受賞者

幾原 雄一 教授Dr. Yuichi Ikuhara

東京大学大学院工学系研究科 総合研究機構特別研究教授

透過電子顕微鏡法の革新による材料界面研究への貢献

Research Summary

幾原雄一氏は、透過電子顕微法（TEM）を基盤とした革新的な材料計測手法と装置の開発を先導し、材料の粒界・界面における原子構造、電子状態、微量元素などの高精度解析を可能にしてきた。たとえば、電子エネルギー損失分光法やエネルギー分散X線分光法を用いて、局所領域の化学組成・状態を計測する手法のほか、同技術と理論解析を組み合わせた粒界・界面・転位の定量評価手法を確立している。これらを実現するために、幾原氏は装置メーカーとともに、新球面収差補正器と加速電圧300kVの電子顕微鏡を組み合わせ、走査透過電子顕微鏡（STEM）における世界最高分解能を達成。さらには、環状明視野- STM検出器を開発し、水素やリチウムなど軽元素の可視化を世界に先駆けて-STEM検出を開発し、水素やリチウムなど軽元素の可視化を世界に先駆けて実現した。これら装置は市販化され、材料科学に革新をもたらしている。

―受賞の感想をお聞かせください。

ナノ計測には数々の手法があるなかで、電子顕微鏡法が受賞対象となったことを大変喜ばしく思っています。ともに受賞されたGiessibl教授は、原子間力顕微鏡での受賞であり、いずれも顕微鏡法です。これを機に、最先端の電子顕微鏡法がより幅広い材料分野に普及することを願っています。また、今回の受賞は研究室のスタッフ、大学院生、共同研究機関のメンバーとの共同研究の成果であり、関係各位に心から感謝したいと思います。

―原子レベルの”目”を開発し、世界初の観察を次々と達成した原動力はなんでしょうか。

私の研究のモチベーションは、やはり材料特性や物性を本質的に理解したいというところにあります。たとえば、力学的特性の理解一つをとっても、「強度を決定する支配因子は何か」ということを常に念頭においていました。強度をはじめとして材料特性は、結晶の粒界や転位といった、ナノメートル以下の格子不整合領域における原子構造や電子状態と密接に関係しています。それらの相関関係を明らかにしたいと、日ごろから考えていました。また、私が研究対象としてきたセラミックス材料では、軽元素の直接観察がきわめて重要です。たとえば、酸化物や窒化物では酸素や窒素の分布が、電池などの機能材料ではリチウム原子や水素原子の挙動が、材料特性に大きく影響します。そうした一連の研究に対するモチベーションがあったからこそ、局所領域の構造・状態解析手法を開発でき、種々の減少の本質的なメカニズムの解明が実現できたと考えています。

―分析技術の将来像をどのように見据えておられますか。また、今後の目標をお聞かせください。

今やTEMの空間分解能は1オングストロームを優に下回り、原子の直接観察のみならず、局所領域の電子状態や組成まで測定できるレベルに達しています。さらにTEMでは、格子定数の精密測定や、電場・磁場の観察、低電子ドーズの観察、クライオ電子顕微鏡、三次元観察など、きわめて多くの計測が可能になっています。次のステップとしては、実際に材料が使われる環境下において、時間とともに変化する材料現象のダイナミックな観察が必要だと考えています。すなわち、温度、応力、電場・磁場、雰囲気といった条件をさまざまに変化させて行う「高分解能その場観察」が、ナノ計測におけるキーテクノロジーになるでしょう。今後の目標は、材料の実働環境をTEMのなかで実現し、より高分解能かつ高速に現象を観察することです。それにより、材料現象の本質的なメカニズムに迫り、高機能な材料の創出へとつなげていきたいと考えています。

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