Research | 量子線エネルギー反応科学研究室

当グループの研究ベースは物質科学、材料科学です。様々な高密度エネルギー（光、荷電粒子、音波）を液体や固体に照射した際の原子レベルの挙動解明のための実験及び理論計算、結果として生じる変化（腐食などの劣化）解明、それら現象を応用した新材料開発、また新しい装置や手法開発など幅広く行っています。

研究室の装置

  実施中の具体的な研究例 (now in progress)

照射励起還元を利用したグリーンケミストリー反応による機能性ナノ微粒子合成制御と機能性解明 Synthesis of new functional metal nanoparticles under high energy irradiation reduction fields in water solution 高エネルギー量子を水に照射することで生じる水分子の分解による水の反応性を利用した金属ナノ粒子のクリーンな反応場での合成とそれらの特性や微細構造評価を行なっています。これらの方法で非平衡反応により通常の方法で生成しにくい状態の粒子合成で新規触媒合成などを試みています。

イオン制御照射法による無機ガラス固体内でのナノ構造体合成制御による光学、触媒、磁気機能性材料の開発 Light absorption, Catalyst and Magnetic properties control of nanoparticles synthesized in glassy solids by irradiation method 高エネルギー量子をガラスなどの固体への照射によって生じるイオンの堆積拡散エネルギー分散現象を利用したナノ粒子合成とそれらの粒子の特性や微細構造評価を行なっています。これらの方法で非平衡反応により通常の方法で生成しにくい状態の粒子合成による光磁気デバイスや触媒への応用を試みています。

高エネルギー粒子線照射による新機能性材料改質（高強度化、磁性制御） Surface modification of metallic alloys by the Irradiation of swift heavy ions 特定の金属に、制御した電子やイオンなどの高エネルギー粒子線を照射すると、原子の並びが変化して従来にない特性が発言する場合があり、それらを探索して高強度、靭性制御、磁性制御による新材料や高機能化に挑戦しています。

アモルファス合金の原子レベル局所構造解明と特性改質による新材料開発 Study of Local structure of Amorphous alloys, and their Property control by High energetic particles Irradiation 金属は基本的に規則的な原子の並びをした結晶にしかなりません。しかし、特定の合金を液体からの急冷や極めて高いエネルギー粒子の照射により規則性のないアモルファス合金を作成することが可能です。アモルファスは実際には作成する条件に依存した原子配置の乱雑さにも違いがある可能性があり、それが特性にも影響する可能性を見出しており超微細な原子の配列の制御から構造、特性の関係性を調べています。

化合物合金への照射による原子レベル欠陥形態制御と水素貯蔵に関する研究 Study of Hydrogen behavior in compound alloys with lattice defects introduced by high energetic particles irradiations 本研究では、特定の合金にのみ起こるナノ空間への複数個の水素原子の多重捕獲現象を解明し、その応用として結晶格子を制御して水素を閉じ込め放出させる水素貯蔵の研究を行っています。

特殊環境下（放射線、疲労、腐食環境など）での金属中の原子挙動解明による材料寿命予測 Study of defect dynamics in metals under fatigue stress and corrosion environment by using positron annihilation techniques 金属は強度の強い物質ですが、繰り返し変形など行なっていくとやがて破断するなどして壊れます。一般的には目に見えないほどの亀裂が発生することで起こりますが、亀裂が発生する遥か前の段階で原子の配列などがどのように乱れていくか、またそれらの変化が温度やガスなど周囲の環境によってどのように影響を受けるのかを、原子の動きを直接観察しながらの挙動を評価した例はありません。陽電子という特殊な素粒子を用いてこれらを明らかにする研究を行っています。

固体内での陽電子波動関数電子論計算による対消滅、および陽電子輸送に関する計算機シミュレーション Computer simulation of Positron annihilation, Pear creation, Defects behaviour, Charged particles transport and Nanoparticles formation. 金属完全結晶中の陽電子と空孔-水素欠陥に捕獲された陽電子波動関数の理論計算結果 私たちのグループで用いる陽電子による物質評価法では、極めて小さい原子レベルの穴の状態やその周囲の電子状態をきちんと評価するために、量子力学をベースとした理論的な計算によって陽電子を物質中に注入した際にどうなるかを計算機シミュレーションして実験結果と対比させることで極めて詳細な現象の解明にあたっています。

半導体における潜在欠陥評価および宇宙粒子線照射による欠陥挙動と電気特性 Latent defects in semiconductor and interaction between irradiation damage and electronic features 半導体は宇宙では太陽電池や宇宙船制御のためのコンピュータ素子などに用いられていますが、宇宙には非常に複雑な高エネルギー放射線が飛び交っており、それらによる損傷で凄まじい劣化が起こります。その起源は結晶中の原子の弾き出しなど原子の乱れですが、半導体種や照射の条件などによって大きく異なります。それらの原因となる半導体結晶中原子の変化を陽電子を用いて解明しています。

酸化物に対する粒子線照によるナノ構造変化と特性 Property and nanostructure change of ceramics after irradiation 高エネルギーγビームを用いた簡易型高速陽電子システム開発と応用研究 Development of fast positron annihilation measurement system by using LCS-gamma beam, and its application 金属疲労の原子変化の動的挙動をはじめ、金属、半導体、酸化物などの物質中の原子が欠落した空孔と呼ばれる穴を、変化している最中にも評価できるその場観察法が可能な陽電子実験システムの構築や評価方法の開発を行っています。