結晶を原子層レベルまで薄くすると表面近傍に新奇な電子状態が発現し、量子的な効果が顕著に現れ、結晶単体では見られない高移動度電子やスピン偏極電子、金属絶縁体転移の発現など新奇な物性を示すことが多くあります。こうした特異物性を極薄膜や表面で実現し、制御・解明する研究を行っています。高輝度かつ高エネルギー分解能の放射光を駆使することで、新奇な物理現象を正確に捉えることが可能です。

放射光源を利用した表面解析の手法は、実験室光源と比較してより多くの情報を得る・より微細な試料の測定を行うことが可能です。

• 世界最高性能を有するNanoTerasuとこれまで開発してきたin-situ ARPESマイクロ多端子電子輸送測定システムや計算科学を融合し、電子の運動を正確に記述し新たなナノ材料探索を実施
• Nanoterasuを用いたin-situ ARPES手法（角度分解光電子分光（Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy : ARPES））による、成膜環境下で物質の表面状態の詳細な解析が可能
• 放射光施設での測定に資する原子層レベルの極薄膜試料の作成が可能

放射光を用い新奇低次元物性の解明や光電子分光・多端子計測を合わせた革新的電子輸送現象解明手法開発による機能性表面・極薄膜探索を行っています。電子挙動の理解は革新的な半導体や加工技術の進歩に繋がります。

• 高信頼性原子力発電所の実現に向けた保全技術の開発のため、検査・評価技術の高度化及び検査員の技能研鑽のためには適切な試験体の存在が不可欠である。しかし、人為的に実キズ、特に応力腐食割れのような複雑なキズを再現するためには長い期間と多額の費用が必要であり、かつ制御が極めて困難という問題がある。このような問題を鑑み、非破壊検査技術に対する応答が実キズ相当である模擬キズを安価かつ短期間に製作する技術の開発を行っている。

非破壊検査技術に対する応答が実キズ相当である試験体の安価な提供が可能となり、検査・評価技術の高度化、及び検査員の技能研鑽に大きく貢献することが期待される。

• 融液からの結晶成長技術を利用した新規の機能性結晶材料を開発することを特徴とした研究を行っている。具体的には、シンチレータ材料・光学材料・圧電材料・熱電材料・金属材料を対象物質として研究を行っている。さらに、独自の結晶成長技術を用いた新規機能性材料のバルク単結晶化や難加工性金属合金の線材化技術などを開発している。

シンチレータや圧電素子等の単結晶が利用されている検出器や光デバイス、電子機器向けの新規材料探索や材料の高品質化に貢献できる。さらに、融液の直接線材化技術を用いた様々な難加工性合金の細線化が可能である。

• 放射線や光、熱、圧力等の外部からのエネルギーと結晶との相互作用に興味を持ち、㈰化学と物理の両面からの材料設計、㈪合成プロセスの開発、㈫相互作用の評価と理解、の3 つの切り口から先駆的な機能性結晶の研究を進めています。研究室内で異分野融合を行っており、要素技術の上流から下流までを垂直統合する体制で取り組んでいます。優れた特性を持つ結晶に関しては、そのデバイス化、実機搭載にも主体的に関わる点も特徴です。

シンチレータは、核医学、セキュリティ、核融合、資源探査、宇宙物理等、に用いる放射線検出器に応用されます。高発光量、高速応答、長波長発光、高エネルギー分解能、高温域での安定性など、ユーザーのニーズに合わせた材料設計が可能です。また、ランガサイト型圧電結晶は室温近傍の温度特性と低インピーダンスである特性を利用して、振動子、発振器、音叉等への応用も考えられております。また、高温域での特性に注目し、特に、自動車の燃焼圧センサー等への応用も検討されております。

格子欠陥定量解析法として極めて高い計測精度を誇るウィークビーム走査透過電子顕微鏡（WB-STEM）法の中で放射化試料・核燃試料の微細組織（転位および照射欠陥集合体など）を定量解析する技術を開発しました。
カートリッジ式の加熱炉の温度計測と電流制御を完全自動化した専用の加熱試料ホルダーとの組み合わせで、高い信頼性の温度履歴と一緒に転位組織の変化を動的にその場計測できます。

従来TEM法では逆空間や転位論などの専門知識を必要としましたが、我々のWB-STEM法では膜厚計測や転位ループ特徴抽出など自動解析ソフトウェアを実装しており、簡便かつ高精度な照射欠陥分析ができます。

• WB-STEM法は、その設計当初から原子力材料を取り扱う放射線管理区域内での、実装とオンサイト修理を想定して特殊孔径絞りや回折ディスク選択装置、制御・解析ソフトウェアを開発しています。
• 欧州炉RPV監視試験片、米国研究炉中性子照射材など世界中の放射化試料の照射欠陥分析を受け入れています。
• 廃炉事業に鉄含有核燃料模擬デブリの性状分析にも活用されています。

現在、透過電子顕微鏡を用いて組織観察を実施している研究組織が新たに特殊改造によってWB-STEM法を導入することをサポートをします。透過電子顕微鏡の使用実績の無い研究者に転位分析の手順を指導します。

主に放射光の回折を用いて、高い精度で構造観測を行います。エピタキシャル薄膜や固液界面など，計測技術が確立していない測定対象を見るのが特徴です。

大強度の放射光と，情報科学を併用することで，標準的なX線構造解析の手法が適用できない物質の構造を明らかにします。

• 周期性が完全でない物・表面や界面の構造解析を行う。
• 有機半導体の表面構造緩和
• 酸化物の界面構造
• ある程度平滑な表面（AFMで見える程度，ステップ表面）があれば、その表面近傍の構造を非破壊・非接触で0.01nmの精度で決める事が可能

固液界面でのプロセスの進行過程を見るような応用が考えられます。 図1:測定セットアップ，図2：20ms露光でのX線反射率測定による固液界面構造観測例