会場 A
領域 3, 6A-1

第一原理計算に基づくβ-タンタルの構造安定性および量子輸送特性の評価
九大院理 A

山崎太志郎A , 飯森陸 A , 木村崇 ATa は薄膜化に伴い A15 構造の結晶粒が形成されることが知られている。A15 構造を有する金属は比較的高い超伝導転移温度を持つものが多く、さらに巨大な電流-スピン流変換現象も観測されていることから、スピントロニクスデバイスへの応用の観点から注目を集めている。しかし、βタンタルのスピン流輸送特性に関する報告例は、実験的にも理論的にも未だ少ない。
そこで、今回我々は密度汎関数法に基づいた第一原理計算により、β-Ta の物性を評価した。まず、凝集エネルギーを求め

beta 相の安定性を評価し、更に導出した格子定数が先行研究の XRD 解析の結果をよく再現することを確認した。そして、ホール係数やスピン輸送特性の評価したのでその結果についても報告する。

2

A-2

Ag/Bi 界面におけるラシュバ・エデルシュタイン効果の電気的測定の試み
九大物理 A

神本晋作A , 飯森陸 A , 大日方初良 A , 大西紘平 A , 木村崇 A

ルシュタイン効果の実験的観測を試みたので報告をする。

非磁性重金属体の界面では、高いスピン軌道相互作用に伴う高効率なスピン-電気変換が期待されるため、近年、精力的に研究されている。このような界面スピン軌道相互作
用 を 有 す る 系 に お け る ス ピ ン 流 の 実 験 で は 、強 磁 性 共 鳴を 用 い た ス ピ ン ポ ン ピ ン グ 、い わ ゆ る 動 的 手 法 が 主 流 であった。しかし、この手法では強磁性体の電流磁気効果や
磁 気 熱 電 効 果 な ど 不 要 な 擬 似 信 号 が 重 畳 す る た め 、定 量的な解析が困難という問題点があった。一方で、非局所法を 用 い た 静 的 な 純 ス ピ ン 流 注 入 法 で は 、前 述 の 問 題 が 回避されるが、多端子構造を有する素子の作製が困難と考えられていた。今回、高品質な Ag/Bi 界面を有する横型ス
ピンバルブ素子を作製し、同界面におけるラシュバ・エデ

A-4

スピネル型酸化物フェリ磁性体 CuCr2 O4 ナノ粒子の磁性と電子スピン共鳴
九工大工 A , 福岡大理 B

市来直輝A , 高橋俊介 A , 田尻恭之 B , 出口博之 A , 美藤正樹 A , 香野淳 B

スピネル型酸化物 CuCr2 O4 は酸素四面体の A サイトをル（下の青色）は，上の 3 つのローレンツ型スペクトルの和+2が占めるフェリ磁（下の赤色）で再現された．講演では，磁気測定結果およびＥ性体である．低温域では結晶構造が斜方晶であるが，磁気転ＳＲスペクトルのサイズ依存，温度依存について報告する．

Cu+3が, 酸素八面体の B サイトを Cr

移温度 TN =135 K で正方晶に変化し，スピン系と結晶格子系が強く結合している．また B サイトはパイロクロア格子

Intensity [arb.unit]を形成し，かつ Cr+3 間の相互作用は反強磁性であるため，スピン系が幾何学的フラストレーションを有する．このような磁性体をナノスケールサイズにした場合，結晶構造および磁気秩序にバルクとは異なるサイズ効果が期待される．ゆえに CuCr2 O4 のナノ粒子を作成し，その磁性を調べて転移温度等のサイズ依存について明らかにした．また，バルクおよびナノ粒子について電子スピン共鳴（ESR）測定を行った．

0
d =9.2 nm-1100

図 1 に 9.2 nm 径のナノ粒子の室温での ESR スペクトルを示す．バルク試料のスペクトルは 2 つのローレンツ型スペ〇 experiment
simulation
component 1
component 2
component 3

200

300
400
H [mT]

500

図 1 ナノ粒子（9.2 nm 径）の ESR スペクトル（室温）

クトルの和で再現されたのに対して，ナノ粒子のスペクト

3

A-5

ベータ Mn 型格子ハバードモデルの磁気相図とスキルミオン磁気相互作用
琉球大理 A梯祥郎A

最近，従来の B20 型とは異なるベータ Mn 型格子を基本とする CoZn，CoZnMn，FePdMoN などの遍歴電子スキルミオン（Sk）が見出された [1]．これらの合金系では多様な磁気相互作用の競合によって磁気スキルミオンが発生していることが示唆されているが，ベータ Mn 型格子では単位胞に２０個もの原子を含むため，スキルミオンの安定性をミクロな立場から系統的に説明する理論的研究は進んでいない．これらの新しいスキルミオン生成のメカニズムを明らかにするために，今回，ベータ Mn
型格子上のハバードモデル [2] を考え，一般化された Hartree-Fock 理論とリカージョン法を用いて，この系の電子状態，磁気相図，そして，磁気スキルミオン磁気相互作用について調べた．強磁性 (F)，ヘリカル構造 (1QH)，フェリ磁性 (Ferri)，常磁性 (P) を仮定して U（クーロン相互作用）-n（電子数）磁気相図を計算すると，この系では，強磁性とフェリ磁性の間の幅広い

U-n 領域でヘリカル構造が安定化されることが分かった．その結果，一桁小さいジャロシンスキー・守谷 (DM) 相互作用を取り入れると，F 領域は F+DM の競合による Sk 出現領域，1QH 領域は F+AF の競合による Sk 出現領域と解釈できる．構成
磁性元素の d 電子数を nd = 8 (Co), 7 (Fe), 5〜6 (Mn)，U を U 〜 7 とすると，Co10Zn10 と Fe2-xPdxMo3N は F+DM 競
合型 Sk，CoxZnyMnz（x+y+z=20) は F+AF 競合型 Sk と結論できる．

[1] X.Z. Yu et.al., Nature 564, 95 (2018); Karube et.al., PRB 102, 064408 (2020); Qiang et.al., APL 117, 141401 (2020).
[2] Y. Kakehashi, JPSJ 91, 024705 (2022)．

A-6

高スピン分極ホイスラー合金 CoFeCrAl の磁化の圧力効果と電子状態
鹿大院理工 A , 東大物性研 B , 東北学院大院工 C , 東北大金研 D

青島英樹A , 重田出 A , 郷地順 B , 山内徹 B ,鹿又武 C , 梅津理恵 D , 上床美也 B , 藤井伸平 A , 廣井政彦 A

スピンギャップレス半導体は，フェルミエネルギーにおい強 磁 性 体 で あ る こ と を 明 ら か に し た 。発 表 当 日 は ，第 一てアップスピンの状態密度にギャップレスのディップ構造が原理バンド計算の結果についても議論する予定である。

存在し，ダウンスピンではギャップが存在することから，スピ

2.5

ン分極率 P = 100% かつ少数キャリアであると期待されてい

2.0
2.05

M (μB /f.u.)

る機能性材料である。ホイスラー合金 CoFeCrAl は，第一原

1.5れている。そこで，我々は高圧下の磁化測定から磁気特性を2.00

Ms (!B/f.u.)

理バンド計算からスピンギャップレス半導体であると予想さ1.0

評価し，また第一原理バンド計算を用いて電子状態を調べた。

1.90

T = 10.0 K
T = 10.0 K
1.85
dM /dp = –0.006(4) µ /(f.u.·GPa)p = 0.0 GPa
1.80
Ms = 2.02 µB/f.u. 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

0.5

常 圧 下 の 自 発 磁 化 Ms は Ms = 2.02 µB /f.u. と 見 積 も

1.95

s

B

0.0

よ く 一 致 し た 。さ ら に ，高 圧 下 で 磁 化 測 定 を し た と こ

1.0

2.0

3.0

μ0H (T)4.0

図1: CoFeCrAlのT = 10.0 Kかつ常圧下でのMH曲線。挿入図は自発磁化Msの圧力依存性。

ろ ，CoFeCrAl の 自 発 磁 化 が 圧 力 に 依 存 し な い こ と が わ
か っ た 。こ れ ら の 結 果 か ら ，CoFeCrAl が 高 ス ピ ン 分 極

41.2

p (GPa)0.0

ら れ ，Slater-Pauling 則 か ら 予 想 さ れ る 2.00 µB /f.u. と

5.0

A-7

ホイスラー合金 Ru2 CrSi の電子状態と磁気特性
鹿大理 A , 鹿大理工 B , 物材機構 C

福井勇佑A , 重田出 B , 三浦良雄 C , 藤井伸平 B , 廣井政彦 B

過去の研究において、第一原理バンド計算から Ru 基ホイは反強磁性状態が最も安定であることが明らかになった。

スラー合金 Ru2 CrSi がハーフメタルであることが予想され

発 表 当 日 は 、磁 気 特 性 の 詳 細 に つ い て も 議 論 す る 。

た。しかし、我々が実際に Ru2 CrSi を合成して磁気特性を評価してみたところ、ネール温度 TN ≈ 13 K 以下で反強磁性を示し、第一原理バンド計算と実験の結果が矛盾することが明らかになった。そこで本研究では、第一原理バンド計算の観点から、Ru2 CrSi の磁気特性をさらに詳しく調べたので報告する。
第 一 原 理 バ ン ド 計 算 に は 、Korringa-Kohn-Rostoker(KKR) グリーン関数法を用いたコードである Akai-KKRを使用した。強磁性状態、LMD (local moment disorder) 状
態および反強磁性状態における全エネルギー ∆E の体積依存性を図 1 に示す。ここで、各曲線は Murnaghan の状態方程式を用いた解析結果である。図 1 からわかるように、
Ru2 CrSi

A-8

Gd5(Ge1-xMx)4 （M=Si, Ga, Sn) の磁気熱量効果
九大理 A

白木陽A , 和田裕文 A

Gd5 Ge4 は 20〜60K で反 強磁 性 から 強 磁性 へ一 次 転 移クが存在しているのが確認できた。講演の際には、これら

す る 物 質 で あ り 、そ の 温 度 付 近 で 大 き な 磁 気 熱 量 効 果 をのデータに加えて Si の代わりに Sn や Ga に置換したと

示 す こ と が 知 ら れ て い る 。磁 気 冷 凍 は 磁 気 熱 量 効 果 を 用

きの磁気熱量効果への影響について報告する予定である。

いた冷凍技術で、近年では天然ガスの液化に利用すること40が考えられている。本研究の目的は Gd5 Ge4 の Ge を Si

x=0.05x=0.10x=0.1535

Gd (Ge1-xSix)4530-SM (J/kgK)に 置 換 す る こ と で 、天 然 ガ ス の 液 化 温 度 の 110K 付 近 で大きな磁気熱量効果を生じる物質を作製することである。

Gd5 (Ge1−x Six )4 の x = 0.05、0.10、0.15 の磁気エントロ

25
20
15
10

ピ ー 変 化 Δ SM の 温 度 依 存 性 を 図 に 示 す 。Δ SM は ど れ

5も-30J/kg・K を超える大きな値になっており、また、TC

0

0

20

40

60

80

100 120 140

T (K)も置換量に比例して上昇し x=0.15 では 100K 付近にピー

図 Gd5(Ge1-xSix)4の5 Tでの磁気エントロピー変化の温度依存性

5

A-9

遍歴電子メタ磁性体 Co(S1-ｘ Sex)2 のホール効果
九大理 A , 阪大産研 B , 神戸大理 C

田邉 巧祐 A , 和田 裕文A , 前川 佳朗 A , 山内 邦彦 B , 小口 多美夫 B ,播磨 尚朝 C

遍歴電子メタ磁性とは磁場をかけることによってパウリ

では同様に評価した常磁性状態の正常ホール係数の結果と常磁性から強磁性へ一次相転移する現象のことである．こ，バンド計算から求めたホール係数との比較も紹介する．

の磁性体では同じ温度で磁場の有無により，常磁性と強磁性の両方が実現するので両者の電子状態を比較することができる．われわれは電子状態を調べる方法としてホール効果に着目した．磁性体のホール効果は正常ホール効果と異常ホール効果の和で書かれる．このうち，正常ホール効果
はフェルミ面近傍の電子状態を反映し，計算で求めることができる．本研究では Co(S1−x Sex )2 のホール抵抗率と磁化曲線を 0.08≤x≤ 0.14 で測定し，強磁性と常磁性領域での正常ホール係数を求めた．図に強磁性領域の正常ホールff

係数 RN の温度依存性を示す．x = 0.11 を除くと RN は
おおむね 30 ∼ 40 × 10−11 m3 /C の値を示している．発表

A-10

高圧下における Fe3−x Mnx Si(x ∼ 1.7) の磁気特性
鹿大院理工 A , 東大物性研 B

赤石幸起A , 重田出 A , 廣井政彦 A , 郷地順 B , 上床美也 B

ホイスラー化合物 Fe3−x Mnx Si は広い範囲の組成で研究かった。また TC は圧力をかけることで減少し、約 1 GPa 以

されており、低温で複雑な磁性を示すことが知られている。

上では消滅することが確認された。これらの常圧下と高圧下Fe3 Si(x = 0) は強磁性体であるが、x の量を増やすとキュ

での性質を比較し、各転移点の圧力依存性も考察する。

リー温度 (TC ) が下がっていき、x > 0.75 では TC のさらに

[1] M.Hiroi et al. J.Phys: Conf. Ser. 969 (2018) 012098
6

現れる。最近の研究で x = 1.7 の近傍では TA よりさらに低5

温 (TA2 ) で新たな反強磁性的な磁性をもつ AF2 相が現れる

4

B (T)

低温 (TA ) で強磁性を含む反強磁性的な磁性をもつ AF 相がことが発見された。また等温磁化曲線において磁化が急激に上昇する磁場誘起の転移も発見され、この転移は TA2 におけFe1.3Mn1.7Si
TA2(B) (常圧)TA2(B) (0.3 GPa)
TA2(B) (0.45 GPa)
TA2(B) (0.64 GPa)
TA2(B) (1.2 GPa)
TA2(B) (1.62 GPa)TC (常圧)TC (0.45 GPa)TC (0.64 GPa)

AF
P
TA(B)

3
2

る AF2 相への転移と同様のものであることが確認された [1]。

1

本研究では Fe3−x Mnx Si(x ∼ 1.7) における各磁気相転移の転00

移磁場や転移温度が圧力によってどのように変化するか調べ

F TC

AF2
20

40

T (K)

60

80

100

図：各圧力下におけるFe1.3Mn1.7Siの磁気相図た。その結果、TA は圧力による影響は受けなかったが、TA2は圧力の増加に伴い高温側・高磁場側へシフトすることが分

6

A-11

ホイスラー化合物 Fe3−x Mnx Si における磁気熱量効果
鹿大院理工 A , 東大物性研 B

高本翼A , 赤石幸起 A , 重田出 A , 廣井政彦 A , 郷地順 B , 上床美也 B

ホイスラー化合物 Fe3−x Mnx Si は低温で複雑な磁気特性をの温度変化の結果を図 1 に示す。常圧下では T C 近傍の温度示すことが知られている。特に x = 1.7 の場合は、ゼロ磁場

で正、T A ,T A2 近傍の温度で負の磁気熱量効果が得られた。

においてキュリー温度 T C ≈ 85 K で強磁性的に秩序化するが、それより低温の T A ≈ 67 K で磁化の減少が見られ、さら参考文献に低温の T A2 ≈ 60 K 以下で磁化が急激に減少し反強磁性的[1] M. Hiroi et al. J.Phys: Conf. Ser. 969 (2018) 012098に秩序化することが分かっている [1]。また、磁気冷凍は正のx = 1.7

磁気熱量効果を利用し断熱的に消磁することによって冷却を

ΔS (J kg-1 K-1)

こる負の磁気熱量効果についても注目が集まっている。今回

Fe3−x Mnx Si の試料において、磁気エントロピーの変化 ∆Sを調べ、磁気熱量効果の正負や程度について評価した。∆Sについては以下の式から求めた。

∫ B(∆S(T, B) =
0

∂M
∂T

)

0

-5
0

dB
B

50
T (K)

100

図1

各磁場における Fe1.3 Mn1.7 Si の磁気エントロピーの変化 ∆S

A-12

5T
3T
2T
0.5 T
0.1 T
0.01 T

5

行うことであるが、最近では断熱的な磁化によって冷却が起CoO における正方晶歪みの発現機構の研究
佐賀大理工 A , NSRRCB , 東大物性研 C , 岡山理科大 D , 九大工 E , 熊本大院自然 F , ファインセラミックスセンター G , 理研 H , CEMSI

赤瀬慶祐A , 川原岳 A , 冨永泰佑 A , 宮崎駿 A , 石井啓文 B , 松尾晶 C , 金道浩

一 C , 稲垣祐次 D , 河江達也 E , 木田徹也 F , 末廣智 G , 南任真史 H , 石橋幸治 H,I , 石渡洋一 A

CoO は NaCl 構造 (立方晶) をとり、290 K で反強磁性転移

ズに依存しないことが期待される。実験の結果、2 つの転移を起こす。その際、Co のみで構成される (111) 面内のスピン温度は分離することなく、ナノ結晶のサイズの低下に伴って、が揃い、隣り合う (111) 面間のスピンが反平行となり磁化をともに減少する様子が示された。これにより磁気秩序の形成

打ち消しあう。類似の磁気構造は MnO、NiO でも実現され、がトリガーとなって正方晶歪みが発生することが分かった。

これらは磁気秩序に従って、[111] 方向に収縮した三方晶への構造転移が示される。対して CoO は [001] 方向に収縮した正方晶に構造転移するという異常が示される。これについて、
ヤーンテラー変形の影響が議論されてきたが、その解明には至っていない。今回、CoO の正方晶歪みを理解することを目的に、CoO ナノ結晶の磁性と構造を調べた。一般的にナノ結晶では磁気相転移温度がサイズの低下に伴い減少することがCoOナノ結晶（約10 nm; 約 30 nm）およびミクロン粒子の格子定数の温度依存性。

知られているが、ヤーンテラー変形は Co2 価イオン周囲の局所的な環境で決まる現象であるために、転移温度が結晶サイ

7

A-13

マルチフェロイク構造と磁気熱電効果を用いた強誘電体基板の熱伝導率の測定
九大物理 A

小谷悠太A , 井上建吾 A , 一兜博人 A , 胡少杰 A , 大西紘平 A , 山田和正 A , 木村崇 A

強磁性体と強誘電体を積層した界面にて発現する界面マ
ルチフェロイク構造では、磁化の電気的制御や強誘電体ド
メインの磁場制御など、応用的にも興味深い物性が報告されている。今回、我々は、界面マルチフェロイク構造における熱伝導特性の評価、およびそれらの電気的制御を試みたので報告する。図に示すように、我々は、強磁性体 NiFe
細線を強誘電体基板 PMN-PT 上に作製し、この基板の熱伝導特性を、第二高調波ロックイン検波法を用いた NiFeの磁気熱電効果の角度依存性から評価した。更に、サイドゲートを用いて、強誘電体の分極ドメインを制御した際の系統的実験を行い、分極と熱伝導の相関を実験的に調べた。

A-14

低温水素吸蔵を利用した Pd 薄膜の電気抵抗測定
九大工 A , 九大院工 B , 九大院理 C

吉田展一朗A , 加藤遼馬 B , 古賀陸生 B , 飯森陸 C , 大日方初良 C , 大西紘平 C , 木村崇 C , 河江達也 B
パラジウム水素化物 ( PdHx ) は、水素濃度 ( x = H/Pd ) が x = 0.75 以上になると超伝導が出現する。しかし水素脱離の影響で、その超伝導特性が十分解明されたとは言い難い。そこで我々は低温で水素吸蔵すれば高濃度の水素化物が作製できるという先行研究を参考に [1]、T ≦ 200 K において水素吸蔵、低温冷却、測定を連続的に行うことで、水素脱離を抑制した上でその超伝導特性を調べている [2, 3]。
実験は MPMS に研究室自作 3He インサートを組み合わせ、その内部に試料をセットして LR700 ブリッジを用いて電気抵抗測定を行なっている。膜厚 1.5 μ m の Pd 膜における電気抵抗測定を行ったところ、転移点近傍では抵抗が急激に減少する一方、十分低温側では転移がブロードになりゼロ抵抗が観測されなかった。その原因として水素濃度の不均一性が考えられるため、水素濃度の不均一性を低減した上でその超伝導特性を調べることを目的に、本実験ではスパッタリング法によって成膜した
厚さ 100 nm の Pd 薄膜を試料として用いた。T = 120 K で水素吸蔵させ、電気抵抗測定を行った。磁場依存性などの詳細については本講演で発表する予定である。

[1] H. Akiba et al., Phys. Rev. B 92, 064202 (2015).
[2] Y. Inagaki et al., J. Phys. Soc. Jpn, 87, 123701 (2018).
[3] T. Kawae et al., J. Phys. Soc. Jpn, 89, 051004 (2020).

8

A-15

点接合アンドレエフ反射法を用いた強磁性体/超伝導体界面の 電子状態測定
九大工 A , 九大院工 B , 東大物性研 C , 東大 TQSID

草場将人A , 寺本翼 B , 高橋拓也 B , 志賀雅亘 B , 坂本

祥哉 C , 三輪真嗣 C,D , 河江達也 B

超伝導体/常伝導体界面では、超伝導体中のクーパー対が常によりエピタキシャル成長していることを確認した。講演で伝導体に染み出すことで、常伝導体が超伝導状態になる。こは、点接合アンドレエフ反射法によって得られた実験結果にの現象は近接効果と呼ばれ、これまで様々な超伝導体/常伝導ついて報告する。[1] A. I. Buzdin, Rev. Mod. Phys. 77,

体界面での研究が行われている。その結果、s 波超伝導体/強935 (2005). [2] S. Komori et al., Sci. Adv. 7, eabe0128

磁性体 (sS/F) 界面では、強磁性体中の交換相互作用により(2021). [3] S. Diesch et al., Nat. Commun. 9, 5248 (2018)

クーパー対の染み出し距離が極端に短くなることが分かっている [1]。一方、近年いくつかの sS/F 界面において、スピン三重項超伝導の発現を示唆する長距離の近接効果が報告された[2]。しかしながら、スピン三重項超伝導状態の電子状態などの微視的な実験研究の報告は非常に限られている [3]。そこで我々は、点接合アンドレエフ反射法を用いたスピン三重項超伝導状態の電子状態の直接観測を目指している。

本実験で

図 1本実験に使用したエピタキシャル多層膜の膜構造は先行研究 [2] を参考に、s 波超伝導体/Cr/Fe 多層膜を用いた (図 1)。多層膜は分子線エピタキシー法で作製し、RHHED

A-16

低温水素吸蔵を用いた PdHx の超伝導転移の研究
九大院工 A , 九大工 B , 九大院理 C

加藤遼馬A , 古賀陸生 A , 吉田展一朗 B , 飯森陸 C , 大日方初良 C , 大西紘平 C , 木村崇 C , 河江達也 A

PdHx は水素濃度 x ( x = H / Pd) が 0.75 以上になる[1] Y. Inagaki et al.,J. Phys. Soc. Jpn, 87, 123701 (2018).

と T ≦ 10 K で常圧でも超伝導が出現する。この水素化物超[2] T. Kawae et al., J. Phys. Soc. Jpn, 89, 051004 (2020).

伝導の発見以降、多くの実験が行われてきたが、水素脱離の影響などで十分に物性が解明されたとは言い難い。そこで、
我々は T ≦ 200 K で水素吸蔵させ連続的に低温測定を行う
ことで、水素脱離が抑制された均一な試料における超伝導特性を調べている [1,2]。
実験は MPMS に研究室自作 3He インサートを組み合わせ、その内部に試料をセットして行なっており、粒径 2 μ mの Pd 粉末での磁化率測定や、膜厚 1.5 μ m の Pd 膜での電気抵抗測定より、図 1 に示す温度ー磁場相図などを明らかにしてきた。今回の学会では、これらの超伝導特性について報告する予定である。

9

A-17

FeCr2S4-CuCr2S4 系硫化スピネルの熱輸送特性
鹿児島大学理工学研究科 A , 鹿児島大学理学部 B , 鹿児島大学共通教育センター C

坂井奎太A , 井元達郎 B , 伊藤昌和 C

化学式 AB2X4 で表されるスピネル構造を持つ化合物は興るフィッティング結果．

味深い物性を示すものが多く，活発に研究が行われている．

参 考 文 献 [1] T. Rudolf, K. Pucher, F. Mayr, D.

硫化スピネル FeCr2S4 は，半導体的性質な電気抵抗率の温Samusi, V. Tsurkan, R. Tidecks, J. Deisenhofer, and

度依存性を示す．一方，FeCr2S4 の Fe を Cu で置き換えた

A. Lodrl, Phys.

CuCr2S4 は，金属的振る舞いを示し，両者で大きく異なる．

藤 昌 和, 山 下 敏 広, 日 本 熱 電 学 会 (2013) [3] J. B.

本研究では両者の物性の違いの起源を調べるため，硫化スピ

Goodenough, Solid State Commun.

Rev.

B 72, 014450 (2005) [2] 伊5, 577 (1967)

ネル Fe1-xCuxCr2S4 の電気抵抗率ρ，熱伝導率κ，ゼーベッ+,#$-./#$%.0123

ク係数 S を測定した．また，これらから無次元性能指数 ZTを導き出した．図-1 に x=0.3 のゼーベック係数 S の温度 T,

!"#$%

-20
S (µV/K )依存性を示す．全温度域で負の値を取っておりキャリアが電子であることが分かる．S(T) はデバイ温度は 328K としたMatoba, Anzai and Fujimori の半経験式でフィッティング&'((')*-40

することができた．講演では Fe1-xCuxCr2S4 の ZT についても報告する．
図−１-6-60 x10

Fe0.7Cu0.3Cr2S4 のゼーベック係数 S の温度依

0

存性．破線は Matoba, Anzai and Fujimori の半経験式によ

A-18

50

100 150 200 250 300
T (K)PMN-PT 基板を用いた超伝導 Nb 細線における準粒子緩和過程の電界制御
九大物理 A

入倉大輔A , 岩堀拓真 A , 大西紘平 A , 木村崇 A

常伝導体から超伝導体に電子を注入する際、超伝導ギャッ

準粒子を用いた新奇な物性応用への展開が期待できる。そプより高いエネルギーを有する電子は瞬時にクーパー対をこで本研究では強誘電体 PMN-PT 基板上に Nb 細線を作

作らず、暫くの間、準粒子として拡散する。この準粒子の製し、電気的に制御された基板の歪が準粒子緩和過程にど流れは超伝導体内において電圧降下を生じさせ、非局所的のような影響をもたらすかについて調べたので報告する。

に配置された電極に電圧を発生させる。このような準粒子
伝導を理解することは超伝導体における輸送現象を記述するために重要であり、理論・実験双方から長年に渡り研究されており、近年、この準粒子を用いたトリプレット・クー
パー対の形成や巨大なスピン-電気変換現象などが注目されている。もし、この準粒子緩和過程を外的パラメータにより制御できれば、準粒子伝導特性のより深い理解に加え、

10

A-19

分子性液体の粘度と局所構造緩和
大分大学工学研究科 A , 大分大学理工学部 B

森川光太郎A , 岩下拓哉 A,B

液体の流動特性である粘度は，液体中の原子・分子の運動状態を反映している物性の一つである．高温領域においては，その粘度は特徴的な温度依存性であるアレニウス則を示す. これは，一見不規則な構造変化に見える液体中にも，粘性緩和における熱活性化過程が存在していることを示唆している．粘性の微視的起源と動的構造との関係を見出すことが，物性物理学の課題のひとつであるが，いまだに満足いく関係が見出されてはいない．
近年，単純な原子から成る液体金属のような単純液体において，液体の粘度と局所構造緩和の関係が見出された [1]．ここで
局所構造緩和とは，原子の最近接粒子の数，つまり，原子の配位数が± 1 変化するイベントに着目した構造緩和の素過程である．そのイベントにかかる平均的な緩和時間が，粘性緩和を特徴づける巨視的なマクスウェル緩和時間 (τ m = η⁄ G∞ ) と等しいことが分子動力学シミュレーションにより明らかにされた.ここで、ηは粘度、G∞ は高周波極限での剪断弾性をあらわす．本研究では，単純液体で発見された関係を，シリカのような分子性液体までに拡張し，その妥当性について検証する．
参考文献[1] T. Iwashita, D. M. Nicholson, and T. Egami , Elementary Excitations and Crossover Phenomenon in Liquids ,Phys. Rev. Lett. 110, 205504 (2013).

A-20

Al13Fe4 への Pt 微量添加に関する第一原理計算
鹿児島大学大学院理工学研究科 A , 中央大学理工学部物理学科 B

岩戸翔太A , 石井靖 B , 野澤和生 A

準結晶の近似結晶である Al13 Fe4 は、Pt を微量添加することでプロピンの水素付加反応に対し高い触媒活性を示す [1]。金属
原子は、孤立した環境に置かれることでバルクとは異なる化学的特性を有することがあることから、このプロピンの水素付加反応に対する高い触媒活性も、Al13 Fe4 合金中に孤立した Pt に起因するものであることが期待される。本研究は、Pt を微量添加した Al13 Fe4 の構造を理解し、Al13 Fe4 合金中に孤立した Pt の触媒活性を理論的に解明することを目的としている。計算には VASP(Vienna Ab initio Simulation Package) を使用した。電子とイオン芯の相互作用は PAW(Projector AugmentedWave) 法で近似し、交換相関汎関数には Perdew-Burke-Ernzerhof による一般化勾配近似を用いた。
Al13 Fe4 は単斜晶 mS102 構造であり、単位胞内に 102 個の原子及び 20 個の原子サイトが存在する [2]。実験では、Pt がFe(1) サイトを優先的に置換することが報告されている [1]。そこで 20 個の原子サイトの原子のうち 1 つを Pt に置換して、構造緩和計算を行ったところ、実験で得られている Fe(1) サイトではなく、Al(7) サイトを置換することで最安定な構造になるという結果が得られた。一方で、有限温度においては Al(5)、Al(7)、Al(9) サイトが Fe に置き換わる可能性が指摘されている[3]。このことから、Al サイトを Fe 原子に置き換えたうえで Pt を各原子サイトに置換し、構造緩和計算によって安定性の検証を行なっている。詳細は当日報告する。
【参考文献】[1]T. Yamada et al., J. Am. Chem. Soc. 140, 3839 (2018).
[2]J. Grin et al., Cryst. Mater. 209, 479 − 487 (1994).
[3]C. M. Fang et al., J. Phys. Mater. 2, 015004 (2019).

11

A-21

機械学習ポテンシャルを用いた Ag2 S のせん断変形シミュレーション
熊大院自然 A , 熊大院先端 B

法橋陽A , 高良明英 A , 島村孝平 B , 下條冬樹 B

室温下で Ag2 S は半導体でありながら金属的な延性をもつ。この延性の微視的機構を解明するため、我々は第一原理分子動力学法に基づき、(100)[010], (100)[001], (010)[100], (010)[001], (001)[100], (001)[010]（(KLM)[klm]: 結晶の (KLM) 面を [klm]
方向にスライドさせる）計 6 種類の単純せん断変形シミュレーションを行い、変形過程における硫黄副格子の構造回復について議論してきた。しかし、第一原理分子動力学法の計算コストの高さから、原子数は 192 原子に限られていた。そこで、この計算コストの問題を解決し、より大きな系でのシミュレーションを実施するため、第一原理計算のデータを学習させた機械学習ポテ
ンシャルの利用を試みた。
今回、(001)[100] せん断変形の第一原理データを学習したポテンシャルを用いて、192 原子系、1536 原子系での 6 方向への
単純せん断変形を行った。192 原子系では、計算コストが大幅に削減されたことにより、十分なシミュレーション時間を確保することができ、より明確に硫黄副格子の構造回復を再現することができた。1536 原子系でも 6 方向全ての構造回復を確認する
ことができたが、192 原子系とは異なる回復機構が現れた。(100)[010] せん断変形において、192 原子系では、(100) 面内の原子移動により構造を回復させたのに対し、1536 原子系では、(001) 面内での原子移動により構造回復が起こる。構造回復過程
における硫黄原子の平均移動距離は、192 原子系では 5.2 Åであったのに対し、1536 原子系では 2.8 Åであり、192 原子系の場
合より原子の移動距離が小さい緩和機構で起こることが分かった。
講演では、系のサイズにより構造回復機構が異なる理由について議論する。

12

会場 B
領域 8, 9B-1

非断熱第一原理分子動力学法に基づくダイヤモンドのグラファイト化現象の研究
熊大院自然 A , 熊大院先端 B , 南カリフォルニア大学 CCC

福島省吾A , 島村孝平 B , 高良明英 A , 下條冬樹 B ,CAiichiro Nakano , Rajiv K. Kalia , Priya Vashishta(a) 0 fs

ダイヤモンドは軟 X 線レーザーを照射することでグラファイトへと転移することが知られている。このグラファ
イト化現象はダイヤモンド構造の (111) 面上で起こることが示唆されているが、詳細な機構は未だ明らかになっていない。我々は励起状態のダイナミクスを得ることができる
非断熱第一原理分子動力学（NAFPMD）法に基づいて、ダイヤモンドのグラファイト化現象の再現及びその機構の解明を目的としている。本研究では、64 個の炭素原子からなる系を用いて NAFPMD シミュレーションを行った。図(b) 550 fs(a)、(b) はそれぞれ 0、550 fs における系の構造を示す。
550 fs において (211) 面上でダイヤモンドからグラファイトへの転移が見られ、5、7 員環のような欠陥を含むグラファイト構造が得られた。発表では、(111) と (211) 面上のグラファイト化機構の比較、及び Nudged Elastic Band法を用いて計算したエネルギー障壁についても議論する。

13

B-2

酸化チタンナノシートによりトラップされた水の原子間力顕微鏡測定熊本大学大学院自然科学教育部 A , 長岡技術科学大学 B , 熊本大学大学院先端科学研究部 C , 熊本大学産業
ナノマテリアル研究所 D

中村駿一A , 船津麻美 B , 原正大 C,D

原子間力顕微鏡（AFM）で直接試料表面に存在する水を

（a）

（b）

観察することは困難であるが、親水性であるマイカ上に疎水性であるグラフェンを覆うことによりトラップされた水を観察できることが分かっている [1]。本研究では、同様の方法を用いることで疎水性であるグラファイト表面を親水性である酸化チタンナノシートで覆い、トラップされた水を観察した。グラファイトはスコッチテープを使った機械的剥離（c）を用いて転写、酸化チタンナノシートは Langmuir-Blodgett法を用いて積層させ試料を作製した。トラップされた水が0.4 nm

抜ける様子を確認するため、温度を上げながら複数回加熱処理を行い、その都度測定を行った。右図は AFM 測定で0.9 nm

得た画像で (a)、(b) はそれぞれ 250 ℃、300 ℃加熱後のグ
ラファイト上酸化チタンナノシートの高さ像、(c) は (b) の破線部における断面形状図である。300 ℃以上の加熱処理
により水が抜け、深さ 0.4nm 程度のフラクタルな模様を確
認できた。

B-3

図

[1] K. Xu et al., Science 329, 1188 (2010).

グラファイト上酸化チタンナノシートの(a)250℃(b)300℃加熱後の高さ像。
(c)図(b)の破線部における断面形状図。

カンチレバーの熱振動によるグラフェンナノドラムの機械的特性の測定
熊本大学大学院自然科学教育部 A , アンリツ株式会社先端技術研究所 B , 熊本大学大学院先端科学研究部 C ,熊本大学産業ナノマテリアル研究所 D

竹原凜A , 宇都優希 A , 鎌田雅博 B , 松井朋裕 B , 原正大 C,Dグラフェンは高い電気伝導性やヤング率を持つことから、

(a)

(b)

グラフェンナノドラムを利用した機械的共振器などの応用

グラフェンナノドラム

について研究が進められている。ドラム上でのしわや欠陥、エッジ付近でのグラフェンと基板の密着性などが、全体的な特性に影響を与えることが考えられるため、局所的な形
状変化や機械的特性を評価することが重要である。本研究では、原子間力顕微鏡によるフォースカーブ測定と同時にカンチレバーの熱振動スペクトルを測定し、比較した。カ(c)

ンチレバーは熱揺らぎにより振動しており、試料と接触さ𝑠𝑘

せることで、試料の局所的な弾性を測定することができる[1,2]。右図 (c) はカンチレバーをグラフェンナノドラムに押し付けた時のひずみ量δに対し、カンチレバーのばね定

5

5

4

4

3

3

2

2

1

1

0

数 k とグラフェンナノドラムのばね定数 s の比率の変化を

0

5

10

15

0
20

 [nm]

２つの測定でそれぞれプロットしている。この結果を見る(a)光学顕微鏡画像 (b)原子間力顕微鏡画像(c)フォースカーブ測定(黒)と熱振動スペクトル測定(赤)の比較

と良い一致を示すことがわかる。[1] K. Yamanaka et al.,Jpn. J. Appl. Phys. 35, 3787 (1996). [2] U. Rabe, K.
Janser, and W. Arnold, Rev. Sci Instrum 67, 3281 (1996).

14

B-4

酸化チタンナノシートから加熱生成されたアナターゼナノ構造素子の FET 特性
熊本大学大学院自然科学教育部 A , 長岡技術科学大学 B , アンリツ株式会社先端技術研究所 C , 熊本大学大学院先端科学研究部 D , 熊本大学産業ナノマテリアル研究所 EC裕 , 原正大宇都優希A , 竹原凛 A , 船津麻美 B , 松井朋D,E

2 次元物質の一つとして知られている酸化チタンナノシー
トを加熱することで結晶構造が変化しアナターゼナノ構造が得られる［1］。このアナターゼナノ構造の伝導特性とし100000て電界効果トランジスタ (FET) を作製し、ゲート電圧依VD=0.1V

10000
SD Current(pA)

存性の測定を行った。本研究では、加熱前のナノシートの層数や電極の金属を変えて素子作製を行いゲート電圧依存性を測定することで伝導特性の違いを調べた。図は多層のナノシートを加熱変換したアナターゼ構造のゲート電圧
依存性のグラフである。n 型のトランジスタ挙動を確認す

1000
100

多層領域アナターゼ

10

ることが出来た。先行研究では電極素子に Al/Au を使用
1

していたが、本研究では Al/Au 電極素子よりも Ni/Au 電-60極素子の方がより大きい電流値のゲート電圧依存性を示した［2］。［1］K.Fukuda et al., J. Am.

-40

Chem. Soc 129,

-20
0
20
Gate Voltage(V)4060

202 (2007).［2］S.Sekizaki et al., Nanoscale 9, 6471 (2017).

B-5

グラフェンホール素子を用いた微小磁性体の磁化検出熊本大学大学院自然科学教育部 A , 熊本大学大学院先端科学研究部 B , 熊本大学産業ナノマテリアル研究所C

井崎優太A , 原正大 B,Cグラフェンはその薄さと電気伝導性から様々なデバイス(a)への応用が期待される二次元材料である。本研究では、酸

パーマロイ

Al₂O₃

Cr/Au電極化被膜付きシリコン基板上のグラフェンにホール素子をSiO₂

作 製 し 、ア ル ミ ニ ウ ム の 酸 化 膜 を 挟 ん で 載 せ た 微 小 磁 性(b)体（パーマロイ）が生じる漏れ磁場を観測する実験を行っ

漏れ磁場

Si
グラフェン

た 。グ ラ フ ェ ン は キ ッ シ ュ グ ラ フ ァ イ ト を 機 械 的 剥 離 法
を用いて剥離し、ホール素子と微小磁性体は電子線リソグ

グラフェン
パーマロイ

ラフィー法を用いて作製した。磁性体の磁化方向を変化さ

電磁石による磁場せるために、グラフェンの面に対して、ほぼ水平方向になるように磁場を印加した。図 (c) のグラフは磁場に対する(c)

ホール抵抗の変化を多数回の平均をとった結果である。ゼロ 磁 場 付 近 で ヒ ス テ リ シ ス が 見 ら れ る こ と か ら 、微 小 磁性体の磁化の変化をとらえることが出来たと考えられる。

図(a)作製したホール素子の断面図
図(b)ホールクロスと磁性体の位置関係
図(b)ホールクロスと磁性体の位置関係(上から見た図)
図(c)ホール素子の面内磁場に対する変化

15

B-6

宙吊りグラフェン 4 端子素子の電気伝導特性
熊本大学大学院自然科学教育部 A , アンリツ株式会社先端技術研究所 B , 熊本大学大学院先端科学研究部 C ,熊本大学産業ナノマテリアル研究所 D

堤康二郎A , 鎌田雅博 B , 松井朋裕 B , 原正大 C,Dグラフェンはその優れた特性により盛んに研究が行われている二次元物質であり、将来的なデバイス等への加工、利用が期待されている。グラフェンは高い電気伝導性を持つが、表面積が体積に対して大きいことから周囲の影響によって電気伝導が大きく変化する。このためグラフェンの純粋な電気伝導特性を測定するにはその周囲の物質による影響を減らすことが重要である。グラフェンへの周囲の影響を減らすために、グラフェン直下の基板を削って宙吊りにする方法が報告されている [1]。本研究では、基板に円形の穴をエッチングした後にグラフェンを転写し、宙吊りの４端子構造を作製する
ことを試みている。発表では、素子の作製状況や４端子測定の結果について報告する。

[1]X. Du et al., Nat.

B-7

Nanotechnol.

3, 491 (2008).

超伝導ニオブナノ接合への水素吸蔵によるジョセフソン電流への影響
九州大学院工学府 A

太子周A , 宮川一慶 A , 芳賀雄仁 A , 志賀雅亘 A , 河江達也 A

水素 (H) や重水素 (D) は質量が小さいため、強い量子性をLett. 106, 021605 (2015). [2] K. Miyakawa, H. Takata, T.

示す。我々は、液体水素 (LH2 ) または液体重水素 (LD2 ) 中に

Yamaguchi, et al., Appl. Phys. Express. 15, 013002 (2022)

浸した金属ナノコンタクトの電気伝導特性の変化を追跡し、コンタクト間に微小電圧を印加することでトンネル効果による水素吸蔵が誘起されることを明らかにしている [1]。今回、数mV の範囲で特徴的な特性を示す超伝導ナノコンタクトを利用することで、より高精度な水素吸蔵の検出ができないかと考え、水素または重水素を吸着させた超伝導状態の Nb ナノコン
タクトの特性評価を行った [2]。図 1 に、T〜4 K で H(D) に曝した Nb ナノコンタクトの I-V 特性を示す。それぞれ、最大で8―70 mV（H 吸着時）および 5―80mV（D 吸着時）の電圧を印加後に測定した。最大電圧の増加に伴い、ジョセフソン電流が抑制されることが分かる。特に、40mV 以上の電圧印加で、ジョセフソン電流はより大きく抑制される。これらの結果は、コンタクト間に印加する電圧の増加により、H(D) 吸蔵がより促進されることで説明でき、LH2 (LD2 ) 中での実験結果と一致する。本講演では実験結果について、その詳細を報告する。

[1] K. Ienaga, H. Takata, Y. Onishi, et al., Appl. Phys.

16

B-8

超伝導バナジウムナノワイヤの電気伝導測定による水素吸蔵現象の観測
九大工 A , 九大院工 B

芳賀雄仁A , 宮川一慶 B , 太子周 B , 志賀雅亘 B , 河江達也 B

水素は最も軽い元素で、強い量子性を持つため、低温下

Appl.

Phys.

Lett.

106,

021605(2015).

ではトンネル効果によって金属中へ吸蔵、拡散することが知られている。そこで我々は、ナノコンタクトを液体水素中に浸し、点接合分光測定によりその過程を追跡している。これ
S-c-S V + H

までに、水素中でコンタクト両端に電圧を印加すれば、20 K

T~3K

以下の低温でも水素吸蔵を誘起、促進できることを明らかにしている [1]。本研究では、電圧印加による水素吸蔵現象の高精度測定を目的として、超伝導状態のバナジウムを用いて実験を行った。
図は水素中のバナジウムナノ接合の I - V 特性を示しており、それぞれ 4, 40, 90 mV の電圧を印加後に測定したものである。印加電圧が大きくなるにつれ、ゼロバイアスにおける臨界電流が減少していることが分かる。これは印加電圧の図. 水素中における超伝導バナジウムナノ接合に最大で水素中における超伝導バナジウムナノ接合に増加に伴い水素化物が生成されためと考えられる。本講演で最大で40,の電圧を印加後に測定した90 mV の電圧を印加後に測定した
4, 40, 904,mV
I -V 特性の変化

I-V 特性の変化

は以上の詳細について報告する。

[1]

K.

B-9

Ienaga,H.

Takata,Y.

Onishi,et al.,

LaAlO3/SrTiO3 界面に対する第一原理計算
九州工大院工 A

相川達郎A , 中村和磨 A , 松本要 A

本講演では, 2 種のバンド絶縁体ペロブスカイト型酸化物 LaAlO3 とSrTiO3 からなるヘテロ界面の構造安定性と電子構造について第一原理計算を用いた研究結果を発表する。LaAlO3 は (001) 方向に沿って + 1 価のLaO層と − 1 価のAlO2 層が交互に積層して作られており, 電気双極子の交代構造が局所的に生じている。こうした酸化物は極性型酸化物と呼ばれる。SrTiO3 のような無極性型酸化物 (中性層 SrO と TiO2 の積層構造) と極性酸化物 LaAlO3 が接合されると, 接合界面の極性不整合により, 極性型酸化物の積層数の増加にともなってポテンシャルエネルギーが増大し, 界面近傍で電荷再配列が自発的に生じる。このような現象を「分極崩壊」と呼び, LaAlO3 /SrTiO3 界面に興味深い電気的性質を生じさせる [1]。たとえば, (AlO2 )/(SrO) 界面は絶縁
的な振る舞いを示す一方で, (LaO)/(TiO2 ) 界面は金属伝導を示すことが知られている [2]。また (LaO)/(TiO2 ) 界面では, これの上に LaAlO3 を 4 ユニットセル以上積層することにより, 超伝導が発現することも知られている [3]。こうした物性を第一原理
計算を利用して微視的・定量的に理解しようとする取り組みは盛んであるが, 分極崩壊が起こりうる系は第一原理計算の周期境
界条件と矛盾するため, 取り扱いが簡単ではない。本研究では, LaAlO3 /SrTiO3 の超格子に真空層を導入したスラブ系を設定し, これの第一原理計算を行うことで真空層の電子状態への影響について解析を行った。講演では, 電子状態密度および電子構造に対するワニエ関数解析の詳細について報告する。

[1] N. Nakagawa, H. Y. Hwang and D. A. Muller, Why some interfaces cannot be sharp, Nat. Mater., 5, 204-209 (2006).
[2] A. Ohtomo and H. Y. Hwang, A high-mobility electron gas at LaAlO3 /SrTiO3 heterointerface, Nature, 427, 423-426(2004).
[3] N. Reyren, S. Thiel, et al., Superconducting interfaces between insulating oxides, Science, 317, 1196 (2007).

17

B-10

酸化した PdZn(111) 表面への OH 吸着の第一原理計算
鹿児島大理 A , 鹿児島大理 (現：(株)RKKCS)B , 中大理工 C

岩村和哉A , 大谷友輔 B , 石井靖 C , 野澤和生A

PdZn 触媒はメタノール水蒸気改質反応 (Methanol Steam Reforming, MSR) において Cu 系触媒と同程度の活性・CO2 選択率を持つ。PdZn 触媒の高い CO2 選択率に関して、MSR 中に PdZn 触媒表面上に形成される ZnO の重要性が指摘されているが、ZnO が MSR 中に形成されるメカニズムは不明である [1]。そこで我々は PdZn 触媒表面上に ZnO が形成される可能性
やそのメカニズム解明のため、第一原理計算を用いて酸化した PdZn(111) 表面の構造を調査した [2]。その結果、酸素被覆率が0.75ML に達した際の表面構造にはウルツ鉱型 ZnO に似た六角形リング構造が形成されることがわかった。ウルツ鉱型 ZnO
は H2O の脱水素化に活性があることが知られており、ここで得られた酸化した PdZn(111) 表面も、H2O の脱水素化に対して活性を持つ可能性がある。そこで今回は、酸化した PdZn(111) 表面における H2O の活性化障壁を調べるために必要な OH 吸
着状態について調査した。
計算には擬ポテンシャルと平面波基底を用いた密度汎関数法第一原理計算パッケージ である VASP(Vienna Ab-initio

Simulation Package) を用いた。表面はそれぞれ 6 層の原子層と真空層で構成されるスラブモデルにより近似した。原子層の原子位置はバルク側の 3 原子層は固定し、真空側の 3 原子層は構造緩和させた。OH は表面に対して一つだけ吸着させた。
酸化した PdZn(111) 表面上に OH を吸着させたところ、吸着エネルギーは-2.67eV となった。吸着エネルギーはそれぞれPdZn(111) 上で-3.14eV、ZnO(0001) 上で-4.37eV と報告されており [3]、我々の結果はそのどちらよりも小さいエネルギー値となった。

[1] M. Friedrich, S. Penner, M. Heggen, M. Armburster, Angew. Chem. Int. Ed. 52, 4389 ‒ 4392(2013)[2] 岩村和哉, 大谷友輔, 石井靖, 野澤和生, 第 127 回日本物理学会九州支部例会 (2021)[3] G. K. Smith, S. Lin, W. Lai, A. Datye, D. Xie, H. Guo, Surf. Sci. 605, 750-759(2011)

B-11

Ag-In-Yb 準結晶２回軸表面におけるペンタセンの安定吸着サイトに関する第一原理計算鹿児島大学 A佐藤壮紀A , 野澤和生 A

走査型トンネル顕微鏡を用いた先行研究により、Tsai 型と呼ばれる icosahedral (i) 相 Ag-In-Yb 準結晶の 2 回軸表面に吸着したペンタセン (Pn) 分子は、基板の Yb 原子の分布に依存して準周期的に配列することが確認されている。また、Pn 分子の吸着サイトとして Yb 原子のペアから成るサイトが提案されている [1]。
本研究では、Pn 分子が吸着した 2 回軸表面の安定性について、密度汎関数理論による第一原理計算を用いて調査した。この計算では、原子構造データ [2] から切り出した原子クラスタ [3] により表面を近似するクラスタモデルを使用した。Pn 分子 1 つを表面に対して平行に配置し、表面上の様々なサイトにおいて吸着エネルギーを求めた。その結果、Pn 分子を先行研究 [1] で提案されたサイトに配置した場合よりも、Tsai 型準結晶の構造単位の 1 つである acute rhombohedron (AR) が密集するサイ
トに配置した場合の方が高い安定性を示した。発表では AR の重要性について議論する予定である。

[1] A. Alofi, D. Burnie, S. Coates, R. McGrath, H.R. Sharma, Mater. Trans. 62 (3), 312-316 (2021).
[2] H. Takakura, C.P. Gomez, A. Yamamoto, M. de Boissieu, A.P. Tsai, Nat. Mater. 6, 58-63 (2007).
[3] M. Sato, T. Hiroto, Y. Matsushita, K. Nozawa, Mater. Trans. 62 (3), 350-355 (2021).

18

B-12

ニューラルネットワークを用いた準結晶 Ag-In-Yb 表面上の Pb 吸着エネルギーの予測
鹿児島大学大学院理工学研究科 A

福山勝也A , 野澤和生 A

近年，準結晶表面上に吸着した原子や分子が準周期配列する例が報告されており，準周期性を反映した物性の発現が期待されている [1,2]。これらの物性を議論する上で原子構造・電子構造の理解が不可欠であるが，準結晶には周期性がないため，周期構造を前提とした既存のバンド計算の手法を適用するためには何らかの方法で準結晶表面を近似する必要がある。この近似法のうち，準結晶表面を原子クラスターで近似する方法では，クラスター中央部においては準結晶の原子配列を正確に扱うことができる反面，クラスター周縁部においては化学的環境が本来の結晶中と大きく異なるため，構造緩和計算や分子動力学計算を使用した吸着構造の決定が困難である。このため吸着構造は，第一原理計算によって求められる吸着エネルギーの空間分布に基づいて議論されるが，準結晶表面上の３次元的な空間分布を得るためには膨大な量の計算が必要になる。
そこで本研究では，Tsai 型 Ag-In-Yb 準結晶表面の 5 回対称表面に吸着する 3 次元吸着エネルギー分布を，ニューラルネッ
トワークによる機械学習で予測することを試みる。吸着子から見た表面原子の相対的な原子配置を原子間距離に基づく２次元配列に変換し，これと吸着エネルギーを用いてネットワークを訓練した。発表では，現段階で達成できている精度と現状の問題点について報告する。

[1]H. R. Sharma, K. Nozawa, J. A. Smerdon, P. J. Nugent, I. McLeod, V. R. Dhanak, M. Shimoda, Y. Ishii, A. P. Tsaiand R. McGrath, Nat. Commun. 4, 2715 (2013).
[2]J. A. Smerdon, K. M. Young, M. Lowe, S. S. Hars, T. P. Yadav, D. Hesp, V. R. Dhanak, A. P. Tsai, H. R. Sharma
and R. McGrath, Nano Lett. 14, 1184-1189 (2014).

B-13

モット絶縁体 Ca2 RuO4 とその類似物質の比熱測定
久留米工業大学 工学部 A

高木翼A , 安藤優花 A , 横田崇亘 A , 小倉弘幹 A , 井野明洋 A , 中村文彦 A

Ca2 RuO4 や VO2 はモットメモリーを実現する物質として注目されている。しかし，両者の相転移機構は未解明のままである。Ca2 RuO4 は，室温から昇温していくと 360 K
付近で体積が大きく収縮（負の熱膨張）し絶縁体から金属に 1 次相転移する。一方，VO2 も 340 K で絶縁体から金属に転移するが，負の熱膨張は示さない。我々は，示差熱(DTA)，比熱 (DSC) の測定から両者の絶縁体金属転移の機構の比較を目的に実験を行った。Ca2 RuO4 も VO2 の DTA,
比熱の温度依存性にも相転移（潜熱）によるピークが現れる。しかし，その形状は両者で異なっている。図からわかるように，VO2 の比熱は転移前後でベースラインに変化はなく，Dulong-Petit の法則に従ってほぼ高温比熱の 3R となるが，Ca2 RuO4 では転移の前後でベースラインがずれており低温側で 3R より大きくなっている。講演では両者の形状やの違いの詳細，昇温速度依存性について報告する。

19

B-14

YBCO 系超伝導セラミクスにおけるグレイン間相転移の比較
九工大院工 A , 京都工繊大 B , 徳島大理工 C

川口皓大A , 三明瞭太 A , 藤井孝徳 A , 出口博之 A , 美藤正樹 A ,萩原亮 B , 久田旭彦 C

M.S.Li:Phys. Reports

我々は，YBCO 系超伝導セラミクス試料について磁気転移点 (Tc1 ) より低温域に，非線形磁化のピークが出現するグ
レイン間グラス転移点 (Tc2 ) および電気抵抗が消失するグレ・𝑻𝑻𝒄𝒄𝒄𝒄・𝑻𝑻𝒄𝒄𝒄𝒄

グレイン間
超伝導相

• グレイン• ジョセフ

カイラル
グラス相

H[Oe]

YBa2 Cu3 O7（Y123 系）のセラミクスでは，グレイン内超伝導

H[Oe]場-温度相図を研究してきた．YBa2 Cu4 O8 (Y124 系) および(ⅰ) πリングの自グレイン内 ・𝑻𝑻𝒄𝒄𝒄𝒄
超伝導相 ・𝑻𝑻𝒄𝒄𝒄𝒄

グレイン内
超伝導相

測定，電気抵抗および I-V 測定を行い，低磁場下における磁𝟐𝟐𝝅𝝅𝑰𝑰𝒄𝒄 𝑳𝑳𝜱𝜱𝟎𝟎
𝟐𝟐𝝅𝝅𝑱𝑱
𝑰𝑰𝒄𝒄 =
𝜱𝜱𝟎𝟎
𝑳𝑳� =グレイン間超伝導相

カイラルグラス相イン間超伝導転移点 (Tc3 ) が存在し，低磁場下では Tc2 ＞ Tc3となり，両転移点の間に狭い磁場-温度領域でカイラルグラス

𝑻𝑻[𝐊𝐊]

Y124の磁場-温度相図

相が存在することを確認した．しかし，Y2 Ba4 Cu7 O15（Y247

※ジョセ
𝑻𝑻𝒄𝒄

𝑻𝑻[𝐊𝐊](ⅱ) π接合の密Y123の磁場-温度相図

セラミクス系）のセラミクスにおいては，図 1 のように低磁場下では Tc2

Y247

グレイン間
超伝導相

＜ Tc3 となり，カイラルグラス相は存在しない．この違いを調べるために，交流磁化の周波数依存，I-V 測定の温度依存より，

Y123
Y124

両転移の臨界指数を求めて比較検討を行ったので報告する．

グレイン内超伝導相

・Y247セラミグレイン間磁束グラス相→遮蔽効果

Y247の磁場-温度相図

図1

YBCO系セラミクスの磁場-温度相図

カイラルグラスまとめ

B-15

・グレインサイズの小・グレインサイズの大・YBCO系セラミクス

NiS ナノ結晶の金属絶縁体転移
佐賀大理工 A , 佐賀大 SL セ B , NSRRCC , 岡山理科大 D , 九大工 E , 熊本大院自然 F , ファインセラミック
スセンター G , 理研 H , CEMSI

宮崎駿A , 冨永泰佑 A , 川原岳 A , 赤瀬慶祐 A , 今村真幸 B , 高橋和敏 B , 石

井啓文 C , 吉村政人 C , 稲垣祐次 D , 河江達也 E , 木田徹也 F , 末廣智 G , 南任真史 H , 石橋幸治 H,I , 石渡洋
一A

硫化ニッケル（NiS）は 265 K 付近で反強磁性転移と金属を変えて合成しており、それらのサンプルにおける相転移の絶縁体転移（MIT）が同時に生じる 。構造は全温度領域で六発現について光電子分光測定、SQUID 磁化測定、XRD 測定

方晶の NiAs 型構造をとるが、相転移で格子定数の跳びは観から調べている。当日は NiS ナノ結晶の相転移を議論する。

測される。また抵抗率は相転移で約 20 倍の急激な変化を示す
が、低温相においてもギャップが開かずに金属のままである。
慣習に従って、この相転移を MIT と呼び、低温相を反強磁性非金属相と呼ぶこととする。本研究では NiS ナノ結晶の相転

λ=0.6889Å

移の研究を行った。右図は Fe を 11 ％ドープした サンプルの

XRD パターンと TEM 画像である。NiS 単相に近く、平坦100nmな結晶面を持ち、平均サイズが 35 nm 程度であることが示さ

図１ Fe(11%)ドープNiSナノ結晶のXRDパターンおよび
図2 Fe(11%)ドープNiSナノ結晶のTEM画像。
リートベルト解析結果。測定に用いた波長は、0.6889 Å。

れている。NiS ナノ結晶サンプルは他にもドープ量やサイズ

20

B-16

擬ブルッカイト Mg1−x Ti2+x O5 単結晶の基礎物性
鹿児島大理工 A , 上智大理工 B , 早大理工 C

吉永汰正A , 有薗実駿 A , 犬童代悟 A , 田代龍太郎 A , 森本和

樹 A , 荒井陽光 B , 白崎巧 B , 桑原英樹 B , 勝藤拓郎 C , 奥田哲治 A
バルクの擬ブルッカイト Ti3 O5 はα、β、λの構造異性体を持ち、昇温により単斜晶β相から単斜晶λ相、さらに昇温によりλ相から斜方晶α相へ逐次構造相転移を起こす。低温で隣接する Ti3+ イオン（S=1/2）がスピン一重項の二量体（dimer）を形成するため、低温β相では非磁性となるが、約 460K の１次の構造相転移により dimer が部分的に解離し常磁性λ相へ相転移し、磁性と輸送特性が劇的に変化することが知られている。さらに近年、ナノ結晶において、β相とλ相間を光により可逆的に相転移させることが可能であることが報告され、新たな光誘起相転移物質としても注目されている。
我々はこの Ti3 O5 の Ti を Al に置換した Al1−x Ti2+x O5 の単結晶を育成し、結晶構造、磁性、輸送特性を調べたところ比較
的良い電気伝導率を示すα、λ相においても dimer 相関が残留し、動的な dimer 相が実現している可能性を報告した。[1] 本研
究では、より幅広い Ti の形式価数において結晶構造、磁性、輸送特性、熱電特性を調べるために、Ti3+ を Mg2+ で置換した

Mg1−x Ti2+x O5 の単結晶を育成し物性を評価した。本発表では、前回発表から進展した各種物性の解析に基づいて、本系でのdimer 相関について議論する。
[1] R. Takahama, et al., Phys. Rev. Materials 4, 074401 (2020).

B-17

イルメナイト型 MgTiO3 -コランダム型 Ti2 O3 混晶系の物性
鹿児島大理工 A , 鹿児島大工 B , 上智大理工 C , 早稲田大理工 D

髙須和也A , 猪崎哲郎 B , 白川稜 B , 白崎

巧 C , 荒井陽光 C , 桑原英樹 C , 吉田大凌 D , 勝藤拓郎 D , 奥田哲治 A
イルメナイト型 MgTiO3 は TiO6 八面体が辺共有して形成する層と MgO6 八面体が辺共有して形成する層が八面体の面を共有
してつながりc 軸方向に交互積層する秩序型コランダム構造をとる非磁性絶縁体である。一方、ほぼ同構造のコランダム型構造を持つ Ti2 O3 では、c 軸方向に並行に並ぶ二つの Ti3+ イオンがスピン一重項二量体（dimer）を形成する絶縁体で、温度上昇や僅かな不純物でユニークな絶縁体・金属転移を示すことが知られている。[1] これらの混晶となる Mg1−x Ti1+x O3 は、Ti の価数
が 3 から 4 価となる新たな混合価数 Ti 酸化物となることが期待される。そこで本研究では、混晶系 Mg1−x Ti1+x O3 の単結晶育成を FZ 法により試み、優れた熱電特性など新物性の探索を行った。前回講演では単結晶育成及び磁気・輸送特性について報告した。今回、我々は新たに比熱の測定を行ったのでその詳細を報告する。

FZ 法により得られた Mg1−x Ti1+x O3 の試料において低温比熱を測定した結果、極低温で 1/T 2 に比例する比熱が観測され、明瞭な磁場依存を示した。解析により、この比熱は結晶中の孤立 Ti3+ イオンの局在スピンに起因する電子ショットキー比熱であることが明らかとなった。このショットキー比熱を差し引くことで電子比熱係数γを導出したところ、3 mJ K−2 mol−1 程度となり、顕著な組成依存や質量の増大は観測されなかった。本講演では、この混晶系の比熱のほかに結晶構造、磁気特性等についても詳しく報告し、dimer 相関が各種の物性に及ぼす影響を議論する。

[1] M. Uchida, et al., Phys. Rev. Lett. 101, 066406 (2008).

21

B-18

点接合アンドレエフ反射分光法を用いた近藤絶縁体 SmB6 の表面電子状態測定
九大院工 A , 茨城大院理工 B

志賀雅亘A , 原田琢良 A , 高橋拓也 A , 寺本翼 A , 伊賀文俊 B , 河江達也 A

SmB6 は近藤絶縁体として知られている。近藤絶縁体は、により解析したところ、SmB6 が大きなスピン分極率を持つ

室温では金属的な振る舞いをするが、近藤温度以下では混ことが分かった。この結果は SmB6 がトポロジカル近藤絶縁

成ギャップの形成に伴い絶縁体的な振る舞いをする。一方、体であることを支持している。講演ではより詳細な結果を示

SmB6 の電気抵抗は、低温 (T = 4 K) 以下で飽和する事がし、SmB6 における高いスピン分極率の起源について説明す

知られており、この起源については様々な提案がなされてる。[1] B. Gorshunov, et al., Phys. Rev. B 59, 1808 (1999)

いる [1]。最近では、理論研究により SmB6 がトポロジカル[2] M. Dzero, et al., Phys. Rev. Lett. 104, 106408 (2010).

近藤絶縁体である可能性が指摘されている [2]。そこで我々
は、SmB6 がトポロジカル近藤絶縁体であることを実験的に明らかにするために、点接合アンドレエフ反射法を用いた電子状態の直接観測を行っている。

図１に SmB6/Nb 界面での T = 4.5 K における点接合アンドレエフ反射信号を示す。
この結果から、ゼロバイアス近傍のディップ構造に非対称なディップ構造が重なっていることが分かる。非対称なディップ構造は Fano モデルによって再現できた。また、ゼロバイア
スのディップ構造は、Nb の超伝導転移温度以下で出現することから、アンドレエフ反射による信号であると結論付けるこ
図１ SmB6/Nb界面でのT = 4.5 Kにおける微分伝導度信号とができる。このアンドレエフ反射による信号を理論モデル

B-19

点接合分光法によるトポロジカル近藤絶縁体 SmB6 の表面電子状態測定
九州大院工 A , 茨城大院理工 B

寺本翼A , 原田琢良 A , 高橋拓也 A , 伊賀文俊 B , 志賀雅亘 A , 河江達也 A

近藤絶縁体 (KI) は、近藤温度以下で、局在する f 電子と伝成された近藤共鳴状態を反映している事が分かった。講演で導電子の混成により、フェルミエネルギー近傍にエネルギーは、表面状態の形成が期待されるより低温で取得した dI /dV

ギャップを形成する。そのため、KI の電気抵抗は近藤温度以信号などの詳細について報告する。

下で、温度の低下とともに増加する。一方、代表的な KI であ[1] X. Zhang et al., Phys. Rev. X 3, 011011 (2013)

る SmB6 は、T 〜5K におい電気抵抗が飽和する [1]。この起[2] M. Dzero et al., Phys. Rev. Lett. 104, 106408 (2010)

源については様々な提案がなされているが、統一的な結論は得られていない。近年の理論研究では SmB6 がトポロジカル
絶縁体であり、トポロジカル近藤絶縁体の表面に存在する金属状態によって電気抵抗が飽和している可能性が指摘されている [2]。そこで本研究では、SmB6 で存在が予測されている
表面金属状態の直接観測を目指し、点接合分光実験を用いた

SmB6 の電子状態測定を行った。
図 1 に、SmB6 /W 界面における T = 24.0 K で得られた微分伝導度 (dI /dV ) 信号を示す。dI /dV 信号には、非対称なディップ構造が現れている。この信号について理論計算による解析を行ったところ、非対称なディップ構造が SmB6 で形

22

B-20

点接合分光法を用いた重い電子物質 CeSi2−x の微分伝導度測定
九大院工 A , 金沢大院自然 B , 金沢大理工 C , 福工大情工 D

高橋拓也A , 寺本翼 A , 石渡光生 B , 井田啓介 B ,志賀雅亘 A , 大橋政司 C , 丸山勲 D , 河江達也 A

点接合分光法 (PCS) とは、試料と探針間の微小接合における微分
伝導度 (dI/dV) 測定を通して、試料の電子状態を直接観測する手法である [1]。この手法は非接触型である走査トンネル分光法 (STS)1.03と比べ、内殻 f 軌道の情報を反映しやすいと考えられている。実際、我々は PCS 測定により、重い電子物質 EuNi2 P2 のフェルミエネル

1.025

Normalized dI/dV (shifted)

ギー近傍に現れる c − f 混成ギャップの直接観測に成功している [2]。また、理論モデルとの対応の観点から 4f 電子を１つ持つ Ce 化
合物の電子状態測定は重要であるが、実験報告例は非常に限られている。そこで我々は、Ce 化合物の電子状態を明らかにするため

CeSi2-x/W
Rc = 38   =  

1.02

1.015

、CeSi2−x の PCS 測定を行っている。CeSi2 は低温で Ce イオンが中間価数状態をとり、混成強度が比較的大きいと期待される物質である [3]。従って、PCS 測定によって明瞭な混成ギャップを観測で

1.01

1.005

きる可能性が高い。
図 1 には PCS 測定によって得られた CeSi2−x の dI/dV 信号を示す。信号のゼロバイアス近傍には、c − f 混成ギャップを反映していると考えられる非対称なダブルピーク構造が観測された。講演で

1

0.995

は dI/dV 信号の温度依存性など詳細な結果を報告する。

0.99-20-15-10 -5 0 5 10 15 20
V [mV][1] Y. G. Naidyuk and I. K. Yanson: Point-Contact Spectroscopy (springer, New York, 2005).
[2] M. Shiga et al.: Phys. Rev. B 103, L041113 (2021).
[3] J. M. Lawrence et al.: Phys. Rev. B 29, 568 (1984).

図 1: CeSi2-x/W 界面の微分伝導度信号。

23

会場 C
領域 2, 11, 13

C-1

1 イオン異方性を伴う S=1XXZ 鎖と共形場理論
九大理 A

白石修一A , 野村清英 A

1 イオン異方性を伴う S=1XXZ スピン鎖
H=

∑

y
x
z
(Sjx Sj+1+ Sjy Sj+1
+ ∆Sjz Sj+1
+ D(Sjz )2 )jについて、XY1,XY2(Spin Nematic),Neel,Haldane 4 つの相の多重臨界点付近を中心に、共形場理論 (CFT) と数値対角化法の両面から解析を進めてきた。
先行研究 [1][2] により既に基底状態の相図が得られているものの、一部の相についてはユニバーサリティクラスの特定にまでは至っていなかった。また ∆ = 0 において特殊な SU(2) 対称性があることが証明されており [3]、XY1-Haldane および

XY2-Neel は BKT 転移であることが理解されている。
相関距離が発散している領域については CFT によって記述が可能であるため、対応する物理量としてセントラルチャージが存在し、有限な相関を含む場合には CFT からのずれが生じる。我々は ∆ = 0 においてパラメータ D と有効セントラルチャー
ジ c(L) の関係を得た。さらに、CFT に基づく新たな手法による解析の結果、基底状態の相図を得ることに成功した。

[1]H. J. Schulz: Phys. Rev. B 34, 6372,(1986)[2]W. Chen, K. Hida and C. Sanctuary: Phys. Rev. B 67,pp.104401,(2003)[3]A. Kitazawa, K. Hijii, and K. Nomura: J. Phys. A 36, L351,(2003)

24

C-2

S=1 における特殊な SU(2) 対称性
九大理A

小野山幸輔A , 野村清英 A

Spin-1 XY model では SU(2) 対称性を持つ特殊な演算子が存在している [1]。SU(2) 対称性に関する演算子としてスピンの上昇・下降演算子が挙げられるが、[1] での特殊な演算子とは上昇・下降演算子を自乗したものである (e.g.(S+ )2 , (S− )2 )。
発表では、Spin-1 bilinear biquadratic model に 1 イオン異方性項 (D) を加えたハミルトニアン HBLBQ−SI に対して特殊な SU(2) 対称性を持つ演算子が存在することを議論する。特にθ = − π2 , π4 に関して発表を行う。この特殊な SU(2) 対称性は、ハミルトニアンが並進不変性を有してなくとも成立するものである。

HBLBQ−SI =∑2sin θ(Si ·Si+1 ) + cosθ(Si ·Si+1 ) + D

i∑(Szi )2i[1]A.Kitazawa, K.Hijii, and K.Nomura: J. Phys. A 36, L351 (2003)

C-3

S=1XXZ 模型における非線形磁化率
九大理 A

緒方健人A , 野村清英 A

臨界現象に伴い磁化率などの感受率が発散することはよく知られている。Aiba,KN[1] では S = 1/2XXZ スピン鎖で非線形磁化率を研究した。この場合モデルが可積分系であり、厳密解との比較が可能だった。
2∂−1
本研究では非可積分な S = 1XXZ スピン鎖での磁化率 χ とエネルギーの 4 階微分 A = ∂m
について数値対角化を用い2χて調べる。用いたハミルトニアンは下記に示す。

Ĥ =

N
∑

y
z
x
(Ŝjx Ŝj+1+ Ŝjy Ŝj+1+ ∆Ŝjz Ŝj+1),

j=1

Ŝjx , Ŝjy , Ŝjz , ∆ はそれぞれ x, y, z 方向のスピン演算子、異方性パラメータとする。
このモデルにおいて −1 < ∆ < 0 は XY 相である。本発表では XY 相での非線形磁化率について説明する。
有限差分による微分量の計算から発散の有無を確認し、∆ 依存性およびサイズ依存性について述べる。他に朝永 · ラッティン
ジャーパラメータを調べることで整合性のある結論を得る。

[1] N. Aiba and K. Nomura, Phys. Rev. B 102, 134435 (2020)

25

C-4

BBH モデルとその応用
九州大学理学府物理学専攻 A , 物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点 B

米澤弦起A ,

苅宿俊風 B
ブリルアンゾーン内の波数ベクトルでモードを指定するバンド理論は固体電子論で用いられてきた手法であるが，量子ホール効果の研究を契機にバンド構造をトポロジカル不変量で分類するという新たなアプローチが生まれ，いわゆるトポロジカル絶縁体の研究が盛んに行われる様になった．その中でも，バルクより 2 つ以上次元の低い境界に局在状態が発現する高次トポロジカル
絶縁体が提案され，近年高い注目を集めている．本講演では，Benalcazar-Bernevig-Hughes[1] によって提案されたトポロジカ
ル四重極相が出現するタイトバインディングモデル (BBH モデル) を紹介したのちに，BBH モデルにおいて主要な役割を果たしているホッピングの符号の反転をエクストラサイトモデルを用いて摂動的に実現する方法について議論する．

[1]Benalcazar, Bernevig, Hughes, Science 357, 61-66 (2017)C-5

摂動分子動力学法による Ag2Se の熱伝導度のスペクトル解析
熊大院自然 A , 熊大院先端 B

橋口祐来A , 島村孝平 B , 高良明英 A , 下條冬樹 B

Ag2 Se は低い熱伝導度を持つことから、熱電材料として有望視されている。本研究では、Ag2 Se の熱伝導機構のミクロな知見を得るために熱伝導度のスペクトル解析を行う。そのために、最近提案された摂動分子動力学法と Spectra heat

0.6
DOS (states/atom/meV)current 法を組み合わせた手法を用いて、熱流束をフーリエ変換することにより、その周波数成分を求める。原子間相互作用として古典ポテンシャルを用いた。300 K の低温相のAg2 Se を対象として、384 個〜10368 個の原子からなる系を用いて、熱流束のフーリエ成分の摂動依存性と結晶方向依存

0.5

0.3
0.2
0.1
0.0

上図が振動状態密度、下図が a 軸方向の累積熱伝導度である。

0.4

κ (W/m/K)

性を調べた。一例として、図に 10368 原子系の結果を示す。
累積熱伝導度は約 20 meV で収束することが確認できた。講演ではサイズ依存性と方向依存性の詳細について議論する。

Se
Ag

0.4

0.3

Se
Ag
total
κ : totalκ : virial

0.2
0.1
0.0
0

26

10

ω (meV)

20

30

C-6

火山噴火時系列における間欠性の統計的性質
福岡県立大人社 A , 鹿児島大名誉教授 B

石崎龍二A , 井上政義 B

火山の噴火は，プレート同士が衝突することによって生じる摩擦の結果として，マントルが溶けることにより，マグマが発生し，それが地表に噴出する現象であると考えられている。日本列島は，複数のプレートが互いに近づき合う地域であり，活火山が 100 を超えている。
桜島の 1955 年以降の年間爆発的噴火回数のデータによると，桜島は，年間複数回の噴火を起こし，間欠的に噴火を繰り返している。西・井上・田中・村井 [1] は，1981 年から 1999 年にかけての桜島の爆発的噴火の時系列に関するハースト指数が 0.5を越え，長期記憶をもつ過程であることを示した。
そこで，近年の桜島の爆発的噴火時系列の噴火の時間間隔に着目した。講演では，火山噴火時系列における噴火の間欠性に関する統計的性質を解析した結果を報告する。

参考文献[1] Y. Nishi, M. Inoue, T. Tanaka and M. Murai, Analysis of Time Sequences of Explosive Volcanic Eruptions of
Sakurajima, Journal of the Physical Society of Japan, Vol. 70,No.5,2001,pp.1422-1428.

C-7

３コンパートメントでの粉体時計
九大院理 A

河野快A , 稲垣紫緒 A

大きさの異なる 2 種類の粒子を、2 つの区画をもつ容器の中に入れ鉛直方向に加振すると、小粒子のみ、仕切りを超Shah et al., CHIN.Phys. Lett. 29, 034501 (2012)[3] K.

C. CHEN et al., J. Phys. Soc. Jpn. 77, 084403 (2008)

えて大粒子とは反対側の区画にクラスターを形成する。そ0の後、大粒子は小粒子のいる区画に移動する。このような

70m/s2

小粒子と大粒子の追いかけっこを繰り返すことによって、9粒子のクラスターが 2 つの区画間で周期的に振動する。こ87の現象は「粉体時計」と呼ばれている [1]。区画を 1 つ増クラスター移動回数6

やした 3 コンパートメントでも粉体時計が観測されることは先行研究で明らかになっているが [2,3]、クラスターが移

5

4

3

動する方向について詳しく検証した研究はほとんどない。

2

1

そこで、本研究では振動パラメーターや粒子の量を変化さ050

せ、時空間プロット（図１）や、クラスター移動時間のヒス(min)

トグラム（図２）から粉体時計の振る舞いを調べた。[1] S.

Viridi et al., Phys. Rev. E 74, 041301 (2006)

60

70

80

90

100

110

120

クラスター移動時間 (s)60[2] S. H.

端から中央

a=70m/s225mm

図１：３Cにおける時空間プロット

27

中央から端

図２：クラスター移動時間のヒストグラム

130

C-8

光弾性体円盤の巨視的物性
九大理物 A , 九大院理 B

村上亮太A , 稲垣紫緒 B

光弾性体は外力に応じて複屈折を引き起こす物質であり、透明なプラスチックやガラスなどが光弾性体として知られている。光弾性体を偏光板で挟み込むことで光が遮断され、複屈折によって応力がかかっている箇所にのみ光の筋が観測されるため、光弾性体は粉粒体の応力分布の研究によく用いられる。先行研究では２種類の光弾性体に対して力を加えて、光の筋 (Force Chain) を観測し、応力が粒子の充填率に応じて振る舞いを変えることが知られている [1]。今回我々は光弾性体に段階的に外力を作用されて (図 1,2)、応力の広がりを観測する実験 (図 3) を行った。

[1]F.Okubo, H.Katsuragi. Modern Physics Letters B, 35,

2150206(2021)

C-9

粉体の浸透圧九大理物 A , 九大院理 B

松田朝之A , 稲垣紫緒 B

濃度の異なる二種類の溶液を半透膜を境として接触させると浸透現象が起きることはよく知られている。今回私たちは二種類の異なる大きさの粒子を用意し、小粒子だけが通り抜けできる網で隔て、容器を縦方向に加振させた。すると液体の浸透現象とよく似た粉体の浸透現象が確認でき、ある高さで定常状態になることがわかった。また、2 種類の粒子が混ざり合ったセルでは小粒子の対流運動により、大粒子が上部に引き寄せられるブラジルナッツ効果 [1] が粒径比が大きい際に顕著に見られた。本発表
では左右のセルの高さの変化が粒子のサイズや加振強度にどのように依存するかについて報告したい。[1] A.P.J. Breu, H.-M.

Ensner, C.A. Kruelle, and I.Rehberg, Phys. Rev. Lett. 90, 01432 (2003).

28

C-10

相対論的すれ違い効果

誘導電流発生のメカニズム

東海大付属熊本星翔高等学校 A

すれ違い効果から導かれる誘導電流１

すれ違い効果から導かれる誘導電流２

山本文隆A

コの字型回路に生じる誘導電流

近づけたり引き離したりする円形回路に生じる誘導電流
下の反時計
回りの一次
電流にたい
し二次回路
を上に動か
すと、B 点の
電子はａｂ
の延長戦を
境に右半円
から斥力、左半円から引力を受ける

内積 ω⊥・β⊥を求める
βωｈＲｓｉｎθ√Ｒ２（１－ｃｏｓθ）２＋ｈ２－ω⊥・β⊥＝―――――――――――――――――――――――――――――――――――――

Ｌ√２Ｒ４（１－ｃｏｓθ）３＋Ｒ２ｈ２（１－ｃｏｓθ）（３－ｃｏｓθ）＋ｈ４Ｒ－ω⊥・β⊥ｃｏｓζ＝ω⊥・β⊥ ――ｓｉｎθ （ｂ点導線方向の力、クーロン力単位１）
Ｌ

未入力

C-11

磁化プラズマにおける非線形ブリーザーの励起
九州大学応用力学研究所 A , 京都大学エネルギー理工学研究所 B , 核融合科学研究所 C

小菅佑輔A , 稲垣滋 B , 河内裕一 C

連続媒質における非線形波動の励起は広く流体やプラズマ

いてモデル化できることを示す。その厳密解について議論し、に見られる普遍的な現象である。本講演では、海洋や光ファ強度の変調とともに、位相の変調が本質的であることを示す。

イバーにおいて励起が報告されている一発大波（ローグ波、

強度と位相の双方の変調に基づき、実際の直線プラズマ実験

ブリーザー）について、同様の波が磁化プラズマにも励起さのデータからブリーザーを抽出した結果について報告する。

れることを示す。核融合プラズマで励起される波動の典型例
としてドリフト波に着目し、ドリフト波が非線形的に励起する流れ構造からのフィードバックを取り入れることで、ドリフト波の変調複素振幅が非線形シュレディンガー方程式を用

29

C-12

不均一な反応拡散系による細胞性粘菌パターンのモデル化
九州工業大学大学院 情報工学研究院

物理情報工研究系 A

大澤智興A , 森本雄祐 A[ 序論 ]
FitzHugh-Nagumo(FHN) モデルは、興奮性や振動性を示すモデルとして、神経、心筋、細胞性粘菌 [1] などの現象を説明するモデルとして広く用いられている。その一方で、これらの現実の系では、媒体が不均一な条件下である。そこで、本研究では、モデルや計算条件に不均一性を導 入し、平面上を伝播する興奮波の速度と波の発生周期の関係である分散関係を求め、不均一化の影響を調べた。

[ 方法とモデル ]細胞性粘菌 [2] では、Martiel-Goldbeter(MG) モデル [3] を用いて、細胞密度が高いほど cAMP 波の伝播速度が早く、不応期が短いことを示している。そこで、本 FHN モデルにおいても、細胞密度に相当する量などを変更して不均一さを導入し、分散関係を求めた。反応拡散方程式の数値積分の計算には Python/CuPy を用いた。

[ 結果と考察 ]細胞密度が高いほど cAMP 波の伝播速度が早くなり、[2] と一貫性のある結果が得られた。さらに著者は、既に不均一なBelousov-Zhabotinsky(BZ) 反応を用いた実験結果 [4] において、[2] で観られたような分散関係を報告した。これは、MG モ
デル、FHN モデル、BZ 反応で共通の性質が出現することを示している。今後は、FHN モデルや MG モデルを実験条件や測定条件に合わせて変更を行い、細胞性粘菌の示す多様な時空間パーターンの形成メカニズムを明らかにしたい。

[1] A.E. Sgro et al., Mol.Sys.Bio. 2015 11(1)779, [2] E. Vidal-Henriquez, A. Gholami, Sci. Rep. 9,3935(2019),[3] J.-L.
Martiel, A. Goldbeter, Biophys. J. 52(5)807(1987),[4] C.Oosawa et al., J. Phys. Chem. 100,1043(1996)

C-13

量子ドット蛍光時系列データのための隠れマルコフモデル解析
九州工業大学大学院工学研究院 A

古田達央A , 濱田啓輔 A , 小田勝 A , 中村和磨 A

本講演では，量子ドットの発光・消光時系列データに対する機械学習解析について発表する [1]。量子ドットの光学特性を測る
代表的指標が発光・消光継続時間の確率分布である。このデータは，量子ドットの発光強度の時系列データに基づいて作成されるが，データは実験装置や測定環境等に起因するノイズを大量に含むため，発光状態および消光状態を定量判定することが難しい。これまでは，発光状態・消光状態を人為的に判定し，継続時間を算出していた [2]。こうしたアーティファクトを排除するため，我々は隠れマルコフモデルの応用を提案する。隠れマルコフモデル [3] は，時系列データ解析に用いられる代表的機械学習であり，観測データの背後にある隠れた変数として潜在変数を導入する。量子ドット時系列データ解析の場合，観測データから発光・消光状態を判定するのではなく，潜在変数の時系列データから状態判定をすることでノイズに起因する判定困難を回避できる。真空や湿潤窒素環境下の実験で観測された量子ドット時系列データにおいて，潜在変数の時系列データは従来手法よりもノイズを抑えて発光・消光状態を判定していることが分かった。その違いは統計平均により得られた発光・消光継続時間の確率分布においても顕著に現れた。また，解析性能の評価として，すでに提案されている量子ドットの発光・消光継続時間確率分
布のモデル関数 [2] から生成した時系列データに対して隠れマルコフ解析を行った。ガウシアンノイズを含む人間の認知能力では識別困難なデータに対して，潜在変数の時系列データはノイズを効果的に除去し，発光・消光状態を明確に判定できることが分かった。シミュレーションより得られた発光・消光継続時間の確率分布もオリジナルの確率分布モデルをよく再現した。講演
では，方法論の詳細，従来手法との比較，結果の精度解析について発表する。

[1] T. Furuta, K. Hamada, M. Oda, K. Nakamura, Hidden Markov model analysis for fluorescent time series of quantum
dots , Phys. Rev. B 106, 104305 (2022). [2] B. Bruhn, F. Qejvanaj, I. Sychugov, J. Linnros,

Blinking Statistics andExcitation-Dependent Luminescence Yield in Si and CdSe Nanocrystals , J. Phys. Chem. C 118, 2202 (2014). [3] L. R.
Rabiner,

A tutorial on hidden Markov models and selected applications in speech recognition , in Proceedings of theIEEE 77, 257-286 (1989).

30

C-14

LES を用いたエッジトーンの 3 次元流体音響解析
九州工業大学 A , 九州大学 B

小野又樹A , 岩上翔 A , 田畑諒也 A , 大野泰治郎 A , 小林泰三 B , 髙橋公也 A

エッジトーンは低マッハ数で観測される空力音である。細
く絞られたジェットがくさび状のエッジに衝突すると、ジェッ、非圧縮性 LES の計算でジェットの流体的な振動を再現し、その結果と圧縮性 LES の結果を比較検討した。
参考文献

トが自発的が自発的に振動し、エッジトーンが発生する。エッジトーンの発生メカニズムは未だ解明されていないことが多(1)Brown GB. The vortex motion causing edge tones. Proc

いが、Powell(2) によって主張された、ジェット振動はジェット

Phys Soc. 1937; 49: 493-507.

とエッジの相互作用によって引き起こされるフィードバック(2)Powell A. On the edgetone. J Acoust Soc Am. 1961;

サイクルによって維持されているという説が有力である。し33: 395-409.

たがって、フィードバック機構の研究は、エッジトーンの包括(3)Crighton DG. The jet edge-tone feedback cycle; linear

的な理解を得るために非常に重要な課題である。Crighton はtheory for the operating stages. J Fluid Mech. 1992; 234:

、非圧縮流体の理論解析を根拠に流体的フィードバックが支361-391.

配的であるとの主張している(3)。一方、音響的フィードバッ

図

発振状態における Q 値と圧力の等値面の可視化

クが支配的であると言う主張もある。本研究では、3 次元圧
縮性 LES を用いてエッジトーンの基本特性とフィードバッ
ク機構を数値的に検討する。まず、シミュレーションの信頼性を確認するために、ジェット速度と周波数の関係、すなわ
ち Brown の式(1) 、およびジェット速度と放射音響強度の関係、すなわち P owell の 6 乗則(2) を再現する。次に、フィードバック機構において、流体的フィードバックと音響的フィードバックのどちらが支配的かという問題を議論するために

C-15

格子振動における波束と群速度のとらえ方
熊本大学産業ナノマテリアル研究所 A

横井 裕之A

格子振動は教養教育における「力学」と「振動と波動」から「固体物理学」に入る窓口であるだけでなく、固体の熱的性質を理解する基礎となり、さらに、量子論と物性との関わりを意識する絶好の機会となる。また、物質への理解を深めるために仮説やモデル化が果たした役割を学ぶ格好の教材となる。しかしながら、そういった意義をわかりやすく伝えて授業をするのは難しいと感じている。ひとつには、振動はイメージしやすい現象のように思われるのに格子振動の性質の中には直観的にイメージしにくいものがあって、数学的な導出結果との間にギャップを感じてしまうことがあると考えている。また、固体物理学の入門書によっては波数が離散的で等間隔の値を取ることが無視されていることがあり、それが一貫性のある理解を損なうことも懸念される。固体物理学の初歩的な入門書には、結晶格子が分散のある媒質であることを導いたあと、重ね合わせの原理により波数の近
い 2 つの正弦波を合成して波束の形成原理とその移動速度から群速度の導出を説明するものがある。あるいは、いくつかの原子の変位を図示することにより、波数の小さな波は連続体での波と同様に捉えることができて、第 1 ブリユアンゾーンの端では隣り合う原子が互い違いに振動して定常波となるため波の速度がゼロになると説明している入門書もある。前者の説明法をとる入門書が多いが格子振動の規準モードを考慮していない点で一貫性に欠ける。後者の場合は一見わかりやすそうだが波束や群速度の説明になっていない。そこで、本発表では波数の離散性に基づいた一貫性のある格子振動の波束と群速度のとらえ方を提案
する。

31

C-16

大学基礎教育ー旧制高校との接続
九大理名誉教授 A

中山正敏A

現在の（新制）大学は、旧制大学、旧制高校、専門学校などを統合して発足した。当然、理系の基礎教育は旧制高校などの制
度・装置などを継承している。旧制高校では、文部省令によって教科内容、実験内容などが規定されていた。また、それに基づいて文部省より実験設備の整備も行われた。
現在の大学は、教科内容については文部省による規制がないが、標準的な設備の整備もない。教養部廃止後の大学の基礎教
育の状況は、旧制高校、教養部時代の遺産を食いつぶして後退しているように見えるが、どうか。自由を裏付ける責任はあるのか？
実情の把握と、歴史的な検討が必要である。

32

会場 D
領域 4, 5, 10, 12

D-2

InGaSb/InAs トポロジカル絶縁体を用いたゲート生成 p-n 接合の電気伝導特性
福岡工大 A , NTT 物性基礎研 B一

木ノ原佑真A , 秋保貴史 B , 入江宏 B , 小野満恒二 B , 村木康二 B , 鈴木恭AInGaSb/InAs ヘテロ接合は、InGaSb の価電子帯と InAs

ポテンシャルの傾きにより、トンネリングが起こっているたの伝導帯がエネルギー的に重複しており、波動関数の混成とめと考えられる。順方向電圧側ではキャリアの再結合によるスピン-軌道相互作用により、微小なエネルギーギャップを持発光が期待される。

つトポロジカル絶縁体となる [1]。我々は、このギャップを利[1] Irie et al.

用し遠赤外ダイオードの作製を試みた。
図 1(a) は試料構造で、InGaSb/InAs ヘテロ接合を AlGaSb
障壁層で挟んである。表面側に Al2 O3 ゲート絶縁膜があり、その上に部分的にゲートが蒸着されている。基板へのバックゲート電圧 VBG と表面のゲート電圧 VFG を調整することで、表面のゲート端面下に p-n 接合が形成される [図 1(b)]。抵抗の温度変化より求めたバンドギャップは 28.6 meV で、これは波長 43.2 µm の遠赤外光に対応する。

p-n 接合の条件 (VBG = 0 V、VFG = 0.35 V) におけるソー
ス-ドレイン間の電流-電圧 (I-V ) 特性を図 2 に示す。一般的なダイオードの特性と異なり、逆方向電圧側でも電流が流れている。これは、小さいバンドギャップと p-n 接合の急峻な

33, Phys.

Rev.

B. 101, 075433 (2020).

D-3

AgI を基にした超イオン導電ガラスのイオン伝導度：可動イオンにおける濃度と易動度の非線形連結大分高専 A , 熊大院先端科学 B

池田昌弘A , 安仁屋勝 B

AgI を基にした酸化物系超イオン導電ガラス, 例えば (AgI)x (AgPO3 )1‒x (0≤ x ≤ 0.5) では, AgI の添加量に伴ってイオン伝導度が増加する。また, その温度依存性は, ガラス転移温度を境にして高温側では VFT 型, 低温側ではアレニウス型の挙動を示す 1,2) 。単一種のイオン導電体における伝導度σ は σ = Ze· n+· µ+ と書ける。ここで Ze は電荷（Z は価数）
, n+ は可動イオ
ンの濃度, µ+ は易動度である。この表式によると, イオン伝導度はこれら 3 つの寄与で定まる。電荷はイオン種によって決まる
ものの, n+ とµ+ は相互に関連しており, それらの関係は必ずしも自明ではない1) 。
本研究では, n + とµ+ を非線形に連結させたイオン伝導度のモデルを AgI 系超イオン導電ガラスに適用する。このモデルは,イオン結晶系（例えば, 銀ハライド）における内因性および外因性伝導領域間の連続遷移を説明する3) 。今回, 同モデルを AgI 系
超イオン導電ガラスのイオン伝導に適用するにあたり, 我々が提案している粘性の結合強度・配位数揺らぎモデル4,5) による粘性流動に対する描像を可動イオンの生成過程に応用することで, 液体側におけるイオン伝導度の VFT 的挙動に対して説明を試みる。講演では, AgI の組成依存性についても当該モデルの観点から議論する。

1) A.C.M. Rodrigues, M.L.F. Nascimento, C.B. Bragatto, J.-L. Souquet, J. Chem. Phys. 135 (2011) 234504 (7 pages).
2) J. Kawamura, M. Shimoji, J. Non-Cryst. Solids 88 (1986) 295-310.
3) M. Ikeda, M. Aniya, Philos. Mag. (2022) in press. (DOI: 10.1080/14786435.2022.2129111)
4) M. Aniya, J. Therm. Anal. Calorim. 69 (2002) 971.
5) M. Ikeda, M. Aniya, J. Non-Cryst. Solids 371-372 (2013) 53-57.

D-4

複屈折イメージング法を用いた水素結合型誘電体の相転移現象の解明
鹿児島大学大学院理工学研究科 A , 鈴鹿工業高等専門学校 B

梶山雄生A , 豊田健晟 A , 三浦陽子 B , 真中浩

貴A

強誘電体 KH2 PO4 は TC = 123 K で強誘電転移を起こす

所によらず一様である事が分かった。本講演では, KH2 PO4が, その相転移機構については未だに決着していない [1,2]。

と NH4 H2 PO4 の実験結果を比較しながら, 位相差の急落とこれまで我々は相転移機構を解明するため, 複屈折イメージ

相転移機構との関連について考察を行う。
[1] R.Blinc: J. Phys. Chem. Solids 13, 204 (1960). [2]Tominaga 他: Solid State Commun. 48, 265 (1983). [3] M.E.
Lines, A.M. Glass: Principles and Applications of Ferroelectric and Related Materials, Clarendon Press, Oxford (1977).

ング測定を行ってきた。その結果, 室温から温度を下げていくと複屈折 (位相差) が直線的に増加するが, TC 付近では予想に反して, 異常は現れなかった。さらに温度を下げていくと, 105∼120 K で位相差が急落した。右上図には急落温度を

急落温度の分布
KH2PO4マッピングした結果を示すが, 試料の場所によって急落温度が大きく異なることがわかった。我々はこの急落の原因を,

120 K

自発分極 (P ) の発達にともなって, P が互い違いに揃うような 180 度強誘電分域が形成されるためと推測した。

100 K

そこで本研究では, 同型の反強誘電体 NH4 H2 PO4 で同様

1mm

NH4H2PO4の実験を行った。この物質は P が反平行に揃うため, TC において位相差が急落すると予想した。その結果, 位相差の温148 K

度依存性は KH2 PO4 と同じような振る舞いが得られたが,NH4 H2 PO4 では予想通りに, TC ≃ 148 K[3] において位相差146 Kが急落した。右下図には急落温度の分布を示すが, 試料の場

34

D-5

強誘電分域の観察に適した複屈折イメージング像の解析手法の開発
鹿児島大学大学院理工学研究科 A , 鈴鹿工業高等専門学校 B

豊田健晟A , 橋口隆仁 A , 三浦陽子 B , 真中浩

貴A

これまで我々は複屈折イメージング測定法を用いて強誘電単分散の複数のグループに分けることができた。さらに温度

物質の相転移現象を観察してきた。しかし複屈折 (位相差) が変化させると, 110 K 付近での構造相転移や, 20 K 付近での試料内で不均一に広がっている場合, 解析する場所によって強誘電転移に伴って, クラスターの分布状態に大きな変化が実験結果が異なるため, データを俯瞰した解析手法の開発が現れた。本発表ではこれらの結果から, 温度変化によって見必要となっていた。そこで本研究では, 多変量解析を用いて 1られる強誘電分域の形成過程についても議論する。
[1] H. Manaka 他: J. Phys. Soc. Jpn. 91 084704 (2022)

画像あたり 11 万ピクセル分のビッグデータの中からデータ
をマイニングする方法を開発した。
量子常誘電体 SrTiO3 では [001] 方向に沿って応力を印加すると約 20 K 以下で強誘電状態が現れる [1]。しかし右図[1-10](a) 位相差 (300.0 K)(a) や (b) に示すように, 試料内部の応力分布によって複屈

350nm

0度

(d) 主成分分析 (300.0 K)(c)クラスター分析 (300.0 K)

6となる。そこでクラスター分析を用いて, 生データを応力分

4

成分分析を行った結果で, 6 個の変数で記述される生データ

PC2

Gr.1

布の寄与度で分類した結果を右図 (c) に示す。右図 (d) は主

Gr.2

Gr.1

2
0
-2

Gr.2

-4

を PC1 と PC2 の 2 つの軸を用いて分類することができた。

-6 -4 -2 0

2

4

6

PC1

この方法により多分散を示す複屈折の分布のヒストグラムを,

D-6

90度

0 nm

[001]

折が影響を受けているため, その寄与を考慮した解析が必要(b) 短軸方位 (300.0 K)

分子動力学計算とネットワーク解析を用いた DNA 分解酵素における変異の影響の解析
長崎大院医歯薬 A

大滝大樹A

酵素は生体を維持するために必要な消化・分解・吸収・代謝

いから DNA 分解機能が失われるメカニズムを提案した。本などあらゆる過程に関わっている。酵素分子の変異には触媒研究では SLE をはじめとする免疫系疾患で報告されている変活性を失活させるものが存在するが，その分子的なメカニズ

異に対し分子動力学シミュレーションを用いた解析を行った。

ムについては不明な点が多い。TREX1 は TREX1 遺伝子がこれにより，TREX1 二量体のプロトマー間の相互作用経路

コードする DNA 分解酵素であり，DNA 複製中に形成される上に変異が集中していることを見出したので報告する。本研

不要な DNA フラグメントを分解する。本邦で難病に指定さ究は GSK ジャパン研究助成 2021 の助成を受けて行われた。

れている全身性エリテマトーデス（SLE）などの免疫系疾患

Protomer(A)の患者では，TREX1 の変異が多数報告されている。変異型

TREX1 では DNA 分解反応が阻害され，異常な免疫反応が引き起こされることが明らかとなっている。我々は遺伝子変異

DNA(A)

が分子レベルでどのように機能に影響を及ぼしているかを調DNA(B)

べるため，TREX1 タンパク質に対し分子動力学計算を用いた

Protomer(B)

解析を行ってきた。相互作用グラフを用いることにより，これまでに D130N 変異型における活性中心近傍の相互作用の違

35

D-7

コレステリック液晶コロイドの相互作用
九大院理 A

林和気A , 木村康之 A

コロイド分散系は、基礎的、応用的研究が活発に行われて化（図 2）から相互作用力を求めた。その結果、粒子間にネマおり、近年では、複雑な構造体形成を目指して、粒子間に異チックの場合とは異なる相互作用が働くことが確認できた。

方的な相互作用が働く系の研究が盛んである。異方的粒子間[1] V. M. Pergamenshchik and V. A. Uzunova, Cond.

相互作用を実現させる方法として、液晶などの異方的な媒質

Matt. Phys. 13, 33602 (2010).

を分散媒として用いる方法がある。例えば、一様に配向した
ネマチック液晶中にコロイド粒子を分散させた場合、配向が乱されることで弾性ひずみが誘起され、粒子間に異方的な相互作用が働く。静電アナロジーを用いて双極子、四重極子的相互作用が生じることがわかる [1] 。これまでに、ネマチッ
図１：5粒子からなる構造体の偏光顕微鏡による観察画像(左:パラレルニコル,右:クロスニコル)

ク液晶を媒質として用いることで、鎖状、環状コロイド構造体の作成が報告されている。
本研究では、媒質としてネマチック液晶における分子配向

14

𝑅(μm)

にねじれの要素を加えたコレステリック液晶を用い、粒子間の相互作用を観測した。蛍光共焦点偏光顕微鏡観察により、
ネマチック液晶では見られない新たな種類の欠陥が粒子近傍

12

10

8

に誘起されていることが分かった。三次元構造解析により、

0

2

4

6

8

10

12

14

16

粒子は上下どちらに欠陥があるかで見え方が異なる。これら

𝑡(s)の粒子が交互につながった鎖状構造体が自発的に形成されて

図２：粒子間力が引力の場合の粒子間距離Rの時間t依存性いる様子が見られた。（図 1）また、粒子間距離 R の時間変D-8

双子型井戸中のバクテリアの分子動力学シミュレーション
九大院理 A

金子甲二郎A , 福田順一 A

濃厚バクテリア溶液中では, バルク領域において特徴的な排除体積相互作用が強く粒子同士の部分的な重なりが全く長さスケールを持った, 非定常なアクティブ乱流が生じる. そ許されない時は, 面積分率 ϕ = 0.30 程度の中程度の密度でのアクティブ乱流固有の長さスケールに対応する, 幾何学的あっても粒子の運動が強く抑制され, ジャミング的な振る舞な長さスケールを持った閉じ込めや周期的に配置された障害いが顕著に見られた. 一方で排除体積相互作用が弱く粒子同物のような領域への制約を課すと, バクテリアが移動可能な士がすれ違える程度の時は, 壁近傍であまり動かない局所的領域で安定した渦が発生することが確認されている [1, 2].

な凝集と粒子が疎な領域が形成され, しばらくすると粒子が本研究は二つの円を部分的に重ね合わせた井戸中における,

分散していき一時的な全体での粒子流が生じるという過渡的バクテリアの集団的な運動を分子動力学的シミュレーションな振る舞いが見られた. これらの結果は, 閉じ込めによる領域

によって調べるものである. バクテリア集団を排除体積的にの制限が単に渦的な振る舞いを安定させるだけではなく, 棒相互作用する自己駆動する棒の集まりとしてモデル化し, バ

状粒子のジャミングや凝集を誘起する効果を持つことを示し

クテリア固有の性質や閉じ込めが持つ幾何学的性質を変化さている.

せた際に生じる集団的な振る舞いの変化を調べた.

[1] H. Wioland et al., Phys. Rev. Lett. 110, 268102 (2013).

系を特徴づけるパラメータは, 棒状粒子に関してはその長[2] K. Beppu et al., Soft Matter 13, 5038 (2017).

さに対応するアスペクト比 a, 棒状粒子同士や壁との間の排除
体積的相互作用の強さを表す相互作用ポテンシャルの大きさ

U0 , 系全体に関しては領域の大きさを表す二つの円の半径 R,
二つの円の中心間距離 ∆, 粒子の密度に対応する面積分率 ϕである. これらを変化させ, 複雑な形状の領域に棒状粒子を閉

図1. ⾃⼰駆動する棒状粒⼦間の, 排除体積的相互作⽤の強さに応じて⽣じるジャミングと凝集じ込めた時の粒子集団の定性的な振る舞いを調べた.

36

D-9

アクティブコロイド粒子の集団運動
九州大学理学府 A , 九州大学理学研究院 B

井出健一郎A , 齊藤圭太 A , 小林史明 B , 木村康之 B

絶縁体球コロイド粒子を導電性の溶媒中に分散させ，ある閾値以上の直流電場を印加すると電場と垂直な方向を軸としてランダムな向きに一定速度で転がる．この回転粒子をクインケ粒子と呼び、その粒子の速度が電場強度により制御可能であるため，その集団運動が研究されてきた [1]．
我々は AOT ‐ヘキサデカン溶液中に分散した PMMA 粒
子に矩形波を印加したところ，粒子の体積分率低い等方相で，一般的に知られている直線的な運動 [2] でなく，図のような螺旋運動を示すことが分かった．また，粒子の体積分率が高い
相では集団運動を示し，渦のような運動が発現した．これらの運動の詳細について報告する．

[1] Z. T. Liu, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 118,
e2104724118, 2021.
[2] Z. Zhang , H. Yuan , Y. Dou , M. O. de la Cruz andK. J. M. Bishop , Phys. Rev. Lett., 126 , 258001, 2021.

D-10

バクテリアのキラルエッジカレントを記述する連続体理論
九大院理 A

松清洋輝A , 福田順一 A

キラルなアクティブマターの研究が，近年活発に行われてturbulence in living fluids.” Proceedings of the na-いる．文献 (1) では，上下の壁面の材質が異なる円柱容器に

tional academy of sciences 109.36 (2012): 14308-14313.

バクテリア集団を閉じ込め，キラルエッジカレントを実験的に実現している．我々は，このキラルエッジカレントを実現するミニマルな連続体モデルの提案を試みる．シミュレー

velocity t = 29.989 s

ションの結果，円形領域の内部では無秩序な速度場を，また，(vx, vy) (µm/s)

300

バクテリア流体と容器との境界付近では向きが揃った速度場

80
70
60

算のサンプル数は多くはないが，キラル応力テンソルの係数

200

50

150

40

100

30

50

20

y (µm)（エッジカレント）を実現することができた．また，まだ計250の符号により，エッジカレントの向きを制御できることがわかった．今後さらにサンプル数を増やし，統計的な議論を行うつもりである．
【参考文献】(1) Beppu, Kazusa, et al.

ing order transition in chiral bacterial vortices.” Proceed-0ings of the National Academy of Sciences 118.39 (2021):
Henricus H.,

et al.

50 100 150 200 250 300
x (µm)

e2107461118.
(2) Wensink,

100”Edge current and pair-”Meso-scale

37

0

D-11

水中で自走するコレステリック液晶液滴の運動
九州大学大学院理学府 A , 九州大学大学院理学研究院 B

津田健吾A , 齊藤圭太 A , 木村康之 B

界面活性剤溶液中に液晶液滴を分散させると、液滴はマ
ランゴニ対流によって駆動されて、溶液中を複雑な軌道を描
いて自走することが近年報告されている。例えば、コレステ
リック液晶液滴では、キラリティーが高い系での特徴的な運動がこれまで報告されている [1] が、本研究ではキラリティーが低い系を用いてネマチック液晶液滴の運動との差異に注目し、その自発的な運動を調べた。実験には、ネマチック液
晶にキラル剤を添加したコレステリック液晶を用い、キラリ
ティーとサイズの両方を変化させつつ運動モードの変化を調べた。その結果、液晶液滴の溶解に伴い、(1) 液滴サイズ
が時間とともに単調に減少すること、(2) サイズの減少に伴い、ランダム運動、らせん運動、直線運動と運動モードが変化することがわかった。ことに中程度のサイズの液滴は、図１に示すようならせん運動を行う。この際の液滴の平均二乗変位（MSD）の時間変化を図２に示す。MSD は短時間、長時間ともに経過時間 t の二乗に比例し、中間の時間領域ではらせん運動に対応した振動が現れた。初期のキラル剤の仕込
み濃度による運動モードの変化についても発表では議論する。

[1]T.Yamamoto and M.Sano, Soft Matter 13, 3328 (2017).

D-12

金属絶縁体ヤヌス粒子の電場応答
九大院理 A

橋本明伸A , 齊藤圭太 A , 小林史明 A , 木村康之 A

ヤヌス粒子は外場のもとで自己組織化し、集団運動することが知られている。例えば、交流電場のもとでは、導体-誘Velocity (μm/sec)

導体

電体ヤヌス粒子はその非対称性によって、誘導電荷電気泳動(ICEP) 力と自己誘電泳動 (sDEP) 力という作用方向が反対の２つの駆動力を受ける。
本研究では１粒子の運動に着目し、シリカ粒子の半面にク ロ ム 薄 膜 を 蒸 着 し た ヤ ヌ ス 粒 子 を 用 い て 、そ の 並 進 速度の周波数依存性を調べた。その結果、図に示すように周波数に依存して誘電体面を前にして進む運動（図の正の速

誘
電体

ICEP駆動sDEP駆動度）と、導体面を前にして進む運動（図の負の速度）が見られ、ICEP 力と sDEP 力とのバランスにより駆動方向がFrequency (Hz)切り替わることがわかった。さらに粒径が異なる 4 種類

図 : ヤヌス粒⼦(3𝜇m)の⾃⼰推進速度の周波数依存性（曲線は理論式の最適あてはめ曲線を⽰す）のヤヌス粒子を用い、粒径による駆動力の違いを調べた。

38

D-13

複雑流体中でのアクティブコロイドの運動
九大理 A , 九大院理 B

河野龍之介A , 齋藤圭太 B , 小林史明 B , 木村康之 B

自己駆動する物体は自然界のいたるところに存在しており、
アクティブマターと総称され、それらの集団運動は非平衡物
理の対象として注目を集めている。自己駆動粒子のモデルであるヤヌス粒子を粘弾性溶液中で光駆動させると、並進速度に依存して運動モードが変化することが報告されている［1］。
今回我々はシリカ粒子の半面をクロムでコーティングした電場駆動ヤヌス粒子を作成し、粘弾性溶液であるポリエチレン
オキシド水溶液中で電圧を変化させて、その運動を調べた。
その結果、低電圧下では図 (a) のように粒子は直線運動をするのに対し、高電圧下では図 (b) のように円運動をすることを確認した。発表では、水中と粘弾性溶液中での粒子の運動変化について定量的に議論する。

[1] N. Narinder,
Solano, Phys.

D-14

C. Bechinger and J.R. Gomez-

Rev.

Lett.

121, 078003 (2018).

微生物が遊走する高分子・コロイド懸濁系の非平衡ダイナミクス
九州大学理学部 A , 九州大学大学院理学府 B , 九州大学大学院理学研究院 C

安部共法A , 濱田啓聖 B , 杉野

裕次郎 B , 江端宏之 C , 水野大介 C

斥力相互作用するコロイド粒子を分散させた懸濁液では、

1)。大腸菌を遊走する株に変更すると、PEG 無しの試料

体積分率の上昇に伴い粘性率が急激に上昇しガラス化をする。

で は 生 体 乱 流 状 態 が 観 測 さ れ た (図 2 上)。他 方 、枯 渇 剤

最近、細胞質も混み合いによりガラス形成することが示唆さとしての PEG を加えた試料では揺らぎが乱流状態に比べれたが、細胞質内の生体分子や小器官の間には引力も働くたて 減 少 し た も の の 、十 分 に 顕 微 鏡 観 察 可 能 な 程 度 の 揺 らめに、実際にはガラス性とゲル性が区別できない状態で動力ぎが維持され、試料が流動状態にあることが確認された。

学が凍結すると考えられる。細胞内では、モーターたんぱく
質などによる非平衡な駆動力によって、この凍結状態が流動化しているが、その物理的な実態はよく分かっていない。
そこで本研究では、斥力相互作用する大腸菌の濃厚懸濁液に、枯渇相互作用を及ぼす高分子 (ポリエチレングリコー
ル: PEG) を加えた試料を作製し、引力相互作用が系の揺らぎとレオロジーに及ぼす効果を観察した。まず、遊走しない大腸菌 (ϕ ∼ 20%) に 4% の PEG を加えると、粘性が 少 な く と も 100 倍 以 上 増 大 し て 実 質 的 に 固 化 し た (図

39

D-15

少数モードの相互作用により生じる弱い乱流のダイナミクス
九大工 A

田辺蒼龍A , 岩木雅浩 A , 岡部弘高 A , 河野真也 A , 原一広 A , 日高芳樹 A

少数モードの相互作用により生じる弱い乱流のダイナミク

間構造の違いは定量化されているが、ダイナミクスの違いは定田辺蒼龍, 岩木雅浩, 岡部弘高, 河野真也, 原一広,

量化できていなかった。本研究は、対流パターンの動的画像

ス九大工

解析によって、ノーマルロールとオブリクロールのダイナミク

日高芳樹
垂直配向したネマチック液晶系において電気対流が生じスの違いを定量化することを目的とする。ダイナミクスの特ると、局所的なロール構造を保ちつつ大局的にゆるやかに乱れ

徴は、弱い乱流による乱流輸送を解明するために重要である。

る「ソフトモード乱流」が現れる。ソフトモード乱流は、少数の遅いモードの相互作用によって生じる「弱い乱流」の一種であり、ある範囲のすべてのモードが関与する発達乱流とも、1つのモードが熱的に揺らぐ熱平衡系とも異なっている。

ソ

フトモード乱流は、対流と液晶配向の相互作用によって生じるが、相互作用の違いによって「ノーマルロール」（図 1）と「オブリクロール」（図 2）という 2 つの状態が存在する。これらの空D-16

代謝抑制が誘導する細胞質粘弾性のエイジング現象
九州大学理学部 A , 九州大学大学院理学研究院 B

田尾優樹A , 江端宏之 B , 水野大介 B

細胞質は多種の細胞小器官やその他の高分子により、ガラは時間経過にともない徐々に高い周波数帯へ移行し、弾性的ス化するほど高濃度に混み合っているが、代謝により力学的な領域が広がることが分かった。一方で、非熱的な揺らぎのに駆動されると液体的な性質を示す。代謝をともなわない一大きさは、薬剤添加後急激に低下した (右図)。以上の結果は般的なガラス形成物質では、エイジングによりその粘弾性が、薬剤添加後の細胞内では、急速に代謝が阻害されることを時間とともに上昇することが多い。しかし、代謝を阻害した示し、その後の徐々に進行する粘弾性の変化がガラス転移に

細胞質の粘弾性が経時変化してガラス転移を迎える過程にはともなう物理的なエイジング現象に由来することを示唆して不明な部分が多い。

いる。

本研究では、薬剤を用いた ATP 枯渇により代謝を阻害した細胞のマイクロレオロジー計測を行い、その細胞質粘弾性′の経時変化を測定した。薬剤添加前の貯蔵弾性率 G は周波数の 0.5 乗に比例するガラス転移点直上の混み合い系に特有の粘弾性緩和挙動を示したのに対して、薬剤添加後では低周波′帯の G が上昇してガラス化していた (左図)。この周波数依存′性を G = A(f00.5 + f 0.5 ) であてはめることで、弾性領域へのクロスオーバー周波数 f0 が得られる。右図に示す通り、f0

40

会場 E
素粒子論, 理論核物理, 宇宙線・宇宙物理領域

E-6

格子 U(1) ゲージ理論における分数トポロジカル電荷の定式化
九大理 A , 阪大理 B

阿部元一A , 鈴木博 A , 宮川侑樹 A , 森川億人 B

近年、Gaiotto らにより、離散的な対称性と高次対称性の間に混合’t Hooft アノマリーに基づいて低エネルギーの物理が議論されて以来、この方面の研究が盛んに進められている。本研究では、こうした議論を完全に正則化された枠組みで理解することを狙い、Lüscher の方法を一般化することで、U (1)/Zq principal bundle に付随する分数トポロジカル電荷を compact U (1) 格子ゲージ理論において定式化する。この格子上で定義される分数トポロジカル電荷は、Zq one-form gauge 不変であり、時間反転変換で符号を変えることがわかった。これより、格子理論のレベルで、電荷 q(偶数) の物質場を含む U (1) ゲージ理論が、

θ = π において Zq one-form gauge 対称性と時間反転対称性の間にある混合’t Hooft アノマリーを持つことが示される。これは、θ 項を含む SU (N ) ゲージ理論における、θ = π での ZN 1-form gauge 対称性と時間反転対称性の間での混合’t Hooft ア
ノマリーのアナロジーなっている。

41

E-9

超弦理論における真空崩壊とインスタントン周りの量子揺らぎ
九大基幹 A , 九大院理 B

大河内豊 A , 塚原壮平B

統一理論の有力な候補と期待される弦理論には，背景時空のコンパクト化やフラックスの導入の仕方等により膨大なストリング
真空が存在すると考えられている．この複雑な真空構造において，異なる真空間ではトンネル効果による遷移の存在が期待される．本研究では Type Ⅱ B 超弦理論において，特異点を持つような多様体に Dp-ブレーンを巻き付けることで幾何学的に準安定状態を構成し，インスタントンを用いた WKB 近似によって崩壊率を計算した．この時のインスタントン解周りの 1-loop の
量子揺らぎは，ゼロモードの寄与を表すモジュライの積分と，その他のモードの寄与から来る van-Vleck 行列式によって表現されるが，Dp-ブレーンの低エネルギー有効理論に代表されるようなノンカノニカルな理論では，後者を明示的に計算するのは困難であることが知られていた．この点について我々は，一般の Sturm-Liouville 演算子における van-Vleck 行列式を先行研究に基づいて導出した．更に，reference 行列式で商をとり正則化する際の既存の手続きを精密化することで，量子揺らぎの露わな
表式を得ることに成功した．また，前者のモジュライの積分についても通常のカノニカルな理論とは異なる事情があることを見出した．本発表では以上 2 点を鑑みたノンカノニカルな理論における崩壊率計算の留意点について指摘する．

E-10

４元電磁場と４元ヘルツベクトル
宮嶋学術財団 A

那須俊一郎A

一般的には、マクスウェル方程式から、４元ポテンシャルが導かれる。しかし、この論考では、４元ポテンシャルの波動方程式からマクスウェル方程式が導かれる。
すなわち、まずクライン・ゴルドン方程式の導出と同じように、特殊相対論で粒子が従うエネルギー運動量の関係式（質量がゼロの場合）を、微分演算子で置き換え（量子化し）て得られる、４元ポテンシャルの波動方程式を考えるところから出発する。
日本文理大学の竹本義夫名誉教授は「行列ベクトル」とその積を使うことによって、４元ポテンシャルの微分から４元電磁場が発生することを明らかにされた。すなわち、電磁場は、４元ベクトル場であり、空間成分であるベクトルの電場、磁場の他に、時間成分として「スカラー電場」が存在するのである。
この論考では、４元電磁場（スカラー電場・ベクトル電磁場）が展開される部分を A とし、４元ヘルツベクトル（ヘルツス
カラー・ヘルツベクトル）が展開される部分を B とすると、A → B → A というように方程式が循環することを説明したい。

A-1

４元ポテンシャルの波動方程式＝４元電流密度

A-2

４元ポテンシャルの微分＝４元電磁場

A-3

４元電磁場の微分＝４元電流密度・・マクスウェル方程式

A-4４元電磁場の波動方程式＝４元電流密度の微分

B-1 ４元電流密度の波動方程式＝４元ポテンシャル
B-2

４元電流密度の微分＝４元ヘルツベクトル

B-3 ４元ヘルツベクトルの微分＝４元ポテンシャル
B-4 ４元ヘルツベクトルの波動方程式＝４元ポテンシャルの微分

42

E-11

量子色力学におけるパーシステントホモロジーの応用
佐賀大理工 A , 福工大 B , 出水中央高 C

河野宏明A , 柏浩司 B , 開田丈寛 C

量子色力学（QCD) の相図の探求は原子核素粒子物理学だけでなく、天体物理や宇宙論にかかわる重要な問題である。格子QCD によって、クォーク化学ポテンシャルが小さい領域の QCD 相構造は解明されてきた。しかし、この領域では、クォー
ク・ハドロンの相転移は連続的なクロスオーバーであり、クォーク相とハドロン相の区別は必ずしも明確でない。そこで我々は、近年物性物理学や化学の分野で相の区別方法として発展しているパーシステントホモロジーの手法を QCD へ応用する事を提唱し、まず QCD の現象論的な模型に適用し、この方法が相構造解析に有用である事を示した [1,2]。ここでは、格子 QCD のシミュレーションにおける結果を示す。特に、Z3 対称化され、1 次転移を持つと考えられる Z3 -QCD の結果を報告する [3,4]。

参考文献[1] T. Hirakida et al., Int. J. of Mod. Phys. A 35 2050049 (2020).
[2] K. Kashiwa et al., Symmetry 2022, 14, 1783 (2022).
[3] H. Kouno et al., J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 39 085010 (2012).
[4] H. Kouno et al., ”Z3 -QCD and persistent homology”, 2021 Highlights（Theoretical）, Annual Report 2021, RCNP,
Osaka Univ. (2022).

E-12

虚数化学ポテンシャル領域における QCD 有効模型のパーシステントホモロジー解析
福岡工業大学 A

安徳勇知A , 柏浩司 A

本発表では、虚数化学ポテンシャル領域における QCD 有効模型のパーシステントホモロジー解析について説明する。具体的には、QCD 有効模型として QCD-like ポッツ模型を用い、虚数化学ポテンシャル領域における非閉じ込め相転移の振る舞いを調べた。虚数化学ポテンシャル領域では、実数化学ポテンシャル領域で生じる符号問題が現れないことが知られており、また実数
化学ポテンシャルと虚数化学ポテンシャルには密接な関係があり、重要な領域である。本研究では、空間的なトポロジーな観点
から QCD-like ポッツ模型の非閉じ込め相転移の解析を行った。解析は、孔, 空隙, 連結成分に注目して行うパーシステントホモ
ロジーに基づいて行った。

43

E-13

メトリック・パラティニ形式における非最小複数場インフレーションの解析
Yonsei UniversityA , Tongji UniversityB , 佐賀大学 C

Sang Chul HyunA , Jinsu KimB , 兒玉 樹C ,Seong Chan ParkA , 高橋 智 C
近年、Planck や BICEP/Keck などの観測により、インフレーションモデルは厳しく制限されている。特に単一場の最小結合
インフレーションモデルの多くは排除されている。そこで重力と非最小結合を持つスカラー場を導入することで、排除されていたインフレーションモデルを再び観測と整合させる試みは多く行われている。
特にジョルダンフレームにおけるポテンシャルと非最小結合の関数の組み合わせがアトラクタータイプであると観測と整合することが知られている。主な例としてはヒッグスインフレーションが挙げられる。
多くの高エネルギーの理論では複数のスカラー場が現れうる。本講演では、複数場の効果を非最小結合インフレーションモデ
ルに組み込んだ時に、観測量に対する予言がどのような影響を受けるかを議論する。さらに重力理論としてメトリック形式とパ
ラティニ形式の両方を考慮したときに、観測量の予言にどのような差が現れるかも議論する。

E-14

ハッブル定数問題と原始密度揺らぎの性質
佐賀大学 A

岡松郁弥A , 高橋智 A

近年の観測により、ハッブル定数 H0 における間接測定と直接測定の不一致が強く示唆されており、宇宙論において深刻な問題の１つとなっている。これを「ハッブル定数問題 (H0 問題)」と呼び、様々な議論がなされている。間接測定の例として、
宇宙マイクロ波背景放射 (CMB) の観測があり、Planck 衛星のデータより H0 = 67.72 ± 0.40 km s−1 Mpc−1 (A&A 641,

A6 (2020)) と得られている。一方、直接測定の SH0ES Collaboration (Riess et al, Astrophys. J. Lett., 934 (2022)) では、
H0 = 73.04 ± 1.04 km s−1 Mpc−1 と測定されており、これらの間には、5σ 程度の tension が存在する。
現在、H0 問題を解決するために様々なモデルが提案されているが、そのようなモデルでは、H0 以外の宇宙論パラメータも影響を受ける。本講演では、その中でも原始パワースペクトルのスペクトル指数 ns に対する影響を議論する。H0 問題が解決することが示唆されている Early Dark Energy (EDE) モデルでは、ns ≃ 0.98 となり、スペクトルの傾きがスケール不変の傾きに近づくことが示唆されている。一方、電子質量が時間変化するようなモデルでは、標準 ΛCDM モデルの場合と同様な値が得られる。本研究では、どのようなモデルが ns に影響を与えるか、様々なモデルを例に議論する。

44

E-15

ビッグバン元素合成時期における早期暗黒エネルギー：軽元素観測との整合性とハッブ
ル定数問題
佐賀大理工 A

山下青空A , 高橋智 A

近年の観測から，直接測定と間接測定によって測定されるハッブル定数の値が一致しないことが示唆されている．これはハッブ
ル定数問題と呼ばれている．このハッブル定数問題を解決するために，ΛCDM モデルの様々な拡張が試みられているが，これらのモデルの多くにおいては、宇宙背景放射の観測から制限されるバリオン量が影響を受けてしまう．これはビッグバン元素合成における重要なパラメータを変えることになり，ヘリウム残存量の予言に大きな影響を及ぼす．
一方，EMPRESS (Matsumoto et al.2022) の観測により得られた最新のヘリウム残存量は Yp = 0.2379+0.0031−0.0030 となっており，従来の観測に比べて小さな値となることが示唆されている．この EMPRESS の結果を説明するには，ニュートリノ有効世
代数，電子ニュートリノの化学ポテンシャルが標準的な値から外れていなければならないことが指摘されている（Matsumoto

et al.2022)．
本研究では，ビッグバン元素合成期に早期暗黒エネルギーが存在することを仮定して解析を行った．ここで考える早期暗黒エネルギーとは，宇宙初期に正または負の宇宙定数として振る舞い，ビッグバン元素合成のある時期からそのエネルギー密度が減衰していくものである．解析の結果，正負いずれのモデルも標準的なパラメータからのずれを改善できることがわかった．本講
演ではこの結果について議論する．

E-16

重力レンズパワースペクトルによる温かい暗黒物質の制限
近畿大学 A , 佐賀大学 B , 東京工業大学 C

井上開輝 A , 篠原拓見B , 須山輝明 C , 高橋智 B

標準的な冷たい暗黒物質 (CDM) モデルはおよそ 1Mpc 以上の大スケールの宇宙構造をよく記述するが、一方で小スケールについては観測との不一致問題を抱えている。その問題を解決するモデルとして、小スケールの構造形成を抑制する「温かい暗黒物質 (WDM) モデル」が考えられている。本研究では四重像を持つ重力レンズクエーサーのサブミリ波観測によって得られた重力レンズパワースペクトルの観測値 (Inoue+21、arXiv:2109.01168) を用いて、WDM モデルに課される制限を調べた。
具体的には、WDM モデルにおけるレンズ像の位置シフトのパワースペクトルを観測値と比較することにより、WDM の質量、および、WDM の全暗黒物質に占める割合に対する制限が得られる。本講演では、その結果について報告する。

45

会場 F
素粒子実験, 実験核物理領域

F-1

ベータ遅延中性子測定のための中性子検出器の開発と性能評価
九大理 A , 阪大理 B , QSTC

岸本侃己A , 西畑洸希 A , 小田原厚子 B , 篠原悠介 A , 横田望海 A , 大上能弘 B ,B

Nurhafiza Mohamad Nor , 下田正 B , 市川雄一 A , 若狭智嗣 A , 北川淳志 C , 佐藤眞二 C
中性子数が 20 付近の中性子過剰核は、中性子魔法数 20 の消失など特異な構造の出現が示唆され、その出現機構の解明に向けて様々な実験・理論的研究が行われている。このような中性子過剰核では、中性子分離エネルギーが低くなり、中性子非束縛状態となる。そのため、中性子過剰核の核構造をより詳細に知るためには、中性子非束縛状態の観測が必要不可欠である。我々のグループでは、中性子数 20 付近の中性子過剰核の中性子非束縛状態の観測を目指し、低エネルギーから高エネルギーまで幅広いエネルギー（0.1 〜 5 MeV) に対応した中性子検出器の開発を行っている。現在、プロトタイプが完成し、その性能評価実験を放出中性子エネルギーが既知の不安定核 16 C、17 N、18 N のベータ遅延中性子崩壊を用いて行った。実験は、量子科学技術研
究開発機構の HIMAC の２次ビームライン SB2 にて行った。本講演では、プロトタイプを含めた 3 種類の中性子検出器の性能評価実験とその結果について報告する。

46

F-2

p -12 C 弾性散乱を用いた陽子偏極度計の性能評価
九大理 A , RCNPB

山下渉A , 若狭智嗣 A , 西畑洸希 A , 梶原孝文 A , 荒殿和希 A , 田中裕典 A , 谷本昂平 A ,長尾陽平 A , 山本陽介 A , 岸本侃己 A , 安藤蒼太 A , 篠原悠介 A , 横田望海 A , 竹中京平 A , 小林信之 B , 吉田
英智 B , 大田晋輔 B
原子核を構成する核子や相互作用に関わる中間子は、自由空間と原子核媒質中ではその性質の相違が示唆されている。2 核子間にはたらく核子・核子間（NN）相互作用は原子核媒質中では変化している可能性があり、これらを総称して核媒質効果と呼ぶ。
我々のグループでは、NN 相互作用に対する核媒質効果を実験的に測定する手段として、偏極陽子を用いた (p, 2p) 反応のスピ
ン観測量の完全測定を目指している。この反応は核媒質中における NN 散乱であり、完全測定によりその散乱振幅を実験的に決定することができる。完全測定には後方散乱陽子の偏極度測定が必要であり、そのための焦点面偏極度計（2nd-FPP）の開発を行っている。2nd-FPP は 6 層 15 枚のプラスチックシンチレータで構成されており、入射陽子の２回散乱（偏極分析）標的であると共に散乱陽子の位置やエネルギーを検出する役割を持つ。先行研究から位置分解能が不十分であることが分かっており、今回、Multi Wire Drift Chamber (MWDC) を新たに 4 台導入することで、位置分解能の大幅な向上による偏極度計の性能向上を目指した。MWDC 導入による性能向上を確認するため、大阪大学核物理研究センターにて 65 MeV 陽子を用いた実◦験を行った。65 MeV 陽子を炭素標的に照射し、LAS スペクトロメータにて散乱角 45 の弾性散乱陽子を選択して 2nd-FPPに入射した。弾性散乱陽子の偏極度は約 0.99 であるので、これにより 2 回散乱の非対称度測定から有効偏極分解能の導出が可能となる。本講演では、MWDC を用いた飛跡の再構成による位置分解能の向上や、それによるシンチレータにおける p-C と

p-p 弾性散乱の分離能の変化、ならびに有効偏極分解能などについて議論する。

F-3

3

H(t,3 He)3n 反応による３中性子系探索に向けた中性子測定系の開発

九大理 A , 理研仁科セ B , 東北大理 C , 東大 CNSD , 富山大水素研 E , 京大理 F , 阪大理 G , 宮大工 H , 北京
大 I , IBSJ

横田望海A , 若狭智嗣 A , 西畑洸希 A , 岸本侃己 A , 米村千恵子 A , 笹野匡紀 B , 三木謙二郎 C ,今井伸明 D , 上坂友洋 B , 浦山廉 C , 大田晋輔 D , 亀谷晃毅 C , 竹田浩之 B , 波多野雄治 E , 羽場宏光 B , 早
水友洋 B , 原正憲 E , 道正新一郎 D , 他 RIBF-SHARAQ11 collaborationA,B,C,D,E , 他 RIBF-SHARAQ11

collaborationF,G,H,I,J
三核子間力とは、三核子間において二核子間力の和で表せない力を意味し、中性子過剰核の存在限界（ドリップ線）や中性子星の状態方程式（半径と質量の関係）を理解するために本質的な役割を果たすとして、近年実験・理論の双方から注目されている。これまでは、三核子系として d-p 散乱を用いて三体核力の研究が精力的に行われてきたが、この系はアイソスピン T が 1/2に制限される。中性子過剰核や中性子星の研究においては T = 3/2 の情報が必要であるが、これについては四核子系の p-3 He
散乱を用いた実験が最近進展しつつある。
我々は、T = 3/2 三核子間力の情報を最もシンプルに探索できる系として、3 中性子系 3n に着目し、トリチウムを標的とした 3 H(t, 3 He)3n 反応により生成・測定するプロジェクトを東北大学、東大 CNS 等と共同で進めている。実験は理化学研究所 RI ビームファクトリーにて行われた。九州大学グループは、3n からの崩壊中性子を測定する中性子測定系を担当しており、測定系は標的周りに設置された 2 台の有機液体シンチレータから構成される。
本講演では、中性子測定系を中心とした実験セットアップ、および中性子測定系の較正やシミュレーションとの比較について報告する。

47

F-4

分散整合二回散乱法による 99 Zr アイソマー状態のスピン整列
九大理 A , 理研仁科セ B , IJCLabC , 阪大理 D , 立教大理 E , Universit é Paris-SaclayF 篠原悠介A,B , 市川雄一 A,B , 郷慎太郎 B , 西畑洸希 A,B , 安藤蒼太 A,B , 旭耕一郎 B , 馬場秀忠 B , 福田直樹 B , G.GeorgievB,C ,A.GladkovB , 今村慧 B , 岸本侃己 A,B , R.LozavaB,C , 向井もも B , 新倉潤 B , N.M.NorB,D , 小田原厚子 D ,清水陽平 B , M.SiB,C , K.StoychevC , 鈴木宏 B , 田島美典 B , 高峰愛子 B , 竹田浩之 B , 武重祥子 B,E , 田中聖
臣 B , 栂野泰宏 B , 上野秀樹 B , 若狭智嗣 A , 山下渉 A,B , 山崎展樹 B , 吉本雅浩 B , J.M.DaugasB,F
スピン整列 RI ビームは、不安定核の励起状態の核モーメント測定によりエキゾチックな核構造を研究する上で有効な手段の一つである [1, 2]。

中性子過剰な Zr 同位体では中性子数が 58 と 60 の間で基底状態における突然の変形発現が報告されている [3]。さらに、近年行われた中性子数 59 の 99Zr の 7/2+ アイソマー状態の磁気モーメント測定では、7/2+ 状態が単一粒子的性質ではなくむしろ集団的性質を持つことが示唆され、励起状態においても変形が発現している可能性が報告された [4]。

99Zr の 7/2+ アイソマー状態において示唆されている変形を直接的に確認するため、当該状態の電気四重極 (Q) モーメント測定を理研 RIBF にて行った。本実験では分散整合二回散乱法を用い、一次ビーム 238U から 100Zr を経て 99Zr のアイソマー状態を生成した。本実験で実現したスピン整列度は、外部磁場下での時間微分摂動角分布法によって磁気モーメントと共に決定した。

本講演では、本実験での測定手法と得られたスピン整列、磁気モーメントに焦点を当てて報告する。[1] Y. Ichikawa etal., Nature Phys. 8, 918 (2012). [2] Y. Ichikawa et al., Nature Phys. 15,321 (2019). [3] P. Campbell et al, Phys. Rev.
Lett. 89, 082501 (2002). [4] F. Boulay et al., Phys. Rev. Lett. 124, 112501 (2020).

F-5

EDM 測定に向けた核スピンメーザーの開発
九大理 A , 東工大科技創成 B , 理研仁科セ C

安藤蒼太A , 市川雄一 A , 佐藤智哉 B , 篠原悠介 A , 西畑洸希 A ,若狭智嗣 A , 岸本侃己 A , 山下渉 A , 横田望海 A , 立川柊平 A , 竹中京平 A , 梶原孝文 A , 荒殿和希 A , 郷慎太
郎 C , 高峰愛子 C , 上野秀樹 C , 旭耕一郎 C
標準模型を超える CP 対称性の破れを探索するため，我々は反磁性原子である Xe の永久電気双極子モーメント (EDM) の探索を行っている。本研究では、核スピンメーザーの手法を用いて電磁場印加中の Xe 原子の歳差周波数を精密に測定する。
核スピンメーザーは歳差運動を半永久的に維持する機構であり、長時間測定により高い周波数決定精度を達成することができる。本研究で用いる核スピンメーザーは、異核種同位体 129 Xe と 131 Xe を用いることにより、同位体間での EDM 差分の検出を狙うと同時に、互いが共存磁力計としても働くシステムとなっている。
現在、EDM 測定に向けた異核種核スピンメーザー装置を九州大学に構築している。本講演では、Xe 同位体（129 Xe, 131 Xe）
原子を封入したガラスセルを使用し、129 Xe, 131 Xe それぞれの原子においてパルス NMR 法を用いた自由誘導減衰測定、そしてメーザー発振の測定および評価について発表する。

48

F-6

磁場を用いた中性子寿命精密測定実験の検出器アップグレードと性能評価
九大理 A , 高エ研 B , 九大 RCAPPC , 名大 KMID

星野公邦A , 市川豪 B , 音野瑛俊 C , 北口雅暁 D , 角直

幸 B , 谷田征輝 A , 細川律也 C , 槙田康博 B , 三島賢二 B , 吉岡瑞樹 C
自由中性子は陽子・電子・反電子ニュートリノの 3 体へβ崩壊し、その寿命はおおよそ 15 分であることが知られている。中性子寿命は素粒子物理学や宇宙論において重要なパラメーターの１つであるが、現在その値は２つの測定手法、「ビーム法」と「貯蔵法」の間で異なっており、4 σを超える乖離が見られる。
現在我々は従来のビーム法とは異なり、入射中性子数とβ崩壊により生じた電子数を同時計測する手法による測定を J-PARCの MLF/BL05 にて行なっている。この実験ではβ崩壊による信号事象と、ガス検出器の動作ガスに散乱された中性子に起因する背景事象の区別が困難であることが問題となっている。この背景事象は、中性子が検出器の壁面に吸収されてγ線を放出する(n, γ) 反応を起こし、更にγ線が壁面と衝突して放出される電子により生じる。
そこで我々は中性子のビーム軸方向に磁場を印加することでローレンツ力により信号領域への背景事象の漏れ込みを抑制する
新たな実験を計画している。本発表ではこの実験の物理測定に向けた検出器（TPC: Time Projection Chamber）のアップグ
レードとその性能評価について発表する。

F-7

国際リニアコライダーにおける 2-fermion 測定による新物理探索の研究
九州大学 A

永江航志A , 末原大幹 A , 川越清以 A , 吉岡瑞樹 A

国際リニアコライダー (ILC、International Linear Collidor, ILC) は岩手県北上山地に建設予定の電子陽電子直線型加速器であり、ヒッグス粒子精密測定などを目的として世界各地の研究者たちが共同で研究および開発を行なっている。現在初期段階で全長は 20 km、重心系エネルギーは 250 GeV で実験ができるように計画されている。電子陽電子衝突によるフェルミオンペアの生成過程は重いゲージボソンの生成に感度がある。LHC では直接重い粒子によるピークを根拠に新粒子を見つけるのに対して、ILC では重い粒子によって生じる標準模型からのずれを観測し、間接的に新粒子の存在を示すことができる。本研究では、
重心系エネルギーが 500 GeV の ILC が重いゲージボソンなどの新物理の間接探索を行えるかを評価した。今回用いたデータはiLC Soft を用いて生成された検出器フルシミュレーションデータであり、ヒット位置やエネルギーなどの情報が紐づけられている。その内の一部を用いてμやτのフェルミオンペアごとにシグナルと背景事象を弁別し、新物理探索が行えるかの評価を行った。本発表ではその結果について報告する。

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F-8

国際リニアコライダー計画における深層学習を用いたシャワークラスタリングアルゴリ
ズムの開発
九大理 A , 九大 RCAPPB , 阪大 IDSCC

悠太 , 武村紀子

津村周作A , 末原大幹 A , 川越清以 A , 吉岡瑞樹 B , 長原一 C , 中島C

国際リニアコライダー (ILC、International Linear Collider) は岩手県北上山地に建設予定の電子陽電子直線型加速器であり、ヒッグス粒子精密測定などを目的として世界各地の研究者たちが共同で研究および開発を行なっている。その一環として、検出器を用いて得られたデータの解析などを行う ILC ソフトウェアの開発が行われている。現在の ILCSoft ではシャワークラスタ
リングには人の手により定められた閾値によるデータの選定を行う手法が用いられている。近年、このような人力による手法に対して機械学習を活用された手法の方が精度の観点で大きく改善が見られた結果が確認されており、機械学習に対して注目が集まっている。特に、ILC の測定器は Particle Flow Algorithm(PFA) と呼ばれる手法を用いてエネルギーを分解能良く測定することを可能としており、この手法は非常に多数のチャンネル読み出しを利用しているため、大量のデータ解析に適した深層学
習技術と相性が良い。シャワークラスタリングはこの PFA の一部として PandoraPFA と呼ばれるフレームワークの中で実装されており、本研究では Graph Neural Network と呼ばれる深層学習技術の一つを用いて精度向上を試みている。この手法はLarge Hadron Collider(LHC) における CMS 計画において先行研究が行われているものであり、シミュレーションで生成されたシャワーに対するクラスタリングにおいて十分な精度を達成したという実績がある。本研究ではそのネットワーク手法のPFA に対する実装と最適化を目的とする。ネットワークは与えられたカロリメータのヒットから、各ヒットの特徴を距離として表現された空間によって学習し、それぞれのヒットがどれだけそのクラスターらしいかを表す値を出力する。今回、1600 イ
ベントのカロリメータシミュレーションのデータを用意し、学習を行なったところ、損失関数の低減が見られ、適切に学習が進んでいることが確認できた。定量的にネットワーク性能の評価を行うために、マッチングにより各クラスターラベルとネット
ワークにより予測されたヒット ID を関連づけた。本発表ではその結果や今後の展望について報告する。

F-9

太陽電池検出器のエネルギー・時間分解能および放射線耐性の評価
九大理 A , 高エネルギー加速器研究機構 B , 九州大学超重元素研究センター C , 九大院理 D , 原子力研究機
構E

松浦開A , 能見幹都 A , 庭瀬暁隆 B , 森田浩介 C,D , 長江大輔 C , 坂口聡志 C,D , 甲斐民人 D , 富松太郎 D , 永田優斗 D , 武藤大河 D , 杉山晃一 D , 松永壮太郎 D , 鄭

淳讃 B , 浅井雅人 C,E

アクチノイド核の核分裂には核分裂片の質量数がほぼ等しい対称分裂と、それらが大きく異なる非対称分裂があるが、これらは核子数の僅かな違いで急激に遷移するとされている。また、中性子過剰アクチノイド核の核分裂に対する安定性は、超ウラン核合成の起源である r-process と密接な関係があり、広く興味の対象となっている。核分裂片などの重イオンの検出においてはシ
リコン検出器が一般的に用いられるが、シリコン検出器は放射線損傷によって性能が低下することが知られている。その問題点を解決する手段として、太陽電池検出器が注目されている。太陽電池検出器はシリコン検出器と同様に半導体ダイオードであり、空乏層に放射線が入射した際に生成される電子正孔対を収集することでエネルギー・時間の情報が得られる。特長としては極めて安価で、自由な大きさ・形状に加工ができる。また、放射線耐性に優れるとされているが、具体的なデータは乏しい。そこで我々は、太陽電池検出器とシリコン検出器の放射線耐性を評価し比較するためのビーム照射実験を行った。実験では九州大学のタンデム加速器を用いて、66 MeV, 3 kcps の 127 I ビームを太陽電池検出器とシリコン検出器に 2 時間直接照射した。ビー
ム照射によってエネルギースペクトルのピークがシフトするか、エネルギー分解能が悪化するかを調べた。また同時に、時間分解能の評価、長時間の照射、異なる大きさの太陽電池検出器の比較なども行った。その結果、太陽電池検出器はシリコン検出器と比較して、エネルギースペクトルピークシフトやエネルギー分解能の悪化が極めて小さく、放射線耐性に優れていることが分かった。このことから、高バックグラウンド条件下での核分裂片測定にも有用であるといえる。本講演では、主に太陽電池検出器とシリコン検出器のエネルギースペクトルの時間変化による放射線耐性の評価・比較について紹介する。

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F-10

Excitation energy dependence of fission of 258 Md produced by 4 He + 254 Es reaction
九 大 院 理 A , 原 子 力 機 構 B , Univ.

of YorkC , 東 北 大 院 理 D , Oak Ridge National LaboratoryE

松永壮太郎A , 坂口聡志 A , 廣瀬健太郎 B , 西尾勝久 B , 浅井雅人 B , A.N. AndreyevB,C , 石橋優一 A ,伊藤由太 B , 岩佐直仁 D , 恵下田美樺 D , R. OrlandiB , 佐藤哲也 B , 洲嵜ふみ B , J. SmallcombeB , 塚田和
明 B , 牧井宏之 B , K.P. RykaczewskiE
我々は新元素の発見及び安定の島の探索に向けて核融合・核分裂のメカニズムを解明するための研究を進めている。アクチノイ
ド原子核領域の核分裂においては、対称分裂と非対称分裂のどちらが優位であるか、質量数 A=257 を境に核子数のわずかな変化によって急激に変化する。また一般的には、原子核の励起エネルギーの増加とともに対称分裂の成分が大きくなることが確認されている。
これらの現象を解明するために、まだ調べられていない核種の核分裂特性を系統的に明らかにする必要がある。日本原子力研
究開発機構では、米国 ORNL の High Flux Isotope Reactor で製造された 99 番元素アインスタイニウム同位体 254 Es（半減期 276 日）を入手し、254 Es 近傍核の核分裂特性を調べる実験が可能となった。
実験は原子力開発機構タンデム加速器にて行なった。4 He ビームを 254 Es 標的に照射して複合核 258 Md を合成し、この 258 Mdが核分裂を起こした際に放出される核分裂片を検出した。核分裂片は、対をなす多芯線比例計数管（Multi Wire Proportional

Counter, MPWC）で検出した。マイクロチャンネルプレートを用いた MCP-TOF 検出器との間の核分裂片の飛行時間の測定から２つの核分裂片の速度を求め、核分裂片の質量数と全運動エネルギーを導出した。また 4 He ビームのエネルギーを変化させ、励起エネルギーに対する核分裂特性の変化を調べた。
本講演では、258 Md の核分裂特性に関する実験の詳細と解析の現状を報告する。

F-11

APD による加速α粒子の直接検出
九大理 A

小谷基樹A , 寺西高 A , 田中久登 A , 松永琳太郎 A , 松本泰知 A

現在我々は、天体におけるトリプルアルファ反応率の決定に必要なパラメータの一つである 12 C 第二励起状態の放射崩壊分岐
比を 12 C(α, α2 )12 C∗ 反応により精密に決定する実験を計画しており、その際、数 MeV 程度の反跳 12 C 用の検出器として、リバース型のアバランシェフォトダイオード (APD) を使用することを検討している。リバース型 APD は表面から深さ数 µm の位置に増倍層があるため、飛程の短い 12 C に対して大きな波高を生み出すことが期待されており、バックグラウンドとなる散
乱 α 粒子に対する 12 C の弁別が通常の半導体検出器の場合と比較して容易になる可能性がある。
光検出器として製造されている APD を低エネルギー荷電粒子の直接検出に用いた研究例は過去にほとんどない。そこで我々は昨年度の予備研究において、241 Am α 線 (5.5 MeV) および九州大学タンデム加速器による 3–24 MeV の 12 C に対する APDの応答を測定し、5–6 MeV 程度の 12 C に対して大きな増倍率が得られることを見出した。本研究では新たに、タンデム加速器
による 10, 15, 20 MeV の α 粒子に対する APD の応答を測定した。本講演では、APD の増倍率の粒子およびエネルギー依存性の結果をまとめ、12 C(α, α2 )12 C∗ 実験における、APD による 12 C と α 粒子の弁別について議論する。

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