東北大学研究者紹介

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カワハラ　カズアキ

川原　一晃

Kazuaki Kawahara

所属

金属材料研究所　融合研究部　先端・萌芽研究部門

職名

准教授

学位

博士（科学）（東京大学）
修士（科学）（東京大学）

researchmap

https://researchmap.jp/kawahara691

J-GLOBAL ID

202001005614261160

e-Rad 研究者番号

90869570

経歴 5

2026年1月～継続中

東北大学　金属材料研究所　准教授
2020年8月～ 2025年12月

東京大学　大学院工学系研究科附属総合研究機構　助教
2017年6月～ 2020年7月

東京大学　大学院工学系研究科附属総合研究機構　特任研究員
2017年4月～ 2017年5月

東京大学　大学院新領域創成科学研究科　特任研究員
2015年4月～ 2017年3月

東京大学　大学院新領域創成科学研究科　JSPS特別研究員

学歴 2

東京大学　大学院新領域創成科学研究科　物質系専攻

2012年4月～ 2017年3月
東京大学　工学部　応用化学科

2008年4月～ 2012年3月

所属学協会 4

日本顕微鏡学会

2023年2月～継続中
日本セラミックス協会

2018年9月～継続中
日本表面真空学会

2015年10月～継続中
日本物理学会

2013年8月～継続中

研究キーワード 2

リチウムイオン電池
フッ化物イオン電池

研究分野 1

ナノテク・材料 / 構造材料、機能材料 /

受賞 4

優秀発表賞

2017年9月　第17回結晶界面工学研究会　Application of Markov chain Monte Carlo method to curve fitting
JSPS HOPE Fellow

2016年3月　日本学術振興会　Structure of silicene grown on Ag(111)
Student Prize

2014年12月　表面界面スペクトロスコピー　Ag(111) 上に成長させたシリセンの構造
新領域創成科学研究科長賞

2014年3月　東京大学　Ag(111)上に成長させたシリセンの構造

論文 38

Structural transition and the effect of Ca impurities in MgO Σ5(210) grain boundary 査読有り

Qian Chen, Mitsuhiro Saito, Kazuaki Kawahara, Atsutomo Nakamura, Kazutoshi Inoue, Yuichi Ikuhara

Journal of the European Ceramic Society　46　(6)　118068-118068　2026年6月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jeurceramsoc.2025.118068 　

ISSN：0955-2219
LaCu5 intermetallic alloy cathode for fluoride-ion batteries 査読有り

Shun Sasano, Ryo Ishikawa, Kazuaki Kawahara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Journal of Power Sources　658　238294-238294　2025年12月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jpowsour.2025.238294 　

ISSN：0378-7753
Dopant diffusion and segregation of iron in a near 45° (100) twist grain boundary in SrTiO ₃ 査読有り

William Hahn, Kazuaki Kawahara, Shun Sasano, Bin Feng, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara, Klaus van Benthem

Journal of the American Ceramic Society　109　(1)　2025年10月24日
出版者・発行元： Wiley
DOI： 10.1111/jace.70312 　

ISSN：0002-7820

eISSN：1551-2916

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Abstract Dopant segregation is a key contributor to interfacial stability and the macroscopic physical properties of polycrystalline materials. Near 45° (100) twist grain boundaries were diffusion bonded either from Fe‐doped SrTiO ₃ single crystals, or nominally undoped single crystals after a thin film of iron was deposited onto the single crystal surface prior to diffusion bonding. After diffusion bonding, scanning transmission electron microscopy characterization detected increased Fe signals from the grain boundary cores of both types of bicrystals. Fe enrichment occurred either by segregation from the doped single crystals or by dopant out‐diffusion into the bulk away from the deposited layer. Quantitative energy dispersive X‐ray spectroscopy experiments identified that the grain boundary prepared after Fe deposition was characterized by much higher dopant enrichment compared to the case after diffusion bonding of two doped single crystals. Additional thermal annealing of the bicrystal formed after iron layer deposition caused a decrease in iron enrichment approaching the excess observed for the diffusion‐bonded doped single crystals. The experimental results demonstrate that, dependent on the method of doping, extended thermal annealing of bicrystals may be necessary after diffusion bonding to achieve equilibrium grain boundary excess quantities.
高速電子顕微鏡法による原子ダイナミクスの直接観察査読有り

石川亮, 神保雄, 二塚俊洋, 川原一晃, 柴田直哉, 幾原雄一

セラミックス　60　(5)　342-345　2025年5月
Capacity enhancement of LaAl₂Ag ternary alloy anode for fluoride-ion batteries 査読有り

Shun Sasano, Ryo Ishikawa, Kazuaki Kawahara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Journal of Materials Chemistry A　13　(24)　18610-18617　2025年5月
出版者・発行元： Royal Society of Chemistry (RSC)
DOI： 10.1039/d5ta00837a 　

ISSN：2050-7488

eISSN：2050-7496

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We demonstrate the LaAl₂Ag ternary alloy as a new anode for fluoride-ion batteries. Compared to pure Al metal and LaAl₃ binary alloy anodes, the LaAl₂Ag anode shows a high reversible capacity of more than 400 mA h g⁻¹ with good cycle stability.
La1−xSrxF3−x: A Solid-State Electrolyte for Fluoride Ion Battery with High Ionic Conductivity and Wide Electrochemical Potential Window 査読有り

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Shun Sasano, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Journal of The Electrochemical Society　171　(11)　110508-110508　2024年11月1日
出版者・発行元： The Electrochemical Society
DOI： 10.1149/1945-7111/ad8d10 　

ISSN：0013-4651

eISSN：1945-7111

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Fluoride ion conductors are developed for use as solid-state electrolytes in fluoride ion batteries which are one of promising candidates for next-generation storage batteries. Ba-doped LaF₃ (La_0.9Ba_0.1F_2.9: LBF) is mainly used as a solid-state electrolyte in fluoride ion batteries. However, room temperature conductivity of LBF is considerably low, on the order of 10⁻⁶ S cm⁻¹ and it is still unclear the optimal elements to be doped to LaF₃. In this study, we have explored La_0.9Sr_xBa_0.1−xF_2.9 system (x = 0, 0.01, 0.025, 0.05, 0.1), in which Ba in LBF is substituted for Sr and investigated the composition dependence of ionic conductivity. We elucidate that the higher concentration of Sr without Ba can significantly improve the ionic conductivity, and the maximum ionic conductivity of La_0.9Sr_0.1F_2.9 is 1.5 × 10⁻⁵ S cm⁻¹ at room temperature, which is one order of magnitude larger than that of LBF. The higher ionic conductivity of LSF is due to the larger grain size and higher sintering density of LSF compared to LBF, which results in lower grain boundary resistance. The LSF total ionic conductivity of 10⁻⁴ S cm⁻¹ can be achieved at 350 K, which significantly lowers operating temperature of fluoride ion batteries down to 350 K.
Highly Reversible Conversion‐Type CoSn₂ Cathode for Fluoride‐Ion Batteries 査読有り

Shun Sasano, Ryo Ishikawa, Kazuaki Kawahara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Small　21　(1)　2024年10月22日
出版者・発行元： Wiley
DOI： 10.1002/smll.202408023 　

ISSN：1613-6810

eISSN：1613-6829
フッ化物電池用LaAl3負極の開発・微細構造解析査読有り

佐々野駿, 石川亮, 川原一晃, 柴田直哉, 幾原雄一

Ceramics　59　(10)　698-701　2024年10月
New Poisson denoising method for pulse-count STEM imaging

Taichi Kusumi, Shun Katakami, Ryo Ishikawa, Kazuaki Kawahara, Tiarnan Mullarkey, Julie Marie Bekkevold, Jonathan J.P. Peters, Lewys Jones, Naoya Shibata, Masato Okada

Ultramicroscopy　264　113996-113996　2024年10月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ultramic.2024.113996 　

ISSN：0304-3991
Total third-degree variation for noise reduction in atomic-resolution STEM images 査読有り

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Shun Sasano, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Microscopy　74　(1)　1-9　2024年7月2日
出版者・発行元： Oxford University Press (OUP)
DOI： 10.1093/jmicro/dfae031 　

ISSN：2050-5698

eISSN：2050-5701

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Abstract Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) enables direct determination of atomic arrangements in materials and devices. However, materials such as battery components are weak for electron beam irradiation, and low electron doses are required to prevent beam-induced damages. Noise removal is thus essential for precise structural analysis of electron-beam-sensitive materials at atomic resolution. Total square variation (TSV) regularization is an algorithm that exhibits high noise removal performance. However, the use of the TSV regularization term leads to significant image blurring and intensity reduction. To address these problems, we here propose a new approach adopting L2 norm regularization based on higher-order total variation. An atomic-resolution STEM image can be approximated as a set of smooth curves represented by quadratic functions. Since the third-degree derivative of any quadratic function is 0, total third-degree variation (TTDV) is suitable for a regularization term. The application of TTDV for denoising the atomic-resolution STEM image of CaF2 observed along the [001] zone axis is shown, where we can clearly see the Ca and F atomic columns without compromising image quality.
Real-time tracking of three-dimensional atomic dynamics of Pt trimer on TiO 2 (110) 査読有り

Ryo Ishikawa, Toshihiro Futazuka, Yu Jimbo, Kazuaki Kawahara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Science Advances　2024年3月

DOI： 10.1126/sciadv.adk6501 　
La-Al Intermetallic Alloy Anode for Realizing High-Energy Fluoride-Ion Battery

Shun Sasano, Ryo Ishikawa, Kazuaki Kawahara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Journal of The Electrochemical Society　2023年12月1日

DOI： 10.1149/1945-7111/ad136e 　
Fast reconstruction of scanning transmission electron microscopy images using Markov random field model 査読有り

Taichi Kusumi, Shun Katakami, Ryo Ishikawa, Kazuaki Kawahara, Naoya Shibata, Masato Okada

Ultramicroscopy　253　113811-113811　2023年11月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ultramic.2023.113811 　

ISSN：0304-3991
Fluoride Ion Conductivity of Rb Doped KSbF4 査読有り

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Journal of The Electrochemical Society　170　020528　2023年2月16日
出版者・発行元： The Electrochemical Society
DOI： 10.1149/1945-7111/acbca5 　

ISSN：0013-4651

eISSN：1945-7111

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Abstract All solid-state fluoride ion batteries are considered to be high energy density and safe energy storage devices. However, the F– ion conductivities of solid electrolytes at room temperature are low (< 10-6 S cm-1), which requires the higher operating temperature of fluoride ion battery such as 420 K or higher. Therefore, the faster F– ion conductors is strongly desired to operate fluoride ion battery at lower or even room temperature. KSbF4 is one of the promising candidates to have a faster F– ion conductivity. To expand F– ion conduction pathways, we doped Rb in KSbF4 and further investigated the compositional dependence of ionic conductivity in K1-xRbxSbF4 system. We found that ionic conductivity strongly depends on the chemical composition and conductivity was maximized at x = 0.15. At room temperature, the F– ion conductivity in the bulk and at the grain boundary of K0.85Rb0.15SbF4 were σbulk = 1.01 × 10-4 S cm-1 and σGB = 4.80 × 10-5 S cm-1, respectively.
Formation of La-rich tysonite nano-precipitates in fluorite Ba0.6La0.4F2.4 査読有り

Shun Sasano, Ryo Ishikawa, Kazuaki Kawahara, Atsushi Mineshige, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Journal of Power Sources　557　232581-232581　2023年2月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jpowsour.2022.232581 　

ISSN：0378-7753
Atomic-resolution STEM image denoising by total variation regularization 査読有り

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Shun Sasano, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Microscopy　71　(5)　302-310　2022年6月17日
出版者・発行元： Oxford University Press (OUP)
DOI： 10.1093/jmicro/dfac032 　

ISSN：2050-5698

eISSN：2050-5701

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Abstract Atomic-resolution electron microscopy imaging of solid-state material is a powerful method for structural analysis. Scanning transmission electron microscopy (STEM) is one of the actively used techniques to directly observe atoms in materials. However, some materials are easily damaged by the electron beam irradiation, and only noisy images are available when we decrease the electron dose to avoid beam damages. Therefore, a denoising process is necessary for precise structural analysis in low-dose STEM. In this study, we propose total variation (TV) denoising algorithm to remove quantum noise in an STEM image. We defined an entropy of STEM image that corresponds to the image contrast to determine a hyperparameter and we found that there is a hyperparameter that maximizes the entropy. We acquired atomic-resolution STEM image of CaF2 viewed along the [001] direction and executed TV denoising. The atomic columns of Ca and F are clearly visualized by the TV denoising, and atomic positions of Ca and F are determined with the error of ±1 pm and ±4 pm, respectively.
Lithium Lanthanum Titanate Single Crystals: Dependence of Lithium-Ion Conductivity on Crystal Domain Orientation

Shunsuke Kobayashi, Daisaku Yokoe, Yasuyuki Fujiwara, Kazuaki Kawahara, Yuichi Ikuhara, Akihide Kuwabara

Nano Letters　2022年6月13日
出版者・発行元： American Chemical Society (ACS)
DOI： 10.1021/acs.nanolett.2c01655 　

ISSN：1530-6984

eISSN：1530-6992
Atomic-Level Changes during Electrochemical Cycling of Oriented LiMn₂O₄ Cathodic Thin Films 査読有り

Yumi H. Ikuhara, Xiang Gao, Kazuaki Kawahara, Craig A. J. Fisher, Akihide Kuwabara, Ryo Ishikawa, Hiroki Moriwake, Yuichi Ikuhara

ACS Applied Materials & Interfaces　14　(5)　6507-6517　2022年2月9日

DOI： 10.1021/acsami.1c18630 　

ISSN：1944-8244

eISSN：1944-8252
Anomalous dewetting growth of Si on Ag(111)

Naoya Kawakami, Ryuichi Arafune, Emi Minamitani, Kazuaki Kawahara, Noriaki Takagi, Chun-Liang Lin

Nanoscale　2022年
出版者・発行元： Royal Society of Chemistry (RSC)
DOI： 10.1039/d2nr03409c 　

ISSN：2040-3364

eISSN：2040-3372

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We demonstrate the novel growth of silicene grown on Ag(111) using STM and reveal the mechanism with KMC simulation.
Arrangement of polyhedral units for [0001]-symmetrical tilt grain boundaries in zinc oxide 査読有り

Kazutoshi Inoue, Ji-Young Roh, Kazuaki Kawahara, Mitsuhiro Saito, Motoko Kotani, Yuichi Ikuhara

Acta Materialia　212　116864-116864　2021年6月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.actamat.2021.116864 　

ISSN：1359-6454
Atomic-Resolution Topographic Imaging of Crystal Surfaces 査読有り

Ryo Ishikawa, Riku Tanaka, Kazuaki Kawahara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

ACS Nano　15　(5)　9186-9193　2021年5月25日
出版者・発行元： American Chemical Society (ACS)
DOI： 10.1021/acsnano.1c02907 　

ISSN：1936-0851

eISSN：1936-086X
Room temperature fluoride ion conductivity in defective β-KSb1-δF4-3δ polycrystals 査読有り

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Kei Nakayama, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Journal of Power Sources　483　229173-229173　2021年1月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jpowsour.2020.229173 　

ISSN：0378-7753
3D arrangement of atomic polyhedra in tilt grain boundaries 査読有り

Kazutoshi Inoue, Kazuaki Kawahara, Mitsuhiro Saito, Motoko Kotani, Yuichi Ikuhara

Acta Materialia　202　266-276　2020年10月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.actamat.2020.10.017 　

ISSN：1359-6454
Grain boundary Li-ion conductivity in (Li0.33La0.56)TiO3 polycrystal 査読有り

Shun Sasano, Ryo Ishikawa, Kazuaki Kawahara, Teiichi Kimura, Yumi H. Ikuhara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Applied Physics Letters　116　(4)　043901-043901　2020年1月27日

DOI： 10.1063/1.5141396 　

ISSN：0003-6951

eISSN：1077-3118
Mechanically Tunable Spontaneous Vertical Charge Redistribution in Few-Layer WTe2 査読有り

Zeyuan Ni, Emi Minamitani, Kazuaki Kawahara, Ryuichi Arafune, Chun-Liang Lin, Noriaki Takagi, Satoshi Watanabe

The Journal of Physical Chemistry C　124　(3)　2008-2012　2020年1月23日
出版者・発行元： American Chemical Society (ACS)
DOI： 10.1021/acs.jpcc.9b10423 　

ISSN：1932-7447

eISSN：1932-7455
Fast Li-ion conduction at grain boundaries in (La,Li)NbO3 polycrystals 査読有り

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Kei Nakayama, Takuma Higashi, Teiichi Kimura, Yumi H. Ikuhara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Journal of Power Sources　441　227187-227187　2019年11月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jpowsour.2019.227187 　

ISSN：0378-7753
Unique fitting of electrochemical impedance spectra by random walk Metropolis Hastings algorithm 査読有り

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Takuma Higashi, Teiichi Kimura, Yumi H. Ikuhara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

Journal of Power Sources　403　184-191　2018年11月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.jpowsour.2018.09.091 　

ISSN：0378-7753
Visualizing Type-II Weyl Points in Tungsten Ditelluride by Quasiparticle Interference 査読有り

Chun-Liang Lin, Ryuichi Arafune, Ro-Ya Liu, Masato Yoshimura, Baojie Feng, Kazuaki Kawahara, Zeyuan Ni, Emi Minamitani, Satoshi Watanabe, Youguo Shi, Maki Kawai, Tai-Chang Chiang, Iwao Matsuda, Noriaki Takagi

ACS Nano　11　(11)　11459-11465　2017年11月28日

DOI： 10.1021/acsnano.7b06179 　

ISSN：1936-0851

eISSN：1936-086X
Structural evolution of Bi thin films on Au(111) revealed by scanning tunneling microscopy 査読有り

Naoya Kawakami, Chun-Liang Lin, Kazuaki Kawahara, Maki Kawai, Ryuichi Arafune, Noriaki Takagi

Physical Review B　96　(20)　2017年11月1日

DOI： 10.1103/physrevb.96.205402 　

ISSN：2469-9950

eISSN：2469-9969
Surface structure of novel semimetal WTe2 査読有り

Kazuaki Kawahara, Zeyuan Ni, Ryuichi Arafune, Tetsuroh Shirasawa, Chun-Liang Lin, Emi Minamitani, Satoshi Watanabe, Maki Kawai, Noriaki Takagi

Applied Physics Express　10　(4)　045702-045702　2017年4月1日

DOI： 10.7567/apex.10.045702 　

ISSN：1882-0778

eISSN：1882-0786
Atomic structure of “multilayer silicene” grown on Ag(111): Dynamical low energy electron diffraction analysis 査読有り

Kazuaki Kawahara, Tetsuroh Shirasawa, Chun-Liang Lin, Ryo Nagao, Noriyuki Tsukahara, Toshio Takahashi, Ryuichi Arafune, Maki Kawai, Noriaki Takagi

Surface Science　651　70-75　2016年9月

DOI： 10.1016/j.susc.2016.03.029 　

ISSN：0039-6028

eISSN：1879-2758
Spectroscopic Identification of Ag-Terminated “Multilayer Silicene” Grown on Ag(111) 査読有り

Chun-Liang Lin, Takeshi Hagino, Yujiro Ito, Kazuaki Kawahara, Ryo Nagao, Masaru Aoki, Shigeru Masuda, Ryuichi Arafune, Maki Kawai, Noriaki Takagi

The Journal of Physical Chemistry C　120　(12)　6689-6693　2016年3月31日

DOI： 10.1021/acs.jpcc.6b00717 　

ISSN：1932-7447

eISSN：1932-7455
Silicene on Ag(111): Geometric and electronic structures of a new honeycomb material of Si 査読有り

Noriaki Takagi, Chun-Liang Lin, Kazuaki Kawahara, Emi Minamitani, Noriyuki Tsukahara, Maki Kawai, Ryuichi Arafune

Progress in Surface Science　90　(1)　1-20　2015年2月

DOI： 10.1016/j.progsurf.2014.10.001 　

ISSN：0079-6816
Pragmatic Application of Abstract Algebra to Two-Dimensional Lattice Matching 査読有り

Kazuaki Kawahara, Ryuichi Arafune, Maki Kawai, Noriaki Takagi

e-Journal of Surface Science and Nanotechnology　13　(0)　361-365　2015年

DOI： 10.1380/ejssnt.2015.361 　

ISSN：1348-0391

eISSN：1348-0391
Determination of atomic positions in silicene on Ag(111) by low-energy electron diffraction 査読有り

K. Kawahara, T. Shirasawa, R. Arafune, C.-L. Lin, T. Takahashi, M. Kawai, N. Takagi

Surface Science　623　25-28　2014年5月

DOI： 10.1016/j.susc.2013.12.013 　

ISSN：0039-6028

eISSN：1879-2758
Substrate-Induced Symmetry Breaking in Silicene 査読有り

Chun-Liang Lin, Ryuichi Arafune, Kazuaki Kawahara, Mao Kanno, Noriyuki Tsukahara, Emi Minamitani, Yousoo Kim, Maki Kawai, Noriaki Takagi

Physical Review Letters　110　(7)　2013年2月11日

DOI： 10.1103/physrevlett.110.076801 　

ISSN：0031-9007

eISSN：1079-7114
Structural transition of silicene on Ag(111) 査読有り

Ryuichi Arafune, Chun-Liang Lin, Kazuaki Kawahara, Noriyuki Tsukahara, Emi Minamitani, Yousoo Kim, Noriaki Takagi, Maki Kawai

Surface Science　608　297-300　2013年2月

DOI： 10.1016/j.susc.2012.10.022 　

ISSN：0039-6028
Structure of Silicene Grown on Ag(111) 査読有り

Chun-Liang Lin, Ryuichi Arafune, Kazuaki Kawahara, Noriyuki Tsukahara, Emi Minamitani, Yousoo Kim, Noriaki Takagi, Maki Kawai

Applied Physics Express　5　(4)　045802-045802　2012年3月28日

DOI： 10.1143/apex.5.045802 　

ISSN：1882-0778

eISSN：1882-0786

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MISC 6

チタン酸リチウムランタン単結晶による高リチウムイオン伝導の実証

小林俊介, 横江大作, 桑原彰秀, 幾原雄一, 幾原雄一, 川原一晃, 藤原靖幸

JFCC研究成果集　2023　2023年
チタン酸リチウムランタン単結晶を用いたLiイオン伝導のドメイン依存性

小林俊介, 横江大作, 桑原彰秀, 藤原靖幸, 川原一晃, 幾原雄一, 幾原雄一

日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(Web)　35th　2022年
ペロブスカイト型酸化物LLTO単結晶を用いたLiイオン伝導と結晶ドメイン依存性

小林俊介, 横江大作, 藤原靖幸, 川原一晃, 幾原雄一, 幾原雄一, 桑原彰秀

電池討論会PDF要旨集(CD-ROM)　63rd　2022年
リチウムイオン電池用正極膜内部の充放電による構造変化

幾原裕美, 高翔, 高翔, FISHER Craig, 桑原彰秀, 森分博紀, 川原一晃, 石川亮, 幾原雄一, 幾原雄一

JFCC研究成果集　2022　2022年
充放電によるLiMn₂O₄正極膜内のナノ構造変化

幾原裕美, GAO Xiang, FISHER Craig A. J., 桑原彰秀, 森分博紀, 川原一晃, 石川亮, 幾原雄一, 幾原雄一

日本セラミックス協会秋季シンポジウム講演予稿集(Web)　35th　2022年
Structure Determination of Silicene on Ag(111) by Low-Energy Electron Diffraction

Kazuaki Kawahara, Tetsuroh Shirasawa, Noriaki Takagi

ISSP activity report 2013　42-43　2014年3月

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講演・口頭発表等 52

Br添加 KSbF4のフッ化物イオン伝導

川原一晃, 石川亮, 柴田直哉, 幾原雄一

セラミックス協会2025年会　2025年3月6日
ハロゲン添加KSbF4(KSbF3.9X0.1: X=Cl, Br, I)のフッ化物イオン伝導

川原一晃, 石川亮, 柴田直哉, 幾原雄一

第65回電池討論会　2024年11月22日
Fluoride ion conductivity of Rb-doped KSbF4

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

ECS PRiME 2024　2024年10月9日
全三階変動を用いた原子分解能STEM像の超解像

川原一晃, 石川亮, 佐々野駿, 柴田直哉, 幾原雄一

日本顕微鏡学会第80回学術講演会　2024年6月4日
ハロゲン添加KSbF4のフッ化物イオン伝導

川原一晃, 石川亮, 柴田直哉, 幾原雄一

セラミックス協会2024年会　2024年3月15日
LaF3を基にしたフッ化物イオン伝導体の開発

川原一晃, 石川亮, 佐々野駿, 柴田直哉, 幾原雄一

第64回電池討論会　2023年11月29日
Atomic-resolution STEM image denoising by total variation regularization

K. Kawahara, R. Ishikawa, S. Sasano, N. Shibata, Y. Ikuhara

IMC20　2023年9月12日
Atomic-Resolution STEM Image Denoising by Total Variation Regularization

K. Kawahara, R. Ishikawa, S. Sasano, N. Shibata, Y. Ikuhara

IAMNano2023　2023年6月28日
全三階変動を用いた原子分解能STEM像のノイズ除去

川原一晃, 石川亮, 佐々野駿, 柴田直哉, 幾原雄一

日本顕微鏡学会第79回学術講演会　2023年6月26日
LaF3を基にしたフッ化物イオン伝導体の開発

川原一晃, 石川亮, 佐々野駿, 柴田直哉, 幾原雄一

日本セラミックス協会2023年年会　2023年3月
Cs添加KSbF4のフッ化物イオン伝導

川原一晃, 石川亮, 柴田直哉, 幾原雄一

第63回電池討論会　2022年11月
Fluoride ion conductivity of Cs-doped KSbF4

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

23rd International Conference on Solid State Ionics　2022年7月
Total variation正則化を用いた原子分解能STEM像のノイズ除去

川原一晃, 石川亮, 佐々野駿, 柴田直哉, 幾原雄一

日本顕微鏡学会第78回学術講演会　2022年5月
Cs添加KSbF4(K1-xCsxSbF4)のフッ化物イオン伝導

川原一晃, 石川亮, 柴田直哉, 幾原雄一

日本セラミックス協会2022年年会　2022年3月
Rb添加KSbF4(K1-xRbxSbF4)のフッ化物イオン伝導

川原一晃, 石川亮, 柴田直哉, 幾原雄一

第62回電池討論会　2021年12月
Fluoride ion conductivity of potassium tetrafluoroantimonate

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Kei Nakayama, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

The 14th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies　2021年12月
Rb添加KSbF4のフッ化物イオン伝導

川原一晃, 石川亮, 柴田直哉, 幾原雄一

日本セラミックス協会第34回秋季シンポジウム　2021年9月
KSbF4のフッ化物イオン伝導

川原一晃, 石川亮, 仲山啓, 柴田直哉, 幾原雄一

日本セラミックス協会2021年会　2021年3月
フルオロアンチモン酸カリウム(KSbxF1+3x)のフッ化物イオン伝導

川原一晃, 石川亮, 仲山啓, 柴田直哉, 幾原雄一

第61回電池討論会　2020年11月
界面接合の実験と数理招待有り

川原一晃, 井上和俊, 斎藤光浩, 荒船竜一, 林俊良, 高木紀明, 川合眞紀, 幾原雄一

IMI workshop II: 材料科学における幾何と代数I　2020年9月
フルオロアンチモン(III)酸カリウムのフッ化物イオン伝導

川原一晃, 石川亮, 柴田直哉, 幾原雄一

日本セラミックス協会2020年会　2020年3月
Atomic structure and Li-ion conductivity of (La,Li)NbO3 electrolyte

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Kei Nakayama, Takuma Higashi, Yumi Ikuhara, Teiichi Kimura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies　2019年10月
情報理論を用いた画像解析

川原一晃

第19回結晶界面工学研究会　2019年9月
Li-ion conductivity of lithium lanthanum niobate polycrystals

Kazuaki Kawahara, Ryo Ishikawa, Kei Nakayama, Takuma Higashi, Yumi Ikuhara, Teiichi Kimura, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

22nd International Conference on Solid State Ionics　2019年6月
(La,Li)NbO3固体電解質のイオン伝導と局所構造

川原一晃, 石川亮, 仲山啓, 東拓磨, 木村禎一, 幾原裕美, 柴田直哉, 幾原雄一

第59回電池討論会　2018年11月
格子整合と数論

川原一晃

第18回結晶界面工学研究会　2018年9月
(Li,La)NbO3多結晶体の局所構造とイオン伝導

川原一晃, 石川亮, 仲山啓, 東拓磨, 木村禎一, 幾原裕美, 柴田直哉, 幾原雄一

日本セラミックス協会第31回秋季シンポジウム　2018年9月
Ionic conductivity of lithium lanthanum niobate polycrystals: Electrochemical impedance spectroscopy analysis

Kazuaki Kawahara, Takuma Higashi, Kei Nakayama, Ryo Ishikawa, Teiichi Kimura, Yumi Ikuhara, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara

International meeting on lithium batteries 2018　2018年6月
低速電子回折を用いたWTe2表面の構造解析招待有り

川原一晃, Zeyuan Ni, 荒船竜一, 白澤徹郎, 林俊良, 南谷英美, 渡邉聡, 川合眞紀, 高木紀明

日本表面科学会北海道東北関東支部合同セミナー　2017年11月
Application of Markov chain Monte Carlp method to curve fitting

川原一晃

第17回結晶界面工学研究会　2017年9月
二テルル化タングステン表面の構造解析

川原一晃, 荒船竜一, 白澤徹郎, 林俊良, Zeyuan Ni, 南谷英美, 渡邉聡, 川合眞紀, 高木紀明

第36回表面科学学術講演会　2016年12月
Structure determination of multilayer silicene on Ag(111) by dynamical low- energy electron diffraction and scanning tunneling microscopy

川原一晃, 白澤徹郎, 林俊良, 長尾遼, 荒船竜一, 高橋敏男, 川合眞紀, 高木紀明

第7回真空・表面若手研究会　2016年12月
Structure Determination of Tungsten Telluride Surface

川原一晃, 荒船竜一, 白澤徹郎, 林俊良, Zeyuan Ni, 南谷英美, 渡邉聡, 川合眞紀, 高木紀明

表面界面スペクトロスコピー2016　2016年11月
代数的整数論を応用した2次元格子整合理論

川原一晃, 荒船竜一, 川合眞紀, 高木紀明

日本物理学会2016年秋季大会　2016年9月
Ag(111)単結晶上に作製した多層シリセンの構造

川原一晃, 白澤徹郎, 林俊良, 長尾遼, 塚原規志, 高橋敏男, 荒船竜一, 川合眞紀, 高木紀明

日本物理学会2016年年次大会　2016年3月
Structure of silicene grown on Ag(111)

Kazuaki Kawahara

8th HOPE MEETING with Nobel Laureates　2016年3月
Ag(111)上に成長させた多層シリセンの構造

川原一晃, 白澤徹郎, 林俊良, 荒船竜一, 長尾遼, 塚原規志, 高橋敏男, 川合眞紀, 高木紀明

第35回表面科学学術講演会　2015年12月
代数的整数論に基づいた2次元格子整合理論

川原一晃, 荒船竜一, 川合眞紀, 高木紀明

第6回真空・表面科学若手研究会　2015年12月
Ag(111)上に作製した多層シリセンの構造

川原一晃, 白澤徹郎, 林俊良, 長尾遼, 塚原規志, 高橋敏男, 荒船竜一, 川合眞紀, 高木紀明

表面界面スペクトロスコピー2015　2015年11月
Application of algebraic number theory to 2-dimensional lattice matching

Kazuaki Kawahara, Ryuichi Arafune, Maki Kawai, Noriaki Takagi

10th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’15　2015年10月
Ag(111)上シリセンの成長様式

川原一晃, 望月出海, 白澤徹郎, 林俊良, 長尾遼, 荒船竜一, 川上直也, 和田健, 塚原規志, 高橋敏男, 兵頭俊夫, 川合眞紀, 高木紀明

日本物理学会2015年秋季大会　2015年9月
Ag(111)上に成長させたシリセンの構造

川原一晃, 荒船竜一, 林俊良, 白澤徹郎, 塚原規志, 高橋敏男, 川合眞紀, 高木紀明

表面界面スペクトロスコピー2014　2014年12月
Determination of Silicene on Ag(111) by Low-Energy Electron Diffraction

Kazuaki Kawahara, Tetsuroh Shirasawa, Ryuichi Arafune, Chung-Liang Lin, Toshio Takahashi, Maki Kawai, Noriaki Takagi

The 7th International Symposium on Surface Science　2014年11月
2次元格子整合の数学的考察

川原一晃, 荒船竜一, 川合眞紀, 高木紀明

日本物理学会2014年秋季大会　2014年9月
Structure determination of silicene on Ag(111) by low-energy electron diffraction

Kazuaki Kawahara, Tetsuroh Shirasawa, Ryuichi Arafune, Chung-Liang Lin, Toshio Takahashi, Maki Kawai, Noriaki Takagi

11th International Conference on the Structure of Surfaces　2014年7月
Structure Determination of Silicene on Ag(111) by Low Energy Electron Diffraction

Kazuaki Kawahara, Tetsuroh Shirasawa, Ryuichi Arafune, Chung-Liang Lin, Toshio Takahashi, Maki Kawai, Noriaki Takagi

Symposium on Surface and Nano Science 2014　2014年1月
低速電子回折を用いたAg(111)上シリセンの構造解析

川原一晃, 白澤徹郎, 荒船竜一, 林俊良, 高橋敏男, 川合眞紀, 高木紀明

表面界面スペクトロスコピー2013　2013年12月
Structure Determination of Silicene on Ag(111) by Dynamical Low Energy Electron Diffraction

Kazuaki Kawahara, Tetsuroh Shirasawa, Ryuichi Arafune, Chung-Liang Lin, Toshio Takahashi, Maki Kawai, Noriaki Takagi

12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures　2013年11月
LEEDによるAg(111)上シリセンの構造解析

川原一晃, 白澤徹郎, 荒船竜一, 林俊良, 高橋敏男, 川合眞紀, 高木紀明

日本物理学会2013年秋季大会　2013年9月
Ag(111)基板上に作製したシリセン多層膜の構造

川原一晃, 林俊良, 荒船竜一, 中村耕太郎, 長尾遼, 塚原規志, 高木紀明, 川合眞紀

日本物理学会2013年年次大会　2013年3月
Ag(111)基板上に作製したシリセンの構造

川原一晃, 林俊良, 荒船竜一, 塚原規志, 高木紀明, 川合眞紀

日本物理学会2012年秋季大会　2012年9月
Structure property of silicene on Ag(111)

Kazuaki Kawahara, Chung-Liang Lin, Ryuichi Arafune, Noriyuki Tsukahara, Noriaki Takagi, Maki Kawai

14th International Conferenece on Vibrations At Surfaces　2012年9月

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産業財産権 3

プログラム、画像修復装置及び画像修復方法

岡田真人, 片上舜, 久住太一, 柴田直哉, 石川亮, 川原一晃

産業財産権の種類: 特許権
フッ化物イオン電池用負極活物質

幾原雄一, 石川亮, 川原一晃, 佐々野駿

産業財産権の種類: 特許権
フッ化物イオン伝導体及びその製造方法

川原一晃, 石川亮, 仲山啓, 柴田直哉, 幾原雄一

産業財産権の種類: 特許権

共同研究・競争的資金等の研究課題 7

超高速電子顕微鏡法の開拓と材料界面への応用

石川亮, 川原一晃

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

研究機関：The University of Tokyo

2025年6月27日～ 2028年3月31日
超収束角顕微鏡法の開発と格子欠陥材料への応用

石川亮, 川原一晃

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

研究機関：The University of Tokyo

2024年4月～ 2027年3月
複塩を用いたフッ化物イオン電池用高容量正極材料の開発

川原一晃

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究機関：The University of Tokyo

2024年4月～ 2027年3月
粒界数理学の構築に基づく機能材料創出

井上和俊, 馮斌, 川原一晃

2021年4月1日～ 2025年3月31日

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材料中には無数の格子欠陥が存在し、特に界面の原子構造は機能特性に多大な影響を及ぼすことが知られている。特に粒界は格子整合理論である対応格子理論によって大まかな分類がなされ、同一結晶同士の整合指標はΣ値として広く用いられてきた。しかしながら、異なる結晶同士の整合については整合指標が存在しない。本研究では、異種界面および非整合界面の格子定数を適切に近似することにより、対応格子理論の一般化を試みた。特に、同一結晶同士の整合の場合はΣ値に帰着するような格子整合指標を定義し、種々の格子の組み合わせに対して、整合する場合の相対回転角と対応する整合指標を系統的に求めた。可能な格子の組み合わせをマッピングすることにより、任意の格子定数比の異種界面・非整合界面に対して系統的に整合・非整合を議論することが出来るようになり、効率的なモデリングと材料探索、材料設計指針の立案に貢献できると期待される。また、上記格子整合理論に基づき、複数の非整合界面について適切なモデリングと構造最適化、および電子状態解析を行った。格子定数の組み合わせによっては周期性に応じて複数のモデルを構築することは可能であり、実材料を再現するには超長周期のモデルが必要な場合がある。しかしながら、短周期構造であれ長周期構造であれ、酸化物の界面では電気特性に関しては顕著な違いが生じないことが示唆された。この知見は計算コストの削減に有用であると考えられる。次年度に、対応するモデル試料を作成し、走査透過型電子顕微鏡観察を併用して結果を総括する。
粒界数理学の構築に基づく機能材料創出

井上和俊, 馮斌, 川原一晃

2021年4月1日～ 2025年3月31日

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金属・酸化物等から構成される機能材料は多結晶体として用いられ, 種々の格子欠陥が材料の機能特性に多大な影響を及ぼすことが知られている. 特に粒界構造を系統的に記述することは重要であるが, 傾角粒界近傍の原子構造は従来二次元構造ユニット配列で記述されてきた. 一方, 結晶の三次元構造は特定の多面体によって充填されることが知られているが, 粒界近傍を充填する場合, 母結晶の多面体を歪ませた多面体の他に, 粒界由来の多面体が存在する. 本研究では, 面心立方金属の[001]傾角・捩り粒界の幾何学モデル, および粒間並進モデルを系統的に構築し, 第一原理計算により各構造の粒界エネルギーを求めた. また, 剛体球充填モデルを採用し, 原子位置についてのボロノイ分割に基づき, 各ボロノイ頂点に挿入しうる球の最大半径(ボイド半径)を求めた. 各構造における最大のボイド半径と最安定構造の粒界エネルギーを比較した結果, それらがよく相関することが分かった. 剛体並進により系全体のボイドサイズを平均化し, さらに局所的に原子位置を最適化すること最安定構造が得られることが推測される. また, 対応方位関係は回転軸と回転角を与えることによって決定するが, 異なる回転軸・回転角から同一の粒界を構成できる場合があるため既存の分類法では重複が生じる. 本研究では, 整数論的手法を用いて対応方位関係における整合結晶面を決定することで, 任意の対応粒界に適用出来る粒界分類法を構築した.
複塩を用いた新規高性能フッ化物イオン伝導体の創生

川原一晃

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究種目：Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究機関：The University of Tokyo

2021年4月1日～ 2024年3月31日

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本研究の目的はフッ化物イオン電池の室温駆動のために、複塩を用いた高いフッ化物イオン伝導度を示す固体電解質を創生することである。KFとSbF3の複塩(KSbF4)を加熱すると、沸点の低いSbF3が蒸発し、結晶内にF空孔が導入され、イオン伝導度が向上する。本年度は、KSbF4にKよりイオン半径の大きなRbを添加し、イオン伝導経路を拡張することでイオン伝導度の向上を試みた。本研究では、KSbF4にRbを添加したK1-xRbxSbF4(0<=x<=0.3)を系統的に合成し、510Kで焼結することで多結晶試料を作製した。粉末X線回折の結果からx<=0.15ではKSbF4の結晶構造を維持したままRbが添加されていることが分かった。室温におけるCole-Coleプロットを取得し、フッ化物イオン伝導度の組成依存を調査した。x<=0.15でイオン伝導度はKSbF4に比べて増加し、x=0.15で最大となった。室温におけるKSbF4の結晶粒内、粒界、全イオン伝導度はそれぞれσ(bulk)=1.6×10-5 Scm-1、σ(GB)=5.5×10-6 Scm-1、σ(total)=4.1×10-6 Scm-1であったのに対し、K0.85Rb0.15SbF4ではσ(bulk)=1.1×10-4 Scm-1、σ(GB)=3.3×10-5 Scm-1、σ(total)=2.5×10-5 Scm-1であり、KSbF4に比べて伝導度が1桁向上した。一方でx > 0.15ではフッ化物イオン伝導度はKSbF4に比べて1桁以上低い値となった。以上から、KSbF4の結晶構造を維持したまま添加可能な最大量のRbを添加することで、イオン伝導度を最大化できることがわかった。本結果は、組成の最適化により複塩のイオン伝導度を更に向上させることが可能であることを示している。
１４族元素からなる２次元ハニカムシートの物性開拓

川原一晃

2015年4月24日～ 2017年3月31日

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申請者の研究テーマは新奇ディラック電子系の探索と物性評価を行い、新しい機能性材料としての可能性を探ることである。今年度は以下の2つの項目について研究を行った。 (1)新奇二次元ハニカムシートの創成グラフェンなどの14族元素からなる二次元ハニカム物質はディラック電子系である。申請者は新奇ハニカム物質創成を目指して、二硫化モリブデン上に様々な条件でスズ、鉛を蒸着した。電子回折像を観察することで二次元シートが成長するか否かを調査した。スズを蒸着したときは、蒸着条件に関わらず二次元シートは成長しなかった一方、基板を100-200℃に保って鉛を蒸着した後では1x1の回折パターンが観測された。これは鉛の二次元シートの合成に成功した可能性を示唆する結果である。しかし現状その構造は不明であり、今後構造解析を行う。 (2)テルル化タングステン表面の構造解析金属カルコゲン層状物質であるテルル化タングステン(WTe2)は、3次元的なディラック電子系(ワイル半金属)の候補として注目されている。ワイル半金属表面には、トポロジカルに保護されたフェルミ弧表面状態が存在すると言われており、角度分解光電子分光などの表面敏感な実験手法により電子状態の研究が行われている。電子状態に関する知見は蓄積されている一方、WTe2の表面構造とバルクの層状構造とを比較した例はない。本研究ではWTe2表面構造を低速電子回折によって決定し、第一原理計算による最適構造と比較した。最表面のTe原子がバルクと比べて表面垂直方向に変位するなどの表面緩和があること、その緩和は第一原理計算でも再現されることがわかった[APEX 10, 045702 (2017).]。本成果はWTe2の表面構造を初めて実験的に詳細に決定した結果である。表面構造の詳細な決定は、WTe2の電子物性のさらなる理解につながる成果である。

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担当経験のある科目(授業) 1

マテリアル工学実験　東京大学