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東北大学金属材料研究所
教授:市坪 哲
tichi [あっと] imr.tohoku.ac.jp

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研究分野
相転移組織形成学
電極材料・電気化学
熱力学・統計熱力学
微視的弾性力学
物性物理
材料組織
研究キーワード
リチウム蓄電池
マグネシウム蓄電池
光相変化材料
超音波・擬弾性緩和
X線非弾性散乱
マイクロメカニクス
垂直磁化薄膜
計算機シミュレーション

2001年2月以来
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略歴
1991.03 大阪府立北野高等学校卒業
1995.03 京都大学工学部 金属加工学科卒(現:物理工学科へ改組)
2000.03 京都大学大学院工学研究科 材料工学専攻博士後期課程修了
学位
2000.03.23 京都大学博士(工学) (FePd合金の規則 - 不規則相変態に及ぼす外部応力・磁場効果に関する研究)
職歴
2000.04.01-2003.03.31 大阪大学大学院基礎工学研究科 助手 システム人間系専攻 機械科学分野非線形力学講座
2003.04.01-2005.05.31 東北大学金属材料研究所 助手 ランダム構造物質学研究分野(松原研)
2005.06.01-2006.07.31 京都大学大学院工学研究科 助手 材料工学専攻 材料設計工学講座(松原研)
2006.08.01-2016.10.16 京都大学 大学院工学研究科 准教授 材料工学専攻 材料設計工学講座(松原研)
2016.10.17-現在 東北大学金属材料研究所 教授(構造制御機能材料学研究部門
2019.10.01-現在 東北大学金属材料研究所 先端エネルギー材料理工共創研究センター(E-IMR) センター長
兼任
2003.04-2006.03 物質・材料研究機構 客員研究員 (原田グループ)
2007.10-2008.09 東北大学学際科学高等研究センター 客員准教授
2010.03-2011.03 Visiting Associate Professor, University of Tennessee, USA: (Prof. Takeshi Egami)
2012.10-2013.03 東北大学金属材料研究所 委嘱准教授
受賞歴
2001 第11回日本金属学会奨励賞・組織部門
2004 第44回原田研究奨励賞 (本多記念会)
2010 第31回本多記念研究奨励賞 (本多記念会)
2012 第22回日本クラシック音楽コンクール・ピアノ(一般)部門・全国大会入選
2018 第30回相変化研究会シンポジウム(PCOS2018)PCOS AWARD オーラル賞

News

2018.08.10 東工大・大場先生のグループとの共同研究である「リチウムイオンと多価イオンとの協奏効果に関する研究」がAdvanced Energy Materialsで発表されました【プレスリリース】.
2018.05.21 産総研・平田先生(現:早稲田大教授)との共同研究である光誘起高速相転移するGe-Sb-Teアモルファス構造に関する研究がPhysical Review Lettersで発表されました【プレスリリース】.
2018.04.01 東北大学金属材料研究所における当研究部門の部門名称を「構造制御機能性材料学研究部門」に変更しました. 市坪はこれまでに,歪を伴う相転移ダイナミクスに関する研究テーマを中心に,種々の興味深い相転移現象の解明と組織制御に関する研究を,基礎から応用にわたって行ってきました. 具体的には, 固体‐固体相構造相転移の組織形成ダイナミクスの解明と外場印加による組織制御に関する研究, メガヘルツ振動を用いた金属ガラスのベータ緩和機構の解明とガラスの構造不均一性に関する研究, 蓄電池系におけるキャリアイオン脱挿入に伴う相転移と歪効果および新しい蓄電池系の探索及び開発, 光誘起相変化材料の高速アモルファス化機構の解明, などです. 今後,新たに研究部門を構築するに際し,2007年頃から取り組んでいるマグネシウム蓄電池や二塩蓄電池系統のエネルギー材料研究開発を継続するとともに,「相変化・相変態・相転移」を基軸にし,材料組織構造を制御することにより新たな機能性を発現する新材料を,分野横断的に研究開発することを目指していきたいと考えております.


2017.03.19 部門立ち上げの抱負
2016.10.17 京都大学大学院工学研究科材料工学専攻から東北大学金属材料研究所「生体材料学研究部門」に着任しました.部門名称は将来的には,構造制御機能性材料に関する研究部門に変更する予定です.
2016.08.19 Initial Atomic Motion Immediately Following Femtosecond-Laser Excitation in Phase-Change Materials が Physical Review Letters 117, 135501 (2016). にアクセプトされました.この論文は,山田特定教授がPanasonic時代に開発されたDVD材料Ge-Sb-Te系結晶−アモルファス超高速相転移材料において,SACLAのX線自由電子レーザーを使ったPump Probe法により,フェムトレーザー励起後に原子がどのような動きをするかを初めて実験的に明らかにした論文です. 光励起において,主にGe原子がRattling motionをすることがサブピコ秒時間分解構造因子解析により明らかになりました.また,この初動により,結晶全体の共鳴結合が壊れることが,阪大・谷村教授による可視光ポンププローブの結果からも示唆されました.また,東北大の陳先生らの第一原理分子動力学計算によるアモルファス構造から,Teの鎖が直線的であること,Ge-Teのボンド距離が結晶における距離よりも短いことから,アモルファス構造では共鳴結合が失われていることも推察されます.このようにレーザー励起直後のGeのRattling motionが共鳴結合を消失させ,その結果として局所的に二量体化が進むという,結晶→アモルファス超高速相転移機構の鍵を握っているということを実証しました.
2015.09.23 Toward “rocking-chair type” Mg-Li dual-salt batteries が2015 Journal of Materials Chemistry A Hot Papersに選定されました.Dual-salt (Dual-ion) 電池の実現化に向けて頑張りたいと思います.
2015.08.13 金属ガラスの緩和に関する視点からの構造不均一性に関連する事柄をまとめました:アグネ金属2015年1月号に解説記事「金属ガラスの緩和挙動と構造不均一性」
2015.06.10 約3VクラスのMg蓄電池正極材料開発に関する論文(Advanced Science):OA by Wiley
Mg電池では新しい機構でMgイオンが挿入・脱離する物質を発見しました.スピネル酸化物が岩塩構造に相転移しながら脱挿入する機構をとります.
2015.04.07 ロッキングチェア型Mg-Li二塩蓄電池の提案:(Journal of Materials Chemistry A
Dual-salt or Dual-ionにすることによりLiのデンドライト電析を抑制することができるという重要な負極特性を提示するとともに,マグネシウムスピネル酸化物がリチウムおよびマグネシウムの両方のカチオンの挿入が可能であることを実証しています.
2014.07.14 リチウム電池用負極活物質材料バルクナノポーラスシリコンの開発に成功プレスリリース
2014.06.27 マグネシウム蓄電池用正極活物質Chevrel化合物の再検討:何故1.1V vs Mgだったのか?
2012.12.01 HPをリニューアル(過去のHP English
2012.10.09 PRICM-8から金属ガラスに関するKeynote talkの依頼を受諾
2011.10.01 JST-ALCAで「高エネルギー密度を有する革新的マグネシウム蓄電池の開発」が採択
2011.01.27 蓄電池電極に及ぼす歪効果に関する研究がJournal of Materials Chemistry誌のHot papersに選定

研究内容・業績

研究分野
 物性物理,材料組織,電極材料学・電気化学

研究キーワード
 統計熱力学,蓄電池,超音波・擬弾性緩和,X線非弾性散乱,弾性論,垂直磁化薄膜,計算機シミュレーション

研究内容の概要 by Evernote
解説記事

研究業績
ジャーナル論文
国際会議での招待講演一覧
国内会議などでの招待講演一覧

プロジェクト

2011年10月から
JST
 ALCAプロジェクト採択 高エネルギー密度を有するマグネシウム蓄電池の開発

2009年から参画
NEDO
 革新型蓄電池先端科学基礎研究事業(小久見プロジェクト)

過去のプロジェクト参画
 文部科学省科学研究費補助金特定領域研究 巨大ひずみが開拓する高密度格子欠陥新材料
 文部科学省科学研究費補助金特定領域研究 金属ガラスの材料科学
 文部省科学研究費補助金特定領域研究 材料組織制御を目指した相変態の微視的機構の解明

担当授業

【学部】
物理工学総論・分担(学部1回生) 2007年度−2009年度, 2013年度−現在
物理工学に入学した1年生に対し,物理工学とはどのような工学分野なのか,そしてその中にある各々の学科(専攻)ではどのようなことが行われているのかを幅広く教育するための講義である.
2007年度−2009年度:新材料金属ガラス
2013年度−現在:蓄電池と金属ガラス
材料統計物理学(学部2回生以上) 2008年度−現在 京都大学工学研究科 
物理や化学の様々な現象に深い関わりをもつ熱・統計力学の基本的な考え方を説明し,物質科学において果たす役割,適用例について述べる.具体的には,なるべく公式を覚えないですむ論理的な熱力学関係式の導出をを行い,次いで,統計熱力学と熱力学との関連性を理解し,ミクロカノニカル法とカノニカル法の習得を重点的に目指す.特に両者の関連性を理解することに重点をおく.
材料工学実験 相変態と拡散(学部3回生) 2005年度−現在 京都大学工学研究科 
鋼の相変態やNi-Cuの拡散など,材料組織学の基礎を教育する実験を行っている.

【大学院】
材料熱力学特論(修士1年生以上,宇田・市坪担当) 2006年度−2015年度 京都大学工学研究科 
材料を理解する上で熱力学は根幹となる基礎知見を与え,材料プロセッシングや材料組織制御を理解する上で非常に重要である.そこで,材料熱力学特論では,自由エネルギーや化学ポテンシャルなどの概念などを駆使しながら,実際の材料プロセスや相変化挙動について,熱力学の応用例を混じえながら講述する.市坪担当分では,熱力学的・統計熱力学の基礎と応用について述べ,外場を導入した場合の熱力学関数の取扱い方を説明し,組織形成に重要な役割を演じる弾性場についても述べる.また,Bragg-Williams近似やクラスター変分法などの格子統計理論,ランダウ現象論などの連続体モデルの考え方およびその速度論方程式の考え方,ガラス転移などの最近の研究や話題,マイクロメカニクスの基礎を,最近の研究を具体例に出しながら解説する予定である.宇田担当分では,多元系化学ポテンシャル図を導入し,最先端材料の合成法,各種製錬プロセス,相の安定性の評価法について述べる.また,イオンを含む系の化学熱力学の考え方の一般化を行い,電気化学の平衡論を展開する.

材料組織・構造評価学(修士1年生以上,松原,奥田・市坪担当) 2016年度− 京都大学工学研究科 
材料組織は材料物性を制御する一つの重要な因子であり,異種材料による複合組織の作りこみや自己組織形成の理解すること,そしてそれらの構造評価法を学ぶことは,今後の材料開発において必要となる.本講義では,(1)アモルファス金属・金属ガラス・酸化物ガラス・溶液などのランダム構造物質の精密な構造評価に基づく材料創製,(2)複合化構造と機能の相関,複合化構造の評価手法に着目し,種々の構成材料の組み合わせによる効果と構造およびその安定性,ならびに機能発現の機構についてナノスケールでの評価手法,(3)熱力学・統計熱力学・微視的弾性力学に基づいた組織形成論への展開,について講述する.

講義内容(市坪担当分):
材料組織学・物性学に関連する内容(特に材料科学コースの学部講義ではほとんど触れなかった内容,たとえば力学分野なども含め)を俯瞰的に取り扱う. 【講義関連資料はこちらからダウンロードしてください.ただし,パスワードロックがかかっています.受講生には事前にお知らせします.】

■熱力学・統計力学
・ルジャンドル変換による外場を含めた熱力学関係式の一般化,例題:水素吸蔵膨張と歪拘束
・マトリクス力学形式,転送行列法
・格子統計:平均場近似,BW近似,クラスター変分法(CVM近似),モンテカルロ法など
■材料組織形成論:外場や弾性拘束場を考慮した組織形成発展のためのフェーズフィールド法
・Cahn-Hilliard(カーン・ヒリアード)方程式,Ginzburg-Landau(ギンツブルグ・ランダウ方程式)など
■弾性力学・弾性波動論
・結晶弾性論・マイクロメカニクス理論
・非弾性(擬弾性・粘弾性・強制振動などの緩和)
■ガラスの科学
・ガラスの工学的性質の概観
・α緩和(ガラス転移),β緩和などの現象論
・ガラス転移の理論について:Adam-Gibbs理論,Mode-Coupling Theory紹介
・スローダイナミクスの起因と証拠:動的不均一性,静的不均一
・ガラス固体に残存する弾性・擬弾性・緩和挙動など


【以前に行っていた講義】
機械科学実験 材料力学実験(学部2回生)2000年度−2003年度 大阪大学基礎工学研究科 
初修物理学(力学)担当(学部1回生) 2006年度−2007年度 京都大学工学研究科 
金属材料学(学部3回生) 2006年度−2008年度 京都大学工学研究科 


学会活動

所属学会
 日本金属学会 電気化学会 日本材料学会 日本鉄鋼協会 応用物理学会

 日本金属学会:まてりあ編集委員,第5分科委員