤外領域でのバイオイメー

ジングへの応用

山村正樹 1,500

科学研究費補

助金 基盤研究 (A)

シアノ架橋金属錯体界面を通じた物質移動と電場誘起機能性

守友浩 5,400

研究助成金 キャノン財団研究

助成金 ネットワークポリマーを用いたカ

ラー電池の開発 守友浩 9,000

研究助成金 岩谷財団 バインダーフリーなリチウムイオ

ン電池用薄膜電極とカラー電池 守友浩 1,500

科学研究費補

助金 若手研究（A）

リチウムイオン電池ポリマー素子

を用いた遷移金属酸化物の物性制

御 小林航 8,400

科学研究費補

助金 奨励研究

エピタキシャル成長した三層構造

のシアノ錯体素子 栗原佑太朗 600

研究助成 筑波大学産学連携

推進プロジェクト 金属を含まず多彩な金属調光沢を与えるコーティング材料の開発

神原貴樹 1,200

共同研究費 京都大学化学研究

所

直接的アリール化反応を用いる π共役系高分子の高効率合成法の開

発 神原貴樹 900

共同研究費 東京工業大学（物

質・デバイス領域

共同研究拠点）

シクロメタル化金属触媒を用いる

環境調和型酸化反応の開発 神原貴樹 250

共同研究費 積水化学 ドナー・アクセプター型共役系ポ

リマーの合成技術及び材料特性評

価に関する研究 神原貴樹 1,000

共同研究費 住友精化 金属調光沢材料に関する研究 神原貴樹 1,000

研究助成 筑波大学共同研究

立ち上げプロジェ

クト

コストと環境負荷を低減した π 共

役系高分子の合成方法の開拓と機

能材料開発への応用 桑原純平 600

研究助成

JST A-Step フィー

ジビリティスタデ

ィ・ステージ 探

索タイプ

低コストかつ低環境負荷な有機薄

膜太陽電池材料の合成法 桑原純平 1,700

研究助成 NEDO 先導的産業

技術創出事業（若

手研究グラント）

有機薄膜太陽電池用素材の製造コ

スト低減と高純度化を達成する重

縮合反応の開発 桑原純平 9,500

研究助成 財団法人日本科学

協会 笹川科学研

究助成

カチオン分子をテンプレートに利

用した環状化合物アザカリックス

ピリジン類の一段階合成法の開発

内田奈津子 600

研究助成 日本板硝子工学助

成会 ナノ構造化ポーラスカーボンアロイの新構築

木島正志 1,350

共同研究 富士通研究所 導電性ポリマーの研究 木島正志 1,050共同研究 JX 日鉱日石 水素吸蔵材料の開発に関する研究 木島正志 800科学研究費補

助金 若手研究 (B)

自発的構造変形を利用した超分子

ナノ構造体の構築 山本洋平 3,500

研究助成 加藤科学振興会 エネルギー変換機能を有する電子

活性分子ナノ材料の構築 山本洋平 1,500

共同研究 物質・デバイス領

域共同研究拠点 イオン性液体／液晶を用いたエネ

ルギー貯蔵デバイスの創成 山本洋平 400

科学研究費補

助金 基盤研究 (C)

コレステリック液晶を用いた電解不斉重合と干渉光エレクトロミズム

後藤博正 780

筑波大学 ILC

知的財産活用プロ

ジェクト 高性能反射型エレクトロクロミッ

ク素子の開発 後藤博正 900

筑波大学 ILC

産学連携推進プロ

ジェクト

導電性高分子フォトニック結晶の

合成とこれを用いた低電位・低電

力駆動型高性能回折光変調材料、

光アイソレータ、光学活性電極の

作成

後藤博正 1,520

科学研究費補

助金 基盤研究 (B)

表面科学的手法による金属触媒と

炭素担体間の相互作用の解明 中村潤児 6,600

受託研究 独）新エネルギ

ー・産業技術総合

開発機構

固体高分子形燃料電池実用化推進

技術開発/基盤技術開発/定置用燃

料電池システムの低コスト化のた

めの MEA 高性能化

中村潤児 10,946

筑波大学 ILC

産学連携推進プロ

ジェクト 炭素担体効果を利用した燃料電池

電極用触媒の白金量削減 中村潤児 1,950

筑波大学 プレ戦略イニ

シアティブ

グリーンイノベーションのための

キーマテリアル高度デザイン研究

拠点(燃料電池電極触媒の開発) 中村潤児 10,000

共同研究費 昭和電工株式会社 白金代替電極触媒の研究開発 中村潤児 3,000

科学研究費補

助金 若手研究 (B)

グラファイト表面における分子ビ

ームおよびラジカルビームの吸

着・散乱特性 近藤剛弘 2,990

科学研究費補

助金 基盤研究 (B)

表面科学的手法による金属触媒と

炭素担体間の相互作用の解明 近藤剛弘 （分担者）

300

独）新エネル

ギー・産業技

術総合開発機

構（受託研究）

NEDO 固体高分

子形燃料電池実用

化推進技術開発

基盤技術開発 カ

ーボンアロイ触媒

カーボンアロイ触媒の 適活性点

形成に関する研究 近藤剛弘 10,000

奨学寄附金 田中貴金属グルー

プ 第 13 回「貴金属に関わる研究助成

金」ＭＭＳ賞 近藤剛弘 200

科学研究費補

助金 基盤研究 (C)

電子スピン共鳴による有機トラン

ジスタのミクロ評価と電荷トラッ

プ機構の解明 丸本一弘 1,100

科学研究費補

助金 基盤研究 (B)

有機電界効果デバイス界面の電

子・スピン機能とその制御 丸本一弘 （分担者）

700

科学研究費補

助金 挑戦的萌芽研究

光アシストによる二酸化炭素から

の糖の合成 秋本克洋 1,820

科学研究費補

助金 若手研究 (B)

量子ビームによる有機薄膜太陽電

池のエネルギー損失機構の解明 櫻井岳暁 4,030

受託研究費 JST 戦略的創造研

究推進事業さきが

け

有機薄膜太陽電池の劣化機構のミ

クロ解明と耐久性向上 丸本一弘 300

受託研究費 JST 戦略的創造研

究推進事業さきが

け

放射光を利用した有機薄膜太陽電

池のエネルギー損失解析 櫻井岳暁 9,750

受託研究費 NEDO「太陽光発電

システム次世代高

性能技術開発」

フレキシブル CIGS 太陽電池モジ

ュールの高効率化研究(電気的光学

的評価法の開発) 秋本克洋 9,800

研究助成 筑波大学産学連携

推進プロジェクト 有機薄膜素子評価用電子スピン測

定システムの開発 丸本一弘 1,950

研究助成 プレ戦略イニシア

ティブ（研究拠点

提案型）

グリーンイノベーションのための

キーマテリアル高度デザイン研究

拠点

丸本一弘 （分担者）

700

科学研究費補

助金 基盤研究 (B)

光誘起電子移動によるケージド化合物の高性能化研究

新井達郎 6,240

科学研究費補

助金 若手研究 (B)

カルシウムシグナルを発生させる光機能性分子の創生

百武篤也 910

4.3 共同研究

相 手 先 期 間 内 容

ベルリン工科大学 2004～ カルベン配位子を用いた低配位有機ケイ素高周期 14 族元素化

学物の実験化学的研究 マーブル大学 （ドイツ）

2006～ 有機ケイ素化学物の理論的研究

イスラエル工科大学（イ

スラエル） 2006～

高周期 14 族元素ラジカルの合成と物性に 関する研究

イムペリアル大学 （英国）

2007～ ジシレニルアニオンの合成化学への応用研究 関する研究

フランスサバティア大

学 2008～

高周期 14 族および 15 族元素の新しい多重結合化合物：新規高

機能性材料の創製研究 分子科学研究所 1995～ 低配位高周期 14 族元素化学物の理論的研究 米国ワシントン大学 2008～ 高周期二価化学種のスピン状態に関する研究 フランスパウ大学 2006～ 光電子スペクトル分光法を用いた物理化学的研究

延世大学 2011～ 高周期 14 族元素多重結合種の革新的合成法：機能性材料のた

めの基礎と応用に関する研究 東京大学 2007～ グラフェンの理論 物質材料研究機構 2007～ グラフェンの電子構造の理論 Ben Gurion Univ. 2012～ Theory of topological insulators 大阪大学 2007～ 量子化ベリー位相の理論 東邦大学 2009～ グラフェンの理論 アントワープ大学 （ベルギー）

2004～ メゾスコピック超伝導体における渦糸量子状態に関する研究

物質材料研究機構 2005～ グラフェンの電気伝導に関する研究 秋田大学 2006～ グラフェンの超伝導近接効果に関する研究 奈良女子大学 2009～ グラフェンの電気伝導に関する研究 九州大学 2010～ グラフェンの電気伝導に関する研究 大阪大学 2010～ グラフェンの電気伝導に関する研究 アントワープ大学 （ベルギー）

2011～ グラフェンの歪み効果に関する研究

Alexander von Humboldt, Feodor Lynen Return Fellowship

2011～ Synthesis of Novel Dipyrrin Metal Complexes and their Applications in the Construction of Molecular Assemblies

高エネルギー加速器研

究機構 2010～ リチウムドープされた遷移金属化合物の時間分解 XAFS 測定

高エネルギー加速器研

究機構 2010～ ポリマー型正極材料の中性子構造解析

高エネルギー加速器研

究機構 2010～ チタン酸化物 Ti4O7の中間相における電子状態の研究

SPring-8 2010～ ポリマー型正極材料の構造物性 物質材料研究機構 2010～ 有機太陽電池のデバイス開発 東京理科大学 2001～ 二次電池の第一原理計算 東京工業大学 2007～ 新奇有機金属錯体及び機能性高分子の開発に関する研究 富山大学 2007～ 高選択的分離機能性樹脂・配位子の開発に関する研究 分子科学研究所 2007～ 新奇有機金属錯体触媒の開発に関する研究

京都大学 2011～ 直接的アリール化反応を用いる π 共役系高分子の合成に関す

る研究 京都大学 2007～ 木質起源物質の化学修飾と炭素化物への物質変換 京都大学 2010～ 熱分解制御炭素化により生成するナノ構造化物質の解析 東京大学 2010～ 超分子集合体の導電性・光導電性に関する研究 東京工業大学 2010～ イオン液体／液晶の構造と物性に関する研究 物質・材料研究機構 2010～ 有機半導体材料の物性に関する研究 宇都宮大学 2010～ LB 法による単分子膜の光電導性に関する研究 新潟大学 2010～ 超分子集合体の光誘起 ESR に関する研究

北海道大学 2011 ナノ粒子の表面化学と触媒設計 東北大学 2004～ ESR 法を用いた有機トランジスタのミクロ評価に関する研究 名古屋大学 2006～ ESR 法を用いた有機トランジスタのミクロ評価に関する研究 大阪大学 2007～ ESR 法を用いた有機トランジスタのミクロ評価に関する研究

名古屋大学 2007～ ESR 法を用いた有機薄膜太陽電池のミクロ評価と高効率化に

関する研究

名古屋大学 2007～ ESR 法を用いた有機発光ダイオードのミクロ評価に関する研

究 産業技術総合研究所 2008～ 有機半導体材料の理論解析に関する研究 東京大学 2010～ ESR 法を用いた有機トランジスタのミクロ評価に関する研究 早稲田大学 2010～ ESR 法を用いた有機トランジスタのミクロ評価に関する研究 産業技術総合研究所 2010～ ESR 法を用いた有機トランジスタのミクロ評価に関する研究 宇都宮大 2011～ 有機薄膜太陽電池の光干渉トモグラフィーに関する研究

産業技術総合研究所 2011～ ESR 法を用いた有機発光ダイオード材料の劣化機構に関する

研究

産業技術総合研究所 2011～ ESR 法を用いた有機薄膜太陽電池材料の劣化機構に関する研

究 静岡大学 2011～ ESR 法を用いた有機薄膜太陽電池のミクロ評価に関する研究

電気通信大学 2012～ ESR 法を用いた量子ドット半導体材料のミクロ評価に関する

研究 ケンブリッヂ大学 2012～ ESR 法を用いた有機導電性薄膜のミクロ評価に関する研究

愛知工業大学 2012～ ESR 法を用いた有機発光ダイオードのミクロ評価に関する研

究 筑波大学 2007～ 生細胞の蛍光イメージングに関する研究 東京大学 2008～ ２光子吸収色素による生命機能解明に関する研究 静岡大学 2007〜 生命現象に対する一重項酸素の関与と反応性に関する研究 筑波大学 2011〜 発光性物質の特性とダイナミクス

4.4 研究生等の受け入れ

日本学術振興会 外国人特別研究員

ASAY Matthew Joseph （アメリカ合衆国）

2011 年 10 月～（2 年間） （受け入れ教員：関口 章）

筑波大学国際連携プロジェクト Prof. Yshai Avishai, Ben Gron Univ. (Israel)

2012 年 2 月～ （2 ヶ月間） （受け入れ教員：初貝安弘）

外国人研究生（１名） 中国 2010 年 9 月～（12 ヶ月間） （受け入れ教員：神原貴樹）

外国人研究生（1 名） 中国 2010 年 9 月～（1 年 6 カ月間） （受け入れ教員：神原貴樹）

外国人研究生（2 名） 中国 2011 年 10 月～（6 ヶ月間） （受け入れ教員：秋本克洋）

4.5 受 賞

受賞者 賞 受賞理由 受賞年月日

平加奈子 第 22 回基礎有機化学討論

会 ポスター賞

アリール基及びアミノ基を導入した単離可

能なシリルラジカルの合成、構造、及び反

応性 2011.9.23

青木伸司 第 22 回基礎有機化学討論

会 ポスター賞 シュロック型４族シリレン錯体の反応性 2011.9.23

竹内勝彦 第 22 回基礎有機化学討論

会 ポスター賞 ジシリンとアゾベンゼンとの反応による

Si2N2四員環ビラジカロイド化合物の合成 2011.9.23

野澤竹志 第 58 回有機金属化学討論会

ポスター賞 高スピンオリゴ(シリルラジカル)の合成、

構造、及び物性 2011.10.14

青木伸司 第 15 回ケイ素化学協会シン

ポジウム 優秀ポスター賞 4 族シュロック型シリレン錯体の合成、構

造、反応性 2011.10.22

田中裕明 「第 1 回 CSJ 化学フェスタ

ー2011 世界化学年記念大会 優秀ポスター発表賞」

NHC によって安定化されたケイ素二価化

学種の一電子酸化反応：単離可能なシリレ

ンラジカルカチオンの合成と構造解析 2011.11.25

竹内勝彦 数理物質科学研究科長賞 博士論文：ケイ素－ケイ素三重結合化合物

ジシリンと含酸素、窒素、ホウ素有機小分

子との反応性 2012.3.23

落合達海 数理物質科学研究科長賞 修士論文：ヘテロ元素置換テトラへドラン

の合成、構造、及び反応性 2012.3.23

関口章 日本化学会賞 低配位有機ケイ素及び関連高周期 14 族元

素化合物の創製研究 2012.3.26

岡﨑友紀 数理物質科学研究科長賞 修士論文：大環状超分子構造を利用したア

ゾベンゼン異性化反応の自在制御 2012.3.23

高橋宏達 第 25 回高分子学会関東支部

茨城地区若手研究会優秀ポ

スター賞

酸応答性を示すイミン部位を有したDPP誘

導体の合成 2011.11.22

近藤剛弘 田中貴金属グループ第 13 回

「貴金属に関わる研究助成

金」ＭＭＳ賞 貴金属に関わる研究業績 2012.3

田崎聡美

The 8th Korea-Japan Symposium on Frontier Photoscience, Best Poster Award

Specific Intramolecular Hydrogen Atom Transfer Reaction of Acetophenone Derivatives Having Arylacetylene Substituent

2011.10.31

4.6 学会活動・各種委員など

関口章 ケイ素化学協会会長 ケイ素化学協会 2012.4～ 関口章 ケイ素化学協会副会長 ケイ素化学協会 2008.3～2012.3 関口章 近畿化学協会代議員 近畿化学協会 2011.4～

関口章 基礎有機化学討論会組織委

員 基礎有機化学討論会 2009.6～2011.9

関口章 有機金属部会常任幹事会委

員 近畿化学協会有機金属部会 2002.4～

関口章 International Advisory Board Member of The Asian Silicon Symposium

The Asian Silicon Symposium 2008.6～

関口章

Organizing Committee Member of The 10th International Conference on Heteroatom Chemistry

The 10th International Conference on Heteroatom Chemistry 2010.7～2012.6

関口章

Organizing Committee Member of 5th Pacific Symposium (PSRC-5) on Radical Chemistry

Symposium (PSRC-5) on Radical Chemistry 2010.10～2011.9

関口章 Chairman and Organizer of 4th Asian Silicon Symposium (ASiS-IV)

4th Asian Silicon Symposium (ASiS-IV) 2010.10～

関口章

International Advisory Board Member of The 16th International Symposium on Organosilicon Chemistry (ISOS XVI)

International Symposium on Organosilicon Chemistry (ISOS XVI)

2009.8～2011.8

一戸雅聡 ケイ素化学協会理事 ケイ素化学協会 2009.4～ 藤田淳一 理事 有機エレクトロニクス研究会 2003.4~ 藤田淳一 実行委員長 MNC 国際会議 2011.11~2012.10 藤田淳一 海外委員 EIPBN 国際会議 2008.4~ 小林伸彦 表面科学編集委員 日本表面科学会 2009.4～

小林伸彦 Supercomputer Project Advisory Committee

東京大学物性研究所附属物質設計

評価施設 2007.4～2012.3

初貝安弘 客員教授：

客員Ⅱ種（併任教授） 東北大学 学際科学国際高等研究

センター 2010.11.1～2012.3.31

神田晶申 幹事 日本学術振興会 先端・ナノデバイ

ス・材料テクノロジー第 151 委員

会 2010～

神田晶申 プログラム委員,論文委員 International Conference on Solid State Devices and Materials 2010～

鍋島達弥 評議員 有機合成化学協会 2004.12～ 鍋島達弥 関東支部幹事 有機合成化学協会 2000.4～2012.3

鍋島達弥 副部会長 日本化学会 生体機能関連化学部会

2005.3～

鍋島達弥 会長 ホスト-ゲスト超分子研究会 2006.1～ 鍋島達弥 常任理事 基礎有機化学学会 2010.10〜

鍋島達弥 国内組織委員 第 10 回国際ヘテロ原子化学会議(ICHAC-10)

2010.7〜

鍋島達弥 組織委員 第 7 回ホスト・ゲスト化学シンポ

ジウム 2011〜

鍋島達弥 世話人代表 第 5 回バイオ関連化学シンポジウ

ム 2011.4〜

鍋島達弥 組織委員 第 12 回国際有機化学京都会議

（IKCOC-12）組織委員会 2011.6〜

鍋島達弥 基礎有機化学討論会組織員

会 第 22 回基礎有機化学討論会 2011〜

鍋島達弥 非常勤講師 京都大学大学院工学研究科 2012.1.26-27

守友 浩 J-PARC 審査委員 KEK 2011～ 守友 浩 PF 客員研究員 KEK 2011～ 守友 浩 JASRI 外来研究員 JASRI 2011～

守友 浩 ISSP 中性子散乱実験審査委

員 物性研 2011～

神原貴樹 高分子学会コンテンツ委員

会 副委員長 高分子学会 2010～

神原貴樹 Chemistry Letters 編集委員 日本化学会 2010～

神原貴樹 高分子学会関東支部茨城地

区幹事 高分子学会 2007～

神原貴樹 客員研究員・兼任 産業技術総合研究所 2009～ 木島正志 運営委員 炭素材料学会 2010～2011

木島正志 委員 京都大学生存圏研究所「先進素材

開発解析システム全国国際共同利

用専門委員会」 2010～

山本洋平 客員研究員 物質・材料研究機構 2010～ 山本洋平 客員研究員 理化学研究所 2010～ 桑原純平 客員研究員・兼任 産業技術総合研究所 2009～

中村潤児 触媒学会・表面化学と触媒

設計の融合研究会世話人 触媒学会 2009.4～2012.3

中村潤児 TIA ナノグリーンワーキン

グ委員 TIA ナノグリーン 2011～

中村潤児 利益相反委員会委員 筑波大学 2011.4～ 近藤剛弘 編集部会委員 日本真空学会 2011.6～

近藤剛弘 平成 23 年度触媒学会 つく

ば地区講演会 世話人 触媒学会 2011.4～2012.3

近藤剛弘 触媒学会東日本地区幹事 触媒学会 2011.4～2012.3 近藤剛弘 触媒学会東日本地区代議員 触媒学会 2011.4～2012.3 秋本克洋 APEX/JJAP 編集委員 応用物理学会 2003.4～ 秋本克洋 Appl. Surf. Sci. 編集委員 Elsevier 2004.4～ 秋本克洋 学振 162 委員会 運営委員 学振 162 委員会 2010.4～

秋本克洋 学振 125 委員会 賞選考委

員長 学振 125 委員会 2012.4～

丸本一弘 電子スピンサイエンス学会

誌 編集委員 電子スピンサイエンス学会 2008.4～

丸本一弘 日本物理学会領域７ 領域

運営委員 物理学会 2010.11～2011.9

丸本一弘 第 50回電子スピンサイエン

ス学会年会 優秀発表賞審

査委員 電子スピンサイエンス学会 2011.9～2011.11

新井達郎 Bulletin of the Chemical Society of Japan 編集委員

日本化学会 2004.4〜2011.12

新井達郎 光化学協会常任理事 光化学協会 2010.1〜2011-12 新井達郎 プログラム編成幹事 日本化学会第 92 春季年会（2012） 2011.6〜2012.3 新井達郎 光化学協会誌編集委員長 光化学協会 2010.1〜2011.12 新井達郎 日本化学連合理事 日本化学連合 2010.5〜2011.5 新井達郎 化学分野 JABEE委員会委員 化学分野 JABEE 委員会 2010.5〜

4.7 新聞報道・特記事項他

日 付 新聞・雑誌名 報道内容

2012.2 日本化学会，化学と工業 田中裕明君が第１回 CSJ 化学フェスター2011 世界化

学年記念大会 優秀ポスター発表賞を受賞

2012.1.9 アメリカ化学会， Chemical &

Engineering News

ジシレニルカチオンの論文"Silicon Version Of A Vinyl

Cation Debuts"が Science & Technology 欄に掲載

2011.4.18 アメリカ化学会， Chemical &

Engineering News

ビス（シリル）ラジカルの論文" Silicon Radicals Double

Up"が Science & Technology 欄に掲載

2012.2.20 日経産業（全国版） 記事内容：日本化学会は 2011 年度の「日本化学会賞」

を筑波大学の関口章 教授らに贈ることを決めた。

2012.3.23 科学新聞（全国版）

関口章氏 日本化学会賞受賞

記事内容：平成 23 年度日本化学会賞６氏、関口章氏

の業績、高周期 14 族元素 化学の壁を突破

2012.3.15 毎日新聞、全国版 リチウム電池に新材料

2012.3.15 茨城新聞、全国版 リチウム電池一秒で充放電

2012.3.15 日刊工業新聞、全国版 速一秒で放電

2012.3.1 JST プレスリリースと筑波大学記

者会見

有機薄膜太陽電池の劣化機構を分子レベルで解明

－新解析手法による有機太陽電池の高効率化へ－

2012.3.2 上記に関連して、日刊工業新聞に

添付の報道

有機薄膜太陽電池 筑波大、解析手法開発 性能向上

へ足掛かり

2012.3.2 上記に関連して、日経産業新聞に

添付の報道

有機太陽電池内、細かく観察 効率阻害の要因特定

筑波大

2012.3.2 上記に関連して、化学工業日報に

添付の報道。

有機薄膜太陽電池 初期劣化原因を解明 積層界面

の電荷が影響 筑波大

2012.3.23 上記に関連して、科学新聞に添付

の報道。

有機薄膜太陽電池の劣化機構 筑波大 分子レベル

で解明

2012.4.9 上記に関連して、筑波大学新聞に

添付の報道。

有機薄膜太陽電池 新たな調査方法を開発 実用化

へ貢献

毎日新聞掲載 2012.3.15

日経産業新聞掲載 2012.3.2

平成 23 年度年報

筑波大学学際物質科学研究センター

Tsukuba Research Center for Interdisciplinary Materials Science (TIMS)

〒305-8571 茨城県つくば市天王台 1-1-1

University of Tsukuba, 1-1-1 Tennodai, Tsukuba, Ibaraki 305-8571, Japan

URL: http://www.tims.tsukuba.ac.jp/

Phone: 029-853-4028 (担当事務)

Fax: 029-853-6305