第32回日本放射光学会年会
放射光科学合同シンポジウム(JSR2019)学生発表賞審査結果について
第32回日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム（JSR2019）
組織委員長

組頭広志（東北大学

多元物質科学研究所/高エネルギー加速器研究機構

物質構造科学研究所）

日本放射光学会年会放射光科学合同シンポジウム（年会合同シンポ）学生発表賞では，将来性独創性のある優れた発表を行った学生を顕彰し，賞状を贈呈してまいりました。年会合同シンポジウムの精神に則り「学生による全ての発表」を対象としています。第 32回年会合同シンポ（ JSR2019）では，組織委員長，実行委員長，副実行委員長，プ
ログラム委員長，副プログラム委員長の 7 名で学生発表賞選考委員会を組織し，95名の審査員によるのべ440件（発表件
数100件，発表あたり 4 人の審査員で審査）の審査結果に基づき選考が行われました。審査にご協力いただいた先生方には，この場をお借りして厚く御礼申し上げます。
第32回年会合同シンポ（JSR2019）では学生発表賞対象講演の申込数が110件ありましたが，2 件の発表キャンセルがあり，最終的な対象講演数は108件となりました。分野別の内訳は以下の通りです。
第 1 分野X 線領域の回折散乱分光など

口頭発表7 件，ポスター発表42件
第 2 分野VSX 領域の固体原子分子など

口頭発表14件，ポスター発表13件
第 3 分野加速器装置イメージングなど

口頭発表10件，ポスター発表23件
合計件数

JSR2019 108件（JSR2018 123件， JSR2017126件， JSR2016 109件，JSR2015 113件， JSR14 124

件，JSR13104件，JSR12111件，JSR11124件，JSR1096件）
学生発表賞選考委員会では上記発表を対象に，審査員による採点の結果を評点および T スコアにより評価し，以下の7 名の方々に学生発表賞を授与することに決定しました。受賞者の皆様が，これを契機に今後も放射光分野において益々ご活躍されることを期待しております。
【JSR2019学生発表賞受賞者（各分野，五十音順）】
第 1 分野X 線領域の回折散乱分光など

発表番号10P059
氏名（所属）木村謙吾（立命館大院生命）
演題二元素 DXAFS 法によるニッケルマンガン酸リチウム正極の反応解析
発表番号6G002
氏名（所属）中川広野（甲南大院自然）
演題硬 X 線光電子分光によって明らかにする Sr3Ir2O7 の絶縁化メカニズム
発表番号10P049
氏名（所属）増田汐里（九大院工）演題鎖延長剤を用いないポリウレタンエラストマーの種々の変形下におけるその場 X 線構造解析
第 2 分野VSX 領域の固体原子分子など

発表番号5F003
氏名（所属）中村拓人（阪大院理）
演題Bi/GaSb(110)(2×1)表面におけるスピン偏極した擬一次元金属の電子状態

放射光 March 2019 Vol.32 No.2 ●87(C) 2019 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research発表番号3B004
氏名（所属）野口亮（東大物性研）

演題NanoARPES で直接観測する弱いトポロジカル絶縁体 bBi4I4 の側面ディラック電子状態
第 3 分野加速器装置イメージングなど

発表番号11P031
氏名（所属）平野嵩（阪大院工）演題XFEL の反射型セルフシード用マイクロチャネルカット結晶の大気圧プラズマによる無歪み内壁加工
発表番号11P018
氏名（所属）山口浩之（阪大院工）演題形状可変ミラーを用いたコンパクトな X 線ズームコンデンサの開発
なお，次ページ以降に各受賞者の研究要旨が本人の紹介と受賞コメントと合わせて掲載されております。ぜひご覧ください。

88 ● 放射光 March 2019 Vol.32 No.2

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

JSR2019学生発表賞

第 1 分野

受賞者木村謙吾（発表番号10P059）
目二元素 DXAFS 法によるニッケルマンガン酸リ

題

チウム正極の反応解析
講演者木村謙吾，北澤啓和，片山真祥，稲田康宏
所属立命館大学大学院生命科学研究科

1.

緒言

スピネル型ニッケルマンガン酸リチウムは，4.5 V 以上の高い電圧で動作するリチウムイオン電池の正極活物質として期待されている。ニッケルマンガン酸リチウム正極を用いた電池の充放電曲線を Fig. 1 に示す。従来の研究では，
4.7 V で Ni2＋/Ni4＋ の酸化還元反応が，2.7 V および2.1 V

で Mn3＋ / Mn4＋ の反応が起こると提案されているが，電Fig. 2充放電過程のニッケルマンガン酸リチウム正極中の Ni お
よび Mn の吸収端エネルギー（E0）変化

Fig. 3

バブリング処理した電解液を用いた電池について放電から開始した充放電曲線

位と反応の対応には不明な点がある。本研究では，二枚の湾曲結晶を用いることで二種類の元素の化学状態を同時に追跡可能な，二元素 DXAFS 法を適用し，充放電の電流量とニッケルマンガン酸リチウム正極で起こる酸化還元反応を明らかにすることを目的とした。

2.

実験

ニッケルマンガン酸リチウム正極および金属リチウム負極を用いたラミネート型リチウムイオン電池を作製した。
二 元 素 DXAFS 測 定 は 高 エ ネ ル ギ ー 加 速 器 研 究 機 構（ KEK ）の PF AR NW2A と立命館大学 SR センターのBL5 において行った。

3.

結果と考察

充放電過程における Ni および Mn の XANES スペクト

E0 が変化しない電位平坦部が存在し，さらに充電するとルから得られた吸収端エネルギー（ E0 ）を，電池電圧の3.8 V で Mn3＋ が Mn4＋ へ ， 4.7 V で Ni2＋ が Ni4＋ へ と 酸

変化と合わせて Fig. 2 に示す。放電を開始してから 6000 s

化された。

までで Ni4＋ から Ni2＋ への還元反応が観測された。より

2.7 V で起こる反応への電解液中の溶存酸素の関与を調

低電位までの放電で，Mn が反応に関与すると考えられてべるために， Ar ガスでバブリングした電解液を用いた電いたが，本研究により 2.7 V で Mn と Ni がともに変化し池と，未処理の電解液を用いた電池の充放電挙動を比較しない電位平坦部をもつことが明らかになった。さらに放電た。放電から開始した充放電曲線（ Fig. 3 ）では，バブリ

すると，2.1 V で Mn4＋ から Mn3＋ への還元反応が一部進

ングにより2.7 V の電位平坦部における容量の減少が見ら行した。その後の充電過程においても，2.9 V で両元素のれ，活物質中の金属化学種ではなく，電解液中の溶存化学種が2.7 V での容量に寄与していることが示唆された。本
研究では， Ni および Mn の酸化状態を完全に同時に追跡し，電位との厳密な対応付けをすることで， Mn と Ni の酸化還元が進行する電位と電解液中の溶存化学種の副反応の存在を明らかにすることができた。

Fig. 1

ニッケルマンガン酸リチウム正極を用いた電池の充放電曲線

放射光 March 2019 Vol.32 No.2 ●

89

木村謙吾
立命館大学院生命科学研究科生命科学専
攻博士課程前期 1 年［略歴］
2018 年立命館大学生命科学部応用化学科卒業。
現在，同大学院生命科学研究科生命科学
専攻博士課程前期在籍。
［受賞のコメント］
この度は JSR2019 学生発表賞という名誉ある賞を頂き、大変光栄に思います。日頃よりご指導頂いております稲田康宏教授、片山真祥講師、並びに本研究にご協力頂きました無機触媒
化学研究室の皆様に厚く御礼申し上げます。今回の受賞を励みに、これまで以上に精進していきます。

JSR2019学生発表賞

第 1 分野

受賞者中川広野（発表番号6G002）
目硬 X 線光電子分光によって明らかにする Sr3Ir2

題

O7 の絶縁化メカニズム

講演者中川広野1,2，宮崎翔1,2，金井惟奈2,3，濱本諭2,3，
藤原秀紀2,3，関山明2,3，東谷篤志2,4，
門野利治2,5 ，今田真2,5 ，玉作賢治2，矢橋牧名2 ，
石川哲也2，高瀬浩一6，山崎篤志2,7
属1 甲南大院自然，2 理研 SPring 8 ，3阪大基礎工，所

4摂南大理工，5立命館大理工，6日大理工，7甲南大理工1.

緒言

Ruddlesden Popper （ RP ） 系 Ir 酸 化 物 Srn＋1IrnO3n＋1は結晶構造の次元性の低下に伴って金属絶縁体転移を起こ

Fig. 1 SX PES によって得られた RP 系における Ir 4f 内殻光電子スペクトル。

す物質系である。c 軸方向にペロブスカイト層とブロック層が交互に積層した n ＝ 1 の Sr2IrO4 とペロブスカイト層を二層にした n＝2 の Sr3Ir2O7 は基底状態で反強磁性絶縁メカニズムを明らかにすることを目的とした。

体（それぞれ TN ～ 240 K, TN ～ 280 K ），三次元的に IrO6八面体が結合した n ＝∞のペロブスカイト型 SrIrO3 では

2.

実験

常磁性金属となる。しかし Sr3Ir2O7 の絶縁化メカニズム

実験は SPring8 BL19LXU で行なった。試料はフラッ

は未だに完全には明らかになっておらず，温度依存

クス法を用いて育成された単結晶 Sr3Ir2O7 で，測定温度

ARPES や， Tight Binding 法による理論計算などからはは TN＝280 K を跨ぐ T＝100 K，T＝300 K の 2 点で測定

スピン軌道誘起 Mott 絶縁体1,2)，磁化や電気抵抗率の温度を行なった。励起光のエネルギーは 7.9 keV ，エネルギー依存測定からは Slater 絶縁体であると言う報告3)がある一

分解能は0.4 eV とした。

方で，共鳴磁気散乱実験からはその両方でもないと報告され て い る 4) 。 我 々 は こ れ ま で に 軟 X 線 光 電 子 分 光 実 験（SX PES）を行なった5)。SX PES で得られた Ir 4f 内殻

3.

結果と考察

Sr3Ir2O7 の T ＝ 100 K における Ir 4f 内殻光電子スペク

光電子スペクトルからは RP 系 Ir 酸化物全てにおいて Ir

トルを Fig. 2 に示す。これまで Ir 酸化物では Ir 4f 内殻光

4f ピークに肩構造が存在し，絶縁体の Sr3Ir2O7 ， Sr2IrO4電子スペクトルにみられる（ B ），（ C）の構造は，それぞに比べて，金属の SrIrO3 でその肩構造が増強されている

れ Ir 4f 内殻正孔生成に伴う局所的な非遮蔽，遮蔽に起因ことが観測されている（ Fig. 1)6) 。本研究ではバルク敏感する構造であるとされてきたが，今回我々の測定では，な硬 X 線光電子分光実験（HAXPES）を行い，Ir 4f 内殻（A）の構造が観測されたことから，（A）を局所的な非遮光電子スペクトルの温度依存性を観測する事でこの絶縁化

蔽，（B）を局所的な遮蔽，（C）を非局所的な遮蔽（non

90 ● 放射光 March 2019 Vol.32 No.2

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

温度依存測定の結果を Fig. 3 に示す。得られた T ＝ 300
K （実線）における光電子放出強度（ I300K ）と， T ＝ 100
K（破線）におけるそれ（I100K）とそれらの差分（I300K－
I100K ）をプロットしている。差分から， NLS に起因する肩構造が常磁性相で増大していることがわかる。この変化は反強磁性から常磁性への磁気転移に伴う Metallicity の
増 加 を 示 唆 し て い る。 SX PES に お い て 金 属 化に 伴 い
NLS による構造が増大していることからも，磁気転移に伴う NLS による構造の増大は， Metallicity の増加を裏付ける。以上から，Sr3Ir2O7 において，反強磁性秩序が絶縁
Fig. 2

HAXPES によって得られた Sr3Ir2O7 の Ir 4f 内殻光電子ス
ペクトル。

化メカニズムの主役となる Slater 絶縁体的な兆候を観測したと考えられる。

参考文献
1)
2)
3)
4)
5)
6)

P. D. C. King et al.: Phys. Rev. B 87, 241106 (R) (2013).
JM. Carter et al.: Phys. Rev. B 88, 035111 (2013).
G. Cao et al.: Phys. Rev. B 66, 214412 (2002).
S. Fujiyama et al.: Phys. Rev. B 86, 174414 (2012).
A. Yamasaki et al.: Phys. Rev. B 94, 115103 (2016).
K. Nakagawa et al.: to be published.

中川広野

Fig. 3

T＝ 300 K, T ＝100 K の Ir 4f 内殻光電子スペクトルとその差分スペクトル。

local screening; NLS）に起因する構造であると考えた。

甲南大学大学院自然科学研究科物理学専
攻博士後期課程 1 年［略歴］
2016年甲南大学理工学部物理学科卒業。
2018 年甲南大学大学院自然科学研究科
物理学専攻修士課程修了。
現在，同大学院博士後期課程在籍。
［受賞のコメント］
この度は，JSR2019学生発表賞に選出していただきありがとうございます。日頃よりご指導いただいております山崎先生，
SPring 8 BL19LXU での実験に協力いただいております阪大
関山研究室，立命館大学今田研究室の先生方をはじめとした皆様にこの場をお借りして厚く御礼申し上げます。

この NLS による構造は 3d 電子系でよくみられ， DMFT＋LDA による理論計算もこの解釈を支持する。

JSR2019学生発表賞

第 1 分野

受賞者増田汐里（発表番号10P049）
題目鎖延長剤を用いないポリウレタンエラストマーの種々の変形下におけるその場 X 線構造解析

講演者増田汐里1，野崎修平1，永野千草1，朝鴻1，
深田健斗1，小椎尾謙1,2,3，高原淳1,2,3
属1九大院工，2九大先導研，3WPII2CNER

所

1.

緒言

熱可塑性ポリウレタンエラストマー（ TPU ）は，ポリ規の脂環族ジイソシアネートである 1,4 ビス（イソシア
ナ ト メチ ル ） シク ロ ヘキ サ ン （ 1,4 H6XDI ） を 用 いた
TPU は，ハードセグメントの対称性が高いことに起因して凝集しやすいため力学物性が優れていることが明らかとなっている13)。
一般に材料が使用される環境におかれた際，一方向だけではない多方向の伸長や圧縮を受ける環境にさらされることが多い。このため，二軸伸長および圧縮過程における分子鎖構造を評価することは極めて重要である。しかしながら，高分子材料の二軸伸長および圧縮過程における，そのオールからなるソフトセグメントとイソシアネートと鎖延場広角 X 線回折（ WAXD ）/小角 X 線散乱（ SAXS ）測長剤からなるハードセグメントから構成される。近年，新定の報告は殆どない。本研究では， 1,4 H6XDI およびポ放射光 March 2019 Vol.32 No.2 ●91

リオールのみからなる熱可塑性ポリウレタンエラストマー（TPU）の一軸，二軸伸長および圧縮過程における分子鎖
凝集構造変化を解明することを目的とする。

2.

実験

1,4 H6XDI およびポリ（オキシテトラメチレン）グリコール（Mn＝1800）のみから TPU を調製し，一軸伸長，二軸伸長および圧縮過程の変形下におけるその場 WAXD/SAXS 測定を，SPring8 BL05XU において行った。

3.

結果および考察

Fig. 1 は， TPU の種々の変形下における応力ひずみ曲線である。一軸および二軸伸長過程において，応力ひずみ曲線はゴム特有の逆 S 字を示した。また，二軸伸長変Fig. 1

室温での種々の変形下における 1,4H6XDI を用いた TPUの応力
ひずみ曲線。

Fig. 2室 温 で の 種 々 の 変 形 下 に お け る 1,4„H6XDI を 用 い た
TPU の WAXD および SAXS 像。

Fig. 3

一軸伸長過程における 1,4„H6XDI を用いた TPU の分子
鎖凝集構造。

形の場合，低ひずみ領域で一軸伸長変形よりも高い応力値を示し，低い破断ひずみを示した。一方，圧縮過程においては，応力は直線的に増加した。Fig. 2 は，TPU の種々の変形過程における WAXD および SAXS 像である。初期状態の SAXS 像には明瞭な散乱ピークが観測されなかった。これより，初期状態では，この TPU は，わずかに濃度揺らぎを有するものの相混合に近い状態であったと考えられる。変形下の WAXD 像において，一軸伸長変形では，伸長方向に対して垂直方向に回折が観測されたのに対し，二軸伸長変形では，初期状態に観測されたアモルファ
スハローから大きな変化は観測されなかった。これらより，一軸伸長変形では，伸長方向に分子鎖が引き伸ばされ，PTMG 鎖が配向および結晶化したが，二軸伸長変形では，二方向に伸長されるため配向しなかったと考えられる。一方，変形下の SAXS 像において，一軸伸長変形ではスポット状の散乱が，二軸伸長変形では楕円形の散乱が，圧縮変形ではブロードな散乱が観測された。これらより，種々の変形に伴いミクロ相分離構造が誘起されたと考えられる。特に，一軸伸長時の散乱は，他の変形時の散乱と比較して，明瞭で高強度であった。一軸伸長変形においては，一方向にのみ分子鎖が伸長され，分子鎖同士が接近する自由度が高く，さらに分子鎖の方向も揃うため，ウレ
タン基イソシアネート残基ウレタン基（ウレタンユニット）の凝集およびソフトセグメントの配向が容易に起こり，より周期的なミクロ相分離構造が誘起されたと考えられる（Fig. 3）。一方，二軸伸長変形および圧縮変形においては，一軸伸長変形と比較して分子鎖同士が接近する自由度は低いものの，一軸伸長時と同様にウレタンユニット同士が接近し，水素結合を形成することで，ミクロ相分離構
造が誘起されたと推測される。二軸伸長変形および圧縮変参考文献

形の散乱強度が，一軸伸長変形と比較して低かったのは，
この分子鎖の自由度の違いに由来すると考えられる。

92 ● 放射光 March 2019 Vol.32 No.2

1)

S. Nozaki, S. Masuda, K. Kamitani, K. Kojio, A. Takahara,
G. Kuwamura, D. Hasegawa, K. Moorthi, K. Mita and S.
Yamasaki: Macromolecules 50, 1008 (2017).
2) S. Yamasaki, G. Kuwamura, H. Morita, D. Hasegawa, K.

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

Kojio and A. Takahara: Nihon Reoroji Gakkaishi 45, 261(2017).
3) R. Rahmawati, S. Nozaki, K. Kojio, A. Takahara, N. Shinohara and S. Yamasaki: Polym. J. 51, 265 (2019).

JSR2019学生発表賞

第 2 分野

受賞者中村拓人（発表番号5F003）
題目 Bi / GaSb ( 110 )( 2 × 1 )表面におけるスピン偏極した擬一次元金属の電子状態

講演者中村拓人1，大坪嘉之2,1，山下雄紀1，
P. Le Fevre3，F. Bertran3，木村真一2,1

所

属1阪大理，2阪大生命，3Synchrotron SOLEIL
近年， Rashba 効果1) やトポロジカル秩序相2) に起因す増田汐里
九州大学大学院工学府物質創造工学専攻修士課程 2 年［略歴］
2017 年 3 月九州大学工学部物質科学工学科卒業。
2017 年 4 月より九州大学大学院工学府
物質創造工学専攻修士課程に在籍。
［受賞のコメント］
この度は，栄誉ある JSR2019 学生発表賞にご選出頂き誠にありがとうございます。日頃よりご指導頂いた高原淳教授，小椎尾謙准教授，本研究にご協力頂きました理化学研究所の星野大
樹博士，高原研究室の方々，ならびに発表をお聞き下さった皆様にこの場を借りて厚くお礼申し上げます。

鎖を形成できた場合，表面一次元鎖の電子状態にホールが注入されると予想されるためである。
実験は，劈開及び S&A （アニール温度は 700 K ）の 2
つの方法で得た清浄面に対して， Bi 原子を数原子層蒸着
した後 560 K 程度で加熱することで Bi / GaSb ( 110 )( 2 ×
1 ) 表 面 を 作 製 し た 。 ARPES 測 定 は ， Synchrotron
SOLEIL (hn＝30120 eV，測定温度15 K），及び He 放電管（hn ＝21.2 eV，測定温度20 K）において，エネルギー
分解能15 meV 程度で行った。

る，スピン偏極した表面電子状態に関する研究が盛んに行

Fig. 1 に，（ a）劈開と（b）S&A を行った GaSb(110)上われている。このようなスピン偏極表面状態は，Rashba

の Bi 擬 一 次 元 鎖 に お け る ， 鎖 平 行 方 向 （［ 1̃10 ］） の

Edelstein 効果によるスピン流電流の直接変換をはじめと

APRES バンドマッピングの結果を示す（ hn ＝ 21.2 eV ，するスピントロニクスへの応用が期待されている3) 。一

k//［001］＝ 0.24 Å－1 ）。 Fig. 1 （ a ）と（ b ）のどちらにおいて

方，より低次元である（擬）一次元系では，スピンに依存も，白色のガイドで示すような k//［1̃10］＝0 Å－1 を中心としした金属絶縁体転移4)や電子の後方散乱の完全抑制など，て対称的な分散形状を示す 2 つのホール型バンドを観測

更なる興味深い電子物性の発現も予測されている。

した。また，この分散形状は Bi / InAs ( 110 )( 2 × 1 )にお

我々はこれまで Bi / InAs ( 110 )( 2 × 1 )表面について電いて観測された擬一次元的な表面状態とよく似ている5)。

子状態観測を行い，非常に大きなサイズの Rashba 型スピ

また，等エネルギー面の形状も Bi/InAs(110)表面と同様

ン軌道分裂構造が表面擬一次元電子状態において実現していることを報告してきた5,6) 。しかしこの電子状態は半導体的であり，スピン偏極一次元系において期待される上に示した興味深い電子物性の発現のためには，金属化することが必要であった。そこで本研究では，Bi/InAs(110)(2× 1 )表面と同様の表面原子構造を取ることが報告されている Bi/GaSb(110)(2×1)を作製し7)，角度分解光電子分光（ ARPES ）によって電子状態観測を行った。特に，( 110 )清浄表面の作製により表面状態の金属化を目指して，単結晶基板の劈開の方法と Ar＋ スパッタリングとアニール（ S&A ）による方法の 2 種類試みた。後者の方法を試みた理由は， Ar＋ スパッタリングにおいて，スパッタ効率は元素に依存しており，IIIV 族半導体では V 族元素が優先的に脱離することが知られている8,9) 。これによって，アクセプターとしての機能が期待される III 族元素
が過多な表面状態を作ることができる。この表面に一次元

Fig. 1

Bi / GaSb ( 110 )( 2 × 1 )表面の k//［001］＝ 0.24 Å－1 におけるARPES 観測結果。（ hn ＝ 21.2 eV ，測定温度 20 K ）。 GaSb
(110)の清浄化は（a）劈開。（b）Ar＋ スパッタリング（1kV）とアニール（700 K）により行った。白色の放物線はバンド分散のガイド。

放射光 March 2019 Vol.32 No.2 ●93

に擬一次元的であった。さらに左右円偏光の励起光を用いたい。

た ARPES の円二色性測定によって，このホール型分散が

参考文献

波数垂直方向に軌道角運動量の偏極構造を持ち，波数の符
号反転に伴って偏極方向が反転することがわかった。以上の特徴は，軌道の偏極がスピンと結合していると考えると，
Rashba 効果によりスピン軌道分裂した表面バンドにおいて予測される振る舞いと一致する1,1012)。次に，ホール型
分散の頂点の位置に注目すると，劈開面基板を用いた Fig.
1（a）がフェルミ準位より下に観測されていることに対して， S&A を行った基板を用いた（ b ）では明瞭にフェルミ準位を横切っている様子が観察できる。すなわち，劈開
を基板清浄化に用いた場合には，スピン軌道偏極した表面
バンドは半導体的となり，基板を S&A をすることにより

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

Y. A. Bychkov and E. I. Rashba: JETP Lett. 39, 78 (1984).
M. Z. Hasan and C. L. Kane: Rev. Mod. Phys. 82, 304(2010).
J.C. RojasS áanchez et al.: Nature Commun. 4, 2944 (2013).
B. Braunecker et al.: Phys. Rev. B 82, 045127 (2010).
T. Nakamura et al.: Phys. Rev. B 98, 075431 (2018).
中村拓人放射光 31, 147 (2018).
T. van Gemmeren et al.: Phys. Rev. B 57, 3749 (1998).
S. Valeri and M. Lolli: Surf. Interface Anal. 16, 59 (1990).
W. Yu et al.: Surf. Sci. 352354, 781 (1996).
G. Bian et al.: Phys. Rev. Lett. 108, 186403（2012).
C. R. Ast et al.: Phys. Rev. Lett. 98, 186817 (2007).
K. Ishizaka et al.: Nat. Mater. 10, 571 (2011).

金属化できることがわかった。
S&A を行った場合に表面状態が金属化した起源を明らかにするために，内殻光電子分光により Ga 及び Sb の内殻の測定から結合状態の違いを観測した。その結果，劈開の場合と比べると，表面の Sb 成分が減少し， Ga 内殻に新たなピーク構造が出現することがわかった。すなわち，
スパッタリングによって表面の Sb が優先的に脱離し，残存した Ga がクラスターを形成していることが示唆される。この Ga クラスターがアクセプターとして作用することで， Bi 擬一次元鎖がホールドーピングされ金属化したと考えられる。
以上のように，本研究では S&A した GaSb(110)基板上に Bi を蒸着することでスピン軌道分裂擬一次元金属
化した電子状態を実現した。これらの性質は表面電子状態を介したスピン依存伝導現象の実現や検出に極めて適する中村拓人
大阪大学大学院理学研究科物理学専攻木村研究室博士前期課程 2 年［略歴］
2015 年 3 月宇部工業高等専門学校電気工学科卒業。 2017 年 3 月宇部工業高等専門学校専攻科生産システム工学専攻修了。 2017 年 4 月より大阪大学大学院理学研究科物理学専攻在学。博士課程教育
リーディングプログラム インタラクティブ物質科学カデッ
トプログラム 履修生。
［受賞のコメント］
昨年に引き続き，栄誉ある学生発表賞に選出いただきましたことを大変光栄に思っております。日頃よりご指導いただいております大坪嘉之助教，木村真一教授，ならびに共同研究者の皆様に心から厚く御礼申し上げます。この度の受賞を励みに今後とも研究に精進して参ります。

ものであり，今後は，同表面のスピン流電流変換をはじめとする様々なスピントロニクス研究へと発展させていき

JSR2019学生発表賞
受賞者野口

第 2 分野亮（発表番号3B004）

目 NanoARPES で直接観測する弱いトポロジカル

題

絶縁体 bBi4I4 の側面ディラック電子状態
講演者野口亮1，高橋敬成2，黒田健太1，越智正之3，
白澤徹郎4，C. Bareille1，坂野昌人1,5，中山充大1，
M. Watson6，矢治光一郎1，原沢あゆみ1，

岩澤英明6 ， P. Dudin6 ， T. Kim6 ， M. Hoesch6 ，V. Kandyba7，A. Giampietri7，A. Barinov7，

辛埴1，有田亮太郎5,8，笹川崇男2，近藤猛1
属1 東大物性研，2 東工大フロンティア研，3 阪大院

所

理，4産総研，5東大工，6Diamond Light Source，
7Elettra
Sincrotrone Trieste，8理研 CEMS

1.

はじめに

ャップ中に現れる物質である。 3 次元では，一般に TI は
強いトポロジカル絶縁体（STI）と弱いトポロジカル絶縁体（WTI）の 2 種類に分類される1)。STI ではすべての結晶表面にトポロジカル表面状態（TSS）が出現するとされ，
こ れ ま で Bi2Se3 な ど 多 く の 物 質 で角 度 分 解 光 電 子分 光
（ ARPES ）によってその TSS のバンド構造が調べられ，
STI 相の実現が確認されている2) 。一方で， WTI では異なるトポロジーにより特定の表面のみに TSS が現れる。
しかし，これまで提案された WTI 候補物質では TSS の
出現 は劈 開性 のない 表面 に限ら れてい たた め，従 来のARPES によるその観測は行われていなかった。

本研究で我々は放射光 nanoARPES を利用して，擬一次元の結晶 b Bi4I43,4) において WTI 相を発見した5) 。 b 
Bi4I4 は 上 面 ( 001 ) と 側 面 ( 100 ) の 2 つ の 面 で 劈 開 す る
WTI 候補物質であり，WTI 相の決定に適した物質である。

トポロジカル絶縁体（ TI ）は，電子構造の非自明なト

Nano ARPES を用いて，異なる 2 つの劈開面（幅数 mm

ポロジーに保護されたエッジ表面状態がバルクバンドギ

程度）を選択的に測定することで， WTI 相の特徴である

94 ● 放射光 March 2019 Vol.32 No.2

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果(100)面の擬一次元表面ディラック状態を観測した。

2.

実験

測定試料は東工大フロンティア研笹川研究室で作製された良質な単結晶を用いた。東大物性研でレーザーを用いた
スピン ARPES 測定を行い，イギリス Diamond ビームラ
イ ン i05 の nano ARPES 装 置 ， イ タ リ ア Elettra 3.2L Spectromicroscopy 装置で顕微 ARPES 測定を行った。

3.

結果と考察

最初に，レーザーを用いたスピン ARPES 測定を行った。レーザー測定では，スポットサイズが50 mm 程度と試料表面のドメインに対して大きいため，上面側面の 2
つの面のバンド分散の重ね合わせが観測される。測定の結果，側面に存在する表面状態と考えられる，擬一次元のス
ピン偏極したディラック型の分散が確認された。さらに側面の表面ブリルアンゾーンの 2 つの高対称点に対応する
角度でのバンド分散を精密に調べると，2 つの点でともにギャップが閉じており，WTI の側面 TSS に対応する電子構造であることが分かった。
しかし前述したようにレーザースピン ARPES 測定では
上面側面を同時に測定しているため，高い空間分解能（ 1 mm 以 下） を 有 する nano ARPES 装置 を 用 いる こ とFig. 1で，上面と側面の選択測定を行い，ディラック分散の由来を決定した。厚さ30 mm 程度の薄い試料を立てて試料台に( a ) nano ARPES での側面測定の概略。（ b ) 測定された(100 ) 面のフェルミ面。（ c) (100 ) 面の G̃ 点と Z̃ 点
を 通 る ARPES イ メ ー ジ 。 ( d ) 上 面 測 定 の 概 略 。 ( e )（001) 面の G̃ 点を通る ARPES イメージ。

固定し，直接側面を劈開して ARPES 測定を行った（ Fig.
1（a））。測定されたフェルミ面は一次元的な光電子強度か

参考文献

ら形成されており，（100)面が劈開していることが確認できた（Fig. 1（b））。さらに G̃ 点と Z̃ 点を通る ARPES 測定1)を行ったところ，2 つの点でともにフェルミ準位を横切る
擬一次元のディラック分散が観測された（Fig. 1（c））。比較のため(001)面の測定も行ったところ，このような特徴は見られず（ Fig. 1 （ d,e ）），測定された擬一次元分散は，

2)
3)
4)
5)

L. Fu, C. L. Kane and E. J. Mele: Phys. Rev. Lett. 98, 106803(2007).
Y. Xia et al.: Nat. Phys. 5, 398 (2009)．他
G. Autes et al.: Nat. Mater. 15, 154 (2015).
C.C. Liu et al.: Phys. Rev. Lett. 116, 066801 (2016).
R. Noguchi et al.: Nature 566, 518 (2019).

（100)表面のみに現れる WTI の TSS であると結論された。
以上の測定から， b Bi4I4 において擬一次元の表面状態
が側面に出現する WTI 相が実現していることが分かった。発見した b Bi4I4 は WTI 相の中でも最もシンプルな状態であり，量子スピンホール絶縁体（ QSHI）の 3 次元版と考えることができる。QSHI では 1 次元のエッジにス
ピン流が流れているが， WTI では 2 次元空間である側面に指向性の高いスピン流が流れる。そのため，2 次元的に運動が広がる強いトポロジカル絶縁体の TSS とは大きく異なった，後方散乱の影響を受けにくいスピン流が高密度で存在していると考えられ，省エネルギーのスピン流デバ
イスへの応用に有利であると期待される。

野口亮

東京大学物性研究所［略歴］
2016 年東京大学理学部物理学科卒業。
2018 年東京大学大学院理学系研究科物理学専攻修士課程修了。現在，同博士課
程に在籍中，物性研究所所属。東京大学
フォトンサイエンスリーディング大学
院（ALPS）コース生。日本学術振興会。
特別研究員（DC1）［受賞のコメント］
この度は学生発表賞に選出していただきましたことを大変光栄に思います。日頃よりご指導いただいている近藤猛准教授，黒田健太助教，試料をご提供していただいた笹川崇男准教授および本研究に関わったすべての皆様に心より感謝いたします。本
賞を励みに，今後より良い研究ができるように一層努力してい
きたいと思います。

放射光 March 2019 Vol.32 No.2 ●95

JSR2019学生発表賞
受賞者平野題

第 3 分野嵩（発表番号11P031）

目 XFEL の反射型セルフシード用マイクロチャネ
ルカット結晶の大気圧プラズマによる無歪み内壁
加工

講演者平野嵩1，森岡祐貴1，松村正太郎1，佐野泰久1，
大坂泰斗2，井上伊知郎2，松山智至1，
山内和人1，矢橋牧名2,3
所

属1阪大院工，2理研/SPring8，3JASRI/SPring8

地した結晶の内壁と電極との間にプラズマを生成し，内壁面近傍のダメージ層除去を行っていた。しかし， mCC の内壁面は開口を確保するために0.2 mm の重複があり（Fig.
1 （ b）），プラズマ生成に必要な 0.2 mm 以上の電極内壁間間隔を確保できない。他の内壁面は比較的空間的制限が緩いため，この重複部の処理手法が問題となる。そこで，接地した別の電極を重複部を挟んで対向配置し，電極間でプラズマを生成する手法を考案した（Fig. 1）。mCC の材料
は比抵抗の高い FZ Si であるため，電極間間隔を～ 0.3
mm とすることで電極間でのプラズマ生成が可能であり，自己増幅自然放射（SASE）に基づく X 線自由電子レー

重複部の内壁面へのプラズマ照射によってダメージ除去をザー（XFEL）では，アンジュレータ序盤で発生した自発達成できると考えた。既存技術により切り出した Si(220)放射光を種光としてレーザー増幅するため多くの縦モード

mCC に対して本手法を適用し， SPring 8 の BL29XULを含み，バンド幅の広い（ DE / E ～ 0.3 ）スペクトル分において結晶性を評価した結果を Fig. 2 に示す。スリット

布 とな る 。 よ りバ ン ド 幅 の 狭い XFEL の 発 振 方法 と しで 500 mm ( H )× 50 mm ( V ）に切り出した 10 keV の平面て，一旦発振させた SASE 光をダイヤモンド薄結晶に通波 X 線を利用した。処理前の mCC の 2 回反射トポグラフ

し，前方ブラッグ回折により数十 fs 遅れて伝搬する単色には，結晶ダメージに起因する高空間周波数の強度変調やなエコーパルスの 1 つを種光として再度増幅させる透過

ビームの輪郭ボケ，鉛直方向のビームサイズの増大が見ら型セルフシードが提案実証されている1,2) 。この方法はれた（Fig. 2（a））。一方，処理後は強度分布が均一化する

XFEL の狭帯域化に効果はあったものの，薄結晶を透過とともに，プローブ光とほぼ等しい鉛直方向サイズと明瞭した SASE 光が単色種光と同軸上に存在するため加速器な輪郭を有する反射プロファイルが得られた（Fig. 2（b））。

やアンジュレータの調整が難しい。更に単色光への変換効

また，2 回反射による光軸ずれ量の変化から，チャネル幅率も低いため種光の S/N が低下し，大幅な輝度の向上に変化（除去したダメージ層厚さの合計）は～ 4 mm と算出は至っていない。そこで，これらの問題を解消した反射型された。処理後 mCC のロッキングカーブは動力学的回折

セルフシードが SACLA においてが実現された3)。本手法

理論に基づく計算結果とよく一致し，本手法の適用によっでは，反射面間隔（チャネル幅）が～0.1 mm のマイクロて裾野成分が抑制され，ピーク反射率が31.9から38.0

チャネルカット結晶（ mCC )4) をモノクロメータとして利（計算値39.8）に向上したことが確認された。

用する。 mCC による 2 回反射を経て， SASE 光を除去しつつ高効率に単色光が得られるため， S / N の高い種光を利用できる。一方，極狭チャネル内壁面の無歪み加工の難しさ故に，既存技術では優れた結晶性を有する内壁反射面を形成できず，理想的な単色光への変換効率は得られていない。
我々は，これまで開発を進めてきた大気圧プラズマによるエッチング技術である Plasma Chemical Vaporization
Machining (PCVM)5,6)を応用した，極狭チャネル内壁面の無歪み仕上げ加工法を検討し，高品質 mCC の作製を試みた。 PCVM では従来，チャネル内に電極を挿入し，接Fig. 1(a)PCVM による mCC の内壁加工系．（b)反射面重複部周辺の上面図。

Fig. 2 10 keV における Si( 220)mCC の結晶性評価結果．（ a ）処理前，（ b）処理後の 2 回反射トポグラフ．（ c）ロッキングカーブ。

96 ● 放射光 March 2019 Vol.32 No.2

放射光ニュース ■ 年会合同シンポ学生発表賞結果

以上より，開発した極狭チャネル内壁面の無歪み仕上げ

平野

加工法によって，優れた回折特性を有する mCC の作製に成功したことが示された。作製した高品質 mCC は SACLA における反射型セルフシードに既に利用されており，

高強度狭帯域 XFEL の安定発振に寄与している。

参考文献
J. Amann et al.: Nat. Photon. 6, 693 (2012).
T. Inagaki et al.: Proc. FEL 2014, 603 (2014).
I. Inoue et al.: Nat. Photon. (2019) in press.
T. Osaka et al.: arXiv:1811.01860 (2018).
Y. Mori et al.: Rev. Sci. Instrum. 71, 4627 (2000).
T. Hirano et al.: Rev. Sci. Instrum. 87, 063118 (2016).

1)
2)
3)
4)
5)
6)

JSR2019学生発表賞

第 3 分野

受賞者山口浩之（発表番号11P018）
題

目形状可変ミラーを用いたコンパクトな X 線ズー
ムコンデンサの開発

講演者山口浩之1，松山智至1，園山純生2，秋山和輝2，
中森紘基3,1，佐野泰久1，香村芳樹4，矢橋牧名4，
石川哲也4，山内和人1
所

属1 阪大工，2 株式会社トヤマ，3 ジェイテックコー
ポレーション，4理化学研究所/SPring8

1.

緒言

嵩

大阪大学大学院工学研究科精密科学応
用物理学専攻博士後期課程 3 年［略歴］
2014 年 3 月大阪大学工学部応用自然科学科卒業。 2016 年 3 月大阪大学大学院
工学研究科精密科学応用物理学専攻博士前期課程修了。 2016 年 4 月より同博
士後期課程に在籍。大阪大学インタラク
ティブ物質科学カデットプログラム生。日本学術振興会特別研究員（DC2）。
［受賞のコメント］
JSR2019学生発表賞に選出いただき，大変光栄に存じます。日頃よりご指導いただいております山内和人教授，佐野泰久准教授，理化学研究所の矢橋牧名グループディレクター，大坂泰斗博士，並びに共に研究に取り組んでいる森岡祐貴氏，松村正太郎氏に厚く御礼申し上げます。来年度からは新しい環境で一からのスタートとなりますが，今回の受賞を励みに今後もより一層精進して参りたいと存じます。

変更可能な X 線ズームコンデンサを開発している。我々
はこれまでに， Fig. 1 に示すような， 1 次元に 2 枚の形状
可変ミラーを用いた X 線ズームコンデンサを開発し，半値幅 165 nm ～ 1434 nm のサイズで回折限界条件を維持しながら集光径を変更することに成功している2)。この光学系は，前段ミラーにより X 線を中間焦点で集光した後，拡大した X 線を後段ミラーで受けて再度集光を行う。前段ミラーを変形しミラー間の共通焦点の位置を変化させると，後段ミラーの開口数（NA）が変化する仕組みになっており，回折理論に従って，波動光学的にビームサイズを変化させることができる。しかし，各ミラー間で 1 度焦

近年，世界中の第三世代放射光施設で改良計画が進めら

点を結ぶ光学系であるため，セットアップ全体が長くなる

れており，従来の光源に比べ輝度が10～100倍向上するこという欠点を抱えていた。そこで我々は，よりコンパクトとが見込まれている1)。輝度の向上に伴い測定の高スルー

な X 線ズームコンデンサの開発に取り組んでいる。

プット化が期待できることから，一度の実験期間中に一つの試料を複数の分析方法を用いて観察を行う， X 線によ2.

コンパクトな X 線ズームコンデンサ

る複合分析技術の利用が期待される。しかし，そうした複新たに開発している X 線ズームコンデンサの概念図を

合分析を行う場合，様々な分析方法や試料サイズに適した

Fig. 2 に示す。本光学系は共通焦点が各ミラーの間に存在大きさの X 線ビームをその都度供給する必要があり，しないため，ミラーどうしをより近づけることができ，コ

ビームサイズが固定されている既存の X 線集光光学系をンパクトな光学系を構築することが可能である。最終焦点

用いてそれを実現するのは難しい。そこで我々の研究チー

位置でのビームサイズを小さくする場合，前段ミラーを凸

ムでは，焦点位置を変えることなくビームサイズを自在に面双曲形状に変形して光を広げ，凹面楕円形状に変形した
後段ミラーの照射領域を大きくすることで，NA を大きくする（ Fig. 2 ( a ））。ビームサイズを大きくする場合，前段ミラーを凹面楕円形状に変形し，凸面双曲形状に変形した
後段ミラーの照射領域を小さくすることで，NA を小さくする（ Fig. 2 ( b ））。このように，本光学系は前段ミラーに
よって後段ミラーの照射領域を制限し，NA を変えることによってビームサイズを調整する。ビームサイズを変更すFig. 1

既存の X 線ズームコンデンサの概念図

る際，光源，ミラー，最終焦点の位置は変わらず，フラッ

放射光 March 2019 Vol.32 No.2 ●97

クスのロスはない。また，全反射を利用しているため色収差がないという特徴をもつ。

3.

1 次元集光実験

SPring8 BL29XUL EH3 にて，本光学系の実証実験を行った。実験時間の都合上，今回は NA が最大になる場合の光学系のみ実験を行った。実験のセットアップを Fig.
3(a）に示す。ミラーは我々が開発した高精度形状可変ミラー3) を用いた。各ミラーの長さは 400 mm ， X 線のエネ
ルギーは 10 keV である。ミラー形状の調整は X 線をプ
ローブとして表面形状を計測する X 線ペンシルビームス
Fig. 2コンパクトな X 線ズームコンデンサの概念図( a )大きい場合(b) NAが小さい場合

NA がキャン法4)により形状計測を行いその結果に基づき，形状の修正を行った。暗視野ワイヤスキャン法で焦点の集光強度プロファイルを計測すると，Fig. 3(b）に示す半値幅134
nm のビームプロファイルが得られた。これは理想とする

集光径に近い値であった。今後，開口数が小さい場合の光学系の実証実験を行う予定である。

参考文献
1)
2)
3)
4)

M. Yabashi et al.: J. Synchrotron Radiat. 21, 976 (2014).
S.Matsuyama et al.: Sci. Rep. 6, 24801 (2016).
T. Goto et al.: Opt. Express 26, 17477 (2018).
O. Hignette et al.: SPIE Proc. 3152, 188 (1997).

山口浩之

Fig. 3(a) 1 次元集光実験セットアップ(b)測された集光強度プロファイル

98 ● 放射光 March 2019 Vol.32 No.2

最終焦点位置で計

大阪大学大学院工学研究科精密科学応
用物理学専攻博士前記課程 1 年［略歴］
2018 年 3 月大阪大学工学部応用自然科
学科精密科学コース卒業。 2018 年 4 月
大阪大学大学院工学研究科精密科学応
用物理学専攻入学。
［受賞のコメント］
この度は栄誉ある賞をいただき，大変光栄に存じます。本研究を進めるにあたり，日ごろからご指導いただいた山内和人教授，松山智至助教授に心から感謝致します。今回の受賞を励みとし，今後もより一層研究に邁進していきたいと思います。