東北大学
学際科学フロンティア研究所

次世代蓄電池であるマグネシウム蓄電池の正極材料候補として酸化物系材料が検討されていますが、より高容量を実現できる硫黄系正極材料の研究が近年盛んに行われています。   東北大学金属材料研究所の下川航平助教（本務：学際科学フロンティア研究所）、古橋卓弥氏（東北大学大学院工学研究科 修士課程学生）、および市坪哲教授らの研究グループは、同研究所の加藤秀実教授ら、産業技術総合研究所の松本一上級主任研究員と共同で、電気化学反応を利用したトップダウン的手法により、マグネシウム蓄電池正極に適した高性能な硫黄/硫化物複合材料の作製に成功しました。この硫黄系複合材料は、マグネシウム蓄電池用正極材料として蓄電容量、充放電速度、サイクル特性などの点において高い性能を有することが示されました。また、充電直後の硫黄の非平衡状態（高いエネルギー状態）を利用することにより、熱力学的に想定される電位よりも高電位で放電できることも示されました。これは硫黄の新しい利用法を示すものであり、今後の硫黄系正極材料の開発に拍車をかける結果であると期待されます。   本成果は、2021年7月26日10時（英国時間）に英国王立化学会の学術誌『Journal of Materials Chemistry A』にオンライン掲載されました。 鉄脱離により二硫化鉄粒子中に生成した細孔部でマグネシウムとの反応が生じていることを示す放電後の電極の断面観察結果 論文情報： Kohei Shimokawa, Takuya Furuhashi, Tomoya Kawaguchi, Won-Young Park, Takeshi Wada, Hajime Matsumoto, Hidemi Kato, Tetsu Ichitsubo Journal of Materials Chemistry A "Electrochemically Synthesized Liquid-Sulfur/Sulfide Composite Materials for High-Rate Magnesium Battery Cathodes" DOI: 10.1039/d1ta03464b https://doi.org/10.1039/d1ta03464b プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/07/press20210726-02-mg.html 東北大学金属材料研究所 http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/news/results/detail---id-1349.html 科学技術振興機構 https://www.jst.go.jp/pr/announce/20210726/index.html

オンライン開催   　FRIS Hub Meetingは、FRISの研究者全員が参加する研究発表セミナーで、月に一度８月を除く毎月第4木曜日に開催しています。これまで参加者はFRIS内の研究者を対象としていましたが、2019年12月より、対象を東北大学の研究者、学生へと広げました。 また、2021年1月からは学際融合東北拠点のTI-FRIS Hub Meetingと合同で開催しています。   　言語は日本語と英語を混ぜて使用しています。異分野研究者同士では共通の常識や考え方は望めません。聴衆は発表中にどんどん質問し、討論し、理解を深めるようにしています。積極的にご参加ください。   第22回 FRIS Hub Meeting（TI-FRIS Hub Meetingとの合同開催） 日時：2021年7月26日（月）11：00－12：00　 開催方式：オンライン（Zoom） 事前登録が必要になります。参加申し込みフォームよりご登録ください。 発表者： 川面 洋平（東北大学 学際科学フロンティア研究所 助教／先端基礎科学） 発表タイトル： プラズマ乱流 : 非線形でマルチスケールな世界 （Plasma turbulence: A nonlinear and multiscale world）   要旨： 宇宙に存在する“目に見える”物質のうち99%はプラズマによって出来ている。そのためプラズマの持つ物理的性質を理解することは、多様なシステムを統一的に理解することに繋がる。しかしプラズマの持つ多様性は、プラズマが極めて複雑な非線形系であることの裏返しである。私は非線形現象の代表例である「乱流」を対象に研究を行っている。プラズマ乱流はマクロとミクロが連結したマルチスケールな難題であり、これにに挑むためには学際的なアプローチが鍵となる。今回のHub meetingでは、異分野研究者に向けたプラズマ乱流の基本的な話から最新の研究トピックまで紹介する。     ◆FRIS Hub Meetingについて

粒子を単原子という極限にまで小さくすると、元素の利用効率を最大化し、さらに、新たな化学的性質をもたらす可能性があります。そのため、単原子触媒と呼ばれる単一原子の形の触媒が、触媒反応の効率と選択性を改善するために、近年広く研究されています。   新領域創成研究部の韓久慧助教、上海交通大学（中国）のPan Liu教授とジョンズ・ホプキンス大学 (米国) の Mingwei Chen 教授の共同チームは、3D ナノ多孔質グラフェン上にNiおよびCu原子を担持させた単一原子触媒を開発しました。窒素ドープしたグラフェンマトリックス内のCuおよび Ni 単一原子の相乗効果により、この材料は酸素還元反応（ORR）に対して並外れた触媒活性を示します。また、この単原子触媒を空気極に使用した充電式空気亜鉛電池は、優れたエネルギー効率、高い出力密度、高いサイクル安定性を示します。本研究で金属空気電池のための効率的で耐久性のある単原子ORR触媒の開発の促進が期待されます。   本成果は2021年6月28日付で「Nanoscale」に掲載されました。 掲載論文： Yongtai Cheng, Haofei Wu, Jiuhui Han, Siying Zhong, Senhe Huang, Shufen Chu, Shuangxi Song, Kolan Madhav Reddy, Xiaodong Wang, Shao-Yi Wu, Xiaodong Zhuang, Isaac Johnson, Pan Liu, and Mingwei Chen. “Atomic Ni and Cu co-anchored 3D nanoporous graphene as an efficient oxygen reduction electrocatalyst for zinc-air batteries”, Nanosclae, 2021, doi: 10.1039/D1NR01612A https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/NR/D1NR01612A#!divAbstract

全領域合同研究交流会 特別企画「第6回 FRIS/DIARE Joint Workshop」 FRISとDIAREのメンバーは交流と研究テーマ創造を目的に活発な議論を行っています。このJoint Workshopでは、多くの研究者が一堂に会し、学内で現在行われている様々な学際研究を網羅的に知り、交流を広げることを目的としています。どなたも参加歓迎いたします。   日時：令和３年　8月 2日（月）9:50～16:00 主催：学際科学フロンティア研究所、学際高等研究教育院 実施方法：オンライン Zoom（全体アナウンス、複数の談話用ブレイクアウトルーム） バーチャルポスターセッション（Copyright by 甲斐洋行 AIMR助教） https://www.virtual-poster.net/ 発表者：学際科学フロンティア研究所（FRIS）教員 　　　　学際高等研究教育院（DIARE）教育院生 　　　　ほか ポスター紹介のためのショートプレゼンは行いません。事前に各自１ページpdfファイルをGoogleスプレッドシートを通じて公開し、それを参加者にチェックしておいてもらうことにします。   参加登録方法： 発表タイトル（日本語・英語）を提出（アブストラクトは不要）。発表タイトルは形式的なものではなく、catchyなものにしましょう。 提出の仕方はFRIS, DIAREのメーリングリストでお知らせします。 ポスターはA0~A4縦サイズのPNG画像で作成してください。 顔写真、研究概要、提供できる技術、求めている技術を書いた１ページpdfファイルをGoogleスプレッドシートで共有します。テンプレートをメーリングリストで送付しますので、それを使って作成してください。 ポスターと１ページpdfスライドはできるだけ日本語・英語併記でお願いします。   プログラム： 09:50-10:00 [Zoom]　 　開会の挨拶、全体アナウンス 10:00-10:45 [Zoom] 　招待講演１：林 真貴子 氏（NYU Langone Medical Center; 教育院OG） 10:45-12:00 [Virtual poster session]　 　ポスターセッション１ 12:00-13:00　昼休憩 13:00-13:45 [Zoom] 　招待講演２：熊谷 将吾 氏（環境科学研究科 助教; 教育院OB） 　　　　　「ケミカルリサイクルのフロンティアを追い求めて－研究教育院生採択からの10年間－」 13:45-15:00 [Virtual poster session] 　ポスターセッション２ 15:00-16:00 [Zoom] 　グループディスカッション、フリー交流     問い合わせ先 学際科学フロンティア研究所　企画部 @ ■全領域合同研究交流会について

近年、フェリ磁性金属薄膜磁石にフェムト秒の時間幅を有する光パルスを照射すると薄膜磁石の極性を高速、高エネルギー効率かつ無磁場で反転できることが実証されてきました（下図）。その反転メカニズムはフェリ磁性体の元素間の角運動量交換によるものとされてきました。   新領域創成研究部の飯浜賢志助教はロレーヌ大学ジーンラムール研究所のStéphane Mangin教授グループと共同で薄膜積層構造のスピン角運動量移送を利用することで難しいと考えられてきた強磁性薄膜磁石の極性反転を実現してきました。今回、超短光パルスを照射した際の金属薄膜磁石の極性反転に関するメカニズムと近年の様々な金属薄膜磁石における報告の総説をしました。     本成果は学術雑誌「Journal of the Physical Society of Japan」に2021年6月30日付でオンライン先行掲載されました。   掲載論文： Satoshi Iihama et al. “Spin-transport Mediated Single-shot All-optical Magnetization Switching of Metallic Films” Journal of the Physical Society of Japan, Vol. 90, 081009 (2021) Doi: 10.7566/JPSJ.90.081009

新領域創成研究部の佐藤佑介助教と先端学際基幹研究部の鈴木勇輝助教の共著による総説論文が日本生物物理学会の欧文誌「Biophysics and Physicobilogy」に掲載され、表紙に採用されました。   細胞の構造や機能の多くは分子の自己集合により実現されています。細胞のように自律的に振る舞う分子システムを人為的に設計し創り出す上で有力な技術がDNAナノテクノロジーです。本総説では、DNA分子の自己集合を用いた動的な人工分子システムの構築について、最新の研究動向と展望を議論しました。   Yusuke Sato*, Yuki Suzuki*, “DNA nanotechnology provides an avenue for the construction of programmable dynamic molecular systems”, Biophysics and Physicobiology 18, 116-126 (2021), DOI: 10.2142/biophysico.bppb-v18.013 https://www.jstage.jst.go.jp/article/biophysico/18/0/18_bppb-v18.013/_article      

受賞発表日／2021年7月1日 東北大学に所属する助教61名に「東北大学プロミネントリサーチフェロー」の称号が付与され、学際科学フロンティア研究所（学際研）からは39名が選ばれました。   「東北大学プロミネントリサーチフェロー」制度は、東北大学の助教のうち、新領域を切り開く独創的な研究に挑戦する者に称号を付与するもので、今回新たに創設されました。   プロミネントリサーチフェローの称号を付与された若手教員の活躍が、本学における教育研究の一層の推進及び社会への貢献に資することが期待されます。 学際研所属の称号付与者： 青木 英恵 助教 （物質材料・エネルギー） 阿部 博弥 助教 （デバイス・テクノロジー） 飯浜 賢志 助教 （先端基礎科学）） 石井 琢郎 助教 （デバイス・テクノロジー） 井田 大貴 助教 （生命・環境） 市川 幸平 助教 （先端基礎科学） 市之瀬 敏晴 助教 （生命・環境） 上野 裕 助教 （物質材料・エネルギー） WENG YUEH HSUAN 助教 （人間・社会） 遠藤 晋平 助教 （先端基礎科学） 奥村 正樹 助教 （先端基礎科学） 小原 脩平 助教 （先端基礎科学） 金田 文寛 助教 （情報・システム） 川面 洋平 助教 （先端基礎科学） 北嶋 直弥 助教 （先端基礎科学） 木野 久志 助教 （デバイス・テクノロジー） NGUYEN TUAN HUNG 助教 （物質材料・エネルギー） 郭 媛元 助教 （デバイス・テクノロジー） 楠山 譲二 助教 （生命・環境） 齋藤 勇士 助教 （物質材料・エネルギー） 佐藤 伸一 助教 （生命・環境） 佐藤 佑介 助教 （デバイス・テクノロジー） 塩見 こずえ 助教 （生命・環境） 鈴木 勇輝 助教 （デバイス・テクノロジー） 田原 淳士 助教 （先端基礎科学） 田村 光平 助教 （人間・社会） 張 俊 助教 （物質材料・エネルギー） 張 超亮 助教 （デバイス・テクノロジー） 曹 洋 助教 （物質材料・エネルギー） 中安 祐太 助教 （人間・社会） 梨本 裕司 助教 （生命・環境） 韓 久慧 助教 （物質材料・エネルギー） BERNARD CHRYSTELLE ANNA ROSE MARLENE 助教 （デバイス・テクノロジー） 馬渕 拓哉 助教 （物質材料・エネルギー） 安井 浩太郎 助教 （情報・システム） 山田 將樹 助教 （先端基礎科学） 山田 類 助教 （物質材料・エネルギー） 山根 結太 助教 （デバイス・テクノロジー）    常松 友美 助教（生命・環境）兼務：生命科学研究科   東北大学： 「独創的な研究に挑戦する若手研究者『東北大学プロミネントリサーチフェロー』を発表しました」 http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/07/news20210701-99.html   東北大学若手躍進イニシアティブ https://www.bureau.tohoku.ac.jp/yri/index.html

ナトリウムイオン電池はリチウムイオン電池の低コスト代替品になると期待されているが、実用化へ向けた課題は高性能な電極の開発です。グラファイトのアモルファス同素体であるハードカーボンは、大容量かつ低コストであることから、一般的にナトリウムイオン電池の最も期待される負極材料と考えられてきました。しかし、アモルファスカーボンの無秩序な構造を制御して特性を明らかにすることが困難であるため、ハードカーボン内のナトリウムイオンの貯蔵に関する基本的なメカニズムが長い間の議論でした。   東北大学学際科学フロンティア研究所の韓久慧助教と材料科学高等研究所（AIMR）の陳明偉教授、工藤朗助教らの研究グループは、低温脱合金法を用いることで、局所構造を精密に制御できるアモルファスカーボンを開発しました。さらにこのアモルファスカーボンを導入したモデルシステムによる調査から、ハードカーボン内のナトリウムイオンについて新たな貯蔵メカニズムを明らかにしました。本研究はナトリウムイオン電池用の先進的カーボン負極の設計に新しい道を開くものです。   本研究成果は、2021年6月7日付けで米国科学誌『Nano Letters』にオンライン掲載され、Supplementary Coverとしても選出されました。また、6月28日に本学よりプレスリリースされました。 本研究に使用したアモルファスカーボンモデル材料の高分解能透過型電子顕微鏡像。アモルファスカーボンは化学的脱合金により合成され、その後の熱処理の温度に応じて種々の局所構造が生成された。 発表情報： Jiuhui Han, Isaac Johnson, Zhen Lu, Akira Kudo, Mingwei Chen Nano Letters "Effect of Local Atomic Structure on Sodium Ion Storage in Hard Amorphous Carbon" DOI：10.1021/acs.nanolett.1c01595 https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c01595 プレスリリース： 東北大学 https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/06/press20210628-01-carbon.html    

プラスチックやゴムとして知られる高分子材料は、耐熱性・成形加工性・柔軟性などの優れた物性を生かして、食品容器・飲料ボトル・フィルム・繊維などに幅広く用いられています。高分子材料中の「結晶の配向」は材料の諸物性に大きな影響を与えますが、可視化する上では従来法の分解能が不十分であること、また、高分子結晶が電子線照射で損傷を受けやすい（電子線ダメージ）ことから、今まで可視化できませんでした。   東北大学 多元物質科学研究所の陣内浩司教授、学際科学フロンティア研究所の津田健治教授らの研究グループは、電子顕微鏡に高感度の検出器を導入することで高分子結晶に対する電子線ダメージを低減し、さらに、顕微鏡の光学系・測定方法を工夫することで、高分子材料中の結晶の配向をナノスケールで詳細に可視化することに成功しました。   この研究成果によって、高分子材料の諸物性（特に力学特性）と結晶構造との相関を調べることが可能になり、既存の高分子製品の性能向上、さらには、環境適合型の高分子材料の開発に寄与すると期待されます。   本研究成果は、令和3年6月23日（米国東部時間）に、米国化学会（American Chemical Society, ACS）の科学雑誌「Macromolecules」にて公開され、6月24日に本学よりプレスリリースされました。   論文情報： Shusuke Kanomi, Hironori Marubayashi, Tomohiro Miyata, Kenji Tsuda and Hiroshi Jinnai, "Nanodiffraction Imaging of Polymer Crystals", Macromolecules (American Chemical Society). DOI: 10.1021/acs.macromol.1c00683 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.1c00683   プレスリリース： 東北大学 http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/06/press20210624-01-crystal.html

  教育院生及び学際研関係者以外の方で参加をご希望の方は７月６日（火）13：00までに下記のフォームから申し込みをお願い致します。 追って参加方法等についてご連絡致します。   申込書フォーム https://forms.gle/gQsYxkNTveM4QCCp6 ※参加には東北大メールが必要となりますので予めご確認下さい。   日時： 日時：７月７日 (水) １３：００～　※学内限定とさせて頂きます   発表者： 平井あすか（先端基礎科学/D3博士研究教育院生） 梅原典子（人間・社会/ D2博士研究教育院生） 澤村瞭太（生命・環境/ D2博士研究教育院生） ほか   場所： オンラインセミナー（Zoom）   ■全領域合同研究交流会について