⽂部科学省と国⽴⼤学附置研究所・センター 個別定例ランチミーティング

第86回 東京⼤学 物性研究所（2024.6.21)
12:05－12:10(5分） ︓ 物性研究所の概要 所⻑ 廣井善⼆
12:10－12:25(15分） ︓「強⼒な磁場で探求する新しい物質世界」
附属国際超強磁場科学研究施設 教授 松⽥ 康弘「光ではたらくタンパク質の量⼦ー古典⽣命インターフェース研究」
機能物性研究グループ 准教授 井上 圭⼀
12:25－12:45(20分） ︓ 質疑応答

文部科学省と国立大学附置研究所・センター

2024.6.21

個別定例ランチミーティング

東京大学 物性研究所
物性犬

Institute for Solid State Physics (ISSP)
所長 廣井善二
Research cycle
半導体
磁石
超伝導体
ナノ物質
ソフトマター
生体物質

柏キャンパスの物性研

物質の世界を知る

物性研究所の歴史
第1期

第2期

東大附置全国共同利用研究所

第3期

1957
2000
2010
2024設立柏キャンパス移転
共同利用･共同研究拠点第4期へ移行準備中@ Roppongi in 1963
国立新美術館

研究部門

附属研究施設研究組織

機能物性研究グループ

人員：429名（6月1日現在）
教授･准教授 44、助教 35、PD 45、
技術･事務 120、学生 185



予算：46億円 (2022)



論文：400報（80％ physics)



共同利用：1000件、1800人



国際連携･研究会：多数



産学連携：0.7億円、30件



社会貢献：ヘリウム液化事業

量子物質研究グループ

軌道放射物性研究施設

極限コヒーレント光科学研究センター

計算物質科学研究センター

国際超強磁場科学研究施設

中性子科学研究施設

物質設計評価施設

ナノスケール物性研究部門

物性理論研究部門

凝縮系物性研究部門

第3世代物性研 since 1996

Pr2Zr2O7

研究活動
物質科学の様々な研究テーマ

強磁場
先端レーザー

みんなが使える大規模実験施設:





スパコンとソフトウエア

強磁場: 100 T or ~1000 T!
先端レーザー @ LASOR
スパコン
放射光X線実験施設 @ SP-8 & Nano Terasu
中性子実験施設 @ Tokai (JRR-3, J-PARC)

放射光陽子

中性子＠東海ダイバーシティの推進
女性⼈材育成の取り組み
若手研究者対象

女性限定人事の実施
R5 2名「ISSP Women’s Week」
R3 〜

大学生・院生対象「やっぱり物理が好き」共同：カブリIPMU、宇宙線研

女子中高生対象
林 久美子 教授
「未来をのぞこう」共同：柏キャンパス部局
女性教員：
3/44 教授･准教授
4/35 助教
前所長2017-2022
森 初果 教授高木 里奈 准教授

6/21 文部科学省/附置研センター
定例ランチミーティング

強力な磁場で探求する
新しい物質世界
東京大学物性研究所
松田康弘

磁場：相対論的電気効果

T : テスラ

1 T = 10,000 ガウス

地球上では弱い磁場の世界が実現

NS

磁石物質を除いて普段の生活で磁場を意識することは稀。

地磁気
1/10000 T

MRI
3T

宇宙：とてつもない強磁場
https://ganjoho.jp/public/dia_tre/inspe
ction/mri.html

日常生活の基本となる物質世界は弱磁場の世界

強磁場世界
何が起る？

102 ~ 105 T
108 ~ 1011 T

白色矮星
中性子星

分子や結晶は崩壊
原子やプラズマの状態

2

超強磁場

宇宙、深海、と比する研究フロンティア

3

人工的強磁場
強い電磁力で物質が壊れてしまう

新現象、新原理の発見へ
一例：分子の変形など、劇的効果が期待

100 Tの壁

ベンゼン
18,000 T

磁気と物質（産業図書） 三浦登

Tom J. P. Irons et a., J. Chem. Theory Comput., 17, 2166, 2021

地球上では100 T より強い磁場は出せない？

物性研究所 破壊型超強磁場 世界拠点 半世紀にわたる開発
1200 T

破壊型

2018年 電磁濃縮法
室内世界最高記録を達成

4

5

6

２３A２０１
学術変革領域研究（A）
令和５年４月〜令和１０年３月

領域代表
松田康弘

東大物性研 教授7マイクロ秒破壊型磁場 (> 100 T) での 精密計測 が近年急速に発展
10万分の1秒

磁束濃縮過程（金属円筒の内側面積の収縮）
マッハ10のスピード

0. 1 % 程度の結晶の伸縮
精密に観測
超伝導状態と似た性質の新しい相 β, γ を発見

磁場 (テスラ)例）コバルト酸化物

024
68時間（ 1/ 100万 秒）

Nat. Commun. 14, 1744 (2023)

今後、1000 T磁場領域で多彩な対象物（磁性体、超伝導体、誘電体、半導体、タンパク質、プラズマ、素粒子・・）で新発見が期待 !!

8

物性研究所・機能物性研究グループ
動的・非平衡 機能物性科学
動的で複雑な階層構造を持つ物質系への挑戦

機能発現メカニズムの解明
知の集積・学理構築
先端理論

データ・計算科学
非平衡の科学
非平衡、励起状態、ダイナミクス

物質・生命系

計測・制御

これまでの物性研究と異なる幅広い分野への研究展開のため2016年に機能物性研究グループを設立
機能物性研究グループ
所属研究室

秋山グループ
半導体、レーザー生物発光

杉野グループ林グループ

Ab initio 計算、密度汎関数理論

モータータンパク質
一分子観察、非平衡理論

岡グループ

井上グループ非平衡多体系
Floquet工学

光受容タンパク質、オプトジェネティクス

分野横断的な連携により、初めての本格的な生命科学研究を推進

井上研究室光ではたらくタンパク質を調べ、役立てる

動物ロドプシン：動物の視覚などを司る光受容体

複雑なタンパク質を生物・化学・物理学の観点から理解する

微生物ロドプシン：
微生物が持つ光受容型膜タンパク質
生命活動を光で操作し、動作原理を解明する

Wikimedia

https://www.youtube.com/watch?v=Nb07TLkJ3Ww

機械学習を用いたロドプシンの吸収波長制御タンパク質の機能を高度化する人工知能・ロボティクス技術開発
バイオDX領域

共同研究：名大/理研・竹内一郎教授

全自動実験ワークステーション

Artificial
Intelligence

Inoue et al., Commun. Biol. (2021)

人工知能とロボティクス技術を活用して、ロドプシンをはじめとするあらゆるタンパク質の機能の向上と社会実装に挑戦

量子―古典生命インターフェース研究コンソーシアム （2023年度～）
共同利用・共同研究システム形成事業・学際領域展開ハブ形成プログラム「マルチスケール量子－古典生命インターフェース研究コンソーシアム」【ハブ機関】

東京大学・物性研究所（ISSP）
名古屋大・トランスフォーマティブ
生命分子研究所（ITbM）

量子論的プロセス

名工大・オプトバイオテクノロジー研究センター（OBtRC）

中間古典プロセス

自然科学研究機構・生命創成探究センター（ExCELLS）

機能発現プロセス

所内の生命科学研究を、生命系三機関との初めての連携へと大きく拡大

生命の量子―古典インターフェース
光が関わる生命現象
色素分子による光吸収 （量子）励起状態ダイナミクス

視覚光合成

生物発光数Å

量子―古典生命インターフェース~10 nm光で多様な機能を発現、もしくは多様な光を放出● イオン輸送● 分子間相互作用● 遺伝子発現制御● 細胞内シグナル伝達● エネルギー生産● 蛍光/発光

生命機能発現 （古典）

光受容タンパク質・蛍光/発光タンパク質の社会応用に向けて社会応用に求められる分子ツールの要件● 高い光感度● 高い反応性● 幅広い応答/放出波長 ● 高い生産性● 多様な機能性● 安定性…
時間スケール
100

視覚再生

101
102
103
104
105

バイオ燃料生産

fs

ps

ns

µs

mss

min

量子論的プロセス

？
機能発現
プロセス

量子ー古典生命インターフェースの実態を解明し、その知見に基づいた高機能分子を設計・開発する
ことで社会実装への壁を打ち破る

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