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国立大学法人
名古屋工業大学
466-8555
名古屋市昭和区御器所町
~界面現象の理解から機能の創出を目指す~

モノの界面や表面では様々な「界面現象」が生じており、様々な局面において界面が重要な役割を果たしています。
特に、ナノ材料においては体積に対する表面の割合が極端に大きくなるため、表面・界面の果たす役割が非常に大きくなります。

例えばエネルギー問題に関わる界面問題としては、以下が考えられます。
・ 太陽電池 ・・・ 界面における電荷分離の促進と再結合の抑制
・ 燃料電池 ・・・ 電極/電解質膜/ガスから成る3相界面での物質輸送と電子移動の効率化

このように、ある機能の実現もしくは高性能化には、材料開発やデバイス設計に加えて、界面構造の設計・制御が極めて重要になります。
当研究室では、
 「原子・分子レベルでの界面構造解析および構築を通じた界面現象の物理的理解」
 「界面設計に基づく新規機能性の創出」
を目指しています。

<研究テーマ>
界面電子移動の物理を基盤とするエネルギー変換や機能性界面に関連する基礎的研究
・ 電気化学的手法および分光学的手法による界面構造解析
・ 界面構造の原子・分子レベル制御による機能設計
・ 新規分光測定法の開発

1. 界面におけるナノ集光
 可視光は、様々な物質の内部まで透過します。この性質を利用して、物質の中を透かして調べる分光測定などが可能になります。一方で、光エネルギー変換においては、降り注ぐ光を無駄なく利用するために分厚い光吸収層が必要になります。光吸収層の厚みを確保しつつ、光励起電子の取り出し効率を上げるには、複雑な3次元ナノ構造を導入した電極が必要になります。しかし、このような構造は、電荷再結合の増大や電荷移動抵抗の増加など様々な変換効率低下の温床ともなりえます。もしも、電極界面近傍のナノ領域において特異的に光吸収を起こすことができれば、光エネルギー変換デバイスの設計指針を大きく変えることが期待されます。図1は、プラズモン共鳴現象を利用した電極面への光エネルギー局在化を表しています。この手法では、光の回折限界を超えたナノ集光が可能になります。このため、単に光の捕集効率が上がるだけでなく、局所的な増強電場による新しい光利用技術へとつながる可能性も期待されます。当研究室では、光エネルギー変換と表面分光計測の両方にこの原理を用いています。
 
Fig. 1. Nanoscale field localization through excitation of hybridized gap-mode plasmons

2. 構造規制界面