Research Projects -
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導電性極性物質の電気分極ー傾斜電子バンド構造からの解明ー
Grant number：24K08247 2024.04 - 2027.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(C)
狩野 旬
Grant amount：\4550000 （ Direct expense: \3500000 、 Indirect expense：\1050000 ）
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Morphology control of silver dendrites grown under light and study of their optical functions
Grant number：23H01881 2023.04 - 2026.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
武安 伸幸, 紀和 利彦, 庄司 暁, 大久保 貴広, 狩野 旬
Grant amount：\18330000 （ Direct expense: \14100000 、 Indirect expense：\4230000 ）
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Understanding the Mechanism of Soil Particle Aggregation Enhancement by Natural Latex and its Application to Soil Erosion Control Technology
Grant number：22K19224 2022.06 - 2025.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory) Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
宗村 広昭, 狩野 旬, 森 也寸志
Grant amount：\6370000 （ Direct expense: \4900000 、 Indirect expense：\1470000 ）
圃場から水域への土壌流亡（炭素流亡）は世界的環境問題であり過去60年以上の研究蓄積にも拘わらず未解決である．本研究は天然ゴムラテックス（以下，天然ラテックス）の特性・利点（高い凝集能，カーボンニュートラルなど）を生かし問題解決に挑戦する．現状では天然ラテックスによる土壌流出特性や土壌環境変化とそれらの制御に関する研究は殆どない．研究チームは，水文学，土壌物理学，固体化学を専門とし，天然ラテックスによる土壌物理化学特性変化や土壌流亡抑制（炭素貯留）効果を評価する．
令和4年度はタイ2圃場から採取された土壌（Sandy loam，Red clay）とタイ産の天然ラテックスを用いて実験を実施した．輸入した土壌量が限られるため小型の実験装置を構築した．構築した実験装置を用いて，降雨強度20㎜/hと50mm/hの条件下において，表面流出量と浸透量を計測し，天然ラテックス混和の有無および土壌種類の違いによる影響を評価した．その際，時間経過による影響も評価するため，24時間経過後に同一実験を繰り返した．
その結果，降雨強度20mm/hの場合，天然ラテックスを土壌に混和することで，表面流出量が減少し，浸透量が増加する傾向が伺えた．特に，Sandy loamでその傾向が顕著に観測された．また24時間経過後に実施した実験においても同様の傾向であった．一方，降雨強度50mm/hの場合では，表面流出量の方が浸透量よりも顕著に大きく，天然ラテックス混和の有無による差異は小さいことが分かった． -
Cellar differentiation on the electronic semiconductor device induced by the electric stimulation
Grant number：22K18976 2022.06 - 2024.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory) Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
狩野 旬, 山本 泰生, 竹田 哲也, 守屋 央朗
Grant amount：\6500000 （ Direct expense: \5000000 、 Indirect expense：\1500000 ）
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電気分極由来の傾斜したバンド構造により発現する強誘電体の半導体物性
Grant number：20KK0330 2021 - 2023
日本学術振興会 科学研究費助成事業 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A)) 国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(A))
狩野 旬
Grant amount：\14040000 （ Direct expense: \10800000 、 Indirect expense：\3240000 ）
我々は先に，強誘電体BaTiO3薄膜に対し放射光光源を用いた角度分解光電子分光実験を行い，これまで未知であった傾斜したバンド構造を観測することに成功している。しかし，強誘電体の特異な電子構造は明らかになったばかりであり，強誘電性半導体を用いた電子デバイスの完全設計には至っていない。そこで本研究では，① 傾斜したバンド構造からの電気分極形成機構を解明し，②新しいフェロイックデバイス設計の指針となる，強誘電性半導体物性の解明に取り組む。
初年度は，誘電性と磁性が共存するマルチフェロック物質においても，電気分極由来の傾斜したバンド構造が存在するのか？および従来型強誘電体に磁性イオンをドープさせることで磁性イオンが強誘電体結晶中でどのように振る舞うのか？の2点に着目して研究を行った。その結果，マルチフェロック物質BiFeO3において放射光源を用いた硬X線角度分解光電子分光法（AR-HAXPES）により，電気分極由来の傾斜バンド構造を初めて観測することに成功した。また，代表的な強誘電体BaTiO3に極低濃度の鉄イオンをドープさせた試料を合成し，その磁性およびバンド構造を明らかにすることができた。前者の成果については2022年6月の国際会議，後者は7月に仏共同研究グループに所属する博士論文公聴会にて発表される。
このように研究成果は順調に出ているが，研究代表者が仏へ滞在し在外研究を行うことが未だできていない。理由はコロナによる海外渡航の制限によるもので，遅れながら2022年春には渡航を予定していたがウクライナ情勢もあること，仏共同研究グループの博士課程学生の研究を優先させために遅れが生じている。そのため日本で行う実験を前倒しして行い，その分の成果は出ているので研究内容に遅れはない。 -
熱イメージングを用いた誘電体における熱電現象・電場誘起熱応答の開拓
Grant number：20H02609 2020.04 - 2023.03
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B) 基盤研究(B)
井口 亮, 寺西 貴志, 狩野 旬, 内田 健一
Grant amount：\18200000 （ Direct expense: \14000000 、 Indirect expense：\4200000 ）
本研究は、誘電体において電場が誘起する熱現象を詳らかにし、誘電体の熱制御の方法や熱応答の理解の刷新を狙うものである。本年度は、サーモグラフィ法を用いて誘電体における縦熱電効果(電場と熱流方向が平行)の温度依存性および物質依存性の計測、そしてその定量化を目指した取り組みを行った。特に、交流サーモグラフィ計測における定量性の確保のため、評価・実験面での取り組みに力を入れた。実験結果の議論を行うためには、交流熱応答から適切な物理量を定量的に抽出する必要があり、既知の電気熱量効果をモデルとして評価法の構築に取り組んだ。熱リークや電気熱量効果そのものの周波数依存性を取り入れた評価法を検討した結果、赤外線カメラ自体の応答の補正も組み入れる必要性が分かった。これに対応した交流サーモグラフィ計測評価法を完成させ、電気熱量効果を対象として論文として公表する準備を進めた。実験面では、誘電体試料の電極および配線の間の接触状態によって、対象とする効果の温度変化量が変わる懸念があり、サーモグラフィ計測および高電圧印加と両立するプロービングシステムを設計し、準備を進めた。また、計画していた異種誘電体接合系における実験も進めた。電気的特性および機械的特性は問題なく、今後詳細な熱測定と解析を進める予定である。加えて、新たに物質依存性測定の一環として開始した単結晶試料を用いた実験においても進展があった。その熱信号は非自明な空間分布を有しており、縦熱電効果において誘電秩序の果たす想定外の役割がある可能性がある。これを明らかにすべく、可視光用の測定系をサーモグラフィと組み合わせた赤外-可視同時計測にも取り組んだ。
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Skewed electronic band structure of ferroelectric oxide induced by the electric polarization
Grant number：19K05271 2019.04 - 2022.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C) Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Kano Jun
Grant amount：\4290000 （ Direct expense: \3300000 、 Indirect expense：\990000 ）
Angle-resolved hard x-ray photoemission spectroscopy (AR-HAXPES) has been performed on a skewed electronic structure in ferroelectric thin films. The slope of the skewed band could be changed by switching the polarization. In our experiment, an electronic structure skewed by the electric polarization of ferroelectric is revealed by the binding energy shift of atomic orbitals. All atomic orbitals show similar behaviors, but the magnitude of the energy shift is different. We attributed the electric polarization in the ion crystal to the atomic contribution. Born effective charges, which are different from nominal ionic charges, are defined by the actual amplitude of the polarization divided by the ionic displacement. We found that the magnitude of the energy shift of each atomic orbital has a good correlation with the Born effective charge. These findings lead to a better understanding of the origin of electric polarization.
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Fabrication of room-temperature multiferroic materials by rare-earth iron oxide system with triangular lattices
Grant number：18H02057 2018.04 - 2022.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B) Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
FUJII Tatsuo
Grant amount：\17550000 （ Direct expense: \13500000 、 Indirect expense：\4050000 ）
RFe2O4 is expected as a next-generation multiferroic material. We attempted to synthesize its single-crystalline film by the sputtering method. As a result, the in-plane orientation of the RFe2O4 layer on the sapphire substrate rotates 30 ° depending on the presence of the Fe3O4 buffer layer. When Fe3O4 and RFe2O4 are laminated to form a multilayer film, the in-plane orientation also depends on their stacking order. In addition, when using the YSZ single crystal substrate, we succeeded in obtaining an RFe2O4 thin film that does not have twin domains and is almost completely composed of single domains.
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Induced magnetization on non-magnetic nanoparticles by surface structural relaxations
Grant number：26630319 2014.04 - 2017.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
FUJII Tatsuo, TAKEMURA Daiki, ANDOU Daiki
Grant amount：\3900000 （ Direct expense: \3000000 、 Indirect expense：\900000 ）
In recent years, applications of magnetic nanoparticles in various fields are expected. We found that LaFeO3 nanoparticles having almost no magnetization in bulk form showed large magnetization at low temperatures. Therefore, it should be worth to clarify the mechanism of the induced magnetization systematically to evaluate the relationship between the crystal structure and magnetic properties of LaFeO3 nanoparticles. As a first step, we tried to prepare LaFeO3 nanoparticles with a uniform particle size distribution by using salt-assisted spray pyrolysis. The salt-assisted spray pyrolysis has been expected to synthesize complex oxide nanoparticles with single nanometric sizes.
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Novel catalysis assisted by ferroelectric charge fluctuation
Grant number：24654089 2012.04 - 2014.03
Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
KANO Jun, KANO Jun, HASHIMOTO Hideki
Grant amount：\3770000 （ Direct expense: \2900000 、 Indirect expense：\870000 ）
For the development of novel catalyst, the route to the optimum solution is through experiments. Here we propose the novel functional catalyst using ferroelectrics based on the semiconducting property and the coherent ferroelectric fluctuation.
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ガラスのスローダイナミクスにおけるモード結合理論の定量的解釈
Grant number：17740274 2005 - 2006
日本学術振興会 科学研究費助成事業 若手研究(B) 若手研究(B)
狩野 旬
Grant amount：\3400000 （ Direct expense: \3400000 ）
液体ガラス転移のダイナミクスの本質が理解されていないのは、その巨視的性質が実に様々なスケールを持つ運動過程により支配されているためである。平成17年度、比熱測定・周波数領域での誘電測定・光散乱実験では充分観測できなかった複雑液体中でのミクロな動的機構を、フェムト秒パルスレーザーを用いた光カー効果(OKE)を利用したコヒーレントフォノン励起法を用いることで直接時間領域での観測できるシステムの構築を試みた。OKEにヘテロダイン検波システムを取り入れたOHD-OKEシステムを立ち上げを行い、液体中のミクロなゆらぎを観測する事に成功した。平成18年度においては液体ガラス転移を示す系のひとつである水・エタノール二成分混合系に注目した。水・エタノールにおいてはまず低振動領域に現れる揺らぎを前年度にOKEにて観測したが、二成分混合系においては水・エタノール間にできる複雑な水素結合のネットワークが重要と考え特に水素結合間の揺らぎに注目した。そこで低振動領域(長時間領域)とは対照的に高振動数領域(短時間領域)に観測される水素-酸素(OH)結合の揺らぎはラマン散乱実験によって観測した。なおOH結合の揺らぎを他の内部振動モードから分離するために重水素置換した重水溶液にて行った。その結果、OH結合の揺らぎには特徴的な水・エタノール濃度依存性がある事がわかった。エタノール低濃度側においては、水・エタノール分子間をつなぐ水和シェル構造が堅固に構成されており、その構造は濃度によらず支配的である。一方、エタノール濃度が増していくと水・エタノール分子間をつなぐ水素結合のネットワークは連続的に変化していった。さらに永和シェル構造などミクロな領域で形成されるクラスターの大きさはエタノールよりアルキル基の多いブタノールなどに比べ小さい事も見積もられた。過冷却状態下で低振動領域に現れる揺らぎの詳細を明らかにすることでモード結合理論の定量的解析をするまでにはまだ至っていないが、今回ミクロな描像が明らかになった水・エタノール二成分混合系を対象に研究を進めていく計画である。