第 58 巻

第4号
2019 年 1 月

元素選択的な非線形光学応答の検出に成功
X線自由電子レーザーによる高調波発生
強磁場中で重い電子を発見：
近藤絶縁体の磁場中電子状態を解明
量子効果で10倍以上の磁気熱電効果を室温で実現〜新しい熱電変換、環境発電への応用へ期待〜
カゴメ格子におけるスピン熱ホール効果
α-ZrCl3における創発SU(4)対称性と量子スピン軌道液体
電子と正孔が結合した絶縁体において実現した
光誘起半金属状態

2018

第 58 巻第4号
2019 年 1 月

contents11

元素選択的な非線形光学応答の検出に成功
X 線自由電子レーザーによる高調波発生

4松田 巌、赤井 久純

強磁場中で重い電子を発見：近藤絶縁体の磁場中電子状態を解明
松田 康弘、寺島 拓、小濱 芳允

7

量子効果で 10 倍以上の磁気熱電効果を室温で実現〜新しい熱電変換、環境発電への応用へ期待〜

4

酒井 明人、中辻 知

10カゴメ格子におけるスピン熱ホール効果

13

α-ZrCl3 における創発 SU(4) 対称性と量子スピン軌道液体

15

電子と正孔が結合した絶縁体において実現した光誘起半金属状態

18

パブロフスキー賞を受賞して20

平成 30 年度

山下 穣、川島 直輝

山田 昌彦

7

10

嶽山 正二郎

物性研究所一般公開の報告【ISSP ワークショップ】
25○「スピン軌道強結合伝導系におけるサイエンスの新展開｣報告28○第 63 回物性若手夏の学校開催報告

丸山 玄徳

31 【物性研究所談話会】
32 【物性研究所セミナー】【物性研ニュース】
13

43

○人事異動

45

○東京大学物性研究所教員公募について

【その他】
49

○物性研だより第 58 巻目録（第 1 号〜第 4 号）

編集後記

15

廣井 善二

元素選択的な非線形光学応答の検出に成功
Ｘ線自由電子レーザーによる高調波発生

物性研究所
１．はじめに

松田 巌、赤井 久純

図のように MCP の位置によって、基本波(ω)と第 2 次高

近年のレーザー光源開発により、これまでにない光学応

調波(2ω)の強度 Iωと I2ωを区別して測定した。図 3(B)は答がさまざまな物質で観測されている。レーザー開発ではGaFeO3 結晶の Fe 3p 吸収スペクトルであり、これによる

特に短波長化が最近著しく進展しており、X 線自由レーと Fe 3p の吸収端は光エネルギー55 eV 付近にあるので

ザ ー 施設 SPring-8 Angstrom Compact Free Electron

SXFEL の光エネルギーをこの半分に設定する。入射光のLaser (SACLA)などでは軟 X 線〜X 線領域の光が利用できエネルギーをる。この波長領域は物質を構成する原子の内殻電子のエネ

Iω と I2ωをプロットすると図 3(C)と(D)のようになり、Iω

ルギー準位に相当しており、吸収分光では物質の吸収端とでは比例するが I2ωでは非線形な依存性が見られる。また吸呼ばれる。この共鳴効果を用いると元素選択的に光物性実収端より低い光エネルギー(2験を実施することができ、X 線吸収微細構造、広域 X 線吸では、I2ω の強度は大幅に小さくなる。図中の点線は

収微細構造や共鳴 X 線散乱などの実験法はこれまで物質科に比例する関数でフィッティングしたもので、Iωでは指学の発展に大きく貢献してきた。

数はβ= 1.0(

一方、レーザーを用いると光と物質の非線形光学効果も

β= 1.8 (2

27.5

27.5
55

として、入射強度 I0 に対して、

,

26.5

)

)であるのに対して、I2 ω では), β= 2.0 (2観測でき、物質中の特殊な秩序や物質界面など、従来の光(2学実験では視ることのできなかった信号を検出することがの SHG 光の検出を意味する。

59

53

57

), β= 2.0)となり、軟 X 線領域での GaFeO3 結晶からできる。しかし実際の観測で主に使われている基本波の波
長領域はまだ可視光〜赤外線である。そのため、さらに短い波長領域での非線形光学効果の研究はまだ未開拓であった。X 線自由電子レーザーは大強度と超短パルス性を有しており、さらに物質吸収端に合わせたエネルギーの光を調整できる。そのため本光源を用いれば、図 1 のような元素
選択的な非線形光学の測定が期待でき、反転対称性が破れた環境情報と組み合わせた高度な物性実験が可能である。

２．実験結果と議論
我々は、軟 X 線レーザーを用いて代表的な非線形光学効
果である第 2 次高調波発生について検証した。実験は

図１

GaFeO3 結晶における軟 X 線非線形光学効果の様子。入射した光(振動数：ω)に対して、その第 2 次高調波の光(2ω)が構成する Fe 原子の内殻共鳴で増大して発生する[1]。

SACLA 施設の軟 X 線自由電子レーザー(SXFEL)ビームラ
イン BL1 で行った。試料は反転対称性が破れた GaFeO3結晶を用いた。図 2 のように入射した光(振動数ω)に対す
る第 2 次高調波(2ω)のエネルギーが物質吸収端(内殻軌道と非占有バンドのエネルギー差)に相当する時、共鳴効果
で第 2 次高調波発生(Second Harmonic Generation, SHG)が増強されることが期待される。
図 3(A)はビームライン及び測定システムの全体図である。測定系は反射配置をとり、試料からの光は分光器を通してマイクロチャンネルプレート(MCP)で検出される。

1

物性研だより第 58 巻第 4 号

図２

GaFeO3 結晶の SHG 発生におけるエネルギーダイアグラ

ム。アルファベットの g, n', と n はそれぞれ基底状態、中間状
態、励起状態に対応する[1]。

■■■ ■ ■ ■■

(A) SACLA で実施した軟 X 線自由電子レーザーによる実験の様子。試料から反射してきた基本波(ω)と第 2 次高調

図３波(2ω)を回折格子で分光して検出した。入射光強度(I0)に対して(C)の基本波強度(Iω)は比例した(線形)が、(D)の第 2 次高調波(I2ω)は 2 次曲線となった(非線形）。信号は(D)のように Fe 元素の内殻吸収端の 55eV で顕著に観測され、そこからわずかに外れた 53 eV では(E)のように信号強度が極端に減少した [1]。

この GaFeO3 結晶の SHG 非線形感受率について量子力(55eV)で強度の増大が見られるが、中間状態の n’状態

学計算を実施したところ、実験結果を再現することができが(ii)のようにちょうど半分の位置にあると吸収端での増た[1]。一方で、この軟 X 線の第 2 次高調波発生には共鳴

大は桁違いになる。このような計算は従来複雑で困難で効果が 1)鉄原子の内殻電子状態と 2)鉄サイトに染み出しあったが、AkaiKKR 法によって定量性高く観測データをた酸素原子の波動関数の裾が、2 重で効いていることも明再現することができた。

らかになった。図 4 はその計算結果の 1 部で、(i)にその様子が示されており、この場合 n’状態が酸素のエネルギー準位に相当する。そして、Fe 3p 吸収端の光エネルギー

３．まとめと将来展望
本研究では反転対称性の破れた結晶構造を持つ GaFeO3結晶に対して軟 X 線自由電子レーザー用いた非線形光学実験を行なった。その結果、入射した光(振動数ω)に対して
第 2 次高調波(2ω)を観測し、さらに GaFeO3 結晶を構成する Fe 原子の内殻共鳴に波長を合わせると非線形な SHG
信号が増強することも確認された。
このような非線形光学効果は、反転対称性が破れた表面系でも観測されるはずである。実際、我々の論文の発表と同じ年に、イタリアの XFEL 施設 FERMI@ELETTRA において、グラファイト表面からの軟 X 線 SHG が観測され、さらに炭素吸収端で信号強度が増大することが報告された[2]。共鳴 SHG は元素選択な非線形分光やイメージングな

図４

SHG 非線形感受率の量子力学計算の結果[1]。赤線が(i)GaFeO3 結晶の結果である。Fe 3p 内殻電子状態(g)に加えて酸
素原子の波動関数の裾が n’ 状態に寄与することで 2 重に共鳴効

ど、新たな実験プローブとして、今後様々な分野の物性研究に貢献することが期待される。

果が効いたことが分かった。青線は(ii) n’状態のエネルギー位置が理想的に吸収端のちょうど半分に位置した時の結果である。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

2

謝辞
本研究は国立研究開発法人科学技術振興機構「X 線自由電子レーザー施設重点戦略課題推進事業」と公益財団法人
ひょうご科学技術協会「学術研究助成事業」のご支援で実施することができました。

参考文献[1] Sh. Yamamoto, T. Omi, H. Akai, Y. Kubota, Y.
Takahashi, Y. Suzuki, Y. Hirata, K. Yamamoto, R.
Yukawa, K Horiba, H. Yumoto, T. Koyama, H. Ohashi,
S. Owada, K. Tono, M. Yabashi, E. Shigemasa, S.
Yamamoto, M. Kotsugi, H. Wadati, H. Kumigashira,T. Arima, S. Shin, and I. Matsuda, Phys. Rev. Lett.
120, 223902 (2018).
[2] R. K. Lam, S. L. Raj, T. A. Pascal, C. D. Pemmaraju,
L. Foglia, A. Simoncig, N. Fabris, P. Miotti, C. J. Hull,A. M. Rizzuto, J.W. Smith, R. Mincigrucci, C.
Masciovecchio, A. Gessini, E. Allaria, G. De Ninno, B.
Diviacco, E. Roussel, S. Spampinati, G. Penco, S. Di
Mitri, M. Trovò, M. Danailov, S. T. Christensen, D.
Sokaras, T.-C. Weng, M. Coreno, L. Poletto, W. S.
Drisdell, D. Prendergast, L. Giannessi, E. Principi, D.
Nordlund, R. J. Saykally, C. P. Schwartz, Phys. Rev.
Lett. 120, 023901 (2018).

3

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

強磁場中で重い電子を発見：近藤絶縁体の磁場中電子状態を解明附属国際超強磁場科学研究施設

松田 康弘、寺島 拓、小濱 芳允【背景】多体電子相関は新奇物性発現の鍵であり、そのこのような多彩な電子・磁気状態の中に、低温で絶縁体

理解のため様々な物質を対象として研究が行われている。

化がおこる、近藤絶縁体もしくは近藤半導体と呼ばれる重「重い電子金属」は、そのような相関効果の典型である高い電子金属が存在する。ここでは、強い近藤効果がエネル

濃度近藤効果によって遍歴電子の有効質量が大きくなった

ギーギャップ形成に関係していると考えられているが、詳系であり、Ce や Yb、U 系の希土類金属間化合物を中心に細なメカニズムは十分明らかになっていない。最近、近藤

長年にわたって研究が行われている。これらの物質では絶縁体の表面金属状態がトポロジカル絶縁体との関連で注

4f、5f 電子が磁性を担う。f 軌道の局在性、強いスピン軌

目されている[1]。ここでは、バルクの状態にも非自明な

道相互作用、結晶場効果に加えて、より遍歴的な s, p, d 電量子振動が発見され、3 次元的な準粒子の存在が電気的絶子との多体相関である近藤効果が、多彩な電子・磁気状態

縁体相で示唆されるなど、近藤絶縁体の電子状態の理解にを実現する。多極子秩序や量子臨界的挙動、エキゾチック

は再び大きな注目が集まっている[2]。

な超伝導の発現が多くの研究者の興味を集め、現在も盛んに研究が行われている。

近藤絶縁体の電子状態を理解する上で外部磁場の効果を調べることは極めて興味深い。その理由は、磁場が近藤効

図 1. (a)ゼロ磁場中での熱パルスとそれによる試料温度の変化を時間の関数でプロットした。T は 1 つの熱パルスによる試料の温度上昇。(b) 約 60 T での熱パルスとそれによる試料温度の変化を、磁場の波形と共に時間の関数でプロットした。T は
1 つの熱パルスによる試料の温度上昇。磁場中では同程度のT を得るために 10 倍程度の熱量が必要であることに注意すると、試料の比熱が磁場中で大きくなっていることがわかる。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

4

果を量子力学的に抑制できるためである。近藤束縛状態で【実験方法】実験はパルス幅 35 ms の非破壊型のパルス

は、遍歴電子集団と局在 f 電子がスピンシングレット状態

磁石を用いた。時間幅 t = 80 s の熱パルスP[mW]で生を形成するが、十分強い磁場下ではトリプレットなどの磁じる試料の温度上昇T[K]を 400 s 後に計測することで、気状態がより安定となり近藤効果が効かなくなると期待さ磁場中の試料の熱容量(P×t)/T を求めることができる。

れる。実際、典型的な近藤絶縁体の 1 つである YbB12 で図 1 には、ゼロ磁場と 60.1 - 60.4 T での測定結果を時間

は、約 50 T の磁場で絶縁体状態が壊れて金属化が起こるの関数で示してある[4]。磁場のパルス頂上付近で実験すなど顕著な磁場効果が発見されている[3]。しかしながら、ることで、測定時の磁場の変化率を 1%以下程度にするここの磁場誘起金属状態が果たして近藤効果が壊れた通常金とが可能である。磁場方向は単結晶の[001]方向に平行で属なのか、または、近藤効果の残った重い電子金属なのかある。

は、基本的な問いであるにもかかわらず、磁場誘起金属相

このような高速の熱測定は最近まで不可能であったが、の発見から 30 年にわたり不明であった。その理由は、50 T

ヒーターや温度計の薄膜化などの計測システムの開発にが定常磁石では達成不可能な磁場であったため、検証する

よって実現した[5]。ミリ秒領域のパルス強磁場中でのための実験が不可能であったためである。今回、最近可能

様々な熱測定が行われるようになったことは、最近のパルとなったパルス強磁場中の比熱測定技術を用いることで、ス磁場中計測技術の大きな発展の 1 つである。

YbB12 の磁場誘起金属相が「重い電子金属」であることを明らかにすることに成功した[4]。

図 2. (a) C = T + T3 を用いて実験結果から得られた YbB12 の電子比熱係数の磁場依存性。挿入図は、同様にして得られたの磁場依存性。(b)比熱測定とは独立に測定した YbB12 磁気熱量効果の結果。点線は[001]方向に磁場をかけたときの相転移磁場を示す。

5

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

【実験結果】様々な磁場、初期温度において試料の比熱動の起源である準粒子との関連が興味深いが、その解明はC を測定し、C = T + T3 の関係から電子比熱係数を算出

今後の課題といえる。さらに、別の実験から、YbB12 の近し、磁場の関数としてプロットしたのが図 2(a)である[4]。

藤効果はより強磁場の 100 T 程度で抑制され、重い電子か

インセットにはの磁場依存性も示した。電子比熱係数がら通常の電子へと変化することが磁化過程から示唆されて

47 T の磁場誘起金属転移を境にして急激に大きくなり、いる[6]。今後、100 T を超える磁場領域での熱的測定技術

60 T では 67 mJ/(mol K2)に達していることがわかる。そ開発において明らかになると期待できる。

れに比べるとの磁場依存性は小さい。
図 2(b)は熱パルスを与えずに、パルス磁場中での試料の温度を測った結果を示している。断熱条件下においては、金属化による電子系のエントロピーの増大を他の自由度によって補償して系のエントロピー変化をゼロにするため、相転移において試料の温度が下がる必要がある。実際、【謝辞】本研究は、伊賀文俊(茨城大、教授)、池田暁彦(物性研、助教)、近藤晃弘(元物性研、助教)、金道浩一(物性研、教授)各氏との共同研究であり、この場を借りまして、感謝致します。特に伊賀氏からは純良の単結晶を提供して頂き、信頼性の高い実験が可能になりました。

2 K での磁場誘起相でのエントロピーが、ゼロ磁場でのT*[K]でのエントロピーと等しいとおくと、の磁場依存性から、T*= 7.7 K と算出される。これは、図 2(b)で初期温度 7 K の測定で、相転移時に 2.2 K まで温度が下がることと定量的に良い一致を示す。
得られた 67 mJ/(mol K2)は通常金属にくらべて数十倍大
きく、が準粒子の有効質量に比例することから、YbB12の磁場誘起金属相が重い電子金属であることが直接的に証明された。さらに、エントロピーが、4f 電子の基底状
態の縮退数 4 から Rln4(R は気体定数)と等しいとおくと、近藤温度 TK は 172 K となる。磁場中ではゼロ磁場で[1] M. Dezero et al., Phys. Rev. Lett. 104, 106408 (2010).
[2] Z. Xiang et al., Science 362, 65 (2018).
[3] K. Sugiyama, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 57, 3946 (1988).
[4] T. T. Terashima et al., Phys. Rev. Lett. 120, 257206(2018).
[5] Y. Kohama, et al., Meas. Sci. Technol. 24, 115005(2013).
[6] T. T. Terashima et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 054710(2017).

の励起状態のとが混成するため、基底状態の縮退数
は最大 8 まで大きくなり、このとき TK は 252 K と算出できる。YbB12 の磁場誘起金属相はの比較的高い
近藤温度をもつと言えるが、この値は YbB12 の低温絶縁体状態での TK と同程度であり、また、YbAgCu4 や YbAlB4などの強い価数揺動を示す重い電子金属とも同じくらいであることは興味深い。

【まとめと展望】近藤絶縁体 YbB12 の磁場誘起金属相が重い電子金属であることを 60 T のパルス磁場中比熱測定
によって明らかにした。この強磁場金属相は 200 K 程度の近藤温度をもち、強い価数揺動領域にある。近藤効果が強い状態でもエネルギーギャップが消失することから、磁場誘起相転移は、c-f 混成ギャップがゼーマン効果によって閉じる電子状態の変化に起因すると考えるのが妥当のように思われる。また、紙面の都合上割愛したが、ほとんどの重い電子金属で 2 程度を示すウィルソン比が、磁場誘起金
属相で 50 程度と極めて異常な値を示すことが分かっている。この特異な状態と、絶縁体相で観測されている量子振■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

6量子効果で 10 倍以上の磁気熱電効果を室温で実現～新しい熱電変換、環境発電への応用へ期待～

量子物質研究グループ（１） はじめに
近年、物質中のトポロジーが物性に重要な役割を果たす

中辻研究室 助教 酒井 明人、教授 中辻 知
れまで知られている異常ネルンスト効果は非常に小さく、熱電応用からは非常に遠いと考えられてきました。

ことが理解され始めています。トポロジーには KT 転移やスカーミオンに代表される実空間(磁気構造など)のトポロ
ジー、量子ホール系やトポロジカル絶縁体などに代表される波数空間(電子構造)のトポロジーなどがあります。これらはトポロジーを由来とした特異な物性を示し、磁気メモ
リを始め次世代デバイスにつながる可能性を秘めています。特に、磁気秩序により縮退の溶けたディラックコー
ン(＝ワイル点)を持つワイル磁性体は、ワイル点周りの巨大なベリー曲率による巨大な非対角応答(異常ホール効
果、異常ネルンスト効果、カー効果 等)を示し、大変注目を集めています[1-4]。その中でも、異常ネルンスト効果
は熱流に垂直方向に発電するというこれまで研究されてきた(ゼーベック効果に基づく)熱電変換にはなかった特徴を

図 1．従来の熱電変換技術(ゼーベック効果, a, c)と磁性体を用いた新技術(異常ネルンスト効果, b, d)の違い持つため、薄膜化や大面積化が容易であり新たな熱電デバ
イスにつながる可能性があります[5]。以下本稿では立方晶ホイスラー化合物 Co2MnGa において発見された巨大な異常ネルンスト効果についてご紹介します[6]。

（３） 研究内容と成果
本研究では強磁性金属間化合物 Co2MnGa(図 2a)が、過去に知られている最高値より 10 倍以上大きな異常ネルンスト
効果を室温で示すことを明らかにしました(図 2b)。この値（２） 研究の背景

は室温以上の高温ではさらに上昇します(図 2c)。広い温度範

工場や自動車から出る熱を始め、空調や給湯など家庭か囲をカバーするため、様々な温度の熱源で発電が可能です。

ら出る熱、太陽や地熱など自然界の熱に至るまで、私たちまた製造コストが安く、無毒な材料でできており、耐久性、の周りには様々な熱が利用されずに存在しています。これ

耐熱性にも優れているため様々な場所で利用可能です。

らの熱を電気に変換して利用することは省エネ社会の実現のため、あるいは IoT 社会の自立電源確保のため非常に重本研究で発見された巨大な異常ネルンスト効果はワイル

要であり、世界中で研究が行われています。その中でも熱点と呼ばれる電子構造のトポロジーと密接に関係していま

電変換素子を用いた熱発電と呼ばれる方法は、タービンなす。第一原理計算によって図 3a のようなワイル点がフェど大型の装置を用いる方法に比べ小型で静音、メンテナン

ルミ面近くにあることがわかりました。実験的にも、ワイスフリーなどの利点を持ち、様々な潜在的用途が考えられル点が存在する有力な証拠となるカイラル異常と呼ばれるています。しかし、既存の非磁性半導体を用いる熱電変換現象が観測されました。このようなワイル点が存在すると素子は発電方向が温度差の方向と同じであるため(ゼー一般に異常ホール効果や異常ネルンスト効果が大きくなる

ベック効果)、立体的で複雑な構造になり(図 1a, c)、大型ことが知られていますが、今回の結果はそれだけでは説明化や高集積化に伴う製造コストに問題を抱えています。一

できないほど大きな増大でした。

方、磁性体の異常ネルンスト効果は温度差の方向に垂直に発電するため、立体構造は不要で、テープ化などにより熱計算を行うと、異常ネルンスト効果を大きくするには、源に沿った大面積の発電が容易です(図 1 b, d)。しかしこ

ワイル点を作っているバンドの状態密度も同時に大きくす7

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

図 3．(a)Co2MnGa のワイル点、(b)Ⅰ型のワイル点、(c)Ⅱ型のワ
イル点
図 2．Co2MnGa の(a)結晶構造、(b)異常ネルンスト係数の磁場依
存性、 (c)異常ネルンスト係数の温度依存性

る必要があることがわかりました。ワイル点にはⅠ型

さなど様々な問題点のため広く普及するには至っていませ(ディラックコーンの傾きが小さく、価電子バンドもしくん。本研究は異常ネルンスト効果という全く新しい原理には伝導バンドの一方のみがフェルミポケットを形成、図基づく熱電変換を可能とするもので、無毒・廉価・耐久性3b)とⅡ型(ディラックコーンの傾きが大きく、価電子バなど既存技術にはなかった特性を持っています。この未開

ンドと伝導バンドの両方がフェルミポケットを形成、図拓の新技術が今後さらなる研究により発展し、高出力化・3c)の 2 種類があることが知られていましたが、状態密度薄膜化などにより実用につながることが期待されます。そが最も大きくなるのはちょうどⅠ型からⅡ型に移り変わるの際材料探索の指針には、本研究で明らかになった異常ネ

ときです。図 3a の Co2MnGa のワイル点はまさにそのよ

ルンスト効果増大機構が大変有用になります。

うな状況にあります。「ワイル点がⅠ型からⅡ型に移り変
わる点」は物理的にはリフシッツ量子臨界点と呼ばれる特

実際に実用化・商品化に至った暁には、ボイラーやエン異点であり、その近くでは様々な物理量に対数発散が表れ

ジンの排熱からの発電はもちろん、給湯器や体温などの微ることがモデル計算から明らかになりました。実際に量な排熱を無線やセンサーの電源として利用できると考え

Co2MnGa の異常ネルンスト効果の主成分(＝異常ホールられます。IoT 社会の到来に先立ち、巨大なエネルギー効果の寄与を差し引いたもの、熱電テンソルの横成分)はハーヴェスティング市場を席捲するためにも、世界を大き対数発散を示し、数値計算ともよく一致することがわかりくリードした研究を継続していく必要があります。

ました。この増幅機構により熱電テンソルの横成分が大きくなり、異常ネルンスト効果が大きくなっていると考えられます。この発見はさらなる高出力材料の指針となるとともに、学術的にも大変興味深い成果です。

（５） 謝辞本研究はバンドゥン工科大学(インドネシア)のAgustinus Agung Nugroho氏、Rombang Sihombing氏、
大阪大学の水田耀ピエール氏、理化学研究所の有田亮太郎（４） 今後の展望

氏、是常隆氏、鈴木通人氏、竹森那由多氏、東京大学の石

未利用熱を電気に変換しようという試みは長い間世界中

井梨恵子氏、浜根大輔氏、メリーランド大学（米国）ので行われていましたが、熱電変換材料の毒性やコストの高

Pallab Goswami氏との共同研究により得られた結果です。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

8また本研究は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推
進事業 チーム型研究(CREST)「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出」研究領域(研究総括：谷口研二、研究副総括：秋永広幸)における研究課題「トポロジカルな電子構造を利用した革新的エネルギーハーヴェ
スティングの基盤技術創製」課題番号 JPMJCR15Q5(研究代表者：中辻知)並びに文部科学省 科学研究費補助金
新学術領域(研究領域提案型)「J- Physics：多極子伝導系の物理」課題番号 15H05882(研究代表：播磨尚朝)における研究計画班「A01: 局在多極子と伝導電子の相関効果」
課題番号 15H05883(研究代表者：中辻知)の一環として行われました。関係者各位に深く御礼申し上げます。

[1] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, T. Higo, Nature 527, 212215 (2015).
[2] K. Kuroda, T. Tomita et al., Nature materials 16,1090-1095 (2017).
[3] M. Ikhlas, T. Tomita, T. Koretsune, M.-T. Suzuki, D.
Nishio-Hamane, R. Arita, Y. Otani and S. Nakatsuji,
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[4] T. Higo, H. Man, D. B. Gopman, L. Wu, T. Koretsune,
O. M. J. van ’t Erve, Y. P. Kabanov, D. Rees, Y. Li, M.T. Suzuki, S. Patankar, M. Ikhlas, C. L. Chien, R.
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[5] Y. Sakuraba et al. Appl. Phys. Express 6, 033003(2013).
[6] A. Sakai, Y. P. Mizuta, A. A. Nugroho, R. Sihombing,
T. Koretsune, M.-T. Suzuki, N. Takemori, R. Ishii, D.
N.-Hamane, R. Arita, P. Goswami and S. Nakatsuji,
Nature Physics, 14, 1119–1124 (2018).

9

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

カゴメ格子におけるスピン熱ホール効果

凝縮系物性研究部門
山下 穣
物質設計評価施設
川島 直輝
研究背景
物性研究において金属に対するホール効果測定は、そのキャリアの種類や濃度を調べるために広く行われている測ることを示している。この結果は、カゴメスピン液体における未知の素励起に関する重要な知見を与えていると我々は考えている。

定である。金属中のキャリアは電流だけでなくて熱流も担うために、電流の代わりに熱流を流すと磁場と熱流の両方に垂直な方向に温度差が現れる熱ホール効果が観測される。
この熱ホール効果はキャリアの存在しない絶縁体では観測されないと考えられてきたが、近年、複数の絶縁体における測定が報告されている。例えば、量子スピン液体候補物
質[1, 2]やカゴメ格子物質[3]、キタエフ格子物質[4, 5]などの非自明なスピン基底状態が期待される物質などである。
特に、キタエフ格子系において量子化された熱ホール伝導率の観測が報告されたことで、非常に大きな注目を集めている[5]。一方、磁気秩序のない絶縁体で熱ホール効果を

図 1 Ca カペラサイト石の結晶構造を c 軸(a)と a 軸(b)から見た図。赤丸で示した Cu2+イオンが a–b 面内でカゴメ格子を形成す

生み出すメカニズムは不明で、その温度依存性について理る。同じカゴメ面にある Ca イオンは c 軸方向に少しずれた 2 つ論との対応が詳細になされた例はなかった。

のどちらかに位置している(片方を点線で表示)。(c)実験セット

スピン励起による熱ホール効果は強磁性体におけるスピン波励起であるマグノンによる熱ホール効果が最もよく知アップの模式図。

、、の 3 つの温度計と熱流( ∥ )を流すためのヒータが試料に取り付けられている。磁場(∥ )は試料の c 軸方向に印加されている。

られている。マグノンの熱ホール効果は様々な強磁性絶縁体[6]で観測されており、マグノンのベリー位相の効果に

Ca カペラサイト石

よって理解できることが確立している[7, 8]。一方、強磁図 1(a, b)に Ca カペラサイト石の結晶構造を示す。磁性性体における素励起がマグノンとしてよく理解されているを担う Cu2+イオンが a–b 面内でカゴメ格子を形成する。

のと対照的に、磁気秩序のないスピン液体相では素励起がカゴメ格子には非常に強い幾何学的フラストレーションの不明である場合が多く、熱ホール効果の詳細は不明であっ効果がある為、反強磁性的に相互作用する量子スピンがカた。逆に、熱ホール効果の測定から未知の素励起に関する

ゴメ格子上に並ぶと量子スピン液体状態―量子揺らぎに情報が得られる可能性があり、スピン液体における熱ホー

よって絶対零度まで磁気秩序が現れない非自明な量子状態

ル効果の理解が非常に重要であると考えられる。

―が現れることが理論的に期待されている。このカゴメ格

最近我々は、新しく合成されたカゴメ格子物質 Ca カペ

子における量子スピンの基底状態の解明は物性物理におけ

ラサイト石(CaCu3(OH)6Cl2・0.6H2O)[9]において明瞭なる長年の問題の一つであるが、理論的に解明することが非熱ホール効果を広い温度範囲にわたって精度よく観測する

常に難しいことから、実験研究に適した理想的なカゴメ格ことに成功した[10]。そして、観測された熱ホール効果が子を持つ物質の発見が重要な課題となっている。そうしたスピン励起に対するベリー位相の効果によって説明できる

中、北大の吉田准教授を中心としたグループによって良質ことを Schwinger–boson 法による理論計算[11]によって単結晶の合成が可能になったカゴメ物質がこの Ca カペラ

明らかにした。この計算手法はボゾン的なスピノン描像にサイト石である。

対応しており、この理論と実験の一致はカゴメスピン液体

カゴメ格子物質として有名なハーバートスミス石におけるスピン素励起がボソン的な励起でうまく記述でき(ZnCu3(OH)6Cl2)[12]と同形体であるが、①ハーバートス■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

10ミス石においてカゴメ面間に入っていた Zn イオンに対応

K 以下の温度から現れ始め、20 K 弱のところにピークをする Ca イオンが同じカゴメ面内に位置するため、カゴメ

示した後に急激に減少する温度依存性を示した。図 3(a)面間の相互作用が弱まり、より二次元性の良いスピン系がでは先行研究におけるボルボサイト石における結果[3]を形成される②Ca イオンのイオン半径は Zn イオンや Cu イ

一緒に示してある。この 2 つの物質でオンのそれよりも大きく、ハーバートスミス石で問題にるが、絶対値と温度依存性は非常に良く似た振る舞いを示なっている Zn と Cu 間のサイトミキシングの問題が起きしている。ボルボサイト石の縦熱伝導率ないという 2 つの利点がある。実際、第一原理計算による

サイト石のそれよりも一桁以上も大きいことを考えると、と反強磁性的な最近接相互作用 /∼ 52 K(はボルツ

マン定数)が第 2 近接以降の他の相互作用よりも十分大きいことが示されている[10]。先行研究から∗∼ 7 K に相転移があることが比熱[9]や NMR[13]の測定から示されており、∗非常に良く似たの起源がの符号は逆であは Ca カペラが両物質で観測されたこの実験結果は、の大部分を占めるフォノンではなく、スピンによる共通の熱ホール効果の存在を示唆していると考えられる。

より低温では長距離磁気秩序が形成されていると考えられている。一方、 ∗/の広い温度範囲

でスピン相関の発達したスピン液体状態が現れることが期
待される。

実験結果
観測された熱ホール効果を図 2 に示す。図 2(a)は熱流に対して垂直な横方向温度差Δ(図 1(c)の実験

配置図参照)の磁場依存性を示している。図からわかるよ
うに磁場に対して反対称な成分が明瞭に観測されているこΔとが分る。これを反対称化してΔΔを求め、熱ホール伝導率を求めたものが

図 2(b)である。図 2(b)に示されているように形の磁場依存性を持つは急速にが観測された。一方、

∗

では線
∗

で

が減少し、4 K 以下では非線形な磁場依存性が観測された。これは磁気転移によって素励起が変化したことによる影響が観測されたと考えられる。

図 3 熱ホール伝導率を温度と磁場で割った

図 2
Δ

Ca カペラ サイト石で観 測された熱ホ ール温度 差の 磁 場 依 存 性 (a) と 熱 ホ ー ル 伝 導 率
(ここで
–

間と

図 2(b)の/
11–

は縦熱伝導率、 と はそれぞれ∗のデータを線形フィットして求めたの温度依存性を示したのが図 3(a)である。
物性研だより第 58 巻第 4 号

は～60の温度依存性ト石における先行研究[3]の結果を両方の図に、SBMFT 法を用いた計算結果を図(b)の実線で表示している。Ca カペラサイト石とボルボサイト石の実験結果に用いたフィッティングパラメタはそ
れぞれ /間距離)の磁場依存性(b)。

/(a)と規格化された熱ホール伝導率の温度依存性(b)。ボルボサイ, /66, 0.12 、 60, 0.07 である。

この共通の温度依存性を理解するために我々はSchwinger–boson mean field theory (SBMFT)と呼ばれる■■■ ■ ■ ■■

計算手法を用いた。SBMFT ではスピン演算子 をボソン励起↑,のペアとしてパウリ行列

↓

1
2

を用いて

ミ励起的な描像を用いる理論やボゾン励起的な描像を用いるものがあるが、今回我々が用いた手法はボゾン的スピノ
ン描像に対応する。その理論計算が実験結果をうまく再現,するという結果は、カゴメスピン液体の素励起をボゾン的↑,↓と記述する。簡単のために c 軸方向の Dzyaloshinskii–

励起でうまく記述できていることを示している。一方、今Moriya 相互作用(。ここで , は図 1(a)の⨀回のSBMFTで用いた近似とは異なる近似を用いた計算結印につけた矢印の向きにとる)だけを取り入れたカゴメ反果や、他の素励起で記述されるようなスピン液体における強磁性ハイゼンベルグ模型

熱ホール伝導率の計算結果が違うものになるかどうかの検1
2≡

証が今後重要になると考えている。
⋅

⋅

⋅

,

を考える。これを〈〉の平均場近似を取ることで対角化し、バンド分散とそのベリー位相の分布を求めることで計算した熱ホール伝導率が図３(b)の実線である。計算の詳細は[10]を参照いただきたいが、大雑把に言って の大きさが/のピークの温度を決め、 の大きさがピークの高さを与える。この結果を と をフィッ
ティングパラメタとして実験と比較したものが図 3(b)のデータ点である。驚くべきことに、それぞれ ⁄∼ 60 Kと| ⁄ | ∼ 0.1を用いて実験結果の温度依存性のみならず、
その絶対値も非常によく理論と一致することがわかった。
これらのフィッティング結果は磁化率の温度依存性から求められる の値と 値のずれから期待される の値と非常に近い。実験結果を定性的だけでなく、定量的にも非常に精度よく再現するこの結果は、観測された熱ホール効果がス
ピン由来であり、そのスピン熱ホール効果が SBMFT で記述されるスピン励起に対するベリー位相の効果によってよく記述されることを強く示すものである。

まとめ／今後の展望
今回の結果からカゴメ格子におけるスピン熱ホール効果
は図 3(b)の実線で示したような共通の振る舞いを示す可能性があることが分った。今後、他の測定では決めることが難しい DM 相互作用の大きさとその向きを、熱ホール測定から決められるようになるかもしれない。しかし、実験的には の値が近い 2 物質で確認したのみであるため、実験と理論が偶然的に一致している可能性を否定できない。また、ボルボサイト石のスピンハミルトニアンはカゴメ格子よりも異方的三角格子のほうが適切であることが示されて
おり[14]、今回の理論計算がどれだけ適応できるか不明である。今後、 の値が大きく異なるカゴメ物質での熱ホール効果の観測が必要である。

謝辞
本研究は以下の方々(土岐勇人、赤澤仁寿、Hyun-Yong
Lee、Jung Hoon Han、杉井かおり、下澤雅明、小田研、
吉田紘行)との共同研究による成果であり、山田科学振興財団、東レ科学研究助成、文科省ポスト「京」萌芽的課
題、日本学術振興会による科学研究費補助金事業の助成のもとに行われました。ここに感謝の意を表します。

参考文献
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理論的に、カゴメスピン液体の素励起に対してはフェル■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

12

α-ZrCl3 における創発 SU(4)対称性と量子スピン軌道
液体

量子物質研究グループ 押川研究室 博士課程二年

山田 昌彦

4 という数字は自然界のあらゆる場面に現れる。DNA のされなかった問題である。この問題は 1976 年にコン

塩基配列は 4 種類のくみ合わせからなり、物理学の基本法

ピューターを用いて「証明**」され、一応の解決を見るこ

則も電磁気力、弱い力、強い力、そして、重力の 4 つの力とになった。

で記述される。ここで、数字が 4 であることは根源的に重要である。塩基が 4 種類なければ 3 個の塩基のくみ合わせ
で全てのタンパク質を網羅できない。閉じ込められた強い力が何百もの原子核を生み、弱い力も周期表の多様性の源である。そして電磁気力が長距離でも弱く引きつけなければ原子は安定化せず、さらに弱いエネルギースケールに重力がなければ、我々はこの地球の上に立つことができない。
つまり、世界が約 100 種類の元素から構成され、それで無数の細胞や生命が形づくられ、我々が食べたり考えたりできるのは、たまたまこれらの数が 4 だったからである。4という数はこの世界がたしかにこのようである一つの理由であり、この世の全ての多様性の源である。ここに 4 という数字の「くみ合わせ数学的な」魅力がある。

図 1 任意の平面グラフは四色で塗りわけられる。この問題は簡単だが世界地図のレベルになると塗りわけを見つけるのは大変である。

四色問題は古典統計物理学のレベルでも多くの物理的示唆を与える。主張を物理的に言いかえると、任意の(周期境

炭素の配位数が 4 であること、ガリレオが見つけた木星の界条件でない)2 次元格子上の 4-state Potts 反強磁性体は衛星が 4 つであること。そして何より、この時空は 4 次元

少なくとも 1 つ以上の基底状態を持つということである。

的であり、4 次元ユークリッド空間には非可算無限個の微

さらに、符号を逆にした 4-state Potts 強磁性体そのもの

分構造が存在すること、これらのあるものは偶然で、またも、1 次転移と 2 次転移の境界上に存在しそれ自体興味深

あるものは必然であろう*。古代ギリシャの時代から多くい古典模型であることと合わせると、その量子版であるの思想家、数学者を魅了してきたこの数字について全てをSU(4)ハイゼンベルク模型はさらに豊かで多様な物理を含語ることはここではできない。ただ、これからのストー

んでいることが容易に想像できる。

リーに関わる(これもまた多くの数学者を悩ませた)四色問
題だけ軽く触れておこう。四色問題とは任意の平面グラフ

SU(4)ハイゼンベルク模型とは、スピンアップとダウンかの各サイトは 4 色で塗りわけられる(図 1)という仮説で、らなる SU(2)ハイゼンベルク模型を 4 色へと拡張したもの

大昔から地図職人には経験的に知られていたが長らく証明である。この模型が面白いのは対称性の高い、多くの格子

図 2 ランダムに生成された SU(4)ハイゼンベルク模型における共鳴原子価結合(RVB)状態の波動関数のイメージ

13

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

上で(四色問題から存在が保証される)古典基底状態がマク道の間に SU(4)対称性があれば、電子スピン共鳴の時間ス

ロに縮退するからである。もし 1 つ塗りわけが存在すれば、ケールと核磁気共鳴の時間スケールに一致が見られるはずその塗りわけを対称操作で移したものも基底状態であり、であり、もし一致が観測されればこれは偶然では説明し難

その間の量子ゆらぎがマクロに重ね合わせられた量子的基

い。また、通常の量子スピン軌道液体としての性質もキタ

底状態を安定化させうる。このことは Anderson[1]が提案しエフスピン液体と同様、比熱やスピン構造因子の振る舞い

た RVB 状態(図 2)の安定化メカニズムを最も純粋に実現可からわかるはずである。このように α-ZrCl3 の SU(4)物性

能にし、Wang-Vishwanath[2]による先駆的な研究により、は理論実験の両面からたくさんの課題の残されたエキサイ

最初に正方格子上で量子スピン液体の実現が提案された。

ティングな分野であり、今後の発展が非常に期待される。

残念ながら、正方格子上の SU(4)ハイゼンベルク模型は後

本稿は押川正毅氏(東京大学)、George Jackeli氏(シュに長距離秩序を持つことがわかったが[3]、同じ bipartite

トゥットガルト大)との共同研究の他、Sounak Biswas氏、格子でもハニカム格子は量子スピン液体(もしくは量子ス

Kedar Damle氏(タタ研究所)他多くの方々との議論を基

ピン軌道液体)となることがわかってきた[4]。これは長距にしています。この場をお借りして感謝申し上げます。

離秩序を示す SU(2)ハイゼンベルク模型と異なり、SU(4)においては valence bond dimer 間に強いフラストレーションが生じるからだと考えられ、自由度・対称性を増やすことで元々フラストレーションの低い格子上に量子スピ
ン液体を誘導するという新しい実現方法となっている。
さて、上記の SU(4)量子スピン軌道液体は理論的に長らく研究されてきたが、実験的実現は冷却原子系を除いては議論されてこなかった。今回の成果[5]は α-ZrCl3 というハ
ライド物質において SU(4)量子スピン液体が実現する可能性を提案したことである。ほぼ同じ構造のハニカム層状物
質の α-RuCl3 はキタエフスピン液体の候補物質として取図 3 α-ZrCl3 における軌道自由度の量子ゆらぎのイメージり上げられてきたが[6]、4d 電子の強いスピン軌道相互作
用は Zr3+(4d1)と Ru3+(4d5)で大きく異なる役割を果たす。

* 最後の問題については Witten が興味深い考察をしてい

α-RuCl3 においては、よく知られた Jackeli-Khaliullin 機

る[9]。

構[7]により j=1/2 スピン間にキタエフ型の異方的相互作用** この「証明」を証明と認めるかは数学者の間にも議論が生じ、スピン空間の対称性は SU(2)から点群へと落ちる。

を呼んだ[10]。

これは固体中のスピン軌道相互作用の教科書的性質である。

[1] P. W. Anderson, Mater. Res. Bull. 8, 153 (1973).

一方、α-ZrCl3 において同様に j=3/2 スピン間の相互作用を[2] F. Wang, and A. Vishwanath, Phys. Rev. B 80, 064413

計算すると、スピン軌道相互作用の強い極限で、予想に反(2009).

しスピン軌道空間の対称性が SU(4)へと拡張される。SU(2)[3] P. Corboz et al., Phys. Rev. Lett. 107, 215301 (2011).

の生成子が 3 つであるのに対し、SU(4)に 15 の生成子があ[4] P. Corboz et al., Phys. Rev. X 2, 041013 (2012).

ることを考えればこれは驚くべき結果であり、対称性が増[5] M. G. Yamada, M. Oshikawa, and G. Jackeli, Phys.

えた結果として量子スピン軌道液体実現への道が開かれる。

Rev. Lett. 121, 097201 (2018).
[6] K. W. Plumb et al., Phys. Rev. B 90, 041112(R) (2014).

また、我々は上記のメカニズムにより α-ZrCl3 で実現されるであろう SU(4)対称性及び、量子スピン軌道液体状態を[7] G. Jackeli, and G. Khaliullin, Phys. Rev. Lett. 102,
017205 (2009).

観測する方法についても議論した。軌道自由度の量子ゆら[8] Y. Han et al., Phys. Rev. B 92, 180410(R) (2015).

ぎ(図 3)の観測に関しては、中辻研における別の量子スピ[9] E. Witten, Comm. Math. Phys. 100, 197 (1985).

ン軌道液体に対する先駆的な実験[8]により、電子スピン[10] ロビン・ウィルソン「四色問題」茂木健一郎訳、新共鳴が非常に有効であることがわかっている。スピンと軌■ ■■ ■ ■■ ■潮社、2004 年.

物性研だより第 58 巻第 4 号

14電子と正孔が結合した絶縁体において実現した
光誘起半金属状態

極限コヒーレント光科学研究センター

岡﨑 浩三

光を用いて物質の性質を自在に操る、というのが固体物とから、その基底状態が励起子絶縁体相であるのか電荷秩理学における目標の一つとなっている。これによって超高序相であるのかの判別が本質的に難しい。また、間接型の速で環境に優しい光デバイスが実現できると考えられるか

バンド構造は将来的な応用を見据えた“光による制御”とらである。しかしながら、単に熱平衡状態における高温相いう観点からも不利であると考えられる。

に対応する高エントロピー相ではない相への光誘起相転移の実現は一般には難しい。本研究では、励起子絶縁体と呼ばれる相を含む Ta2Ni(Se1-xSx)5 において時間・角度分解
光 電 子 分 光 (time- and angle-resolved photoemission
spectroscopy, TARPES)という手法を用いて光誘起絶縁体-金属転移の直接観測を実現した[1]。また、この系の動的性質からは、金属相への転移の時間スケールに励起子相関の遮蔽効果が果たす重要な役割を決定することができた。
直接ギャップ型の励起子絶縁体において思いがけなく観測された非平衡金属状態は、電子-正孔結合系における光によるバンド制御という技術確立に向けた新たな道を切り拓
くものと期待される。

研究背景
励起子絶縁体
半金属やバンドギャップが小さい半導体では、価電子帯

図 1．励起子絶縁体の相図と Ta2NiSe5 の結晶構造と電子構造 a.
励起子絶縁体の相図． b. Ta2NiSe5 の結晶構造． c. バンド構造のポンチ絵．

の正孔と伝導帯の電子が、クーロン相互作用の遮蔽が弱いことによる束縛状態、すなわち励起子状態を形成すること

一方、本研究で対象とした Ta2NiSe5 は、唯一の BEC 型がある。励起子は電子と正孔の結合の強さが弱いか強いか

励起子絶縁体の候補と考えられており、図 1b に示すようによって、Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)型、もしくに a 軸方向に伸びた Ni の鎖 1 本と Ta の鎖 2 本からなるは Bose-Einstein 凝縮(BEC)型に凝縮することがある。こ

擬一次元結晶構造を持つ。価電子帯は Ni 3d 軌道と Se 4pのような基底状態は、“励起子絶縁体”と理論的に予言さ軌道の混成軌道、伝導帯は Ta 5d 軌道から成り、高温ではれている[2]。図 1a は、理論的に予言されている励起子絶直接ギャップを持つ半導体となる[5-7]。328 K で高温相

縁体の相図を本研究や最近の研究の進展に従って一部改変の斜方晶から低温相の単斜晶へと構造相転移を起こすが、したものである。最も典型的な励起子絶縁体の候補物質と1T-TiSe2 のような電荷秩序は示さない。一方、角度分解

して、1T-TiSe2 という物質が挙げられる[3,4]。この物質

光電子分光(ARPES)からは価電子帯のバンドの顕著な平は、価電子帯の頂上と伝導帯の底が Brillouin zone 内の異坦化が確認されることから、BEC 型の励起子絶縁体相のなる場所に位置する間接型のバンド構造を持つ半金属であ証拠と考えられている[8-11]。このような電子構造を模式

るが、2×2×2 の格子歪みを伴う電荷秩序相転移を示すこ的に示したのが図 1c である。

とで、電子と正孔が結合して図 1a における BCS 型の励起子絶縁体になると考えられている。しかしながら、間接型

バンドギャップの起源の分類のバンド構造を持つ物質では励起子絶縁体となる際に電荷本研究の当初の目的は、TARPES という手法を用いて秩序形成によるバンドの折り畳みが必要になってしまうこ

Ta2NiSe5 が励起子絶縁体である証拠を得ることであった。

15

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

図 3．ポンプ光照射前後での Ta2NiSe5 の TARPES スペクトル．
a. ポンプ光照射前．b. ポンプ光照射後．ポンプ光を照射することによって金属化していることがわかる．

実験結果
励起強度依存性
図 2．Ta2NiSe5 と Ta2NiS5 の励起緩和過程とその励起強度依

我々もこのアイディアに基づき、通常の直接ギャップ半存性． a. 光励起による Ta2NiSe5 の平坦バンドにおける導体と考えられている Ta2NiS5 を参照物質として、光励起

TARPES 強度の時間依存性とその励起強度依存性．矢印はその極小値を取る時間で定義される drop time Flat．

緩和過程の励起強度依存性を調べた。TARPES 測定の光源には、繰り返し周波数 1 kHz、パルス幅約 30 fs のワンボックス型チタンサファイアレーザー再生増幅器

もう一つの典型的な励起子絶縁体の候補物質である 1T-(Coherent Astrella)を用いた。ポンプ光には基本波である

TiSe2 では、この物質の低温相が励起子絶縁体相である有波長 800 nm の光を用い、プローブ光には、まず非線形光力な証拠が Hellmann らによる TARPES を用いた研究に学結晶である-BaB2O4 で第二高調波を発生し、さらにそ

よって既に得られているが[12,13]、その根拠となったア

れをアルゴンガスに集光することで高次高調波を発生させイディアは次のようなものである。TARPES ではポンプて、9 次高調波である 27.9 eV を選択した。図 2a は光を用いて価電子帯の電子を伝導帯へ励起し、その緩和過Ta2NiSe5 の平坦バンドにおける光励起緩和過程の時間依

程を直接観測することができるが、Hellmann らはバンド

存性とその励起強度依存性である。まず平坦バンドの電子ギャップの起源によってその時間スケールが異なると提案を励起するとその強度が減少し、極小値を示した後に回復した。すなわち、電荷密度波(CDW)におけるパイエルス

していくことがわかる。特筆すべきことは極小値を示すまギャップであればその時間スケールは CDW の振幅モード

での時間(図 2a 中の矢印)が時間分解能よりも有意に長く、のエネルギースケール、モット絶縁体であればバンド幅、励起強度依存性も確認されたことである。平坦バンドの強それぞれの逆数に比例し、励起子絶縁体ではその時間ス

度が極小値を示すまでの時間は、光励起によってバンド

ケールは電子-正孔間に働くクーロン相互作用の遮蔽効果

ギャップが崩壊するまでの時間スケールに対応しているとに依存するため、励起された電子のプラズマ振動数の逆数考えられる。その時間スケールに励起強度依存性が見られに比例し、特徴的な励起強度依存性を示す、という考え方

るということは、ギャップ崩壊のメカニズムとして、励起である。彼らは参照物資として 1T-TaS2 などを用いるこ電子によるクーロン相互作用の遮蔽効果が効いているといとでこの考え方を実験的に実証した。

うことを意味し、そのギャップの起源が励起子相関である■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

16ということが強く示唆される。対照的に、通常の半導体と考えられる Ta2NiS5 ではその時間スケールは時間分解能程度に速く、励起強度依存性を示さない。以上の結果から、
Ta2NiSe5 が励起子絶縁体であるという証拠が得られたと考えられる。

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光誘起金属相さらに我々は、TARPES スペクトルの時間変化を詳細[9] T. Kaneko, T. Toriyama, T. Konishi, and Y. Ohta, Phys.
Rev. B 87, 035121 (2013).

に調べることで励起子絶縁体である Ta2NiSe5 がポンプ光[10] K. Seki et al., Phys. Rev. B 90, 155116 (2014).

を照射することで金属化することを見出した。図 3 は励起[11] Y. Wakisaka et al., J. Supercond. Nov. Magn. 25,

密 度 1.56 mJ/cm2 で 励 起 し た 際 の 、 励 起 前 後 で の1231 (2012).

TARPES スペクトルの時間変化を示している。励起前の[12] T. Rohwer et al., Nature 471, 490–493 (2011).

スペクトルでは励起子絶縁体特有の平坦バンドが確認でき[13] S. Hellmann et al., Nat. Commun. 3, 1069 (2012).

るのに対し、励起後のスペクトルでは、赤と青の放物線で[14] Y. F. Lu et al., Nat. Commun. 8, 14408 (2017).

示すようにフェルミ準位を横切る電子バンドと正孔バンドが現れていることがわかる。これは光励起によって金属化したことの紛れも無い証拠と考えられる。さらに、熱平衡状態では Ta2NiSe5 には高温においても金属相が存在しな
い[14]ことから、我々が発見した光誘起金属相は熱平衡状
態では存在し得ない、光誘起特有の相であると言える。
この光誘起絶縁体-金属転移のメカニズムと、この光誘起相転移の実現が Ta2NiSe5 の基本物性にどのように関係しているか等のより詳細な議論については文献[1]を参照
して頂きたい。我々の成果は、絶縁体を金属に、金属を超伝導体にするなど、光で物性を自在に制御するという究極の目標実現への確かな礎になると考えている。

謝辞
本研究は以下の方々(小川 優、鈴木 剛、山本 貴士、
染谷 隆史、道前 翔矢、渡邉 真莉、魯 楊帆、野原 実、
高木 英典、片山 尚幸、澤 博、藤澤 正美、金井 輝人、
石井 順久、板谷 治郎、溝川 貴司、辛 埴 各氏)との共同研究である。また、文部科学省国家課題対応型研究開発推進事業「光・量子融合連携研究開発プログラム」、JSPS
科研費基盤研究(JP25220707, JP26610095)の助成のもとに行われた。ここに感謝申し上げます。

参考文献[1] K. Okazaki et al., Nat. Commun. 9, 4322 (2018).
[2] M. F. Mott, Philos. Mag. 6, 287 (1961).
[3] H. Cercellier, et al., Phys. Rev. Lett. 99, 146403 (2007).
[4] C. Monney et al., Phys. Rev. B 79, 045116 (2009).

17

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

パブロフスキー賞を受賞して国際超強磁場科学研究施設

嶽山 正二郎この類いの記事は受賞者自身が書くのはたいそう憚れまび超強磁場と戦うこととあいなりました。13 年以上も超す。ついつい億劫になりとうとう約束の〆切を過ぎてしま

強磁場実験から離れておりますと、大脳はほとんど超強磁いました。執筆をなんとか誤摩化してお断りしようと思い場のことは忘れておりましたが(そもそも私の大脳はイマましたが、共同利用係の三橋さんの困惑する顔を想像するイチでしたから)、なんとか小脳は覚えていたようです。

に忍びなく、重い指を動かしてキーボードを打つことにし小脳頼りに物性研強磁場の破壊型によるパルス超強磁場発ました。日本人で「パブロフスキー賞」を知っている人は生と物性応用研究に再び向かい合うことになりました。柏

皆無だろうと思います。まずは、この賞についてですが、では 5MJ の電磁濃縮装置と一巻きコイル超強磁場発生装

私もあまり詳しくはありませんでした。旧ソ連時代に、爆置は移転予算で一新されておりましたが、それらを三浦所

縮を利用したパルスパワー技術分野の第一人者である A. I.

員から引き継ぎ一向再立ち上げを行なってきました。当時、Pavlovsky (1927-1993 、 Russian Federal Nuclear

一巻きコイル超強磁場発生装置はロスアラモスの国立強磁Center, VNIIEF) に因んだものらしいです。この賞は場センター、フランス、ツールーズの強磁場施設にもそれ2008 年に設立されたとのことで、メガガウスの磁場の利ぞれ設置され研究が開始されておりました。物性研強磁場用と技術開発に際立った貢献をした研究者に贈る賞とのこ

は、電磁濃縮での 1000 テスラで一歩先を行くべきであるとです。数年おきにおこなわれるメガガウス国際会議の国と考え、研究活動の全てを電磁濃縮による超強磁場とそれ際諮問委員会で決定されます。今回は、「電磁濃縮法によを使った物性研究へと照準を合わせました。特に電磁濃縮る人類未踏の室内最高磁場達成に関して大きな貢献」が法では、コイルから電源、発生装置等々の基本設計からのあったとして、昨年 9 月に柏の葉カンファランスセンター

見直しを徹底して行い、改造に改造を重ねてこれを繰り返で私が主催した「メガガウス国際会議(2018.9.25-29)」でし、遂に 2009 年には 700 T を越え(論文発表は 2011 年

授与して戴いたしだいです。この会議中に開いた国際諮問[1])、更に、2013 年には 985 T の発生に成功(論文発表は委員会で唐突に知らされ、その場で決定されたので、わた

2018 年[2])、1000 T 発生にもう一歩までに近づくことがし自身も狐につままれたようで、たいへんなサプライズとできました。この間、フラストレート磁性体クロミウムス

な り ま し た 。 V. A. Demidov 博 士 (Russian Federal

ピネルの磁化を 5 K の極低温で 600 T までの超強磁場測定

Nuclear Center 所長)から、この会議 3 日目のバンケットに成功し[3]、高い精度で飽和磁化までの磁化過程を詳細初頭で授与式を行ないたいとの申し入れがあり、会議の議に解明し、世界の強磁場物性科学の専門家に強いインパク長である私自身が賞を戴くことになり、なんとも戸惑う受トを与えたと思います。このように磁場発生技術の開発と賞となりました。

ともに物性計測技術開発とサイエンスの展開を進めてきま

物性研は 1980 年の改組により 5 極限物性部門を設立し、した。

近角聡信教授が「電磁濃縮による 1000 テスラ超強磁場発

ついに、2010 年、幸か不幸か、文部科学省の最先端基生とその応用」ということで、三浦登教授と共に 5 メガ

盤研究のプロジェクト「次世代パルス最強磁場発生装置のジュール大型コンデンサバンクを C 棟建設とともに導入、整備」が採択され、1000 テスラ超強磁場発生装置の新規

超強磁場大型プロジェクトを開始しました。私自身も開発に着手することになりました。コンデンサ電源部から1983 年から三浦所員の助手として採用され、このプロ

超強磁場発生装置部まで新たに設計をやり直し、既存の全ジェクトの一兵卒として働きました。私は、その後 1990

装置の総入れ替えを敢行することになりました。5MJ と年に出所して、姫路工業大学理学部、千葉大学へと移りま

2MJ のコンデンサ電源、2MJ の初期磁場用コンデンサ電

して、超強磁場からは 10 年以上もご無沙汰しておりまし

源は磁場発生効率を上げる仕様に変更して海外調達、超強たが、何故の縁でしょうか 2003 年、場所は六本木から柏

磁場発生装置部は細部に至まで私がデザインして柏周辺のに移ったものの三浦教授引退後の強磁場実験室に戻り、再町工場での製作で進めました。2014 年度にはなんとか設■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

18

置完了したものの、海外調達したコンデンサ電源部には深刻な問題が次々に発生し、その修復に先が見えない壮絶な戦いに数年を費やすことになりました。しかしながら、
2018 年になってほとんどのトラブルを解決するに至り、遂に、新規導入した電磁濃縮装置を用いて 2018 年 4 月
1200 T の磁場発生に成功しました[4]。
本装置は磁場の世界記録を更新するために開発したものではなく、あくまで、物性計測を高い精度で行い、超強磁場極限で創発する未知の物性探索をおこなうために造ったものです。パルス磁場では、最高記録磁場の 1 割減で物性計測が可能です。一巻きコイル超強磁場発生装置では 300 T の
最高磁場が報告されてますが、物性計測は 200 T くらいが限界です。この経験則は非破壊のパルス磁場でもあてはまります。高精度の物性計測にはそれなりのボーア(最低 10mm 径)が必要なためです。同様に、1000 T での高精度物性計測を可能とするには、1100 T の最高磁場発生のハードルを越える必要がありました。新装置は 1200 T 発生できたわけですので、正に余裕で 1000 T で物性研究を可能とする装置が完成したと言えます。
この装置をどのように活用するかは、私がこの 3 月で退職するにあたり、正に「次世代」の研究者に委ねることになります。大変な怪物を物性研に残していくことになりますが、この怪物装置から素晴らしい研究成果が創出されん
こと、そして、それが物性研の発展に少しでも役立ってく
れんことを願いつつ物性研を後にさせて頂きます。

参考文献[1] A copper-lined magnet coil with maximum
field

of

700T

for

electromagnetic

flux

compression: S. Takeyama and E. Kojima, J. Phys.
D: Appl. Phys. 44 (2011) 425003(1-8).
[2] Note: An approach to 1000 T using the electromagnetic flux compression: D. Nakamura, H. Sawabe
and S. Takeyama, Rev. Sci. Instrum. 89 (2018)
016106-3.
[3] Magnetic Phases of a Highly Frustrated Magnet,
ZnCr2O4, up to an Ultrahigh Magnetic Field of 600 T:
A. Miyata, H. Ueda, Y. Ueda, H. Sawabe and S.
Takeyama, Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 207203(1-5).
[4] Record indoor magnetic field of 1200 T generated byelectromagnetic flux-compression: D. Nakamura, A.
Ikeda, H. Sawabe, Y. H. Matsuda and S. Takeyama,
Review of Scientific Instruments 89 (2018) 095106-7.

19

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

平成 30 年度 物性研究所一般公開の報告

一般公開委員長

廣井 善二

平成 30 年度東京大学柏キャンパス一般公開「柏でわくテーマは「極限の世界を探検しよう」です。大型実験施設

わく知の探検」が、10 月 26 日（金)および 10 月 27 日

を中心とし、光や強磁場、高圧など、極限環境での現象を(土)の 2 日間で開催されました。天候にも恵まれ、2 日間知っていただくコースとなりました。2 つ目のコースはの来場者が 11,000 人を越える盛況となりました。物性研「物質を楽しもう」というテーマで行われました。様々な究所の一般公開は、「小さな物質 大きな発見」という物質について身近な体験を通じて知っていただくコースとキャッチフレーズで実施されました。図 1 のパンフレット

なりました。2 日間で合計 48 人にご参加いただき、来場にあるように、11 件の企画展示とガイドツアー、サイエ

者からは、「楽しかった」「わかりやすかった」といった感

ンス・カフェがあり、今年度初めての試みとして体験ツ想を多くいただきました。

アーも実施し、3,500 人を越える方々にご来場いただきま

今年度初の試みであった体験ツアーは、通常の企画展示した。また、昨年度に引き続き、いくつかの企画展示でクやガイドツアーでは物足りない人向けに、世界最高の強磁イズに答えて正解するともらえるスタンプを 4 つ以上集め場を発生する瞬間を体験してもらう「強磁場コース」と、ると、物性研オリジナルグッズ(物性犬ルービックキュー

ダイヤモンドを使って水を圧縮して出来る高圧氷を見てもブ)がもらえるクイズラリーも実施しました。

らう「高圧コース」の 2 つのコースを設定しました。実際

図 2 は、ガイドツアーと体験ツアーのご案内です。ガイにその研究を行っている人による説明を交えながら、実験

ドツアーは、所員や助教がツアーガイドを務め、専門的なの様子を体験していただきました。各回定員をこえる参加

説明も交えながら企画展示を案内します。1 つ目のコース

希望をいただき、大好評でした。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

20図 1 物性研一般公開ガイドマップ

図 2 ガイドツアー・体験ツアーちらし21

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

図 3 はサイエンス・カフェの案内です。サイエンス・カ

図 5−9 は各企画の様子です。沢山の子供達が様々な科学

フェはコーヒーとお菓子といっしょに科学のお話を楽しんに触れる機会となり、この中から将来の科学者が生まれてでいただくイベントです。今年度は、凝縮系物性研究部門

くれるものと期待します。

の瀧川仁所員に話題提供いただき、「スピンは回る」とい昨年度に引き続き、物性研のマスコットキャラクターでうテーマで開催されました。フィギュアスケートのスピンある物性犬ぬいぐるみが大人気でした。昨年度の来場者かやテニスのスピンから始まり、核磁気共鳴実験の原理やそらの声や所内からの要望にお応えして、今年度は物性犬ぬ

こから得られる情報が分かりやすく説明され、最後には体

いぐるみストラップを販売しました。飛ぶような売れ行きの中を調べる MRI の話に及び、最後まで興味をもって話で、作製した 500 個はあっという間に完売しました。

を聞いていただけたものと思います。

図 3 サイエンス・カフェのちらし

図 4 サイエンス・カフェの様子■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

22図 5 低温と遊ぼう

図 6 ストローで作るハロウィン

図 7 目で見る物性理論

図 8 光とレーザー

図 9 クリスタル・W カップ

23

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

図 10 販売した物性犬ぬいぐるみストラップ

図 11 チョコレイト・サイエンスの様子

10 月 27 日(土)には、大気海洋研究所、新領域創成科学

最後となりましたが、様々な面から一般公開の開催に向研究科と共催で、「未来をのぞこう！」を実施しました。

けご尽力いただいた一般公開委員のみなさま、企画を実施

本イベントは、リケジョを対象に理系研究の現場体験や、いただいた研究室の方々、ガイドツアーでのガイドやサイ先輩リケジョとの交流を通じて自分の未来をイメージしてエンス・カフェの話題提供をしていただいた先生方、当日もらうねらいで、例年、柏キャンパスの一般公開に合わせの運営にご協力いただいたボランティアの方々、準備、運て実施しています。今年度の物性研では、理系研究の現場

営、後片付けとあらゆる場面で走り回っていただいた事務体験として、広報室の餅田学術支援職員による「チョコレの方々を含め、今年度一般公開の開催にあたりご協力いた

イト・サイエンス」を実施しました。ココアバターの結晶

だいたすべてのみなさまに心より感謝申し上げます。来年

型を作り分け、見た目や食感、美味しさの感じ方がどのよ度の一般公開は、今年度副委員長を務めた徳永将史所員をうに変わるかを実験、検証してもらいました。22 名の中委員長として実施されます。成功をお祈りしております。

高生に参加いただき、「リケジョの方とたくさんお話をすることができた」、「溶け方が結晶に関わっているなど初めて知り、興味深く楽しかった」といった感想をいただきました。先輩リケジョの講演では、物質設計評価施設の石井梨恵子技術職員が経験やアドバイスを交えて講演しました。
今年度は、運営面での新たな試みとして、スタッフ用 T
シャツの配布とホームページ等の英語対応を行いました。
3 色の物性犬がデザインされたスタッフ用 T シャツは、来場者とスタッフを区別する目的で当日スタッフが着用しました。ホームページ等の英語対応は、外国人来場者の声にお応えして実現しました。実現にあたり、田縁委員、餅田委員、国際交流室スタッフにご尽力いただきました。図 2、
図 3 のちらしの英語版もその一部です。
一般公開全体を通しては、「高度な内容で難しかったが、先端技術の世界に触れて嬉しかった」といったご意見や、「毎回楽しみに体験をしており、ためになった」、「何回か来ているが、今年は新鮮だった」といったリピーターの方からのご意見もいただいており、初めての方にも、何度もお越しいただいている方にも楽しんでいただけるよう、これからも企画やイベントを改善していきたいと思います。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

24ISSP ワークショップ

日時：平成 30 年 11 月 12 日(月)～平成 30 年 11 月 13 日(火)場所：物性研究所本館 6 階 大講義室(A632)

提案者：徳永将史（物性研）、廣井善二（物性研）、松田厳（物性研）、伏屋雄紀（電通大）

スピン自由度を介した物性制御は固体物理の様々な分

ピン軌道結合とスピン軌道相互作用に関連した基礎的な事

野に共通する根源的課題である。スピン軌道結合の強い元

項の解説から始まり、続いて Bi 系物質および PbTe 関連

素を含む物質では、電子への磁場効果あるいは各電子スピ物質を中心としたバルク物性の諸問題について最新の報告

ンの周囲への影響が巨大化される場合がある。強いスピンがなされた。2 日目には表面状態から見た Bi および Bi1-軌道結合の効果が顕著に現れる伝導系物質の代表例として

xSbx のトポロジーに関する報告があり、これまでのバルク知られるビスマスは、古くから研究をつくされてきた物質

物性の結果から信じられてきた描像に対する疑問が提案さであるが、近年の様々な物性計測・極限環境・微細化技術れた。d 電子・f 電子系のセッションではスピン軌道相互および理論の発展によって、この物質に関連した新しいサ作用による自発的対称性の破れや j が 3/2 を超えた系でのイエンスの展開が様々な分野で生じている。

振る舞いにおける物性についての提案が行われた。スピン

本ワークショップではビスマスや IV-VI 族半導体など

トロニクス・ナノのセッションではビスマスにおけるスピ

基礎物性の良く知られている物質群を用いて新しいサイエ

ンホール効果やビスマスナノワイヤーにおける熱電特性にンスを展開しているバルク物性、表面物性、スピントロニ

おける最新の研究動向や現状での課題に関する報告があっ

クスなど多分野の先端研究者が一堂に会して議論を行い、た。各セッションの終わりに設けたディスカッションの時

強スピン軌道結合系伝導体の物理に関して総合的かつ根源

間には分野を超えた研究者による活発な意見交換があり、的な理解を深めることを目的として開催された。それと同予定されたスケジュールを大きく超過して多くの議論が展時に、強いスピン軌道結合を持つ新しい伝導系物質におけ開された。

るサイエンスの展開についても情報を共有し、今後の発展の方向性について議論する場を設けた。

このワークショップを契機として分野横断的な研究の発展につながれば幸いです。またワークショップにご参加いワークショップは 11 月 12 日と 13 日の 2 日間で開催さただいた皆様ならびに運営にご協力いただいた提案者と関れ、参加者は初日 67 名(うち学内者 30 名)、2 日目 55 名連研究室の皆様に、この場を借りて御礼を申しあげます。

(うち学内者 25 名)であった。初日は理論研究者によるス

25

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

プログラム(敬称略)
11 月 12 日（月)[Session 1] 電子・スピン状態とスピン軌道結合
13：30

徳永将史（東大物性研）
はじめに

13：35

播磨尚朝（神戸大理）
スピン軌道結合とスピン軌道相互作用と Bi の電子構造

14：00

伏屋雄紀（電通大基盤理工）
物質のトポロジーをバルク測定で決めるには

14：25

岸根順一郎（放送大）
スピノル、スピン、磁気モーメント

14：50

ディスカッション

15：05−15：25 coffee break[Session 2] バルク物性（Bi 系・PbTe 関連）
15：25

大貫惇睦（琉球大理）
ウルマナイト(NiSbS, PdBiSe)と PbTe, PbS のフェルミ面と輸送現象

15：50

後藤輝孝（新潟大理）
超音波による伝導電子系の研究

16：15

徳永将史（東大物性研）
単結晶ビスマスの磁場誘起バレー分極と磁気抵抗異常

16：35

秋葉和人（岡山大理）
量子振動から評価する PbTe の”Diracness”とその圧力変化

16：55

酒井英明（阪大理）
Bi/Sb 正方格子を有するディラック電子系磁性体における交換相互作用とスピン軌道相互作用

17：15

ディスカッション

17：45—20：00 懇親会
11 月 13 日（火）[Session 3] 表面・トポロジー
9：00

小森文夫（東大物性研）
Bi のスピン軌道相互作用ー弱局在と表面スピン分裂バンド

9：25

平原徹（東工大理）
ビスマス薄膜の電子状態：表面、バルク、その他

9：45

松田巌（東大物性研）
Bi 及び Bi1-xSbx 結晶電子状態の量子化とトポロジー

10：05

大坪嘉之（阪大理）
表面電子状態から探るビスマス単結晶のトポロジカル秩序

10：25

ディスカッション■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

26

10：40coffee break[Session 4] d 電子，f 電子系のスピン軌道結合効果
10：55

広井善二（東大物性研）
スピン軌道結合金属 Cd2Re2O7 における遍歴多極子秩序

11：15

野原実 (岡山大理)
j フェルミオン伝導物質の開発

11：35

神戸振作（原研）
重い電子系 URu2Si2 の異方的 g-factor と超伝導、ハイブリッド多極子秩序

11：55

求幸年（東大物工）
スピン軌道結合によるトポロジカル物性設計

12：15

ディスカッション

12：30 昼食
[Session 5] スピントロニクス・ナノ
13：30

白石誠司（京大工）ビスマス系材料を用いたスピントロニクス

13：35

長谷川靖洋（埼玉大工）
単結晶 Bi ナノワイヤーの作製と物性測定

14：15

秋山了太（東大理）
トポロジカル結晶絶縁体の電子物性評価とその応用

14：35

Pham Nam Hai（東工大）
超高性能純スピン流注入源としての BiSb トポロジカル絶縁体

14：55

ディスカッション

15：15

伏屋雄紀（電通大基盤理工）
おわりに

27

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

第 63 回物性若手夏の学校開催報告

東京大学大学院 総合文化研究科

丸山 玄徳

１．はじめに物性若手夏の学校は本年度で 63 回目となる長い歴史を持った研究会、サマースクールです。
本年度は海外からの参加者も含めて計 183 名、また講師の方々は総勢 19 名が参加していただき、分野をまたいだ活発な議論が、行われました。また、多くの参加者による口頭発表や、さらにポスターセッションもあり本年度も活発な議論が会場内で見られました。物性若手夏の学校は以下で紹介する様々なプログラムによって構成されています。サマース
クールということで話し手と聞き手の距離が近く、発表終了後も各々の興味を持った発表者との議論が会場のいたるとこ
ろでおこなわれました。

２．講義・集中ゼミ
広大な分野をカバーするために、7 名の講師の方々を招聘して、講義をパラレルに行われました。参加者は複数講義から 1 つを自ら選択して、9 時間の講義で分野を基礎から学ぶことができ、表１に記載のある授業が開催されました。磁性や光物性から、数理物理、生物物理に渡る広くカバーした講義内容で参加者の方々の間では初日からどの授業を公聴するかという会話が白熱していました。
また集中ゼミでは、研究会への最先端を紹介していただくために、12 名の講師の方々を招聘した。それぞれの講義は 3
時間であり、様々な授業の中から自分の研究に近いものを選んだり、中には前に専門としていた分野に近い講座を公聴するという方もいらっしゃり参加者一人一人が自由に学べる夏学の良さが生かされていました。
表 1. 講義・集中ゼミ招聘講師・演題一覧

このようにテーマを絞って、最新の内容を具体的に計算をフォローしつつ進めていく内容であり、効率的な最先端の研究を第一線の研究者から伺える大変貴重な機会でした。
参加者数に対して多くの講師を招聘していることが、本夏の学校の特徴であり、それに応じ普段の自分の研究とは異なる研究を気軽にまとまった内容で聴講することができ研究の幅を広げるとてもいい機会となりました。
そのほかにも食事から懇談会の場まで、様々なタイミングで参加者と講師の方々が話すことのできる時間が多く設けられていたため、さらに効果的でした。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

28

３．ポスターセッション
オーソドックスな壁に貼られたポスターで発表行う形で、2 日に渡ってポスターセッションを行いました。全参加者のおよそ半分が発表を行った。過半数の参加者が修士一年生ということもあり、話し手と聞き手の距離が近く、会場では学会とは異なりいたるところで白熱した議論がなされていました。専門外との交流も多く見られ、またセッション時間外でもポスターを用いての活発な議論が行われました。
6 つの分野(量子情報・光物性、磁性、超電導、強相関電子系、生物物理・ソフトマター、統計力学)に別れ、分野ごとに 7～9 名が決められた時間での口頭発表と質疑応答を行った。専門分野が近い学生だけでなく、専門外の学生からも多くの質問がなされ、さらに企画終了後も継続して議論がなされるなど活発な意見交換がなされました。

左図：実際の授業風景

右図：ポスターセッションの様子

４．フリーセッション
昨年度第 62 回から導入されたフリーセッションが、今年も開催された。フリーセッションは本夏の学校のあらかじめ決められたプログラム外での議論も、活発に行いたいとの声が多かったため設けられたプログラムです。会場では他の人の発表を聞き、自分の研究に活かせるのではないか?と考えた多くの人が個々人でアポを取り議論を行うなどより自由な意見交換が行われておりました。多くの参加者が一堂にし、様々な発表・議論を行った。ポスターを用いた議論、口頭発表のより深い議論などに加え、フリーセッションに向けた個人企画を用意してきた参加者も見受けられ、会場は活気に包まれていました。

５．座談会、懇親会
交流の機会として座談会・懇談会が行われた。座談会においては、参加者から募った質問が講師に投げかけられ、普段は聴きづらい話題について交流が行われました。日常的な悩みから、研究における悩みに至るまで、参加者にとっての目標でもある講師の意見を伺うことができました。会場からも追加で質問がなされるなど大いに盛り上がった。懇談会では一方、講師と学生の対話や、学生間の議論も行われた。懇談会の時間に研究内容に関する議論を継続している姿も見られ、交流の場にとどまらない時間となりました。

６．総括
物性物理分野に関連する多くの若手研究者が一堂に会して、議論、交流ができる貴重な機会になったと考えられました。
実際、参加者の多くからそのような感想をいただき、また普段他の大学の集中講義等に参加しない人には今後参加するきっかけに、地理的な理由で参加できない人には様々な分野ふれる機械になったという声をいただき参加者の方々も満足いただけたようでした。また今年は今話題の Youtuber、予備校のノリで学ぶ「大学の数学・物理」(通称:ヨビノリ)のたくみ氏にも参加いただきました。これを気に全国の物性物理を学ぶ様々な方に夏学を知っていただき足を運んでいただく
機械になればと思っております。(実際の様子もぜひ QR コード、リンク先の youtube の動画よりご覧ください。)

29

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

写真：予備校のノリで学ぶ「大学の数学・物理」
タイトル：物理を研究する大学院生たちのアツい夏【物性若手夏の学校】

私個人としても、普段あまり聞けない分野の発表や興味があるが個人で学びにくい分野を最先端の研究者に教わることで体系的に学習できました。これについて東京大学物性研究所の方々にアドバイスをいただき、天文・天体物理若手夏の学校、生物物理若手の会夏の学校、原子核三者若手夏の学校の方々と会場情報などの運営ノウハウの共有を今後も進め、より一層主催、参加者、そして講師のかたがたにも気軽に参加できる有意義な勉強会に発展させていきたいと思っております。最後に、本研究会の成功には、東京大学物性研究所、並びに各研究機関、各学会の援助があることを深く感謝いた
します。

写真：閉校式での集合写真■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

30物性研究所談話会

標題：On Ising’s model of ferromagnetism
日時：2018 年 12 月 5 日(水) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室(A632)
講師：Prof. N. Peter Armitage
所属：The Johns Hopkins University
要旨：
The 1D Ising model is a classical model of great historical significance for both classical and quantum statisticalmechanics. Developments in the understanding of the Ising model have fundamentally impacted our knowledge ofthermodynamics, critical phenomena, magnetism, conformal quantum field theories, particle physics, and emergencein many-body systems. Despite the theoretical impact of the Ising model there have been very few good 1D realizationsof it in actual real material systems. However, it has been pointed out recently, that the material CoNb2O6, has anumber of features that may make it the most ideal realization we have of the Ising model in one dimension. In thistalk I will discuss the surprisingly complex physics resulting in this simple model and review the history of “Ising’s
model” from both a scientific and human perspective. In the modern context I will review recent experiments by mygroup and others on CoNba2O6. I want to give some perspective about how those of interested in the physics ofcondensed matter can go searching for material systems that are realizations of particular Hamiltonians. And I willshow how low frequency light in the THz range gives unique insight into the tremendous zoo of phenomena arising inthis simple material system. It is remarkable that in a system as simple as this quasi-1D chain, analogies tophenomena and mathematical structures as diverse as quark confinement, quantum number fractionalization,
Majorana fermions, Airy functions, and a 248 dimensional Lie algebra(!) can be found.
【講師紹介】
Armitage 先生は、スピン系・超伝導・トポロジカル物質などの様々な物質群を対象として、主にテラヘルツ電磁応答を活用してその基底状態の応答を明らかにしてきた世界的に著名な研究者です。Ising モデルの歴史的背景や、このシン
プルなモデルから生まれる最新の研究トピックまで講演していただく予定です。是非、皆様ご参加ください。Armitage
先生は来年２月末まで物性研に滞在します。

31

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

物性研究所セミナー

標題：LASOR セミナー：理論セミナー：Multistep nonradiative decay pathways of biomolecules
日時：2018 年 11 月 6 日(火) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：山崎 馨所属：東北大学金属材料研究所
要旨：
Nonradiative decay (NRD) processes such as internal conversion (IC) and intersystem crossing (ISC) govern photofunctionality of living systems such as the photostability of the DNA, phototaxis, visual perception etc. Understanding
this complex NRD pathways of biomolecules should help us develop bio-inspired photo-functional materials. In thistalk, we will share our recent theoretical works on the multistep NRD pathways of biomolecules in gas phase with theaids of pump-probe experiments:(1) Structure dependent photoisomerization routes of cinnamate based sunscreens1,2
We found that the structural isomers of cinnamate based sunscreens undergo trans → cis photo-isomerization under
UV irradiation but differ in the isomerization pathway (ISC or IC) 1,2. These results suggest that controlling thesubstitution position is essential to design the cinnamate based photo-functional materials.
(2) Ultrafast nonadiabatic cascade of XUV excited caffeine molecule3
We also found the XUV excited caffeine molecule undergoes a nonadiabatic cascade via ~100 highly correlated monocationic states. These results show that both nonadiabatic coupling and electron correlation are the keys for ultrafast
reaction dynamics in the highly-correlated electronic excited states.
References：[1] K. Yamazaki, S. Maeda*, M. Ehara*, T. Ebata* et al., J. Phys. Chem. Lett. 7, 4001 (2016).
[2] S. Kinoshita, K. Yamazaki*, M. Ehara*, T. Ebata* et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 20, 17583 (2018).
[3] A. Marciniak, K. Yamazaki*, F. Lépine* et al., J. Phys. Chem. Lett., submitted (2018).
*Corresponding authors

標題：理論セミナー：Augmented multipoles and their applications
日時：2018 年 11 月 9 日(金) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Hiroaki KUSUNOSE
所属：Meiji University
要旨：
Magnetic dipole is a source of magnetism, and an electric charge and quadrupole are responsible for charge andorbital orderings, respectively. Such fundamental degrees of freedoms, described by electronic multipoles in general,play important roles in phase transitions and emergent responses under their orderings with broken symmetry. So far,

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

32multipoles are mainly discussed within single species of orbital at single site, in which only even-parity multipoles canbe activated [1].
Recently, we generalize a concept of electronic multipoles in two ways: (i) a cluster multipole, which is defined insublattice systems [2]; a particular alignment of magnetic/electric dipoles in a cluster can be regarded as an interatomic multipole, and (ii) a hybrid multipole, which is defined in multi-orbital systems. These extensions allow us toconsider odd-parity multipoles, and electric/magnetic toroidal type of multipoles in addition to ordinary
electric/magnetic multipoles, which are essential for cross-correlated phenomena such as magneto-electric, magnetoelastic responses, current-induced magnetization (Edelstein effect) and so on [3].
I will talk about the concept of augmented multipole, and peculiar electromagnetic responses under theirspontaneous orderings [4].
A series of works has been done in collaboration with S. Hayami, Y. Yanagi, Y. Motome, M.-T. Suzuki, R. Arita, T.
Nomoto, M. Yatsushiro, M. Naka, and H. Seo. These works were supported by JSPJ KAKENHI Grants Numbers
15K05176, 15H05885 (J-Physics), and 16H06590.
References:[1] Y. Kuramoto, H. Kusunose, and A. Kiss, J. Phys. Soc. Jpn. 78, 072001 (2009), and references therein.
[2] S. Hayami, H. Kusunose, and Y. Motome, J. Phys.: Condens. Matter 28, 395601 (2016), and references therein.
[3] S. Hayami and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 033709 (2018).
[4] S. Hayami, M. Yatsushiro, Y. Yanagi, and H. Kusunose, Phys. Rev. B (in press), and references therein.

標題：理論セミナー：量子異常による輸送現象の準古典極限における一般論
日時：2018 年 11 月 12 日(月) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：石塚 大晃
所属：東京大学 工学系研究科 物理工学専攻
要旨：
ワイル半金属の提案・発見はワイル粒子の物理の実験的検証を可能とするとともに、ワイル電子系に特有の新しい機能性が実現できる可能性がある。こうしたワイル電子に特有な現象の代表例として、ワイル粒子の電磁応答におけるカイラ
ル量子異常がある[1,2]。カイラル量子異常は、実験的には磁気抵抗を生じることが予想されており[2,3]、実際に近年、ワイル／ディラック半金属の候補物質において理論の予想と矛盾しない磁気抵抗が観られている。一方で、こうした物質の多くはワイル・コーンに傾きやワーピングがあるなど、理想的なワイル電子とは異なる。中でも Cd3As2 はフェルミ面がディラック・ノードから大きく離れ、全てのディラック・ノードが一つのフェルミ面に含まれている。にも拘らず、これまでの予想に反して、量子異常と矛盾しない負の縦磁気抵抗が観測されている[4]。
こうした実験の進展もあり、量子異常と関連した磁気抵抗の理論研究が近年盛んに行われているが、量子異常と関連した磁気抵抗の計算式は複雑で、その一般的性質を理解するには至っていない。我々は最近、Son らによって提案された準古典論を一般化・再定式化することで、準古典極限においては量子異常と関連した磁気抵抗が Berry 曲率Ωk を用いて定義されるベクトル Wk≡Ωk×(vk×B)を観ることで直観的に理解できることを見出した[5]。本セミナーでは、この Wk に基づく定式化を紹介し、この形式を用いることで上述の CdAs の磁気抵抗の頑健性[6]や type-II ワイル半金属における磁気抵抗の一般的性質[5]が直感的に観てとれることを議論する。
[1] A. Vilenkin, Phys. Rev. D 22, 3080 (1980).
[2] M. Neilsen and M. Ninomiya, Phys. Lett. B 130, 390 (1982).
[3] D.-T. Son and B. Z. Spivak, Phys. Rev. B 88, 104412 (2013).
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物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

[4] S. Nishihaya et al., Phys. Rev. B 97, 245103 (2018).
[5] H. Ishizuka and N. Nagaosa, preprint (arXiv: 1807. 08147).
[6] H. Ishizuka and N. Nagaosa, preprint (arXiv: 1808. 09093).

標題：国際強磁場科学セミナー：2018 年度 第 2 回：Calorimetric measurements in extreme conditions ofmagnetic field
日時：2018 年 11 月 12 日(月) 午後２時〜
場所：物性研究所本館 6 階 第 2 セミナー室(A612)
講師：Prof. Christophe Marcenat
所属：CEA-Grenoble (France)
要旨：
I will present recent improvements of modulation calorimetry technique. Such improvements leads to both a very
high relative sensitivity (typically 1:10^4) and a very good absolute accuracy ~1 to 3%. I will illustrate the new
possibilities of these instrumental innovations using recent results on superconducting cuprates, on graphite in theultra quantique limit and on Lifschitz transitions in UCoGe.

標題：理論インフォーマルセミナー：Modelling finite temperature effects in rare-earth/transition-metal
magnets from first principles
日時：2018 年 11 月 13 日(火) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Dr. Christopher E. Patrick
所属：University of Warwick, UK
要旨：
The unrivalled hard magnetic properties of rare-earth/transition-metal (RE-TM) compounds have inspired decadesof research aimed at understanding the physics underlying their excellent performance. From the theoretical pointof view these materials present a number of challenges, particularly to first-principles methods based on densityfunctional theory [1], due to (a) the complicated interplay of the itinerant d-band and highly-localized 4f electrons, (b)the ferrimagnetic nature of most RE-TM compounds and (c) the importance of temperature in realistic operating
conditions. Here I will present some of our work modelling these compounds, including use of the self-interaction
correction to model the RE-4f electrons [2], the importance of including ferrimagnetic effects when comparing toexperimental measurements of magnetic properties [3], and our attempts to capture the competition between RE andTM magnetic anisotropy at high temperature which can lead to spin reorientation transitions.
[1] B. L. Gyorffy et al., J.Phys. F 15, 1337, (1985).
[2] C. E. Patrick and J. B. Staunton, Phys. Rev. B 97, 224415 (2018).
[3] C. E. Patrick et al., Phys. Rev. Lett. 120, 097202 (2018); C. E. Patrick et al., J. Phys.: Condensed Matter 30, 32LT01(2018).
*This work was performed as part of the PRETAMAG project, led by Professor J. B. Staunton. PRETAMAG is fundedby the United Kingdom Engineering and Physical Sciences Research Council, grant number EP/M028941/1.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

34標題：LASOR セミナー：Nanomagnetism using polarised soft X-rays
日時：2018 年 11 月 14 日(水) 午後４時～
場所：物性研究所本館 6 階 第一会議室(A636)
講師：Sarnjeet S. Dhesi
所属：Diamond Light Source
要旨：
Nanomagnetism and spintronics are ubiquitous in our everyday lives so that manipulating magnetic order on eversmaller and faster scales has been a huge endeavour over the past few decades. With the advent of low-emittance third
generation synchrotron sources, producing brilliant polarised x-rays, unprecedented site and element-selective
insights have been gained into nanomagnetism. At the Diamond Light Source synchrotron, electron microscopy
combined with polarised x-ray spectroscopies allows high-resolution imaging of strain and electrical effects on
nanomagnetism. In this talk, recent results using PhotoEmission Electron Microscopy (PEEM) combined with X-Ray
Absorption Spectroscopy (XAS), X-Ray Magnetic Linear Dichroism (XMLD) and X-Ray Magnetic Circular Dichroism(XMCD) will be presented.
Antiferromagnetic spintronics aims to exploit zero net magnetic moment materials as efficient generators, detectors
and transmitters of spin current. PEEM, with magnetic contrast arising from XMLD, has been employed to directly
image changes in the antiferromagnetic domain structure of CuMnAs [1] after electrical rotation of the magnetic
moments. The XMLD-PEEM images are correlated with in situ Anisotropic Magnetoresistance transportmeasurements [2,3].
XMLD-PEEM imaging has also been used to directly visualise the antiferromagnetic domain structure of epitaxial(111)-oriented BiFeO3 (BFO) films. Angle-dependent XMLD-PEEM images are combined to reveal a sub-micron
network of antiferromagnetic domains (see Figure 1) that are coherently coupled to monoclinic domains. The
magnetoelastic coupling is found to stabilise the antiferromagnetic domain structure, providing a possible pathway
towards strain-engineering multiferroic domains in (111)-oriented BFO films [4].
Finally, I will explore electrical switching of perpendicular magnetism in Ni films grown on BaTiO3 ferroelectric
substrates. XMCD-PEEM maps of the in-plane and out-of-plane magnetization reveal a reversible transformation of
the out-of-plane magnetization in the Ni films under voltage control [5].
[1] P. Wadley et al., Nat. Nanotechnol. 13, 362 (2018).
[2] M. J. Grzybowski et al., Phys. Rev. Lett. 118, 057701 (2017).
[3] P. Wadley et al., Science 351, 587 (2016).
[4] N. Waterfield-Price et al., Phys. Rev. Lett. 117, 117601 (2016).
[5] M. Ghidini et al., Adv. Mater. 27, 1460 (2015).

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物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

標題：ナノサイエンスセミナー：ダイヤモンドの NV 中心を用いた単一スピンレベルでの ESR 法
日時：2018 年 11 月 16 日(金) 午後１時 30 分～午後３時
場所：物性研究所本館 6 階 第 2 セミナー室(A612)
講師：高橋 晋所属：Department of Chemistry and Department of Physics & Astronomy University of Southern
California, Los Angeles, California, USA
要旨：
Nuclear Magnetic Resonance (NMR)や Electron Spin Resonance (ESR)法などの磁気共鳴法は、固体、溶液等の試料の形状を問わず非接触、非破壊測定ができ、原子レベルでの構造決定や原子・分子を取り巻く微視的環境を理解できることから、生体分子の立体構造や固体の磁性研究などに幅広く利用されている。しかし、RF 波やマイクロ波を検出することによって行われる従来の MR 法は、信号検出感度が低く、例えば、通常常温下で ESR の観測を行うには 1010 以上のスピンが必要である。しかし、信号検出感度を大幅に向上することができれば、生体細胞内等生体条件下における磁気共鳴法を用いた分子構造解析や構造変化の観測などを単一分子レベルで行うことが可能になるなど多くの応用が考えられる。
Nitrogen-vacancy (NV)中心は、窒素原子と隣合った空孔から成るダイヤモンド格子の中に存在する常磁性不純物であり、高感度かつ常温動作可能な磁気センサーとしての応用が期待されている。本発表では NV 中心のユニークな物性やス
ピン感度を大幅に向上させる NV 中心を用いた ESR（NV－ESR）法の手法及び最近の我々の実験について議論する。

標題：極限コヒーレント光科学セミナー：フェムト秒レーザーで開拓する(したい)インフレーション仮設の検証
日時：2018 年 11 月 19 日(月) 午前 10 時～午前 11 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第一会議室(A636)
講師：松村 知岳
所属：東京大学 Kavli IPMU
要旨：
宇宙マイクロ背景放射(Cosmic Microwave Background = CMB)の観測は、標準宇宙論を確立する上で大きな役割を果たしてきた。一方で、標準宇宙論の枠内で説明できない問題として宇宙の構造の種、地平線問題、平坦問題などが残っている。インフレーション仮説はこれらの問題を一挙に解決する理論として提唱されている。この理論はこれまでの観測と矛盾はないが直接の検証には至っていない。インフレーションは宇宙が始まって 10^-38 秒後の事象であるが、インフレーション由来による原始重力波により CMB 偏光に対して特殊な空間パターン(B モード)を残すため、宇宙観測により実験的に検証が可能である。この観測の実現に向けて観測機器の開発を行なっている。特に IPMU では観測の鍵となる偏光変調器の開発を進めている。本講演では、インフレーションを含む初期宇宙論、また CMB 偏光観測 を光学の観点を含めて紹介する。また、その中でも特にレーザーを用いたサファイア波長板の広帯域反射防止モスアイ加工を紹介する。

標題：理論セミナー：密度汎関数理論と溶液理論を用いた電極電位と電荷移動反応の研究
日時：2018 年 11 月 20 日(火) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：春山 潤所属：東京大学 物性研究所
要旨：
エネルギー問題の解決に向けて燃料電池や Li イオン電池など電気化学反応を利用したデバイスの開発が盛んに行われている。電極電位は電気化学反応を理解するために導入された概念であり、電気化学の実験結果を解釈するためには電極■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

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電位をもとに考える。しかし、電極電位をうまく現すために本質的に Grand canonical な系を扱わなくてならないため、物質計算科学的に困難を伴うことが知られていた。
我々は密度汎関数法の計算に溶液理論を組み合わせた方法(ESM-RISM 法)を用いることで、電極電位と電子化学ポテン
シャルを対応させることが可能であることを示した。[1] セミナーでは ESM-RISM 法 [2] の内容を簡単に説明し、時間があれ応用事例として Li イオン電池のグラファイト界面の電荷移動反応 [3] の解析結果を紹介する。
[1] J. Haruyama, T. Ikeshoji, and M. Otani, Phys. Rev. Mater. 2, 095801 (2018).
[2] M. Otani and O. Sugino, Phys. Rev. B 73, 115407 (2006); S. Nishihara and M. Otani, Phys. Rev. B 96, 115429 (2017).
[3] J. Haruyama, T. Ikeshoji, and M. Otani, J. Phys. Chem. C 122, 9804 (2018).

標題：理論インフォーマルセミナー：第一原理計算と遺伝アルゴリズムを用いた構造探索法による新物質探索；新奇電子
化物（エレクトライド）への応用
日時：2018 年 11 月 21 日(水) 午後１時 30 分～午後２時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：多田 朋史
所属：東京工業大学元素戦略研究センター
要旨：
本発表では、遺伝アルゴリズムを用いた結晶構造探索アプローチのうち、VASP 等の第一原理計算を電子状態計算ソルバーとして用いることのできる USPEX を利用した新物質探索について紹介する。本手法はすでに多くの適用事例が報告されており、中でも実験的に困難とされる超高圧条件下での新物質の発見や同定等は、この手法の適用範囲の広さを物語っている。本発表は、常圧または標準的高圧下における新物質探索に絞った内容となっているが、近年さまざまな方面で注目されはじめている電子化物(エレクトライド)の新規探索について紹介する。本手法により新たにリン化合物系エレ
クトライドが見出され、後に合成、結晶構造解析、物性計測を経てその存在が実験的にも確認された。なお、物性に関しては上記計算と計測とで異なる電子状態を示したが、この差異により(無機系)エレクトライドが強相関化合物群としても出現しうる最初の報告例となった。この結果に関する USPEX の構造探索の妥当性であるが、結晶構造変化に由来するエ
ネルギースケールは、強相関性発現のエネルギースケールに比べると大きいため、標準的第一原理計算から予測された結晶構造から、新しい強相関物質の発見へとつながる可能性は十分にあり、本研究はその一例を示した結果としても十分に意味のある成果であろう。

標題：量子物質セミナー：Collinear Anomalous Hall Antiferromagnets
日時：2018 年 12 月 5 日(水) 午前 11 時～午後 0 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Dr. Hua Chen
所属：Department of Physics, Colorado State University
要旨：
It is now well established both theoretically and experimentally that the anomalous Hall effect (AHE) can exist incertain noncollinear antiferromagnets with vanishing total magnetization. Using similar symmetry arguments, we
propose that the AHE and many related properties such as magneto-optical Kerr effect, anomalous Nernst effect,
orbital magnetization, etc., can also exist in many collinear antiferromagnets with symmetry-allowed spin canting.
Similar to the noncollinear case, these AHE-related effects will still be finite when the net spin magnetization vanishes.
We give two classic examples, NiF2 and alpha-Fe2O3, corresponding to different mechanisms for spin canting, i.e.

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物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

single-ion anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya interaction. Although these two materials are good insulators andmay not be easily doped in order to measure the AHE, the discussion is general and can be applied to many othercanted antiferromagnets. We construct minimal models with spin-orbit coupling terms compatible with these canting
mechanisms and discuss the similarities and differences between the collinear and the noncollinear cases.

標題：量子物質セミナー：キタエフ量子スピン液体における熱輸送特性と磁場効果
日時：2018 年 12 月 10 日(月) 午前 11 時～午後０時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：那須 譲治
所属：横浜国立大学 大学院工学研究院
要旨：
極低温まで磁気秩序を示さない量子スピン液体は P. W. Anderson による理論提案以降、およそ半世紀にわたって磁性物理学の主要な研究テーマのひとつである。その中でも近年、厳密に量子スピン液体を基底状態にもつキタエフ模型[1]が注目を集めており、さらに、スピン軌道相互作用の強い絶縁磁性体がその候補物質となり得ることから[2]、実験理論
共に精力的な研究が行われている。量子スピン液体の顕著な特徴として分数励起の存在を挙げることができ、キタエフ量子スピン液体においては、量子スピンがマヨラナ準粒子と Z2 ゲージ場へと分数化することが知られている。これらの分数準粒子がどのように熱力学量や励起構造に現れるかを明らかにすることは、量子スピン液体の存在を実験的に示す重要な証拠になりうる。
本研究では、キタエフ量子スピン液体に内在する分数準粒子が生み出す輸送特性及びごく最近活発に研究がなされている磁場効果を明らかにするために、可解なキタエフ模型を出発点として熱伝導度を計算し、さらにその磁場依存性を調べた。まず、磁場が小さいときの摂動的なアプローチを用いて有限温度の熱伝導度を計算した。その結果、有効磁場によって生じるマヨラナ準粒子系のトポロジカルな変化と Z2 ゲージ場の揺らぎが、特異な熱ホール伝導度の温度変化を生み出すことを示し[3]、この計算と実験結果との比較を行った[4,5]。さらに摂動的な扱いを超えて磁場を強くしたときに、非自明なトポロジカル転移が生じることも明らかにした[6]。
[1] A. Kitaev, Ann. Phys. (N. Y.) 321, 2 (2006).
[2] G. Jackeli and G. Khaliullin, Phys. Rev. Lett. 102, 017205 (2009).
[3] J. Nasu, J. Yoshitake, and Y. Motome, Phys. Rev. Lett. 119, 127204 (2017).
[4] Y. Kasahara et al., Phys. Rev. Lett. 120, 217205 (2018).
[5] Y. Kasahara et al., Nature 559, 227 (2018).
[6] J. Nasu, Y. Kato, Y. Kamiya, and Y. Motome, Phys. Rev. B 98, 060416(R) (2018).

標題：量子物質セミナー：Theory of Multipolar Kondo Materials
日時：2018 年 12 月 12 日(水) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Yong-Baek Kim
所属：Department of Physics, University of Toronto
要旨：
The standard Doniach phase diagram of Kondo materials or heavy fermion systems often assumes Kramers-doublet
local moments coupled to conduction electrons. On the other hand, there exist a class of materials, where the local
moments carry multipolar moments due to their non-Kramers nature. In this talk, I will describe a theory of Kondo■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

38materials with multipolar local moments using the example of PrTi2Al20 and PrV2Al20 systems. Here the local
moments at Pr sites carry quadrupolar and octupolar moments. I will present a general Landau theory for themultipolar ordering in such systems. Further, I will explain how magnetostriction, the length change of the systemupon the application of external magnetic field, can be used as a power tool to detect multipolar ordering.
If time permits, I will also describe recent theoretical progress in understanding the multipolar Kondo problem,
where new renormalization group fixed points may be found.

標題：ナノサイエンスセミナー：Structural reconstructions and emerging interface spin textures at (111)oriented epitaxial perovskite interfaces
日時：2018 年 12 月 17 日(月) 午後１時～午後２時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Prof. Thomas Tybell
所属：Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, 7491, Norway
要旨：
Perovskite oxides are technologically interesting because of their strong structure–property coupling, withinteresting functional properties ranging from ferromagnetism, ferroelectricity to high-temperature superconductivity.
Here I will give an overview of our work on synthesis of atomically smooth (111)-oriented oxides and discuss the effectof crystalline facets on their physical properties. Of special interest are structural effects at epitaxial interfaces
promoting novel functional properties. To address this question (111)-oriented epitaxial heterostructures ofantiferromagnetic (AF) LaFeO3 and ferromagnetic La0.7Sr0.3MnO3 are used as a model system. To probe theinterface spin texture, we rely on a combination of soft x-ray spectroscopy, neutron reflectometry, magnetometry, TEM,
and DFT investigations. By increasing the LaFeO3 thickness, a change from out-of-plane to in-plane AF spin axis
takes place above 16 d111-layers, below which a magnetic interface reconstruction with a net switchable Fe momentof LaFeO3 is observed when deposited on SrTiO3. By using orthorhombic substrates, the magnetic anisotropy of thereconstructed interface can be controlled, from 6-fold when deposited on cubic SrTiO3 to 2-fold. In the presentation I
will especially focus on the importance of the interplay between local AF order and concurrent structural
reconstructions at interfaces to establish a magnetic reconstruction, opening for tuning the AF-spin texture byinterface engineering.
References:
Phys. Rev. Materials 2, 014404 (2018).
J. Phys.: Cond. Matter 30, 255702 (2018).
J. of. Appl. Phys 124, 185301 (2018).
Phys. Rev. B 96, 094109 (2017).
APL Materials 5, 086107 (2017).
Phys. Rev. B. 95, 064109 (2017).
Phys. Rev. B 94, 201115 (2016).
Crystal Growth and Design 16, 2357 (2016).
APL Materials 3, 062501 (2015).
J. of Appl. Phys. 113, 183512 (2013).

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物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論インフォーマルセミナー：Emergent O(4) Symmetry and Signatures of Deconfined Quantum
Critical Point in Shastry-Sutherland Lattice Material SrCu2(BO3)2
日時：2018 年 12 月 18 日(火) 午後４時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Jong Yeon LEE
所属：Harvard University
要旨：
We study the possibility of a deconfined quantum phase transition in the two dimensional Shastry-Sutherland spinmodel, using both numerical and field theoretic techniques. We argue that the quantum phase transition between a
two fold degenerate plaquette valence bond solid (pVBS) order and Neel order may be described by a deconfinedquantum critical point (DQCP) with emergent O(4) symmetry.
Further, using the infinite density matrix renormalization group (iDMRG) numerical technique, we verify the
emergence of an intermediate pVBS order, between the dimer and Neel ordered phases. By analyzing the correlation
length spectrum for different orders, we provide evidence for deconfinement and emergent O(4) symmetry at the phasetransition between the pVBS and Neel orders. Such a phase transition has been reported in the recent pressure tuned
experiments in the Shastry-Sutherland lattice material SrCu2(BO3)2. The non-symmorphic lattice structure of the
Shastry-Sutherland compound leads to extinction points in the scattering, at which we predict sharp signatures for
DQCP in both phonon and magnon spectra associated to the spinon continuua. Our result would guide theexperimental search for DQCP in quantum magnets.

標題：中性子セミナー：Solid Transformation and Post-synthetic Modification on Metal-Organic Frameworks
日時：2018 年 12 月 19 日(水) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Prof. Ming-Hua Zeng
所属：Hubei University
要旨：
The chemistry of metal-organic frameworks has experienced an almost unparalleled growth in the past two decades
driven by their rich functions cover a wide range and potential industry applications as high-capacity adsorbents. The
talk will introduce different ways to rationally modify the structure and function of a MOF with established structure
through three main parts: (1) Some interesting MOFs exhibits good stability, high loading and quick uptake of iodine.
After iodine inclusion, the resulting guest changed MOFs process fascinating properties in conductivity and nonlinear
optical properties. (2) Tandem post-synthetic reactions were applied to well modify the structure of precursor MOFs,
leading either entirety or surface modification as well as great changes in sorption and magnetic behaviors. (3) A
sequential perturbative approach to unrestraint metal coordinative environment in MOF crystals was built and thus
enabling the glass formation under mild condition and reticular tuning of glass properties. The new strategies would
provide useful guidelines for screening functional glass from the abundant databases of MOFs, which may open an
area of research with fundamental and applied importance.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

40標題：極限コヒーレント光科学セミナー：マイクロ・ナノバブルの観測と結晶化促進効果
日時：2018 年 12 月 19 日(水) 午後２時 10 分～午後３時 40 分
場所：物性研究所本館 6 階 第一会議室(A636)
講師：内田 努
所属：北海道大学 大学院工学研究院 応用物理学部門
要旨：
マイクロ・ナノバブル(MNB)は、1mm 以下の径を持つ微細気泡の総称である。この MNB を水溶液中で発生させて、動植物の生育を促進したり殺菌したりする技術が近年開発されている。水中に浮遊する MNB(Bulk MNB)は一般に浮力が小さく、数十 mV の負の表面電荷(ζポテンシャル)を持つことから、気泡同士が反発して合着しづらく、液相中に長期間滞留することができると考えられている。しかしラプラス圧が高く気液界面が大きいため、気体を液相中に高効率に溶解させることができると同時に消滅速度が速いとも考えられている。そのため、Bulk MNB が安定に存在できるか否か自身が研究対象となっている。そこで、Bulk MNB を観測することを目的に、凍結割断レプリカ法を開発した 1)2)。この手法は通常の光散乱法と異なり、不純物を含む系での測定も可能である 1)3)。また MNB 含有水が、ガスハイドレートの結晶化促進効果があることを見出した 4)5)。
Reference
1) T. Uchida et al., Transmission electron microscopic observations of nanobubbles and their capture of impurities inwastewater, Nanoscale Res. Lett. 6 (2011) 295.
2) T. Uchida et al., Effect of NaCl on the Lifetime of Micro- and Nanobubbles, Nanomaterials 6 (2016) 31.
3) T. Uchida et al., Ultra-Fine Bubble Distributions in a Plant Factory Observed by Transmission Electron Microscopewith a Freeze-Fracture Replica Technique, Nanomaterials 8 (2018) 152.
4) T. Uchida, K. Yamazaki, and K. Gohara, Generation of micro- and nano-bubbles in water by dissociation of gas
hydrates, Korean J. Chem. Eng. 33 (2016) 1749.
5) T. Uchida et al., Gas Nanobubbles as Nucleation Acceleration in the Gas-Hydrate Memory Effect, J. Phys. Chem. C
120 (2016) 26620.

標題：理論インフォーマルセミナー：IPMU 共催・理論インフォーマルセミナー ：Symmetric gauge theories andLieb-Schultz-Mattis-type constraints
日時：2018 年 12 月 27 日(木) 午前 11 時～午後０時
場所：IPMU セミナー室 B
講師：Xu YANG
所属：Boston College
要旨：
It is known that certain symmetric gauge theories can only exist on the surface of a higher dimensional symmetry
protected topological (SPT) state, in which case the symmetric gauge theory is termed anomalous. The anomaly classof such a gauge theory is represented by the bulk SPT index. Given an anomaly class, what kinds of symmetric gauge
theories are allowed? Based on physical arguments and tensor-network constructions, we point out a sharp
mathematical relationship between the symmetry properties of Abelian gauge theories and the anomaly class: the cup
product. When the physical system hosts Lieb-Schultz-Mattis-type constraints, which is a specific type of anomalyclass, our result sharply determines the physically allowed symmetric gauge theories as the preimage of the cup
product. Various examples are given as an application, including the computation of physically allowed skyrmion

41

物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

quantum numbers in various Neel states in 2+1D, and gauge charge/monopole projective representations in U(1)quantum spin liquids in 3+1D.

標題：量子物質セミナー：結晶点群の下での多極子の分類と交差相関物性
日時：2018 年 12 月 28 日(金) 午後１時 30 分～午後２時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：速水 賢所属：北海道大学大学院理学研究院物理学部門
要旨：
固体中の電子は結晶場やスピン軌道相互作用といった様々な要因により、異方的な電荷分布や磁荷分布を示す。このような異方性は電気多極子や磁気多極子といったミクロな多極子自由度によって特徴づけられ、それらの秩序状態が示す電気的・磁気的性質や集団現象に関する研究が長年にわたって精力的に行われてきた[1-3]。こうした多極子は空間・時間反転対称性の有無に応じて電気・磁気・磁気トロイダル・電気トロイダルという、4 種類の多極子に分類することができる。
一方で近年、こうした多極子の概念は、クラスター空間、混成軌道空間、波数空間といった部分空間において拡張されており、電気磁気効果や異常量子ホール効果などの様々な物性を理解するのに用いられている[4,5]。しかし、磁気トロイダ
ル多極子や電気トロイダル多極子の微視的な表式は最近になってようやく得られたばかりであり[6]、微視的な立場からの系統的な解析はほとんど行われていないのが現状である。
本研究において我々は、32 の結晶点群の元で活性化する多極子自由度とそれらがもたらす物性を網羅的に調べた[7]。
まず、実空間および波数空間における多極子の微視的枠組みを求めることにより、4 種類の多極子がどのような結晶点群
や基底関数において存在するかを明らかにした。さらに、電気磁気効果やスピンホール効果における応答テンソルの性質
を多極子の視点からまとめた。講演では 4 種類の多極子がどのような結晶点群の下で活性化するのかを示すとともに、これらの多極子がもたらす電子状態や交差相関物性を具体例を挙げながら議論する。
[1] P. Santini, S. Carretta, G. Amoretti, R. Caciuffo, N. Magnani, and G. H. Lander, Rev. Mod. Phys. 81, 807 (2009).
[2] Y. Kuramoto, H. Kusunose, and A. Kiss, J. Phys. Soc. Jpn. 78, 072001 (2009).
[3] H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 77, 064710 (2008).
[4] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, and T. Higo, Nature (London) 527, 212 (2015).
[5] M.-T. Suzuki, T. Koretsune, M. Ochi, and R. Arita, Phys. Rev. B 95, 094406 (2017).
[6] S. Hayami and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 033709 (2018).
[7] S. Hayami, M. Yatsushiro, Y. Yanagi, and H. Kusunose, Phys. Rev. B 98, 165110 (2018).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

42

人 事 異 動【研究部門等】○平成 30 年 8 月 31 日付け（任期満了）
氏

名

所

HICKS
CLIFFORD
WILLIAM属

量子物質研究グループ

職

名

備

考

特任教授 マックス・プランク固体化学物理研究所（ドイツ）(客員Ⅲ種) グループリーダーへ○平成 30 年 9 月 1 日付け
（採

用）

氏

名

春 山

所
潤

属

職

名

備

考

機能物性研究グループ

助教

産業技術総合研究所 博士研究員から

職

名

備

平成 30 年 9 月 3 日付け
（採 用）
氏

名

高 橋

所
晋

属

ナノスケール物性研究部門

DRICHEKONATALIA
量子物質研究グループ
VLADMIROVNA

考特任教授(客員Ⅲ種) 南カリフォルニア大学 准教授から特任教授 ジョブホプキンス大学 研究准教授から(客員Ⅲ種)○平成 30 年 10 月 1 日付け
（採

用）
氏

名

出 倉

（兼

所
駿

属

凝縮系物性研究部門

職

名

特任助教

備

考

京都大学大学院理学研究科化学専攻
から

教務補佐員

務）
氏

名

藤 堂 眞 治

所

属

職

名

教

授

属

職

名

附属物質設計評価施設

助教

附属計算物質科学研究センター

備考

本務：東京大学大学院理学系研究科
期間：平成 30 年 10 月 1 日～平成 31 年 3 月 31 日

○平成 30 年 11 月 30 日付け
（辞

職）
氏

名

笠 松 秀 輔

43

所

物性研だより第 58 巻第 4 号

備
山形大学

考

助教へ

■

■

■ ■ ■ ■■

○平成 30 年 12 月 7 日付け（任期満了）
氏
高 橋

名

所
晋

属

ナノスケール物性研究部門■ ■■ ■ ■■ ■

職

名

備

特任教授
南カリフォルニア大学(客員Ⅲ種)

考准教授へ

物性研だより第 58 巻第 4 号

44東京大学物性研究所教員公募について

下記により特任准教授の公募をいたします。適任者の推薦、希望者の応募をお願いいたします。
記
１．研究部門名等および公募人員数
社会連携研究部門（データ統合型材料物性研究部門）特任准教授１名
２．研究内容物性研では「実験と数値計算をデータ科学的手法によって統合し、電子相関の理解に基づいて、革新的な機能を持つ
材料の物性予測・探索手法を開発する」ことを目的とする社会連携部門（協力企業：トヨタ自動車（株））を平成 31 年
4 月に創設する予定である。本公募では、新部門の中核となり、他の部門内スタッフや協力企業の研究者と協力し、新部門の趣旨・目的を自ら高度に達成する意欲のある人材を求める。
３．応募資格博士号取得済みの方。
４．任期
平成３４年３月３１日まで。ただし、年度末ごとに更新する。
５．公募締切平成３１年４月２６日（金）必着
６．着任時期
採用決定後なるべく早く
７．提出書類○履歴書（大学入学以降；略歴で可）○業績リスト（特に重要な論文に○印をつけること）○主要論文の別刷（５編以内、コピー可）○研究業績の概要（２０００字程度）○研究計画書（２０００字程度）○所属長等による応募者本人についての意見書（作成者から書類提出先へ直送）
８．書類提出方法
郵送又はメール送付
郵 送：「社会連携研究部門（データ統合型材料物性研究部門）特任准教授応募書類在中」、又は「推薦書在中」の旨を朱書し、簡易書留等配達状況が確認可能な方法で送付すること。
メール：件名は「社会連携特任准教授応募」とし、総務係までメールを送付すること。総務係から書類送付先フォルダを連絡するので、そちらに応募書類一式を保存すること。
９．書類提出先〒277-8581 千葉県柏市柏の葉５丁目１番５号
東京大学物性研究所総務係
電話 04-7136-3207
e-mail : issp-jinji@issp.u-tokyo.ac.jp
10．本件に関する問い合わせ先
東京大学物性研究所 機能物性研究グループ
教授 杉野 修e-mail : sugino@issp.u-tokyo.ac.jp
11．選考方法東京大学物性研究所教授会の議を経て、審査決定します。ただし、適任者のない場合は、決定を保留します。
12．その他
東京大学は男女共同参画を推進しており、女性の積極的な応募を歓迎します。なお、お送りいただいた応募書類等は返却いたしませんので、ご了解の上お申込み下さい。また、履歴書は本応募の用途に限り使用し、個人情報は正当な理由なく第三者への開示、譲渡及び貸与することは一切ありません。
平成 31 年 3 月 8 日
東京大学物性研究所長

45

物性研だより第 58 巻第 4 号

森 初果

■

■

■ ■ ■ ■■

東京大学物性研究所教員公募について

下記により助教の公募をいたします。適任者の推薦、希望者の応募をお願いいたします。
記
１．研究部門名等および公募人員数
ナノスケール物性研究部門（リップマー研究室）助教１名
２．研究内容リップマー教授とともに、パルスレーザー堆積法による酸化物薄膜の合成、新材料開発、薄膜物性評価、プローブ顕
微鏡やイオン散乱手法を用いた表面物性評価、そして材料評価に向けたデバイス作製に関連する物性研究を推進する。
特に、光触媒の非平衡キャリアダイナミクス、ヘテロ界面を用いた低次元電子構造、AI を取り入れた先端薄膜合成手法の開発に関連する分野を見据えており、薄膜に限らず、様々な酸化物試料の合成経験を有する研究者を歓迎する。
エピタキシャルな酸化物結晶における新しい物性研究を展開するだけでなく、物性研究所が有するユニークな装置を用いて、研究所内外との共同研究にも意欲的に取り組む研究者を希望する。
３．応募資格博士号取得あるいは２０１９年１０月までに取得見込みの方。
４．任期

任期５年、再任可。ただし、１回を限度とする。
５．公募締切２０１９年５月１０日（金）必着
６．着任時期
採用決定後なるべく早く
７．提出書類（イ）推薦の場合○推薦書○履歴書（写真添付、学歴、職歴等）○業績リスト（特に重要な論文に○印をつけること）○主要論文の別刷（３編程度、コピー可）○研究業績の概要（Ａ４用紙２ページ以内）○研究計画書（Ａ４用紙２ページ以内）（ロ）応募の場合○履歴書（大学入学以降；略歴で可）○業績リスト（特に重要な論文に○印をつけること）○主要論文の別刷（３編程度、コピー可）○研究業績の概要（Ａ４用紙２ページ以内）○研究計画書（Ａ４用紙２ページ以内）○指導教員等による応募者本人についての意見書（作成者から書類提出先へ直送）
８．書類提出方法

メール送付

件名は「リップマー研究室助教応募」とし、総務係までメールを送付すること。総務係から書類送付先フォルダを連絡するので、そちらに応募書類一式を保存すること。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

46

９．書類提出先〒277-8581 千葉県柏市柏の葉５丁目１番５号
東京大学物性研究所総務係
電話 04-7136-3207

e-mail : issp-jinji@issp.u-tokyo.ac.jp

10．本件に関する問い合わせ先
東京大学物性研究所

ナノスケール物性研究部門 教授 リップマー ミック

電話 04-7136-3315

e-mail : mlippmaa@issp.u-tokyo.ac.jp

11．選考方法
東京大学物性研究所教授会の議を経て、審査決定します。ただし、適任者のない場合は、決定を保留します。
12．その他
東京大学は男女共同参画を推進しており、女性の積極的な応募を歓迎します。なお、お送りいただいた応募書類等は返却いたしませんので、ご了解の上お申込み下さい。また、履歴書は本応募の用途に限り使用し、個人情報は正当な理由なく第三者への開示、譲渡及び貸与することは一切ありません。
平成 31 年 2 月 25 日
東京大学物性研究所長

47

物性研だより第 58 巻第 4 号

森 初果

■

■

■ ■ ■ ■■

東京大学物性研究所教員公募について

下記により助教の公募をいたします。適任者の推薦、希望者の応募をお願いいたします。
記
１．研究部門名等および公募人員数
物質設計評価施設助教（設計部）助教１名
２．研究内容設計部スタッフの一員として、共同利用スパコンの導入、管理、運用の業務を行う。また、設計部所員と協力し、非平衡系、強相関電子系、古典多体系などの分野における物性理論研究を大規模数値計算によって行う。アルゴリズム／
コードの開発や、並列計算に経験があることが望ましい。
３．応募資格博士号取得済み、あるいは今年度内に取得見込みの方。
４．任期
任期５年、再任可。ただし、１回を限度とする。
５．公募締切２０１９年５月２７日（月）必着
６．着任時期採用決定後なるべく早く
７．提出書類（イ）推薦の場合○推薦書○履歴書（大学入学以降）○業績リスト（特に重要な論文に○印をつけること）○主要論文の別刷（２〜３編程度、コピー可）○研究業績の概要（２０００字程度）○研究計画書（２０００字程度）（ロ）自薦の場合○履歴書（大学入学以降）○業績リスト（特に重要な論文に○印をつけること）○主要論文の別刷（２〜３編程度、コピー可）○研究業績の概要（２０００字程度）○研究計画書（２０００字程度）○指導教員等による応募者本人についての意見書（作成者から書類提出先へ直送）
８．書類提出方法
郵送又はメール送付
郵 送：「物質設計評価施設（設計部）助教応募書類在中」、又は「推薦書在中」の旨を朱書し、簡易書留等配達状況が確認可能な方法で送付すること。
メール：件名は「設計部助教応募」とし、総務係までメールを送付すること。総務係から書類送付先フォルダを連絡するので、そちらに応募書類一式を保存すること。
９．書類提出先〒277-8581 千葉県柏市柏の葉５丁目１番５号
東京大学物性研究所総務係
電話 04-7136-3207
e-mail : issp-jinji@issp.u-tokyo.ac.jp
10．本件に関する問い合わせ先
東京大学物性研究所 物質設計評価施設
教授 川島 直輝
e-mail : kawashima@issp.u-tokyo.ac.jp
11．選考方法東京大学物性研究所教授会の議を経て、審査決定します。ただし、適任者のない場合は、決定を保留します。
12．その他東京大学は男女共同参画を推進しており、女性の積極的な応募を歓迎します。なお、お送りいただいた応募書類等は返却いたしませんので、ご了解の上お申込み下さい。また、履歴書は本応募の用途に限り使用し、個人情報は正当な理由なく第三者への開示、譲渡及び貸与することは一切ありません。
2019 年 3 月 6 日
東京大学物性研究所長■ ■■ ■ ■■ ■森 初果

物性研だより第 58 巻第 4 号

48

物性研だより第 58 巻目録（第１号～第４号）
第 58 巻第 1 号 2018 年 4 月
所長就任にあたって ····················································································森 初果 ························································· 1
所長退任にあたって ····················································································瀧川 仁 ························································· 3
時間分解磁気円偏光二色性測定によるスピンの超高速ダイナミクス観測 ···田久保 耕························································ 5
量子ドットの近藤効果を引き起こす磁気モーメントの探索 ························阪野 塁 ··························································· 8
極限超強磁場下の高精度電気伝導度計測技術の開発―銅酸化物高温超伝導体研究に新たな一歩 ·················································中村 大輔······················································ 10
強磁場研究会ポスター発表賞を受賞して ····················································野村 和哉······················································ 12
強磁場研究会ポスター発表賞を受賞して ····················································佐藤 和樹······················································ 14
第 9 回強磁場フォーラム三浦奨励賞を受賞して··········································池田 暁彦······················································ 15
日本中性子科学会第 17 回年会学生ポスター賞を受賞して··························林田 翔平······················································ 17
物性研に着任して ························································································井上 圭一······················································ 18
三輪 真嗣······················································ 19
河村 光晶······················································ 20
浅井 晋一郎 ·················································· 21
神田 夏輝······················································ 22
今城 周作······················································ 23
木下 雄斗······················································ 24
外国人客員所員を経験して··········································································Mario Novak ················································ 25
客員所員を経験して ····················································································瀧本 哲也······················································ 26
萩田 克美······················································ 27
吉田 鉄平······················································ 29【物性研究所短期研究会】○The 9th APCTP Workshop on Multiferroics の報告 ································································································· 30【物性研究所談話会】 ······················································································································································· 33【物性研究所セミナー】 ··················································································································································· 35【物性研ニュース】○人事異動 ····································································································································································· 44○平成 29 年度外部資金の受入について ························································································································ 47
編集後記
物性研だよりの購読について

第 58 巻第２号 2018 年 7 月「トポロジカル絶縁体に付与した光情報の持続時間を飛躍的に長くすることに成功」 ······ 石田 行章、辛 埴 ················· 1分子を使った乱れの設計により量子スピン液体を実現 ·······························山口 博則························································ 4π電子とプロトンの連動による新しい量子液体状態の発見 ························下澤 雅明、上田 顕、山下 穣、森 初果 ········ 6
ゼロギャップ半導体における非常に強い電子間相互作用の観測 ·················大槻 匠、中辻 知、リップマー ミック ···· 9
ディラック半金属 Cd3As2 薄膜における量子ホール効果の観測 ··················打田 正輝、徳永 将史 ·································· 11
スピン流の雑音から情報を引き出す ～スピン流高効率制御に向けた新手法～ ········· 加藤 岳生 ···································· 14
FeSe におけるネマティックドメインにセンシティブな超伝導ギャップ異方性 ··········· 岡﨑 浩三 ···································· 16
反強磁性金属における巨大な磁気光学カー効果と磁気八極子ドメインの直接観察 ······ 肥後 友也、中辻49

物性研だより第 58 巻第 4 号■■

知 ················ 19■ ■ ■ ■■

日本中性子科学会第 15 回技術賞を受賞して ···············································益田 隆嗣······················································ 23
仁科記念賞「トポロジカル量子物性物理学の創始」、
朝日賞「トポロジーの物性物理学への導入」を受賞して ····························甲元 眞人······················································ 26
文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞して ·················································近藤 猛 ························································· 34
第 23 回日本物理学会論文賞を受賞して ······················································酒井 明人、中辻 知 ···································· 35
平成 29 年度日本化学会学術賞を受賞して ··················································森 初果 ······················································· 36
第 12 回(2018 年)日本物理学会若手奨励賞(領域 9)を受賞して ·················黒田 健太······················································ 38
平成 30 年度文部科学大臣表彰科学技術賞を受賞して·································廣井 善二······················································ 40
文部科学大臣表彰若手科学者賞を受賞して ·················································和達 大樹······················································ 41
外国人客員所員を経験して··········································································Ying RAN ····················································· 42【物性研究所短期研究会】○｢新世代光源で切り拓く物質科学と生命科学の融合領域｣の報告 ················································································ 43○物性研究所スパコン共同利用・CCMS 合同研究会「計算物質科学の今と未来」報告 ··············································· 46○ガラス転移と関連分野の最先端研究 ·························································································································· 51○量子情報・物性の新潮流 －量子技術が生み出す多様な物性と情報処理技術－ ······················································· 59【物性研究所談話会】 ······················································································································································· 63【物性研究所セミナー】 ··················································································································································· 65【物性研ニュース】○人事異動 ····································································································································································· 76
編集後記

第 58 巻第３号 2018 年 10 月
室内発生世界最高磁場 1200 テスラの記録 ··················································嶽山 正二郎 ···················································· 1
強磁場から見たトポロジカルなスピン構造が織りなす創発磁気モノポール物性 金澤 直也、藤代 有絵子、十倉 好紀
三宅 厚志、三田村 裕幸、徳永 将史··· 4
軟 X 線で決定する物質のバンドトポロジー－トポロジーは見かけより中身が大事－ ·················································黒田 健太、近藤 猛 ········································ 7Topological superconductivity in iron-based superconductors ·················ZHANG Peng, 辛 埴 ····································· 9
平衡状態の量子もつれが示す普遍的な法則 ······································ 杉浦 祥、中川 裕也、藤田 浩之、渡邉 正隆 ········· 11バルク結晶と薄膜結晶で異なるスピン状態を直接観測～スピン状態の判別に有効な計測手法を確立～ ······································横山 優一、和達 大樹 ·································· 14
プラズモン励起で測る量子ホール効果のエッジ状態 ···································遠藤 彰、勝本 信吾 ···································· 16
固体結晶からの高次高調波発生の偏光分解測定～高調波の偏光に電子状態の異方性が映し出されることを実証～ ··········石井 順久、板谷 治郎 ·································· 19
市村学術賞、船井学術賞を受賞して····························································三輪 真嗣······················································ 22
NESMCQ18 Poster prize を受賞して·························································長谷川 雅大 ·················································· 24
第 11 回分子科学会奨励賞を受賞して ·························································上田 顕 ······················································· 26
外国人客員所員を経験して··········································································Clifford HICKS ············································ 28【物性研究所談話会】 ······················································································································································· 29【物性研究所セミナー】 ··················································································································································· 31
編集後記■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 58 巻第 4 号

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第 58 巻第４号 2018 年１月
元素選択的な非線形光学応答の検出に成功
X 線自由電子レーザーによる高調波発生 ·················································松田 巌、赤井 久純 ········································ 1
強磁場中で重い電子を発見：近藤絶縁体の磁場中電子状態を解明··············松田 康弘、寺島 拓、小濱 芳允 ···················· 4
量子効果で 10 倍以上の磁気熱電効果を室温で実現～新しい熱電変換、環境発電への応用へ期待～ ······································酒井 明人、中辻 知 ········································ 7
カゴメ格子におけるスピン熱ホール効果 ····················································山下 穣、川島 直輝 ······································ 10
α-ZrCl3 における創発 SU(4)対称性と量子スピン軌道液体 ··························山田 昌彦······················································ 13
電子と正孔が結合した絶縁体において実現した光誘起半金属状態··············岡﨑 浩三······················································ 15
パブロフスキー賞を受賞して ······································································嶽山 正二郎 ·················································· 18
平成 30 年度 物性研究所一般公開の報告 ··················································廣井 善二······················································ 20【ISSP ワークショップ】「スピン軌道強結合伝導系におけるサイエンスの新展開｣報告 ························································································· 25
第 63 回物性若手夏の学校開催報告 ·····························································丸山 玄徳······················································ 28【物性研究所談話会】 ······················································································································································· 31【物性研究所セミナー】 ··················································································································································· 33【物性研ニュース】○人事異動 ····································································································································································· 44○東京大学物性研究所教員公募について ······················································································································· 48【その他】
物性研だより第 58 巻目録（第 1 号～第 4 号） ············································································································· 52
編集後記

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物性研だより第 58 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

編 集 後 記「物性若手夏の学校開催報告」もしかしたら、いつもは読み飛ばしてしまわれているかもしれませんが、是非読み進んで頂き、QR コードのリンク先の動画をご覧下さい。今の夏の学校の雰囲気を感じで頂けるかと思います。私も昔に参加したことがありますが、あのときよりも充実した内容と参加者の意識の高さを感じます。ただ講師の方は昔も熱かったですね。流石、有名な Youtuber です、楽しく見れる動画です。
今回は、研究成果については比較的バランスがとれた感じになっていると思います。博
士課程の山田氏の記事では、初めて“４”という数字について考えされられました。最初の松田巌先生の記事は、X 線自由電子レーザーを用いた成果についてですが、もう 10 年以上前に私が当時の総合科学技術会議に出向していた際に、この X 線自由電子レーザーの計画が上がってきたことを思い出しました。そこでの逸話は長くなるので紹介しませんが、時代は変わって、今は次世代放射光の計画が動き出し、その成果も早く物性研だよりでご紹介できる日を楽しみにしたいです。

鈴 木 博 之