特別講演
ダイヤモンドの NV 中⼼を⽤いた量⼦センサー― 単⼀スピン磁気共鳴法への応⽤
Susumu Takahashi (⾼橋 晋)
Department of Chemistry and Department of Physics & Astronomy
University of Southern California, Los Angeles, California, USA
1. はじめに
ダイヤモンド中に存在する Nitrogen-Vacancy（NV）中⼼は、常温下でも⻑いコヒーレンス
時間を持ち、かつ Optically Detected Magnetic Resonance (ODMR)法を使って単⼀ NV 中⼼の
ESR が可能であることから、常温で使⽤できる量⼦ビットとして量⼦コンピューターや量⼦センサーへの応⽤が期待されている。本稿では、NV 中⼼を磁気センサーとして⽤いた磁気共鳴法、特に Electron Spin Resonance (ESR)法への応⽤について議論する予定である。
2. ESR 法のスピン感度
Nuclear Magnetic Resonance (NMR)や ESR 法などの磁気共鳴法は、固体、溶液等の試料の形
状を問わず⾮接触、⾮破壊測定ができ、原⼦レベルでの構造決定や原⼦・分⼦を取り巻く微視的環境を理解できることから、⽣体分⼦の⽴体構造や固体の磁性研究などに幅広く利⽤されている。しかし、RF 波やマイクロ波を検出することによって⾏われる従来の MR 法は、信号検出
感度が低く、例えば、通常、常温下で ESR 観測を
⾏うには 1010 以上のスピンが必要である。
3. NV 中⼼を⽤いた ESR 法
NV 中⼼は、窒素原⼦と隣合った空孔から成るダイヤモンド格⼦の中に存在する常磁性不純物であり、蛍光及び ODMR 測定（図１(a)）から単⼀ NV
中⼼検出及び、ESR を⾏えるなどの特性を持つ。
また、常温でも⻑いコヒーレンス時間（マイクロ秒〜ミリ秒）を持つユニークな量⼦素⼦である。
本発表では NV 中⼼の物性、ODMR 測定、NV 中⼼を⽤いた ESR 法の原理及び、そのスピン感度 [1,2]さらに、最近の NV 中⼼を⽤いた ESR 実験（図1(b)） [3]について議論する予定である。
謝辞
本 研 究 活 動 は ⽶ 国 National Science Foundation(CHE-1611134、DMR-1508661)から⽀援を受けている。

図 1． 本実験における NV-ESR 測定の概要。 (a)実験装置の概要図。 (b)Nitroxide radical の NV-ESR 測定。

参考⽂献[1] ⾼橋 晋, 固体物理, 5 ⽉号, 15 ページ (2017).
[2] C. Abeywardana, V. Stepanov, F. H. Cho and S. Takahashi, J. Appl. Phys. 120, 123907 (2016).
[3] L. C. Mugica, S. Takahashi et al., submitted (2018).

A-a1
ビーム速度成分を持つ純電子プラズマの緩和過程におけるエネルギー測定
金沢大理工 杉本啓介,曽我之泰,朴英樹,谷村和斗
Energy measurements in a relaxation process of a pure electron plasma with beam velocity
Kanazawa Univ. K.Sugimoto , Y. Soga , Y. Park , K.Tanimura
一様な強磁場と静電ポテンシャルにより閉じ込める電子プラズマは（正準角運動量が保存量となるため）閉じ込め
時間が極めて長い。この特長を利用して非平衡状態からの緩和過程を実験的に追跡することが可能である。我々は，荷電粒子ビームのパルス圧縮操作で生じるエネルギー輸送現象を解明することを最終目標とし，電子プラズマの緩和
Parallel temperature

Perpendicular mean energy

細い電子ビームとして閉じ込め領域に導入された状

Beam energy

Total energy

態を初期条件とし，ビーム速度でポテンシャル井戸

15.0

間を往復運動する過程で磁場方向温度および磁場断面方向平均エネルギーを観測した。図はビームエネ
ルギー，磁場方向温度，磁場断面方向平均エネルギー，および全エネルギーの時間発展を表す。ビーム
エネルギーは数十ミリ秒の時間スケールで減少する
一方，磁場断面方向平均エネルギーが増加し，全エTemperature(eV)

過程について実験検証を行っている。本研究では，

10.0
5.0
0.0
1

ネルギーは保存される。この観測結果は，ビームエ
ネルギーが磁場方向の熱拡がりではなく磁場断面方向エネルギーに直接緩和することを示唆している。

10

Time(msec)

100

図：初期にビームエネルギーを持つ紐状電子プラズマ
におけるエネルギーの時間発展

A-a2
純電子プラズマで構成された渦糸群の非破壊計測
金沢大自然 谷村和斗, 曽我之泰, 朴英樹, 杉本啓介, 佐藤政行
Nondestructive measurement of vortex strings composed of pure electronic plasmas
Kanazawa Univ. K. Tanimura, Y. Soga, Y. Park, K. Sugimoto, M. Sato
一様な強磁場により電位障壁間に捕捉された純電子プラズマは磁場断面内でE × Bドリフト運動を行う。
この振る舞いは２次元オイラー流体の運動と等価であり，純電子プラズマは理想渦の実験が可能な稀有な媒体として幅広く活用される。本研究では，局在した多数の紐状純電子プラズマ(渦糸)のカオス運動を追跡す
る実験技術の確立を目的としているが，純電子プラズマの渦運動に関して現状で最も特徴的な観測手法はCCD カメラを用いた渦度分布の詳細計測である。この計測法はミクロンオーダーの空間分解能を以て緩和過程における微細構造の観測を可能とするが，撮影の度に純電子プラズマを排出する必要があるため，カオス運動の長時間発展を観測する場合は使用することが出来ない。そこで
我々は少数渦糸の回転運動を対象とし，閉じ込め電極に誘起される鏡像電荷量の時間変化を計測することで，それらの位
置と回転周波数の時間発展を非破壊的に決定する方式を試みた。1 本の渦糸運動に対する計測結果は鏡像電荷の電位分布を考慮した理論的な電圧信号に近い特性を示したため(図1)，これを元に渦糸群の複雑な旋回運動から得られた信号の解析を進めている。

図 1: 静電誘導電圧の実測値(実線)と理論値(破線)の時間変化

A-a3
多相交流放電の相数と電流・電圧波形についての考察
金沢大理工，
八房拓也, 伊藤應, 松本和憲, 安藤利得
Fundamental investigation on total phase number of poly-phase ac discharge and those current andvoltage waveforms.
Fac. of Sci and Eng., Kanazawa Univ ;Takuya YABUSA, Oh ITO, Kazunori MATUMOTO, Ritoku ANDO

多相交流放電を利用したプラズマ発生法は，プラズマ物理学の新たな領域を切り開く可能性を秘める。本研究の目的は，交流放電にもかかわらず放電停止の無い連続的な放電となる本放電の特徴
およびそれにより生成されるプラズマを，物理的側面から深く考察することである。
時刻ごとの電極に掛かる最大・最小電圧値、及び、それらの差の絶対値がどのように変化するかを示している。グラフより、相数が奇数と偶数において大きな違いがあることが分かる。奇数の場合の方が、最大値と最小値の差が小さく、脈動率が小さくなる。本発表では，相数を単相から 12 相まで変化させたときの放電実験（60 Hz）の結果を報告する。

100

Ripple Rate [%]

図は総相数を変化させた時、一周期にわたる脈動率(奇数)
脈動率(偶数)50

0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Total Phase Number
図 1: 最大の電圧が掛かる電極間の電圧の脈動率.
相数による変化（理論）A-a4
二段共振器搭載ジャイロトロンにおける
110 ~ 220-GHz 帯の超多周波数発振の観測
笹野準貴、山口裕資、小椋大聖、福成雅史、前田悠斗、高山京也、上山達也、神谷亮汰、
中川和輝、若林優次、峠正範 A、立松芳典、斉藤輝雄
福井大学 遠赤外領域開発研究センター、福井大学 工学部技術部 A
Observation of 110 ~ 220-GHz band super multi-frequency oscillations in a complex cavity Gyrotron
S. Sasano, Y. Yamaguchi, T. Ogura, M. Fukunari, Y. Maeda, K. Takayama, T. Ueyama, R. Kamiya,
K. Nakagawa, Y. Wakabayashi, M. Tao, Y. Tatematsu, T. Saito
Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui
Technical Division,University of FukuiA
ジャイロトロンは THz 帯で高出力かつ定常発振の可能な電子管で、核融合プラズ
マの制御・診断をはじめ、近年では物質・生命化学研究等への応用も増えている。これら応用の進展に伴い、周波数や出力を広範囲で調節できる機能が求められている。
本研究の目的は、より多くのモードで発振可能な、多周波数発振管を作る事である。
我々は、安定発振を阻害するモード競合を避ける為に、二段共振器を開発中である。その動作実験において、共振器磁場を大きく変化させた時、非常に多くのモード
で発振が可能である事が判った [1]。
そこで本研究では、この二段共振器に対し、可能な限り広範囲で磁場を変え、発振可能な基本波モードを同定した。右図に示すとおり、各々の共振器に固有のモードが発振することで、単一共振器では実現できない多くの発振が得られている。すべてのモードに対して、発振可能な領域を調べたところ、後進波発振により周波数の連続可変領域が存在することもわかった。なお、共振器へ入射する電子ビームを最適化する事で、ほぼ全てのモードを選択的に励起することが可能である。共振器を多段化すれば、更なる多周波数発振が期待される。
[1] Y. Yamaguchi et al., Int. Conf. on IRMMW-THz 2018, We-POS-75
図. 二段共振器による超多周波数発振A-a5
300～430 GHz 二次高調波多周波数ガウスビーム出力
ジャイロトロンの発振実験
中川和輝 1、高山京也 1、上山達也 1、神谷亮汰 1、峠正範 2、山森英智 2、福成雅史 1、山口裕資 1、
斉藤輝雄 1、立松芳典 1
福井大学 遠赤外領域開発研究センター1、福井大学工学部技術部 2Oscillation tests of a second harmonic multi-frequency Gaussian beam output gyrotron
K. Nakagawa1, K. Takayama1, T. Ueyama1, R. Kamiya1, M. Tao2, H. Yamamori2, M. Fukunari1,
Y. Yamaguchi1, T. Saito1, Y. Tatematsu1
Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui1
Technical Division, University of Fukui2
福井大学遠赤外領域開発研究センターでは、一基で複数のジャイロトロンの役割を担うことの出来る、多周波数ガウスビーム出力ジャイロトロンの開発に取り組んでいる。現在までに、基本波の 2 倍の周波数を実現可能な二次高調波発振により、300～430 GHz の範囲にて 7 段階で周波数可変、かつガウスビーム出力可能なジャイロトロン
Gyrotron FU CW GVII の製作が完了した[1]。
本研究では、ヘテロダイン受信による発振周波数測定、ならびに放射波の空間構造計測により、製作した管が目的の動作特性を有するかどうか調べた。
TE8,5 モードが発振する運転条件に設定し、発振周波数を測定した結果、TE8,5 モードの設計周波数通りの 430 GHz を得た。この条件での出力をポリ塩化ビニル板に照射して得た
熱画像を図に示す。他の設計二次高調波に対しても同様に測定し、全 7 つの設計モードの内、6 つのモードに対して放射分布を観測し、ガウスビーム出力することを確認できた。
図：放射分布(TE8,5)[1] Y. Tatematsu et al., IRMMW-THz 2018, Tu-P2-R1-5.

A-a6
ジャイロトロンの電子ビーム電流制御における PID ゲインの最適化実験
若林優次, 山口裕資, 立松芳典, 斉藤輝雄, 福成雅史
福井大学 遠赤外領域開発研究センター
Optimization experiments of PID gains to control electron beam currents in a gyrotron
Y. Wakabayashi, Y. Yamaguchi, Y. Tatematsu, T. Saito, M. Fukunari
Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui

IC [ mA ]福井大学において、ジャイロトロンを光源とした THz 波の応用研
450究を進めている [1]。その進展に伴い、周波数や出力を広範囲に調節できる機能が求められている。本研究では PID 制御を利用し、400
様々な出力目標値の自動追随、及び安定維持の実現を目的とする。
P : 1.7E-3
ジャイロトロンは含浸カソードを用いた電子管であり、熱電子の350
I : 5.0E-2 min.
放出量により出力の調整が可能である。そこで、カソードを昇温す
D : 3.0E-1 min.
300
るヒータへの投入電流 (IH)を操作量とし、コレクタへ入射する電子
ビーム電流 (IC) を制御する PID 制御器 [2] を新たに整備した。そ目標値
250
して、IH の操作に対する IC の応答を、異なる PID ゲインに対して-50 0 50 100 150 200
実験的に調べた。
Time [ sec. ]右図は、IC の目標値を Time = 0 sec. で 300 mA から 400 mA へ矩
図 PID 制御時の目標値の変化に形的に変えた際の IC の応答を表す。図中に見られるオーバーシュー
対する IC の応答
トの大きさや、目標値での安定に要する時間は、PID ゲインによって異なる。本研究では様々な目標値に対し、より小さな超過で、より高速の目標追随性を実現すべく、各
PID ゲインを最適化した。その結果、目標値の時間変化率が 0.5 mA/sec .程度以下ならば、高精度の目標値
追随性を得られる事がわかった。また、外乱に対する安定性も確保できた。
[1] S. Yamazaki et al., Scientific Reports 8, 9990 (2018)[2] E. M. Khutoryan et al., J. Infrared, Milli. TerahzWaves 35, 1018 (2014)

A-a7
ジャイロトロン出力のガウスビーム整形を目指した
位相再構成法による位相補正鏡の設計
神谷亮汰、福成雅史、中川和輝、前田悠斗、上山達也、小椋大聖、山口裕資、立松芳典、
斉藤輝雄
福井大学 遠赤外領域開発研究センター
Design of phase correcting mirrors in phase retrieval aim for Gaussian beam shaping of Gyrotron output
R. Kamiya, K. Nakagawa, Y. Maeda, T. Ueyama, T. Ogura, M. Fukunari, Y. Yamaguchi, Y. Tatematsu,
T. Saito
Research Center for Development of Far-Infrared Region, University of Fukui
福井大学遠赤センターでは 161.9～265.0 GHZ の間で複数の周波数のミリ波を出力できるモード変換器搭載の Gyrotron FU CW GV を開発した。出力波は非軸対称のガウスライクビームである。ジャイロト
ロンの応用には所定のウエストサイズ、ウエスト位置を持つ軸対称
ガウスビームに整形することが望ましい。そこで本研究では、位相再構成法を用いて放射パターンからミリ波の位相分布を解析し、理想的なガウスビームに整形する位相補正鏡の設計を行った。実験では赤外線カメラを用いてジャイロトロン中心から 900 mm から 1400 mm
まで 100 mm ずつ放射距離を変えながら放射パターンを計測した。撮影した放射パターンから放射距離ごとのビーム中心をモーメント法で解析し、入射電力の相対値、ビーム中心からビームの進行方向を求めた。解析した入射電力の相対値から位相再構成を用いてミリ波の位相分布を解析し、位相補正鏡の表面形状を決定した。位相補正鏡は2 枚組とし、位相再構成で求めた入射波の位相分布から 1 枚目のミラ
ーでミリ波の振幅を、2 枚目のミラーでその位相を補正する。

図

位相補正鏡の模式図

A-a8
マイクロ波蒸留法による木質ペレットの精油抽出
福井大遠赤セ山本 悠太，縄手 知樹，光藤 誠太郎
Extraction of essential oil of wood pellets by microwave distillation method
FIR-Center, Univ. of Fukui
Y. Yamamoto, T. Nawate, S. Mitsudo
マイクロ波減圧蒸留法は他の抽出法と比べて精油抽出にかかるコストが低く、また抽出した精油中の成分の比率が熱水蒸留法などと異なるなどの理由から注目されている。日本国内のアロマ市場も拡大傾向にあり、また福井県内の杉を代表とする過剰な森林資源を利用できることから、マイクロ波蒸留法の研究は福井県の森林資源に対する課題解決の糸口になりうると考えられる。当研究室はまたジャイロトロンを用いたセラミックスの電磁波焼結も専門に行っており、電子レンジよりもさらに高周波で高出力の電磁波を用いた実験を行うための知見と環境がある。ジャイロトロンを用いた蒸留実験を行うにあたって商業化も視野にいれて実装が比較的容易な市販の電子レンジを用いた蒸留装置を開発した。図に開発した装置の概略図を示す。この装置を用い、一般には廃棄される、福井県スギ製の木質ペレッ
蒸気温計
水温計
チラー
トの端材を用いてマイクロ波加熱、電熱線加熱でそれぞれ熱水
蒸留を行い、それぞれ精油を抽出することができた。マイクロ冷却管
波加熱を用いて試料から同量の水分を抽出するためにかかった時間は電熱線を用いた場合の 1/4 以下で迅速に加熱されることがわかった。さらに、GC-MS を用いて抽出された精油の
電子レンジ
調圧弁
減圧器
成分をそれぞれ分析したところ、マイクロ波加熱を用いた抽出では分子量が大きいカウラン-16-オールなどのジテルペン(C20)が電熱線加熱に比べ多く含まれることが分かった。その分液ロート
他のテルペンの収率は変化しなかったことから、これは電磁波
加熱の特徴であると考えている。
図: 開発したマイクロ波蒸留装置の概略図

A-p1
有限アーベル群上のシンプレクティック形式
野末修平, 橋本貴明

福井大工

Symplectic form on finite abelian groups
S.Nozue, T.Hashimoto

Fac. of Eng., Univ. of Fukui.

位相点作用素 ∆(p, q) は古典位相点を量子化したものと考えられ、Weyl 量子化により Weyl 順序での量子化手法を与える。位相点作用素は、Weyl 作用素 W (p, q) と呼ばれる相空間の並進群の射影表現で構成できる。また、Weyl 作用素は相空間の並進群の中心拡大群のユニタリー表現でもあり、中心拡大群の群構造を定めるコサイク
ルには、シンプレクティック形式 J が現れている。さらに、相空間の自己同型写像において、シンプレクティッ
ク形式を不変に保つ変換はシンプレクティック変換であり、その全体は群をなしている。このシンプレクティッ
ク変換は線型な正準変換であり、正準交換関係を不変にすることから量子力学においても重要な対称性となっている。
本研究では、連続空間における性質を離散空間上の性質に拡張すべく、有限アーベル群上でシンプレクティッ
ク形式を構成を試みる。有限系、特に巡回群 CN では、シンプレクティック形式は、連続アーベル群であるベク
トル空間の場合と同様に、非退化で交代的な双線型形式としてテンソル積の概念と形式で書き表せる。

[1] E.P.Wigner, Phys.Rev.40,749,1932. [2] A.Kleppner , Math.Annalen 158,11-34, 1965.
R.Rodriguez , M.Sirugue-Collin , M.Siruge ; Commun. math. Phys. 63,219-235, 1978.

[3] P.Combe ,[4] M.Horibe,

A.Takami, T.Hashimoto, A.Hayashi, Phys.Rev.A65,032105,2002. [5] O.Cohendet, Ph.Combe, M.Sirugue,
M.Sirugue-Collin, J.Phys.A21,2875,1988. [6] U.Leonhardt, Phys.Rev.Lett.74,4101,1995.

A-p2

射影打ち切りテンソルくりこみ群
神戸大システムA

中村宜文 A,B ，大羽秀明 C ，武田真滋 C

理化学研究所 B ，金沢大理工 C

Tensor Renormalization Group Algorithms with Projective Truncation Method
A
C

Grad. Sch. of System Informatics, Kobe Univ. B RIKEN R-CCS

Grad. Sch. of Natural Science & Technology Kanazawa Univ.

Y. NakamuraA,B , H. ObaC and S. TakedaC

テンソルくりこみ群 (TRG) は，主に二次元古典格子模型に対して分配関数を近似的に求めるアルゴリズムである．一回の粗視化にかかる TRG の計算量のうち，特異値分解によるテンソルの低ランク近似部分，および新たなテンソルを作る縮約部分が最も大きく，それぞれ O(χ6 ) である．ここで，テンソルの低ランク近似で採用する次元の数を χ とする．しかし，それら 2 つのボトルネック部分それぞれに，2 つの isometry からなる projector(図1) を用いることで，計算量を O(χ5 ) とすることができる．このようにしてできるアルゴリズムを射影打ち切りテンソルくりこみ群 (Projective Truncated Tensor Renormalization Group, PTTRG) と呼ぶ．臨界温度の二次元
イジング模型を用いて，χ = 32, 48, 64 の TRG および PTTRG の数値実験を行った．数値実験では，自由エネル
ギーの厳密解との差を用いて，2 つのアルゴリズムの計算精度を比較した．その結果，TRG および PTTRG の計算精度は同程度であることが分かった (図 2)．また，PTTRG の計算量が O(χ5 ) であることも確かめた (図 3)．
-510TRG (D=32)
TRG (D=48)
TRG (D=64)
PTTRG (D=32)
PTTRG (D=48)
PTTRG (D=64)

δf

Elapsed time [sec]

-6

10

1000

10-7

TRG
PTTRG

100

10

1

図 1: isometry の性質

-8

10

1

2

3

5

nitr

10

20

30

40

30

40

50

χ

60

70

80

図 2: 自由エネルギーの相対誤差 図 3: PTTRG と TRG の実行時間

A-p3
２次元イジング模型の温度推定深層学習
金沢大, 金沢大自然 A 、米子高専 B

青木健一，藤田達大 A 、◦ 神宮翼 A 、小林玉青 B

Deep learning estimate of temperature using 2d Ising model configurations
Kanazawa Univ., GS-NST Kanazawa Univ.A , NIT Yonago CollegeB

Ken-Ichi Aoki, Tatsuhiro FujitaA , ◦ Tsubasa JinguA and Tamao KobayashiB
深層学習は各種のパターン認識において強力な解析能力を示している。しかし、その具体的なメカニズムは未だ判然としておらず、機械構造設計も経験則に依存している。他方、深層学習はくりこみ群とネットワーク構造
において類似性があり、くりこみ群で蓄積されている各種方法論や近似方法が深層学習のメカニズム解明と改善につながる可能性がある。逆に、深層学習の解析能力の源泉理解が、くりこみ群の新しい質的変化への契機となるアイデアにつながる可能性もある。
本研究では、いくつかの温度で生成した統計系の配位データを用いた、統計的深層学習を解析する。配位デー
タを入力情報とし、その生成温度を出力として、学習させて、最適な機械を構成する。最近、このような機械の内部最適化パラメタに、系の秩序変数の温度依存性が刻まれ、その情報から相転移温度を推定するという報告がいくつもなされた。しかし、それらの結論には合理的な根拠が全くない。
上記の批判から、温度推定で学習し最適化された機械の内部パラメタにどのような情報が刻まれるべきかが検討され、系の自由エネルギーの温度依存性が得られるという結果が報告されている（青木、藤田、小林 2018）。
これは非常に興味深い結果である。なぜなら、自由エネルギーは配位の集合から簡単に計算できる物理量ではないからである。また、温度の値を明示的に与えないままでの複数の生成温度の配位を学習しただけで、自由エネ
ルギーが温度の関数として内部パラメタに刻まれることも非自明であろう。
本報告では、２次元イジング模型での配位を与えて生成温度推定の深層学習を行わせ、最適化された機械の内部パラメタを解析する。

A-p4.
ベイズ統計逆くりこみ群による深層制限ボルツマンマシン
金沢大, 金沢大自然 A 、米子高専 B

青木健一，藤田達大 A 、◦ 飯嶋まりこ A 、小林玉青 B

Restricted Boltzman machine constructed by Bayesian reverse renormalization group
Kanazawa Univ., GS-NST Kanazawa Univ.A , NIT Yonago CollegeB

Ken-Ichi Aoki, Tatsuhiro FujitaA , ◦ Mariko IijimaA and Tamao KobayashiB
制限ボルツマンマシンは、ニューラルネットワークの 1 種で、visible layer と hidden layer から構成されている。これを多段に積み上げたものを深層制限ボルツマンマシンと呼ぶ。最下層 L0 の visible 変数を物理系のミク
ロの自由度、その上に作られる階層の hidden 変数を「くりこまれた変数」と見れば、このネットワーク構造は、くりこみ群によってマクロ変数を次々と定義していく方法とよく類似している。
Bayesian Reverse RGE

L3

くりこまれた（マクロ）変数はミクロ変数からくりこ
み変換によって定義されている。ミクロ変数は定まった

L2

確率関数に従うので、可能なミクロ変数の足しあげ（ミL1

クロゆらぎの足しあげ）によって、マクロ変数の従う確率関数が一意的に計算される。しかし、このくりこみ変L0

換のプロセスは逆転できない。つまり、マクロ変数の値
RGEを決めてもミクロ変数の値は決まらない。

そこで、ベイズ統計における事後確率に類した概念を導入し、マクロ変数を決めた時点を「事後」とすると、ミクロ変数の確率関数は条件付き確率として定義できる。このマクロからミクロへの変数の連鎖は確率過程として一意的であり、それはベイズ統計逆くりこみ群と呼べるものである。
この逆くりこみ群はそのままひとつの制限ボルツマンマシンを定義する。最上層から始めて、最下層まで変数の確率過程を実行すれば、最下層でのミクロ変数配位が生成される。もし、くりこみ群が正確に解けるなら、ベイズ統計逆くりこみ群で定義された制限ボルツマンマシンも正確となり、最下層に生成された配位は、正確にミクロ変数の確率関数を満たす。

A-p5
クォーク質量関数の弱解
A

金沢大，米子高専 , 神戸大B

青木健一，藤田逹大 , 小林玉青 A , 熊本真一郎 B

Weak solution of quark mass function
A

Kanazawa Univ.，Yonago College. , Kobe Univ.B

K.Aoki ，T.Fujita，T.Kobayashi.A , S.KumamotoB

物理現象を記述するにあたって、微分方程式（特に偏微分方程式）を用いた解析はよく行われる。Cauchy-

Kovalevskaya 定理によれば偏微分方程式の解は解析的であれば、また大雑把に言えば微分可能であれば、数学的には一意に定めることができる。一方物理学では、相転移現象を記述する偏微分方程式の物理的解は不連続ま
たは微分不可能な点を含むので、相転移点を超えて解析を行うと、そのような偏微分方程式は数学的に解を一意に定めることができず多価解となる。微分不可能な点をもつ解は偏微分方程式の通常の意味で解ではないが、解の概念を拡張した弱解であることが知られている。具体的には、解の定義を緩めることによって多価解から解を一つに選ぶことができ、その得られた解が弱解であり、それは物理的な解であると期待できる。弱解の例としては、物理の解析でよく用いられてきた発散型偏微分方程式には Schwartz の超関数解という弱解がある。また

Hamilton-Jacobi 型偏微分方程式には粘性解という弱解があり、それはその偏微分方程式に対応した最適制御問
題を解けば得られる事が知られている。
本研究では、Schwinger-Dyson 方程式から得られた質量関数を用いてカイラル相転移の解析を行った。改良された梯子近似を用いて得られた自己無頓着型の方程式を Hamilton-Jacobi 型偏微分方程式の形に書き換え数値計算を行った。偏微分方程式の解法としては、特性曲線の方法を用いた。ただし対称性の破れにより質量が突如現れその点では微分不可能であるので、偏微分方程式の解は多価解となる。コスト関数を定義し、最適解を効率よく計算する方法である動的計画法を用いて最適制御問題を解くことにより粘性解を構成し解を一意に定めた。その解はカイラル相転移を記述していることを示す。

A-p6
Texture Zero を用いた輻射シーソー機構の検証
金沢大数物

青木真由美，◦ 金子大毅

Exploring a Radiative Seesaw Model with Texture Zero
Kanazawa Univ.

M. Aoki，◦ D.Kaneko

ニュートリノ振動の観測により、素粒子標準模型では質量を持たないとされていたニュートリノに質量が存在することが明らかになった。ニュートリノの質量は非常に小さいことが知られており、この小さい質量を説明することができる機構の一つに輻射シーソー機構が提案されている。
ニュートリノ間の質量二乗差や混合角は現在ニュートリノ振動実験によって精度よく測定されており、ディラック位相についても近年その大きさが測定され始めている。一方でマヨラナ位相の大きさはまだ測定されておらず、これらの位相はニュートリノの湯川結合定数の不定性に寄与すると考えられる。
本研究では、ニュートリノの質量行列の一部にゼロを仮定する Texture Zero を輻射シーソー機構に適応し、湯川結合定数の不定性を抑えることによりレプトンフレーバーの破れなどを議論し、模型の妥当性について議論
する。

B-a1
1-アミノ-2-メチル-2-プロパノール水錯体(付加型) の異性化について
金沢大学院 自然山本健太郎，藤竹正晴
Isomerization of 1-amino-2-methyl-2-propanol-H2O complex (additional)

Graduate school of Natural Science & Technology Kanazawa-Univ.

K.Yamamoto, M.Fujitake

1-アミノ-2-メチル-2-プロパノール(BMAE)は強い OH…N 分子内水素結合を有していると言われている。
BMAE は水溶液中で分子内水素結合と水分子との間の分子間水素結合との競争がある分子である。水溶液中で起こる BMAE の分子の構造の変化を測定するために、BMAE 水錯体のマイクロ波スペクトルの測定を行った。BMAE 水錯体には挿入型と付加型が考えられる。量子化学計算により挿入型は 2 種類、付加型は 4 種類の安定構造が見つかった。その中でそれぞれ付加型 1 種、挿入型 1 種の最安定構造の conformer を測定し報告した[1]。しかし、挿入型が付加型に比べエネルギーが安定であり、双極子モーメントが大きいにもかかわらずスペクトル強度は付加型の方が大きい。それは水錯体を形成するときの活性化エネルギーが付加型に比べ挿入型が非常に大きいからと考えられる。さらに付加型については次に安定な構造の conformer と最安定構造の活性化エネルギー、安定構造でのエネルギーを比べると次に安定な構造も観測できると考えていた。しかし実際には観測できず、それが疑問となり付加型での異性化ポテンシャルを量子化学計算により算出した。
図は付加型の異性体である。異性化は図の
adOH-C
adOH-N
角度が示されている部分の 2 面角を変化させ行った。実際に観測することができた最安定H
構造は図の右の conformer である。付加型の異性化ポテンシャルには単純な異性化ではな
いと思われる形が見られた。そこで、水素結合の結合次数や歪エネルギーなどの要因から-68°の考察を報告する。
59°

N

O

[1]

山本健太郎, 藤竹正晴

北陸支部

C

2017[ 福 井 大 ]

A-a7

B-a2
水素結合錯体中の双極子－双極子相互作用計算のプログラム開発
金沢大学 理工 ブロイヤー健司マキシミリアン, 藤竹正晴
Program Development for the Computation of Dipole-Dipole Interactions in Hydrogen Bond ComplexesCollege of Science and Engineering Kanazawa Univ. K.-M. Breuer, M. Fujitake
当研究室では、1-アミノ-2-メチル-2-プロパノール(BMAE)…H2O 錯体が作る Conformer のうち、2 つの間の異性化ポテンシャルについて量子化学計
算を行い、この異性化ポテンシャルには単純な異性化ではないと思われる形が現れていた。その原因の 1 つとして、BMAE と H2O の双極子－双極子相互作用の影響が考えられるが、量子化学計算ではエネルギーの総和しか計算されない。また、異性化ポテンシャルの量子化学計算においては、計算途中の双極子モーメントが計算されないため、双極子－双極子相互作用が錯体に及ぼす影響を確認できない。そこで本研究では、量子化学計算の結果を用いて、水素結合錯体の双極子―双極子相互作用エネルギー
𝑉𝑑𝑑 =

1 1
3
4𝜋𝜖0 𝑟𝑖𝑗[ 𝝁 𝒊 ⋅ 𝝁𝒋 −3(𝒓𝒊𝒋 ⋅𝝁𝒊)(𝒓𝒊𝒋 ⋅𝝁𝒋 )
2
𝑟𝑖𝑗

]

𝝁𝒊 , 𝝁𝒋 : 双極子モーメント , 𝒓𝒊𝒋 : 双極子モーメント間距離ベクトル , 𝑟𝑖𝑗 = |𝒓𝒊𝒋 |を計算するためのプログラムを開発している。図１は、プログラムのプロセスを示すフローチャートである。ここで採用した方法やモデルを検討するため、いくつかの水錯体を用いて計算を行った。発表ではプログラムの内容及び計算結果の詳細について報告する。

図１ プログラムの処理過程（D.M.：双極子モーメント）

B-a3
トリメチレンオキシド⋯ 𝐇𝟐 𝐎錯体のフーリエ変換マイクロ波分光金沢大理 A, 金沢大院 自然 B
折田 凌河 A, 矢部岳史 B, 藤竹正晴 AB
Fourier transform microwave spectroscopy of trimethylene oxide⋯ 𝐇𝟐 𝐎 complex
College of Science and Engineering Kanazawa-Univ. A
Graduate School of Natural Science & Technology Kanazawa-Univ.B R. OritaA, T. YabeB, M. FujitakeAB
トリメチレンオキシド(以下 TMO)は飽和の 4 員環で酸素を 1 つ含む構造を持つ環状エーテルである。Nメチルアセトアミド(以下 NMA)の水素結合錯体の研究の一環として NMA⋯ TMO錯体の研究を行っている。
しかし、NMA の試料中に不純物としてH2 Oが含まれており、TMO ⋯ H2 O錯体の回転遷移を区別する必要が生じた。TMO ⋯ H2 Oの回転遷移は、Ottaviani らによりパルス変調フリージェット吸収ミリ波分光法によって測定されているが、60 ∼ 77GHzの範囲である[1]。それを元にTMO ⋯ H2 O錯体の 10~26GHz 帯の回転遷移の周波数を予測し、パルス超音速ジェット・フー
本研究
Ottaviani らの研究[1]リエ変換マイクロ波分光計を用いて、純回転ス
A/MHz
8097.8(2)A/MHz8099.3(5)
ペクトルの測定
B/MHz
2635.823(1)B/MHz2635.78(1)と帰属を行っC/MHz
2488.073(1)C/MHz2487.99(1)た。[1]の論文の20.815(4)20.337(7)ΔJ/kHzDJ /kHz
測定データと合-69.76(3)-68.70(4)ΔJK/kHz
DJK/kHzO
わせてフィッテ-2.441(7)2.29(1)
d1 /kHzδJ/kHzC
ィングを行い、
18.3(4)-0.0064(3)H
δK/kHzd2 /kHz
0.030
0.08
σ/MHz
σ/MHz
分子定数を再決
図 1 𝐓𝐌𝐎 ⋯ 𝐇𝟐 𝐎錯体定した。
表 1: 決定した TMO⋯ H2 O錯体の分子定数[1]Chem. Eur. J. 2004, 10, 538-543, P.Ottaviani, M.Giuliano, B.Velino, W.Caminati（遠心力歪定数の 6 剰項は省略）

B-a4
ペプチド分子のメチル基内部回転ポテンシャル
金沢大院 自然
Methyl group internal rotation potential of peptide molecules
Graduate School of Natural Science & Technology Kanazawa Univ.

奥野

雅登、藤竹 正晴

M.Okuno, M. Fujitake

𝑉 3=76.66cm-1(74.53cm-1)
𝑉 3=180cm (196cm )N,N-ジメチルアセ
𝑉 3=672cm-1(768cm-1)
ト ア ミ ド (NNDMA:
H
H
図 1)は N-メチルアセ
NC
トアミド(NMA:図 2)
NCの N-H 部分の水素原O子をメチル基に置換Oしたものである。内部()内は計算値
𝑉 3=78.45cm-1(117.51cm-1)
𝑉 3=237cm-1(182cm-1)
回転ポテンシャル障()内は計算値
壁𝑉 3 は実験的には、
図 2 N-メチルアセトアミド
図 1 N,N-ジメチルアセトアミド
すべてのメチル基に関して NNDMA は NMA に比べて𝑉 3 の値が大きくなるという結果が得られている。本研究では置換によりこのような違いが起きている原因を調べるために、NNDMA と NMA のメチル基内部回転ポテンシャルの値を、量子化学計算を用いて算出した。そして、量子化学計算によって得られた𝑉 3 の値と実験によって得られている𝑉 3 を比較したところ、計算値においても NNDMA は NMA に比べて𝑉 3 が大きくなっていることが分かった。また、NNDMA が NMA の𝑉 3 より大きくなる原因を電子的な観点から調べた。今回はその結果と考察について詳細に発表する。
-1

-1

B-a5
ミクロ水和クラスターにおける反転運動ポテンシャルの見積もり
金沢大院 自然佐藤夏紀、藤竹正晴
Estimation of inversion potential in micro-hydration clusters
Graduate school of Natural Science and Technology Kanazawa-Univ. N.Sato, M.Fujitake
ミクロ水和クラスターには、鏡映構造異性体を持つものが多く存在し、鏡映異性体間のトンネル運動(反転運動)による振動エネルギーの分裂が起こる可能性がある。分子スペクトルから、反転運動の有無やその詳細を知ることは容易ではなく、また、多くのデータを必要とする。本研究では、スペクトルから求めた分裂幅を用いて反転分裂ポテンシャルを見積もるプログラムを開発した。本プログラムは従来の方法を簡略化したもので、より少ない情報からポテンシャルの見積もりを行うことができる。これは、反転運動のポテンシャ
ルや力学パラメータを完全に決定するものではないが、議論をするうえでの 1 つの目安とすることを目的としたものである。また、従来のポテンシャルでは、振動幅が大きくなるとエネルギーが非常に高くなっていた。
錯体分子の解離エネルギーが小さいことを考慮し、ポテンシャルの改良を行った。反転運動ポテン
シャルの報告が為されているいくつかの分子を用いて、この方法の妥当性の検討を行った。詳細につ

図 1:エネルギー分裂幅から見積もったグルコール酸メチ
ル水錯体の反転分裂ポテンシャルと振動エネルギー準位

いて報告する。

B-a6
重力波望遠鏡 KAGRA におけるグリーンレーザーを用いた補助ロックシステムの開発 II
富山大理

杉本良介, KAGRA collaboration
Development of auxiliary lock system using green laser in KAGRA II
University of Toyama

R. Sugimoto on behalf of the KAGRA collaboration
大型低温重力波望遠鏡 KAGRA は両腕に基線長 3 km の Fabry-Perot 共振器を持つ Dual Recycled Fabry-Perot

Michelson 干渉計である。KAGRA が重力波を検出するためには 2 つの腕共振器に加え、ビームスプリッターと腕共振器のフロントミラーで構成される Michelson 干渉計、Power Recycling 共振器、Signal Recycling 共振器の 5 つの自由度を共振点に引き込む必要がある。そのため KAGRA では周波数安定化された主レーザー (波長1064 nm) に周波数オフセットを加え安定化した補助レーザー (波長 532 nm のグリーンレーザー) を導入する。
まず補助レーザーで腕共振器をロックし主レーザーが非共振となるよう制御する。その間に Michelson 干渉計、Power Recycling 共振器、Signal Recycling 共振器を主レーザーにロックする。最後に腕共振器も主レーザーに共振となるように補助レーザーの周波数オフセットを調整することで干渉計のフルロックが達成される。
補助ロックシステムは以下の 2 つのシステムで構成される。一つは補助レーザーと主レーザーのビートを取りPLL 制御により補助レーザーの周波数を安定化するシステム、もう一つは PDH (Pound-Drever-Hall) 法により共振点からのズレの情報を取得し腕共振器を制御するシステムである。
本講演では KAGRA においてこの補助ロックシステムの構築に向けて進められている補助レーザーの周波数安定化および腕共振器制御の現状について発表する。

B-a7
重力波観測に向けたレーザー強度安定化システムの開発 VI
富山大理

北澤秀昌 on behalf of the KAGRA collaboration
Development of laser intensity stabilization system for the gravitational wave observation VI
U-Toyama

H. Kitazawa on behalf of the KAGRA collaboration
2015 年に米国の重力波望遠鏡 LIGO は重力波の初観測に成功して以降、複数の重力波の観測に成功している。
日本でも重力波の観測を目指し、岐阜県神岡町で重力波望遠鏡 KAGRA の建設が進められている。重力波望遠
鏡 KAGRA は両腕に共振器長 3 km の Fabry-Perot 共振器をもつ Michelson 干渉系型の重力波望遠鏡である。
重力波と物質との相互作用が非常に弱いため、この重力波望遠鏡で重力波を捉えるためには様々なノイズを取り除く必要がある。そのノイズ源の一つにレーザーの強度揺らぎがある。理想的なマイケルソン干渉計であれば強度雑音は同相除去されるが、実践的には両腕間の非対称性によりマイケルソン干渉計の同相除去効果が減少する
ため、光輻射圧などを介して重力波信号チャンネルに混入してしまう。そのため強度安定化が必要となる。本研究での相対強度雑音の要求値は 30 Hz で 2 × 10−8 /(Hz)1/2 、 100 Hz で 1 × 10−9 /(Hz)1/2 である。相対強度
雑音の要求値を満たすために、音響光学素子 ( AOM ) を用いた強度安定化システムを構築し、以下のことを行っている。
・shot noise を下げるための高出力に対応したセンサーの改良
・AOM ドライバーの改良
・2nd loop の構築
本公演では、このような高出力レーザーの導入に伴う装置の改良と KAGRA での強度安定化の現状について
発表する。

B-a8
KAGRA 環境モニターの設置
富山大理

森有紀乃 on behalf of the KAGRA Collaboration

Installation of environmental monitors in KAGRA
U-toyama

Y.Mori on behalf of the KAGRA Collaboration
岐阜県飛騨市神岡町にある KAGRA は、地下に設置された基線長 3 km の干渉計型大型低温重力波望遠鏡である。
アインシュタインが理論を提唱してから約 100 年後の 2015 年に、アメリカの重力波望遠鏡 Advanced LIGO は、
重力波の初の直接検出に成功した。初検出を受け、国際的な観測網を構築することが現在の課題であり、KAGRA
もその一員である。重力波望遠鏡は微小な鏡間の距離を読み取り重力波信号を検出する。10− 21 以下というとても小さな時空の歪みを検出するにあたり、重力波信号以外の雑音が入ってしまうと重力波信号は埋もれてしまう
ため、雑音をどう取り除くかが課題となっている。すでに分かっている雑音については雑音そのものを小さくする対策がとられている。例えば鏡を振り子でつるす、熱雑音を低減するために鏡を低温に冷やす、地面振動を防
ぐため地下に設置することなどである。一方で環境変動による雑音もあり、環境が重力波検出にどのような影響を与えるかを調べる必要がある。そのために KAGRA 坑内に様々な環境モニターを設置し、環境雑音やその重力波検出ポートへのカップリングを測定している。2018 年 7 月から 9 月にかけて、音場変動を測定するためのマイク、磁場変動を測定するための磁束計、振動変動を測定するための加速度計を用いて、干渉計に用いるレーザーの一番上流にある入射系光学定盤とその周辺の環境雑音を調べた。
本講演では、主にマイクと磁束計を用いた研究結果と今後の展望について発表する。

B-p1
富山大理

CaH 分子及び CaD 分子のレーザー分光
谷伊織，渡辺響平，高見周征，國吉洋泰，古田仁，小林かおり，松島房和，森脇喜紀

Laser Spectroscopic Study of CaH and CaD
Dept. of Phys., Univ. of Toyama

I. Tani, K.Watanabe, S. Takami, H.Kuniyoshi, J.Furuta, K. Kobayashi,
F. Matsushima and Y. Moriwaki
CaH 分子は最も単純な構造である二原子分子であり、昔から多くの分光研究が行われている。そのため
CaH は良く知られた分子であるが、電子状態間に起こる強い相互作用については以前から注目を受けている。これまでの研究で我々は、B/B'2Σ+と D2∑+の重なる領域について測定した[1,2]。その結果は CarlsundLevin らによる電子状態間の相互作用を考慮した Coupled-Channel 計算[3]の結果と良く似た挙動を示している一方、振動量子数の高い状態については計算よりも大きく相互作用の効果が表れていることを報告している。
今回我々は、B/B'2∑+のポテンシャルバリア付近について分光実験を行った。CaH と CaD 双方について測
定し、分子の振動、回転のふるまいがダブルミニマムの構造によってどのような影響を受けるのか調査した。今回は CaH の v=7,8 と CaD の v=3 について測定した。今学会ではそれぞれの帰属や、ポテンシャルバ
リア付近での振動、回転のふるまいについて議論する。
References[1] K. Watanabe et al., Chem. Phys. Lett. 657, 1 (2016).
[2] K. Watanabe et al., Chem. Phys. Lett. 710, 11 (2018).
[3] C. Carlsund-Levin et al., Scrinzi, Physica Scripta. 65, 306 (2002).

B-p2
Yb2 分子の電子遷移分光に向けた取り組み
富山大学理 京都大学理 A

高畠涼汰、羽田尚之、小西一摩、鈴木雄大
馬場正昭 A、榎本勝成
Towards spectroscopy of electronic transitions of Yb2 Molecules
Univ. of Toyama, Kyoto UniversityA
R. Takabatake, N. Hada, K. Konishi, T. Suzuki, M. BabaA, and K. Enomoto
Yb2 分子は極低温 Yb 原子の光会合の研究（文献[1]など）を通じて興味が持たれているが、分子ビームを用いた分子分光はまだ行われていない。そこで我々は Yb2 分子の電子遷移の観測を目指し、加熱式分子線を用いて Yb2 分子の分光実験を試みている。
真空容器内でサンプルをオーブンで熱することで Yb2分子を生成し、波長可変パルスレーザーを用いて励起させる。分光器を通して螢光を測定し、励起および発光スペ
クトルを測定する。399 nm(Yb 原子の 1S0-1P1 遷移)付近で励起した場合、1S0-3P 状態への前期解離が期待される[1]。
このため分光器で 556 nm(1S0-3P1)をモニターしたところ、
図 1 のようなスペクトルが観測された。この結果を文献[2]と比較したところ、Yb 原子の Rydberg 状態への二光子
励起スペクトルであることがわかった。本講演ではこれらの試行の結果を報告する。
[1] Y. Takasu, et al. Phys. Rev. Lett., 93, 123202 (2004)[2] M Aymar, A Débarre and O Robaux J. Phys. B: 13, 1089-1109 (1980)

図 1: Rydberg 状態の観測

B-p3
液体 He 中でレーザーアブレーションによって生成された
超伝導微粒子の磁気トラップⅧ
富山大理,福井大院工Ａ,阪大院基礎工 B
直井惇,髙宗雅人,佐々木照太,松島房和,熊倉光孝 A,芦田昌明 B,森脇喜紀
Magnetic Trapping of Superconductor Particles Producedby Laser Ablation in Liquid Helium Ⅷ
Univ. of Toyama, Univ. of Fukui A, Osaka Univ.B
J. Naoi, M. Takamune, S. Sasaki, F. Matsushima, M. KumakuraA, M. AshidaB
and Y. Moriwaki
超流動 He 中で試料にレーザーアブレーションを行うことで、サブミクロンサイズの微粒子が生成される[1]。私たちは、この方法で生成された超伝導微粒子を、完全反磁性を利用して四重極磁場中にトラップしている[2]。私たちは、これらのトラップ微粒子の超伝導特性や磁気トラップの特性について、トラップ微粒子の転移温度の測定や、CW レーザー照射によるトラップ微粒子の運動について調べている。
トラップ微粒子に CW レーザーを照射することでその微粒子を動かし、微粒子の運動の様子を時間的に追跡した。その結果を分析することで粒子の大きさや超流動 He の粘性などの情報が得られる。前回、この手法で粒径測定した 1 つの粒子を回収して、SEM で粒径を測定し、両者の比較を行った[3]。現在、新たにMie 散乱理論に基づいて光学的にトラップ微粒子の粒径を測定する手法を検討中である。
[1] S. Okamoto, K. Inaba, T. Iida, H. Ishihara, S. Ichikawa, M. Ashida, Sci. Rep. 4, 5186 (2014).
[2] Y. Takahashi et al. Appl.Phys.Express. 10, 022701 (2017).
[3]直井惇ら,日本物理学会 2018 年秋季大会,
液体 He 中でレーザーアブレーションによって生成された超伝導微粒子の磁気トラップⅦ.

B-p4
偏光フィルタリングを用いた高強度 THz 波の電気光学サンプリング
江崎 晃弘１, 北原 英明１, 加藤 博之１, 椎原 正基 1
ジェシカ・アファリヤ 1 山本 晃司１, 古屋 岳１,マイケル・バクノフ 2, 谷 正彦１
福井大学遠赤センター, 2 ニジーニノブゴロド大学

１Electro-optic sampling of high intensity THz waves using polarization filtering
Akihiro Esaki1, Hideaki Kitahara1, Hiroyuki Kato1, Masaki Shihara1,
Jessica.Afalla1, Kohji Yamamoto1, Takashi Furuya1, Michael. Bakunov3, Masahiko Tani1
1
FIR UF, 2Univ. Nizhny Novgorod
我々の研究グループでは、電気光学サンプリング（EOS）による1.0

抑制することによって向上させる偏光フィルタリングを用いた

0.5

EOS を提案、実証してきた。偏光フィルタリングを用いた EOS で0.0

御素子で抑制し、縦偏光成分と横偏光成分を分離する偏光子の直前のプローブ光の円偏光からのずれが大きくなることで、EOS 信号

ΔI/I×10は、EO 結晶を透過した直後のプローブ光の主要偏光成分を偏光制-1

テラヘルツ（THz）波の検出感度を、プローブ光の主な偏光成分を

-0.5
-1.0

の値が増大する。本実験研究では、光源に再生増幅型のフェムト秒-1.5レーザーを用いることによって発生させた高強度 THz 波に対して-2.0

偏光フィルタリングの効果を評価した。プローブ光に中心波長 800
nm , 繰り返し幅が 1kHz のレーザー光を用いて、Air-Plasma からの高強度 THz 波を EOS で検出した。観測された THz 波の時間波形をフィルタなしフィルタあり5

10

15Time (ps)2025

図 1. 偏光フィルタリングの有無で比較した THz 波の時間波形フィルタの有無で比較したものが図 1 である。EOS 信号ΔI/I は偏光フィルタリングにより約 2.2 倍向上した。講演では、Nearly ZeroPhase-Bias [1]を用いた場合と比較した実験結果も報告する。

[1] Zhiping Jiang , et al, Appl. Phys. Lett. 74, 1191 (1999).

B-p5
金属スピントロニック素子による THz 波放射の励起光波長および励起パワー依存性
織田 祥成 1, Valynn Katrine Mag-usara1, Miezel Talara1, 北原 英明 1, Jessica Afalla1, Garik Torosyan2,4, Sascha Keller3,4,
Laura Scheuer3,4, Johannes L’huillier2,4, Rene Beigang3,4, Evangelos Th. Papaioannou3,4, 谷 正彦 1
1
福井大学遠赤外領域開発研究センター, 2Photonic Center Kaiserslautern,
3
Univ. of Kaiserslautern, Department of Physics, 4Univ. of Kaiserslautern, Research Center OPTIMAS,

Pump wavelength and power dependence of THz Emission from Spintronic Bilayer Structure
Yoshinori Oda1, Valynn Katrine Mag-usara1, Miezel Talara1, Hideaki Kitahara1, Jessica Afalla1, Garik Torosyan2,4, Sascha Keller3,4,
Laura Scheuer3,4, Johannes L’huillier2,4, Rene Beigang3,4, Evangelos Th. Papaioannou3,4, Masahiko Tani1
1
FIR UF, 2Photonic Center Kaiserslautern, 3Univ. of Kaiserslautern, Department of Physics,
4
Univ. of Kaiserslautern, Research Center OPTIMAS
0.5

THz Amplitude (nA)

THz Emission (nA)

金属スピントロニック素子は、強磁性体薄膜と非磁性体薄膜のヘテロ構造を有して
0.4
400 nm pump
0.3
おり、これをフェムト秒レーザーで励起するとスピン流が強磁性体薄膜中で励起され、800 nm pump0.2
非磁性体薄膜に拡散する。拡散したスピン流は逆スピンホール効果によって非磁性体
0.1
薄膜中に過渡的な電流を生じさせる。この電流が非常に短時間で生成、減衰すること
0.0
により、THz 波が発生する[1]。主に、強磁性体薄膜 Fe(2 nm)、非磁性体薄膜 Pt(3 nm)-0.1
を MgO 基板にエピタキシャル成長させた素子についての研究結果が報告されている-0.2が、それらは波長 800 nm, 1.55 µm を励起光として用いたものである[2-3]。今回我々は、
0
5
10
15
Time (ps)
励起光として新たに 400 nm の波長を用い、Fe/Pt 素子による THz 波を時間領域分光法（THz-TDS）で測定した。各波長においての測定結果を比較し、Fe/Pt 素子による THz 図 1. Fe/Pt 素子による THz 波の時間波形
波発生効率の波長、励起パワー依存性について議論する。図 1 は、励起波長 400 nm お
2.0
1.8
よび 800 nm の場合に、Fe/Pt 素子から放射された THz 波の時間波形、図 2 は各波長に1.6おける THz 波の励起光パワー依存性を示したものである。図 1 より Fe/Pt 素子による
1.4
1.2
THz 波の励起光波長依存性はほとんど見られないことが分かる。また、図 2 より励起
1.00.8
パワーを高くすると緩やかに飽和する傾向があることが分かる。
1. T. Seifert et al., Nature Photonics, 10, 483 (2016).
2. G. Torosyan et al., Scientific Reports, 8, 1311 (2018).
3. E. Th. Papaioannou et al., IEEE Transactions on Magnetics, 54,
Issue 11, (2018) [DOI: 10.1109/TMAG.2018.2847031].

0.6
0.4
0.2
0.0

800-nm pump
400-nm pump0

5

10 15 20 25 30 35 40 45 50
Pump Power (mW)

図 2. THz 波放射の励起パワー依存性

B-p6
テラヘルツ波の波長変換素子の開発
小野 義泰 ，赤峰 勇佑 1, Dmitry Bulgarevich2, 山本 晃司 1, 古屋 岳 1,
北原 英明 1,Jessica Afalla1, Valynn Mag-usara1,Khoa Nhat Thanh Phan3,
加藤 康作 3, 高野恵介 3,4, 中嶋誠 3, 谷 正彦 1
1
福井大学遠赤外センター, 2 国立研究開発法人物質・材料研究機構,
3
大阪大学レーザー科学研究所, 4 信州大学 環境・エネルギー材料科学研究所
1

Development of THz frequency conversion device
Y. Ono1, Y. Akamine1, D. Bulgarevich2, K. Yamamoto1, T. Furuya1, H. Kitahara1, J. Afalla1, V. Mag-usara1,
Khoa Nhat Thanh Phan3, K. Kato3, K. Takano3,4, M. Nakajima3, M. Tani1
1
FIR Univ. of Fukui, 2NIMS, 3ILE Osaka Univ., 4Shinshu Univ.

Transmission

1.0
近年、テラヘルツ波の研究開発が急速に発展しているが、Pol. xTHz-THz 波長変換素子の開発はまだ実現していない。これ0.8までにメタマテリアルと半導体量子井戸の複合構造により、Pol. y0.36THz高い感受率が報告されている[1]。本研究の目的はメタマテ
0.6
リアル構造とプラズモニクスを組み合わせた高効率なテラ0.4ヘルツ波の波長変換素子を開発することである。
0.77THz
右図は SRR(Split Ring Resonator)型のメタマテリアルを用0.2
いたテラヘルツ波の透過スペクトルのシミュレーション結
0.0
果である。この図から基本波の周波数に対応する 0.36THz
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
の約 2 倍に当たる 0.77THz 付近に共鳴が確認できる。このFrequency (THz)
ようなメタマテリアルを非線形光学結晶上に製作した素子を評価する。
図：HFSS シミュレーションによる透過スペ[1] J. Lee et al Adv. Opt. Mater 4, 644 (2013)
クトル

B-p7
シリコンの透過テラヘルツ電場波形に対する光励起の影響
福井大院工, 福井大工 A, 福井大遠赤セ B, 神戸大院理 C, 小出 大士朗, 笹島 秀樹, 梅村 洋輝 A,
ジェシカ・アファリヤ B, 守安 毅, 谷 正彦 B, 北原 英明 B, 河本 敏郎 C, 熊倉 光孝

Influence of Photo-excitation for Transmitted Terahertz Waveform in thin silicon
Grad. Sch. of Eng., Univ. of Fukui; Fac. of Eng., Univ. of FukuiA; FIR Univ. of FukuiB, Grad. Sch. of Sci., Kobe Univ.C
D. Koide, H. Sasajima, H. UmemuraA, J. AfallaB, T. Moriyasu, M. TaniB, H. KitaharaB, T. KohmotoC, M. Kumakura

半導体のキャリア密度や散乱時間などの情報はテラヘルツ電磁波領域に現れるため，テラヘルツ波を利用した分光法はキャリアダイナミクスを直接観測することができ非常に有用である．一方，光励起は，不純物をドープする
こと無く，半導体中のキャリア密度を容易に変化させることができる．我々は，光励起とテラヘルツ分光を組み合わせた光ポンプ・テラヘルツ波プローブ分
光システムを構築し，光励起下における半導体のキャリアダイナミクスの解明を目指して研究を行っている．
昨年の講演で，光励起によりテラヘルツ電場波形の振幅とピーク時刻に変化が生じることを報告した．バルクのシリコンにおける透過テラヘルツ電場
波形のピーク時刻のフルエンス依存性を図に示す．フルエンスに依存してピーク時刻が変化していることがわかる．また，100 µJ/cm2 以上の強励起領域でドルーデモデルでは説明できない振る舞いが確認された．
本研究では，奥行きに対して一様なフルエンスで励起できる薄膜のシリコンを用いて，透過テラヘルツ電場波形のピーク時刻の変化から強励起領域におけるキャリアダイナミクスの解明を試みる．

図．バルクのシリコンにおけるテラヘルツ電場波形のピーク時刻のフルエン
ス依存性．

本研究は福井大学・遠赤外領域開発研究センターによる共同研究（課題番号：H30FIRDMO29B）と平成 30 年度「研究道場」プログラムの研究課題および平成 30 年度「神戸大学分子フォトサイエンス研究センターにおける共同利用研究」（課題番号：H30005）として実施されたものである．

B-p8
ガス分子の FID を検出するためのサブハーモニックミキサーの開発
福井大遠赤セ, A 福井大工技術部 眞田洋希, 古屋岳, 北原英明, 青山直 A, 谷正彦
Development of sub harmonic mixer for detecting FID of gas molecules
FIR Center, Univ. of Fukui, AFac. of Eng., Univ. of Fukui

H. Sanada, T. Furuya, H. Kitahara , N. AoyamaA,

M. Tani
我々の研究グループでは、広帯域テラヘルツパルスを励起光源に用いたガス分子からの自由誘導減衰を観測するために、高感度で時間応答の早いサブハーモニックミキサーの開発を行っている。ミキサーのショッ
トキーコンタクトに用いるウィスカーは φ = 0.2 mm のタ1.8器として実績のある p 型シリコンを用いた。試作した検出器のビデオ検波特性を図 1 に示す。○がガン発振器の出力、■が検出器の測定電圧である。最も検出効率の良かった 82
GHz (71 mW) において、検出電圧は 1.6 V であった。今回の測定により、試作した検出器が少なくとも 80-115 GHz の領域で応答可能であることが確認された。講演ではミキサーのミキシング特性および 2 倍波の発振特性についても報
告する。

1.6

Detected Voltage (V)液を用い、先端を電解研磨した。半導体はショットキー検出

80

1.4
1.2

60

1.0
0.8

40

0.6
0.4

20

0.2
0.0
0
75 80 85 90 95 100 105 110 115 120
Frequency (GHz)

図 1 ミキサーのビデオ検波特性

Gunn output power (mW)

ングステンワイヤーとし、2 mol / l の水酸化ナトリウム溶

B-p9
低波数ラマン測定による TMAO 水溶液中の水素結合相互作用
大塚 大 1，林 昌治 1, 北原 英明 1, 古谷 岳 1, 山本 晃司 1, 水野 和子 1,
ダイアン マリーナ 2, 佐藤 春実 2, 谷 正彦 1
1 福井大学遠赤外領域開発研究センター, 2 神戸大学大学院
人間発達環境学研究科

Hydrogen bond interaction in TMAO aqueous solution by low wavenumber Raman measurement
Hiroshi Otsuka 1, Shoji Hayashi1, Hideaki Kitahara 1, Takashi Furuya 1, Kazuko Mizuno 1,
Marlina Dian 2, Harumi Sato 2 , Masahiko Tani 1,
1
2
FIR UF, Graduate School of Human Development and Environment, Kobe University
我々は THz 帯(0.1 ~ 20 THz, 1 THz = 33.34 cm-1) のコヒーレントラマン分光法[1]およびラマン分光法を用いて、水溶液中の水素結合ネットワークの働きを調べる研究を行っている。今回、THz-Raman 分光装置を用いて低波数領域の両親媒性分子として知られる TMAO(trimethylamine-N-oxide)のラマンスペクトルを測定した。本実験では、中Signal Intensity (arb. units)

心波長 830 nm のレーザー光を試料に照射し、その後方ラマン散乱
光を検出器で検出している。TMAO 水溶液中では TMAO の親水基と疎水基のそれぞれの影響を受けた水素結合ネットワークが存在することが報告されている[2]。右図は本実験で得られた 4mol/L、2mol/L の TMAO 水溶液と純水のラマンスペクトルである。純水のスペクトルと比較すると、TMAO の濃度があがっていくにつれて信号強度が増加していることが分かる。本講演では、濃度に依存した低波数領域のラマンスペクトルの振る舞いについて議論する 。

6x10

1

5x10

1

4x10

1

3x10

1

2x10

1

1x10

1

4mol
2mol
pure water

0
-1x10

1

0

200

400

600

800

1000

Raman Shift (THz)[1] M. Tani, et al, Appl. Phys. Express, 3, 072401 (2010)[2] S. Imoto, et al, Phys. Chem. Chem. Phys, 20, pp 6146-6158(2018)図TMAO 水溶液と純水のラマンスペクトルB-p10
第一原理計算法による低温成長 GaAs の点欠陥濃度依存性
福井大遠赤センター

大久保

和隼，小山内悠，Mary Clare Escaño，谷正彦

Defect concentration dependence of LT-GaAs bandstructure by first-principles calculation method
FIR UF Kazuyoshi Okubo，Yu Osanai，Mary Clare Escaño，Masahiko Tani

テラヘルツ波の発生・検出の素子材料として用いられている低温成長 GaAs の光伝導度の実験結果からミッドギャップ準位を介したサブバンドギャップ光励起が起きていることが確認されている。我々の先行の研究から、ミッドギャップ状態の存在は As のアンチサイト点欠陥によるものだということがわかっている。
本研究では一般化勾配近似(GGA)を用いた密度汎関数理論からバンド構造を求め、As のアン
チサイト点欠陥濃度に依存して、ミッドギャッ
プ状態がどのように変化するのかを調べた。点
欠陥濃度 3.13％、1.00％でバンド構造の計算をした結果から、1.00％のときミッドギャップ状態が現れたが、高い濃度（3.13％）のときミッドギャップ状態は現れなかった(図参照)。講演
では、この結果と考察について報告する。

B-p11
誘電泳動による CdSe/ZnS 半導体量子ドットの運動操作
福井大院工
下村 昂之，馬場 宥太，浅野 理貴，松永 康平，守安 毅，熊倉 光孝
Manipulation of CdSe/ZnS Quantum Dots by Dielectrophoresis
Grad. Sch. of Eng., Univ. of Fukui

T. Shimomura, Y. Baba, R. Asano, K. Matsunaga, T. Moriyasu, M. Kumakura

原子に対するレーザー冷却やイオントラップ，また，高分子に対する電気泳動や細胞に対する光トラップなど，様々なサイズの粒子に対する光や電場を用いた運動操作法が幅広い分野で応用されている。一方，ナノ粒子に対しては，粒子のサイズや環境の熱エネルギーなどから，その運動操作は未だ困難な状況にある。
本研究では，常温の溶液中に分散された数 nm サイズのコロイダル半導体量子ドットを対象として誘電泳動による運動操作を実現することを目標に，実験条件の検討と装置の開発を行った。
電場による粒子の分極を利用する誘電泳動では，電場 𝐸 により，誘電率 𝜀𝑝 の粒子に対して，
𝜀𝑝 − 𝜀𝑚
𝐹𝐷𝐸𝑃 = 2𝜋𝜀𝑚 𝑟 3 Re [] ∇|𝐸|2
𝜀𝑝 + 2𝜀𝑚の力が働く。ここで 𝜀𝑚 は溶媒の誘電率，𝑟 は粒子の半径である。これまでに，例外的に大きな比誘電率 (~ 80)を持つ水の中の微粒子に対して常温での運動操作が試みられ，μm サイズの粒子に対しては有効性が明らかにされている。しかし，ナノ粒子に対しては，印加できる電場勾配の実験上の制約などから，常温での運動操作は困難とされてきた。そこで我々は，水と遜色がない 65 程度の比誘電率を持つとともに，電気分解などが生じにくい非プロトン性極性溶媒を用いて，従来よりも大きな電場勾配を印加可能な実験系を考えた。間隔5 mm 程度の電極間に約 10 kV の電位差を加え，その間に試料粒子である直径 6 nm 程度の CdSe/ZnS 量子ドットを溶かした溶媒をガラスキャピラリーに封入して配置する。
粒子の移動は，
量子ドットからの蛍光を CCD
カメラで観測し，空間分布の変化としてモニターする。CdSe のナノ粒子は 104 近い比誘電率を持つことが報告されているが，一般的な化学合成で得られるコロイド状のコア－シェル型半導体量子ドットは，シェルやキャップ有機分子を周囲に持つことによりバルクのナノ粒子とは異なる誘電率を持つと考えられ，今後の運動操作に重要な粒子全体としての誘電率について，本研究から新たな知見が得られると期待される。

B-p12
微細液滴を利用した量子ドットの気相中への分散
福井大院工

馬場 宥太, 下村 昂之, 浅野 理貴, 松永 康平, 守安 毅, 熊倉 光孝

Dispersion of Quantum Dots into the Gas Phase Utilizing Droplets Miniaturized
Grad. Sch. of Eng., Univ. of Fukui

Y. Baba, T. Shimomura, R. Asano, K. Matsunaga, T. Moriyasu, M. Kumakura

直径が数ナノメートル程度の微粒子である量子ドットは，内部原子に対する表面原子の割合がバルクに比べて非常に大きく，表面の影響が量子ドットの物性に顕著に表れる。そのため，量子ドット本来の光学特性を調べるには，量子ドットを取り巻く周囲の環境の影響を排除する必要がある。そこで我々は，液滴を用いて量子ドットを気相中に分散・孤立化させることにより，量子ドット本来の光学特性の測定を試みている。
我々の従来の測定では，量子ドットを含む直径 5 µm 程度の有機溶媒の液滴を，ピエゾ素子を用いて乾燥窒素中に発生させ，溶媒の蒸発による量子ドットの孤立化とそれに伴う蛍光スペクトルの変化を観測してきた[1]。本研究では，この方法の課題であった量子ドットの密度の向上や溶液中の不純物の影響を低減するため，
直径数 10 nm 程度の微小液滴を発生させることができ
る回転メッシュ式の液滴発生器を用いた新たな実験装置を開発した（図１）。使用した量子ドットは直径 5 nm
程度の (AgIn) x Zn 2(1-x) S2 ナノ結晶[2]で，このヘキサン溶液を液滴として乾燥窒素中に分散した。溶媒の蒸発に伴う量子ドットの蛍光スペクトルの変化を測定した
ところ，窒素中に孤立した量子ドットでは光励起後の熱緩和により発光効率が大きく減少することが示唆される結果が得られた。
本研究は JSPS 科研費 JP16H06505 の助成（新学術領域研究「光圧ナノ物質操作」）を受けたものです。
[1] 馬場宥太 et al., 2017 年度北陸支部定例学術講演会,
A-a4
図 1 回転メッシュによる分散装置の概略図[2] T. Kameyama et al., J. Phys. Chem. C, 119, 24740(2015)

B-p13
レーザーによる偏向法を用いた Ca 同位体濃縮の空間分布測定による評価
福井大学工 河島佑介, 小川泉, 伊代田智洋, 松岡耕平, 福島直人, 仁木秀明
Evaluation of Ca isotope enrichment (deflection method with laser) by space distribution
measurement
Faculty of Eng,Univ.of Fukui Y.Kawashima, I.Ogawa, T.Iyoda , K.Matsuoka, N.Fukushima,
H.Niki
ニュートリノのマヨラナ性を検証するために、48Ca を崩壊核としてのニュートリノを放出しない二重ベータ崩壊（0νββ）の探索が行われている。48Ca は 0νββ の崩壊核の中でも最大の Q 値(4.27MeV)を持つ。しかし、48Ca は天然存在比が非常に小さいため(0.187%)、濃縮してターゲット核を増やす必要がある。福井大学ではレーザーを用いた偏向法により濃縮を行っている。偏向法とは、Ca にレー
ザーを照射し、目的の同位体のみに運動量を与えることで同位体分離を行う手法である。偏向法では一回の分離工程で高純度の 48Ca を得ることができる。
これを検証するため、偏向用レーザー ON/OFF での、Ca 原子ビームの空間分布を測定することを考えた。ある点で得られる質量スペクトル中の同位体の量はイオンの質量差を利用した飛行時間式質量分析(TOF)によって定量することができる。イオン化用レーザーで、位置を掃引することで、Ca をイオン化
し、Ca の空間分布を作成した。しかし、掃引する位置によってイオンの捕集効率の低下が懸念されるため、シミュレーションに基づいた実験装置の改良を行った。
今回はこの改良について報告を行う。
図 1.

偏向法の概念図

C-a1
CeAl2 の熱膨張と磁歪Ⅱ
金沢大自然、東大物性研 A 西川智生、前田加衣、大橋政司、郷地順 A、上床美也 A
Thermal expansion and magnetostriction of CeAl2 Ⅱ
Graduate School of Natural Science and Technology, Kanazawa University, ISSP University of
the TokyoA Tomoki Nishikawa, Kae Maeta, Masashi Ohashi, Jun GohchiA, Yoshiya UwatokoA
CeAl2 は立方晶の C15 型ラーベス相化合物で、TN が 3.9K の反強磁性体であり、磁化測定の結果から磁化容易軸が(111)方向であると報告されている。この物質について幾つかのグループが低温で熱膨張測定を行っているが[1][2][3]その結果は様々である。本研究では CeAl2 単結晶を用い、反強磁性相及び常磁性相のそれぞれについて熱膨張と磁歪の測定を行った。
試料は CeAl2 単結晶を引上げ法により育成したものを使用し、ひずみの計測にはキャパシタンス法を用いた。スプリットマグ
ネットを使用し、TN をまたぐ 1.8～5K の温度領域にて様々な方向に磁場をかけ、歪みの温度変化や磁場の角度変化の測定を行った。図 1 は測定の一例で、(100)方向の歪みを測定した結果である。
縦軸は 5K を基準とした歪みを示す。1T の磁場では 3.9K
において TN に対応する折れ曲がりが見られた。それ以下の温度では降温とともに歪みは収縮した。一方、6T では相転移は見られず膨張する傾向がある。また、同じ(100)方向に磁場をかけた場合でも磁場の方向と歪みを測定した方向が平行 なとき(100)より、垂直なとき(010)の歪みの方が大きいことが分かる。
図 1 温度依存性[1] M. C. Croft, I. Zoric, and R. D. Parks, Phys. Rev. B 18, 5065(1978).
[2] E. Fawcett, V. Pluzhnikov, H. Klimker, Phys. Rev. B 43, 8531(1991).
[3] R. Schefzyk, W. Lieke, and F. Steglich, Solid State Commun.54, 525 (1985).

C-a2
UTC2 (T = Fe, Ni, Co)の結晶育成
金沢大自然，東北大金研 A 前田 加衣，大橋 政司，山村 朝雄 A
Crystal growth of UTC2 (T=Fe, Ni, Co)

Grad. School Sci. & Tech. Kanazawa Univ., IMR Tohoku Univ.A
K. Maeta, M. Ohashi, T. YamamuraA
UTC2 (T = Fe, Ni, Co)は正方晶[P4/nmm, 129]の結晶構造を持つアクチノイド化合物である 1)2)．図 1 に UTC2の結晶構造を示す．この結晶は空間反転対称性を持たない特殊な構造を持っており，新規な電子物性が期待されるが，これまで磁性や電子物性の報告例はな
い．我々は UTC2 の結晶育成に取り組んでいる.
本研究では，仕込み量の少しずつ異なるインゴットをモノアーク炉を用いた
アークメルト法で作成した．溶け残りを防ぐため，C のバルクを細かく砕き，
全原料金属が約 1g になるように秤量している．U の仕込み量を少なくした
U0.9TC2，T の仕込み量を変化させた UT1+xC2 (x = 0.1, 0.2), C の仕込み量を変化させた UTC1.8, UNiC2+x (X = 0.1, 0.2, 0.3)を作成した．どの試料も均一化のため熱処理を行った．
作成した試料は，X 線粉末回折による相同定を行った．報告通りの UTC2 のピークと不純物らしきピークが見られるものが多く，不純物と思しきピークは
斜方晶 U2TC3 [Pnma,62] であることが考えられる．また，MPMS による磁化測定を行った．UNiC2 では TN=57K で反強磁性転移が観測されたが，これは不純物相の U2NiC3（TN=52K3)）によるものと思われるため，主相である UNiC2 は常図 1 UTC2 の結晶構造
磁性ではないかと考えられる．
1) M. H. Gerss, W. Jeitschko, Materials Research Bulletin, 21-2 (1986) 209-216.
2) H.Holleck, Ternare Carbidsysteme der Actinoiden, Journal of Nuclear Materials, 124 (1984) 129-146.
3) Thomas Vomhof, et al., Journal of Alloy and Compounds, 196 (1993) 173-176.

C-a3
極低温 ESR 測定用周波数可変共振器への応用を目指した
ピエゾアクチュエータの調整パラメータの定量化の試み
福井大遠赤セ、福井大工 A 林哉汰、富永隼人 A、堂野壱暉、大見謝恒宙、石川裕也、藤井裕、
光藤誠太郎、本田知己 A、川崎孝俊 A、山森英智 A
Quantification of parameters for piezo actuator of frequency tunable resonator for very-low-temperature ESR measurement
FIR Center, Univ. Fukui; Fac. Eng., Univ. FukuiA
K. Hayashi, H. Tominaga , K. Dono, T. Omija, Y. Ishikawa, Y. Fujii, S. Mitsudo, T. Honda A, T. KawasakiA, H. YamamoriA
A

電子スピン共鳴(ESR)を様々な周波数で行う多周波 ESR 測定は、測定試料のエネルギーダイアグラム等有用な情報を与える。ESR 測定において検出感度向上のために共振器法がよく用いられるが、共振周波数が共振器の形状に依存するため多周波 ESR には不得手である。例として Fabry–Pérot 共振器(FPR)では構成する
2 枚のミラー間距離によって共振周波数が決定されるため、極低温で多周波 ESR 測定を行えるようにするには外部からミラー間距離を変化させ共振周波数を調整する必要がある。
我々はこれまでに自作のピエゾアクチュエータを用いたミラー可動機構を製作し、極低温で外部から共振周波数の調整が可能な FPR を開発、多周波 ESR 測定を行った[1]。極低温における安定的なミラー可動機構の動作には、グラファイトロッドを締め付ける力の調整が重要であるが、温度変化に伴いピエゾ素子の伸縮量やロッドを締め付ける力が変化する。そのため室温でロッドの締め付けネジを調整しても、極低温で動作しない場合がある。また、調整する際の個人差やロッドやチタンブロックの個体差もある。そこでアクチュエータ可動の確実性を向上させるため、図のような引っ張り試験機を用いて摩擦力を測定し、ロッドを締め付ける力を求め、可動条件の定量化を試みた。講演では詳細について報告する。
図 製作した引っ張り試験機[1]三浦俊亮“ピエゾアクチュエータを用いた極低温 ESR のための周波の概要図
数可変共振器の開発”, 福井大学大学院物理工学専攻修士論文, 2017.

C-a4
平面コイルを用いた希薄リンドープシリコンの超低温 ESR/NMR 二重磁気共鳴測定
福井大遠赤セ, 福井大工 A, 兵庫医大物理 B, 京大理 C, 韓国科学技術院 D, 福井大工技術部 E
小泉 優太, 石川 裕也, 大矢 健太, 三浦 俊亮 A, 藤井 裕, 福田 昭 B, 松原 明 C, 水崎 隆雄, Soonchil LeeD,
小林 英一 E, 菊池 彦光 A, 光藤 誠太郎

ESR/NMR double magnetic resonance measurement of lightly P-doped Si with flat RF coil
FIR Center, Univ. of Fukui; Dept. of Applied Physics, Univ. of FukuiA ; Hyogo Col. of Med.B ; Dept of Physics, Kyoto
UniversityC ; Korea Advanced Institute of Science and TechnologyD ; Technical Division, Faculty of Engineering, Univ. of FukuiE
Y. Koizumi, Y. Ishikawa, K. Ohya, S. Miura A, Y. Fujii, A. FukudaB, A. MatsubaraC, T. Mizusaki, S. LeeD, E. KobayashiE, H. KikuchiA, S. Mitsudo

我々は、超低温・高磁場域で、電子・核二重共鳴(ENDOR)法や動的核偏極(DNP)を用いて、核スピンが希薄な系における核スピン状態を検出することを目指し、ミリ波 ESR/NMR 二重磁気共鳴装置の開発を行っている。我々は ESR 用の共振器として球面ミラーと平面ミラーを対に並べた Fabry-Pérot 型共振器を用いてきた。
この平面ミラーには、薄いカプトンフィルム上に金薄膜を施したものを用い、skin depth の違いからミリ波は反射し、ラジオ波は透過することができるようにした。以前はヘルムホルツコイルを NMR 用に用いていたが、ミリ波共振モードの外側に置くために filing factor を高めることは難しい。そこで金薄膜の直下に、NMR
励起・検出のために meanderline[1]と呼ばれる蛇型の矩形コイルを設置することで、共振器内のミリ波共振モードを乱すことなく、RF コイルを試料に近づけることを可能とした。このとき RF 磁場強度は不均一であるが、平板状の薄い試料に対して高感度に NMR
Absorption
信号を検出する事が可能である。また、ENDOR 測定のための NMR 遷移の励起に関しても効率が良いと期待される。我々は、開発した共振器を用いて、0.22 K
QC デバイス候補である Si:P の ENDOR 測定および、DNP-NMR 測定を行った。
約 0.2 K, 130.15 GHz で得られた高磁場側の ESR 共鳴線に対し磁場変調をかけ、ミリ波を 20 分照射することで、約 83％の核偏極度が得られた(図)。また、高磁場側の ESR 共鳴線のピークで信号強度をモニターしながら RF 波を掃引したところ、139.03 MHz で NMR 遷移が起きていることが確認できた。本講演
では、平面コイルの特性や ENDOR および DNP-NMR 測定について報告する。

[1] M. L. Buess et al.: J. Magn. Reson. 92, 348-362 (1991)

図. Si:P の DNP 前後の ESR 信号強度の比較。

C-a5
154 GHz ジャイロトロン光源を用いた直交検波法パルス ESR による FID 測定
福井大遠赤セ河野海志 , 堂野壱暉 , 石川裕也 , 林哉汰 , 藤井裕 , 光藤誠太郎
FID measurements by quadrature detection method for pulsed ESR using 154 GHz Gyrotron
FIR-Center, Univ. of Fukui
K. Kono, K. Dono, Y. Ishikawa, K. Hayashi, Y. Fujii, S. Mitsudo
パルス ESR は電子スピンの動的性質を調べるための有効な手法である。パルス ESR を行うためには、パルス幅数十 ns の超短パルスに対し十分な強度のマイクロ波が必要となる。近年、自由電子レーザー(FEL)光源による kW クラスのパルス ESR 装置が開発され、高周波化が盛んに行われている[1]。我々は、FEL に比べてサイズがコンパクトな、高出力ミリ波光源である Gyrotron FU CW ⅦA(154 GHz)を用いて、研究室スペースで実現可能な高周波パルス ESR 装置の開発を行っている。
これまでに我々は、ショットキーバリアダイオードを用いて、安定的なラジカルを持つ BDPA(PS)の自由誘導減衰(FID)の観測に成功した[2]。我々はさらにフーリエ変換 ESR スペクトルを得るために、検出部を直交検波法が行えるような装置に置き換えるべく開発を行った。開発したシステムは、ジャイロトロンとは別に用意した Gunn 発振器を用いて 154 GHz の FID 信号を最終的に数 100 MHz 程度までダウンコンバートする。この時、位相が 90 度ずれた 2 つの信号成分(I,Q 信号)として検波できるようにしており、このフーリエ変換により ESR ス
ペクトルが得られる。
図 1 に 50 mM の BDPA(PS)の FID 測定結果(温度 10 K)を示す。講演ではラビ振動測定や 100 mM BDPA(PS)のFID 測定結果を報告する。
[1] S.Takahashi et al. Nature 489 , pp. 409-413 (2012)[2] 柊木ら; 日本物理学会 2017 年秋季大会,21aPS-90.

図 1.検波された(I または Q)成分の生波形。この 2 本の波形はそれぞれ異なる外部磁場であり、共鳴磁場における FID 信号を含んだものの方が大きな振幅を持つ。

C-a6
スピンダイマー反強磁性体 CoSeO3 2H2O における磁場誘起磁気相転移
福井大工、福井大遠赤セ
加藤捷豊、菊池彦光、藤井裕 A
Magnetic field induced magnetic phase transition in spin-dimer antiferromagnet CoSeO3・2H2O.
Univ. of Fukui, FIR Center, Univ. of FukuiA
K.Kato, H.Kikuchi, Y.FujiiA
磁場中のスピンダイマーは、磁化プラトーなどの量子相転移が見られる事から注目されている。特に、磁気異方性が大きい場合、マグノンの超固体相が生じる理論的可能性が示されている 1）。我々はスピンダイマー磁性体 CoSeO3 2H2O2）の磁性に興味を持ち、すでに強磁場磁化、NMR 測定により
約 6 K 近傍で長距離秩序する事、低温の磁化曲線に多段ステップが見られる事を報告した 3）。今回、本化合物の磁性を更に調べるため、粉末試料に対する磁場中比熱を測定した。図 1 に測定結果を示す。ゼロ磁場では 6.2K にピークが見られる。一方、4T 以上の磁場中では 4K 近傍に幅広の新たなピークが生じた。この磁場誘起相転移とスピンフ
ラストレーション及び時期異方性の関連を議論する。
1)Ng K-K and Lee T-K 2006 Phys. Rev. Lett. 97
Figure 1 7T までの磁場中で測定した CoSeO3・2H2O
127204.
2) Larranaga et al.I 2005 Materials Research Bulletin の比熱の温度依存性。
40 781–93.
3) Y. Fujii et al. J. Phys. Conf.Ser. 2010 200 022009.

C-a7
硫酸グリシンの横電場下での電流
富山大工奥田 裕哉，喜久田 寿郎

Current under Transverse Electric Field in Triglycine Sulfate
Faculty of Engineering, University of Toyama

Yuya Okuda and Toshio Kikuta[1] S. Hoshino, T. Mitsui, F. Jona, and R. Pepinsky, Phys. Rev. 107, 1255-1258 (1957).
[2] K. Ćwikiel, B. Fugiel, and M. Mierzwa, J. Phys.: Condens. Matter 12, 5033-5041 (2000).
[3] T. Kikuta, H. Nishizuka, T. Yamazaki, and N. Nakatani, Ferroelectrics 336, 91-100 (2006).
[4] B. Fugiel and T. Kikuta, Philos. Mag. 96, 1332-1343 (2016).

Current Ic (μA)

2

Spontaneous Polarization Ps (μC/cm )硫酸グリシン（化学式 NH CH COOH ⋅ H SO 、略称 TGS）は，b 軸に自発分極を持つ単斜晶系の強誘電体である[1]。この単結晶の b 軸と垂直に電場（横電場）を印加し続けると、自発分極の大きさが減少する[2]。自発分極の減少が最も速いのは c 軸と平行に電場を印加したときで，温度に非常に敏感
で相転移温度に近づくほど早く減少する[3]。自発分極が減少するので，代わりに横電場を印加した方向に自発分極が現れるのではないかと思い測定すると，焦電気のような電荷が発生することを見出した[4]。
本研究では、この電荷がエレクトレットのように横電場により試料内に溜まったために発生しただけなのか，あるいは，横電場
3により双極子の向きが変えられてしまったために自発分極の向き
0.1が変わり発生しているのかを明らかにするため，横電場の印加で2流れる電流を測定し，自発分極の減少との関係を調べている。図
は，TGS 単結晶の試料へ c 軸と平行に横電場 3.5 kV/cm を印加しているときの b 軸方向の自発分極の大きさとc 軸と平行に流1れる電流の時間変化である。試料が絶縁体のため，電流には結晶内部を流れたもののほかに表面を伝って流れたものの両方が含ま
0
0
れている。
0
100
200
Time t (min)C-a8
鉄をドープした硫酸グリシン単結晶の育成
富山大院理工Crystal Growth of Iron-doped Triglycine Sulfate
Graduate School of Sci. and Eng., University of Toyama

大村 直輝，喜久田 寿郎

Naoki Ohmura and Toshio Kikuta

硫酸グリシン（化学式 NH CH COOH ⋅ H SO ，略称 TGS）は，キュリー温度 𝑇
49∘ C で 2 次の相転移をする強誘電体である[1]。TGS 単結晶の育成母液に不純物が存在すると，結晶の外形や物理的性質が変わることが知られている[2]。これまでに様々な金属やアミノ酸などを添加した研究が行われてきた[2-6]。近年の環境問題への取り組みの流れから，強誘電体の光起電力効果に再び注目が集まってくるよ
うになってきている。対称性の低い結晶構造が持つバルクの光起電力効果は，透明な結晶の強誘電体では紫外線よりも波長の短いもののみが寄与する。このため，光の利用効率を上げるために不純物をドープして結晶を褐色などにすることが多い。
本研究では，TGS に Fe をドープした単結晶を育成し，その特性評価を行うことを目的とした。まず，グリシンと硫酸を水に溶かしてから再結晶させることで硫酸グリシンの粉末結晶を合成し，再結晶を繰り返すことで粉末結晶の純度を高めた。続いて，粉末結晶に不純物となる硫酸第二鉄を少量加え，飽和温度が 40℃近くになるような育成母液をつくり，徐冷法で結晶成長を行った。およそ 2 週間で 1 個数 gの単結晶を得た。モル濃度 1% の単結晶の晶癖は不純物をドープしない TGS に比べて，著しく改変されて自然成長面が少なくなっている。これは，鉄のイオンが広くなった自然成長面に取り込まれ，結晶成長が遅くなったためと考えられる。現在，誘電測定のほか，様々な濃度の結晶を育成している。
[1] S. Hoshino, T. Mitsui, F. Jona, and R. Pepinsky, Phys. Rev. 107, 1255-1258 (1957).
[2] 豊田，田中，塩川，電気通信研究所研究実用化報告 10, 1181-1195 (1961).
[3] F. Moravec and J. Novotný, Kristall und Technik 6, 335-342 (1971).
[4] M. Banan, A. K. Batra, and R. B. Lal, J. Mater. Sci. Lett. 8, 1348-1349 (1989).
[5] M. A. Gaffar, A. Abu El-Fadl, and S. A. Mansour, J. Phys. D: Appl. Phys.22, 327-336 (1989).
[6] T. Kikuta, T. Yamazaki, and T. Nakatani, J. Korean. Phys. Soc. 35, S1151-S1154 (1999).

C-p1
電気伝導性二次元三角格子反強磁性体 Ag2NiO2 の物性に対する不純物効果
福井大工
伊藤稜平、春木晶尋、菊池彦光
Impurity effects on physical properties of the metallic two-dimensional triangular antiferromagnet Ag2NiO2Univ of Fukui
R. Ito, A. Haruki, H. Kikuchi
Ag2NiO2 は [Ag2]+ 層と [NiO2]- 層が交互に積層した層状化合物で、Ni3＋（S=1/2）は [NiO2]- 面内で三角格子を形成するためにスピンフラストレート効果が期待される。一方、[Ag2]+ 層は金属的な電気伝導に寄与するため、フラストレート磁性と電気伝導性との相関に興味がもたれる。
我々は従来の方法に比べて簡便な水熱合成法を用いて本化合物を作成し、その物性を調べている[1]。今回、キャリアドープを目的として、O2- の一部を F- に、ある
いは Ag の一部を Hg に置換した試料を合成し、磁化率、比熱、電気抵抗測定を行った。図 1 は Ag サイトの一部
を Hg に置換した Ag2(1-x)Hg2xNiO2 の磁化率の結果である。図中の x は Hg のドープ量を表している。Hg のドープ量を増やすにつれて低温での磁化率が抑制されていることがわかる。

図 1 Ag2(1-x)Hg2xNiO2 の磁化率[1] 菊池彦光、一二三優汰、春木晶尋、藤井裕、松尾晶、金道浩一、 日本物理学会 2017 年秋季大会(21aPS-60)

C-p2
一次元交替ボンド反強磁性体 CuCl2•(-pic)2 の鎖間相互作用
福井大工 西首時夫、浅野貴行、菊池彦光
Interchain interaction of one-dimensional alternating bond antiferromagnet, CuCl2•(-pic)2
Fac. of Eng., Univ. of Fukui T. Nishikubi, T. Aasano, and H. Kikuchi
本研究で着目する CuCl2•(-pic)2（-pic=4-Mehylpyridine)は、一次元交替ボンド反強磁性体のモデル物質であり、低温・低磁場において非磁性的な挙動を示す。これまでに、粉末試料による磁化率、強磁場磁化測定等
から鎖内反強磁性相互作用(J/kB=13K)、交替ボンド比(=0.6)、エネルギ
ーギャップ(/kB=12K)が見積られている。しかし、現実の物質による実験的研究を実施する際、必ず存在する鎖間相互作用(J')の大きさを知ることは、次元性の良否を判断する意味でも大変重要であるが現在まで報告されていない。
今回、CuCl2•(-pic)2 の極微小な単結晶試料の合成に成功し、電子ス
ピン共鳴(ESR)を用いて温度及び角度依存性の測定を行った。右図は、CuCl2•(-pic)2 の室温における鎖軸(b 軸)を含む面内での ESR シグナルの角度依存性である。b 軸に平行(=0)及び垂直(=90)に磁場を印加した際は一本のシグナル、角度変化に伴い二本のシグナルが観測された。
この結果は、単位胞内に結晶学的に異なる二種類の鎖が存在することと示唆している。
当日の講演では、結晶構造と比較検討、そして CuCl2•(-pic)2 の鎖間相互作用の見積りを試みたので報告する。

C-p3
NdMo2Al20 の電気磁気特性
富山大院理工 B柴田 誠也 A，並木

富山大工 A孝洋 B，西村

克彦 B

Electrical and magnetic properties of NdMo2Al20
Fac. of Eng., Univ. of ToyamaA, Grad School Sci & Eng., Univ of ToyamaB
S.ShibataA, T. NamikiB, K. NishimuraB

M/H(emu/mol)(M/H)-1(mol/emu)

RT2X20(R = 希土類、T = 遷移金属、X = Al,Zn)は、立方晶 CeCr2Al20 型の結晶構造を持ち、R イオンが 16 個の X 原子で形成されたカゴ状物質である。NdV2Al20 では重い電子挙動や低温での強磁性転移など特異な物性を示す。[1] 本研究では、これまで多結晶試料についての報告例のある[2] NdMo2Al20 の単結晶を作製し、その物性を評価することを目的とし研究を行った。
試料は、化学量論比の組成比で秤量・アーク溶解した後、Al を追加した自己フラックス法によって単結晶を作製した。結晶構造の確認には粉末 X 線回折法を用いた。
格子定数は、14.62 Å となり、過去の報告 14.59 Å とほぼ近い
0.5
250
値となった。背面 X 線ラウエ法を用いて方位を決定し、その後、磁化率測定、比熱測定を行った。
0.4200
図に磁化率の温度依存性を示す。磁化率測定より高温領域
0.3
150
ではキュリーワイス則に従うことが確認できた。キュリーワ
イス温度、有効磁気モーメントは各々-35.8 K、3.59 µB となり、
0.2100
理論値 3.62 µB とほぼ同じ値であった。
比熱測定では、1.9 K までの測定において転移に伴う異常0.150を確認することはできなかった。
講演では、さらに低温領域まで測定した結果も合わせて発
0
0
表する。
0
50
100
150
200
250
300
T (K)
[1]T.Namiki et al.: JPSJ 85 (2016) 073706.
[2]土田 響介, 富山大学修士論文(2017).
磁化率の温度依存性

C-p4
富山大工 A

Nd1-xLaxV2Al20 の電磁気特性
富山大院理工 B
窪田 正道 A, 並木 孝洋 B, 西村 克彦 B

Electromagnetic properties of Nd1-xLaxV2Al20

Fac. of Eng., Univ. of ToyamaA, Grad. School Sci & Eng.,Univ of ToyamaB M. KubotaA, T. NamikiB, K. NishimuraB
RT2X20(R = 希土類、T = 遷移金属、X = Al, Zn)は、Rイオンが16個のX原子によって構成される籠状物質であり立方晶CeCr2Al20型の結晶構造を持つ。NdV2Al20は低温での強磁性相転移やNd化合物で初めて重い電子挙動やあることが報告されている。[1]本研究
では、NdV2Al20のNdの一部を非磁性のLaで置換したNd1-xLaxV2Al20に着目し、その物性の変化について研究を行なった。
目的の組成Nd : La : V : Al = 1-x : x : 2 : 20となるよう秤量し、アーク溶解した
後、Alを追加しAl自己フラックス法によって単結晶試料を作製した。各々の試料について粉末 X 線回折測定を行い、目的の試料が出来ていることを確認した。作製した試料は比熱測定、磁化測定を行った。
磁化率の結果では、x = 0.2, 0.4, 0.6の3つを1.9Kまで測定したがいずれも転移は観測されなかった。以前の報告から、更に低温に存在すると考えられる。
右図に示すように磁化を比較すると、Nd の量にほぼ比例し変化している。また磁化率測定ではいずれもキュリー・ワイス則に則った振る舞いを示す。
一方、
x = 0.4, 0.6 の逆磁化率の温度依存は曲線的になった。これはパウリ常磁性成分の存在を示唆している。有効磁気モーメントはx = 0.2, 0.4, 0.6の順に、2.88μB,
2.07μB, 1.90μBであった。
[1] T. Namiki et al. : JPSJ 85 (2016) 073706

1.9K における磁化の磁場依存

C-p5
R6Pd13Zn4(R = La,Ce)の試料作成と電気磁気特性
富山大工 A 富山大工院理工 B 松本悠輝 A，並木孝洋 B,西村克彦 B
Synthesis and electromagnetic properties of R6Pd13Zn4
Fac. of Eng., Univ. of ToyamaA , Grad School Sci & Eng Univ of ToyamaB Y. MatumotoA, T. NamikiB, K. NishimuraB

M/H (emu/Ce-mol)(M/H)-1 (Ce-mol/emu)

R6Pd13Zn4(R=希土類)は Pd 中心の希土類八面体が体心立方格子にパッキングされておりこの八面体が[Pd3Zn]
ネットワークに囲まれた構造をもつ物質である。この構造をもつ物質の特異な性質として重い電子系が報告されている[1]。今回これまでに物性の報告例がほとんどない R6Pd13Zn4(R = La, Ce)について調べた。
R と Pd を化学量論比が 6:13 となるように秤量しアーク溶解法により Ce6Pd13 のボタン型試料を作製した。
その後 Zn を化学量論比が R6Pd13:Zn=1:4 になるように秤量し500
0.12
400℃まで急速に熱しその後 900℃まで上げ 12 時間保ち均質化処理を行った。試料は粉末 X 線回折法により確認し電気抵抗、
0.1
400
比熱、磁化の測定を行った。
電気抵抗と比熱はカンタムデザイン社の PPMS を用いてそ
0.08300
れぞれ四端子法、熱緩和法で測定した。磁化測定には同社のMPMS を用いて測定した。図に Ce6Pd13Zn4 の磁化率と逆磁化
0.06
率測定の結果を示す。磁化率は高温でキュリー・ワイス則に200従いキュリー・ワイス温度および有効磁気モーメントは各々
0.04
Ce6Pd13Zn4-11.7 K, 2.43 µB であった。これは Ce3+の有効磁気モーメント0H=1.0 T
100
2.54 µB と近い値である。さらに、低温の TN=3.1K で磁気転移
0.02
H//<poly>を観測しそのふるまいから反強磁性であることがわかった。
比熱測定においても同じ温度で磁気転移に伴う異常を観測し
0
0
0
50
100
150
200
250
300
た。
T (K)
磁化率と逆磁化率の温度依存性[1]E. Matsuoka et al, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 013705 (2018).

C-p6
CeCoSi の磁性と圧力効果
富山県立大工，室蘭工大 A，富山大院理工 B
谷田博司，室裕司，三本啓輔，福原忠，川村幸裕 A，松本裕司 B，並木孝洋 B，桑井智彦 B
Pressure effects on magnetism in CeCoSi
Toyama Prefectural University
H. Tanida, Y. Muro, K. Mitsumoto, T. Fukuhara
Muroran Institute of Technology
Y. Kawamura
University of Toyama
Y. Matsumoto, T. Namiki, and T. Kuwai
希土類三元化合物 CeCoSi は正方晶 CeFeSi 型構造（P4/nmm, D4h7, #129）をとる。この構造は、よく知られた ThCr2Si2 型構造（I4/mmm, D4h17, #139）とよく似ているが、遷移金属元素を含む 2 次元層の積層シーケンスに違いがある。そのため、CeFeSi 型構造では希土類サイトに局所反転対称性が存在せず、非対称なスピン軌
道相互作用に由来した異常物性の発現する可能性がある。
CeCoSi は、伝導の振舞は金属的で、TN=9.5 K で反強磁性秩序を示す。圧力を加えても TN の大きさは殆ど変化しないが、TN での異常は急速に弱くなり、P~1 GPa 付近で一次転移的に消失する。さらに圧力を加えると、未知の秩序相が急速に発達する。この圧力誘起相の転移温度 T0 は最大で T0~40 K にまで達す
るが、Pc~2.2 GPa で速やかに消失する [1]。我々は、この圧力誘起相の起源を解明すべく、CeCoSi の La 置換効果、および圧力下磁化の振舞を 2 GPa 付近まで調べた。文献の結果も考慮すると、T0 では、反強四極子秩序のような非磁気的自由度による秩序の起きている可能性が高い[2]。詳細は当日報告する。
[1] E. Lengyel et al., PRB 88, 155137 (2013).
[2] H. Tanida et al., JPSJ 87, 023705 (2018).

CeFeSi 型構造（左）と ThCr2Si2 型構造（右）C-p7
SmMo2Al20 の作製と極低温基礎物性
富山大院理工小金 勇也 尾池 光太 石川 義和 桑井 智彦
Sample Preparation and Low-Temperature Properties of SmMo2Al20
Graduate School of Science and Engineering, University of Toyama
Y. Kokin, K. Oike, Y. Isikawa, and T. Kuwai
立方晶 SmTr2Al20 (Tr = Ti, V, Nb, Ta, Cr)は，多極子自由度を持つ Sm3+イオンの 4f 電状態に起因した異常なふるまいが極低温領域で観測され注目されている [1]。いずれも基底状態は Γ8 四重項で，極低温において磁場に鈍感な反強磁性的相転移と近藤効果的ふるまいが共通している。Tr = V，Nb，Ta は 2～2.9K で相転移を示
し，電子比熱係数 γ はそれぞれ 0.7，1.4，3.2 J/K2 mol の大きな値を持つ[2]。単結晶の報告のない Tr = Nb の基礎物性については，単相多結晶試料を用いた我々のグループの研究により最近明らかにされた。
これに対して Tr = Cr の系は，転移温度が 1.8 K とやや低く，かつ近藤効果的ふるまいは他の系に比べてさほど明瞭ではない。また，周期表で Cr の真下に位置する Tr = Mo の系の基礎物性についてはこれまでに公的な報告がないことから，本研究ではこの系の試料作製を試み，その基礎物性を調べることにした。試行錯誤によってこれまでにかなり単相に近い多結晶試料が作製でき，これを用いて 0.1 K までの比熱，電気抵抗率，熱電能などのふるまいを調べた。また，この多結晶試料を母材にした単結晶試料の育成も行い磁化，電気抵抗率の測定も始めている。
組成比を 1：2：20 から Mo や Al をわずかにずらして秤量した母材を用いてアーク溶融によりボタン状試料を作製し，その後 645 ℃で 10 日間アニールすることにより多結晶試料を得た。結晶構造は，X 線解析により CeCr2Al20 型立方晶であることがわかった。単結晶の育成は Al 自己フラックス法を用いて行われた。
現時点で最も不純物が少ないと判断できる多結晶サンプル#3 の 4f 電子エントロピーが転移温度付近で約0.5 R ln2，7 K 付近で R ln2 を超え，20 K でも R ln 4 に達しないことがわかる。現在，この結果に対して基底状態についての考察を行っているので，発表ではこれも含め詳細を報告する。
[1] A. Sakai and S. Nakatsuji: Phys. Rev. B 84 (2011) 201106(R).
[2] A. Yamada et al.: J. Phys. Soc. Jpn. 82 (2013) 123710.

C-p8
SmNb2Al20 の単サイト希薄系の異常な極低温物性
富山大理 富山大院理工 A
大坪裕耶 松田鴻 A 小金勇也 A 尾池光太 A
桑井智彦 A
Anomalous Low-Temperature Properties of La-diluted SmNb2Al20 system
Dept. of Physics, Univ. of Toyama, Graduate School of Science and Engineering, Univ. of ToyamaA
Y. Otsubo, H. MatsudaA, Y. KokinA, K. OikeA, and T. Kuwai
立方晶 SmNb2Al20 は，単結晶の育成が難しく，多結晶試料を用いた我々のグループからの基礎物性報告があるのみである[1]。
他の SmTr2Al20 (Tr = Ti, V, Ta, Cr)では 6.5 K と高い温度に観測される Tr = Ti を除き，2～3 K に磁場に鈍感な相転移が見られる。
これらの相転移が磁気的相転移であることはより低温で Sm の核比熱寄与と思われるショットキー的異常が観測されることが根拠となっている。我々のグループでは，一昨年，および昨年の物理学会秋季大会や本支部講演会において SmNb2Al20 および La 希釈系の熱電能や比熱などの基礎物性を報告してきたおり，同様に磁場に鈍感な磁気的相転移が 2 K 付近に観測されることを明らかにしてきた。今回は，さらに Sm 低濃度の希薄系 Sm0.05La0.95Nb2Al20 多結晶試料を作製し，基礎物性を調べたのでその結果を報告する。
試料はこれまで我々が行ってきたのと同様に，1-2-20 からわずかに組成比をずらしてア
16

ーク溶解によって作製したボタン試料を Al の融点直下の 645℃でアニールして得られた。
モルあたりの比熱'C を温度で割った'C/T の温度依存性を図に示す。x = 1 及び 0.5 では
相転移に伴ってピークが観測され，さらに低温で核比熱寄与の C/T の裾が見える。x = 0.1
では転移の形跡が見られないが，概ね 1 K 以下極低温で'C/T が飛躍的に増大する様子が確認できる。転移がないにもかかわらず'C/T の急激な増大が見えるので，この振る舞いは核寄与によるとは考えにくい。x = 0.05 の試料でも定量的にこれとほぼ同じふるまいが見られた。詳細は講演にて述べる。
[1]

A.Sakai and S. Nakatsuji: Phys. Rev. B 84 (2011) 201106(R) 他.

14'C/T ( J/K 2 Sm-mol )LaNb2Al20 の比熱を差し引いて得られた (Sm1-xLax)Nb2Al20 ( x = 1, 0.5, 0.1, 0.05) の Sm

(SmxLa1-x)Nb2Al20

12x=1x = 0.5
x = 0.1
x = 0.05

10
8
6
4
2
0
0.1

1

T(K)

5

C-p9

SmTa2Al20 の La 希釈系の近藤効果と異常な残留エントロピー

富山大院理工
松田鴻
石川義和
桑井智彦
Kondo Effect and Anomalous Residual Entropy of La-substituted system of SmTa2Al20 at Low Temperatures
Graduate School of Science and Engineering, Univ. of Toyama
H. Matsuda, Y. Isikawa, and T. Kuwai
カゴ状構造を持つ立方晶 SmTa2Al20 は 2 K で磁場に鈍感な秩序状態が現れることが報告されている。また，
30 K 以下 3 K 付近まで近藤効果的な－ln T（T : 温度）的依存性が電気抵抗率に観測される[1]。転移温度以下の極低温では，核比熱の寄与を差し引くことで，3.2 J/K2 mol の大きな電子比熱係数 γ が見出されている。
我々の研究グループでは，SmTr2Al20 (Tr = Ti, V, Nb, Cr)の比熱や熱電能特性に着目した系統的研究を行っている。今回は，SmTa2Al20 とその La 希釈系の 0.1 K に至る基礎物性を調べて得た結果に対して，近藤効果に着目した解析を行い，その結果明らかになった極低温領域での異常なふるまいを報告する。測定には，不純物を排除するために母材の組成比を 1:2:20 からわずかにずらして秤量し，アーク溶融で作製したボタン状試料を真空中 645℃，1 週間のアニール処理により得られた単相多結晶試料(Sm1-xLax)Ta2Al20 を用いた。
6
作製した x = 0，0.15，0.5，0.9 の比熱から La の寄与を差し引いて得られる Sm モル(Sm La )Ta Al
5あたりの比熱 ΔC の極低温領域における温度依存性を図に示す。
4x = 0 の 2.2 K での相転移は，La 濃度が増えるに従い転移温度が低下していき，x=0.9では観測されなくなる。代わりに他濃度のふるまいとは明らかに異質な，0.8 K 以下
3での急激な立ち上がりが見られた。一方，2 K 付近には近藤効果によるものと思われ
2
x=0
る盛り上がりが観測され，他の濃度の試料にも同様な寄与があると推測させる。
x = 0.15
1
x = 0.5
x = 0.9
発表ではこの比熱のふるまいに対し近藤モデルを適用し，得られた異常な特性を
0
0
1
2
3
4
5
T(K)
同様な異常を示す他の Tr の Sm 希薄系[2]と比較しながら詳細を報告する。
[1] A.Yamada et al: J. Phys. Soc. Jpn. 82 (2013) 123710. [2] 青木沙耶香:2017 年度富山大学卒業論文
x

2

20

C ( J/K Sm-mol )

1-x

C-p10
PrTr2Al20 ( Tr = Nb,Ti )の La 希釈系の物性測定
富山大院理工
日比野栞奈
石川義和
桑井智彦
Low-Temperature Properties of La-diluted PrTr2Al20 ( Tr = Nb,Ti ) Systems
Graduate School of Science and Engineering, Univ. of Toyama
K. Hibino, Y. Isikawa, and T. Kuwai
我々は，4f 電子の多極子自由度がその物性に強く寄与すると期待される立方晶 PrNb2Al20 と Pr サイトを
La で系統的に希釈した系の 0.1 K に至る極低領域での様々な物性を調べている。PrNb2Al20 は，結晶場励起状態に磁気的近藤効果が観測され，基底状態の非磁性の非クラマースΓ3 二重項に四極子近藤効果が生じ，さらに他の系と異なり四極子転移が観測されず，非フェルミ液体のふるまいが観測されている [1]。Pr サイトのLa 希釈は，系の 4f 電子をインターサイト状態から単サイト状態へと導くことができ，これらの異常の起源を探るための有効な研究手法と考えられる。
極力不純物の残存を防ぐため，組成比を 1-2-20 よりわずかに変えてアーク溶解で得られたボタン状試料に645 ℃，2 週間のアニールを施して作製した ( PrxLa1-ｘ)Nb2Al20（x = 1, 0.5, 0.15, 0.05) のほぼ単相な多結晶試料を測定に用いた。4f 電子モルあたりの比熱 C4f を温度 T で割った C4f /T と熱電能 S を T で割った S /T の温度依存性について，高濃度では低温で C4f /T と|S| /T が連動して温度降下に伴い増大することが四極子近藤効果に伴った異常と考えられる。しかし，低濃度では，両者は連動せず， La 希釈により導入される不都合な結晶の乱れにより四極子モーメントの自由度が低温で消失してしまったことに起因しているものと考えられる。一方，最近広島大グループが( Pr0.05La0.95 )Ti2Al20 において Pr3+イオンの基底 Γ3 二重項による単サイト四極子近藤効果の発現を示唆する比熱の[2]結果を発表した。これを参考とし， ( PrxLa1-x)Ti2Al20 多結晶試料を作製し，極低温の比熱と熱電能を調べた。詳細は講演で報告する。
[1] R. Higashinaka et al.: J. Phys. Soc. Jpn. 80, SA048 (2011).
[2] 浦島和衛他 日本物理学会 2017 年秋季大会 22pPSA-36

C-p11(Pr1-xLax)Ta2Al20 系の極低温物性
富山大院理工 A
水野真菜 日比野栞奈 A
桑井智彦 A
Low-Temperature Properties of (Pr1-xLax)Ta2Al20 Systems
Dept. of Physics, Univ. of Toyama
Graduate School of Science and Engineering, Univ. of ToyamaA
M. Mizuno, K. Hibino, and T. Kuwai
富山大理

C4f /T ( J/K2 Pr-mol )PrTa2Al20 は，最近首都大グループにより単結晶を用いた測定から 0.65 K に四極子転移を示し，電子比熱係数が 1.5 J/K2 mol の重い電子系であることが報告された[1]。また，結晶場基底状態は3 二重項，励起状態は約 50 K 離れた5 三重項であることも明らかにされた。我々のグループでは，4f 電子の多極子自由度がその物性に重要な役割を果たしていると考えられている立方晶 PrTr2Al20 (Tr = Ti, V, Nb, Cr, Mo)およびその Prサイトを La によって希釈した系の極低温熱電能・比熱測定により四極子の様相を調べている。熱電能は比熱と強い相関を持ち，対象物質において真に重い電子状態が実現しているかどうかを検証することができる。
最近，まだ行われていない，Tr = Ta の La 希釈系多結晶試料の物性についての研究を始めたので，これまで5に得られた結果を報告する。
測定には以前より我々のグループで実施している手法 ～1-2-20(Pr1-xLax)Ta2Al204の化学量論比からわずかに組成を変えてアーク溶解，続いて Al の
融点直下の 645 ℃でのアニール～ を用いることにより得られたほぼ単相の多結晶試料を用いた。4f 電子モルあたりの比熱 C4f を温度
3x=0
x = 0.5
T で割った C4f /T の温度依存性を図に示す。x = 0 では，単結晶と異なり明確な四極子転移が見られず，代わって最低温度まで C4f /T が2
対数的に増大する振る舞いが見られた。50 %の La で希釈した系では，大きなふるまいの差は見られず，定量的に x = 0 と近いものと1なった。
現在他のいくつかの組成の試料や多結晶を母材とした単結晶の
0
0.1
1
10
20
育成を済ませたので講演ではそれらの物性も報告する。
T(K)[1] R. Higashinaka et al.: J. Phys. Soc. Jpn. 86, 103703 (2017).

C-p12
PrTi2Al20 の Al-Si 置換効果
富山大院理工 A
木村駿介 羽土航 A 日比野栞奈 A 石川義和 A 桑井智彦 A
Substitution Effect by Si-atoms on Al site in Properties of PrTi2Al20
Dept. of Physics, Univ. of Toyama
Graduate School of Science and Engineering, Univ. of ToyamaA
S. Kimura, W. HazuchiA, K. HibinoA, Y. IsikawaA, and T. KuwaiA富山大理

C/T ( J/K 2 mol )PrTi2Al20 は，東大物性研・中辻グループにより見出された 2 K に四極子秩序，0.2 K に四極子揺らぎ媒介と思われる超伝導を示すやや重い電子系希土類 1-2-20 系化合物である[1]。広島大・鬼丸グループにより同じ
1-2-20 系化合物に Al の代わりに Zn が含まれる化合物群の研究が進められている。いずれも 4f 電子の四極子自由度が物性に主要な役割を果たしていると考えられる。一方，最近富山大・石川グループによって３つの異なる Zn サイトのうちの 16C サイトが Sn で置き換えられた新四元化合物 PrTr2Sn2Zn18( Tr = Fe, Co)が見出された[2]。そこで我々のグループでは，Al 系 1-2-20 化合物においても同様に四元化合物ができないかを期待して，まず手始めに物性が良く知られた PrTi2Al20 に対して周期表
10上で右隣に位置する Si による 10 %の Al のサイト置換系の作製を試みることにした。以前より我々のグループで用いている手法 ，「1-2-208からわずかに組成を変えてアーク溶解，続いて真空中，Al の融点直下の 645 ℃でのアニール」，を行って多結晶試料を得た。XRD により構PrTi2(Si0.1Al0.9)20 #1
6
造解析を行い，若干の不純物が残存しているものの Al サイトに Si が置換されたような結果を得た。比熱 C を温度 T で割った C/T の測定結果
を PrTi2Al20 ともに図に示す。PrTi2Al20 の 2 K で見えていた四極子秩序
4に伴うピークが消失し，代わりに 1 K 以下最低温度領域まで対数的に増大を続けるふるまいが得られた。現在試料依存性・再現性の確認や
2
PrTi2Al20
これを母材とした単結晶試料の育成も試みているので，講演ではそれらについても報告する。
0
0
1
2
3
4
5
6
[1] A. Sakai and S. Nakatsuji.: J. Phys. Soc. Jpn. 80, 063701 (2011).
T(K)[2[ Y. Isikawa et al.: J. Phys. Soc. Jpn. 84, 704707 (2015).

D-a1
FM-AFM を利用した金ナノ接点の電気伝導度とバネ定数の相関解析
金大院自然 1,北陸先端大院 2,○見寺悠伽 1,村上拓 1,石塚慧介 2,大島義文 2,富取正彦 2,新井豊子 1
Correlation between electric conductance and spring constant of gold point contacts analyzed using
frequency modulation atomic force microscopy.
Kanazawa Univ. 1, JAIST2, ○H.Mitera1, T.Murakami1, K.Ishizuka2, Y.Oshima2, M.Tomitori2, T.Arai1
金属のナノ接点の電気伝導度は G0 = 2e2/h を単位として量子化される。現在までに、金のナノ接点の構造と電気伝導度の関係が、透過型電子顕微鏡(TEM)に走査型トンネル顕微鏡(STM)を組み込んだ手法によって詳細に研究されてきた[1]。しかし、ナノ電気機械素子の構成要素となるナノ接点の力学特性の解析は進んでいない。本研究では、周波数変調原子間力顕微鏡法(FM-AFM)を応用し、大気中で金ナノ接点の力学応答と電気伝導度を同時測定し、その相関を調べた。通常、FM-AFM では力センサーの探針と試料は非接触であるが、本研究では FM-AFM の力センサー端と対向電極間に金線を張り、その金線を伸張･破断・再接触させること
でナノ接点を形成した。力センサーを励振しながらナノ接点を伸縮して、電気伝導と併せて力センサーの共振周波数変化(∆f)を計測した。ナノ接点の伸縮が弾性変形のみであるならば、∆f は、平衡距離近傍での力学
ポテンシャルの二階微分、即ち、金ナノ接点の等価バネ定数(kAu)に比例する。用いた力センサーは、ナノ接点よりも充分に高いバネ定数を持つ長辺振動水晶振動子(LER, f0 = 1 MHz ,k = 1.5 × 106 N/m)である。LER を振幅約 40 pm で振動させながらナノ接点を伸張すると、電気伝導度(GAu)は徐々に小さくなった。その後、3 G0、2 G0、
1 G0 と減少して断線した。接触・破断を 345 回繰り返し、GAu と kAu を同時測定した。GAu を横軸に、kAu を縦軸にプロットした（Fig. 1）。同じ GAu 値
でも kAu の測定値には大きなバラツキがあった。20G0 を示す kAu 値のヒス
トグラムを作ると、3 つのピークがあり、GAu – kAu プロットが３系列に分類できることが分かった（kAu 値の大きい系列から 1、2、3 で示した）。こFig. 1 Plots of spring constantの差異は、金の結晶軸と伸張方向とのなす角が関係していると考えられる。
kAu with respect to GAu forstretching Au contacts.
[1] Y. Oshima, J. Electron Micro., 61, 133 (2012).

D-a2
非接触原子間力顕微鏡を用いたエネルギー散逸計測による Si/Ge の識別
金沢大理工 1, 北陸先端大院 2 辻 繁樹 1, 藏 大輝 1, 富取 正彦 2, 新井豊子 1
Identification of Si and Ge atoms by measuring energy dissipation with noncontact atomic force microscopy

Kanazawa Uni.,1 JAIST2

T. Tsuji1, D. Kura1, M. Tomitori2, T. Arai1

非接触原子間力顕微鏡（nc-AFM）では、探針−試料間に働く相互作用力によるカンチレバーの固有振動数変化(∆f)を周波数変調（FM）法で検出して試料表面を観察する。∆f は相互作用力の距離微分にほぼ比例した量となる。一方、カンチレバー振幅を一定に保つための加振エネルギー変化は非保存性相
互作用により散逸したエネルギー量に比例し、∆f と同時測定できる。本研究では、超高真空中で Si(111)基板を 1200 ℃で加熱して Si(111)-(7×7)再構成
表面を調製した後、基板温度 400 ℃で Ge を蒸着して Si 原子と Ge 原子の混
在表面を作製した[1]。図１に Si 探針を用いて取得した Ge/Si(111)表面の ncAFM 像を示す。この像から、Ge 蒸着によって表面は(7×7)DAS 構造が(5図１．Ge/Si(111)表面の nc-AFM×5) DAS 構造に変化したことが分かる。しかし、吸着原子が Si か、Ge か
像．輝点は吸着原子を描き出していは判別できない。そこで、吸着原子上で∆f–距離(Z)曲線および散逸エネルギ
る。Vs =VCPD=5.84 mV, Δ𝑓 = −61 Hz,ー – Z 曲線を取得した。∆f–Z 曲線を力(F)–Z 曲線に数値変換し、その最大
f0=218.948 kHz, A=19.3 nm, k=14.7
引力を比較したところ、2.0 nN と 1.6 nN 程度の２種類に類型化された。文
N/m, Q=90630
献[2]によると、最大引力が大きな方が Si 原子、小さな方が Ge 原子となる。
この識別に基づくと、同時測定した散逸エネルギー–Z 曲線でも、Ge 原子上よりも Si 原子上で散逸エネルギ
ーが大きかった。Si 探針との結合力が大きいと吸着原子が探針側により高く引き上げられることによる散逸
エネルギーの変化を捉えたと考察した。散逸エネルギー測定による元素種識別の可能性を議論する。

[1] T. Arai, M. Tomitori, Appl. Surf. Sci., 188, 292 (2002). [2] J. Onoda et al., PRB, 92, 155309 (2015).

D-a3
エアロジェル中の超流動 4He における音波伝播の研究
金沢大理
杉山 憲吾，渋谷 祥希，阿部 聡，松本 宏一
Study of sound propagation in aerogel filled with superfluid 4He
Dept. of Phys. Kanazawa Univ.
K. Sugiyama, S. Shibuya, S. Abe, K. Matsumoto
液体 4He は、多孔質体中にある場合、超流動転移温度や超流動密度の抑制などのバルクの液体 4Heとは異なった性質を示す。エアロジェルは SiO2 によって構成された空孔率が高い多孔質体であり、構造的にやわらかいため、超流動 4He の常流動成分と結合しエアロジェルが変形することで、音波モードに第 1 音波と第 4 音波の中間のモード（Fast mode）、第 2 音波に似たモード（Slow mode）が存在する。我々は、エアロジェル中の液体 4He を伝播する圧力波（Fast mode）を超音波で、温度波（Slowmode）を Heat pulse 法で観測を行ってきた。エアロジェルと超流動 4He の常流動成分が粘性結合するモデルによる永年方程式で得られる伝播速度と実験で観測された伝播速度は両モードともに、転移温度から離れた低温領域で不一致が大きくなる。
本研究では、超流動相での Fast mode と Slow mode の音波伝播を統一的に理解することを目的として、Slow mode 観測の実験に用いた試料と同一ロットから切り出した空孔率 90.2%のエアロジェルを用いて 5.7MHz の縦波超音波による Fast mode の測定を行った。講演では実験の詳細について報告する。

D-a4
金沢大理工,

磁性蓄冷材 HoCu2 の磁気・比熱特性
住友重機械 A小松 俊介，表 秀樹，渡辺 祥太，阿部 聡，松本 宏一
平山 貴士 A, 李 瑞 AMagnetic and Specific Heat Properties of Magnetic Regenerator Material HoCu2
Kanazawa Univ., Sumitomo Heavy IndustriesA., S.Komatsu, H.Omote, S.Watanabe, S.Abe, K. Matsumoto
T.HirayamaA, R.LiA
超伝導磁石の冷却などに用いられる Gifford-McMahon(GM)冷凍機などの 4K 冷凍機の性能は、蓄冷器に充填する蓄冷材の比熱の大きさに依存する。磁性蓄冷材である HoCu2 は、低温領域での二回の磁気相転移により二つの鋭い比熱のピークを持つ。また、反強磁性体であるため漏れ磁場による影響が小さいことから、小型冷凍機で主に使用されており、その性能向上に大きく貢献している。冷凍機の磁場中での特性を理解する
ためには、磁性蓄冷材の磁場中での特性を明らかにすることが必要である。しかし、現在文献で得られる
HoCu2 の比熱の物性値については温度・磁場範囲の精度が不十分である[1]。
本研究では HoCu2 の磁化・磁場中比熱を詳細に測定した。図にはゼロ磁場比熱と、1,2,3T における磁場中比熱の結果を示す。ゼロ磁場では、9.5Kと 6.5K で二つの比熱のピークを観測した。これは 9.5K において常磁性状態から反強磁性状態へ磁気相転移し、6.5K において別の磁気構造を持つ反強磁性状態へ構造相転移を起こしているためである[1]。これにより、広い温度領域で優れた比熱特性が実現している。1T では、二つに分かれているピークが一つにつながり、ゼロ磁場と同等のピークを持つ。更に磁場が大きくなるに従い、比熱のピークは小さくなり、2T 以上では判別できなくなることが分かった。講演では、測定結果の詳細や他蓄冷材の文献値と比較した結果について報告する。
図:HoCu2 の磁場中比熱[1] Bischof,J.,et al. :Phys. Stat. Sol. (a) 114, K229 (1989)

D-a5
極低温・高磁場環境下におけるカゴ状化合物PrPt2 Cd20 の熱膨張・磁歪測定AB

金沢大理 ，新潟大理 ，新潟大院自然
A

A

A

A

B

C

C

B

中島 彩加 ，宮本 惇也 ，阿部 聡 ，松本 宏一 ，広瀬 雄介 ，土塔 寛 ，摂待 力生
Thermal expansion and magnetostriction measurement of clathrate compound PrPt2 Cd20
at low temperatures and high magnetic fields.
A
Dept. of Phys., Kanazawa Univ., BDept. of Phys., Niigata Univ., CGrad. Sch. of Sci. and Tec., Niigata Univ.
S. NakajimaA, J. MiyamotoA, S. AbeA, K. MatsumotoA,Y. HiroseB , H. DotoC , R. SettaiB
Pr1-2-20 系と呼ばれる，立方晶 CeCr2 Al20 型のカゴ状化合物 PrTr2 X20 ( Tr = Ti, Ir, Pt ; X = Zn, Al, Cd )は，Pr3+ の結晶場基底状態が非クラマース Γ3 二重項となるので，極低温では磁気多極子自由度を持たず，多極子自由度のみを持つ。そのため，これらの化合物では，基底状態の Γ3 二重項の四極子自由度に起因する，四極子近藤効果や四極子秩序などの発現が期待され，現在 精力的に研究されている。例えば PrIr2 Zn20 では
TQ =0.11 K で反強四極子秩序を示し，TQ = 0.05 K で超伝導転移を起こすことが報告されている [1]。
本研究対象PrPt2 Cd20 の先行研究の比熱測定において，TQ = 0.16 K で四極子秩序転移による異常が報告されている[2]。しかし，さらに低温での秩序状態は未だ解明されていない。そこで，我々は 𝑇 = 10 ~ 250 mK，
𝐻 = 0 ~ 9 T の極低温・高磁場環境下で[100]軸方向の熱膨張・磁歪の測定を，キャパシタンス法を用いて行った。測定試料には 1.330 × 2.828 × 2.319 mm の大きさの単結晶を用いた。磁場は測定軸に対して平行に印加した。熱膨張係数において，𝑇 = 140 mK で四極子秩序転移による異常が確認された。さらに，新たに 𝑇 =20 mK 付近で，磁場によって抑制されるピークが確認できた。磁歪測定においては，𝐻 = 3 ~ 9 T の範囲で，de Haas - van Alphen 効果による振動が観測された。講演ではそれらの詳細について発表する。
[1] T. Onimaru and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 082002 (2016)[2] Y. Hirose et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 074711 (2017)

D-a6
低温高磁場環境下での RLiF4 (R = 希土類) の磁歪・熱膨張の測定
金沢大理 A、カザン大学 B
阿部
聡 A、松本 宏一 A
D.S.NuzhinaB, A.S.SemakinB, L.V.RomanovaB, M.S.TagirovB
Thermal expansion and magnetostriction measurements of RLiF4 (R = rare earth)
at low temperatures and high magnetic fields
Dept. of Phys. Kanazawa UnivA, Kazan Federal UnivB.
A.AbeA, K.UbukataA, S.AbeA, K.MatsumotoA,
D.S.NuzhinaB, A.S.SemakinB, L.V.RomanovaB, M.S.TagirovB
歩輝 A、生方

憲二郎 A、阿部

絶縁体スピン系物質である希土類リチウムフッ化物 (RLiF4 (R = 希土類) ) は同一の結晶構造で f 電子数を変化させることができるため、磁気秩序、磁気弾性、量子相転移などの理論・実験において着目されている。
この物質系は低温では、磁気双極子間相互作用が支配的となり低温磁気秩序状態として、R = Dy, Er, Yb においては xy 反強磁性、Tb, Ho ではイジング強磁性、Tm では Van-Vleck 常磁性を示す。さらに、TmLiF4 では磁気弾性相互作用による巨大磁歪 (T ~ 4.2K) 、HoLiF4 では容易軸に対して垂直な磁場中での量子相転移 (H =5T) など、多くの興味深い物性が報告されている。
本研究では、カザン大学で Bridgman-Stockbarger 法で作成した単結晶 RLiF4 (R = Dy, Ho, Tm, Yb)について、
PPMS とキャパシタンス式歪測定装置により T = 2 ~ 100 K、H = 0 ~ 8 T の低温高磁場での磁歪・熱膨張測定を行った。また、これまでの歪測定セルでは磁場に平行な方向の測定に限られていたが、測定セルを小型化し垂直方向の測定を行うことで、磁場方向による異方性を測定した。また、R = Tm, Dy では約 30K 以下で巨大磁歪 ( dL/L ~ 10-2 ) を示すことを明らかにした。
発表では作成した新たなセルとこれを用いた測定方法、磁歪と熱膨張の測定結果について報告する。

D-a7
エピタキシャル磁性薄膜の結晶構造異方性と電気伝導

金沢大自然,東北大金研究 A 傳田直起,中西裕昭,前田加衣,大橋政司,窪田崇秀 A,高梨弘毅 A
Crystal Structure Anisotropy and Electric Conductivity of Epitaxial Magnetic Thin Film.
Kanazawa Univ., Tohoku Univ.A N.Denda, H.Nakanishi, K.Maeta, M.Ohashi, T.KubotaA, and K.TakanashiA
金属の中には薄膜化することにより転移温度が変化するなど，バルクとは異なる性質を示すものも存在す
る[1]．例えば Cr のバルク材は超伝導を発現しないが，薄膜化により TC =1.5 K で超伝導を起こすという報告がある[2]．我々は，エピタキシャル成長により成膜した磁性単結晶薄膜について，磁性や結晶構造などバルク材との違いの有無を調べている．本講演では Cr と Mn の測定結果について報告する．単結晶薄膜は，マグ
ネトロンスパッタリング装置用いて MgO(001)基板上にエピタキシャル成長により成膜した．Cr の膜厚は 5 ~100 nm で，Mn は膜厚 50 nm の試料を 100 ~ 500 ℃にて成膜した．X 線回折測定を行ったところ Cr 薄膜は全ての試料でバルク材の文献値よりも大きな格子定数が得られた．また，膜厚が厚いときはバルクと同じ bcc
構造であるが，10 nm 以下では面内方向と積層方向の格子定数に違いが生じ始めた．図は Cr 薄膜の電気抵抗測定結果である．50 nm 以上の試料については 300 K 付近で反強磁性相への転移が観察された．一方 10 nm以下の試料では 300 K 付近での反強磁性相転移にともなう抵抗
異常はほとんど観察されなかった． Mn 薄膜についても同様に
X 線回折と電気抵抗測定を行った．Mn は格子定数が α-Mn と一致し，成膜温度条件 300℃の試料で約 0.4 %の異方性が観察された．反強磁性への磁気相転移は TN = 120 K で生じ，バルク Mnの転移温度 95 K と比べ大きくなっている．
[1]M.Ohashi, K.Ohahsi, M.Sawabu, M.Miyagawa, T.Kubota,
K.Takanashi,Physics Letters 380A(2016)3133[2]P.H.Schmidt, R.N.Castellano, H.Braz and B.T. Matthias,Physies
Letters 41A(1972)367

図：単結晶 Cr 薄膜の電気抵抗率

D-a8
Cr 薄膜の電気抵抗
金沢大自然,東北大金研究 A 中西裕昭,傳田直起,前田加衣,大橋政司,窪田崇秀 A,高梨弘毅 A
Ekectrical resistivity of Chromium thin film
Kanazawa Univ., Tohoku Univ.A

H.Nakanishi, N.Denda, K,Maeta, M.Ohashi, T.KubotaA, K.TakanashiA

薄膜超伝導の例は数多く報告されているが、ほとんどは膜厚を薄くすると超伝導が消失する。一方、
Schmidt らは、Cr 薄膜が反強磁性秩序を抑制し、TC〜1.5[K] で超伝導になることを報告した[1]。バルク Cr
は TN = 311[K] 以下で反強磁性体で超伝導を示さないことから、この報告が真実であれば薄くすると超伝導が現れる事となり、他の例とは逆である。我々はこの報告を検証するため、Cr 薄膜の電気抵抗測定を行い、TC＝1.5[K]での抵抗の不連続な減少を観測した[2]。しかし、ゼロ抵抗は検出されず、抵抗率の減少率は 1[％]未満と非常に小さかった。
この測定では、試料表面にできる酸化クロムの影響や酸化クロムとの相性を考慮して電極線に用いたアルミ線が超伝導体である事が懸念された。そこで、本研究では成膜した試料に Au による酸化防止膜(5[nm])を施した試料を用いた。これによって酸化層の寄与を排除でき、同時に超伝導転移しない Au 線を電極として用いる事ができる。
Cr 多結晶薄膜は、8×10-6[Pa]の高真空中でイオンビームスパッタ法（IBS）を用いて、Si 基板上に堆積させた。ターゲットを不活性ガスのイオンによってスパッタ現象を引き起こすため、成膜時はアルゴンガス雰
囲気中（1.15～1.17×10-2[Pa]）で行った。Cr の膜厚は t=5～200[nm]とした。電気抵抗は Quantum-Design
社の PPMS（Physical Properties Measurement System）と ADR（断熱消磁冷凍機）を用いて 0.1～350[K]の範囲で直流 4 端子法により測定した。電極付けにはワイヤーボンダー（ハイソル社 MODEL7476D）を用いた。今回用いたどの試料でも、超伝導転移を思わせるような抵抗減少は観測されなかった。また、どの試料でもバルクのような 300[K]付近での反強磁性転移は観測されなかった。
[1]P.H.Schmidt, R.N.Castellano, H.Braz and B.T. Matthias,Physies Letters 41A(1972)367[2]M.Ohashi, K.Ohahsi, M.Sawabu, M.Miyagawa, T.Kubota, K.Takanashi,Physics Letters 380A(2016)3133

D-p1
原子炉ニュートリノ観測のための Gd 含有液体シンチレータの開発
福井大工
赤間健 池山佑太 清水慧悟 廣田歩夢 中島恭平 玉川洋一
Development of high concentration Gd loaded liquid scintillator for nuclear reactor neutrino monniter
Univ. of Fukui Takeshi Akama Yuta Ikeyama Keigo Shimizu Ayumu Hirota Kyohei Nakazima
Youichi Tamagawa
近年、原子炉由来の反電子ニュートリノの観測技術が注目をされている。この技術は原子炉から生じた反電子ニュートリノを観測することで原子炉内において使用されている燃料の状態を明らかにするものである。また、IAEA の定める原子力の平和的利用に貢献できる可能性がある。
先行研究ではバックグラウンド事象を低減させるため Gd 入り液体シンチレータを地下に原子炉由来の反電子ニュートリノを観測していた。しかし、原子炉のモニタリングを容易に行うためには地上測定が可能かつ、可搬式の Gd 含有液体シンチレータの開発が必要である。
本研究では地上測定が可能な Gd 含有液体シンチレータの開発する実験を行っている。反電子ニュートリノの高い検出効率を確保するためにはバックグラウンド事象を低減させる必要があり、バックグ
ラウンド事象の一つである高速中性子バックグラウンド事象を Gd 含有液体シンチレータと高い入射粒
子弁別手法を用いることで低減可能であると考えられている。
実験においては、水溶性である Gd 錯体の配位子を変化させることで有機溶媒に溶けやすい Gd 錯体を合成し、液体シンチレータである LAB に溶かしこんだ。
今回の発表では高濃度 Gd 含有液体シンチレータの作成過程と性能について述べる。

D-p2
原子炉ニュートリノ観測に向けた
EJ-276 プラスチックシンチレータにおける n/γ波形弁別
福井大工
清水 慧悟, 戸澤理詞, 中島 恭平, 小川 泉, 玉川 洋一
n/γ Pulse Shape Discrimination using EJ-276 Plastic Scintillator for Reactor Antineutrino Observation
Fac. of Eng., Univ. of Fukui
K. Shimizu, M Tozawa, K. Nakajima, I. Ogawa, Y. Tamagawa
現在、
小型原子炉ニュートリノモニター開発のための研究が各国で行われており、日本においても東北大学・北里大学・新潟大学・福井大学が共同でニュートリノモ
ニター研究を行っており、福井大学はプラスチックシンチレータ(PS)の性能評価を行っている。北里大学が主導する PANDA 実験では、固体であるため安定で可搬性がよい PS を用いて、原子炉中で核分裂の後に放出される反電子ニュートリノ𝜈̅ e を検出し、原子炉の稼働状況を観測する研究が進められている。しかし、PS は入射粒
子弁別が難しいという欠点があるため、地上に設置するモニターにとって宇宙線や高速中性子など様々な排除できないバックグラウンド事象がニュートリノ事象の観測を阻害する要因となる。
ニュートリノモニターでは、入射した反電子ニュートリノ𝜈̅ e が PS 内で逆β崩壊を起こして発生する陽電子の先発信号と、逆β崩壊時に放出される中性子が熱化しGd や Li に吸収され発光する後発信号を用いた遅延同時計数法を採用している。しかしながらバックグラウンド事象として、宇宙線由来の高速中性子が上記の先発反

図: 252Cf 線源を用いた、中性子,γ 線照射実験の部分積分法による解析図

応事象と酷似した事象を起こす。そのバックグラウンド事象は反電子ニュートリノ事象に対して 2 桁程多いため更なる有効な低減が必要である。本研究では、ニュートリノ起因で発生する陽電子とその対消滅γ線の事象と、中性子起因の疑似事象を先発信号波形の違いから弁別する研究を行っており、今回は波形解析の手法である部分積分法において、FOM が 3 以上となり弁別能が確認できたことについて報告する。また、熱中性子を吸収し発光する⁶LiF:ZnS シートを用いた後発事象の観測結果についても報告する。
[1] S.Oguri et al., Nuclear Instruments and Methods A757 (2014) 33-39[2] Y. Sawamura, Master Thesis, Tohoku University (2012)

D-p3
原子炉ニュートリノモニター開発のための環境放射線の詳細測定
福井大・工

池山佑太

清水慧悟

赤間健

廣田歩

中島恭平

玉川洋一

measurement of environmental radiation for nuclear reactor neutrino monitor development
Univ. of Fukui
Yuta Ikeyama Keigo Simizu Takeshi Akama Ayumu Hirota Kyohei Nakazi
ma Youichi Tamagawa
近年原子炉ニュートリノモニター技術が注目されている。これは原子炉から発生する反電子ニュートリノ
を用いて、原子炉内部の燃料組成をモニタリングすることにより、原子炉内部の監視を遠隔で行うことができるため燃料の不正な抜き取り等の確認ができる技術である。
先行研究では、バックグラウンド事象を排除するために地下で測定を行っていた。原子炉ニュートリノモ
ニターの本来の目的としては、小型で移動可能なものを用いて地上で測定を行う必要がある。しかし、地上は地下に比べて環境放射線のバックグラウンド事象が多く、先行研究では 100 倍高いことがわかっている。
本研究では、原子炉ニュートリノモニター開発を行うにあたって、バックグラウンド事象である環境放射線の詳細測定を行っている。環境放射線には主にγ線と中性子線と宇宙線の３種類がある。それぞれの環境
放射線を検出するために、波形弁別能を有する液体シンチレータと NaI シンチレータを 6 枚のプラスチック
シンチレータで周りを多い、8ch トリガーで３種類の環境放射線を測定できる検出器システムを構築した。
その検出器を用いて、室内と屋外と大飯原子力発電所における環境放射線測定を行った。
解析において、液体シンチレータで波形弁別を用いてγ線と中性子を弁別し、中性子のエネルギースペク
トルから中性子量を算出した。NaI シンチレータでは、40K と 216Bi と 208Tl の光電ピークを用いてγ線のエ
ネルギースペクトルからそれぞれの見積もった。プラスチックシンチレータでは、プラスチックシンチレー
タが２枚反応したイベントを用いて宇宙線のについて考察した。
今回の発表では、検出器システムの概要と各環境放射線の解析方法と３か所における測定を比較について
述べる。

D-p4
CaF₂シンチレータを用いた稀現象探索実験におけるバックグラウンド低減の研究
福井大工 清水健生, 戸澤 理詞, 中島 恭平, 玉川 洋一, 小川 泉
Study of background reduction in rare phenomenon search experiment by 𝐂𝐚𝐅𝟐 scintillator.
Fac. of Eng., Univ. of Fukui K. Shimizu, M.Tozawa, K.Nakajima, Y.Tamagawa, I. Ogawa
宇宙・素粒子物理学上の問題を解明する研究として、0νββ
崩壊探索実験及び、ダークマター探索実験等が挙げられる。こ
れらの実験においてCaF2シンチレータが検出器として用いられており、バックグラウンド(BG)排除の為に、関心イベントと BGとなるイベントの信号弁別(表 1)が重要となる。一般的にシンチレータは信号波形が各粒子によって異なり、CaF2シンチレータ
は発光量と時定数などが温度依存性を持っている。このことから、シンチレータを冷却することによって、2 つの信号波形と揺らぎが温度依存性を持つ(図 1)ことによって粒子弁別能の温度依存性が予想されている。
先行研究[1]では、α/γ線における-75～20℃の温度範囲での弁別能の調査が行われているが、温度測定に不定性がある。その為、本研究では冷却実験中の温度測定を結晶周辺にある 3 本の測温抵抗体によって正確に温度測定を行い、波形弁別法の一種である
Shape Indicator 法を用いてα/γ線及び原子核反跳とγ線の粒
子弁別能の温度依存性の調査を行う。今回は-140～20℃の温度範囲におけるα/γ線の粒子弁別能の検証実験についての報告を行う。

表 1:稀現象探索実験における関心イベントと BG 事象

図 1:冷却(-30℃)時のα/γ線の平均波形[1] 吉澤 福井大学 修士論文 (2015)

D-p5
ダークマターアクシオン探索用大体積共振空洞の開発 (1)福井大工, 東大宇宙線研 A 西村大輝, 森勇太, 岸本康弘 A, 山下雅樹 A, 小川泉
Development of large volume cavity to search for dark matter axion (1)Univ. of Fukui, ICRR the Univ. of TokyoA D. Nishimura, Y. Mori , Y. KishimotoA, M. YamashitaA, I. Ogawa

ダークマターアクシオンを検出するために共振空洞の開発を行っている。磁場中でアクシオンが光子に転換するプリマコフ効果を利用し、5GHz 以上の高周波領域での探索を目指している。
アクシオン検出信号の大きさが依存する実験パラメータは以下のものがある。空洞の体積 V, 外部磁場 B0, 空洞の Q 値, 形状因子 Cである。形状因子 C とは(1)式で与えられるアクシオン転換に有効 図 1. プリマコフ効果の模式図
な空洞体積の大きさを表す量である。
⃗ B⃗0|2|∫V dv E⋅
C= 2(1)
B 0 V ∫V dv|⃗
E|
一般的には、形状因子 C は基本モードで大きく、従って、高周波領域では体積を小さくする必要があるが、空洞内部をフォトニック結晶構造にすることで C が大きく且つ大体積の共振空洞を用いた高周波領域の探索が可能となる。
Q 値と形状因子 C は数値計算によって求める必要がある。そこで 3 次元電磁場解析ソフトウェ
ア HFSS を用いて共振周波数調整ステップごとの空洞内電場をシミュレーションし、各パラメータの値を求めた。本発表ではシミュレーションによって得られたパラメータの値について報告する。

D-p6
ダークマターアクシオン探索用大体積共振空胴の開発(2)福井大工, 東大宇宙線研ª 森 勇太, 西村 大輝, 岸本 康宏ª, 山下 雅樹ª, 小川 泉
Development of large volume cavity to search for dark matter Axion(2)Univ. of Fukui, ICRR, the Univ. of TokyoªY. Mori, D. Nishimura, Y. Kishimotoª, M. Yamashitaª, I. Ogawa

ダークマターアクシオンの検出を目指して，フォトニック結晶技術を用いた共振空胴の開発を行っている。
アクシオン信号の強度は共振空胴の体積に比例するが、周波数が高くなると基本モードで共振する大体積の共振空胴を作成することが困難であった。
本研究では，フォトニック結晶技術を用いることで大体積の高周波数共振空胴を開発し、高感度での探索をすることを目標としている。また、探索のために周波数調整機構が必要となる。
本発表では、半径 100 mm, 高さ 100 mm の共振空胴に半径 2mm, ピッチ 20 mm の柱を 76 本立ててフォトニック結晶構造とした空胴のシミュレーションを行った結果、5.725 GHz で共振したこと、また、周波数調整機構について微調整用のテフロンワイヤでは 1 ステップ 0.87 mm 移動で 0.02%, 粗調整用の銅線では最大 2 mm 移動で 7.3%調整が可能であるというシミュ
図: フォトニック結晶技術を用いた共振空胴でのレーション結果を発表する。
基本モードの電場分布

D-p7
電子・陽電子衝突型加速器による超対称性粒子探索方法の検討
福井大工
内木 茉柚子，可児 知之，吉田 拓生
Simulation for SUSY particle searches with electron-positron colliders
Fac. of Eng., Univ. of Fukui

M. Naiki, T. Kani, T. Yoshida

6 年前に欧州原子核研究機構（CERN）でヒッグス粒子が発見されたことにより、素粒子の標準理論が予言した粒子は全て発見されたことになる。しかし、自然界には力の大統一の問題や宇宙に存在する暗黒物質の正体など、標準理論だけでは理解不可能なことが数多く存在する。これらの問題を解決する手がかりとして、
現在最も注目されている理論の一つが“超対称性理論”である。超対称性とは、フェルミオンとボソンの入れ替えに対応する対称性のことであり、この理論は、標準理論中のそれぞれの粒子に対してスピンが 1/2 異なる“超対称性粒子”と呼ばれる新粒子の存在を予言している。超対称性粒子が存在すれば、暗黒物質の候補となる可能性があり、力の大統一も達成されることが示されている。
現在、ヒッグス粒子の詳細な性質を解明するために、電子・陽電子衝突型加速器 International Linear Collider（ILC）の建設
計画が国際協力の下で進められているが、この加速器では超対称性粒子の探索も可能になると考えられている。本研究では高エネルギー粒子の衝突反応をシミュレートするプログラ
ム「PYTHIA」と検出器設計用シミュレーター「GEANT4」を用いて、ILC 加速器で超対称性粒子の探索を行うためには、どの程度の衝突エネルギーが必要なのか、また、検出器を設置した際に超対称性粒子発生事象と非発生事象とを有意に区別できるか否か、などを調べた。図１は ILC 計画で想定されて
図１: シミュレーションによる電子・陽電子
いる検出器に電子・陽電子衝突で発生した粒子が入射してい衝突反応（重心エネルギー 1.5 TeV）る様子である。

D-p8
ニュートリノ崩壊光子検出器較正用遠赤外分子レーザーのビーム形状モニター
福井大工, 中部大工 A, 福井大遠赤セ B, 筑波大数理 C
竹下 勉, 西村 航, 鈴木健吾, 浅胡武志, 吉田拓生, 岡島茂樹 A, 中山和也 A,
小川 勇 B, 古谷 岳 B, 金信弘 C, 武内勇司 C, 飯田崇史 C, 髙橋光太郎 C, 他 COBAND 実験メンバー

A beam profile monitor for the FIR molecular laser used to calibrate neutrino-decay-photon detectors
Univ. of Fukui，Chubu Univ. A，FIR Univ. of Fukui B, Univ. of TsukubaC
T. Takeshita，W. Nishimura，K. Suzuki，T. Asaebisu, T. Yoshida, S. Okajima A，K. Nakayama A，
I. Ogawa B，T. Furuya B，S.H. Kim C，Y. Takeuchi C，T. Iida C, K.TakahashiC, for COBAND collaboration
ニュートリノは現在では質量を持つことが知られているが、その質量はいまだ正確には測定されていない。
質量の大きいニュートリノは、遠赤外領域の波長を持つ光子（ニュートリノ崩壊光子）を放出して質量の小さいニュートリノへと 2 体崩壊することが予測されている。このニュートリノ崩壊光子のエネルギーを測定することができれば、ニュートリノの質量を決定することができるが、ニュートリノの崩壊確率は極めて小
さく、少量のニュートリノではニュートリノ崩壊光子を検出することは困難である。そこで我々は、ニュートリノ崩壊光子を検出するために、宇宙に大量に存在すると考えられている宇宙背景ニュートリノを利用する実験、
COBAND(Cosmic Background Neutrino Decay)実験を計画している。そしてこの宇宙背景ニュートリノ崩壊光子のエネルギ
ー を 正 確 に 測 定 す る た め に 、 STJ(Superconducting Tunnel
Junction)検出器の開発を行っている。その開発研究の中で我々は、ニュートリノ崩壊光子と同じ遠赤外領域の波長の光源を用いて検出器の性能評価を行うことにした。光源には福井大学遠赤外領域開発センターの遠赤外分子レーザーを利用する。今回は、この遠赤外分子レーザーのビーム形状をモ
図：遠赤外分子レーザーのビームプロファイル
ニターする方法について講演する。

D-p9
シンチレーティングファイバーによる荷電粒子二次元位置測定の研究
福井大工
可児 知之, 吉田 拓生
Two-dimension position measurement of charged particles by scintillating fibers
Fac. of Eng., Univ. of Fukui;

T. Kani, T. Yoshida

素粒子物理学の実験を行うための測定装置には、素粒子の運動量やエネルギーなどを測定したり、種類を同定したりするための様々な粒子検出器が組み込まれている。その中で、私たちはシンチレーティングファ
イバー（Sci-Fi）荷電粒子飛跡検出器の開発を行っている。Sci-Fi とは荷電粒子が通過すると発光する性質を持った特殊なプラスチックでできた光ファイバーである。通常の Sci-Fi 荷電粒子飛跡検出器では、一方向に隙間なく並べられた Sci-Fi 一面で、荷電粒子の一次元の位置を Sci-Fi の直径程度の精度で測るようになっており、そのような Sci-Fi を x-y-u-v 方向の 4 方向に並べることで、精度よく荷電粒子の二次元位置測定を行っている。
現在、世界各地で計画されている様々な大型素粒子実験でこのような既存のタイプの Sci-Fi 荷電粒子飛跡
検出器を使用しようとすると、何十万本もの Sci-Fi を用いる必要が生じるため、目下、検出器の低コスト化に向けた Sci-Fi の使用本数削減が求められている。
本研究では、Sci-Fi の両端から光信号を読み出し、その信号が出力されるタイミングの差から Sci-Fi の長
手方向の荷電粒子通過位置を測定できるようにし、一本の Sci-Fi で Sci-Fi の直径方向と長手方向の二次元の位置測定ができるようにした（図１）。本講演では、
図 1: Sci-Fi の両端から出る信号の時間差Δt vs. 荷
その結果について報告する。
電粒子の位置

D-p10
シミュレーションを用いた高純度 Ge 半導体検出器における計数効率の評価
富山高専専攻科，富山高専電子情報工学科 A，名古屋大 RIC 分館 B，
セイコー・イージーアンドジーC
牧野 竜大，阿蘇 司 A，緒方 良至 B，板津 英輔 C
Evaluation of counting efficiency in high-purity Ge semiconductor detector by simulation
Advanced course, NIT Toyama College; Electronics and Computer Engineering, NIT Toyama CollegeA;
Radioisotope Research Center, Medical Division, Nagoya Univ.B; SEIKO EG&G Co., Ltd.C
R. Makino, T. AsoA, Y. OgataB, H. ItadzuC	 高純度 Ge 半導体検出器（HPGe 検出器）は，γ線の測定に用いられる．高いエネルギー分解能を活かして核種を特定し，その放射能定量に利用される．放射能定量では，比較測定と絶対測定がある．前者は標準線源を用いて，サンプルの放射能を相対的に決定する．後者は，標準線源を用いず，測定データそのものから放射能を決定する．本研究は，絶対測定の 1 つであるサムピーク法[1]を混合核種に適用可能とした簡略化サ
ムピーク法[2]の有用性の検証をシミュレーションによって行うことを目指している．また，シミュレーショ
ンは，汚染土壌試料への適用や 134Cs の放射能定量における測定方法の最適化や検証への応用が期待できる．
本研究では，Geant4[3]シミュレーションツールキットを用いる．Geant4 は，粒子が物質中で起こす相互作用や反応をモンテカルロ法で計算するオープンソースの放射線シミュレーション・ソフトウェアである．シミュレーションの信頼性を高めるためには，HPGe 検出器の実測とシミュレーション結果を比較して評価する必要がある．現実の HPGe 検出器には，Ge 結晶の不感層や冷却用断熱のための真空層があり，これらの層の厚さは検出器性能に影響を与えるシミュレーション上の不確定要素である．本報告では，測定とシミュレーションの比較により HPGe 検出器の不感層および真空層の見積もりを行った結果について報告する．
[1] G.A. Brinkman, et. al., Int. J. Appl. Rad. Isot. 14 (1963) 153[2] Y. Ogata, et al., Nuclear Inst. Meth. Phys. Res. A, 775: 34-40; (2015)[3] J. Allison, et al., Nuclear Inst. Meth. A, 835; 186-225; (2016)

D-p11
A

B

RIC
A

C
B

C

Verification of the modified sum-peak method for sample with self-absorption by means of Monte
Carlo simulation
Electronics and Computer Engineering, NIT Toyama College;
Advanced course, NIT Toyama CollegeA;
Radioisotope Research Center, Medical Division, Nagoya Univ.B;
SEIKO EG&G Co., Ltd.C
A
S.Tsujimura, R. Makino , T. Aso, Y. OgataB, H. ItadzuC.

Geant4[1][2]1Geant4
[3]

2

60

γ
[4]

.

[1] J. Allison, et al., Nuclear Inst. Meth. A, 835; 186-225; (2016)[2] Y. Ogata, et al., Nuclear Inst. Meth. Phys. Res. A, 775: 34-40; (2015)[3] G.A. Brinkman, et. al., Int. J. Appl. Rad. Isot. 14 (1963) 153[4] T.Aso, et al., Int. J. Appl. Rad. Isot. 134 (2018) 147–150

Co

E-a1
非線形モデルに依存した非線形局在励起列の分岐
金沢大
坂井 正斗，宮坂 風輝，西崎

茜，佐藤

政行

Bifurcation of intrinsic localized mode array depending on nonliner model
Kanazawa Univ. M. Sakai, K. Miyasaka, A. Nishizaki, M. Sato
非可積分な非線形格子系において非線形局在励起(intrinsic localized mode, ILM)が生成されることが知られている。非飽和な非線形キャパシタンスを用いた電気回路のシミュレーションにおいて、ダンピングが大きい（Q 値が小さい）条件下でドライブ周波数を変化させると非線形定在波(lattice spatial mode, LSM)が生成された。周波数を下げていく場合は、LSM のピークの数は 8,4 と分岐する。LSM が 4 つの途中で LSM は
ILM に分岐し、ドライブ周波数が下がるにつれて ILM は 4,2 と分岐する。LSM の分岐に関しては、周波数の変化に伴うバンドのシフトと、励起された点のシフトの差によって説明されている。しかし ILM の分岐に関しては今まで説明がされていなかった。
今回 ILM の分岐をバンド幅の変化によるものと考え、周波数の変化に対するバンド幅の変化を調べた。周波数の減少に伴って非線形性が強まるが、使用したモデルではバン
ド幅が広がることが確認された。一般的にバンド幅が広がると、ILM の局在長は大きくなる。ILM 間隔は LSM の波長によって決まり、間隔はほぼ局在長に等しい。周波数が下がり非線形性が強くなるときバンド幅が広がり、局在長が
図：電圧が高いと黒く、低いと白くなっている。
大きくなる。この時、4ILM 状態が不安定化し 2ILM に分岐
ドライブ周波数を 320kHz から 170kHz まで下げする。また mechanical なカンチレバーアレイのモデルでた時 290kHz から 250kHz の間で LSM が生成され、も、周波数の変化に対するバンド幅の変化を調べ、ILM が
LSM のピークが分岐している。250kHz から 180kHz
分岐する理由について同様に考察する。
の間で ILM が生成され分岐している。

E-a2
クントの実験における粒子運動の数値計算：パラメータ研究
富山大学人発坂下洸斗，成行泰裕
Numerical simulation of the particle motion in Kundt's experiment :Parameter study
Fac. of Human Development, Univ. of Toyama, H. Sakashita and Y. Nariyuki
クントの実験は管内の気柱に起こる定常波を観察する実験で、管内に発泡スチロールなどの粒子をまき、気柱に定常波ができるようにすると粒子は定常波の節や腹の位置に集まって等間隔の縞模様ができる[1][2]。
しかし、この原因についてはっきりとした理由が分かっていない[2]。そこで笹川はクントの実験における粒子の運動方程式を、粒子にはたらく４つの力(圧力勾配力、粘性抵抗力、慣性抵抗力、音の放射圧)を考慮して数値計算し、その結果、粒子の密度や半径の違いで変位の節か腹に集まることを示した[3]。またクント管を鉛直に立てた時、重力の影響で節や腹とは異なる位置に収束する(一定の高さに浮揚した状態になる)が、粒子の半径がある程度小さいとき慣性抵抗力の影響で空中浮揚が不安定になることが分かった[3]。
本研究では、笹川らの数値計算モデル[3]を用いてより広いパラメータ範囲における粒子運動の解析を行った。まず４つの力の合力からそれぞれの力を除いたモデル間の比較を行い、４つの力それぞれの粒子の運動への影響の大きさを調べた。次にその中で影響の大きい力がより依存している粒子の半径や密度などのパラメータを調べ、粒子運動に対してパラメータが及ぼす影響を数値的に議論した。数値積分には４次ルンゲク
ッタ法[4]を用いた。
数値計算の結果、４つの力のうち発泡スチロール粒子の運動に大きく影響を及ぼしているのは慣性抵抗力と音の放射圧であることが分かった。また、粒子の半径を笹川らが用いた値[3]から変化させた場合、重力がない場合でもある値を下回ると慣性抵抗力の影響で粒子が音の変位の節とも腹とも異なる位置に収束し、さらに粒子の密度を変化させるとその半径の収束値も変化することが分かった。発表では、パラメータ(密度、半径)の範囲を発泡スチロール粒子とは異なる位置に収束する霧粒子まで拡大し、粒子の収束値とパラメータの相関の詳細を述べる予定である。
[1]有山,振動･波動,裳華房,236,(1970). [2]本宮,林,富永,物理教育,51(4),245,(2003).
[3]笹川,物理教育,57(3),201,205-206, (2009). [4]Ｅ.クライツィグ著,田村訳,数値解析,培風館,147,(2009).

E-a3
正答から誤答への遷移を含んだピア・インストラクションの数理モデル
富山大学人発 守内 歩、成行

泰裕

Mathematical model of peer-instruction dynamics including the loss effectFac. of Human Development, Univ. of Toyama, A. Moriuchi and Y. Nariyuki

After Discussion

米国を中心に行われてきた研究により、伝統的な講義形式の授業では、力学の基礎概念を学生が身につけることが難しいという事実が明らかになり、その解決策として能動参加型学習のピア・インストラクション（以下 PI と略す）が開発された[1]。Nitta は PI 効率を議論前正答率と等しいものとした簡便な数理モデルを作成した[2]。このモデルは PI において重要な構成主義的効果をモデル化したものであり、記憶効果は含まれていない。一方で、実測値の議論後正答率はこのモ
1
デルを下回っているものもある[3]。本研究では、正0.9
答から誤答への遷移(ロス[4])を含めるために、記憶0.8
効果を模擬した項も含めたモデルを用いて議論を行
0.7
った。具体的には、Nitta のマスター方程式[2]をもとに𝑎2 =𝑎1 +(Z𝑎1 +Y)𝑏1 … (1)式を与えた。𝑎1 は議論前正
0.6
答率、𝑎2 は議論後正答率、𝑏1 は議論前誤答率、Z,Y は0.5
定数である。Z,Y の値を 0.1 ずつ変え、実測値[3]と0.4モデルの 2 乗誤差が最小となるものを探索した結果、Z=1.3,Y=-0.2 になった。この時のモデルはパラ
0.3
メータが 2 つ(Z,Y)にも関わらず、2 次関数によるフ
0.2ィッティングと近い曲線になっている(FIG.1)。Y が0.1
負の値を示したことは、構成主義的効果以外の効果
Normalized Number Of Correct Answers
によるロスを示唆している。講演では、誤答間の遷0移を含めたモデルについても言及する予定である。
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Before Discussion[1]e.g., 新田,日本物理学会誌,66(8),629(2011).
[2]H. Nitta: Phys. Rev. ST Phys. Educ. Res., 6,020105(2010).
[3]高橋,新田,物理教育,57(4),297(2009).
[4] N. Lasry et al: Nature Phys., 10,402-403(2014).

FIG.1. The solid circles indicate the numerical data tabulated in[3]. The dashed, dotted and solid lines indicate Nitta’s model[2],eq.(1) with Z=1.3, Y=-0.2, and the fitting curve of the numerical
data[3], respectively.

E-a4
中学校理科の物理分野における Scratch を用いたシミュレーション教材の検討
富山大学人発, 齋藤 奈緒,成行 泰裕
A simulation teaching material with Scratch in the physics field of junior high school
Fac. of Human Development, Univ. of Toyama, N. Saito and Y. Nariyuki
2020 年度から小学校においてプログラミング教育が必修となる [1]。教育用プログラミング言語の例として、MIT メディア・ラボが開発した Scratch がある[2]。Scratch は低年齢層向けにデザインされており、簡単な文字入力やブロックの組み合わせで容易にコーディングができる[2]。しかし、Scratch が低年齢層向けに開発されているにも関わらず、国内外の物理教育を題材とした先行研究例は、小・中学校理科の授業での活用が難しいものが多い。例えば、自由落下を題材とした先行研究として、自由落下する物体の速度と加速度を運動方程式から求め、物体の運動の様子を再現したものがある[3][4]。一方で、中学校理科の学習指導要領の範囲に自由落下の運動方程式を立てることは含まれないため、中学校理科の授業では活用できない[5]。
そこで本研究では、中学校理科の物理分野における Scratch を用いた教材の検討を行う。以下に自由落下の教材例を示す。中学校では自由落下の学習を第 3 学年で行う。そこでは、物体に力を加え続けたときの物体の速さの変化について、斜面を下る台車の運動を例に学習する[5]。斜面の角度を大きくすると、斜面平行方向に受ける力も大きくなり、速さの変化も大きくなる。この時、自由落下は斜面平行方向に受ける力が最大(角度=90 度)のときの運動という位置づけである。Scratch を用いる際には、生徒は運動方程式を学習していない
為、教科書の言葉を用いる。教科書の発展的な内容として物体の落下運動の速さは１秒ごとに 9.8m/s ずつ速
くなるという加速度に対応する概念が記載されている[6]。Scratch で速さが 1 秒ごとに 9.8m/s ずつ速くなるよ
うにし、一定時間ごとにボールが進んだ距離をスタンプで残すことで、教科書の連続写真[6]と同様に自由落
下の様子を可視化しつつ再現できる。実際の生徒実験では 9.8m/s の近似値が結果として得られる。Scratch を用いることで、生徒は実験結果として得られる知見を用いた実験で扱った現象の再構成が可能になる。
[1]小学校プログラミング教育の手引(第一版),文部科学省,平成 30 年 3 月. [2] スクラッチについて(2018.10.11 閲覧）https://scratch.mit.edu/about . [3] O. Aksith,
Ph.D.thesis, North Carolina State University ,(2018) https://repository.lib.ncsu.edu/bitstream/handle/1840.20/35120/etd.pdf?sequence=1 .[4] V.Lopez,
Physics Education, 310-316(2015). [5]中学校学習指導要領解説 理科編,文部科学省,平成 29 年 7 月. [6]中学校 科学 3,学校図書株式会社,平成 28 年 2 月

E-a5
拡張現実下の立体映像視認が生体に及ぼす影響
福井大工 寺田亮太, 松浦康之, 平田隆幸, 高田宗樹
Effect of stereoscopic viewing on the body using augmented reality
Fac. of Eng., Univ. of Fukui R. Terada, Y. Matsuura, T. Hirata, H Takada
透過型ヘッドマウントディスプレイの台頭により、拡張現実(AR)を体験することが可能となってきた。一方、透過型
ヘッドマウントディスプレイによる立体映像視聴に伴う頭痛・嘔吐・眼疲労などの不快症状の惹起が問題になっている。
そこで、本研究では、背景映像の視野狭窄の有無が、透過型ヘッドマウントディスプレイによる立体映像視認時の生体に与える影響について検討を行い、快適・安全な立体映像の視認に関するガイドラインを提言することを目的とする。
本実験では、健常若年者男性 13 名(平均±標準偏差；22.85±0.99)を対象とした。映像機器は透過型ヘッドマウントディ
スプレイ MOVERIO BT-200 (EPSON, 長野)を用い、被験者は周辺視による立体映像視認を行った。測定項目は次の 3 つである。①重心動揺検査を行い、100 Hz のサンプリング周波数で記録した。②WEB-1000 を用いて心電図検査を行い、1kHz
サンプリング周波数で記録した。③光脳機能イメージング装置 LABNIRS(島津製作所、京都)により大脳皮質表面の血中
酸化ヘモグロビン濃度および脱酸化ヘモグロビン濃度の変化を 55Hz のサンプリング周波数で記録した。実験プロトコル
は、測定開始後最初の 60 秒間は背景画像に狭窄がない映像を視認し、次の 60 秒間は背景画像に狭窄がある映像を視認し、最後の 30 秒間は開眼で安静をとった。
このプロトコルを 5 回繰り返した。
動揺図から、総軌跡長、外周面積、単位面積軌跡長および疎密度を算出した。総軌跡長は視野狭窄の影響で低下する傾向にあり、特に 1 回目、5 回目における総軌跡長(Fig1)は有意に低下した(p<0.05)。また、5 回目は外周面積、単位面積軌跡長および疎密度についても有意差がみられた(p<0.05)。しかし、その他のすべての動揺量においては有意差がみられなかった。
本研究における繰り返し測定中の立位の制御系は、過渡過程にあり、5回目の測定で定常状態となって、視認映像の比較が可能になったと考え
られる。
参考文献

Fig.1

1 回目および 5 回目の総軌跡長[1] 日本平衡神経科学会 (1983) 重心動揺検査の基準, Equilibrium Res. 42: pp367-369.

E-a6
背景が異なる VR 映像が体平衡系に及ぼす影響に関する研究
福井大工 五嶋 隼人、平田 隆幸、髙田 宗樹
Effect of VR viewing on the equilibrium function with/without a screen frame
Fac.of Eng.,Univ.of Fukui
H.Goshima, T.Hirata, H.Takada
VR 映像視聴時に生じる眼疲労、映像酔いは、映像コンテンツに起因するもの、視聴方法に起因することなどが報告されているが原因は明確にはなっていない。先行研究において、酔いの強度を変化させる要素が挙げられている [1]。特に、照度環境は注目されている。本研究では、投影される映像のフレームの有無が映像酔いに及ぼす影響を調査するために、
映像視認時において重心動揺検査、心電図検査および光脳機能計測(fNIRS)を行い、多角的に評価した。本稿では重心動
揺検査の結果について述べる。
本実験では、健常な若年男性 12 名(平均±標準偏差:22.51±0.95)を対象とした。ヘッドマウントディスプレイとして dlodlo
glass V1(dlodlo, China)を用いて、全景画面を視標が移動する映像 1 と、フレームにて制限された全景画面を視標が移動する映像 2 を視認させた。実験姿勢は立位ロンベルグ姿勢とし、映像 1 と映像 2 を各 60 秒間視聴させ、60 秒間の動揺図を記録した。
映像 1 と映像 2 の視聴の間に 30 秒間の安静を挟み、繰り返し 5 回の計測を行った。重心動揺計測には、Wii Balance
Board(Nintendo、京都)を用いた。
動揺図から総軌跡長、外周面積、単位面積軌跡長、疎密度[2]を算出した(Fig.1)。1 回目のすべての解析指標において映像 2
より映像 1 の動揺量が有意に大きくなった(p<0.05)。しかし、2 回目から 5 回目の結果では有意差がみられなかった。1 回目と 2 回目から 5 回目までの映像ごとの比較では映像 1 では有意差がみられなかったが、映像 2 では多くの解析指標で 1 回目より動揺量が有意に大きくなった(p<0.05)。
映像 2 におけるフレームの存在が鉛直方向を認識させる情報となり、立位が安定したと考えられる。

*

Fig.1 1 回目の総軌跡長
参考文献[1] H.Takada, M. Miyao, S. Fateh (2019) Stereopsis and Hygiene, Springer: New York. (In Press)[2] 日本平衡神経科学会 (1983) 重心動揺検査の基準, Equilibrium Res. 42: pp367-369.

E-a7
ボラティリティの組み合わせによる為替相場急変動の予測
福井大工
中根滉稀, 平田隆幸, 髙田宗樹
Forecast of rapid changes in exchange rates by combination of volatility
Fac. of Eng., Univ. of Fukui
K. Nakane, T. Hirata, H. Takada
為替相場の急変動は市場関係者以外にも貿易、市民生活に大きな影響を及ぼし、経済活動を不安定にする可能性がある。そのため、為替相場の急激な変動を予測することで相場の安定に寄与すると考えられている。為替相場に与える変動要因として、株価指数や各国の政策金利、原油価格などの外部から影響を与えるファンダメンタルズ要因や、過去の為替相場が未来の為替相場に影響を与えるテクニカル要因などが挙げられている。その中で為替取引において最終的な売買の決定は取引をする人の意
思によって決まるため、売買する人の心理を分析することで為替相場の先行きを推測できるのではないかと考えられている。そのため、為替相場の変動の大きさを市場参加者の心理状態を表す指標としてボラティリティというテクニカル分析が用いられる。
従来のボラティリティの利用では、参照期間は一定区間として与えられている例が多く見られた[1]。しかし、短期的に心理状態を見る場合と長期的に見る場合では状態が異なる。そのため、ここでは短期と長期の二期間のボラティリティから、新たに指数(FXVI)を定義して、為替相場の変動を予測することが目的である。
本研究では、日次為替レート時系列(ユーロ/US ドル, US ドル/円,ポンド/US ドル,AU ドル/ US ドル,CA ドル/ US ドル)の 5 系列
を解析対象にした。指数の算出を行い、ボラティリティの参照期間を長期と短期でそれぞれ 10 日から 250 日まで 5 日毎に指数の値を算出し、5%以上の変動を予測できるかどうかを予測正答率として評価を行った。その結果、ユーロ/US ドル, US ドル/円,
AU ドル/ US ドルはポンド/US ドル, CA ドル/ US ドルと比べて高い正答率が得られた(Fig. 1)。
参考文献[1] 中窪文男, “金融資産価格のボラティリティーの推定と予測”, 2002.

E-a8
棋力の違いから見た将棋のプロ棋士の特徴
福井大工
高津 和紀，高田 宗樹，平田 隆幸
Characteristics of the Professional Shogi Player from the Viewpoint of Elo Ranking
Fac. of Eng., Univ. of Fukui
K. Takatsu, H. Takada, T. Hirata
将棋の実力を測る方法にイロレーティングと棋譜解析がある。イロレーティングでは、ゲームの勝敗に基づいてレーティングの点数の移動が行われる。棋譜解析では、将棋 AI に棋譜を読み込ませることで 1 手毎の形勢や悪手などを数値として表される。本研究では、イロレーティングと棋譜解析に着目し、将棋のプロ棋
士のレーティングごとに棋譜解析を行い、レーティングの高い棋士と低い棋士に棋譜から特徴が見いだせるかを議論した。最初に、プロ棋士をレーティングにより、下位グループ、中位グループ、上位グループに分類し、グループ間の特徴を調べた。レーティングによる棋士ランキング[1]から 1300 台、1500 台、1700 台の棋士を 5 名ずつ無作為抽出し、下位グループ、中位グループ、上位グループとした。さらに、その中から叡王戦で勝った棋譜のあるプレーヤーを使用した。図 1 は、第 3 期
叡王戦と第 4 期叡王戦において、無作為抽出したプロ棋士が勝った将棋における平均悪手である。また、第 4 期叡王戦の棋譜は予選までのものを使用した。図 1 からレーティングが下位・中位グループの棋士の平均悪手が 40 を超えることが多く、上位グループの棋士の平均悪手は全体的に低めであることが分かる。しかし、ばらつきが多く、グラフからは、レーティング
ごとの明らかな特徴を見出すことはできなかった。講演では、棋力と棋譜の特徴をより詳細に議論する。
参考文献[1] 将棋連盟棋士別成績一覧(レーティング),図 1:レーティングごとのプロ棋士の平均悪手<http://kishibetsu.com/rating.html>

E-p1
レーストラック型マイクロトロン加速器における電子軌道の写像解析
福井高専 宮脇颯士，川上由紀，野村保之
Mapping analysis of the electron orbit in race-track microtron accelerator
NIT, Fukui College, H. Miyawaki, Y. Kawakami, Y. Nomura
レーストラック型マイクロトロンでは電子は外部から与えられた磁場によるサイクロト
ロン運動と直線加速器の高周波電場によって周回しながら複数回加速を行う．
本研究では加速器内の電子の軌道を写像を使って数値解析を行う．まず，写像式の説明を行う．周回運動の位相増加は加速電場によるエネルギーゲインに比例している．周回運動の位
相と高周波電場の位相が同期のとれた軌道を平衡点とし，そこからの位相のずれをψ，エネ
ルギーのずれをw，μをビームの初期位相とした時，次式が得られる．
1

軌道は周期点を持つことが確認でき

0.5

ψ

𝜓𝑛+1 = 𝜓𝑛 + 𝑤𝑛 (mod2π)
𝑤𝑛+1 = 𝑤𝑛 + 2𝜋(cos 𝜓𝑛+1 − 1) − 𝜇sin𝜓𝑛+1

安定領域

た．周期点の出現するパラメータでは安0

定領域が減少することを見つけ，3 周期解に関してはスクイズ現象を見出した．

-0.8

0.2

1.2

μ 2.2

3.2

4.2

図１ 安定領域のμ依存性

E-p2
中性子共鳴準位中の３次式系列の発生頻度と GOE との比較
福井大工

二村 聖, 田嶋 直樹

Search for cubic series in neutron resonance spectrum and comparison with the result for GOE
Hijiri Futamura and Naoki Tajima
University of Fukui
原子核のエネルギー固有値スペクトルは、中性子共鳴エネルギー領域では典型的な量子カオスの模型である

Gaussian orthogonal ensemble (GOE) の固有値スペクトルと同じ特徴を備えていることが知られているが、一方で、半世紀前に発見された等間隔に並んだ中性子共鳴準位系列 [1] は、何らかの秩序が量子カオスに溶け込むことなく取り残されている可能性を示している。
本研究では汎用標準核データライブラリー JENDL-4.0[2] の与える幅の狭い中性子共鳴準位スペクトルの全てを対象に、自然数の１次式（即ち等間隔系列）、２次式、３次式で表される系列を探索し、その出現頻度を調べる。そして GOE の固有値スペクトル中に出現する頻度と比較することで、実験的に見出された等間隔系列等の規則的構造が偶然によるものか、そうでないのかの統計的検定を行う。GOE の扱いは [3,4,5] と同じである。
我々は講演 [6] において、中性子共鳴準位中の１次式系列の発生頻度は、GOE 中での発生頻度と統計的に有意な差がないこと、一方、２次式系列では有意水準 10−4 で GOE より明確に多いことを報告した。今回の報告では１、２次式系列での統計的検定を再検討するとともに、新たに３次式系列での検定結果を報告する。

[1] 大久保牧夫「中性子共鳴領域に見える規則構造の不思議」核データニュース No.78, 98 (2004).
[2] 日本原子力研究開発機構, http://wwwndc.jaea.go.jp/jendl/j40/J40 J.html , (2010).
[3] 田嶋直樹, 草間究, 日本物理学会 第 71 回年次大会, 講演番号 21pAB-4 (2016).
[4] 田嶋直樹, 日本物理学会北陸支部定例学術講演会, 講演番号 Ap-03 (2016).
[5] 田嶋直樹, 日本物理学会 第 72 回年次大会, 講演番号 20pK35-3 (2017).
[6] 二村聖, 湯口穂乃佳, 田嶋直樹, 日本物理学会 第 73 回年次大会, 講演番号 23aK302-8 (2018).

E-p3
変分経路積分分子動力学法を用いたヘリウム液適中のパラ水素分子クラスターの基底状態に関する研究金沢大院自然，金沢大学理工，谷口 雄佑，三浦伸一
The helium and para-hydrogen binary clusters by the variational path integral molecular dynamics
methodGraduate School of Natural Science and Technology, Faculty of Mathematics and Physics,
Y. Taniguchi, S. Miura
水素分子は，偶数個のフェルミ粒子からなる複合粒子のため，その集合体はボーズ統計に従う。その粒子の質量の軽さから，低温になると分子の波動性が顕著になり，質量数 4 のヘリウムと同様に超流動液体相に転移する可能性がある。1970 年代に過冷却状態下で超流動転移する可能性が Ginzburg らにより指摘されている。実験的には過冷却状態にある液体水素の温度をどのように慎重に下げても，現在のところ超流動状態になる温度領域に到達する前に結晶化してしまう。これまで低温での液体状態を実現するためにいくつかの方法が考えられてきた。その中でも 2007 年に久間らの実験で 0.38K の超流動ヘリウム液滴中の水素クラス
ターが流体的に振る舞うことが示唆されている。本研究では，変分経路積分分子動力学法を用いてヘリウム
ナノ液滴中の水素分子クラスターの基底状態について調べた。
N=13 のときの水素クラスターの密度プロファイルを右図に示した。ヘリウム
液滴中のクラスターは真空中に比べ４Å 付近のピークが低くなり，２Å 付近の谷が上昇している。真空中の孤立クラスターと比べてヘリウム原子に囲まれた水素クラスターの密度分布はブロードになっていることが見て取れる。しかしながら液体状態になっているのであれば中心付近のピークはなくなりフラットな分布となるはずであるため，流動性の高い液体状態というよりはむしろリジットな構造を取っていることを示している。また２Å 付近にヘリウム密度のピークが見えることから，水素クラスターの中心分子とその周りの水素分子の間にヘリウム原子が入り込んでいることがわかる。本講演では粒子数を変えた系での結果についても議論する予定である。

E-p4
水素充填氷内の水素分子拡散に関する分子動力学シミュレーション
金沢大院自然
原田 明日華，Yudha Arman，三浦 伸一
Molecular Dynamics Simulation on Hydrogen Molecules Diffusion in Hydrogen Filled-Ice
Graduate School of Natural Science and Technology, Kanazawa University
A. Harada, Y. Arman, S. Miura
低温高圧の条件下で、水分子は他のガス分子と共に「ハイドレート」と呼ばれる物質を形成する。ハイド
レートとは、水分子でできた結晶の空隙の中にゲスト分子が入り込んだ固体である。ゲスト分子の種類によって名称が変わり、メタンの場合はメタンハイドレート、水素の場合は水素ハイドレートと呼ばれる。水素ハイドレートは燃料として消費した際に水しか発生しないため、次世代のクリーンエネルギーの有力な候補と考えられている。
水素ハイドレートには、クラスレートハイドレートと充填氷（Filled-ice）の 2 種類がある。クラスレート
ハイドレートは、水分子でできたかごのような構造の中に水素分子を包み込んでできる包接水和物である。
クラスレートハイドレートにさらに高い圧力をかけると、氷の構造の中に水素分子が入り込んだ充填氷と呼ばれる構造に相転移する。様々な氷の構造の中で、水素分子が入り込むことのできる空隙を持つものは氷 Ih、
氷 II、氷 Ic の 3 種類である。比較的低圧で生成することができる氷 Ih への水素の充填率は、圧力をあげても11%程度が限界であり、充填氷を作ることはできない。さらに圧力を上げると、0.7GPa で氷 II の中に水素分子が存在する水素充填氷 II、約 2GPa で氷 Ic の中に水素分子が存在する水素充填氷 Ic が作られる。
最近の実験で、水素充填氷 II と水素充填氷 Ic 中の水素分子が 1 つの空隙に局在しているのではなく、非常に速い速度で空隙間を移動していることが明らかになった。拡散係数の値は固体としては異常に大きく、グリセリン等の粘度の高い液体並みの値である。また、講演者のグループの予備的な研究により、水素の速い
拡散には水素分子が存在しない空隙が必要であることがわかっている。
本研究では、水素充填氷 II と水素充填氷 Ic において分子動力学法を用いてシミュレーションを行い、水素分子の拡散について計算を行った。解析結果は当日示す。

E-p5
レプリカ交換一般化ハイブリットモンテカルロ法の開発及びアラニンジペプチドへの適用
金沢大院自然
堀 智也，三浦 伸一
Development of the replica exchange generalized hybrid Monte Carlo method with applications to thealanine dipeptide
Graduate School of Natural Science and Technology, Univ. of Kanazawa
T. Hori, S. Miuraタンパク質はアンフォールド状態のみならずフォールド状態においても大きく揺らぎ、複数の立体構造を取る。タンパク質のダイナミクスが近年の研究により明らかにされ、それがタンパク質の機能と強く関係することが分かってきた。フォールディング過程はタンパク質の動的特性を理解する上での重要なテーマであり、マイクロ秒からミリ秒での時間スケールでのダイナミクスが実験理論の両方から盛んに調べられている。
コンピュータシミュレーションは、タンパク質のダイナミクスを理解する上で、強力な手法である。
しかしながら、タンパク質などの多自由度な系においてはエ
ネルギー極小状態が数多く存在するため、従来の温度一定のモ
ンテカルロ(MC)法や分子動力学(MD)法では少数のエネルギ
ー極小状態に長く止まり、配位空間を充分サンプリングできないという難点がある。この問題を解決する方法として拡張アン
サンブル法と呼ばれる一群のシミュレーション手法がある。
本研究では、拡張アンサンブル法の一つであるレプリカ交換
法と、一般化ハイブリットモンテカルロ(GHMC)法を組み合わせたレプリカ交換一般化ハイブリッドモンテカルロ法を新規に開発した。ベンチマーク計算としてアラニンジペプチドを対象に計算を行い、この手法の有効性について調べた。
図: 1 つのレプリカの温度のトラジェク
トリE-p6
マルチカノニカル分布を生成する一般化ハイブリットモンテカルロ法の開発および粗視化モデルタンパク質への適用
金沢大院自然向田 夏規, 三浦 伸一
Development of a generalized hybrid Monte Carlo method to generate the multicanonical ensemble
with applications to coarse-grained model of protein molecules
Graduated School of Natural Science and Technology, Univ. of Kanazawa. N. Mukuta, S. Miura

Order parameter fluctuation

Q

C

生体高分子など多自由度の複雑系は無数のエネルギー極小状態を持つため，従来の温度一定の MC 法やMD 法でシミュレーションを行うと少数のエネルギー極小状態に長く留まってしまい，現実的な計算時間では正しい分布をサンプリングすることが困難である。マルチカノニカル法ではポテンシャルエネルギーに対する確率分布が広い領域でフラットになる人工アンサンブルを生成し，エネルギー空間上でのランダムウォークを実現することで効率の良いサンプリングを可能にする。本研究では，MC 法と MD 法を組み合わせた
一般化ハイブリットモンテカルロ(GHMC)法に基づいたマル
500
Go-likeBLN(a)400
チカノニカル分布の新規生成手法を提案する。GHMC 法では300
システム全体の自由度を MD 法を用いて同時に更新し，更新
200
100
後の構造をメトロポリスの判定条件に従い採択する。運動方程1(b)式の数値誤差によるバイアスはメトロポリスの判定基準によ
0.5って取り除かれるため，通常の MD 法と比べて大きな時間刻みを使用することができるという利点がある。ベンチマークと0(c)
して，エネルギー最小構造付近にフラストレーションを持つ
0.05
BLN 粗視化タンパク質モデルを採用し，計算効率等を調べた。
また最安定構造付近でコンタクトしているビーズ間にのみ引
0
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
T
力相互作用を残し，天然構造を相対的に安定化させた Go-like
モデルについても同様のシミュレーションを行い，両モデルの 図: (a) 比熱 (b) 秩序変数 (c) 秩序変数のゆらぎの温度依存性
折りたたみ過程を比較した。

E-p7
NEMS 用人工材料の開発・設計指針としてのナノ動摩擦法則の探究（Ⅹ）
金沢工大 EOE 研 長濱 宏昂, 千田 祐也, 前島 拓斗, 林 啓治
Search for Laws of Nano-Friction as Guiding Principles to Design Artificial Materials for NEMS（Ⅹ）
Kanazawa Institute of Technology
Hiroaki Nagahama, Yuya Senda, Takuto Maejima, Keiji Hayashi

ナノ動摩擦現象について，最密結晶 A と C とを原子スケー
ルで平坦な界面に沿って滑らせるモデルを用いた分子動力学（MD）研究により，法則性の探究に取り組んできた。結晶 Cを構成する原子の熱運動を凍結した 2 次元 MD モデルにおいて，結晶 A，C それぞれの，摺動方向の格子定数を a ， c とする。滑り速度 vs に対するナノ動摩擦力 Ffr の依存性は閾現象
[1] によって特徴づけられる。定速で滑らせ，局所擬似温度の定 常 空 間 分布 が 形 成 され て い る 状況 下 で の ，強 制 振 動 数
fAwb  vs / c に対する Ffr の依存性の典型例を右図に示す。原子のランダムな熱運動に，位相整合条件を満たす格子振動モードの共鳴励起が埋もれており，その励起がきっかけとなって，原子間相互作用の非調和性を介したエネルギー散逸のレートが増大する，との仮説に基づいて，閾現象を統一的に説明した。さて，さらに，右図の c / a = 16 / 15 と c / a = 16 / 17 とで
fAwb の閾値が食い違う原因まで説明するとなると，滑りに伴って結晶 A の摺動界面近傍に引き起こされる強制振動の時空パ
ターンの知見が必要になる。そのパターンの解析に基づいて、
c / a の食い違いは，原子変位の成分間の位相差と強制振動の進行方向との兼合いに由来すること等を明らかにした。
[1] K. Hayashi et al., Computer Physics Communications, 182, 2032 (2011).

E-p8
NEMS 用人工材料の開発・設計指針としてのナノ動摩擦法則の探究（Ⅺ）
金沢工大 EOE 研 木下 裕也, 千田 祐也, 長濱 宏昂, 林 啓治
Search for Laws of Nano-Friction as Guiding Principles to Design Artificial Materials for NEMS（Ⅺ）
Kanazawa Institute of Technology
Yuya Kinoshita, Yuya Senda, Hiroaki Nagahama, Keiji Hayashi

NEMS の摺動表面に用いる人工材料の開発の一環として、我々は、ナノ動摩擦を特徴づける閾現象の原子論的由来を明らかにし、閾特性の予測法を開拓する分子動力学研究に取り組んできた。本
講演会での直前の発表 [1] の予稿に述べた研究経緯を踏まえ，熱運動が支配的な原子集団の運動から，強制振動数（washboard
wbfrequency） fA の逆数に一致した時間間隔での各 A 原子の変位のサンプリング・平均によって，強制振動を単離し，解析した。滑りに伴い結晶 A の摺動界面近傍に引き起こされる強制振動を波として捉えた際の波数ベクトルの摺動方向成分を kx ，摺動界面に垂直な成分を kz とする。c / a = 16 / 15 と c / a = 16 / 17 とで，kx の絶対値は共通であり，何れの場合も位相整合条件を満たす固有振動
モードが共鳴励起される。 c / a = 16 / 15 と c / a = 16 / 17 とでは，強制振動の空間パターンが様相を異にする。空間パターンの解析のため，摺動界面に平行な原子層ごとに，層を構成する各原子の変位の，界面に垂直な成分を Fourier
級数展開し，基調波成分の振幅および初期位相を求めた。この解析から，例えば，c / a = 16 / 15,16 / 17での強制振動の空間パターンの相違が， kz の違いを反映したものであることが分かった。滑り速度の値
wb 2
2
wb 2
を振った際の， ( fA ) に対する (kz ) の依存性を， c / a = 16 / 15,16 / 17 について右上図に示す。 ( fA ) と2
wb 2(kz ) との間には直線関係が成り立つ。この直線を kz = 0 へ外挿し，( fA ) の値の平方根をとることで fAwbの閾値を見積もった。この閾値と kx との関係は，結晶 A におけるフォノン分散関係を反映している。
”, 本講演予稿集.
[1] 長濱 他,“NEMS 用人工材料の開発・設計指針としてのナノ動摩擦法則の探究（Ⅹ）