Updated on 2023/10/03


TAKEDA, Kyozaburo
Faculty of Science and Engineering, School of Advanced Science and Engineering
Job title
工学博士 ( 慶應義塾大学 )
Dr. of Engineering

Education Background


    Keio University   Graduate School, Faculty of Engineering   Instrumentation Engineering  


    Keio University   Faculty of Engineering   Instrumentation Engineering  


    Keio University   Faculty of Engineering   Instrumentation Engineering  

Professional Memberships









Research Areas

  • Biophysics / Nanometer-scale chemistry / Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics

Research Interests

  • Solid-State Physics I (Optical Properties, Semiconductor & Dielectrics),Function, Properties & Materials in Chemistry,quantum materials science,quantum biology,polymer electronics



  • Optical Characterization and Computational Chemical Evaluation of Electronic Localized States in Polyolefin

    Tomoyuki Arai, Masashi Hosobuchi, Norikazu Fuse, Kyozaburo Takeda, Yoshimichi Ohki

    ELECTRICAL ENGINEERING IN JAPAN   188 ( 1 ) 1 - 8  2014.07  [Refereed]

     View Summary

    Optical absorption spectra and photoluminescence spectra were obtained for eight kinds of polyolefin sheet samples using photons in a range from visible to vacuum ultraviolet (UV). Almost all samples were found to exhibit an absorption peak at around 6.5 eV and a luminescence band at around 4.3 eV. The luminescence was found to be induced by the absorption. Furthermore, it was found that successive absorption of UV photons weakened the luminescence intensity. It is assumed from these results that ,-unsaturated carbonyls are luminous and that the carbonyls are decomposed through the Norrish type II reaction by absorbing UV photons. Quantum chemical calculations were carried out using polyethylene models with and without an unsaturated carbonyl to verify the above-mentioned assumption. As a result, the model with an unsaturated carbonyl was found to have localized electronic states in the forbidden band. One of the differential energies between the states is close to the photon energy, by which the luminescence is induced. The bond length of a double bond, which is next to the carbonyl, was found to be longer at the excited singlet state than at the ground state. These results obtained by computation support the above-mentioned assumption of the luminescence center and its decomposition.



  • ポリオレフィンの電子局在準位の光学的評価と計算化学的検証

    荒井友之, 細淵柾志, 布施則一, 武田京三郎, 大木義路

    電気学会論文誌A   132 ( 9 ) 760 - 766  2012  [Refereed]



  • 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   1pYB1  1998

  • 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   2aYB6  1998

  • 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

  • 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

  • BC員環クラスターの電子構造

    日本物理学会年会    1997

  • 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

  • 蛋白質ナノチューブの電子構造

    日本物理学会年会    1997

  • Si中線状欠陥の電子構造

    日本物理学会年会    1997

  • 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   7aS3  1997

  • 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   6aA12  1997

  • 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   6aA12  1997

  • 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   6aA11  1997

  • 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   6aA10  1997

  • 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

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

    H12-10 MRS Boston    1997

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

    L5-34, MRS, Boston    1997

  • 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

    Stockholm    1997

  • 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, Kyoto   Aug. 30-Sep.  1997

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

    Phys. Rev. B   <B>57,</B>6989  1997

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

    J. Phys. Soc. Jpn.   <B>66,</B>61  1997

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

    J. Inor. Biochem.   <B>67,</B>445  1997

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

    Comm. Cond. Matter Phys.   <B>18,</B>91  1997

  • 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 Scientific   4;3371  1996.07

  • Excitonic exchange splitting and Stokes shift in Si nanocrystals and Si clusters

    T Takagahara, K Takeda

    PHYSICAL REVIEW B   53 ( 8 ) R4205 - R4208  1996.02  [Refereed]

     View Summary

    The size dependence of the electron-hole exchange interaction in Si nanocrystals is investigated and the excitonic exchange splitting is predicted to be as large as 300 meV in extremely small Si clusters. The exciton-phonon interaction in Si nanocrystals for acoustic phonon modes is formulated to calculate the Stokes shift and the Huang-Rhys factor. It is found that the observed onset energy of photoluminescence can be interpreted mainly in terms of the excitonic exchange splitting, although the contribution from the Stokes shift is not negligible. The importance of the self-consistent determination of the effective dielectric constant of Si clusters including the excitonic effect is demonstrated in view of the possibility of resolving the large discrepancy between theories and experiments concerning the size dependence of the exciton energy.

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

    EMS 96, Izu-Nagaoka    1996

  • 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 press    1996

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

    J. Phys. Soc. Japan   65;421  1996

  • 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

  • Si量子平面の電子構造と物理

    固体物理   32  1996

  • 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

  • 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;148  1995

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

    Comm. Cond. Matter Phys., in press  

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Research Projects

  • Development of High Performance Insulating Materials Using Polymer Nanocomposites with Inorganic Fillers

    Project Year :


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    We have demonstrated that the resistance against electrochemical migration of epoxy resin used as a printed wiring board can be improved by adding a small amount of silica nanofillers. Three patents were submitted based on this result. Next, iron nanoparticles were filled into epoxy resin, which resulted in the development of insulating materials with low eddy-current loss, high permittivity, and high permeability.
    Complex electric modulus is the inverse of complex permittivity. Relaxation phenomena due to charge transport in polymer, which are dominant in a low frequency range, become evident by showing frequency-dependent electric modulus spectra. We have done this analysis for various polymers, and the results were summarized in papers, which are now under review. Time-domain spectroscopic measurements at THz frequencies were also done for several polymers, and the results were analyzed by quantum chemical calculations.

  • フォトニクスと先端光子材料開発


    Project Year :


  • 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

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  • First-principles theory of the protein nanotubes

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    The peptide nanotube (PNT) is formed by the spontaneous stacking of cyclic peptides (or peptide nanorings ; PNRs) consisting of an alternate sequence of D-and L-amino acid residues (D,L-peptide). Because of its peculiar periodic structure with an open-ended hollow core, PNT has attracted the interest of many scientists. An aim of the present project is to provide the guiding principle of molecular modeling in PNRs and peptide PNTs. For this purpose, possible molecular conformations of PNRs and PNTs were mathematically investigated and novel types of backbone structures were explored by the numerical conformation analysis. The energetically stable backbone forms of the PNRs and PNTs were also studied, and the electronic structures were discussed based on ab initio molecular orbital calculations. The effects of the amino acid substitution were studied and the electronic characteristics of the individual side chains were systematically understood. Not only the theoretical studies, but also the synthesis and atomic force microscopy were carried out for the D,L-peptide nanotubes. PNTs having six, and eight amino acid residues were synthesized and their self-assembling morphologies were compared in terms of the difference in the number of component amino acid residues. In addition to the D,L-peptide nanotubes, an unusual peptide nanotube consisting of all the L-amino acid residues was newly synthesized. Following the theoretical prediction and synthesis, an atomic force microscopy study of the homo-L-pentapeptide nanotube was carried out and the self-assembling morphology was discussed

  • 半導体ミスフィット転位網を利用した量子孔の電子論

     View Summary

    半導体ヘテロエピタキシー界面でのミスフィット転位ネットワーク交差点で形成される球状量子孔(quantum hole ; QH)について、その電子構造の理論解明を目的とした。この目的の為に、3次元球量子閉じ込揚(SQD)で近似し、スピン占有状態と原子で知られているフント則に焦点を当てその電子状態を第一原理的に理論解明した。電子の占有状態が必ずしも単純閉殻構造にならないため、同一量子ドット軌道(QDO)に対するスピン束縛を取り除いて変分原理を実行する非制限HF(unrestricted HF ; UHF)法を基本としたが、合成軌道角運動量Lの演算子に対する固有関数を得るため、Lを束縛してUHF近似を行う「拡張されたUHF法(exUHF法)」を提案し、その定式化を行った。その結果3次元SQDでは従来の2次元ディスク状QDとは異なる魔法数が出現する事を理論的に見出した。また電子間相互作用はQDO間の偶然縮退を解離させ、「SQDにおいては原子の場合と異なり、角運動量が大きな軌道が角運動量の小さな軌道よりもエネルギー的に低くなる」という固有の特徴が明らかになった.さらに本系に特徴的な合成スピンに関する縮退状態は合成軌道角運動量を新たな量子指数に選ぶとよく分離できることを見出し、同一スピン状態では大きな合成軌道角運動量を与える状態が基底状態となる興味深い事実を初めて指摘した。一方転位ネットワーク系としてはGaSb/GaAs(100)およびInAs/GaAs(111)系を考察した。第一原理密度汎関数法および経験的強結合近似を用いた電子構造計算により、ミスフィット転位(MD)の原子構造とさらにその交差点およびネットワーク構造を明らかにした。前者はMDが互いに直交するネットワーク構造であるのに対し後者ではヘキサゴナル網目状と成り得ることを理論予測した



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Overseas Activities

  • 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-


    英国   ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所


  • Faculty of Science and Engineering   Graduate School of Advanced Science and Engineering

Research Institute

  • 2022

    Waseda Research Institute for Science and Engineering   Concurrent Researcher

Internal Special Research Projects

  • 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


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  • 半導体ミスフィット転位網を利用した量子孔の電子論


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    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。

  • 蛋白質ナノチューブの第一原理電子論


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  • 新奇層状物質の計算物質設計


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  • Si高分子の電子構造の理論研究


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    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)