物質設計評価施設
Materials Design and Characterization Laboratory (MDCL)
物 質 設 計 評 価 施 設 で は、 物 質 の「 設 計（Design）」、具体的な物質の「合成（Synthesis）」、
合 成 さ れ た 物 質 を 総 合 的 に 調 べ る「 評 価（Characterization）」の３つの研究をサイクル（ＤＳＣサイクル）として有機的に連携させることにより、新しい物性・機能を持つ物質の開発を目指している。本施設は物質設計部と物質合成・評 価部からなり、物質 設計 部には大 型計算 機 室が、物質合成・評価部には物質合成室、化学分析室、
Ｘ線測定室、電子顕微鏡室、電磁気測定室、光学測定室、高圧合成室の７実験室がある。物質設計部では、最先端の物性専用のスーパーコン
ピュータを駆使して原子間の相互作用によって生み出される様々な協力現象を解明しつつ新物質の設計を行い、物質合成・評価部では物質の合成、単結晶育成およびその組成の分析や結晶構造評
価を行うとともに、新しく開拓された物質群の電気的・磁気的・光学的性質の総合評価を行っている。これら物質の総合的評価の結果は設計および合成にフィードバックされ、ＤＳＣサイクルを通して新しい物質の開発が行なわれる。本施設の全国共同利用は、物質設計評価施設運営委員会により運用されている。

The aim of MDCL is to promote materials science
with the emphasis on the “DSC cycle”, where DSC
represents three functions in developing new materials,
Design, Synthesis and Characterization. The MDCL
consists of two divisions; Materials Design Division(MD-D) and Materials Synthesis and Characterization
Division (MSC-D). The Supercomputer Center of ISSP
(SCC-ISSP) belongs to MD-D, while in MSC-D there
are seven sections for joint-use; Materials Synthesis
Section, Chemical Analysis Section, X-Ray Diffraction
Section, Electron Microscope Section, Electromagnetic
Measurements Section, Spectroscopy Section, andHigh-Pressure Synthesis Section. In MD-D, by making
use of its supercomputer system, novel mechanisms
behind various cooperative phenomena in condensed
matter are explored, and theoretical designs of newmaterials as well as materials with new nanoscale structures are developed. In MSC-D, various types of newmaterials are synthesized, single crystals are grown, andthe structural, electromagnetic and optic propertiesof the materials are characterized in various ways. The
characterization results are immediately fed back to thesynthesis and to the design of materials. Through thisDSC cycle we aim to develop new materials with new
functions. Almost all the facilities of the MDCL are
open to domestic scientists through the User Programs
conducted by the Steering Committees of the MDCL.

教

授（施設長）

廣井

善二

助

教

渡辺

宙志

技術専門職員

福田

毅哉

教

授

川島

直輝

助

教

笠松

秀輔

技術専門職員

浜根

大輔

教

授

上床

美也

助

教

森田

悟史

技術職員

石井

梨恵子

教

授

尾崎

泰助

助

教

矢島

健

学術支援専門職員

荒木

繁行

教

授 *1

杉野

修

助

教

平井

大悟郎

学術支援職員

長崎

尚子

准教授

野口

博司

助

教

郷地

順

特任研究員

サイヤッド

特任研究員 (PI)*2

吉見

一慶

助

教

樋口

祐次

特任研究員

シャヒ

教授（客員）

摂待 力生

助

教

河村

光晶

特任研究員

原口

准教授（客員）石井

技術専門職員

小池

正義

特任研究員

マキシム ピオトル アンドレイ

技術専門職員

山内

徹

特任研究員

本山

技術専門職員

後藤

弘匡

特任研究員

余

技術専門職員

矢田

裕行

特任研究員

リー

Professor (Director)
Professor
Professor
Professor
Professor

Associate Professor
Project Researcher
Visiting Professor

HIROI, Zenji

KAWASHIMA, Naoki
UWATOKO, Yoshiya
OZAKI, Taisuke

SUGINO, Osamu
NOGUCHI, Hiroshi
YOSHIMI, Kazuyoshi
SETTAI, Rikio

史之Visiting Associate Professor ISHII, Fumiyuki

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate

WATANABE, Hiroshi

Technical Associate

KASAMATSU, Shusuke Technical Associate
MORITA, Satoshi
YAJIMA, Takeshi
HIRAI, Daigorou
GOUCHI, Jun
HIGUCHI, Yuji

KAWAMURA, Mitsuaki

Technical Associate KOIKE, Masayoshi
Technical Associate YAMAUCHI, Touru
Technical Associate GOTO, Hirotada
Technical Associate YATA, Hiroyuki*1 所内兼務。本務は機能物性研究グループ。/concurrent with Functional Materials Group*2 PCoMS 次世代研究員 (PI)41

Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

FUKUDA, Takaki
HAMANE, Daisuke
ISHII, Rieko

ARAKI, Shigeyuki
NAGASAKI, Shoko

シャラレ

SAYYAD, Sharareh

プラシャントSHAHI, Prashant

祐哉

HARAGUCHI, Yuya
MAKSYM,Piotr Andrzej

裕一

MOTOYAMA, Yuichi珊

YU, Shan

ヨンティン

LEE, YungTing

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/hiroi_group.html

廣井研究室

廣井

善二

HIROI, Zenji

Hiroi Group教授

Professor

高温超伝導の発見とその後の研究の流れは、新物質の発

平井

大悟郎

HIRAI, Daigorou

助教

Research Associate

The remarkable discovery of high-T c superconductivity
and the following enthusiastic research in the last decade haveclearly demonstrated how the finding of new materials would
give a great impact on the progress of solid state physics. Now
related topics are spreading over not only superconductivity but
also unusual metallic behavior, which are often observed near
the metal-insulator transition in the strongly correlated electron
systems. We believe that for the next few decades it will become
more important to explore novel physics through searching for
new materials.
A family of transition-metal oxides is one of the typicalsystems where Coulomb interactions play a critical role on
the magnetic and electronic properties. Especially interestingis what is expected when electrons localized due to the strong
Coulomb repulsion start moving by changing the bandwidth or
the density of electrons. We anticipate there unknown, dramatic
phenomena governed by many-body effects and quantum
fluctuations.

見が如何に物性物理学に大きなインパクトを与えるかを如実に示した。その波紋は超伝導研究のみならず、強相関電子系
一般における局在 - 非局在の概念の確立や磁性と伝導性の興味深い相関の研究へと大きな広がりを見せている。新物質探索を通して未知の物理現象を見出し、物性物理学の新しい方向を切り開くことは今後ますます重要になると考えられる。
遷移金属酸化物は強相関電子系の宝庫である。特に小さなスピン量子数をもつ低次元系（量子スピン系）において、強いクーロン反発によって局在しているｄ電子がキャリア数
やバンド幅の制御によって動き始める時、量子効果による劇的な現象が期待される。本研究室では、様々な遷移金
属酸化物の構造と物性の間にみられる相関に着目しながら、新物質探索を行い、強相関電子系の物質科学の面白さを研究している。

２つの 5d 遷移金属パイロクロア酸化物の電気抵抗。Cd2Os2O7 は 230 K で時間反転対称性を破り、all-in/all-out 型の磁気八極子秩序を形成して絶縁体となる。一方、Cd2Re2O7 は 200 K 以下で空間反転対称性を破って遍歴拡張多極子秩序を示す。後者はスピン軌道結合金属の典型物質と考えられている。

スピン 1/2 カゴメ格子反強磁性体のモデル物質となる銅鉱物ボルボサイトの結晶構造と単結晶Two 5d pyrochlore oxides. Cd2Os2O7 exhibits a metal-insulator transition toa magnetic octupole order below 230 K, while an itinerant multipole state isrealized in Cd2Re2O7 with spontaneous spatial inversion symmetry breaking below 200 K.

Copper mineral volborthite representing a spin-1/2 kagome-lattice antiferromagnet.

研究テーマ Research Subjects
1.   新しい量子スピン系及び強相関電子系物質の開発
Search for new materials realizing quantum spin systems or strongly correlated electron systems
2. スピン 1/2 カゴメ格子反強磁性体の基底状態
Ground state of the spin-1/2 kagome lattice antiferromagnet
3. 高温超伝導体
High-Tc superconductors

42
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kawashima_group.html

川島研究室

川島

直輝

KAWASHIMA, Naoki

Kawashima Group教授

Professor

本研 究室では物性研 究所スパコンや神戸の「京」コン森田悟史

MORITA, Satoshi

助教

Research Associate

Our group investigates fundamental problems in condensed
matter physics through massively parallel computation using
ISSP supercomputers and “K-computer” at Kobe. For thispurpose, we also develop new algorithms. As for quantum
critical phenomena, for example, we are trying to find a “deconfined” critical phenomena, a new category of quantum phasetransition, as a transition between Neel state and VBS state in
the SU(N) Heisenberg model. Another target in this area of
research is the existence/absence of super-solid phase in opticallattices and in He4 systems adsorbed on graphite surfaces. As forclassical systems, we investigate the phase transition due to theZ2 vortex dissociation, an unconventional critical phenomena
caused by the symmetry-breaking dangerously-irrelevant field,
etc. Our most recent activities are focused on developments oftensor network methods and their applications to frustrated spin
systems.

ピュータなどの大規模並列計算機を利用して、物性理論で登場する基本的な問題の解明を行っている。また、そのためのアルゴリズムの研究も行っている。最近数年の研究から例をあげると、量子臨界現象に関しては、新しいカテゴリーの転移現象である脱閉じ込め転移を、ＳＵ（Ｎ）ハイゼンベ
ルクモデルにおけるネール状態からＶＢＳ状態への相転移として観測する試みや、光格子にトラップされた極低温原子系
やグラファイト表面のヘリウム系における超固体相の存在／不在の研究などがある。また、古典系に関しては、Ｚ２渦の乖離メカニズムによる相転移の有無の数値的検証，危険なイレレバント演算子が系の対称性を低下させる場合にみられる異常な臨界現象などがある。最近はテンソルネットワー
クなどの新しい方法論の開拓とそれを応用したフラストレート量子系の研究を行っている。

２サイト演算子の繰り込み変換を定義する超演算子。多角形はテンソルを表し、Multi-scale entanglement renormalization ansatz (MERA) を用いて計算される。

繰り込み超演算子の固有値問題から求められる２次元イジングモデルのスケーリン
グ次元。

A super-operator that defines renormalization transformation of twosite operators. Each tensor represented by a polygon is computed through
MERA.

Scaling-dimensions obtained by solving the eigenvalue problem of thesuper-operator.

研究テーマ Research Subjects
1.   新しい量子相と量子相転移の探索
Search for novel quantum phases and quantum transitions
2. 多体問題の数値解法の研究
Numerical methods for many-body physics
3. 臨界現象の一般論
General theory of critical phenomena
4. ランダム系と計算量
Disordered systems and computational complexity

43
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/uwatoko_group.html

上床研究室

上床

美也

UWATOKO, Yoshiya

Uwatoko Group教授

Professor

高圧力は、これまで未解決な物性現象の解明や数奇物

郷地

順

GOUCHI, Jun

助教

Research Associate

The high-pressure group has been studying various materials
under high-pressure conditions in combination with low
temperature and/or strong magnetic field. Nowadays, thetechniques combining these multi-extreme conditions havebecome popular and indispensable for researches in solid statephysics. However, the developments of these techniques thatcan realize in-situ measurements under multiple extreme conditions are often challenging and require sophisticated considerations. This group has devoted numerous efforts in developing
such advanced high-pressure techniques and in studying thestrongly correlated electronic systems, which is one of the mostimportant themes in modern solid state physics. Considering
the fact that many mysterious phenomena in strongly correlated electronic systems result from the electron-phonon andelectron-electron interactions, we foresee the discovery of many
unknown phenomena under multi-extreme conditions because
high pressure offers an effective knob in tuning the inter-atomic
distances and the density of electronic state that controls thedegree of complex interactions.

性現象の発見に欠かせない物理パラ－メータの 1 つとなっている。特に、常圧と同程度の静水圧環境下における再現性の良い測定環境は、強相関電子系物質をはじめとする固体物性の研究において多くの成果をもたらす。また、極低温や強磁場といった他のパラメータを組み合わせた多重環境は、新しい物性探求をする上で、より多くの情報が得られる最良の測定環境である。当研究室では、超高圧力技術を駆使した、各種の物性測定に適応した高圧力発生装置の開発を行い、可能な限りよい静水圧環境における多重環境下での物性研究を進めている。結晶固体には格子の振動の自由度と、電子の電荷、スピン、軌道という基本的な自由度があり、強相関電子系物質では、これらが複雑に絡み合いながら種々の相互作用が競合し、結果として種々の興味深い物
性が実現している。超高圧力下を用いたこれらの相互作用の制御は、物質にどのような新しい物性を出現させるのだろうか？その出現機構はどうなっているのだろうか？現在、電気抵抗、磁化、比熱、x 線回折、中性子回折などの諸物性
測定の圧力効果を主な研究手段とし、下記の研究テーマを進めている。また、物性研究所の役割の一つである共同利用も活発に行っている。
CrAs は常圧では TN = 265K 以下で反強磁性秩序を示すが僅か 1 GPa の高圧下で反強磁性秩序は消失し、非従来型の超伝導 (Tc ≈ 2 K) が出現する。各圧力下での電気抵抗の温度依存性、中性子散乱実験より、非従来型の超伝導が磁気揺らぎに起因していることを明らかにした。(a) 中性子散乱実験 (at 4K) で得られた各圧力下での磁気2散乱ピーク (0, 0, 2-δ) の様子。(b) 圧力相図と電気抵抗の温度依存性より得られた Tの係数 A の圧力依存性。(HD：ダブルヘリカル構造、SC：超伝導、PM：常磁性 )CrAs adopts the orthorhombic MnP-type structure with a first-order antiferromagnetic transition at TN = 265 K. The first-order TN can be suppressed quickly by the external pressure or substitution by P. And then, theunconventional bulk superconductivity with Tc ≈ 2 K emerges influenceof magnetic fluctuation at critical area. (a) : The (0, 0, 2-δ) magnetic Bragg
peak for CrAs under different pressures at 4 K. (b) : An updated T-P phase
diagram of CrAs showing the complete suppression of Tc around 45 kbar.
The coefficient A for CrAs displays an apparent enhancement aroundPc ≈ 10 kbar. (DH : double helical order, SC : superconductivity, PM : paramagnetism)

(a)

(b)

研究テーマ Research Subjects
1.   多重環境下における新奇物性現象の探索
Search for new physical phenomena under multi extreme conditions
2. 伝導現象等の圧力誘起相転移現象の研究
Study of the pressure induced phase transition phenomena as like superconductivity
3. 多重環境下における高圧装置開発と精密物性測定方法の確立
Development of high pressure apparatus and confirmation of physical property measurement techniques under themulti extreme conditions

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/ozaki_group.html

尾崎研究室

尾崎

泰助

OZAKI, Taisuke

Ozaki Group教授

Professor

近年の超並列計算機の発展と物質科学の精密化に伴い、

河村

光晶

KAWAMURA, Mitsuaki

助教

Research Associate

In accordance with development of recent massively parallel
computers, first-principles calculations based on density
functional theories (DFT) have been playing a versatile role tounderstand and design properties of a wide variety of materials.
We have been developing efficient and accurate methods andsoftware packages to extend applicability of DFT to more realistic
systems as discussed in industry. Although the computational
cost of the conventional DFT method scales as the third powerof number of atoms, we have developed O(N) methods, whose
computational cost scales only linearly, based on nearsightedness of electron. The O(N) method enables us to simulate Li ion
battery, structural materials, and graphene nanoribbon based
devices which cannot be easily treated by the conventional
method, and to directly compare simulations with experiments.
In addition to this, we have recently developed a general method
to calculate absolute binding energies of core levels in solids,
resulting in determination of two-dimensional structures suchas silicene, borophene, and single atom dispersion of Pt atoms
in collaboration with experimental groups. Our continuous
methodological developments have been all implemented in
OpenMX (Open source package for Material eXplorer), which
has been released to public under GNU-GPL, and widely usedaround world for studies of a wide variety of materials.

第一原理電子状態計算の重要性が増している。我々は密度汎関数理論に基づき、より現実に近い系をより精密に取り扱うための新しい計算手法・ソフトウエアパッケージの開発に取り組んでいる。密度汎関数法の計算量は系に含まれる
原子数の三乗に比例するが、電子の近視性に着目し、計算量が原子数に比例する新しいオーダー N 法を開発した。本手法により、これまで取り扱いが困難であったリチウムイオン電池、鉄鋼材料、グラフェンナノリボンデバイスの大 規模第一原理シミュレーションが可能となり、実験との直接比較が可能となりつつある。さらに最近、X 線光電子分光法で観測される内殻電子の絶対束縛エネルギーの高精度計算手法を開発し、実験グループと共同してシリセン、ボロ
フェン、単原子分散した Pt 原子等の表面構造の特定に成功した。また開発した計算プログラムをオープンソースソフ
トウエア OpenMX（Open source package for Material
eXplorer）として無償で一般公開し、基盤ソフトウエアとして国内外で多岐に亘る物質群の研究に広く活用されている。

ZrB2 (0001) 面上に生成されたシリセン構造の(a) 実験と (b) 計算による XPS スペクトル。実験で観測された α、β、γ の三つのピークはそれ
ぞれ hollow サイト、bridge サイト、on-top サ
イトのシリコン原子に帰属される。ZrB2 (0001)
面上に生成されたシリセン構造にはバックリン
グの違いによる多形が考えられるが、planarlike 構造の計算結果が実験と整合している。

オーダー N クリロフ部分空間法のアイデア。(1) 原子毎に有限距離内に含まれる原子から構成されるクラスターを構成し、(2) さらにクラスター
で定義される部分空間からクリロフ部分空間への射影を行う。(3) クリ
ロフ部分空間内で固有値問題を解き、中心原子に関与するグリーン関数を計算した後、元の空間への逆変換を行う。

XPS spectrum of silicene fabricated on
ZrB2 (0001) surface by (a) experiment and(b) DFT calculation. The α-, β-, γ-peaks
observed by the experiment can be identified as those from the hollow, bridge, andon-top sites, respectively. Among polymorphs caused by buckling structures, theDFT result for the planar-like structure iswell compared to the experimental result.

Underlying idea of the O(N) Krylov subspace method. (1) Construction of truncated cluster for each atom by picking atoms up
within a sphere. (2) Projection of the truncated subspace into a
Krylov subspace. (3) Solution of the eigenvalue problem in the
Krylov subspace, calculation of Green’s function associated withthe central atom, and back-transformation to the original space.

研究テーマ Research Subjects

1.   第一原理電子状態計算における効率的計算手法・アルゴリズムの開発
Development of efficient methods and algorithms for first-principles electronic structure calculations
2. 二次元物質の第一原理電子状態計算
First-principles calculations of two-dimensional novel structures
3. X 線分光スペクトル計算手法の開発
Development of first-principles methods for X-ray spectroscopies
4. 第一原理手法による超伝導転移温度の計算
First-principles calculations of superconducting critical temperature
5. OpenMX の開発と公開
Development of the OpenMX software package

45
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/noguchi_group.html

野口研究室

野口

博司

NOGUCHI, Hiroshi

Noguchi Group

准教授

Associate Professor

ソフトマター、生物物理を計算機を駆使して研究している。

樋口祐次

HIGUCHI, Yuji

助教

Research Associate

We study soft-matter physics and biophysics theoretically andnumerically. Our main target is the physics of biomembrane andcells under various conditions. We develop membrane models
and hydrodynamics simulation methods.
We found the shape transitions of red blood cells and lipid
vesicles in shear and capillary flows using mesoscale hydrodynamic simulations: discocyte-to-parachute, stomatocyteto-prolate, and prolate-to-discocyte, etc. We also clarified themembrane tubulation by the BAR proteins and the fracture
process of polymer materials.

特に、生体膜や細胞のダイナミクスの解明に力を入れている。
そのためのシミュレーション手法の開発、改良も行っている。
例えば、赤血球や脂質膜からなる小胞のさまざまな環境
下での形態変化を調べている。これまで、流れによる赤血球のパラシュート状やスリッパ状への変形や、タンパク質の吸着による生体膜の形態変化などを明らかにしている。
また、高分子材料の破壊過程や気泡形成を伴う流れなど
通常のナビエストークス方程式に従わない流体のダイナミク
スをシミュレーションを駆使して研究している。

伸長下の結晶性高分子の破壊。アモルファス層に空孔が生成し、破けていく。

バナナ状タンパク質分子による膜チューブ形成。条件によっては二次元格子状のネットワーク構造を経る。

Fracture of polymer material under axial extension.

Sequential snapshots of membrane tubulation induced by banana-shaped
protein rods.

研究テーマ Research Subjects
1.   細胞、脂質ベシクルの形態形成
Shape transformation of cells and lipid vesicles
2. 複雑流体のダイナミクス
Dynamics of complex fluids
3. 高分子材料の破壊
Fracture of polymer materials
4. 流体力学計算手法の開発
Simulation methods of hydrodynamics

46
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/yoshimi_team.html

吉見チーム

吉見

一慶

YOSHIMI, Kazuyoshi

Yoshimi Team

PCoMS 次世代研究員（PI）
Project Researcher

大規模計算機室では、物性研究所が管理・運用している

From the 2015 fiscal year, the supercomputer center has
started the project for advancement of software usability inmaterials science to enhance the usability of the supercomputer system of ISSP. We develop and enhance the usabilityof programs adopted in this project, release them as open
source software, and support dissemination activities such assupporting hands-on lectures. In addition, by using the developed software, we theoretically study research subjects in awide range of fields such as finite temperature properties insolids with strong geometric charge frustration and spin relaxation phenomena in quantum dot systems. In addition to these
activities, we focus on the information processing and havebeen trying to apply this technique to materials science such as
analyzing data obtained by the quantum Monte Carlo methodby the sparse modeling method and searching new materials
using the machine learning method.

スーパーコンピュータをより簡便に活用できるよう、2015 年
度よりソフトウェア開発・高度化プロジェクトを開始している。
本チームでは、本プロジェクトに採択されたプログラムの開発・高度化を実施し、オープンソースソフトウェアとして公開するとともに、講習会支援などの普及活動を行っている。また、高度化されたソフトウェアを活用し、幅広い分野での理論研究 ( 幾何学的電荷フラストレーションが強い系での有限温度物性解析、量子ドット系でのスピン緩和現象解析など )を行っている。最近では、高度化ソフトウェアを活用した研究に加え、近年著しい発展を見せる情報処理技術に着目し、スパースモデリングを活用した量子モンテカルロ法で得られたデータ解析や、機械学習を用いた新物質探索への研究などにも取り組んでいる。

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory

摂待研究室

摂待

力生

SETTAI, Rikio

Settai Group

客員教授

Visiting Professor

ドハース・ファンアルフェン振 動を主な観測手段として、

We are studying Fermi surface (FS) properties of strongly
correlated electron systems under extreme conditions by deHaas-van Alphen oscillation. FS, which is the highest constantenergy surface of conduction electron in reciprocal space, isvery important to characterize metallic materials, because itshows the characteristic shape and properties depending on the
crystal structure, number of valence electrons and the interactions acting the conduction electrons. We have elucidated
the change of FS with diverging mass-enhancement around
quantum critical point (QCP) in cerium and uranium magnetic
compounds. Recently, we are collaborating with Uwatoko group
to develop the observing system for the quantum oscillation
under the multiple extreme conditions using dilution refrigerator (DR) with 20T superconducting magnet, helium-free DR
with 9T magnet, constant load pressure cell, improved Bridgman
cell and palm-top cubic anvil cell in order to investigate the FS
properties of valence fluctuating system, multipole QCP system,transition metal compounds showing quantum phase transition
or metal-insulator transition.

極限環境下における強相関電子系のフェルミ面の研 究を行っている。フェルミ面は、伝導電子のエネルギーを波数空間で表した時にできる最も高い等エネルギー面であり、結晶構造や価電子数、伝導電子に働く相互作用などにより、その金属に特徴的な形や性質を示すため、金属的な物質を評価する上で大変重要となる。これまで、本研究室では、セリウム化合物やウラン化合物などの量子臨界点近傍でのフェルミ面の変化や、伝導電子の有効質量の発散的な増大を明らかにしてきた。現在、価数揺らぎや多極子の量子臨界点をもつ物質、さらには遷移金属磁性体の量子臨界点や金属絶縁体転移を示す物質のフェルミ面の性質を明らかにするため、上床研究室と共同で、20T 超伝導マグネット付
き希釈冷凍機や無冷媒希釈冷凍機、定荷重圧力装置、改良型ブリッジマン型圧力セル、パームトップ・キュービック圧
力セルを用いた多重極限下の量子振動の観測システムの開発に取り組んでいる。
47

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory

石井研究室

石井

史之

ISHII, Fumiyuki

Ishii Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

密度汎関数法に基づく第一原理計算手法を用い、スー

By using the first-principles density functional calculations
with massive parallel computation using large supercomputer,
we study the electronic structures and physical properties ofcomplex materials. We perform computational materials designof candidate materials for spintronics applications and thermoelectric materials. In particular, we focus on spin, magnetic
freedom of electrons. For example, Rashba spin texture is known
for the vortex spin structure in the momentum space (wavenumber space of Bloch electrons) and the skyrmion crystal
is known for the vortex spin structure in real space. These
non-trivial spin structures originate in the crystal structure andstructure of materials interface. The electron transport phenomenon is strongly affected by these spin structures. In our laboratory, we study the origin and expected physical properties ofthe materials with peculiar spin structures by realistic computer
simulation. We try to propose physically interesting phenomena
and design materials that are important for engineering.

パーコンピュータを用いて大規模な並列計算をおこなうことで、複雑な物質の電子状態や物性を研究するとともに、ス
ピントロニクス応用や熱電変換材料として有用な物質の計算
デザインを行っている。 特に電子のもつ磁気的な自由度であるスピンに注目した研究をおこなっている。Bloch 電子の波数空間でのスピン構造（ラシュバ効果等）、実空間でのスピン構造（スカーミオン結晶等）は、結晶構造や界面の構造によって、多彩な非自明な渦構造を示すことが知られており、電子の輸送現象はこれらのスピン構造の影響を強く受ける。本研究室ではそれらについて、現実の物質をより忠
実にコンピュータの中に再現することにより、スピン構造の起源と期待される物性について調べ、その知見から理学的に興味深い現象の提案および、工学的にも重要である物質のデザインをめざしている。

48
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

Materials Design and Characterization Laboratory
物質設計部 (Materials Design Division)

大型計算機室Supercomputer Center
担 当所員
担 当所員
担 当所員
担 当所員
助

教

助

教

川島
尾崎
杉野

直輝 Chairperson : KAWASHIMA, Naoki
泰助 Contact Person : OZAKI, Taisuke

博司 Contact Person : NOGUCHI, Hiroshi

笠松

秀輔 Research Associate : KASAMATSU, Shusuke

矢田

裕行 Technical Associate : YATA, Hiroyuki

荒木繁行 Technical Associate : ARAKI, Shigeyuki

福田

技術専門職員修 Contact Person : SUGINO, Osamu

野口
渡辺

技術専門職員
学術支援専門職員

毅哉 Technical Associate : FUKUDA, Takaki

宙志 Research Associate : WATANABE, Hiroshi

大型計算機室では計算物性物理学専用のスーパーコン

渡辺 /WATANABE

ピュータシステムを、スーパーコンピュータ共同利用委員

The Supercomputer Center (SCC) operates a supercomputer
system available to all researchers of condensed matter physics
in Japan. One can submit a proposal for a User Program to
the Supercomputer Steering Committee, and once granted he/she can use the facility with no charge. The supercomputer
system consists of two systems: SGI ICE XA/UV hybrid system(3820 CPU (Intel Xeon) + 576GPU(Nvidia Tesla K40)) and
HPE SGI 8600 (504 CPU). The former and the latter systems
were renewed in July 2015 and in January 2018, respectively.
In addition to maintaining high performance of the system
in cooperation with the venders, the SCC also responds toquestions and inquiries from users on a daily basis. In 2015,
we started a new program for developing application programs
aiming at more efficient usage of the supercomputer systems.
We also support national projects, such as post-K computer
projects, element strategy projects, professional development
consortium for computational materials science (PCoMS), etc.
software development projects. We support software development projects for post-K computer, Elements Strategy Initiative,
and PCoMS by providing and managing computer resources.

会の審議に基づき全国の物性研究者の共同利用に供している。スパコンシステムは 2015 年 7 月に更 新された大規 模 並 列 計 算 機（SGI ICE XA/UV ハイブリットシステ
ム、3820 CPU (Intel Xeon) + 576GPU (Nvidia TeslaK40)）に、2018 年 1 月に稼働を開始した大規模並列計
算機 (HPE SGI 8600、504 CPU) を加えた複合システムである。システムのベンダーとの密な連絡によって高度なシステム性能を維持するとともに、全国ユーザからの相談にきめ細かく応じながら、システムの管理運用を行っている。
スーパーコンピュータの利用申請については、ホームページ(http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/supercom/) を参照されたい。また、2015 年度から上記スパコンシステムのより高度な利用を促進するためソフトウエア開発・高度化支援プログラムを開始した。さらに、計算物質科学スパコン共用事
業を通じてポスト「京」重点課題、萌芽課題、元素戦略プ
ロジクト、計算物質科学人材育成コンソーシアム (PCoMS)などの大型プロジェクトをサポートしている。

スーパーコンピュータ

笠松 /KASAMATSU

物性研究所共同利用スーパーコンピュータシステム構成図

システムＢ（SGI ICE XA/UV hybrid system）

The Supercomputer System at the SCC-ISSP.

The supercomputer system B (SGI ICE XA/UV hybrid system).

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物質設計評価施設
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

物質合成室
Materials Synthesis Section
担 当 所 員
技 術 職 員

廣井
石井

善二

化学分析室
Chemical Analysis Section
担 当 所 員Contact Person : HIROI, Zenji

梨恵子 Technical Associate : ISHII, Rieko

技術専門職員
技 術 職 員

廣井
小池
石井

善二
正義

Contact Person : HIROI, Zenji
Technical Associate : KOIKE, Masayoshi

梨恵子 Technical Associate : ISHII, Rieko

本室では、新物質の合成、既知物質の良質化、単結晶

本室では、物性研究に有用な物質についての化学分析や育成など研究用試料の合成を行っている。また、各種高温

新しい物質の分析方法の検討および化学的手法による材料

電気炉や単結晶育成炉、試料調整加工機などを所内外のの精製および調整を行うと共に、秤量・分析・化学処理に

共同利用研究機器として供している。

関わる各種機器を所内外の共同利用に供している。

The main purposes of the Materials Synthesis Section are tosynthesize new compounds and to prepare well-characterized
samples and single crystals of various materials. Various kindsof furnaces are provided for crystal growth experiments.

The Chemical Analysis Section is engaged in determining thechemical composition of specimens and in purifying chemical
reagents for preparation of high quality specimens. The analytical equipments, several types of automatic balance and a systemfor preparation of ultra-high purity water are provided forchemical analysis experiments.

主要設備

フローティングゾーン単結晶育成炉、各種電気炉（抵抗加熱式ブリッジマ

ン炉、フラックス炉、アーク溶解炉、シリコニット炉）、真空蒸着装置（10-6

主要設備

Torr）
、グローブボックス、ボックス炉

誘導結合高周波プラズマ発光分光分析装置、各種顕微鏡、電子天秤、電位差滴定装置、純水製造装置

Main Facilities

Floating-zone furnaces, Bridgman-type furnace, Ar-arc furnace,

Main Facilities

Furnace for flux method, Ultra-high vacuum deposition apparatus,

ICP-AES, microscopes, Automatic balances, Potentiometric titration

Glove box, and Box-type furnaces.

apparatus, and the system for preparation of ultra-high purity
water.

試料調整用グローブボックス

誘導結合高周波プラズマ発光分光分析装置

Glove box for sample preparation

ICP-AES50
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

Materials Design and Characterization Laboratory
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

Ｘ線測定室
X-Ray Diffraction Section
担 当 所 員
助

教

廣井
矢島

電子顕微鏡室Electron Microscope Section

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

担 当 所 員健 Research Associate : YAJIMA, Takeshi

技術専門職員廣井浜根

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

大輔 Technical Associate : HAMANE, Daisuke

電子顕微鏡は物質の微細構造評価の有力な手段である。
本室では、格子像レベルでの透過像を観察するため、高分

矢島 / YAJIMA

解能形と電界放射形分析電子顕微鏡を備え、物質の微細興味深い物性を示す物質の開発や評価において、結晶構構造研究を行うと共に、設備を所内外の利用に供し、共同造解析は極めて重要な位置を占める。本室では、Ｘ線回折利用研究や依頼研究を行っている。

を用いて、新規物質の結晶構造や温度による構造変化など
物質構造の研究を行うと共に、所内外の研究者に対して施The Electron Microscope Section supports electron diffraction measurements, lattice image observations and microscopic
analyses of various solid materials in both crystalline andnon-crystalline forms with the atomic-scale resolution by using
a high-resolution electron microscope equipped with an x-ray
micro-analyzer.

設利用の提供、依頼研究を行っている。
The main purposes of the X-Ray Diffraction Section are
structural analysis and identification of powder and single
crystal specimens for solid state physics. By using the Powder
X-ray diffractometer equipped with a refrigerator, the structural
analysis is performed in the temperature range of 4-300 K.

主要設備

200kV 電界放射形分析電子顕微鏡、低温・高温ホルダー、薄膜試料作製

主要設備のための種々の装置

粉末Ｘ線回折装置、単結晶構造解析用 CCD システム、極低温Ｘ線回析装置、Main Facilities

湾曲イメージングプレート型Ｘ線回折計、ラウエカメラ、イメージングプ

200 kV electron microscope with an x-ray micro-analyzer, High-

レート読み取り装置

and low-temperature holders, and various apparatuses for sample

Main Facilities

preparation.

Powder X-ray diffractometer, CCD system for the single-crystal
structure analysis, Powder X-ray diffractometer with a refrigerator,
Warped imaging plate type diffractometer, Monochromated Lauecamera, and Imaging plate reader.

極低温用イメージングプレート型Ｘ線回折計

200 kV 電界放射形分析電子顕微鏡

Imaging plate type X-ray diffractometer for low temperature application

200 kV electron microscope with an X-ray micro-analyzer

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

電磁気測定室Electromagnetic Measurements Section
担 当 所 員担 当 所 員担 当 所 員担 当 所 員
技術専門職員瀧川

仁 Contact Person : TAKIGAWA, Masashi

廣井

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

勝本

信吾 Contact Person : KATSUMOTO, Shingo

森

山内

光学測定室
Spectroscopy Section
担 当 所 員
助教

初果 Contact Person : MORI, Hatsumi

秋山挾間英文 Contact Person : AKIYAMA, Hidefumi
優治 Research Associate : HAZAMA, Yuji

徹 Technical Associate : YAMAUCHI, Touru

本室では、物質の基本的性質である電気的磁気的性質

汎用性のある光学測定機器やレーザー光源を備え、所内を、温度および磁場の広い範囲にわたって測定するとともに、外の共同利用に供している。可視・紫外・赤外領域の吸収・磁気特性測定装置、物理特性測定装置、超伝導磁石など

反射スペクトル、顕微ラマン分光などの測定が可能である。

の設備を所内外の共同利用に供している。

The Spectroscopy Section offers joint-use facilities for standard optical measurements. The facilities can be used for measurements of conventional absorption/reflection spectrum in
the UV, visible and IR regions and Raman scattering.

The Electromagnetic Measurements Section offers various
facilities for measurements of electric and magnetic propertiesof materials. The followings are types of experiments currently
supported in this section: electrical resistivity, magnetoresistanceand Hall effect, d.c.susceptibility, a.c. susceptibility, and NMR.

主要設備

可視紫外分光光度計、赤外分光光度計、ラマン分光光度計、波長可変パル
スレーザー光源主要設備

１５/ １７テスラ超伝導マグネット、１６/ １８テスラ高均一超伝導マグ

Main Facilities

置（ＰＰＭＳ）

spectrometer with Ar and He-Ne lasers, Pulsed YAG laser equipped

UV/VIS absorption spectrometer, IR spectrometer, Micro-Raman

ネット（ＮＭＲ）、ＳＱＵＩＤ磁化測定装置（ＭＰＭＳ）、汎用物性測定装with tunable OPPO and a laser-machining unit, Ar ion laser,

Main Facilities

Cryostat.

Superconducting magnet (15/17 T), High homogeneity
superconducting magnet (16/18 T) for NMR experiments, MPMS(SQUID magnetometer, 7 T), and PPMS (physical properties
measurement system, 9 T).

赤外およびラマン分光装置

磁気特性測定装置

IR and Raman Spectrometers (Room A468)

SQUID magnetometer (MPMS)

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

Materials Design and Characterization Laboratory
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

高圧合成室
High-Pressure Synthesis Section
担 当 所 員
技 術専門職員

廣井後藤

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

弘匡 Technical Associate : GOTOU, Hirotada

本室では、百万気圧、数千度までの高温高圧下において様々な ( 新 ) 物質の合成を行うと共に、高圧力下における物質の挙動を調べている。さらに各種の高圧力発生装置や関連する実験設備を所内外の共同利用に供している。
The main purposes of the High-Pressure Synthesis Section
are to synthesize various (new) compounds and to investigate
the behavior of some materials at extreme conditions of highpressures up to 100 GPa or more and high temperatures up to
several thousand ºC. Various types of high-pressure apparatuses and related experimental equipments are provided to joint
research and internal use.
主要設備

500/700 トン油圧プレス装置、ダイヤモンドアンビルセル、Ｘ線回折装置、顕微ラマン分光装置、YAG レーザー加工機、その他 ( 放電加工機、ダイヤ
モンド研磨装置、旋盤、NC モデリングマシン )Main Facilities

500/700 ton press, Diamond Anvil Cell, X-ray diffractometer,
Micro-Raman spectrometer, YAG laser cutting machine, andothers including Electric discharge machine, Grinding machine fordiamond, Lathe machine, and Modeling machine.

若槻型 700ton キュービックプレス。
4GPa までの高温高圧合成実験用。

Wakatsuki-type 700 ton cubic press for high pressure and hightemperature synthesis experiments up to 4 GPa.

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