東北大学研究Discovery Saga

東京大学大気海洋研究所の笹木晃平特任研究員および高畑直人助教、千葉大学大学院理学研究院の石田章純准教授、東北大学大学院理学研究科の掛川武教授、名古屋大学大学院環境学研究科の杉谷健一郎教授らからなる研究チームは、約34億年前の岩石から地球史初期の生命が硫酸イオン（SO42-）を使って呼吸していた痕跡を見出しました。本研究で調べたのは、岩石の中にある直径0.01mmより小さい同心円状の黄鉄鉱（FeS2）です。最新の分析装置であるナノスケール二次イオン質量分析計（NanoSIMS）を用いて、この小さな黄鉄鉱組織の内部...

キーワード：海洋/古環境/古環境復元/質量分析装置/太古代/堆積岩/同位体/硫黄同位体/同位体比/質量分析/持続可能/持続可能な開発/ナノスケール/ナノメートル/質量分析計/分解能/有機物/生態系/微生物/層構造/空間分解能

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発表日：2026年4月16日

ミュオン触媒核融合を駆動するミュオン分子の直接観測に世界で初めて成功

─高分解能X線分光法を使い理論モデルを実験で実証─

中部大学と東北大学を中心とする国際共同研究グループは、高分解能X線検出器を用いて、素粒子のミュオンを使う核融合（ミュオン触媒核融合：µCF）の反応率を左右するミュオン分子の共鳴状態を世界で初めて直接観測し、量子力学的な状態ごとの存在比を定量的に決定しました。これまで不明確であった分子生成過程の実像が明らかとなり、長年にわたる理論と実験の不一致を解消しました。ミュオン分子の中では、原子核同士が極めて近距離に閉じ込められることにより、プラズマを用いず常温でも核融合を起こすことができます。本成果は、量子状態を...

キーワード：核融合/原子核/準安定/閉じ込め/ミュオン/素粒子/同位体/X線分光/検出器/重水素/太陽/共鳴状態/持続可能/持続可能な開発/X線検出器/マイクロ/高効率化/水素原子/分解能/量子力学/高分解能/寿命/放射線

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発表日：2026年4月1日

ナノテラスのナノCT画像からガス拡散を10秒で予測

―燃料電池の高出力・長寿命化に向けた材料設計最適化へ―

クリーンエネルギーとして実用化が進む固体高分子形燃料電池では、触媒層で酸素や水素が反応することで電気エネルギーが生み出されます。触媒層に形成される複雑な多孔質構造は、反応ガスの通路かつ反応の場であり、発電性能を左右する重要な要素ですが、ナノスケールの微細構造であるため、非破壊観察やガス拡散特性の解析は容易ではありませんでした。東北大学大学院工学研究科の荒井翔太特任研究員と吉留崇准教授、同大学国際放射光イノベーション･スマート研究センターの高山裕貴准教授は、ナノテラスで開発したX線タイコグラフィ（注6）による非破壊ナノ...

キーワード：高次元データ/アルゴリズム/機械学習/最適化/パートナーシップ/温室効果ガス/コヒーレント/低次元/非線形/温室効果/素粒子/内部構造/放射光/高分子/クリーンエネルギー/レンズ/持続可能/持続可能な開発/材料設計/電池/燃料電池/ナノスケール/ナノメートル/レーザー/拡散係数/自動車/多孔質/長寿命化/二酸化炭素/微細構造/分解能/プロトン/高分解能/computed tomography/寿命/大気汚染/CT画像

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発表日：2026年3月18日

細菌の建築学：べん毛の非対称な「鞘」が操るレプトスピラの形と動きのメカニズムの解明

細菌の運動器官であるべん毛は、その構造と機能が菌種ごとに大きく異なります。国立健康危機管理研究機構（JIHS：ジース）国立感染症研究所細菌第一部小泉信夫主任研究員らは、大阪大学蛋白質研究所川本晃大准教授（国立研究開発法人科学技術振興機構さきがけ研究員兼任）、国立大学法人東北大学大学院工学研究科中村修一准教授らと、レプトスピラ症病原体であるスピロヘータ・レプトスピラがもつ特殊な「ペリプラズムべん毛」に着目し、被覆（鞘(さや)）タンパク質群が協調してべん毛の形状と力学特性を制御する仕組みを解明しました。遺伝子欠損株の解析とクライオ電子顕微鏡に...

キーワード：危機管理/持続可能/持続可能な開発/結晶化/電子顕微鏡/電子顕微鏡法/分解能/病原性/クライオ電子顕微鏡/病原体/高分解能/糖鎖修飾/運動器/分子機構/生体分子/遺伝子/感染症/細菌

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発表日：2026年3月12日

電子のふるまいを1マイクロメートルの細かさで見る顕微鏡の開発に成功

～量子材料・次世代情報処理デバイス開発の加速に期待～

量子科学技術研究開発機構（QST）の山本航平研究員、宮脇淳主幹研究員、東北大学学際科学フロンティア研究所の鈴木博人助教らの研究グループは、ナノテラスに設置した電子状態のわずかなエネルギー差を見分ける超高エネルギー分解能をもつQSTの共鳴非弾性X線散乱（RIXS：注２）装置「2D-RIXS」において、物質中の電子のふるまいを1マイクロメートル以下の精度で可視化することに世界で初めて成功しました。本装置は、ナノテラスの高輝度X線と独自の光学設計を組み合わせることで、これまで困難だった「材料内部の量子状態の空間分布」を、顕微鏡のように直接観測することを可能にします。本成果は、量子材料やスピ...

キーワード：位置情報/空間分布/分析技術/高エネルギー/超高エネルギー/加速器/軟X線/非弾性/放射光/太陽/太陽光/磁性体/ナノデバイス/半導体デバイス/微細化/持続可能/空間情報/持続可能な開発/電子状態/シリコン/スピン/スピントロニクス/ナノメートル/マイクロ/半導体/微細構造/分解能/量子力学/マッピング/空間分解能/不均一性

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発表日：2026年3月2日

白金ナノ粒子の3次元原子構造解析に成功

―不均一触媒における発現機構の理解と新たな設計指針の構築―

東京大学大学院工学系研究科附属総合研究機構の石川亮特任准教授、窪田陸人大学院生（研究当時）、川原一晃助教（研究当時、現：東北大学金属材料研究所准教授）、二塚俊洋特任研究員、幾原雄一東京大学特別教授（兼：東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）教授）、柴田直哉教授による研究グループは、新規に開発した3次元電子顕微鏡法と理論計算を用いることにより、チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）基板に担持された白金ナノ粒子の3次元原子構造とその電子状態の解明に成功しました。SrTiO3基板に担持された白金ナノ粒子は、水分...

キーワード：ストロンチウム/金ナノ粒子/触媒反応/材料科学/チタン酸ストロンチウム/活性サイト/原子分解能/原子分解能電子顕微鏡/触媒設計/不均一触媒/水分解/持続可能/持続可能な開発/STEM/チタン/原子構造/電子状態/3次元構造/ナノ粒子/金属材料/酸化物/電子顕微鏡/電子顕微鏡法/分解能/動的構造

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発表日：2026年2月24日

岩石と水の反応による水素生成プロセスの秘密に迫る

〜岩石を詳細解析、地下の水素資源探索の手がかりにも～

海洋底のマントルや下部地殻に含まれるかんらん石と水の反応、すなわち蛇紋岩化反応は、自然界における水素生成の主要なメカニズムとして知られています（図1）。この反応によって生まれる水素は、地下深部に生きる微生物のエネルギー源となるだけでなく、人類が利用可能な新たなエネルギー資源としても関心が高まっています。この反応では、岩石中の2価の鉄が3価の鉄へと酸化されると同時に水が還元され、その結果として水素が生成されます（式1）。しかし、水素発生の鍵を握る鉄の分布や化学状態が、反応の進行にともなってどのように変化するのかこれまで十分に分かっておらず、天然水素の生成プロセスの理解を難しくしていました。...

キーワード：極地/海洋/水素生成/高エネルギー/IODP/XAFS/マントル/下部地殻/加速器/海洋地殻/高温高圧/上部マントル/放射光/スペクトル/ケイ素/吸収スペクトル/X線吸収微細構造/持続可能/持続可能な開発/水素発生/微細構造解析/マグネシウム/微細構造/分解能/微生物/空間分解能

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発表日：2026年1月28日

従来困難だったコンクリート内部の3D可視化に成功

― 周波数自動可変型超音波技術で老朽化インフラ点検に革新 ―

構造物内部の欠陥を非破壊で評価する技術は、老朽化が進むインフラの維持管理に不可欠です。内部欠陥の検査には超音波が広く用いられ、近年は医療分野で開発された超音波フェーズドアレイの工業利用も進んでいます。しかし、コンクリートは超音波の減衰が極めて大きく、既存の超音波フェーズドアレイ装置では内部を計測できないという課題がありました。東北大学大学院工学研究科の小原良和教授、藤川裕翔大学院生らの研究グループは、米国ロスアラモス国立研究所との国際共同研究により、これまで開発してきた圧電探触子送信（注...

キーワード：広帯域/高周波/安全・安心/持続可能/コンクリート/計測技術/高速道路/持続可能な開発/圧電材料/システム工学/トンネル/圧電素子/金属材料/周波数/超音波/非接触/分解能/高分解能/超音波検査

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発表日：2025年12月23日

東北大学と富士通、「NanoTerasu（ナノテラス）」の測定データに因果発見AIを適用し、超伝導発現メカニズム解明に繋がる因果関係を自動抽出地球環境問題を解決する新規機能性材料の研究開発を加速

国立大学法人東北大学（以下、東北大学）と富士通株式会社（以下、富士通）は、「3GeV高輝度放射光施設NanoTerasu（以下、ナノテラス）」の測定データに因果関係を自動抽出するAI技術を適用し、物性発現メカニズムの全容解明が期待されるカゴメ格子超伝導材料（注4）において、超伝導発現メカニズムの解明に繋がる新しい知見の導出に成功しました。本成果は2025年12月22日付けで科学誌Scientific Reportsに掲載されました。両者は、富士通のAIプラットフォーム「Fujitsu Kozuchi」のコア技術である因果発見技術をベースに、信頼性が高い因果関...

キーワード：コンピューティング/人工知能（AI）/パートナーシップ/空間分布/化学物質/カゴメ格子/コヒーレント/角度分解光電子分光/光電子分光/因果関係/加速器/放射光/γ線/磁場/赤外線/超伝導/光電子分光法/材料科学/電子分光/新物質/可視光/高温超伝導/超伝導材料/電子デバイス/持続可能/地球環境問題/紫外線/持続可能な開発/地球環境/電気抵抗/電子構造/電子状態/ダイナミクス/環境問題/機能性材料/自動化/低消費電力/電磁波/分解能/機能性/結晶構造/SPECT/空間分解能/ラット/創薬

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発表日：2025年12月20日

働く酵素の姿をミリ秒で捉える

―SACLAが拓く新しい時分割タンパク質構造決定法の可能性―

大阪医科薬科大学，大阪大学，東北大学，龍谷大学，大阪公立大学，量子科学技術研究開発機構，神戸大学，理化学研究所，高輝度光科学研究センター，京都大学，兵庫県立大学などから構成される研究グループは，X線自由電子レーザー（XFEL）※1施設「SACLA※2」を用いた連続フェムト秒結晶構造解析（SFX）※3により，銅含有アミン酸化酵素の触媒過程の可視化に成功しました。本研究では，SACLAが開発を主導した二液混合装置※4が提供されました。本装置を用いることにより，酵素と基質が反応を開始してから数十から数百ミリ秒経過後の，反応時間軸に沿った様々な中間体の構造を決定しました。得られた構造情報から，本酵素...

キーワード：X線自由電子レーザー/コヒーレンス/パルス/フェムト秒パルス/時間分解/自由電子レーザー/物質科学/SPring-8/加速器/放射光/タンパク質構造/結晶構造解析/原子分解能/アミン/持続可能/持続可能な開発/フェムト秒/マイクロ/レーザー/分解能/酸化酵素/結晶構造/構造決定/空間分解能/反応時間/構造変化/立体構造

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発表日：2025年12月10日

AI計算を高効率に処理可能な確率論的コンピューターの大規模化に向けて新技術の動作実証に成功

－アナログ回路不要確率ビットを提案しスピントロニクス技術で実証－

AI社会の進展に伴い、複雑なAI計算を省エネで処理するコンピューターの実現への期待が高まっています。物理状態の確率的なゆらぎをハードウェアレベルで利用する確率論的コンピューターはその選択肢として有望視されます。入力信号に応じて0または1をランダムに出力する確率ビット（Pビット）は確率論的コンピューターの最重要構成要素です。従来の確率ビットではDACと呼ばれるデジタル信号をアナログ信号に変換するアナログ回路が不可欠でした。このDACは一般に回路面積や消費電力が大きく、確率論的コンピューターの大規模化を図るうえでの弱点でした。今回、東北大学とカリフォルニア大学サンタバーバラ校の研究チー...

キーワード：ハードウェア/電気通信/最適化/人工知能（AI）/確率論/磁気抵抗/量子コンピュータ/磁場/量子ビット/磁性体/材料科学/MRAM/トランジスタ/メモリ/持続可能/省エネ/持続可能な開発/スピン/スピントロニクス/センサー/組合せ最適化/分解能/高分解能/ゆらぎ

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発表日：2025年12月4日

脳腫瘍PET画像を1/3のスキャン時間で短時間でも臨床応用可能な画質を維持

PET検査は、体内に投与した放射性医薬品からの放射線を、体外の検出器で計測することでその分布を画像化する検査です。放射線医薬品のひとつである「11C-メチオニン」を用いたPET検査（以下メチオニンPET検査）は脳腫瘍の診断に有用ですが、診断可能なレベルの画質を得るために比較的長時間のスキャン（10分程度）が推奨されています。東北大学大学院医学系研究科放射線検査学分野の猪又嵩斗大学院生、千田浩一教授（災害放射線医学分野）らの研究グループは、高性能な半導体検出器を搭載したPET/CT装置（SiPM PET/CT装置）を用いて、異なるスキャン時間（10分、5分、...

キーワード：プロトコル/最適化/陽電子/SiPM/検出器/半導体検出器/持続可能/持続可能な開発/半導体/分解能/computed tomography/臨床応用/アミノ酸/脳腫瘍/放射線

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発表日：2025年11月11日

高いひずみ検出感度を示すナノグラニュラー材料を開発

― 高感度・省電力かつ高密度集積が可能なひずみゲージの実現に期待 ―

物体の変形（ひずみ）を電気信号として検出するひずみゲージは、土木や医療など非常に多くの分野で利用されています。ひずみゲージの高感度化・小型化・省電力化はIoT社会の高度化にとって重要な課題です。東北大学学際科学フロンティア研究所の増本博教授らの研究グループは、電磁材料研究所、東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）、理化学研究所との共同研究により、金属ナノ粒子が絶縁体中に分散したナノグラニュラー材料が、現在広く利用されている金属箔ひずみゲージと比べ、約5倍の大きいゲージ率と約107倍の高い電気抵抗率を示すことを発見しました。...

キーワード：モノのインターネット（IoT）/フィルム/材料科学/センシングデバイス/絶縁体/持続可能/持続可能な開発/金属ナノ粒子/電気抵抗/コバルト/センシング/トンネル/ナノサイズ/ナノメートル/ナノ粒子/ひずみ/マグネシウム/ロボティクス/電子顕微鏡/透過電子顕微鏡/二酸化炭素/微細構造/分解能/量子力学/高分解能/構造変化

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発表日：2025年11月10日

セラミックスにおける新拡散メカニズムを発見

―セラミックスの焼結メカニズムの解明と新たな粒界設計指針の構築―

東京大学大学院工学系研究科附属総合研究機構の幾原雄一東京大学特別教授（兼：東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）教授）、柴田直哉教授、フウビン特任准教授、二塚俊洋特任研究員らのグループは、原子分解能電子顕微鏡法と理論計算（シミュレーション、注2）を駆使することにより、原子が結晶粒界を拡散（注4）する際の新しいメカニズムを明らかにしました。セラミックスを焼結する際には、さまざまな元素を添加することで、焼結の促進や、微細構造の制御が行われています。焼結の進行に伴い、添加元素が粒界を拡散することは知られていますが、これらの元素が粒界中のどの原子位置...

キーワード：拡散過程/多結晶/多結晶体/X線分光/電子線/材料科学/原子分解能/原子分解能電子顕微鏡/走査透過型電子顕微鏡/持続可能/持続可能な開発/STEM/アルミナ/チタン/原子構造/原子配列/材料設計/相変態/アルミニウム/シミュレーション/結晶粒界/第一原理/第一原理計算/電子顕微鏡/電子顕微鏡法/微細構造/分解能/空間分解能/構造変化

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発表日：2025年11月8日

広帯域X線対応タイコグラフィ装置を開発

―ナノテラス活用で高精度な元素・構造分析を実現―

X線タイコグラフィは、非破壊かつ高解像度の観察が可能な手法として注目されていますが、同一の装置でテンダーX線から硬X線領域まで測定できるシステムはこれまで存在していませんでした。東北大学大学院工学研究科の佐々木雄平大学院生、東北大学国際放射光イノベーション・スマート研究センターの石黒志准教授、高橋幸生教授らの研究チームは、3GeV高輝度放射光施設「NanoTerasu」のビームラインBL10Uを活用し、テンダーX線から硬X線領域にわたる広帯域での高分解能X線タイコグラフィ装置の開発に成功しました。本システムでは、NanoTerasuの高輝度かつ高コヒーレンスなX線に加...

キーワード：コヒーレンス/コヒーレント/高エネルギー/物質科学/X線回折/広帯域/軟X線/放射光/検出器/レンズ/位相回復/持続可能/持続可能な開発/電池/ナノスケール/ナノメートル/機能性材料/屈折率/計測システム/実証実験/分解能/機能性/高分解能/カルシウム

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発表日：2025年11月4日

軽元素を含むCMOSイメージセンサー内部を非破壊で3次元可視化

―NanoTerasuの高輝度テンダーX線が拓くナノ構造解析の新展開―

CMOSイメージセンサー（CIS）は、スマートフォンやカメラ、自動運転技術、医療機器などに広く利用されている光電子変換デバイスです。その性能向上には微細な画素構造の解析が不可欠です。しかし、CIS内部にはシリコン（Si）やシリコン酸化物（SiO2）などの軽元素で構成された複雑な多層構造が存在し、従来の電子線を用いた手法では非破壊かつ高解像な三次元観察が困難でした。東北大学大学院工学研究科の大川成大学院生、佐々木雄平大学院生、国際放射光イノベーション・スマート研究センターの石黒志准教授、高橋幸生教授らの研究チームは、3GeV高輝度放射光施設「NanoTeras...

キーワード：自動運転/医療機器/コヒーレント/物質科学/X線回折/軽元素/軟X線/放射光/検出器/電子線/定量評価/走査型電子顕微鏡/CMOS/イメージセンサー/位相回復/半導体デバイス/持続可能/持続可能な開発/シリコン/センサー/ナノメートル/ナノ構造/酸化物/電子顕微鏡/半導体/分解能/層構造/空間分解能/computed tomography/CIS/スマートフォン

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発表日：2025年10月27日

全固体リチウム硫黄電池の内部反応を高解像度で可視化する手法を確立

―高速充放電とサイクル安定性を阻害する因子を解明―

全固体リチウム硫黄電池（SolidStateLithiumSulfurBattery; SSLSB）は、硫黄の高い理論容量と固体電解質の安全性を活かした次世代の蓄電デバイスです。しかし高速充放電が難しく、充放電サイクルが不安定であることが実用化への障壁となっていました。これらの課題を解決するには、充放電反応が電池内部のどこでどのように進行し、何がそれを妨げているのかを明らかにする必要があります。東北大学多元物質科学研究所の木村勇太准教授、大野真之准教授らの研究グループは、大型放射光施...

キーワード：最適化/空間分布/物質科学/SPring-8/内部構造/放射光/放射光X線/持続可能/持続可能な開発/イオン輸送/固体電解質/電池/X線CT/マイクロ/リチウム/電解質/分解能/空間分解能/computed tomography/ナノテクノロジー/バイオテクノロジー

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発表日：2025年10月23日

核医学検査における医療スタッフの被ばく要因を特定

－リアルタイム線量評価による行動解析で安全対策を強化－

核医学検査では、放射性医薬品を用いるため、医療スタッフが被ばくするリスクが高いことが知られています。しかし、従来の受動型線量計は累積値しか記録できず、「いつ」「どの動作」で線量が上昇したのかを特定することは困難でした。東北大学大学院医学系研究科放射線検査学分野の藤沢昌輝大学院生、千田浩一教授（災害放射線医学分野）らの研究グループは、半導体式リアルタイム線量計を用い、核医学技師の頭部および頸部に線量計を装着して、1秒ごとに線量を記録し時系列解析を行いました。その結果、心筋血流シンチグラフィ検査において、右頸...

キーワード：ワークフロー/最適化/時系列解析/時間分解/時間分解能/電子線/持続可能/持続可能な開発/レイアウト/半導体/分解能/血流/行動解析/核医学/心筋/虚血性心疾患/虚血/心電図/放射線

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発表日：2025年10月20日

セラミックス粒界における高速原子拡散の直接観察に成功

―セラミックスの焼結メカニズムの解明と新たな粒界設計指針の構築―

東京大学大学院工学系研究科附属総合研究機構の幾原雄一東京大学特別教授（兼：東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）教授）、柴田直哉教授、石川亮特任准教授、二塚俊洋特任研究員らのグループは、名古屋大学の松永克志教授、横井達矢准教授と共同で、原子分解能電子顕微鏡法と理論計算（シミュレーション、注2）により、原子が結晶粒界に沿って高速拡散（注4）する機構を明らかにしました。セラミックスの多結晶体に極微量の添加元素を導入すると、さまざまな材料物性の性能を向上させることができます。これまでに、結晶粒界が添加元素の高速拡散経路であることは知られていましたが、原子レベルでの...

キーワード：ニューラルネットワーク/機械学習/結晶格子/拡散過程/時間分解/多結晶/多結晶体/電子線/材料科学/原子分解能/原子分解能電子顕微鏡/走査透過型電子顕微鏡/持続可能/材料特性/持続可能な開発/STEM/イオン伝導/原子構造/原子配列/アルミニウム/シミュレーション/ニューラルネット/結晶粒界/電子顕微鏡/電子顕微鏡法/動力学/分解能/分子動力学/量子力学/空間分解能/分子動力学計算

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発表日：2025年9月7日

温室効果ガス削減効果を高めたダイズ・根粒菌共生系を開発

－農地からの一酸化二窒素放出を抑制する革新的技術－

地球温暖化の一因となる一酸化二窒素(N2O)は農地からも発生しており、その発生を抑制する方法が世界中で模索されています。農研機構、東北大学、帯広畜産大学、理化学研究所の共同研究グループは、N2Oを分解する能力の高い根粒菌をダイズに優占的に共生させる技術を開発しました。この技術によって、土壌中でダイズ根粒が崩壊する過程で放出されるN2Oの量が減少することを確認しました。ダイズほ場からのN2O放出を抑えることで、地球温暖化の抑制に貢献することが期待されます。N2Oは二酸化炭素の...

キーワード：一酸化二窒素/温室効果ガス/地球温暖化/温室効果/アンモニア/窒素固定/光合成/環境負荷/生産システム/二酸化炭素/分解能/ダイズ/農地/土壌/土壌微生物/温暖化/微生物/遺伝子/細菌/老化

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発表日：2025年6月27日

遠方銀河の二層円盤構造の同定に初めて成功幅広い宇宙年代にわたって円盤銀河の発達過程が明らかに

現在の宇宙にある多くの円盤銀河は、若い星からなる薄い円盤と年老いた星からなる厚い円盤の「二層構造」を持っています。しかし、これまでの二層構造の観測は近くの銀河に限られており、その形成過程は天文学上の大きな謎でした。東北大学大学院理学研究科の津久井崇史研究員を中心とする研究チームは、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測データを使い、最大100億年前にさかのぼる広範な宇宙年代にわたって存在した44個の銀河で二層構造を同定しました。銀河の過去の姿を直接捉えることで、銀河がまず厚い円盤を形成し、その後、内側に薄い円盤が形成することで二層構造となる進化の道筋が明らかになりました。さらに、薄い...

キーワード：銀河/恒星/天文学/望遠鏡/分解能/層構造/空間分解能

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発表日：2025年6月19日

新たな原子系「多価ミュオンイオン」の観測に成功

―宇宙観測検出器が捉えるエキゾチック原子の世界―

東京都立大学大学院理学研究科化学専攻の奥村拓馬准教授、理化学研究所開拓研究所の東俊行主任研究員（高エネルギー加速器研究機構量子場計測システム国際拠点特任教授）、同開拓研究所の橋本直理研ECL研究チームリーダー（仁科加速器科学研究センター理研ECL研究チームリーダー）、高エネルギー加速器研究機構量子場計測システム国際拠点の早川亮大研究員、同物質構造科学研究所の下村浩一郎特別教授、自然科学研究機構核融合科学研究所研究部プラズマ量子プロセスユニットの加藤太治教授、東北大学大学院理学研究科化学専攻の木野康志教授、同研究科天文学専攻の野田博文准教授、立教大学理学部物理学科の山田真...

キーワード：カロリメータ/核融合/原子核/高エネルギー/超伝導体/陽子/J-PARC/ミュオン/加速器/素粒子/中性子/X線分光/ニュートリノ/検出器/超伝導/天文学/温度センサー/温度応答性/電気抵抗/X線検出器/センサー/マイクロ/計測システム/分解能/量子力学/寿命/プローブ

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発表日：2025年6月10日

熱可塑性CFRPの破壊機構を計算と計測の融合で解明

―リサイクルできるサステナブルな次世代航空機の実現に貢献―

従来の航空機には、熱硬化性樹脂を用いた熱硬化性CFRP（注６）が広く使用されてきました。この材料は、積層構成を工夫することで所望の力学特性を実現でき、その構成によって破壊挙動が変化することも知られています。一方、近年では、高速成形が可能でリサイクル性にも優れる熱可塑性CFRPに注目が集まっています。しかし、熱可塑性CFRPにおいては、積層構成が破壊機構に与える影響についての理解が十分に進んでおらず、適用に向けた課題となっていました。東北大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻の龍薗一樹助教らのグループは、拡張有限要素法を用いた数値解析と力学試験中の損傷進...

キーワード：トラスト/コヒーレント/内部構造/放射光/放射光X線/太陽/耐熱性/マイクロCT/太陽光/樹脂/持続可能/炭素繊維/持続可能な開発/熱硬化性樹脂/CFRP/シミュレーション/プラスチック/マイクロ/リサイクル/宇宙工学/航空宇宙工学/航空機/数値解析/積層板/繊維強化プラスチック/炭素繊維強化プラスチック/複合材/複合材料/分解能/有限要素法/空間分解能/computed tomography/可塑性

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発表日：2025年6月9日

光ファイバケーブルを活用した海域・地下構造のイメージング手法を開発

─ 海域における地震波速度構造の詳細把握の実現 ─

近年、光ファイバをセンサーとして振動などを捉えるDASが地震観測などに用いられるようになってきました。この技術は、光ファイバ上を数m〜数十mという超高密度の観測点間隔で約100 kmほどの距離まで観測することが可能です。また、海底に設置されている海底光ケーブルでDAS観測を実施することで、海底における地震動の稠密観測を実現することが可能です。海底での地震動の稠密観測は，地震活動のモニタリングや地下構造のイメージングなど，多目的に応用されるようになってきています。東北大学大学院理学研究科附属地震・噴火予知研究観測センターの福島駿特任研究員らは、東京大学地震研究所篠原雅尚教授、京都大学...

キーワード：地球科学/地下構造/地球温暖化/海底ケーブル/地震活動/地震波/地震波速度/地震波速度構造/不均質構造/噴火予知/ケーブル/制御震源/センサー/センシング/モニタリング/レーザー/資源探査/周波数/地球温暖化対策/地震観測/地震動/二酸化炭素/二酸化炭素/分解能/温暖化/空間分解能

他の関係分野：環境学数物系科学工学農学

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発表日：2025年5月19日

＼「隠れた色素」の働きを解読／クリプトクロム光受容タンパク質による光応答シグナル伝達の中間体構造を解明

台湾大学のManuel Maestre-Reyna助理教授、ドイツ・フィリップ大マールブルグのLars-Oliver Essen教授、大阪大学大学院基礎工学研究科の山元淳平准教授、台湾中央研究院・生物化學研究所の蔡明道特聘研究員らは、理化学研究所の別所義隆客員研究員、公益財団法人高輝度光科学研究センターの大和田成起主幹研究員、東北大学の南後恵理子教授、京都大学の岩田想教授、兵庫県立大学の當舎武彦教授、名古屋大学の梅名泰史准教授、およびグルノーブル・アルプ大学、欧州シンクロトロン放射光研究所の研究者らとの国際共同研究にて、緑藻類をはじめとした植物やハエの内に存在する青色光受容タンパク質であるク...

キーワード：X線自由電子レーザー/コヒーレンス/パルス/自由電子レーザー/非線形/物質科学/SPring-8/加速器/酸化還元状態/放射光/分子構造/芳香族/励起状態/アニオン/酸化還元酵素/X線結晶構造解析/結晶構造解析/光応答/光受容/光受容タンパク質/青色光/シンクロトロン放射/シンクロトロン放射光/パルスレーザー/クロム/原子分解能/光励起/非線形光学/持続可能/還元反応/持続可能な開発/フェムト秒/マイクロ/レーザー/酸化還元/電子ビーム/半導体/分解能/X線結晶構造/リン酸/結晶構造/立体化学/クリプトクロム/ビタミン/空間分解能/アデノシン/分子機構/光遺伝学/アミノ酸/ラジカル/構造変化/立体構造/ツール開発/遺伝学/概日リズム

他の関係分野：数物系科学化学生物学総合理工工学農学

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発表日：2025年5月16日

次世代形状記憶合金の相変態機構を解明

～形状回復とエネルギー吸収性能を活かした応用に期待～

次世代の形状記憶合金として期待されるCu-Al-Mn系形状記憶合金は、原料が安価で加工しやすく、良好な超弾性を発現することから、耐震用構造材料や医療用デバイスなど幅広い分野での応用が期待されています。近年、この合金を単結晶化すると大きな形状回復を示すことが報告されていましたが、そのメカニズムは明らかとなっていませんでした。長崎大学大学院総合生産科学研究科の赤嶺大志准教授（前九州大学大学院総合理工学研究院助教）と、九州大学大学院総合理工学府修士2年の高松凌氏（研究当時。現株式会社デンソー）、九州大学の西田稔名誉教授、東北大学学際科学フロンティア研究所の許勝助教、東北大学大学院工学研...

キーワード：X線回折/放射光/放射光X線/材料科学/原子分解能/マンガン/持続可能/エネルギー吸収/持続可能な開発/マルテンサイト/マルテンサイト変態/形状記憶効果/相変態/単結晶/超弾性/電子回折/アルミニウム/形状記憶合金/結晶化/電子顕微鏡/電子顕微鏡観察/透過電子顕微鏡/分解能/結晶構造/構造変化

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発表日：2025年4月30日

高輝度放射光を用いて高温超伝導体中の電子の振動を解明超伝導発現機構の解明や転移温度を高める手がかりになると期待

超伝導とは、ある特定の温度以下で金属の電気抵抗がゼロになり、電気がスムーズに流れるようになる現象です。多くの超伝導体はおよそ−200℃以下という非常に低い温度でしかこの性質を示さないため、より高い温度で超伝導を示す物質が望まれる一方、超伝導の発現機構と超伝導転移温度を高める指針は解明されていません。電気の流れや振動を詳しく調べることで、これらの課題を解決する手がかりが得られる可能性があります。東北大学学際科学フロンティア研究所の鈴木博人助教らの研究グループは、量子科学技術研究開発機構（QST）NanoTerasuセンター、兵庫県立大学、産業技術総合研究所、物質・材料研究機構などとの...

キーワード：パートナーシップ/分析技術/コヒーレント/高温超伝導体/酸化物超伝導体/超伝導体/銅酸化物/銅酸化物高温超伝導体/加速器/軟X線/非弾性/放射光/超伝導/高温超伝導/酸化物高温超伝導体/持続可能/持続可能な開発/磁性材料/電気抵抗/電子状態/ダイナミクス/ナノメートル/酸化物/分解能/結晶構造

他の関係分野：複合領域環境学数物系科学工学農学

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発表日：2025年4月21日

バルクでは磁石につかない物質を原子層厚の薄膜で磁石に変換

─次世代スピントロニクスへの応用に期待─

電子がもつミクロな磁石の性質である「スピン」が物質中で揃うと強磁性(注5)が発現します。もし原子レベルの薄さをもつ二次元物質で強磁性が実現すれば、次世代スピントロニクスへの応用が期待できます。しかし、理論的には二次元物質では磁気秩序が消失すると予測されていました。東北大学、高エネルギー加速器研究機構、量子科学技術研究開発機構からなる研究グループは、クロムを含む反強磁性体(注6)Cr2Se3に着目し、分子線エピ...

キーワード：セレン/グラファイト/角度分解光電子分光/光電子分光/高エネルギー/磁気秩序/二次元物質/反強磁性/反強磁性体/加速器/放射光/放射光X線/γ線/磁場/赤外線/分子構造/二次元材料/原子層/磁気モーメント/磁性体/材料科学/クロム/超高真空/電子分光/可視光/強磁性/電子デバイス/持続可能/省エネ/紫外線/持続可能な開発/エピタキシー/強磁性体/単結晶/電子状態/グラフェン/スピン/スピントロニクス/マイクロ/黒鉛/集積回路/省エネルギー/低消費電力/電磁波/分解能/空間分解能/ゆらぎ

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発表日：2025年4月10日

結晶多形の選択機構をコロイド結晶により解明

─ 創薬や新材料開発で結晶多形の制御への貢献に期待 ─

化学組成が同じで結晶構造が異なる物質を結晶多形といい、物性や化学的性質が異なるため、その中から所望の構造を選択的に成長させることは材料や医薬品の創製において重要なポイントです。しかしながら、多形間に転移をともなう結晶化の詳細なプロセスは未解明であり、分子や原子スケールでの描像が求められています。本研究では、相転移のモデルとしてコロイド系を用いて、結晶多形の選択機構の解明にアプローチしました。東北大学金属材料研究所の野澤純特任助教、金沢大学学術メディア創成センターの佐藤正英教授、東北大学未来科学技術共同研究センターの宇田聡教授、東北大学金属材料研究所の藤原航三教授からなる研究...

キーワード：産学連携/グラファイト/揺らぎ/核形成/相転移/化学組成/スチレン/ポリスチレン/結晶育成/エピタキシャル成長/フォトニクス/ヘテロエピタキシー/持続可能/コロイド粒子/持続可能な開発/エピタキシー/エピタキシャル/コロイド結晶/コロイド/その場観察/マイクロ/化学工学/金属材料/結晶化/結晶成長/結晶方位/分解能/結晶構造/創薬

他の関係分野：複合領域数物系科学化学工学農学

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発表日：2025年3月25日

有機材料中の水素と重水素の分布を単一分子スケールで識別することに成功新たな電子線分光技術により、分子や結合位置の特定に効力

プラスチックや有機半導体など高機能有機材料の特性を精緻に制御するには、材料内部の微細構造を分子レベルで解明することが不可欠です。しかし、これまで有機材料中の化学結合や分子の位置を分子レベルで特定できる技術がありませんでした。東北大学多元物質科学研究所の陣内浩司教授と宮田智衆講師ら、産業技術総合研究所ナノ材料研究部門の千賀亮典主任研究員、大阪大学産業科学研究所の末永和知教授、防衛大学校応用物理学科の萩田克美講師のグループは、電子線による分子振動マッピング法を独自に開発し、炭素に対する水素と重水素の化学結合の違いを見分けることで、有機材料中に存在する重水素標識分子の空間分布を3nmの分...

キーワード：産学連携/空間分布/化学物質/原子核/物質科学/陽子/安定同位体/中性子/同位体/重水素/高分子/有機半導体/爬虫類/電子線/単一分子/分子振動/有機材料/持続可能/持続可能な開発/ナノメートル/ナノ材料/プラスチック/半導体/微細構造/分解能/マッピング/SPECT/空間分解能

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発表日：2025年3月14日

物理法則・計測原理を組み込んだ深層学習による画期的な動的コヒーレントX線回折イメージング解析法の開発に成功

北陸先端科学技術大学院大学（学長・寺野稔、石川県能美市）共創インテリジェンス研究領域のDAM Hieu-Chi（ダム　ヒョウ　チ）教授、HA Minh-Quyet特別研究員（日本学術振興会特別研究員ＰＤ）、VU Tien-Sinh大学院生（博士後期課程）、Adam Mukharil Bachtiar大学院生（博士後期課程）、DAO Duc-Anh大学院生（博士後期課程）、Deakin大学Applied Artificial Intelligence InstituteのTruyen Tran教授、物質・材料研究機構木野日織博士、東北大学（総長・冨永悌二、宮城県仙台市）国際放射光イノベーション...

キーワード：動画像/AI/インテリジェンス/ニューラルネットワーク/情報学/深層学習/人工知能（AI）/産学連携/コヒーレント/時間分解/水溶液/物質科学/X線回折/内部構造/放射光/高分子/時間分解能/材料科学/位相回復/可視光/持続可能/持続可能な開発/材料設計/コロイド/ナノスケール/ナノ構造/ニューラルネット/マイクロ/光学素子/実証実験/微粒子/分解能/生体組織/空間分解能/動態解析/ナノテクノロジー/構造変化/動的構造

他の関係分野：情報学複合領域数物系科学化学総合理工工学

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発表日：2025年3月4日

マイコプラズマの滑走運動に必要なモーターの分子構造を世界で初めて明らかに！

マイコプラズマ属細菌の一つで淡水魚の病原菌であるマイコプラズマ・モービレは、菌体の片側にある"滑走装置"を用いて宿主組織の表面にはりつき、滑るように動く"滑走運動"を行います。大阪公立大学大学院理学研究科の宮田真人教授、豊永拓真助教（研究当時、現在東北大学多元物質科学研究所助教）らと大阪大学大学院生命機能研究科日本電子YOKOGUSHI協働研究所の難波啓一特任教授（常勤）、理化学研究所の川上恵典研究員、東北大学多元物質科学研究所の濵口祐准教授らの共同研究グループは、大阪大学のクライオ電子顕微鏡※1を用いて、滑走運動の装置を構...

キーワード：産学連携/水溶液/物質科学/分子構造/ATP合成/電子線/原子分解能/非晶質/持続可能/持続可能な開発/アモルファス/ナノスケール/モーター/電子顕微鏡/分解能/病原菌/ATP合成酵素/クライオ電子顕微鏡/分子モーター/細胞膜/ATP/ミトコンドリア/生体分子/感染症/細菌

他の関係分野：複合領域数物系科学化学生物学総合理工工学農学

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発表日：2025年2月14日

わずか4時間で寿命下限の世界最高感度更新

高分散赤外線分光技術によるダークマター探索実験に成功

ダークマターは宇宙の質量の大部分を占めているにもかかわらず、その正体はいまだ明らかになっていない。東京都立大学大学院理学研究科の殷文准教授（2024年3月まで東北大助教）、東京大学大学院理学系研究科の松永典之助教ら、京都産業大学の大坪翔悟研究員ら、国立天文台の谷口大輔学振研究員ら、株式会社フォトクロスの池田優二代表取締役らの共同研究グループは、南米チリ・ラスカンパナス天文台で米国カーネギー天文台などが運用するマゼラン望遠鏡（口径6.5m）に搭載されている近赤外線高分散分光器WINEREDを用いて、約1.8～2.7電子ボルト(eV)の質量領域（電子の質量の約1/200000）でダークマター...

キーワード：産学連携/素粒子理論/素粒子/ダークマター/宇宙物理学/近赤外/近赤外線/銀河/高分散分光/赤外線/素粒子物理/天文学/分光器/望遠鏡/分解能/高分解能/寿命

他の関係分野：複合領域数物系科学工学