研究者データベース

村田 憲一郎(ムラタ ケンイチロウ)
低温科学研究所 共同研究推進部
助教

基本情報

所属

  • 低温科学研究所 共同研究推進部

職名

  • 助教

学位

  • 博士(工学)(東京大学)

ホームページURL

科研費研究者番号

  • 60646272

ORCID ID

J-Global ID

研究キーワード

  • 氷   光学顕微鏡   表面融解   結晶成長   濡れ   相転移ダイナミクス   

研究分野

  • ナノテク・材料 / 薄膜、表面界面物性
  • ナノテク・材料 / 結晶工学
  • 自然科学一般 / 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理

職歴

  • 2013年 東京大学 生産技術研究所

所属学協会

  • 日本結晶成長学会   日本物理学会   

研究活動情報

論文

  • In-situ optical microscopy observation of elementary steps on ice crystals grown in vapor and their growth kinetics
    Gen Sazaki, Masahiro Inomata, Harutoshi Asakawa, Etsuro Yokoyama, Shunichi Nakatsubo, Ken-ichiro Murata, Ken Nagashima, Yoshinori Furukawa
    Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 67 4 100550  2021年11月01日 [査読有り]
  • Akira Kouchi, Masashi Tsuge, Tetsuya Hama, Yasuhiro Oba, Satoshi Okuzumi, Sin-iti Sirono, Munetake Momose, Naoki Nakatani, Kenji Furuya, Takashi Shimonishi, Tomoya Yamazaki, Hiroshi Hidaka, Yuki Kimura, Ken-ichiro Murata, Kazuyuki Fujita, Shunichi Nakatsubo, Shogo Tachibana, Naoki Watanabe
    The Astrophysical Journal 918 2 45 - 45 2021年09月01日 [査読有り]
  • 高分解光学顕微鏡で見る氷結晶のミクロな成長ダイナミクス
    村田憲一郎
    化学と工業 74 5 360 - 362 2021年05月 [査読有り][招待有り]
  • Ken Nagashima, Ken-ichiro Murata, Gen Sazaki
    CRYSTAL GROWTH & DESIGN 21 4 2508 - 2515 2021年04月 [査読有り]
     
    Surfaces of ice act as sites of various chemical reactions of atmospheric acidic gases, which cause serious environmental issues, such as the catalytic ozone depletion by hydrogen chloride (HCl) gas. Here, we show direct observations of ice basal faces by advanced optical microscopy under atmospheric-concentration HCl gases of 10(-4) and 10(-2) Pa. We found that liquid droplets and thin layers appeared/disappeared on the ice basal faces at about -1 degrees C with increasing/decreasing temperatures. These behaviors were similar to those in the absence of the HCl gases. In contrast, at temperatures below -10 degrees C, surprisingly we found that with decreasing temperature the HCl gases induced the appearance of droplets of an HCl aqueous solution on the basal faces. In addition, the HCl droplets pinned the lateral advancement of spiral steps, resulting in the formation of bunched steps. The HCl droplets were finally embedded in the ice crystals by further growth of the bunched steps. In contrast, with increasing temperature, the HCl droplets and the bunched steps disappeared at -10 degrees C. Our findings will give significant insights into various environmental issues caused by acidic gases in polar regions.
  • Ken-ichiro Murata
    International journal of microgravity science and application 2021年01月31日
  • Jialu Chen, Takao Maki, Ken Nagashima, Ken-ichiro Murata, Gen Sazaki
    CRYSTAL GROWTH & DESIGN 20 11 7188 - 7196 2020年11月 [査読有り]
     
    In nature, a large proportion of ice is present in a polycrystalline state. Thus, understanding the formation of quasi-liquid layers (QLLs) on/in polycrystalline ice is indispensable for understanding a wide variety of natural phenomena. In this study, we observed surfaces of polycrystalline ice thin films using our advanced optical microscope. We focused our attention on the macroscopic fluidity of objects observed on polycrystalline ice surfaces as evidence for the presence of QLLs. Systematic observations under various temperatures and water vapor pressures showed that, with increasing temperature, QLLs first appeared preferentially in grooves of grain boundaries and continued to exist at -1.9 +/- 0.4 degrees C, irrespective of the water vapor pressure (even in immediate vicinities of the vapor-ice equilibrium curve). From this result, we concluded that the QLLs were formed by melting of grain boundaries to relax lattice mismatches. With a further increase of temperature, droplet-type QLLs appeared on grain surfaces at -0.7 +/- 0.2 degrees C. However, as time elapsed, the droplet-type QLLs on the grain surfaces spontaneously disappeared within 5 +/- 3 min even though temperature and water vapor pressure were kept constant. Such appearance and subsequent disappearance of the droplet-type QLLs on the grain surfaces were observed even under relatively highly supersaturated and undersaturated conditions.
  • Jialu Chen, Takao Maki, Ken Nagashima, Ken-ichiro Murata, Gen Sazaki
    CRYSTAL GROWTH & DESIGN 20 7 4852 - 4854 2020年07月 [査読有り][通常論文]
  • Takako Igarashi, Masato Hoshi, Koichi Nakamura, Takeshi Kaharu, Ken-ichiro Murata
    The Journal of Physical Chemistry C 2020年02月20日 [査読有り][通常論文]
  • Ken Nagashima, Josee Maurais, Ken-ichiro Murata, Yoshinori Furukawa, Patrick Ayotte, Gen Sazaki
    CRYSTALS 10 2 72 - 72 2020年02月 [査読有り][通常論文]
     
    The surfaces of ice crystals near the melting point are covered with thin liquid water layers, called quasi-liquid layers (QLLs), which play crucial roles in various chemical reactions in nature. So far, there have been many spectroscopic studies of such chemical reactions on ice surfaces, however, revealing the effects of atmospheric gases on ice surfaces remains an experimental challenge. In this study, we chose HNO3 as a model atmospheric gas, and directly observed the ice basal faces by advanced optical microscopy under partial pressure of HNO3 (similar to 10(-4) Pa), relevant to those found in the atmosphere. We found that droplets (HNO3-QLLs) appeared on ice surfaces at temperatures ranging from -0.9 to -0.2 degrees C with an increase in temperature, and that they disappeared at temperatures ranging from -0.6 to -1.3 degrees C with decreasing temperature. We also found that the size of the HNO3-QLLs decreased immediately after we started reducing the temperature. From the changes in size and the liquid-solid phase diagram of the HNO3-H2O binary system, we concluded that the HNO3-QLLs did not consist of pure water, but rather aqueous HNO3 solutions, and that the temperature and HNO3 concentration of the HNO3-QLLs also coincided with those along a liquidus line.
  • Ken-ichiro Murata, Hajime Tanaka
    Proceedings of the National Academy of Sciences 116 15 7176 - 7185 Proceedings of the National Academy of Sciences 2019年04月09日 [査読有り][通常論文]
  • Yoshinori Furukawa, Ken Nagashima, Shunichi Nakatsubo, Salvador Zepeda, Ken-ichiro Murata, Gen Sazaki
    Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 377 2146 20180393 - 20180393 2019年04月 [査読有り][通常論文]
  • Ken-ichiro Murata, Ken Nagashima, Gen Sazaki
    Physical Review Letters 122 2 American Physical Society ({APS}) 2019年01月 [査読有り][通常論文]
  • Ken-ichiro Murata, Ken Nagashima, Gen Sazaki
    Physical Review Materials 2 9 American Physical Society ({APS}) 2018年09月10日 [査読有り][通常論文]
  • Ken Nagashima, Gen Sazaki, Tetsuya Hama, Ken-ichiro Murata, Yoshinori Furukawa
    Crystal Growth & Design American Chemical Society ({ACS}) 2018年07月05日 [査読有り][通常論文]
  • Masahiro Inomata, Ken-ichiro Murata, Harutoshi Asakawa, Ken Nagashima, Shunichi Nakatsubo, Yoshinori Furukawa, Gen Sazaki
    Crystal Growth & Design 18 2 786 - 793 American Chemical Society ({ACS}) 2018年01月04日 [査読有り][通常論文]
  • 村田憲一郎
    日本物理学会誌 72 9 669 - 674 日本物理学会 2017年09月 [査読有り][招待有り]
  • Shogo Tachibana, Akira Kouchi, Tetsuya Hama, Yasuhiro Oba, Laurette Piani, Iyo Sugawara, Yukiko Endo, Hiroshi Hidaka, Yuki Kimura, Ken-ichiro Murata, Hisayoshi Yurimoto, Naoki Watanabe
    Science Advances 3 9 eaao2538  American Association for the Advancement of Science ({AAAS}) 2017年09月 [査読有り][通常論文]
  • Yoshinori Furukawa, Ken Nagashima, Shun-ichi Nakatsubo, Izumi Yoshizaki, Haruka Tamaru, Taro Shimaoka, Takehiko Sone, Etsuro Yokoyama, Salvador Zepeda, Takanori Terasawa, Harutoshi Asakawa, Ken-ichiro Murata, Gen Sazaki
    Scientific Reports 7 43157 - 43157 Springer Nature 2017年03月06日 [査読有り][通常論文]
  • Ken-ichiro Murata, Hajime Tanaka
    Science Advances 3 2 e1602209  American Association for the Advancement of Science ({AAAS}) 2017年02月 [査読有り][通常論文]
  • Ken-ichiro Murata, Harutoshi Asakawa, Ken Nagashima, Yoshinori Furukawa, Gen Sazaki
    Proceedings of the National Academy of Sciences 113 44 E6741 - E6748 Proceedings of the National Academy of Sciences 2016年10月 [査読有り][通常論文]
  • Gen Sazaki, Ken Nagashima, Ken-ichiro Murata, Yoshinori Furukawa
    Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 62 2 408 - 412 Elsevier {BV} 2016年06月 [査読有り][通常論文]
  • Ken Nagashima, Gen Sazaki, Tetsuya Hama, Harutoshi Asakawa, Ken-ichiro Murata, Yoshinori Furukawa
    Crystal Growth {\&} Design 16 4 2225 - 2230 American Chemical Society ({ACS}) 2016年04月06日 [査読有り][通常論文]
  • 村田 憲一郎, 麻川 明俊, 長嶋 剣, 古川 義純, 佐崎 元
    日本物理学会講演概要集 71 2608 - 2608 一般社団法人日本物理学会 2016年
  • 長嶋 剣, 佐崎 元, 羽馬 哲也, 村田 憲一郎, 古川 義純
    日本物理学会講演概要集 71 2607 - 2607 一般社団法人日本物理学会 2016年
  • 猪股 将弘, 長嶋 剣, 村田 憲一郎, 佐崎 元
    日本物理学会講演概要集 71 2458 - 2458 一般社団法人 日本物理学会 2016年 

    氷結晶ベーサル面上で単位ステップを光学その場観察し、ステップ前進速度とステップ間隔を計測した。講演では、これらの物理量と過飽和との相関を報告する。

  • Ken-ichiro Murata, Hajime Tanaka
    Proceedings of the National Academy of Sciences 112 19 5956 - 5961 2015年04月 [査読有り][通常論文]
  • 長嶋 剣, 佐崎 元, 羽馬 哲也, 村田 憲一郎, 中坪 俊一, 古川 義純
    日本物理学会講演概要集 70 2266 - 2266 一般社団法人日本物理学会 2015年
  • 長嶋 剣, 佐崎 元, 羽馬 哲也, 麻川 明俊, 村田 憲一郎, 中坪 俊一, 古川 義純
    日本物理学会講演概要集 70 2601 - 2601 一般社団法人日本物理学会 2015年
  • 村田 憲一郎, 麻川 明俊, 長嶋 剣, 古川 義純, 佐崎 元
    日本物理学会講演概要集 70 2514 - 2514 一般社団法人日本物理学会 2015年
  • Ken-ichiro Murata, Harutoshi Asakawa, Ken Nagashima, Yoshinori Furukawa, Gen Sazaki
    Physical Review Letters 115 25 American Physical Society ({APS}) 2015年 [査読有り][通常論文]
  • Ken-ichiro Murata, Hajime Tanaka
    Nature Communications 4 Springer Nature 2013年11月 [査読有り][通常論文]
  • Ken-Ichiro Murata, Hajime Tanaka
    AIP Conference Proceedings 1518 284 - 287 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    Contrary to the conventional wisdom that there exists only one unique liquid state for any material, there are growing experimental and numerical evidence for the existence of more than two liquid states in a single component substance. The transition between them is called liquid-liquid transition (LLT). LLT has attracted considerable attention because of its counterintuitive nature and its importance in the fundamental understanding of the liquid state. However, the physical nature of the transition has remained elusive. Particularly for water, the possible existence of LLT has special implications not only on its fundamental understanding, but also on a link of various thermodynamic and transport anomalies with critical anomaly associated with LLT. In this paper, we show experimental indications for a LLT in aqueous solutions of glycerol. We demonstrated that LLT proceeds through two types of kinetics characteristic of the first order transition: nucleation-growth (NG) and spinodal-decomposition (SD) type transformation. We also reveal that local tetrahedral ordering of water molecules play a key role, which is suggestive of the presence of LLT in pure water. © 2013 American Institute of Physics.
  • Christian L. Klix, Ken-Ichiro Murata, Hajime Tanaka, Stephen R. Williams, Alex Malins, C. Patrick Royall
    Scientific Reports 3 1 2013年 [査読有り][通常論文]
     
    Colloidal clusters are an unusual state of matter where tunable interactions enable a sufficient reduction in their degrees of freedom that their energy landscapes can become tractable - they form a playground for statistical mechanics and promise unprecedented control of structure on the submicron lengthscale. We study colloidal clusters in a system where a short-ranged polymer-induced attraction drives clustering, while a weak, long-ranged electrostatic repulsion prevents extensive aggregation. We compare experimental yields of cluster structures with theory which assumes simple addition of competing isotropic interactions between the colloids. Here we show that for clusters of size 4 ≤ m ≤ 7, the yield of minimum energy clusters is much less than expected. We attribute this to an anisotropic self-organized surface charge distribution which leads to unexpected kinetic trapping. We introduce a model for the coupling between counterions and binding sites on the colloid surface with which we interpret our findings.
  • Ken-ichiro Murata, Hajime Tanaka
    Nature Materials 11 5 436 - 443 Springer Nature 2012年05月 [査読有り][通常論文]
     
    The existence of more than two liquid states in a single-component substance and the ensuing liquid-liquid transitions (LLTs) has attracted considerable attention because of its counterintuitive nature and its importance in the fundamental understanding of the liquid state. Here we report direct experimental evidence for a genuine (isocompositional) LLT without macroscopic phase separation in an aqueous solution of glycerol. We show that liquid I transforms into liquid II by way of two types of kinetics: nucleation and growth, and spinodal decomposition. Although liquid II is metastable against crystallization, we could access both its static and dynamical properties experimentally. We find that liquids I and II differ in density, refractive index, structure, hydrogen bonding state, glass transition temperature and fragility, and that the transition between the two liquids is mainly driven by the local structuring of water rather than of glycerol, suggesting a link to a plausible LLT in pure water.
  • Ken-ichiro Murata, Hajime Tanaka
    Nature Communications 1 2 1  Springer Nature 2010年05月 [査読有り][通常論文]
     
    Even a single-component liquid may have more than two liquid states. The transition between them is called a 'liquid-liquid transition' (LLT). Such LLTs have recently attracted considerable attention mainly because of the fundamental interest in the physical origin of this counter-intuitive phenomenon. In this study, we report the first observation of wetting effects on LLT for a molecular liquid, triphenyl phosphite. We find a transition from partial to complete wetting for nucleation-growth-type LLT when approaching the spinodal temperature of LLT. Some features unique to LLT are also revealed, reflecting for example the non-conserved nature of its order parameter. We also find that the wetting behaviour is not induced by dispersion forces, but by weak hydrogen bonding to a solid substrate, implying its important role in the LLT itself. Using wetting effects may open a new possibility to control kinetics and spatial patterns of nucleation-growth-type LLT.
  • Rei Kurita, Ken-ichiro Murata, Hajime Tanaka
    Nature Materials 7 8 647 - 652 Springer Nature 2008年08月 [査読有り][通常論文]
     
    Matter in its liquid state is convenient for processing and controlling chemical reactions, owing to its fluidity. Recently much evidence has been accumulated for the existence of a liquid-liquid transition (LLT) in single-component liquids. Here, we report that we can control, by the LLT of a molecular liquid, triphenyl phosphite (TPP), the fluidity and miscibility of its mixture with another molecular liquid. For a mixture of TPP with toluene or aniline, we find that both liquid I and II mix well and liquid II remains in a 'liquid' state, in contrast to pure TPP, where liquid II is a non-ergodic amorphous state. This is the first example of a 'true' LLT in a molecular liquid. Furthermore, we find demixing induced by the LLT for a mixture of TPP with diethyl ether or ethanol. These findings will open a new phase of research towards various applications of the LLT.
  • Hajime Tanaka, Rei Kurita, Ken-ichiro Murata
    COMPLEX SYSTEMS-BOOK 1 982 24 - 33 2008年 [査読有り][通常論文]
     
    Recently it was revealed that even a single-component liquid can have more than two liquid states. The transition between these liquid states is called "liquid-liquid transition". This phenomenon has attracted a considerable attention because of its counter-intuitive character and the fundamental importance for our understanding of the liquid state of matter. The connection between the liquid-liquid transition and polyamorphism is also an interesting issue. In many cases, liquid-liquid transitions exist in a region which is difficult to access experimentally. Because of this experimental difficulty, the physical nature and kinetics of the transition remains elusive. However, a recent finding of liquid-liquid transition in molecular liquids opens up a possibility to study the kinetics in detail. Here we report the first detailed comparison between experiments and a phenomenological theory for the liquid-liquid transition of a molecular liquid, triphenyl phosphite. Both nucleation-growth-type and spinodal-decomposition-type liquid-liquid transformation are remarkably well reproduced by a two-order-parameter model of liquid that regards the liquid-liquid transition as the cooperative formation of locally favored structures. This may shed new light on the nature and the dynamics of the liquid-liquid transition. We also show evidence that this second order parameter controls the fragility of the liquid. We also discuss a possibility of controlling liquid-liquid transition by spatial confinement. Remaining open questions on the nature of the transition are also discussed.
  • Ken-ichiro Murata, Rei Kurita, Hajime Tanaka, Michio Tokuyama, Irwin Oppenheim, Hideya Nishiyama
    AIP 2008年 [査読有り][通常論文]
  • K Murata, A Hanawa, R Nozaki
    JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 98 8 084107  2005年10月 [査読有り][通常論文]
     
    A test method to evaluate the complex permittivity of materials with thin configuration (thickness of 50-300 mu m) is presented. We evaluate the complex permittivity of materials with various mechanical and electrical characteristics (films, powders, and liquids) at frequencies from 100 MHz to 20 GHz and at temperatures from 293 to 353 K using an experimental method presented in this paper. We have developed a fixture having a circular parallel-plate capacitor which is suitable for the measurement of materials with thin configuration. Our method is based on theoretical consideration of wave propagation in the capacitor, which is associated with multiple reflections along the diameter of the sample. The consideration of time delay in the sample section makes it possible to evaluate the permittivity of high dielectric constant materials in the frequency range up to 20 GHz. In addition, some examples for the measurements show that the resolution with tan delta is as low as 0.001. Our method is powerful to understand the relation between dielectric properties and the microscopic dynamics of dielectric materials, because of the broadband measurement, and finally can be applied for various areas both in fundamental researches and practical applications. (c) 2005 American Institute of Physics.

その他活動・業績

受賞

  • 2020年03月 日本物理学会 第14回(2020年)日本物理学会若手奨励賞
     氷の表面融解機構の解明 
    受賞者: 村田 憲一郎・北海道大学低温科学研究所
  • 2017年11月 日本結晶成長学会 第15回奨励賞
     氷結晶の表面融解における熱力学的起源の解明 
    受賞者: 村田憲一郎

共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 氷の界面融解における普遍性の探求:顕微鏡その場観察によるアプローチ
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2021年04月 -2024年03月 
    代表者 : 村田 憲一郎
  • 多結晶氷の表面融解機構の解明
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2019年04月 -2022年03月 
    代表者 : 佐崎 元, 長嶋 剣, 村田 憲一郎
     
    多結晶氷は単結晶氷とは異なり,粒界や高指数面から成る粒表面を持つ.これらが氷結晶の表面融解に及ぼす影響について調べ,2019年(令和元年)度には主に下記の2つの成果を得た. 1.粒界での液相の生成:粒界中での擬似液体層の生成をモニターするために,粒径650 nmのポリスチレン粒子をケンダクした超純水を液体窒素温度に冷却したガラス板上に滴下し,多結晶氷薄膜(厚み70 ミクロンm)を作製した.そして,様々な温度-水蒸気圧下で,レーザー共焦点微分干渉顕微鏡およびリニーク型干渉計(新規開発)を用いてその場観察した.その結果,粒界上では温度-3~-2°Cで,昇温とともに液相が生成し,降温とともに液相が消滅することを見出した.また,同じ温度領域で,水蒸気圧を変化させて観察したところ,水蒸気が過飽和・平衡・未飽和であるに関わらず,粒界上で液相が生成・消滅することがわかった.この結果は,氷単結晶で得られた結果とは大きく異なる.氷単結晶の場合には,気固平衡条件近傍では,準安定相である擬似液体層は生成しなかった.多結晶氷での結果は,粒界が著しく不安定であり,温度-3~-2°C以上になると粒界が融解するものと考えられる.すなわち,粒界で生成する液相は,熱力学的に安定であると考えられる. 2.結晶粒表面での液相の生成:さらに約-0.8°Cよりも高温になると,昇温に伴い結晶粒の表面に液滴が核形成・成長するが,数分~10分程度で生成した水滴は自発的に消滅することがわかった.この結果も,単結晶上での結果とは大きく異なる.氷単結晶上では,特定の過飽和/未飽和な温度-水蒸気圧領域では,擬似液体層は動力学的に安定に存在できた.多結晶の結晶粒表面で液相が生成・消滅する温度条件では,結晶粒表面で液滴が生成しても,より安定な粒界中の液相に,水蒸気を介して相転移するものと考えられる.
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 若手研究(A)
    研究期間 : 2016年04月 -2019年03月 
    代表者 : 村田 憲一郎
     
    氷の一分子段差(0.37 nm)を可視化する共焦点微分干渉顕微鏡を用いて氷-水界面をその場観察することにより、融液界面の微視的状態、および氷成長界面における階層的動力学を実験的に明らかにした。具体的には、水-氷という結晶-融液界面であっても単位ステップが存在すること、また実験条件によって単位ステップがバンチングを起こし、特異なステップダイナミクスを呈することを見出した。加えて、氷表面(氷-気相界面)における擬似液体層の生成を直接観察することで、長年の謎であった擬似液体層の熱力学的起源を解明した。また、氷の気相成長において初めて単位ステップが駆動する渦巻成長過程を可視化することに成功した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2015年04月 -2018年03月 
    代表者 : 佐崎 元, 長嶋 剣, 村田 憲一郎, 古川 義純, 古川 義純, 猪股 将弘, Chen Jialu
     
    下記の6点を見出した.1) HClガスが存在すると,擬似液体層が存在し得ない温度領域においても,氷上に液体相が生成する.2) HClガス存在下で氷を成長させるとHCl液滴が液体のまま氷中に取り込まれる.3) 氷上のHCl液体相の濡れ角は純水よりも顕著に大きい.4) 二酸化炭素と酸素は擬似液体層の生成に寄与しない.5) 氷表面に存在する液滴状と薄層状の擬似液体層は,バルク水に比べてそれぞれ20倍および200倍流れにくい.また,2種類の擬似液体層は,氷表面での液相の濡れ性が水蒸気圧によって異なることで生成する.6) 氷ベーサル面の単位渦巻ステップの成長カイネティクスは複雑な温度依存性を示す.
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    研究期間 : 2014年04月 -2018年03月 
    代表者 : 古川 義純, 佐崎 元, 長嶋 剣, 村田 憲一郎
     
    凍結抑制タンパク質を含む過冷却水中で氷結晶の成長実験を行い、結晶の形態形成や成長速度の濃度、過冷却度、面方位依存性を、新開発の光学顕微鏡を駆使して測定した。 氷のプリズム面に関しては成長速度の抑制効果が再確認されたが、ベーサル面については成長速度が促進されることが明らかになり、このタンパク質の効果は面方位に依存(異方的)することが確かめられた。ベーサル面の成長促進は、成長ステップのエッジに吸着したタンパク質分子が、新たな成長ステップの発生源として作用するためと考えられ、結晶成長に対する新たな不純物効果モデルを提案した。さらに、この異方的効果が生体の凍結抑制機構の本質であることを示した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 若手研究(B)
    研究期間 : 2013年04月 -2015年03月 
    代表者 : 村田 憲一郎
     
    相転移・不安定化現象に伴う強い非平衡状態と粉粒体の非線形レオロジーとの間の動的競合についての実験的研究を行った。本課題では、ウェットフォーム薄膜のDewetting(界面不安定化の一種)を例にとり、一粒子レベルの運動が関与する不安定化の起点から、中・後期過程のマクロな粗大化に至るプロセスの実時間・実空間観察を行った。特にウェットフォームの非線形レオロジーにより、粘性流体における従来型のスケーリング則がどのように破れるのかという点に着目し、粉粒体の相転移・不安定化ダイナミクスにおける新たなスケーリング則を見出した。
  • 日本学術振興会:科学研究費助成事業 基盤研究(A)
    研究期間 : 2011年04月 -2015年03月 
    代表者 : 佐崎 元, 古川 義純, 長嶋 剣, 村田 憲一郎, 麻川 明俊, 清田 達央, 猪股 将弘
     
    1)氷結晶ベーサル面上では,ある臨界水蒸気圧以上の高過飽和下でのみ,液滴状および薄層状の2種類の擬似液体層が生成しうることを見出した.また,2)氷中の格子欠陥周囲に形成される歪みが,擬似液体層の生成を顕著に誘起することを見出した.さらに,3)氷結晶のプリズム面および高指数面上においても,ベーサル面と同様の温度領域で,液滴状および薄層状の2種類の擬似液体層が生成することを見出した.以上に加えて,4)氷ベーサル面上での単位ステップの成長は,水蒸気の体積拡散および表面拡散に律速されることを明らかにするとともに,5)ベーサル面上の渦巻ステップは,2重渦巻構造を持つことを見出した.
  • 単成分液体における液体・液体相転移の外場制御
    日本学術振興会:科学研究費助成事業 特別研究員奨励費
    研究期間 : 2007年 -2008年 
    代表者 : 村田 憲一郎
     
    液体・液体転移とは、単一成分液体が別の液相に一次転移する現象であり、液体の本質に関わる現象として極めて重要である。しかし、それらの転移点が高温・高圧、もしくは結晶化に対する絶対不安定領域に存在するという困難な実験条件のため、実験事実を基にした本格的なアプローチは殆どなされていなかった。我々の研究グループは常温・常圧下に液体・液体転移が存在する亜リン酸トリフェニル(以下TPP)、n-butanolを発見し、昨年度はその微視的機構を中心に研究を進めてきた。この現象の基礎学術的な重要性もさることながら、二つの液相間で物理的・化学的性質(屈折率、誘電率、粘性、濡れ性、異種物質に対する相溶性など)が異なることから、液体の新たな物性制御法としても極めて重要であるといえる。そこで本年度は、表面効果やレーザー光を用いて、液体・液体転移を時間的・空間的に制御することを目的として研究を行った。そこで、初めにこの転移における濡れの影響について検証した。我々は液体IIの濡れ性を表面物質を選択することで制御し、今まで観察されなかった転移キネティクスを見出すことに成功した。更に、この液体IIの濡れ性に付随して、基板表面におけるメゾスコピックスケールでのモルフォロジーの変化が、この転移のキネティクスを時間的・空間的に大きく変更されることも見出した。また、レーザー光により発生する電歪効果を用いて液体・液体転移を誘起し、レーザー光の高い空間分解能を生かして、液体IIのマイクロメートルスケールでのパターン制御にも成功している。本研究テーマは、液体・液体転移を表面効果やレーザー光を用いて直接制御することにより、同じ物質でありながらその物性を時間的・空間的に大きく変えるという画期的な試みであり、基礎・応用の両面で極めて大きなインパクトがあると考えている。

教育活動情報

主要な担当授業

  • 宇宙物質相転移科学特論
    開講年度 : 2021年
    課程区分 : 修士課程
    開講学部 : 理学院
    キーワード : 熱力学,結晶成長.相転移


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