氏名

タケダ キョウザブロウ

武田 京三郎

職名

教授 (https://researchmap.jp/read0045168/)

所属

(先進理工学部)

連絡先

メールアドレス

メールアドレス
takeda@waseda.jp

URL等

WebページURL

http://www.qms.cache.waseda.ac.jp

http://www.qms.cache.waseda.ac.jp/index-j.html

研究者番号
40277851

本属以外の学内所属

兼担

理工学術院(大学院先進理工学研究科)

学内研究所等

理工学総合研究センター

兼任研究員 1989年-2006年

IT教育研究所

研究員 2004年-2005年

循環型環境経済共創システム研究所

研究所員 2010年-2013年

IT教育研究所

研究員 2005年-2010年

各務記念材料技術研究所

兼任研究員 2017年-2018年

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2006年-2018年

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2018年-

学歴・学位

学歴

-1978年 慶應義塾大学 工学部 計測
-1983年 慶應義塾大学 工学研究科 計測工学

学位

工学博士 課程 慶應義塾大学

所属学協会

日本物理学会 半導体分科世話人

米国物理学会

日本化学会

日本熱電学会 理事、学会誌編集委員、表彰委員

研究分野

キーワード

固体物性I(光物性・半導体・誘電体)、機能・物性・材料、量子材料学、量子生物学、高分子電子論、蛋白質電子論

科研費分類

数物系科学 / 物理学 / 物性I

総合理工 / ナノ・マイクロ科学 / ナノ構造科学

生物学 / 生物科学 / 生物物理学

研究テーマ履歴

1995年-高分子の電子構造に関する理論研究

研究テーマのキーワード:電子構造理論,高分子

国内共同研究

生体高分子の電子構造に関する理論研究

研究テーマのキーワード:生体高分子,電子構造

国内共同研究

結晶転移の第一原理電子論

個人研究

蛋白質ナノチューブの電子論

個人研究

新奇層間化合物の計算物質探索

個人研究

塩基多量体の電子構造

個人研究

論文

Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraisi; Electronic Structures of Silicon Skeketal Materials -toward designingof silicon quantum materials-

Comm. Cond. Matter Phys.18,911997年-

Katsuhiko Fukasaku, Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraishi; Theoretical Studies on Electronic Structures of Protein Nanotubes

J. Inor. Biochem.67,4451997年-

Katsuhiko Fukasaku, Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraishi; Electronic Structures of Protein Nanotubes

J. Phys. Soc. Jpn.66,611997年-

Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraishi; Theoretical Studies on the Molecular and Electronic Structures of Polyarsine

Phys. Rev. B57,69891997年-

Katsuhiko Fudasaku, Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraishi; First-principles studies on Protein Nanotubes, Keihanna Int. Conf. on Molecular Biophysics

The Satellite Meeting of AIRAPT-16 and HPCJ-38, Keihanna Plaza, KyotoAug. 30-Sep.1997年-

T. Kinoshita, K. M. Itohm J. Muto, M. Schadt, G. Pnsl and K. Takeda; Calculation of the Anisotropy of the Hall Mobility in n-type 4H- and 6H-SiC

Stockholm1997年-

Katsuhiko Fukasaku, Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraishi; Computational Material Desiging of Protein Nanotubes

L5-34, MRS, Boston1997年-

Hideshi Motoyama, Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraishi; Electronic Structure of Fluoropolysialne

H12-10 MRS Boston1997年-

高橋憲彦、竹内浄、武田京三郎;『BC員環クラスターの電子構造と分子構造』

分子構造総合討論会、名古屋1997年-

高橋憲彦、竹内浄、武田京三郎;『B3C36員環クラスターの電子構造』

日本物理学会秋の分科会、神戸6aA101997年-

竹内浄、高橋憲彦、武田京三郎;『B4C45員環クラスターの電子構造』

日本物理学会秋の分科会、神戸6aA111997年-

武田京三郎、白石賢二;『梯子状砒素高分子の電子構造と分子構造』

日本物理学会秋の分科会、神戸6aA121997年-

山本洋也、西康博、武田京三郎;『RNA塩基三量体の電子構造の理論的研究』

日本物理学会秋の分科会、神戸6aA121997年-

小山紀久、太田英二、武田京三郎、白石賢二;『InAS/GaAs(110)ヘテロ接合におけるミスフィット転位の電子構造』

日本物理学会秋の分科会、神戸7aS31997年-

浅利祐介、武田京三郎;『DNA塩基対の開裂ソリトン』

日本物理学会年会、千葉2aYB61998年-

深作克彦、武田京三郎、白石賢二;『蛋白質ナノチューブの電子構造Ⅱ』

日本物理学会年会、千葉1pYB11998年-

ハロゲン化ポリシランの電子構造

日本物理学会秋の分科会1996年-

Si中線状欠陥の電子構造

日本物理学会年会1997年-

蛋白質ナノチューブの電子構造

日本物理学会年会1997年-

アミノ酸側鎖におけるベンゼン環の電子論的考察

日本物理学会年会1997年-

BC員環クラスターの電子構造

日本物理学会年会1997年-

異方性有効質量をもつ4H及び6H−SiCの移動度解析

日本応用物理学会1997年-

IV族Si,Ge,Snクラスターの安定構造と電子状態

第一回超微粒子とクラスター懇談会1997年-

Si量子平面の電子構造と物理

固体物理321996年-

水素化ゲルマニウムの安定構造と電子状態

日本物理学会秋の分科会1996年-

Theoertical Studies on the Electronic Structures of Quaternary Pb- and Sr-Chalcogenide Alloy System (Norihisa Oyama, Mamiko Imamura, Eiji Ohta, Kyozaburo Takeda and Masato Sakata

J. Adv. Sci.7;1481995年-

Theoertical Studies on the Electronic Structures of Pelyeptide Chains (Kyozaburo Takeda, Kenji Shiraishi)

J. Phys. Soc. Japan65;4211996年-

Excitonic Exchange Splitting and Stokes Shift in Si Nanocrystals and Si Clusters (Hidetoshi Takagahara and Kyozaburo Takeda)

Phys. Rev. B53;R42051996年-

Theoretical Studies on Molecular and Electronic Structeres for Hydrogenated Si and Ge Clusters (Norihisa Oyama, Toshiaki Takano, Eiji Ohta, Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraishi)

Trans. Mat. Res. Soc., in press1996年-

Electronic Structures of Silicon Skeletal Materials: toward designing of silicon quantum materials (Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraishi)

Comm. Cond. Matter Phys., in press

Electronic Structure of Fluoropolysialne (Hideshi Motoyama, Kyozaburo Takeda and Kenji Shiraishi)

EMS 96, Izu-Nagaoka1996年-

Electronic Structure of Boron-Carbon 5 and 7 membered rings (Hiroyuki Kageshima, Kenji Shiraishi and Kyozaburo Takeda)

23th Int. Conf. on Phys. Semicon., 1996.7.21-26/World Scientific4;33711996年07月-

外部研究資金

科学研究費採択状況

研究種別:基盤研究(B)

高分子・無機ナノコンポジットを用いた高性能絶縁材料の開発

2011年-2013年

研究分野:電子・電気材料工学

配分額:¥19630000

研究種別:

半導体ミスフィット転位網を利用した量子孔の電子論

配分額:¥2200000

研究種別:

蛋白質ナノチューブの第一原理電子論

配分額:¥12000000

研究種別:

シリコン量子構造における高密度励起子状態とスピン物性

配分額:¥2300000

研究資金の受入れ状況

提供機関:文部科学省

フォトニクスと先端光子材料開発1996年-2000年

学内研究制度

特定課題研究

蛋白質ナノチューブの第一原理電子論

2001年度

研究成果概要:経験的パラメータを含まない第一原理的手法により、蛋白質ナノチューブ(PNT)の分子構造と電子構造の理論解明を行った。ポリペプチドの環状化並びにリング間相互作用を系統的に理解するため、環状ポリペプチド(PCR)及びその積層から成るP...経験的パラメータを含まない第一原理的手法により、蛋白質ナノチューブ(PNT)の分子構造と電子構造の理論解明を行った。ポリペプチドの環状化並びにリング間相互作用を系統的に理解するため、環状ポリペプチド(PCR)及びその積層から成るPNTの分子構造と電子構造の詳細な議論を行った。この際リング内及びリング間の水素結合が系に与える影響についても検討を進め、PCRの積層機構に関する理論的考察も行った。また系に導入されたプロトンが電子構造に及ぼす影響についてもあわせて検討した。

半導体ミスフィット転位網を利用した量子孔の電子論

2003年度

研究成果概要: 代表的なヘテロ系として知られているGaSb/GaAs系を例にとり二つの視点から研究を遂行した。一つ目の視点として電子構造理論を用いた原子構造や電子状態等の微視的考察を行った(1)。二つ目の視点として、連続媒体近似に基づいて対象系... 代表的なヘテロ系として知られているGaSb/GaAs系を例にとり二つの視点から研究を遂行した。一つ目の視点として電子構造理論を用いた原子構造や電子状態等の微視的考察を行った(1)。二つ目の視点として、連続媒体近似に基づいて対象系の自由エネルギーの定式化を試み、様々な系への適用を行うことにより本系の巨視的描像を考察した(2)。これら二つの視点からの考察を融合し、ヘテロ成長に関する統合的理解へとつなげることを試みた。 まず、第一原理電子構造計算と経験的原子間ポテンシャルによりGaSb/GaAs(001)ミスフィット転位(MD)の原子構造及び電子構造を明らかとした。その結果、,に周期的な5&7員環構造の転位芯構造を有する転位が形成され、交差部はこれらの重なり合わせの原子構造となっていることが明らかとなった。また、この転位構造の電子状態はエネルギーギャップ中に幾つかの転位に起因する準位(では非占有準位、では占有準位)を有している。これらの準位の分散は転位線方向にのみ大きな分散を持っているため、転位線を利用した量子細線の可能性を示唆していると考えられる。 次に、ヘテロ成長の体系的な巨視的描像を得るために、MDを考慮に入れた自由エネルギーの定式化を行った。その結果、自由エネルギーは表面エネルギーと歪みエネルギーと転位エネルギーの和により定式化が可能となった。この定式化では転位形成エネルギーやネットワーク形成エネルギーといった現象論的パラメータを導入したが、これらのパラメータの値を微視的な考察により得られた全エネルギーから求めることにより、MDとヘテロ成長との関係について微視的な視点との融合を試みた。その結果、成長モードの決定に転位形成エネルギーが重要な役割を果たしており、転位形成エネルギーを決定しているミクロな転位芯構造も成長モードの決定に大きく寄与していることが示唆された。

マックスウェルーディラック方程式の連立化解法と電子波の非線形動力学

2006年度

研究成果概要:本研究では、マックスウェル(Maxwell)方程式とディラック(Dirac)方程式を同時刻で連立化させ、さらに直接数値解法する事により、量子閉じ込め場内電子の波動性に基づく新奇な非線形現象をその時間発展とともに探索した。数値計算に...本研究では、マックスウェル(Maxwell)方程式とディラック(Dirac)方程式を同時刻で連立化させ、さらに直接数値解法する事により、量子閉じ込め場内電子の波動性に基づく新奇な非線形現象をその時間発展とともに探索した。数値計算に当たっては両方程式を実時間・実空間差分で解法する事を試みた。また対象量子閉じ込め場としては角運動量がよい量子数となる量子リングを取り扱った。外部磁場が印加された量子リング内電子の回転運動に伴う電流を円電流と近似し、誘起磁場を逐次計算により取り込んだ。その結果、電子回転が誘起する自発磁場は外部磁場に対して6%程度の増減を生じさせることが明らかとなった。このため、自己磁場補正を行うことにより、例えば角運動量期待値の状態間干渉に基づく振動現象に高次の周波数成分が重畳される。しかしながらその影響は外部磁場の数値的な増減に基づく補正として扱うことが可能であり、実質的に印加磁場を増減した時の固有状態として解析することが可能である。

Si高分子の電子構造の理論研究

1997年度

研究成果概要:ハロゲン化ポリシランの電子構造 フッ素、塩素、臭素、ヨウ素(F,Cl,Br,I)等のハロゲン元素は3対の孤立電子対を有し、電子受容性が高い。これらを側鎖基として配位させたポリシランの電子構造を第一原理計算により明らかにした。その結...ハロゲン化ポリシランの電子構造 フッ素、塩素、臭素、ヨウ素(F,Cl,Br,I)等のハロゲン元素は3対の孤立電子対を有し、電子受容性が高い。これらを側鎖基として配位させたポリシランの電子構造を第一原理計算により明らかにした。その結果、ハロゲン元素の孤立電子対は、ポリシランの主鎖骨格に広がったシグマ電子と軌道混成することにより、バンドギャップ内に側鎖ハロゲン原子に局在した準位を形成する可能性が理論的に明らかとなった。しかもこの状態はハロゲン元素の高い電子受容性のため電子非占有状態であり、アクセプター準位としての機能を有する。ところがそのエネルギー位置は価電子帯上端より1eV以上高い位置にあり、熱アクセプターとしての可能性は低いことも明らかとなった。この局在軌道は主鎖―側鎖相互作用から形成され、しかも電子非占有性であることから、価電子帯からの光励起が可能となるため、ポリシラン類のバンドギャップの実効的な狭小化となる。こうしてハロゲン元素の置換様式や種類を変えることにより、基礎吸収端を人為的に可変する可能性が理論的に示唆された。非結合型孤立電子対を有する側鎖基の電子論 ポリシラン高分子の側鎖基による自己ドープ化の第一段階として、非結合孤立電子対(non-bonding lone pair, NBLP)を有する側鎖基、ピロール(Pyr)およびチオフェン(Thi)を置換したポリシランの電子構造を考察した。その結果、NBLPは主鎖のシグマ電子と相互作用することにより、バンドギャップ内に電子占有局在準位を形成することが明らかとなった。この準位の電子占有性はPyrのNおよびThiのS原子のNBLPの電子供与性による。さらに置換基を回転することによりこの局在準位のエネルギー分散が大きく変化し、特にピロール置換型ポリシランではバンドギャップが非常に狭小化する事が理論予測された。研究成果の発表1998 ピロールポリシランの電子構造 日本物理学会 1998秋予定1998 Electronic Structure of Pyr PSi & Thi PSi Syn. Met. 98 161(1999)

新奇層状物質の計算物質設計

1999年度

研究成果概要:π共役層状化合物の計算物質探索:π共役III-VI族層状化合物の(構造に基づく)π電子状態の擬縮退性と(構成原子種による)π電子供与・授与性を用い、交換相互作用に基づくHund則を利用したスピン多重項状態を理論的に検討した。本系で...π共役層状化合物の計算物質探索:π共役III-VI族層状化合物の(構造に基づく)π電子状態の擬縮退性と(構成原子種による)π電子供与・授与性を用い、交換相互作用に基づくHund則を利用したスピン多重項状態を理論的に検討した。本系ではπ電子供与性原子(VI族)での強い電子相関が交換相互作用に勝るため、低スピン状態が安定となることが理論的に明らかとなった。さらにこの交換相互作用と相関相互作用がπ電子の局在性によることに注目し、構成原子をIII-VI-V族の三元系に拡張した。その結果、VI族原子の不対π電子はドナーとアクセプターの役割を同時に果たす(donacceptor)ため、π電子の相関が働いても交換相互作用による安定化により、系は高スピン状態を呈する可能性が理論的に初めて示唆された。結晶転位の第一原理電子論:格子不整合を有する半導体エピタキシー成長過程を、連続媒体近似に基づく現象論的自由エネルギー計算(巨視的描像)とミスフィット転位芯を含む第一原理電子構造計算(微視的描像)により検討を行った。これら二つの描像を組み合わせることにより、従来数値特定化が不能であった転位芯形成エネルギーばかりでなく成長界面での実効的弾性定数をも算出する方法の定式化に成功した。この方法をInAs/GaAs(110)およびGaSb/GaAs(0001)面でのエピタキシー成長に適用し、発生するミスフィット転位の電子構造と原子構造とともに、転位芯形成エネルギーと成長界面での実効的弾性定数を算出し、前者においてSKモード成長が支配的となる事、および後者ではFMモードが支配的となることを理論的に明らかにした。蛋白質ナノチューブの電子論:アミノ酸残基数の異なる複数の多角ペプチド員環の単一状態での最安定構造を第一原理電子状態計算により理論的に決定した。その結果、従来にないペプチド平面が構成されること明らかとなった。その形成機構が、π電子の広がりに伴うエネルギー安定化と環内の水素結合(HB)からなることを電子論を用いて理論的に明らかにした。さらに重要なことはN-H結合方向がspσ結合性の形成により分子面垂直方向に配向し、複数のペプチド員環が会合した時、自発的積層化の主因になることを初めて理論的に明らかにした。

海外研究活動

研究課題名: 第一原理電子論に立脚した計算科学的物質探索システムの構築 -量子生物学への新展開と非定常量子論の確率-

2012年04月-2012年11月

機関: ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所(英国)

現在担当している科目

科目名開講学部・研究科開講年度学期
電気・情報生命工学フロンティア先進理工学部2019春学期
電気・情報生命工学フロンティア先進理工学部2020春学期
電気・情報生命工学フロンティア  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019春学期
電気・情報生命工学フロンティア  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
電気・情報生命工学実験B A組先進理工学部2019春学期
電気・情報生命工学実験B A組先進理工学部2020春学期
電気・情報生命工学実験B B組先進理工学部2019春学期
電気・情報生命工学実験B B組先進理工学部2020春学期
電気・情報生命工学実験B A組 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019春学期
電気・情報生命工学実験B A組 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
電気・情報生命工学実験B B組 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019春学期
電気・情報生命工学実験B B組 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
電気・情報生命工学実験C先進理工学部2019秋学期
電気・情報生命工学実験C先進理工学部2020秋学期
電気・情報生命工学実験C  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019秋学期
電気・情報生命工学実験C  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020秋学期
プロジェクト研究A先進理工学部2019春学期
プロジェクト研究A先進理工学部2020春学期
プロジェクト研究A  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019春学期
プロジェクト研究A  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
プロジェクト研究B先進理工学部2019秋学期
プロジェクト研究B先進理工学部2020秋学期
プロジェクト研究B  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019秋学期
プロジェクト研究B  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020秋学期
卒業研究A先進理工学部2019春学期
卒業研究A先進理工学部2020春学期
卒業研究A  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019春学期
卒業研究A  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
卒業研究B先進理工学部2019秋学期
卒業研究B先進理工学部2020秋学期
卒業研究B (春学期) 先進理工学部2019春学期
卒業研究B (春学期)先進理工学部2020春学期
卒業研究B  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019秋学期
卒業研究B  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020秋学期
卒業研究B (春学期)  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2019春学期
卒業研究B (春学期)  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
電気伝導論先進理工学部2019春学期
電気伝導論先進理工学部2020春学期
物質の量子論先進理工学部2019秋学期
物質の量子論先進理工学部2020秋学期
物質の電子論先進理工学部2019春学期
物質の電子論先進理工学部2020春学期
Frontiers of Device Engineering先進理工学部2019集中講義(春学期)
Graduation Thesis A先進理工学部2019秋学期
Graduation Thesis A先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis B先進理工学部2019春学期
Graduation Thesis B先進理工学部2020春学期
Frontiers of Device Engineering先進理工学部2020集中講義(春学期)
Frontiers of Device Engineering先進理工学部2020集中講義(春学期)
計算科学クラスター演習大学院先進理工学研究科2019春学期
計算科学クラスター演習大学院先進理工学研究科2020春学期
修士論文(電生)大学院先進理工学研究科2019通年
修士論文(電生)大学院先進理工学研究科2020通年
Research on Quantum Materials Science大学院先進理工学研究科2019通年
量子材料学研究大学院先進理工学研究科2019通年
Research on Quantum Materials Science大学院先進理工学研究科2020通年
量子材料学研究大学院先進理工学研究科2020通年
Quantum Materials Science大学院先進理工学研究科2019春学期
量子材料学特論大学院先進理工学研究科2019春学期
Quantum Materials Science大学院先進理工学研究科2020春学期
量子材料学特論大学院先進理工学研究科2020春学期
Advanced Seminar A大学院先進理工学研究科2019春学期
特別演習A大学院先進理工学研究科2019春学期
Advanced Seminar A大学院先進理工学研究科2020春学期
特別演習A大学院先進理工学研究科2020春学期
Advanced Seminar B大学院先進理工学研究科2019秋学期
特別演習B大学院先進理工学研究科2019秋学期
Advanced Seminar B大学院先進理工学研究科2020秋学期
特別演習B大学院先進理工学研究科2020秋学期
Seminar on Quantum Materials Science A大学院先進理工学研究科2019春学期
量子材料学演習A大学院先進理工学研究科2019春学期
Seminar on Quantum Materials Science A大学院先進理工学研究科2020春学期
量子材料学演習A大学院先進理工学研究科2020春学期
Seminar on Quantum Materials Science B大学院先進理工学研究科2019秋学期
量子材料学演習B大学院先進理工学研究科2019秋学期
Seminar on Quantum Materials Science B大学院先進理工学研究科2020秋学期
量子材料学演習B大学院先進理工学研究科2020秋学期
Seminar on Quantum Materials Science C大学院先進理工学研究科2019春学期
量子材料学演習C大学院先進理工学研究科2019春学期
Seminar on Quantum Materials Science C大学院先進理工学研究科2020春学期
量子材料学演習C大学院先進理工学研究科2020春学期
Seminar on Quantum Materials Science D大学院先進理工学研究科2019秋学期
量子材料学演習D大学院先進理工学研究科2019秋学期
Seminar on Quantum Materials Science D大学院先進理工学研究科2020秋学期
量子材料学演習D大学院先進理工学研究科2020秋学期
Master's Thesis (Department of Electrical Engineering and Bioscience)大学院先進理工学研究科2019通年
Master's Thesis (Department of Electrical Engineering and Bioscience)大学院先進理工学研究科2020通年
Frontiers of Device Engineering大学院先進理工学研究科2019集中講義(春学期)
Frontiers of Device Engineering大学院先進理工学研究科2020集中講義(春学期)
量子材料学研究大学院先進理工学研究科2019通年
量子材料学研究大学院先進理工学研究科2020通年