理学部薬学部

青葉山キャンパス

工学部

至宮教大

　青葉台

川内キャンパス

図書館分・教・法経済学部

理学部附属植物園

川内萩ホール

青葉城跡

至動物公園

広瀬川片平

キャンパス

県美術館 ●

● 県庁市役所 ●

● 国際センター

● 市博物館

● 国際センター

● 市博物館

広瀬通

西公園通

晩翠通

東二番丁通

東五番町通

東一番町通

定禅寺通

青葉通 仙台駅

バスプール9番青葉台、宮教大行、青葉通経由動物公園循環

応用物理学専攻（応用物理学コース）

2号道路

グラウンド

至宮城教育大

仙台市営バス停留所

情報科学研究科前情報科学研究科前

工学部西

中央棟

ブーク

食堂

工学部中央工学部中央 青葉山植物園ゲート前

至青葉城址

至仙台市街

1号道路

青葉橋

1号館（本館）

講義棟2号館

南実験棟

2号館

南実験棟

応用物理学専攻（応用物理学コース）の詳しい内容や受験資格・過去の入試問題などに関する情報を得たい場合には、研究指導を受けたい教員または下記に連絡して下さい。

連　絡　先 入 試 関 係

APPLIED PHYSICSGRADUATE SCHOOL OF ENGINEERING

APPLIED PHYSICSDEPARTMENT OF

TOHOKU UNIVERSITY

APPLIED PHYSICSGRADUATE SCHOOL OF ENGINEERING

DEPARTMENT OF

TOHOKU UNIVERSITY

東北大学大学院工学研究科

応用物理学専攻東北大学大学院工学研究科

応用物理学専攻

キャンパス案内

東北大学大学院工学研究科　応用物理学専攻（応用物理学コース)〒980-8579　仙台市青葉区荒巻字青葉6-6-05

電子情報システム・応物系事務室TEL （022）795-7980 E-mail ： kyomu@ecei.tohoku.ac.jp

工学研究科教務課学部入学試験係TEL （022）795-3188　 E-mail: eng-nyus@bureau.tohoku.ac.jp工学研究科教務課大学院教務係TEL （022）795-5820　E-mail : eng-in@bureau.tohoku.ac.jp

はじめに（PREFACE）..............................................................................................................................................

沿革（HISTORY）..........................................................................................................................................................

研究紹介（RESEARCH ACTIVITIES）

■応用界面物理学講座（APPLIED INTERFACE PHYSICS）

・スピンエレクトロニクス分野（SPIN ELECTRONICS）.......................................................................................

■応用物性物理学講座（APPLIED CONDENSED MATTER PHYSICS）

・数理物理学分野（MATHEMATICAL PHYSICS）........................................................................................................

・基礎物性物理学分野（SOLID STATE PHYSICS）...................................................................................................

・光物性学分野（OPTICAL SCIENCES AND MATERIALS）...........................................................................................

■応用材料物理学講座（APPLIED MATERIAL SCIENCE）

・固体物性物理学分野（CONDENSED MATTER PHYSICS） ......................................................................................

・機能結晶学分野（APPLIED X-RAY AND NEUTRON SPECTROSCOPY）....................................................................

・低温・超伝導物理学分野（LOW TEMPERATURE PHYSICS AND SUPERCONDUCTIVITY PHYSICS）.....................

・生物物理工学分野（BIOPHYSICAL ENGINEERING）..............................................................................................

3

4

5

7

9

11

13

15

17

19

1 2

■ CONTENTS

目 次

■金属材料研究所（INSTITUTE FOR MATERIALS RESEARCH）

・強磁場超伝導材料研究センター（HIGH FIELD LABORATORY FOR SUPERCONDUCTING MATERIALS）..........

・電子材料物性学研究部門（PHYSICS OF ELECTRONIC MATERIALS）..................................................................

■多元物質科学研究所（INSTITUTE OF MULTIDISCIPLINARY RESEARCH FOR ADVANCED MATERIALS）

・ナノスケール磁気デバイス研究分野（NANOSCALE MAGNETISM AND DEVICES）......................................

・軟 X線顕微計測研究分野（SOFT X-RAY MICROSCOPY）...................................................................................

・量子電子科学研究分野（QUANTUM ELECTRON SCIENCE）................................................................................

・量子光エレクトロニクス研究分野（QUANTUM OPTOELECRONICS） ..........................................................

カリキュラム（CURRICULUM）

・学部（UNDERGRADUATE） ..........................................................................................................................................

・大学院（GRADUATE SCHOOL） ...................................................................................................................................

卒業後の進路（CAREER PROSPECTS）..............................................................................................................

キャンパスライフ（CAMPUS LIFE）.............................................................................................................

21

22

　

23

24

25

26

27

28

29

31

　現代の科学技術の発展において、理学と工学の融合は不可欠であり、20世紀のエレクトロニクスが量子

力学の発見と物質科学の進歩によって築き上げられたことは周知のことです。そして今日、エネルギー、

環境、バイオ、情報、医療技術など様々な分野において、さらに画期的な機能デバイスやそれを支える材

料の開発が切望されています。それを実現するためにはナノサイエンスとナノテクノロジーの深耕が必須

であり、量子力学を中心とする基礎科学と物質工学の両方に軸足を持つ応用物理学の役割がますます重要

性を増してきています。私たち応用物理学専攻・応用物理学コースは、これからの社会に対応できる人材

の育成と社会が必要とする科学技術の発展を目指して、物理学の基礎から工学応用まで、組織的な教育・

研究を行っています。

　応用物理学科は 1963年に、同専攻は 1967年に設立され、工学の基礎であ

る物性物理学を柱とし、物質・材料の機能の発現に関する基礎分野から先端

的応用分野までを研究対象として、教育・研究を行ってきました。1994年には、

電気系 3学科（電気工学科、通信工学科、電子工学科）および情報工学科と共に、

工学部において最も早く大学院重点化されました｡ 2004年に、工学部の大学

科制への移行に伴って、学科の名称は応用物理学科から情報工学科を含めた

電気系 4学科と共に電気情報・物理工学科に変更され、さらに、2007年には

学科名が情報知能システム総合学科と改められました。この大学科は 7コー

スからなり、従来の応用物理学科は応用物理学コースとして引き継がれてい

ます。応用物理学コースならびに応用物理学専攻では、物性物理学の一層の

高度化、精緻化と物性物理学を基礎とした先端材料工学および境界領域の分

野をも中心課題とする教育・研究を行っています。

The Department of Applied Physics was established in 1963 and the

Graduate Course of Applied Physics was established in 1967. The main

emphasis of the department is education through research in condensed

matter physics, which is one of the firm bases of engineering. Since then,

we have been carrying out wide varieties of research covering from

the fundamental aspects to the ultramodern applications of functional

properties of myriad materials. In 1994, our department took the lead

among the departments in the School of Engineering in upgrading and

reorganizing the Graduate Course in collaboration with the Departments of

Electrical, Communication, Electric and Information Engineering. In 2004,

the name of the department in the undergraduate course was changed to

the Department of Electrical, Information and Physics Engineering which

is a collaboration between the Departments of Applied Physics, Electrical,

Communication, Electronic and Information Engineering, and in 2007 the

department was re-named the Department of Information and Intelligent

Systems. This new department off ers seven diff erent undergraduate courses

including Applied Physics course. In the Undergraduate and Graduate courses

of Applied Physics, we have focused our efforts on delivering high-quality

education and fostering advanced research in response to rapid progress and

enormous elaboration of condensed matter physics, bio-nano engineering

and interdisciplinary sciences.

3 4

はじめに

P EFACE

沿 革IS

磁性・スピンエレクトロニクスMagnetism・Spin-Electronics

固体物理Solid-State Physics

半導体・光物性Semiconductor・Optical

Spectroscopy

超伝導Superconductivity

生体分子モーターMolecular motors

熱電材料Thermoelectric Materials

コンピュータシミュレーションComputer Simulation

応用（工学）Applicat ion(Technology)

基礎（物理）Foundation(Physics)

5 6

准教授 大兼 幹彦Associate Prof. M. Oogane, Dr.

助 教 永沼 博Assistant Prof. H. Naganuma, Dr.

教 授 安藤 康夫Prof. Y. Ando, Dr.

　磁性体のミクロおよびマクロな性質、物質の機能性の発現機構の解明とそれを基にしたデバイスの研究開発を行っている。特に物質のスピン（磁気モーメント）と伝導が絡んだ現象を利用した最先端デバイスの開発に力を入れている。このような研究は電子のスピンと電荷の二つの自由度を積極的に利用しようとするものであり、スピンエレクトロニクス（或いはスピントロニクス）と呼ばれ、最近注目されている分野である。特に最新のナノテクノロジーを駆使して、既存の概念を超えた新しい電子デバイスの創製を目指し、研究を展開している。

1. ナノ構造磁性体の創製とスピン伝導2. 生体用トンネル磁気抵抗センサ素子の開発3. 次世代不揮発性磁気メモリ（Spin-RAM）の開発4. スピンのダイナミクスとその制御5. 新機能性磁性体材料の探索

Investigation on microscopic and macroscopic properties of magnetic materials, occurrence mechanism of functionality in materials, and research and development of devices based on these materials are in active progress. Strong emphasis has been made for the development of high-technology devices, which are realized by the phenomena caused by an interplay of spin, or magnetic moment of the materials and their electrical conduction. These research are relying on a positive utilization of the two degrees of freedom in electron, spin and charge. Such research directions, which are called “spin electronics” or “spintronics” have been the most active fi eld recently. Taking advantage of current nano-technology, we are making various kinds of investigations in the creation of alternative electrical devices.

1. Creation of nano-scale magnetic materials and the transport2. Development of tunnel magnetoresistive (TMR) bio-magnetic sensor3. Development of next-generation magnetic random access memory (Spin-RAM).4. Spin dynamics and their control5. Search for new functionalized magnetic materials

単結晶強磁性トンネル接合の断面 TEMとその生体用磁気抵抗センサ素子への応用。 Cross section of a single crystal magnetic tunnel junctions (MTJs) and their application to bio-magnetic sensor devices.

磁気抵抗効果測定装置。 Measurement system for Magneto-Resistance (MR) Eff ect.

Spin-RAMテストチップ用超高真空スパッタ装置。 UHV sputtering system for the fabrication of Spin-RAM chips.

スピンエレクトロニクス分野■ SPIN ELECTRONICS

http://www.apph.tohoku.ac.jp/spin/

応用界面物理学講座APPLIE I E FACE P SICS

助 教 林 久 美 子Assistant Prof. K. Hayashi, Dr.

教 授 佐々木 一夫Prof. K. Sasaki, Dr.

　タンパク質複合体が生み出す生体機能、液晶分子やスピンが示す様々な秩序構造の形成などの協力現象を、統計物理の観点から、数理的手法や計算機シミュレーション、実験的手段を用いて研究している。筋肉の運動や細胞内での物質輸送など、生命の維持に必要な「動き」は、生体分子モーターというタンパク質が担っている。これらの生体ナノマシンが動作する仕組みを理論的に解明すること、生体分子機械が発生する力をゆらぎを利用して測定することを目指している。また、磁性体中のスピン配向の制御や、液晶中の分子配向の制御は最先端の電子デバイスの開発には欠かせない。強磁性体や液晶の性質をモンテカルロ・シミュレーションなどの手法で解析すること、及び効率的なシミュレーション・アルゴリズムを開発することにも取り組んでいる。

１．生体分子モーターの理論２．生体分子への非平衡統計力学の応用３．ナノ磁性体のモンテカルロ・シミュレーション４．電場・磁場で制御する液晶の分子配向秩序の理論５．効率的なシミュレーションアルゴリズムの開発

Biological functions produced by protein molecules and formation of various textures in magnetic materials and liquid crystals are examples of coorperative phenomena observed in systems consisting of large number of atoms and molecules. In our groupe, some of these phenomena are studied theoretically, numerically, and experimentally from the view point of statistical physics. Muscle contraction and transport of materials in cells play vital roles in living organisms. These movements are generated by motor proteins (biological molecular motors) of various kinds; we investigate theoretically how such biological nanomachines work, and measure the force they exert by applying fluctuation theorems of nonequiliburium statisitical mechanics. The control of spin orientations in magnetic materials and molecular orientations in liquid crystals is essential for constructing electronic devices; we analyze the properties of ferromagnets and liquid crystals by using the Monte Carlo method and other techniques. Development of efficient simulation algorithms is also of our research interest.

1．Theory of biological molecular motors2．Application of nonequilibrium statistical mechanics to biomolecules 3．Monte Carlo simulations of nanomagnets4．Control of molecular orientations in liquid crystals by electric and magnetic fields5．Developments of efficient algorithms for computer simulation

１分子実験によって、F1 やキネシンなどのタンパク質モーターの運動を調べる。回転モーター（F1）では、非平衡統計力学の揺らぎの定理を用いて回転角度（θ(t)）のタイムコースを解析した。ビーズの熱揺らぎの性質を利用して、ビーズを駆動する F1 の回転トルク（N）を測定した。

We investigate motor proteins such as F1 and kinesin based on single molecule experiments. Using a time course of the rotary angle (θ(t)) of the bead attached to F1, we measured a rotary torque (N) by using the fluctuation theorem known in the f ield of non-equilibrium statistical mechanics.

液晶液滴を分散させたセルに電圧をかけると液晶分子の配向が変化する。下の図では、分子配向分布の詳細をカラー表示した（色の違いは分子の向きの違いを表す）。 The configurations of molecular orientation in a droplet of liquid crystal (the color indicates the molecular orientation) in the absence (left) and in the presence (right) of an electric field

強磁性薄膜の自由エネルギー構造。温度変化に伴い、自由エネルギー構造が大きく変化している。上の２つの図はそれぞれの温度における安定な磁化状態を示す。 Free-energy structure in a ferromagnetic thin film. It drastically changes with temperature. The figures on the top show the stable magnetic states.

数理物理学分野■ MATHEMATICAL PHYSICS

http://www.apph.tohoku.ac.jp/mathphys

応用物性物理学講座APPLIED CONDENSEDMATTER PHYSICS

7 8

准 教 授 清 水 幸 弘Associate Prof. Y. Shimizu, Dr.

准 教 授 土 浦 宏 紀Associate Prof. H. Tsuchiura, Dr.

助 教 栂 裕 太Assistant Prof. Y. Toga, Dr.

助 教 吉 岡 匠 哉Assistant Prof. T. Yoshioka, Dr.

准 教 授 宮 嵜 博 司Associate Prof.H. Miyazaki, Dr.

　物質の持つ物理的な特性を有効利用し高機能な新規デバイスを創成することが、ナノサイエンスにおける重要な研究目的である。そのためには、物質中の電子と光の振る舞いをサブナノスケールからセミマクロスケールにわたり幅広く解析することが必要となる。当研究分野では、魅力あるナノサイエンス分野の中でも特に次のようなテーマについて理論的な研究を行っている。

1. フォトニック結晶，メタマテリアル 光の波長程度の微小構造体を周期配列した photonic 結晶やメタマテリアルを用いて光の伝播を制御する方法を研究する。また、　原子系や半導体の電子状態を量子光学的に制御する方法を数値的に探索する。 2. 強相関電子系遷移金属酸化物や希土類化合物などの多彩な物性の解明を目的とし、格子模型をにおいて繰り込み群や行列積状態を用いた大規模数値計算手法の開発を行う。また、この系の非平衡ダイナミクスを研究し、新しいメモリ素子の動作機構を解明する。 3. 超伝導体および冷却原子気体の理論 マクロスケールでの量子現象である超伝導や超流動を示す物質として、高温超伝導体や冷却原子気体を対象とした研究を進める。特にミクロな内部自由度が引き起こす新奇な秩序状態や相転移現象の理論的探索および解明を行う。 4. 磁性材料 希土類系永久磁石の保磁力機構解明を目指し、電子状態計算に基づいたミクロな視点から結晶磁気異方性や磁化ダイナミクスの研究を行う。また、磁気記録媒体に適した材料の探索を行う。

One of the principal objectives in the field of nano-science is to make a good use of physical properties of materials to develop new type of devices. We need, for this purpose, to analyze the behavior of electrons and light in matter from sub-nano- to semi-macroscale. Such research is in the branch of theoretical physics, known as “solid-state physics”. Within our group, theoretical studies are being carried out to investigate the following issues.

1. Photonic Crystals and metamaterials・Two- and Three- dimensional optical cloaking with metamaterials designed by optical transformations・ Arbitrary control of light propagation in photonic crystals and meta-materials composed of periodic arrays of microscopic optical elements2. Strongly correlated electron systems・ Development of large scale numerical computation methods for the strongly correlated lattice models by employing the renormalization group method and the matrix product states.・ Non equilibrium dynamics in strongly correlated electron systems.3. High-Tc superconductivity，Cold atom physics・ The crystalline magnetic anisotropy and coercivity in rare-earth permanent magnets such as Nd2Fe14B based on first-principles calculations and micromagnetics・ Material design for magnetic recording media4. Magnetic material design・Quasi-particle states of iron-based and cup rate superconductors.・Theory of topological superconductivity.・Quantum phase transitions in ultra-cold atoms with internal degrees of freedom.

基礎物性物理学分野■ SOLID STATE PHYSICS

http://www.apph.tohoku.ac.jp/kiso

応用物性物理学講座APPLIED CONDENSEDMATTER PHYSICS

9 10

Ｓ字型導波路、ミッキーマウス型と楕円型キャビティの固有モードでの電場強度分布（青から赤へ強度が増す）。ＴＭモード（E//rod axis）の光が上部から入射する。これらは中空白丸で表された誘電体円柱を一様に分布させた UDPS（Uniformly Distributed Photonic Scatterers）から作られており、誘電体の密度と比誘電率が高ければ UDPS が等方的なフォトニックギャップを持つ性質を利用している。

銅酸化物超伝導体で生じる準粒子散乱（上）が織りなす干渉パターン（下）。

An interference pattern (bottom) caused by quasiparticle scattering (top) in copper oxide superconductors.

希土類系永久磁石 Nd2Fe14Bの 001面における原子配列。 Crystal structure around a 001 surface of a rare-earth permanent magnet Nd2Fe14B.

Electric field intensity distributions of eigenmode for S-like microwaveguide, Mickey-Mouse-like, and oval-shaped 2D cavities. Light of TM mode (E//rod axis) is incident from upper side. Intensity increases from blue to red. These are made of amorphous photonic structure named as UDPS (Uniformly Distributed Photonic Scatterers) which are composed of randomly distributed dielectric rods shown by white circles. UDPS show isotropic photonic gaps for high density and dielectric contrast of rods.

助 教 高 橋 儀 宏Assistant Prof. Y. Takahashi, Dr.

助 教 寺 門 信 明Assistant Prof. N. Terakado, Dr.

教 授 藤 原 　 巧 Prof. T. Fujiwara, Dr.

　21世紀は「光（フォトニクス）の時代」である。光を自在に操ることで、我々の生活や社会は、現在の電子が主役であるエレクトロニクスから、光子によるフォトニクスの時代へと大きく変革されるであろう。ある種の物質が持つ非線形光学効果に起因する現象を利用することにより、光の向きや強さ、あるいは色（波長）を自在に変化させることができる。不規則構造を持つガラスの特長を活かして作製された光ファイバは、現代の光情報通信における必須のキーコンポーネントであるが、通常の光ファイバの役割は光信号をできるだけ遠くへ伝達することであり、光の方向変換（スイッチ）や強度変調など、光信号をアクティブに制御する機能を持っていない。本分野においては、ナノスケールの構造規則化を施すことによって、不規則構造物質（ガラス）には本来備わっていない光波制御機能を発現させる試みに挑戦している。電子から光子へ、未来を拓く光科学・材料の研究を推進している。

１．構造規則性と非線形光学効果２．ガラスの透明ナノ結晶化と光物性３．革新機能光ファイバ素子とフォトニック集積回路の開発４．希土類フリー新規蛍光材料の開発５．低エネルギー振動 “ボソンピーク ”の起源と物性評価応用６．Sol-gel 法を用いた非晶質酸化物の合成とその応用

Our laboratory has been newly established in April, 2006. The modification and manipulation of microscopic structures on materials have attracted considerable interest for future industries including several applications of electronics, photonics, bioengineering, and so on. For typical examples, so many efforts and valuable challenges have been performed for fabrication of nano-structured textures, patterns, and devices, especially for materials of Si semiconductors and other elements. Although glasses such as silica and others, exclusively used as an optical fiber for communication network, are very key materials/components for photonic applications, few attentions have been paid until recently in terms of nano- and micro-scale structures in glass materials. Glass is the material that has the inversion symmetry, therefore, glass should not have in principle second-order optical nonlinearity. This has brought the glass materials only to passive usages like fibers in optical transmission of photonic networks, while second-order optical nonlinearity is the property absolutely required to active applications, i.e., electro-optic (EO) switching and modulation, wavelength conversion etc, in signal processing of photonic information technology. By taking account of putting active functions like a second-order optical nonlinearity to the glass, nano-structuring of crystalline phase with the nonlinearity in glass, so to call nano-structure ordering for photonic functional glass, should be one of the best solutions forphotonic active materials used in the next advanced glass-fiber realm.

1. Nano-structure ordering for nonlinear optical functions2. Optical properties in transparent nano-crystallized glass3. Advanced active fiber-type components and nano-photonic integrated circuits4. Rare-earth free phosphor5. Origin of low-energy vibration” Boson peak” and its application to physical evaluation6.New functionalization of glass via sol-gel process

光物性学分野■ OPTICAL SCIENCES AND MATERIALS

http://www.apph.tohoku.ac.jp/fujiwara_lab

応用物性物理学講座APPLIED CONDENSEDMATTER PHYSICS

11 12

希土類フリー青色蛍光体の前駆体ゲル。ゲルを焼成することで高輝度な青色発光を示す結晶が得られる（左上）。

Precursor gel of rare-earth free phosphor . Strong blue emission is observed from the annealed gel under ultraviolet lamp.

半導体ナノ結晶化ガラスの発光（ x は酸化マンガン添加量）。緑色発光や蓄光により太陽電池パネルの発電アシストが期待される。

Semisonductive-Zn2GeO4 nanocrystallized glass for photovoltaic device application.

ボソンピークのその場観察のセットアップ。ガラスを昇温加熱しながらレーザーで励起することで非弾性光散乱を検出する。 Set-up of in-situ observation of Boson peak. Inelastically-scattered light is detected in the glass settled in a heat stage.

レーザー照射により形成された結晶化ガラスファイバ素子の断面。電場を印加することによりコアの透過光強度を制御できる。 Cross section of the crystallized glass fiber device for valuable optical attenuator.

13 14

助 教 三浦 大介Assistant Prof. D. Miura, Dr.

教 授 佐久間昭正Prof.A. Sakuma, Dr.

　物質の電気的、磁気的性質を担うのは電子に備わっている電荷とスピンであり、この二つの自由度を融合的に利用しようというのが近年目覚しい発展を遂げているスピントロニクスの狙いです。私たちは、スピンの動力学と伝導現象の関わりや、スピンが人工格子などエレクトロニクスの舞台で演じる仕掛けについて微視的立場から明らかにすることを目的に研究を行っています。また、これまで構築されてきた磁性理論のさらなる深厚に努めながら、実際の物質の磁気モーメントや磁気秩序、そして磁気異方性の起源を微視的立場から解明し、これらの物理量を定量的に評価する研究も行っています。

１．スピントロニクス・電流（電荷の流れ）やスピン流（スピン角運動量の流れ）と磁化の動力学の絡みに関す る理論研究。・スピントロニクス材料の伝導特性（電気伝導度、スピン分極率、異常ホール伝導度 , AMRなど）やギルバート緩和定数の第一原理計算。

２．物質の磁気特性の第一原理計算局所スピン密度汎関数法による電子状態の第一原理計算から、遷移金属合金や希土類金属間化合物の磁気特性（磁化、キュリー温度、磁気異方性定数など）を定量評価し、特性向上や新規磁性体の提案を図る。

The electric and magnetic properties of solids originally arise from the spin and charge of electrons, and the aim of spintronics is to utilize these degrees of freedom harmonically to develop new devices. The purpose of our work is to make clear of the interplay between the spin dynamics and transport phenomena, and the role of electron spin in the spintronics materials and artificial magnetic lattices. Another important study of our laboratory is to gain insight into the physical origin of the magnetic properties such as magnetic moment, exchange interaction and magnetocrystalline anisotropy of magnetic materials for the industrial utilizes, and to evaluate these magnetic properties by means of the fi rst principles technique.

1.Spintronics・Theoretical study on the interplay between the charge and spin currents and the spin dynamics.・First principles calculations of the conductivities (electric conductivity, spin polarization, anomalous Hall conductivity and AMR et al.) and Gilbert damping constants of transition metal alloys.

2.Qualitative analysis of magnetic properties of magnetic materialsFirst principles calculations of the magnetic properties such as magnetic moment, exchange interaction and magnetocrystalline anisotropy of magnetic materials based on the local spin density functional theory.

固体物性物理学分野■ CONDENSED MATTER PHYSICS

http://www.apph.tohoku.ac.jp/sakuma-lab/

応用材料物理学講座APPLIE MA E IAL SCIE CE

第一原理計算により得られた表面の Nd（ピンク原子）に酸素O（赤原子）が付着したときの電荷密度分布図。付着する前の表面のNd原子の磁気異方性定数は負であるが、Oの付着により電子分布が縦長になることで、そのNdの磁気異方性定数は正に転じる。

Distribution of the charge density of Ne2Fe14B near the surface, obtained by fi rst principles calculation. The magnetic anisotropy constants of (001) surface Nd ions are negative. When oxygen (O: red atom) attaches above the Nd ion (pink atom), the charge distribution of valence electrons of attached Nd ion stretches along c-axis. As a result, the sign of magnetic anisotropy constant of the Nd ion changes to positive.

ギルバート緩和係数αqの波数依存性 .αqはマグノングリーン関数の自己エネルギーに対応する。赤線は不純物を考慮しない場合。青線は非磁性不純物のみ考慮する場合。緑線は磁性不純物のみ考慮する場合。 Gilbert damping effi cient αq as a function of the wave number.αq is derived from calculating the self energy of magnon propagator.The red line shows αq in the absence of impurities.The blue line shows αq in the presence of only nonmagnetic impurities.The green line shows αq in the presence of only magnetic impurities.

Bcc-Feの kx-kz面における異常ホール電導度σxy [Ω・cm]-1の等高線図。異常ホール電導度は第一原理計算を実行することで得られた電子状態を用いて、Kubo-Stredaの公式に則って計算された。 Contour map of anormous Hal l conduct iv i tyσxy [Ω・cm]-1 in the kx-kzplane of bcc-Fe.It is calculated based on the Kubo-Streda formular in which the electronic states are obtained by using the fi rst principles calculation.

15 16

准 教 授 林 　 慶Associate Prof. K. Hayashi, Dr.

助 教 髙 松 智 寿Assistant Prof. T. Takamatsu, Dr.

教 授 宮 﨑 　 讓Prof.Y. Miyazaki, Dr.

　固体の熱電効果を利用した排熱発電材料や、ポストリチウムイオン電池材料、太陽電池材料等のエネルギー変換材料の研究開発を進めている。固体の機能は、その結晶構造に基づく電子構造によって主に決まるので、中性子やＸ線を用いた回折実験を行い、物質の結晶構造を高い精度で決定するとともに、第一原理計算により電子構造を評価し、機能発現に関わる構造要素を抽出して、更に高機能な材料を設計・合成することを目指している。これまでに創出した新物質の数は４０を超え、ICDD 結晶構造データベースに登録されているものも少なくない。最近では、新たな研究分野として熱電子放出現象を利用した薄膜超格子熱電材料や、有機物系熱電材料等の開拓にも積極的にチャレンジしている。

１．次世代型熱電変換材料の創製と特性評価２．有機物薄膜系熱電材料の合成と発電特性３．遷移金属ケイ化物系太陽電池薄膜の作製４．第一原理計算に基づくナトリウムイオン電池正極材料の探索５．室温近傍での使用を目指した電子冷却材料の探索

We have been exploring novel energy-harvesting materials, such as thermoelectric materials, cathode materials for secondary batteries and photovoltaic materials. Functions of a solid substance primarily depend on the electronic structure, directly derived from its crystal structure. Through high-quality structure analyses using neutron and X-ray diffraction, combined with first-principles calculations, we have been fabricating materials with desired functions. To date, more than 40 novel materials have been discovered based on our guiding principles. For developing future device technologies, challenges on thin-film thermionic multilayers and organic thermoelectric materials are currently underway.

1. Synthesis and physical properties of next-generation thermoelectric materials2. Preparation and thermoelectric properties of organic thin films3. Fabrication of transition metal silicide photovoltaic thin films4. Preparation of cathode materials for Na-ion batteries based on first-principles calculations5. Development of Peltier cooling materials utilized around room temperature

機能結晶学分野■ APPLIED X-RAY AND NEUTRON SPECTROSCOPY

http://www.apph.tohoku.ac.jp/ymiyazaki-lab

応用材料物理学講座APPLIED MATERIAL SCIENCE

ケイ化物熱電材料を用いた積層型多層発電モジュール。　

Multi-layered thermoelectric module utilizing silicide-based materials .

Mg2Si の単結晶回折パターン。

Crystal structure and single-crystalline diffraction spots of Mg2Si .超格子創製用低圧 RFスパッタ装置。 Low pressure RF-sputtering machine to deposit multi-layered films .

高温領域の熱伝導率を測定するレーザーフラッシュ型測定装置。

Laser-flash thermal conductivity measurement apparatus .

17 18

准教授 加藤 雅恒Associate Prof.M. Kato, Dr.

助 教 野地 　尚Assistant Prof.T. Noji, Dr.

助 教 川股 隆行Assistant Prof. T. Kawamata, Dr.

教 授 小池 洋二Prof.Y. Koike, Dr.

　固体中の多数の電子が織りなすエキゾチックな物理現象（超伝導、磁気秩序、電荷秩序等）のメカニズムを実験的に解明し、新しい機能性材料を開拓することをめざしています。具体的には、高温超伝導のメカニズムを解明するために、高温超伝導物質および関連物質の電子トランスポート、磁性、比熱等の基礎物性を研究するとともに、他研究機関とも積極的に協力し、ミュオン・スピン緩和等の実験も進めています。一方、室温超伝導物質の発見をめざして、新しい高温超伝導物質の探索的研究も行っています。そのために、電気化学的合成や低温合成等の手法を開発し、通常では合成が困難な物質の合成にもチャレンジしています。さらに、低次元量子スピン系物質におけるスピンが関与した新奇な熱輸送の研究も行っています。

1. 高温超伝導のメカニズムの解明をめざした高温超伝導物質および関連物質の物性の研究2. 新しい高温超伝導物質（究極的には室温超伝導物質）の探索的研究3. 機能性材料の新しい合成法の開発と大型単結晶の育成法の開発4. 低次元量子スピン系物質におけるスピンによる巨大熱伝導の研究と電気絶縁性高熱伝導材料の開発5. キャリアを注入したスピン系物質における電子相転移の研究

In this laboratory, mechanisms of exotic physical phenomena (superconductivity, magnetic order, charge order, and so on) due to a lot of electrons in solids have experimentally been investigated, aiming at developing new advanced-function materials. Concretely speaking, in order to elucidate the mechanism of high-temperature superconductivity, basic physical properties such as electronic transport properties, magnetism, specific heat have been studied on high-temperature superconductors and related materials. Muon-spin-relaxation measurements and others have also been performed positively in collaboration with other research groups. On the other hand, search for new high-temperature superconductors has been carried out aiming at the discovery of a room-temperature superconductor in the end. For this purpose, new synthetic techniques such as an electrochemical technique and a low-temperature synthesis technique have been developed. Moreover, heat transport due to spins in low-dimensional quantum spin systems has also been investigated.

1. Investigation of physical properties of high-temperature superconductors and related materials for the elucidation of the mechanism of high-temperature superconductivity.2. Search for new high-temperature superconductors （a room-temperature superconductor in the end）.3. Development of new synthetic techniques and growth techniques of large-sized single-crystals for advanced-function materials.4. Investigation of the giant thermal-conductivity due to spins in low-dimensional quantum spin systems and development of electrically insulating highly thermal-conducting materials.5. Study of electronic phase transitions in carrier-doped spin systems.

低温・超伝導物理学分野■ LOW TEMPERATURE PHYSICS AND SUPERCONDUCTIVITY PHYSICS

http://www.apph.tohoku.ac.jp/low-temp-lab/

応用材料物理学講座APPLIE MA E IAL SCIE CE

超高純度雰囲気グローブボックス内での新物質の合成。

Synthesis of a new material in an ultra-clean gas-fi lled glove-box.

熱伝導率の測定。

Measurement of thermal conductivity .

浮遊帯域溶融法による高温超伝導物質の大型単結晶育成。 Growth of a large-sized single-crystal of a high-temperature superconductor by the fl oating-zone method.

本分野で発見した新超伝導体 T'-La1.8-xEu0.2SrxCuO4 の結晶構造と磁化率の温度依存性。 Crystal structure of the new superconductor T'-La1.8-xEu0.2SrxCuO4 which we discovered, and its temperature dependence of magnetic susceptibility.

19 20

准 教 授 鳥 谷 部 祥 一Associate Prof. S. Toyabe, Dr.

助 教 中 村 修 一Assistant Prof. S. Nakamura, Dr.

教 授 工 藤 成 史Prof.S. Kudo, Dr.

　生物の細胞では、「分子機械」と呼ばれる蛋白質で作られた分子複合体が数多く活躍している。熱揺らぎに支配される微小空間でしなやかに動作する分子機械の作動原理は、ナノテクノロジー分野における新技術開発のブレークスルーとなることが期待されている。大腸菌やサルモネラ菌といった運動性細菌が持つ「べん毛」は、回転型分子機械である。細菌は、菌体外に伸びるらせん状の繊維を根元の回転モーター（べん毛モーター）で回転させて水中を泳ぐ。直径約 45nmのべん毛モーターは、水中に存在する水素イオンやナトリウムイオンをエネルギー源として、1分間に最高10万回転の高速回転と、1ミリ秒以内に回転方向を切り替える高性能なスイッチングシステムを備えた分子ナノマシンである。細菌はべん毛回転によって得られる推進力と、細胞膜に存在するセンサー（受容体）を利用して、発育に適した環境を探索し、効率的に移動する。本分野では、光学顕微計測、力学モデル、モデルバクテリア（ロボット）などを利用して、べん毛運動のエネルギー変換機構や、走化性応答の仕組みを解明することを目指している。

1. 細菌運動の力学的解析

2. 細菌の走化性応答に関する研究

3. 細菌の集団遊泳におけるマクロパターン形成に関する研究

4. バクテリアロボットの開発と細菌運動解析への応用

5. プロトン駆動型細菌べん毛モーターの回転メカニズムに関する研究

6. らせん形細菌スピロヘータの運動メカニズムに関する研究

Many kinds of molecular complexes called “molecular machines” which are consist of proteins play critical roles in living cells. Operation mechanisms of the molecular machines robustly functioning in the microscopic world governed by thermal fluctuation can become a breakthrough to develop a novel nano-technology. The bacterial flagellum is a rotary molecular machine, which is a motile organ of bacteria such as Escherichia coli and Salmonella. Bacteria swim in aqueous environments by rotating helical filaments with rotary motors embedded in the cytoplasmic membrane. The rotary motor called flagellar motor with 45-nm diameter, which is fueled by hydrogen ions or sodium ions, can rotate fast up to 100,000 rpm (rotation per minute) and possesses a fine switching system to change rotational direction within 1 ms. Bacterial cells efficiently migrate to favorable places for growing through propulsive force provided by the flagellar rotation and molecular sensors (receptors). To understand the mechanism of energy transduction in the flagellar motor and the chemotactic system, we are carrying out microscopic measurements of the flagellar motor dynamics or cell motility, kinematic analysis, and development of a model bacterium (a robot mimicking bacterial motion).

1. Kinematic analysis of bacterial motility.

2. Research about bacterial chemotaxis.

3. Analysis of a macroscopic pattern caused by collective swimming of bacteria.

4. Development and application of the model bacteria.

5. Research about the mechanism of energy transduction in the proton-driven flagellar motor.

6. Motion analysis of spiral-shaped bacteria, spirochetes.

生物物理工学分野■ BIOPHYSICAL ENGINEERING

http://www.apph.tohoku.ac.jp/bio/

応用材料物理学講座APPLIED MATERIAL SCIENCE

らせん細菌の遊泳速度に対する粘度の影響。ある種の細菌は、粘度が高いほど速く泳ぐ。

Effect of viscosity on the swimming speeds of spiral-shaped bacteria. Some bacterial species can swim faster in higher viscous environments.

べん毛回転計測法。【テザードセル法】べん毛１本をガラス表面に付着させ、細胞の回転を計測する。【レーザー暗視野顕微鏡法】らせん形べん毛繊維をレーザーで斜光照明し、回転に伴う輝点列の移動速度を解析する。【ビーズ法】べん毛繊維に付着させた微小ビーズの回転を計測することにより、トルク特性を調べる。

Rotation assays of the bacterial flagella. 【Tethered-cell assay】A single flagellum is adhered on a glass, and rotation of a cell body is measured.【Laser-dark-field microscopy】One-sided illumination under a dark-field microscope allows visualization of helical filaments as a series of

bright spots. The rotation rate of flagellum is obtained from the speeds of the spots moving with flagellar rotation.【Bead assay】Rotation of a small bead attached to the flagellar filament is detected by a high-speed camera or photodiode sensor. A schematic red line is the torque-speed curve of the Salmonella motor.

キャピラリーを用いた走化性実験。誘引物質を含むキャピラリー付近にサルモネラ菌が集まる。 Capillary assay to investigate chemotaxis. Salmonella cells gather near the capillary containing attractant.

遊泳中のサルモネラ菌の暗視野顕微鏡像。 Swimming Salmonella cells observed using a dark-field microscope.

21 22

准教授 淡路　 智Associate Prof.S. Awaji, Dr.

准教授 片山 竜二Associate Prof.R. Katayama, Dr.

助 教 高橋 弘紀Assistant Prof. K. Takahashi, Dr.

助 教 谷川 智之Assistant Prof. T. Tanikawa, Dr.

准教授 木村尚次郎Associate Prof.S. Kimura, Dr.

助 教 花田 　貴Assistant Prof. T. Hanada, Dr.

助 教 小黒 英俊Assistant Prof. H. Oguro, Dr.

助 教 窪谷 茂幸Assistant Prof. S. Kuboya, Dr.

教 授 渡辺 和雄Prof.K. Watanabe, Dr.

教 授 松岡 隆志Prof.T. Matsuoka, Dr.

　本センターは世界的にみても5カ所しかない有数の定常強磁場施設として知られています。強磁場は超伝導体や磁性体などの基礎物性の解明に必要な重要なパラメータであるほか、生体反応、化学反応、結晶成長など様々な現象にも影響を及ぼします。さらに、20T（1T : 1テスラは地磁気の約 2万倍）以上の強磁場中では、水やガラスなどが浮上し、擬似的に無重力状態を実験室で作ることができます。本センターでは、このような強磁場発生のために必要な、超伝導材料の開発や強磁場マグネットの開発を行うとともに、30Tを発生するハイブリッドマグネットを筆頭に20T 超伝導マグネットや 20T無冷媒超伝導マグネットなどによる強磁場を用いた物性研究や、磁場中での新材料作製プロセスなどの研究を行っています。

　ユビキタス通信などの高度情報化社会を支えるエレクトロニクスの発展において、電子材料はキーとなっています。新しい電子材料の出現が、エレクトロニクスに革命的な発展をもたらします。本研究室では、デバイス開発を念頭におき、新しい電子材料の研究開発に取り組んでいます。現在取り上げている材料は、青色発光ダイオードで知られている窒化物半導体です。1987年の InGaAlNの提案以来、エピタキシャル成長法、混和領域の予測、結晶成長や物性の結晶極性との関わりなどの研究を行ってきました。InNの薄膜成長に成功し、そのバンドギャップ・エネルギが従来言われていた可視域ではなく赤外域にあることを明らかにしました。この研究は、窒化物半導体研究の世界でトレンドとなっております。現在、InNの研究を進め、光ファイバ通信用光源において切望されている温度安定に優れた光源への適用の可能性を探っています。

Our center is a static high magnetic fi eld laboratory, which is well known as one of the fi ve largest high fi eld laboratories in the world. High magnetic fi eld is the most important parameter for basic researches on superconductors and magnetic materials. Moreover, it infl uences biological, chemical reactions, crystal growth and so on. Further, diamagnetic materials such as water and glass are levitated in high magnetic fields above 20T. This means that the gravity-free condition can be realized on the earth using high magnetic fi elds. Our subjects are the research and development of high fi eld superconducting materials and new magnet systems, and the basic research on physical phenomena and the materials processing in high magnetic field are also carried out using a 30T hybrid magnet, a 20T superconducting magnet and a 20T cryogen-free superconducting magnet.

In the development of electronics such as the ubiquitous communication that supports the highly-networked information society, the electronic materials become the key. The appearance of a new electronic material brings revolutionary development to the electronics. In this laboratory, we take device development into consideration and wrestle with the research and development of new electronic materials. The materials being taken up now are nitride semiconductors known for the blue light emitting diode. Since our proposal of InGaAlN in 1987, epitaxial growth method, a prediction of the miscible composition areas, and the relation of crystal growth and properties with the crystal polarity etc. have been investigated. We succeeded in film growth of InN and clarifi ed that its band-gap energy is not in the visible region, which used to be believed, but in the infrared region. This becomes a trend in the area of the nitride semiconductor research. We push forward the study of InN and investigate the possibility of the application to the light source with excellent stability against temperature variation desired earnestly for the optical fi ber communication.

強磁場超伝導材料研究センター■ HIGH FIELD LABORATORY FOR SUPERCONDUCTING MATERIALS

電子材料物性学研究部門■ PHYSICS OF ELECTRONIC MATERIALS

http://www.hfl sm.imr.tohoku.ac.jp/ http://www.matsuoka-lab.imr.tohoku.ac.jp/

金属材料研究所I S I U E F MA E IALS ESEA C

金属材料研究所I S I U E F MA E IALS ESEA C

無冷媒超伝導マグネット（20T-CSM）。

Cryogen-free superconducting magnet (20T-CSM).無冷媒ハイブリッド・マグネット（28T-CHM）。 Cryogen-free hybrid magnet (28T-CHM).

窒化物半導体のバンドギャップ・エネルギと格子定数。 Band-gap Energy and Lattice-constant of Nitride Semiconductors.

23 24

准教授 岡本 　聡Associate Prof.S. Okamoto, Dr.

准教授 江島 丈雄Associate Prof.T. Ejima, Dr.

助 教 豊田 光紀Assistant Prof. M. Toyoda, Dr.

助 教 菊池 伸明Assistant Prof. N. Kikuchi, Dr.

助 教 羽多野 忠Assistant Prof. T. Hatano, Dr.

教 授 北上 　修Prof.O. Kitakami, Dr.

教 授 栁原 美廣Prof.M. Yanagihara, Dr.

　磁気ディスクをはじめとする磁気メモリは、不揮発、高密度、低コスト、高速などの特長を有し、急速に情報化が進む現代社会において益々その重要性を増しています 。現在、それらのデバイスを構成する磁性体のサイズは10nm程度に微細化され、表界面効果、量子効果、熱揺らぎなどナノサイズ特有の様々な現象が顕在化しつつあります。例えば、具体的な問題として、どのような原子配列がナノサイズ領域において安定なのか、サイズ効果によりバルクとは異なる物性が現れるのか、さらには外場や熱に対して静的・動的にどのように振舞うのか、等々があります。これら基本的な問題を解決することは、基礎的興味だけでなく将来のデバイス開発を進めていく上で非常に重要です。そうした背景を踏まえ、私達の研究グループでは、ナノサイズ粒子の結晶相安定性、単一ナノ粒子の物性・スピンダイナミクス、微細加工技術の改善、新規な高密度メモリー技術の提案、という研究課題に取り組んでいます。

　多層膜対物鏡を用いた軟Ｘ線顕微鏡は、波長が光学顕微鏡より1桁以上短く、回折限界の30 nmの空間分解能が得られ、さらに、光学顕微鏡と同程度の広視野観察ができるので、今までにない機能を持った顕微鏡が期待できる。最近、極端紫外リソグラフィー用マスクの実波長観察で、顕微鏡の広視野・高分解能を実証した。当研究分野では、このような高性能軟Ｘ線顕微鏡の開発を目標とし、それに必要な基盤技術として、外乱に強い新型対物ミラーの開発、干渉計測による対物ミラー高精度調整法の開発などを並行して行っている。

1. 広視野・高分解能軟Ｘ線顕微鏡の開発と応用2. 極紫外リソグラフィー・マスクの実波長観察3. 生物試料の軟Ｘ線分光顕微観察4. 軟Ｘ線用高反射率多層膜ミラーの開発

Rapid progress toward information society has aroused much attention to magnetic memory devices because of their nonvolatility, high data density, low cost, high-speed accessibility. With reducing their constituent size down to 10 nm, various effects, such as surface and quantum size effects and thermal agitation of spins, appear and hamper further advance in device performance. It is indispensable to elucidate various physical properties of nanosized magnets. Under this circumstance, our intensive effort is focused on (1) size eff ect on crystal phase of magnets, (2) highly sensitive magnetic detection technique, (3) magnetic behavior of single nanomagnets, (4) new SPM lithography, and (5) new media and technology for ultrahigh density recording.

Soft X-ray microscope based on a multilayer-mirror objective is expected to be a tool of novel possibility because it enables us to observe objects with a field of view as wide as an optical microscope and with a spatial resolution of 30 nm, which comes from the wavelength of soft X-rays an order or more of magnitude shorter than the visible light. Recently, we have succeeded in demonstrating the wide field of view and high resolution by at-wavelength observation for extreme ultraviolet lithography masks. In order to develop the SX microscope, we also study novel SX objective systems insensitive to external disturbance and accurate alignment for an objective system using interferometric measurement.

1. Development and application of wide-fi eld-of-view and high-resolution soft X-ray microscope2. At-wavelength observation of extreme-ultraviolet lithography masks3. Soft X-ray spectromicroscopic observation of biological samples4 .Development of high-throughput soft X-ray multilayer mirrors

ナノスケール磁気デバイス研究分野■ NANOSCALE MAGNETISM AND DEVICES

軟Ｘ線顕微計測研究分野■ SOFT X-RAY MICROSCOPY

http://nanomagnet.tagen.tohoku.ac.jp/ http://www.tagen.tohoku.ac.jp/modules/laboratory/index.php?laboid=43

多元物質科学研究所I S I U E FMUL I ISCIPLI A ESEA CF A A CE MA E IALS

多元物質科学研究所I S I U E FMUL I ISCIPLI A ESEA CF A A CE MA E IALS

高倍率軟X線顕微鏡の反射型結像光学系 (m=1500)。

All-refl ective imaging system for high magnifi cation microscopy(m=1500).

EUVリソグラフィー用マスクの波長13.5 nmにおける実波長観察像。左 :エルボーパターンの中間像。点線の円（マスク上の直径 160μ m）は有効視野を示す。右 :最終像面で観察された幅240 nmのエルボーパターン。

At-wavelength images of an EUV lithography mask (λ=13.5 nm). Left: Intermediate image. The dashed circle (diameter on mask: 160 μ m) represents FOV. Right: 240-nm wide elbow patterns observed on the fi nal image plane.

L10 FePt 粒子の長距離規則度の粒子サイズ依存性と1粒子からの回折パターン (挿入図 )。

Size eff ect on long-range order parameter of L10 FePt particles. The inset shows the diff raction from one FePt particle (d = 3.2 nm) .

(a) L10 FePt (001) 単結晶ドットと異常Hall 効果測定電極、(b) 温度 T = 10, 300 K における(a) の FePt 単一ドットの磁化曲線。

(a) Single L10 FePt dot covered with cross-shaped electrode for anomalous Hall eff ect measurements, (b) Hall voltage curves at T = 10, 300 K for single FePt dot in (a)

25 26

准 教 授 渡 邉 　 昇Associate Prof.N. Watanabe, Dr.

准 教 授 小 島 一 信Associate Prof.K. Kojima, Dr.

助 教 山 崎 芳 樹Assistant Prof.Y. Yamazaki, Dr.

助 教 山 﨑 　 優 一Assistant Prof. M. Yamazaki, Dr.

教 授 髙 橋 正 彦Prof.M. Takahashi, Dr.

教 授 秩 父 重 英Prof.S. Chichibu, Dr.

　物質の中ではいろいろな種類の電子が様々に運動しており、それが物質の性質を決めている。本研究室は、高速電子線を励起源とするコンプトン散乱を用いて物質内電子の運動を可視化する新しい分光計測法を開発することにより反応性や機能性の起源を解明することを主たる目的として、下記の研究を進めている。１．配向分子の電子運動量分光による分子軌道イメージング２．多次元同時計測法の開発による電子・分子衝突ダイナミクス３．時間分解電子運動量分光の開発による物質内電子移動の可視化

　光と励起子の物理機能を融合する半導体光・電子デバイスの研究を行っています。研究対象には、波長 200nm 台の深紫外線から近赤外線までの広い波長範囲に対応する禁制帯幅を持つAlN，GaN，InN 等のⅢ族窒化物半導体やZnO，MgO 等のⅡ族酸化物半導体などの環境に優しい半導体を挙げ、有機金属化学気相エピタキシー法、分子線エピタキシー法に加え、当分野独自のヘリコン波励起プラズマスパッタエピタキシー法により、原子層レベルで平坦な表面・界面を持つ超薄膜や量子構造を形成します。また、フェムト秒パルス集束電子線励起による時間・空間同時分解分光計測を行い、微細領域における励起子効果・量子効果（キャリアダイナミクスや点欠陥との相関など）の物理に迫り、それらの構造を用いた光・電子デバイス（紫外線・純青・純緑色半導体レーザーや光と励起子の連成波デバイス、電界効果トランジスタ等）の形成を行います。

Properties of matter, such as reactivity and functionality, are determined by the motion of the constituent electrons. For this reason we principally aim at developing new spectroscopic methods, by using electron Compton scattering, that would visualize the electron motion for stable species and most importantly the change of electron motion in transient species, which is the driving force behind any chemical reactions.　The projects involved are as follows:1. Three-dimensional imaging of molecular orbital patterns by molecular frame electron momentum spectroscopy2. Developments of multidimensional coincidence techniques for studies on stereo-dynamics in electron-molecule collisions3. Development of time-resolved electron momentum spectroscopy for visualization of the change of electron motion in transient species

We work on the design and fabrication of compound-semiconductor optoelectronic devices merging the functions of the light and excitons. Atomically smooth ultrathin films and quantum structures of (Al,In,Ga)N and (Mg,Zn)O planet-conscious semiconductors are fabricated using metalorganic vapor-phase epitaxy, molecular-beam epitaxy, and the unique helicon-wave-excited-plasma sputtering epitaxy methods. Ultrafast recombination dynamics of excited particles in nanostructures are studied using time-resolved spectroscopy using a femtosecond laser, and various local carrier dynamics are probed by a focused pulsed photoelectron beam using the in-house spatio-time-resolved cathodoluminescence system.

量子電子科学研究分野■ QUANTUM ELECTRON SCIENCE

量子光エレクトロニクス研究分野■ QUANTUM OPTOELECRONICS

http://www.tagen.tohoku.ac.jp/modules/laboratory/index.php?laboid=42 http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/chichibu/index-j.html

多元物質科学研究所INSTITUTE OFMULTIDISCIPLINARY RESEARCHFOR ADVANCED MATERIALS

多元物質科学研究所INSTITUTE OFMULTIDISCIPLINARY RESEARCHFOR ADVANCED MATERIALS

アセトン分子の 195 nm 光励起による 3 体解離反応の時間分解電子運動量分光データの例。

An example of TREMS data for the photodissociation dynamics of acetone at 195 nm.

量子井戸半導体レーザポンチ絵と、フェムト秒パルス光電子銃を用いた時間・空間同時分解分光計測の概念図。

Schematic drawings of a quantum-well semiconductor laser diode and the concept of spatio-time-resolved cathodoluminescence spectroscopy using a femtosecond focused photoelectron beam.

時間分解電子運動量分光装置の模式図。 A schematic of an (e,2e) apparatus for time-resolved electron momentum spectroscopy (TREMS).

27 28

全学教育科目　語学、数学、　物理、情報…

工学基礎科目応用数学、量子力学、電磁気学、統計力学、

情報処理演習…

専門基礎科目

物性物理原論、応用物理計測学、コンピュータ

シミュレーション科学、結晶解析学、

応用物理学実験…

専門科目物性材料学、光物理工学、低温物理工学、生体分子機械、セミナー、卒業研修…

統計物理学 （Statistical Physics）固体物性基礎論 （Quantum Theory of Solids）構造・表面物性学 （Structure Analysis of Crystals and Surfaces）磁気・低温物性学 （Magnetism and Low Temperature Physics）光物性学 （Optical Properties of Solids）半導体工学 （Semiconductor Physics and Device Applications）応用物理工学原論 （Advanced Course in Applied Physics）

界面物理学 （Interface Physics）計算物理学 （Computational Physics）量子物理学 （Quantum Physics）磁性材料物理学 （Physics of Magnetic Materials）低温物理学（Low Temperature Physics）応用材料物性学 （Applied Material Physics）超伝導材料学 （Superconducting Materials） バイオミメティクス （Biomimetics） 電子材料物性学 （Physics of Electronic Materials）応用磁気物性学（Applied Magnetism）半導体光物性学（Optical Properties of Semiconductors）放射光物理学 （Synchrotron Radiation Research）応用分光学（Applied Spectroscopy）応用物理学特別研修 （Applied Physics Special Seminar）修士研修 （Thesis Research）博士研修 （Thesis Research）…

専門科目（Selected Topics）

専門基盤科目（Core Course）

　大学院博士課程前期・後期課程では、応用物理学専攻教員の専門分野の先端的研

究に基づいたさまざまな講義やセミナーを受けながら、各人が具体的テーマを持っ

て研究活動に没頭する日々が続きます。そして、現代物理学に基礎をおく幅広い物

理現象の理解と、それを実用に生かす工学の知識を身に付け、将来各界でリーダー

シップをとれる技術者・研究者に成長することを目指しています。

　応用物理学コースの講義は、物理の基礎から実際の工学への応用に至る幅広い領域

にわたっています。しかも、それらの内容が体系的に理解されるように、整然と積み

上げられていることが特徴です。応用物理学コースの学生は１年生から４年生の間に

（1）全学教育科目、（2）工学基礎科目、（3）専門基礎科目、（4）専門科目を順次受講します。

（2）、（3）の多くの科目には講義に加えて演習の時間が設けられており、これらの科目の

実質的な修得がなされるように配慮されています。応用物理学コースの特徴的講義科

目である「量子力学」、「統計力学」、「物性物理原論」では、固体物理学の基礎となる量子

力学と統計力学に加えて、機能性材料の基盤となる金属、半導体および絶縁体の基本的

な物性についての講義と演習が、また「コンピュータシミュレーション科学」では分子

動力学法やモンテカルロ法についての講義と実習が行われます。

　応用物理学コースの講義のもう一つの大きな特徴は、「卒業研修」に大きな重点を置

いていることです。学生は4年より応用物理学専攻の各研究室に所属し、指導教員のも

とで一線の研究活動に携わります。そこでは、それまでに修得した知識を実際の研究

の場でどのように応用するかが問われます。そして、それらの研究活動を通して、自ら

考え、自らの手で物を造り、あるいは、未知の現象に相対した場合に、その本質を明ら

かにしていく研究の姿勢を学びます。また、4年生の最後には、その研究成果をまとめ

て、「卒業研修」として教員と学生の前で発表します。

　このように応用物理学コースでは、基礎物理科目の十分な理解の上に立って、応用

物理科目の講義がなされることが特徴です。そして、それらが実際の研究の場で活か

され、検証され、身につけられるように工夫されています。

カリキュラム学 部CU ICULUM

U E A UA E

カリキュラム大学院

CU ICULUMA UA E SC L

シャープ（6）、三菱電機（6）、富士通（5）、東芝（5）、ニコン（3）、キャノン（2）、サンディスク（2）、セイコーエプソン（2）、東陽テクニカ（2）、ソニー、日立製作所、オリンパス、リコー、アルプス電気、アンリツ、アンリツ産業システム、沖データ、オプトデザイン、ジェイデバイス、日本電子、ヒロセ電機、V-テック、三菱電機待機システム、横河電機

NTT 研究所、NTTドコモ、日本総研ソリューションズ、新日鉄ソリューションズ、楽天、大日本印刷、カナエ、シンプレス･テクノロジー、日本ウィルテックソリューション、BookLive、アズビル

During past 5 years, 136 students graduated from our Department of Applied Physics.Described above are the companies or public institutions where the graduate students chose their jobs. Most of them are big companies and almost 10％ students chose their jobs at national institutes and universities.

古河電気工業（4）、旭化成（2）、NECトーキン（2）、JFEスチール（2）、住友金属鉱山（2）、住友電気工業（2）、千住金属工業（2）、日本ガイシ（2）、ブリジストン（2）、古河機械金属（2）、フジクラ、花王、TDK、東レ、富士フィルム、JXエンジニアリング、日陽エンジニアリング、二プロ、岡本硝子、JMC

北陸電力（2）、四国電力、三井物産、りそな銀行、みずほフィナンシャルグループ、ボストンコンサルティング、リクルートスタッフィング、特許事務所

トヨタ自動車（2）、三菱重工業（2）、東京エレクトロン（2）、東京エレクトロンAT、東京エレクトロン宮城、豊田中央研究所、本田技研工業、三菱自動車、スズキ、豊田自動織機、東海理化、日機装、日本モレックス、日立工機、高松機械工業

東北大学（14）、日本原子力研究開発機構、産業技術総合研究所、仙台市役所

電気・電子関連（48 人）

情報・通信ソフトサービス関連

（11 人）

材料・化学関連（32 人）

その他（9 人）

機械関連（19 人）

大学教員官公庁（17 人）

29 30

卒業後の進路

CA EE P SPEC S

■過去5年間（卒業・修了生136人）平成20～24年

キャンパスライフ

CAMPUS LIFE

CAMPUS LOCATION

31

運動会 （ Athletic meeting ）

ソフトボール大会 ( Softball meeting )

テニス大会 （ Tennis meeting ） 合宿 ( Training camp )

駅伝 ( Ekiden meeting ) 打ち上げパーティ ( Party )

ground

to Miyakyoudai

City bus stop

Fac.information

Eng. west

Center hall

Restraurant

Restaurant

to Aoba castle

BOOOK

to city

Eng. center

Gate tobotanical garden

1st road

Hirose riverto Zoo

Library and HumanisticFaculty

Bound for Aobadai,Miyakyoudai or Dobutsu-koen junkan via Aoba-dori

Lecture rooms1st (main) building

2nd building2nd building

2nd roadDepartment of Applied Physics

KawauchiCampus

KatahiraCampus

Aoba Campus

SciencePharma.sci.

Aoba Castle

Museum

International centerInternational centerAoba-Ave.Aoba-Ave.

Jyouzenji-Ave.

Hirose-St.Hirose-St.

Nish

ikou

en S

t.

Bans

ui S

t.

Gob

acho

u St

.

Nib

anch

ou A

ve.

Ichi

bach

ou S

t.

Prefectural officeCity hall

Museum

Engineering

to M

iyak

youd

ai,

Aob

adai

Centennialhall

Botanicalgarden

SEN

DA

Ist

atio

n

Bus pool No.9

Entrance examinations for the master and doctor programs are given in February and August for the entrance in October and April. Please contact the offi ce for further information:

Undergraduate Admission Section Tel : +81-22-795-3188 E-mail : eng-nyus@bureau.tohoku.ac.jp

Graduate Academic Aff airs Section Tel : +81-22-795-5820 E-mail : eng-in@bureau.tohoku.ac.jp

Department of Applied Physics, Graduate School of Engineering, Tohoku Universtiy6-6-05, Aoba, Aramaki, Aoba-ku, Sendai 980-8579

Electric Information Systems and Applied Physics Offi ceTel +81-22-795-7980 E-mail:kyomu@ecei.tohoku.ac.jp http://www.apph.tohoku.ac.jp