Updated on 2025/05/15

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MATSUNAGA Katsuyuki
 
Organization
Graduate School of Engineering Materials Physics 2 Professor
Graduate School
Graduate School of Engineering
Undergraduate School
School of Engineering Physical Science and Engineering
Title
Professor
Contact information
メールアドレス

Degree 1

  1. 博士(工学) ( 1997.3   京都大学 ) 

Research Interests 1

  1. First principles calculation, Lattice defect, Grain boundary, Interface

Research Areas 2

  1. Nanotechnology/Materials / Inorganic materials and properties

  2. Nanotechnology/Materials / Structural materials and functional materials

Current Research Project and SDGs 4

  1. Diffusion barrier and pathway in ionic conductors

  2. Electronic and atomic structures of hetero-interfaces

  3. Computational Materials Science of Bio-ceramics

  4. 無機結晶における転位のナノ構造と機能

Research History 6

  1. 名古屋大学   大学院工学研究科物質科学専攻   教授

    2017.4

  2. 名古屋大学   大学院工学研究科マテリアル理工学専攻   教授

    2011.4 - 2017.3

      More details

    Country:Japan

  3. 京都大学   大学院工学研究科材料工学専攻   准教授

    2007.4 - 2011.3

      More details

    Country:Japan

  4. 京都大学   大学院工学研究科材料工学専攻   助教授

    2005.7 - 2007.3

      More details

    Country:Japan

  5. 東京大学   工学部附属総合試験所   助手

    2001.6 - 2005.6

      More details

    Country:Japan

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Education 3

  1. Kyoto University   Graduate School, Division of Engineering

    1994.4 - 1997.3

      More details

    Country: Japan

  2. Kyoto University   Graduate School, Division of Engineering

    1992.4 - 1994.3

      More details

    Country: Japan

  3. Kyoto University   Faculty of Engineering

    1988.4 - 1992.3

      More details

    Country: Japan

Professional Memberships 3

  1. American Ceramic Society

  2. 日本金属学会

  3. 日本セラミックス協会

Committee Memberships 9

  1. 日本セラミックス協会セラミックス誌編集委員会   編集委員長  

    2025.5 - 2026.4   

      More details

    Committee type:Academic society

  2. 日本セラミックス協会セラミックス誌編集委員会   副編集委員長  

    2024.5 - 2025.4   

      More details

    Committee type:Academic society

  3. 日本セラミックス協会学術論文誌編集委員会   編集委員長  

    2021.4 - 2022.3   

      More details

    Committee type:Academic society

  4. 日本セラミックス協会学術論文誌編集委員会   編集委員  

    2020.4   

      More details

    Committee type:Academic society

  5. 日本セラミックス協会学術論文誌編集委員会   副編集委員長  

    2020.4 - 2021.3   

      More details

    Committee type:Academic society

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Awards 29

  1. Excellent Poster Award

    2024.6   The 17th International Conference on Intergranular and Interphase Boundaries in Materials (IIB 2024)   Three-Dimensional Atomic Structure of Y-Segregated Grain Boundary in α-Al2O3: a Neural-Network Potential and DFT Calculation

    T. Yokoi, Y. Nakano, Y. Ogura, K. Matsunaga

     More details

    Award type:Award from international society, conference, symposium, etc. 

  2. 日本セラミックス協会 学術賞

    2017   日本セラミックス協会  

     More details

    Country:Japan

  3. 日本金属学会功績賞

    2011.3   日本金属学会  

     More details

    Country:Japan

  4. 本多記念研究奨励賞

    2007.5   財団法人本多記念会  

     More details

    Country:Japan

  5. 第43回優秀ポスター賞

    2024.9   日本金属学会   GaP結晶の塑性変形挙動に及ぼす光環境の効果

    佐藤琢巳, 小椋優, 横井達矢, 星野聖奈, 松永克志

     More details

    Award type:Award from Japanese society, conference, symposium, etc. 

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Papers 231

  1. Extraordinary plasticity of an inorganic semiconductor in darkness Reviewed International journal

    Oshima Yu, Nakamura Atsutomo, Matsunaga Katsuyuki

    SCIENCE   Vol. 360 ( 6390 ) page: 772 - 774   2018.5

     More details

    Authorship:Last author, Corresponding author   Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

    DOI: 10.1126/science.aar6035

    Web of Science

    PubMed

  2. Direct imaging of Pt single atoms adsorbed on TiO2(110) surfaces Reviewed

    T.Y. Chang, Y. Tanaka, R. Ishikawa, K. Toyoura, K. Matsunaga, Y. Ikuhara, and N. Shibata

    Nano Lett.   Vol. 14   page: 134-138   2014

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

  3. Periodic nanowire array at crystal interface Reviewed

    A. Nakamura, T. Mizoguchi, K. Matsunaga, T. Yamamoto, N. Shibata, and Y. Ikuhara

    ACS Nano   Vol. 7   page: 6297-6302   2013

     More details

    Language:English   Publishing type:Research paper (scientific journal)  

  4. Spectrophotometric analyses on electronic structures of glide dislocation cores in ZnS Open Access

    Ogura, Y; Mishina, K; Hoshino, S; Higuchi, K; Yokoi, T; Nakamura, A; Matsunaga, K

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY   Vol. 108 ( 6 )   2025.6

  5. Room-temperature dislocation plasticity in ceramics: Methods, materials, and mechanisms Open Access

    Frisch, A; Okafor, C; Preuss, O; Zhang, JW; Matsunaga, K; Nakamura, A; Lu, WJ; Fang, XF

    JOURNAL OF THE AMERICAN CERAMIC SOCIETY     2025.4

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Books 6

  1. 材料電子論入門―第一原理計算の材料科学への応用

    田中 功, 松永 克志, 大場 史康, 世古 敦人( Role: Joint author)

    2017.10 

     More details

    Language:Japanese

  2. 転位に形成される機能コアの最前線 Reviewed

    吉矢真人、中村篤智、藤井進、大島優、横井達矢、松永克志( Role: Joint author)

    まてりあ  2023.4 

     More details

    Total pages:4   Language:Japanese Book type:Textbook, survey, introduction

  3. 外部場に伴う無機半導体材料の室温塑性変形挙動の変化

    中村篤智、大島優、松永克志( Role: Joint author)

    顕微鏡  2021.12 

     More details

    Language:Japanese

  4. 無機半導体中の転位挙動に及ぼす光環境効果の理解に向けたナノスケール力学試験手法の開拓

    中村 篤智、方 旭飛、 松原 彩華、大島 優、松永 克志( Role: Joint author)

    粉体粉末冶金協会協会誌  2021.11 

     More details

    Total pages:7   Language:Japanese

  5. 暗闇における無機半導体の異常な室温可塑性と変形に伴う物性変化

    中村篤智、大島優、松永克志( Role: Joint author)

    応用物理  2021.3 

     More details

    Language:Japanese

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Presentations 108

  1. セラミックス材料設計に向けた計測/計算連携と今後の展開 Invited International coauthorship

    松永克志

    日本特殊陶業×東北大学 MIRAI no ME 共創研究所主催 討論会  2025.3.12  東北大学 共創研究所

     More details

    Event date: 2025.3

    Language:Japanese  

    Venue:仙台  

  2. Artificial Neural Network Interatomic Potentials Developed for Grain-Boundary Modeling in Al2O3 Ceramics Invited International conference

    Katsuyuki Matsunaga

    2024 MRS Spring Meeting & Exhibit  2024.4.14  Materials Research Society

     More details

    Event date: 2024.4

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

    Venue:Seattle, USA  

  3. セラミックスにおける機能コアのナノ構造と機能 Invited

    松永克志

    日本セラミックス協会東海支部 特別講演会  2024.4.12  日本セラミックス協会東海支部

     More details

    Event date: 2024.4

    Language:Japanese   Presentation type:Oral presentation (invited, special)  

    Venue:名古屋  

  4. Electronic and Atomic Structures of Crystal Defect Cores in Advanced Materials Invited International conference

    Katsuyuki Matsunaga

    Advanced Materials Research GRAND MEETING (MRM2023/IUMRS-ICS2023)  2023.12.12 

     More details

    Event date: 2023.12

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (keynote)  

  5. Electronic and atomic structures of glide dislocations in inorganic semiconductors relevant to their light-illumination dependent mechanical behavior Invited International conference

    Katsuyuki Matsunaga

    The 11th International Conference Pacific Rim on Advanced Materials & Processing (PRICM11)  2023.11.20 

     More details

    Event date: 2023.11

    Language:English   Presentation type:Oral presentation (keynote)  

    Country:Korea, Republic of  

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Research Project for Joint Research, Competitive Funding, etc. 7

  1. 第一原理水溶液熱力学による炭酸カルシウムにおける異種イオン固溶状態解明

    2024.4

    白石科学振興会 2024年度研究助成 

      More details

    Authorship:Principal investigator  Grant type:Competitive

    Grant amount:\1000000 ( Direct Cost: \1000000 )

  2. 第一原理計算とコンバインした水溶液熱力学的手法によるゼオライトの構造・機能設計

    2012.10 - 2013.9

    公益財団法人泉科学技術振興財団 研究助成 

      More details

    Grant type:Competitive

  3. 化学ポテンシャル図に立脚した多元系機能性材料の精密制御

    2009.9 - 2012.3

    元素戦略プロジェクト 

      More details

    Grant type:Competitive

  4. 電子状態計算に基づいた生体用セラミックスの材料設計手法の開発

    2009.4 - 2010.3

    財団法人材料科学研究助成基金 研究助成 

      More details

    Grant type:Competitive

  5. 第一原理熱力学法による層状酸化チタンからのナノチューブ形成機構の解明

    2008.4 - 2009.3

    財団法人村田学術振興財団 研究助成 

      More details

    Grant type:Competitive

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KAKENHI (Grants-in-Aid for Scientific Research) 23

  1. 半導体結晶における転位量子場と物性

    Grant number:24H00379  2024.4 - 2027.3

    科学研究費助成事業  基盤研究(A)

    松永 克志

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\48620000 ( Direct Cost: \37400000 、 Indirect Cost:\11220000 )

    半導体やセラミックスに用いられる無機結晶は、強固な化学結合性ゆえに、室温で強度は高いが脆い性質をもつとされてきた。しかし近年の硫化亜鉛結晶に関する研究により、周囲の光環境が結晶の機械的性質に大きな影響を与えていることが判明した。しかし、同現象がどのような半導体で発現しうるのかについては判然としていない。本研究では、実用的に重要な酸化物半導体も研究対象として加え研究を進める。光照射時の力学物性に関する実験および計算解析に加え、発光などの新規機能発現の検証を行い、半導体中の転位に関する新しい材料科学構築を目指す。

  2. データ駆動科学援用第一原理計算による複合リン酸カルシウムの構造・機能設計

    Grant number:23K17831  2023.6 - 2025.3

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    松永 克志

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\6370000 ( Direct Cost: \4900000 、 Indirect Cost:\1470000 )

    高齢社会を迎えた我が国においては、高性能な生体材料の開発に大きな期待が寄せられている。そのためには、生体材料特性に関わる現象を原子・分子レベルで理解し、生体材料を設計することが望ましい。しかしそのような取り組みはほとんど行われてことなった。本研究では、有機分子を取り込んだリン酸カルシウムの構造と機能を、高度な計算科学を駆使して解明する。従来の材料開発手法とは異なる、生体材料研究における大きな変革のきっかけとしたい。
    生体骨や歯のエナメル質等は無機/有機の複合材料であり、リン酸カルシウム結晶と有機分子の界面構造や両者の間で生じる相互作用の解明が、生体材料設計の重要指針となる。リン酸カルシウムと有機分子との複合材料として期待されている生体材料の一つが、有機分子により修飾されたリン酸八カルシウム(OCP)である。このOCP結晶に特有の物性として、様々な有機分子を結晶内に取り込むことが可能であり、有機分子に対する選択性も報告されてきた。しかしその分子修飾選択性の起源はおろか、具体的な結晶中の原子配列さえ未解明である。そこで本研究では、有機分子として鎖状ジカルボン酸イオン分子であるマロン酸を対象とし、これを含有するOCP結晶の最安定構造を、第一原理計算とデータ駆動科学的手法を用いて検討した。これまでの研究では、データ駆動科学的手法として、ベイズ最適化および粒子群最適化の2つの手法を採用し、両手法による計算結果の相互比較から、計算結果の妥当性を評価した。さらに、実際のOCP結晶のジカルボン酸分子を含む層には、水分子も含まれる可能性があるため、陰溶媒モデルの適用も検討した。その結果、両最適化手法とも同等な計算結果となり、計算結果に対するデータ駆動科学的手法の依存性は見られなかった。また、陰溶媒モデルを適用しない場合、実験格子定数を大きく過小評価する結果となった。そこで陰溶媒モデルを適用して同様な計算を実施した結果、得られた格子定数は実験報告と良く一致しており、本研究手法の妥当性を確認することができた。
    本研究では、第一原理計算とデータ駆動科学的手法を用い、ジカルボン酸を水和層に導入したOCP結晶の電子・原子レベル構造の解明を目的としてきた。これまでの研究では、鎖状ジカルボン酸イオン分子として分子量の最も小さいマロン酸を対象とし、OCP結晶の水和層に挿入したときの最安定構造を探索した。データ駆動科学的手法として、ベイズ最適化および粒子群最適化の2つの手法を採用し、両手法による計算結果の相互比較から、計算結果の妥当性を評価した。さらに、実際のOCP結晶のジカルボン酸分子を含む層には、水分子も含まれる可能性があるため、陰溶媒モデルの適用も検討した。その結果、両最適化手法とも同等な計算結果となり、計算結果に対するデータ駆動科学的手法の依存性は見られなかった。また今回得られた格子定数は実験報告と良く一致しており、本研究手法の妥当性を確認することができたと考えている。
    今後、データ駆動科学的手法については粒子群最適化手法を採用し、マロン酸より大きな分子量の鎖状ジカルボン酸イオン分子のOCP結晶への挿入を検討する。また、イオン修飾の熱力学的安定性評価方法についても検討を行う。

  3. First-principles investigation on calcium phosphate crystals modified by organic molecules

    Grant number:21K18818  2021.7 - 2023.3

    Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

    Matsunaga Katsuyuki

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\6370000 ( Direct Cost: \4900000 、 Indirect Cost:\1470000 )

    In this study, first-principles calculations were performed to investigate stable electronic and atomic structures of octacalcium phosphate crystals modified by succinic aid ions. It was found that the most stable atomic structure without consideration of water cannot explain the experimental data successfully whereas the one considering water agrees well with experiment. The obtained atomic structure showed that the succinic acid ions tend to have more chemical bonds with calcium ions in the octacalcium phosphate crystals. This indicates importance of the interfacial ionic bonds between the succinic acid ions and the apatite layers of the host crystals.

  4. Photo-plastic effect of zincblende semiconductor crystals and its relationship with quantum structures of dislocation cores

    Grant number:21H04618  2021.4 - 2024.3

    Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research (A)

    Matsunaga Katsuyuki

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\42640000 ( Direct Cost: \32800000 、 Indirect Cost:\9840000 )

    First-principles calculations and experimental mechanical tests were performed for II-VI group and III-V group compound semiconductors, in order to clarify a physical origin of their photo-plastic effect. It was found that glide-dislocation cores of II-VI group semiconductors have localized electrostatic fields and can interact with excess electrons and holes excited by external light. Moreover, the glide dislocations underwent atomic reconstruction at their cores due to excess carriers. Such reconstructed cores may result in reduced mobility of glide dislocations, which should result in hardening of the systems under external light. Experimental mechanical tests for ZnTe supported this argument. In contrast, glide dislocations in GaP were found to undergo structural transformation from reconstructed to unreconstructed structure in the presence of excess carriers. It can be expected that GaP crystals show softening under light illumination unlike II-VI group semiconductors.

  5. Modeling of crystal defect cores

    Grant number:19H05786  2019.6 - 2024.3

    Grants-in-Aid for Scientific Research  Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

    Matsunaga Katsuyuki

      More details

    Authorship:Principal investigator 

    Grant amount:\207610000 ( Direct Cost: \159700000 、 Indirect Cost:\47910000 )

    In recent years, dislocations have attracted much attention for their abilities to produce new functionalities based on unique atomic arrangements around them. However, the mechanisms of such functionalities had not yet been fully elucidated. In this study, the mechanisms by dislocations are investigated both experimentally and theoretically. First, we systematically investigated the dislocation-induced phenomena using first-principles calculations. By combining the obtained results with model experiments, it was found that the interaction with carriers has a significant effect on glide motions of dislocations. Theoretical analysis of the dislocation-induced changes in thermal conductivity revealed that thermal conductivity of materials may be controlled through microstructure of the dislocations.

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Teaching Experience (On-campus) 4

  1. 先端材料と物性物理

    2021

  2. Chemical Physics

    2020

  3. 先端材料と物性物理

    2020

  4. Chemical Thermodynamics

    2020

 

Social Contribution 32

  1. The 47th International Conference & Exposition on advanced ceramics and composites(ICACC2025), Session organizer

    Role(s):Informant, Planner

    Americal Ceramic Socciety  2025.1

  2. 日本金属学会秋期大会公募シンポジウム「機能コアの材料科学IV」、シンポジウムコチェア

    Role(s):Informant, Planner, Organizing member

    日本金属学会  2024.9

  3. The 47th International Conference & Exposition on advanced ceramics and composites(ICACC2024), Session organizer

    Role(s):Informant, Planner

    Americal Ceramic Socciety  2024.1

  4. The 47th International Conference & Exposition on advanced ceramics and composites(ICACC2023), Session organizer

    Role(s):Planner, Organizing member

    American Ceramic Society  2023.1

     More details

    Audience: Researchesrs

    Type:Lecture

  5. 日本金属学会秋期大会公募シンポジウム「機能コアの材料科学III」、シンポジウムコチェア

    Role(s):Appearance, Presenter, Editer, Planner, Organizing member

    日本金属学会  2022.9

     More details

    Audience: Researchesrs

    Type:Lecture

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Media Coverage 4

  1. セラミックス粒界移動のメカニズムを原子レベルで解明~粒界構造制御による新しい材料設計指針へ~ Internet

    日本経済新聞  https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP602972_S1A110C2000000/  2021.1

     More details

    Author:Other 

  2. 光が無いと半導体に柔軟性 TV or radio program

    NHK  おはよう東海  2018.5

     More details

    Author:Myself 

  3. 光の中で半導体のナノ運動とフォースを読む! ~光による構造的強さの変化を測るために Internet

    日本経済新聞  https://www.nikkei.com/article/DGXLRSP605310_Y1A210C2000000/  2121.2

     More details

    Author:Other 

  4. 飛躍的に高強度化したセラミックス複合材料の開発とメカニズム解明に成功:次世代切削工具として応用! Internet

    日本の研究.com  https://research-er.jp/articles/view/94683  2020.12

     More details

    Author:Myself