Details of the Researcher

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Tomoyuki Yamasaki
Section
Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials
Job title
Assistant Professor
Degree

  • Doctor of Engineering (Tokyo Institute of Technology)

e-Rad No.
20981690

Research History 1

  • 2023/04 - Present
    Tohoku University　Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials

Research Areas 1

  • Nanotechnology/Materials / Inorganic compounds/materials chemistry /

Awards 1

  1. Best Poster Award

    2023/09　The 21st International Conference on Solid-State Protonic Conductors　Mixed conduction of H- and hole in lanthanum oxyhydrides

Papers 10

  1. Amphoteric Behavior of Hydrogen in Lanthanum Oxyhydrides: Correlation with Electrochemical Properties

    Tomoyuki Yamasaki, Keiga Fukui, Soshi Iimura, Shunsuke Tsuda, Hiroshi Mizoguchi, Takahisa Omata, Hideo Hosono

    Journal of the American Chemical Society　2026/03/18

    DOI： 10.1021/jacs.6c01849 　

  2. Recent advances and emerging design paradigms in proton-conducting mixed ionic-electronic conductors

    Takahisa Omata, Shinji Matsumoto, Tomoyuki Yamasaki

    Chemical Communications　2026

    DOI： 10.1039/D6CC01153E 　

  3. Enhanced Proton Transport in Nb-Doped Rutile TiO2: A Highly Useful Class of Proton-Conducting Mixed Ionic Electronic Conductors

    Takuma Shiraiwa, Tomoyuki Yamasaki, Kizuku Kushimoto, Junya Kano, Takahisa Omata

    Journal of the American Chemical Society　2025/08/27

    DOI： 10.1021/jacs.5c05805 　

  4. Role of hydrogen in the n-type oxide semiconductor MgIn2O4: Experimental observation of electrical conductivity and first-principles insight

    Saki Kudo, Tomoyuki Yamasaki, Issei Suzuki, Arunkumar Dorai, Rafael Costa-Amaral, Soungmin Bae, Yu Kumagai, Hiroshi Tanimura, Tetsu Ichitsubo, Takahisa Omata

    APL Materials　13　(4)　2025/04/01

    Publisher: AIP Publishing

    DOI： 10.1063/5.0253161 　

    eISSN： 2166-532X

    More details Close

    Hydrogen impurities significantly influence the electrical conductivity of oxide semiconductors such as MgIn2O4, widely used in devices such as thin-film transistors. However, their role and chemical environment have not been fully clarified. This study investigated the conductivity of MgIn2O4 at elevated temperatures under air and H2 atmospheres, revealing higher and reversible conductivity in H2 due to hydrogen dissolution. Hall measurements, thermal desorption spectrometry, and nuclear magnetic resonance spectroscopy revealed that hydrogen dissolves in MgIn2O4, ionizing to produce electrons and interstitial protons. Density functional theory calculations indicate that hydrogen stabilizes near vacant octahedral cation sites, forming O–H bonds and shallow donor levels. Indium atoms at magnesium sites lead to shallow donor levels, whereas oxygen vacancies form deep levels. The results identify interstitial hydrogen and indium atoms at magnesium sites, rather than oxygen vacancies, as key donors under H2-rich or low oxygen conditions, providing insights for controlling the conductivity of MgIn2O4 in devices.

  5. Effects of Process Gas Pressure on Properties of WO3 Thin Films Deposited by RF Sputtering

    Rantaro Matsuo, Tomoyuki Yamasaki, Issei Suzuki, Sakiko Kawanishi, Takahisa Omata

    The Journal of Physical Chemistry C　2025/01/16

    DOI： 10.1021/acs.jpcc.4c07254 　

    ISSN： 1932-7447 1932-7455

  6. High proton conductivity of HxWO3 at intermediate temperatures: unlocking its application as a mixed ionic–electronic conductor

    Rantaro Matsuo, Tomoyuki Yamasaki, Takahisa Omata

    Journal of Materials Chemistry A　2025

    DOI： 10.1039/D5TA05331E 　

  7. n型酸化物半導体MgIn2O4の電気伝導性の雰囲気依存性その起源 Invited Peer-reviewed

    工藤咲季, 鈴木一誓, 山﨑智之, 谷村洋, 市坪哲, 小俣孝久

    燃料電池　23　66-72　2024/04

  8. Surface Hydroxyl-Ion Diffusion and Hierarchical Structure of Adsorbed Water on Hydrated Layered Double Hydroxides

    Tomoyuki Yamasaki, Soshi Iimura, Hideo Hosono, Shu Yamaguchi

    The Journal of Physical Chemistry C　2023/03/30

    DOI： 10.1021/acs.jpcc.3c00275 　

  9. Extremely Shallow Valence Band in Lanthanum Trihydride

    Tomoyuki Yamasaki, Soshi Iimura, Junghwan Kim, Hideo Hosono

    Journal of the American Chemical Society　2023/01/11

    DOI： 10.1021/jacs.2c10927 　

  10. Characteristic Resistive Switching of Rare-Earth Oxyhydrides by Hydride Ion Insertion and Extraction

    Tomoyuki Yamasaki, Ryosei Takaoka, Soshi Iimura, Junghwan Kim, Hidenori Hiramatsu, Hideo Hosono

    ACS Applied Materials & Interfaces　2022/05/04

    DOI： 10.1021/acsami.2c03483 　

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Presentations 11

  1. Revisiting Proton Diffusion in HxWO3 through Partial Proton Conductivity Measurements: Toward Applications in the Intermediate Temperature Range

    Tomoyuki Yamasaki, Takahisa Omata

    The 22nd International Conference on Solid-State Protonic Conductors (SSPC-22)　2025/09/17

  2. 水素タングステンブロンズ（HxWO3）中のプロトン伝導性

    山﨑智之, 松尾蘭太郎, 小俣孝久

    第7回固体化学フォーラム研究会　2025/06/24

  3. 水素を溶解した電子伝導性酸化物 MgIn2O4中のプロトン伝導性

    山﨑 智之, 工藤 咲季, Rafael Costa Amaral, Bae Soungmin, 熊谷 悠, 小俣 孝久

    第92回電気化学大会　2025/03/18

  4. 過剰プロトン溶解による酸水酸化インジウムInO(OH)の プロトン－電子混合伝導性の発現

    山﨑 智之, ドライ アルンクマール, 小俣 孝久

    第50回固体イオニクス討論会　2024/12/09

  5. Mixed Protonic and Electronic Conduction of n-type Oxide Semiconductor MgIn2O4 in Hydrogen Atmosphere

    Tomoyuki Yamasaki, Saki Kudo, Takahisa Omata

    PRiME 2024　2024/10/09

  6. 過剰水素溶解が誘起するルチル型 InO(OH)中のプロトンのアバランシェブレークダウン？

    山﨑 智之, アルン ドライクマール, 小俣 孝久

    第18回固体イオニクスセミナー　2024/09/02

  7. Mixed conduction in lanthanum oxyhydrides

    Tomoyuki Yamasaki

    24th International Conference on Solid State Ionics (SSI24)　2024/07/19

  8. 高速水素拡散ホストとしての酸化物とその機能開拓 Invited

    山﨑智之

    第13回 酸化物研究の新機軸に向けた学際討論会　2023/12/08

  9. 層状複水酸化物の表面水和構造と水酸化物イオン伝導の相関

    山﨑智之, 飯村壮史, 細野秀雄, 山口周

    第49回固体イオニクス討論会　2023/11/17

  10. Mixed conduction of H- and hole in lanthanum oxyhydrides

    Tomoyuki Yamasaki, Soshi Iimura, Hideo Hosono

    The 21st International Conference on Solid-State Protonic Conductors　2023/09/22

  11. Resistive switching of RE oxyhydrides by electrical insertion and extraction of H- Invited

    Tomoyuki Yamasaki, Ryosei Takaoka, Soshi Iimura Junghwan, Kim, Hidenori HIramatsu, Hideo Hosono

    2023/08/09

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Research Projects 3

  1. リン酸塩ガラス中のプロトン輸送を律する機構の解明；高速プロトン伝導の実現に向けて

    小俣 孝久, 山崎 智之, 鈴木 一誓

    Offer Organization: 日本学術振興会

    System: 科学研究費助成事業

    Category: 基盤研究(A)

    Institution: 東北大学

    2024/04/01 - 2027/03/31

  2. 次世代燃料電池ITFCの高性能空気極の開発：酸素へのスピン注入によるORRブースト

    山崎 智之

    Offer Organization: 日本学術振興会

    System: 科学研究費助成事業

    Category: 若手研究

    Institution: 東北大学

    2024/04/01 - 2026/03/31

  3. 水素の出し入れで動作するメモリスタ素子実現へのカギ：水素リザーバー電極の探索

    山崎 智之

    Offer Organization: 日本学術振興会

    System: 科学研究費助成事業

    Category: 研究活動スタート支援

    Institution: 東北大学

    2023/08/31 - 2025/03/31

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    希土類酸水素化物からの水素イオンの出し入れに伴う電気伝導度の変化をメモリスタ素子への応用展開に向けて、本年度は以下の２点に関して研究を進めた。 1．希土類酸水素化物のイオン輸送特性の評価 2. 水素を結晶中に取り込み、かつ、水素と電子の混合伝導性を発現する水素リザーバー材料の探索 項目1に関しては、ランタン酸水素化物 (LaH3-2xOx)にPd電極を付けて、水素濃淡電池の起電力測定により、ヒドリドイオン輸率の評価を行った。LaH3-2xOx中ではヒドリドイオンの他に、正の電荷をもつキャリアの伝導を示唆する結果が得られた。LaH3-2xOx中を伝導する正の電荷をもつキャリアとして、プロトンか電子ホールが考えられる。これらの伝導キャリアは、起電力測定の結果では切り分けることが難しいため、LaH3-2xOxへの印加電流に対する水素透過量を測定（電気化学的水素ポンプ測定）し、ヒドリドイオン以外の伝導キャリア同定を遂行中である。 項目2に関しては、プロトン密度が10^22cm^-3を超えるインジウム酸水酸化物に着目し、水素気流下で過剰にその結晶中に水素が取り込まれることを見出した。その際、電気伝導度が125℃付近で７桁増大し、かつ、温度に関して可逆的に伝導度が変化することが明らかとなった。また、高温ラマン測定やプロトンNMRの結果から、この電気伝導度のジャンプとともに、インジウム酸水酸化物中のプロトンが近接する酸化物イオンの束縛から外れ、自由に動き回り始めることを発見した。酸水酸化物のこのような特性は従来報告がなく、結晶格子中への過剰水素の導入により引き起こされる新しい現象の発見である。