京都大学大学院工学研究科材料化学専攻 応用固体化学研究室


Professor/教授 Katsuhisa Tanaka/田中 勝久

Assistant professor/助教 Shunsuke Murai/村井 俊介







Photos for lab activities/研究室イベントの写真です


Research Target/研究概要

Exploring the physical properties of inorganic solids, oxides and metals in which strongly correlated electron-based oxides generated by coupling of charge, spin, orbitals and quasi-particles of de-localized electron systems play important roles. /電荷、スピン、軌道のカップリングによって生じる強相関電子系の酸化物や、非局在電子系の準粒子が重要な役割を担う金属や窒化物を中心に、無機固体の物性を明らかにして、新しい機能材料を開拓することを目的としています

Magnetic Oxide/酸化物磁性体

Transistors and magnetic memories have been devised that positively utilize not only the charge of electrons and holes but also the property of spin. This field is called spintronics. The giant magnetoresistive effect of metal multilayer films, which was the subject of the 2007 Nobel Prize in Physics, is a typical example. Further, when light is incident on the magnetic material, the light undergoes various modulations such as rotation of the polarization plane. This field is called magneto-optics. To put it plainly, the use of “transparent magnets” allows the development of materials that enable control of optical signals. Also, a system in which spin and electric dipole are strongly coupled in one solid is called multiferroics, and it is possible that both ferromagnetism and ferroelectricity coexist, and magnetization can be controlled by an electric field or dielectric polarization can be controlled by a magnetic field. Therefore, the development of new recording materials is expected. In our laboratory, we have clarified the basic magnetic properties of oxides with a unique electronic structure, and at the same time, as described above, not only the magnetic function but also other properties (electrical conductivity, dielectric property, optical property). ) Is being searched for./電子と正孔の電荷のみならず、スピンの性質を積極的に利用するトランジスタや磁気メモリが考案されている。この分野はスピントロニクスとよばれる。2007年のノーベル物理学賞の対象となった金属多層膜の巨大磁気抵抗効果はその代表例である。さらに、磁性体に光が入射すると、偏光面が回転するなど光はさまざまな変調を受ける。この分野は磁気光学とよばれる。平たく言えば、「透明な磁石」を用いれば光信号の制御を可能にする材料が開発できる。また、一つの固体においてスピンと電気双極子が強くカップリングした系はマルチフェロイクスとよばれ、強磁性と強誘電性が共存し、電場で磁化を、あるいは磁場で誘電分極を制御できる可能性があることから、新しい記録材料などへの展開が期待されている。当研究室では、特異な電子構造を持つ酸化物を対象に、基礎的な磁気的性質を明らかにすると同時に、上記のように磁気機能のみならず他の特性(電気伝導、誘電性、光物性)を併せ持つ材料を探索している。

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Dielectric Oxide/酸化物誘電体

We are researching a new oxide dielectric called electronic dielectric. The oxide represented by the composition formula of RFe2O4 (R is a rare earth) has a structure in which two layers in which iron ions form a triangular lattice are stacked along the c-axis, and iron ions are equal in Fe3+ and Fe2+. Frustration occurs in both charge and spin because there are only a few, and interesting phenomena related to charge-order and disorder transitions and magnetic transitions can be seen. We are growing single crystals of this substance and elucidating basic physical properties./電子誘電体と呼ばれる新しい酸化物誘電体について研究を行っている。RFe2O4Rは希土類)の組成式で表される酸化物は、鉄イオンが三角格子を形成する層2枚がc軸に沿って積層した構造を持っており、鉄イオンはFe3+とFe2+が等しい数だけ存在するため電荷とスピンの両方にフラストレーションが生じて、電荷の秩序・無秩序転移や磁気転移などに関連した興味深い現象が見られる。この物質の単結晶の育成と基礎物性の解明を行っている

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Plasmonics & Nanoantenna/プラズモニクス & ナノアンテナ

The bright red color of stained glass and faceted glass is due to the coloration of tens of nanometer gold particles dispersed in the glass. At this time, light energy is concentrated around the nanoparticles, and a resonance state of light and electrons called “surface plasmon” is realized. If this state is used properly, it will become clear that it will become a new technique for collecting, confining, and emitting light, and the field of science called surface plasmon = plasmonics was born. In our laboratory, we are using nanofabrication technology to create a structure (= nanoantenna) in which nanoparticles are arranged periodically, and we are studying its properties and applications. The nanoantenna has a property of strongly confining light in the antenna plane and emitting it in a specific direction. When combined with a light emitting material, the light emission intensity can be increased by one digit or more, and the light emission can be directed. In our laboratory, we are conducting world-leading research toward the application of nano antenna light sources and lighting./ステンドグラスや切子グラスの鮮やかな赤色、これはガラス中に分散した数十ナノメートルの金粒子の呈色によるものである。この時、ナノ粒子の周りに光のエネルギーが集中し、“表面プラズモン”と呼ばれる光と電子の共鳴状態が実現している。この状態を上手に使うと、光を集め、閉込め、放つための新たな技術となることが明らかになり、表面プラズモンの科学=プラズモニクスと呼ばれる学問分野が生まれた。当研究室では、ナノ加工技術を用いてナノ粒子を周期的に並べた構造(=ナノアンテナ)を作り、その性質と応用について研究している。ナノアンテナは、光をアンテナ平面内に強く閉じ込め、特定の方向へ放つ性質があり、発光材料と組み合わせると、発光強度を1桁以上高めたり、発光に指向性を持たせることができる。当研究室では、ナノアンテナの光源や照明応用に向けて、世界を先導する研究を行っている

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Postal address: Department of Material Chemistry, Graduate School of Engineering, Kyoto University, Nishikyo-ku, Kyoto 615-8510, Japan.

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