2022 年第 83 回応⽤物理学会秋期学術講演会シンポジウム（T8）報告「先端計測と機能性酸化物研究の共進化」
Co-evolution of advanced analysis and functional oxide research

主催：機能性酸化物研究会（⼤分類 6薄膜・表⾯）

⽇時：2022 年 9 ⽉ 22 ⽇（⽊） 13:30-18:00
会場：ハイブリッド開催（東北⼤学川内キャンパス+オンライン)
世話⼈：組頭広志（東北⼤）、松野 丈夫（⼤阪⼤学）、上野 和紀（東京⼤学）、秋永広幸（AIST）、⽥中 秀和（⼤阪⼤学）、中川原 修（KRYSTAL 株式会社）、⼩塚裕介（物材機構）、 島 久（産総研）

物質・材料の開発過程においては、様々な計測・評価を組み合わせる必要がある。このことについては論を俟たないが、近年、その組み合わせ⽅が急速に進化・拡⼤している。特に、計測技術の⾼度化・普遍化・標準化に伴って、少し前には「⾼嶺の花」だった先端計測が、今や物質・材料研究において当たり前のように使⽤されている時代になってきている。このことは、近年の論⽂における本⽂や Supplemental Materials をみれば⼀⽬瞭然であろう。逆に⾔うと、これらの先端計測を有効活⽤しなくては、⼀流の研究成果にはならない時代になりつつあることを⽰している。そこで今回、「先端計測と機能性酸化物研究の共進化」と題したシンポジウムを企画し、放射光をはじめとする先端計測を臨機応変に使いこなしながら機能性酸化物研究を先導している研究者の⽅々に、その最前線について講演を⾏っていただいた。

タイトルにある「共進化」という⾔葉は、⽣物学の⽤語で「2 種以上の⽣物が互いに依存して進化すること」である。そのため、本シンポジウムでは、相互作⽤を通じて共進化していく機会を提供することを⽬的として、講演者は「先端計測を⽤いながら物質開発を⾏っている研究者」と「物質開発に役⽴つ先端計測⼿法を開発している研究者」が半々になるように構成した。さらに、講演者の⽅々には、単なる情報交換に留まらないように「共進化」を加速させるためのコメントなどをいただけるようにあらかじめ依頼させていただいた。

最初は、東⼤⼯ ⼤⽮忍先⽣から「強相関酸化物スピントロニクスの実現に向けて：放射光の役割」という題⽬で、強相関酸化物スピントロニクスデバイス開発の最先端と、その開発過程における先端計測の重要性についてご講演いただいた。分⼦線エピタキシ（MBE）技術で作製した⾼品質 (La,Sr)MnO3/LaTiO3/SrTiO3 界⾯に発現する 2 次元電⼦ガス（2DEG）を⽤いて世界最⾼効率のスピン流電流変換を実現するだけに留まらず、放射光を⽤いた共鳴⾓度分解光電⼦分光より界⾯ 2DEG のバンド構造を特定し、バンド計算結果と⽐較することでその出現メカニズムまで解明するに⾄った内容であった。続いて、東北⼤⾦研

藤原宏平先⽣から、「コランダム類縁構造酸化物の薄膜物質開発と物性評価」という題⽬で、物質開発におけるターニングポイントにおいて、放射光分光が決定的な役割を果たしてきたこと、物質コンセプトを理解するために先端分光が有効である事を、研究成果と共にご講演いただいた。特に、物質開発の中で、どこで・どのように・どのような先端分光を使ってきたかを研究開発の経緯を含めてお話しいただいた。続いて、京⼤化研 菅⼤介先⽣から、「新規スピネル酸化物薄膜の開発と磁性制御スピネル酸化物」という題⽬で、放射光を⽤いた X 線吸収分光（XAS）および X線回折（XRD）を駆使した物質設計についてご講演いただいた。スピネル酸化物の機能においては、2 種類の遷移⾦属が異なるサイトでどのような電⼦状態を持つかということが重要である。これらの情報を得るために、元素選択性をもつ放射光 XAS と XRD（共鳴 X 線散乱）を駆使した結果についてご紹介いただいた。なかでも、XAS の価数選択性を⽤いて磁気円 2 ⾊性（XMCD）によりサイトと価数（化学状態）毎に区別した磁化評価など、先端計測が物質設計に有効である事を改めて認識した。続いて、産総研
野崎友⼤先⽣から「放射光を利⽤した酸化物反強磁性体薄膜材料の開発」という題⽬で、反強磁性スピントロニクス材料開発における先端計測の利⽤例についてご講演いただ
いた。薄膜は容積が⼩さいため、反強磁性薄膜については磁化測定などのマクロ物性では特性評価できないという問題がある。そこで、XMCD を⽤いて界⾯の寄⽣磁化を測定することで反強磁性を評価するという新たな計測法を、材料開発に応⽤した例について紹介していただいた。物質設計側の要請に基づいて、計測側が測定⽅法を開発し、その⼿法を⽤いて物質設計にフィードバックする「共進化」の具体的な事例であった。続いて、名⼤⼯ ⼭⽥智明先⽣から、「放射光時間分解 XRD による強誘電体ナノ構造の電場応答の解明と制御」という題⽬で、強誘電体ナノ構造の動作時（電場下）の様⼦を時間分解 XRD で可視化し、強誘電体開発にフィードバックした内容についてご紹介いた
だいた。こちらも、物質設計と先端計測との「共進化」の例として、今後の物質開発のあり⽅を⽰す講演であった。

ここまでは、物質開発を⾏っている研究者が先端計測を有効活⽤している内容、もしくは物質開発に必要な⼿法を先端計測側が提案し、共同で研究を進めている内容の講演であった。⼀⽅、後半は、将来の共進化に向けた新たな計測法の紹介となった。始めに、東北⼤学際研 鈴⽊博⼈先⽣から「共鳴⾮弾性 X 線散乱による酸化物研究の新展開」という題⽬で、近年発展の著しい共鳴⾮弾性 X 線散乱（RIXS）の原理から、世界の放射光施設における開発状況、および東北⼤学キャンパスに建設が進んでいる次世代放射光ナノテラスでの計画について、RIXS による酸化物研究の内容を交えて、ご講演いただ
いた。RIXS は、Photon-in/Photon-out の計測⼿法でプローブ⻑も⼤きいため、雰囲気下での測定が可能であり、また、数ミクロンサイズでの試料でも測定出来ることから、将来の「共進化」にむけた議論が活発に⾏われた。続いて、兵庫県⽴⼤ 和達⼤樹先⽣から「酸化物磁性のスピンダイナミクス観測」という題⽬で、レーザー、放射光、⾃由電⼦レーザーを駆使した磁化ダイナミクスの研究について、時間分解測定の歴史を紐解きながら、詳しく紹介いただいた。時間分解軟 X 線散乱や時間分解 XMCD による電荷移動と磁化のダイナミクス解明についての講演を受けて、将来の共進化にむけた議論が活発に⾏われた。最後に、東芝ナノアナリシス ⽥⼝宗孝先⽣から「HAXPES を⽤いた酸化物薄膜評価」という題⽬で、HAXPES を⽤いた酸化物薄膜の解析例について原理も含めてご講演いただいた。HAXPES というと、表⾯状態を余り気にすることなく X線光電⼦分光ができることから、物質研究者の⼈⼝に膾炙した⼿法であるが、X 線の全反射を⽤いることで表⾯・界⾯数 nm の情報が得られる全反射 HAXPES という新たな⼿法について紹介いただいた。表⾯・界⾯付近と内部の情報を⼀度に測定出来るとあって、今後ますます応⽤の範囲が広まると思われる。

以上のように、機能性酸化物開発から先端計測開発までの多岐にわたる内容について、最先端の研究、今後の展望が⽰された。会場である東北⼤川内キャンパスの近くで、次世代放射光施設の建設が進んでいるという⾮常に良いタイミングでの開催になり、この分野周辺の研究者にとっても、⾃分の研究における共進化を模索するよい機会になったと考える。シンポジウム開始時期から最後まで、80 名程度（会場 40 名、オンライン 40名程度）の聴衆が参加しており、⼤変盛況であった。同時間帯に、⼤分類６薄膜・表⾯のポスターセッションと重複してしまったため、学⽣さんなどがそちらに流れてしまったのが反省点で、もしポスターセッションがなければ倍程度の参加者になったと思われる。⼀⽅で、「共進化」を検討する⽴場にいる PI クラスの⽅が多数参加してくれたため、シンポの⽬的はほぼ達成できたと考える。

最後に、このように有意義なシンポジウムを開催できたことは、講演者の皆様、聴講者の皆様、多⼤なご⽀援を頂いた応⽤物理学会事務局⽅々のおかげであり、この場を借りて深く感謝申し上げます。