会場 A
素粒子論，理論核物理，実験核物理，宇宙線・宇宙物理領域

A-1

3

He(p,n) の全偏極移行量測定による核子３体系の研究

九大 A , 阪大ＲＣＮＰ B , 東北大ＣＹＲＩＣ C , 理研 D
AA

伊原エマA , 若狭智嗣 A , 堂

園昌伯 , 野呂哲夫 , 山田由希子 , 田邉英規 , 今村拓己 A , 相良健至 A , 黒板翔
AAA, 杉本崇光 A , 畑中吉治 B , 岡村弘之 B , 民井敦 B , 為重雄司 B , 松原礼明 B , 加藤舞

子 B , 須田健嗣 B , 酒見泰寛 C , 関口仁子 D
3He(p, n) 反応の終状態は陽子 3 体系であり、
アイソスピン T =3/2 の系の研究に適している。

測定により求め、偏極度を我々の開発した中性

T =3/2 の系には共鳴状態の存在が示唆されているが、過去に行われた実験ではバックグラウン
ドの影響が大きく、共鳴状態の有無を議論する

講演では、3 He(p, n) 反応の断面積測定結果を報告すると共に、偏極移行量のデータを用いことは困難であった。我々は冷却標的 (∼ 20 K)

パリティに関する議論を行なう。

子偏極度計 NPOL3 で測定した。

て T =3/2 の共鳴状態の有無及びそのスピン・の導入により標的厚を増加させ、バックグラウン
ドの影響を大きく抑えることに成功した（図）。
今回、T =3/2 の共鳴状態の探査を目的として、冷却標的を用いて 3 He(p, n) 反応を測定した。
実験は阪大 RCNP の中性子実験施設で行なった。入射エネルギーは、反応機構が単純な中間エネルギー 350 MeV を選択し、散乱角 0 度での断面積と全偏極移行量の測定を行なった。出射
中性子のエネルギーは、飛行距離 70 m の TOF

1

A-2

CDCC による 6 He の 4 体分解反応断面積の記述
九大院理 A , 理化学研究所 B , 千葉経済短大 CAC介 , 井芹 康統 , 上村 正康

A,B, 八尋 正信

江上 智晃A , 松本 琢磨 B , 緒方 一

A

最近, Chulkov et al. [1] によって 6 He の最前方散乱における 3 体相関を測る実験が報告された.
彼らは, 6 He の分解後の 4 He とふたつの中性子を捕まえ, それから 2 中性子間のエネルギー相関や角度相関を引き出した. この実験では, 入射エネルギーが 240 MeV/A, 約 3 度までの最前方角度へ散乱される粒子を測定しており, クーロン力による分解反応が主な反応過程であると考えられる.
このようなクーロン分解反応の解析, 精密に解析する方法のひとつに九大グループが開発した離散化チャネル結合法 (CDCC) がある [2]. しかし, 上記の 3 体系入射核と標的核の 4 体反応系の分解反応を記述することは出来ていなかった. 分解反応の記述には, CDCC で求まる S 行列をエネル
ギーの関数として滑らかにすることが必要だが, これまでそれが出来なかった. そこで, 4 体分解反応に対する離散的 S 行列を滑らかにする手法を開発することが本研究の目的である.
この講演では, 6 He の分解反応断面積に関係する物理量である電気双極遷移確率 B(E1) の連続化について報告する.

参考文献[1] L.V. Chulkov et al., Nucl. Phys. A759, 23 (2005).
[2] M. Kamimura et al., Prog. Theor. Phys. Suppl. 89, 1 (1986), N. Austern et al., Phys. Reports.
154, 125 (1987).

A-3

大口径スペクトロメータ系のイオン光学的解析と分解能向上
九大院理 A , 阪大 RCNPB , 東北大学院理 C

田邉英規A , 野呂哲夫 A , 若狭智嗣 A ,浅地瞬 A , 竹田英光 A , 堂園昌伯 A , 山田由希子 A , 伊原エマ A , 今村拓己 A , 岡村弘
之 B , 畑中吉治 B , 民井淳 B , 為重雄司 B , 加藤舞子 B , 石川大貴 B , 寺園知広
田英智

大阪大学核物理研究センターに設置されている大口径スペクトロメータ (LAS) の運動量分
解能は、その設計値が 0.02%であるのに対し、0.05%程度（200MeV の陽子に対して 200keV）しか得られていない。
これを改善するために、1. イオン光学の行列を設計値と比較するため、2. その原因を調べるための実験を行った。その結果、イオン光学のマトリクスに関しては設計値と 10%程度異なり、分解能劣化の主な原因としては多重散乱があることが分かった。
こ の 結 果 か ら 、ス ペ ク ト メ ー タ の 真 空
膜 を 薄 く し 、検 出 器 を 近 付 け る こ と で 設計値に近い分解能を得ることが出来た。

2

C

,吉

A-4

12

N のスピン双極子共鳴におけるスピン・パリティの決定

九大院理 A , 阪大 RCNPB , 東北大 CYRICC , 東大 CNSD 堂園昌伯A , 若狭智嗣 A ,伊原エマ A , 野呂哲夫 A , 浅地瞬 A , 永末勇治 A , 竹田英光 A , 山田由希子 A , 畑中吉
治 B , 民井淳 B , 藤田訓裕 B , 為重雄司 B , 松原礼明 B , 金田隆章 B , 酒見泰寛 C , 石
田孝司 C , 清水陽平 Dはこの寄与を差し引く必要がある。講演では、

スピン双極子共鳴 (SDR) は ∆L = 1、∆S =
π

−

−

−

詳細な解析結果について報告する。

1 で定義される共鳴である。∆J = 0 , 1 , 2と 3 つのスピン・パリティをとりうるため、そGTの構造の理解にはスピン・パリティの同定が不SDR可欠である。今回、我々は 0◦ の 12 C(~
p, ~n) 反応
においてスピン・パリティに敏感な量である全偏極移行量を測定し、12 N における SDR のス
ピン・パリティの同定を行った。
実験はスピン励起が支配的な入射エネルギー' 300 MeV にて行った。出射中性子のエネル
ギー及び偏極度は我々の開発した中性子検出器/
偏極度計 NPOL3 にて決定した。
右図に SDR 領域における二階微分断面積d2 σc.m. /dΩdE 及び全偏極移行量 Dii を示す。
破線で示した準弾性散乱過程がバックグラウン
ドとなるため、スピン・パリティ同定のために

A-5(p,2p) 反応における屈折および有効相互作用のオフシェル行列要素の役割
九州大学 A

角

剛典A , 緒方一介 A

中間エネルギーにおける (p,2p) 反応において、原子核内における陽子と陽子の一回散乱が優勢である。このため、放出されるふたつの陽子の運動学をコントロールすることによって反応に寄与した陽子の状態を特定することができる。これらのことから、中間エネルギーにおける (p,2p) 反応では、核内陽子-陽子散乱が実験量と直接に結びつく。従って、核内 2 核子間有効相互作用の実
験的な情報を得る有力な手段として期待される。
中間エネルギー領域における (p,2p) 反応の実験量は、歪曲波インパルス近似 (DWIA) の方法によって計算される。しかし、この方法では基本的なスピン偏極量である偏極分解能を一部再現することができないことがよく知られている 1 。
我々は、この問題に対して、核内陽子-陽子散乱の散乱振幅を、原子核による屈折の効果を考慮した運動学を用いて計算する。また、この運動学は一般に half-oﬀ-shell であり、この事情を考慮するためにメルボルンの half-oﬀ-shellg 行列2を用いる。 本講演では、核内陽子 − 陽子散乱をメルボルンのg行列を用いて、屈折を無視した on − shell 近似と of f − shell 計算を行い、これを比較することで、メルボルンのg行列の of f − shell 行列要素の役割を論じる。また、屈折を無視した of f − shell 計
算と、屈折を考慮した計算との比較も行い、原子核による流束の屈折の寄与を論じる。
1.T.N oroetal.N ucl.P hys.A663664517c(2000).
2.K.Amosetal.(2000)

3

A-6

Ep=13MeV での D(p,pp)n 反応 oﬀ-plane star anomaly 探索実験
九大院理 A

末田雄大A , 黒板翔 A , 杉本崇光 A , 下田広己 A , 江口祐一郎 A , 前田幸A重 , 相良建至 A

応で生じた二つの陽子を star の条件に配置され核子ー重陽子が 3 核子に分解 (breakup) する反応で、奇妙な問題が残っている。3 核子がた Si-SSD を用いて同時測定を行った。

ビーム軸に垂直な正三角形の頂点をなして遠ざ

下図に予備的な実験データと理論計算との比かる (Space Star) 時の反応断面積が、入射エを示す。以前行った SS 近傍での断面積測定のネルギー 13MeV の nd-breakup で理論計算よ結果も示している。今後は本測定を行い、断面り約 30 ％多く、pd-breakup で約 10 ％少ない

積の α 依存性を系統的に調べていく予定である。

(Space star anomaly)。また最近ケルン大学で、Ed = 19 MeV での pd-breakup 断面積を、正三角形とビーム軸のなす角度 α が 0◦ から 56◦の範囲で測定し、計算値より最大約 30 ％も少( )( )( )

ない結果を得た。(図参照) この oﬀ-plane staranomaly の原因は 3 核子力とクーロン力でもな
く、今のところ検討がつかない。
そこで我々は、oﬀ-plane star 断面積の α 依( )存性を系統的に調べるために、九大タンデムでpreliminary data

Ep =13MeV の D(p, pp)n 実験を行うことにした。今回、α=0◦ から 75◦ においてテスト実験を行った。タンデム加速器を用いて 13MeV に加速した陽子を CD2 膜標的に照射し、分解反A-7Vlow k に対するくりこみ群方程式の導出の問題点
九州大学理学研究院物理学部門 A

原田恒司A

現実的核力ポテンシャルから出発して、モデル空間縮約の方法を用いて構成される有効ポテンシャ
ル Vlow k に基づく研究が数多くなされている。このアプローチの基礎となる繰り込み群方程式

2 Vlow k (k 0 , Λ)T (Λ, k; Λ2 )dVlow k (k 0 , k) =,dΛπ
1 − (k/Λ)2は Bogner-Schwenk-Kuo-Brown [nucl-th/0111042] に４通りの導出が与えられている。本講演では、これら４つの導出がいずれも誤りを含んでいることを示し、それゆえ上記繰り込み群方程式の正しい導出が存在しない事を指摘する。

4

A-8

有限レンジの有効核力を用いた中重核の不安定核におけるダイニュー
トロン相関九州大学大学院理学府原子核理論研究室 A

鬼塚

徹A , 清水良文 A

最近では陽子数と中性子数が大きく異なるような不安定核の研究が世界的にも進展してきている。
特に、ドリップライン近傍の中性子過剰の不安定核では中性子の密度分布が陽子の分布とはかなり違って外側に広がっていることから、安定核とは全く異なった性質をもつことが期待される。 中性子過剰核では、連続状態の対相関への寄与を正しく考慮することが重要であり、そのためには座標空間表示での Hartree-Fock-Bogoliubov(HFB) 方程式を解くことが必要である。 そこで、調和振動子基底とガウス基底により Gogny 力のような有限レンジの有効核力を用いて球対称な場合のHartree-Fock 方程式を解くプログラムから対相関を考慮した HFB 方程式を解くプログラムに拡張した。 HFB 方程式を解くことで基底状態が求まり、さらに中重核領域の中性子ドリップライン
近傍で 2-body correlation density を計算することで中性子間に働く対相関により中性子対が局所的な空間的広がりをもつダイニュートロン相関を見ることができた。

本発表では、Gogny 力を用いた HFB 方程式を解くことにより中重核の中性子ドリップライン近傍の原子核の基底状態においてダイニュートロン相関が現れることを示し、Skyrme 力のようなゼロレンジ力と volume 型、

surface 型の pairing channel を用いた HFB 計算の結果と比較し Gogny 力の有効性について報告
する。

A-9

H(d,pp)n 反応の oﬀ-plane star anomaly とその検証計画
九大院理 A

下田広己A , 前田幸重 A , 黒板翔 A , 杉本崇光 A , 末田雄大 A , 江口祐一

郎 A , 相良建至 A

近年の研究により、2π 交換型 3 核子力を導て測定する。この実験ではルミノシティを高め入することで 3 核子系束縛エネルギーや Nd 弾

つつビーム照射による CH2 標的膜厚減少を防性散乱の断面積を再現できたが、3 核子力を加ぐために回転ターゲットを製作して用い、3 角

えても解決できない問題の 1 つに Nd 分解反応度の α で同時測定する予定である。講演ではこにおける Space Star Anomaly がある。Star との実験の計画及び準備状況を紹介する。

は、重心系において終状態の 3 つの核子が互い
ま た 、九 州 大 学 タ ン デ ム で 13MeV 陽に 120 °の角度をなして遠ざかる運動学的条件

子 ビ ー ム を 用 い て α=90∼180 °に 相 当 すで、図において傾き角 α 6=0 °の時を oﬀ-plane

る 領 域 の 測 定 を 進 め て お り、こ れ に よ り

star と言う
近年、ケルン大学で Ed =19MeV(核子当り

α=0∼180 °で の 実 験 値 が 揃 う こ と に な る 。

9.5MeV)pd 分解反応実験が行われ、α=0∼56°における反応断面積が 3 体力・クーロン力を

CM系
120°

含む理論値を最大約 30% 下回ることが報告さαれた。
そこで、我々は上記の不一致を系統的に調べるために、阪大 RCNP において、Ed =26MeV
での H(d,pp)n 反応断面積を α=0∼90 °にわたっ

5

A-10

回転する Woods-Saxon 平均場を用いた四十極振動の解析
九州大学大学院理学府原子核理論研究室 A

小路

拓也A , 清水良文 A

原子核の典型的な集団運動として低励起四重極振動がある。様々な原子核において発見されており、バンドヘッドの励起エネルギーだけでなくその B(E2) も測定されている。更に、高スピン状態まで観測されており、それらの状態からイラスト状態への B(E2) も徐々に測定されてきている。

Woods-Saxon 平均場とクランキングと RPA を用いて、平均場近似の枠組みで低スピンにおける B(E2) を与える方法により 166 Er の γ バンドの計算し、その角速度依存性はよく記述できることは確認している。ここでは、他の原子核に対する計算結果を発表する。

A-11

Index theorem in gauge theory on fuzzy 2-sphere
佐賀大学理工学部 A

青木

一 A , 平山善子A

弦理論の非摂動的定式化として IIB 行列模型が有望である。この模型が統一理論であるためには、
我々が住んでいる世界を記述している素粒子の標準模型を再現する必要がある。４次元時空上でカイラル・フェルミオンを実現するためには、例えば、余剰次元空間に非自明なインデックスを持たせればよい。そこで、余剰次元空間として非可換２次元球面を想定し、非自明なインデックスの自発生成などの研究を進めている。
まず、格子ゲージ理論で発展した Ginsparg-Wilson 関係式を用いて、有限自由度の行列模型においてカイラル対称性とインデックス定理が厳密に成り立つ Dirac 演算子が定式化された。また、非自明なインデックスを持つ配位として構成された’t Hooft-Polyakov（TP）モノポール配位について詳しく調べられ、非自明なインデックスが自発的に生成される機構が提案された。さらに、TP
モノポール配位のような特定の配位のみならず、運動方程式を満たさないような一般の配位についても成り立つようにインデックス定理が拡張された。これにより、ゲージ場の配位空間をトポロジ
カル・セクターに分類できるようになった。
これらの発展を受けて、我々は従来の定式化では扱えなかった配位を具体的に考え、そのインデックスについて詳細に調べた。その結果、従来の定式化では正のインデックスを与えることしかできなかったが、今回の研究では負のインデックスも与えることを示すことができた。この結果
は、配位の可換極限における結果と一致する。このような研究は、行列模型や弦理論、及び非可換幾何におけるトポロジカルな側面についての重要な知見を与えたと思われる。

6

A-12

Polyakov-loop extended Nambu-Jona-Lasinio 模型を用いた QCD 相
図の研究
九大理 A , 佐賀大理工 B , 福岡教育大 C
境 祐二 A , 八尋

柏浩司A , 河野宏明 B , 松崎

昌之 C ,正信 A

QCD 相図上に存在する臨界点の研究は、有限温度・密度 QCD における重要な研究の一つである。しかし、有限密度領域では、第一原理である Lattice QCD 計算が負符号問題のために困難であり、正確な相構造を得るにいたっていない。そのため様々な有効模型が考案され研究に用いられている。
その有効模型の一つに Nambu–Jona-Lasinio (NJL) 模型がある。この模型は、カイラル対称性の自発的破れを記述できるがクォークの閉じ込めを記述することができない模型である。しかし、すでにこの二つの現象が互いに影響する可能性が示唆されており、NJL 模型から得られる臨界点の位置を信じることはできない。更に、NJL 模型の相互作用項にはベクター型相互作用と高次相互作用の取扱いの問題がある。
そこで我々は、カイラル相転移と閉じ込め相転移を近似的ではあるが記述できる Polyakov-loop

extended NJL (PNJL) 模型 [1, 2] にスカラー型クォーク８点相互作用とベクター型相互作用を取り入れてこれらの相互作用が二つの相転移にあたえる効果を調べ、その臨界点を計算した。

参考文献[1] P. N. Meisinger and M. C. Ogilvie, Phys. Lett. B 379, 163 (1996).

A-13

中性子星からクォーク星への相転移と冷却過程
九大院理 A , 早大先進理工 B , 北大院理 C

野田常雄A , 橋本正章 A , 安武伸俊 B , 藤

本正行 C
中性子星は核子の縮退圧で支えられる高密度天体であり、大質量星の進化の最終段階である超新星爆発時に生み出される。中性子星内部には熱源がないため、超新星爆発時に蓄えられた熱を放出することで熱的に進化する。中性子星の有効温度観測は X 線観測衛星を用いることで行われており、
この観測結果と理論計算を照合させることで、その内部での物理的素過程や内部の状態を知ることができる。現在、特殊な粒子や過程を含まない Standard Cooling 過程や、超流動によるニュート
リノ放射まで考慮した Minimal Cooling 過程では、天体の温度が低すぎ、説明できない観測結果が存在する。そのため、このような天体は、中性子星よりさらに高密度な天体であり、中間子凝縮のような特殊な状況でなくとも強いニュートリノ放射 (クォークの β 崩壊) をするクォーク星ではないかという議論もある。
本研究では、中性子星がその熱的進化の途中で、過冷却や質量降着により、クォーク星に相転移するシナリオを考慮し、冷却過程の計算を行った。相転移時期をパラメータとして用いることで、複数の冷却曲線を引くことができ、Standard/Minimal Cooling で説明できない範囲の星についても説明できた。

7

A-14

大質量星の進化と熱核反応 12 C(α, γ)16 O の影響
九大理 A

安藤拓哉A , 橋本正章 A

太陽質量の８倍より重い主系列星（M > 8M¯ ) は，水素燃焼，ヘリウム燃焼，炭素燃焼、ネオン燃焼、シリコン燃焼を経て，中心に鉄 (Fe) コアを形成する。その後、重力崩壊による光分解反応を起こして超新星爆発を起こす．
今回は、12 C(α, γ)16 O 反応率の不確定性が M ∼= 20M¯ の主系列星の進化に与える影響をシ
ミュレーションすることによって調べた。12 C(α, γ)16 O 反応率の上限と下限として，Caughlan &Fowler によって発表された CF85(1985) と、CF88(1988) がある。我々はこれらの反応率及び最近の実験結果を踏まえて計算した。そして、星の進化モデルについて対流の stability criterion を、
Schwartzschild criterion と Ledoux criterion とすることで進化モデルの不安定性も調べた。
講演では、12 C(α, γ)16 O 反応率の違いによる He 燃焼後の組成の違いも注目する。

A-15

KUTL におけるパルスビーム安定制御システムと 12 C+ 4 He 天体核実験
九大院理 A , KEKB
A

谷本 寿人A , 赤間 脩治 A , 谷口 雅彦 A , 五百木 崇博 A , 前田A豊和 , 寺西 高 , 相良 建至 A , 二宮 重史 B
九州大学タンデム実験室では 4 He(12 C,16 O)γムを製作した。講演ではこれらのシステムと4の断面積測定を行っている。この反応の断面積は非常に小さく、生成される

16

He(12 C,16 O)γ の断面積測定の現状を報告する。
タンデム 加速器

O の数がごく微量であるため、バックグラウンドの少ない測定
環境を作り出すことが必要不可欠である。
低バックグラウンドを実現するために、パルスビームを用いた飛行時間差 (TOF) を測

イオン源

吹き込み型
気体標的

定し、長時間チョッパーを用いている。これ
らの装置にはいずれも直列共振で生成した
第一収束面
速度分離

0.3∼30kV、2∼18MHz の高周波電圧が印加されている。実験は数日以上に及ぶので、その間

最終収束面
質量分離

高周波電圧を一定に保つ必要がある。そこで
電圧、位相、共振周波数の自動安定制御システ

8

A-16

大質量星の進化における重元素合成
九大理 A , 熊本電波高専 B

西村信哉A , 橋本正章 A , 藤本信一郎 B

本発表では、大質量星の進化過程での重元素合成を対象とする。恒星の進化過程は、初期の質量によって大きく異なる。太陽の八倍以上の質量をもつ星を大質量星といい、進化の最期に重力崩壊し、超新星となる。その中でも質量が十倍を超える星では、重力崩壊前に鉄族組成のコアを形成する。大質量星では、進化の初期のヘリウム燃焼段階で、s-process 元素合成が起こることが知られている。これは、ベータ崩壊よりも遅い（slow）タイムスケールの中性子捕獲反応によって徐々に重い元素を生成していく過程で、荷電粒子核反応では生成されない鉄以上の質量をもつ元素（60 < A < 100）が生成される (s-process)。
恒星の進化過程で生成された元素は、そのままでは恒星の表面を除いて観測することができない
が、最終的に超新星爆発によって宇宙空間に放出されることで、実際にわれわれに観測されている宇宙の元素組成に反映される。超新星爆発での衝撃波は、短時間に非常に高温・高密度となる環境を作り、様々な元素合成過程を引き起こす。爆発直前、恒星進化の過程で生成された元素は、さらにその爆発の影響をうける。とくに s-process によって生成された s 元素は、衝撃波により 109 K程度に加熱され光分解過程によって p 元素を生成する（p-process）。
以上の恒星進化、爆発過程での元素合成過程をなるべく現実的な恒星進化、爆発、元素合成過程を考慮して数値シミュレーションを行う。爆発における p-process は、衝撃波が外層を通過するときに起こるが、通常の計算では、星の進化過程で起こった s 元素を種としている。一方、星の進化過程でのヘリウム燃焼時の s 元素の生成については、進化モデルや核反応率の不定性が残る。また、爆発に至る前、酸素燃焼段階においても p-process が起こることが示唆され、種の s 元素は大きく変化している可能性が高い。我々の計算では、それらを総合的に考慮する。

A-17

天体核実験のための厚い窓なし気体標的と生成粒子荷電割合
九大院理 A

赤間脩治A , 谷本寿人 A , 谷口雅彦 A , 五百木崇博 A , 寺西高 A , 相良建

至A

九大原子核実験室では、天体ヘリウム燃焼で験で判っている。ところが標的下流部で生成さ重要な役割をする 4 He(12 C,16 O)γ 反応の断面積れた 16 O は、通過ガスが厚くないので荷電平衡測定を Ecm = 2.4 ∼ 0.7MeV で行いつつある。

になれない。したがって、検出する 16 O は、平衡荷電と非平衡荷電の混合 16 O となる。

低エネルギーで大強度ビームを用いる実験なので標的の He ガスは膜なしで真空中に置く。

混合 16 O の荷電割合は反応断面積評価に不可

断面積が非常に小さい (100nb〜1pb) ため厚い欠である。混合 16 O の荷電割合を知る為に、標標的が必要で、エネルギー損失から許される的ガス圧を高圧 · 低圧で実験をした場合にどう

25Torr×3cm が目標値である。
しかし、25Torr の気体を真空中に膜なしで3cm の長さに閉じ込めるのは容易でない。独自いう情報が得られるかを議論する。

の吹込み型の開発、ガスの液体窒素冷却、初段・これとの比較検討も行う。

なお、ドイツ · ルール大学では後段 Ar スト
リッパーを用いて 16 O を平衡荷電にしている。

Target Cell

2 段排気ポンプの強化を経て、11.5Torr を達成した。目下、大型拡散ポンプ (3,000 l/sec) を導12

入して 20Torr 以上の厚さを目指している。

16

C beam4

He

天体核反応実験では、4 He 標的内で生成された 16 O のうちの 1 荷電状態にあるものを粒子分析して検出するので、その荷電状態の割合が要る。生成 16 O がある厚さ以上のガスを通過すれ4ば荷電平衡になる。荷電平衡の状態割合は別実

9

He(12C,16O)γ

O(非平衡)

A-18

水素分子冷却を加味した降着円盤モデル
熊本大学自然科学研究科 A , 熊本大学 IELDB , 熊本電波高専 CAAB

吉広 , 荒井賢三 , 松葉龍一 , 藤本信一郎

宮野順子A , 松本C

NGC4258 などの多くの活動銀河の中心核付近（r = 0.1 − 1 pc）において水メーザーが観測されている。我々はその水分子が降着円盤内の分子反応において形成されると考え，円盤モデルを構
築し分子形成について調べた。その結果，r = 0.1 − 0.3 pc の領域において多量の水分子が形成されること，およびこの水分子による輝線冷却が優勢になることがわかった (Tomita et al. 九州支部
例会 2006)。
しかし，この領域においては n(H2 O)/n(H2 ) ' 10−4 なので，水素分子による輝線冷却も効くこ−−−とが予想できる。そこで今回，エネルギーの式の冷却を Q−
cool = Qrad + Qmol (H2 O) + Qmol (H2 ) として水素分子冷却を加味した降着円盤を再構築した。水素分子による輝線冷却率は Hollenbach &MaKee (1979) を参照し，H2 と H2 による衝突励起のみを考慮した。
その結果，中心ブラックホールの質量 M = 108 M¯ ，質量降着率 Ṁ = 1023 g s−1 ，粘性パラ
メータ α = 0.1 の円盤モデルに対して，温度は r = 0.1 − 1 pc で約 50K まで低くなり，それにともない密度も高くなるなど水素分子による冷却の効果が顕著に見られた。分子組成においても，温度が下がったことにより CO2 や O2 が O に崩壊しないので，H2 O が出来にくくなり，水分子形成領域がより内側に移行した。その詳細を報告する。

A-19

WMAP constraints on thermal evolution with a decaying cosmological term
九州大学大学院理学研究院物理学部門 A , 東京大学ビッグバン宇宙国際研究セン
ター B

中村理央A , 橋本正章 A , 市來淨與 B

最近の天文学的観測から、宇宙項の存在はほぼ確実となっている。しかし依然として、その詳細な性質は未解明なため様々なモデルが提案されている。
本研究では、 宇宙項が光子へと「崩壊」する (DΛCDM) モデルにおける宇宙進化について調べた。ここでは宇宙項の時間変化を、スケール因子の冪乗で変化する、比較的単純な関数を採用し計算を行った。本研究で採用したモデルの大きな特徴は、宇宙項の時間変化することにより、光子のエネルギー密度の振舞が修正されることである。その効果により、水素原子形成時期が標準

ΛCDM に比べて早くなる。そのような影響は、WMAP による宇宙背景放射 (CMB) 温度揺らぎと矛盾しないかどうかを調べた。
まず、宇宙論的摂動理論に基づいて定式化した DΛCDM モデルにおける光子のボルツマン方程式系をボルツマンコードに組み込み、CMB 揺らぎのパワースペクトルを計算した。その結果、宇宙の晴れ上がりがより早い時期で起こるためスペクトルのピークが小角度スケールへシフトする、
初期宇宙におけるバリオン−光子エネルギー密度比が SΛCDM モデルの場合と比べ増大することによりスペクトルの第一ピークが増大する、などの変化が見られた。続いて、マルコフ連鎖モンテ
カルロ法を用いて、宇宙論パラメータへの制限を行った。その結果、DΛCDM モデルのパラメー
タの上限を決めると同時に他の宇宙論パラメータの信頼領域を得た。得られた観測的制限から、宇宙項が CMB パワースペクトルへ与える影響は著しく小さいという結論を得た。

10

A-20

自己重力優勢な降着円盤
熊大自然科学 A , 熊大 IELDB , 熊本電波高専 C
BC, 藤本信一郎 , 荒井賢三

松本吉広A , 宮野順子 A , 松葉龍一

A

活 動 銀 河 中 心 領 域 で は ，中 心 か ら の 距 離
70.1 − 1pc の領域において水メーザー輝線が観測されており，巨大質量ブラックホールまわりの降着円盤の構造や降着ガスの物理状態に関

図は中心ブラックホール質量 M = 108 M¯ ，
質量降着率 Ṁ = 10−2 Ṁcrit ，粘性パラメー
ター α = 0.1 のときの密度分布から Poisson 方
程式により計算した自己重力 (実線) と，中心天体重力 (点線) を比べたものである。横軸 x

4は中心天体からの距離を Schwarzschild 半径で5

円盤の自己重力が優勢になり始める。

.
8
−2 .
M=10 Msun, M=10 Mcrit, α=0.1では中心天体の重力の寄与が小さく，代わって

log x

6

する様々な情報を得ることができる。この領域

規格化したものであり，縦軸は単位質量あたりの重力である。x = 105〜6 付近から外側で自己重力が優勢になることがわかる。この自
-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

己重力を考慮に入れ円盤の平衡形状を構築する。
log (−∂∂rφ) [m/s2]

A-21

輻射圧優勢降着円盤の熱的不安定性について
熊大自然 A , 熊大 IELDB , 熊本電波高専 C

甲斐隆志A , 松葉龍一 B , 藤本信一郎 C ,荒井賢三 A

Collapsar における降着円盤のように質量降着率 Ṁ がエディントン降着率 ṀEdd を大きく上回る Ṁ ≥ 1014 ṀEdd の場合, 降着円盤は光学的に厚く, 円盤内部のガスの温度は T > 109 K となる.
そのような領域ではニュートリノ放射による冷却が重要で, 電子・陽電子の対消滅

e+ + e− −→ ν + ν̄のほかに光ニュートリノ過程

γ + e± −→ e± + ν + ν̄などが考えられる. また, 光分解によりα粒子は中性子と陽子へと崩壊し4

He + γ −→ 2p + 2n

この反応によってもガスは冷却される.
降着円盤の輻射圧が優勢な領域で起こる熱的不安定性はこれらの冷却を考慮することでどのようになるかを議論する.

11

A-22

九州大学タンデムを用いた加速器質量分析１
九大院理 A

島本 昌樹A , 佐藤 友哉 A , 藤田 一洋 A , 皆本 洋 A , 福田 毅 A , 前田 豊

A和 , 森川 恒安 A , 野呂 哲夫 A

九州大学の AMS（加速器質量分析）システ
ムでは 1% 精度での測定が可能となった。
しかしながら、既知の試料で過剰の 14 C が検出され、その原因を追求する必要がでてきた。
そこで標準現代炭素試料と 14 C を含まないグラ
ファイトを試料としてその起源を追及し、更に二次元位置感応型シリコン検出器による位置エネルギー相関測定とディグレーダによるエネ
ルギー減衰測定でバックグラウンド粒子の同定を行った。図に示すようにディグレーダ通過後のスペクトルでは CO2 等現代炭素の試料への混入による 14 C4+ ,7 Li2+ ,12 C,13 C イオンが現れている。
講演では、これらの実験と解析の詳細と今後の展望について述べる。

A-23

九州大学タンデムを用いた加速器質量分析２
九大院理 A福田 毅A , 佐藤 友哉 A , 藤田 一洋 A , 皆本 洋 A , 島本 昌樹 A , 前田 豊

和 A , 森川 恒安 A , 野呂 哲夫 A

AMS(加速器質量分析) システムの開発を行ってC/13 C
比 は 0.5% 以 内 の 精 度 で 測 定 可 能 に ないる。

った 。13 C/14 C 比 に お い て は 1% 精 度

AMS では、存在比の大きく異なる同位体
14
C、13 C、12 C の相対比を精度よく測定する

測 定 の バック グ ラ ウ ン ド

九州大学では既存のタンデム加速器を用いた

こ れ ら の 改 良 に よ り、現 在

12(10−14レベル) の 問 題 を 追 及 で き る よ う に なった 。

ために、同位体に依存しないイオン光学 (ビーマルチカソードイオン源

ム輸送系) が必要不可欠である。

レンズ

加速管(190kV)

タンデム加速器 (6MV)

レンズ

我々のシステムでは右図に示す磁場部分真空槽に高電圧を印加することで荷電粒子を加速 (減分析電磁石 (45°)

高電圧印加部速) させ同位体を交互入射している。その際、高電圧印加時 (14 C、12 C 入射時) のみに生じるレ

分析電磁石 (90°)

ファラデーカップ ;12C+4

静電偏向器 (7.5°)

レンズ

ファラデーカップ
13C+4

ンズ効果や、絶縁区間の帯電、ビームの偏向な

図：九州大学AMSビームコース

どが問題となる。よって、この部分の改良を行

改良を行なった磁場部分真空槽は前半にある分析電磁石(45°)部分

なった。

12

A-24

大口径シンクロトロンの非破壊型ビームモニターの開発
九州大学 A , KEKB

末武智希A , 石川博明 A , 大上記央 A , 望月俊介 A , 高瀬英伸

A, 池田伸夫 , 魚住裕介 A , 有馬秀彦 A , 米村祐次郎 A , 若林源一郎 A , 中山久義 B ,高木昭 BA

九州大学伊都キャンパスにおいて加速器・ビーム応用科学センターの建設が進められている。平成 20 年 3 月に高エネルギー加速器研究機構において開発された FFAG（固定磁場強収束）加速器
を同施設に搬入する予定となっている。移設される FFAG 加速器のビームを利用して、原子核科
学や原子核工学分野だけでなく、生命科学や環境科学など多岐にわたる分野でのビーム利用研究の展開が期待される。
加速器の性能や運転状況を把握するためには、ビームの位置と電流量を測定する必要がある。特に FFAG 加速器の場合は、シンクロトロンとは異なりビームの軌道が加速と共に半径方向に移動するので、ビームの位置を広い範囲で精度良く測定することが必要となる。したがって、FFAG 加速器を整備するにあたり大口径のビームモニターの開発が必要不可欠である。
本研究では、静電誘導ピックアップ方式の位置ビームモニターの開発を行う。このビームモニ
ターは、ビームを上下に挟む三角形の電極板によって構成されており、ビームによって誘起される電荷を電圧として読み取り、位置を測定する。この方式は、他の方式と比較して大口径のモニターの製作が容易であり、誘起される電荷量が大きいという利点を持つ。
本発表では、ビームモニターの位置に対する電圧応答特性について報告する。また今回の結果をもとに、さらに位置分解能の良いビームモニターの形状の設計を行う予定である。

A-25

天体核実験のための大強度炭素ビーム加速テスト
九大院理 A , KEKB
A

五百木崇博A , 赤間脩治 A , 谷口雅彦 A , 谷本寿人 A , 相良建至

, 寺西高 A , 前田豊和 A , 二宮重史 B

我々は九州大学タンデム加速器において、星のそこで大強度ビーム加速にあたり、加速電圧の進化において重要な反応である 4 He(12 C,16 O)γ

ずれを直接フィードバックする方式を採用し、反応の断面積を測定している。

そのフィードバック能力も強化した。

我々が測定を計画している Ecm = 2.4 ∼講演では、本年行った加速減速法のテスト実験

0.7MeV での断面積は 1pb∼ 数十 nb と小さいた
め、より多くの酸素を得るために大強度ビームが必要となる。九州大学タンデ厶加速器はターの結果とフィードバックの強化について述べる。
6CPFGO8QNVCIGV [MV ]

1

ミナル電圧が 6 ∼ 10MV で運転するように設計されており、低いエネルギーのビームは加速器の輸送効率が悪い。そこでタンデ厶加速器内の0

加速管の数点をショートすることで加速器内部で加速と減速を繰り返し、ビームを収束させ、#NUJQTVKPIDCT

輸送効率を上昇させる方法を用いる (図)。
㪹㪼㪸㫄また、ビームの強度が増えると従来の加速㫊㫋㫉㫀㫇㫇㪼㫉

ビームエネルギーのずれをフィードバックする方式ではかえって不安定になる可能性がある。

13

A-26

素粒子の荷電スピン模型
熊本県 A

那須俊一郎A

１９５３年、中野・西島・ゲルマン法則（ＮＮＧ則）によってストレンジネスＳ（ハイパーチャー
ジＹ）が導入されて後、シュウィンガー・パイス・ゲルマン等の欧米の理論家達はハドロンの分類学の最初の試みとしてアイソスピン以外にもう一つ荷電スピンを導入し、ＳＵ（２）×ＳＵ（２）→Ｏ（４）という群の規約表現としてハドロンを整理する模型を提唱した。これを荷電スピン模型と呼ぶ。このころは、大きく分けて次の二つの荷電スピン模型が提唱されていた。 （１）Ｑ＝Ｉ
３＋Ｊ３＋Ｎ／２

Ｊ３＝Ｓ／２ （２）Ｑ＝Ｉ３＋Ｚ３ Ｚ３＝Ｙ／２（Ｙ＝Ｓ＋Ｎ）クォー

ク模型に反対した故中村誠太郎博士は、第二の荷電スピンをハイパースピンと名付けて、（２）の模型を採用し、精力的に研究を続けたが、うまくいかなかった。そこで、筆者は、今日の標準模型、特に電弱理論を認めた上でそれと合致する荷電スピン模型を考えてみることにした。第二の荷電スピン（ハイパースピンＨ）の第３成分は、電弱理論で、第２世代のクォークＣ（チャーム）とＳ（ストレンジ）が弱アイソスピン２重項を成していることに対応し、Ｈ３＝（Ｃ＋Ｓ）／２とする。第三の荷電スピン（ウルトラスピンＵ）の第３成分は、同じく電弱理論で、第３世代のクォー
クＴ（トップ）とＢ（ボトム）が弱アイソスピン２重項を成していることに対応し、Ｕ３＝（Ｔ＋Ｂ）／２とする。そうすると、現在のＮＮＧ則は、 Ｑ＝Ｉ３＋（Ｓ＋Ｃ＋Ｂ＋Ｔ）／２＋Ｎ／２であるから、これに代入して、Ｑ＝Ｉ３＋Ｈ３＋Ｕ３＋Ｎ／２（Ｎはバリオン数） さらに、同じ関係がレプトンの３世代にも成り立つと仮定すると Ｑ＝Ｉ３＋Ｈ３＋Ｕ３−Ｌ／２（Ｌはレプト
ン数） ここで、電弱理論（弱アイソスピンＴと粒子数Ｐ）の Ｑ＝Ｔ３＋Ｐ／２ の関係式と比較すると、Ｔ３＝Ｉ３＋Ｈ３＋Ｕ３（３世代）、Ｐ＝Ｎ−Ｌ（クォークとレプトン）という統一した関係が得られる。

A-27

ニュートリノゼロ点生滅理論による超新星爆発機構の考察
ししゃ科も研究所 A , ホワイトマックス B , 多自然テクノワークス C , リテラシス
テム研究所 D , クリスタルハーモニー E , 生物農業研究所 F
A

B

C

D

高尾征治A , 石田静子

E

, 増本勝久 , 梨子木久恒 , 里中耕也 , 安長たかみ , 小牧久時 F

従来物理学は超新星の爆発に関わり観測された元素やニュートリノの生成機構をまとめて説明できていないきらいがある。そこで、高尾ら 1）のニュートリノゼロ点生滅理論を適用して考察してみた。先ず、ゼロ点対発生の正、反ニュートリノは１：１で消費され鉄の核分裂を促し原子ラジカル
経由でγ線を発生させながら Si,O,C,He,H を生成させる。次に、中性子星誕生に関わる中性子の崩壊では０点対発生のニュートリノのうち正ニュートリノだけが消費され反ニュートリノが残る。
その際、陽子が生成するが、その崩壊は電荷のゼロ点機能に反しており現にこれまで観測されていない。以上がスーパーカミオカンデで反ニュートリノに偏って計測された所以であろう。【引用文献】1) 高尾征治・石田静子・梨子木久恒・安長たかみ・小牧久時：「21aZJ-1 ニュートリノゼロ点生
滅理論による星の生滅機構の考察」、日本物理学第 62 回年次大会講演概要集、第 62 巻、第 2 号、第１分冊、(2007)。

14

会場 B
宇宙線・宇宙物理領域 (午前)，領域４，５，９ (午後)

B-1

First Star の形成過程
九大理 A

吉原彰A , 橋本正章 A

最近、理論と観測の双方において First star の研究が盛んになっている。First star とは宇宙の晴れ上がり後に最初にできた星である。宇宙初期の始原ガスには、水素とヘリウムと微量の軽元素(重水素とリチウム) が含まれている。重元素は後の天体活動により生成されるため、この段階では存在せず、現在の星形成環境とは異なる。さまざまな研究により First star は数 100M¯ の大質量星であると考えられている。
始原ガスからの星形成過程は、まず高密度領域が重力によって集まり原始雲が形成されることから始まる。その原始雲が冷却され、重力収縮し、First star が形成されると考えられている。現在とは違って重元素が無いため、主な冷却源は H2 分子の輝線冷却である。
本研究では、原子分子反応ネットワークを組み込んだ流体力学計算コードを用いて、原始ガス雲が収縮し、First star が形成される過程についての数値シミュレーションを行った。原子分子反応ネットワークでは 21 種の粒子を考慮し、89 種の反応を用いて化学組成の変化を計算している。
また、H2 分子の形成では３体反応が重要な役割を果たすが、その反応率の不定性 (Glover et al.

2007) により進化に違いが生じるかについても議論する予定である。

15

B-2

大質量星の非対称重力崩壊に伴う 56 Ni の放出と極超新星の起源
九大理 A , 国立天文台 B , 早大理工 C
一

小野勝臣A , 橋本正章 A , 固武 慶 B , 山田章

C

近年、極超新星と呼ばれる、大きな極大光度を持ち、爆発エネルギーが通常の数十倍（1052 erg 以上）にも達する超新星が観測されている。しかし、未だその起源は不確定である。通常の超新星の起源は、大質量星の重力崩壊に伴う大爆発であるが、この超新星を明るく輝やかせているのは、爆発の際の元素合成によって生成される放射性元素、56 Ni からのガンマ線である。ゆえに、この 56 Niの生成・放出量が、極超新星を説明する上でも大きな鍵となる。また、ごく最近、極超新星の中でも群を抜いて明るい、SN 2006gy（Quimby 2006）が発見され、この極超新星を説明するには、十数 M¯ （M¯ は太陽質量）もの 56 Ni が必要であるという報告 (Umeda & Nomoto 2007) がある。
そこで、本研究では、SN 2006gy を説明する理論モデルを構築するため、2 次元流体力学コード
を用いて、大質量星（130M¯ ）の非対称爆発の数値シミュレーションを行った。その際、56 Ni の生成量を見積もるため、4 He から 56 Ni までの 4N 核（13 核種）を含む核反応ネットワークを流体力
学コードに組み込んだ。また、温度が 1010 K を越えるような高温では、NSE（統計的核平衡）が成り立つため、そのような条件下では NSE コードに切り替え、組成変化を追った。極超新星を説明するには膨大な爆発エネルギーが必要であるが、核反応によって生成されるエネルギーが、爆発のダイナミクスに少なからず影響する可能性がある。そこで、この核反応によって生成されるエネル
ギーを、流体計算に反映させた。この一連のシミュレーションを爆発エネルギー・非対称性を様々に変えて行い、先行研究（Umeda & Nomoto 2007）では行われなかった、非対称爆発の効果を調べると共に、生成・放出される 56 Ni の量をもとに光度曲線を推定し、極超新星、特に SN 2006gyの説明可能性を、観測結果と照らし合わせながら議論する。

B-3

磁気リコネクションの MHD シミュレーション
熊本大学大学院自然科学研究科 A , 熊本大学理学部 B

小山公成A , 小出眞路 B , 荒井賢三 B , 園田隼一 A , 小西晃高 A

ブラックホールの回転エネルギー引き抜きのが必要である。

新しい過程として磁気リコネクションによる機そこでわれわれは星の周りでケプラー回転構が提案されている (Koide Arai 2007)。これするプラズマ中に起こる磁気リコネクションをはブラックホールのエネルギー引き抜き機構と非相対論的 MHD 数値シミュレーションによりして知られているペンローズ過程で仮定される調べる。ここでプラズマ本体の静止座標系で遠エルゴ領域内での粒子分裂を磁気リコネクショ

心力とコリオリ力を考慮した局所近似を用い

ンによるプラズマ双極流で置き換えたものに当る。プラズマ・磁場の初期条件としてハリス・たる。ここでペンローズ過程の粒子分裂と同様モデルを用い，電気抵抗は電流層中のある点付に磁気リコネクションの双極流の片方が負のエ

近に比較的大きな値（磁気レイノルズ数 0.1 程

ネルギーを持ち，他方のプラズマ流がブラック度）を設定する。ここでプラズマ双極流の速度

ホール重力圏を脱出する必要がある。この条件

はこの系の特徴的アルフベン速度に達すると期は簡単なモデルを用いて既に調べられており，待される。講演までにはケプラー回転するプラ

ブラックホールの周りをケプラー速度で回転すズマからの磁気リコネクションによる双極流のるプラズマ中での磁気リコネクションの場合は挙動と簡単なモデルとの比較を行う予定である。

負のエネルギー形成条件によって決まることが分かっている。しかし，磁場が伴ったプラズマの重力圏の脱出過程は複雑で，簡単なモデルの妥当性を確かめるためにも数値計算による検証

16

B-4

超新星爆発とニュートリノ
九州大学 A , 国立天文台 B , 早稲田大学 C
章一

猿渡元彬A , 橋本正章 A , 固武慶 B , 山田C

太陽の１０倍以上の質量を持つ星は、星内部で元素合成しながら進化し、その進化の最終段階で超新星爆発と呼ばれる非常に大きなエネルギーを開放する爆発を起こす。超新星爆発は元素合成や重力波等多くの分野に関わる重要な天体現象であり、これまで多くの研究がなされてきた。超新星爆発は星が自身の持つ重力を支えきれず崩壊することによって中心密度を増加させ、中心密度が核密度程度になった時に生じる衝撃波が外層を吹き飛ばし爆発すると考えられている。しかし、このシナリオを仮定して行われた多くの数値計算で、衝撃波は発生するがいずれ減衰し爆発に至っておらず、その詳しいメカニズムは明らかになっていない。
近年、この問題を解決するためにニュートリノが注目されている。ニュートリノは崩壊の際に陽子に電子が捕獲されることによって放射される。このとき主要なニュートリノの持つエネルギー
は爆発エネルギーの数百倍程度と言われている。現在までのところ、十分な爆発に成功した計算例
はほとんどないが、有効なメカニズムとしては、バウンス後放射されるニュートリノから物質にエネルギーが与えられることによって衝撃波が強められ爆発に至るのではないかと考えられている。
今回、ニュートリノの影響を定性的に調べるために leakage 法を用いてニュートリノを考慮しながら球対称モデルで流体計算を行った。

B-5

宮崎大学における「すざく」衛星搭載 XIS の機上較正
宮崎大学

A, 大阪大学 B , なし C 木村 結樹A , 加藤 豪 A , 北園 武 A , 前野

将太 A , 川井田

英広 A , 森

浩二 A , 林田

清 B , XIS チーム C

2005 年 7 月 10 日に打ち上げられた「すざく」衛星には X 線 CCD カメラ XIS が搭載されている。
X 線イベントの読み出しには、5x5 モード、3x3 モード、2x2 モードがあり、我々は 2x2 モードの較正を行っている。2x2 モードとは、イベント中心のピクセル位置とその周囲 2x2=4 ピクセルの波高値と、その角を除いた隣接する 8 ピクセルがしきい値を超えたかどうかを読み出すモードである。2x2 モードは、5x5 モード、3x3 モードに比べてデータ量が少ないが、 明るい (X 線強度の強い) 天体に対して衛星のメモリの飽和を抑えた観測ができる。さらに、露光時間を短くし読み出し領域を制限する Window モードと併せて使うことでパイルアップを防ぐことができるという利点もある。このように明るい天体を観測するのに適している 2x2/Window モードでの観測だが、現時点では観測が少なく較正が困難である。そこで観測数が多くデータ量も多い 5x5 モードで観測されたデータを 2x2 モードに変換し、その変換した 2x2 モードのデータで較正を行った。本発表
では 5x5 モードに対する 2x2 モードでの検出効率、ゲイン、分解能の経年変化について報告する。

17

B-6

宇宙ジェット形成のＭＨＤシミュレーション
熊大自然 A

園田隼一A , 小西晃高 A , 荒井賢三 A , 小出眞路 A

宇宙では相対論的なジェットが観測されている。ジェットはブラックホール付近から出ていると考えられているが，まだ明らかになっていない。さらにジェットの形成において，どのよ
うに相対論的な早さにまで加速するのか，またそのような速い流れをどのように絞りこむのかという問題も残されている。
この問題に対して磁場を用いた加速・収束機構が考えられている。今回，理想 MHD 計
算を用いて磁気的膨張の計算を行った。図は非相対論的な場合の数値計算の結果を示す。今回
はプラズマの回転効果を考慮していないので収束の前に膨張し伝搬していることがわかる。
講演では相対論的な場合についても議論する。

B-7

X 線天文衛星すざくを用いた小マゼラン星雲の超新星残骸 E0103 の観測的研究
宮崎大学大学院 工学研究科 応用物理学専 A , 宮崎大学 工学部 材料物理工学
科B

川井田

英広A , 森浩二 B

宇宙には超新星残骸 (SNR) と呼ばれる星が爆発した後の化石が多数存在している。爆発時に生じた forward shock が星の周囲にあった物質 (ISM) を掃き集めて加熱する一方で、reverse shock が爆発以前の星 (母星) 内および爆発時に元素合成されてできた物質 (ejecta) を圧縮し加熱するため、

SNR はＸ線で明るく輝く。そのため SNR をＸ線で観測することで ejecta の質量や存在比を決定し、星内部での元素合成のメカニズムを明らかにすることが可能である。
小マゼラン星雲中に X 線で二番目に明るい 0103 と呼ばれる SNR がある。Park et al. (2003)
による過去の研究から、0103 は ISM が ejecta を覆うような構造を持ち、年齢が約 18000 歳と年
老いた SNR である事が分かった。0103 は ejecta 成分が比較的明るく、ejecta を研究する上では恰好のターゲットである。
今回の我々の研究では 0103 をＸ線天文衛星の中で最もエネルギー分解能に優れた日本の「すざく」衛星を用いて観測し、スペクトル解析から ejecta の存在比について調べた。0103 では ejecta
を ISM が覆っているため、ejecta のスペクトルを解析する際には ISM の寄与を取り除かなければならない。そのためには、空間的に分離して領域ごとのおおまかな ejecta/ISM 比を見積もる必要がある。しかし、すざく衛星では空間的に分解にする事が困難である為、X 線天文衛星の中で空間分解能が最も優れている米国の Chandra 衛星 を用いて ejecta/ISM の比を見積った。このChandra 衛星の結果をもとに、すざく衛星を用いて 0103 の ejecta の元素組成を調べた。本例会
では 0103 のスペクトル解析結果よって得られた元素の存在比について報告する。

18

B-8

シリコン結晶における酸化膜の成長
工学部 A , 工学部学生 B

沖野隆久 A , 加藤之裕B

シリコン（Si) 半導体素子製造にとって、熱酸化処理は必要不可欠なものである。Si 表面を酸化することで酸化膜が放物線則にしたがって成長することが知られている。一方、Si の表面酸化によって、Si 原子が基板へ格子間 Si として結晶間隙に侵入することが不純物拡散の実験から明らかにされている。その生成率を知ることは極めて有意義である。また、固有点欠陥としての格子間 Siの生成率は酸化膜の成長速度のべき乗（ω乗）に比例することが知られているものの、このωの値はいまだ確定値が得られておらず、研究者によって様々な値が用いられている。そこで、酸化膜の成長に係わる化学反応式と積層欠陥の関係式を用いて、格子間 Si 原子の物理定数ωの値を解析的求め、その温度依存性を明らかにした。

B-9

微傾斜 SiC(0001) 表面の熱処理によるグラフェン形成過程の STM 観
察
九州大学総合理工学府 A , 九州大学工学府 B
A

水野清義 , 栃原浩

森田康平A , 林賢二郎 A , 田中悟 B ,A

シリコンカーバイド (SiC) は、Si に代わるパワーデバイスの基本物質として注目されている。SiCを超高真空中で加熱すると、Si 原子が脱離して表面が炭化 (グラファイト化) する [1]。この現象を利用して、SiC 上にグラフェンをつくるという研究が行われている。一方、微傾斜 6H-SiC(0001)
表面を高温水素ガスエッチングすると、非常に周期的なナノファセット構造が現れる [2]。本研究では、微傾斜 SiC 表面の加熱処理による表面構造変化の過程を走査トンネル顕微鏡 (STM) にて観察した。サンプルには [11-20 ] 方向に 4 °傾いた 6H-SiC (0001) Si 面の基板を用いた。アセトンおよびエタノールで超音波洗浄をしたサンプルを水素雰囲気中で水素エッチング処理後、窒素雰囲
気中で加熱を行った。このサンプルを STM チャンバーに導入し、900 ℃から 1400 ℃までの温度範囲でそれぞれ 10 分間の加熱処理を行い、加熱毎に STM にて表面構造の観察をした。ナノファ
セット構造が形成したサンプルを 900 ℃から 1400 ℃まで 50 ℃刻みで加熱していくと、1000 ℃付
近からナノファセット構造が徐々に壊れ始め、表面の再構成が起こった。さらに 1400 ℃まで加熱すると、周期構造は完全に崩壊した。また、表面はグラファイト化し、テラス全体にモアレパターンが観察された。なお、本研究の一部は NEDO の平成 17 年度産業技術研究助成事業による支援を受けて行った。

[1] K. Hayashi, et al. Jpn. J. Appl. Phys. 44, L803 (2005)[2] H. Nakagawa et al., Phys. Rev. Lett.91, 226107-1(2003)

19

B-10

Si(110)-Sb-(3 × 2) 表面構造の LEED による解析
九州大学大学院
A

A

総合理工学府, 水野清義 , 栃原浩

物質理工学 A

秋保悠平A , 吉田学史 A , 東相吾

A

Si の低指数表面における金属原子吸着構造の研究が進展し、興味深い表面構造や物性が見出されている。しかし、研究対象の基板としては (100) 面、(111) 面がほとんどであり、(110) 面に関しては研究例が極端に少ない。その理由は、Si(110) 清浄表面が 16 × 2 の周期を持つ非常に複雑な構造を形成し [1]、構造解析が難しいと考えられているためである。ところが、表面への Sb 原子吸着に伴い 16 × 2 構造から単純な周期構造である (1 × 2) や (3 × 2) 構造に変化することが観察されている [2]。このような単純な周期構造であれば、低速電子回折 (LEED) による構造決定が比較的容易となり、新たな物性が見出されることが期待される。本研究では、Si(110)-Sb-(3 × 2) 表面構
造について LEED による解析を試みた。実験は全て超高真空中で行った。まず、Si(110) 試料を通電加熱により 1200 ℃、5 秒間のフラッシングを 2 回、次に 1000 ℃、600 ℃でそれぞれ 30 分間ずつ
アニールすることで試料の清浄化を行い、 16 × 2 の LEED パターンを確認した。その後、清浄化した試料を 500〜780 ℃に保持しながら、2〜10 分間 Sb を蒸着させることにより、Si(110)-Sb-(3× 2) 表面を得た。本実験では低被覆率及び高被覆率において 3 × 2 周期の異なる LEED パターンが得られた。これらの LEED パターンでは、(2n ＋ 10) スポット（n は整数）が消滅しているため、この 2 種類の構造は (-110) 方向にグライド面を持つことが分かった。これを考慮した上で3 × 2 周期の構造モデルを考案し、テンソル LEED 法による構造解析を行っている。
[1] A. A. Stekolnikov et.al：Phys. Rev. B 70, 045305 (2004)[2] A.V. Zotov et.al：Suf. Sci. 274 ,L583 (1992)

B-11

Si(111) 面上の Mn と Sb の共吸着による表面構造の研究
九州大学大学院総合理工学府物質理工学専攻 A

池堂

裕一A , 東 相吾 A , Pavel

KocanA , 栃原 浩 A , 水野清義 A
化合物 MnSb は室温にて NiAs 型構造をとる。しかし近年、Cheng〔1〕らによる理論計算により、閃亜鉛鉱型 MnSb はハーフメタルの物性を示すことが予測されている。基板としてダイアモン
ド構造の Si を用いてその表面上に Mn と Sb を共吸着することで閃亜鉛鉱型 MnSb の形成を目指す試みを始めた。まず、Si(111) 表面上に Mn と Sb の単独、および共吸着の実験を行った、表面周期構造の観察には低速電子回折 (LEED) を用いた。Sb 単独吸着においては、室温で１ ML 蒸着した後、500 ℃でアニールすることで (√ 3 ×√ 3) パターン (以下√ 3-Sb) を示した。Mn 単独吸着においては Sb 同様に室温で蒸着した後、250 ℃でアニールすることで (√ 3 ×√ 3) パターン (以下√ 3-Mn) を得た。Mn を 3ML 蒸着したときに LEED パターンは最もシャープになった。共吸着については、√ 3-Sb 表面を作製後、その表面上に Mn を室温にて 3ML 蒸着し、550 ℃でアニー
ルするとシャープな LEED パターンを示した。(以下√ 3-(Sb ＋ Mn)) このときの LEED- I-V 曲
線は√ 3-Sb のそれと比較してほとんど差がなかった。以上のことから Si(111) 表面上において Sbはサーファクタント効果〔2〕を示していることが考えられる。また√ 3-Mn の表面を作製後に Sb
を 1ML 蒸着し、300 ℃でアニールするとシャープな LEED パターンを示した。(以下√ 3-(Mn ＋Sb)) この √ 3-(Mn ＋ Sb) の I-V 曲線は√ 3-Sb、√ 3-Mn、√ 3-(Sb ＋ Mn) のそれとは異なった。
現在、この共吸着構造の表面構造について検討している。
〔1〕J.C. Zheng et al, Phys. Rev. B69 (2004) 144415.
〔2〕A. Mogilatenko et al, Appl. Surf .Sci. 253 (2006) 561.

20

B-12

モンテカルロ法による (AgI)x -(Ag2 O−nB2 O3 )1−x ガラスの構造
福工大工 A , 熊大院自然 B

中村秀昭A , 安仁屋勝B

超イオン導電ガラスのイオン伝導性は中距100離構造と関連している。AgI-Ag2 O-B2 O3 系ガ
ラスの場合, 硼酸のつくる網目構造の間に Ag7060された。図に示すように, 両ガラス共, 全構造因50

子の第１ピーク (FSDP) が 8nm−1 付近に存在40

するが、Ag2 O-2B2 O3 ではその波数付近にピー30

クはない。AgI 濃度が減少するとイオン伝導度も大きく減少するので, この波数での FSDP の

10

ガラスでは２個の BO セグメント間を Ag-I-Ag
で繋いだ中距離構造が多く存在し, そのセグメ

Solid State Ionics 136-137 (2000) 1085.

0

1

S(Q)

B-13

2

3

4

0

ント間距離が約 0.8nm である。[1] M.Aniya:

FSDP(exp.)

20

出現がイオン伝導に重要である [1]。AgI 含有

Q(nm-1)
Fig 1. Total Structure Factors of Ag 2O-2B2O3,
AgI-Ag2O-4B2O3 and (AgI)0.6-(Ag2O-2B2O3)0.4

類のガラス,(AgI)0.6 -(Ag2 O-2B2 O3 )0.4 と AgIAg2 O-4B2 O3 , の構造がモンテカルロ法で計算

Ag2O-2B2O3る。本研究では, 高いイオン伝導度を持つ２種

AgI-Ag2O-4B2O3(AgI)0.6-(Ag2O-2B2O3)0.4

オン伝導領域) がつくられると考えられてい8090

イオンと I イオンによる 0.8nm 程度の空隙 (イアミノ酸システインの光電子分光分析
佐賀大学シンクロトロン光応用研究センター A , 山口大学大学院理工学研究科 B ,熊本大学大学院自然科学研究科 CA

B鎌田雅夫 , 隅本倫徳 , 藤本斉

北島聡一A , 杉山陽栄 A , 東純平 A , 高橋和敏 A ,C

我々は、バイオエレクトロニクスの開発を目標として、L-システイン (C3 H7 NO2 S) 薄膜を、金上に真空中で蒸着することにより生成し、九(1) E

州シンクロトロン光研究センターの佐賀大学

D

C

B

s y s t e i n e / Au

A hν =40eV

分光分析を行った。同様にガラス基板上に蒸着した L-システイン薄膜について、ラマン散乱
による、分子振動測定を行った。価電子帯の光
電子スペクトルを図 (1) に示す。励起光子エネ
ルギーは 40〜100eV である。A〜E のエネル
ギー位置に構造が見られる。これらの構造は、
占有電子軌道の状態密度を示している。図 (2)Intensity [arb. units]

専用ビームライン (BL13) で価電子帯の光電子
hν =60eVhν =80eVhν =100eV

B

(2)

D
E

C

C3
hν =60eVAは分子軌道計算に基づき、光イオン化断面積とエネルギー広がりを考慮して計算した価電子帯
スペクトルである。詳細な比較検討を報告する。

14 12 10 8 6 4 2 0
Re l a t i v e Bi n di n g En e r g y [ e V]
図 L-システインの光電子スペクトル（１）と分子軌道計算（２）の比較

21

B-14

極小電極にブリッヂされたカーボンナノチューブの電流ノイズ
佐賀大学大学院工学系研究科物理科学専攻 A , 佐賀大学理工学部物理科学科 B
田中 真平A , 平良

豊 B , 豊島耕一 B , 遠藤隆B

極小電極にブリッヂされたカーボンナノチ
ューブの電流ノイズを測るために極小電極を制作した。極小電極はタングステン（以下略 W）
線を NaOH 水溶液でエッチングする。その際、ギャップを幅５μｍ程度に止める様に、W 線の抵抗を測りながらエッチングを行い、W 線が切れた瞬間にエッチング電流を止める。上記の動作
は GP-IB でエッチング電流とマルチメーターを制御しながら行う。エッチングの際、NaOH 水
溶液は界面付近で対流が起こり、界面付近がエッチングされ、極小対電極を制作した。今後、誘電泳動方を用いて溶媒中のカーボンナノチュー
ブを引き寄せ、電極間にブリッヂさせる予定である。

（ 図 １ は エッチ ン グ 回 路 、図 ２ は 対 電 極のギャップが５μｍ程度になっている様子）

B-15

量子共鳴状態の離散化モデルによる取り扱いについて
九州工業大学工学部数理情報基礎講座 A

田中和寿A , 岡本良治 A , 鎌田裕之 A

電子等の粒子がポテンシャル内に閉じ込められ、その波動関数が外に浸み出て行く量子共鳴状態問
題を考える。
共鳴状態は複素エネルギー固有値を持ち、波動関数は無限遠方では発散してしまうため数値計算が困難である。この問題を解くためによく使用される方法として、波動関数の発散を抑えて束縛状
態、散乱状態、共鳴状態を同時に求めることが出来る複素スケーリング法 (1) がある。しかし、この方法には、ポテンシャルが解析的に表されている関数でないと求めることが出来ないという制約がある。
そこで、最近、複素スケーリング法の欠点を補う新たな方法として、自己無撞着な有効ポテンシャ
ルを用いた方法を離散化モデル系 (Friedrichs-Fano モデル) に適用した論文 (2) が発表された。我々
は今回、この論文 (2) の内容を種々の側面から吟味した結果を報告する。
また、今回の離散化モデルにおける共鳴問題を運動量空間における複素スケーリング法で解くこと
を試みる。
参考文献

(1)Y. K. Ho, Phys. Rep. 99, 1-68(1983)(2)N. Hatano, K. Sasada, H. Nakamura, T. Petrosky, arXiv:quant-ph/0705.1388v1-v2

22

会場 C
領域１２

C-1

非イオン性アクリルアミドゲルの膨潤挙動の普遍的側面
九州大学大学院 理学府 凝縮系科学 複雑 A , 九州大学大学院理学研究院物理学
部門 B

三木啓央A , 鴇田昌之 B

ハイドロゲルは、３次元的に広がった親水性高分子編み目とその間隙を満たす多量の水から成る。
一般に重合度の大きな高分子は水に不溶だが、架橋されたポリアクリルアミドは大きな分子量であるにも関わらず、その親水的性質により、水を含んだ状態で平衡膨潤に達しゲル相を形成する。このようにゲルの物性は、ゲルを構成する高分子網目と溶媒の性質に強く支配される。 従来、ポリアクリルアミドゲルは、外部環境に応答しその体積を変えることが明らかにされている（ゲルの体積相転移現象）。ゲルの体積相転移は、動的光散乱法を用いた研究がなされており、高分子の相転移現象をマクロに観測している現象と見なすことができる。相転移現象は高分子鎖に対する溶媒の質を変えることで引き起こすことが可能である。従来、高分子鎖−溶媒分子間の相溶性について
は、工学的な要請もあり数多くの研究がなされてきた [1.2]。しかしながら、定量的な研究は少ない。 本研究は、非イオン性のアクリルアミドの平衡膨潤曲線を６種類の２成分混合溶媒を用いて決定した。これによりゲルの膨潤度は水の動的な微細構造と密接な関係にあることを強く示唆する結果を得た。また、ゲルの膨潤曲線を混合溶媒単位体積中の水分子の数に対して、θ状態の膨潤度で規格化した換算膨潤度をプロットすると、唯一つのマスターカーブで表されることが分かった。
さらに、ゲルの理論膨潤曲線を用いてマスターカーブを解析したところ，ゲルの状態方程式との良い一致が見られた。

1. T. Amiya, Y. Hirokawa, Y. Hirose, Y. Li, and T. Tanaka, J. Chem. Phys., 86.2357(1987)
2. C. Wu and G. Zhang, J. Am. Chem. Soc., 123. 1376 (2001)

23

C-2

相分離によるネマチックコロイドの自己組織化
九大院理 A

北 紘典A , 市川正敏 A , 木村康之 A

下図は、観察された凝集構造

近年、ネマチック液晶など構造液体中での粒（a）直 鎖（b）枝 分 か れ 鎖（c）ジ グ ザ グ 鎖子の特異な凝集メカニズムが、フォトニック材
料などミクロンサイズの構造体を作ることを目指し、盛んに研究されている。その凝集パター
ンは、溶媒が持つ構造に依存し、六方晶や結晶構造などの単純な周期構造形成などが報告されている。一様な配向処理（ラビング）をしたネ
マチック液晶中では、粒子が液晶分子の向きと平行な直鎖構造を作ることが知られている。
本研究では、ネマチック液晶と高分子の混合系を相分離させ、ネマチック溶媒中に分散した高分子液滴の構造形成過程を観察した。その結果、近傍の液滴の存在やサンプルセルのラビン
グ状態が液晶分子配向場に影響し、新たな凝集構造が形成される様子が観察された。

C-3

トポロジカルな欠陥を伴う粒子間相互作用
九大院理 A

高橋賢治A , 市川正敏 A , 木村康之 A

液晶中のコロイド粒子間に働く力 F は、液結果を用いた詳細な議論をするとともに、他の晶を媒介とした間接的なものである。また、こ場合の粒子間力の振る舞いについても報告する。

の力は等方的な媒質中に比べて、長距離かつ異方的である。

配置(1)

我々は、粒子‐液晶界面のアンカリングが垂直5µm

かつ強力な系を実験的に作り出し、その際に生じる粒子間力を光ピンセットを用いて直接測定した。図に、大きさの異なる粒子間に働く力 F配置(2)の粒子間距離 R 依存性を示す。この場合、配置5µm(2) の配置の場合の方が (1) の場合より大きな引力を示すことが分かる。しかし、この力の大小関係は、静電気学とのアナロジーを用いた Luben-

sky らの理論式と異なる結果を示すことが明ら

図．粒子間力Fの粒子間距離R依存性及び、粒子の偏光顕微鏡像かになった。当日は、数値シミュレーションの

24

C-4

糖アルコールの結晶化
九大院理 A

堤一真A , 坂口啓志 A , 町田光男 A

過冷却状態やガラスのような非晶質の系におた。一方で、1 H 核の T1 を測定すると、両者にける、時間経過による構造変化や結晶化に関すは違いが表れることが観測された。また、顕微る理解は、基礎研究の面だけでなく、製薬や食鏡により結晶化の様子を観察し、それによって品等の保存に関わる応用の面においても重要で求めた結晶成長速度にも違いが表れることが観ある。本研究では、互いにキラルな糖アルコール測された。実験と結果の詳細は当日に発表する。

類化合物同士における結晶化挙動の違いに着目

xylitolD-arabitol

CH 2OHして、顕微鏡観察や NMR を用いて研究を行っ

H
HO
H

ている。

OH
H
OH

xylitol

CH 2OHHOH
H

CH 2OHHHOH

CH 2OHxylitol と D-arabitol は、互いにキラルな分子であり、過冷却状態における結晶化のし易さに大きな違いがあることが知られている (xylitol

D-arabitol

CH 2OH

H
OH
OH

OH
H
OH
CH 2OHCH 2OH
H
OH
OH

HO
H
H

CH 2OHxylitolD-arabitol

xylitolD-arabitolの方がより結晶化しにくい)。図に固体核磁気共鳴装置 CMX-300 を用いて測定した、過冷図却状態における、xylitol と D-arabitol の 13 C
核におけるスピン格子緩和時間 T1 の温度依存性を示す。両者に顕著な違いは観測されなかっC-5

xylitolとD-arabitolにおける13C核のT1の温度依存性。
それぞれの図は両末端の炭素核(左図)とそれ以外の炭素核(右図)について測定したT1を表す。

液晶-コロイド混合系の構造形成
領域 12A

木村康之 A , 市川正敏 A , 北紘典 A , 元永大介A

水平配向した液晶溶媒中のコロイド粒子は、果、異なった構造形成を示すことが予想される。

粒子の大きさなどに応じ、サターンリングやダ

図はネマチック液晶に体積分率３％で高分子をイポールと呼ばれるいくつかの粒子欠陥対構造

混合した系で観察された構造である。

をとることが知られている。水平配向処理した

30µm

セル中におけるネマチック液晶と高分子の相分
離では、相分離した高分子の液滴が引き起こす
液晶配向場の歪みによってダイポール型の液滴欠陥対が発生する。この時、液滴間に双極子-双極子相互作用が働くことでラビング方向に液滴が引力を及ぼしあい直鎖状に並ぶ。
本研究では、配向処理をセルの上下で直交させ相分離で生成した液滴が作るコロイドの構造形

図

成を調べた。この場合の構造は、液晶配向場の初期状態が水平配向の時と異なるため、その結

25

配向方向を直交させた時に示す構造

C-6

二分子膜系の局所トポロジーとダイナミクス
九大理 A , 九大院理 B

山本直樹A , 高橋賢治 B , 下道陽子 B , 市川正敏 B , 木村康之

B

複雑流体の中でのコロイド粒子のブラウン運察し、その運動を解析した。水溶液中では粒子動は、複雑流体の持つ構造の影響を受けて単純の速い３次元的拡散のために粒子の長時間追跡

流体中のそれとは異なる。本研究では両親媒性が困難である。しかし、ラメラ中では粒子は２分子からなる２分子膜が形成するラメラ構造中

分子膜間に拘束されるために、同一焦点面内ににおけるコロイド粒子のブラウン運動を観測し粒子が留まり、長時間にわたり粒子の２次元拡た。ここで、ラメラ構造とは図に示すように２散の観測が可能であった。当日は膜間距離と拡

分子膜と水層が交互に一定の周期で積層した構

散係数の関係を中心に発表する。

造である。実験では非イオン性界面活性剤

triethylene glycol monodecyl ether (C10 E3 ) 水溶液を用い、ラメラ構造を自発的に形成させた。
C10 E3 の濃度を調整することにより膜間距離 d
を数十 nm〜数百 nm 程度の範囲で制御可能でdある。この膜間に直径 50nm の蛍光コロイド粒
子を分散させ、その運動を蛍光顕微鏡で直接観C-7

図：両親媒性分子の２分子膜(左）とラメラ構造（右）ドーパネント添加ネマチック液晶の電気物性
九大理 A , 九大院理 B

吉野

圭介A , 川藤 洋志 B , 堤 一真 B , 市川 正敏 B , 木

村 康之 B

ネマチック液晶にキラル剤や微粒子などを添を報告するとともに、観測された緩和の機構について議論する。

加し、その物性を制御することで新たな機能発現を目指した基礎研究が、近年、盛んに行われている。液晶の光学的物性を制御するために色素などを添加する研究は従来行われてきたが、室温でネマチック相を示す n-pentyl-

2500
2000

称 TCNE）を添加すると電荷移動錯体が形成

1500

Re[ε*](5CB )Im[ε*](5CB )Re[ε*](TCNE 5% )Im[ε*](TCNE 5% )

25
20
15

*

ε

ε*

n -cyanobiphenyl（通称５ CB）に、不純物（ドーパント）として Tetracyanoethylene（通され、赤褐色の液晶ができることが最近報告さ

1000

10

れた。本講演ではこの液晶の電気的物性測定を5005行ったので、その結果を報告する。図には室温0における複素誘電率スペクトル（周波数依存性）の測定結果を示す。純粋な５ CB の場合と比べ、TCNE を数％添加すると誘電率が十倍から百倍も増加し、また低周波にデバイ型の緩和が出現することがわかった。当日は誘電率スペクト
ルの温度依存性ならびにドーパント濃度依存性

26

0
10

2

10

3

10

Frequency (Hz)

4

10

5

図 5CBと5CB+TCNE(5mol%)の複素誘電率
スペクトル

C-8

光ピンセットによるリポソームの形態転移と相分離
九大院理 A

下道陽子A , 市川正敏 A , 木村康之 A

リン脂質からなる２分子膜の小胞をリポソー

我々は、相分離に伴いドメインが融合し bud-ムという。リポソームは生体細胞と同様な性質をもつため、そのモデル系としてさまざまな研

ding する様子や、光ピンセットによってリポソームに張力を加え変形するとドメインが集究が行われている。

合する様子の観察に成功したので報告する。

本 講 演 で は dioleoylphosphatidylcholine(DOPC)、sphingomyelin (SM)、cholesterolの 3 成分からなる混合脂質リポソームを作成し、その相分離挙動について報告する。
図は、共焦点レーザー顕微鏡を用いて観察したリポソームの 3 次元画像である。図中の白い部分は DOPC が存在する場所を示している。
脂質の成分比を変えることによって DOPC を5µm

多く含む disorder 相の白いドメイン (左図) や、

SM と cholesterol を多く含む order 相の黒いドメイン (右図) が見られる。

C-9

ソルビトールの液体状態における NMR
九大院理 A坂口啓志A , 堤一真 A , 町田光男 A

ガラス転移点近傍の過冷却液体は、αモード、

Johari-Goldstein モードといった緩和モードが共存し、動的に不均一であると言われている。こTg

れらのモードの起源を考えるにあたって、分子中における局所的な運動性を調べることは重要である。ソルビトールは典型的なガラス形成物

TD質であり、これまで熱量測定や誘電測定等での多くの実験が行われてきた。本研究においては、
ソルビトールに関して、液体からガラス転移点近傍の温度域にわたってＮＭＲ測定を行った。固体核磁気共鳴装置 CMX-300 を用いて測定した、
1

H 核のスピンー格子緩和時間 T1 の温度依存性を図に示す。Tg は、熱測定によって報告されているガラス転移温度である。TD 以下の温度域
では T1 に分布が表れることが確認された。当日は 13 C 核の T1 も合わせて報告する予定である。

27

図 スピンー格子緩和時間T1の温度依存性

C-10

光ピンセットを用いた液晶マイクロドロップレットの配向パターン
制御
福岡大理 A

有吉大記A , 足立寛人 A , 宮川賢治 Aが分かる。詳細については、講演で報告する。

脂質によって周囲を固めたネマチック液晶マ
イクロドロップレットは、脂質によるアンカリ
ングの効果によって壁面に垂直な配向ベクトルをもち、その中心に欠陥が形成されることを観測した。さらに、この欠陥から壁面に向かって伸びる十字状のディスクリネーションラインを観測した。
この液晶マイクロドロップレットの中心に円偏光レーザービームを集光し、欠陥の回転
ダイ ナ ミ ク ス を 調 べ た 。サ ン プ ル の 厚 み が
約 2 μ m のとき、十字状のディスクリネー
ションラインとは異なるリング状のディスク
リネーションラインが集光位置から発生した。
図 1 は、リングパターンの発生に伴うクロスパターンの軌道運動の様子を示している。両パターンは、1 周期の間に 4 度衝突すること

C-11

ゼラチンゲルおよびゾルの電気伝導度
崇城大学

総合教育 A , 第一薬科大学 B , 九州大学

学 中央分析センター D

長正徳A , 長中央分析センター C , 九州大

普子 B , 坂下

寛文 C , 三浦好典 D

ゼラチン溶液の溶媒のゾル-ゲル転移点近傍の物性を調べるために、種々のゼラチン濃度のゼラチ
ン溶液の電気伝導率を転移温度を含む温度領域で測定した。
ゼラチンは市販の (和光純薬工業 (株)) もの、溶媒は pH6.86 の標準緩衝液 (和光純薬工業 (株))を用いた。測定はゼラチン濃度約 5wt% から約 55 wt% の 12 種類のゼラチン溶液の試料について行なった。
測定は電気導電率計 (堀場製作所 (株))、セル定数 1.050 cm−1 の導電率電極を用いて行なった。
各試料の電気伝導率の温度依存性を約 340 K から約 280 K の温度領域で測定した。我々の予想に反し、電気伝導率の温度依存性はゾル-ゲル転移点の近傍で何の異常も示さなかった。各ゼラチ
ン濃度の溶液の電気伝導率の温度依存性をもとに、各温度での電気伝導率の濃度依存性を求めた。
これより、ゼラチン濃度と絶対温度の関数であるゼラチン溶液の電気伝導率 κ(%, T ) はゼラチン濃度だけの関数 f (%) と標準緩衝液の電気伝導率の温度依存性を表す関数 κ(0, T ) との積で与えられることが得られた。

κ(%, T ) = f (%)κ(0, T )これより、次の結論が得られる。

(1) ゲル相およびゾル相の溶媒の構造は同じである。
(2) ゼラチン溶液の電気伝導率は溶媒の自由水の部分（ゼラチン分子に結合していない部分）によることがわかる。

(3) 関数 f (%) はゼラチン溶液中の自由水部分の体積比を表わす。

28

C-12

液晶空間光変調器におけるパターンダイナミクス
大分大学大学院工学研究科電気電子工学専攻 A晃

浜田裕貴A , 長屋智之 A , 小野澤A

液晶を用いた光の位相制御デバイスに液晶空成し、θ に関する自己相関関数を求めた。また、

間光変調器 (SLM:Spatial Light Modulator) が

30 度回転下で安定な 6 周期構造に対応する波数ある。光フィードバックを加えることにより様々

kθ =6 とその半分の kθ =3 のモードについて時間自己相関関数の電圧変化を測定し、安定な 6周期構造がどのように不安定化するかを調べた。

な自己組織化パターンを観測できるため、非線形動力学の興味深い実験系として注目されている。SLM 光回路に回転フィードバックを導入して電圧を印加すると、ある電圧で静的な花弁状
自己組織化パターンが発生し、電圧をさらに上げるとパターンは揺らぎ、時空カオス状態に至る（図 1 参照）。本研究では時空カオスへの変0.2mm

移を定量的に解析するため、ある半径 r における方位角 θ 方向の時間変化を示す時空画像を作

C-13

１成分単純液体のガラス形成過程
九大院理 A

水口朋子A , 光明丈浩 A , 梅崎雅寛 A , 松井淳 A , 小田垣孝 A

ガラス転移の研究において、粒子の微視的な運動を観測できる分子動力学法は大きな役割を果たしてきた。シミュレーションでは通常、単純粒子の多成分系または複雑な分子系が用いられる。1成分単純系のガラス形成シミュレーションは、結晶化を阻害するのが困難であるという理由からほとんど試みられていない。しかしながら、１成分系では本質的にガラス形成が不可能であるという明確な証拠はない。そのため、１成分系でガラス形成が可能かどうかというのは、長い間の学問的な興味の対象となっている。
私たちは、粒子間の相互作用が次のレナード・ジョーンズ・ガウス (LJG) ポテンシャル [1]
{( )
(
)}
( r )6r0 12(r − rG )20
V (r) = ²0−2
− ² exp −rr2σ 2で表される、１成分単純液体の２次元における熱力学的および動的な性質を分子動力学法を用いて調べ、ガラス状態が実現されることを明らかにした。
系を液体状態から急冷したところ、融点よりも低い温度で比熱が急激に減少し、かなり低い温度領域においては、長距離秩序を持たない状態が安定に存在することが分かった。それよりも少し高い温度では、過冷却液体から結晶状態へ緩和していくのが見られ、中間散乱関数および平均二乗変
位の振る舞いから、この緩和の様子がガラス転移の緩和と同じような特徴を示すことが分かった。

[1] M. Engel and H.-R. Trebin, Phys.Rev.Lett. 98, 225505 (2007)

29

C-14

ナノグラファイト及びカーボンナノチューブのナノ構造と気体相互作用特性
熊大院自然 A

市村憲司A , 甲斐田郁恵 A

気体との相互作用は、質量分析昇温脱離法を用いて調べた。本研究手法は、少量試料の測定ができ、動力学的な解析に基づき、相互作用に関する知見を売ることができる。グラファイトは気体との化学的相互作用は示さない。ナノグラファイトとして、粒子サイズ２５、４０，７０ｎｍの結晶化カーボンブラックおよび無定形カーボンブラック (粒子サイズ２８ｎｍ) を使用した。水素との相互作用は、結晶化カーボンブラック系では、粒子サイズ４０ｎｍ、７０ｎｍの試料は相互作用が低下した。粒子サイズ２５ｎｍの結晶化カーボンブラックと粒子サイズ２８ｎｍの無定形カーボン
ブラックは、水素との相互作用は示すが、異なる昇温脱離特使を示す。また、粒子サイズ２８ｎｍの無定形カーボンブラックはＣＯとの相互作用が認められるが、粒子サイズ２５ｎｍの結晶化カー
ボンブラックはほとんど認められない。この特性は、通常の吸着特性によるものではなく、両者の異なる電子状態に基づくものと考えられ、近年のナノグラファイト系電子状態の計算結果に基づくこと、さらに、ナノ構造の特異的な効果が表れるサイズが、２５−４０ｎｍ付近にあることを示唆している。カーボンナノチューブについては、実験的なナノ構造との相関を報告し、単層カーボン
ナノチューブのチューブ径ならびにキラリティーなどに基づく理論計算予測との相関を議論する。

C-15

グラファイトの磁気抵抗
九大院理 A , 九大高推セ B , 九大院理 C , 九大院理 D
BA, 山田 和正 , 篠崎 文重

小倉

俊助A , 小久保伸人

AGraphite は, 炭素からなる亀の甲状の層状構

ことで説明できると考えている。当日の発表

造物質で面内は共有結合 (sp2) で平面となってでは、これらの結果について詳細な報告をする。

おり、面間は van der waals 力によって面と面が積み重なるように結合している。このように

graphite は方向によって結合が異なる異方性をもっており、その異方性が様々な物性に影響をあたえている。特に電気伝導率においては、面
間よりも面内のほうが高くなるといった異方性が現れる。今回、われわれは kishgraphite をもちいて面内, 面間の磁場中での電気抵抗の温度依存性や電気抵抗の磁場依存性を４端子法を用いて測定した。通常の面間、面内の測定に追加し、面間の抵抗測定において電流端子、電圧端子を互い違いに配置して電気抵抗の磁場依存性の測定もおこなった。その結果、特異な電気抵抗の振る舞いを観測した (右図)。この現象は電気抵抗率の異方性が磁場、温度によって変化し、電流の流れ方がかわると考える

30

C-16

擬２次元系における高分子の形態とダイナミクス
九大院理 A植村

仁A , 市川

正敏 A , 木村康之 A

微小空間に拘束された高分子の挙動はマイ
クロ流路中やゲル中でのダイナミクスを理解する上で重要である。本研究では高分子に対する拘束が３次元から擬似２次元に移り変わる領域に着目し、高分子の形態とダイナミクスの同時観測を行った。実験では、２枚のガラス板の間に DNA を挟み、その間隔を 1µm〜20µmの範囲で変化させ、１分子の運動を蛍光顕微鏡
により観察した。取得した画像を二値化し、解析することで、DNA の重心まわりの異方的な広がり、重心の並進拡散ならびに長軸の回転緩図1：並進拡散係数の間隔依存性和を求めた。図 1 に並進拡散係数の間隔依存性を示す。また、表 1 に長軸の長さ、並進拡散係数、および回転緩和時間の間隔に対する依存性の実験結果と blob 理論による理論値を示す。
結果の詳細および考察については当日報告する。

実験結果(dx) blob理論(dx)‑0.25(-1/4)

長径‑0.26±0.04

並進拡散定数0.58±0.07

0.67

(2/3)

回転緩和時間‑1.07±0.10‑1.17(-7/6)

表1：間隔dに対する指数の実験結果と理論値の比較

C-17

単一高分子鎖の分子動力学
九大院理 A

黒江崇宏A , 三木啓央 A , 鴇田昌之 A

ゲルは３次元高分子網目と多量の溶媒からなる物質である。高分子網目を構成する高分子鎖が互いに化学結合の強い力によって架橋されると、ゲルは流れ出すことなく固体として振る舞う。これを化学ゲルと呼ぶ。このような状態は、高分子鎖の体積分率が、全体のゲルに対して数パーセント程度においても形成される。このような構造のため、ゲルの性質は網目を構成する化学種と溶媒の性質に強く依存する。従って、ゲルが浸っている溶媒の質を変えると高分子鎖と溶媒の相溶性が変わるためゲルは膨潤・収縮する。これまでに高分子鎖と溶媒の相溶性は、系の分極率に依存することが示されている [1]。しかしながら、高分子鎖のコンフィギュレーションと液体の相互作用の分子論的な描像を詳細に検討した研究は少ない。ここでは、親水性高分子であるアクリルアミドポリ
マーのコンフィギュレーションに及ぼす溶媒効果を分子動力学法によって解析することを目的に研究をおこなった。
シミュレーションのため、６４ｂｉｔ分散メモリ型並列計算機を構成し、ベンチマークテストで５．９ＧＦＬＯＰＳを達成し、性能、コストパフォーマンスとも良好な結果を得た。シミュレー
ションは、力場としてＡＭＢＥＲ ＦＦ０３を用い、加算的な相互作用のみを扱うこととした。溶
媒は極性溶媒としてＴＩＰ４Ｐ水、アセトン、無極性溶媒として四塩化炭素を選択した。溶媒のみ
を２９０Ｋで計算した結果、それぞれの溶媒の密度は実験値と良い一致を示した。これらの溶媒を用いて、重合度１６のアクリルアミドポリマーのそれぞれの溶媒中におけるコンフィギュレーショ
ンを測定したのでその結果を報告する。

[1] P.G. De Gennes , Scaling Concepts in Polymer Physics , Cornell University Press (1979)31

キラルスメクチック液晶の電気光学スペクトル
九大院理 A

川藤洋志A , 市川正敏 A , 木村康之 A

強誘電性液晶の巨視的スケールでのダイナ
ミックス測定法として、誘電緩和測定法と電気光学応答測定法の２つが広く用いられてきた。
しかし、その適用は線形域に限られていた。液晶のようなソフトな物質系では、その外場に対a1* (in arbitrary unit)

C-18

する応答は容易に非線形になることが期待され

110る。本研究で用いる周波数域非線形電気光学応

2

10

3

10
Frequency (Hz)410

図１ 強誘電性液晶の線形スペクトル a1*

答では、非線形応答の成分を入力周波数に対す
a 3* (in arbitrary unit)

る高調波成分として分離検出できる点に特徴がある。例えば、誘電緩和測定では測定されない
誘電率の異方性に起因する偶数次の応答を観測することが可能となる。例としてキラルスメ
クチック液晶の強誘電相（SmC∗ 相）における電気光学緩和スペクトルを図１，２に示す。結Re[a3*]
Im[a3*]

10

果の詳細および解析については当日報告する。

C-19

Re[a1*]
Im[a1*]

1

図２

10

2

3

10
Frequency (Hz)104強誘電性液晶の３次非線形スペクトル a3*

光ピンセットを用いた細胞の向き操作
九大院理 A , 京大院理＆ＪＳＴ B 市川正敏A , 久保康児 B , 吉川研一 B , 木村康之 A

我々はビームの傾斜を利用してトラップ対象物の傾きを制御する光ピンセットの手法を提案する。
光ピンセットの使用に十分な透過率・開口数を得られるレンズを使用した場合、開口の全てを使い切らずとも一定のトラップ力を得られると共に、余った開口をトラップ物体の傾き操作に充てる余裕が生まれる。これまでの光ピンセット技術は、焦点面における「点」でのトラップに主眼が置かれており、多数の点を上手く使うか、あるいは対象物体を溶液中で引っ張りまわす事で、トラップ
物体の向きを制御していた。これに対し、本手法で行うビームの向きも操作した光トラップでは、ビーム１本で同等の操作をより簡便に実現する事が出来る。この方法はマイクロビーズ等の点と見做せる対象物に用いるよりは、むしろ、ナノチューブ等の針状の物体や細胞などの非対称な物体のハンドリングに有効である。針をトラップした場合はその向きや傾きを制御できるので、ナノ細線の組み立てや細胞への刺激に用いる際に有用である。細胞をトラップした場合は細胞の向きを任意にコントロールする事で、単一細胞レベルでの外科的な手術に利用できると考えられる。

32

C-20

自由エネルギーランドスケープ描像に基づく過冷却液体の遅い緩和
九大院理 A

浴本亨A , 小田垣孝 A , 吉森明 A

液体ーガラス転移ではガラス転移温度付近で、比熱の急激な変化（熱力学的特徴）や緩和過程の分離（動的特徴）が観測されている。近年、熱力学的・動的特徴を統一的に記述する描像として自由エネルギーランドスケープ（FEL）描像 [1,2] が注目されている。

FEL 描像ではガラス転移を粒子配置空間で定義される自由エネルギーと関連付けて理解する。粒子配置空間で定義された FEL は、高温では平坦だが低温ではたくさんの極小をもつ多谷構造となる。ガラス転移は、系が観測時間内に１つの極小から抜け出せなくなる現象として理解される。
これまでに、微視的に FEL の構造が決定され、さらにガラス転移の熱力学的特徴も FEL 描像で定性的に理解されている
本講演では、FEL 上での代表点の時間発展方程式を、FEL を駆動力とするランジュバン方程式と仮定し、１次元モデル FEL を解析する。その結果、ガラス転移の動的特徴である遅い緩和の分離（α緩和、fast β緩和、Johari-Goldstein 緩和）が FEL 描像で定性的に理解できる事を示す。

[1]T.Odagaki et al.;J.Non-Cryst.Solids,352(2006)4843[2]T.Odagaki and T.Ekimoto;J.Non-Cryst.Solids,353(2007)3928

C-21

単一泡沫の寿命
九州大学理学府凝縮系科学 A

田崎森彦A , 三木啓央 A , 鴇田昌之 A

近年、ソフトマター物理学の研究対象として、泡の集合体、すなわちフォームの研究がなされている。特に、その粘性挙動、電気伝導性、泡沫間の相互作用などの特性が明らかにされてきているが、これらの研究の多くはフォームを構成する泡沫が非常に安定であるという仮定、すなわち系に存在する界面活性剤分子などが液体薄膜の表面を十分に覆っているということを前提とした系を対象とした議論であり、泡沫自信の安定性についての議論はほとんどなされていない。本研究では、単一泡沫の膜の不安定性を明らかにすることによって、安定なフォームを調整する条件を明らかにすることを目的として研究を行っている。気体‐液体泡沫は、通常外側に露出した膜が破れることで崩壊する。この現象は非常に難しい問題で排水、及び蒸発による薄膜の薄化、膜へのほこりの付着、
不純物や添加物（発泡抑制剤、界面活性剤）の効果など様々な要因が考えられる。我々はまず、膜の安定性にもっとも大きな影響を及ぼすと考えられる界面活性剤の効果を明らかにするため、純水に界面活性剤（ドデシル硫酸ナトリウム）を添加した系における泡沫の寿命を測定した。得られた結果から寿命τは界面活性剤濃度のおよそ 2 乗に比例して増加することがわかった。同様にして、ポリアクリルアミド、ゼラチン等の高分子にかえて測定を行った結果についても報告する。

33

C-22

光ピンセットを用いたコロイド系の力学物性測定
九大理 A , 九大院理 B

白肌真司A , 高橋賢治 B , 市川正敏 B , 木村康之 B

光ピンセットとは、集光したレーザーの光粒子が遠ざかる場合には引力が働くために力−

電場の勾配力によってミクロンサイズの粒子を距離曲線はヒステリシスを描くことがわかっ捕捉する技術である。これを用いれば、粒子た。

を非接触で三次元的に操作することが可能と

当日は、セル間隔や溶液の種類を変えた場なる。また、光トラップポテンシャルをミクロ

合の粒子間相互作用の変化と併せて報告する。

のばねばかりとして利用することで、pN オー
ダーの微小な力測定が実現される。このような
光ピンセットの特色を生かして、本実験では光ピンセットを用いて溶液中でのコロイド粒子間20Force (pN)

相互作用の直接測定を行った。
まず、二本の光ピンセットでポリスチレン粒
子をそれぞれ一個ずつトラップし、一方の焦点を固定しておき、他方のレーザースポットを一

10
0
-10
-20

定の速度で往復運動させ、粒子間の距離を変化4させた。そして、その時粒子間に働く力を求め

0.77µm/s

1.54
2.31
8

12

16

20

Separation (µm)

た。得られた力−距離曲線の速度変化を図に示図 コロイド粒子間に働く力‑距離曲線の速度依存性す。ここで、力の符号が正の場合は斥力を、負の場合は引力を表す。また、粒子の速度が大きい場合には、粒子間に働く流体力学的相互作用
により、粒子が接近している場合には斥力が、C-23

非線形応答を用いた液晶相転移の臨界挙動の測定
九大理 A , 九大院理 B

木下隆裕A , 川藤洋志 B , 堤一真 B , 市川正敏 B , 木村康之 B

液晶における等方相（Isotoropic）−ネマチッ

日はさらに、ランダウ・ドジャンの I-N 相転移

ク相（Nematic）の相転移は、弱い１次相転移に関する現象論的自由エネルギーを用いて得となる。その相転移点近傍ではネマチック相をられた結果を理論的に解析した結果も報告する。

特徴づける配向秩序パラメータ S が臨界挙動を示すことは以前から報告されていた。本研究では、等方相−ネマチック相の相転移近傍のネ
マチック相で線形 ε1 ・３次非線形誘電率 ε3 測40

ε 3 [10-27 Fm/V2 ]定を行なったところ、以下のような新たな知見を得ることに成功した。
【１】測定周波数領域において、ε1 は周波数にほとんど依存せず、定数であるが、ε3 は正の緩和強度を持つデバイ型スペクトルを示すことが302.00K

ε'3

30
20
10

ε''3

0
10

明らかとなった。

3

4

10

5

10

Frequency [Hz]【２】ε3 の緩和強度および緩和時間が相転移近図 6CBの３次非線形誘電率スペクトル

傍で臨界指数１の臨界現象を示すことが確認された。
測定例として、相転移近傍における 6CB の 3次非線形誘電率 ε3 の周波数依存性を示す。当

34

C-24

単成分単純液体のガラス状態における動的性質
九大理 A

光明丈浩A , 水口朋子 A , 梅崎

雅寛 A , 小田垣孝 A , 松井淳 A

アルゴンなど、等方的なポテンシャルで相互作用する単成分液体は結晶化しやすい。過冷却液体やガラス状態を研究するためには、結晶化を避けるため、急冷速度を大きくする、多成分系にするなどの工夫が行われている。これらの場合、非現実的な急冷速度が必要であること、相分離することや、相関関数の分析が複雑であることが問題となり、ガラス転移の本質が見えにくくなる。等方的なポテンシャルの単成分系で安定なガラス状態を作ることは、実際のガラスの研究において非常に重要である。

Lennard-Jones-Gauss(LJG) ポテンシャル
{( )
[
]}
( σ )6σ 12(r − r0 )2
V (r) = ²0−2
− ² exp −
r
r
2δ 2

(1)

は等方的であり、単成分であってもガラス状態を長時間保持する。そのガラス状態での平均二乗変位・動的構造因子の自己相関部分を分子シミュレーションを用いて計算した。本講演では、その動的性質および安定性について議論する。

C-25

液晶電気対流のパターン形成
九州大学理学研究院

凝縮系科学専攻複雑系 A

吉田裕輔A , 市川正敏 A , 木村康之A
液晶に電場を印加すると発生する液晶電気対流現象は、非平衡開放系の典型例として、多くの研究が行われてきた。液晶電気対流のパターンには様々あるが、その内の格子状のパターン（グリッドパターン）に着目して研究を行った。このグリッドパターンの上には、位相波が楕円状に広がって形成されるターゲットパターンが出現することが知られている。しかし、ターゲットパターンが複数存在した時にそれらがどのような相互作用をするのかは分かっていない。グリッド自体は結合振動子系とみなせるため、ターゲットパターンが複数存在した時には、引き込みなどの相互作用があると考えられる。今回、相互作用をみるため、周波数などの違うターゲットパターンを同時に存在させ、単一で存在している場合との比較を行い、どのような相互作用があるか検討した。液晶にMBBA、導電性を増すためにイオンとして TBAB を 0.01wt ％になるように MBBA に配合し、交流電場をかけ、グリッドパターンを作成した。

35

C-26

ソフトマターのマイクロレオロジー
九大理 A , 九大院理 B

坂本隼人A , 植村仁 B , 市川正敏 B , 水野大介 B , 木村康之 B

生物細胞の形はアクチンやチューブリンで構歩として、本研究では多成分の脂質を用いて成される細胞骨格によって維持されている。こマイクロエマルジョンを作り、一分子膜上に細の細胞骨格は自ら力を発生させることで、細胞胞骨格と接合可能なラフト状の構造を作製する。

の変形や移動などの能動的な活動を支えている。細胞骨格が生み出す力は細胞膜を介して細胞外物質に伝播するため、膜を含めたシステム
としてとらえる事が、細胞の力学物性および機能を理解するうえで重要である。細胞膜上には細胞骨格と接合するラフト状の機能ドメインが存在するが、この機能ドメインとベシク

ベシクル(脂質二分子膜)

ル上に形成される相分離構造との類似性が指摘されている。物理的な実験に適した、細胞骨格と膜を併せ持つモデルシステムを作る第一36

エマルジョン(脂質単分子膜)

会場 D
領域３

D-1

MnIII −NiII 系フェリ磁性単一次元鎖の 19 F − NMR
九工大工 A , CRESTB , 東北大院理 C
藤正樹

A,B

, 宮坂等

B,C

, 山下正廣東誠晃A , 出口博之 A,B , 岸根順一郎 A,B , 美B,CMnIII −NiII 系の 1 : 1 型単一次元フェリ磁性鎖の磁気緩和は相関長ξの温度及び磁場依存に[Mn(3,5-Cl2 saltmen)Ni(pao)2 (phen)](PF6 ) の
低温磁場中における緩和現象を直流磁化率、交よって理解され、イジング的長距離相関が低エネルギーの磁気応答を支配しているといえる。

F − NMR の緩和率の測定により調べた。また、理論計算により転送行列法
を用いて熱力学的諸量および相関長ξを厳密に流磁化率および19

求め、測定結果と一致するか考察したので報告する。
この系は MnIII (S = 2) と NiII (S = 1) が交互に並んだフェリ磁性鎖 (J /k = 20K) を形成している。図に示す様に交流磁化率 χTのピークの磁場依存性について、理論曲線と実験データは整合的であるといえる。また、
19

F − NMR における緩和率の測定においても整合的結果が得られた。これにより低温域で

37

D-2

有機低次元磁性体 DMTzNC-TCNQ の磁性の圧力効果
九工大工 A

原田寛之A , 松本周祐 A , 美藤正樹 A , 出口博之 A , 高木精志 A

シアニン色素の一種である 3,3 -Dimethyl-

2,2 -Thiazolinocyanine（DMTzNC）と TCNQと の １：１ 錯 塩 結 晶 DMTzNC-TCNQ は ，
S=1/2，J/k=-32K の比較的良い１次元ハイゼンベルグ反強磁性体であるが，1.5K 近傍で何らかの相転移を起こしていることを比熱の測
DMTzCNDMTzCN-TCNQのTCNQの帯磁率の帯磁率の温度依存性の
温度依存性の圧力効果

定結果が示している．今回はこの錯塩結晶の加圧下における帯磁率の測定結果について報告する． 右図は圧力を変えて測定した DMTzNC-

TCNQ の帯磁率の温度依存性を示したものである．いずれの圧力下においても，高温領域から温度が減少するにつれて帯磁率が増加し，1 次元磁性体に特徴的なブロードなピークを示した後，温度が減少するにつれて帯磁率は減少する．まχ[10-3emu/mol]

50 kbar
2 kbar
4 kbar
6 kbar
8 kbar
10 kbar
re_0 kbar
Bonner-Fisher model

4
3
2
1

た，圧力が上昇するにつれて，帯磁率のピーク0は小さくなるとともに，高温側にシフトしてい

0

40

80

120

160

Temperature [K]る．これは，予想通り，加圧によってスピン間の相互作用が大きくなっていることを示している．

D-3

有機低次元磁性体 DMTzNC-TCNQ 単結晶の ESR
九工大工 A

松本周祐A , 原田寛之 A , 高橋章 A , 美藤正樹 A , 出口博之 A , 高木精志

Aる DMTzNC-TCNQ は ，S=1/2，J/k=-32K

シアニン色素-TCNQ 系錯塩結晶の一つであter 吸収に寄与していたスピンが，低温域ではSub 吸収に寄与するようになっていると推測さの良い 1 次元ハイゼンベルグ反強磁性体であれるが，そのメカニズムはまだ明らかではない．

る．今回，この物質の単結晶の ESR 測定を行い，その微視的な磁性を調べた．単結晶のESR 吸収スペクトルは，室温から 12K 近傍まで温度依存度も角度依存性も小さく，低次元磁性体に特徴的な振る舞いを示さないが，その理由は明らかではない．結晶の温度が 12K
近傍以下になると，図１に示すように，g =2.00 近傍の ESR 吸収（以下，Center 吸収と称す）とは別に新しい ESR 吸収（以下，Sub 吸収と称す）が低磁場側で観測されるようになる．そして，温度の低下とともに，Center 吸収の吸収強度は弱くなり，Sub 吸収の吸収強度は強くなる．高温域で観測される強い Cen-

38

D-4

磁気測定による Dy の commensurate 状態観測
九工大工 A , SPring8B
A

谷口幸正A , 入口和幸 A , 川瀬真義 A , 美藤正樹 A , 出口博

A之 , 高木精志 , 大隈寛幸 B
希土類金属磁性体 Dy は RKKY 相互作用の存在によって、対称型螺旋構造が出現する。対称型螺旋構造の主要な特徴として、左回りの螺旋と右回りの螺旋が縮退すること、層間の回転角が大き
く螺旋の周期が短いことが挙げられる。Dy の結晶構造は六方最密構造 (hcp) であり、反強磁性転移と強磁性転移間の温度域 (90 Ｋ〜180K) で螺旋磁性を示す。層間の回転角は温度の減少に伴い小さくなり、螺旋軸と垂直な面内に容易軸があるため、いくつかの温度で commensurate 状態に

looking on される。この現象は、中性子回折実験や熱膨張・弾性定数測定等により確かめられる。
我々は現在、反対称型螺旋構造を実現するキラル磁性体の非線形磁化率測定を精力的に行っているが、対称型螺旋構造における非線形磁気異常の有無に関心を持ち、Dy の非線形磁化率測定を行った。実験結果は、113K 付近に階段状の磁気異常の存在を示唆するものであり、この 113K という温度は過去に報告された波数 1/6 の commensurate 状態になる温度と一致する。この状態は、層間の回転角が 30 °であり、hcp 構造の対称性を反映した角度である。この他にも commensurate 状
態に looking on されるいくつかの温度でも同様の磁気異常が観測できている。当日は、多結晶および単結晶試料の実験結果を比較しながら三次高調波磁化率 χ3ω 成分の温度依存性について詳しく
報告する。

D-5

RCl(OH)3 の低温比熱測定 (R ; Cu,Co,Mn)
九大院工 A , 佐賀大院理工 B

家永

祐次 A , 河江

雅人 B , 鄭

達也 A , 萩原

R2 Cl(OH)3 はパイロクロア化合物同様に四紘一郎A , 中家

義隆 A , 赤司

淳 A , 稲垣

旭光 B

wara et al., J. Phys.: Condens. Matter 19(2007) 145281. [4] H. Kubo et al., Preprint面体構造を持つフラストレート磁性体である
ことが、鄭らによって明らかにされてきた。

[1][2][3][4]
図１に R=Cu :clinoatacamite の比熱の温度依存を示す。ゼロ磁場では核比熱の上昇が見られず、T=17K,6K での電子系の反強磁性転移の影響をほとんど核は受けていない。磁場をかけると最低温部に核比熱の上昇が見られ、これは I=3/2 の Cu 核によるショットキー比熱でほぼ再現できる。図２に R=Mn の結果を示す。

T=3.4 K, 2.7 K に反強磁性ピークが見られる。
一方、T=1K 以下では比熱の急激な上昇が見られる。これは Mn 核スピンに起因するショット
キー比熱と考えられる。

[1] X.G.Zheng et al., Phys. Rev. Lett, 95(2005) 057201. [2] X.G.Zheng et al., Phys.
Rev. Lett, 97 (2006) 247204. [3] M. Hagi-

39

D-6

X2 FeSi (X = Mn, Fe, and Co) 薄膜の電子状態の比較
九大院・総理工 A , 東洋鋼鈑 B , アイオワ州立大学 C
B

CA, 森 寛敏 , 吉武 剛 , 三好 永作

小田原洋介A , 執行 大輔

A

近年，電子の特徴である電荷とスピン同時に

現在までの中間的な結果では，Co2 FeSi (5利用するようなスピントロニクス分野の研究が層，多重度 5) において DOS (図 1) より，マ

盛んに行われている．スピントロニクスでは，

イノリティー・スピンがフェルミ準位付近でスピンの特性をいかして，電荷に基づいた従来

約 0.02 a.u. のバンドギャップを持ち，マジョのエレクトロニクスでは不可能だったようなデリティー・スピンに 100 ％分極していること

バイスも実現できるようになると考えられていからスピントロニクスに重要であるハーフメ

る．我々は，スピントロニクスの新材料としてタルの特性を示していることが明らかとなった．
Alpha

注目されている Fe-Si 系薄膜の理論研究を行っ

Ef

Co2 FeSi のバルクおよび (111) 面薄膜についてその電子状態を調べることでこれらの物質のスピン注入用強磁性体としての特性の評価を行なうことを目的としている．今回は Mn2 FeSi，

Fe2 FeSi，Co2 FeSi の DO3 型 (111) 面系の様々な厚さの薄膜についての電子状態を密度汎関数

DOS [arb. un.]ている．本研究において Mn2 FeSi，Fe2 FeSi，

Beta
-0.2

法により計算し、フェルミ準位近傍の状態密度

DOS (Density Of States) を調べ比較検討した．

D-7

-0.1

E [a.u.]0

図 1. Co2FeSi (5 層 ・ 多重度 5) の DOS

磁気混晶の相転移の観測時間依存性
福岡工大工 A

北﨑保A , 加藤友彦 A , 久保英範 A

磁性原子が不規則に配列する磁気混晶の相転

Mnx Cd1−x (HCOO)2・CO に対する計算結果

移は、単原子結晶及び規則的配列の化合物の場を図に示す。この結果はスピンエコーの実験結合と異なり、秩序変数が明確に消失せず、緩や果と良く一致する。さらに、マルチカノニカ

かな転移を示す。この現象は緩和時間が観測時

ル法で比熱の計算を行い、実験結果と比較する。

間よりも長くなるための非平衡現象であると考えている。この研究では、不規則磁性体における秩序変数の温度変化が観測時間によってどう変わるかをシミュレーションにより計算し、最近の NMR の実験と比較する。モデルとして、二次元正方格子に磁性原子と非磁性原子がランダムに配置された磁気混晶の系を対象として考える。最近接格子間の相互作用のみ考慮するイ
ジングスピンモデルを設定し、動的モンテカル
ロシミュレーションの手法を用いて物理量の計算を行った。

40

0.1

D-8

Ni1−x Mx (M ＝ Zn, Mn, Co)(HCOO)2 ·2H2 O の NMR
福岡工大 A

大塚幸典A , 久保英範 A , 善明和子 A

Ni(HCOO)2 ·2H2 O には，配位子の違いにより Ni(A) と Ni(B) によるそれぞれの層があり，
9

その層が a 軸に交互に積み重なっている．このN M R F r e q u e n c y [M H z]

物質は，NMR 測定によって，TN =15.5[K] 以下
で A 面の Ni 原子はキャントした反強磁性，B面の Ni 原子は本来常磁性であるが，A 面の双極子磁場によって反強磁性的になり，フェリ磁性のように見えることを示した 1) ．今回我々は，Ni(HCOO)2 ·2H2 O に少量の Zn，Mn，そしてCo を加えた結晶をそれぞれ製作し，これらの不純物が磁気モーメントにどのような影響を与

△：Zn
●：Mn
○：Co

8

7
0

えるのかを NMR によって観察した．右図にゼ0 .0 50 .1

0 .1 5

不純物濃度 xロ磁場測定の NMR スペクトル中，8[MHz] 付
近のピーク周波数の濃度変化を示す．現在様々なモデルを考え，磁気構造を解析中である．

1)K.Zenmyo,et.al,J.Phys.Soc.Jap75(2006)104704

D-9

幾何学的フラストレーション系 Co2 Cl(OH)3 の NMR
福岡工大 A , 九産大 B , 佐賀大 C

久保英範 A , 善明和子A , 時田正彦 A , 浜崎達一 B ,萩原雅人 C , 鄭旭光 C

遷移金属化合物 Co2 Cl(OH)3 は TC が10.5K の六方晶である。Co イオンは、ほぼの Co モーメントは向きがランダムであるこ

正四面体尾を形成しており、3 次元の幾何学

イトラインの緩和時間や信号強度の温度依存

的フラストレーション系物質として注目されの違いから、サテライトラインに反映されるている。既に磁化、比熱、μ SR 測定により

Co モーメントの揺らぎは大きい事が示唆され

長距離秩序と無秩序状態の共存が確認されてる。これらの結果をもとに、様々な磁気構造とを示している。またメインラインとサテラいる (1)。しかし、どのような方向で秩序してのモデルを現在検討中である。 (1)X.G.Zheng

いるのか、また、無秩序状態とは、向きが無et al., Phys. Rev. Lett. 97 (2006) 247204

秩序なのが、それとも、揺らぎが大きい状態
なのか、その磁気構造は明らかにされていな
い。今回はこの磁性化合物の磁気構造をＮＭ
Ｒの視点から考察する。

図は Co 核のＮＭ

Ｒスペクトルである。約 410MHz に強いピー
クが 1 つ、それより低い周波数で広い帯域に200

数多くの弱いピークが観測される。これは一部の Co モーメントは主軸方向に秩序、その他

41

250

300

350
400
NMR Frequency ( MHz )

450

D-10

パイロクロア磁性体の磁気構造に関するモンテカルロシミュレーショ
ン
福岡工業大学大学院 A

古賀陽介A , 加藤友彦 A

パイロクロア格子のスピンは幾何学的特性により強磁性相互作用の場合でもフラストレーションを持つことが知られている。最近、Zheng 氏等により M2 (OH)3 Cl の物質群について精力的に実験がなされ、磁気歪みを伴う複雑な磁気構造が報告されている。本研究では、これらを解析する基礎として、まず完全結晶の場合について、強磁性および反強磁性相互作用の場合の低温での磁気構造
ならびに相転移の様相をモンテカルロシミュレーションによって調べる。このパイロクロア格子は正四面体の重心の方向への強い異方性がある、モデルとしてこの方向へのイジングスピンを考える、サイトによってこの方向は４種類あるのでハミルトニアンは下記のように書かれる。
∑
H = −J(np(i) Si ) · (np(j) Sj )(i,j)

ここで Si , Sj = ±1 であり４つの方向の方向余弦は以下の通りである√

n1 = (√26 , 0, 33 )√n2 = (−√26 , 0, 33 )√n3 = (0, −√26 , 33 )√n4 = (0, √26 , 33 )熱浴法およびモンデカルロ法によりオーダーパラメータ、帯磁率、比熱を計算する、計算結果については講演で発表する。

D-11

Fe70 Ni30 のマルテンサイト変態に対する臨界圧力近傍の磁性と電気
伝導
九大院理 A岩井貞憲A , 巨海玄道 A

Fe70 Ni30 インバー合金は、常圧下でキュリーた後、減少した。詳細な解析は、当日報告する。

温度を TC =368K に持つ強磁性体である。また、[1] D. R. Rhiger and R. Ingalls, Phys. Rev.

マルテンサイト変態温度 MS =196K においてLett. Japan, 28 (1972) 749.

fcc から bcc へ構造相転移を起こす。TC ,MS に対する圧力効果は負であり、それぞれ 6∼8GPa,
1∼2GPa で消失する [1]。今回、我々はマルテン
サイト変態に対する臨界圧力近傍の電子物性を調べるため、1.0∼2.7GPa における電気抵抗測定を行った。Fig.1 に 1.0∼2.7GPa での電気抵
抗率の温度依存性を、内挿図に 2.0GPa での低温 (T ≤30K) の電気抵抗率を示す。どの圧力下においても、内挿図に見られる様な電気抵抗の極小 Tmin ∼10K が観測された。この Tmin は加圧に伴い上昇し、約 2.0GPa で極大値を取っ

42

D-12

ErNi の比熱に及ぼす元素置換効果
九大院理 A

鈴木寛志A , 光田暁弘 A , 和田裕文 A

希土類化合物である ErNi は温度 10.5K で常の 移 動 及 び 強 磁 性 の 減 少 を 得 る た め Er を磁性から強磁性に磁気相転移するため、従来の他の希土類金属と置換して磁化測定及び材料より大きな比熱を示し、蓄冷材として良好

比 熱 測 定 を 行った 。Fig.

な特性を有している。Dong Wang らは ErNi に置 換 し た と き の 比 熱 測 定 の 結 果 を 示 す。

に Er を Pr でH を吸収させることによって、ErNi の磁気的性質の変化を報告している。1
ErNi の転移転以下での冷却効率を向上させるため、大きい比熱を保ったままピークを低温側にシフトさせること。さらに強磁性という性質を抑えることができれば NMR や超伝導センサーなど磁気ノイズに敏感な機器の冷却にも優れた効果をもたらすことができるため、磁気的性質も重要である。
本 研 究 で は 、比 熱 の ピ ー ク の 低 温 側 へ

1 Dong Wang et al., J. Magn. Magn. Mater.311 (2007) 697

D-13

La(FeCoSi)13 の磁気冷凍特性
九大院理 A

貞松康史A , 和田裕文 A

磁性体の磁気熱量効果を利用した磁気冷凍が、新たな冷凍技術として注目されている。磁気冷凍を空調システムに実用化するためには、室温付近で大きな磁気熱量効果を示す物質が必要となる。

La(Fex Si1−x )13 は、NaZn13 型立方晶構造の金属間化合物で、Fe 高濃度 (x ≥ 0.86) での Tc は200K 前後で、遍歴メタ磁性転移に伴う大きな磁気熱量効果を示す。また、La(FeSi)13 の Fe を Co
で部分置換することで Tc が室温付近に上昇し、磁性の転移が少しブロードになることが知られている。
そこで我々は、La(FeCoSi)13 の Fe 濃度を固定し、Co 濃度と Si 濃度を変化させた様々な組成(La(Fe0.84 Cox Si0.16−x )13 、La(Fe0.85 Coy Si0.15−y )13 、La(Fe0.86 Coz Si0.14−z )13 ) での磁気熱量効果を調べた。磁気冷凍能力の評価には、以下の式で表される RCP と呼ばれる指標を用いた。
RCP = −∆S max × δT

(1)

この式の ∆S max は磁気エントロピー変化 ∆S M の最大値で、δT は ∆S M のピークの半値幅である。
当日の講演では、La(FeCoSi)13 の各組成での磁気熱量効果の大きさと、RCP により磁気冷凍能力を評価した結果を報告し、La(FeCoSi)13 の磁気冷凍材料としての有用性を報告する。

43

D-14

Co(II)-ピロメリット酸化合物の構造と磁性 (I)
九工大工 A , ルイ・パスツール大 B
AA

岸園康平A , 中隈大就 A , 山本淳一 A , 高木精A志 , 美藤正樹 , 出口博之 , M. KurmooB

磁性金属‐有機酸ハイブリッド化合物は，行った．この化合物は，細孔に比較的フリーな多様な磁気的ネットワークを構成し，その磁気水分子を 3 つ含んでいて，加熱によって脱水的特性は，ネットワーク構造に強く依存していすることが出来る．また，その磁性は，脱水・ることが知られている．そこで，この構造を加水に伴い，変化することが確認できる (図１)．

うまくコントロールすることにより，単に磁気的な応用に限らず，様々な応用の可能性が出てくる．例えば，これらの化合物構造内に含まれる水分子を取り除き，それによって出来た細孔を利用した新しい機能材料としての応用
や，外部圧力や連結する有機分子の違いによる磁気相互作用および磁性制御に関心が集まっている．そこで，それらを可能にするためには，これら化合物の基本的な特性を明らかにする必要がある．

今回，我々は，Co(II) に

ピロメリット酸を配位させた異なる 3 種類の化合物を作成し，磁気測定を行った．また，その中の 1 つについては，その結晶構造を明らかにすると共に，常圧・加圧下での磁気測定も

D-15

メソ多孔体 SBA-15 中に合成された BiMnO3 ナノ結晶の磁気サイズ
効果
九工大工 A , 福岡大理 B , CRESTC
A, 美藤正樹A,C

原園学A , 田尻恭之 B , 出口博之 A,C , 古曵重美A

, 高木精志 , 香野淳 B

BiMnO3 は、強磁性と強誘電性を併せ持つマ

以下でZFCと FC の磁化率に著しい差が認めら

ルチフェロイック系物質として知られている。これた。学会では、磁化過程、交流磁化率、ESRの物質のナノ結晶を作成し、ナノスケールサイの結果についても述べ、バルクとナノ試料の振ズ効果を調べたので報告する。試料は、一次元る舞いの違いを報告する。

細孔構造 (細孔 8nm 径) を有するメソ多孔体シリカの一種である SBA-15 を担体として、液相法により作成した。KEK、PF、BL-1B における XRD の解析結果より、SBA-15 中に約 14nmの BiMnO3 ナノ結晶を確認した。図に H=100G
における ZFC および FC の磁化率の温度依存を示す。バルクとほぼ同じ TC = 100K 付近で転移を示したが、Curie-Weiss温度Θはバルクが正の値をもつのに対し負の値となった。また T C

44

D-16

DAC を用いた YBCO 超伝導セラミクスの高圧力下磁気特性
九工大工 A , 徳島大総合科学 B
A

富永将A , 入口和幸 A , 小森田裕貴 A , 美藤正樹 A ,A

出口博之 , 高木精志 , 小山晋之 B取れる。当日はより詳細な結果を報告したい。

YBa2 Cu3 O7−δ 超伝導セラミクスは二段階の超伝導相転移を持っている。YBa2 Cu3 O7−δ超伝導セラミクスにはグレイン内の相転移温
度 T C1 、グレイン間の相転移温度 TC2 が存在する。P = 1GPa までの圧力効果はすでに報告されているが、我々はより高圧力下での圧力効果に興味を持っている。圧力発生装置にはダイヤモンドアンビルセル (DAC) を用い、基本周波数 f に比べて信号強度が格段に小さくなる高次高調波信号 (nf ) の検出を目標としている。

右図に周波数 f = 10Hz、交流磁場振幅 Hac = 0.5Oe の時の P ＝ 0、1.1、3.5GPa の各圧力下での線形磁化率χ 1 ω の
温度依存性を示す。図より圧力の増加とともに TC1 が高温側にシフトしていく様子が見て

D-17

新規カゴメアイス物質 Co2 (OH)3 Cl における低温短距離磁気秩序の発達
佐賀大理工 A , 九大工 B

鄭旭光A , 萩原雅人 A , 河江達也 B

14

い幾何学的フラストレーション物質であること

12

Specific heat (J/mol K)

我々は 遷 移 金 属 水 酸 塩 化 物 シ リ ー ズ
M2 (OH)3 X がパイロクロア格子をもつ新しを見出した「既報論文参照」。その内の一物質

Co2 (OH)3 Cl がゼロ磁場においてカゴメ・アイ
ス類似の部分強磁性状態を示すことも観察した。更に最近この Co2 (OH)3 Cl において、低Poly-Co2(OH)3Cl

10(Co0.9Al0.1)2(OH)3Cl

8
6

Co2(OH)3Cl

0.2

4

温で欠陥誘起相転移が存在することを見出し2た。低温で多結晶試料が単結晶試料に無いス

0

0.1

1

0

5

2

10

ピングラスのような磁気異常を示し、置換試

3

15

20

Temperature (K)

料 Co1 .8Al0.2 (OH)3 Cl では低温異常がさらに1.45 K
3.5 K
6K

秩序の発達が明らかになった「図」。講演ではアイスの低温相転移と比較して詳細を報告する。

Intensity (a. u.)

大きく現れ、中性子回折によって短距離磁気

4

5

6

7

8

9

10 11 12

λ = 1.82646(6) A
0

5

10

15

20

2θ (deg.)

45

25

30

35

40

D-18

Cu2 OCl2 における置換効果
佐賀大 A , 九工大情報工 B

行徳俊英A , 鄭旭光 A , 小田部庄司 B

我々は近年、新奇フラストレーション系物質-110

Cu2 (OH)3 Clを発見した[1] 。本研究はその近辺物質である Cu2 OCl2 に着目し、Cu2 OCl2 及び定・µSR 測定を用いて調べた。

Cu2 OCl2 については TN =70K での転移が最
近他のグループよりも報告されていたが [2] 、
我々は磁化率測定により新たに 20K 付近で磁

-2

10

FC

χ

置換物質 Cu2−x OZnx Cl2 の磁性を SQUID 測

TN〜70K

1/χ

Susceptibility χ (emu g-1)

Cu2OCl2-310

050 100 150 200 250 300

T (K)Cu1.5OZn0.5Cl2
-4

10

ZFC

Cu2OCl2-510気異常を見出し [図 1]、µSR のスペクトルをP (t) = A1 exp[−(σt)2 ] cos(ωt+φ)+A2 exp(−λt)+AB

10
（図１）

15

20

25

Temperature (K)

0.2

6
5

を用いて解析したところ、T < TN でもスピン

Cu2OCl2f (MHz)

揺らぎ (A2 ) が残り、T < 20K で再びスピンの凍結があることが見られた [図 2]。µSR 測定に
より磁化率異常の原因が解明された。

0.15

Cu1.5OZn0.5Cl2

4

0.1

3
2

0.05
1

[1]X.G.Zheng et al,PRB 71,052409 1-4(2005)

0[2]K.Kawashima et al,J.Phys:
Condens.Matter19(2007)145275

D-19

0
20
（図２）

40

60

80

0
100

Temperature (K)(Co1−x Fex )2 (OH)3 Cl における磁気秩序とグラス的性質の共存
佐賀大理工 A , 九大工 B

藤原理賀A , 萩原雅人 A , 鄭旭光 A , 河江達也 B

佐賀大グループは、3d 磁気イオンからなる-3きた。その中で磁化率測定から Co2 (OH)3 Cl
は Tc =10.5K で 強 磁 性 と 非 秩 序 の 共 存 、Fe2 (OH)3 Cl は TN =14K で反強磁性に転移する事がわかった。この２つの物質は同じ結晶構造で互いに置換することができると考

7 10

FC
-3

6 10

Susceptibility χ (emu g-1)

M2 (OH)3 X(M=Cu,Co,Ni,Fe,Mn X=Cl、Br）
四面体フラストレーション物質群を研究して

-3

5 10

ZFC

-3

4 10

-3

3 10

-3

2 10

えた。XRD 測定によって単一相の置換物質

H = 100 Oe
-3

1 10

0

(Co1−x Fex )2 (OH)3 Cl が合成でき、格子定数の連続変化が確認できた。磁化率測定では x

5

10

15

20

Temperature (K)

図1の変化に伴い転移温度に変化が見られ、x ＝x = 0.5サンプルのDC磁化率

0.25

0.4-0.5 ではスピングラスの振る舞いが見ら

0.2

Asymmetry

れた（図１）。μ SR 測定から長距離磁気秩序の存在が 確 認でき (図 ２)、磁気 秩序と グラスが共存していると予想される。既報論文: PRL.95,057201(2005),PRL.97,247204(2006)

0.15

T = 1.9 K
0.1

0.05

0
0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

Time (μsec)
図246x = 0.5サンプルのμSRスペクトル

Corrected Asymmetry

A1(Cu2OCl2)
A2(Cu2OCl2)
A1(Cu1.5OZn0.5Cl2)
A2(Cu1.5OZn0.5Cl2)

D-20

Co2 (OH)3 Cl1−x Brx 混晶系における複雑磁気転移-四面体制御及び磁性への影響佐賀大理工 A , 九大工 B

萩原雅人A , 鄭旭光 A , 河江達也 B

佐賀大学グループは歪んだ四面体を持つコ
バルト化合物 Co2 (OH)3 Cl においてカゴメ

Co2(OH)3Cl1-xBrx

024

アイス類似の強磁性秩序を見出した。一方でIntensity (log scale)205

Co2 (OH)3 Cl と同一構造を持ち、僅かに四面体が歪んだ Co2 (OH)3 Br において反強磁性転移することを示した。2 つの物質の磁性の違いの原因を明らかにする為に、ハロゲンを一部置換した

Co2 (OH)3 Cl1−x Brx を合成し、Spring-8 において粉末 XRD 測定を行い（図 1）、精密構造解析
により四面体の歪み等の結晶構造の変化を調べ

122
211

303

107
300 214x =1
x = 0.90
x = 0.87
x = 0.80
x = 0.48
x = 0.30
x = 0.10
x = 0.05
x =0

12

13

14
15
2θ (degree)16

図1 : Co2(OH)3Cl1-xBrxの粉末X線回折パターン

た。また DC 及び AC 磁化率を測定し、四面体歪11

みと磁性の変化との関係を調べた（図 2）。本研
歪みとの相関を明らかにすることが期待される。

AC 100Hz χ ' peak (K)x=0

究は幾何学的フラストレーションの発現と格子AFM

x = 0.109x = 0.30FM7x=1
x = 0.48

Co2(OH)3Cl1-xBrx
x = 0.80
5
1.094
1.096
1.098

x = 0.95

1.100

1.102

Distortion

図2 : Co2(OH)3Cl1-xBrxのAC磁化率のピークと四面体歪みとの関係

D-21

Fe2CrSi 薄膜の電子構造と磁化
鹿児島大学理学部 A , 東京大学総合文化 B

小田雄二A , 藤井伸平 A , 石田尚治 A ,浅野摂郎 B

我々は 、ホ イ ス ラ ー 構 造 の Fe2 CrZ(Z=IIIb,IV,Vb) について系統的にその電子構

膜厚と中心鉄原子の磁気モーメント値（グラフは中心の鉄原子の磁気モーメント値とバルクの値との差を示す）
atom1(2a)-2.282

造を調べ、それらの中にハーフメタルとなるものが存在することを予測している。1)

0.120

今回

0.099
0.080

momentは、 Fe2 CrSi の薄膜について第一原理計算 2)を行いその電子構造や磁化について報告する予

0.060
0.040

定である。膜や空格子部分の厚さに対する妥当

0.000な値を見積もるために bcc-Fe に対して予備的-0.040-0.022-0.016な計算を実行した。結果の一部を図に示す。

3

5

7

-0.003
11
layer

15

19

5 layer とは、上下の表面の内側に原子面が５層ある状態をいい、その膜厚はバルクの格子定数aの３倍となる。このグラフは、空格子の厚さを２ａとした場合である。

1) S.Ishida,S.Mizutani, S.Fujii and S.Asano;
Mater. Trans. 47(2006)1-7.A
2)
WIEN2k,http://www.wien2k.at/

47

D-22

Co-Ni-Ga におけるホイスラー構造の安定性と磁化
鹿児島大学理学部 A , 東京大学総合文化 B
浅野摂郎

岡田光央A , 藤井伸平 A , 石田尚治 A ,B

Ni2 YZ (Y=Cr,Mn,Fe,Co ; Z=Ga,Ge) において Ni2 YZ と (NiY)NiZ の電子系の全エネル
ギーを、WIEN2k∗) による第一原理計算により求め比較したところ、図のような結果を得た。

0.04

これから Y=Co の場合、ホイスラー構造が不E = (NiY)NiZ - Ni2YZ

0.03

安定になるのではと、予想される。

0.02
E(Ry)

我々は、Ni2 CoGa と、Co2 NiGa についてホイスラー構造以外の構造についても第一原理計
算を行い、それらの電子系の全エネルギーを比0.010較しながら、構造の安定性や磁化しついて議論-0.01

する予定である。

Z=Ga
Z=Ge

-0.02

Cr

*)

WIEN2kD-23,

http://www.wien2k.at/

ホイスラー化合物 Ru2−x Fex CrSi の物性鹿児島大学理学部 A

六角継美A , 重田出 A , 広井政彦 A

Ru2−x Fex CrSi は乱れにたいして高スピン分極の状態が安定になると理論的に予測され、ス
ピントロニクス材料として期待される。我々はこの物質を実際に作製し、0.5 ≦ x ＜ 1.8 の組
成範囲で、ホイスラー型構造になり、強磁性を示すことを見出した。また、Ru-rich の試料では反強磁性的な振舞がみられ、全体的な磁性は理論的予測に近い。図に x=0.1 の場合の M/Bの各磁場での温度変化を示す。Ru-rich の試料
では、図のようにスピングラス的な振舞が見出された [1]。

[1]M.Hiroi, K.Matsuda, and T.Rokkaku,
Phys.Rev.B 76,132401 (2007)

48

Mn

Fe

Co

D-24

幾何学的フラストレーション物質 Cu2 (OH)3 Br の構造と磁性
佐賀大理工 A , 九大工 B

山下健A , 萩原雅人 A , 鄭

近 年 我々は Cu2 (OH)3 Cl を 始 め と し た

旭光 A , 河江達也 B

-2

150

-2

100

-2

50

6 10

遷移金属水酸化ハロゲンイオン系化合物-1

Susceptibility χ (emu mol )M2 (OH)3 X[M=Co,Fe,Mn;X=Cl,Br] の 磁 性を系統的に調べてきた。Cu2 (OH)3 Cl は At-

4 10

1/χ

acamite,Botallackite,Clinoatacamite の異形体を持ち、Atacamite には磁気秩序、Botallackite

2 10には長距離秩序、Clinoatacamite には T =0K
までスピンゆらぎと長距離秩序の共存があるこ

H = 10 kOeとを我々が公表した。また、ハロゲンイオンも

0

0 10

0

0

この物質の磁性に影響することを確認した。

20

40
60
Temperature (K)

80

100

8

10

磁化率の温度依存性

本研究は、ハロゲンイオンの Cu 系物質に対20する影響を調べるために Cu2 (OH)3 Br の作製
Frequency(MHz)を試みた。その結果、Botallackite と同じ構造をもつ Cu2 (OH)3 Br を作製できた。磁化率測定
で T N =10K で反強磁性転移をしていることが分かり、µSR 測定では長距離秩序の存在が分
かった。

10

0

0

2

4
6
Temperature(K)ミュオンスピンの回転周波数の温度依存性

D-25

常伝導磁束変換型 SQUID 磁束計の開発
九工大工 A

西川浩二A , 入口和幸 A , 小森田裕貴 A , 富永将 A , 美藤正樹 A , 出口博

之 A , 高木精志 A

極微量試料の磁気信号を検出するとき、測定

換方式や電磁誘導方式の場合と比較検討する。

感度を高めるために、検出コイルを測定対象
試料の極近くに配置したい。しかし、SQUID
を用いる場合、このようなセッティングでは、測定試料の温度上昇に伴い検出コイルの温度も上昇する。つまり、超伝導体製の検出コイ
ルを使用した際、温度上昇の途中で超伝導磁束変換が破綻することになる。そこで、あくまでも SQUID を使用しながら、検出コイルを銅で作成する、いわゆる SQUID-常伝導磁束変換方式の開発を行った。右図は、Ho の常磁性状態から最終的に強磁性状態に転移する過程の交流磁化率の結果を示したものである。ヘリウム温度から室温までの広範囲の温度域で測定に成功した。当日は、周波数特性や測定感度について、SQUID-超伝導磁束変

49

D-26

メソ多孔体 SBA-15 中に合成された NdMnO3 ナノ結晶の磁気サイズ
効果
九工大工 A , 福岡大理 B , CRESTC
A

北村巧A , 田尻恭之 B , 出口博之 A,C , 古曵重美, 美藤正樹 A,C , 高木精志 A , 香野淳 B

ペロブスカイト型マンガン酸化物

似ている．磁化過程では磁性微粒子に特徴的な

Nd1−x Srx MnO3 は電荷整列相転移に伴う負の巨大磁気抵抗効果で注目を集めている. その母物質である NdMnO3 のナノスケール結晶を

超常磁性の磁化が現れ, 交流磁化率においては明らかにバルクとは違うふるまいが観測された作成し, その磁気特性のサイズ効果を調べたので報告する. 一次元細孔構造 (細孔 8nm 径) を有するメソ多孔体シリカの一種である SBA-15を担体として NdMnO3 ナノ結晶を作成した．

KEK,PF,BL-1B における XRD の解析結果より SBA-15 中に約 8nm サイズ径の NdMnO3ナノ結晶を確認した．図に H=100G における

ZFC および FC の磁化率の温度依存を示す. バ
ルクの転移点 TN = 88K 以下で磁化が増加し, より低温域で ZFC と FC の磁化率に差が認められた.これらの振る舞いはバルクの磁性とよくD-27

マグヘマイト磁性ナノ粒子の高圧力下構造解析
九工大工 A , CRESTB , ザラゴザ大 C

小森田裕貴A , 美藤正樹 A,B , 出口博之 A,B ,高木精志 A , A. MillanC , N. J. O. SilvaC , F. PalacioC
マグヘマイト (γ − Fe2 O3 ) のバルクは立方したあと、一時的に横ばいとなり、P > 9kbar で晶系に属し、欠陥を含む逆スピネル型構造を持

ま た 減 少 傾 向 に な る こ と が わ かった 。

つ。空間群は P43 32 で、格子定数は 8.342Å である。我々は結晶構造と磁性の相関に関心を持ち、圧力印加により磁性ナノ粒子の連続的構造操作を行い、結晶構造と磁気特性の相関を系統的に追跡する圧力実験を展開してきた。こ れ ま で に マ グ ヘ マ イ ト 磁 性 ナ ノ 粒 子の磁気特性における圧力効果を報告してきたが、今回は粒径が 15nm のマグヘマイト
磁性ナノ粒子の圧力下結晶構造解析の結果を中心に報告したい。実験は KEK の PF で
、圧力 発 生 装 置 は ダ イ ヤ モ ン ド ア ン ビ ル セル (DAC) を用いて行った。右図にリートベ
ルト解析より得られた格子定数の圧力依存性を示す。P < 5kbar の圧力領域で格子定数は減少

50

D-28

キラル分子磁性体における巨大非線形磁気応答
九工大工 A , 広大理 B , 首都大都市教養 C
A

B

入口和幸A , 美藤正樹 A , 出口博之 A , 岸

B

根順一郎 , 吉田祐輔 , 井上克也 , 菊地耕一 C

捉えた異常であると解釈している。

二次元キラル分子磁性体 [Cr(CN)6 ][Mn(R)−pnH(H2 O)](H2 O)(以下 GN − (R)) に お ける磁気構造については、中性子粉末回折実験
やµSR 実験などが行われており、いずれもキ
ラル磁気構造の存在を肯定する結果となっている。我々は GN − (R) の交流磁化率測定の面から、37K 付近にキラル磁気構造に関系す
る巨大非線形磁気応答を確認した。この磁気応答は交流磁場振幅の増加に伴い、増大する。図１に GN − (R) における三つの異なる各交流磁場振幅下での三次高調波磁化率χ03ω の
温度依存性を示す。χ03ω における巨大磁気応答
は磁気秩序化の前駆現象として観測されており、これはスピン波励起、Goldstone mode を

51

会場 E
領域６

E-1

液体 Bi-Sn 合金の共晶組成における構造の温度変化
九大院理 A , 高輝度光科学研究センター (JASRI)B
A

A

A

末永亮介 A , 尾原幸治 A , 上野B広樹 , 中島慎治 , 川北至信 , 小原真司 , 伊藤真義 B , 武田信一A
液体 Bi-Sn 合金系は Bi43 Sn57 組成で共晶点（融点 139 ℃）を示す液体合金系である。近年この共晶組成を有する液体合金系の内部摩擦測定結果から 800 ℃近傍でピークを持つこと、Sn 組成の多い領域ではさらに 480 ℃近傍にもピークを持つことなどが報告され、このような液体における液体-液体相転移の可能性が示唆されている。1) これを検証するため高エネルギー X 線を用い、透過法によりこの合金系の構造の詳細な温度変化の測定を行った。今回は、SPring-8 の BL08W ビー
ムラインの 176.6keV の高エネルギー X 線を用い、散乱角 0.3 °¡2 θ¡15.0 °の範囲で透過法を用いて回折実験を行った。共晶組成における第一主ピークの高波数側の shoulder 部分が高温では消失
していく事や第 2 ピークでの非対称な温度変化などが観測される。またこの共晶組成の液体合金については X 線の入射強度と透過強度の比から液体の密度の相対変化を推定できるが、その温度変化の結果から、融解後温度の上昇と共に 460 ℃付近まで密度が増加して行き、その後減少していくという興味深い温度依存性の結果が得られた。講演ではこの X 線回折の結果に中性子線回折の結果及び、RMC による解析結果をも加えてこのような液体の構造の詳細を報告する。

1) A. Wu, L. Guo, C. Liu, E. Jia and Z. Zhu, Physica B: Condens Mat. 369 Issues1-4 p51

52

E-2

CuZr2 金属ガラスのＸ線非弾性散乱測定
九大院理 A , KEKB , 理研 C , JASRID , 京大原子炉 E , 東北大金研 F , 名大院工 G
中島慎治A , 川北至信 A , 大友季哉 B , 末永亮介 A , Alfred.Q.R.BaronC,D , 筒井智嗣
D, 武田信一 A , 伊藤恵司 E , 加藤秀実 F , 福永俊晴 E , 長谷川正 G

ガラス転移は静的構造をほとんど変換さ

トしきれない剰余が低エネルギー側に存在しせずに、動的な性質を激変させる。単純な原ており、２励起でのフィッティングを行った

子ガラスである CuZr 系金属ガラスでは、５ところ、励起エネルギー間に相関が見られた。

回対称性をもつ局所構造が結晶化を妨げているとモデリングから示唆されているが、それだけでは動的性質の変化は説明できない。
我々は CuZr １：２組成金属ガラスを Spring-

8 の BL35XU 高分解能Ｘ線非弾性散乱ビーム
ラインにて測定した。そして実験結果から明瞭なフォノンの存在を確認した。このフォノンの分散曲線は正弦関数的であり、擬ブリル
アンゾーンの存在が強く示唆される。また、フィッティングにおいて１つの励起ではフィッE-3

過冷却液体 Mg-Cu-Y 系と Pd-Cu-Si 系の粘性、温度依存性
熊大院自然科学 A

内田敦子A , 安仁屋勝A

一般に，液体を冷却すると結晶化するが，その冷却速度が十分速いと，粘性の高い過冷却状態を経て非晶質固体（ガラス）になる。このようにして作成された金属ガラスは新奇な物性を示し、優れた引っ張り強度や弾性特性などの力学的性質や耐食性などを有するため、新材料として世界中で注目されている。基礎物質科学の観点からは、固化する直前の構造不規則性・不均一性に由来すると考えられる未解決問題も存在する。
今回は、準安定相状態を利用した新しい金属系材料として、実用的にも注目されている非晶質合
金 Mg-Cu-Y 系、Pd-Cu-Si 系の過冷却液体状態の粘性について報告する。
融体を構成する構造単位間の結合エネルギーの平均値とその揺らぎ、及び構造単位の配位数の平均値とその揺らぎを用いて、融体が示す粘性の振る舞いを記述するモデルが提案された。このモデルを用いて、実験で得られている上記過冷却液体金属の粘性の温度依存性をどの程度再現できるかということや、液体合金の物性について検討する。
参考文献

M.Aniya: J.Therm.Anal.Cal. 69 (2002) 971.
M.Aniya, T.Shinkawa: Mater.Trans. 48 (2007) 1793.

53

E-4

第一原理分子動力学法による液体 CdTe の構造と電子状態の圧力依
存性
熊大院自然科学 A

宮田恭尚A , 下條冬樹 A , 安仁屋勝 A

IV 族の液体と III-V 化合物の液体では、常圧において既に密度の高い 6 配位的な構造になっており、圧力を増加しても構造は急激には変化せず配位数のより大きな構造へと徐々に変わっていくことが知られている。一方、液体 II-VI 化合物では、常圧において 4 配位的な構造を持つため、圧力増加により急激に 6 配位的な構造へ変化するのではないかという事が示唆されている。本研究では第一原理分子動力学法を用いて、II-VI 化合物の一つである液体 CdTe の構造と電子状態の圧力依存性を調べる。構造因子は実験とよい一致を示し、計算が成功していることがわかる。構造の圧力変化の特徴は、同種原子間の相関が圧力とともに大きく変わることである。このような圧力依存性と結合状態の変化の関係に着目することは、狭い圧力範囲での液体 CdTe の急激な構造変化のミク
ロな機構を解明する上で重要であると考えられる。そこで今回は、Population 解析の手法を用いて結合状態の圧力依存性に注目する。講演では高圧下の構造と結合状態を関連付けて議論する。

E-5

第一原理分子動力学法による液体 SrGeO3 の構造と電子状態の圧力依存性
熊大院自然科学 A

菅原崇行A , 下條冬樹 A , 安仁屋勝 A

GeO2 や SiO2 のような局所的に四面体の分子構造を持った液体において液体-液体一次相転移の存在が示唆されているが、技術的困難さによりこれらの物質に対する実験的報告は多くない。近年、液体 Li2 O-4GeO2 や液体 B2 O3 -SrGeO3 において圧力増加に伴い Ge に対する
O の配位数が急激に増加することが報告された。このような圧力変化のミクロな機構を解明するために、液体 SrGeO3 に注目し、構造の圧力依存性を第一原理分子動力学法による計算機シミュレーションを用いて調べる。特に、圧力による Ge-O 間の距離や結合状態の変化に注目し、加圧に伴う構造変化の機構を解明する。右図に液体 SrGeO3 の部分動径分布関数の圧力依存性を示す。講演では、原子の空間分布や電子状態の点からも議論する予定である。

54

E-6

超イオン導電体の非線形光学定数
熊大院自然科学 A

池田

祥典A , 安仁屋勝A

超イオン導電体におけるイオン輸送現象に対し、結合揺らぎモデルが提案されている [1]。このモデルによると、結合の局所的な不安定性が、イオンが動くための力場を作り、それをきっかけに
新しい不安定位置が連続的に発生し、相関をもったイオンの運動と高いイオン伝導度となる。
上記のモデルから、イオンの移動には分極が伴ない、高いイオン伝導度を持つ物質の分極率は大きな値を示すことが予想される。このような背景をもとに、イオン導電性と非線形光学現象の関係を調べている。今回の発表では、その予備的な結果を報告する。
種々のガラスで報告されている三次の電気感受率と屈折率の関係を調べると、大部分のガラスは一次と三次の電気感受率、χ(1) と χ(3) を結びつける Miller の経験則 [2]()4χ(3) = χ(1) × 10−10 (esu)にほぼ従う。しかし、高いイオン伝導性を示す AgI − Ag2 O − B2 O3 系ガラスは Miller 則から大きくずれる。この逸脱の理論的基礎付けとイオン伝導機構との関係は今後の研究で明らかにしていきたい。

[1] M.Aniya: Solid State Ionics 50 (1992) 125.
[2] C.C.Wang: Phy Rev B 2 (1970) 2045.

E-7

速度相関関数に対するモデル：非調和項の効果
熊大院自然科学 A

犬童

貴樹A , 安仁屋勝A

速度相関関数は、物質中の粒子の運動や輸送現象などを記述する際に用いられる物理量であり ,Tankeshwar らは解析的な速度自己相関関数として次式を提唱した。
C(t) = cos(ωt) sin h(t/τ )(1)

ω は振動数、τ は緩和時間である。このモデルは、速度相関の形や自己拡散係数を良く表すことが分かっており、アルカリ金属液体、混合液体、LJ 液体等で多く議論されている。またこのモデル
では、粒子はポテンシャル井戸が極小となる位置で調和振動をしているという仮定をしている。今回の発表では、上述のモデルにおける非調和性と緩和時間の関係性を議論する。構成粒子が非調和運動を行うとして待機時間を導出すると次式となることがわかった。

τ=()1/2 ( 2 2
)−1/2
γ1 γ0
γ2
γ0 γ1
γ0 γ13γ14
γ02 + 2
+ 2 12
+
4
+
5
β
β
β2
β3
β4

(2)

ここで γ0 , γ1 は振動数の一番目と二番目の展開係数であり、非調和性を表す。また β = (KB T )−1
である。
参考文献

K.Tankeshwar,N.Singula,K.N.Pathak:JPhys.Cond.Matt.3(1991)3173

55

E-8

銀系超イオン導電ガラスの RMC 構造モデリング
九大院理 A , JASRI/SPring-8B
B

末永亮介A , 尾原幸治 A , 川北至信 A , 武田信一 A ,A小原真司 , 中島慎治 , 上野広樹 A

銀系超イオン導電ガラスの中でも特にガラス形成濃度領域の広い Agx (GeSe3 )1−x は、電気伝導度の組成変化から、x 〜 0.3 の濃度領域で伝導度が 8 桁大きくなることが見出されている。組成 x を系統的に変化させた時どのように構造が変化するかを調べた。実験は SPring-8の BL04B2 ビームラインで 113.26keV の高エネルギー X 線回折による構造測定を行った。二体分布関数において銀濃度に比例して 2.64 Åに Ag-Se 間結合を表すと考えられるピークが成長しており、カルコゲナイドガラスの基質である Se に隣接するサイトに Ag イオンの伝導パスが構成されていくのではないかと考えられる。この実験データから適切な物理的拘束条件を取り入れた構造モデリングを用いて Ag イオ
ンの伝導パスを原子配列の観点から議論したい。

E-9

溶融銀ハロゲン混合系の構造
九大院理 A , 新潟薬科大 B , JASRIC
川北 至信 A , 武田

信一 A , 末永

上野広樹A , 田原亮介 A , 中島周太 B , 小原

慎治 A , 尾原

真司 C ,

幸治 A,C

我々は、これまで銀とハロゲンの混合物の液

折実験による AgI と AgCl の液体相での構造

体相について X 線回折実験および中性子回折因子を主なピークの付近で拡大した結果である。

実験によってその静的構造を解析してきた。特に AgI は高温固体相でヨウ素の部分格子中を銀イオンが高速で移動することによって超イオ
ン導電体となることが知られており、我々はこの超イオン導電性が溶融状態でも残存することをその構造モデルから提唱している。AgClと AgI は 43:57 の組成比で共晶組成を取り、この組成では、中性子回折実験により温度上昇
とともに全二体分布関数 g(r) の第二ピークが長距離側に大きくシフトすることが確認されており、AgCl と AgI の競合状態が変化していると考えられる。この変化を詳細に見るため、X 線回折実験を透過法を用いて行い、構造を測定したので報告する。図はこの実験の解析から得られた構造因子 S(Q) と、今回と同様に SPring-8 の BL04B2 で行った X 線回

56

E-10

高圧下におけるバルク金属ガラスの弾性的性質の見積もり
熊大院自然科学 A

近年、100mm もの厚さをもつ

横田

バルク

裕子A , 安仁屋勝A

金属ガラスが作成出来るようになり、その特性の活用を目指した研究が多くなされている。力学
物性に関しては、金属ガラスは理想的な超塑性を示し、結晶合金と比べて数倍から数十倍の引っ張り強度や弾性伸びを示す等、優れた性質を有することが見出された。物質の力学物性を特徴付ける基本的な物理量の一つは、体積弾性率である。バルク金属ガラスは一般的に多成分系であり、厳密に物理量を計算するのは至難の技である。しかし、金属ガラスを構成す

物質番号1

Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂.₅Ni₁₀Be₂₂.₅■参考文献■る元素の物性値とその成分比から算出した体2

Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂.₅Ni₉Be₂₂.₅C₁[1]W.H.Wang, et al. Appl.Phys.Lett.79(2001)10

3

Zr₄₈Nb₈Cu₁₂Fe₈Be₂₄

積弾性率とその圧力依存性が、実験で得られ

4(Zr₀.₅₉Ti₀.₀₆Cu₀.₂₂Ni₀.₁₃)₈₅.₇Al₁₄.₃5
予想値

るもの [1] と非常に近い値を示すことが分かったので紹介する。結果は図に示されている。まだ測定が行われていない系の予想値を表に示す。

E-11

物質名

Pd₃₉Ni₁₀Cu₃₀P₂₁
物質名

体積弾性率

Zr₆₀Al₁₀Cu₃₀

98.8

dKp/dP
8.0
4.3

Zr₆₀Al₁₀Ni₂₅

108.0

Zr₅₅Al₁₀Cu₃₀Ni₅

86.3

4.5

Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀

135.9

5.9

Zr₅₅Ti₅Al₁₀Cu₂₀Ni₁₀

104.9

4.4

Zr₅₂.₅Ti₅Al₁₂.₅Cu₂₀Ni₁₀

102.8

4.4

Testing the applicability of logarithmic mixing rule to the ac conductivity of superionic glasses
熊大自然科学 A

ドゥーグジャーンレオポルトA , 安仁屋勝 A

Many materials that exhibit the power law dispersion in the ac conductivity are eﬀectively twophase systems, in which the conductive phase is immersed in the insulating host. Recently, it
was shown that the overall agreement of the logarithmic mixing rule with the data of waterferroelectric ceramic lead zirconate titanate is excellent. In fact, both theoretical (mixing rule)and experimental measurements of the power law exponent lead to 0.78, which is in the range ofthe expected value, 0.6 -0.8 [1]. With the objective to study the applicability of the logarithmic
mixing rule to other systems, we applied the theory to some silver ion conducting oxide glasses.
The results ascertain that the value of the exponent spreads between 0.21 and 0.93 and depends
on the glass considered. The analysis indicates that the values obtained are sensitive to thevalues of the input parameters used.
[1] D.P. Almond and C.R. Bowen: Phys.Rev.Lett. 92 (2004) 157601.

57

E-12

Cu-As-Se や Ge-Sb-S(Te) 系の粘性の温度依存性
熊大自然科学 A

池田昌弘A , 安仁屋勝 A

カルコゲナイドガラスは様々な興味深い光学的性質を示す. 例えば, イオン導電性ガラス Ag-Ge-Seと類似物質である Cu-As-Se では, 通常のカルコゲナイドガラスで観測される光黒化現象が起こらなくなる. また最近では, 光相変化材料の一つとしてアモルファス Ge-Sb-Te 系が多くの注目を集めている. 様々な物質が過冷却液体状態で示す粘性の温度依存性を調べることは, 基礎物性の理解と応用の観点からとても重要である. 特に Ge-Sb-Te 系においては, 光による結晶⇔アモルファスの相変化を利用するため, 粘性の振舞いを理解しておく必要がある.
最近, 過冷却液体中での粘性の温度依存性に対するモデルが提案された [1]. このモデルによると,融体を構成する構造単位間の平均的な結合エネルギーと配位数, およびそれらの揺らぎ (分布) 量を用いて粘性を特徴付けることができる [2].
講演では, 粘性の振舞いから Cu-As-Se や Ge-Sb-S(Se) 系の特徴を取り出す試みや, Ge2 Sb2 Te5の粘性について議論する.

[1] M.Aniya: J.Therm.Anal.Cal. 69 (2002) 971.
[2] M.Aniya, T.Shinkawa: Mater.Trans. 48 (2007) 1793.

E-13

イオン導電体における輸送熱のモデル
熊大院自然科学 A

谷口 祥A , 安仁屋 勝 A

超イオン導電体の熱起電力測定から得られる輸送熱 Q∗ は，イオン輸送の活性化エネルギー Eaと同程度の値をとるということが知られている．しかしながら，実験データを注意深く見ると，輸送熱と活性化エネルギーの大小関係には違いがある．本研究では，イオン導電体における輸送熱の理論的モデルを提案し，実験で見られる振る舞いの説明を試みる．
固体中における粒子の拡散を格子力学の観点から考えた場合 [1]，輸送熱と活性化エネルギーを結びつける関係式として次式を得る．

Q∗ =

2l
Ea ,
a0

l≡

∑ 2
α τv
∑i 2i iαi

ここで，a0 は格子間距離，αi は粒子の変位を格子の振動モードに展開する際に表れる展開係数，

τi と vi はモードの緩和時間と速度である．フォノンによるエネルギーの流れの情報は l に含まれる．当モデルによると，どのようなフォノンがどの程度イオンの拡散に寄与するかによって，Q∗と Ea の関係が決まる．
［1］S.A.Rice: Phys.Rev. 112 (1958) 804.

58

E-14

電解還元法による K0.3 MoO3 単結晶の作製
佐賀大理工 A

秀南正史A , 小田一善 A , 満野孝輔 A , 真木一 A

電荷密度波状態では 107 もの巨大な誘電率が現れることが報告されている。一方で近年、強相関電子系において本質的な電荷不均一が巨
大誘電率を発現する可能性が議論されている。
このため、我々は電荷密度波状態の誘電特性を再検証する必要があると考えている。本研究でρ (Ωcm )[×104] 3

は、擬一次元物質である K0.3 MoO3 単結晶を作製し、その電気的性質を調べている。単結晶
は電解還元法で作製した。電解還元法は、高温2ε'で溶ける前に分解してしまう物質に有効な手法

1

散 を 示 す。挿 入 図 に 示 す よ う に 、180K 以
下 で 測 定 試 料 は 電 荷 密 度 波 状 態 に あ る 。実0104

際 に 104 を 越 え る 巨 大 誘 電 率 が 観 測 で き

100
10-1
10-2
10-3

である。
図 に K0.3 MoO3 単 結 晶 で 測 定 し た 誘 電 分

101

100

200

T(K)

300

100 K
95 K
90 K
85 K
80 K

105

106

107

f ( Hz )た 。本 発 表 で は 、誘 電 損 率 や 直 流 伝 導 の 寄
与 と 併 せ て 、実 験 結 果 の 詳 細 を 報 告 す る 。

E-16

低キャリア In2O3-ZnO 膜の輸送特性
九大院理 A , 物材機構 B , 九大高推セ C

篠崎文重A , 船木誠 A , 牧瀬圭正 B , 山口高

志 A , 小久保伸人 C , 山田和正 A

Indium-Zinc-Oxide(IZO) 膜は透明導電膜で、高い電気伝導度と透過率を示すことから、液晶ディスプレイ等に広く応用されている。今回、IZO 膜製膜時の酸素分圧を変え酸素空孔を制御することで、キャリア数 5 × 1026 ＞ n ＞

1024 m−3 の膜を作成し、ρ 及び、ホール係数 RHの温度依存性から、i) 金属的振る舞い、ii) 弱局
在的挙動、さらに iii) 強局在的振る舞いに移行する様子を系統的に調べた。キャリア数減少に伴い、（ρ '2-3 μΩ m）を境にして、金属的振る舞いから３次元弱局在の特徴であるρ∝ T 1/2 を示す。さらに低キャリア膜では熱活性型の温度依存性を示す。図には IZO 膜の平均自由行程 `とキャリア数 n の関係を示す。それぞれ、n,` は
RH 測定、及び自由電子モデルを用いて求めた。

n =1018 m−3 近傍で、大きく変化していることがわかる。講演では低温での抵抗率の温度依存

59

性を ρ ∝ exp(E/T n ) で解析した結果を示す。

E-17

タイプ I クラスレート化合物 Ba-Ni-Si の構造
長崎大学大学院生産科学研究科 A , 長崎大学工学部材料工学科 B
B

B

藤慎一郎 , 羽坂雅之 , 森村隆夫

山崎隆之A , 近A

熱電変換材料としても優れた性能を示すことが6c(Si) サイトを Ni が 30 ％程度占有することが確認された。また 2a(Ba)、6d(Ba) サイト上に期待されている。シリコン・クラスレート化合

は空孔、または Ni が存在することが分かった。

クラスレート化合物は超伝導材料だけでなく、物は type-1 の場合、図に示すように 2 個の 12面体のカゴと 6 個の 14 面体のカゴを単位胞とし、カゴの中にゲスト原子が内包された構造を有する。内包されたゲスト原子は rattling と呼ばれる振動状態にあり、カゴを形成する Si の格子振動を散乱し、熱伝導率を低下させることで優れた熱電変換効率を実現している。本研究では、Ni などの遷移金属添加によるクラスレート
構造への影響に着目し、物性との関係について調査した。
液体急冷法により作製した Ba8Ni6Si40 クラ
スレートに対し、粉末Ｘ解回折によって type-1
クラスレート相が形成されていることを確認した後、Rietveld 解析により各元素のサイトの占有状態、及び座標の変化を求めた。その結果、

E-18

PbTe 系化合物半導体の性能指数
長崎大学大学院生産科学研究科 A , 長崎大学工学部材料工学科 B

吉本昌人A , 森

村隆夫 A , 羽坂雅之 B , 近藤慎一郎 B[目的] PbTe 系化合物半導体は NaCl 型構造を持った熱電変換半導体の１つである。この PbTe
系半導体は 400〜500 ℃の温度範囲で熱電変換効率のピークを示し、また少量の遷移金属・半金属
元素を置換することでその熱電変換特性が大きく変化する。本研究では遷移金属元素である Ag 及
び半金属元素である Sb を置換させた AgX SbY P b20−X−Y T e20 半導体の熱電変換特性の解析を目的とする。

[実験方法] 試料作製は Ag,Sb,Pb,Te を組成 AgX SbY P b20−X−Y T e20 (X, Y = １〜３) に秤量した後、石英るつぼに入れ、高周波溶解装置により Ar 雰囲気下で高周波溶解を行い、インゴットを作製した。次に、作製したインゴットから小片を切り出し、再び高周波溶解した後回転する銅ロー
ル (回転速度 3〜4m/s) に Ar ガスにより噴出することで、液体急冷リボン試料を作製した。続いて、室温でのリボンの熱起電力測定、電気伝導度測定、無次元性能指数 ZT 測定、熱伝導率測定を行った。また、粉末 X 線回折並びに T EM 観察によって、リボンの構造を調べた。

[実験結果] 室温での熱起電力、電気伝導度、無次元性能指数 ZT、熱伝導率は、Ag、Sb の組成によって大きく変化した。無次元性能指数 ZT は、AgSbY P b19−Y T e20 (Y = 1〜３) 組成に沿って最も大きな値を示した。無次元性能指数 ZT が大きくなる原因は、Ag 、Sb の組成の揺らぎが原因と考えられる。

60

E-19

In・Sb/Mo 膜の超伝導特性
九大院理 A , 九大高推セ B

小早川優介A , 小久保伸人 B , 山田和正 A , 篠崎文重 A

超伝導グラニュラー薄膜系での「S（超伝導）-

伝導・絶縁体の境界となる In・Sb の割合、リエン

I（絶縁体）転移」において、未だ未解明な協力現象が多数存在しており、この解明が重要な課

トラント現象の有無、及び絶縁体膜の lnR − T n
グラフが直線となる n の値について議論を行う。

題となっている。今回、Mo を下地膜とした In・

Sb/Mo を作成し、In と Sb の割合を変化させる
ことによって面抵抗を変化させ、「S-I 転移」の理解を目的として、実験を行った。
試料作成は MBE を用いて行った。まず、電子ビームを用いて Mo を蒸着し、その後、In とSb を合わせて 200 Åになるように同時に蒸着した。低温での測定では He クライオスタットを用い、磁場の印加には超伝導マグネットを用いた。
今回は、Mo の厚みを 15[Å] に固定し、In の比率によって面抵抗を変化させた。実験の結果として、それぞれの試料の H ＝０ G での R −T 特性を図に示す。このグラフから、4.4 ＜ R□
＜ 6.8[k Ω] の範囲内に「S −I 転移」の境界があると考えられる。講演ではこのグラフを基に、超E-20

β-FeSi2 液体急冷リボンの熱電変換特性
長崎大学大学院生産科学研究科 A , 長崎大学工学部材料工学科 B

平本篤博A , 羽

坂雅之 B , 森村隆夫 A , 近藤慎一郎 B
１．緒言

近年、環境問題対策の一つとして、熱（温度差）から直接電気を発生させる熱電半導体の開発が注目されている。特にβ鉄シリサイドは環境に無害で安価であり、高性能化が実現できれば最も実用化に向いている。性能評価においてはエネルギー変換効率を表す無次元性能指数があり、実用化の議論ではこれが一番重要となる。その無次元性能指数を向上させるためには熱起電力、電気伝導率を上げ、熱伝導率を下げる必要がある。本研究では溶解した試料をスピンキャスト
法によって液体急冷し、リボン状試料を作製した。Si をリボンの両面に蒸着し、β鉄シリサイドとSi 層との熱処理による界面制御によってエネルギー変換効率を向上させることを目的とした。
２．実験方法 Fe0.97 Co0.03 Si2 、(F e0.97 Co0.03 Si2 )0.97 Cu0.03 組成で約 2 × 20 × 0.03[mm] の液
体急冷リボンを作製した。次に真空蒸着装置を使い、各リボンの両面に Si を真空蒸着した。続いて、出来上がった試料を熱電半導体であるβ相にするため、また Si 層とリボン試料に相互作用を起こさせるために 800 ℃で 1，2，4，6，10，14 時間熱処理し、その後測定を行った。
３．結果と考察

Fe0.97 Co0.03 Si2 組成では Si 層によって導電率が向上し、無次元性能指数が上昇することが分かった。しかしこれは熱処理が短時間である場合に有効であり、10 時間以上の熱処理では無次元性能指数は低下した。また T EM 断面観察の結果、Si 層中にβ相から拡散した F e の析出物が観察され、熱電特性への寄与が予想された。Cu を添加した (F e0.97 Co0.03 Si2 )0.97 Cu0.03
組成はさらに短時間の 2 時間熱処理で最大値を示した。

61

E-21

β-FeSi2 系熱電材料における Ge ドーピング効果
長崎大学大学院生産科学研究科 A , 長崎大学工学部材料工学科 BB

羽坂 雅之 , 森村

A

隆夫 , 近藤

慎一郎

黒須

敬太A ,

B

【目的】β鉄シリサイドは耐熱、耐酸化性に優れているため、特別な処理を施さなくとも大気中で使用できる。また、原料である鉄とシリコンは地球上に豊富に存在し、かつ安価であるのに加えて、環境負荷が少ないそのため、次世代の熱電変換素子として期待されている。β鉄シリサイドに
ゲルマニウムをドーピングすることによってβ鉄シリサイド中でゲルマニウム原子がシリコン原子と置換することにより無次元性能指数ＺＴが改善されることが報告されている。本研究では、鉄シリサイドにゲルマニウムをドーピングすることによって、熱電性能を改善するとともにゲルマニウ
ムがどのような効果を示すか実験的に明らかにすることを目的とした。
【実験方法】Fe0.97 Co0.03 Si2 、F e0.97 Co0.03 Si2−x Gex 、F e0.97 Co0.03 Si2+xGex 、

Fe0.97 Co0.03 Si2 Gex 、F e0.97 Co0.03 Si2+7/3x Gex の組成に秤量後、Ar 雰囲気中で高周波溶解を行いインゴットを作製した。次に、インゴット粉砕しその後小片を切り出し、単ロール法によりリボン状にした後、真空封入し、800 ℃、2 時間の熱処理を行った。このように作製した試料について熱電物性の測定、構造解析を行った。
【結果】鉄シリサイドにゲルマニウムをドーピングしたことにより、ゼーベック係数はさほど変化しなかったが、電気伝導の向上と熱伝導の抑制が可能となり、無次元性能指数 ZT を向上することができた。ＴＥＭ観察の結果、微細な SiGe 化合物の析出が観察され性能向上に寄与したと考え
られる。

E-22

Ge/In 多層膜の超伝導特性
九大院理 A , 九大高推セ B

谷岡肇A , 小久保伸人 B , 山田和正 A , 篠崎文重 A

今回、我々は Ge/In 多層膜で In の膜厚を変化させることにより超伝導ー絶縁体転移を研究した。試料は真空蒸着法により、室温のガラス基

105

板に Ge、In、Ge の順にそれぞれ 60、d、100 Å
104
Rsq(Ω)の間で変化させることにより試料の面抵抗は減少した。図は各試料の面抵抗の温度依存性を示したものである。In 膜厚 d が増加するにつれて、

103
5000

102
Rsq(Ω)

蒸着して作成した。In の膜厚 d を 11 から 30 Å

面抵抗の温度依存性は絶縁体的（dRsq /dT <0）
1

3000

10

から超伝導的（dRsq /dT >0）になった。超伝

4000

2

導的な試料では d が減少するにつれて、面抵100

抗は広い温度範囲に渡って減少するようになる。絶縁体的な試料では d が減少するにつれて、試料の面伝導度 σ （= 1/Rsq ）の温度依存性は σ = A + B ln T から、σ = A exp(−B/T )aへ変化をするが、超伝導的から絶縁体的な温度依存性へ変化する近傍の試料ではどちらの温度依存性にも当てはまらない振る舞いをした。

62

2

4

6
T(K)

3
T(K)

8

4

5

10

E-23

モードロック共鳴と磁束格子運動の結晶方位
九大高等教育セ A , 東北大金研 B , 九大院理 C , ライデン大学カマリンオンネス研
究所 D

小久保伸人A , 西嵜照和 B , 篠崎文重 C , Peter H. KesD

ピン止めが弱い第二種超伝導体の磁束量子は、長距離にわたる並進対称性と六回の回転対称性で特徴付けられる結晶格子を組む。超伝導体に電流を印加すると、磁束体に駆動力が加わり、磁束体の運動が起こる。磁束フローとしてよく知られる現象であるが、駆動された磁束体はどのような周期性・対称性をもつのか未解明な問題が多い。我々は、磁束格子の結晶方位と運動方向の任意性に着目し、この問題を実験的に調べている。 今回、ピン止めが非常に弱いアモルファスＭｏＧｅ超伝導膜を用いた。この膜では、第二臨界磁場手前で明確な臨界電流のピーク効果が表れ、磁束格子
フローの存在を示す明瞭なモードロック共鳴が観測されている [１]。モードロック共鳴が起こる電圧値を磁場に対してプロットしたところ、高温（５．５Ｋ）では、モードロック共鳴電圧は磁場のルートに比例して単調に増加した。この振る舞いは、磁束格子の結晶方位を特徴づける格子ベク
トルがフロー方向に揃うことで説明できる。一方、低温（４．２Ｋ）では、モードロック共鳴電圧
は、低磁場及び高磁場で明確な落ち込みを示し、それらの磁場間で、同じような磁場依存性を示す。比例係数から、格子ベクトルとフロー方向が垂直であることが分かった。講演では、得られた
磁気相図から平行および垂直フロー状態、そしてそれらの間で起こる結晶方位転移について議論する。[１] N. Kokubo, et. al., Phys. Rev. B 75, 184512 (2007).

63

会場 F
領域１１，１３

F-1

好戦的社会における階級と村の自己組織化―行動順序の影響
九州大学理学府凝縮系科学専攻 A , 九州大学理学研究院 B孝藤江

遼A , 小田垣B

1995 年に Bonabeau らにより、単純なランダム過程の帰結として階級社会が出現することが示されて以来、階級社会の構造、発生のメカニズムを物理的視点から理解する研究が行われている[1]。最近では Tsujiguchi らにより、好戦的社会に見られる行動原理を考慮に入れたモデルが提案されている [2]。
これらのモデルでは、内部自由度として「力」F を持つ個体が二次元格子上を拡散する。各個体が出会うと「戦い」が生じ、力の差に応じて勝敗が決まる。この時、勝者は力が増加し、敗者は力が減少する。また、各個体の力は、単位時間あたり一定の割合で F = 0 に向かって緩和する。

Bonabeau らのモデルでは、個体の拡散が単純なランダムウォークであるのに対して、Tsujiguchi
らの好戦的社会のモデルでは、最近接格子点に他の個体がいる場合、常に最も強い個体と戦うという行動原理が導入されている。
講演では、Tsujiguchi らの好戦的社会のモデルにおいて、行動順序の違いによる階級構造の振舞いについて報告する。「決められた順序で行動」する場合は、数密度が大きくなるにつれ個体の勝率の分散 σ 2 がゼロから有限の値に変化し、階級社会への転移を示すが、「ランダムな順序で行動」
すると σ 2 の大きな減少が見られ、二段階にわたって振舞いを変える。後者では極端に強い一個体が現れ、前者とは全く異なった階級構造、クラスター構造をとることがわかった。

[1] E. Bonabeau, G.Theraulaz and J.-L. Deneubourg, Physica A 217, 373 (1995)[2] M. Tsujiguchi and T. Odagaki, Physica A 375, 317 (2007)

64

F-2

相関等式に基づく有効場理論と磁性薄膜における動的相転移
九大院工 A

藤山真也A , 木下岳大 A , 井戸垣俊弘 A

動的相転移とは、周期的に変動する外場によって起こる非平衡定常状態の相転移のことで、1990
年に強磁性イジングモデルの分子場理論による数値計算によって発見された [1] 。その時のモデルについて、現在では 2 次の相転移が起きることが知られているが、当初は分子場理論の弊害から 1次の相転移が起きていると考えられていた。
イジングモデルの平衡相転移について考えるとき、従来の分子場理論では 1 次元の場合においても相転移が起きてしまい、定性的な問題を抱えてしまう。しかしこれを補正し、定量的にも優れた有効場理論も考えられている。今回取り上げるのは、相関等式を微分演算子によって展開した後、然るべき近似を適用することで計算を行うものであるが、これによりスピン演算子間の single-site

kinematic relation が正確に取り込まれ、周囲のスピンの揺らぎも考慮される。
今回はその中で用いられている手法について紹介し、その動的相転移への応用について考える。
モデルとしては最も基本的なバルク系の場合から始め、2 次元の積層型や、計算が間に合えばトランスバースイジングモデルの場合についても報告する予定である。

[1] T. Tomé, and M. J. de Oliveira, Phys. Rev. A 41, 4251 (1990).

F-3

真空中における低べき相互作用を持つ分子系の液滴
福岡教育大 物理 A

三谷尚A

本研究では、一般化 Lennard=Jones 相互作用（べき数 12-6 とは限らない相互作用）を有する分子系の相図を研究する。

(a) Lindemann の融解公式を用いた理論的考察： 格子振動における原子の振動幅は、Debye√
Waller 因子の計算を利用して，Δ x=C T /α で与えられる．
（α は原子間の有効バネ定数で、一√般に圧力に依存．
） Lindemann はΔ x が格子定数ａの 0.25 倍程度（Δ x=C T /α〜0.25a）において融解（固体→液体）が起きると考えた。ところが低圧力および真空の場合には、上記と同程度の温度における原子振動幅によっても２体ポテンシャルの非調和性が効いてくる。すなわち、ポテ
ンシャル・エネルギー値は隣接原子から離れる方向に向かってフラットになるため，表面原子から順にバルクから離れ、昇華を起こす。（固体→気体） 一方で，引力相互作用が低べきの場合、１つの原子は遠距離の原子からも引かれ、系は自己圧力を有する。これは外部圧力と同じ効果を生んで，０圧力（真空）においても，相転移として昇華は存在せず融解のみが生じ、液体が実現する。

(b)「原子」クラスターの２次元分子動力学シミュレーション ：一般化 Lennard=Jones 型相
互作用： V(r)=(1/α) 1/rα − (1/β)1/rβ のポテンシャルを有する「原子」クラスターの２次元運動シミュレーションを行った。例えばα = 4，β = 3 の場合，系は外界から孤立した液体状態が存在する。一般に、縦軸をα (斥力相互作用べき)，横軸をβ (引力相互作用べき) を取ったグラフの領域（但しα＞βに限る）に則して，状態の傾向を調べた。ここで、真空中において引力べきβが比較的低べきでは液体状態，高べきでは固体と気体の相分離が見られる。この上に、α依存性が加味される。およそβ＝ 7 − (3/2) α（右下から左上に走るライン）で表される境界が引け、その左下側で液体クラスター、右上側では気体＝固体の相分離が見られる。

65

F-4

いじめ社会のスピンモデル
九大院理 A

重松芳彦A , 小田垣孝 AGranovetter は、集団行動に対する閾値モデルにおいて [1]、ある行動を起こしている人の割合に応じて各人が自分の行動を選択すると仮定し、暴動などの集団行動を説明した。このモデルは一種の平均場近似であり、個々人の行動の変化や時間発展をとらえることはできない。
我々は、ある個人が集団の行動に参加するかしないかをスピンの正負で表すスピンモデルを導入した。スピン間相互作用により各人の同調性、また磁場により社会からの応報を表す。いじめの起こる集団に対して、次のハミルトニアンを考える。

H=

∑∑
i

j6=i

(−

∑
J
1
J
σi σj − (a − 1)
(σi + 1)(σj + 1)) −
hσi
2N
4
2N
i

σ = 1 は、いじめをやめさせる行動、σ = −1 は、いじめを促進させる行動とする。J は影響力の大きさ、N は人数、h は社会からの応報の効果、a は社会的ジレンマの効果 (a > 1) である。
このスピンモデルにより、いじめに対して知られている事実のうち、閾値モデルでは示すことができなかった「集団のサイズといじめ解決の関係」、「影響力の大小といじめ解決の関係」、「相互作用の範囲といじめ解決の関係」を示した。

[1]M.Granovetter, A.J.Soc, 83(1978)1420[2] 山岸俊夫『社会的ジレンマ』P HP 新書 (2000)

F-5

積層型三角格子反強磁性体の磁気秩序 II
九大院工 A

三原拓也A , 財津弘毅 A , 笠間敏博 A , 井戸垣俊弘 A

相互作用のフラストレーションにより、2 次元三角格子反強磁性体は有限温度で秩序化しない。
一方 3 次元では秩序化が起こることから、我々は格子次元が 2 次元から 3 次元へ変化する過程で磁気秩序がどのように形成されていくかを次の S = 1/2 の積層型 Ising モデルを用いて解析した。

H = −JAB∑hi,ji

Si Sj − JBC

∑
hi,ji

Si Sj − JCA∑

Si Sj − J2

hi,ji

∑

Si Sj

(Si = ±1).

hi,ji

ここで A,B,C は 3 つの副格子を表し、JAB ,JBC , JCA は面内の副格子間相互作用、 J2 は面間相互作用であり、計算において符号は JAB = JCA < 0 , JBC < 0 , J2 > 0 にとり、相互作用比を

κ1 = JBC /JAB , κ2 = J2 / | JAB | とおいた。
このハミルトニアンを分子場近似を用いて解析すると、2 次元の系 (κ2 = 0) では、κ1 < 1 のときは低温部でフェリ磁性、κ1 > 1 のときは 2 つの副格子のみが磁化を持つ部分無秩序状態 (PDS) となる。一方 3 次元の系 (κ2 > 0) においては κ1 < 1 ではフェリ磁性であるが、κ1 > 1 では PDS に転移した後さらに低温部でフェリ磁性となることが分った。しかしながら、分子場近似では κ1 = 1,

κ2 = 0 のときにも相転移点が生じ、正しい結果を与えない。
そこで同じ系をモンテカルロシミュレーションを用いて解析した。その結果 2 次元系で κ1 = 1のときには有限温度相転移が生じないことが確認できた。一方 3 次元系においては 2 次元系同様に

κ1 < 1 ではフェリ磁性 、κ1 > 1 では PDS となるが、κ1 = 1 の時には相転移直下の温度領域では極めて揺らぎが大きく、安定な秩序状態を同定するのが極めて難しい。
講演ではこの秩序状態の性格を明らかにするために面間相互作用比 κ2 を変化させた場合や、積層数を有限にした場合の結果等を含めて詳しく検討する。

66

F-7

4 体相関関数から見た 1 次元準結晶のフェイゾンダイナミクスの研究
九大院理 A

梅崎雅寛A , 小田垣孝 A

準結晶中の原子のダイナミクスには、格子振動と局所的に原子を再配置するフェイゾンフリップが存在する。フェイゾンフリップは、準結晶の安定な原子配置がエネルギー的に縮退しているために起こる。
本研究では、準結晶の動的モデル [1] を用いて、フェイゾンのダイナミクスを新たに定義した 4体相関関数により調べた。最近接粒子間の距離がフェイゾンフリップと熱振動により時間発展する(4)

ので、2 つの時刻での距離の相関から 4 体相関関数 Fnn (q, t) を定義する。温度一定の分子動力学(4)シミュレーションを使い、Fnn (q, t) を幅広い温度領域に対して調べた。フェイゾンのダイナミク

スの特徴が、ポテンシャルエネルギーのエネルギー障壁により決定される特徴的な温度や時間で変(4)化することが分った。低温・長時間領域では、Fnn (q, t) は KWW 型の緩和を示し、フェイゾンフ
(4)

リップの平均待ち時間がアレニウス的な振舞い示す。一方で、高温領域での Fnn (q, t) は、フェイ
ゾンフリップが協同的に起こるために低温領域より速い減衰を示す。

[1] M. Engel, S. Sonntag, H. Lipp, and H.-R. Trebin, Phys. Rev. B 75, 144203 (2007)

F-8

次近接相互作用のある 1 次元イジングモデルの非整合遷移
九州大学理学部物理学科 A

小林敬吾A , 野村清英 A次近接相互作用のある 1 次元イジング（1D NNNI）モデルは、ANNNI モデル [1] の最も単純な例であり、有限温度で整合ー非整合（C-IC）遷移を起こす。

1D NNNI は、転送行列法 [2] で扱うことができる。近年、C-IC 遷移について、量子スピン系 [3,4] の研究の進展があったので、1D
NNNI の転送行列による解析を発展させ、比較する。
参考文献[1]W.Selke,in ”Phase Transition and Critical Phenomena”, Vol 15,Eds. Domb and Lebowitz[2]J.Stephenson,Phys.Rev.B.1,4405(1970)[3]K.Nomura,J.Phys.Soc.Jpn.72,476(2003)[4]T.Murashima,K.Nomura,Phys.Rev.B.73,214431(2006)

67

F-9

リズムが媒介する静止パターンの形成
福岡大理 A

坂本文隆A , 宮川賢治 A

生物が示す多彩な機能やふるまいは、化学反応ネットワークが作り出す自発的なリズムや空間的な構造にその基礎を置いている。実際の生物と比べて単純な反応拡散系でも、脊椎動物の胚で見られる体節形成過程を再現することが出来る。

Water in Oil 型のマイクロエマルション (ME) を反応場とし、その水相を Belousov-Zhabotinsky(BZ) 反応で構成した。BZ 反応は金属錯体の酸化還元反応であり、酸化の促進因子と抑制因子とで構成される。ME 中では BZ 反応の主要な促進因子は親水的、抑制因子は疎水的であるとみなせる。ME では、水に対する界面活性剤のモル比で水滴粒子の大きさを規定し、全体に対する水と界面活性剤の合計の体積分率φで粒子間の間隔を規定できる。φ＜ 0.5 とすることで、チューリング
不安定性を有する反応拡散系を構成できる。このような条件下で、BZ 反応の周期的なバルク振動が減速し、積み重なって形成される静止パターンが現れた。
促進因子と抑制因子の二変数から成るオレゴネーターモデルを用いて数値シミュレーションを行った。それぞれの拡散係数を Du、Dv とすると、実験条件を再現する Du ＜ Dv で、バルク振動
から規則的な静止パターンの形成が定性的に再現された。さらに、パラメータを変化させると、斜列スポットを遷移過程として持つ、リズムが媒介する静止パターンが現れた。つまり、バルク振動から、連続媒体中での離散的振動子の出現を経て、静止パターンが現れた。このような斜列スポットは、マインハルトが三変数モデルで、葉序配列や軟体動物の殻の色素が示す時空パターンとして報告している。また、線形安定性解析の結果についても簡単に報告する。

F-10

積層型ポッツモデルの相転移
九大工 A , 九大院工 B

太田穣A , 笠間敏博 B , 井戸垣俊弘 B

q 状態ポッツモデルのハミルトニアンは∑
H = −Jδqi qj (qi , qj = 0, 1, 2, . . . , q − 1)で定義されるエネルギーのビンダーパラメータを用いた。この変数は相転移点で急な窪みを示
すが、格子サイズを大きくしていくと窪みは浅<ij>くなっていく。そしてその極限で窪みが消滅すで与えられる。また、スピン 1 のイジングモデ
ルでは Si = 1, 0, −1 としてれば２次転移、有限な深さの窪みが残れば１次

1
3
δSi Sj = 1 + Si Sj + Si2 Sj2 − Si2 − Sj222となるから、3 状態ポッツモデルは高次のスピ

ダーパラメータの格子サイズ依存性のグラフを転移となる。以下に L × L の格子におけるビン示す。

ン項を含むスピン 1 のイジングモデルと等価であり、2 次元格子では 2 次相転移、3 次元格子では 1 次相転移を示すと予想されている。
今回は、この S = 1 のスピンモデルに対しモ
ンテカルロシミュレーションを用いて、転移の次数の確認を行うと共に２次元格子を積層させていく過程で転移がどのように変化するかを調べた。
なお転移次数の判定にはVL = 1 −< E4 >
3 < E 2 >2

68

F-11

初到達・初帰還時間分布とネットワーク構造との関係について
九大院理 A

尾嶋拓A , 小田垣孝 A

ネットワークの性質をうまく捉える量を定義

dom では指数関数的な分布になることがわかっすることは複雑ネットワークの研究において最た。特に Small-world の初帰還時間分布は、長も重要な課題の１つである。ネットワークの構造

時間では Random に, 短時間では Regular に似を特徴づける方法として、我々はランダムウォー

た振る舞いを示すことから、長時間側では平均クに注目した。ランダムウォークはもっとも基

経路長、短時間側ではクラスター係数が影響し本的な動的プロセスであり、ネットワークの構ていると考えられる。

造がランダムウォークの拡散や緩和にどのよう[1] J. D. Noh et al., Phys.Rev.Lett. 92, 118701(2004)[2] A. Baronchelli et al., Phys.Rev.E 73, 026103(2006)[3] N. Masuda et al., Phys.Rev.E 69, 066113(2004)

な影響を与えるのかは興味深い問題である。あ1

る点から出発したランダムウォーカーが別のある点に初めて到達する時間のことを初到達時間、Regular
Small-world
Random-2

10

ある点から出発したランダムウォーカーが元の-4点に初めて戻ってくる時間のことを初帰還時間

10と呼び、これらの量とネットワーク構造との関10-6係が示唆されている [1-3]。

-8

10

我々は Watts-Strogatz モデルを用いて、Reg--10ular, Small-world, Random の３つのネットワー

10

クでそれぞれの離散時間ランダムウォークの初

10

-12

到達時間分布と初帰還時間分布を計算した。そ

-14

10

の結果、初到達時間、初帰還時間ともに、Regu-

1

10

lar ではべき的な分布になり、Small-world, Ran-

F-12

100

1000

first-return time

10000

フィードバックによる振動子集団の時空間ダイナミクスの制御
福岡大理 A

岡野太治A , 宮川賢治 A

生体系の大きな特徴は、その高次機能が単秒）に反応周期（35 秒）の整数倍を加えたもの

純な機構によって発現している点にある。これと一致していることが分かる（図（a））。このは、生体超分子が階層的に構造化しネットワー

とき、σ 2 も同様の τ 依存性を示した。
（図（b））。

クを成した結果、独自の機能を発現したためと(a)捉えることができる。
本研究では、Belousov-Zhabotinsky 反応をRする要素を生体超分子に見立て、これを格子状に配置することで振動子ネットワークを構築した。この系に、生体系に多くみられる負のフィードバック機構を組み込むことで、フィードバックがネットワークのダイナミクスに与え(b)

る影響を調べた。要素の反応の状態を系全体
σ2にフィードバックしたところ、系の応答の秩序化の度合いを表すコヒーレンス度 R と、位相同期の程度を表す σ 2 は図のように変化した。
/√∑N
2
ここで、R = 1/N i=1 hTi i
hTi2 i − hTi i 、

Ti は i 番目と i + 1 番目の発振の時間間隔、σ 2は位相差の分散の平均値、τ はフィードバックτ [s]࿑(a) ᤨ㑆ㆃࠇ τ ߦኻߔࠆࠦࡅ࡯࡟ࡦࠬᐲ R(b) ᤨ㑆ㆃࠇ τ ߦኻߔࠆ૏⋧Ꮕߩಽᢔߩᐔဋ୯ σ2の時間遅れである。R を最大にする時間遅れ（τ =10, 45, 80 秒）が、反応の不応時間（約 1069100000F-13

低流速 BZ 反応カオスのノイズによる秩序形成
鹿児島大学大学院理工学研究科生体工学専攻 A , 鹿児島大学工学部生体工学科 B
廣瀬公尚A , 吉本稔 B

CSTR（連続流通攪拌反応層）を用いることで Belousov − Zhabotinsky（BZ）反応においてカオスが観察される。我々は過去の研究において、コンピュータシミュレーションおよび理論から、BZ
反応の低流速カオスにノイズを加えると、カオスの秩序化（noise-induced order）が起こる事を発見した。今回、実験により noise-induced order が起こりうるのかを検討した。実験は BZ 反応を用いて CSTR（連続流通攪拌反応層）で行った。CSTR は恒温水槽を用いて温度を 28 ± 0.1 ℃に保った。反応溶液はリニアシリンジポンプを用いて反応層内に送り込んだ。振動は、白金電極と銀塩化銀複合電極を用いて溶液の酸化還元電位を測定することで行った。BZ 反応では流速（ﬂowrate (kf)) が振動状態を制御するパラメーターとなる。そこで、間欠的カオス振動を示すように ﬂow
rate(kf) を設定し、この kf に時間間隔 5 秒で k=kf(1+ξ) の形でガウシャンホワイトノイズを加えた。以上の実験の結果、BZ 反応カオスにノイズを加えることで、アトラクターの収斂、リャプノ
フ指数の減少、FFT 解析による周波数の収斂などが観察された。これらの結果はノイズを加えることによる BZ 反応カオスの秩序化を示している。

F-14

Belousov-Zhabotinsky 反応における粘度-密度の動的挙動
鹿児島大学

工学部

生体工学科 A増田

将太A , 吉本稔A

非線形化学振動反応である Belousov-Zhabotinsky(BZ) 反応において、水晶振動子 (QCM) を用いて、その溶液粘度-密度の変化の周期的な振動を測定できることを明らかにした。今回は、溶液粘度密度と攪拌速度を系統的に変化させ、Pt 電極による酸化還元電位の変化と QCM による粘度-密度の変化を同時に測定することにより、振動現象への影響を調べた。具体的な方法として、BZ 反応溶
液における非イオン性界面活性剤 (TX-100) 付加濃度を 0.006-0.025wt ％で、攪拌速度を 0-700rpm
で変化させることで実験を行った。それに関して、酸化還元電位と粘度-密度の振動に対する振幅、周期、位相差について解析を行い、それぞれについて検討を行った。その結果、TX-100 付加濃度の増加に伴い酸化還元電位の振幅は減少し、粘度-密度の振幅は増加する傾向にあった。また振動の周期は攪拌速度の増加に伴って増加する傾向が見られた。さらに、両者の振動には位相差が存在し、顕著な差があることが明らかになった。そのことを踏まえてさらに詳しく検討を行ったところ、その位相差には次のような「酸化還元電位よりも粘度-密度変化の振動の位相が早い領域」「両者の位相差がほぼ同位相の領域」「粘度-密度変化よりも酸化還元電位の位相が早い領域」の 3 つの領域に分けられた。このような結果が得られた根拠として、BZ 反応溶液中での臨界ミセル濃度 (cmc)付近における TX-100 のミセル化や低流速の攪拌速度における溶液の均質-不均質性が関連していると考えられる。

70

F-15

カオス時系列のパターン・エントロピー時系列解析
福岡県立大学人間社会学部 A , 鹿児島大学（名誉教授）B

石崎龍二A , 井上政義 B

私たちは，これまでラットの睡眠覚醒状態のレベルの特徴づけを，脳波のパターン・エントロ
ピー時系列解析により行ってきた．その結果，パターン・エントロピー時系列は，ラットの脳波の睡眠覚醒状態のレベルの解析に有用であることがわかってきた ([1]，[2])．そこで私たちは，パター
ン・エントロピーの統計的な意味を理解するため，カオス時系列のパターン・エントロピー時系列
による解析を行った．カオスの典型的な例としてロジスティック写像の解析を行った．
パターン・エントロピー時系列解析法は，時系列を記号化し，ある時間内に現れるパターン数を
エントロピー値として，時系列の複雑性を特徴づける手法である．パターン・エントロピー値は，3つのパラメータ (nc :チャンネル数，nw ：ウィンドウ幅， θ：2 値化するときの閾値) により決まる．
パターン・エントロピー時系列解析により，ロジスティック写像の時系列の特徴づけを試みた結果，安定周期軌道が現れるパラメータでは，パターン・エントロピー値 Spat は，チャンネル数 ncが周期と一致するとゼロとなり，カオスが発生するパラメータでは，パターン・エントロピー値

Spat はゼロとはならず，揺らぐことがわかった．
講演では，パターン・エントロピー Spat のパラメータ依存性等を調べた結果を報告し，従来のエントロピーとの違いについて考察する．
（参考文献）[1]R. Ishizaki, T. Shinba, G. Mugishima, H. Haraguchi, and M. Inoue, submitted to Physica
A.
[2]「脳波パターンのエントロピー時系列解析」， 津田康民， 白水重憲， 菅野久信， 井上政義，
臨床神経生理学 30(4)， 307-314， 2002．

F-16

藤坂博一の遺したもの — 非線形物理学・非平衡統計力学の展望 —京都大学 情報学研究科 A , 鹿児島大学

理学部 B

宮崎

修次A , 秦浩起 B

非線形物理学・非平衡統計力学の分野で大きな業績を上げてきた藤坂博一京大情報学研究科教授が２００７年８月２１日にくも膜下出血で急逝した．ここでは，進行中であった彼の研究に焦点をあて，彼の残した問題とその一部に対する答えや今後の展望を述べる．
（１）大偏差統計解析時間変動する力学量の局所平均の大偏差統計特性や二時間相関関数やパワースペクトルの大偏差統計解析の枠組みでの拡張などの彼の過去の研究から，死の直前に公表された大偏差統計解析とレベルダイナミクスを結び付ける研究までを一瞥する．大偏差統計解析の枠組みで拡張された確率密度の時間発展演算子（フロベニウス・ペロン演算子）が，解析対象の力学量の時間発展を与える力学系と位相共役の関係にある力学系に対する自然な確率密度の時間発展を与える演算子と対応づけられることを示す．
（２）マルコフ法森肇の射影演算子法に適用される近似法は連分数展開など面倒な計算を反復する必要があった．藤坂は射影する空間を拡張することで，力学量の時間相関をとりこみ，森の一般化ランジュバン方程式の記憶項を無視し，力学量の時間相関関数を連分数展開法と比してはるかに容易に求める手法（マルコフ法）を提案した．また，カオスに埋め込まれた不安定周期軌道を用いて，カオス的に変動する時間相関関数を決定する方法を模索していた．これらに関する研究の進展について述べる．
時間が許せば，フラクタル拡散係数に代表される複雑な制御変数依存性や周期性の強いカオスを記述する「繰り込まれた」位相力学などについて解説する．

71

F-17

若き日のアインシュタインの就職活動
別府大学食物栄養科学部 A

今野宏之A

アインシュタインは，スイスの連邦工業専門学校（以下ポリテクと略す）在学中に，理論物理学者の道を進むことにした．しかし卒業後ポリテクに助手として残ることはかなわなかった．その後，スイス連邦特許局の役人になるまでの 1900-02 年の２年間は，定職に就くことができなかった．その間，ドイツを始めオランダなどの大学の助手職に応募したのだが，すべて空振りに終わってしまったのだ．本講演では，なぜアインシュタインが助手の口を探せなかったのかを，当時の主にドイツ物理界の置かれていた社会的状況の中で，アインシュタイン文書に所蔵されている史料を渉猟して分析する．

F-18

一年間を通しての太陽の影の位置測定から地球の軌道をさぐる
佐賀大学文化教育学部 A

藤井貴之A , 長谷川文紀 A , 佐藤寛之 A , 中村聡 A , 大隅秀晃 A , 川田修三 A
一年間を通じて毎日定時（正午）に太陽の影の位置を記録することにより、みかけの太陽の位置が一年間にわたってどのような動きをするかということを目的として一年間以上にわたって実験を続けた。最終的に得られた影の記録および、太陽の位置の動きは、ちょっとゆがんだ 8 の字を描くという、理科 (物理）教育的にみてたいへん興味深いデータが得られた。
このデータは、最終的には、理科年表等に記載の太陽の赤緯や均時差と特に矛盾のないものであるということがわかったが、その過程で、実は、均時差というのは、日時計等の時刻補正のために、一年間を通じたその振る舞いがよく知られているにもかかわらず、何故そのような振る舞いになるのかということについて、一般的には全く理解されていない（自分たちもそうであった）状況に気がついた。
均時差のグラフや太陽の位置測定から得られたちょっとゆがんだ 8 の字は、最終的には、「地球の楕円軌道の離心率」、「地軸の傾き」、「その両者の効果を重ね合わせるときの位相」の３つのパラメータの合成で理解できるということに、さまざまな条件でシミュレーション計算等を行うことにより、最終的にたどりつくことができた。ここで理解した内容やそのシミュレーション計算等の過程は理科 (物理）教育的にみてさまざまな所での活用が可能であると思われる。その点も含めて報告を行う。

72

F-19

遠隔実験装置の開発研究
大分大学教育福祉科学部 A

弘也A , 安藤藤井亜希子 A , 軸丸

勇士 A

ICT（Information and Communication Technology）の教育活用については，筆者らもこれまでいくつかの提言を行ってきた。そのなかでコンピュータによる実験装置制御の方法としては光の回
折実験装置、陰極線の実験装置について装置開発を行い報告をしてきた。今回は音の分野で，気柱の共鳴実験に関する報告を行う。 高等学校の教科書では，波動分野の中で音は縦波の代表として扱われている。この実験は定常波をつくることにより、音速や音の周波数を学ぶ実験教材として古くから用いられてきた。しかし，大分県下の高等学校で実験装置を所有している学校は少なく，あまり実験が行われていないのが実情である。

ICT 活用を考える上で，現在ネットワーク（インターネット）の利用が一番重要視されている。実際の利用法としては学校間の交流授業があげられる。このインターネットの利便性は，「どこでも，だれでも」，「距離と時間の短縮」という点である。そこで，交流授業のような形以外で，学校間の距離を短縮して対面でリアルタイム，双方向にコミュニケーションをとるという利便性を活かす方法がないかと考えた。上述のように実験機器のコンピュータ制御については取り組んできていたので，これを組み合わせて，実験装置を遠隔で制御し，その結果を遠隔地から直接観測し，実験を行うという方法に関する研究に取り組むことにした。そこで，今回は遠隔制御と映像による観測を同じプログラム上で行う気柱の共鳴実験システムの開発を行ったのでその結果を報告する。

F-20

地球システムを理解するための簡易ボックスモデルの検討
長崎大学環境科学部 A

明A

冨塚

地球環境問題を正しく議論するためには、地球システムを適切に理解しておくことが不可欠である。本研究では直感的に理解しやすい簡単
な７ボックス炭素循環モデル（大気圏、陸上生物圏、土壌、海洋表層、海洋中層、深海及び堆積物）を用いて、人為炭素放出に対する応答を
CO2 Concentration (ppm)

検証した。海洋−大気の相互作用には緩衝効果を組み込み、陸上生態系への CO2 取り込みには対数型モデルを組み込んだ。
このシンプルな炭素循環モデルから (1) 過

360

340

320

calculations300

去 250 年にわたる大気中の CO2 濃度の変動、

observations(2) 現在の各リザーバー間のフラックス量が導けることを示した。また IPCC 第３次報告書

1800

1850

1900

1950

2000

Year

過去250年間の大気中の二酸化炭素濃度の計算値
900にみられる (3)SRES 排出シナリオに基づく大CO2 Concentration (ppm)

A1Fl

気中の CO2 濃度の変動予測、(4)WRE プロ
ファイルに基づく将来の CO2 濃度安定化シナ
リオの導出を試み、妥当な結果を得ることができた。さらに人為炭素の循環についての考

800

calculations
IPCC

700

A2
A1B

600

B2
A1T

500

B1

400

察から地球の炭素循環システム及び人類の擾

2020

2040

2060

2080

2100

Year

乱作用を深く理解ために有効であることを示す。

73

SRESシナリオに基づく二酸化炭素濃度の予測値

F-21

大分県における理科支援員等配置事業の実施状況
大分大学教育福祉科学部 A

真方

悟史A , 岡本 玄 A , 軸丸 勇士 A , 藤井 弘也

A

文部科学省は理科離れはもとより、国際的な学力調査（PISA）により、児童生徒の理科の成績に低下傾向がみられ、理科好き又は得意という生徒の割合が国際的に見て低いことを危惧した。その手っ取り早い打開策のために、平成 19 年度の新規事業として小学校 56 年生の理科授業に観察や実験等の充実を図ると共に教員の資質向上や授業の充実を図る目的で JST に委託して実施したのが表題の事業である（中学校は理科教員指導力研修があるが此処では触れない）。この支援員は研究者や技術者、学生や院生、退職教員などがあり、筆者等もその一員として参加している。 この事業は全国の約 3000 の小学校で行われているが、九州内の実施状況をみると福岡県、長崎県、熊本県、大分県、宮崎県、沖縄県の 7 県と１政令都市（福岡市）である。佐賀県、鹿児島県（他に神奈川県、鳥取県）、政令都市では北九州市（他には仙台市、さいたま市、川崎市）が今年度実施してない。この中で１学期から理科支援員を配置したのは福岡市のみで、33 名の支援員が 13 小学校の 108 学級に配置された。他の県は２学期から始まっている。 大分県は９月から週１回を基本に

18 時間（準備と片づけを含めて 54 時間）実施すべく現在進行中である。その支援員としての登録者数は学部生ケ＼ 11 名、非常勤講師 11 名、退職教員６名、企業 16 名、その他８名の合計 52 名で、52 校の 123 学級で指導に当たっている。また、特別講師による授業も小学校の希望に基づいて９月から行われ、筆者等も何回か小学校に出掛けて、様々な実験や興味をそそる話などを実施してきている。

此処では本事業の実施状況や教員との関わりについて述べる。

F-22

コンピュータを利用したレンズ光学の教材
九州保健福祉大学 A

石橋

篤A , 川北

今回、JAVA アプレットを用いてレンズ光学

一彦 Aの位置の作図で必要な線とも区別して描画するの学習ソフトを作成した。Java アプレットをようにしている。

用いることによってブラウザ上で使用すること

また、レンズの厚みについてもアニメーショ

ができ、Windows、Mac 等、コンピューター

ンで焦点距離に応じて変化させるようにするこに依らず利用することができる。

とで、焦点距離とレンズの厚みの関係も視覚的

ソフトは作図によって像の位置を求める時にに学習できる。

描画の必要な光線が表示される他、像の位置、大きさ等の数値を表示することで計算の自己学習も可能となっている。
像の位置を求める際には、その像が実像であるか虚像であるかを理解しなければならない。
そのためには、作図している線が実際の光線
か、光線の延長上の線かを区別する必要がある。そこで、それら 2 つの直線の色を赤、青と区別して表示すると共に、2 枚レンズによる像

74

F-23

相対性理論シミュレーター
九大理 A

松井淳A

特殊相対性理論を疑似体験できる装置「相対性理論シミュレーター」を製作している。
相対性理論のおもしろさは、光と同程度の速さで運動すると、時空間が歪み、時刻の不一致や質量の増加など、我々の日常経験とは異なっているところにある。現実にはそんな速い速度は出せない
ので、残念ながら、どのように歪んだりするのかを実際に目でみて確かめることはできない。教科
書等で学習して数式上で理解するか、科学啓蒙書を読むなどして、頭の中で楽しむものであった。
「相対性理論シミュレーター」では、光速が時速３０ｋｍの仮想世界をサイクリングする。世界物
理年記念イベント「子どももおとなも楽しめるアインシュタインの宇宙」（平成１７年９月、福岡市）で公開したものを基礎にして、つぎのことを発展させている。（１）バーチャルリアリティーの３次元可視化技術を用いて、仮想空間内に再現された相対性理論が、迫力ある臨場感で体感できる（２）速度に応じた負荷がペダルかかるように改良し、質量増加が体感できる（３）２つの時計を置き、サイクリング後に差が生じていることがわかることである。
物理学専攻の学生用だけでなく一般教育科目の教材や、児童を含む一般対象向けの科学啓蒙活動での教材として利用する予定である。完成は今年度末。

F-24

規則性や法則の応用段階における実験の重要性 III −中学校理科（物理領域）における教育方法の反省と対策−
九州保健福祉大学 A , 宮崎大学教育文化学部 B

川北一彦A , 秋山博臣 B

１．問題の所在
理科の物理領域における教育の中では規則性や法則の導入過程に重点が置かれ，応用過程が軽視されている。学習指導要領においては，『・・・を見いだす』という内容が多い。例えば，電流とその利用では『電圧と電流の関係を見いだすこと』，光においては『反射，屈折の規則性を見いだ
す・・・』ことに重点が置かれている。これまで，規則性や法則を多様な場面で活用する，応用段階の実験を含む学習内容の開発の必要性について，『眼球模型と矯正レンズの実験』を例にとり，2006
年日本物理学会（千葉），2006 年日本物理学会九州支部大会（鹿児島）等に報告してきた。本報告においては，規則性を見いだすことに重点を置いた場合の具体例を中心に，その問題点について考察する。
２．オ−ムの法則の場合
１）『電流，電圧，電気抵抗の概念，及びこれらの関係を見いだすこと』はきわめて困難である。
学生を対象に，これらの概念の導入に関する実験を実施した結果について報告する。
２）オ−ムの法則の応用段階における実験を実施することで，電流・電圧・電気抵抗の概念，
及びこれらの関係が効率よく理解されるとともに，これらを利用する多くの実験技術も習得されることを報告する。
３．規則性を見いだす学習過程とその応用過程についての他の実践例
１）アルキメデスの原理と密度測定，
２）力の合成法則，等

75

F-25

初学年を対象とした電磁気学における e-Learning 学習支援の試み
大分大学工学部 A , 別府大学短期大学部 B

近藤隆司A , 後藤善友 B

大学初年度の学生を対象とした電磁気学の授業において，授業時間外での学習機会を出来るだけつくることを目的に，e-Learning システム上で復習ドリル教材による学習支援を行った .
大分大学工学部では８年前からリメディアル科目を開講している. 現在の講義内容は波動と電磁気学を中心としており，他の領域に関しては，通常の講義である「力学」などに補習的な要素を取り入れながら， 高校物理の内容をカバーするように計っている. この補習講義は，必修ではないが単位も付していることから， 履修者は全体の 8 割 300 名程度に上る。しかしながら、学力不足を補うには，開講時間数から言っても担当者数から言っても不十分である。
こういった学力不足の問題は力学よりも電磁気学の分野において，より深刻ではないだろうか。
これらの導入教育や力学の後に開講される初等的な電磁気学の講義において，最初に簡単な調査を実施しているが、これによると， 高校で物理を履修していない学生をはじめとして，非常に予備知識にバラツキがある学生が受講している. ポテンシャルや仕事の概念・簡単なベクトル操作について理解が不十分である受講生が 毎年多く見られるが，これらは力学の講義で習得していることが望まれる概念であって，こういった積み残しが電磁気学の習得を難しいものとしている。そこで（１）講義時間外での復習の機会を増やす．
（２）毎回の講義の理解度を把握する．を目的に，

e-Learning による復習問題を提供した. 復習問題は自動採点され結果が本人に示される. 学生には全問正解するまで繰り返し回答するように指示している. この結果得られる学習履歴情報（繰返し
回数や正解率等）をもとに毎回の授業内容や進度を微調整することを試みた .
講演では，昨年度 (e-Learning 無し) と今年度 (e-Learning 有り) の成績の違いや，e-Learning シ
ステムの利用頻度・リメディアル科目の成績との相関等について報告する予定である.

F-26

小中学生の理科への興味を高める浮力実験
大分大学教育福祉科学部 A

岡本 玄A , 真方悟史 A , 軸丸勇士 A , 藤井弘也 A

理科離れが指摘されてから 10 年以上経過した。それに加えて 10 年毎に改訂される学習指導要領の目玉として登場した「ゆとり教育」のためか、学力の低下が始まっている。その対策として各種の施策や取り組みがなされているが、収束どころか益々増加していると感じるのは筆者等だけではあるまい。 そのためここでは小学校や中学校で行う理科授業の中で、児童生徒の興味や関心を増す一手法として役立つ、身近にある簡単な物を用いた浮力に関する実験（浮沈子）を取り上げる。
市販され弁当などに入ってるプラスチック製の醤油差し（「タレビン」という：以下Ｔと記す）に針金等の重りを巻き、中に入る水を調整して、水の入ったペットボトル（PB という）の中に浮かせ蓋をする。 （１）PB に外から力を加えれば圧力によってＴ内部の空気が圧縮され、体積が減ったため浮力が小さくなり沈む。だが PB に加えた力を除けば T 内の体積は元に戻り（膨らみ）浮く。 （２）逆に最初から T 内の空気が少ない場合には沈んだままである。その時は PB 中の圧力を下げれば、T 内の空気の体積は増して浮くことになる。 （３）T を楕円形の洗剤容器（WBという）などに入れたときは、WB へ力を加えても沈まず（WB へ加える力の位置によって異なるが）逆に浮く。これは (1) と矛盾する。 その原因を動作原理（重力、浮力、圧力）から考えてみると、理科実験の楽しさ、面白さ、不思議さを学ぶ良い機会になる。ここでは主に PB や WB 容器等を用いた浮沈子の実験を利用して、小学校と中学校などで行った授業の様子を通し、理科（物理）への興味関心を増すための一つとして紹介する。

76

会場 G
領域１，８，１０G-1

電磁ホーン型 ESR と共振器型 ESR
大分大学工学部電気電子工学科 A , 大分大学工学部応用化学科 B
A

A

A

B

良敬 , 桑田賢一 , 小野澤晃 , 大賀恭 , 氏家誠司

小林正A , 野村

B

電子スピン共鳴 (ESR ／ EPR) が開発されて以来 60 年余、ESR 試料セルは主に共振器 (空洞共振器、誘電体共振器、ループ・ギャップ共振器、ファブリーペロー共振器等) が採用されてきた。我々はこれら試料共振器を、研究用途に応じて、マイクロ波 TE 及び TM モードの各種空洞共振器、及び初めて高 Q 値のファインセラミックス (複合ペロブスカイト 誘電率=29、無負荷 Q 値=12000)を採用した ESR 用誘電体共振器等 十数種類開発を行った。これらの共振器を用いて、ESR 結晶学
仕様の (1) ５種類の２軸ゴニオメータ、(2) 結晶中の不対電子サイトの状態定量分析用の３軸ゴニ
オメータ、(3) 試料１軸回転と温度可変が可能な１軸性応力 (圧力と張力) と電場の印加装置、(4)
高温用／低温用の温度可変装置等の開発を行った。 また局所 ESR 信号検出方式と磁場勾配方式のESR イメージング (ESR-CT) 装置を５種類開発し、(i) アラニンイメージングプレートを用いた３次元放射線線量計測システムの開発、(ii) 初めての腫瘍 (B16 メラノーマ:黒色皮膚癌) の ESR-CT
像の観測等を行った。 しかし共振器を ESR 試料セルとして用いている限り、計測時に高い Q 値の維持が必要なので、少量で誘電ロスの小さい試料でしか測定できない。これらの共振器型 ESRのもつ困難・制約を殆ど全て解決した K-バンド電磁ホーン型 ESR の開発を行い、誘電ロスの大きな試料 (含水試料・生体試料)、半導体等の導電性試料、金属含有試料、多量又は大型試料 (従って非破壊測定も可能になる) の開発を行い、感度的にも従来型の共振器型 ESR に近づけ、実用に供する段階まで持ってきた。単１マンガン乾電池中の炭素ラジカルの検出、40 cc の水溶液中の TEMPOL
ラジカルのビタミン C によるラジカル消去等多数の実験を行い、悉く ESR 計測に成功している。
換言すれば、ESR 計測の革新的な展開を行ったことになる。

77

G-2

電磁ホーン型 ESR によるマンガン乾電池中のラジカル測定
大分大学工学部電気電子工学科 A

桑田賢一A , 小林正 A , 小野澤晃 A

電磁ホーン型 ESR 装置を用いることで測定可能な試料の幅が大きく広がった。ここで、マン
ガン乾電池を K バンド電磁ホーン型 ESR 装置で測定し、炭素ラジカルの検出について述べる。
まず、実験について説明する。マンガン乾電池の外側の金属缶を取り除き亜鉛缶の半分を取り除いた乾電池を開放型 ESR で測定すると、シグナルが観測された。これは電解質中の炭素ラジカルが検出されている。続いて、この電池に負荷を接続し、放電しながら、炭素ラジカルの強度の経時変化を観測し、電圧との関係を測定する。
以上の実験より、電磁ホーン型 ESR は、燃料電池及びラジカル電池などの新規な電池の ESR
計測の研究にも応用できる可能性が見出された。
文献 T. Ogata, M. Abe and K. Matsuki

In
Situ Measurement of Free Radicals in Manganese Dry Cells, Electrochimica Acta ,Vol.38, No.17, pp. 2511-2514, (1993)

G-3

各種の鉱物試料中の遷移金属イオン・ラジカルの電磁ホーン型 ESRによる非破壊検出
大分大学工学部電気電子工学科 A

新規 K-band 電磁ホーン型 ESR 装置の長所を生かして、従来の狭い閉空間での測定を余儀なくされた空洞共振器型 ESR、誘電体共振器型 ESR での測定から解放され、しかも誘電ロスの大きく、かつ試料サイズも数十 cc の試料でも測定可能（従って非破壊的な測定が可能）となった。図１のような波形から種々の情報を得る。図２の市販の天然鉱物標本か
ら、各鉱物試料を非破壊のまま、送信・受信の電磁ホーン間に設置して、次々と ESR 測定を迅速に行った。共振器のように測定のたびにチューニング (同調) をする必要もない。図１のように、不純物として Mn(II) イオンが含まれていることが確認された。中心の ESR スペ
クトルは DPPH 標準試料からのものである。

78

山口良太A , 小野澤晃 A , 小林正 A

G-4

ベリリウムの光電離断面積
宮崎大学工学部 A

鈴木佐智恵A , 柏原広道 A , 大崎明彦 A , 中崎忍 A

ベリリウム (Be) に光をあて、Be を電離させたときの光電離断面積の実験結果が、東京大学の吉田ら (2005) により報告されている。この実験を理論的に検証するためには、hν + Be → Be+ + eという過程を理論的に解く必要がある。その際、精度の良い Be+ (三電子系) の波動関数が必要である。光電離断面積はこの波動関数を使って量子力学的近似法である R 行列法で計算することができる。 本研究では Be+ の波動関数を決定し、R 行列法を用いて光電離断面積を理論的に求め、実験値および、他の理論値と比較を行った。

R 行列法は、N 個の電子を持つ原子又はイオンの散乱問題を解くことで、始状態である N + 1 電子原子の束縛状態波動関数と終状態である [散乱電子 +N 電子イオン] の波動関数を求める計算法である。この近似法の特徴は衝突の領域を内部領域と外部領域の 2 つの領域に分けて計算を行う。
内部領域は入射電子が標的の束縛電子と混在している領域で、入射電子と標的電子の電子交換や電子相関を考慮し、配置間相互作用法を用いて全系の波動関数を求める。この波動関数は標的の波動関数を用いて展開する。一方、外部領域では、電子交換散乱が無視できる領域として、緊密結合法
により散乱電子の波動関数を決定する。二つの領域で求めた波動関数を境界で滑らかに結合することにより散乱振幅を求め、断面積を得ることが出来る。Be+ の波動関数の各軌道の決定には、変分法を用いて配置間相互作用法のプログラムである CIV3 コードを用いて求めた。R 行列法に用いる標的の展開には 25 状態、55 状態を取り入れた。R 行列法による Be の光電離断面積の結果の詳細は、当日に報告する。
参考文献[1] L. Voky，H. E. Saraph，W. Eissner，Z. W. Liu and Hugh P. Kelly，Phys．Rev．A 46, 3945 (1992).

G-5

外殻１電子イオンの電子衝突励起過程
宮崎大学工学部 A

秋田健一A , 柏原広道 A , 大崎明彦 A , 中崎忍 A

原子及びイオンの電子衝突による P 状態からの放出光は偏光している。その偏光を表現するパラメータとしてストークス・パラメータがあり、原子の電子衝突では理論・実験ともに多数報告されているが、イオンの電子衝突では理論の報告はわずかで、実験の報告はない。
ストークス・パラメータは散乱現象の物理的解明に使われ、原子やイオンの電子雲の大きさ、形状、回転そして角運動量移行 L⊥ を見積もることが出来る。角運動量移行 L⊥ について、Steph とGolden[1] が半古典論モデルを提案している。このモデルは標的原子の電気双極子と束縛電子の影
響により低エネルギーの小角度散乱において L⊥ ＞０、大角度散乱において L⊥ ＜０とするモデルである。イオンでは、クーロンポテンシャルの影響が加わるため、角運動量移行 L⊥ の符号は原子よりもイオンの方がこのモデルに適する。しかし、Mg 様イオンについて、Kai[2,3] らによりこのモデルが適応できないことが報告されている。
本研究では、入射電子の低いエネルギー領域で散乱振幅を量子論的に精度良く求めることが出来る R 行列法を用いて外殻１電子イオン (Li2+ 、B2+ 、Al2+ ) の電子衝突による P 状態からのストー
クス・パラメータを理論的に求めた。

B2+ と Al2+ について半古典論モデルが適応できないことが分かった。計算方法と結果の詳細については、当日に報告する。

[1] N. C. Steph and D. E. Golden, Phys. Rev. A Vol.21 pp.1848 (1980).
[2] T. Kai, R. Srivastava and S. Nakazaki, J. Phys. B : At. Mol. Phys. 37,2045 (2004).
[3] T. Kai, R. Srivastava and S. Nakazaki, Phys. Rev. A 70, 062705 (2004).

79

G-6

分子の回転励起に対するＲ行列伝播法の応用について
宮崎大学工学部 A

福田

理人A , 大崎明彦 A

本研究は、宇宙空間または実験室プラズマ中で起こる電子と分子の衝突過程の計算方法について
理論的な側面から考察を行った。電子衝突による HCl 分子の回転励起を考える。HCl 分子は大きな永久双極子モーメントを持つ代表的な極性分子であり、その双極子相互作用は回転励起など非弾性散乱に大きな影響を与えることが知られている。入射電子と HCl 分子の間には長距離にわたって双極子相互作用が強く効いているので遠方での衝突からの寄与が相対的に大きくなる。今回の計算では、電子交換効果については、自由電子ガスモデルによる近似を用ているが、精度の高い計算を行うには不十分である。
電子交換効果を正確に取り扱う方法は、Burke 等により
d2 Yλλ (λ+1)(r)
Yλ (r) − (2 λ + 1) P (r)F
dr 2 =
r2r, 2Wij Fj (r) =∑k αk r−1

P2k (r)Yλ k (r),Yλ (r) ∼r → 0 aλ+1 , Yλ (r) ∼r →∞ br−λを散乱方程式に導入することにより、原理的には、繰り返し計算なしで計算できることが示されている。実際には Yλ の境界条件から、中間点での接続が必要になり、繰り返し計算が必要である。
電子交換の計算に出てくる Yλ は閉チャンネルの波動関数と良く似た性質を持っている。一方、R
行列伝播法は、化学反応等の理論計算に多く用いられており、閉チャンネルが多数含まれている場
合でも安定した解が得られる。しかし, そのアルゴリズム上, 散乱位相の符号が定まらず微分断面積の計算には用いることができない。R 行列伝播法を用いて電子交換を正確に取り入れた計算を行
う前に、これらのことを解決する必要がある。本研究では R 行列の問題点を高精度化への取り組
みについて報告する。

G-7

Au 拡散 Si 急冷連続回復過程で発生する Au 集合体
福岡工大工 A安

岩A , 師岡正美 A

Si の中で Au 原子は格子間位置と置換位置を占め、置換金は熱履歴により、高温置換金、
低温置換金、置換金集合体の３種類がある。また、過飽和 Au の回復特性は回復方法によって
1018

大きく変化する。今回主に、急冷連続回復過存性と回復温度依存性を調べたので報告する。
予め 1150 ℃ 90 時間 Au 導入した約 1mm 厚のFZ-Si を 900 ℃ 22.5、90、360 時間回復させ、SIMS 測定による金濃度分布を図に示す。表面より約 12 μ m 以上の所では微小高濃度領域
即ち Au 集合体が発生する。回復時間が長くな

Au concenration (cm-3)程で発生する Au 集合体について、回復時間依
90 h
1017

22.5 h

1016

360 h

ると Au 集合体に含まれる Au 原子数が増加す
ると共にその濃度も増加した。また 950 ℃ 26

1015

時間での回復を行った所、Au 集合体は殆ど発

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Depth from surface (µm)

生しなかった。Au 集合体に含まれる Au 原子分布等の詳細な分析は当日発表する予定である。

80

SIMS measurements of Au in Si after annealing
at 900˚C for 22.5h, 90h and 360h

G-8

点欠陥が関与する Si 中 Au 拡散の数値解と分布
福岡工大工 A

倉光政明A , 師岡正美 A

Si 中で Au 原子は格子間位置と置換位置を占め、置換 Au 濃度は格子間 Au 濃度より極めて大きい。一方、置換 Au 原子自身の拡散係数は、格子間 Au の拡散係数より極めて小さく、置換 Au の濃度変化に対しては、格子間 Au として拡散し置換 Au に変化する所謂位置交換型の濃度変化が実効的となる。格子間 Au と置換 Au との位置交換に対しては、Si 固有の格子間 Si や空孔などの点欠陥が関与し、これら点欠陥の振る舞いが Si 中の Au 濃度変化を律速する。このような点欠陥が関与する位置交換型不純物拡散は 5 つの連立偏微分方程式で表される。従来は格子間不純物濃度一定などの近似を用いて一つの偏微分方程式を導き出し、その数値解を求めて置換型不純物の拡散を解析していた。今回は、連立偏微分方程式から直接数値解を求めることを試みた。パソコンで簡単に計算するために、プログラムは Java を使用した。

900 ℃での Au の導入と回復に対する計算を行い、置換 Au、格子間 Au、空孔、格子間 Si のそれぞれの濃度分布の時間変化を求めた。その結果、数十秒以降での拡散時間で上記近似が成立することが判明した。Au 導入では、格子間 Si
は過飽和状態となり、空孔は未飽和状態となるのに対して、Au 回復では、格子間 Si が未飽和で空孔が過飽和状態となることが分かった。また、回復実験との比較においては、拡散時間 90 時間程
度までの実験結果と、ここで行った計算は良く一致した。ところが、360 時間回復では表面近くの置換 Au 濃度分布の一致が良くなかった。この場合数値計算に約 2 時間要するので、このような長時間の拡散現象を解析するには、Java プログラムの改良が必要である。

G-9

ネオン様バリウムイオンの励起断面積
宮崎大学工学部 A

原田和哉A , 柏原広道 A , 大崎明彦 A , 中崎忍 A

電子とイオンの衝突過程の研究は、天体や実験室にけるプラズマ中の基礎的な素過程でありプラズマの温度及び電子密度を知る上で重要である。このことから電子と原子、イオン衝突に関する実験及び理論的な研究が今日まで行われてきた。Ba46+ について中村らは基底状態から高い励起状態への二つの励起断面積の比を実験的に求めている。今回 Ba46+ の 1s2 2s2 2p61 S0e から低い状
態 1s2 2s2 2p5 3s1 P1o への励起断面積の実験や理論的研究の報告がされていないことに注目した。本研究では、量子力学に基づく理論的近似法である R 行列法を用い、電子と Ba46+ の衝突による

1s2 2s2 2p61 S0e → 1s2 2s2 2p5 3s1 P1o 遷移の励起断面積を求め、その遷移における偏光度を求めた。
電子衝突による Ba46+ の 1s2 2s2 2p61 S0e → 1s2 2s2 2p5 3s1 P1o 遷移の励起断面積の計算を行うには、
まず標的の波動関数を精度よく求める必要がある。標的の波動関数は配置間相互作用法を用いて表す。波動関数の決定にはイオンの波動関数を変分法により求めるプログラムコード CIV3 を用いた。1s,2s,2p 軌道についてはハートリー・フォック法により基底状態のエネルギーが最小になるよ
うに決定した。求めた標的の波動関数を用いて Breit-Pauli R 行列法で T 行列を求め、励起断面積
及び偏光度の計算を行なった。励起断面積、偏光度の結果の詳細については、当日報告する。
参考文献

1.

N. Nakamura et al. J.Phys.Soc.Jpn.69,3228,(2000).

81

G-10

天然コランダム単結晶、人工ルビー単結晶等の電磁ホーン型 ESR による共鳴磁場の角度依存性
大分大学電気電子工学科 A

田中智洋A , 小野澤晃 A , 小林正 A

電磁ホーン型 ESR 装置を結晶学へ応用するために、天然コランダム単結晶と人工ルビー
単結晶を測定し、共鳴磁場の角度依存の測定を行った。電磁ホーン型 ESR 装置では従来の空胴共振器型 ESR 装置では測定が困難であった大きなサイズの結晶等を測定することが可能となった。この利点を活かして非破壊のまま天然コランダム単結晶、人工ルビー単結晶等を測定した。角度依存の測定方法は開放部に試料を回転させる装置を置き、詳細に回転させその角度における ESR シグナルを観測し、共鳴磁場の角度依存をプロットした。
図は、天然コランダムの角度依存を示している。

G-11

硫酸マンガン水溶液、DPPH ベンゼン溶液等の電磁ホーン型 ESR による測定
大分大学電気電子工学科 A

池上卓也A , 小野澤晃 A , 小林正 A

K-band 電磁ホーン型 ESR 装置は従来の
X-band ESR 装置と異なり、空胴共振器を用
いず、送信ホーンと受信ホーンの間の開放空間に試料を置く方式である。実験では、電磁ホーン型 ESR 装置の試料用空間が開放されている利点を利用し、ベンゼン溶液と特に誘電ロスの大きな多量の水溶液中（40cc）の硫
酸マンガンの濃度を 1.11 から 0.0043mol/cc
ま で 変 化 さ せ 、K-band 電 磁 ホ ー ン 型 ESR装置を用いて ESR 測定を行った。結果、硫酸マンガン水溶液では、ESR 強度の濃度依
存性に２つの機構があり、two-compartment
モ デ ル が 成 立 す る こ と が わ かった 。

82

G-12

電磁ホーン型 ESR による TEMPOL ラジカルのビタミン C による消去過程の観察
大分大学工学部電気電子工学科 A

野村良敬A , 小林正 A , 小野澤晃 A

我々はラジカル反応、ラジカル消去の生体中での基礎モデルとして TEMPOL フリーラジ
カルの水溶液を作成して、まずＴＥＭＰＯＬ
水溶液のＥＳＲ測定を行った。水は誘電ロスが大きく、従来の共振器型ＥＳＲでの測定は困難であるが、電磁ホーン型ＥＳＲ装置では図のように３本の超微細構造ＥＳＲスペクトルが観測された。14.2mg の TEMPOL(2,2,6,6-

tetramethylpiperidine) を 100cc の蒸留水に溶かした試料を用意し、3 本の hfs の ESR スペ
クトルを観測した。次にビタミン C：L(+)-ア
スコルビン酸 1g を 15cc の水に溶かした溶液を
１ cc 添加して、ESR スペクトルの観測を行った。これを１スキャン 3 ０秒の積算モードで測定しながら、ビタミンＣ水溶液を添加すると写真のようにＴＥＭＰＯＬラジカル強度が減衰して、５分後にはラジカルの完全消去が行われた。

G-13

極低温強磁場実験用圧力セルの開発
九大院工 A , 九大院理 B
A

八板克仁A , 和田統 A , 吉田靖雄 A , 稲垣祐次 A , 河江達也

, 大橋政司 B , 巨海玄道 B

極低温強磁場下で使用できる比熱測定用圧力セルを開発中である。核スピン磁気モーメントに起因する比熱は、磁場 H 、温度 T のもとで CN = Λ H 2 /μ0 T 2 に従って温度の低下とともに増大する。ただし、Λ、μ0 はそれぞれキュリー定数、真空の透磁率を表している。現在主に使用されている CuBe 製ピストンシリンダー型圧力セルでは低温強磁場でセル自体の核比熱が非常に大きくなるため高精度の実験ができない。この問題を解決するため Ag-Pd-Cu 合金に注目し、この合金を用いたピストンシリンダー型圧力セルを試作した。Ag や Pd は Cu に比べてキュリー定数が二桁も小さいので、セル自体の核比熱の磁場中比熱測定に対する影響を大幅に小さくすることができる。当日はこのセルの磁場中での比熱、発生可能な圧力について実験により調べた結果を示しこのセルの実用性について述べる。

83

G-14

１次元離散量子系のダイナミックス
佐大院工 A

小佐野真一A , 遠藤隆 A , 平良豊 A , 豊島耕一 A

一次元（x 軸）の離散的な空間における量子力学のダイナミックス（量子ウォーク）を調べた。離散的なサイト |j > （j は整数、サイト間隔 ∆x は一定）間の相互作用が隣接サイト間に限定され、∑∑ハミルトニアンが H = h̄χ0 |j >< j| + h̄(χ/2)eiθ
|j + 1 >< j| + h.c. と表されるとき、一般解∑∑−iχ0 tj −ijθ
−k ikθ
は、ベッセル関数を用いて |ψ(t) >= ee Jk−j (χt)) とj < j|ψ(0) > (i ek |k > i
表せる。この一般解は、θ = 0, χ0 = χ では、質量（m = h̄/χ∆x2 ）を持った粒子、θ = π/2, χ0 = 0では、質量の無い粒子（光子）のモードに相当する。いずれも |ψ(0) >= |0 > は x 軸の正負両方向に同強度で伝搬し、∆x → 0 の極限で連続系のダイナミックスに一致しないが、超関数の意味ではベッセル関数が収束し一致する。

G-15３原子反応に対する専用有限要素法プログラム開発
宮崎大学工学部 A

渡辺慎司A , 大崎明彦 A

化学反応とは原子と分子あるいは分子と分子の衝突によって新しい分子が出来る過程である。化
学反応は非常に低いエネルギーでの衝突過程であり、量子論におけるいわゆるトンネル効果が重要な役割を果たしている。分子の衝突問題を考えるとき、電子状態の他に振動、回転の自由度もあり多くのチャンネルを考慮しなくてはならない。これらを量子論に基づいた計算を行うことによって、化学反応に対する分子の振動、回転状態の影響などを詳しく調べることができる。しかし、数多くの量子状態を同時に考慮しなくてはならず理論的な取り扱いを困難にしている。
近年、３原子系の素過程のプロセスに対しては超球座標を用いての厳密な計算が行われるようになった。反応の計算を行うには超球半径 ρ をパラメータとする断熱ポテンシャルの計算が必要になる。その計算には DVR 法や汎用の有限要素法のプログラムが利用されている。反応系に対称性がない場合には DVR 法によるプログラミングが難しく、一般的な３原子反応系を取り扱う為に有限要素法のプログラムの開発を行った。
本研究では３次元空間での反応系について超球座標 [1][2] を用いて角運動量 J = 0 という条件の下厳密な量子力学計算を行った。ポテンシャル曲面としては LSTH(Liu-Siegbahn-Truhlar-Horowiz)
曲面および、LEPS(London-Eyring-Polanyi-Sato) 曲面を使用した。結果については当日報告する。

[1]B.R.Johnson, J. Chem. Phys. 73, 1916 (1980)[2]B.R.Johnson, J. Chem. Phys. 79, 1916 (1983)

84

G-16

フランクヘルツ管におけるショットノイズの発生
佐賀大学大学院工学系研究科 A

稲葉泰士A , 豊島耕一 A , 平良豊 A , 遠藤隆 A

フランクヘルツ管におけるショットノイズのパワーを記したものである。フランクヘルツ特測定を行った。ショットノ イズとはキャリヤの性は非弾性衝突の起きる電圧を示すためのもの

粒子性に由来する雑音で、そのパワーは電流ので，ノイズの測定は（アノードと第二グリッド

平均値に比例する。これは定電流駆動や空間電の）全電流に対して行っており、全電流は電圧荷効果によって抑制されることが知られている。

に対して単調に増加している。

本実験では、アルゴンガスを封入したフランク-2/341

ヘルツ管において、定電流駆動によりスクイー
ズされた（すなわちショットノイズが抑制され

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た）電子流が、加速電圧を上げたときにショッ#$)

トノイズが増加することが認められた。

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加速により電子のエネルギーが気体原子の第#$#&一励起状態のエネルギーを超えると原子との非#$#%'$##5")*

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走行時間に乱れが生じショットノイズが回復し

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たものと予想される。図１は加速電圧に対するIJKLMNKMOWJXMNYROKJSTROUJVRQ

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フランクヘルツ特性と１５０ＫＨｚでのノイズ

G-17

電子回路によるユニタリー変換のシミュレーションン効果

II．量子ゼノ

佐賀大学大学院工学系研究科物理科学専攻 A , 佐賀大学理工学部物理科学科
A

A

B

B

石原佳子 , 近藤直哉 , 平良豊 , 豊島耕一 , 遠藤隆

BB

はじめに、電子回路による量子力学のシミュレーションについて説明する。量子系の状態の一般的な時間変化は、ユニタリー変換によって表すことができる。次に、Ｎ次元の量子系のユニタリー
変換について述べる。特に２次元のユニタリー変換について取り上げ、これが２準位系の各準位毎の位相シフトと準位間の混合を表す２つの演算子で書き換えられることを述べる。上述した位相シフトに対応する電子回路を位相シフト回路、混合に対応する電子回路を回転回路と呼ぶ。この２つの電子回路を組み合わせてＮ準位量子系のダイナミックスをシミュレーションすることができることを述べ、例として２準位量子系の「量子ゼノン効果」について説明する。
量子ゼノン効果とは、不安定な状態にある量子系を短い時間間隔で頻繁に観測し、この連続的観測の極限で状態が変化しなくなる現象である。これは、観測することが量子系の時間発展に影響を及ぼすという不思議な効果である。量子ゼノン効果と等価な電子回路、実験結果を示し、電子回路
によって２準位量子系のダイナミックスをシミュレーションすることができたことを報告する。最後に、今後の展望、問題点（課題）を述べる。

85

G-18

YBCO 超伝導セラミクスのグラス転移における電気伝導
九工大工 A , 徳島大総合科 B , 京都工繊大基盤科学 C
A

AA

名和大輔A , 橋本雄一郎 A ,B出口博之 , 美藤正樹 , 高木精志 , 小山晋之 , 萩原亮 C

銅酸化物超伝導体のサブミクロンスケール

した。零磁場での結果に比べて磁場の増加にのグレインの焼結体（セラミクス）は、0 結

つれ I ‐V 特性が変化しているのがわかる。電合とπ結合がランダムに配列したジョセフソ流を磁場方向と平行に流した結果と比較する。

ン結合のネットワーク系とみなせる。この系での転移は特異なグラス転移であり、理論および実験の両面から研究されてきた。これまで YBCO セラミクスの零磁場下での交流磁化率の温度・周波数依存および電気抵抗の温度・電流依存性について調べてきた。今回は、弱磁場下での直流電気抵抗および I‐V 特性の磁場効果に着目した。YBa2 Cu3 O7−δ のセラミク
ス試料における電気抵抗の電流・磁場依存を図に示す。磁場方向と試料に流す電流方向を垂直にして転移点以上から零磁場冷却で測定

G-19

近藤化合物 CeAu2 Si2 の反強磁性に及ぼす圧力・磁場効果
九大院理 A , 東北大金研 B , 東北大極低セ C
B

大村美央A , 巨海玄道 A , 佐藤伊佐務, 青木晴善 C , 小松原武美 C

CeAu2 Si2 は常圧で約 10K にネール点 TN を持つ反強磁性体である。TN 以下で、Ce の磁気モーメ
ントは c 軸に平行に反強磁性配列をし、ab 面内で強磁性配列をしている。磁化の測定により c 軸に平行に磁場をかけた場合、メタ磁性転移が観測されている。多結晶を用いた固体圧力下での電気抵抗測定が行われており、TN は加圧とともに減少することがわかっている [1,2]。しかし、静水圧下における電気抵抗の精密測定の報告例は少なく、単結晶を用いたものもない。本研究では静水圧下における詳細な電気抵抗や磁気抵抗の測定を試みた。
試料はテトラアーク炉を用いた回転引き上げ法で作成された単結晶を用いた。電気抵抗測定は直流四端子法で、電流方向は a 軸に平行、c 軸平行の二方向とした。また、電流に垂直になるようにそれぞれ磁場をかけた。電気抵抗の温度依存性は低温領域でかなりの軸異方性が見られた。測定した圧力範囲では TN は加圧に伴い高温側へとシフトしていく。これはこれまでの報告 [1,2] とは定性的に異なる。また、磁気抵抗において I//a-axis、H//c-axis の時、メタ磁性転移に伴う急激な抵抗の減少が観測され、臨界磁場は加圧に伴い高磁場側へとシフトした。詳細は当日報告する。

[1] P. Link and D. Jaccard ,P hysicaB 230-232, 31 (1997)[2] J. D. Thompson et al., J.M agn.M agn.M ater. 54-57, 377 (1986)

86

G-20

絶縁体組成 Bi2212 における電気的特性のアニール依存性
佐賀大理工 A

栗原康介A , 町田晃一 A , 由布滋之 A , 真木一 A

銅酸化物高温超伝導は、強い電子間クーロン
相互作用によって絶縁体化した物質に、キャリアを注入することで発現する。ただ、その過程において、どのように電子状態が推移するのか
は完全にはわかっていない。
本研究は、特に不足ドープ域の情報が不足している Bi2 Sr2 CaCu2 O8+δ に対して、絶縁体組成
およびその近傍における電気的性質を明らかにする事を目的としている。
図に、2 価の Ca サイトを 3 価の希土類元素
Dy で置換して作製した単結晶試料における、

CuO2 面内電気抵抗率 ρab の温度依存性を示す。酸素雰囲気中でのポストアニールによって結晶中の酸素含有量を増やすことでキャリア濃度が増加し、電気抵抗率が小さくなっている様
子が分かる。
測定方法および測定結果の詳細は当日報告する。

G-21

希薄ドープ域 Bi2212 の異方的なホッピング伝導
佐賀大理工 A

森義志A , 由布滋之 A , 町田晃一 A , 真木一 A , 鄭旭光 A

銅酸化物高温超伝導体は伝導を担う CuO2 面のキャリア濃度を制御することで、その基底状
態を絶縁体から超伝導へと変化させることができる。我々は多彩な物性が報告されているモット転移近傍に注目し、Bi2 Sr2 CaCu2 O8+δを選んで複素誘電率の測定から電子状態の変化を調べている。単結晶試料では CuO2 面間
方向の情報が得られた。一方、焼結体試料は面内方向の成分を含むと考えている。図に焼結体における誘電率の周波数依存性を示す。低周波で顕著な温度の上昇に伴う誘電率の増大は熱活性的なホッピング伝導を反映している。発
表当日は、単結晶試料での測定結果とも比較して異方的な誘電特性の詳細について議論する。

87

G-22

層状 Co 酸化物 Bi2 M2 Co2 Oy ( M = Ca , Sr ) の単結晶育成とその電気的特性
佐賀大理工 A

町田晃一A , 秀南正史 A , 真木一 A

我々は、バンド幅制御とフィリング制御の絶縁体金属転移の振る舞いが比較できる物質として、層状 Co 酸化物 Bi2 M2 Co2 Oy ( M = Ca ,Sr ) に注目している。しかしこの物質は不整合な結晶構造と非化学量論組成から、Co が混合
原子価状態にあることも知られている。
そ こ で 層 状 Co 酸 化 物 Bi2 M2 Co2 Oy ( M

Bi2Ca2Co2Oyρab (Ω・cm)= Ca , Sr ) 単結晶試料の酸素含有量にともなう電気的性質の変化を調べたので報告する。図に空気、Ar と O2 の各雰囲気中で
ア ニ ー ル し た Bi2 Ca2 Co2 Oy 単 結 晶 の 電 気
抵抗率を示す。興味深いことに、O2 雰囲気
中でアニールした試料の方がより抵抗が高たないことがわかる。詳細は当日報告する。

G-23

空気アニール

10-1

10-2

く、単 純 な ホ ー ル ド ー プ 系 の 描 像 が 成 り 立

O2アニール

100

Arアニール

100

200

300

T (K)

結晶場基底状態に Γ3 2 重項を持つ P rx La1−x InAg2 の低温帯磁率測定
九大院工 A , 九工大工 B , 物材機構 C

諸冨大樹A , 河江達也 A , 稲垣祐次 A , 北井哲

夫 B , 鈴木博之 C
我々は四極子近藤効果の実験的検証を目指し結晶場基底状態にΓ 3 ２重項を持つ物質系に注目し実験を行っている。Prx La1−x Pb3 では x ≦ 0.05 の四極子モーメントが非常に希薄な領域で四極子
近藤効果を強く支持する結果を得ている。一方、帯磁率においては T ＞ 5 K では基底状態Γ 3 ２
重項で良く再現できるが、5 K 以下では温度低下とともに帯磁率がゆっくりと上昇する。この振る舞いは Prx La1−x InAg2 ではより顕著になり、T ＞ 15K の高温側帯磁率χは 0.05 ≦ x ≦ 1 の広い濃度領域にわたって結晶場基底状態Γ 3 ２重項、第１励起状態が約 60K にあるとして非常に良く再現できる。一方、T ＜ 15K の低温側については各濃度ともに帯磁率が− lnT に従う非フェルミ
液体的振る舞いが観測された。また比熱においても T ＜ 10K の温度域において磁気比熱 C/T が単調に増加する非フェルミ液体的振る舞いを観測した。さらに特性温度 T*を用いて比熱結果をス
ケール出来ることもわかった。この帯磁率の非フェルミ液体的異常と四極子近藤効果に起因すると予想されるが詳細は良くわかっていない。
今回我々はより低温側の帯磁率の振る舞いを調べるため、T = 2 K 以下の帯磁率測定を行った。
本発表ではその結果について報告する予定である。

88

G-24

P rx La1−x P b3 の圧力効果
九大院工 A , 九工大工 B
AA

赤司淳A , 家永紘一朗 A , 八板克仁 A , 諸富大樹 A , 和田統A, 稲垣祐次 , 河江達也 , 北井哲夫 B

我々はこれまでは結晶場基底状態に Γ3 ２重項を持ちT=0.4Kで四極子秩序する PrPb3 に注
目し研究を行ってきた。最近この秩序相が四極子モーメントの非整合相であることが報告され

10
Non-Fermi-Liquid Behaviorている [1]。またこの物質を非磁性不純物 La でQuadrupolar Ordering

Temperature (K)置換していくと Pr 濃度xに対して四極子と伝導電子との相関により右の相図が描かれる (x ≦0.2 四極子秩序、0.95 ≦ x 非フェルミ液体)。
この系において磁性体における RKKY相互作用同様に四極子 − 伝導電子間相互作用が重要な役割を果たすならば、この系の物性は圧力に1
Random-Two-Level System( RTLS )0.1

対しても敏感なのではないかと考えられる。そ

0

0.1

1

0.9

Pr concentration

こで NFL 的振る舞いを示す領域と RTLS の臨

Pr 濃度－
濃度 － 温度相図

界的な濃度x=0.2の系において圧力効果の実験を行っているのでこの結果について報告する。

[1] Onimaru et al., Phys. Rev. Lett, 94 (2005)

G-25

置換した Bi2 Sr2 CaCu2 O8+δ における超伝導-絶縁体転移と不均一性の関係
熊大院自然科学 A , 熊大理 B

小牧伸伍A , 沢田義治 A , 常岡拓哉 B , 市川聡夫 A

グラニュラー超伝導薄膜の電気抵抗の温度依している為と考えている。この特性に対する酸存性においては，擬リエントラント転移や負の素量の影響を明らかにするため Ar ガス雰囲気

磁気抵抗など興味深い現象が見られる。Bi2212

中でアニールした試料の輸送特性や SEM/EDS

超伝導体の Ca を Y で置換した単結晶を作製

による組成分析について実験を進めている。

し，その輸送特性を調べたところグラニュラー
超伝導薄膜と似た ρ − T 特性が観測されたの0.8で詳細を調べている。Bi2212 単結晶はセルフ・

0.7

フラックス法で作製した。この時、仕込み量で0.6
ρ(10-3Ω・m)

Ca の 10%を Y に置換し、坩堝内の Y を均一に分布させるため炉の最高温度を 1100 ℃まで上げた。Ca を Y で置換すると、c 軸長が単調に減少する事が報告されているので同じ坩堝から取れた試料の X 線回折から Y 濃度を見積も

0.5
0.4
0.3
0.2

ると 60%前後となり、坩堝内で結晶となった部
分での Y 濃度の分布が一様になっている。し0.1

かしながら、ρ − T 特性を調べると図に示すよ0

うに擬リエントラント転移や二段転移が観測された。このようなグラニュラー超伝導薄膜と類

0

50

100

150 200
T (K)

250

300

仕込み量で Ca を Y に 10%置換した試料の ρ−T 特性

似した振る舞いは試料内で Y が不均一に分布

89

G-26

ポストアニールを用いた DC スパッタ法による薄膜の作製と輸送特性
熊本大学大学院自然科学研究科 A , 熊本大学 BA

櫻井宏紀A , 児玉進也 A , 小牧伸伍

, 沢田義治 C , 市川聡夫 B

２次元超伝導薄膜に対して、乱れを導入したり、磁場を印加したりすることによって、超伝導から温度降下にともない電気抵抗が上昇する絶縁体的特性へ転移する現象を超伝導−絶縁体転移（SI転移）という。本研究では銅酸化物超伝導グラニュラー薄膜における SI 転移のメカニズムについて調べることを目標にしており、そのため YBa2 Cu3 O7−δ の組成を系統的に変化させた薄膜を作製することが必要になる。我々の使用しているスパッタ装置ではターゲットが小さく成膜速度も比較的速いため、本研究に適している。しかし、基板とターゲット間の距離によって薄膜の組成が変化するので、最適な距離を決めるために、様々な距離で成膜を行った。
薄膜の作製には DC スパッタ法を用いている。基板は MgO(100) を使用し、スパッタ雰囲気は全圧 0.7Torr、アルゴンと酸素の比は 9:1 であった。基板は加熱せずに成膜し、その後 930 ℃でポス
トアニールを行い薄膜の結晶化を図った。ここでポストアニールを行っているのは、グラニュラー
薄膜について研究するためである。作製した薄膜を走査型電子顕微鏡，X 線回折、電気抵抗の温度依存性から評価した。電気抵抗の測定は直流四端子法で行った。基板とターゲット間の距離によって様々な c 軸長や電気抵抗の温度依存性が観測された。現在この変化の原因を調べている。

90