研究室公開

OPEN LABORATORY

物理で切り拓く先端材料

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工学の中の理論物理

電子・光の織りなす世界

基礎物性物理学分野

EXHIBIT

オープンキャンパスでの展示

理論物理を用いた物質の特性解明・新規材料設計(パネルによる研究紹介とコンピューターによるシミュレーション体験)

本研究室では、光物性・強相関電子系・超伝導・冷却原子気体・永久磁石の保磁力機構(文科省元素戦略プロジェクト:ESICMM)といった幅広いテーマに対して、理論物理を用いた物質の特性解明や新規材料設計に挑戦しています。今まで理論物理とは無縁だと思われていたESICMMでの磁石の性能向上研究においても理論グループの活躍が期待されるなど、活動の場が広がって来ています。

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ネオジム磁石における磁化反転機構の理論的解析

物質を構成する原子の中では、原子核の周りを電子が自転しながら公転しており、これらの動きがミクロな磁石(右図の矢印)を構成しています。これらの向きがそろえられることによって磁力が発生し、物質全体が磁石となります。右図は磁石のN極に対し、外部から強力なN極を近づけたときにN極S極が反転する様子を表していいます。
この反転が起き始める磁場が大きほど、外からの磁場に耐えられる優れた磁石といえます。現在、私たちは磁石の性能を引き上げるためミクロな視点から理論的研究を行っています。
画像をクリックすると磁化反転シミュレーションが見れます。

自動車エミッション触媒の機能解明と新材料創製の研究

自動車の排気ガスに含まれるNOx等公害物質の削減は近代社会における喫緊の課題です。そのような背景の中、私たちは触媒表面における窒素酸化物の浄化プロセスを電子状態計算により研究しています。右図は2つの窒素酸化物が触媒表面における化学反応によって無害な窒素に変化する前駆状態の様子です。

メタマテリアルを用いたクローキングによる透明化技術の設計

通常屈折率は物質により値が決定していますが、近年では光の波長サイズの微小な人工物を並べることにより設計されるメタマテリアルという物質により屈折率を比較的任意に操作できる技術が発達しています。私たちはメタマテリアルにより物体を覆い、光の経路を歪ませることで物体を透明化するクローキングと呼ばれる技術をコンピュータを用いた計算でシミュレーションしています。右図は球状物質の透明化に関する光路のシミュレーションです。