第 62 巻

第4号
2022 年度

第一原理強相関手法により明らかにした量子スピン液体候補物質Pd(dmit)2 塩の性質
高精度ミラーと計算を組み合わせた軟X線顕微鏡を開発­ラベルフリーで細胞内の微細構造を50nmの分解能で可視化­
北海道の砂白金から発見された新種の鉱物、苫前鉱
スキルミオン人工知能素子­スキルミオンを用いた画像認識­
FFLO超伝導が創る空間的異方性
ノンコリニア反強磁性体におけるピエゾ磁気効果による異常ホール効果の符号スイッチングの観測2022

第 62 巻第4号
2022 年度

contents1

1

4

第一原理強相関手法により明らかにした量子スピン液体候補物質 Pd(dmit)2
塩の性質

井戸 康太、吉見 一慶

高精度ミラーと計算を組み合わせた軟 X 線顕微鏡を開発−ラベルフリーで細胞内の微細構造を 50nm の分解能で可視化−
木村 隆志、竹尾 陽子

46

北海道の砂白金から発見された新種の鉱物、苫前鉱

10

スキルミオン人工知能素子

浜根 大輔−スキルミオンを用いた画像認識−
横内 智行、大谷 義近

6

10

13

FFLO 超伝導が創る空間的異方性

16

ノンコリニア反強磁性体におけるピエゾ磁気効果による異常ホール効果の符号スイッチングの観測

今城 周作

肥後 友也、Muhammad Ikhlas、中辻

19｢テラヘルツ科学の最先端 VIII｣最優秀若手研究者賞を受賞して

室谷 悠太

21

MagnEFi conference 2022 の Prize of Best Scientiﬁc Poster を受賞して

石川 卓門

23

外国人客員所員を経験して

26

令和４年度

物性研究所一般公開の報告

13

16

30

【物性研究所短期研究会】○理論タンパク質物性科学の最前線：理論と実験との密な協働

33 【物性研究所談話会】
25

知34 【物性研究所セミナー】
45
46【物性研ニュース】○東京大学物性研究所人事異動一覧

物性研だより第 62 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

Oliver Portugall
川島 直輝

第一原理強相関手法により明らかにした量子スピン
液体候補物質 Pd(dmit)2 塩の性質

物質設計評価施設 大型計算機室
1．はじめに

井戸 康太、吉見 一慶

することができる。この手法は鉄系超伝導体や銅酸化物超

我々が暮らしている社会は、金属や半導体・絶縁体など伝導体に適用されており、それぞれの実験相図を再現したの様々な物質科学研究の上で成り立っている。こうした物

うえで、超伝導発現の微視的機構を明らかにしてきた[2, 3]。

質の性質を理論的に解明し、より高性能な新物質を提案す

MACE のアプローチは、高温超伝導体だけでなくスるためには、物質中の結晶構造の情報から電子構造を理解

ピン液体が発現すると考えられている有機固体にも適できる第一原理計算が有用である。第一原理計算手法とし用され始めている。例えば、有機固体の代表例として、て最も確立している手法として、密度汎関数理論(DFT)がカチオン分子 X と Pd(dmit)2 分子で構成される有機固体挙げられる。DFT では、電子間相互作用を一体の局所ポβ’-X[Pd(dmit)2]2 が挙げられる[4]。β’-X[Pd(dmit)2]2 はテンシャルに効率よく近似することで、電子の多体問題をカチオン分子 X により様々な基底状態を示すことで知られ一体問題として表現している。近年のコンピュータ性能のており、特に X=EtMe3Sb の場合には極低温まで磁性を示向上やソフトウェア開発の進展に伴い、DFT は理論家だ

さない絶縁体であることからスピン液体候補物質としてもけでなく実験家にも利用されてきている。しかし、電子の注目されている[5]。しかしながら、スピンギャップの有多体相互作用を近似的に取り扱っているため、高温超伝導

無などといった基本的な性質については未だ議論が続いて体や量子スピン液体などの量子もつれの強い強相関物質へいた。そこで我々は、上述の MACE を用いて、5 つの典

DFT を適用すると定性的にも間違った結果を得てしまう。

型的な有機固体β’-X[Pd(dmit)2]2 を第一原理的に解析すそのため、強相関物質にも適用できる汎用的な第一原理計ることで、X=EtMe3Sb の場合に量子スピン液体が基底状

算手法は、現在も世界中で開発が進んでいる。

態となるのか、そしてその量子スピン液体はどのような性質

第一原理強相関手法の一つとして、階層的第一原理強相を示すのかを明らかにするために、本研究を行なった[6, 7]。

関電子状態計算手法(MACE)が挙げられる[1]。本手法では、DFT により得られた大域的な電子構造をもとに、フ2．研究結果ェルミエネルギー付近の低エネルギー自由度を記述する有β’-X[Pd(dmit)2]2 の低エネルギー有効ハミルトニアンは、

効ハミルトニアンを導出する。この有効ハミルトニアンを

最局在ワニエ関数法および制限乱雑位相近似により第一原

DFT を超えて高精度に電子相関を取り込める計算手法で理的に導出した。導出されたハミルトニアンは、図 1 のよ

解析することで、強相関物質の電子状態や性質を明らかにうに金属錯体[Pd(dmit)2]2 の二量体が二次元三角格子状に

図 1: 有機固体β’-EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2 の結晶構造と金属錯体層の模式図[6, 7]。パネル a の結晶構造図は、結晶構造ファイル[8]を可視化ソフトウェア VESTA[9]を利用して作成した。金属錯体層では、パネル b のように、三角格子を組んでいる灰色の Pd(dmit)2 の二量体(黒丸)に電子が束縛されている。計算ではパネル c のように正方格子として取り扱っている。

1

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

配置された系として考えられる。導出された 5 つの典型的

さらに平均場的なスペクトルを解析してみたところ、スペ

なβ’- X[Pd(dmit)2]2 の有効ハミルトニアンは、変分モン

クトル形状が二次元的で異方性のある Dirac 的な分散を持

テカルロ法と呼ばれる量子多体ソルバーを用いて解析した。

つことがわかった(図 5 を参照)。スペクトルにおけるギャ

変分モンテカルロ法で用いた試行波動関数には、近年発展

ップレス波数点の位置を解析することにより、量子スピンの著しい人工ニューラルネットワークの一種である制限ボ液体で観測されたスピンギャップレス励起は、スピンが分

ルツマン機械による相関因子を導入している（図 2 を参照）

数化することにより創発したスピノンと呼ばれるフェルミ[10, 11]。これにより、従来困難であった計算精度を系統

粒子の複合励起として解釈できることがわかった。以上の的に改善することができる。

結果は、スピン液体候補物質β’-EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2 では、一次元性と二次元性の両面を秘めた特異な量子スピン液体が実現していることを示唆している。

図 2：本研究で用いた人工ニューラルネットワークである制限ボルツマン機械の模式図[7]。Pd(dmit)2 層の電子配置とニューロン層での四角形の隠れユニットを繋いているネットワークを最適化することで、変分モンテカルロ法の試行波動関数の精度を向上させている。

計算により得られた磁性相とスピン液体相のエネルギー
差を幾何学的フラストレーションの強さでプロットした結フラストレーションが強くなると一次元的な異方性を持つ
三角格子に近づく。我々の結果は、フラストレーションが強くなることで、スピン液体相と磁性相のエネルギー差が縮まり、カチオン分子が EtMe3Sb ではスピン液体相が最安定になることを明らかにした。この数値結果は、実験で測定されたネール温度の振る舞いとも整合する(図 3の下パネルを参照)。このように、我々は 5 つの典型的

a40

スピン液体相の性質を明らかにするために、スピン構造

10

30
20
10
00

なβ’-X[Pd(dmit)2]2 の実験相図を第一原理的に再現することに成功した。

bS (q)

動積分値の差 tc-tb で評価している。この差が小さくなり

図 3：有機固体β’-X[Pd(dmit)2]2 の相図[6, 7]。縦のパネルでは、
本研究で計算した量子スピン液体相と磁性相のエネルギー差をフラストレーションの強さでプロットしている。下のパネルでは、実験で観測されたネール温度をフラストレーションの強さでプロットしている。青色、オレンジで塗られた領域は、それぞれ実験で観測された磁性相と量子スピン液体相が実現する領域を簡易的に表している。

S (q)果を図 3 に示す。フラストレーションの強さは、2 つの移

0.5

1

1.5

qx /π

c

r

2 0

0.5

1

1.5

0

qy /π

d

-1.88(1)|C(ry)||C(rx)|

でのスピン構造因子では同波数でのピークではあるがより10−1

ブロードな二次元的構造が観測された。続いて、量子スピ
ン液体のスピン相関関数を調べた(図 4 c, d を参照)。その結果、一軸方向にのみ冪的な減衰を示すことがわかった。
これは、量子スピン液体相が一次元的なギャップレス励起を有していることを示す。同様の性質はスピンドルーデ重みの測定からも明らかになっているが、本稿では割愛する。

■■■■ ■■

■

10

L=12
L=16
L=20
L=24

−2

1

rx

0

10

−1

10

−2

10

−3

10

−4

10

−5

10

−6

0.5

1

qx /π 1.5

2 0

0.5

1

1.5

2

qy /π

-0.75(2)r因子を測定した(図 4 a, b を参照)。反強磁性相でのスピン構造因子は鋭いピークを持っている一方、量子スピン液体

5

2

10

e

2

4

6

ry

8

10

12

図 4：基底状態のスピン構造因子とスピン相関関数[6]。パネル a、b は、それぞれ X=Me4P、X=EtMe3Sb でのスピン構造因子を表す。パネル c、d では、それぞれ X=EtMe3Sb での x 軸方向および y 軸方向のスピン相関関数の絶対値をプロットしている。

物性研だより第 62 巻第 4 号

2図 5：基底状態から予測したスピノン(パネル a)とスピン(パネル b)の励起構造の模式図[6, 7]。実験では観測できないスピノン(ギザギザ模様のある半円)の複合励起が、実験で観測可能なスピン励起を生み出している。

3．終わりにロー)との共同研究として実施した。本研究では、東京大学

本研究では、人工ニューラルネットワークを活用した強物 性 研 究 所 「 Ohtaka 」 や 東 京 大 学 情 報 基 盤 セ ン タ ー

相関第一原理計算により、β’-X[Pd(dmit)2]2 の低エネル「Oakbridge-CX」、理化学研究所「富岳」といったスーパ

ギー有効ハミルトニアンを解析した。これまでの研究でも、ーコンピュータを計算資源として利用した。本研究は日本

フラストレーションによる量子スピン液体の安定化が議論

学術振興会 科学研究費助成事業(16H06345, 19K14645)とされてきたが、複数のβ’-X[Pd(dmit)2]2 を対象とした網

文部科学省「富岳」成果創出加速プログラム「量子物質の羅的な第一原理計算をすることで、一次元的になるような創発と機能のための基礎科学―「富岳」と最先端実験の密連

フラストレーションが量子スピン液体を実現させているこ

携による革新的強相関電子科学」(JPMXP1020200104)の一とをより明確にした。さらに、量子スピン液体の安定性だ

環として実施された。また、本研究の一部は、スーパーコ

けでなく、実験での基底状態を再現できる量子多体ソルバ

ンピュータ「富岳」の計算資源の提供を受け実施した(課題ーを用いることで、β’-EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2 の有効ハミ番号：hp200132, hp210163）。

ルトニアンで発現する量子スピン液体の性質を明らかにした。今後は、本研究のように、他のスピン液体候補物質や

5．参考文献高 温超伝導体、未だ合成されていない仮想物質へ MACE

[1] M. Imada and T. Miyake, J. Phys. Soc. Jpn. 79,を網羅的に適用することで、量子もつれの強い量子物質で発現する特異な性質の微視的機構を包括的に理解するだけ
でなく、新奇機能物性を有する強相関物質をデザインしていくことも期待される。
こうした MACE による解析をスムーズに実行するために、物性研究所のソフトウェア開発・高度化プロジェクトによる支援のもと、有効ハミルトニアンを導出する
RESPACK[12]、有効ハミルトニアンを解析できる HΦ
[13]や mVMC[14]といったソフトウェアの整備が進んできている。全てオープンソースのソフトウェアとして公開さ112001 (2010).
[2] T. Misawa and M. Imada, Nat. Commun. 5, 5738
(2014).
[3] T. Ohgoe et al. , Phys. Rev. B 101, 045124 (2020).
[4] T. Misawa, K. Yoshimi, and T. Tsumuraya, Phys. Rev.
Research 2, 032072(R) (2020).
[5] K. Kanoda and R. Kato, Annu. Rev. Condens. Matter
Phys. 2, 167 (2011).
[6] K. Ido, K. Yoshimi, T. Misawa and M. Imada, npj
Quantum Materials 7, 48 (2022).

れているため、無料で利用することができる。また、[7] https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=15512

Linux システムである MateriApps LIVE![15]や物性研究[8] R. Kato and C, Hengbo, Crystals 2, 861 (2012).

所の提供する共同利用スーパーコンピュータにプリインス[9] K. Momma and F. Izumi, J. Appl. Crystallogr., 44,

トールされているため、これらの環境ではインストール作

1272 (2011).

業をせずに利用できる。読者の中に興味を持たれた方がい[10] G. Carleo and M. Troyer, Science 355, 602 (2017).

たら、ぜひ一度試してみていただきたい。

[11] Y. Nomura et al., Phys. Rev. B 96, 205152 (2017).
[12] https://sites.google.com/view/kazuma7k6r

4．謝辞
本研究は、三澤 貴宏氏(北京量子信息科学研究院 副研究員)、今田 正俊氏(早稲田大 研究院教授/ 豊田理研 フェ3

物性研だより第 62 巻第 4 号[13] https://www.pasums.issp.u-tokyo.ac.jp/hphi/[14] https://www.pasums.issp.u-tokyo.ac.jp/mvmc/[15] https://cmsi.github.io/MateriAppsLive/■■ ■■ ■ ■ ■

―ラベルフリーで細胞内の微細構造を 50 nm の分解能で可視化―

軌道放射物性研究施設

木村 隆志、竹尾 陽子

高い分解能とさまざまな物性分析技術を持つ X 線顕微

図 1 に開発した軟 X 線顕微鏡の写真とその概略図を示

イメージングは、生物学や材料科学など幅広い領域におす。本顕微鏡は大型放射光施設 SPring-8 の東京大学物質

いて応用が行われている。中でも可視光と比較して 2～3

科学ビームライン BL07LSU に構築した。本ビームライン

桁程度短い波長を持つ軟 X 線は、細胞や高分子材料といでは波長 5.0 nm～0.62 nm の軟 X 線を利用可能であり、った軽元素が多く含まれる不均一な構造の物性を調べる

写真中オレンジ色の筒状の部品が今回軟 X 線顕微鏡用に新に特に適しており、例えば X 線吸収分光と組み合わせて、たに開発した 200 mm 長のウォルターミラーになる。開発

磁性細菌中ナノ粒子の化学状態マッピング[1]や、Li イオ

した顕微鏡の分解能をテストパターンにより評価したとこ

ン電池材料の劣化メカニズムの可視化[2]といった成果もろ、軟 X 線の波長をさまざまに変化させても、50 nm 程

報告されており、電子顕微鏡による観察では試料の厚さ度の分解能で同様の観察が可能であることを確認した。

や損傷が問題になる対象に対して大きな有用性が見出されている。
一方で、軟 X 線はその極端に短い波長のため、可視光と同じようなレンズを用いた顕微鏡を構築することが困難であり、これまではゾーンプレート[3]と言われる、微細パ
ターンを利用した特殊な光学素子による軟 X 線顕微鏡の開発が広く行われてきた。しかし、ゾーンプレートは波長に依存して焦点距離が変わる色収差という性質を持っており、物質の持つさまざまな元素に対応した軟 X 線のイメージングを行うには大きな困難が伴っていた。また、波長が短いということは、それだけ光学素子に求められる作製精度も高くなることを意味しており、この作製精度も軟 X 線顕微
鏡の大きな問題として存在していた。
そこで今回の研究[4]では、ウォルターミラーと呼ばれる高精度な光学素子を導入した新たな軟 X 線顕微鏡の開発に取り組んだ。このウォルターミラーは非球面形状表面に

図 1 開発した軟 X 線顕微鏡の配置(上)と計測装置の内部写真(下)。

おける軟 X 線の全反射現象を利用して集光を行うため、従写真中でのオレンジ色の筒型部品が新たに開発した軟 X 線用全反
射ウォルターミラー。

来問題となっていた色収差が原理的に存在しないため、様々な元素の吸収端に対応した分光計測を行う上で最適な光学素子である。さらに加えて、研究グループではこのウ

また本顕微鏡の応用例を示すために、複数波長の軟 X 線

ォルターミラーを導入した軟 X 線顕微鏡に、タイコグラフ

での細胞試料の計測を行った。試料には、チャイニーズハ

ィ法[5]と呼ばれる新たなイメージング技術を組み合わせ

ムスター卵巣がん細胞を 200 nm の窒化ケイ素薄膜上で培ることで、光学素子の作製精度に影響されない高い分解能

養した後に、パラホルムアルデヒドで化学固定処理を行っの実現を目指した。タイコグラフィ法は近年研究がめざまたものを利用している。細胞の厚さはおよそ 5 μm であり、しく進展している新しいイメージング技術で、干渉性の高電子顕微鏡によって内部の透過観察を行うことが一般的にい光を試料に照射した時に得られる回折パターンを計算機困難な厚さである。軟 X 線は物質と程よく相互作用するたにより再構成することで、非常に高い分解能と感度を実現

め、こうした分厚い試料を薄片化せずそのまま観察するこすることができる。

とが可能である。

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

4図 2 2.1 nm の波長の軟 X 線で計測した細胞像。下段左が軟 X 線の吸収率、下段右が位相シフトによるイメージング結果。軟 X 線吸収像中の点線で囲った領域(a,b,c)を、下部にそれぞれ拡大して示している。

図 2 に軟 X 線で観察した細胞の画像の代表例を示す。タ

[参考文献]

イコグラフィ法では試料の X 線に対する吸収率だけでな[1] X. Zhu, A. P. Hitchcock, D. A. Bazylinski, P. Denes, J.

く、位相のシフト量も定量的に求めることが可能である。

Joseph, U. Lins, S. Marchesini, H. W. Shiu, T.

こうした吸収や位相のイメージングによって、核小体やミTyliszczak,

and

D.

トコンドリア、小胞体と想定されるさまざまな細胞内の構

spectroscopy

andmagnetism

造を高分解能に捉えることに成功した。また、軟 X 線の各

intracellularmagnetosomes

波長でのイメージング結果に、透過像と位相像に大きな違

ptychography,” Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 113,

いがあることが分かった。X 線領域において位相像は感度

E8219–E8227 (2016).

A.

Shapiro,of“Measuring

extracted

using

soft

and
X-ray

の高い計測を行うことができるため、細胞のような透過性[2] T. Sun, G. Sun, F. Yu, Y. Mao, R. Tai, X. Zhang, G. Shao,の高い試料を計測する場合の本軟 X 線顕微鏡の大きな長所

Z. Wang, J. Wang, and J. Zhou, “Soft X-rayになる。

ptychography chemical imaging of degradation in a

今回の細胞試料のイメージングは、炭素や窒素、酸素とよく反応する軟 X 線の波長域を跨いで計測を行っており、

composite surface-reconstructed Li-rich cathode,” ACS
Nano 15, 1475–1485 (2021).

今後軟 X 線の吸収分光分析と組み合わせることで、細胞中[3] B. Rösner, S. Finizio, F. Koch, F. Döring, V. A. Guzenko,の元素分布だけでなく、タンパク質や脂質、核酸、糖とい

M. Langer, E. Kirk, B. Watts, M. Meyer, J. Loroña

ったさまざまな分子の分布をラベルフリーで捉えることがOrnelas, A. Späth, S. Stanescu, S. Swaraj, R. Belkhou,

可能になる。こうした元素選択的な高分解能イメージング

T. Ishikawa, T. F. Keller, B. Gross, M. Poggio, R. H.

技術は、現在広く利用されている可視光蛍光顕微鏡では捉Fink, J. Raabe, A. Kleibert, and C. David, “Soft X-ray

えることの難しい低分子などの分析に力を発揮するものとmicroscopy with 7 nm resolution,” Optica 7, 1602

期待される。

(2020).

また、軟 X 線顕微鏡は物質中の電子状態を調べることに[4] T. Kimura, Y. Takeo, K. Sakurai, N. Furuya, S. Egawa,

よって物性研究にも力を発揮する。今後、装置の改良によ

G. Yamaguchi, Y. Matsuzawa, T. Kume, H. Mimura, M.

る 10 nm 分解能の実現も目指しており、本軟 X 線顕微鏡

Shimura, H. Ohashi, I. Matsuda, and Y. Harada, "Softの特性と合わせて、スピントロニクスなどを活用した次世

X-ray ptychography system using a Wolter mirror for代デバイスの動作環境下で評価などにも取り組んでいく計

achromatic illumination optics," Opt. Express 30,

画である。

26220 (2022).
[5] 4. F. Pfeiffer, “X-ray ptychography,” Nat. Photonics 12,
9–17 (2018).

5

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

北海道の砂白金から発見された新種の鉱物、苫前鉱

物質設計評価施設電子顕微鏡室

浜根 大輔

北海道から発見された新種の鉱物である苫前鉱についての、その当時は砂白金には用途がなかった。この時代はまだ2022 年 9 月 7 日付でプレスリリースを行った。この研究

砂金のみが重宝され、それゆえに砂白金が混入した場合は買活動は記載鉱物学にあたり、それは物質科学の一種でもあい手がつかないか買いたたかれた。しかし、北海道で砂金をるため、試料を得ることが研究の具体的な出発点となる。

採っていると砂白金もまた同時に採れてしまう。そのため採ただ、試料を得るにあたっては地域の歴史文化や人間活動、

掘人は夜な夜な囲炉裏の前で砂白金を指で撥ねることが習または人間臭さが障壁になることがあり、体力や採集技術慣となっていた[２]。この当時、砂白金は苦労して採ったが問われることもある。ここでは科学論文には記されるこ

価値ある砂金を汚す厄介者であり、ゴミ同然であった。

とのない歴史文化的な背景から紹介しようと思う。苫前鉱

北海道の砂白金の大多数を占めるイリジウム-オスミウ

は砂白金から発見された鉱物であるため、まずは砂白金のム合金は通称でイリドスミンと呼ばれ、耐摩耗性に優れる。

ことから話を始めたい。そして話はやがて物性研の目の前

そして、その特徴を生かした製品、万年筆が明治の終わりにある柏の葉公園にたどり着く。そこでは砂白金ありきのから大正の初め頃に登場した(図 2)。万年筆のペンポイン

戦闘機がかつて開発されつつあった。

トとして砂白金(＝イリドスミン)は最適な素材で、この頃

砂白金(さはっきん、すなはっきん)とは「漂砂として堆から砂白金に商品価値が生じて積極的に採掘されるように積した、白金族元素を主成分とする鉱物の総称」で、モノなっている。一方で、砂白金は大きさや形がバラバラなた自体は写真からわかるように銀白色のちいさな粒子である

めに天然物をそのまま利用するやりかたは歩留まりが悪い。

(図 1)。日本で砂白金が発見された(記録された)のは近代

万年筆の量産には砂白金を溶かして小球に加工する技術もに入ろうかという時代であり、明治 23 年(1890 年)に北海

また必要であろう。そしてある時、岡田陽と並木良輔は加道の夕張川および空知川において砂金に混じって見つかっ

工のためにライムライトを思いついた。ライムライトは酸たと伝わる[1]。そして明治 28 年ごろまでにはその砂白金

水素炎で石灰を強熱する際に生じる鮮烈な白色光を指し、がイリジウム-オスミウム合金であることが判明するもの

舞台照明として用いられていた。酸水素炎の温度は

図 1 北海道留萌管内で得られた砂白金(左右 3ｃｍ)■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

62800℃にも達するため純粋なオスミウムでもない限りは溶かすことができる。二人は技術を習得するために写真屋を装って映写技師に師事したという話が伝わっている[3]。
結果的に彼らはペンポイントに適した良質な小球の量産を可能にし、並木は後に並木製作所(現：PILOT 社)を設立
して北海道産砂白金を使った国産万年筆の販売を始めた。
今ではプラズマ溶解でペンポイントが作られている。

図 3 陽春の柏の葉公園。この場はかつて軍用飛行場であり、戦局を覆しうるロケット戦闘機が開発されつつあった。

旧日本軍が砂白金を求めた理由のひとつに秋水(しゅうすい)というロケット戦闘機が大きく関係している。秋水はアメリカの B-29 爆撃機を圧倒的に優位な立場から確実に撃墜できる決定的な戦闘機となるはずだった。私たちが図 2 万年筆のペン先。ペンポイントは今では合成で作られており、そのために配合はメーカーごとに個性がある。いろいろ調べたところ、あるメーカーの製品は北海道産の砂白金と非常によく似た組成ばかりで、そこにはこだわりが感じられた。

勤務する東京大学柏キャンパスに道路を挟んで隣接する柏の葉公園(図 3)。この公園はかつての柏飛行場の跡地に作られており、そこは秋水の基地でもあった。近隣の花野井には秋水の燃料庫跡が今も残されている。その燃料はメタ

国産万年筆が普及し始めたころの北海道では島田千代松

ノール、高濃度過酸化水素、ヒドラジン。当時は高濃度過が頭角を現し、砂白金について現場からの買い付けと道外

酸化水素の生成にプラチナが必要で、戦時下においてそれへの販売を独占するようになっている。島田は自身もかつを国産でまかなうしかなかった。そして、その原料としてては採掘人であったため同僚の性質をたいへん良く理解し北海道の砂白金が用いられたのだった。そのための乱獲でていた。上で紹介したように、砂金を狙う採掘人は囲炉裏あったが、残念なことに北海道の砂白金はプラチナの含有端で砂白金を選別・廃棄する。島田は買い付けのついでに量が少ない[4]。砂白金はやみくもに消費しつくされたあ

採掘人の住居跡も探し歩き、その囲炉裏の灰を集めて砂白

げく、ついに秋水は完成に至らなかった。そして終戦と共金をなんとも効率よく回収したのだった[2]。賢く機先をに砂白金の開拓史も終焉を迎える。産業用途の白金族元素制した島田は大きな成功を収め、自らを「イリジウム王」

は、以降は輸入品が使用されている。

と称した。その称号は北海道産砂白金の主成分であるイリジウムにちなんでいる。

このように戦時下の乱獲が主な要因となって北海道の砂白金は姿を消した。それでも少量ならまだ産出するだろう

時代は下り、昭和 12 年(1937 年)の日華事変を契機としが、昔も今も採掘人は産地を秘匿する。産地を隠したい採て昭和 15 年までには民間への砂白金の提供は止まる。そ掘人の気持ちと公開が前提の研究活動に折り合いをつける

して、戦前では個人操業の域を出なかった砂白金の採掘はことは難しく、試料を確保することが砂白金研究の入り口

戦時下では国策事業として大規模に行われるようになってにして最大の関門となっている。そうした実状もあってかおり、昭和 17-20 年(1942-1945 年)の期間には延べ 85 万

日本では砂白金の研究例が世界に比べると極端に少ない。

人もが動員されている[3]。これは国策事業だったことか

一例として、白金族元素を含む鉱物は世界で 160 種ほど知ら北海道帝国大学では自ら演習林を解放して職員を採掘にられているが、私が手を付けた時点で北海道から産出が確当たらせた。そして、河床は数メートルも掘り下げられ、認されていたのは 15 種ほどでしかなかった。世界の砂白

砂白金は本当に根こそぎ回収されている。なぜそこまでし金産地と北海道の地質環境を考慮してもこれだけ大きな差たのか。実はこの時代、砂白金は万年筆どころではなく重があることはむしろ不自然で、北海道だけ種類が極端に少要な軍事物資になっていた。

ない理由は調査不足としか思えない。つまり、自国で産出

7

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

する砂白金がどのような鉱物で構成されているかについてくるのでまずはそれを除く。大きな礫があらかた消えたのすら、ほとんどわかっていないのが現状である。

ちは、パンニング皿を傾けながら円を描くようにゆすり、

砂白金の代表的な産地は北海道の中軸線上に分布してい水流によって土砂を動かす。このとき土砂がステップの上た。そのため戦時中は中軸線上にある砂白金がとことん掘を通過するように動かすことが肝要で、その際に比重の重り抜かれ、今さらそこを訪ねても採集は難しい。しかし裏い砂金や砂白金はステップに引っかかり、そのほかの土砂を返せば他の場所は乱獲を免れた可能性がある。そこで、はステップの上を通過してすべり落ちる。そうして最終的

北海道の地形や地質を振り返ってみると、北海道の中軸線に砂金や砂白金がパンニング皿に残ることになる。しかし

上、その北部には天塩山地がそびえている。そして、天塩慣れないうちは取りこぼすことも多いので練習はかかせな

山地から西側の留萌管内(天塩町、遠別町、初山別村、羽い。私は一石二鳥を狙い多摩川で練習した。実は多摩川は幌町、苫前町、小平町、苫前市、増毛町)の大部分は、実砂金が採れる(図 5)。

は天塩山地からの土砂が堆積してできた地層である。砂白
金は漂砂であるためその動きも土砂と連動する。それを考慮するとどうだろう。かつて天塩山地にあった砂白金は今となっては留萌管内に眠っているはずである。論文の共著者になってもらった斎藤勝幸氏はそうしたことを知ってか知らずか留萌管内で砂白金の新しい産地をいくつも開拓していた。

図 5 東京都立川市あたりの多摩川で採集した砂金(左右 1cm)とパ
ンニング皿(インセット、左右 40cm)

こうして北海道留萌管内を中心として、南北に 70km、東西に 30km にまたがった範囲で現地調査と採集を行い、苫前町の海岸を含めて計 8 カ所から得られた砂白金を研究に用いた。そして、白金族元素を主成分とする鉱物は 40
図 4 北から南を望んだ苫前町海岸。このあたりは海岸段丘が良く発達しており、雪解けの季節には小さな水路がいくらか生じる。
その水路をよく見ると砂金や砂白金が点在していた(インセット、矢印先)。

種以上が見つかった。ひとつの地域から 40 種も見つかるというのは実は世界でも稀なことで、北海道の砂白金は単純ではなくむしろ複雑で多様であることをまず明らかにすることができた。またこのとき苫前海岸から見つかった未

現代の採掘人である斎藤氏とは縁あって知り合った。そ命名種のひとつが、苫前鉱(とままえこう、学名：

こから交渉を進め、いくつかの産地を案内してもらう話がTomamaeite)として国際鉱物学連合の新鉱物・鉱物・命

まとまった。その一つが苫前町の海岸であり、緩やかな海名委員会から新種の認定を受けることになった。学名は発岸段丘を流れる小さな水路には砂金と砂白金が散在してい見地である苫前町にちなんで名づけ、苫前(とままえ)につるのが見てとれた(図 4)。砂金や砂白金を採集する場合は

いてはアイヌ語で「トマ・オマ・イ(エゾエンゴサクの・

こういった目に見える粒子を拾うほか、パンニング皿を用ある・ところ)」が由来とされている。エゾエンゴサクといた比重選鉱で回収する。一般的なパンニング皿は黒いプ

は北海道の森に春の訪れを告げるべく咲く、青い可憐な花

ラスチック製で、見込みの一部には底から口縁に向かってのことである。アイヌの人々はそれをトマと呼んだ。

細かいステップが設けられている。パンニング皿に土砂を苫前鉱は、Cu3Pt の化学組成で L12 型構造を持つ、天然

入れ、水中で皿を前後左右に小刻みにゆする。すると、ブで生まれた物質(＝鉱物)である。単純な化学組成の物質でラジルナッツ効果によって大きな礫が表層に浮き上がってある苫前鉱を合成実験によって得ることは難しくない。し■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

8

かし、天然での苫前鉱の生成場は限定されており、生成にて中の人たちと言葉を交わした時も「小平町と羽幌町には最適な環境が持続したのも地質学的時間としてはほんの一化石があってうらやましい、苫前町には何もない」と言わ瞬の事だったと考えられる。そのためか苫前鉱は天然ではれたことを覚えている。しかし、このたび新種の鉱物(=

なかなか姿を現さない。出現したとして、それは数十μm

新鉱物)に苫前町の名が刻まれたということで、「苫前町に以下の微細な粒子に過ぎず、ほかの白金族鉱物の包有物とは新鉱物があるのだ」と胸を張って言ってもらえるようにしてわずかに存在するだけである。一般に、その程度の存なったらいいなと思っている。

在度でかつ微細な物質を検出して同定することはたいへん難しい。しかし、それができるのが電子顕微鏡という装置

引用文献であり、私の勤務するこの場は電子顕微鏡室である。果た[1] 松本彬(1928)北海道に於ける砂金及砂白金に就て. 日して無事に苫前鉱という実体を鉱物学的に立証し、新種として確立することができたのだった。学術的な詳細は論文にゆずりたい[5]。

本鑛業會誌, 44, 737-745.
[2] 北村順次郎（1977)士別の砂金掘り物語 及川善之進翁のこと. 続.士別よもやま話, 士別郷土研究会,
pp.192(p.89-102)[3] 弥永芳子 (2006) 砂白金～その歴史と科学～. 文葉社,
pp233.
[4] 鈴木醇 (1950) 北海道の砂白金鉱床. 北海道地質要報,
14, 1-41.
[5] Nishio-Hamane D., Saito K. (2022) Platinum–groupminerals in the placer deposit in northwestern
Hokkaido, Japan: description of a new mineral,
tomamaeite.

Journalof

Mineralogical

Petrological Sciences, 117, 009.

図 6 苫前鉱を含む砂白金(a)、苫前鉱が密集する箇所の走査型電子顕微鏡写真(b)、苫前鉱の透過型電子顕微鏡写真(c)とそのシミュレーション像(c インセット)、および苫前鉱の結晶構造(d)。苫前鉱は砂白金(a)を構成する鉱物の一つで、最大で 20μm 程度の不定形な微細粒子として含まれており(b)、透過型電子顕微鏡を用いて主成分であるプラチナ(Pt)と銅(Cu)の配列が観察された(c)。その結晶構造はサイコロのような立方体の隅にプラチナ原子を置き、面の中央に銅原子を置いた姿となる(d)。

苫前町を南北に挟む小平町(南)と羽幌町(北)はアンモナ
イトの化石が産出することで古くから愛好家にはよく知られていた。ところがその間にある苫前町は化石についてはあまり振るわなかったようで、苫前町の教育委員会を訪ね
9

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

and

スキルミオン人工知能素子－スキルミオンを用いた画像認識－

東京大学総合文化研究科

横内 智行

物性研究所ナノスケール物性研究部門

大谷 義近

研究背景
近年、人工ニューラルネットワークモデルを用いた機械学習が画像認識や機械翻訳などで高い性能を示すことが明らかになり、大きな注目を集めている。一方で、人工ニュ
ーラルネットワークモデルを従来型の演算素子で実行する
際の大きな消費電力への対策は喫緊の課題となっている。
また、従来の演算素子は微細化の限界に近づいており、これ以上の集積化・高性能化が難しいという問題もある。そこで近年、人工ニューラルネットワークモデルの実行に特化した「人工知能素子(ニューロモルフィック素子)」の研究が盛んに行われており、これまでにさまざまな人工知能素子が提唱されてきている。その中の一つに、物理リザバ
ー計算素子がある[1]。リザバー計算とは、ニューラルネッ
トワークの一種である。通常のニューラルネットワークでは、ネットワーク内の全ての重みを最適化するのに対し、リザバー計算では、出力の重みのみを最適化し、出力以外の部分(リザバー)は、固定した重みで入力信号を変換する

図 1 本研究の概念図 (a)リザバー計算の概念図 (b) 物理リザバ
ーの概念図。図(a)のリザバーを物理系で置き換えたものが物理リザバーである。本研究では、物理系にスキルミオンを用いた。

役割を担っている(図 1a)。ある物理系に信号を入力した際の応答が、リザバー部における入力信号の変換と同じ振る

スキルミオンには磁場をかけると、大きさが変化したり、舞いを示すことがある。したがって、リザバーを物理系で生成・消失したりして変形するというダイナミクスが生じ代用することが可能であり、そのようなものを物理リザバる。まず我々は、この磁場によるスキルミオンダイナミクーと呼ぶ(図 1b)。

スが物理リザバーに要求される、①入力信号を非線形に変これまで物理リザバーとして、様々な物理系が注目を集換し出力する性質や②出力が現在の入力だけでなく過去のめてきた。その中の一つに、スキルミオンを用いたものが入力にも依存するという性質を持っていることを明らかにある[2]。スキルミオンとは、粒子状のトポロジカルスピン

した。最初に、スキルミオンが形成される白金(Pt)/コバル構造である[3]。特に、スキルミオンは従来のスピン構造にト(Co)/イリジウム(Ir)積層薄膜を成膜し、十字状の形に加比べ低消費電力で操作が可能であり、小さいものでは直径工した。そして、この十字状の素子を並列に接続することが数ナノメートルである。したがって、スキルミオンを人で、スキルミオン物理リザバー素子を作製した(図 2)。こ工知能素子に用いることで、低消費電力かつ高集積・高性のスキルミオン物理リザバー素子では、入力が磁場、出力能な人工知能素子の実現が期待されている。しかし、これが磁化の値となる。このとき磁化の値はスキルミオンの状までスキルミオン物理リザバー素子の性能は実験的には十態を反映する。時間変動する外部磁場をかけたときのスキ

分には調べられていなかった。

ルミオンの状態と磁化の値を、それぞれ磁気構造を観察できるカー顕微鏡と磁化の値を反映する異常ホール効果を用実験結果

いて、詳細に調べた。その結果、外部磁化に誘起されたス

本研究では、磁場誘起のスキルミオンダイナミクスに基づ

キルミオンダイナミクスによる磁化の値の変化が、入力しく物理リザバー素子を作成し、その性能を詳細に調べた[4]。

た磁場に対して非線形であること、現在の入力だけでなく■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

10図 2 スキルミオン物理リザバー素子の概念図 十字状に加工したスキルミオン薄膜を並べて作製した、スキル
ミオン物理リザバー素子を模式的に示したもの。十字状の素子はカー顕微鏡を用いて撮影した実際の磁気構造である。入力信号は、それぞれの十字状の素子で変換される。その変換された信号をある重みで重み付けした
後、足し合わせたものが、最終的な出力となる

過去の入力信号にも依存していることが明らかになった。

膜の Co の厚さを変化させ物質定数を制御することで、形

このことから、磁場誘起のスキルミオンダイナミクスは物成するスキルミオンの数が異なる複数の物理リザバー素子

理リザバー素子に要求される性質を持っており、スキルミを作製した。そして、スキルミオン数に対する波形認識問題

オンが物理リザバー素子に応用可能であることが分かった。

の認識率の依存性を調べた。その結果、スキルミオンの数が次に、スキルミオン物理リザバー素子を用いて、人工知

増えるにつれ波形認識の認識率が高くなる傾向があること

能素子の性能評価手法の一つである、波形認識問題が実行を発見した。このことは、スキルミオンを用いることで物理可能であることを確認した(図 3)。波形認識問題とは、入リザバー素子の高性能化につながる可能性を示している。

力の波形に対応した値を出力する問題である。今回の場合、最後に、同様のスキルミオン物理リザバー素子を用いて、サイン波と矩形波のランダムな組み合わせを入力し、入力

波形識別よりもより複雑かつ実用的な識別問題である、手がサイン波なら 1、矩形波なら-1 を出力する(図 3a)。図書き数字識別問題を実行できることを確認した。まず、0 か

3b に示したように、入力信号はスキルミオン物理リザバー

ら 9 までのさまざまな人が書いた手書き数字(図 4a)を、スにより変換される。物理リザバーからの出力を適切な係数

キルミオン物理リザバー素子に入力できるように前処理をで線形変換した最終的な出力は適切な値を出力しており、施した。データセットには、手書き数字識別問題で広く使スキルミオン物理リザバーが波形認識問題を実行可能であわれている Mixed National Institute of Standards andることが明らかになった(図 3c)。さらに、Pt/Co/Ir 積層薄Technology database (MNIST)を用いた[5]。そして、合計

図 3 スキルミオン物理リザバー素子による波形認識 (a)入力信号の波形。入力信号は、サイン波(赤)と矩形波(青)のランダムな組み合わせとする。(b)入力信号をスキルミオン物理リザバー素子により変換した波形。(c)最終的な出力(灰色)と正しい値(赤と青）。スキルミオン
物理リザバーで変換した信号をある重みで足し合わせたものが最終的な出力となる。入力信号がサイン波なら出力が 1、矩形波なら-1 となるように、重みを最適化(学習)する。データを前半と後半に分け、最適化には前半のデータを用いた。学習に用いてない後半のデータ(テスト)に対しても、正しい出力が得られることが分かる。

11

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

で 13,000 個の手書き数字のデータをスキルミオン物理リ

JPMJPR17I3)、旭硝子財団、村田学術振興財団による支ザバー素子に入力し、学習させた。その後、学習データに援を受けて行われました。

含まれない 0 から 9 までの手書数字データを識別できるかをテストしたところ、スキルミオン物理リザバー素子は、

1.

G. Tanaka, et al. Neural Networks 115, 100 (2019).

95％近い認識率を得ることができた(図 4b)。この認識率

2.

D. Prychynenko, et al. Phys. Rev. Appl. 9, 014034(2018).

は、これまで報告された人工知能素子における手書き数字
識別の認識率に匹敵するものであり、スキルミオン物理リ

3.

(2013).

ザバー素子を人工知能素子として利用できる可能性がある
4.

ことを示している。

N. Nagaosa, & Y. Tokura, Nature Nanotech. 8, 899
T. Yokouchi et al., Science Advances 8, eabq5652(2022).

5.

Y. LeCun, et al., Proceedings of the IEEE, 86, 2278
(1998).

6.

T. Yokouchi et al., Nature Nanotech. 15, 361 (2022).

図 4 スキルミオン物理リザバー素子による手書き数字認識 (a)手書き数字識別で使用した手書き数字のいくつかの例。 (b)実際に入力した数字とスキルミオンが予想した数字の関係。色は該当す
るデータの数を示し、濃い色はデータ数が多いことを示す。対角
線上は、実際の数字とスキルミオンが予想した数字が一致した場合に該当する。95％近い認識率が得られた。

まとめと展望本研究では、スキルミオンの変形を用いて人工知能素子を作製することが可能であることが明らかになった。一方で、
今回入力信号として用いた磁場は素子の微細化が難しいという問題点がある。今後、本研究で得られた知見を基に、磁場の代わりに電流や表面弾性波[6]といったより微細化に適した信号を入力とした、スキルミオン人工知能素子の研究を進めることで、スキルミオンを用いた低消費電力かつ高集積・高性能な人工知能素子の実現につながると期待できる。

謝辞
本研究は、物質・材料研究機構磁性スピントロニクス材
料研究拠点の杉本聡志研究員、葛西伸哉グループリーダー、
アダム・ミツキェヴィチ大学物理学科のビヴァス・ラナ助
教授、理化学研究所創発物性科学研究センターの小川直毅
チームリーダー、東京大学大学院工学系研究科の関真一郎
准教授、東京大学総合文化研究科の塩見雄毅准教授との共同研究です。また、本研究は、日本学術振興会(JSPS)科学研究費助成事業基盤研究 A(18H03685, 20H00349,

21H04440) 、 同 基 盤 研 究 B(21H01794) 、 同 若 手 研 究(19K14667)、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進
事業 個人型研究 さきがけ(JPMJPR18L3, JPMJPR18L5,■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

12

FFLO 超伝導が創る空間的異方性

物性研究所附属国際超強磁場科学研究施設
超伝導は 1911 年に Onnes により発見された量子現象で今城 周作実証できるはずである。

あり、電気抵抗ゼロやマイスナー効果等の性質を示す。超ここまで理論的な背景を紹介したが、現実では FFLO

伝導の発現機構を説明するために発見後の約半世紀間で状態がどのような条件で現れるか考えよう。まず、低磁場

様 々 な 研 究 が 行 わ れ 、 1957 年 に Bardeen, Cooper,で安定な BCS 状態がゼーマン効果によって完全に抑制さSchrieffer によって提案された微視的理論(BCS 理論)によれるには、パウリ極限と呼ばれるスピン分極エネルギーがり大枠が解明された。BCS 理論では、電子-格子相互作用

凝縮エネルギーを上回る強磁場以上である必要がある。パを介して電子間に引力が生じて電子対(クーパー対)が形成

ウリ極限以上では BCS 状態は破壊され、一方、FFLO 状

され、電子対の凝集状態となって超伝導状態が現れる。こ態は空間的に変調することでスピン分極のエネルギーでのの際、クーパー対となる 2 つの電子はそれぞれアップスピ

利得分だけ生き残ることができる。しかし、ここで注意しンとダウンスピンをもち、お互いに正反対の運動量 k と−たいのは、超伝導はスピンによるゼーマン効果だけでなく、k を有すると仮定されている。この BCS 理論は単体金属

電荷によるローレンツ力の影響も受ける。これは軌道破壊

で現れるような超伝導状態の振舞いをよく説明するが、高効果と呼ばれ、通常の超伝導体ではフェルミ速度が大きい

温超伝導体等では BCS 理論の枠から逸脱するため、非従ために、ゼーマン効果より強く軌道破壊効果が働き、パウ来型超伝導と呼ばれている。

リ極限よりもはるか低磁場で超伝導自体が抑制されてしま

エキゾチックな非従来型超伝導の一つとして、1964 年

うため FFLO 状態が現れる余地はない。極端に電子の有に Fulde と Ferrell [1]、Larkin と Ovchinnikov [2]が同年

効質量が大きくなければ軌道破壊効果は回避できないため、に 別 々 で 理 論 的 に 提 案 し た Fulde–Ferrell–Larkin–

重い電子系超伝導か低次元超伝導の伝導方向に平行に磁場

Ovchinnikov (FFLO)状態が知られている。図 1(a)に示すをかけるような特異な場合でなければ FFLO 状態は実現

ように、BCS 理論における k と−k の電子による対ではなしない。更に、電子の平均自由行程が実空間変調の周期よ

く、FFLO 状態では k と−k+q の電子による対形成が考えり十分長くなければ、散乱によって変調構造が抑制されてられており、クーパー対が有限の重心運動量 q をもつ。たしまうため、FFLO 状態の実現には極めてクリーンな電子

だ、BCS 的なクーパー対に比べ、q の存在により相手の電系が必要となる。

子がフェルミ面上から外れて対となることができず凝縮エネルギーで損をし、q の分だけ運動エネルギーが高くなることを考えると、不利な対形成であることが予想できる。
しかし、強磁場中では状況は変わり、ゼーマン効果によってアップスピンとダウンスピンで分裂したフェルミ面では
BCS 的対形成は不安定化され、逆に q によっては FFLO
状態が安定となる場合がある。
FFLO 状態が現れると q の存在により秩序変数が変化する。超伝導を特徴付ける超伝導ギャップ関数 Δ に更にcos(qr)という項が追加される訳であるが、これは図 1(b)のようにギャップが q の方向に沿って実空間上で周期的に変調した構造を示すことを意味している。この空間変調性
が FFLO 状態の最大の特徴の一つであり、この空間変調
性は q の方向に依存した空間的な異方性を示す。逆に言えば、空間的異方性を検出することで FFLO 状態の存在を13

物性研だより第 62 巻第 4 号

図 1 (a) BCS 状態と FFLO 状態におけるフェルミ面上での電子対形成の概略図。(b) FFLO 状態における超伝導秩序変数 Δ の実空間変調構造。超伝導部分(赤)と常伝導部分(青)が q に沿って実空間で周期的に現れる。

■■ ■■ ■ ■ ■

上述の問題により、現在も FFLO 状態を示すと考えらもしフェルミ面が三次元的に完全に等方的な場合は磁場れている候補物質は非常に限られている。その中で特に有方向に対して平行にqが向くことが予想されている。ここ

力な物質群として、有機分子の π 電子が伝導を担う分子性ではc軸方向に磁場が印加されており、今回の結果とは異超伝導体が知られている。有機分子は特異な分子形状を有なるように思える。ただ、前述したように分子性導体は低するため、欠陥や不純物が入りにくく、純良な単結晶が得次元系であるため、ネスティングの議論が重要となる。

られる。また、分子形状に依存して異方的に π 電子が広がFFLO状態はkと−k+qの対形成であり、フェルミ面を反転っているため、低次元電子系となりやすい。つまり、分子した上でqだけ並行移動させたフェルミ面とのネスティン

性超伝導体の伝導面に水平に磁場を印加することで FFLO

グが良いと凝縮エネルギーの点で有利である。先行研究の状態が現れる条件が満たされる可能性がある。ただ、分子バンド計算によってκ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 のフェル性化合物は微小単結晶でしか得られない場合が多く、非常

ミ面やスピン感受率の波数依存性は詳しく計算されておりに脆弱であるため、実験上取り扱いが難しい。更に、実際[5]、最もネスティングの強い方向はkb 方向であることがに FFLO 状態を発現させるには極低温で伝導面内に 1°以

わかっている。つまり、このネスティングベクトルを使っ内の精度で強磁場を印加する必要があるため、実行できるて二次元FFLO状態が実現し、qは磁場方向によらずb軸方測定手法は限られ、実験的研究は多くなかった。また、電向に固定されていることが今回の結果から導かれる。

気抵抗はゼロであり、BCS 状態が抑制されるほど強磁場ではエネルギー的に常伝導状態に近くなっているため、電気輸送的にも熱力学的にも FFLO 状態への転移は非常に変化が小さく、超伝導に敏感な高精度の測定が必要とされる。
本研究 [3]では、κ-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 という有機超伝導体を研究対象とした。この物質は物性研の現所長である森初果氏が世界初の 10 ケルビン級有機超伝導体として 30 年以上前に発見した物質である [4]。この物質に対し、パルス強磁場中で磁場方向を 0.1°以内の精度で制御しながら二方向同時の縦波超音波測定を行なった。有機物の超音波測定の例は非常に少ないが、超伝導転移に非常に敏感であることが知られている。この測定によって得られた 1.6 ケルビンにおける音速の磁場変化が図 2 である。磁場は伝導面内 c 軸に平行に印加されており、音波の変位 uはそれぞれ b 軸(青)、c 軸(赤)に平行である。電気抵抗測定からは 25 テスラ以下が超伝導状態であることが確認されている。低磁場領域では両者のデータに大きな差は見ら

図 2 面内磁場中の音速の磁場依存性。赤と青はそれぞれ音波の進
行方向・変位方向が b 軸と c 軸に平行である。中図は空間変調に対する音波方向と軸方向の概略を示している。

れないが、21-25 テスラの磁場領域では異なる振舞いを示す。つまり、この異方性を示す超伝導領域は FFLO 状態

ただ、他にも有効なネスティングベクトルがあるため、による空間変調が現れている。実際、先行研究から κ-q が複数存在して複雑な異方性が現れ、その異方性の一面(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2 のパウリ極限は約 21 テスラと予を見ている可能性は否定できない。実際に低磁場の超伝導想されており、今回の結果と矛盾しない。このように直接状態の対称性は複数の対称性成分が重なって複雑であると的に FFLO 状態の空間的異方性を検出した例は本研究がいう提案がある。もし複数の変調が重なった multi-q 状

初めてであり、これにより q の方向を決定することが可能態の場合、トポロジカル的に非自明な変調構造を創発するとなる。今回の u||b のデータでは、音速が増大する特徴的可能性もあり、今後は更に深い理解が求められる。今回はなピーク構造を示す。空間変調による超周期構造がその方

実験の都合上、磁場方向を c 軸に向けた実験しか実施でき向の弾性定数を増大させること考えると、今回の異方性はなかったが、今後他方向面内磁場中の実験によってこのよ

この FFLO 状態の q は b に平行な方向に向いていると考うな議論が可能となってくると考えられ、FFLO 状態の理えるのが自然である。

解が更に進んでくると期待される。

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

14謝辞
本研究は、東京大学物性研究所の野村肇宏氏、小濱芳允氏、
金道浩一氏との共同研究で行われました。また、JSPS 科
研費(JP20K14406, JP22H04466, JP20K14403, JP22 H
00104)の支援のもと遂行されました。

参考文献[1] P. Fulde, & R. A. Ferrell, Phys. Rev. 35, A550 (1964).
[2] A. I. Larkin, & Y. M. Ovchinnikov, Zh. Eksp. Teor. Fiz.
47, 1136 (1964).
[3] S. Imajo et al, Nat. Commun. 13, 5590 (2022).
[4] H. Urayama et al., Chem. Lett. 17, 55 (1988).
[5] D. Guterding et al., Phys. Rev. B 94, 024515 (2016).

15

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

ノンコリニア反強磁性体におけるピエゾ磁気効果による異常ホール効果の符号スイッチングの観測

量子物質研究グループ 肥後 友也
Muhammad Ikhlas
中辻 知【研究の背景】「1」の情報に対応する電気的信号を検出・制御する技術

現在、コンピュータやスマートフォンにおける情報処理の開発が必要とされていました。

には電力供給をしないと情報が失われてしまう揮発性の半導体メモリが用いられています。近年のインターネットの【実験結果】

普及による社会の高度情報化は著しく、爆発的に増加する

我々の研究グループでは Mn と Sn からなる反強磁性体

情報を低消費電力で処理するために電源オフ状態でも情報

Mn3Sn の研究を行っており、反強磁性体では検出が困難

が失われない不揮発性メモリの開発が行われています。強だと信じられてきた異常ホール効果や異常ネルンスト効果、磁性体を用いた磁気抵抗メモリ(MRAM)は、低消費電力

磁気光学カー効果などの読み出し信号を室温で検出できる性と共に高書き換え耐性を満たし得る不揮発性メモリとしことを明らかにしてきました[1-3]。これらの信号が得らて研究が進められ、近年実用化が進んでいます。MRAMれる理由は、Mn3Sn のノンコリニア反強磁性秩序が強磁の更なる高速化や高密度化を実現する研究開発指針の 1 つ性秩序の場合と同様に巨視的に時間反転対称性を破っていとして、強磁性体を反強磁性体で代替することが検討されるためです。強磁性体の場合の磁気秩序変数は磁化ですが、ています。なぜなら、反強磁性体では情報の記憶速度がピ

Mn3Sn の場合にはクラスター磁気八極子 [4](図 1a)がそコ秒(従来の強磁性体の 100~1000 倍)になることが期待さの役割を担っており、磁気八極子を制御することで上記のれる、また、スピンが互いの磁化を打ち消し合う配置にな

読み出し信号のコントロールが可能です。これまで、クラり正味の磁化を持たないため、従来より 100 倍速い演算がスター磁気八極子を制御する手法として磁場[1]や電流可能、かつ、高密度な MRAM が原理上実現可能であるた[5,6]が用いられてきましたが、本研究では歪みに着目しめです。一方で、反強磁性体を用いるためには「0」とました[7]。純良な Mn3Sn 単結晶試料を用いて、ピストン

図 1：(a) Mn3Sn の磁気構造。Mn3Sn は c 軸方向に磁性原子のマンガン(Mn、ピンクと青の球)からなるカゴメ格子が交互に積層した構造を持ちます。430 K(約 150 ℃)以下で、Mn のスピンが逆 120 度構造と呼ばれるノンコリニア反強磁性秩序を示します。二層のカゴ
メ格子上のスピン(ピンク、青の矢印)を見ると、六角形で示されているクラスター磁気八極子と呼ばれる 6 つのスピンからなるユニットが同じ方向にそろっていることがわかります。黒矢印(K)は磁気八極子偏極の向きを示しています。(b) 引張方向と圧縮方向へ一軸性の歪みを高精度、かつ、幅広い範囲で加えることが可能な抵抗測定用圧電歪みステージ。ピエゾアクチュエータによって図の横方向に稼働する 2 枚の Ti 製プレートの上に棒状に加工した Mn3Sn を固定し、抵抗率と異常ホール効果の測定を行います。

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

16

シリンダー型の一軸圧力セルでの磁化の圧力応答を測定しする振る舞いが観測され、ノンコリニア反強磁性体

た結果、一軸圧力に対し自発磁化 MS が線形に増大するピ

Mn3Sn では歪みにより信号が非常に高効率に制御できる

エゾ磁気効果を観測しました。また、Mn3Sn がこれまでことが分かりました。これまでの強磁性体での研究では磁報告されてきた中で最大級のピエゾ磁気係数 ~0.03 mμB化の方向に対応してホール信号が変化していました。その

f.u.-1 MPa-1 を室温で示すことが分かりました。さらに、

一方で、Mn3Sn ではピエゾ磁気効果により生じる微小な電気輸送特性の測定を行いながら試料の引張方向と圧縮方

磁化 MS とホール信号(クラスター磁気八極子偏極 K)が歪向の両方に一軸性の歪みを高精度、かつ、幅広い範囲で加みによって別々に制御できることを実験と理論の双方の研えることが可能な抵抗測定用圧電歪み測定ステージ(図究から明らかにしました(図 3)。

1b)を開発し、歪みによる異常ホール信号の変化を室温において測定しました(図 2a)。通常、異常ホール効果など【まとめと今後の展開】の電気輸送特性に観測可能なほどの変化をもたらすには、

反強磁性体を用いた電子デバイスの開発には薄膜が必要

1%程度の歪みが必要でした。しかし、本研究では 0.1%程です。現在、各国の研究グループが Mn3Sn および関連物

度の非常に小さな歪みで異常ホール効果のつくるホール

質の薄膜の開発に取り組んでおり、その膜界面物性に着目

信号を変化させることに成功しました(図 2b)。ホール信

した反強磁性スピントロニクス分野[8]での研究が活発化

号は単に大きさが変化しただけでなく、その符号まで反転しています。薄膜では、基板との格子不整合や圧電材料を用いることで、歪み効果が異常ホール効果をはじめとする
読み出し信号を制御することが可能です。実際、Mn3Sn
薄膜を用いた電流でホール信号を反転することが可能なデバイス(スピン軌道トルク磁気反転デバイス)において、歪みによる垂直磁気異方性を導入することで、ホール信号が高効率に電気的に制御できることが明らかになるなど、歪みによる新たな信号の制御の技術の開発につながっています[6]。本研究で開発された歪みによる反強磁性体の磁気状態の高度な制御技術は、上記のホール信号の電気的制御

図 2：(a) 歪み下での異常ホール効果の測定構成の概要図。ここでは x 方向への引っ張り歪み下で、試料の z 軸方向に発生するホール電圧 VH を測定している。Hy は外部磁場、I は電流、εxx は x 方向への歪みを示している。(b) さまざまな歪み
εxx 下での Mn3Sn のホール抵抗率の磁場依存性。

をより高速、低消費電力で実現するための重要な指針となります。今後、MRAM をはじめ、さまざまな磁気デバイスの高機能化に関する研究に本技術が展開されることが期待されます。

また、本研究で読み出し信号として用いた異常ホール効
果はノンコリニア反強磁性体 Mn3Sn が持つトポロジカル電子状態であるワイル半金属状態に由来しています[9]。
物質のトポロジーに由来する性質は、近年の固体物理学において大きな注目を集めており、ワイル半金属状態の電気的な制御は学術的に大変興味が持たれています。今回開発した一軸性の歪みによる符号の反転を含めた異常ホール効果の制御手法は、これまで観測できなかったワイル半金属状態における新しい現象の開拓へつながることが期待されます。

図 3：Mn3Sn では一軸性歪みの符号によって、ピエゾ磁気効果によって生じる微小磁化 MS と Mn3Sn の異常ホール効果の起源であるクラスター磁気八極子偏極 K の向きを独立に制御できる。

17

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

【謝辞】
本研究は東大物性研/ブリティッシュコロンビア大の S.
Dasgupta 氏、中央大の橘高 俊一郎氏、バーミンガム大の C. W. Hicks 氏、コーネル大の B. J. Ramshaw 氏、F.
Theuss 氏、ジョンズホプキンス大学の O. Tchernyshyov
氏との共同研究により行われました。ここに感謝を申し上げます。

【引用文献】[1] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, and T. Higo, Nature 527,
212 (2015).
[2] M. Ikhlas, T. Tomita et al., Nature Phys. 13, 1085
(2017).
[3] T. Higo et al., Nature Photon. 12, 73 (2018).
[4] M.-T. Suzuki et al., Phys. Rev. B 95, 094406 (2017).
[5] H. Tsai, T. Higo et al., Nature 580, 608 (2020).
[6] T. Higo, K. Kondou et al., Nature 607, 474 (2022).
[7] M. Ikhlas, S. Dasgupta, F. Theuss, T. Higo, S. Kittaka,
B. J. Ramshaw, O. Tchernyshyov, C. W. Hicks and S.
Nakatsuji, Nature Phys. 18, 1086 (2022).
[8] T. Jungwirth et al., 11, 231 (2016).
[9] K. Kuroda, T. Tomita et al., Nature Mater. 16, 1090
(2017).

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

18

｢テラヘルツ科学の最先端 VIII｣ 最優秀若手研究者賞を受賞して

極限コヒーレント光科学研究センター 松永研究室 特任研究員

室谷 悠太

2021 年 11 月 24・25 日に行われたシンポジウム「テラ平 教授らのご協力をいただきました。また、プローブ光

ヘルツ科学の最先端 VIII」において、最優秀若手研究者には周波数 12-45 THz を一度にカバーする広帯域マルチ賞を受賞する栄誉に与りました[1]。この賞は、学術の向テラヘルツパルスを用いました。このパルスを用いた超高上に貢献する優秀な発表を行った若手研究者 1 名に授与さ

速分光技術は神田夏輝 助教らによって開発されたものでれるものです。授賞式は 2021 年 11 月 25 日にオンライン

す[3]。以上の実験系を用いて Cd3As2 薄膜に励起光を照射で行われました。発表に対して賞を頂くのは今回が初めてしている間の吸収スペクトルを測ったところ、励起光の周で、大変嬉しく思っております。物性研だよりへの寄稿も波数(30 THz)を挟んで低周波側に吸収ピーク、高周波側

早くから打診を受けていましたが、関連論文が出版されたに光学利得のピークが現れることが分かりました。これはら……と考えているうちに、一年が経過してしまいました。

従来の理論では全く予想されていなかった応答です。

先日ようやく論文が出版され [2]、ついに本稿に手を付け

物性研の池田達彦 助教との共同研究により、この現象

る運びとなったわけです。研究者の皆様は百も承知だと思はポンプ光と共鳴する遷移周波数を持ったフロッケ状態間いますが、査読とはままならないものですね。

の遷移に起因するものであることを示しました。この過程

受賞対象となった発表のタイトルは「テラヘルツ駆動さが見落とされていたのは、光電場との二次の相互作用を媒れたディラック半金属 Cd3As2 における誘導レイリー散乱

介する「反磁性結合」が軽視されていたことによります。

と室温無散逸スローライト生成」です。根底にあるのはフ平衡状態では反磁性結合は光吸収に寄与しないのですが、

ロッケ・エンジニアリングと呼ばれる現象への興味です。

励起光が当たっている間は無視できなくなるのです。以上

エネルギーバンドを持つ固体にレーザー光を当てると、電の微視的な理解から巨視的な有効模型を作ることで、この子が光子の衣をまとって「フロッケ状態」と呼ばれる状態

現象がプラズマ振動にアシストされた誘導レイリー散乱とを作り、新たな物性を発現することが予想されています。

みなせることも示しました。誘導レイリー散乱は、光励起

フロッケ状態が形成されること自体はトポロジカル絶縁体

された領域の屈折率が変化することで励起光がプローブ光を対象に角度分解光電子分光によって確かめられていますと同じ向きに回折され、吸収や光学利得を引き起こす現象

が、電気伝導や光吸収といった基本的物性にフロッケ状態です。個々の電子は反磁性結合を介して少しずつ屈折率をがどのような影響を与えるかはこれまで明らかになってい変えますが、固体中には電子がたくさんあるため、それらませんでした。

が積み重なって巨大な屈折率変化に至ります。その現れのそこで、松永研では三次元ディラック半金属 Cd3As2 に注目してフロッケ状態の研究を進めてきました。ディラッ

一つがプラズマ振動の顕著なブルーシフトであり、もう一つが巨大な誘導レイリー散乱であったわけです。

ク半金属は、普通の金属と違って、自由電子が質量 0 の粒

誘導レイリー散乱に付随する現象として、本研究では子として振る舞う物質群です。このことから、電子が散乱

100 GHz 近い帯域幅にわたって光の群速度が 300 分の 1を受けにくい、長波長の光でもバンド間遷移が可能といっ程度に小さくなる様子も観測しました。このようにして光た特徴が現れ、フロッケ・エンジニアリングを実践するのの群遅延を操作することはスローライト生成と呼ばれ、光に適した舞台となっています。光吸収による加熱を抑えて情報処理の一翼を担うものとして期待が持たれています。

フロッケ状態を作るために、励起光には光子エネルギー

金属的な物質は誘導レイリー散乱のようなコヒーレントなの低いマルチテラヘルツ波を用いました。周波数にして現象には向かないと考えられがちですが、決してそんなこ

10-60 THz 程度のマルチテラヘルツ帯は従来の技術では精とはなく、むしろ短パルスのスローライト生成には有利で密な分光が難しく、比較的最近になって技術開発が進んであることが分かりました。以上のように、フロッケ・エン

きた帯域です。高強度マルチテラヘルツ光源の開発には松ジニアリングの考え方によって物質の新しい機能性を引き

永隆佑 准教授だけでなく、物性研の𠮷信淳 教授、小林洋

出すことができたと考えています。

19

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

これまで述べてきたように、本研究並びに今回の受賞は多くの物性研関係者のご協力の上に実現したものです。筆者自身、物性研研究員として研究室を越えていくつかの共同研究に携わっています。皆様に感謝するとともに、物性研内外での交流を通じて物性物理の理解をさらに推し進めていきたいと考えています。

参考文献
[1]

シンポジウム公式ページ
http://www.thzscience.jpn.org/2021/event2021[2]

Y. Murotani*, N. Kanda* et al., Phys. Rev. Lett. 129,207402 (2022). (*equal contribution)[3]

N. Kanda, Y. Murotani et al., Nano Lett. 22, 2358
(2022).

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

20物性理論研究部門 加藤研究室 博士課程 1 年

石川 卓門

この度、ギリシャにて開催された MagnEFi Conference

SMR の理論解析はスピン拡散方程式を用いた現象論的2022 にて Prize of Best Scientiﬁc Poster を受賞させていな議論が主流ですが、スピンミキシングコンダクタンスとただきました。この賞はポスター発表を行った 48 名の中呼ばれる現象論的パラメータを用いるため、温度依存性なから最も優れた発表を行った 1 名に送られる賞です。このどを議論することが困難でした。2020 年に非平衡グリー

ような賞をいただくことができ、大変光栄です。

ン関数法に基づいて SMR の微視的理論[3]が構築されまし

受賞対象となったポスター発表のタイトルは「SpinHall

magnetoresistancein

たが、この研究では低温領域に対してスピン波近似を用い

quasi-two-dimensional

た解析のみが行われ、スピン波近似が適用出来ない高温領

antiferromagnetic insulator / metal bilayer systems」で域を含む広い温度領域での温度依存性の解析は課題としてす。スピントロニクス分野では、スピン自由度を用いたデ

残っていました。

バイス応用が期待され、実験・理論共にさかんに研究が行
われています。なかでもスピンホール磁気抵抗効果(SMR)

本研究では、反強磁性絶縁体を用いた SMR のセットア

はスピン角運動量の流れであるスピン流を介することで生ップを考え(図 1)、非平衡グリーン関数を用いた微視的理

じる磁気抵抗効果であり、磁気メモリへの応用や磁性体が論[3]を基に SMR を定式化した上で、微視的理論で必要と持つ磁気励起の検出手法として期待されています。

なる局所スピン帯磁率を量子モンテカルロ法によって数値的に評価し、反強磁性絶縁体の SMR の温度依存性につい

SMRは、スピン軌道相互作用によって電流からスピン流への変換を起こすスピンホール効果とスピン流から電流て、スピンの大きさ、膜厚、乱れなどの依存性を議論しました。

への変換を起こす逆スピンホール効果が合わさって生じる
新しい磁気抵抗効果であり、2013年に強磁性絶縁体と常その結果、SMR のピーク温度と反強磁性絶縁体の転移

磁性金属を接合させた系で初めて発見され[1]、これまで

温度の関係や SMR の膜厚依存性など実験結果と半定量的

様々な物質を用いたSMRが実験によって観測されています。

に一致する結果が得られました。また、スピンの大きさに

近年では、強磁性絶縁体の代わりに反強磁性絶縁体を用い依存して SMR の値や高温でのふるまいが変わることや、たSMRも活発に研究されています。反強磁性絶縁体を用乱れの効果によって SMR のシグナルが抑えられるなどのいた磁気デバイスはメモリの高密度化に貢献すると考えら

性質を明らかにしました。これらの結果は、SMR の新たれており、SMRは反強磁性絶縁体のネールベクトルの有な理解につながることが期待されます。

力な検出手法と考えられています。これまでに多くの実験が行われており、SMRの温度依存性や反強磁性絶縁体の謝辞

膜厚依存性などが調べられています[2]。

本研究は、加藤岳生准教授(物性研究所)、松尾衛氏(中国科学院大学カブリ理論科学研究所)との共同研究により行われました。また、本研究は東京大学知能社会国際卓越大学院プログラム、JSPS 科研費(課題番号：20K03831、
20H01863)の助成を受けたものです。ここに感謝申し上げます。

図 1 反強磁性絶縁体と常磁性金属の接合系を用いたスピンホール
磁気抵抗効果のセットアップ。論文[4]より引用。

21

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

参考文献
[1] H. Nakayama, M. Althammer, Y. T. Chen, K. Uchida,
Y. Kajiwara, D. Kikuchi, T. Ohtani, S. Geprags, M.
Opel, S. Taka- hashi, R. Gross, G. E. W. Bauer, S. T.
B. Goenenwein, and E. Saitoh, Phys. Rev. Lett. 110,206601 (2013).
[2] D. Hou, Z. Qiu, J. Barker, K. Sato, K. Yamamoto, S.
Velez, J. M. GomezPerez, L. E. Hueso, F. Casanova,
and E. Saitoh, Phys. Rev. Lett. 118, 147202 (2017).
[3] T. Kato, Y. Ohnuma, and M. Matsuo, Phys. Rev. B
102, 094437 (2020).
[4] T. Ishikawa, M. Matsuo, and T. Kato, arXiv:2208.08096(2022).

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

22外国人客員所員を経験してOliver Portugall
CNRS-LNCMI, Toulouse, France
oliver.portugall@lncmi.cnrs.fr
International collaboration is an important part of

On a more personal note, the prospect to work at thecontemporary research that serves many purposes in

ISSP has also triggered nostalgic feelings as I started myparallel. At any time in history, the free circulation ofscientific career 30 years ago as a JSPS postdoctoral

knowledge among scientists has triggered creative

fellow in this institute. In Roppongi, where the ISSP wasprocesses and, on a more societal level, helped tolocated at that time, I established many professional andovercome cultural differences. A more recent and moreprivate relationships that persist to this day, developed

practical motivation is the emergence of researcha profound affection for the Japanese culture and, mostinfrastructures

extremeimportantly, I learned how to work with single-turn coils.

conditions. As the implementation and operation of such

Immediately after returning to Germany I had theinfrastructures requires substantial investments, bothchance to put this experience into practice and set up thetheir use and the necessary development effort should befirst European Megagauss installation in Berlin, an

shared to some extent. Megagauss magnetic fields andachievement, that finally brought me to Toulouse where

the current project are a good example. While the ISSP-

I managed the pulsed field installations and technical

IMGSL is the uncontested world-leader in this area,

staff of the LNCMI for the next 20 years. Retiring from

Megagauss fields are also part of the techniques

this position in 2020 allowed me to boost the part-time

proposed to European users by my home institution, theMegagauss activity I had established in Toulouse,

French National High Magnetic Field Laboratory

making it once more a full-time occupation. With the(Laboratoire

Magnétiques

approval of the LNCMI and CNRS hierarchies, the newIntenses, LNCMI). I have therefore been extremelyorientation of my activities also gave me the freedom toelated by the suggestion to intensify our longstanding

close the cycle and apply for a visiting professor position

informal relationship and to share part of ourin the place where it all began ...

development efforts and experience.

Sentimental feelings notwithstanding, the principal

formeasurements

National

des

under

Champsmotivation for my application was of course tocollaborate on scientific-technical issues regarding
single-turn coils. At present, only Kashiwa and Toulouse
have the capacity to perform scientific experiments
above 100 T on a regular basis using this type ofequipment. Both laboratories also promote the use of
their facilities by the international scientific community
and therefore share two basic interests: firstly, toperform and advertise landmark experiments that provethe usefulness of Megagauss fields and thus help to
attract new users; and secondly, to optimize existing, andimplement new, measurement techniques that reliably
produce high quality data. Both problems have been23

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

addressed during my stay.

integration in his group. I am very much looking forward

As a potential landmark experiment, we have started toto pursue and extend our collaboration, both on a

perform interband absorption measurements on organic

bilateral level between our laboratories and by linking

semiconductors, whose precise electronic structure

the Japanese and European high-field communities via

remains

EMFL, the European Magnetic Field Laboratory.

elusive

despitea

growingtechnologicalimportance. The reason for this lack of understanding
lies in the very nature of molecular crystals in which theelectronic properties of molecules can generally be
predicted and controlled much better than the subtle but
importantinfluence

Phenomenologically,of

crystalline

organic

interactions.

semiconductors

arecharacterized by heavy charge carrier masses and low
mobilities which makes them a perfect target formeasurements in the highest available magnetic fields.
Our measurements on rubrene single crystals are
currently evaluated and may give rise to further
experiments using even higher fields obtained byelectromagnetic flux compression.
In parallel with this scientific project, we have performed
extensive tests to investigate ways to deal withelectromagnetic

perturbations

that

constitutetheprincipal handicap for sensitive electrical measurements
in

Megagaussfields.

Both

Megagauss-compatible

shieldings and the post-treatment of reproducible
perturbations have been considered in this respect, andour plan is to pursue these investigations in both
Kashiwa and Toulouse to pave the way for new
experimental techniques such as electric transportmeasurements.
AstheMy thanks also go to the ISSP administrative staff andlatterconcerns

practicallyany

in particular Mrs Yuko ISHIGUCHI for the smooth

Megagaussfieldshasorganization of my visit as well as some help in morenaturally been the subject of many discussions during

private matters such as broken bicycles and new bankmy stay. In this respect, I want to thank all students andaccounts. While the COVID-19 pandemic and repeatedstaff of the IMGSL for the open atmosphere and theirre-scheduling of my visit made everybody's life more

willingness

practical

complicated, I always felt well instructed regarding theexperiences. I particularly enjoyed working with Dr

latest developments and I particularly appreciated the

Xuguang ZHOU whose help was essential in all

precise instructions

experiments and who made himself available wheneverprocedure right after the re-opening of the Japanese

I needed him. His curiosity and the discussions issuingborders.

from his questions have triggered many interesting new

Last but not least, my thanks go to the ISSP governancethoughts. My principal thanks go of course to Profand the University of Tokyo for implementing thisYasuhiro MATSUDA for his implication in all stages andexemplary visiting professor program and for making

aspects of my visit, his warm welcome and my perfectinternational collaboration a key issue of their policy.

measurement

toproject

involvingshare■■■■ ■■■

theirresults

andit

to facilitate my immigration

物性研だより第 62 巻第 4 号

24While I am writing these lines, my next visit to Kashiwa
has already been scheduled and although I am not yet
gone and our collaboration regarding Megagaussmagnetic fields will continue in the meantime, I am
already looking forward to another opportunity for
intense discussions, exciting experiments and lots of fun.

25

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

令和４年度 物性研究所一般公開の報告

一般公開委員会委員長

川島 直輝

本年度の一般公開は、「探し出せ！「もの」の中のすご

図 2 に 2022 年物性研一般公開で公開されたコンテンツ

いもの」のキャッチコピーのもと、2022 年 10 月 22 日の一覧を掲載する。今年度の出展は 22 であった。うち、(土)に行われた。コロナ対策のため、昨年、一昨年に引き一般公開委員会で用意したライブコンテンツは 6。とくに、続き、オンラインでの開催となった。昨年度までは、各コ

今回のサイエンスカフェでは、放射光を用いた観測についンテンツの視聴・参加の入り口として、広報室の作成したて、木村所員が多くの興味深い実例を挙げながら、一般参

一般公開用ウェブサイトからのアクセスに加えて独自開発

加者にも興味をもってもらえるように丁寧平易に説明をししたプラットフォームであるバーチャル物性研を利用したてくださった。(図 3)また、プチサイエンスカフェでは、が、今年度は後者に替えて商用アプリケーションである

物質設計評価施設の浜根技術専門職員の「デンケンで覗く

Gather Town をプラットフォームとして採用した。図 1

ちいさな世界」、松田(康)研石井助教による「地上で一番のようなややレトロなビデオゲーム風のバーチャルワール

強い磁場」、尾崎研河村助教による「電子の海面を滑る」

ドの中を自分の身代わりになるアバターが動き回り、いくなど、さまざまな話題について、これも一般の視聴者の興

先々のマーカーをクリックするとそれに対応するコンテン

味をひくような話をしていただいた。とくに、河村助教のツの視聴ができるほか、参加者同士の音声での会話、文字企画のテーマである「フェルミ面」という専門的なキーワによるチャットなどもできるようになっている。会場のレードが意外と注目を集めていたようだ。(図 4)

イアウトや装飾などは物性研スタッフが作り込みを行った。

図１：Gather Town■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

26図 2：2022 年一般公開コンテンツ一覧

27

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

学生サイエンスカフェについては、一般公開委員でもあライブコンテンツとしては、このほかに、パルス強磁場る長谷川研の土師助教がコーディネータを務めてくださり、とレーザー発振の 2 件の企画があった。前者では、強磁場物理系と化学系の 2 回に分けて行われた。物理系では𠮷信

施設の様々な実験室風景や、実際の実験の様子などが、事研 D1 の亀山理沙子さんと𠮷信研 M1 の阪口佳子さん、化前に作成された動画に対してライブ解説で紹介された。

学系では松田(巌)研 D2 の辻川夕貴さん、近藤研 M2 の(図 6)また、後者は、レーザーの不思議さ面白さをリモー

福島優斗さん(図 5)が登場し、物性研での学生の日常的なトで体験できる企画となっていた。

研究生活から、余暇の過ごし方、地域の魅力まで幅広い話
題で楽しいトークを展開していただいた。

ライブコンテンツ以外に、14 もの常設コンテンツが展示され、多くの視聴者の関心を集めていた。私自身もそのほとんどについて、中身を拝見し、非常に「面白く、ためになる」内容に強い印象をうけた。図 7 はそのなかでリップマー研から提供していただいた企画「非常に薄いセラミック膜を成長させる方法を見てみよう」のものである。

図 3：サイエンスカフェ(木村所員)「ここまで見える！最先端のX 線写真の話」

図 6：強磁場実験「めぐろうパルスマグネット：強磁場施設ツアー」

図 4：プチサイエンスカフェ「電子の海面を滑る」(河村助教)

図 5：学生サイエンスカフェ(中：辻川さん(松田(巌)研)と右：福島さん(近藤研))■■■■ ■■■

図 7：リップマー研「非常に薄いセラミック膜を成長させる方法
を見てみよう」

物性研だより第 62 巻第 4 号

28このように、非常にたくさんの充実したコンテンツに恵ん、さまざまな企画とくにライブ配信が滞りなく実現する

まれ、参加者からの声は概ね好評だったように思う。欲をように環境を整えてくださった一般公開委員のみなさんに言えば、オンラインとはいえ冒頭に述べたように機能的には感謝申し上げたい。

はかなりの程度双方向コミュニケーションが可能であったにもかかわらず、十分にその機能を生かしきれていなかった印象がある。これはひとえに、私の勉強・準備不足のためである。今後、機会があれば、別の形でより充実した双方向コミュニケーションを実現できればいいと思う。参加者アンケートによると、コンテンツに関する要望としては、
講義・セミナー形式の「正統的な」内容のものを今以上に期待する声もあった。普通の講義・セミナー形式のプレゼンであれば、多くの研究教育スタッフの得意とするところでもあり、可能性をもう少し検討すべきだったかもしれな
い。また、今回は、最近の物性研所内通信ネットワークの不調によるトラブルが懸念されたが、直前まで情報技術室
スタッフと総務係の方々にはバックアップ経路の確保などにご尽力いただき、本番では通信が原因となるトラブルはほとんどなく実施することができた。
コロナの蔓延に伴う社会の混乱もしくは「新しい日常」
も収束しつつあり、次回の一般公開は久しぶりのオンキャンパス開催も期待されるところである。オンラインでの大型イベントが今後どのような形で展開されるか(あるいはされないか)いまのところ不確定であるが、オンラインとオンサイトでは、参加者の層が大きく異なっているので、それぞれの意義はかならずしも同じではない。というより多分かなり違ったもののように思われる。振り返ってみると、あまりそうした目的と対象の整理が十分でないままにコロナ禍の波に飲まれた感もあるが、一昨年の常次委員長、昨年の小林委員長、のもとで始まり、今年で 3 年目となったネット越しのコミュニケーションの技術やノウハウは遠方の参加者とのコミュニケーションの有用なツールとして、今後も何らかの形で続けられていくことと思う。その意味
でも、直近 3 年間の一般公開への取り組みは物性研にといって無形の資産となったと思う。
本企画が全所的な協力のもとに実現されたことは言うまでもないが、とくに素晴らしいコンテンツを多数提供くださったスタッフ・学生のみなさん、動きの遅い一般公開委
員長を叱咤して物事が動くようにしてくださった広報室の餅田さん、万事粗漏なく手配りしてくださり困った時には必ず頼りになる事務系スタッフとくに総務係のみなさん、
オンキャンパスジョブでお手伝いくださった大学院生のみ
なさん、Gather Town という慣れない試みをなんとか実現させてくださった情報技術室と大型計算機室の両福田さ29

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

物性研究所短期研究会

文責：筑波大学計算科学研究センター 教授 重田 育照
日 時：2022 年 7 月 26 日 10:00 ～ 2022 年 7 月 27 日 16:10
会 場：東京大学物性研究所本館 6 階 大講義室（ハイブリッド開催）
世話人：重田育照(筑波大学)、野口博司(物性研究所)、井上圭一(物性研究所)
URL ：https://noguchi.issp.u-tokyo.ac.jp/protein20/

タンパク質は生命の基本要素であるが、各々のタンパク

今回の研究会では、理論計算については、物性論でも馴

質はそれぞれ非常に異なる独特の物理的性質（物性）を有

染み深い分子動力学計算に基づくタンパク質ダイナミクス

することが知られており、それらがタンパク質の機能につ解析、ハイブリッド QM/MM 第一原理計算に基づく化学

ながっていると考えられます。 したがって、タンパク質

反応解析に加え、統計力学的積分方程式に基づく溶媒和理の物理的性質と機能の間の相関を研究することは、生命機論、弾性体モデルに基づくオルガネラ形状の形成機構など、能を理解する上で極めて本質的だと考えられます。

幅広い分野の講演をいただきました。また、実験について

近年のスーパーコンピュータの発展、および解析手法のは、X 線・中性子・CryoEM 等の構造解析技術、各種分光進展が相まって、生体内でおこる化学反応解析の分野は格学技術、１分子観察技術によるタンパク質構造・機能解析、段の進歩を遂げています。また、実験手法の精度の向上に

および、タンパク質デザインや液液相分離現象など、生物より適用限界も広がりを見せており、理論と実験との協働

物理で近年特に注目されているテーマについてご発表いたにより、より深いレベルでの生命現象の理解が可能になる

だきました。また、16 名のポスター発表においても、活と予想されます。

発に議論がなされました。

これまで物性研では固体系を中心に、表面、分子などの本研究会を通して、生命科学における実験と理論の協働

物性研究に対する共同利用・共同研究拠点として、また世は今後もより発展していくであろうことが確認されたと確界における物性研究の Center of Excellence として、分野信しております。本研究会の注目度は非常に高く、参加登を牽引してきました。今後は生体系や細胞レベルなど、既録数はオンライン参加も含め 102 名、現地参加は初日 26

存の物性物理学・化学の枠を超えて、生物学や生命科学へ

名、二日目 29 名(計 32 名)、オンライン最大同時接続人数の貢献が期待されている状況です。

は 67 名でした。最後になりますが、本研究会にて講演を

そこで、タンパク質物性科学における理論、計算と実験

頂いた招待講演者の方々、現地及びオンラインでご聴講しの共同研究について、最新の成果の情報交換をすると共に、ていただいた方々、ポスター発表いただいた方々、開催に今後の展望について議論するために、物性研の支援によりご尽力いただいた世話人の先生・学生・スタッフの方々に本研究会をハイブリッド形式で開催させていただきました。

心から感謝申し上げます。

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

30

プ ロ グ ラ ム
2022 年 7 月 26 日（火）10:00-10:10 Opening 野口博司
■ （座長 重田育照・筑波大学）
10:10-10:40 吉田紀生（名古屋大学）「生体分子の溶媒和統計力学理論によるタンパク質機能解析への展開」

10:40-11:10 五十嵐圭日子（東京大学） 「固液界面におけるセルラーゼの動的挙動とシミュレーション化」
11:10-11:40 宮下治（理化学研究所）「構造生物学へのハイブリッドアプローチ：シミュレーションと実験データの融合」

11:40-12:10 中野祥吾（静岡県立大学） 「遺伝的アルゴリズムと立体構造を用いた高機能化酵素デザイン」■ （座長 新井宗仁・東京大学）
13:20-13:50 八木清（理化学研究所）「QM/MM 法の開発と生体分子の振動解析と化学反応への応用」

13:50-14:20 柴田幹大（金沢大学）「タンパク質の構造変化をリアルタイムかつナノスケールで可視化する」

14:20-14:50 立川正志（横浜市立大学） 「オルガネラを形作る力学」■ （座長 石北央・東京大学）
15:10-15:40 秋山良（九州大学）「排除体積効果による溶液の分離」

15:40-16:10 新井宗仁（東京大学）「機能性タンパク質の理論的設計」

16:10-16:40 望月祐志（立教大学）「FMO プログラム ABINIT-MP の整備状況、ならびに FMO-DPD 法の開発と応用」■ （座長 永田崇・東京大学）
17:00-17:30 玉田太郎（QST）「電子伝達タンパク質の高分解能構造解析」

17:30-18:00 石北央（東京大学）「タンパク質中におけるプロトン移動と電子移動」

2022 年 7 月 27 日（水）■ （座長 野口博司・東京大学）
9:00-9:30

原田隆平（筑波大学）「生体機能を解明する分子シミュレーション手法の開発と応用」

9:30-10:00

庄司光男（筑波大学）「GLAS アルゴリズムによる酵素反応機構の理論解明：新規反応経路探索手法の開発と適用」

10:00-10:30 吉澤拓也（立命館大学）「相分離性タンパク質 FUS の分子挙動解析」■ （座長 原田隆平・筑波大学）
10:50-11:20 佐々木裕次（東京大学）「量子ビームを用いた１分子内部動態計測(DXT/DXB)の進展」

11:20-11:50 乙須拓洋（埼玉大学）「蛍光寿命の相関解析に基づく生体分子のダイナミクス解析」

13:00-14:30

ポスター発表（対面のみ）■ （座長 井上圭一・東京大学）
14:30-15:00 岩崎憲治（筑波大学）「病因となる天然変性タンパク質の構造・機能解析」

15:00-15:30 當舎武彦 (理研・SPring-8)「金属酵素活性中心における一酸化窒素還元反応の分子機構」
15:30-16:00 寺川剛（京都大学）「分子シミュレーションと実験で解き明かすエピゲノム修飾継承の分子機構」

16:00-16:10 Closing

31

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

◎ ポスター講演者一覧：
甲田信一（分子科学研究所）「精密反応モデリングとベイズパラメタ推定で明らかにするシアノバクテリア時計タン
パク質 KaiC の多量体構造の機能的役割」

奥村久士（分子科学研究所）「赤外自由電子レーザーによるアミロイド線維破壊の分子動力学シミュレーション」

堀優太（筑波大学）「酸化型[Ni-Fe]ヒドロゲナーゼの活性中心についての理論的研究」

H. Kowit（筑波大学）「Evaluation of brominated baicalein as a promising SARs-CoV-2 Mpro Inhibitor」

井上圭一（東京大学）「タンパク質内プロトン移動が微生物ロドプシンの光機能を生み出すしくみ」

永田崇（東京大学）「レチナール光異性化酵素として機能する動物ロドプシンの光吸収・反応特性の解析」

野地隼平（新潟大学）「疎水表面の分極場のゆらぎに関する積分方程式理論」

藤浪大輔（静岡県立大学）「アミノ酸残基レベルの熱力学的解析が明らかにした自由エネルギー関係」

鹿倉啓史（京都大学）「アニオンチャネルロドプシン GtACR1 に対する QM/MM RWFE-SCF 法を用いた変異体モデリングおよび光励起エネルギー計算」

佐藤綾香（筑波大学）「高電位鉄硫黄タンパク質のクラスター周辺の構造が及ぼす影響と電子状態についての理論的解析」

菱田真史（筑波大学）「タンパク質の構造安定化に対する水和水の役割」

下山紘充（筑波大学）「高次機能複合体設計を目指した 3D-DS 現象の計算科学的再現」

冨山翔平（東京大学）「分子シミュレーションにおける自由エネルギー計算手法の再重プロセスの二次補間による改良」

中西亮（東京大学）「クロマチンポリマーモデルにおけるクラスター寿命の相転移」

安東智大（京都大学）「QM/MM RWFE-SCF 法によるイクオリンのアロステリックな発光反応制御機構の理論
解析」

荒井翔太（新潟大学）■■■■ ■■■「混み合った環境における粘性の理論」

物性研だより第 62 巻第 4 号

32

物 性 研 究 所 談話 会

標題：令和４年度後期 客員所員講演会
日時：2022 年 10 月 13 日(木) 午前 10 時～午後 0 時
場所：物性研究所本館 大講義室（A632）
・Onlin 同時開催
要旨：
■10:00-10:10

所長挨拶（森 初果：物性研究所長）■10:10-11:00

Oliver Portugall（トゥールーズ国立強磁場研究所、 CNRS）｢欧州磁場研究所（EMFL）におけるメガガウス磁場：研究成果と将来構想」■11:10-12:00

Sonia Haddad （チュニス・エルマナール大学 チュニス科学院 物理学科）｢グラフェン及び遷移金属ダイカルコゲナイドのツイスト二層系におけるツイストロニクスとストレイントロニクス」

標題：When nature entangles millions of particles: from quantum materials to black holes
日時：2022 年 12 月 9 日(金) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 大講義室（A632）
・ZOOM 同時開催
講師：Subir Sachdev 氏
要旨：Abstract :Complex many-particle quantum entanglement is a central theme in two distinct major topics in physics: the strange
metal state found in numerous correlated electron compounds, and the quantum theory of black holes in Einstein
gravity. The Sachdev-Ye-Kitaev model provides a solvable theory of entangled many-particle quantum states without
quasiparticle excitations. I will describe how this toy model has led to realistic universal models of strange metals, andto new insights on the quantum states of black holes.
【講師紹介】
Subir Sachdev 氏は、量子スピン系におけるスピン液体相や「脱閉じ込め量子臨界現象」の提案により現代的な量子物性
物理学の建設に貢献し、分野の発展をリードしてきました。Sachdev 氏が Ye 氏とともにランダム系におけるスピン液体の記述を動機として導入した Sachdev-Ye 模型は、量子重力理論とも深く関連していることがわかりました。Kitaev 氏による最近の発展をきっかけに Sachdev-Ye-Kitaev (SYK)模型は量子物性・量子重力・素粒子論・量子情報など広範な分野で中心的な問題として盛んに研究されています。談話会では、このようなエキサイティングな発展を非専門家向けにわか
りやすく解説していただきました。

33

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

物 性 研 究 所 セミ ナ ー

標題：Classification of classical spin liquid in the large -S limit
日時：2022 年 8 月 22 日(月) 午後 1 時 30 分～午後 2 時 30 分
場所：柏図書館メディアホール および Online
講師：Dr. Han Yan
所属：Rice University
要旨：Classical spin liquids are arguably one of the most interesting types of classical matter. They are described often by
the classical limit of gauge theories (electrostatics) and can be upgraded to topological orders or gapless quantum liquidstates if equipped with proper quantum dynamics. In this work, we present a classification scheme for classical spin
liquids in the large-S limit. In this limit, the spin components are effectively real scalars, so the spectrum of the
Hamiltonian accurately describes its properties. We found that the ground state degeneracy corresponds to flat bands
at the bottom of the spectrum, and the flat band’s structure crucially decides the physics of the classical spin liquid.
When there is a singular band-touching between the top bands and the bottom flat ones, the system has algebraic
correlation. The ground state is then described by a generalized Gauss’s law, whose algebraic form is determined by
the band touching structure. A much less studied category is when the flat bands are gapped from the top ones. In thiscase, the correlation is short-ranged, but the classical spin liquid can be distinguished from a trivial paramagnet by
the fragile topological homotopy of the bottom bands. Besides building the general mathematical framework of theclassification, I also show some concrete examples and discuss experimental applications.

標題：Atom-by-atom electron spin resonance: towards electron spin qubits on a surface
日時：2022 年 9 月 9 日(金) 午後 2 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 4 セミナー室 (A614)
講師：Soohyon Phark 博士
所属：Institute for Basic Science and Ewha Womans University
要旨：
Addressability to individual atoms and atom-by-atom position control using a scanning tunneling microscope (STM)[1] opens the bottom-up design of functional quantum devices. As an extension of such potential to atomic/molecularspins, STM can provide a platform of solid state qubits [2,3], which is unique in the sense of bottom-up design of qubit
systems of a scale ~1 nm, with advantage of atom precision control of structure and inter-qubit couplings [4]. Here, I
first introduce a recent advance of STM by combining conventional electron spin resonance (ESR), which picks up theadvantages of the two techniques, high spatial resolution of STM and high energy resolution of ESR, enabling to drive
and detect spin resonance of individual atoms on surfaces. Then, I continue a successful implementation of pulsedESR into STM to coherently control individual atomic [5] and molecular [6] spins on surface, paving a way towards
on-surface electron spin qubits at the atomic scale. So far, the quantum coherence of such spin qubits is limited by ≲100 ns, requiring a noticeable improvement for their practical applications. In this regard, I briefly suggest somefeasible ideas to protect such spin qubits from the environmental decoherence, to narrow down the direction andbrighten a way to raise the on-surface qubits up to a stage of the quantum-coherent applications [4].

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

34

References:[1] D. M. Eigler, E. K. Schweizer, Nature 344, 524–526 (1990).
[2] A. J. Heinrich et al. Nat. Nanotechnol. 16, 1318–1329 (2021).
[3] S. Thiele et al. Science 344, 1135-1138 (2014).
[4] Y. Wang et al. arXiv:2108.09880; under review (2022).
[5] K. Yang et al. Science 366, 509-512 (2019).
[6] P. Willke et al. ACS Nano 15, 17959–17965 (2021).

標題：磁性量子流体における孤立した半整数スキルミオン
日時：2022 年 9 月 21 日(水) 午後 1 時 30 分～午後 2 時 30 分
場所：Online
講師：竹内 宏光 講師
所属：大阪公立大学大学院理学研究科 物理学専攻
要旨：
スキルミオンは自発的対称性の破れを伴う相転移の結果生じる位相欠陥の一種である。磁性系で知られる磁気スキルミ
オンは、電子が電荷を運ぶ粒子であるように、磁化ベクトル場中の特徴的な模様（テクスチャ―）を運ぶ粒子（ソリトン）と見なせる。一つのスキルミオンが運ぶ‘電荷’（位相不変量）は位相幾何学的に量子化されており、‘電荷’の最小単位である‘素電荷’をもつスキルミオンのテクスチャー内の磁化ベクトル場は取り得る方向（球面）を‘1 回覆う’。本研
究では、7Li の冷却原子気体ボース・アインシュタイン凝縮の磁性量子流体中の磁気スキルミオンが、‘素電荷’の半分の‘電荷’をもち得ることを示す。我々はこの構造を偏心半整数スキルミオン(EFS: Eccentric Fractional Skyrmion)[1]と呼んでいる。EFS はベクトル場の特異点として‘偏心軸’を有することでそのテクスチャーは球面を‘半回覆う’。この性質により EFS は孤立して存在できるという点で、対としてしか存在できないメロン（特徴的なテクスチャーの一種）と明確に区別されるべきである。EFS の具体的な生成機構として、磁壁上で生じるあるスピン流の不安定性（流体力学で知られるケルビン・ヘルムホルツ不安定性の量子流体系の対応物）を提案し、その非平衡ダイナミクスにおいて多数のEFS が生成されることを数値的に示す。

標題：ダイヤモンド中窒素空孔中心を用いた量子センシング
日時：2022 年 9 月 29 日(木) 午後 1 時 30 分～午後 2 時 30 分
場所：Online
講師：佐々木 健人
所属：東京大学 大学院理学系研究科 物理学専攻
要旨：
本来は無色透明であるダイヤモンドは、その中に発光を示す点欠陥が含まれる場合、カラーダイヤモンドと呼ばれるようになる。ダイヤモンドには百種類を以上の欠陥が発見されているが、その中でも特に、窒素空孔(NV)中心という赤色発光を示す欠陥に近年注目が集まっている。
NV 中心には電子スピンと光学遷移が相関する特別な性質がある。我々はこの性質を利用して NV 中心の電子スピンを初期化、読み出し、量子操作できる。また、顕微鏡を用いれば単一 NV 中心でも検出できるため、単一量子ビットとして利用できる。2008 年以降、NV 中心を磁場[1]や温度[2]のセンサーとして利用する量子センシング研究が世界中で行われるようになった。この技術は、量子操作を駆使し、局所的な磁場や温度による単一電子スピンのエネルギーシフトを精密測定することで実現される。従来法では達成が困難な高い空間分解能、感度、定量性が同時に得られる画期的な技術である。特に、NV 中心のセンサー動作は、極低温から室温を超える高温、10 GPa を超える超高圧環境でも保たれる。最近
35

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

では、これらの利点を生かして物性計測へ応用する研究が始まっている[3]。
本発表では、NV 中心の基本的な性質、磁場や温度の計測原理、量子操作の方法や発展などを説明した後、我々が東京大学小林研で進めている物性計測応用について紹介した。
[1] J. M. Taylor et al., Nat. Phys. 4, 810 (2008).
[2] G. Kucsko et al., Nature 500, 54 (2013).
[3] F. Casola et al., Nat. Rev. Mater. 3, 17088 (2018).

標題：サブサイクル光電場 ARPES で見る高強度現象
日時：2022 年 9 月 29 日(木) 午後 0 時 15 分-午後 1 時 15 分
場所：Online
講師：伊藤 俊所属：フィリップス大学マールブルク
要旨：
角度分解光電子分光(ARPES)は物質のバンド分散を直接観測する強力な手法である。超短パルスレーザーによるポンプ-プ
ローブ分光法と組み合わせることで、超高速ダイナミクスの観測も可能にする。これまで測定の時間分解能はポンプ光のサイクル時間よりも長いスケールに留まっていたが、近年、サイクル時間の長いテラヘルツ(THz)領域のポンプ光を使うことで、サブサイクル分解能での時間分解 ARPES が実現された[1]。
本発表では、このサブサイクル ARPES を中赤外光（周波数 20-40THz）の領域に拡張した最近の実験を紹介する。ト
ポロジカル絶縁体 Bi2Te3 表面での電場強度は MV/cm 領域に到達し、光電場で駆動される超高速電流とともに、フロッ
ケ状態のサブバンドが光電場のわずか 2 サイクル後に形成される様子が観測された。さらにピーク電場強度においてフロッケバンドの電荷分布がバルクの伝導帯に到達する様子が観測された。これはバンド内電流と（非摂動）バンド間励起の協奏という高強度現象の微視的過程を運動量空間で直接見た初めての例となる。発表では、装置の技術的詳細や理論計算の結果も含めてこれらの結果を紹介した。
[1] J. Reimann et al., Nature 562, 396 (2018).

標題：スピン流によらないスピン Hall 効果・スピン Nernst 効果
日時：2022 年 10 月 17 日(月) 午後 3 時～午後 4 時
場所：Online
講師：下出 敦夫
所属：分子科学研究所
要旨：
スピン Hall (Nernst)効果はスピン軌道相互作用を通じて電場(温度勾配)と垂直にスピン流が誘起される現象とされている。これらの現象を利用すれば、一見スピン自由度をもたない非磁性体において磁場を用いることなくスピン流を生成することができるため、スピントロニクスの分野で盛んに研究されている。誘起されたスピン流は系の端でスピンへと緩和し、光学的な方法で観測することができる [1]。
スピン軌道相互作用がある場合、スピンは保存せず、スピン流を一意的に定義することはできない。従って、スピン
Hall (Nernst)効果で流れるとされるスピン流とはいったい何なのかという問題が生じる。これまでは尤もらしくスピン流を定義し、スピン Hall 伝導度を計算することがほとんどであった。しかしながら、スピン蓄積が起こる Rashba 模型ではスピン Hall 伝導度が 0 であるので [2]，スピン流のみに着目してスピン蓄積を説明することはできない。さらに、スピン Nernst 伝導度に関しては、単に久保公式を計算しただけでは絶対零度に向かって発散するという問題もある。

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

36本講演では、スピン流の定義の問題について解説した後、実験で観測できるスピンに着目した定式化を提案する [3]。
電場(温度勾配)の勾配は端でピークをもつため、これらに対するスピンの応答はスピン蓄積を直接記述することができる。
この定式化では一般化された Mott の関係式や Onsager の相反定理がほぼ自明なものとして従うほか、上述の Rashba 模型についても非零の応答係数が得られ、スピン蓄積を説明することができる。
[1] Kato et al., Science 306, 1910 (2004); Wunderlich et al., Phys. Rev. Lett. 94, 047204 (2005).
[2] Inoue et al., Phys. Rev. B 70, 041303(R) (2004); Sugimoto et al., Phys. Rev. B 73, 113305 (2006).
[3] Shitade and Tatara, Phys. Rev. B 105, L201202 (2022); Shitade, Phys. Rev. B 106, 045203 (2022).

標題：ワイル反強磁性体 Mn3Sn におけるテラヘルツ異常ホール効果の超高速非平衡ダイナミクス
日時：2022 年 10 月 20 日(木) 午後 0 時 15 分～午後 1 時 15 分
場所：Online
講師：松田 拓也
所属：極限コヒーレント光科学研究センター 松永研 学振 PD
要旨：
ワイル反強磁性体 Mn3Sn は、反強磁性スピンをテラヘルツ帯で駆動できるその高速性に加えて、強磁性体並みの巨大異常ホール効果を室温で示す[1]ことから、高速スピントロニクス素子開発の候補物質として大きな注目を集めている。
本講演では、我々が進めてきた Mn3Sn における異常ホール効果のテラヘルツ高速ダイナミクスに関する研究を紹介する。
我々はテラヘルツ波を高精度に偏光分解して計測する装置を開発して、テラヘルツ帯で巨大異常ホール効果を観測することに成功し、反強磁性磁気秩序をサブピコ秒の時間に電流ベースで読み出せることを明らかにした[2]。次に、光励起して磁気構造が高速変化する非平衡下の異常ホール効果の振る舞いを理解するため、ポンププローブ分光測定を行った。
その結果、サブピコ秒の超高速領域の異常ホール効果は、磁気モーメントではなく電子分布の変化で決まることを明らかにした[3]。さらに高密度励起することで極端な非平衡状態を作ると、有効質量が 10 倍以上軽いキャリアが出現し、異常ホール効果よりも正常ホール効果の方が支配的になることを発見した。これは高密度励起されたキャリアにより多体相関が遮蔽されてバンド構造が大きく変化した可能性を示唆している[4]。
[1] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, & T. Higo, Nature 527, 212 (2015).
[2] T. Matsuda et al., Nature Commun. 11, 909 (2020).
[3] T. Matsuda et al., arXiv:2206.06627[4] 松田ら、日本物理学会 2022 年秋季大会 15aW242

標題：Benchmark and application of density functional theory for superconductors
日時：2022 年 10 月 28 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：Online
講師：河村 光晶
所属：東京大学物性研究所
要旨：
Density functional theory for superconductors (SCDFT) is a method to compute superconducting transition
temperature (Tc) without empirical parameters. We formulate a method to compute the spin-fluctuation mediatedinteraction with the ultrasoft pseudopotentials and implement this method into our first-principles code
Superconducting-Toolkit [1]. This implementation enables us to calculate Tc using carefully constructedpseudopotentials such as the Standard Solid-State Pseudopotentials. We also implement the recently proposed37

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

Eliashberg-combined electron-phonon functional and plasmonic mass-renormalization. We perform the benchmark
calculations to investigate all the above contributions in typical superconducting materials. We find that the latest
SCDFT predicts Tc with an error of 30% for various materials (V, Nb, H3S, CaC6, V3Si, etc.), an underestimation of
40-50% for MgB2 and YNi2B2C, and an overestimation of 60%-300% for low- Tc (below 1.2 K) materials (Cd, Zn, andAl). We also report the estimated Tc for newly predicted quaternary hydrides [2].
[1] M. Kawamura, Y. Hizume, and T. Ozaki, Phys. Rev. B 101, 134511 (2020).
[2] R. Koshoji, M. Fukuda, M. Kawamura and T. Ozaki, arXiv:2206.04971.

標題：機械学習を用いた実験データからの有効モデル推定
日時：2022 年 10 月 28 日(金) 午前 11 時～午後 0 時
場所：Online
講師：田村 亮所属：国立研究開発法人物質・材料研究機構（NIMS）
要旨：
ベイズ推定を利用した機械学習および計算物質科学手法を組み合わせることで、機械学習による実験データからの有効モデル推定手法を開発してきた。特に測定された磁化過程を入力とし、その物質の磁性有効モデルを推定する手法開発に注力してきた。
実験データから有効モデルを推定するために、有効モデル中で重要なパラメタを選定、その値を決めるための方法論を定式化した。これまで種々開発されてきた計算物質科学手法を用いると、有効モデルが与えられたとき、様々な物理量を計算することができる。この計算を利用すると、有効モデルが与えられた際の測定ノイズを含めた実験データを条件付き確率分布で表すことができる（フォワードモデリング）。ここで、ベイズの定理を用いることで、実験データが与えられた際の有効モデルの事後確率分布が、フォワードモデリングによる条件付き確率と、モデルパラメタの事前分布で表すことができる。これはフォワードモデリングと逆プロセスであり、ベイズモデリングと呼ばれる。事前分布を適切に決める
ことで、事後確率分布を最大とする有効モデルが最も実験データを説明できるモデルと推定される[Physical Review B 95,
064407-1-8 (2017)]．
このように開発された手法の有用性を示すために、実際の実験系への適用として，低次元量子スピン系 KCu4P3O12 に対して高磁場測定で得られた磁化過程および帯磁率の実験結果から、スピンハミルトニアンを推定した[Physical Review
B 101, 224435 (2020)]．その結果、推定されたスピンハミルトニアンは、実験データを非常によく再現でき、磁気的相互作用の誤差も見積もることができた。

標題：Going beyond the Adiabatic Approximation – Crystal Field Phonon Interactions in McPhase
日時：2022 年 11 月 8 日(火) 午後 1 時 30 分～午後 3 時
場所：第 5 セミナー室（A615）及び Zoom（ハイブリッド開催）
講師：Dr. habil. Martin Rotter
所属：McPhase Project
要旨：
Commonly the approach to the solid state is based on the adiabatic approximation. I will show some kind of physics
which is neglected by this viewpoint: the crystal field phonon interaction is introduced on a simple model of a linear
chain of Ce ions. This model is being developed into a numerical ab initio method to study the correlation of phonon
and many body electron dynamics. I will focus on the numerical simulation of neutron spectra of some sample systems,■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

38

e.g. Tb2Ti2O7, PrNi2Si2. Such model calculations can be done with the newest version of the McPhase software
package for magnetism.
Going beyond the core subject of the seminar there will be room to discuss any other topic of interest within thecontext of numerical simulations using McPhase including also a short training in using this program package. I will
make accessible to the participants of the seminar the new version 5.5 of the McPhase program, which will be tested
in an online workshop 17-21 October and which will be published after the Micro-Workshop scheduled
30.Jan-3.Feb 2023 in Venice, Italy (registration deadline 1.Nov.2022). Further Information: www.mcphase.de

標題：生体高分子アクチンの加齢と重合ダイナミクスの顕微イメージング ―Women’s week によせてー
日時：2022 年 11 月 17 日(木) 午前 10 時～午前 11 時 30 分
場所：Online
講師：藤原 郁子
所属：長岡技術科学大学
要旨：
アクチンは真核細胞に大量に存在するタンパク質で、モノマーとポリマー(線維)状態を遷移して細胞分裂や前進運動、形維持などの細胞の運動機能を担う。細菌でも似た形のタンパク質があることから、アクチンのようなタンパク質は、かなり初期の生命から使われてきたと思われる。
細胞運動の再構成が難しい原因の１つは、線維の両端の性格が異なるなど、線維化して初めて出現する機能が理解できていないことである。セミナーでは、線維内の分子同士での伝搬(=クロストーク)やアロステリックな反応を時空間的に顕微計測したデータを示しつつ、日本と米国で働いてきた私の経験についても触れた。

標題：Many-body localization detection based on quantum dynamics
日時：2022 年 11 月 18 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：On Zoom and Lecture Room A632 , ISSP（ Hybrid）
講師：Prof. Kazue Kudo
所属：Ochanomizu University/ Tohoku University
要旨：
Many-body localization (MBL) occurs in strongly-disordered quantum many-body systems. MBL has been
investigated theoretically, numerically, and experimentally.Recently, techniques to probe MBL using quantum devices
have been developed, which take advantage of quantum dynamics. This talk focuses on MBL detection methods using
numerical simulations of quantum dynamics. The simulation results show how the magnetization and a quantity
called twist overlap characterize MBL.

39

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

標題：高温超伝導薄膜における超伝導ダイオード効果
日時：2022 年 11 月 18 日(金) 午前 11 時～午後 0 時
場所：Online
講師：土屋 雄司 准教授
所属：東北大学金属材料研究所
要旨：
近年、非相反伝導現象が注目を集めており、光子、電子に加えてスピン流、超伝導電子などへと対象が拡張されている。
空間反転対称性が破れた超伝導体では、磁束量子の非相反伝導現象に起因した超伝導ダイオード効果が発現する。この効果は、超伝導薄膜の面内方向に外部磁場を印加することで、比較的簡単に現れる。
本セミナーでは、最近の我々の成果として高温超伝導薄膜における磁束量子に対する表面バリアを用いた超伝導ダイオード効果の発現および応用研究について発表した。

標題：Numerical analysis of the Sachdev-Ye-Kitaev type models
日時：2022 年 11 月 21 日(月) 午後 1 時～午後 2 時
場所：Online
講師：Masaki Tezuka
所属：Kyoto University
要旨：
The Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) model, proposed in 2015, is a quantum mechanical model of N Majorana or complex
fermions with all-to-all random interactions. The model has attracted significant attention over the years due to its
features such as the existence of the large-N solution with maximally chaotic behavior at low temperatures andholographic correspondence to a low-dimensional gravity theory. Numerical diagonalization of the model Hamiltonian
gives much insight into the dynamics of the model. We have studied (i) the spectral correlation by computing thespectral form factor [1], and (ii) the scrambling dynamics of the model by using the Hayden-Preskill protocol [2]. In
addition to the result for the original SYK model, we present the results for the binary-coupling sparse SYK model [3]and the SYK4+2 model [4].
Reference:[1] J. S. Cotler, G. Gur-Ari, M. Hanada, J. Polchinski, P. Saad, S. H. Shenker, D. Stanford, A. Streicher, and M. Tezuka,
JHEP 1705:118 (2017) [arXiv:1611.04650]; H. Gharibyan, M. Hanada, S. H. Shenker, and M. Tezuka, JHEP
1807:124 (2018) [arXiv:1803.08050].
[2] P. Hayden and J. Preskill, JHEP 0709:120 (2007) [arXiv:0708.4025].
[3] M. Tezuka, O. Oktay, E. Rinaldi, M. Hanada, and E. Nori, arXiv:2208.12098.
[4] A. M. García-García, B. Loureiro, A. Romero-Bermúdez, and M. Tezuka, Phys. Rev. Lett. 120, 241603 (2018)[arXiv:1707.02197].

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

40

標題：
「光受容タンパク質ロドプシンの発色団異性体の多様性」「三次元ディラック半金属 Cd3As2 におけるフロッケ状
態の光応答探索」
日時：2022 年 11 月 21 日(月) 午後 1 時～午後 3 時
場所：Online
講師：永田 崇 氏（井上研究室 助教）、室谷 悠太 氏（松永研究室 特任研究員）
所属：物性研究所
要旨：
１．永田 崇 氏（物性研究所 井上研究室 助教）【題目】
光受容タンパク質ロドプシンの発色団異性体の多様性【概要】
動物や様々な微生物の細胞膜に存在する光受容タンパク質ロドプシンは、これまでに膨大な数の分子が同定されており、細胞の光センサーや、細胞膜を通したイオン輸送など多様な機能を示す。ロドプシンは発色団としてレチナールを結合しており、このレチナールの光異性化が引き金となってタンパク質全体の構造変化が生じ、生物学的な機能が発現する。動物ロドプシンは主に 11 シス型レチナールを結合し、全トランス型へ光異性化する。一方、微生物ロドプシンでは主に全トランス型を結合し、13 シス型への光異性化を示す。本講演では、これらとは異なる非典型的な発色団異性化特性を示す動物・微生物ロドプシンの発見や機能、分子メカニズムに関する話題を中心に、これまでの研究について紹介した。

２．室谷 悠太 氏（物性研究所 松永研究室 特任研究員）【題目】
三次元ディラック半金属 Cd3As2 におけるフロッケ状態の光応答探索【概要】
フロッケ・エンジニアリングの考え方により、光による電子状態のトポロジー制御など多くの興味深い現象が予想されているが、理論研究が大きく先行する一方で実験的検証はいまだ不十分である。本研究ではトポロジカル半金属の一種である Cd3As2 を高強度マルチテラヘルツ光で駆動し、分光学的にフロッケ状態の応答を探った。その結果、励起光の周波数と同程度のマルチテラヘルツ帯ではフロッケ状態間の共鳴に由来する誘導レイリー散乱、DC に近いテラヘルツ帯では電場下の光学遷移に由来する円偏光誘起異常ホール効果が観測された[1,2]。いずれも従来の予測とは異なっており、理論との比較から、これまで軽視されていた重要な光応答が関与していることを明らかにした。
[1] Y. Murotani*, N. Kanda* et al., Phys. Rev. Lett. in press. (*equal contribution)[2] 室谷ら、日本物理学会 2022 年秋季大会、講演番号 15aW242-4。

標題：T-square thermal resistivity and quasi-particle hydrodynamics
日時：2022 年 11 月 22 日(火) 午後３時～午後４時
場所：第 5 セミナー室
講師：Kamran Behnia 氏
所属：ESPCI Paris（ Paris Sciences et Lettres University, France）
要旨：
Heat travels in solids thanks to mobile electrons and phonons. Even in a detect-free solid, collisions degrade the flow
due to the presence of the lattice. However, there are situations where most collisions for phonons, for electrons or forboth conserve momentum. In this hydrodynamic regime, the quasi-particle viscosity plays a significant. Recent studiesof thermal transport in a variety of solids such as strontium titanate [1], black phosphorus [2], graphite [3], and41

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

antimony [4] reveal a narrow temperature window where normal collisions enhance the heat flow rate. The ubiquitous
T-square resistivity of Fermi liquids survives in dilute metals in absence of Umklapp events [5], indicating that it does
not require momentum-relaxing collisions. Comparing the available transport data in metals and in normal liquid 3He
indicates that energy diffusivity sets the amplitude of T-square thermal resistivity, while momentum diffusivity is thedriver of T-square electrical resistivity [6].
[1] V. Martelli et al., Phys. Rev. Lett. 120, 125901 (2018).
[2] Y. Machida et al., Sci. Adv. 4, eaat3374 (2018).
[3] Y. Machida et al., Science 367, 309 (2020).
[4] A. Jaoui, B. Fauqué, K. Behnia, Nat. Commun. 12, 195 (2021).
[5] J. Wang et al., Nat. Commun. 11, 3846 (2020).
[6] K. Behnia, Ann. Phys. 2100588 (2022).

標題：One-dimensional molecular systems with exotic quantum states
日時：2022 年 11 月 24 日(木) 午後 1 時 30 分～午後 2 時 30 分
場所：物性研究所本館６階第２セミナー室（A612）&Online
講師：Prof. Pavel Jelinek
所属：Institute of Physics of the Czech Academy of Science
要旨：
Low dimensional materials offer very interesting material and physical properties due to reduced dimensionality.
At present, 2D materials are the focus of attention. However, 1D systems often show far more exotic features, such as
Tomanaga-Luttinger liquid or Peierls distortion not presented in 3D and 2D materials. However, the study of these
1D systems is strongly limited by our possibilities of their preparation and characterization on atomic scale.
Nevertheless, recent progress of UHV on-surface chemistry [1] paved the way for the synthesis of molecular chainswith atomic precision. Moreover, scanning probe microscopy represents the unique tool, which enables to characterize
their structural and electronic structure with the unprecedented spatial resolution [2].
In this talk, we will briefly discuss several examples of 1D molecular system featuring interesting quantum
properties such topological quantum phase and concerted proton tunneling.
In the first part, we will introduce a novel strategy to synthesize [3] a new class of intrinsically quasi-metallic 1D πconjugated polymers featuring topologically non-trivial quantum states. Furthermore, we unveiled the fundamental
relation between quantum topology,-conjugation and metallicity of polymers [4]. Thus, we will make a connection

between two distinct worlds of topological band theory (condensed matter physics) and π-conjugation polymer science(chemistry). We identified and visualized a quantum phase transition between two topologically distinct phases in aπ-conjugated polymer. We will demonstrate that pseudo Jahn-Teller effect as the driving mechanism responsible forthe quantum phase transition. Finally, we present theoretical simulations revealing coherent fluctuation of polymersof the critical length at finite temperature between two distinct quantum phases. Such calculations provide an “asmoking gun” evidence of possible presence of the quantum criticality phenomena in the π-conjugated polymer foundnear the phase transition.
In second part, we will demonstrate unusual mechanical and electronic properties of hydrogen bonded chains formed
on a metallic surface driven by nuclear quantum effects within the chain [6]. We will show, that the concerted proton
tunneling not only enhances the mechanical stability of the chain, but it also gives rise to new in-band gap electronics
states localized at the ends of the chain. This study demonstrates the new class of nuclear quantum effects, which
concerted character strongly modifies physical and material properties of the system.

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

42References[1] S. Clair, D. de Otyeza, Chem. Rev. 119, 4717 (2019).
[2] P. Jelinek, J. Phys. Cond. Matt. 29 343002 (2017).
[3] A. Grande-Sanchez et al. Angew. Chem. Int. Ed. 131 6631 (2019).
[4] B. Cierra et al. Nature Nanotechnology 15 437 (2020).
[5] H. Gonzalez-Herrero et al, Adv. Mat. 33, 2104495 (2021).
[6] A. Cahlik et al, ACS Nano 15 10357 (2021).

標題：Chiral Electro- and Photoactive Materials
日時：2022 年 11 月 24 日(木) 午後 3 時～午後 4 時
場所：第 5 セミナー室（A615）及び Online
講師：Dr. Narcis Avarvari
所属：Laboratoire MOLTECH-Anjou, CNRS - Université d’ Angers, France
要旨：Chirality manifests itself in many areas of physics, chemistry and biology, where objects or materials can exist in
two non super-imposable forms, one being the mirror image of the other. 1 Introduction of chirality into conducting
systems is a topic of much current interest as it allows the preparation of multifunctional materials in which thechirality might modulate the structural disorder or expresses its influence through the electrical magneto-chiralanisotropy effect. 2 The access to various chiral electroactive precursors for molecular conductors is therefore ofparamount importance. 3 In the same time, the most distinctive manifestation of chirality in chemistry is in the opticalactivity of chiral compounds, expressed as optical rotation or circular dichroism (CD). Additionally, when a chiralcompound is emissive, circularly (CPL) can be expected to occur. In this lecture several chiral conducting or photoactive
systems will be discussed.
1 G. H. Wagnière, On Chirality and the Universal Asymmetry 2007, Wiley-VCH, Weinheim.
2 F. Pop, P. Auban-Senzier, E., Canadell, G. L. J. A. Rikken, N. Avarvari, Nat. Commun. 2014, 5, 3757.
3 a) N. Avarvari, J. D. Wallis, J. Mater. Chem. 2009, 19, 4061; b) F. Pop, N. Zigon, N. Avarvari, Chem. Rev. 2019, 119, 8435

標題：書かれてなんぼ、プレスリリースの真価とは
日時：2022 年 11 月 29 日(火) 午後３時半～午後４時半
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室（A632）
講師：山本 佳世子
所属：株式会社日刊工業新聞社・論説委員兼編集委員
要旨：
文部科学省記者クラブ在の記者として日々、大量のプレスリリースがチラと見られただけでゴミ箱に行く状況を、悩ましく感じています。
「研究者が論文発表と同じ気持ちでいては、どのメディアにも取り上げられずに終わるだけなのに、残念だと思わないのだろうか？」「リリース原案を作成した研究者も、手配に動いた事務方も、無駄なエネルギーを費やしている状態を、よしとしているのだろか？」と。
本講演では、非専門家のメディア人に響くリリースのコツを伝授。
研究成果の真価を社会にアピールする工夫を、提案した。

43

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

標題：自然言語の統計力学モデルにおける相転移
日時：2022 年 12 月 2 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：Online
講師：中石 海所属：東京大学大学院総合文化研究科
要旨：
自然言語の振る舞いは非常に多様だが、その文法的側面にのみ注目するならば極めて規則的である。自然言語の文法的側面を数理的に定式化することを目指すのが形式言語理論である[1]。この理論においては、文は有限個の記号からなる
文字列として、文法は文を生成する手続きを定める規則の集合として定義される。このように形式的に定義された文法は素朴なやり方で確率的に拡張することができ、この拡張されたモデルは、一種の統計力学モデルとみなして物理学的に解析することができる。その一例が DeGiuli によって提案された Random Language Model (RLM)である[2]。彼は RLMの数値解析に基づいて相転移の存在を予想し、この相転移は人間の言語獲得とのアナロジーによって解釈できると主張した。しかし、相転移の存在は十分に裏付けられていらなかった。我々は RLM を理論的に解析し、DeGiuli が仮定したよりも一般的な状況において、相転移が存在しないことを証明した[3]。このことは、自然言語の定式化としてより複雑なモデルを考えることの必要性を示唆した。
[1] N. Chomsky. Three models for the description of language. IRE Transactions on Information Theory, 2(3):113, 1956.
[2] E. DeGiuli. Random language model. Phys. Rev. Lett., 122(12):128301, 2019.
[3] Kai Nakaishi and Koji Hukushima. Absence of phase transition in random language model. Phys. Rev. Research,
4:023156, 2022.

標題：Symmetry-enforced band topology
日時：2022 年 12 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：Dr. Moritz Hirschmann
所属：Max-Planck Institute for Solid State Research
要旨：
Topological band crossings in energy spectra are connected to the emergence of prominent effects, for example, theanomalous Hall effect and Fermi arc surface states, which appear as open Fermi surfaces on the boundary of thesystem. In this talk I will present symmetry-based approaches to infer the existence of various point, line, and planecrossings as well as weak insulator topology.
Crystalline symmetries do not just protect but may also enforce a specific band topology. I will discuss the close
connection between the chirality of point crossings and the rotation eigenvalues. While the existence of crossingspinned to high-symmetry positions can be easily obtained from the representations of the corresponding little groups,
I will give some examples of movable crossings within the Brillouin zone. These results can then be combined to infer,
for example, the topology of nodal planes.
Further, I will present some of our efforts to give a comprehensive overview of enforced band structures inorthorhombic and tetragonal space groups, including, for example, almost movable nodal lines, nodal chains, and(topological) nodal planes. We propose example materials and I will touch upon the topological nodal planes inferromagnetic MnSi, and double Weyl points in NbO2/TaO2.

■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

44東京大学物性研究所人事異動一覧【研 究 部 門 等】
発令日

氏 名

部門・施設名等職 名備

考〈 採 用 〉
R4.10.1

R4.12.1

BOVENSIEPEN UWE 附属極限コヒーレント光科学研究センター

田中 未羽子凝縮系物性研究部門

特任教授

デュースブルク＝エッセン大学物理学部
教授より

助教

Massachusetts Institute of Technology
Research
LaboratoryofElectronics
Engineering Quantum Systems group
Postdoctoral Associateより特任教授

トゥールーズ・グルノーブル国立強磁場研究所
強磁場グループ グループリーダーへ

助教

東京大学情報基盤センター データ科学研究部門
特任講師へ〈 任期満了 〉
R4.11.10

Portugall Oliver

附属国際超強磁場科学研究施設〈 辞 職 〉
R4.12.31

45

河村 光晶

附属物質設計評価施設

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

物性研だより第 62 巻目録（第１号～第４号）

物性研だより第 62 巻第１号
1 トポロジカル反強磁性体におけるスピン蓄積による面直有効磁場の発現－垂直磁化膜の高効率な磁化反転へ－

近藤 浩太、大谷 義近

3 電子のスピンを駆動力とするナノモーターの提案

加藤 岳生

5 第 15 回分子科学討論会の分子科学会優秀講演賞を受賞して

西岡 海人

6 第 15 回分子科学討論会の分子科学会優秀ポスター賞を受賞して小野塚 洸太7 2020 年度日本表面真空学会 会誌賞を受賞して

松田 巌

8 2021 年度日本表面真空学会 会誌賞を受賞して𠮷信 淳

10 日本中性子科学会奨励賞を受賞して

眞弓 皓一

12 「分子シミュレーション学会学術賞を受賞」

樋口 祐次

13 第 3 回強磁場フォーラムフロンティア奨励賞を受賞して

三宅 厚志

16 物性科学領域横断研究最優秀若手奨励賞を受賞して出倉 駿【物性研究所短期研究会】
18 〇分子性固体研究の拡がり：新物質と新現象
25【物性研究所セミナー】【物性研ニュース】
32 〇東京大学物性研究所人事異動一覧
34 〇東京大学物性研究所特任研究員公募について
36 〇東京大学物性研究所教員公募について
38 〇東京大学物性研究所教員公募(女性限定)について
40 〇東京大学物性研究所教員公募について
編集後記
物性研だよりの購読について

物性研だより第 62 巻第 2 号
1 偏極中性子散乱による空間反転対称性を持つ磁気スキルミオン物質の磁気構造解析－再稼働した JRR-3 からの成果－

中島 多朗

4 スーパーコンピュータ「富岳」による大規模物性データの自動創出－不規則系磁性材料におけるビッグデータの実現へ－

福島 鉄也、赤井 久純、知京 豊裕、木野 日織

9 伝導電子と局在スピン・軌道が織りなす悪魔の調律〜多極子の衣をまとった電子「多極子ポーラロン」を発見〜

新井 陽介、黒田 健太、近藤 猛

12 日本生物物理学会学生発表賞を受賞して

柴田 桂成

14 2022 年度日本表面真空学会 学会賞を受賞して

松田 巌

15 表面・界面スペクトロスコピー2021 のスチューデントプライズを受賞して

川口 海周■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

46

16 ISSP 学術奨励賞を受賞して

酒井 明人

18 客員所員を経験して

林 智広

19 客員准教授を経験して

稲村 泰弘【物性研究所短期研究会】
21 〇機能的走査プローブ顕微鏡の新展開/ Frontier of scanning probe microscopy and related nano science【ISSP ワークショップ】
25 〇高圧セミナー“最近の話題から”
29【物性研究所談話会】
30【物性研究所セミナー】【物性研ニュース】
36 〇東京大学物性研究所人事異動一覧
38 〇令和３年度外部資金の受入について
40 〇東京大学物性研究所教員公募について
編集後記
物性研だよりの購読について

物性研だより第 62 巻第 3 号
1 「引っ張ると頑丈になる高強度ゲル」をより簡便に作る

眞弓 皓一

2 らせん状のキラル分子は熱で磁石になる－温めると磁化が大きくなる磁石を発見－
4 防汚・抗菌効果によりプラスチック代替紙素材を保護する超越コーティング
7 世界初「光で駆動する巨大イオンチャネルタンパク質」を藻類から発見

近藤 浩太、大谷 義近
廣井 善二、浜根 大輔、柴山 充弘
井上 圭一、永田 崇、今野 雅恵

11 ISSP Young Scientist Medal

Mingran Xu

13 日本物理学会の若手奨励賞を受賞して鈴木 剛

14 日本物理学会若手奨励賞を受賞して

神田 夏輝

16 文部科学大臣表彰 若手科学者賞を受賞して眞弓 皓一

18 日本物理学会学生優秀発表賞（領域 9）及び NanospecFY2021mini ショートプレゼンテーション学生賞金賞を受賞して

尾崎 文彦

20 日本物理学会学生優秀発表賞を受賞して

柴田 桂成

22 物性研に着任して岡本 佳比古24 物性研に着任して井手上 敏也Matthias Batzill

25 外国人客員所員を経験して
27【研究会報告】〇物性研究所スパコン共同利用・CCMS 合同研究会「計算物質科学の新展開」
30【ISSP ワークショップ】〇「1000 テスラ超強磁場科学の開拓」 開催報告
34 第 67 回物性若手夏の学校開催報告

井原 悠雅

39【物性研究所談話会】
47

物性研だより第 62 巻第 4 号■■ ■■ ■ ■ ■

41【物性研究所セミナー】【物性研ニュース】
52 〇東京大学物性研究所人事異動一覧
53 〇東京大学物性研究所 特任専門職員(特定有期雇用教職員)募集要項
55 〇東京大学物性研究所教員公募について
編集後記
物性研だよりの購読について

物性研だより第 62 巻第 4 号
1 第一原理強相関手法により明らかにした量子スピン液体候補物質 Pd(dmit)2 塩の性質

井戸 康太、吉見 一慶

4 高精度ミラーと計算を組み合わせた軟 X 線顕微鏡を開発－ラベルフリーで細胞内の微細構造を 50nm の分解能で可視化－

木村 隆志、竹尾 陽子

6 北海道の砂白金から発見された新種の鉱物、苫前鉱

浜根 大輔

10 スキルミオン人工知能素子－スキルミオンを用いた画像認識－

横内 智行、大谷 義近

13 FFLO 超伝導が創る空間的異方性

今城 周作

16 ノンコリニア反強磁性体におけるピエゾ磁気効果による異常ホール効果の符号スイッチングの観測
肥後 友也、Muhammad Ikhlas、中辻 知
19 ｢テラヘルツ科学の最先端 VIII｣最優秀若手研究者賞を受賞して

室谷 悠太

21 MagnEFi conference 2022 の Prize of Best Scientific Poster を受賞して

石川 卓門

23 外国人客員所員を経験して26 令和４年度 物性研究所一般公開の報告

Oliver Portugall
川島 直輝【物性研究所短期研究会】
30 〇理論タンパク質物性科学の最前線：理論と実験との密な協働
33【物性研究所談話会】
34【物性研究所セミナー】【物性研ニュース】
45 〇東京大学物性研究所人事異動一覧
46 物性研だより第 62 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■■■■ ■■■

物性研だより第 62 巻第 4 号

48

編 集 後 記
1 件目の研究紹介では、ニューラルネットワークを活用した強相関第一原理計算による量子液体スピン相の安定性とその性質を明らかにした成果で、4 件目の記事では、今度はニューラルネットワークの素子に対して、スキル
ミオンを利用した成果になっています。ニューラルネットワークについてはお恥ずかしながら勉強不足を痛感した
ところです。2 件目の木村先生の軟 X 線顕微鏡の開発記事は、今年度の一般公開のサイエンスカフェの中でも紹介されていて ISSP チャンネルの方でもご覧なれますので、是非。さて、今号でとても印象的な記事は 3 件目の苫前鉱のお話です。北海道での鉱物から柏の葉へ、そして、町おこしに（？）と、鉱物発見にまつわるストーリーが展開されています。万年筆のペン先で北海道産の砂白金と似た組成のあるメーカーはどこだろうと気になるところです。5 件目の記事では、FFLO への執念というか熱い思いが感じるのは私だけでしょうか？最後の記事では、物性研だよりでは数多く掲載されてきた Mn3Sn の成果で、今回は、歪みの効果を利用し制御した成果で、今号も読み応えのある記
事ばかりです。
一般公開委員の川島委員長の記事にありますように、今年度も一般公開はオンラインでの開催となりました。来
年度はオンサイト開催が可能となるか、なるとしても、前回を知る学生さんも少なく 3 年のブランクは、と考えると不安なところです。
鈴 木【第 62 号第 3 号の訂正について】
令和 4 年 10 月に発行しました「物性研だより第 62 巻第 3 号」につきまして、下記の通り記載に誤りがございました。
P13 「日本物理学会の若手奨励賞を受賞して」（誤）極限コヒーレント光化学研究センター 近藤研究室助教 鈴木剛（正）極限コヒーレント光科学研究センター 岡﨑研究室助教 鈴木剛
訂正の上、お詫び申し上げます。

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