研究概要
我々の研究室ではこれまで，SiO2，MgO，BN といった典型元素化合物を基盤とする 光・電子・磁気機能材料の創製と機構解明を目指して研究を行ってきました。一般に，これら典型元素化合物は， その高い熱的，化学的安定性から，遷移金属や希土類元素などの活性イオンを包含するマトリックスとして 利用されることが多い物質群です。しかし，我々は，欠陥構造制御および形態制御により， 遷移金属や希土類元素を加えずとも，高効率紫外・可視発光材料，室温広帯域レーザー発振材料， 室温強磁性材料，半導体/超伝導体複合ナノ複合材料など，多彩な光・電子・磁気機能材料の創製が 可能であることを示してきました。特に，化学の観点から新しい反応経路を開拓するとともに，得られた物質の性質と機能を， 固体の電子構造の観点から解明することを目指しています。
最近の研究から
ZnOなどのワイドバンドギャップ半導体は紫外領域の発光材料として活発に研究が進められています。
我々は，高品位ZnO薄膜の誘導放出過程を，パルスレーザーを励起源に用いて観察しています。
その結果，膜厚が１マイクロメートル近くになると励起子過程による誘導放出現象が
室温付近でも観測されることを見出しました。さらに，励起子の誘導放出過程が約150Kを
境に変遷することを実験的に明らかにしました。
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R. Matsuzaki, H. Soma, K. Fukuoka, K. Kodama, A. Asahara, T. Suemoto, Y. Adachi, and T. Uchino
Purely excitonic lasing in ZnO microcrystals: Temperature-induced transition between exciton-exciton and exciton-electron scattering
Phys. Rev. B 96 125306 (2017). -
Ryosuke Matsuzaki and Takashi Uchino
Effect of size and shape on the excitonic stimulated emission process in ZnO microstructures
J. Appl. Phys.124 063103 (2018).
酸化物，窒化物，ホウ化物などの固体材料に欠陥構造を導入すると，その欠陥種特有の電子状態が生み出されます。
その結果，紫外域から赤外域にかけて幅広い波長域で発光が観測されます。
しかし，どのような構造がその発光に寄与しているのかを同定することは容易ではありません。我々は，
独自の欠陥導入技術と理論的考察を元に欠陥発光機構を解明するとともに，その知見をもとに新しい発光材料の創成をめざして
研究を続けています。
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Emi Tsushima, Takuya Tsujimura, and Takashi Uchino
Enhancement of the deep-level emission and its chemical origin in hexagonal boron nitride
Appl. Phys. Lett. 113 031903 (2018). -
Yu Nagayoshi, Ryosuke Matsuzaki and Takashi Uchino
Multiple Intersystem Crossing Processes in Ge-Doped Silica Glass: Emission Mechanism of 2-Fold Coordinated Ge atoms
J. Phys. Chem. C 122 23712-23719 (2018). -
H. Soma and T. Uchino
Blue and orange photoluminescence and surface band-gap narrowing in lithium-doped MgO microcrystals
J. Phys. Chem. C 121(3) 1884-1892 (2017).
超伝導体中の超伝導電流の担い手は，クーパー対と呼ばれる電子対です。超伝導体が（超伝導を示さない）常伝導物質と接触するとそのクーパー対が常伝導物質中に染み出し，その常伝導物質も超伝導化します。この現象は超伝導近接効果と呼ばれていますが，その近接効果に由来する超伝導は非常に弱く不安定であると考えられていました。近年，我々は，超伝導体であるMgB2が希薄にかつフラクタル的に常伝導物質中に分散すると非常に強い超伝導近接効果が生まれることを見出しました。現在，様々な組成，構造を有する超伝導／常伝導複合材料を合成し，その強い超伝導近接効果の起源を解明すべく，研究を進めています。
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Takashi Uchino, Nanami Teramachi, Ryosuke Matsuzaki, Emi Tsushima, Shusuke Fujii, Yusuke Seto, Kazuyuki Takahashi, Takao Mori, Yutaka Adachi, Yukihito Nagashima, Yoshifumi Sakaguchi, Kazuki Ohishi, Akihiro Koda, Takahiro Sakurai, and Hitoshi Ohta
Proximity coupling of superconducting nanograins with fractal distributions
Phys. Rev. B 101 035146 (2020).