第 60 巻

第4号
2021 年 1 月

真核生物の祖先に最も近縁なアスガルド古細菌の持つ、新奇光受容タンパク質の機能を解明
5d遷移金属化合物の示す｢多極子秩序｣の観測に成功
創発電磁場によるインダクタ­インダクタの微細化に向けた新原理の実証­
反強磁性電子と共生する高温超伝導電子〜 銅酸化物高温超伝導体に潜む30年来の未解決問題に終止符〜
機械学習を用いた薄膜作製プロセスの高速化
自己組織化液晶高分子膜の水処理機能：
選択的なイオン透過性を支配する水の水素結合構造2020

第 60 巻第4号
2021 年 1 月

contents11

真核生物の祖先に最も近縁なアスガルド古細菌の持つ、新奇光受容タンパク質の機能を解明
井上 圭一

4

35d 遷移金属化合物の示す｢多極子秩序｣の観測に成功

8

創発電磁場によるインダクタ −インダクタの微細化に向けた新原理の実証−

平井 大悟郎、廣井 善二

横内 智行、大谷 義近

411

反強磁性電子と共生する高温超伝導電子〜 銅酸化物高温超伝導体に潜む 30 年来の未解決問題に終止符〜
國定 聡、小濱 芳允、近藤 猛

13

機械学習を用いた薄膜作製プロセスの高速化
大久保 勇男、侯 柱 、Mikk Lippmaa

8

16 自己組織化液晶高分子膜の水処理機能：

選択的なイオン透過性を支配する水の水素結合構造
渡邉 隆甫、宮脇 淳、山添 康介、原田 慈久

1119

光科学技術研究振興財団

晝馬輝夫光科学賞の受賞について

21

第 14 回日本物理学会若手奨励賞 ( 領域 8) を受賞して

24

令和２年度

物性研究所一般公開の報告

1330 【物性研究所談話会】
31 【物性研究所セミナー】
34
35
16

37

【物性研ニュース】○人事異動○東京大学物性研究所研究員 ( 若手 ) の公募について

物性研だより第 60 巻目録（第１号〜第４号）
編集後記
物性研だよりの購読について

井上 圭一
平井 大悟郎常次 宏一

真核生物の祖先に最も近縁なアスガルド古細菌の持つ、新奇光受容タンパク質の機能を解明

機能物性研究グループ
研究の背景
私たちヒトを含む動物や、植物などは細胞の中に遺伝情報をコードした DNA を包む核を持ち、真核生物と呼ばれる。

井上 圭一

らかになっておらず、アスガルド古細菌が一体何のために
シゾロドプシンを使って光を利用しているのかはよくわ
かっていなかった。

一方で大腸菌など原始的な生物は細胞内に核を持たず原核生物と呼ばれ、地球の歴史上、どの様にして原核生物から研究の内容

真核生物が生まれたのかはいまだに大きな謎とされている。

そこで今回我々は、名古屋工業大学生命大学院工学研究その中で、近年アスガルド古細菌と呼ばれるグループの科・神取秀樹教授、角田聡特任准教授、イスラエル工科大

原核生物が、ゲノム配列の比較から真核生物に最も近いこ

学・Oded Béjà 教授、チェコ科学アカデミ・Rohit Ghai 教とが明らかとなってきた。しかし一般にアスガルド古細菌

授、名古屋大学大学院理学研究科(兼・自然科学研究機構

は光や酸素の届かない海底や湖底の泥の中に生息している

生命創成探究センター(ExCELLS)客員教授)・内橋貴之教授、ことから、どの様にして多くの真核生物が棲む、光や酸素(自然科学研究機構 生命創成探究センター(ExCELLS)・渡のある環境に進出できたのか、その進化的なプロセスが不辺大輝特任助教・らの研究グループと共に、シゾロドプシ

明であった(図１)

ンの機能を調べるため、大腸菌やホ乳類の細胞にその遺伝子を導入し、タンパク質を大量に発現させることを試みた。
その結果大腸菌の細胞中に大量のシゾロドプシンを発現させることに成功した。そしてその機能を解析したところ光を照射すると細胞内に水素イオンを輸送する、内向き水素イオンポンプ機能を持つことが明らかとなった(図 2)。
この様に光で細胞内に水素イオンを輸送するロドプシン
は、近年深海などで見つかった、古細菌とは進化的に遠く離 れ た 一 部 の 細 菌 で の み 知 ら れ て い ま た が (Inoue etal., Nat. Commun. 7, 13415 (2016))、この発見により真核生物に進化する直前のアスガルド古細菌も、光を使って細図 1

最初の真核生物は、太古の地球上でアスガルド古細菌に近胞内に水素イオンを取り込んでいることが初めて示唆され縁な原核生物から進化したと考えられている。一方で既知のアスた。またさらにシゾロドプシンは海洋に広範に棲む未知のガルド古細菌は全て酸素のない、海底や湖底の泥の中に棲息して微生物グループにもあることが本研究の中で見いだされた。

おり、どのようにして、太陽の光や酸素が豊富な環境に棲む真核生物へ進化したのかはわかっていない。

次に、研究グループはシゾロドプシンがどのようにして
光エネルギーを使って、細胞内へ水素イオンを運ぶのか、

2019 年初め、我々の共同研究者であるチェコ科学アカ

その分子メカニズムを明らかにするために、タンパク質をデミーの Rohit Ghai 博士らのグループが、ルーマニアか

精製してその性質を詳細に調べた。その結果、アスガルド

ら新たに発見されたアスガルド古細菌の遺伝子情報を調べ

古細菌のシゾロドプシンは主に 557 nm の光を、海洋性微たところ、光のエネルギーを使ってさまざまな生理機能を生物のものは 542 nm の光を吸収することが示され、棲息発揮するロドプシン(注 1)の中で、これまでにないタイプ

する環境や生物種によって利用する光の波長(色)が異なるのものをこれらのアスガルド古細菌が持つことが明らかとことが示唆された。またさらに分子全体の構造を高速原子なった(Bulzu et al., Nat. Microbiol. 4, 1129-1137 (2019))。

間力顕微鏡で観察したところ、同一の 3 つの分子が集まっ

この新しいタイプのロドプシンはシゾロドプシンと名付けた三量体構造を持つことが明らかとなった。

られたが、具体的に光でどのような機能を発現するのか明1

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

図 2 大腸菌(左)とホ乳類細胞(右)を用いて調べられたシゾロドプシンの内向き水素イオン輸送を示す実験結果。図中の写真はシゾロドプシンを発現させた大腸菌の菌体で、シゾロドプシンによる赤紫～ピンク色の着色が見られる。従来の細菌が持つ別のグループの内向き水素イオンポンプ(PoXeR、NsXeR)よりも、シゾロドプシンによる水素イオンの輸送量は大きい。

さらに、光を吸収した際にタンパク質の中で起こる反応やオンの移動に関わることが示唆されており、今回の研究で分子構造変化を、ナノ秒レーザーを用いた高速分光計測やは少なくとも 4 つのアミノ酸が特に重要な役割を持つことが、高精度の赤外分光計測で解析したところ、シゾロドプシン

アミノ酸改変体タンパク質を用いた実験で示された。

はレチナールとタンパク質内外の溶媒との間で、水素イオ
ンをやり取りすることで、細胞内へ一方向的に水素イオンを輸送することが明らかとなった(図 3)。この際、タンパク質を構成する複数のアミノ酸がタンパク質内部での水素イ

今後の展望
本研究は、アスガルド古細菌が真核生物への進化の過程において、太陽光と酸素のある環境へ進出する際に、独自の光駆動型の内向き水素イオンポンプロドプシンを持つようになったことを示唆しており、今後は、本来のアスガル
ド古細菌の中で細胞の内向き水素イオン輸送がどのような役割を果たすのか、その解明に向けた研究が必要になると考えられる。
また本研究で明らかになったシゾロドプシンの輸送メカ
ニズムは、ヒトなどの体内に存在するイオン輸送タンパク
質が、どのようにして輸送するイオンの種類や方向を決定するのかという、大きな問題に新たな知見を与えるものであり、他のタンパク質の分子メカニズムの理解へつながると期待されます。さらに、脳の神経細胞が関連するうつ病などの発病メカニズムの研究や、血液の酸性化に伴う細胞疾患であるアシドーシス(注 2)などの機構解明に向けた分

図 3 本研究で明らかになったシゾロドプシンの分子内部における水素イオン(H+)輸送メカニズム。

■■■ ■■ ■■子ツールとして、シゾロドプシンの医学研究への応用も期待されます。
物性研だより第 60 巻第 4 号

2謝辞
本研究は、日本学術振興会(JSPS)科学研究費助成事業、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業(さきがけ「新規光受容タンパク質が先導する新しいオプトジェネ
ティクス(研究者：井上 圭一)」、CREST「細胞内二次メッセンジャーの光操作開発と応用(研究代表者：神取 秀
樹)」、さきがけ「新規酵素型ロドプシンを用いた視覚再生の挑戦(研究者：角田 聡)」)による支援を受けて行われました。

掲載論文：K. Inoue, S. P. Tsunoda, M. Singh, S. Tomida,
S. Hososhima, M. Konno, R. Nakamura, H. Watanabe,
P.-A. Bulzu, H. L. Banciu, A.-Ş. Andrei, T. Uchihashi, R.
Ghai, O. Béjà & H. Kandori. “Crystal structure ofheliorhodopsin.” Nature (2019) 574, 132-136.
(注 1)ロドプシン
動物から細菌などの微生物まで、幅広い生物種の細胞膜上に存在し、太陽光を吸収して様々な生物学的機能を発現するタンパク質。動物の持つロドプシンは視覚など光に関わるシグナル伝達を行う受容体であるのに対し、微生物の持つロドプシンの多くは光のエネルギーを使ってイオンを輸送する。従って、その機能は互いに大きく異なり、また進化的にも全く別系統であるにも関わらず、光を吸収する
ために共にビタミン A の誘導体であるレチナール色素をタ
ンパク質内部に結合し、７本の膜を貫通するらせん(ヘリックス)からなるタンパク質構造を持つなど多くの共通点がある。
(注 2)アシドーシス
ヒトの血液は通常中性付近に保持されているが、何らかの原因で血液が酸性化する疾患。酸性化すると血中に大量の水素イオンが生じ、組織や細胞へ障害をもたらすことがある。

3

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

5d 遷移金属化合物の示す ｢多極子秩序｣ の観測に成功

物質設計評価施設概要

平井 大悟郎、廣井 善二結合した J で表される電子状態が実現していることが観測

原子番号の大きな元素中の電子にはスピン軌道相互作用

され[2]、d 電子系でも多極子の物理が展開できる可能性がが強く働き、スピンと軌道の自由度が結合した結果、それ示されました。さらに 5d 電子系の多極子秩序には、4f 軌

らを含む化合物において多極子の秩序が形成されることが道と比べて空間的に広がっている 5d 軌道の性質を反映すあります。多極子の秩序はこれまで 4f 電子系を中心に研る新規な物性が期待されると考えています。

究が行われてきましたが、最近、5d 電子系でも多極子がd 電子系の多極子秩序研究の発端となったのは、オスミ実現する可能性が議論されています。私たちは、多極子秩ウム(Os7+)イオンを含む立方晶の化合物 Ba2NaOsO6 でし

序を示す有力な候補物質 Ba2MgReO6 の純良な単結晶を育た。Ba2NaOsO6 は、磁気転移温度 6.8 K で強磁性を示す

成し、放射光を使った精密な回折実験を行うことで、d 電子絶縁体ですが、その特殊な磁気異方性がまず注目を集めま系における多極子秩序を観測することに成功しました[1]。

した。立方晶の強磁性体では普通、結晶の[100]または観測された四極子秩序は、理論的に予言されていたパター[111]方向が磁気容易軸になりますが、Ba2NaOsO6 では磁ンと部分的に一致しており、Ba2MgReO6 が理論と対応す

気容易軸は[110]方向でした[3]。その後、Ba2NaOsO6 のるよいモデル物質であることが分かりました。今回の観測

強磁性を、多極子の秩序によって安定化される特異な磁気構と理論の比較、磁場中での振る舞いや励起状態などを詳細造を考えると説明できるという理論提案がなされました[4]。

に調べることで、今後、スピンと軌道が結合した d 電子のこの理論によると、J = 3/2 状態の電子は四極子秩序を形

振る舞いのより深い理解につながると期待されます。

成し、さらに低温でスピン同士の角度が約 90 度傾いている傾角反強磁性を示します。この傾角反強磁性は、

d 電子系の多極子秩序

Ba2NaOsO6 で観測された[110]磁気容易軸と比較的小さい

電子は軌道とスピンの自由度を持っており、孤立した電

飽 和 磁 化 を 再 現 す る こ と が で き ま す 。 2017 年 、子ではこの 2 つの自由度の間にスピン軌道相互作用が働き

Ba2NaOsO6 の単結晶を使った詳細な NMR 測定によって、ます。しかし、電子が結晶中に入ると周りのイオンからの理論で予想された通りの特異な傾角反強磁性の形成が明ら

クーロン反発(結晶場)によって状況が変わります。軌道のかになりました[5]。NMR 測定では、磁気秩序相と常磁性広がりが比較的大きい 3d 軌道では、結晶場分裂によって相の間に未知の中間相があることが示唆され、四極子秩序

軌道の縮退が解け、軌道角運動量はほとんど消失

相ではないかと議論されています。しかし、Ba2NaOsO6(Quench)してしまい、スピンの自由度しか残りません。

において、四極子秩序相の明確な証拠は今のところ得られ一方、原子核の近くに局在している 4f 電子は結晶場の影ていません。

響を受けにくく、さらに 3d 電子系よりもスピン軌道相互作用が強いため、スピンと軌道が結合した電子状態を取り多極子を示す有力候補 Ba2MgReO6

ます。スピン角運動量 S と軌道角運動量Ⅼが結合し、全角

このような状況のなか、私たちは Ba2NaOsO6 以外のモ

運動量 J で表されるこの状態では、スピン(双極子)の秩序

デル物質を探すことにしました。候補物質に必要なポイン

以外にも、より高次の多極子秩序が形成される可能性があトは 2 つあります。1 つは、遷移金属が正八面体配位されります。このような理由から、これまで多極子の物理はていることによりスピンと軌道が結合した電子状態が実現

4f 電子を持つ物質系を中心に発展しており、実験的にもされていること、もう 1 つは遷移金属イオン同士が十分に理論的にも 4f 電子の多極子物理はほぼ確立されています。

離れていて d 電子が局在していることです。この 2 つの条

これに対して、結晶場の影響を強く受けてしまう d 電子系

件を満たすダブルペロブスカイト化合物に着目しました。

では、多極子秩序の形成はほとんど議論されてきませんでBa2NaOsO6 もダブルペロブスカイト(図 1)であり、ペロブ

した。しかし近年、5d 電子系の化合物でスピンと軌道がスカイト(組成 ABO3)の B サイトイオンが、秩序化した 2 種■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

4

類のイオンで置換された構造を持ちます。Ba2NaOsO6 の場

ます。こちらも、もしスピン 1/2 の自由度しかなければ、合、5d 電子を 1 つだけもつ Os7+イオンは、酸素によってR ln2 し か エ ン ト ロ ピ ー は 放 出 さ れ ま せ ん が 、できた正八面体の中心にいます。スピン軌道相互作用が強Ba2MgReO6 では倍の R ln4 に近いエントロピーが観測さ

い極限では、d 電子は多極子自由度をもつ J = 3/2 というれました。これは、スピンと軌道が結合し 4 重に縮退した

四重に縮退した電子状態となります。B サイトのイオンのJ = 3/2 に 期 待 さ れ る エ ン ト ロ ピ ー で す 。 つ ま り 、秩序によって、Os7+ イオン同士は十分に離れており、局

Ba2MgReO6 の高温の常磁性状態では多極子自由度をもつ

在した 5d 電子が多極子の秩序を形成できる条件がそろっJ = 3/2 状態が実現していることがわかりました。比熱測ています。ここで、私たちは遷移金属イオンとして、定を行うと、磁気転移よりも高温の 33 K において、何ら

Os7+ イオンと同様に 5d 電子を 1 つだけもつレニウム

かの相転移を示唆するピークが観測されました。磁化測定(Re6+)イオンに着目しました。Os7+イオンよりも価数が 1の結果、33 K から 18 K の間は常磁性であることが分かっ

つ小さいことで、対となる B サイトイオンの化合物の選択ているので、33 K で形成される秩序は磁気的な秩序でな肢が大きく広がるからです。

い、四極子の秩序がもっとも有力であると考えました。

図 1 (左)ダブルペロブスカイト化合物 Ba2MgReO6(Ba2NaOsO6)の結晶構造と(右)合成した単結晶の写真。Re6+(Os7+)とMg2+(Na+)イオンのまわりに 6 つの酸素が正八面体型に配位しており、岩塩型に秩序した ReO6 と MgO6 の八面体が頂点を共有することで三次元構造を形成している。

私たちは、過去の報告をもとに物質をスクリーニングし、超精密回折実験による四極子秩序の観測

いくつかの有望な物質については粉末試料の評価を行うこ

私たちは、Ba2MgReO6 において四極子秩序が形成されとで、Ba2MgReO6 が四極子秩序を示す有力な候補物質でているという状況証拠を得たので、放射光を使った回折実あることを突き止めました[6]。Ba2MgReO6 は磁気転移温験によって、その秩序パターンを決定することにしました。

度の 18 K 以下で、Ba2NaOsO6 と同様に強磁性を示す絶縁

四極子モーメントは電子の異方的な分布なので、電子格子体となります。強磁性モーメントの大きさは Ba2NaOsO6相互作用を通して格子の変形を引き起こします。また、予と同程度であったため、同じような磁気構造を持っている

想される四極子モーメントはそれぞれ固有の格子歪を誘起可能性が高いと考えました。スピンと軌道が結合した電子するので、四極子秩序の形成に伴う格子の変形を詳細にと状態である証拠も磁化と比熱の測定から得られました。一

らえることが出来れば、四極子秩序パターンを決定するこ

つめの証拠は、常磁性状態の磁気モーメントの大きさです。

とが可能です。しかし、一般に四極子秩序に伴う格子変形

もし軌道角運動量が消失しておりスピンの自由度しか残っは極めて小さくて観測が困難です。実際、Ba2MgReO6 のていない場合、磁気モーメントは 1.73 μB になるはずです

粉末試料に対する過去の回折実験では構造の変化は観測さが、実験的に観測された磁気モーメントは 0.68 μB と半分れていませんし、私たちが実験室の X 線回折装置で行った以下の大きさでした。これは、軌道モーメントがスピンを測定でも構造の変化をとらえることはできませんでした。

打ち消しているためだと考えられ、有限の軌道角運動量がそこで、放射光 X 線を使い Ba2MgReO6 の結晶構造を 1 兆

スピンと結合していることを示しています。もう一つは、

分の 1 メートルという超高精度で測定することで、四極子比熱から求められた相転移の際に放出されるエントロピー

秩序の観測を目指しました。

で、電子がどれだけの自由度を有しているかの指標となり

5

物性研だより第 60 巻第 4 号

超高精度の測定を行うためには、測定に耐えうる非常■■■ ■ ■ ■■

図 2 Ba2MgReO6 の放射光 X 線回折実験の結果。(左)(0 0 24)反射の温度依存性の強度マップ。Tq = 33 K 以上では 1 本の反射がブロードになっていき、やがて 2 本に分裂する。 (中央)(0 0 24)反射の分裂幅と、(右)(3 5 0)超格子反射の強度の温度依存性。ともに Tq から有限の値となり、温度を下げるに従い発達する。磁気転移温度 Tm = 18 K においても異常を示す。

に純良な結晶を用意する必要があります。というのも、測ました。この変化から、格子が高温の立方晶から正方晶へ定の精度がいくら高くても、結晶に乱れや欠損があると回変化したことが分かりました。ただし、この変化は元の格折像がぼやけてしまい、観測したい微小な変化が見えなく子がわずか 0.09%だけ c 軸方向へ伸びたという小さなものなるためです。私たちは試行錯誤の結果、非常に純良な結です。さらに、新しい回折ピークの出現も観測されました。

晶 ( 図 1) を 作 製 す る こ と に 成 功 し 、 大 型 放 射 光 施 設

こちらも極めて小さな変化で、出現したピークの強度は最SPring-8 と放射光実験施設フォトンファクトリーで放射も強い反射の 0.005%しか強度がなく、放射光を使った実

光 X 線回折実験を行いました。

験でなければ検出できないものでした。温度変化を測定す

測定の結果、四極子秩序の転移温度 Tq = 33 K において、ると、確かにこれらの構造変化は Tq から始まっているこ

極めて小さい結晶構造の変化を観測しました。まず、図 2とがわかります(図 2)。得られた回折パターンから構造解に示すように、X 線回折パターンで特定のピークが分裂し析を行った結果、Re イオンを囲む酸素の八面体が、図 3

図 3 Ba2MgReO6 の放射光 X 線回折で観測された格子歪と対応する四極子モーメントの秩序パターン。観測された格子歪(左)は、それ
ぞれ Qx2-y2 型と Q3r2-z2 型の四極子モーメント(中央)によって誘起される εv と εu という 2 つのモードの足し合わせで表される。わかりや
すいように、格子歪は大きく誇張して描いてある。εv モードは位相を変えながら c 軸方向へ交互に積層し、εu モードは一様に整列しているため、Qx2-y2 型四極子の反強的秩序と Q3r2-z2 型四極子の反強的秩序が共存していることが分かる。

■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

6

に示すような変形をしていることが分かりました。八面体の真ん中にある 4 つの酸素が正方形からひし形に変形する[3] A. S. Erickson et al., Phys. Rev. Lett. 99, 016404(2007).

と同時に、頂点の 2 つが八面体を引き伸ばすように移動し[4] G. Chen et al., Phys. Rev. B 82, 174440 (2010).

ます。c 軸方向への引き伸ばしは全ての八面体で起こりま[5] L. Lu et al., Nat. Commun. 8, 14407 (2017).

すが、ひし形への変形の方向は全ての八面体で同じという[6] D. Hirai et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 064712 (2019).

わけではありません。1 つの(0 0 1)面内では同じ方向、次の(0 0 1)面内では 90 度回転した方向へと、交互に積み重なるようなパターンが形成されていました。この八面体の変形を四極子モーメントと結合する変形モードへと分解す
ると、Qx2-y2 と Q3r2-z2 型の四極子モーメントと結合する εvと εu という 2 つのモードになります。この結果をまとめると、Ba2MgReO6 において形成される四極子秩序パター
ンは、反強的な Qx2-y2 モーメントの秩序と強的な並び方をする Q3r2-z2 モーメントが共存したものであることが分かりました。歪の大きさから両者の大小関係を比較でき、Qx2-y2モーメントの反強的秩序が支配的であることもわかりました。
驚くべきことに、支配的である Qx2-y2 モーメントの反強的秩序は、理論計算によって提案された四極子秩序のパ
ターンと一致していました。この理論では、スピン軌道相互作用の強い極限で、ダブルペロブスカイト構造をもつ物
質の電子間に働く相互作用を考慮しています。この理論と実験の一致は、Ba2MgReO6 が理論をよく再現する d 電子系多極子秩序のモデル物質であることを示しています。今後、電子格子相互作用や量子揺らぎなど、理論で考慮されていない効果を取り入れることで、実験で得られたパターンが再現できるのではないかと考えています。

おわりに今回の研究で 5d 化合物において実験的に多極子秩序が観測されたことは、d 電子系の多極子物理の第一歩となったのではないかと思っています。今後、この物質の磁場中での振る舞いや励起状態などをより詳細に調べていくことで、d 電子系と f 電子系の多極子の共通点と相違点が見えてくると思います。その先に d 電子の多極子の「個性」に根差した、新たな量子相や面白い物性が見つかることを期待しています。
[1] D. Hirai et al., Phys. Rev. Research 2, 022063(R)(2020).
[2] B. J. Kim et al., Phys. Rev. Lett. 101, 076402 (2008),
B. J. Kim et al., Science 323, 1329 (2009).

7

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

創発電磁場によるインダクタ－インダクタの微細化に向けた新原理の実証－

研究背景

東京大学総合文化研究科

横内 智行

東京大学物性研究所

大谷 義近

作らなくても、非共線的な磁気構造を有する単一の物質を

入力電流の時間変化に比例した電場を生じさせる回路素

直方体に加工するだけで容易に実現できる。これらの性質

子「インダクタ」は、抵抗、キャパシタに並ぶ三大受動素から、創発インダクタンスはインダクタの微細化につなが子として、無線回路や電源回路など身の回りのさまざまなると期待される。

電気機器の電気回路に使われている。インダクタを微細化

実験結果することは、これらの機器の小型化に直結するため、非常

我々は、この理論を実証するために、らせん磁性体に重要な課題である。従来のインダクタはいわゆるコイル

Gd3Ru4Al12 に着目した[4]。この物質では、RKKY 相互作

で出来ており、古典電磁気学の法則に基づいて動作する。

用・磁気異方性・熱揺らぎの競合により、18 K 以下で周

このような従来型のインダクタでは、入力電流と出力電圧

期 2.8 nm のらせん磁気構造が発現する。さらに、磁場のの比(インダクタンス)の値はコイルの巻き数と断面積の積

印加によって縦型コニカル磁気構造やスキルミオンといっに比例するため、インダクタの大きさを小さくするにつれ、た様々な非共線的な磁気構造が形成する [5]。我々は、収インダクタンスの値が小さくなってしまう。そのため、イ束イオンビームを用いた微細加工技術を用いて、ンダクタの微細化は難しい問題として知られていた。

Gd3Ru4Al12 の単結晶をマイクロメートルオーダーの直方

この課題を解決するために、我々の共同研究グループは体の素子に加工した(図 1)。この素子の体積は、従来型の創発電磁場と呼ばれる量子力学的な実効電磁場に着目した。

小型インダクタンスと比べて 100 万分の 1 程度である。そ電子の波動関数がある状態に束縛されて運動するとき、波して、作製した素子のインダクタンスの大きさを、ロック動関数がベリー位相と呼ばれる位相を獲得する[1]。例え

インアンプや LCR メータを用いる複数の手法により、慎ば、伝導電子がそのスピンの向きを局在スピンの向きに束重に評価した。その結果、らせん磁気相や縦型コニカル相

縛されて運動しているとき、ベリー位相を獲得する。このといった非共線的な磁気相では、大きなインダクタンスが

位相は、アハラノフォフ・ボーム効果の類推から、電子に生じることが分かった(図 2)。その値は、数百 nH 程度で対して実効的な電磁場(創発電磁場)が作用したことにより、あり、一般的に使われているインダクタンス値に匹敵する獲得したとみなすことができる。一例として、強磁性磁壁

大きさである。

やらせん磁気構造といった非共線的な磁気構造が外場によって駆動されると、伝導電子がベリー位相を獲得し、その磁気構造の変位の時間変化に比例した創発電場が生じる
ことが報告されている[2]。新たなインダクタの原理は、
この非線形的な磁気構造の駆動が誘起する創発電場に基づいている。非共線的な磁気構造を駆動する外場が電流の場
合、その変位は電流の関数となる。よって、このときに生じる創発電場は電流の時間変化に比例する。電流の時間変化に比例した電場が生じるということは、非共線的な磁気構造の電流駆動によりインダクタンスが生じることを意味する[3]。特にこの「創発インダクタンス」は、コイルにおける従来の古典電磁気学に基づくインダクタンスとは異なり、素子の断面積を小さくするにつれて増大することが理論的に予想される。さらに、コイルのような複雑な形を■■■ ■■ ■■図 1 本研究で用いた素子の電子顕微鏡像：緑色の部分がGd3Ru4Al12。水色の部分はタングステンでできた電極。

物性研だより第 60 巻第 4 号

8図 2 観測されたインダクタンスと磁気構造の模式図：(左)温度と磁場に対する磁気構造とインダクタンスの大きさを示すグラフ。インダクタンスが、らせん磁気構造相や縦型コニカル磁気構造相とった非共線的な磁気構造で大きな値を示す。水色の線で囲まれた領域は、磁気構造がまだ解明されていない相を示す。緑の線は、ファン相と強磁性相の境界を示す。(右)非共線的な磁気構造の模式図。

さらに、電流の値や周波数などを系統的に変化させ、イ

まとめと展望ンダクタンスの値を評価した。その結果、インダクタンス

本研究では、創発電磁場を用いたインダクタの新原理をの値は、デバイ型の周波数依存や非線形な電流依存性を示実証した。この現象は今回対象とした物質 Gd3Ru4Al12 にすことが分かった。これらは磁気構造の電流駆動に特徴的

限らず、らせん磁気構造や強磁性磁壁といった非共線的なな振舞であり、今回観測されたインダクタンスが、らせん磁気構造を持つさまざまな磁性体において生じるはずであ

磁気構造の電流駆動によって生じた創発インダクタンスでる。今後、物質探索を進めていくことで、室温で動作可能あることを強く示唆している。加えて、さまざまな大きさ

な創発インダクタの応用につながると期待できる。

の試料を作製し、インダクタンスと素子の大きさの関係を

また、今回観測されたインダクタンスの符号は負であっ調べた。その結果、創発インダクタンスの理論で予測したた。負のインダクタンスは、無線通信などで使用される高通り、素子の大きさを小さくすると、インダクタンスの値

周波回路などへの応用が提唱されている。しかし、古典電が増大することが分かった(図 3)。この従来のコイルにお磁気学に由来する従来のインダクタンスでは、負のインダ

けるインダクタンスとは反対の素子サイズ依存性から、創クタンスはエネルギー的に不安定であることから、単一素発インダクタンスがインダクタの微細化に有望であること

子として負のインダクタの実現は困難であった。一方で、考えられる。

創発インダクタンスの原理では、正と負どちらの値でも取

図 3 素子の断面積に対する電極間距離で規格化したインダクタンスの変化：インダクタンスの値は、電極間距離に比例するため、電極間距離で規格化したインダクタンスで比較している。断面積が小さくなるにつれて、規格化したインダクタンスの値が増大する。

9

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

ることができるため、負のインダクタンスを持つインダク
タの実現への展開も期待できる。

謝辞
本研究は、理化学研究所創発物性科学研究センターの十 倉好紀グループディレクター、

永長直人グループ

ディレクター、賀川史敬ユニットリーダー、マックス・ヒ
ルシュベルガーユニットリーダーとの共同研究によるものです。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 CREST「ナノスピン構造を用いた電子量子
位相制御(研究代表者：永長直人 )」、日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金若手研究「トポロジカルスピン
構造での実空間ベリー位相起源の高効率スピン電荷変換現象の開拓(研究代表者：横内智行)」、同特別研究員奨励費「トポロジカル量子物質の物質開発と新規量子輸送現象の開拓(外国人特別研究員：Max Hirschberger)」、フンボル
ト財団による支援を受けて行われました。
[1] D. Xiao, M.-C. Chang, & Q. Niu, Rev. of Mod. Phys.
82, 1959 (2010).
[2] S. E. Barnes, & S. Maekawa, Phys. Rev. Lett. 98,
246601 (2007).
[3] N. Nagaosa, Jap. J. Appl. Phys. 58, 12090 (2019).
[4] T. Yokouchi et al., Nature 586, 232 (2020).
[5] M. Hirschberger et al., Nat. Commun. 10, 5831 (2019).

■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

10反強磁性電子と共生する高温超伝導電子~ 銅酸化物高温超伝導体に潜む 30 年来の未解決問題に終止符 ~極限コヒーレント光科学研究センターA、国際超強磁場科学研究施設 B
國定 聡 A、小濱 芳允 B、近藤 猛 A
概要：
高温超伝導は、20 世紀後半の物理学の最も重要な発見の一つである。高温超伝導が 1986 年に発見されて以来、その超伝導発現機構の解明に向けた研究が世界中の研究者によって競って行われてきたが、未だその統一した解釈は得られていない。中でも最も基礎的かつ重要な問題が、「モット絶縁体を形成する反強磁性電子と、キャリア注入により形成される高温超伝導電子との関係」である。銅酸化物高温超伝導体の超伝導は、モット絶縁体である反強磁性銅酸化物にキャリアを注入することで発現する。その際に、「反強磁性を乱さずに超伝導電子を形成できるのか」、
はたまた「超伝導電子の形成には反強磁性を乱すことを前提とするのか」、の 2 択で大きな論争となっていた。それらを特徴付けるのが、「小さなフェルミ面」および「大き図 1. 銅酸化物高温超伝導体の結晶構造 (a) これまで研究されてきたシンプルな構造を持つ１層型銅酸化物高温超伝導体(例として Bi2Sr2CuO6+δ)。(b) 本研究で対象とした 5 層型銅酸化物高温
超伝導体 Ba2Ca4Cu5O10(F,O)2。

なフェルミ面」(図 2)である。しかし、これまでの研究では、一部が消失したアーク状のフェルミ面のみが観測されこれらは合成し易い利点がある一方、結晶構造において電ており、「小さなフェルミ面」か「大きなフェルミ面」の荷供給層が超伝導面に直接接する影響から、構造的な歪み

どちらかを決定できずにいた。本研究で我々は、構造的にが生じ、またキャリア注入に伴うランダムな元素置換によ平らでかつ電荷分布が均一で綺麗な超伝導結晶面を内部にり電荷分布が不均一となる「乱れた超伝導面」が形成されもつ多層型の銅酸化物高温超伝導体(図 1b)に着目し、高ることが指摘されていた[2]。それを解消するため本研究いエネルギー分解能を持つ角度分解光電子分光(ARPES)

では、CuO2 面を 5 枚持つ多層型物質に着目した(図 1b)。

を用いた電子構造の精密測定、および強磁場を用いた量子

この物質は、電荷供給層に隣接しない内側に配置された振動測定を行うことで、モット絶縁相ごく近傍に於いて形

CuO2 面を有する。この内側の CuO2 面は、構造的に平ら成される小さなフェルミ面の初観察および、反強磁性と高になると同時に、電荷供給層がもたらす空間的に不均一な

温超伝導の共存を解明した[1]。

キャリア注入や欠陥の影響から外側の CuO2 面によって保護されているため、理想に近い極めて「綺麗な超伝導面」

実験結果：として機能することが期待される。

本研究では、レーザー光源を用いて高分解能を実現した

本研究で ARPES により直接観察した 5 層型銅酸化物高物性研究所の ARPES 装置と、Diamond Light Source (イ温超伝導体のフェルミ面を図 2(b)に示す。3 枚見えるフェギリス)の放射光 ARPES 装置を用いて多層型銅酸化物高

ルミ面の内、(0,0)に近いものは、従来より他の銅酸化物

温超伝導体の電子構造を観察し、また、物性研究所の国際

高温超伝導体でも観察されてきたフェルミアーク状の構造

超強磁場科学研究施設によってその量子振動測定を行った。

を持つ。一方、他二枚のフェルミ面は小さなフェルミ面で銅酸化物高温超伝導体の超伝導は、電荷供給層から超伝あり、これまで他の物質では観察できずにいた。これらは、導面(CuO2 面)へキャリアが注入されることで発現する。

ブリルアンゾーン中の(,0)-(0,) ライン(つまり反強磁性

これまでの研究では、CuO2 面が 1 枚または 2 枚ある構造

ゾーン境界)を境に折り返されていることからも、反強磁的にシンプルな物質が研究の主な対象であった[図 1(a)]。

性モット絶縁体にキャリアを注入して出現した小さな

11

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

図 2. (a) 大きなフェルミ面を形成する電子構造。(b) レーザーARPES によって観測された 5 層型銅酸化物高温超伝導体のフェルミ面マッピング。小さなフェルミ面が形成されることを確認した。(c) 本研究で得たデータを元に決定した電子構造。(d) (a)に対応する大きなフェルミ面。(e) 量子振動測定の結果。磁場に対する磁気トルク強度(挿入図)をフーリエ変換したスペクトル。二本のピークが図(b)でARPES により観測された二つの小さなフェルミ面に対応し、両者の実験手法でそれぞれ面積が一致する。(f) (c)に対応する小さなフェルミ面。

フェルミ面であると考えられる[図 2(c)]。また、量子振動ある可能性が出てきたため、今後、「綺麗な超伝導面」を測定においても二つのフェルミ面ポケットに対応する振動

舞台とする銅酸化物高温超伝導体の「真の」電子相図を解が得られた[図 2(e)]。

明する必要があり、高温超伝導体の研究分野に新たな扉がまた本研究では、精密なレーザーARPES 測定および量開かれたと言える。

子振動測定から共に、外側の CuO2 面に比べ内側の CuO2
面において伝導電子の散乱が抑制され寿命がより長く、確

謝辞：

かに「綺麗な超伝導面」が形成されていることを見出した。

本研究は東京理科大学基礎工学部電子応用工学科の磯野隼さらに、反強磁性状態を伴う小さなフェルミ面において超佑大学院生(当時)、常盤和靖教授の研究グループ、東京理伝導ギャップを観測し、反強磁性と高温超伝導の共存を直科大学理学部第一部応用物理学科の遠山貴巳教授、理化学接的に示した。

研究所創発物性科学研究センターの酒井志朗上級研究員らとの共同研究として行われました。この場をお借りして御まとめと今後の展望：

礼申し上げます。

本研究により、理論上でのみ存在していた「綺麗な超伝導面」を現実物質に見出し、銅酸化物高温超伝導体の発見[1] S. Kunisada et al., Science 369, 833 (2020).

以降 30 年以上もの間未解決問題となっていた「小さな[2] S. Shimizu et al., Phys. Rev. B. 85, 024528 (2012).

フェルミ面 vs 大きなフェルミ面」の論争に終止符を打った。本結果は、今後、高温超伝導のメカニズムを解明する上で多大な波及効果をもたらすものと考えられる。特に、これまで認知されてきた電子相図が、結晶面の歪みと不均
一な電荷分布を伴う「乱れた超伝導面」に特化したもので■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

12機械学習を用いた薄膜作製プロセスの高速化

物質・材料研究機構

大久保 勇男、侯 柱锋*Mikk Lippmaa

東京大学 物性研究所

*現

はじめに

中国科学院

点・低蒸気圧金属である Ti の原料として有機金属分子・

我々は日常の生活において、五感を通して得る情報から、

TDMAT(tetrakis dimethylamino titanium, Ti[N(CH3)2]4)を対象を分類する能力や、事象の背後にある規則性を獲得し、供給し、プラズマソースから供給される励起窒素原子種と様々な状況に対応している。これらに匹敵する能力を、コンの基板上での反応を経て、TiN 薄膜が形成される。

ピュータに与えることを目指したものが「機械学習」である。

薄膜作製パラメータの推定には、物質・材料研究のため

今日、この「機械学習」は、社会の様々な場所に導入され、に 開 発 さ れ た ベ イ ズ 最 適 化 計 算 コ ー ド COMBO

その活躍の場は広がり続けている。しかし、最先端の科学技(COMmon Bayesian Optimization Library)[2]を用いて術研究を行う研究所や大学の実験室を見ると、アナログ的な行った。この研究では、ベイズ最適化の目的関数として、現場が少なくない。最先端研究を支えている、時間と労力を

TiN 薄膜の X 線回折測定で得られる、規格化された必要とする、地道な繰り返しを伴う実験・作業の全部もしく

TiN(002)面の X 線回折強度 Inorm (Inorm = ITiN(002)/I 基板 d,は一部でも、この「機械学習」で置き換えることできれば、

ここで d は TiN 薄膜の膜厚)を用いた[3]。Inorm の値は、研究活動の効率化と短縮化を促すことが期待できる。

薄膜の結晶化度と結晶性を表しており、高品質エピタキ

厚さがサブナノメートルから数百ナノメートルの薄膜試

シャル薄膜を得るための目的関数として適当な値である。

料は、基礎研究のみならず電子産業等をはじめとする種々

薄膜成長制御における thermodynamics と kinetics に関の分野で幅広く利用されており、現在、薄膜作製プロセス

係する 4 つの薄膜作製パラメータ(①薄膜成長温度[基板温は、重要な物質・材料作製手法の一つとなっている。所望

度]、②Ti の原料である TDMAT 供給圧力、③④励起窒素の特性を示す薄膜試料を作製するためには、複数種ある薄原子種を供給するプラズマソースのパワーと窒素ガス供給

膜作製パラメータを最適化し、その最適な組み合わせを見量)をベイズ最適化により、目的関数である Inorm が最大に出すプロセスが不可欠である。また、その再現性も重要で、なるように推定を行った。一連の実験は、図 1 に示すよう

時々刻々変化する装置のコンデションに合わせて、定期的に、本研究で得られる実験データのみを用いてベイズ最適に薄膜作製パラメータの見直しが求められる。使途・目的により異なるが、最適な薄膜作製パラメータの組み合わせを決定するために、膨大な回数(数十回から百回程度)の薄膜作製実験を必要とされることも珍しくない。このため、薄膜作製パラメータ最適化プロセスの高効率化は、研究開
発や生産工程における労力と時間の低減化、再現性の確保・向上を達成する上で、切実な課題の一つである。
本稿では、遷移金属窒化物の新物質開拓研究のために新規開発した有機金属分子線エピタキシー装置を用いた窒化チタン(TiN)薄膜作製実験に、機械学習の 1 つであるベイズ最適化手法を用いた研究[1]について紹介する。

研究内容
TiN 薄膜の作製は、独自開発した有機金属分子線エピタキ
シー装置[1]を用いて行った。安定した原料供給が困難な高融13

物性研だより第 60 巻第 4 号

図 1: Closed-loop operation による薄膜作製パラメータ最適化の概念図。

■■■ ■ ■ ■■

化計算と実験を繰り返し行う、「closed-loop operation」

近では、低ノイズの量子回路用の超伝導体として着目されで行った。外部のデータベースを用いる手法に比べて、導ている[5]。ベイズ最適化で推定した薄膜作製パラメータ

入コストを抑えることが可能な手法となっている。6 回分で作製した TiN 薄膜(サンプル番号[7]～[19])の超伝導転移の初期薄膜作製実験の結果を用いて 4 つの薄膜作製パラ

温度は、初期実験で作製したサンプル[3]～[6]よりも、高メータの推定を行い、7 回目の薄膜作製実験からベイズ最い値を示した。図 2 の薄膜作製パラメータ最適化実験で、適化計算が推奨するパラメータで薄膜を作製した。その後、11 回目に得られた最も大きな Inorm を示す薄膜作製条件で新しく得られた実験結果をデータベースに加え、ベイズ最作製されたエピタキシャル薄膜が、作製サンプル中で最も適化と薄膜作製実験を繰り返し行った。その結果を図 2 に高い超伝導転移温度(Tconset=5.25 K, Tczero=5.07 K)を示し示す。6 回の初期実験を含む 11 回の薄膜作製実験で、最た。これまでの報告で、TiN の最も高い超伝導転移温度は大の Inorm を示す薄膜作製パラメータを決定することに成6.0 K (単結晶)[7]、5.6 K(バルク)[8,9]で、1970 年代以前

功した。11 回目の薄膜作製実験以後、20 回までベイズ最に報告された値である。これらの値は、その後再現の報告

適化計算と薄膜作製実験を行ったが、11 回目の薄膜作製は無い。近年報告されている超伝導転移温度で最も高いのパラメータより大きな Inorm を示す薄膜作製パラメータのが、Ti 金属を原料に用いた分子線エピタキシー法で作製組み合わせを見出すことはできなかった。通常の薄膜作製された TiN エピタキシャル薄膜で、5.25 K の超伝導転移実験に比べて、極めて少ない回数で薄膜作製パラメータの温度が報告されている[10]。本研究で開発した有機金属分最適化に成功したが、これは、適切なデータベースを用い

子線エピタキシーで作製した TiN とほぼ同等の超伝導転てベイズ最適化を行った場合、5%程度の精度の範囲内で、移温度で、同手法が高品質遷移金属窒化物薄膜の作製に有

15 回程度で最適解が得られるとする、ベイズ統計にほぼ効であることが明らかになった。

合致している[4]。実際、著者らの研究以外でも、高分子
ファイバー合成実験にベイズ最適化計算を用いた報告[5]で、14 回という少ない回数で最適化に成功している。
ベイズ最適化手法で推定した薄膜作製条件で作製した
TiN 薄膜は、図 1c に示されているように、エピタキシャ
ル薄膜であった。薄膜成長中の反射高速電子線回折像は、ストリークで菊池線も確認され、高い結晶性の薄膜である
ことが示された。格子定数はバルクとほぼ同等の値であった[1]。薄膜の品質評価のために、これらのエピタキシャ
ル TiN 薄膜の電気抵抗の温度依存(ρ-T)を測定した(図 3)。
TiN は 5 K 前後で超伝導転移することが知られており、最図 3: ベイズ最適化手法で推定した薄膜作製パラメータで作製した TiN 薄膜の電気抵抗の温度依存。[ ]内の数値は、図 2 で示したサンプル番号。

まとめと今後の展望｢ベイズ最適化によるパラメータ推定｣～｢薄膜作製｣～｢評価｣の一連のプロセスを｢closed-loop operation｣で行い、薄膜作製実験回数の著しい減少に成功した。今回は、手法の確立を目指した研究のため、良く知られた TiN の薄膜作製でこの｢closed-loop operation｣のプロセス開発を行った。今後は既知物質ではなく、新規物質や未知物質の薄膜
図 2: ベイズ最適化手法を用いた薄膜作製パラメータ最適化の結果。図中の■は実験結果、●はベイズ最適化計算の推測値。

作製実験に同手法を適用し、より汎用性の高い手法へと発展させたい。

[ ]内の数値はサンプル番号を示す。

■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

14

[8]

謝辞

806 (1952).

本研究は、物質・材料研究機構 相澤 俊、知京豊裕、
森 孝雄、東京大学 津田宏治、Jiyeon N. Lee との共同研
究により行われました。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 さきがけ 研究領域「理論・実験・計算科学とデータ科学が連携・融合した先進的
マテリアルズインフォマティクスのための基盤技術の構築」

B. T. Matthias and J. K. Hulm, Phys. Rev. 87, 799－

[9]G. F. Hardy and J. K. Hulm, Phys. Rev. 93,
1004−1016 (1954).

[10] Y. Krockenberger, S. Karimoto, H. Yamamoto, and
K. Semba, J. Appl. Phys. 112, 083920 (2012).

(研究総括：常行 真司) 研究課題「第一原理計算・イン
フォマティクス主導型新物質開拓 (研究者：大久保 勇男)」
(No. JPMJPR15N1)、科学技術振興機構 イノベーション
ハブ構築支援事業「情報統合型物質・材料開発イニシア
ティブ」、JST 未来社会創造事業 探索加速型「共通基盤」
領域研究開発課題「Materials Foundry のための材料開発
システム構築とデータライブラリ作成(研究開発代表者：
知京 豊裕)」(No. JPMJMI18G5)、JST 未来社会創造事業
研究課題「磁性を活用した革新的熱電材料・デバイスの開発(研究開発代表者：森 孝雄)」(No. JPMJMI19A1)等の一環として行われました。
References[1]

I. Ohkubo, Z. Hou, J. N. Lee, T. Aizawa, M.
Lippmaa, T. Chikyow, K. Tsuda, and T. Mori, Mater.
Today Phys. 16, 100296 (2021).

[2]

T. Ueno, T. D. Rhone, Z. Hou, T. Mizoguchi, and K.
Tsuda, Materials Discovery 4, 18−21 (2016).

[3]

I. Ohkubo, H. M. Christen, S. V. Kalinin, G. E.
Jellison, Jr., C. M. Rouleau, and D. H. Lowndes,
Appl. Phys. Lett. 84, 1350−1352 (2004).

[4]

K. Kawaguchi, L. P. Kaelbling, and T. Lozano-Pérez,Advancesin

NeuralInformation

Processing

Systems 28, 2809－2817 (2015).
[5]

C. Li, D. R. de Celis Leal, S. Rana, S. Gupta, A. Sutti,
S. Greenhill, T. Slezak, M. Height, and S.
Venkatesh, Sci. Rep. 7, 5683 (2017).

[6]

A. Shearrow, G. Koolstra, S. J. Whiteley, N. Earnest,
P. S. Barry, F. J. Heremans, D. D. Awschalom, E.
Shirokoff, and D. I. Schuster, Appl. Phys. Lett. 113,
212601 (2018).

[7]

W. Spengler, R. Kaiser, A. N. Christensen, and G.
Müller-Vogt, Phys. Rev. B 17, 1095−1101 (1978).

15

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

自己組織化液晶高分子膜の水処理機能：選択的なイオン透過性を支配する水の水素結合構造

極限コヒーレント光科学研究センター
研究背景

渡邉 隆甫、宮脇 淳、山添 康介、原田 慈久
図１に実験に用いた試料セルの概略とシステム全体図を

海水を淡水化する、汚水を浄化して飲めるようにするな示す。自己組織化液晶高分子膜試料は軟Ⅹ線を通しつつ、ど、水処理技術は安全・安心な水を確保し、持続可能な社

真空と大気圧環境を仕切る 150 nm 厚の真空隔離膜(SiC)

会を実現するために必要不可欠である。中でも水処理膜を上に直接スピンコートにより塗布してあり、大気圧側で湿用いた方法は、水道やプールなどで使われる塩素消毒や紫潤ガスを送り込むことによって徐々に液晶高分子膜試料に

外線殺菌による浄化手法に比べると簡便で、省エネルギー

水を取り込むことができる。軟Ⅹ線は加湿とは反対側からであるなどのメリットがある[1,2]。それだけでなく、水入射し、真空中に出てゆく膜中の酸素と水の酸素からの軟処理膜はウイルスや特定の有害物質を除去する、有効な成X 線発光の信号が軟 X 線発光分光器で検出される。温度・分を抽出するなど、水をより利用価値のある形に転換する

加湿を精密制御することによって、取り込む水の量を制御

高度な機能も持っている。水処理膜は一般に、除去あるい

し、膜のモルフォロジーと信号強度から、膜に水が満たさは抽出したいイオンや不純物のサイズに応じた多くの細孔れた状態を同定した。

を持っている。イオンや不純物はある「硬さ」と「厚み」を持った水和水を伴って移動するため、膜を透過する際には、細孔のサイズと水和水をまとったイオンや不純物のサイズを比較して、細孔が大きければ透過し、細孔が小さければ透過しないという「分子ふるい」の原理が働くと考えられている。またイオンや不純物の持つ電荷と細孔の中に存在する電荷との間に働くクーロン相互作用も透過するイ
オンの選択性に大きく影響するため、これはイオン交換膜の原理に応用されている。さらに細孔径が 1 nm を切ると、
水和水の安定性や水和水と細孔との直接の相互作用が影響する可能性が指摘されているが、これまで 1 nm 以下で穴径が揃った水処理膜自体を作ることが難しかったため、イオンや不純物を選択的に透過する機能に水がどのように寄与するのか、詳細はわかっていないことが多い。

図１ 湿潤環境下で液晶高分子膜中に取り込まれた水の内殻励起発光(XES)を検出するセットアップ。軟Ｘ線の通る超高真空パス

実験手法
本研究ではイオンや不純物の選択的な透過機能に水が果と試料の置かれた大気圧環境は SiC 薄膜で仕切られ、キャリアガスとして窒素を用いて精密に湿度の制御された加湿ガスが液晶高分子膜に送られる。

たす役割を明らかにするために、東京大学大学院工学系研
究科化学生命工学専攻の加藤隆史教授らが開発した、均質実験結果

かつ 0.6 nm でサイズの揃った細孔を持つ自己組織化液晶

本研究で用いた液晶高分子膜では、実効的なイオンのサ高分子膜[3,4]を提供いただき、軟 X 線発光分光によってイズと電荷のいずれも NaCl より大きいはずの MgSO4 が細孔内の水とイオンの水和水の水素結合構造を比較し、イより多く透過する(NaCl の透過率が 30±6％に対して

オン選択透過性に対する水の果たす役割について考察した。

MgSO4 は 73±5%)という結果が得られている[3,4]。これ

実験は大型放射光施設 SPring-8 BL07LSU 東京大学放射は、細孔径が揃っていることを考えると、従来の原理(分光アウトステーションに敷設の高分解能軟 X 線発光分光装

子ふるいや電気的な相互作用)だけでは説明できない。そ置を用いて行った。

こでイオンを取り巻く水和水の構造が透過機能に関わる可■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

16

能性を調べるために、MgSO4 と NaCl の水和水、水処理

水よりも水素結合が歪んでいることがわかった。次に、イ

膜中の水が、それぞれ純水と比べてどの程度構造を変化さ

オン透過率の異なる MgSO4 と NaCl の水溶液についてもせるかを軟 X 線発光分光で詳細に調べた[5]。

同様に軟 X 線発光分光測定を行い、各イオンの水和水が作

水の軟 X 線発光分光を測定する場合、O 1s 内殻を軟 Xる水素結合を調べた。これを純水からの変化として捉える

線で叩き出し、生成された正孔を価電子が埋める際の発光ため、液晶高分子膜細孔中の水、MgSO4、NaCl 水溶液、を捉える。液体の水を測定すると、図 2 の青線で示すよう純水のそれぞれについて、発光スペクトルを積分強度で規に、水分子の持つ価電子の 3 つの 2p 軌道(1b1, 3a1, 1b2)の格化した上で、液晶高分子膜細孔中の水、MgSO4、NaCl

うち、1b1 軌道のみが分裂する不思議なスペクトルが得ら水溶液のスペクトルから純水のスペクトルを差し引くといれる。この起源については十数年にわたって議論されておう手続きを行った結果を図 3 に示す。この結果から、り、いまだに決着をみていない[6]が、我々は温度や偏光

MgSO4 の方が、NaCl よりもずっと液晶高分子膜細孔中の依存性、固液界面の水など、長年蓄積してきた軟 X 線発光

水に近い水和水の構造を持つこと、すなわち、水和されたのデータから、低エネルギー側の成分(1b1')は水素結合のイオンが細孔の中で安定に存在できることがわかった。こ発達した環境にある水、高エネルギー側の成分(1b1")は逆

れは、イオンを取り巻く水和水の水素結合構造が細孔中でに水素結合の切れた、あるいは強く歪んだ成分に対応する

安定に存在できる場合には、水和水をまとったイオンが透と解釈している。価電子が分裂する主な要因は、励起する

過しやすく、水和水の水素結合構造が細孔中と異なる場合

O 1s 内殻準位のエネルギーが水素結合環境に応じてシフには、イオンもろとも透過しないという可能性を示していトするためであり、1b1 のみが分裂して見えるのは、水分る。その理由として、細孔中の水とイオンの水和水が混合子の分極と直交する pz 軌道(非共有電子対)であるため水する際の自由エネルギーが、お互いの水素結合構造が類似

素結合の影響を受けにくく、逆に内殻のシフトを敏感に拾している場合に最も安定化することが考えられるが、このえるためである。水の水素結合環境の変化は、主にこの分解釈の是非は今後の計算科学の進展に委ねなければならな

裂した 2 つの 1b1 ピークの強度比として表れる。図 2 の緑い。また実用の観点からは、水和水の水素結合構造は塩の線は、液晶高分子膜の構成要素として含まれるエーテル酸

濃度による違いが小さい(図 3)ため、水素結合構造の整合

素の価電子成分、黒線は膜中に取り込まれた水の信号を示している。正確には、黒線には液晶高分子膜上に堆積した
液体の水の成分も含まれているが、この界面水の寄与はほぼ青線と同じであることを、詳細な湿度依存測定によって確かめている。この結果から、液晶高分子膜中の水は、
1b1"ピークが 1b1'ピークよりも相対的に強く、全体的に純図 2 O 1s 内殻励起発光(XES)スペクトル(A、緑)液晶高分子

図 3 (上)LC 膜中の H2O、(中)MgSO4 水溶液(1.0 mol/L、2.5

膜中のエーテル酸素原子、(B、黒)純水(H2O)と LC 膜中のmol/L)の水和水、(下)NaCl 水溶液(1.0 mol/L と 3.0 mol/L)の水

H2O、(C、青)純水のみ(H2O)。各スペクトルに対応する酸素

和水について、それぞれの純水からの水素結合変化を表す差分ス

原子を右図に示す。[5]ペクトルの比較。[5 改]17

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

の観点だけで言えば、処理するイオンの濃度に強く依存し[1] M. A. Shannon, P.W. Bohn, M. Elimelech, J. G.

ないことが期待される。最終的には、細孔径や電荷の影響

Georgiadis, B. J. MariÇas, A. M. Mayes, Nature 452,も加味して、イオンの選択的な透過性能が決まるものと考

301–310 (2008).
[2] J. R. Werber, C. O. Osuji, M. Elimelech, Nat. Rev.

えられる。

Mater. 1, 16018 (2016).
[3] M. Henmi, K. Nakatsuji, T. Ichikawa, H. Tomioka, T.

まとめと今後の展望
細孔径の揃った自己組織化液晶高分子膜は、材料となる液晶高分子の種類を選ぶことで、細孔径や電荷の状態を制Sakamoto, M. Yoshio, T. Kato, Adv. Mater. 24, 2238
–2241 (2012).

御することも原理的に可能で、うまく設計すれば、特定の[4] T. Sakamoto, T. Ogawa, H. Nada, K. Nakatsuji, M.

ウイルスや有害イオンだけを除くような機能膜として働かMitani, B. Soberats, K. Kawata, M. Yoshio, H.

せることができ、「除かなくて良いものを透過させる」とTomioka, T. Sasaki, M. Kimura, M. Henmi, T. Kato,

いう性質は、膜を長時間使用しても目詰まりを起こしにくAdv. Sci. 5, 1700405 (2018).

いという大きなメリットがある。本研究では、液晶高分子[5] R. Watanabe, T. Sakamoto, K. Yamazoe, J. Miyawaki,

膜がイオンを選択的に透過させる機能について、細孔径とT. Kato, Y. Harada, Angew. Chem. Int. Ed., 59,

水和水をまとったイオンの実効的なサイズの競合、細孔内23461–23465 (2020).

の電荷間の静電相互作用に加えて、細孔内の水とイオンの[6] a) J. Niskanen, M. Fondell, C. J. Sahle, S. Eckert, R.

水和水の水素結合構造の整合/不整合が関与している可能

M. Jay, K. Gilmore, A Pietzsch, M. Dantz, X. Lu, D. E.

性を示した。これは水が、水処理膜の一部となって機能を

McNally, T. Schmitt, V. V. da Cruz, V. Kimberg, F.

発現しているとみなすこともできる。したがって今後は、

Gel’mukhanov, A. Föhlisch, Proc. Nat. Acad. Sci. 116,

水処理膜を設計する際に水の構造も考慮しなければならな

4058 (2019).; b) L. G. M. Pettersson, Y. Harada,

いが、これは熱的に揺らぐ高分子界面における水の水素結

A.Nilsson, Proc. Nat. Acad. Sci. 116, 17156 (2019).; c)合ネットワークを顕わに取り入れるという、計算機シミュ

J. Niskanen, M. Fondell, C. J. Sahle, S. Eckert, R. M.

レーションにおける最も挑戦的な課題の一つと言えるだろJay, K.Gilmore, A. Pietzsch, M. Dantz, X. Lu, D. E.

う。多くの実験結果で情報を補完し、計算コストを最小限

McNally, T. Schmitt, V. V. da Cruz, V. Kimberg, F.

に抑えることによって、水処理膜のみならず、生体親和性

Gel’mukhanov, A. Föhlisch, Proc. Nat. Acad. Sci. 116,や接着など、水と材料の界面で発現する様々な機能に対す

17158 (2019).

る水の役割を可視化し、機能材料の設計にフィードバック
する新しい材料研究の流れを期待したい。

謝辞
本研究は、東京大学大学院工学系研究科化学生命工学専攻の加藤隆史教授、坂本健助教との共同研究として行われました。また本研究は、文部科学省科学研究費補助金・新学術領域研究(研究領域提案型)「水圏機能材料 環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成」(領域代表：加藤隆史、領域番号：6104 研究期間：令和元年 7 月～令和 6
年 3 月)、「水圏機能材料の先端構造・状態解析」(研究代
表者：原田慈久)、「水圏機能材料の基盤となる分子設

計・分子集合体の構築」(研究代表者 加藤隆史)の支援を受けて実施されました。

■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

18光科学技術研究振興財団 晝馬輝夫光科学賞の受賞について

機能物性研究グループ

井上 圭一

この度、第 2 回晝馬(ひるま)輝夫 光科学賞を受賞させ

ずれとも異なる、第 3 のグループであるヘリオロドプシン 3ていただきましたので、ここにご報告いたします。この賞や真核生物の最終共通祖先に最も近縁な現生の原核生物では、平成 31 年度に公益財団法人 光科学技術研究振興財団

あるアスガルド古細菌の持つ新奇な内向きプロトンポンプより創設された、日本の光科学の基礎研究や光科学技術の型ロドプシンであるシゾロドプシン 4 を見出し、ロドプシ発展に貢献する研究において、独自に独創的な研究業績を

ンの多様性とその機能性の広がりは留まることを知りませ

あげた研究者個人に与えられるもので、今回の受賞の対象ん。そして、今後はこれらの分子についても、さらなる研となった研究業績は「新奇な微生物型ロドプシンの光機能究を物性研から発信していきたいと思います。

およびその光反応メカニズム」についてのものでした。

残念ながら新型コロナウイルス感染拡大防止のため、本すでに所内の講演会やセミナーなどでお話をさせていた賞の贈呈式および受賞講演は中止となりましたが、写真のだき、ご存知いただいている方も多いと思いますが、私が様にとても立派な賞状楯と賞牌を贈呈いただきました。こ

主な研究対象とするロドプシンは、細胞の脂質膜上に存在の様な素晴らしい賞をお贈りいただきました光科学技術研する膜タンパク質の一種で、ビタミン A の誘導体であるレ究振興財団には改めて感謝申し上げます。また本受賞にチナールと呼ばれる色素を持ち、ヒトの体の中では視覚の至ったこれまでの研究は、指導教官や上長としてご指導・初期過程である、光子の補足に関わる光受容素子としてはご鞭撻をいただいた先生方、研究室のメンバー、数多くのたらきます。また 1971 年に、高度好塩古細菌から発見さ共同研究者のご協力なくしては決して為し得ない物であり、れたバクテリオロドプシンは、細胞内から細胞外へ H+をお世話になりました全ての方々に、この場を借りて深く御輸送する機能を持ちます。そしてこれらのロドプシンは生礼申し上げます。

物の光化学反応を調べるためのモデル系として、様々な分光研究の対象となり、分光手法の発展にも大きく貢献してきた歴史を持ちます。
一方、近年のゲノム解読技術の進展により、様々な生物
種のゲノムから、新たなロドプシン遺伝子が発見されるよ
うになりました。しかしその中で、特に多様性の大きい微生物タイプのロドプシンにおいて、バクテリオロドプシンなどとは配列が大きく異なり、分子機能の予測が困難なものが数多く含まれていました。
そこで私たちは大腸菌やホ乳類細胞などを用いて、これ
ら機能未知のロドプシンのタンパク質を発現し、その光機能を調べることを可能としました。それにより光で細胞の中から外へナトリウムイオン(Na+)を輸送するナトリウムポンプ型ロドプシン 1 や、バクテリオロドプシンなど一般的なプロトンポンプとは輸送の方向が逆転した内向きプロトンポンプロドプシン 2 を見出しました。そしてさらに、
これらのタンパク質を精製し、時間分解レーザー分光計測
や振動分光計測、X 線結晶構造解析を行うことで、多様なイオン輸送メカニズムについても詳細に明らかとしました。
また近年では、既知の動物および微生物ロドプシンのい19

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

1. "A light-driven sodium ion pump in marine bacteria"
K. Inoue, H. Ono, R. Abe-Yoshizumi, S. Yoshizawa, H.
Ito, K. Kogure & H. Kandori. Nat. Commun. (2013) 4,
1678.
2. "A natural light-driven inward proton pump" K.
Inoue, S. Ito, Y. Kato, Y. Nomura, M. Shibata, T.
Uchihashi, S. P. Tsunoda & H. Kandori. Nat. Commun.
(2016) 7, 13415.
3. "A distinct abundant group of microbial rhodopsins
discovered

using

functional

metagenomics"

A.

Pushkarev, K. Inoue, S. Larom, J. Flores-Uribe, M.
Singh, M. Konno, S. Tomida, S. Ito, R. Nakamura, S.
P. Tsunoda, A. Philosof, I. Sharon, N. Yutin, E. V.
Koonin, H. Kandori & O. Béjà. Nature (2018) 558,
595-599.
4. "Schizorhodopsins: A family of rhodopsins from
Asgard archaea that function as light-driven inward
H+ pumps" K. Inoue, S. P. Tsunoda, M. Singh, S.
Tomida, S. Hososhima, M. Konno, R. Nakamura, H.
Watanabe, P. A. Bulzu, H. L. Banciu, A. Andrei, T.
Uchihashi, R. Ghai, O. Béjà & H. Kandori. Sci. Adv.
(2020) 6, eaaz2441.

■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

20第 14 回日本物理学会若手奨励賞 (領域 8) を受賞して

物質設計評価施設
この度、第 14 回日本物理学会若手奨励賞(領域８)を受

平井 大悟郎いうことが認識されるようになっていました。

賞する栄誉に恵まれました。受賞の対象となった研究課題「5d 遷移金属化合物の物質開発と強相関電子物性の開拓」

私はそのような状況において 5d 遷移金属化合物の物質

は、2015 年に物性研に着任してからスタートした研究で、開発を行い、レニウム(Re)を含む化合物において多極子

これまで 5 年間取り組んできた研究成果を評価していただ[1]、量子磁性[2]、多色性[3]という性質を示す物質を見出きました。廣井善二先生をはじめとして、お世話になったし、その結果をまとめた 3 編の論文が今回の受賞対象論文

すべての方々にこの場を借りて深く感謝申し上げます。

となりました。

5d 遷移金属化合物は、周期表の第 6 周期にある遷移元

私は物性研に着任したとき、最初に、Re 化合物を研究

素(5d 元素)を含む物質群です。周期表のだいぶ下の方にすると決めました。5d 化合物の研究は世界中で行われるあるので、5d 元素にどのような元素があるのかを全て思ようになっていましたが、比較的合成が簡単な Ir の化合い浮かべることができる人は少ないのではないでしょうか。

物に研究が集中していました。廣井研が過去に Cd2Re2O7

有名なものは白金(Pt)や金(Au)で、化合物をつくるイメーという超伝導体の研究を行っており、合成設備が整っていジはあまりないと思います。実際、白金や金は反応性が低るということも一つの理由ですが、やっている人が少ない

く、時間を経ても変化しない性質から、宝飾品として重宝

から新しい「もの」に出会う確率が高いだろうと考えたかされていますし、実験に使う反応容器などとしても利用さらです。また、物性研に来る前にプリンストン大でポスドれます。また、これらの金属の稀少性も私たちの心を惹きクをした時、R. Cava 先生から「君はタングステン(W)をつける理由の一つでしょう。5d 元素は銅や鉄といった 3d

やって欲しい」と言われたことが頭の片隅にあったのかも

元素と比較すると、地殻における存在率は圧倒的に小さく、しれません。なら、次は周期表でお隣の Re にしようかと。

レアメタルとして知られています。反応性の低さと稀少性

廣井研は、合成設備は整っていましたが、Cd2Re2O7 ののため、天然に産出する化合物はもちろんのこと、これま研究が行われていたのは 2000 年ごろだったため、合成のでに合成された 5d 遷移金属化合物の数も非常に限られてノウハウなどは手探りで研究を始めました。始めてみるといます。逆に言えば、5d 遷移金属化合物の物質開発には、Re 化合物が非常にユニークであることがわかりました。

広大な未開拓の領域が存在しているということになります。

合成の原料に使う単純な酸化物でも Re7+の Re2O7、Re6+の物質の報告例が少ないため、物性という観点でも 5d 遷

ReO3、Re4+の ReO2 と様々な価数をとるものが存在します。

移金属化合物はあまり注目されてきませんでしたが、近年、性質もバラバラで、薄緑で透明な Re2O7 は、空気中の水分5d 化合物の物性が次々と明らかになり、多くの研究が行を吸ってすぐに「べちゃべちゃ」になり、熱するとわれるようになってきています。2009 年に、私が学位を100 ℃ちょっとで昇華します。ReO3 は鮮やかな赤色の金取得した東京大学新領域創成科学研究科の高木英典先生

属で、非常に良い伝導性を示します。ReO2 もよい金属伝(現マックスプランク研究所)のグループは有馬孝尚先生

導を示しますが、こちらは地味な灰色の粉です。この中で(東大新領域)のグループと協力して、5d 元素のイリジウ

Re2O7 がもっとも手に入りやすい試薬ですが、実験を始め

ム(Ir)を含む化合物において、スピンと軌道が結合した電てみるとアンプルに入った高純度の試薬でも水分を含んで子状態を実験的に明らかにしました。その後、この電子状いることが分かりました。そこで、低温で昇華する性質を態をうまく利用した Kitaev スピン液体などの研究が花開利用して試薬を精製し、自前で純良性のよい原料を用意しいています。私が物性研に着任した 2015 年頃には、これました。この原料を使い合成した高品質な試料があってこまで強相関電子物性研究の中心的舞台であった 3d や 4f 電

そ、今回受賞に至った研究を成し遂げることができました。

子系とは異なる、ユニークな物性が 5d 電子系で現れると

21

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

私が最初に取り組んだのは、受賞対象論文の中で最後にたが、Ca3ReO5Cl2 の場合、配位子場によって 5d 軌道が大論文になった、「d 電子系の多極子」の観測[1]です。5d 電

きく分裂することで軌道角運動量は消失し、スピン 1/2 の子系の特徴は、強いスピン軌道相互作用にあります。スピ

量子磁性体となっています。これは逆に考えると、スピンンと軌道が結合することで形成される多極子自由度の秩序

軌道相互作用が強く量子磁性のモデルには適していないとは、まさに 5d 電子系の特徴をよく現す物性と考え、ター思われる 4d、5d 電子系でも、複合アニオン配位を利用す

ゲットに定めました。電子数や結晶構造から候補物質を絞ることで量子磁性体研究の舞台となりえることがわかりまり、粉末試料の物性測定を行うことで、いくつかの物質がした。

多極子秩序を示す有力な候補であることを突き止めました。

このように大きな回り道をしましたが、最終的にここから、多極子秩序の観測のために単結晶育成を始めまBa2MgReO6 という物質において多極子の秩序を観測するした。ある朝、フラックス法によって育成した候補物質

ことができました[3]。こちらも詳細については物性研だ

Ca3ReO6 の単結晶を取り出してみると、平板状の透明なよりの他の記事(60 巻 4 号)で紹介しています。多極子秩

茶色い結晶と緑の結晶が混ざってできていました。狙った序を観測するまでの道のりも決して平坦でなく、何度も放物質は黒い八面体の結晶なので、失敗は明らかでした。何射光施設へ足を運び、少しずつ全容がわかりました。外堀ができたのか顕微鏡で確認してみて驚きました。茶色だとを埋めていき、最終的に決定的なデータが観測されたとき思っていた結晶が、ピンセットでつまんで持ち上げると、は、Ca3ReO5Cl2 を見つけた時とは異なる感動がありまし

いつの間にか緑色に変わっていたのです。詳しく調べると、た。

この結晶はフラックスの CaCl2 が原料と反応してできた
Ca3ReO5Cl2 という新物質でした。そして Ca3ReO5Cl2 は、

Ca3ReO5Cl2 の多色性のように、物質合成をしていると見る方向や入射光の偏光方向によって色が変化する「多色思いがけない物質との出会いがあります。このような偶然性」という光学特性を持つことが分かりました[2]。詳細

の出会いは、物質開発の醍醐味ですし、私の大きなモチにご興味がある方は物性研だよりの記事(第 57 巻 4 号)をベーションとなっています。新物質・新現象との出会いは、ご覧いただければと思います。Ca3ReO5Cl2 が多色性を示

瞬間的な感動だけでなく、その後、研究を進める過程で、すポイントは、Re に塩素と酸素の両方が配位する複合ア

新しい測定手法、研究領域、そして共同研究者との出会い

ニオン配位にあります。2 種類のアニオンが配位することという継続的な楽しみを与えてくれました。私は物性研にで、Re サイトの局所的な反転対称性が破れ、d 軌道から着任してから 6 年間、Re 化合物から多くのことを学びま

非占有の d 軌道への光による電子遷移が許されて様々な波した。最近でも次々に面白いものが見つかり、まだまだ長の光を吸収できるようになります。さらに、低対称な配Re から離れられそうにありません。今後も今回の受賞を

位子場の向きが揃っていることにより多色性が発現し、劇励みに、「新しい物質が物性物理の新しい領域を作る」と的に色が変化する性質につながっています。

いう信念のもと、面白い性質を持った新しい物質を発信しCa3ReO5Cl2 は、光学特性以外でも驚かせてくれました。
その Re6+イオンは 5d 電子を 1 つ持っており、絶縁体なのていくことで、物質科学の発展に貢献していきたいと考えております。

で局在磁性を示します。結晶構造から考えると、Re は三次元的に配列しているため、単純な反強磁性秩序ができているのだろうと思い磁化率の測定を行いました。ところが、受賞対象論文予想に反して明確な磁気転移が観測されず、低次元磁性体[1] "Successive Symmetry Breaking in a Jeff = 2 Quartetに特徴的なブロードなピークが現れました。この低次元磁in the Spin Orbit Coupled Insulator Ba2MgReO6"性にも複合アニオン配位が重要な役割を果たしています。

D. Hirai and Z. Hiroi, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 064712

低対称配位子場によって電子が dxy 軌道を選択的に占有す(2019).

ることで、電子間の磁気相互作用が 2 次元的になります。

[2] "One dimensionalization by Geometrical Frustration

そしてできた 2 次元三角格子の幾何学的フラストレーショ

in the Anisotropic Triangular Lattice of the 5dンの効果によりさらに次元性が低下し、あたかも 1 次元磁Quantum Antiferromagnet Ca3ReO5Cl2"性体のような振る舞いを示すことがわかりました[2]。5d

D. Hirai, K. Nawa, M. Kawamura, T. Misawa, and Z.

電子系の特徴は強いスピン軌道相互作用だと上で述べましHiroi, J. Phys. Soc. Jpn. 88, 044708 (2019).

■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

22[3] " 'Visible' 5d Orbital States in a Pleochroic
Oxychloride",
D. Hirai, T. Yajima, D. Nishio-Hamane, C. Kim, H.
Akiyama, M. Kawamura, T. Misawa, N. Abe, H.
Arima, and Z. Hiroi, J. Am. Chem. Soc. 139, 10784(2017).

23

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

令和２年度 物性研究所一般公開の報告

一般公開委員会委員長

常次 宏一

東京大学柏キャンパスは例年、10 月後半の金曜日と土

24 日(土)にはいくつかの動画・ライブ中継を行いました。

曜日の 2 日間一般公開を実施しており、1 万人を超える来

なお、オンライン開催となったため柏から離れた SPring-

場者に研究活動の成果を見て頂いております。令和 2 年度

8 の軌道放射物性研究施設の展示公開が今回はじめて可能は新型コロナウイルスの感染拡大に配慮してオンラインでになりました。アクセス数は 24 日(土)の 1214 を最高と開催することとなり、各部局の都合に合わせて全体としてして、15 日間全体では 3825 という過去数年の一般公開のの開催期間は 10 月 17 日(土)から 31 日(土)の 15 日間と物性研究所への来所者平均を少し超える数字になりました。

しました。物性研究所では、ウェブ上に仮想現実(VR)空このオンライン公開は東京大学の学内広報 no.1540(11 月

間「バーチャル物性研」を構築してその中でポスターや動

24 日)の表紙を飾り、広く成果が知られることになりまし

画による実験・研究紹介のコンテンツ配信を行い、さらにた。

■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

24オンライン開催という未経験の形式において、どうすれら入って階段を上がると 6 階大講義室の展示スペースへ導ばうまく研究紹介ができるか議論を重ねました。例年の一かれる設計になっています。展示スペースはライブ配信す般公開では、来所者にはまず本館 1 階ロビーで受付を済まる「サイエンスカフェ」などの各企画のコーナーに分けて、せて各展示室を訪問してもらいます。その雰囲気を出すた

参加者に動画やポスターなどの研究紹介を楽しんでいただ

めに VR 空間にバーチャル物性研を作りましたが、これはきました。例年実施しているスタンプラリーも、この展示

大学院生が本館の構造を細部まで忠実になぞった労作です。

スペースの 8 箇所でクイズに回答する形式で行い、景品と参加者は、一般公開のホームページのバナーをクリックしして物性犬がデザインされた壁紙(PC 用とスマートフォて入ると物性犬のアバターになって仮想空間を動き回るこン用)をダウンロードしていただきました。

とができるようになり、バーチャル物性研の西南の入口か25

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

今回のオンライン一般公開の特徴は動画配信を頑張って開への参加がありました。ドローンによる施設の空撮動画

行なったことですが、その企画内容は前ページのフライ

は迫力があり非常に印象的であり、研究者インタビュー

ヤー裏面にある通りです。デモ実験とある部分が、ライブコーナーなど研究者を身近に感じさせる工夫が盛り込まれ配信による研究および施設紹介です。毎年恒例で多くの来た緻密な企画でした。電子顕微鏡実験は素人離れした高い所者に好評を得ている施設見学では、国際超強磁場研究施

完成度の構成に仕上げられ、公開した実験風景は視聴者を設と極限コヒーレント光科学研究センターに今回もご尽力

魅了しました。強磁場施設公開は現場での長時間動画配信

いただきました。冒頭でも触れましたが、今回始めて播磨に挑戦し、ライブならではの臨場感がネット上を大いに盛の SPring-8 に拠点を置く軌道放射物性研究施設の一般公り上げました。

例年は 6 階ラウンジで開催しているサイエンスカフェもいて語っていただきました。これらは動画編集を駆使したライブ配信で行い、機能物性研究グループの井上所員によ録画とライブ配信で実施されました。一般視聴者に研究内るタンパク質についての面白いお話しがありました。鈴木容や研究者を身近に感じていただけるように各講演者は試URA の企画のもと井上所員と実験室の永田助教の見事な

行錯誤を重ねて周到な準備を行い、面白かった！とのコメ連携により進行し、さらに YouTube 配信へのコメントにントを多くの視聴者からいただきました。これらのライブ

リアルタイムで回答するなど、例年と一味違った臨場感の企画の内容や見どころの告知として広報室と連携した充実した企画となりました。サイエンスカフェの小型版とTwitter 配信を数十件行うことにより、時間帯に依らず多して 15 分間のプチトークを 5 回配信し、所内の助教およ

くの方に視聴いただくことができました。講演者は以下のび大学院生にご自身の研究につながる内容や研究生活につ方々です。(敬称略、括弧内研究室所属)

プチ学生カフェ化学編

亀山亮平（森）、高橋香南子（廣井）

弱い磁石がだめなら超強い磁石をつかえばいいじゃない

今城周作（金道）

水素を運ぶ有機物〜小さな分子のバケツリレー！〜

出倉駿（森）

物質を観る・識る・創る

矢島健（X 線）

プチ学生カフェ物理編

Nan Tang（中辻）, 磯前貴央（中辻）■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

26動画配信に加えて、例年の展示に近いやりかたでの常設した。シミュレーション体験の展示や危険なため普段は公展示もウェブ上で実施しました。VR 空間の展示スペース

開できない高圧・光・レーザー実験を間近で撮影した迫力の各コーナーの壁にポスターやディスプレイが配置されてある動画、ドローンによる爽快な空撮、タンパク質や有機いて、参加者のアバターが近づくとその中身の説明が始ま結晶の物性・育成過程に迫った心踊らされる動画など多数ります。内容はムービーや対話型コンテンツも利用してオのコンテンツが公開されました。スパコンの展示では、テンラインの利点を活かすように工夫されていました。ほとレビゲームのプレイ画面を見ながら昨年新しく導入されたんどの企画で外部発注に頼らず企画者自ら動画編集を行いスパコンについての知識を得るという形式が印象に残ってましたが、当初の予想を大きく上回る力作が多数見られまいます。常設展示の企画と実施研究室を以下にまとめます。

27

物性科学とスーパーコンピュータ

尾崎研コンピューターでみる結晶と物性

尾崎研

光で働くさまざまなタンパク質

井上研

自作高強度レーザーの中身を覗いてみよう

板谷研

オンライン高圧実験

上床研

水滴と不思議な模様

小林研

オンラインでレーザーを作ろう小林研

強磁場施設公開 オレらの 1 日

強磁場

空から体験、スプリング 8！

放射光結晶育成部屋森研

物性の起源を光で探る！

近藤研・岡崎研

データってどうなってるの 〜顕微鏡で見てみよう〜

近藤研・岡崎研‟力”カーシャッター

松永研

物質の原理を解き明かせ！

杉野研

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

バーチャル物性研入り口

展示スペース

強磁場施設公開

空から体験 SPring-8！

フォートナイトで物性研スパコン室を再現してみた！

結晶育成 TTF-TCNQ

https://www.youtube.com/qyW43lJ_7m0■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

28また、一般公開に合わせて平成 22 年から開催されていに仕上げてくださいました。柏キャンパス紹介動画の物性る女子中高生向けリケジョイベント「未来をのぞこう！」

研究所の部分には近藤研究室博士 3 年生の野口君が出演しが、今回も物性研究所、新領域創成科学研究科、大気海洋てくださいました。ウェブコンテンツの作成、管理に加え、研究所の 3 部局合同でオンライン開催されました。新領域

告知ポスターの作成・配布手配など数多くの喫緊のスケの大谷准教授と蜂須賀特任講師による講演「ウィズコロナ

ジュールにご対応くださった広報室の餅田氏と田場氏には時代を支える新世代リケジョとは」や、実際に大学や社会大変お世話になりました。24 日当日も進行状況に合わせで活躍されている女性研究者のパネルトークが行われ、予てリアルタイムでコンテンツの更新に当たってくださいまめ参加者から集めた質問に関する回答も交えつつ研究生活した。情報技術室の矢田氏はサーバーや放送機材の管理なやキャリアについて紹介が行われました。物性研究所からど、様々なアクシデントに備えて準備し、当日もライブ配

はリップマー研究室修士 1 年生の倉持さんがパネリストと信の設定、調整を行なってくださいました。膨れ上がる事して登壇され、ご自身の経験などをお話されました。

務作業では、緊急のお願いをした事務総務係の大平主任に

以上のように、オンライン開催という新しい形式で試行

多大なサポートをいただきました。鈴木 URA にはオンラ

錯誤する点もありましたが、例年にも増して盛りだくさん

イン開催についての多くの助言をいただき、事務部の青木の企画を揃えることができました。各企画は活動制限の厳事務長、三澤副事務長、矢口上席係長には実務全般を円滑しい環境のもと、暗中模索の立案にはじまり、感染リスクに進めてくださったことを感謝します。令和 3 年度の一般に配慮しながらのリハーサル・撮影・編集の作業を経て完公開がどのような形になるかは現時点でわかりませんが、成にこぎつけており、いずれも物性研究所の個性や力量を来年度委員長の小林所員を中心としてさらに素晴らしいも存分に発揮した唯一無二の公開となっていました。スタンのが実現することを信じております。

プラリーではアンケートも合わせて実施しましたが、その回答から判断すると、「難しい」というご意見もありまし
たが、多くの参加者の方々に楽しんでいただけたことがわ
かりました。例年の 10 月下旬の良い気候のもとキャンパスが地域住民や集団見学の中高生で賑わう雰囲気がなかったのは残念ですが、一方では遠隔地の方々にも物性研究所の研究や施設を知っていただけるよい機会にもなりました。
今回作成したウェブコンテンツは、今後の研究アウトリー
チや広報活動にも活用できることを期待しています。
最後に一般公開に関わってくださったすべての方に感謝いたします。まず、一般公開に参加くださった皆様、および素晴らしい企画を数多く実施してくださった所内関連研究室の皆様に心よりお礼を申し上げます。企画および運営実施に携わってくださった方々は、今回は特にオンライン開催となったため、過去の経験の蓄積によって確立されていたルーチンが使えず、多くの作業手順を最初から立ち上げる必要が生じ、量のみならず質的にも例年より大きな負担をおかけすることになってしまいました。特に一般公開
委員会の実行部隊の中心となった若手を中心とした方々の献身的な努力がなければ一般公開は実現できませんでした。
藤野委員は、企画、実施の両面で中心的な活躍をしてくださいましたし、向井委員もそのサポートを頑張ってくださいました。副委員長の小林所員は VR 空間構築を提案してくださり、研究室の学生の佐藤君、遠藤君、石塚君は膨大なプログラミング作業を経て素晴らしいバーチャル物性研

29

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

物性研究所談話会

標題：令和 2 年度 客員所員講演会
日時：2020 年 11 月 12 日(木) 午前 10 時～午前 11 時 45 分
場所：ZOOM 開催
要旨：
10:00-10:05

所長挨拶（森 初果：物性研究所長）

10:05-10:25

樋山 みやび（群馬大学）「ホタル生物発光研究ー物性研共同利用からの発展」

10:25-10:45

田中 秀数（東京工業大学）「三角格子及び籠目格子量子反強磁性体における磁気励起の構造」

10:45-11:05

今中 康貴（国立研究開発法人 物質・材料研究機構）「超強磁場における半導体、半金属のサイクロトロン共鳴」

11:05-11:25

髙山 あかり（早稲田大学）「対称性の破れた原子層構造における新奇物性解明の研究」

11:25-11:45

本山 岳（島根大学自然科学研究科）「圧力下点接合分光測定の開発と CeCoIn5 における超伝導ギャップの圧力依存性」■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

30物性研究所セミナー

標題：極限コヒーレント光科学セミナー：先端 X 線光源を利用した新規顕微イメージング技術の開発
日時：2020 年 11 月 25 日(水) 午前 10 時 30 分～午後 0 時
場所：Zoom 開催
講師：木村 隆志
所属：東大物性研、科学技術振興機構さきがけ
要旨：
X 線自由電子レーザーや大型放射光施設などの光源の高度化に触発された、近年の X 線分析技術の発展には著しいものがある。こうした先端 X 線分析技術の発展には、光源性能の向上に加えて、分析を支える各種光学技術の高度化が大きく寄与してきたことは疑いがない。これまで発表者は、精密加工・計測技術を活用した X 線光学実験用素子の開発に従事しており、特に先端光源の持つ高輝度やコヒーレンスといった特徴を活かしたイメージング技術の高度化に取り組んできた。
本セミナーでは、発表者が取り組んできた X 線イメージング技術開発に関して、X 線自由電子レーザーを利用したフェ
ムト秒イメージングと、X 線光学実験用素子の高度化に関して紹介を行う。特に X 線自由電子レーザー施設 SACLA での実験では、これまで 10 nm に迫る空間分解能での液中試料イメージングを実現しているが[1, 2]、液中試料反応のその場観察を目指している、マイクロ流路デバイスや情報技術を活用した新たな手法の開発に関しても述べる。これに関連して、
11 月頭に SACLA で実験を行った結果についても紹介する予定である。
また X 線光学実験用素子の高度化に関しては、波面制御や集光を目的とした X 線光学系用高精度形状可変ミラーやそれを使用した新規イメージングシステムの開発のほか[3, 4]、現在研究を進めている軟 X 線用新規イメージング光学系に関しても、SACLA や SPring-8 での試験や東北放射光への展望・構想を踏まえて議論を行いたい。
[1] T. Kimura et al., Nature Communications 5, 3052(2014).
[2] J. Wei et al., Journal of the American Chemical Society 138(10), 3274(2016).
[3] T. Kimura et al., Optics Express 21, 9267(2013).
[4] K. P. Khakurel et al., Journal of Synchrotron Radiations 24(1), 142(2017).

標題：理論セミナー：Multipole moments and fractional corner charges of insulating materials
日時：2020 年 11 月 27 日(金) 午後４時～午後５時
場所：Zoom 開催
講師：Prof. Haruki Watanabe
所属：東京大学
要旨：
How do we characterize and classify the insulating states of matter? Recent advances in the topological approach incondensed-matter physics offer a classification based on the winding and the quantum entanglement in the groundstate wavefunction. Although a nontrivial bulk topology is usually manifested as anomalous surface states, gaplessmodes are localized to the hinges and corners of the sample in the case of“higher-order”topology.
In this talk, we discuss that even absolutely topologically trivial materials may exhibit fractional charges on theircorners and hinges. To predict these boundary signatures from the bulk, we develop a general formulation of bulk
multipole moments, directly generalizing the“modern theory”formulation of the bulk polarization. As an example,
we discuss e/8 fractional corner charges of grains of“table salt”and propose their direct measurement using atomic
force microscopy.

31

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

Refs:
HW and S. Ono, Phys. Rev. B 102, 165120 (2020).
HW and H. C. Po, arXiv:2009.04845.

標題：機能物性セミナー：非線形レーザー分子分光法による挑戦：固体表面における水分子の特異な水素結合構造と物性
開拓
日時：2020 年 12 月 3 日(木) 午後１時～午後２時
場所：Zoom 開催
講師：杉本 敏樹
所属：分子科学研究所
要旨：
固体表面に吸着した水分子の配向(水素の H-up/H-down 配置)は、水分子凝集系の物性や化学的特性に大きな影響を及ぼすため本質的に重要な構造情報である。私達は、二次の非線形光学効果に基づく和周波発生(SFG)分光法を基軸とする実験的アプローチをとり、特に、「二次非線形感受率(χ(2))の虚部(Imχ(2))のスペクトルが水分子の H-up/H-down 配向と直接的な相関を持つ」というユニークな特徴に着眼した研究を展開してきた。その結果、ある種の固体表面上の水分子
吸着系においては異方的な配向秩序が創発され得ることや、さらに水分子が多数凝集した結晶氷の表面においては“表面の低配位性”に起因したバルクにはない特異な水素結合構造が発現すること等が明らかになってきた。本セミナーでは、こうした固体・氷表面上の水分子が織りなす水素結合の様々な構造・物性について紹介する。

標題：極限コヒーレント光科学セミナー：光物性に現れる非相反日時：2020 年 12 月 4 日(金) 午後１時～午後２時
場所：Zoom 開催
講師：小川 直毅
所属：理化学研究所、東大院工、さきがけ
要旨：
固体中の電子、光子、マグノン、フォノンの運動に非相反性が現れる例が知られている。特に、相関電子系や量子物質においては、ベリー位相やトロイダルモーメント、モノポールなど、物性物理で近年話題となっているキーワードがその非相反物性に強く関連している[1]。本講演では、上記各量子の非相反伝搬に対する分光研究、具体的には、シフト電流、
非相反 SHG、マグノンとフォノンの磁気カイラル効果の検証について紹介したい。
空間反転対称性の破れた結晶中の自発光電流は、長らく「異常光起電力効果」と呼ばれてきた。その異常性は、光起電力が物質のバンドギャップを大きく上回ること、また光の波長や偏光に依存して、光電流の符号が反転する点などに代表され、単純な分極電流としては理解できない。近年、その起因が電子バンドのトポロジーにあることが明らかとなり、シ
フト電流と呼ばれるようになった[2]。我々は、光励起時の電荷運動が放射する THz 電磁波を分光することにより、シフト電流の高速ダイナミクスの観測を行った[3,4]。
磁気秩序と電子分極が相関したマルチフェロイクス物質中では、これまでに「一方向透過窓」「一方向発光」など様々な光子の操作が実証されてきた[5]。我々は、マルチフェロイクスにおける第二高調波発生が、より容易に大きな非相反性を生み出すことを見出した。試料結晶の片側から入射した 1ω光に対しては 2ω光が発生するが、反対側から入射した
場合にはこの第二高調波発生がほぼ完全に抑制され、その効果は 10 mT 程度の外部磁場によって反転することができる。
カイラル磁性体中の強磁性的マグノンやフォノンは非相反伝搬を示すことが知られている[6,7]。これは、DM 相互作用
により分散曲線が波数空間で対称点からずれること、またマグノンとフォノンの磁気弾性結合によって説明される。我々は、ブリルアン光散乱分光により、カイラル磁性体中のヘリマグノンも非相反性を示すこと、またフォノンイメージング■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

32

分光により、高周波の弾道フォノンが比較的大きな磁気カイラル非相反を示すことを見出した。
[1] Y. Tokura & N. Nagaosa, Nature Commun. 9, 3740 (2018).
[2] T. Morimoto & N. Nagaosa, Sci. Adv. 2, e1501524 (2016).
[3] M. Sotome et al., PNAS 116, 1929 (2019), Appl. Phys. Lett. 114, 151101 (2019).
[4] 小川 他、日本物理学会誌 Vol. 75, No. 3, 2020.
[5] S. Toyoda et al., Phys. Rev. Lett. 115, 267207 (2015), Phys. Rev. B 93, 201109 (2016).
[6] S. Seki et al., Phys. Rev. B 92, 184419 (2015).
[7] T. Nomura et al., Phys. Rev. Lett. 122, 145901 (2019).

33

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

人 事 異 動【研究部門等】○令和 2 年 11 月 1 日付け
（採 用）
氏

名

眞 弓 皓 一所

属

附属中性子科学研究施設

職

名

准 教 授

備

考

東京大学大学院新領域創成科学研究科
特任講師より○令和 2 年 11 月 9 日付け
（採 用）
氏

名

所

属

Rietveld Ivo Boudewijn 附属中性子科学研究施設■■■ ■■ ■■

職

名

特任教授

備

考

パリ第五大学
准教授より

物性研だより第 60 巻第 4 号

34東京大学物性研究所研究員(若手)の公募について

このたび、東京大学物性研究所では、下記の要領で若手研究員を公募します。つきましては、関係各位に広くお知らせ
いただくとともに適任者の推薦および応募について、よろしくお取り計らいくださるようお願いいたします。
記
１．公募職種：特任研究員
２．公募人員：若干名
３．職務内容：物性科学における実験的または理論的研究
４．応募資格：次の 3 条件を満たしている者（１）博士号または同等の資格取得後 5 年程度までの者、または、着任時までに取得が確実に見込まれる者（２）着任予定時に主たる職、大学院生および研究生等の身分を有しないこと（３）希望する物性研究所所員（教授または准教授）と事前に連絡をとり、所員の同意の上で研究計画等の作成を行うこと。希望する所員の受け入れ許可がない場合には応募は受け付けない。なお複数の研究室にまたがる研究テーマに取り組む場合には、主たる受け入れ所員を指定すること。
５．任期：原則として 2 年間、その後、状況によっては再応募を認める。ただし、延長期間は 1 年間とし、再応募は１回のみとする。
６．勤務態様・手当・給与等：
週 5 日、裁量労働制（週当たり 38 時間 45 分相当）
雇用保険・文部科学省共済組合に加入、通勤手当有
給与は「東京大学年俸制給与の適用に関する規則」に定める第 4 条、第 5 条及び第 6 条による（年額約 430 万円程度）
７．選考方法：選考委員会が提出書類、および、受け入れ所員に対する面接に基づき選考する
８．提出書類：（１）履歴書下記 URL にある東京大学統一履歴書フォーマットに基づき、作成すること
https://www.u-tokyo.ac.jp/ja/about/jobs/r01.html（２）発表論文リスト（３）主な論文別刷り（3 編以内）
（４）これまでの主な業績のまとめ（2000 字以内）
（５）受け入れ研究室での期間内における研究計画（2000 字以内）
（６）指導教員または推薦者による本人に関する意見書
９．公 募 締 切：2021 年 3 月 31 日（水）必着10．採用予定日：2021 年 9 月 1 日から 2022 年 2 月末日までに着任すること
11．書類提出方法：
郵送又は電子メール送付
郵
送：｢物性研究所研究員（○○研究室）応募」と朱書し、簡易書留等の配達状況が確認可能な方法で送付すること。受け入れ所員名の記載が無い場合には不受理。
電子メール：件名を「物性研究所研究員（○○研究室）応募」とし、応募の旨を総務係までメールで知らせること。
その後、返信にて指定された書類送付先フォルダに応募書類一式を保存すること。
12．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 04-7136-3591 e-mail issp-jinji@issp.u-tokyo.ac.jp
13．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する。なお、送付された応募書類等は返却しないので、了解の上、申し込むこと。履歴書等の個人情報は本公募の用途に限り使用し、第三者への開示、譲渡及び貸与
することはない。

35

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

Postdoctoral researcher positions at the Institute for Solid
State Physics (ISSP), The University of Tokyo
1. Job title: postdoctoral researcher
2. Number of open positions : a few
3. Job description: experimental or theoretical research in materials science
4. Qualifications and requirements：(1) Applicant must have a PhD or equivalent degree that was received within the last 5 years or so, or is going toobtain it before the start date.
(2) On the start date of appointment, the applicant has neither a main job nor status as a graduate student, postdoc,
etc.
(3) Applicant has to choose an appropriate host faculty member (either professor or associate professor) at ISSP anddevelop an appropriate research plan by consulting the host researcher before document submission. Research
topics that span more than one laboratory at ISSP are also welcome, but the applicant has to identify one
particular host. An application without a host researcher at ISSP will be excluded from the selection.
5. Employment period:
Two years. It is possible to apply for a one-time, one-year extension.
6. Working hours, salary, etc. :5 days a week (equivalent to 38 hours 45 minutes). The contract includes unemployment insurance, health insurance,
and a commuting allowance. The annual gross salary is approximately JPY 4.3 million.
7. Selection:
Selection is based on the application documents submitted. Moreover, the host faculty member is interviewed by the
Judging Committee.
8. Application documents:(1) Curriculum Vitae
The official format of The University of Tokyo ( https://www.u-tokyo.ac.jp/en/about/jobs.html ) must be used.
(2) List of Publications(3) Reprints of up to three major publications(4) Description of past research and main achievements within 2 pages of the A4 or letter size(5) Research plan at ISSP within 2 pages of the A4 or letter size(6) A reference letter by your academic supervisor or recommender.
9. Application deadline: 17:00 (JST) on March 31, 2021.
10.Start date: between September 1, 2021 and February 28, 2022.
11.How to apply:
Send an empty e-mail with the subject line of “Application for PD (the name of the host faculty member)” to ISSP
General Affairs Office (issp-jinji@issp.u-tokyo.ac.jp ) to receive the URL for uploading application documents. Then,
upload your application documents to the URL received.
12.Others● The University of Tokyo is committed to gender equality in employment.
● Submitted documents will not be returned.
● Personal information contained in the application documents will be used only for the job selection process.

■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

36物性研だより第 60 巻目録（第１号～第４号）
物性研だより第 60 巻第１号
新型の光応答性タンパク質であるヘリオロドプシンの構造を解明······· 井上 圭一 ······························ 1
日韓共同研究でグラフェン準結晶状態の超高速変化を直接観測 ―次世代光デバイス制御に新たな自由度―
鈴木 剛、小森 文夫、松田 巌 ············ 4有機分子へのスピントランスファー効果 ······· 蒲生寛武、下瀬弘輝、榎涼斗、南谷英美、塩足亮隼、小谷佳範、
豊木研太郎、中村哲也、杉本宜昭、好田誠、新田淳作、三輪真嗣 ··· 6
第 14 回凝縮系科学賞を受賞して ··································· 橘高 俊一郎 ··························· 9
強磁場研究会優秀口頭発表賞を受賞して ···························· 栗原 綾佑 ······························ 11
Advances in Engineering 社の Key Scientific Article に選出されて ···· 玉谷 知裕 ······························ 13
物性研で定年退職して ············································ 嶽山 正二郎 ···························· 14【理論滞在型国際ワークショップ】〇Computational Approaches to Quantum Many-Body Problems (CAQMP2019) ····························· 19【物性研究所短期研究会】〇「強磁場コラボラトリーによる強磁場科学の新展開 ―光科学との融合も視野に入れて―」 ···················· 26【ISSP ワークショップ】〇レチナールタンパク質の光機能発現の物理と化学 ························································ 30〇ヘリウム危機の現状と今後の課題 ······································································ 33【物性研究所セミナー】 ·················································································· 35【物性研ニュース】〇人事異動 ···························································································· 41〇東京大学物性研究所教員公募について ·································································· 42
編集後記
物性研だよりの購読について

物性研だより第 60 巻第２号
キラル結晶の右手系・左手系で反転する放射状スピン構造を発見······· 坂野 昌人、近藤 猛 ····················· 1
反強磁性金属薄膜におけるテラヘルツ異常ホール効果の観測
松田 拓也、神田 夏輝、肥後 友也、中辻 知、松永 隆佑 ·········· 4
１兆分の１秒で起こる超高速な磁性の変化を元素別に解明 ············ 山本 航平 ······························ 7
表面弾性波によるスキルミオン生成 －発熱を抑えたスキルミオン生成の実現－ ····· 大谷 義近 ·················· 9
第 3 回放射光科学賞受賞研究報告 ·································· 辛 埴 ·································· 12
第 24 回日本放射光学会奨励賞を受賞して ··························· 横山 優一 ······························ 18
NPSCS2020 の優秀ポスター賞を受賞して ·························· 小林 鮎子 ······························ 20
リーディング大学院(MERIT)での 5 年間 ··························· 山田 昌彦 ······························ 22

37

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

客員所員を経験して ·············································· 中西 尚志 ······························ 23
近藤 浩太 ······························ 24
新部 正人 ······························ 25【ISSP ワークショップ】｢次世代放射光へのイノベーション｣ Innovations to the Next-Generation Synchrotron ························· 26【物性研究所セミナー】 ·················································································· 28【物性研ニュース】〇人事異動 ···························································································· 29〇令和元年度外部資金の受入について ···································································· 32
編集後記
物性研だよりの購読について

物性研だより第 60 巻第３号
鉄系材料で室温・ゼロ磁場で世界最高の磁気熱電効果を実現··········· 酒井 明人、中辻 知 ····················· 1
3 次元ディラック半金属 Cd3As2 における室温超高効率テラヘルツ高調波発生の観測
神田 夏輝、池田 達彦、松永 隆佑 ········ 3
世界最強クラスの磁場により強相関絶縁体の金属化を発見 ············ 松田 康弘、村岡 祐治 ··················· 6
機械学習による物性理論の補強-機械学習交換相関汎関数の構築 ······· 永井 瞭 ································ 9
理学系研究科奨励賞を受賞して ···································· 小野 清志郎 ···························· 11
物性研に着任して ················································ 中島 多朗 ······························ 12
物性研を退任して ················································ 柴山 充弘 ······························ 13
外国人客員所員を経験して ········································ Woun KANG ··························· 15
Yogesh Singh ·························· 17【物性研究所短期研究会】〇量子多体計算と第一原理計算の新展開 ·································································· 19〇中性子散乱研究の現状と JRR-3 再稼働後の展望 ························································· 24【ISSP ワークショップ】〇量子物質研究の最近の進展と今後の展望 ································································ 27【物性研究所談話会】 ···················································································· 29【物性研究所セミナー】 ·················································································· 30【物性研究ニュース】〇人事異動 ···························································································· 34
編集後記
物性研だよりの購読について■■■ ■■ ■■物性研だより第 60 巻第 4 号

38物性研だより第 60 巻第４号
真核生物の祖先に最も近縁なアスガルド古細菌の持つ、新奇光受容タンパク質の機能を解明 ········ 井上 圭一 ······· 15d 遷移金属化合物の示す｢多極子秩序｣の観測に成功 ·················· 平井 大悟郎、廣井 善二 ················· 4
創発電磁場によるインダクタ －インダクタの微細化に向けた新原理の実証－ ···· 横内 智行、大谷 義近 ········· 8
反強磁性電子と共生する高温超伝導電子 ~ 銅酸化物高温超伝導体に潜む 30 年来の未解決問題に終止符 ~國定 聡、小濱 芳允、近藤 猛 ············ 11
機械学習を用いた薄膜作製プロセスの高速化 ·················· 大久保 勇男、侯 柱锋、Mikk Lippmaa ········· 13
自己組織化液晶高分子膜の水処理機能：選択的なイオン透過性を支配する水の水素結合構造
渡邉 隆甫、宮脇 淳、山添 康介、原田 慈久 ···· 16
光科学技術研究振興財団 晝馬輝夫光科学賞の受賞について··········· 井上 圭一 ······························ 19
第 14 回日本物理学会若手奨励賞 (領域 8) を受賞して ················ 平井 大悟郎 ···························· 21
令和２年度 物性研究所一般公開の報告 ···························· 常次 宏一 ······························ 24【物性研究所談話会】 ···················································································· 30【物性研究所セミナー】 ·················································································· 31【物性研究ニュース】〇人事異動 ······························································································ 34〇東京大学物性研究所研究員(若手)の公募について ··························································· 35
物性研だより第 60 巻目録（第１号～第４号） ····························································· 37
編集後記
物性研だよりの購読について

39

物性研だより第 60 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

編 集 後 記
丁度、この編集後記を書いているタイミングで、共同利用・共同研究拠点の期末評価調
書を文部科学省に提出したところです。今年度は新型コロナウィルス感染症のため大幅に減りましたが、通常での年間の共同利用課題は 1,000 件に上り、延べの参加人数は 7,000
人を越えます。コミュニティの皆さんのご協力に期末評価作業を担当している者として、厚く御礼申し上げます。さて、今号はいつになく濃くかつバラエティが富んでいるのではないでしょうか。井上先生は 60 号第 1 号にも寄稿されていますが、今回のイントロ部分
は、物性研だよりとしてはとても新鮮な出だしになっているかと思います。銅酸化物の大
小のフェルミ面の観測の成功は、レーザー光電子の超高分解能を活かした上で強磁場でのドハースを組み合わせた先端施設を有する物性研の真骨頂ともいうべきでしょうか。そして、機械学習もあり、と。バーチャル物性研を始めたとしたオンラインで開催した一般公開はとても評判であり、コロナ禍後でもこの潮流は続くことと思います。かなり高度のスキルによって為し得たバーチャル物性研の構築を始め、ライブ配信に向けた多大な尽力に対して、今年度の物性研究所所長賞の ISSP 柏賞が関係者に与えられました。

鈴 木 博 之物性研だよりの購読について
物性研だより発行のメール連絡を希望される方は共同利用係まで連絡願います。
また、物性研だよりの送付について下記の変更がある場合は、お手数ですが共同利用係まで連絡願います。
記
１．送付先住所変更（勤務先⇔自宅等）
２．所属・職名変更
３．氏名修正（誤字脱字等）
４．配信停止５．送付冊数変更（機関送付分）
６．メール配信への変更

変更連絡先：東京大学物性研究所共同利用係〒277-8581 柏市柏の葉 5-1-5
メール：issp-kyodo@issp.u-tokyo.ac.jp