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O A�,Wi1.JO *Ji't:A��·l1ffl�i5Jrlilf��O)��f;: :J l,, -r�$fl�cCopyright © 2016 Institute for Solid State Physics,
The University of Tokyo. All rights Reserved.
ISSN 0385-9843

物性研究所の改組について

瀧川 仁
１．はじめに2013 年 4 月に物性研究所長に就任してから、早いもので３年半が経過した。昨年 12 月の所員会で再任が決まり、2017年度まで更に２年の任期を務めることになったことをまずご報告する。３年前、私は所長就任に際して『物性研だより』の記事の中で、物性研の研究組織の現状と課題について次のように述べた。「物性研の研究組織は主として比較的大規模な装置の開発・維持を行う研究施設・センターと、所員各々の自由な発想に基づくスモール・サイエンスを担う研究部門から成る(図１)。施設・センターの活動は個々の大学で推進することが困難なものであり、共同利用・共同研究拠点の重要なミッションとして認識されている。実際に、レーザー、放射光、中性子、強磁場、スーパーコンピュータなど、施設・センターの先端的中大型設備は近年目覚ましい発展を遂げた。その一方で研究部門の比重が相対的に縮小した感がある。しかしながら、新しい研究の芽となるテーマが研究部門から提起され、それが先端的施設と連携しながら発展することによって、物性研独自のサイエンスが開花するはずであり、この基礎的部分に関して改組も視野に入れた将来計画が必要である。」[1]
研究部門で行われている新物質や新規なナノ構造の研究部門

開発、およびそこで発現する現象の測定と理論的解明

附属研究施設は、言うまでもなく物性科学の根幹である。共同利

軌道放射物性研究施設

極限コヒーレント光科学研究センター

機会が少なくなっていることは否めない。この状況を

計算物質科学研究センター

異分野間の連携を通して新しいサイエンスの芽を育む

国際超強磁場科学研究施設

展と深化に貢献してきたが、組織の固定化に伴って、中性子科学研究施設

究部門は、発足以来約 20 年の間それぞれの分野の発

物質設計評価施設

物性理論、ナノスケール物性、極限環境物性の現 4 研

極限環境物性研究部門

サーチを推進することが必須であろう。新物質科学、

物性理論研究部門

設備を有効に生かしながら、独創的なインハウス・リ

新物質科学研究部門

研究部門が新しい分野を切り開き、物性研独自の大型ナノスケール物性研究部門

用・共同研究拠点としての真価を発揮するためにも、どのように改善していくべきか、この 3 年間、所内はもとより研究会などを通じて所外の研究者も交えた議論を重ねてきた。その結果、2 つの分野横断型研究グ
ループの設立、および 2 つの研究部門の統合を骨子とする計画がまとまり、今年 10 月の実現に向けて、規図１：従来の研究組織

則改正などの作業を現在進めているところである。本稿ではその概要を紹介する。

２．検討過程前述したように物性研の研究部門はいわば個人商店の集まりであり、それぞれの研究室は個性ある研究手法を開発し独創的な研究を行っているが、一研究室でできることは限られている。しかし、物性研全体を見れば物質科学の多様な分野をカバーする専門家がそろっている。これらがうまく連携し、更に世界的にも傑出した施設・センターの先端的大型装置を活用することによって、未開拓の研究テーマの発掘とその多面的な展開を実践し、新しい研究分野を開拓できる可能性■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

1もある。勿論、物性研内の研究室間の連携は以前から自発的に行われているが、それをより組織的に、少し離れた分野も巻きこんで展開する仕組みがあっても良いのではないか。以下に述べる「機能物性研究グループ」と「量子物質研究グループ」という 2 つの分野(部門)横断型の研究グループは、そのような仕組みの具体案として検討されてきた。
① 機能物性研究グループ
従来の物性物理の多くの分野では、純粋で一様な物質が主な研究対象であり、その基底状態と低エネルギー素励起の解明が重要な課題であった。近年の研究の舞台は、基底状態から高エネルギー励起状態へ、平衡状態から非平衡状態のダイ
ナミクスへ、更に一様な物質から異なる長さスケールの階層構造・高次構造を持つ物質系へ、と拡大しつつある。この背景の 1 つには、先端的な測定技術や計算手法の進展がある。例えば、励起状態や非平衡状態のダイナミクスを実時間で計測する超高速分光法や、階層構造を持つ物質系における微小なナノ領域を対象とした分析・分光技術、更に大規模計算機を用いた第一原理計算やシミュレーションなどの進展によって、これまで未開拓であった問題に対して、精密な実験的・理論的アプローチが可能になってきた。また一方で、このような問題は、物質が有用な機能を発現するメカニズムと密接に関係している。例えば、太陽電池、電気化学反応、触媒、生体物質などにおける「機能発現」は複数の素過程の連動の結果であり、それらの多くは一様な物質内部で起こる静的現象ではなく、表面・界面・粒界を舞台とした動的現象である。
またそこでは、ミクロからマクロにいたるマルチスケールの階層構造が重要な役割を果たしている。「機能物性研究グループ」では、基底状態・平衡状態の電子物性を基盤として、励起状態・非平衡状態、さらには化学反応や生体系の動的性質まで踏み込んだ研究を視野に入れる。そのために、伝統的な物性物理の枠組みを超えて、マルチスケールの階層的複合構造を持つ物質系における原子・イオンの移動や組み換え(化学反応)も対象とする。
上記の例が示すように、機能物性の具体的テーマの中には産業上重要な実用材料と関係するものも少なくない。しかし物性研においては、実用材料の開発そのものを目指すのではなく、その背後にある基礎学理を構築することが目的である。
実はこのことは、60 年前の物性研創設の精神にも通じるものであり、設立趣意書の冒頭には次のように書かれている。
「物性研究所は、物性物理学の総合的かつ系統的な研究を行い、それによってわが国の学問の水準を高め工業技術の発展に貢献することを目的とする。」[2]
物性研では、最近このような方向の研究が実際に行われている。具体的には、マルチスケールの特徴を持つソフトマター、
ガラス、分子性物質の研究、固液界面における電気化学反応や生体膜ダイナミクスの理論的シミュレーション、表面の化学反応やデバイス動作状態における分光研究などであるが、これまではそれぞれが独立して行われていた。そこで 2014 年から、伝統的な固体物理の中心から少し離れたこのようなテーマに関わっている 12 名の物性研所員が集まり、新分野へ

研究部門

附属研究施設の取り組みを目指して情報交換と将来計画の検討を開始した。これらの所員の所属は、新物質科学、物性理論、ナノスケール物性の 3 研究部門に加えて、物質設計評価施

機能物性研究グループ

設、中性子科学研究施設、LASOR センターと多岐にわ

量子物質研究グループ

軌道放射物性研究施設

もと、2 回の ISSP ワークショップ「光機能」(2014 年後

極限コヒーレント光科学研究センター

として、いくつかの分野について所外の研究者の協力の計算物質科学研究センター

国際超強磁場科学研究施設

きた。これと並行して機能物性融合科学研究会シリーズ

中性子科学研究施設

で推進すべき共同研究テーマの候補がいくつか浮かんで

物質設計評価施設た。その中で、「機能物性」というキーワードと、物性研

ナノスケール物性研究部門

手法や興味あるテーマについて紹介し意見交換を行っ

物性理論研究部門

プ・ミーティングを開催し、それぞれが専門とする研究

凝縮系物性研究部門たっている。まず、月 1 回インフォーマルなボトムアッ期)と「ソフトダイナミクス」(2015 年前期)、及び短期研
究会「反応と輸送」(2015 年前期)を開催した。これらの内容は『物性研だより』に報告されている[3]～[5]。

2

物性研だより第 56 巻第 2 号

図２：改組後の研究組織■■■ ■ ■ ■■

更に、個別のトピックスに関する機能物性セミナーを現在までに 8 回開催し、関連分野の研究動向に関する情報を収集しているところである。
このような経緯により、これらの検討に加わった所員が集まって、既存の研究部門・施設・センターを横断する「機能物性研究グループ」を設立することが合意された。特に、吉信(ナノスケール物性研究部門)、杉野(物性理論研究部門)、
秋山(LASOR センター)の 3 所員は今後の活動の中核を担うコアメンバーとして本グループを本務とし、これまでの部
門・センターは併任、その他の所員は本グループを併任することとなった。今後の本グループの具体的活動は、新所員として採用するメンバーに依るところが大きいが、どのような分野であれ、物性研で培ってきた先端的計測・計算手法を有効に活用する所内連携に加えて、所外連携によって新しい分野の研究者コミュニティを作っていくことが重要となろう。

② 量子物質研究グループ
物性科学の多くの重要な発展は、新物質の合成を通じて固体電子系の新奇な量子状態が発見され、その理論的解明が新
たな物理原理を確立することによって成し遂げられてきた。特に 1980 年代以降、重いｆ電子系化合物、高温超電導体を含む遷移金属酸化物、分子性有機伝導体などにおいて、強い電子相関によって引き起こされる現象が重要な研究テーマとなっている。強相関電子系は物性研においても中心的な研究分野であり、新物質科学研究部門、物性理論研究部門、物質設計評価施設を軸として、施設・センターとの連携のもと強力に進められてきた。今世紀に入り、グラフェンなどの特異なバンド構造を持つ物質や、強いスピン軌道相互作用を持つ電子系波動関数のトポロジカルな性質に起因する新奇な現象が発見され、電子相関の強い物質系おいてこのような効果が生み出す新量子相に興味が集まっている。
このような新しい研究の潮流を物性研で先導するためには、物質合成、物性測定、理論の 3 者の緊密な連携が重要である。「量子物質研究グループ」は部門を超えたこれら 3 者の連携のもと、所内の中大型施設および所外研究者を含む共同
研究ネットワークの中核として今後の量子物質研究を牽引することを目指して、検討が始まった。まず、2013 年から2015 年にかけて、様々なテーマの最先端で活躍する国内外の研究者を招いて、入門から最新の成果までを 2 時間の講義で紹介する「新量子相レクチャー」シリーズを計 10 回開催した。また、特に重要なキーワードであり、現在急速に発展しつつあるトポロジカル量子相に関しては、国際的な研究ネットワークを形成するために、学術振興会の「頭脳循環を加速する戦略的国際研究ネットワーク推進プログラム」(2014－2016)に採択された課題「新奇量子物質が生み出すトポロ
ジカル現象の先導的ネットワーク」を推進中である。現在、全所的な支援のもと、中辻(新物質科学)、押川(物性理論)両所員を中心とした物性研グループと、ドイツ、アメリカの 8 研究機関による国際共同研究が進行している。更に、2015
年 12 月には、短期研究会「量子物質の最前線」を開催し、量子物質研究の現状を俯瞰しつつ「量子物質研究グループ」
設立についての議論を行った[6]。(この研究会の開催に当たっては、所外提案者の有馬孝尚(東大新領域)、石田憲二(京大理)、田島節子(阪大理)、永長直人(理研)、三宅和正(豊田理研)諸先生から、貴重なご意見をいただいた。）「量子物質研究グループ」の設立に関する議論の中では、物質合成・物性測定・理論の連携、中大型施設の有効活用、
国際的研究ネットワークの構築などに加えて、バルク物質とナノ構造を区別せずシームレスに扱う研究体制についても検討された。例えば、近年注目されている表面や異種物質間の接合界面における新現象を実証するには、ナノスケール科学で発展した実験手法が有効であると期待される。また、新しい量子現象を機能性デバイスに応用するためには、薄膜作成
や微細構造化が必要になることに加えて、これらの技術を利用して電界効果や非平衡現象を解明することが、今後の量子物質研究の重要なテーマとなろう。
このような過程を経て、「量子物質研究グループ」の設立が実現することとなった。今後本グループにおいて新所員の採用も検討されているが、立ち上げに当たってまず中辻、押川の２所員がコアメンバーとして本グループを本務とし、従来の部門を併任する。その他に、既存の部門・施設から数名の所員が本グループを併任する予定である。

③ 研究部門の統合
上記 2 つの分野横断型研究グループの創設と並行して、新物質科学研究部門と極限環境物性研究部門の統合が予定されている。極限環境物性研究部門は、1996 年の改組により超強磁場・超低温・超高圧の 3 領域の研究グループが集まって発足し、個別の極限環境のみならず、それらの複合環境下における先端的測定を通じて、新現象の発見、新概念の創出に■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

3貢献してきた。2006 年には、超強磁場に関する先鋭的な装置開発と、日本の他の強磁場施設と連携した強磁場コラボラ
トリー計画の推進のために、超強磁場グループが独立して国際超強磁場科学研究施設が発足した。また超低温グループでは、液体および固体ヘリウムの研究を牽引してきた 2 所員が退職し、2013 年に山下所員が着任したことによって、研究テーマが強相関電子系や量子スピン系の電子物性にシフトした。
極限環境物性研究部門には現在、山下グループのほか、超高圧下極低温における強相関量子物性を追及する上床グルー
プと、2 次元原子層や低次元分子性結晶における量子輸送現象を探求する長田グループがある。これらのグループと、新物質科学研究部門および物質設計評価施設の実験系グループとでは、研究手法こそ異なるが、科学的興味の対象は重なる部分が多く、新物質科学研究部門と極限環境物性研究部門を分け隔てる理由はもはや存在しないと考えられる。実際、3年前から両部門の連携を深めるための合同セミナーや交流行事を継続した結果、研究対象となる物質系、計測手法、測定
環境それぞれの範囲が広がり、更により活発な両部門間の共同研究が展開されるようになった。そこで両部門を統合し、新たに「凝縮系物性研究部門」として再生することとした。ただし、超高圧・上床グループについては、一研究室としては比較的大規模な装置開発と共同利用を展開している状況を鑑み、効率的な運営という観点から、高圧合成室を含む多彩な共通実験室を管理・運営している物質設計評価施設に加わる予定である。

３．今後の展望図 2 に示す新しい研究組織への再編計画は、この 3 年間、所内の意見交換や、所外の研究者を含む研究会やセミナーな
ど、様々な機会を利用して検討が進んできた。その過程で、物性研の共同利用施設専門委員会や協議会、物性委員会幹事
会や拡大物性委員会などの場において、物性コミュニティの方々に検討状況をご報告し、概ね肯定的にご理解いただけたと感じている。更に、今年 1 月に行われた国際外部評価においても詳細に検討され、強い支持を得ることができた。
一方で、「分野を超えた所内の連携を強化するために部門横断型グループを作ると言いながら、結果として量子物性と機能物性という 2 つの領域に分断されている(相分離を起こしている)ように見える」というご批判もいただいた。確かにこれまでは、2 つの研究グループは異なる視点からそれぞれの検討がなされており、お互いに理解を深める機会が充分にあったとは言い難い。しかし、現時点において両グループの目指す所や、想定する研究テーマを比べてみると、共通点が多いことに気づく。
機能物性グループでは、階層構造を持つ非一様な物質系における励起状態やダイナミクスを扱うが、着目する機能は
多くの場合、量子的な素過程の連鎖の結果として発現し、その中には局所的な電子相関が重要な役割を演じる現象も少なくない。量子物質グループでは、バルクな物質内部に限らずに表面や界面などヘテロジニアスな系における新奇な量子現象を探索すると同時に、そこから有用な機能を引き出す可能性を追求する。こうして見ると、両グループの境界は明確なものではなく、将来、両者の連携によって新しい展開が生まれる可能性も期待できる。そのためには、既存の部門・施設が両グループをつなぐことが鍵となるかもしれない。
既存の部門・施設を横断する形の研究グループがどこまで恒久的な組織となるかについては、5 年程度経過した時点で再度検討するのが適切ではないかと考えている。一方では、この 3 年の間に、所内連携を活性化する将来計画の議論がきっかけとなって、既に色々なところで新しいタイプの共同研究が始まっている。物性コミュニティの皆様には、新しい研究グループの今後の活動を見守っていただき、また建設的なご意見をお寄せくださるよう、切にお願いする次第である。
[1] 物性研だより 第 53 巻第 1 号(2013 年 4 月)p1．
[2] 物性研 50 年の歩み p12.
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/docs/50anniversary.pdf[3] 物性研だより 第 55 巻第 1 号(2015 年 4 月)p18．
[4] 物性研だより 第 55 巻第 2 号(2015 年 7 月)p31．
[5] 物性研だより 第 55 巻第 3 号(2015 年 10 月)p24．
[6] 物性研だより 第 56 巻第 1 号(2016 年 4 月)p25．
2016 年 9 月

4

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

カイラル超流動体における軌道角運動量

物性理論研究部門

多田 靖啓、押川 正毅

研究の背景
1970年代にヘリウム3の超流動A相が発見されてから、カイラル超流動体・超伝導体と呼ばれる、時間反転対称性が自発的に破れた超流動(超伝導)状態が盛んに研究されてきました[1]。このような超伝導状態は、トポロジカル超伝導状態の一種であるとともに、酸化物超伝導体Sr2RuO4や重い電子系超伝導体URu2Si2などにおいても実現しているのではないかと考えられ、最近改めて大きな注目を集めています。ここでは、我々が最近行った、カイラル超流動・超伝導における長年の懸案に関する理論的研究についてご紹介します[2]。本研究は、オンライン新聞でも取り上げられました [3]。
フェルミ粒子系の超流動は、単純には以下のような描像で説明できます。フェルミ粒子の間に有効的な引力が働くと、フェルミ粒子はクーパー対をつくります。このクーパー対はボース統計に従うため、低温でボース・アインシュタイン凝縮(BEC)を起こし、超流動状態になります。電子系など、
フェルミ粒子が電荷を持っている場合にはこの超流動状
態は超伝導状態に対応します。さて、カイラル超流動体
は、直観的には、フェルミ粒子がクーパー対を作る際に、一定の方向に回転している状態であると解釈されます(図 1)。そのため、カイラル超流動体は全体としてゼロではない軌道角運動量を持つと考えられています。しかし、全軌道角運動量の大きさについては、約 40 年にわたって議論が続いており、「固有角運動量パラドックス」として知られてきました[1]。パラドックスの原因
は、2 つの相異なる、一見するとどちらも正しそうな物

図 1：カイラル超流動体の概念図。フェルミ粒子が回転しながら理的描像に立って全軌道角運動量の大きさを見積もるにすることが、本研究の目的です。

クーパー対を作っています。系全体の軌道角運動量の値を明らかと、全く違う値が得られることにあります。
クーパー対 1 つあたりの角運動量が であるカイラル超流動の場合を考えてみましょう。 =1 の場合はカイラル p 波、
 =2, 3,…の場合はカイラル d 波、f 波…と呼ばれます。先に述べたような単純な描像に従うと、全てのフェルミ粒子がクーパー対を作り、1 つのクーパー対あたり角運動量 をもつので、全フェルミ粒子数が N のとき、全軌道角運動量
は Lz ≃N/2 であると見積もられます。このとき、N/2 は「クーパー対の全個数」に相当します。一方で、多くの現実的な超流動体では、引力相互作用はフェルミエネルギーに比べて非常に小さくなっています。この観点からは、クーパー対形成に寄与するフェルミ粒子はフェルミ面近傍に限られるため、クーパー対の実際の個数は(Δ/F)×N/2 であるとも考えられます。ただし、Δはクーパー対形成に伴う準粒子ギャップの大きさ、F はフェルミエネルギーです。これが正しけ
れば、全軌道角運動量は Lz ≃ (Δ/F) × N/2 ということになり、先ほどの結論よりもかなり小さな値になります。このように、一見妥当な 2 つの評価によって全く異なる値が得られてしまいます。2 つの物理的描像のうち、どちらかが正し
くてもう片方は間違っているのでしょうか、それとも、どちらとも間違っているのでしょうか？
より詳しく議論すると、フェルミ粒子間の引力が強い場合には、それぞれのクーパー対は他のクーパー対とほぼ独立に分子のようにふるまうと考えられます。すると、クーパー対が単純にボース粒子として BEC を起こすと考えて良さそう=N/2 が自然に期待されます。一方、フェです。この場合には、全てのフェルミ粒子がクーパー対を形成し、 L z ≃ Lfullz
ルミ粒子の間の引力が弱い場合には、クーパー対の間の空間的な重なりが大きく、クーパー対を独立な分子と見なすこと■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

5

ません。超伝導の標準的な理論として知られるバーディーン-クーパー-シュリーファー(BCS)理論は、このようはできな状況を記述しています。カイラル超流動体・超伝導体の場合には、強結合の BEC 側と弱結合の BCS 側は別の相であり、量子相転移で明確に隔てられています。現代的な見方では、強結合 BEC 相はトポロジカルには「自明な」相であるのに対し、カイラル超流動体の弱結合 BCS 相はエッジ状態を伴うトポロジカル超流動相ということになります。弱結合
BCS 相では引力相互作用が弱いため、上述のように全軌道角運動量が Lz ≃(Δ/F)×N/2 と抑制されるのが自然に見えます。一方、引力相互作用が弱い場合でも、超流動相の基底状態では液体の密度の 100%が超流動密度となることが知られとなるようにも思えます。「固有ています。この観点からは、やはり全てのフェルミ粒子がクーパ対を形成し Lz ≃ Lfullz
角運動量パラドックス」は、主に弱結合の BCS 相に関して問題とされていましたが、このような「直観の効きにくさ」
が研究者達を長い間悩ませてきました。
フェルミ粒子であるヘリウム 3 の液体は極低温で超流動を示しますが、その中でも超流動 A 相と呼ばれる相はカイラ
ル p 波超流動体(= 1)であることが実験的にも確立しています。液体ヘリウム 3 では引力相互作用はフェルミエネルギーに比べて極めて弱く、弱結合の BCS 相に属する典型的な超流動体です。このような系においても、近年では様々な理論=N/2 を支持する結果が多く報告されています。しかし、その本質的な理由は明らかにされてい計算によって L z ≃ Lfullz
ませんでした。全軌道角運動量は実験による直接測定が難しいこともあり、決定打にかける状況が続いていました。

我々の理論
上述のような状況をふまえ、我々はまず、何が問題を難しくしているのかを理解することから始めました。超流動体の軌道角運動量をきちんと理論的に取り扱うには、十分大きな容器に超流動体を閉じ込めた状況を考える必要があります。
ヘリウムや冷却原子系の実験でも粒子は容器やポテンシャルによって空間的に閉じ込められていますので、その観点からもこれはごく自然な問題設定です。すると、容器の壁によって超流動体の境界がつくられることになります。壁のような境界のある系というのは理論的取扱いが難しくなりますが、この部分を正確に計算しないとパラドックスの解決に近づくことはできません。特に、境界を持つカイラル超流動体においては、境界に沿って流れる「エッジ流」が存在することが知られています。このエッジ流が軌道角運動量に寄与するため、境界の扱いは非常に重要となります。一方、これまでの既存の理論では、容器壁の影響をきちんと扱わずに、妥当性の明確でない近似や仮定がしばしば使われていました。
このような基本的認識の下、図 1 のような 2 次元の回転対称な円盤に閉じ込められた引力相互作用をするフェルミ粒子
系について、標準的なモデルであるボゴリューボフ-ドジャン・ハミルトニアンを考えました。ボゴリューボフ-ドジャ
ン・ハミルトニアンは相互作用について一種の平均場近似を行ったものですが、この単純化されたモデルの範囲内では境界の取り扱いも含め正確な議論を行うことを目標にしました。
まず最初に、我々はヴォロヴィクの議論[1]を拡張することにより、絶対零度における全軌道角運動量の期待値がLz = N/2-Q

・・・(1)と表されることを示しました。Q はスペクトル非対称性と呼ばれ、ハミルトニアンの正と負の固有値の個数差だけから定= N/2 という値からの、全軌
まります。この量が、全てのフェルミ粒子がクーパー対を形成した場合に期待される Lfullz
道角運動量のずれを与えることになります。以下では、(1)式に基づいて、エネルギースペクトルに着目して軌道角運動量を議論します。
具体的にカイラル p 波超流動体の場合にスペクトルを求めてみると、図 2(左)にあるように、強結合の BEC 相ではス
ペクトルは上下対称で、正と負の固有値の数は等しく、Q = 0 となります。このことから、物理的にも予想できたように、=N/2 であることを厳密に導くことができます。これに対して、図 2(右)のように、弱結合の BCS 相ではエッL z ≃ Lfullz
ジ流を与えるギャップレスモードがスペクトルに現れます。このように BEC 相と異なるスペクトルを持つことから、
Q≠0 となりそうにも思われます。しかし、カイラル p 波超流動体の場合、弱結合の BCS 相においても、実は厳密に Q = 0
が成立します。このことは、以下のように理解できます。仮想的に化学ポテンシャルを変化させることを考えましょう。
これはクーパー対の結合の強さを有効的に変化させることに相当し、基底状態は < 0 では強結合 BEC 相、> 0 では弱

6

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

結合 BCS 相になることが知られています。すなわち、= 0 で量子相転移が起きることになります。このように化学ポテ
ンシャル を連続的に変化させたとき、ハミルトニアンの固有値はそれぞれが連続的に変化するため、スペクトル非対
称性 Q が変化するためには固有値のいずれかがゼロを横切る必要があり、このとき系のエネルギーギャップは閉じることになります。BCS 相では前述のようにギャップレスのエッジモードが現れるのですが、実はスペクトルが厳密な意味
でギャップレスになるのは系の大きさが無限大の熱力学的極限のみで、有限の大きさの系では全ての固有値が BEC 相から BCS 相までゼロを横切ることなく符号を保ったままで変化します。したがって、BEC 相でも BCS 相でもカイラル p= N/2 となることが導けます。すなわち、全軌道角運動量波超流動体では常に Q = 0 であり、これから直ちに L z = Lfullz
はクーパー対の結合の強さに全く依存しないということになります。また、Lz = N/2 という全軌道角運動量を生み出すために、容器壁に沿ってエッジ質量流 J = n/4(n は粒子数密度)が流れていることも分かります。ここにもやはり、因子

Δ/F は現れません。

図 2：カイラル p 波超流動体のエネルギースペクトル[2]。(左)BEC 相と(右)BCS 相。横軸は 1 粒子の軌道角運動量で、円盤の円周に沿った運動量に対応しています。

このようなカイラル p 波超流動体における結果は近年の多くの理論研究と一致しており、ある程度予想できたものです
が、驚くべきことに、d 波以上(≥ 2）のカイラル超流動体においては大きく結果が異なってきます。この場合に上と同様の計算を行ってみると、強結合 BEC 相ではやはり Lz=  N/2 である一方、弱結合 BCS 相では Lz ≪ N という結果が得られたのです。このことも、上と同様に化学ポテンシャルの変化に伴うスペクトルの変化によって理解することができます。例として、カイラル d 波超流動体の場合を考えましょう。この場合も < 0 の強結合 BEC 相でのスペクトルはカイ
ラル p 波の場合[図 2(左)]とほとんど同じ形をしていますが、 > 0 の弱結合 BCS 相では図 3(左)のように 2 つのエッジモードが現れます。カイラル p 波超流動体の場合には図 2(右)のようにエッジモードは 1 つしかなかったので、質的な違いがあることになります。化学ポテンシャルの変化に伴ってスペクトルが変化する際に、この違いが重要な働きをします。
カイラル d 波超流動体が  > 0 の弱結合 BCS 相で図 3(左)にあるような 2 つのエッジモードを形成するためには、1 粒子の角運動量 l が l1 と l2 に挟まれた領域で、強結合 BEC 相から化学ポテンシャルを変化させたときにハミルトニアンの固有値がゼロを横切って符号を変える必要があります[図 3(右)]。これに伴って正と負のエネルギー固有値の個数に差が生じ、Q が正の値を取ることになります。これが BCS 相における全軌道角運動量の抑制をもたらします。
詳しく解析すると、このような数学的振る舞いは、物理的にはクーパー対の破壊効果と関係していることが分かります。
つまり、d 波以上の弱結合 BCS 相で見られる正の Q は、エッジモードを形成するときに容器壁においてクーパー対を破壊する散乱が必然的に起こってしまい、その結果、エッジ質量流が小さくなってしまう、ということを表しているのです。
これに伴い、全軌道角運動量は Lz = N × O (Δ/F)のように大幅に抑制されることになります。この対破壊効果はどんなに容器壁がクリーンでも存在し、エッジモードの出現というギャップ関数のトポロジカルな構造と密接に結びついているという点において、今までに知られていた対破壊効果とは質的に異なる新しいものです。さらに注意すべき点は、Lz の抑制はこの隠された対破壊効果によるものであって、もともとのパラドックスの起源となった「フェルミ面付近の低エネ
ルギーのフェルミ粒子のみがクーパー対を形成する」という議論では理解できないという点です。このように、我々の研究は、カイラル超流動体における全軌道角運動量の問題における新しい側面を発見したものと言えると思います。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

7図 3：(左)カイラル d 波超流動体の BCS 相におけるスペクトル[2]。
(右)ある l(l1 < l < -1)における、化学ポテンシャルを変化させたときのエネルギー固有値の振る舞い。正と負の固有値の個数差が変化している様子が分かります。

今後の発展
以上のように、我々は理想的な状況をさらに単純化したモデルの範囲内ではありますが、カイラル超流動体における全軌道角運動量を計算し、エッジモードの出現に付随する対破壊効果の重要性を明らかにしました。我々の研究に関連して、
その後、Sr2RuO4 に対応するミクロなモデルを用いてカイラル p 波超伝導体のエッジ電流が再検討されるなど[4]、エッ
ジ流や軌道角運動量の物理に関して世界中で活発な研究が続いています。このようにして軌道角運動量の問題に隠された豊富な物理が明らかにされつつありますが、「固有角運動量パラドックス」の完全な解決にはさらなる研究が必要であると考えられます。たとえば、Sr2RuO4 のようなカイラル超伝導体は実験・理論の両面から盛んに研究されておりエッジ
電流の直接観測も試みられて来ましたが、カイラル超伝導体の場合は特に不純物や乱れがエッジ電流に与える影響が重要と考えられます。さらに、結晶格子やサンプルの形状がそもそも回転対称ではないので、回転対称でクリーンな系を対象とした我々の理論が現実的なカイラル超伝導体にどのように拡張されるかは興味ある問題です。また、これまでの理論的研究は、今回の我々の研究を含めて、ボゴリューボフ-ドジャン・ハミルトニアンの枠内にとどまっています。先述のように、これは粒子間の相互作用を一種の平均場理論で扱うものですが、この過程でゲージ対称性(質量流保存則)を破ることになります。軌道角運動量の問題では質量流保存則が重要なので、ゲージ対称性を保った理論で全軌道角運動量がどうなるかは非自明であり、これからの問題です。

謝辞
本研究は、当時、物性研・押川研究室博士後期課程に在籍していた聶文星(NieWenxing)博士(現・清華大学高等研究所)との共同研究です。また、本研究の動機である「固有角運動量パラドックス」の問題は、前野義輝教授(京都大学)に教えて頂きました。石川修教授(大阪市立大学)には実験家の立場から有意義なコメントを頂きました。本研究は、主に科学研究費新学術領域「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」公募研究(研究課題番号 25103706 カイラ
ル p 波超流動体の固有角運動量とエッジ流の解明)の補助を受けて行われました。
[1] 教科書として、D. Vollhart and P. Wölfle, “The Superfluid Phase of Helium 3” (Tayler & Francis, 1990); G. E.
Volovik, “The Universe in a Helium Droplet” (Oxford University Press, 2003); A. J. Leggett, “Quantum Liquids”(Oxford University Press, 2006). また、Leggett の講義録” Exotic Superconductivity”(物性研究、vol.1, No. 1, 2012)
でも軌道角運動量の問題が少し取り上げられています。
[2] Yasuhiro Tada, Wenxing Nie, and Masaki Oshikawa, Phys. Rev. Lett. 114, 195301 (2015).
[3] 財形新聞 2015.5.18 URL http://www.zaikei.co.jp/article/20150518/249750.html、オプトロニクスオンライン 2015.5.20
URL http://optronics-media.com/news/20150520/31965/[4] Thomas Scaffidi and Steven H. Simon, Phys. Rev. Lett. 115, 087003 (2015).

8

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

超伝導に隠された異常金属相の発見-量子臨界｢点｣ではなく｢相｣として振舞う不思議な金属状態-

新物質科学研究部門

冨田 崇弘、中辻 知

研究背景と経緯
氷から水のように温度や圧力が変わる事で物質の状態(相)が別の異なる状態へ変化する事を相転移と呼びます。温度が高い場合には熱ゆらぎにより相転移が起こりますが、絶対零度では量子ゆらぎが支配的となり相転移を起こす量子相転移が実現します。例えば低温に冷やした金属固体では、量子ゆらぎの増大とともに磁石の性質を持つ状態(磁性相と呼ばれ電子のスピンが規則的に配列した状態)から磁石の性質を持たない状態へ連続的な変化が見られます。特に自然界で最も低い温度(絶対零度：-273.15 ℃)にあるこれら相と相との境界を量子臨界点と呼び、その近傍ではどちらの相も不安定になるために、特異な物理量が観測されます。高温超伝導体や重い電子系において現れる超伝導は、まさにこの不安定な
量子臨界点近傍の状態をより安定にする為に出現して磁性相と隣接するのが一般的です。

図１.（a）従来の量子臨界点：磁性相と金属相(フェルミ液体相)の境界で現れる量子臨界点では異常金属状態 (赤) が点として存在。
超伝導転移温度が高いとこの状態は隠れて見えない。(b) 無磁場下での β-YbAlB4 の相図。（c）今回発見した異常金属相：超伝導相の下で、我々が発見したイッテルビウム化合物の量子臨界状態の様子。

今回我々は、希土類元素を含む超伝導金属化合物 -YbAlB4 の絶対零度近傍で、幅広い範囲で不安定な異常金属状態と呼ばれる新しい相を世界で初めて観測する事に成功しました。従来の異常金属状態は、量子臨界点と呼ばれる不安定な「点」でのみ観測されていましたが、今回の発見は臨界点の振る舞いを持つ「相」として観測されました。この新しい相は本物質の超伝導転移が 80 mK と低かった為に、超伝導相に隠される事なく極低温までの電子特性の観測が可能でした。
この不思議な金属相と同時に現れる超伝導相も磁性相と隣接せず孤立して存在する為、従来のスピンゆらぎによる理論では説明できない新しい超伝導状態になっていると考えられます。[1,2] また異常金属相と超伝導相との関係を明らかにする事で、新しい超伝導体の開発並びに新奇物性の探索に貢献できる事が期待されます。

実験結果
現代物質科学の主題の 1 つは、新奇物質の新しい電子特性を発見する事です。100 年前の超伝導の発見や、30 年前の銅酸化物高温超伝導体の発見等も正にその１つです。今回我々は重い電子系超伝導体と呼ばれる希土類金属間化合物で、電子特性に起因する新しい物質の状態(相)とそこに現れる磁性相から孤立した不思議な超伝導相を発見しました。[3]■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

9高温超伝導や重い電子系等の電子相関が重要となる系の超伝導相近傍には、一般に磁石の性質を持つ電子スピンが整列した磁性相(秩序相)が隣接しています。この磁性相の反対側には、フェルミ液体と呼ばれる電子同士が強く干渉し合い秩序化しない金属相(無秩序相)が現れる事が知られています。(図 1a) 最も低い温度(絶対零度)で現れるこれら相と相との間の境界点は量子臨界点と呼ばれています。実験的に圧力や磁場、更に化学置換等の外部制御パラメータを変化させる事
で金属相から磁性相へ連続的な変化が可能で、この臨界点付近の様子を詳細に調べる事ができます。さらに興味深いことに、磁性相と金属相の間の相境界は非常に不安定で、より安定な状態になろうと超伝導が現れます。高温超伝導体や重い電子系超伝導体もこのような量子臨界点近傍で超伝導が現れます。このように、絶対零度近くの量子臨界点近傍は新奇な超伝導相が現れる事が知られています。この臨界点近傍で新奇な金属現象や超伝導状態の発生メカニズムの解明は、強相
関電子系分野の中で重要なテーマですが、まだ完全解明には至っていません。
(a)

(b)

図２. (a) 温度と外部圧力と化学組成による実際の磁気相図：黄色の部分が異常金属相である。外部圧力制御 P と化学圧力制御 x により同等な相図が確認できる。(b) Yb 原子の価数ゆらぎとスピンゆらぎが織りなす異常金属相の概念図：Yb 原子のスピン(緑の矢印)と電子(赤) による格子上の原子サイズの様子。Yb の価数が 3 価の時は磁性スピンを持ち、2 価の時は非磁性となり原子半径が増大する。図中
では Yb の価数は 2.75 を仮定。

我々は非常に高純度な希土類金属間化合物 -YbAlB4を合成し、重い電子系超伝導状態並びに異常金属状態を絶対零度近傍で調査しました。絶対零度近傍の量子ゆらぎは不純物の影響を強く受けますが、本物質では残留抵抗比＝300とYb化合物の中でも超高純度物質であり低温で乱れに敏感な量子臨界現象の本質を解明するのに最適な系です。本物質で特に興味深いのは常圧・絶対零度で量子臨界点 [2] に位置しており80 mKでYb系として初めての重い電子系の超伝導状態を示している事、また異常金属状態を示す物質では珍しい価数ゆらぎの性質を持っている事です。[4,5] このような量
子臨界点が常圧・ゼロ磁場で現れているのは偶然でしょうか？通常の重い電子系化合物では常圧に量子臨界点が滅多に現れないため、化学組成や外部圧力を用いないと、量子臨界点には到達できません。本物質はすでに常圧で量子臨界点にある為、更なる外部圧力制御により超伝導が消失しYbの磁性原子のスピンが規則的に配列する磁性相に移り変わる事が期
待されていました。(図1a) しかし実際の測定では、1万気圧の圧力下では超伝導が消失するにもかかわらず従来の量子相転移は観測されませんでした。それどころか量子臨界点でのみ現れるはずの異常金属状態が、幅広い圧力範囲で観測されました。このような異常な金属状態は、絶対零度近傍で相と相との境界点では非常に不安定な量子臨界「点」として現れるべきですが、ここでは従来の常識を破って、量子臨界「相」と思われる新しい相が実現している可能性があります。
(図1b)この発見は1000 G程の磁場で超伝導状態を壊し、隠れた異常金属状態をあらわにすることで初めて確認できました。(図1c)これは超伝導転移温度が80 mK ととても低いために実現可能でした。本研究では1万気圧で超伝導が消失した後、更に2.5万気圧ほどの高い圧力制御を行う事で磁性相が現れる事も確認しました。この磁性相は通常期待されてい10

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

たものですが転移温度が10 K以上と非常に高く、また超伝導相から離れた位置にあります。更に化学組成で制御した場
合でも同様の磁性相と金属相の振る舞いが観測されました。これらは超伝導相が磁性相から孤立している事を明瞭に示しています。(図2a) 今まで異常な物理量を示す領域は、量子臨界点近傍のみと考えられていましたが幅広い制御パラメー
タの領域で異常金属状態を示す新しい相を発見した事、また磁性相から独立した新奇な超伝導相を発見した事は今回が世界で初めてです。今回本物質の常圧の量子臨界点は偶然得られたものではなく、量子臨界相が幅広い状態で安定して存在する為である事が明らかとなりました。これらの量子臨界現象・超伝導は従来のスピンのゆらぎの理論だけでは説明が難しく、
スピン液体金属が実現している可能性や電子構造のトポロジーが異常な相が実現している可能性、また本物質特有の価数
ゆらぎ (図2b) による影響の可能性が原因と考えられています。

今後の展望
本研究で観測された異常金属相と超伝導の関係を更に明らかにする事で、新しい高温超伝導体への開発の手がかり並びに新奇物性の探索への足がかりとして貢献できる事が期待されます。なお、本研究の詳細な内容は、T. Tomita, K. Kuga,
Y. Uwatoko, P. Coleman, and S. Nakatsuji，Science 349, 506 (2015). で閲覧する事ができます。

謝辞
本研究は、P. Coleman(米国 Rutgers 大学)、上床美也教授(東京大学・物性研究所)、久我健太郎博士(理化学研究所)との共同研究によるものです。日本大学・高橋研究室では高圧 X 線測定装置を利用させて頂きました。本研究は科学研
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、個人型研究(さきがけ)の支援を受けて行われました。

参考文献[1] S. Nakatsuji, K. Kuga, Y. Machida, T. Tayama, T. Sakakibara, Y. Karaki, H. Ishimoto, S. Yonezawa, Y. Maeno, E.
Pearson, G. G. Lonzarich, L. Balicas, H. Lee, and Z. Fisk, Nature Physics 4, 603 (2008).
[2] Y. Matsumoto, S. Nakatsuji, K. Kuga, Y. Karaki, N. Horie, Y. Shimura, T. Sakakibara, A. H. Nevidomskyy, and P.
Coleman，Science 331, 316 (2011).
[3] T. Tomita, K. Kuga, Y. Uwatoko, P. Coleman, and S. Nakatsuji，Science 349, 506 (2015).
[4] M. Okawa, M. Matsunami, K. Ishizaka, R. Eguchi, M. Taguchi, A. Chainani, Y. Takata, M. Yabashi, K. Tamasaku,
Y. Nishino, T. Ishikawa, K. Kuga, N. Horie, S. Nakatsuji, and S. Shin. Phys. Rev. Lett. 104, 247201 (2010).
[5] K. Kuga, Y. Karaki, Y. Matsumoto, Y. Machida, and S. Nakatsuji, Phys. Rev. Lett. 101, 137004 (2008).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

11大阪府立大学

山口 博則

１．研究の背景
近年の量子スピン系物質開発の現状はやや行き詰まり感があり、物質開発手法に新たなブレイクスル―が求められている。その有力な候補の一つに挙げられるのが、圧倒的な多様性を備える有機磁性体である。有機物は化学修飾の多様性により、今日までに数 100 万種類にも及ぶ膨大な数の人工的な有機分子の合成が報告されてきた。無機磁性体と比べてはるかに自由度が高く、莫大な数の新しい磁性体を生み出すことができると期待されてきた。しかし、有機物の多様性を活かした磁性体の実現には、従来のラジカルにおいて弊害となってきた分子の特性を抑制する必要があった。最近我々は、
フェルダジルラジカルの分構構造の柔軟性と分子軌道の拡張性を活用することで、有機物の多様性を効果的に取り込んだ磁性体の開発に成功した。それによって、従来の有機ラジカル系、さらには長い歴史を持つ無機磁性体でも報告例のない
多種多様な量子スピンモデルの設計構築を可能にした。
その一例として、五角形から成るフラストレート系磁性体-2, 6-Cl2-V を紹介する[1]。奇数角形の網の目から成る
いわゆる幾何学的フラストレーション系では、スピンの量子性を反映した特異な磁気状態が実現する。最も単純な三角形をベースとした場合については、無機磁性体との相性の良さから多くのモデル物質が報告され、非常に精力的な研究が進められてきた。その一方で、次の奇数角形である五角形をベースとした場合は、理論・実験ともにわずかしか行われておらず、物性科学の未踏領域であった。

２．実験結果新規フェルダジルラジカル 2, 6-Cl2-V(図 1(a))は、2, 6 位に修飾した Cl と中心の N との強い静電反発により、分子が大きくねじれており、特異な分子配列を形成している。結晶学的に独立な 2 分子が、ねじれたπ共役系を介して多方向に相互作用することで、図 1(c)のように、ねじれた五角形が部分的に頂点を共有
して三次元的に拡がるスピンモデルを形成している[1]。このようなモデルでは、近年精力的に研究が進められてきた三角形をベースとしたフラストレート系と同様に、フラストレーションの効果による特異な量子状態の安定化が期待されるが、無機物の対称性と安定性からは形成が困難であった。この -2, 6-Cl2-V
は、五角形をベースとした初めての量子的なスピンモデルとなっている。
このスピンモデルには、2 つの非等価なスピンのサイト、
が存在する。サイトは配位数 2 であり、2 つのサイトと繋がっている。一方、サイトは配位数 4 であり、1 つのと 3 つのサイトと繋がっている。第一原理計算から予想されている相互作用の値は、J1/kB = －1.6 K、J2/kB = 3.9 K、J3/kB = 3.3 K と

図 1 : (a)2,6-Cl2-V の分子構造. (b)-2,6-Cl2-V の五角形を形成する分子配列. (c)-2,6-Cl2-V 五角形から成るス
ピンモデル.

なっており、J1- J3- J2-J3-J1 から成る五角形によってフラスト
レーションが生じている。また、磁気的なユニットは、2 つのサイトと 4 つのサイトから成る 6 つのスピンで構成さ
れている。

12

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

量子性が顕著に現れている磁化曲線の振る舞い(図 2)を基に、量子状態を定性的に考察することができる。まず、明瞭な 1/3 磁化プラトーが観測されていることが分かる。6 ス
ピンの磁気ユニットであることを考慮すると、この 1/3 の磁化はサイトのスピンから来るものであると考えられる。
1/3 磁化プラトー領域では、図 2 のイラストに示すように、サイトのスピンが完全に磁場方向へと偏極している。このとき、サイトのスピンは反強磁性相関 J2 によってシン
グレットダイマーを形成し、励起状態間にエネルギー
ギャップが生じている。ギャップの潰れる磁場では、
dM/dH にピークが観測されている。このようなスピン
ギャップ系の振る舞いでは、通常は飽和磁場の近傍でも同様に dM/dH にピークが観測される。ところが、この系に

図 2 : -2,6-Cl2-V の磁化曲線とその磁場微分.

おいては、dM/dH が一定の値を示す特異な傾向が観測された。サイトとサイトの状態を切り離して捉えたフラストレーションを持たないモデル、つまり偏極したサイトのスピンとサイトのシングレットダイマーだけでは、この振る舞いは説明することができない。従って、フラストレーションの効果に起因したものであると考えられる。対応する磁場中での比熱においても、何らかの相転移に向かうような振る舞いが見られており、五角形のつくる量子性と関連した新奇な量子状態の形成が予想される。強磁性相互作用 J1 によって安定化された 3 つのマグノンの束縛状態が、飽和磁場近傍でスピン多極子状態を実現している可能性も期待できる。

３．今後の展望
本研究は、有機化合物の設計性と多様性を効果的に取り入れた新しいタイプの有機磁性体によって、これまでに実現例のない、五角形から成る量子磁気ネットワークを実現した。量子スピン系の研究に五角形をベースとした新たな方向性を提唱し、新たな量子現象の発現と解明をもたらすと期待される。我々が取り組んできた有機ラジカルを用いた一連の物質開発では、無機物による磁性体の合成と比較すると、圧倒的に速いペースで多種多様な新規磁性体を生み出すことを可能にしている。さらに最近では、金属元素の磁気異方性を取り込んだハイブリッドスピン系や、キャリアドープによる磁性
半導体の形成にも成功しており、今後はデバイスへの応用も視野に入れたマテリアルデザインへと繋げていく予定である。

謝辞
本研究成果は、東京大学物性研究所の榊原俊郎教授、大久保毅博士、荒木幸治博士(現防衛大学校)、橘高俊一郎助教、
大阪府立大学の岩瀬賢治氏、天谷直樹氏、小野俊雄准教授、細越裕子教授との共同研究によるものです。

参考文献[1] H. Yamaguchi, T. Okubo, S. Kittaka, T. Sakakibara, K. Araki, K. Iwase, N. Amaya, T. Ono, Y. Hosokoshi, Sci. Rep.
5, 15327 (2015)■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

13強誘電体薄膜における「負のキャパシタンス」
発現の第一原理シミュレーション

笠松 秀輔
表題のテーマの研究成果[1]について物性研・工学系研究科共同でプレスリリースを出させていただいたことがきっかけで、今回本誌での研究紹介の機会をいただいた。この研究は筆者がマテリアル工学専攻の大学院生であった頃に開始したものであり、物性研着任後 3 年近くも引っ張ってしまったが、一応まとめることができて大変ほっとしたところである。あまり物性研ではなじみの薄いテーマかもしれないので、少し背景説明を丁寧に行いたい。その分結果の部分はあっさりとしているように見えるかもしれないが、ご容赦いただければと思う。なお、余談ではあるが、今回のプレスリリー
スは結局、筆者の知る限り記事などにはなっていない。取り上げて欲しければ、もっと平易な内容でキャッチーかつウソをつかないリリースを書く必要があると同僚の渡辺宙志氏からダメ出しされたが(物性研だより 55 巻第 3 号参照)、なか
なかさじ加減が難しい。研究成果を分かりやすく伝えることが求められる中で、そのような技術も研究者としてもっと磨くべきなのか、あるいは広報の専門家に任せるべきなのか、悩ましいところである。

【研究背景】
半導体産業では、トランジスタやキャパシタを小型化し、限られた面積の中により多く敷き詰めることで計算機の演算性能やデータ容量の増大を図ってきた。小型化しつつ性能を維持するためには、デバイス１つあたりの面積が小さくなる
中でキャパシタンスを維持する必要があり、言い換えると、面積当たりのキャパシタンスを向上させる必要がある。そのために、絶縁膜の薄膜化や高誘電率(high-k)材料の採用が推進されているが、いずれのアプローチも、近い将来物理的な限界が来ることが目に見えている。すなわち、誘電率には限界があり、また、薄膜化を進めると最終的には原子が足りなくなる。そこで最近注目されているのが「負のキャパシタンス」である[2]。幾つかの研究グループが、常誘電体キャ
パシタと、同じ厚さの常誘電体に強誘電体薄膜を加えた 2 層キャパシタのキャパシタンスを比較し、後者の方が大きくなることを報告している。直列のキャパシタンスは

常誘電

強誘電

のように表されるので、これらの結果は強誘電体薄膜部分のキャパシタンスが負であることを示唆している。これは、誘電体の薄膜化を進めなくてもキャパシタンスを増幅させることができることを意味する。
ここで、キャパシタンスが負であるということがどのような状況であるかをもう少し説明する。通常、誘電体は外部電場を遮蔽しようとして分極するが、この分極が行き過ぎると、外部電場と内部電場の向きが逆になり、電圧の増幅が起こる。このような性質を示すときに、その材料のキャパシタンス、あるいは誘電率が負であるという。なお、過渡的な誘電応答のみで誘電率が負になるということがあり得るが、本稿では、静的な応答において誘電率が負になるような状況について紹介する。
誘電体のキャパシタンスは、電気変位を 、内部エネルギーを として、体ではが二重井戸型なので、/と表すことができる。強誘電0 近傍で負のキャパシタンスを示すことになる。通常はこの0 近傍の領域は不安定で自発的に分極してしまうが、何らかの方法で分極を抑制できれば、負のキャパシタンスが発現すると考えられる。具体的には、強誘電体表面の分極電荷の不完全遮蔽によって生じる反分極電場[3]や、分極ゼロが安定状態である常誘電体を強誘電体に直列に積層することで生じる分極抑制効果が提案されている[4]。
一方で、上記のような議論では、強誘電体が分極ドメインを生成することを念頭に置いていないという批判がある[5]。実際に、薄膜では多くの場合、図１のような縞状の分極ドメインを形成することが知られている。このようなドメイン形成によって表面分極電荷14

物性研だより第 56 巻第 2 号

図 1：縞状ドメイン構造形成時の分極 P と電場 E。

■■■ ■ ■ ■■

は正味ゼロになり、マクロスコピックな分極を伴わずに局所的には分極できてしまうので、分極抑制効果は働きにくくなることが想定される。
このような理論的な批判がありつつも、実際に負のキャパシタンス効果が実験でみられていることは事実であり、どのような理屈で負のキャパシタンスが発現しうるのかは先行研究では十分整理できていない状況である。例えば、図１のよ
うに、表面近傍では分極に伴う電場は漏れ出ているので、ナノスケールではある程度の分極抑制効果が働くことが想定されるが、実験で定量するのは非常に難しいと思われる。また、動作電圧下で分極ドメインがどのようなダイナミクスを示し、それがキャパシタンスにどのような影響を及ぼすかは、十分な知見が得られていない。
筆者らは、ここ数年、第一原理計算によってこの問題にアプローチしてきた。最近、金属／強誘電体／常誘電体／金属
キャパシタの縞状ドメイン構造の誘電応答とキャパシタンスの計算を行い、負のキャパシタンスの発現メカニズムの一部を明らかにすることに成功したので、簡単に紹介する。

【計算結果】
本研究ではまず、図 2 の強誘電体／常誘電体 2 層キャパシ
タモデルにおいて縞状の分極ドメイン構造がある場合と、分極が一方向に揃っている場合で、どちらがより安定であるか計算し、分極ドメイン構造を有する状態の方が安定であることを確認した。次に、縞状の分極ドメイン構造を有するモデ
ルと単一ドメインモデルで電圧下でのキャパシタンスを各々計算し、キャパシタンスの増幅効果を比較することで、ドメイン形成の影響を調べた(図 3)。電圧印加のために、筆者らが開発した軌道分離法[5]という手法を使った。単一ドメインモ
デルではゼロバイアスから分極が抑制され、キャパシタンスの増幅が見られたが、より現実的な縞状ドメインモデルで

図 2：本研究の強誘電体／常誘電体 2 層キャパシタモデル。

は、低電圧ではキャパシタンスの増幅が見られなかった。しかしながら、0.3 V の電圧を加えたところ、分極ドメインが完全に消失し、このモデルでも結果的に単一方向に分極が揃った単一ドメイン状態が生じた。そして、この状態では負のキャパシタンスが見られることが分かった。この単一ドメイン状態に転移すると、0.1 V 未満に電圧を下げるまでは安定で、それより電圧を下げると縞状のドメイン構造が再生することが分かった。また、分極ドメインが消失・再生する転移そのものも、キャパシタンス増幅に寄与することが分かった。以上を模式的にまとめると図 4 のように、いわゆる反強誘電的なヒステリシスを示すバイアス応答をしており、これに伴って負のキャパシタンスが発現することがわかった。

図 4：常誘電体キャパシタ（三角形）、単一ドメイン強誘電
図 3：バイアス下での反強誘電的なドメイン
構造変化の模式図。

■ ■■ ■ ■■ ■体／常誘電体 2 層キャパシタ（円）、および縞状ドメイン 2 層
キャパシタ（四角形）のキャパシタンスの計算結果。枠内：
縞状ドメイン 2 層キャパシタの蓄積電荷。

物性研だより第 56 巻第 2 号

15

【今後の展望】
この研究では、基本的には絶対零度で系のポテンシャルをなぞった計算を行っているわけで、例えば膜厚依存性や物質依存性は十分議論できておらず、種々の有限温度効果や、欠陥の影響、核生成からの分極ドメインの成長なども考慮できていない。また、負のキャパシタンス効果はなにも強誘電体に限られたものではなく、が負の曲率を持つような物

質系なら何でも生じ得るものである。強相関電子系なども含めると、実はありふれた現象である可能性があり [6]、今後も興味深い研究対象であり続けるのではないかと思う。

【謝辞】
本研究は、マテリアル工学専攻の渡邉聡教授、ソウル大の Han 教授、Hwang 教授との共同研究である。計算資源としては主に、物性研スパコンシステム B を用いた。また、日本学術振興会アジア拠点プログラム、日本学術振興会特別研究員プログラム、グローバル COE プログラム「機械システムイノベーション」、および科研費による助成を受けた。

【参考文献】[1] S. Kasamatsu, S. Watanabe, C. S. Hwang, and S. Han, Adv. Mater. 28, 335 (2016).
[2] G. Catalan, D. Jiménez, A. Gruverman, Nature Mater. 14, 137 (2015).
[3] M. Stengel and N. A. Spaldin, Nature 443, 679 (2006).
[4] A. I. Khan et al., Appl. Phys. Lett. 99, 113501 (2011).
[5] S. Kasamatsu, S. Han, and S. Watanabe, Phys. Rev. B 84, 085120 (2011); Phys. Rev. B 92, 115124 (2015).
[6] L. Li et al., Science 332, 825 (2011).

16

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

近藤効果の起こっている量子ドットの電荷状態の
電流ゆらぎによる検出実験

物性理論研究部門

阪野 塁

電荷の観測 1909 年にロバート・ミリカンは、高校の物理の教科書にも載っている有名な油滴実験を行い、電子の電荷の素量を測定し、この業績によって 1924 年にノーベル賞を受賞した。特異な素電荷を持つものとしては陽子や中性子を構成するクォークの−1/3 電荷や＋2/3 電荷などがよく知られている。しかし、クォークは強い力によって陽子や中性子の中に閉じ込められてしまっているため、単独でのクォークの電荷の直接的な観測には成功していない。直接観測できる
電荷の素単位としてよく知られているのは、電子の電荷素量だけである。
しかし凝縮系の物理においては、物質や半導体の素子に端子を繋ぎ、その間に電圧をかけて発生する電流のノイズ、つまり電流の揺らぎを調べることで、電流中に発生した電子の多体効果に起因した特有の有効電荷が観測可能である[1]。ノイズという言葉には少し驚き、またネガティブな印象を持つかもしれない。しかし、実際の実験観測においてあらゆる外的な撹乱を取り除くことができたとしても、まだ、物理現象に起因した固有のノイズが残る。これは決してネガティブなことではなく、例えば熱ノイズからは観測系の温度がわかる。さらに顕著な特徴を持つ電流のノイズがあり、それはミリカ
ンの実験の 9 年後にヴァルター・ショットキーによって提案された、ショットノイズである。ショットノイズは、電流の生成が非常に小さな確率で起こるとき観測される電流ノイズで、電荷の離散性に起因した電流ノイズである。このとき一定時間に観測される電荷数はポアソン分布に従うために、平均電流と電流の確率分布の分散に当たるノイズの間には比例関係が発生し、その比例係数は電流を構成する状態の有効電荷となる。実際にこれまで、電子の多体効果を起こしている
半導体素子では、分数量子ホール系ではラフリン準粒子の分数電荷や、常伝導−超伝導接合素子でのクーパー対の倍電荷が観測されてきた。
本稿で紹介するのは、もう一つのよく知られた電子の多体効果である近藤効果が起こっている、量子ドットでのショッ
トノイズから観測される有効電荷状態についての実験観測である[2]。

近藤効果と量子ドットの非平衡電流 近藤効果とは伝導電子の海の中に磁性不純物原子をおいた時、それを取り囲
む伝導電子のスピンと磁性不純物原子のスピンが一重項状態を形成し、磁気モーメントを消失する現象を指す。現象に冠された名前の通り、1964 年に当時物性研で助手をされていた近藤淳氏によって、その基本的な機構が解明された現象である。その後の詳しい解明・発展にも、芳田奎氏、山田耕作氏、斯波弘行氏ら物性研の研究者が大きく寄与しており、彼らの名前もそれぞれの理論に冠されており、近藤効果の理論はまさに物性研で発展してきたといえる。話は少し逸れたが、その低エネルギーの基底状態は局所フェルミ流体で記述される。これはよく知られたランダウのフェルミ流体論の不純物系への拡張である。磁性不純物原子の中の電子状態には強いクーロン相互作用が働き、伝導電子への緩和による寿命、エ
ネルギー準位をもつ。この多体効果をまともに取り扱うのは難しいが、不純物原子を取り囲む伝導電子との多体効果により形成された準粒子状態として取り扱えば、自由準粒子と弱い残留相互作用による準粒子対の低次の散乱によって、低エネルギーの現象を正確に扱うことができる。特に興味深いのは励起状態に形成される、準粒子対の振る舞いである。これを電流で観測するためには、量子ドットを利用し、バイアス電圧に対する線形応答を超えた非平衡電流を調べればよい。
量子ドットとは半導体などでできた、数ナノ〜数百ナノメートル程度の電子を閉じ込める器である。原子の多彩な性質
は電子が小さな領域内に束縛されていることに起因して生じている。そのため、この量子ドットにも原子と同じような性質が発生し、閉じ込める電子の数を取り付けた電極の電気的ポテンシャルで調整することで磁性原子の性質を持たせることができる。これに伝導電子溜まりの金属を 2 つ取り付け、その間に電圧を制御しながらを加え、金属間に電流を発生させることで、非平衡電流を観測することができる。これがこれまでのバルクの希薄磁性金属では難しい、量子ドットに特有な近藤効果の研究である。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

17この近藤効果のおこっている量子ドットを横切る電流を詳しく考える。量子ドットのフェルミ準位付近には準粒子の準位が形成し、これを介した電流が流れる。とくに量子ドットに取り付けた電極を制御して、準位がフェルミ面直上に位置
すると、準粒子のトンネル効果によって完全透過の電流が発生する。完全透過の電流は絶対零度では全くノイズを持たない。しかし、準粒子準位は寿命幅を持つので非線形応答では僅かに後方散乱され、ショットノイズを発生させる。これは単純な準粒子の反射であるので、有効電荷は素電荷のままである。しかし、さらに励起状態では局所フェルミ流体の残留相互作用によって、前方に流れていた電子の流れの中に、非常に小さな確率で 2 つの準粒子が励起される。このとき準粒子が 1 つだけ後方散乱される過程と、対で後方散乱される過程が起こる。特に、この後者の持つ有効電荷は倍電荷となり、近藤効果による非平衡電流の有効電荷を特徴づける(右図)。実際の観測では総電流から線形電流を差し引いたものが後方散乱電流となり、この後方散乱電流のショットノイズと平均電流の比をとって、有効電荷を考える。理論予測によるとスピン近藤効果場合、この値は 5/3 となり、また、スピンの他に 2 重の軌道縮退のある場合は 3/2 になると考えられている[3-6]。ここまでの議論のとおり、この分数値は励起状態素電荷ではないが、1 より大きく 2 以下の値をとること
で、電流中に倍電荷状態が形成されていることを示していて、局所フェルミ流体の相互作用が作用し励起対を形成したことの直接的な結果である。

近藤効果のショットノイズの観測 実験では、カーボンナノチューブ量子ドットに伝導電子としてアルミニウムを蒸着した素子を用い、温度 16mK の希釈冷凍機中で電流ノイズの観測を行った。アルミニウムの超伝導状態を壊すために 0.08T 磁場が印加されている。この素子の多体効果のエネルギー・スケールである近藤温度は数 K であり、温度、磁場は十分に小さい。このエネルギー・スケールより十分に小さなバイアス電圧で発生するごく微小な電流を観測するため、世界最高水準のノイズ測定技術を用いている。観測によって得られたショットノイズと電流の比はスピン近藤効果で、1.70±0.1[図(a)]、スピンと２重の縮退のある場合は 1.45±0.1[図(b)]となり理論予測と大変良く一致している。さらにバイアス
線型ノイズや非平衡の平均電流の観測データと相補的に比較することで、ショットノイズの観測精度を保証している。

実は 2011 年発表された論文でも、同じように小林グループで行われた、2 次元量子井戸に電極を貼り付けて作られた
横型量子ドットでの近藤効果によるショットノイズの実験観測[7]が行われ、理論部門の藤井達也氏とともに参加した。
そのときは、低温で近藤効果の発生に伴った、ショットノイズの増幅は確認されたが、横型量子ドットが外部制御に対して不安定であることや、近藤温度に対し十分に温度が下がりきらなかったことなどがあり、決定的と言えるまでの結果には至らなかった。今回の成功の要因には、ノイズ測定技術を向上させたことの他に、カーボンナノチューブ量子ドットを用いたことがあげられる。ク−ロン相互作用が大きく、近藤温度を大きくできたため、有効的に温度が下げられた。また、

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物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

外部制御に対して非常に安定である。その分、幾つかの特性は制御しにくいので、加工の段階で多くの素子を準備し、狙った特性が出るものを探すという努力が必要になった。
この実験によって近藤効果の局所フェルミ流体特性を、残留相互作用によって発生した準粒子対によるショットノイズの増幅を通して直接的に検証された。本研究はショットノイズを利用した多体効果の研究に道筋をつけるものである。

謝辞 本稿の内容は、荒川智紀氏、小栗章氏、小林研介氏、秦徳郎氏、Meydi Ferrier 氏、藤原亮氏との共同研究にもとづいています。論文の共著者の他にも、本研究に関連した議論を行ってきた、大阪市立大学の西川裕規氏、寺谷義道氏、物性研究所の藤井達也氏、三重大学の内海裕洋氏に感謝いたします。本研究遂行に関しては、加藤研究室秘書の江口浩子
氏には何度も急な出張手続きなど、お願いをしてきましたが、滞り無く研究が進めることができるようにしてくださったこと、感謝しております。最後に実験グループとの共同研究に理解を示し、後押しをしてくださった加藤岳生准教授に感謝いたします。
[1] Y. M. Blanter and M. Buttiker, Phys. Rep. 336, 1 (2000).
[2] Meydi Ferrier, Tomonori Arakawa, Tokuro Hata, Ryo Fujiwara, Raphaëlle Delagrange, Raphaël Weil, Richard
Deblock, Rui Sakano, Akira Oguri and Kensuke Kobayashi, Nat. Phys. 12, 230–235 (2016).
[3] Eran Sela, Yuval Oreg, Felix von Oppen, and Jens Koch, Phys. Rev. Lett. 97, 086601 (2006).
[4] A. O. Gogolin and A. Komnik, Phys. Rev. Lett. 97, 016602 (2006).
[5] R. Sakano, T. Fujii, and A. Oguri, Phys. Rev. B 83, 075440 (2011); Rui Sakano, Akira Oguri, Takeo Kato, and Seigo
Tarucha, Phys. Rev. B 83, 241301(R) (2011).
[6] Christophe Mora, Pavel Vitushinsky, Xavier Leyronas, Aashish A. Clerk, and Karyn Le Hur, Phys. Rev. B 80,
155322 (2009).
[7] Yoshiaki Yamauchi, Koji Sekiguchi, Kensaku Chida, Tomonori Arakawa, Shuji Nakamura, Kensuke Kobayashi,
Teruo Ono, Tatsuya Fujii, and Rui Sakano, Phys. Rev. Lett. 106, 176601 (2011).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

19第 13 回 ISSP 学術奨励賞と第 10 回日本物理学会
若手奨励賞を受賞して極限環境物性研究部門

松林 和幸（*現所属 電気通信大学情報理工学研究科）

このたび、第 13 回 ISSP 学術奨励賞と第 10 回日本物理学会若手奨励賞(領域 8)を受賞する機会に恵まれ、大変光栄に感じております。両賞の対象となった研究は「強相関電子系物質における圧力誘起量子相転移」に関するものですが、研究を遂行する上では上床先生をはじめとする物性研究所の皆様、共同研究者の方々に多くのご助言やご支援を頂きました。
この場をお借りして心から深く感謝申し上げます。私が 2007 年の 4 月に物性研へ着任して以来、一貫して取り組んできた研究課題の一つは良質な高圧力環境(静水圧性)を維持したまま実験可能な圧力・温度領域を拡張し、高圧力下で実現する新奇な物性を探索することでした。数年以上にわたって試行錯誤を重ねた結果、従来型の高圧装置では実現できなかった極限環境領域に到達可能となり、圧力誘起超伝導や興味ある量子臨界現象を見出すことに成功しました。また、鉄系超伝導体などの圧力効果の研究においては、静水圧環境からのずれがその物性に強い影響を与えることを指摘しました[1,2]。以下では、受賞対象となった主要な研究成果について簡単にご紹介させて頂きます[3,4]。
まず 1 つ目は四極子秩序の量子相転移近傍における圧力誘起重い電子超伝導の発見についてです。重い電子系物質も含む強相関電子系物質では、圧力や磁場によるチューニングによって実現される量子臨界点近傍において、非従来型超伝導や量子ゆらぎに起因する興味深い現象が観測されます。従来の多くの研究は磁気的な自由度に関するものでしたが、近年、多極子自由度を持つ Pr 系化合物において四極子秩序の量子相転移の可能性や超伝導との相関が注目を集めていました。
ただし、四極子秩序は試料内の乱れや圧力の不均一性に敏感であるため、クリーンなチューニングが必要とされていました。そこで開発に成功した静水圧性のよい圧力装置を用いて常圧で強的な四極子秩序を示す PrTi2Al20 の圧力効果を調べたところ、強四極子秩序が圧力によって抑制されるにしたがって超伝導が出現することを見出しました[3]。高圧下での超伝導を発見した当時は、この系が常圧で超伝導を示すことさえも報告されていませんでしたので、測定を行っていた学生さんと一緒にとても驚いたことを今でもはっきりと覚えています。また、上部臨界磁場の傾きから評価される有効質量は 100m0 を超えており、重い電子超伝導が実現していることが明らかとなりました。さらに最近に行ったより高圧域における実験結果によれば、強四極子秩序の消失や四極子近藤効果を示唆する振る舞いも観測されております。すなわち、
強四極子秩序の消失にともなう軌道ゆらぎを媒介とした超伝導発現の可能性や局在的な多極子自由度がどのように伝導に寄与するのかという新たな問題を提起しており、今後のさらなる研究の発展が期待できると考えています。
次にご紹介するのは Yb 系重い電子系化合物における圧力誘起磁気秩序に関する研究です。Yb イオンの価数が 2 価(非磁性)と 3 価(磁性)の中間価数状態をとる非磁性化合物に高圧力を加えると 3 価状態が安定化し、磁気秩序が誘起されることが知られており、磁気的な量子臨界現象が研究できる格好の舞台となっています。さらに興味深いことに、いくつかの物質において磁気揺らぎによる量子臨界現象の枠組みから逸脱した新しいタイプの量子臨界現象が報告されたこともあり、その起源をめぐっていくつかの仮説が提唱されていました。その中でも価数の不安定性に関するモデルについて活発な議論がなされていましたが、その実験的検証に成功した例はほとんどありませんでした。このような背景のもとで、常圧では中間価数状態で非磁性基底状態をとる YbNi3Ga9 に着目し、その高圧実験を行ったところ、圧力誘起反強磁性秩序が出現する圧力付近で価数クロスオーバーとメタ磁性を観測することに成功しました[4]。特に臨界圧力よりもわずかに低圧の常磁性相において見出されたメタ磁性に関しては、磁場依存性においてヒステリシスが観測されたこと、また磁場中における磁化率の温度依存では強い発散傾向が有限温度で観測されたことからメタ磁性は１次相転移であり、その相線は臨界点をもって終端することが明らかとなりました。これらの実験事実に加えて磁場-温度相図の詳細な解析結果を考え合わせることで、メタ磁性の起源として価数揺らぎの量子臨界現象が関与していることを提案しました。本研究結果は
非従来型の量子臨界現象において価数の不安定性が果たす重要性を強く示唆するものであり、新しい量子臨界現象の起源を解明する上で重要な指針が得られたと考えています。

20

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

物性研での約 8 年間の研究生活を振り返ってみると、地道な装置開発によって地ならしができたところにタイミングよく新たな研究の種を蒔くことができたことで実りある成果を得ることができました。これもひとえに多くの関係の方々のお力添えあってのことと重ねて感謝申し上げます。また、物性研の共同利用で来所された研究者や学生さんと多く触れ合う機会を頂いたことは、今後の研究や教育活動の糧になると実感しています。早いもので電通大へ異動して１年近くが経ちましたが、物性研で培った高圧技術を足がかりとして新しい測定法の開発に取り組みながら、また新たな一歩を踏み出していきたいと考えています。

受賞対象論文：[1] " Intrinsic Properties of AFe2As2 (A = Ba, Sr) Single Crystal under Highly Hydrostatic Pressure Conditions "K. Matsubayashi, N. Katayama, K. Ohgushi, A. Yamada, K. Munakata, T. Matsumoto, Y. Uwatoko J. Phys. Soc.
Jpn. 78, 073706 (2009).
[2] “ Superconductivity in the topological insulator Bi2Te3 under hydrostatic pressure ”
K. Matsubayashi, T. Terai, J. S. Zhou, Y. Uwatoko, Phys. Rev. B 90, 125126 (2014)[3] " Pressure-Induced Heavy Fermion Superconductivity in the Nonmagnetic Quadrupolar System PrTi2Al20 "K. Matsubayashi, T. Tanaka, A. Sakai, S. Nakatsuji, Y. Kubo, Y. Uwatoko, Phys. Rev. Lett. 109, 187004 (2012).
[4] " Pressure-Induced Valence Crossover and Novel Metamagnetic Behavior near the Antiferromagnetic Quantum
Phase Transition of YbNi3Ga9 "K. Matsubayashi, T. Hirayama, T. Yamashita, S. Ohara, N. Kawamura, M. Mizumaki, N. Ishimatsu, S. Watanabe,
K. Kitagawa, Y. Uwatoko , Phys. Rev. Lett. 114, 086401 (2015).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

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ISSP 学術奨励賞を受賞して小濱 芳允
この度は、ISSP 学術奨励賞という栄誉ある賞を受賞することができ、大変うれしく思っております。金道浩一教授を初めとして、研究に協力して頂いた皆様のお力添えがあり、この賞を賜ることができたと思います。この場を借り、皆様にお礼を述べさせて頂きます。受賞対象となった研究は、「パルス強磁場下における物性測定の深化とそれを用いた物性研究」であり、これまで不可能であった測定をパルス磁場下で可能にしたという内容です。授賞式の講演では磁場発生や回転プローブについてなど、パルス磁場に関わる研究を広く紹介しましたが、この物性研だよりには私がここ 10 年取り組んでいる“パルス磁場下の熱測定”について述べさせて頂きます。

[パルス磁場下の熱測定の歴史]
もっとも古いパルス磁場下での比熱測定は、ロスアラモス研究所(米国)にて 2000 年に報告され、その成果は Nature誌で発表された[1]。彼らはロングパルス磁場と呼ばれる極めて長い時間スケールを持つパルス磁場を発生させ、測定に時間がかかる比熱測定に成功していた。しかしながらロスアラモスでは、ロングパルス磁石が運用できなくなったこともあり、このような比熱測定は 2000 年以降１回しか報告されていない。ロスアラモス以外では、ドレスデンのパルス強磁場施設でも比熱測定が行なわれたが、ここでは 30 T 程度の弱磁場領域での報告があるのみであった[2]。これは彼らの用いている比熱測定技術が 10-30Hz 程度と非常に遅いことと、肝心のロングパルス磁場の発生が難しいためと推察できる。このようにパルス磁場の比熱測定は確立した技術ではなく、残念ながら一般ユーザーが簡単に利用できる状況ではなかった。

[ミリ秒パルス磁場下での比熱測定技術]
秒オーダーのパルス幅を持つロングパルスは運用が難しかったが、一方、パルス強磁場施設で一般的に使われているミ
リ秒オーダーの時間スケールを持つパルス磁場(ミリ秒パルス磁場)は簡単に利用できる。このためミリ秒パルス下で測定が可能となれば、比熱測定を高磁場で測定したい全てのユーザーの要求に応えられると考えた。実現例が無い研究であったので困難が予想されたが、ミリ秒パルス下での比熱測定に向けて、高速比熱測定技術の開発を進めた。
一般的に熱量計は、熱を与えるヒータ、温度を測定する温度計、そして試料台で構成され、ヒータと温度計はそれぞれ試料台に取り付けられている。このヒータと温度計がサン
プルに対して強く熱接触していないのが問題であり(通常は熱伝導度がさほど高くないアピエゾングリースなどで取り付けられる)、この熱接触を改良する実験を集中して行った。かなりの試行錯誤があったが、最終的には NiCr
薄膜をサンプルに直接スパッタし、温度計は銀ペーストで張り付けることで、およそ 1-10kHz の高速比熱測定が、~100μm 程度の極小サンプルで行えるようになった[3]。
さらに早く精密な測定を目指し、その後 AuGe 温度計の成膜や、自作のロックイン装置の製作などを行った。これにより過去の比熱測定手法より 2 ケタ程度の早い測定が可能となり、図に示すような 60 T 以上のミリ秒磁場下でも、比熱測定を行えるようになった [4]。目標でもあった”全て

図のユーザーの期待に応える実験”は未だに達成できていな

測定周波数を星印で示した。

22

物性研だより第 56 巻第 2 号

比熱測定が可能な磁場。研究に使用された磁場および■■■ ■ ■ ■■

いと思われるが、ユーザーのリクエスト以上のデータを取れるように、今後も測定技術の深化に力を入れていきたいと考
えている。

おわりに
この物性研だよりでは、運用が難しかったロングパルス磁場を避け、簡単に使用できるミリ秒パルス磁場下での研究を紹介した。しかしながらロングパルス磁場は、測定に利用できる時間スケールが 100 倍ほど長いため、より高精度な実験を行える利点がある。最近ではロングパルス磁場の整備がかなり進んでおり、~45 T までなら物性研で利用出来る状況となっている。このため、これまで培った技術をロングパルス磁場下で応用することで、より精密で、より複雑な測定も可能となるであろう。実際、ロングパルス磁場下では熱伝導の測定にも世界で初めて成功しており、これまでパルス磁場下で行うことが出来なかった測定が、高磁場環境で可能となりつつある。

参照論文[1] M. Jaime et al., Nature 405, 160 (2000).
[2] F. Weickert et al., Meas. Sci. Technol. 23, 105001 (2012).
[3] Y. Kohama et al., Rev. Sci. Instrum. 81, 104902 (2010).
[4] Y. Kohama et al., Meas. Sci. Technol. 24, 115005 (2013).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

23ISSP 柏賞を受賞して極限コヒーレント光科学センター 軌道放射物性研究施設

藤澤 正美

第 13 回「ISSP 柏賞」を受賞した藤澤です。H27 年度で定年となる私にとって、今回の受賞は物性研での仕事を振り返る良い機会となりました。以下、まずは私の物性研人生を振り返ります。
1975 年、六本木に建物があった物性研に就職し、私の物性研人生が始まった。この時代にいい思い出は無い。今の言
葉で言う「パワハラ」や「いじめ」などを受けたわけではない。性格の悪いスタッフがいたわけでもない。ただ研究室と当時の私との相性が悪かった、としか言いようがない。この時代は、研究所を辞めることばかり考えていた。辞めることはなかったが、研究室で真空紫外分光装置を担当していたことから、共同利用が始まる直前の、田無市(現在の西東京市)にあった「軌道放射物性研究施設」(田無の SOR 施設)に移籍した。
田無の SOR 施設では、装置は手作り感満載であった。それが当時の私の性格にマッチした。また、共同利用者などの他組織の人達との関わり合いを通じて礼儀作法を学んだ(このあたりが、最初の研究室でうまくいかなかった理由かもしれない)。そして、具体的なビジョンを持っていたわけではないが、放射光は成長する分野だと感じ、できるだけ長く関わりたいと思った。放射光分野は、私の想像をはるかに超える成長をし、今も成長し続けている。
田無の SOR 施設で仕事を始めたときから、新しい放射光光源(加速器)の建設検討は始まっていた。予算その他の都合で、加速器を作ることは先に延ばし、まずは、高エネルギー加速器研究所放射光施設(KEK-PF)に物性研専用実験装置(物性研ビームライン)を作ることになった。私が主に担当したのは、ビームライン 19B の分光器である。紆余曲折はあったが、何とか形にして論文にすることができた。その論文は、単行本「Modern Developments in X-ray and
Neutron Optics」(Springer)中の第 2 章「The BESSY Raytrace Program RAY」(F.Schäfer 著)に参考文献の 1 つとして引用されている。本章は、放射光用軟 X 線分光器の性能評価のためのシミュレーションプログラムについて詳しく解説されており、この分野の専門家になろうとする人にとって良い入門テキストである。そのようなテキストに私の名前が載っているということは、この分野にささやかな足跡を残せた、と自己満足している。建設後の物性研ビームラインについては、第 12 回 ISSP 柏賞受賞者の福島昭子氏、原沢あゆみ氏の所感文(「物性研だより」、第 55 巻第 2 号の 4、5 ページ)に、書かれています。
KEK-PF ビームライン建設後、新放射光源建設の検討が本格的に始まったが、計画は実現せず、SPring-8 に東大アウ
トステーション(ビームライン BL07LSU)を建設することになった。ここでも分光器を担当するつもりでいたが、分光器は、主に SPring-8 の若手のスタッフが担当し、私はそのアドバイザー的な役割をした。KEK-PF での物性研ビームラ
イン建設で、なんとなくやり残したことをここで消化しようともくろんでいた。が、世の中、私が考えていた以上に進歩していたことを考えれば、適切な役割分担であった。また、世代交代の時期であることを強く感じた。
その後、放射光から離れて、柏キャンパスで高次高調波発生(HHG)レーザーの分光系の製作に携わった。ここでは、放射光で経験したことが大いに役に立った。分光系の図面を最初から自分で描いたことは、「田無の SOR 施設」時代の手作り感を思い出させた。最先端の分野に居ながら、なつかしい思いがするのは不思議な感覚である。
以上が、私の物性研での主な履歴です。40 数年在籍しましたが、マンネリに陥ることもなく、それなりに充実した物
性研人生でした。これも多くの方達のサポートがあったおかげです。その結果として「ISSP 柏賞」をいただき、無事、
定年を迎えることができました。この場をお借りしてお礼を申し上げます。ありがとうございました。タイトルは「ISSP 柏賞を受賞して」なのに、「定年を迎えて」の所感文にもなってしまいました。受賞と定年が重なってしまい、分離して所感文を考えられませんでした。ご容赦願います。
現在、短時間勤務職員として物性研に勤務しております。このような機会を与えていただきありがとうございます。時間的にも能力的にもできることは限られますが、しっかりと仕事をしていきたいと思います。

24

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

日本物理学会若手奨励賞(領域 3)を受賞して中性子科学研究施設 益田研究室

左右田 稔

この度、私が研究している「磁性と誘電性の新奇関係」の成果に対して、第 10 回日本物理学会若手奨励賞(領域 3)を頂きました。受賞対象論文のうち 2 編は、特定領域研究「フラストレーションが創る新しい物性」のポスドクとして大阪大学に所属していた頃に行っていた研究であり、1 編は東京大学物性研究所益田研究室で行っている研究です。益田隆嗣
先生、廣田和馬先生、木村剛先生、若林裕助先生をはじめとして数多くの方との共同研究であり、この場を借りて深く感謝申し上げます。以下では研究内容について簡単にご紹介いたします。

磁気秩序と同時に、強誘電相への転移を示すマルチフェロイック物質が注目されています。これまでの研究により、多くのマルチフェロイック物性はサイクロイダル磁気構造などの特異な磁気構造を起源とする事が明らかになりました。ス
パイラル磁気構造起源のマルチフェロイック物質に対する物質開発が進められている一方で、我々は新たな誘電性と磁性の関係を探索することも重要であると考え、磁性と誘電性の新奇関係を探索しています。その結果、(1)プロパースク
リュー磁気構造を持つマルチフェロイック物質の起源解明、(2)磁性イオンを持つリラクサー誘電体における特異な超常磁性、(3)スピン・ネマティック相互作用起源の磁気異方性といった研究において新たな磁性と誘電性の関係性を発見することに成功しました。

(1) プロパースクリュー磁気構造を持つマルチフェロイック物質の起源解明
サイクロイダル磁気構造を持たないマルチフェロイック物質 CuCrO2 に注目し、中性子回折実験を行うことによって発現機構を解明した研究です。[1] CuCrO2 は非整合なプロパースクリュー磁気構造を持つこと、その強誘電性はサイクロ
イダル磁気構造におけるスピンカレントモデルではなく、低対称性結晶構造におけるスピン依存 d-p 混成モデルで説明可能であることが明らかにしました。カイラリティーや磁気ドメインだけではなく、磁性イオン周りの酸素配置もマルチ
フェロイックスの物性を決定するのに重要な因子であることを示すことができました。

(2) 磁性イオンを持つリラクサー誘電体における特異な超常磁性磁性イオンをもつリラクサー誘電体(リラクサー磁性体)において、polar nanoregion (PNR)を起源とする新奇超常磁性を発見した研究です。[2] リラクサー磁性体(1-x)BiFeO3-xBaTiO3 では、磁気相関長が PNR によって制限されるため、磁気ドメインもナノサイズの大きさを持ち、そのナノ磁気ドメインが超常磁性の振舞いを示すことを明らかにしました。
構造に不均質を持つリラクサー磁性体における磁性・誘電性の関係という新たな研究分野を開拓した研究となっています。

(3) スピン・ネマティック相互作用起源の磁気異方性
マルチフェロイック物質 Ba2CoGe2O7 における磁気異方性がスピン・ネマティック相互作用に起因するものであることを発見した研究です。[3] Ba2CoGe2O7 では、Co サイトのスピン四極子(スピン・ネマティック)は電気分極と等価となり、誘電的性質をスピン・ハミルトニアンの枠組みの中で解析することが可能となります。この研究において、磁化で観測された磁気異方性や中性子散乱測定での磁気異方性ギャップをスピン・ネマティック相互作用によって定量的に解析することに成功しました。
上記で述べた 3 つの研究は、磁性と誘電性について多方面より注目し、それぞれ異なる新奇関係を発見した研究成果です。今後は、電場印加による磁気秩序の変化、あるいはその逆に磁場印加によって電気分極が変化するといった電気磁気効果に注目した発展的研究につなげていきたいと考えております。リラクサー磁性体のナノ物性やスピン・ネマティック■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

25相互作用をもとにした新奇電気磁気効果の研究は、基礎・応用両面において重要なテーマであり、マルチフェロイックス
分野だけでなく、磁性・誘電性の両研究分野を大きく進展させるものであると期待しています。

受賞対象論文[1] M. Soda, K. Kimura, T. Kimura, M. Matsuura and K. Hirota, J. Phys. Soc. Jpn. 78, 124703 (2009).
[2] M. Soda, M. Matsuura, Y. Wakabayashi, and K. Hirota, J. Phys. Soc. Jpn. 80, 043705 (2011).
[3] M. Soda, M. Matsumoto, M. Månsson, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, R. Shiina, and T. Masuda, Phys. Rev.
Lett. 112, 127205 (2014).

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物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

日本物理学会若手奨励賞(領域 5)を受賞して極限コヒーレント光科学研究センター

和達 大樹

この度、第 71 回日本物理学会年次大会において第 10 回日本物理学会若手奨励賞(領域 5)を受賞する栄誉に恵まれました。本受賞研究となった共鳴軟 X 線散乱は、ブリティッシュコロンビア大学の研究員であった頃に開始したものであり、その後東京大学大学院工学系研究科の特任講師時代を経て現在まで継続しているものです。ここに全ての共同研究者の皆様に深く感謝申し上げます。
X 線回折は古くから用いられてきた実験手法であり、X 線は主に物質中の電子の電荷に散乱されることから、物質の結晶構造や格子定数の決定に用いられてきました。一方で、軌道やスピンの秩序を観測するために開発されたのが共鳴軟 X
線散乱です。図１が Mn 系の場合の共鳴軟 X 線散乱の説明です。左が始状態で、Mn の 2p から 3d の吸収端のエネルギーの X 線が吸収され、Mn 2p の電子が 3d の非占有状態に遷移します。これが中央の中間状態です。励起された Mn 3d の
電子は Mn 2p に残ったホールと再結合し、X 線が放出されます。その結果、右の終状態となり、左の始状態と同じ状態となります。ここで、Mn 2p の内殻がスピン軌道相互作用によって 2p3/2 と 2p1/2 に 10 eV 程度分裂していることが原因
で、X 線でも磁気的なシグナルが得られることになります。

図１：Mn 2p 吸収端(640 eV 付近)での共鳴軟 X 線散乱のプロセス。(a)が始状態、(b)が中間状態、(c)が終状態である。

以下の(1)～(3)に対象研究の内容を簡単に紹介させて頂きます。

(1) YMnO3/YAlO3(010)薄膜マルチフェロイック性の起源の解明 [1]
私はマルチフェロイック性を示す YMnO3/YAlO3(010)薄膜に対し、軟 X 線と硬 X 線の回折測定を併せて行い、その磁気構造と結晶構造の歪みの両方の情報を得ることに成功しました。格子に非整合な磁気ピークと格子に整合な歪みピークが共に観測され、大きな電気分極は格子に整合する歪み部分から生じることが分かりました。図 2 は共存する 2 つの秩序の様子を模式的に示したものです。このように、軟 X 線と硬 X 線の組み合わせによりマルチフェロイック性の起源を解明することに成功し、今後さらに系統的なマルチフェロイック物質の理解と創成につなげることを目指しています。

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図２：YMnO3/YAlO3(010)薄膜の ab 平面における Mn のスピン(矢印)秩序の様子。

(2) Pr0.5Ca0.5MnO3/LSAT(011)の電荷/軌道/スピン整列の観測 [2]
私は Pr0.5Ca0.5MnO3 の(LaAlO3)0.3-(SrAl0.5Ta0.5O3)0.7(011)基板上の薄膜に対し、共鳴軟 X 線散乱により電荷/軌道/スピン秩序状態の観測を行いました。ほかの実験手法で見られなかった 150 K 付近の反強磁性転移や、バルク試料では存在しない 75 K 付近のスピンに関する転移を発見しました。エピタキシャル歪みの影響を直接明らかにした点が画期的であり、現在クラスターモデル計算による定量的な理解も目指しています。

(3) 巨大磁気抵抗物質 SrCo6O11 の「悪魔の階段」の観測 [3]
私は、当時修士課程学生だった松田太一氏とともに、巨大磁気抵抗を示す新しいコバルト酸化物 SrCo6O11 の共鳴軟 X
線散乱により詳細な磁気構造を決定しました。磁化が磁場の関数として 1/3 プラトーを示すことから、３倍周期の磁気構造のみが期待されていましたが、実際にはほとんどすべての分数のピークが存在し、すなわちほとんどすべての磁気周期が共存する状態であることが解明されました。これは多くの磁気周期が近いエネルギーを持つ「悪魔の階段」状態であると考えられ、3d のスピン系では初めての悪魔の階段の発見となりました。

受賞対象論文[1] “Origin of the Large Polarization in Multiferroic YMnO3 Thin Films Revealed by Soft-and Hard-X-Ray
Diffraction”, H. Wadati, J. Okamoto, M. Garganourakis, V. Scagnoli, U. Staub, Y. Yamasaki, H. Nakao, Y. Murakami,
M. Mochizuki, M. Nakamura, M. Kawasaki, and Y. Tokura, Phys. Rev. Lett. 108, 047203 (2012).
[2] “Revealing orbital and magnetic phase transitions in Pr0.5Ca0.5MnO3 epitaxial thin films by resonant soft x-ray
scattering”, H. Wadati, J. Geck, E. Schierle, R. Sutarto, F. He, D. G. Hawthorn, M. Nakamura, M. Kawasaki, Y.
Tokura, and G. A. Sawatzky, New J. Phys. 16, 033006 (2014).
[3] “Observation of a Devil's Staircase in the Novel Spin-Valve System SrCo6O11”, T. Matsuda, S. Partzsch, T. Tsuyama,
E. Schierle, E. Weschke, J. Geck, T. Saito, S. Ishiwata, Y. Tokura, and H. Wadati, Phys. Rev. Lett. 114, 236403(2015).

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物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

平成 28 年度科学技術分野の文部科学大臣表彰
科学技術賞(研究部門)を受賞して新物質科学研究部門

森 初果

この度、大変光栄なことに、平成 28 年度科学技術分野の文部科学大臣表彰科学技術賞(研究部門)受賞の栄誉に恵まれました。受賞対象となったのは、「電子とプロトンが相関した機能性有機物質の開発と物性研究」です。文部科学省のホームページによると、「文部科学省では、科学技術に関する研究開発、理解増進等において顕著な成果を収めた者について、その功績を讃えることにより、科学技術に携わる者の意欲の向上を図り、我が国の科学技術水準の向上に寄与することを目的とする科学技術分野の文部科学大臣表彰を定めています。研究部門は、我が国の科学技術の発展等に寄与する可能性の高い独創的な研究又は開発を行った者を対象とします。」ということです。
このテーマは、平成20年の11月に採択された新学術領域研究「分子の自由度が拓く新物質科学」(代表：鹿野田一司先生)のスタート時に大学院生と始め、幾つかのトライアルの後、5年のプロジェクトの後半で、π電子とプロトンの相関
物性を幸運にも見出すことができました。研究室のアクティビティーが認められたことを大変嬉しく思うとともに、共同研究者である研究室のメンバー、および所内・所外の共同研究者の皆様に、心より感謝致します。また、この賞に推薦下さいました瀧川所長、および推薦母体である日本物理学会に御礼申し上げます。
水素結合中のプロトンは、機能性有機固体中でも電子に次いで軽い粒子であり、固体形成に関わる他、その動特性は、
強誘電性やプロトン伝導など、固体物性の中で重要な役割を果たします。しかしながら、これらのプロトン由来の「プロトン固体物性」は、電子が主役で電気伝導性や磁性を与える「電子固体物性」とは、従来、別個独立に研究されてきました。本研究では、この「電子固体物性」に「プロトン固体物性」が連動した「電子―プロトン相関系機能性有機物質」を開発し、「単成分有機物において金属状態」[1]や「新たな量子スピン液体状態を発見」[2]し、「プロトンダイナミクスを利用した、伝導性及び磁性などの電子物性のスイッチングを発現」[3]させるなど、これまでにない機能性を発見し、従来の固体物性の枠組を大きく広げました。
現在は、この電子―プロトン相関有機物質において、電場や光などの外場で物性制御を行うことにより機能物性への足がかりを得、励起状態、非平衡状態の科学を展開すること、また、新たな電子―プロトン相関物性を探索するため、系を純有機物ばかりでなく、金属錯体、単分子層などの物質科学へ広げていく研究を行っています。化学と物理、あるいは量子物質分野と機能物性分野のミッシングリンク(Missing Link)での新しい発見を目指していく予定ですので、今後ともどうぞよろしくお願い致します。

対象論文：[1] T. Isono, H. Kamo, A. Ueda, K. Takahashi, A. Nakao, R. Kumai, H. Nakao, K.
Kobayashi, Y. Murakami, and H. Mori, “Hydrogen bond-promoted metallic

平成 28 年度科学技術分野の文部科

state in a purely organic single-component conductor under pressure”, Nature

学大臣表彰科学技術賞(研究部門)

Commun., 4, 1344(1-6), 2013.

の賞状。

[2] T. Isono, H. Kamo, A. Ueda, K. Takahashi, M. Kimata, H. Tajima, S. Tsuchiya,
T. Terashima, S. Uji, and H. Mori, “Gapless Quantum Spin Liquid in an Organic Spin-1/2 Triangular Lattice”,
Phys. Rev. Lett., 112, 177201(1-5), 2014.
[3] A. Ueda, S. Yamada, T. Isono, H. Kamo, A. Nakao, R. Kumai, H. Nakao, Y. Murakami, K. Yamamoto, Y. Nishio,and H. Mori, ”Hydrogen-Bond-Dynamics-Based Switching of Conductivity and Magnetism: A Phase Transition
Caused by Deuterium and Electron Transfer in a Hydrogen-Bonded Purely Organic Conductor Crystal”, J. Am.
Chem. Soc., 136 (34), 12184–12192, 2014.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

29物性研に着任して物性理論研究部門

常次研究室 池田 達彦

4 月 1 日付けで物性理論研究部門・常次研究室の助教に着任しました、池田達彦(いけだたつひこ)と申します。既に多くの所員・研究員・事務職員・秘書・大学院生の方々に日頃からお世話になっていますが、この機会に改めて自己紹介をします。
私は学部生時代は京都大学理学部に所属し、主に素粒子物理学を学びました。卒業研究は理論と実験を並行して行うもので、場の量子論を学ぶ傍らラムシフトの測定実験を行いました。実験はラムシフトを測定するには至りませんでしたが、学部生グループで試行錯誤して手作りした実験装置を使って励起状態の水素原子を作り出すことが出来ました。この経験は当時背伸びして難しい理論の勉強をしていた私にはとても新鮮で、自然現象が人間の理性でエレガントに理解できる驚きを肌で感じました。
大学院生としての 5 年間は東京大学理学系研究科の上田(正仁)研究室に所属し、量子統計力学の基礎付けの研究をしました。量子力学だけから等重率の原理など統計力学の基本仮定を正当化出来るかという純粋に理論的な問題ですが、近年
冷却原子気体を用いて実験でも調べることが可能となりました。等重率の原理の基礎として現在最も広く信じられている
仮説は、フォン・ノイマンの量子エルゴード理論と密接に関わる固有状態熱平衡化仮説(Eigenstate Thermalization
Hypothesis, ETH)というもので、私は具体的なモデルの数値計算でこの仮説の正当性を確かめました。他にも、ETH とは異なる熱平衡化仮説の提案、孤立量子系における熱力学第二法則、孤立量子系における非平衡定常状態など関連する問題にも取り組みました。大学院在学中には、京都大学の木下研究室に滞在して冷却原子実験に参加させてもらったり、ボストン大学の Polkovnikov グループに滞在して理論の共同研究をしたりしました。
学位取得後 1 年間は博士研究員として、ハーバード大学の Demler グループで主に冷却原子系で近藤効果を実現する方法を研究しました。アルカリ土類(様)元素を用いて対称性の群を通常の SU(2)から SU(N)に変えたり、相互作用の大きさ
や符号を変化させる方法、またそのとき何が観測されるかなどが研究内容で、プロジェクトは現在も進行中です。また、グループ外の研究者と共同で AdS/CFT 対応を用いてランダムポテンシャル中の強相関系の電気伝導度の研究も行いました(学部生時代背伸びして勉強した難しい理論の知識が役立ちました)。
物性研着任後は強相関電子系の非平衡現象の研究をするつもりで、現在は特にモット絶縁体転移周辺の物理に興味を持って勉強しています。物性研は、多数の実験家・理論家が活発に交流していて意見交換が気軽に出来るため、新しいことを始めるのに非常に良い環境だと感じています。先日早速、icaﬀe で有機物モット絶縁体転移について専門の方に色々と教えてもらいました。
上述のようにバックグラウンドが違うため、固体物理については日々勉強ですが、いつか良い仕事をして物理学の発展に貢献したいです。みなさま今後ともよろしくお願いします。

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物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

物性研に着任して極限環境物性研究部⾨郷地 順2016 年 4 月 1 日付で極限環境物性研究部門・上床研究室の助教に着任致しました郷地順（ごうちじゅん)と申します。
この場をお借りして、これまでの経歴・研究内容を紹介し、自己紹介とさせていただきます。
私は兵庫県立大学理学部 4 年生から、物質理学研究科で博士を修了する 6 年間、住山昭彦先生のもとで超伝導体におけるトンネル効果の研究に従事してきました。どこにあるかというと、放射光施設として有名な Spring-8 がある播磨地区にあり、山奥の自然豊かな場所で一心に研究に打ち込める環境にあります。ただしそのような環境のため、しばしば大学
構内にシカが現れたり、クマへの注意喚起がなされたりすることも。
研究室配属後は住山昭彦先生の指導のもと、ウラン化合物である UPt3 のジョセフソン効果の研究を行いました。UPt3
は多重の超伝導相を持つという点で、他の物質とは一線を画した存在です。超伝導の研究では時間反転対称性の破れがよ
く議論になりますが、ジョセフソン効果の測定の結果、UPt3 の超伝導状態は時間反転対称性を破らないことを明らかにしました。
博士課程では測定試料として UBe13 を加え、測定手法も点接合分光を追加して研究を行い、UPt3 の超伝導ギャップ構
造の特定や UBe13 の低温での異常の起源に迫ることができました。またこれまで試みたことのない圧力下でのジョセフソン効果に挑戦し、圧力下でも測定可能であることがわかりました。これは圧力誘起超伝導体への応用が期待できます。
ただ、実験に使用する希釈冷凍機が故障し約半年間実験ができなくなってしまったことは非常に致命的でした。物性研とは異なり冷凍機は何台もないので直すまで実験が出来ませんが、希釈冷凍機の構造を改めて勉強する良い経験だったかもしれません。
博士三年の前半には、自身で試料育成を行ってみたいという気持ちからウラン化合物の提供元である日本原子力研究開発機構に赴いて、試料育成について学びました。普段の大学生活とは異なり、周りはベテランの研究者ばかりで不安を覚えつつも、一つ一つ丁寧に教えていただき試料育成については若輩者ではありますが、習得することができたと思っております。また、多くの研究者と触れ合う機会も数多く、研究生活をする上で良い刺激になりました。
物性研では、兵庫県立大学と日本原子力研究開発機構で養ってきた低温測定技術や試料育成技術を生かしながら、物性研の･員として上床先生や学生、スタッフの皆さん、他研究室の方々と協力し研究や様々な場面で大いに楽しみ頑張っていきたいと思います。どうぞよろしくお願い致します。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

31物性研に着任して新物質科学研究部門

酒井 明人

2016 年 4 月 1 日付けで新物質科学研究部門の中辻研究室に特任助教として着任いたしました酒井明人と申します。大
学院時代お世話になった物性研所、中辻研究室にまた戻って来られたことを大変嬉しく思っております。着任から 2 ヶ月、時々直前までいたドイツのことを懐かしく思いながらも、研究に全力疾走の充実した日々を過ごしております。
大学院時代は軌道秩序と近藤効果を示す PrTr2Al20 (Tr = Ti, V)の単結晶合成と低温物性測定を主に行っていました。非クラマースイオンである Pr3+を含む化合物は立方晶の場合、軌道(とさらに高次の磁気八極子)自由度しかもたない3 結
晶場二重項基底状態をとることがあり、ピュアな軌道の物理が研究できる系として古くから知られていました。また、軌道自由度が伝導電子と混成を行うと、スピンの近藤効果がフェルミ液体となるのとは対照的に、残留エントロピーの残った非フェルミ液体となる「四極子近藤効果」が理論的に知られており、実験的な検証の舞台となる物質が待ち望まれておりました。
Pr化合物の研究で何より大切なのがサンプルのクオリティで、純度が悪いと軌道の縮退は容易に解けてしまいます。
純度を上げるために様々な試行錯誤の末サンプルの純良化に成功し、幸運なことに近藤効果、非フェルミ液体、超伝導、圧力下での重い電子超伝導など様々な興味深い現象の発見につながりました。また様々な炉や装置の立ち上げに参加できたのも良い経験となりました。博士課程の後半には助教の松本洋介さんと一緒に希釈冷凍機を使った測定、特にSQUID
磁化測定の立ち上げとそれを用いたPrTr2Al20 (Tr = Ti, V) の超伝導の研究を行いました。マグネットを巻き直したりノイズと格闘したりと根気のいる作業の連続でしたが、非常に精密な磁化測定が可能になりました。
博士号取得後は強相関物質の研究の大家である Philipp Gegenwart 教授のもとで 2 年間海外学振ポスドクとしてドイツで研究を行いました。始めは気候・文化・食生活など、日本とは異なる点で苦労もありましたが、慣れてしまえばとても快適な場所で日本にはない良い所も沢山見つかりました。私自身日本では毎日お米を炊く和食中心の食生活でしたが、パンやソーセージ、ケバブ、ビールなど日本にいる時は口にする機会が少なかったものから、ミューズリー、シュペッツ
レ、マウルタッシェンなど聞いたことすらなかった料理までドイツで美味しい食べ物を日々堪能しました。またフルーツ
や野菜も安くて美味しく、特に春のいちごとホワイトアスパラは絶品です。
研究のほうも研究室自体が Göttingen から Augsburg に移動した直後だったということもあり、最初は立ち上げがメインでしたが最終的には希釈冷凍機で様々な量子臨界物質の磁気熱量効果や熱膨張率の測定を行うことができました。ドイ
ツでは短い時間で効率良く仕事をこなすことが求められており(午後 8 時にはスーパーマーケットも閉まってしまう)、ついダラダラ仕事をしがちな我々は見習わなくてはいけないと感じました。
中辻研着任後は、トポロジカルなバンド構造を持つ物質の物性測定を中心に行っていきたいと考えています。物質合成と物性測定両方の知識と技術を活かして、測定結果から得られた知見を合成にすぐにフィードバックして研究を進めていきたいと思っています。また、居室は大谷研究室と共同の A404 におります。物性研内外の様々な方々と共同研究ができればと考えています。どうぞよろしくお願いいたします。

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物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

物性研に着任してナノスケール物性研究部門

一色 弘成

2016 年 5 月から、ナノスケール物性研究部門・大谷研究室の助教に着任いたしました、一色弘成と申します。この場をおかりして、私の経歴とこれまでの研究を簡単に紹介させていただきます。
私は、修士・博士課程では東北大学大学院多元物質科学研究所の米田忠弘先生のご指導の下、走査型トンネル顕微鏡(STM)をもちいた単分子の近藤効果の検出と制御の研究を行いました。その目的は個々の分子に情報を保存することです。
近藤効果は、金属基盤の伝導電子のスピンと磁性不純物の局在スピンとの交換相互作用により局在スピンが消失する現象
で、同時に局在スピンの状態密度がフェルミ準位に漏れだします。STM の分光は局所状態密度を測定することができる
ので、スピンを持つ分子上の状態密度を測定すると、フェルミ準位にピークが現れます。私たちの研究では主に不対電子をもつ分子を対象としていました。STM のトンネル電流を使った分子マニピュレーションにより分子の形を変形させ、分子軌道を修正することで、分子中の不対電子の数をコントロールすることができ、それに伴い近藤効果を on・off にすることができました。指導教官の米田先生には 5 年間大変にお世話になり、実験技術や成果の発表技術など様々なことを教えていただきました。仙台での 5 年間は私にとって大事な時間となりました。
東北大学で学位取得後、Karlsruhe 工科大学の Wulf Wulfhekel 先生の研究室でポスドクとして、2013 年より 3 年間をドイツで過ごしました。Wulfhekel 先生は、すばらしいお人柄と、研究者としてずば抜けた能力をお持ちだと思います。
初めての海外長期在住で Wulfhekel 先生のような方のもとで働けたことは、私にとって非常に幸運でした。またドイツの文化・歴史を学び、たくさんの友人を得て、とても幸福な 3 年間でした。研究は引き続き STM を使った単分子磁性の研究でしたが、ここでの研究を通して近藤効果だけでなく単分子のスピンをより包括的に理解することができたと思います。遷移金属イオンなどの磁性イオンを結晶場・配位場の中におくと、スピンの向きによってエネルギーが異なるゼロ磁場分裂が起こります。ゼロ磁場分裂は配位場によって起こるので、STM の探針と分子の間の相互作用を使って分子を変形させると、同時にスピンが感じる配位場が変化し、ゼロ磁場分裂の様子を変化させることができます。さらにごく最近、同様の手法により、単分子の基底状態のスピンの向きを面直から面内に変えられることを実験的に示すことができました。
スピンハミルトニアンを使うと、ゼロ磁場分裂下のスピンの、近藤効果の起こる条件やスピン状態の縮退の解ける様子が包括的に理解できることがわかりました。また S = 3/2 のようにスピンが半整数の値を持つときは、ゼロ磁場分裂によって縮退が完全には解けず、スピンは 2 重安定性を持つことがあります。このような 2 重安定性を使って安定な単一分子で１bit を構築することがこの研究のひとつのゴールです。
物性研究所では、これまでの研究から大きく分野が変わりましたが、大谷義近先生の研究室でスピン流-電流相互変換
やスピン輸送の研究を行っています。研究分野を変え大谷研究室を志望した動機は、STM 以外の実験手法を学びたいと思ったこと、そして、スピンというものについてよりよく理解したいと思ったからです。大谷先生は、電流から純スピン流を生成し、純スピン流を様々な物質に注入、そしてスピン軌道相互作用によって再び電流に変換するための、非局所配置法という手法の世界的権威です。スピンの拡散長は、通常スピン輸送に使う銅では 500 nm 程度なので、非局所配置法の測定には数百ナノスケールの超微細構造が必要です。初めて自分で e-beam lithography を使って、超微細構造を作り、完成したデバイスを光学顕微鏡で見たときは大変感動しました。現在取り組んでいる研究は、Rashba 効果が起きている界面でのスピン流-電流変換効果です。この効果はごく最近発見されたもので、物理的にも応用の観点からみても非常におもしいと思います。すばらしい研究室の同僚の方々・学生の方々にも恵まれ、最高の環境で、がんばって研究していきたいと思います。また、これまでの研究で得た知識を積極的に生かし、新しいことにも挑戦していきたいと思います。どうぞよろしくお願いします。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

33物性研を離れて髙田 康民
本年 3 月末に物性研を定年退職して 2 ヶ月半が経ちました。想像した以上に簡単に毎日を自宅で過ごす新たな生活リズ
ムに慣れました。研究活動や各種原稿の執筆に楽しく(ある意味、現役時代よりも集中して)励んでいます。物性研着任は1985 年 7 月でしたので、ほぼ 31 年にわたって物性研にお世話になりましたが、この長い在任期間は心ならずのものとも言えます。その理由は二つあります。一つは、物性研の(特に、理論の)所員は人事の流動性確保のため、一定の在任期間を経れば他大学に転任すべきであるとの物性研設立期からの暗黙の了解に沿っていないからです。もう一つは、(時流に乗ったテーマを追求しない)私の研究スタイルが高度の情報処理能力が要求される物性研理論所員の理想像に合致しないと自覚しているからです。このような理由から、常々、よい機会があれば所外の適当なポジションに移ることを考えて種々の可能性を探りましたが、いろいろな意味での私の能力不足とうまくタイミングが合わなかったことなどから、ついつい長居をしてしまいました。この点のご批判には弁解の余地はありません。
今、「私の研究スタイル」と申しましたが、これを明確にしたものの一つとして 1984 年の物性研理論所員公募に応じて提出した私の研究計画書があります。そこでの記述では、米国での約 4 年にわたるポスドク経験を通して得た自分の能力に対する自己評価から、実験に導かれてそれに沿って構成する理論研究ではなく、逆に、実験家に対して新しい指針を与える理論物理の追求、とりわけ、基本的に難しく大きな進展が容易ではない(多くは強結合強相関多体問題に起因する)物理の問題を考え、それにふさわしい数学的手法を新たに編み出し、それを駆使して得られる結論を実験家に提示するス
タイルで進みたいとしている。実際、このような困難な問題に真摯に立ち向かうことは学部学生の教育に煩わされずに研究に専念できるパーマネント職に就くものの責任であり、かつ、義務であるとして、着任以降 31 年間、誠実にこの目的の遂行に励んできた。ただ、研究活動の進展状況として、残念ながら自分の想定した目標から少し距離があると認めざるを得ないので、気力・体力・知力が続く限りはその目標点を目指し続ける所存です。
さて、まだ最終目標に到達していないとはいえ、それを目指す途上でこれまでに得られている具体的な研究成果のいく
つかに触れておこう。なお、私の研究業績について、もっと包括的で参考文献も明示している解説記事は「固体物理」(出版社：アグネ技術センター)に近々掲載されることになっている。
まず、在任中に最も意を注いだ多体問題の汎用解法の開発に関する研究から報告しよう。多体問題をグリーン関数法で数値的に解く場合、Baym-Kadanoff (BK) 法に基づくことが多い。BK 法は近似解法であるが、各種の保存則を満たしながら自己エネルギーΣやバーテックス関数Γ、そして、各種相関関数を自己無撞着に計算する一般的で基本的なアルゴ
リズムである。ところで、1995 年、私はこの BK 法のプロセスを何度も繰り返しながらΣを改訂していくと、Σの初期値によらずに無限回の操作の後には厳密に正確なΣが得られることを見いだした。これは BK 法のアルゴリズムを越えて、正確なΣを求めるための基本的処方箋が発見されたことを意味し、自己エネルギー改訂演算子理論と名付けた。この理論の核心は正確なΣをその不動点とする演算子 F[Σ]の存在証明であるが、この F[Σ]の作用を計算機上で遂行できる形にうまく近似することが次の段階の基本課題となる。私が 1993 年に提案していたワード恒等式を利用したゲージ不変自己無撞着(GISC)法はこの課題に簡便に応えているが、得られるΣの運動量依存性に問題が残る。
そこで、この GISC 法で仮定されたΓの汎関数形を改善するためにいろいろな試行錯誤を行った。その結果、2001 年には、Γと電流バーテックス関数の縦成分の比で定義される比関数 R の導入が鍵であることを見いだし、この R に量子
モンテカルロ計算によって得られる正確な静的物理量の情報を組み込むと、Γに対してワード恒等式を常に満たす高精度の近似汎関数形が導かれた。そして、そのΓの汎関数形を自己エネルギー改訂演算子理論に組み込んでΣを決定するアルゴリズムを GWΓ法と名付けた。この GWΓ法を通常の金属密度領域の(いわゆる電子密度径数 rs が 1 から 5 の範囲にある)電子ガス系に適用して 1 電子スペクトル関数 A(p,)を高精度に計算し、準粒子やプラズマロン(実励起のプラズモン

34

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

を纏った電子)の様相を定量的に詳細に調べた。特にナトリウム(rs=4)では、準粒子バンド幅は裸のバンド幅よりも数パーセント広がることを確認すると共に、角度分解光電子分光の実験結果をほぼ完璧に再現した。
ところで、フェルミ波数が逆格子ベクトルに比べてずっと小さい低密度金属では、その電子イオン格子系を記述する第一原理のハミルトニアンは電子ガス系のそれに還元される。この意味で、rs >>1 である低密度電子ガス系の研究は意義深
く、その情報を通してあらゆる低密度金属系の様相は普遍的に理解されることになる。この低密度電子ガス系の大きな特徴は、電荷揺らぎの静的長波長応答を記述する圧縮率が rs の増大と共に増大し、ついには rs = 5.25 で発散し、更に rsが増大するとは負になり、それに伴って圧縮率総和則で結びついた静的誘電関数は長波長領域で負(誘電異常)になることである。2004 年、GWΓ法を用いて rs<5.25 で動的誘電関数を計算し、得られた低エネルギー励起状態の振る舞いを解析して負のに至る物理的要因は電子正孔対励起における励起子効果の増大であると結論づけた。また、2009 年、超臨界状態のアルカリ液体金属で観測されたイオン間相関関数の異常現象を定量的に再現し、この現象は誘電異常の物理的帰結として出現したことを明確にした。
しかしながら、2001 年版の GWΓ法では誘電異常領域でΣの収束解が得られないことが判明した。そこで 2009 年、この困難を回避して rs>5.25 でもΣの自己無撞着収束解を与えるように改良した GWΓ法を発表した。これを用いると、原子や分子、半導体、絶縁体のようにエネルギーギャップがある系では、その準粒子エネルギーの値はワンショット GW
近似(いわゆる G0W0 近似)の値にほぼ厳密に一致することが解析的に示され、G0W0 近似が自己無撞着な GW 近似よりも実験によく合うとの事実をよく説明した。また、この方法は汎用性が広く、フェルミ流体だけがその適用範囲ではない。
実際、1 次元ラッティンジャー流体に適用すると、これは Dzyaloshinskii-Larkin 理論に正確に帰着される。2014 年、更に解析を進めて、1 次元金属でスピノンやホロンと並んで擬電子という準粒子様の励起があることを導き、低励起のス
ピン電荷分離の物理から高励起の自由電子描像への変遷の全容を解明した。3 次元電子ガス系への応用では、2015 年末
までに rs が 10 程度までΣが得られるようになり、更に先月、rs が 20 を超える場合まで運動量分布関数 n(p)や動的構造
因子 S(q,)の高精度解を得た。その結果、rs ~22 で n(p)に相転移を暗示する異常を見いだすと共に、その密度近傍でフェルミ面直上の有効質量がゼロに近づくこと(軽いフェルミオン問題)や S(q,)にプラズモンピークよりずっと大きな寄与になる励起子集団モードの巨大ピーク(図 1(b))を発見した。このように、低密度電子ガス系は今後の大きな発展が期待される興味深い未発見の新概念・新現象の宝庫といえよう。

図１．電子ガス系での動的構造因子 S(q,)：(a)は通常の金属電子密度におけるもので、プラズモンピークが圧倒的であり、電子正孔対励起における励起子効果はあるもののはっきりとしたピーク構造は与えない。(b)はそれよりも約 170 分の 1 の電子密度の系での S(q,)で、プラズモンピークを凌駕する励起子集団モードの巨大ピークが見られる。

第一原理からの超伝導転移温度 Tc の決定理論の構築とそれによる超伝導機構の提案・同定は私のもう一つの主要研究課題である。まず、大学院生から東大助手であった 1978-1981 年にかけて擬クーロンポテンシャル*の決定も含めて
G0W0 近似でギャップ方程式を数値的に解き、n 型 SrTi03 縮退半導体やアルカリ原子挿入グラファイト層間化合物(GIC)などの低電子密度系での超伝導は極性結合したフォノン機構で捉えられることを明らかにし、同時に、新規に電子ガス系■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

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でのプラズモン機構を提案した。この G0W0 近似を超える試みとして、1988 年には多体摂動理論と多体変分法を融合した有効ポテンシャル展開(EPX)法を BCS 状態に適用して、相関のある BCS 状態でのクーロン斥力起源の超伝導を論じた。1993 年にはバーテックス補正を GISC 法や局所場補正で取り扱い、アルカリドープの C60 での超伝導を論じた。また、低密度電子ガスの超伝導はウィグナー結晶状態近傍のクーロンホールを媒介としたクーパー対形成によるとの見方を示した。特に、この場合、Tc とフェルミエネルギーEF の比は 0.04 であり、その比は植村プロットにおける低密度極限での値に一致した。これはその極限ではあらゆる金属は電子ガス系に還元されることと整合的である。2005 年、Hardy
Gross らは密度汎関数超伝導理論(SCDFT)に立脚して*も含めて Tc を第一原理的に決定する理論を展開した。またこの年、実験でアルカリ土類原子挿入 GIC の Tc はアルカリ原子挿入 GIC のそれの 100 倍になると観測された。2009 年、私は G0W0 近似で導かれるギャップ方程式が SCDFT のそれと同等であると気づき、両者を詳細に比較して G0W0 近似の真の意味、とりわけ相関効果の入り方を明確に理解した。また、この G0W0 近似をアルカリ土類原子挿入 GIC に適用して実験の Tc を定量的に再現し、GIC 超伝導体全般に適用される標準超伝導機構を提唱した。
最後になったが、私の 3 人の恩師、植村泰忠先生(1920-2005)、Al Overhauser 先生(1925-2011)、Walter Kohn 先生(1923-2016)に改めてお礼を申し上げたい。Kohn 先生は 1989 年、1990 年、そして、1998 年のノーベル化学賞受賞後の 2002 年、2006 年の合計 4 回、物性研を訪問して下さった(図 2)ほか、私が GWΓ法を提唱した翌年の 2002 年には客員教授としてサンタバーバラに招聘して下さった。同年、Overhauser 先生も Purdue 大に招待して下さった。偉大な先輩であり、共同研究者である安原洋先生(1940-2014)と安藤恒也先生(東工大)には有益なアドバイスを沢山受けました。
助手・助教として研究室の研究・運営に多大の貢献をしてくれた北孝文さん(北大)、堀田貴嗣さん(首都大学東京)、前橋
英明さん(東大)には感謝申し上げます。それから、物性研では外国人客員所員制度や外国人ポスドク、滞在型国際ワーク
ショップなどを通して著名な教授を含めて外国人研究者の招聘が比較的簡単に行えるメリットがあり、私も大いに利用させていただいた。これらの制度を生かして、長年の友人の Andreas Savin(パリ第 6 大)や Hardy Gross(マックスプラン
ク研究所 Halle)、Giovanni Vignale(ミズーリ大)らと親交を深められたほか、Vladimir Nazarov(台湾中央研究院)やTian Cui(吉林大)、Hang Zheng(上海交通大)、Ashok Chatterjee(ハイデラバード大)らと重要な共同研究が行うことが出来た。国内的にも共同利用・共同研究制度や特任研究員制度を利用して、山上浩志さん(京都産業大)や小泉裕康さん(筑波大)、前園涼さん(北陸先端大)、吉澤香奈子さん(RIST)、後藤尋規さん(セイラシステム)らと大変有益な共同研究が出来た。共同研究には至らずにお名前を挙げていないが、有益な議論をしていただいた 10 名を越える多くの国内外の研究者の訪問や長期滞在もあった。もちろん、これらの研究者にも大変感謝している。そして、このような素晴らしい研究環境を提供して下さった物性研とそれを支える同僚の教員、技術職員、事務職員、学生、秘書の皆さんに心からお礼を申し上げます。特に、私の研究室に所属した 15 名の大学院院生との研究だけに止まらない色々な交流を今更ながら懐かしく思い出すと同時に、彼らの今後一層の成功を祈念している。末筆ながら、16 年以上支えてくれた光冨恵美子さんを含む過去 9 名の秘書の方に改めて感謝の言葉を贈りたいと思います。どうもありがとうございました。
(2016 年 6 月 17 日記)

図２．本年 4 月 19 日に亡くなられた 1998 年度ノーベル化学賞受賞者の Walter Kohn 教授が、(a)1990 年に六本木の、(b)2006 年に柏の私の研究室を訪問されたときに撮影したもの。

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客員所員を経験して九州工業大学大学院工学研究院

松平 和之

2015 年度の 1 年間、中辻所員がホストとなり新物質科学研究部門の客員准教授としてお世話になりました。客員所員の期間中は中辻所員ならびに中辻研究室の皆様には大変お世話になりました。どうも有難うございました。
今回の公募の研究テーマは「幾何学的フラストレーションによる量子磁性と伝導現象」であり、中辻所員から最近の
パイロクロア酸化物での"問題点"について解決をして頂きたいとのことでした。そこでパイロクロア型イリジウム酸化物
に関する研究を行いました。パイロクロア型イリジウム酸化物の研究は、中辻所員が 2006 年 3 月に Pr2Ir2O7 での異常物性を報告(S. Nakatsuji, et al., Phys. Rev. Lett. 96, 087204 (2006).)したのを機に、我々が 2007 年 4 月に Ln2Ir2O7(Ln =Nd, Sm, Eu, ...)における金属絶縁体転移を報告(K. Matsuhira, et al., : J. Phys. Soc. Jpn. 76, 043706 (2007).)し研究が展開されてきました。近年は国内外の多くのグループが研究を開始し大きく発展しています。大変光栄なことに Ln 2Ir2O7の金属絶縁体転移に関する論文(K. Matsuhira, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 80, 094701 (2011).)が第 21 回(2016 年)日本物理学会論文賞を受賞しました。これは近年の研究の発展が評価されたためと思っており、この金属絶縁体転移を見つけることが出来たことをあらためて喜ばしく思っています。
さて、パイロクロア型イリジウム酸化物に関する研究における"問題点"として、物性が大きな試料依存性を示すことがあります。これは純良試料の合成の難しさもありますが、強い幾何学的フラストレーション効果などにより基底状態が競合している状況にあることや、パイロクロア格子特有のフラットバンドを持つため、非常に僅かな組成のズレに起因して物性が大きく変化する事にあります。特に金属-絶縁体転移の相境界近傍に位置している Pr2Ir2O7 や Nd2Ir2O7 は、組成のズレなどで物性が大きく変わります。これは最近行っている元素置換によるキャリアドープ効果でも確認されます。
このような状況において、中辻所員からの要望は(私の理解では)、より純良な試料の育成方法を確立し現状を打開する！というなかなか難しいものでした。ただ、この要望は私も望むことなので、この機会に物性研の優れた設備を利用して、少しながらも改善出来ればということで取り組みました。現在行われている単結晶育成方法はフッ化カリウム(KF)を用いたフラックス法(J. N. Millican, et al., Mater. Res. Bull. 42, 928 (2007).)で、この育成方法は中辻所員がさまざまなフラックスを試行錯誤して見つけたそうです。先ずは異なるフラックスを用いることを試みました。詳細はまだ伏せま
すが、新しいフラックスでも単結晶(見た目は大変キレイ)が育成できることが判りました。しかし、残念ながら得られた単結晶は従来程度の質であり、満足な結果は得られませんでした。育成条件を最適にすることで結晶の質の向上が望めそうという印象はあり、今後に期待したいと思います。一般的にフラックス法での結晶育成は長時間かかります。パイロク
ロア型イリジウム酸化物では最低でも 3 週間程度必要です。この単結晶試料育成の仕込みのために、日帰りでの来所も度々していました。物性研の物質合成室のフラックス炉は大変優秀で良い結晶が得られるのですが、そのため中辻研とマシンタイムを分け合うことになり、試行回数が限られてしまったのが大変残念でした(同様なフラックス炉がもう 1 台あると大変助かるのですが。客員所員の期間中に製作しても良かったなと今更ながらに思っています)。このフラックス炉での単結晶育成は以前から共同利用(廣井研)で行っており、この続きは共同利用で行う予定です。
他にも別のアプローチとして、Pr2Ir2O7 の真の基底状態についても、Cu 置換効果から調べました。Cu 置換の試料は、少量置換でも反応性が向上し、組成のズレが生じない合成条件で、純良多結晶試料が得られます。これを利用して物性のCu 置換依存性を調べ、Cu ゼロ置換の物性を推察しようという試みです。物性評価として、電気抵抗と磁化測定は行いましたが、肝心の比熱測定装置(PPMS)の不調や中辻所員が 10 月から米国に長期滞在したこと等の影響もあり、極低温実験が出来ずに、中途半端な状態となっているのが残念です。
今回、客員所員を初めて経験してみて、上述のように計画通りには上手くいかないことが多かったですが(これは日常でもよくありますが)、日常の本務から離れて自由に研究が行えたので楽しかったです。応募時には月 2 回程度の来所を考えていましたが、結局、来所は 11 回(計 23 日(12 泊))で、研究打ち合わせを行った 6 月以降、おおよそ月に 1 回のペースでした。もし次の機会があれば、今回の経験を生かし、より効率良く研究が行えるのでは考えています。
物性研には共同利用、各種研究会、委員会などで、年におおよそ 5〜6 回は来訪しており、いつも大変お世話になっております。今後とも宜しくお願い申し上げます。

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37客員所員を経験して中央大学理工学部物理学科

中村 真

私は平成 27 年度の後期に客員所員を拝命する機会に恵まれました。このような機会を与えて下さった、東京大学物性研究所の関係者の皆様に心より感謝申し上げます。私は平成 26 年度の後期にも客員所員を拝命しており、形の上では今回が 2 回目となりますが、任期の間となる平成 27 年度前期にも研究会開催などを通じて物性研究所の方々に大変お世話になりました。そのため実質的には 1 年半にわたりご縁を頂いた形となります。受入所員の押川正毅先生、加藤岳生先生に改めて感謝申し上げます。
私の研究テーマはゲージ・重力対応(AdS/CFT 対応)を非平衡統計物理学や強相関系の物理学に応用する理論的研究であり、客員所員としての研究テーマもこれに沿った内容を提案させて頂きました。私の本来の研究分野は素粒子理論、特に超弦理論であり、研究手法の中心となるゲージ・重力対応も超弦理論の枠組みで開発されたものです。これを物性物理学に応用するという試みは、同じ物理学とは言え、物性と超弦理論という、従来あまり接点の無かった分野を結びつける、ある意味挑戦的な試みです。
このような試みは、例えて言えば、異なる言語を話し異なる文化を持つ者の間で、一つの新しいコミュニティを形成していくようなものなのかも知れません。共通の議論を行う前に、言語のすり合わせが必要ですし、また同一の言語であっても、互いに異なる意味で使用していることに気づく必要があるかも知れません。また、前提とする文化の違いも学ぶ必要があります。素粒子出身の私の視点では、客員所員として物性物理学の研究者の方々と多くの接点を持つ機会を頂いたことは、このような分野間の違いを乗り越えて研究を進めていくために必要な、貴重な経験を積む機会となりました。
この 1 年半のことを簡単に振り返ってみますと、共同研究や議論の他にも国際研究会の開催や、受入所員の先生以外の先生方との出会いもありました。平成 27 年度前期には、カブリ数物連携宇宙研究機構と物性研究所の共催で国際研究会「International Workshop on Condensed Matter Physics & AdS/CFT」を開催しました。両研究所の協力により超弦理
論、物性理論の各分野から世界をリードする研究者を柏キャンパスに招聘し、大変充実した国際研究会となりました。この研究会にあわせて物性研究所に滞在をしたカナダ・Perimeter 研究所の William Wiczek-Krempa 氏とは研究会後も物性研究所にて意見交換を行う機会を持つことができました。研究会の実行では押川先生をはじめ押川研究室の皆様、外国人研究者の招聘等で押川研究室秘書の辻淳子様にも大変お世話になりましたことを記したく思います。
また、同じく受入研究者の加藤先生からは、私が以前から研究を行っている強相関系の非線形電気伝導に関して示唆を頂き、共同研究の形で議論をさせて頂きました。この議論には、当時同じく物性研究所に在籍していた前橋英明氏、また私の本務先である中央大学からは共同研究員の深澤裕一氏も加わり、有意義な議論をさせて頂きました。加藤先生や前橋さんからは負性微分電気伝導の発現と系の圧縮率や荷電粒子対の振る舞いとの関係など、物性理論の専門家ならではの示唆を頂き、現在も考察を続けています。強く相互作用するゲージ粒子の多体系において負性微分電気伝導が現れることは、
客員所員着任以前に行ったゲージ・重力対応による計算で確認していたのですが、この現象の背後にある物理的な機構を明らかにすることは目下の課題となっています。重力理論の言語による説明はある程度可能ですが、言語が極度に書き換えられているため、これを物性系の描像でどのように理解できるのか、これがなかなか非自明です。研究はまだ続いておりますので、今後も物性理論の視点から示唆を頂きながら、物性物理学として意味をなす形での知見に持って行きたいと考えています。
また、この 1 年半の間に、理論の先生方だけでなく、物性研究所の実験の先生とも接点を持つことができたのは大きな収穫でした。森初果先生からは非線形電気伝導に関して実験物理学者の視点からご意見をお伺いする機会がありました。
ゲージ・重力対応の計算では、強く相互作用する荷電粒子の集団で非線形電気伝導度の不連続な転移が起きることが示唆されますが、私はこれを実験でも検証したいと考えています。もちろん、実際は私が「検証する」のではなく実験の専門家の方々に「検証して頂く」ことになるのでしょう。森先生からは非線形電気伝導の測定の専門家の先生もご紹介いただ38

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きました。これは超弦理論の研究者としては大変大きな野心ですが、将来必ず、実験の先生方に具体的にご協力頂ける形
でのより具体的なプロポーザルを作成し、理論と実験にまたがるプロジェクトを実現したいと考えています。そのためにも、客員所員として物性研究所にご縁を頂いたことは、この上ない財産となりました。
異分野にまたがる共同研究で得られる最大の利点は何でしょうか。私が物性研究所の客員所員として感じた内容を一言でまとめるならば「文化の違いが強みとなる」ということでした。ある料理研究家の言葉に「異文化で洗うと突破口が見える」というものがありました。料理の考案に行き詰った際に、例えば和食と西欧料理の食材がうまく出会うことで、新たな突破口が生まれるというものです。これは良い意味で今までと異質なものを開拓するという意味もありましょうが、同時に、西洋文化に出会うことで、和食に対して違った視点で考えることが可能になるという自己発見でもあるかも知れません。
同じことが物性物理と素粒子物理の共同研究にも言えるのではないかと感じます。ゲージ・重力対応では目的とする
物理量の期待値が計算できるものの、我々超弦理論の専門家が特化しているのは曲がった時空上の一般相対性理論や弦理論の計算であって、肝心な物性物理側からの視点がどうしても欠落しがちです。下手をすると、計算は可能だが、自分たちが行っている計算の本当の意義を理解していない、そんな状況となる危険性も大いにあります。こんな時に、物性物理学の専門家から意見を頂くことが出来るのは、暗闇の中で歩いている時に横から光を照らされるようなものであり、そこに今まで全く考慮していなかった視点が現れることが多々あるのです。このような機会を頂くことが出来たのは研究者として誠に幸いなことでした。
最後に、ひとつ心残りなことがあります。着任にあたっての教授会でのご挨拶前に会議室周囲を散策しておりますと、
物性研究所には立派なグランドピアノがあることに気づきました。私は幼少の頃から趣味でピアノを続けておりますので、いつしかあのピアノで演奏してみたいと、秘かな野心を持っていたのです。しかし、任期中にはかないませんでした。任期後も物性研究所の先生方とは研究を続けて参りたいと考えておりますし、またそうであらねばなりません。したがって、またこの秘かな野心も、いつしか実現するのではないかと思っております。物性研究所での客員所員の経験は、それだけで完結するものではなく、むしろ初期条件であると私は考えています。将来的に実験物理学の先生方と共同プロジェクトを組むという大きな野心、物性研究所の先生方との研究をまとめて論文を執筆するという当たり前の野心、そしてここで述べた秘かな野心、いずれも必ず実現するために、この初期条件を大切にしていきたいと思います。
今後も引き続き物性研究所の先生方と研究交流を続けて行くことができればと考えております。このような機会を与えて下さった物性研究所の関係者の方々に改めて御礼申し上げます。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

39客員所員を経験して九州大学大学院工学研究院

山田 鉄兵

2015 年度後期に山室修教授のホストで客員准教授としてお世話になりました。
初めに自己紹介をさせていただきます。私は東京大学理学部化学科で修士課程を修了後、三菱化学株式会社、九州大学
理学部化学科、京都大学理学部化学科を経て現在は九州大学工学部応用化学科に所属しております。私の興味はイオンの運動を分子スケールで制御することにあり、最近では柔粘性結晶やイオン結晶、イオン液体といった、イオン濃度の高い系におけるイオン伝導特性に興味を持っています。そういう意味では化学者の立場から常に物性物理を眺めており、客員教員を勤めさせて頂いたことに対して深く感謝しております。
次に私の研究対象であるイオンの運動について俯瞰させて頂きます。イオンの運動はイオン間の相互作用により決まります。イオン間に働く相互作用としては共有結合相互作用やクーロン相互作用が最も大きく、続いて双極子相互作用や
van der Waals 相互作用があります。化学反応の起きていない条件では通常、共有結合は分子やイオンの内部にとどまり、
また分子やイオンの形は、立体反発(Pauli の排他律に由来する交換反発力)で決まります。よってイオン間に働く最も大きな相互作用は、イオンが周囲に形成する電場による Coulomb 相互作用に基づく引力や斥力であり、そのバランスによりイオンの平衡位置が決まります。イオン伝導現象はこのイオンのサイト付近の形状や回転・振動に伴う揺らぎ、そして外場による力場勾配を利用して起こります。
われわれはイオン伝導のための空間として、不斉中心を有するイオン性柔粘性結晶中のイオンの動的挙動に着目し研究を行って参りました。不斉中心を有するイオンは、イオンの回転運動に異方性を有するうえに、主軸に沿った回転についても右回りと左回りという 2 つの自由度を有します。そのため、固液相転移や中間相との間の相転移において、大きな転移エントロピーを示したり、残留エントロピーを有したりすると推測されます。このような新規自由度に由来したエント
ロピーが、低温下でのイオン伝導挙動や相転移温度に影響を与えると期待されます。
我々の設計した不斉中心を有するイオンについて、合成化学の視点からお話をさせて頂きます。不斉中心を有するイオンとしては、アンモニウムイオンの 4 本の側鎖をそれぞれ別々のものにすれば良いと考えられます。側鎖をプロトンにすると、Walden 反転と呼ばれる反転運動が起こってしまうため、側鎖としてはメチル基もしくはそれ以上の分子量が必要です。考えられる側鎖としては、分子量の小さい順に、メチル基、エチル基、プロピル基およびイソプロピル基(1-メチルエチル基)の 4 つがあります。我々は最初に、この 4 つの側鎖で構成されたイオン(以下炭素数からこのカチオンをN1233’と呼びます)を合成しました。この N1233’カチオンと Tf2N と呼ばれるアニオンを組み合わせた塩を合成したところ、液相と固相の間に 2 つの中間相を発見し、イオン伝導度も相変化に伴って複雑な変化を示すことがわかりました。またイオン伝導度も、類似のイオン結晶や柔粘性結晶と比較して高いことが示唆されました。N1233’カチオン
は、R 体と S 体を光学分割することが出来ず、ラセミ混合物としてしか得られませんでした。そこで、生体内に存在す
るアミノ酸を誘導することで、キラリティを制御したカチオン(trimethyl-2-hydroxy-1-methylethyl ammonium)を合成しました。これらのいくつかはイオン液体となり、さらに中間相を有するものも見出しました。種々の測定によりこれらの中間相が柔粘性結晶相であることも確認出来ています。イオン伝導特性については現在も検討を続けております。
興味深いことに、我々の報告以前には、N1233’はただの 1 例の報告もありませんでした。合成化学の方法論が確立している現代において、分子量の小さい分子は、考えつく限りほとんど全ての分子・イオンが既に合成され、報告されております。N1233’のような小さなイオンを新規に報告したことに対しては、イチ合成化学者として小さな誇りを感じる
とともに、物性科学の視点でから化学を照らすことで、まだまだ新しい発見が残されているということを感じました。
これらのイオン性結晶、柔粘性結晶相およびイオン液体相におけるイオンの運動を観測するための手法としては、交流
インピーダンス法、核磁気共鳴法および中性子準弾性散乱法が挙げられます。電場に対する物質の応答を調べる交流イン
ピーダンス法は、もっとも簡便であるため、イオン伝導特性の評価法として広く用いられる手法です。しかし電子を含む

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全ての荷電粒子の運動を原理的に区別できない上、運動モードの識別も不可能です。伝導しているイオン種を区別した運動の解析には、核磁気共鳴法や中性子準弾性散乱法が適します。中でも中性子準弾性散乱法は、幅広い緩和時間の運動を補足出来ることから、多様な運動モードを解析することが可能な強力な測定手法です。イオン性柔粘性結晶やプロトン伝
導性配位高分子といったソフトマテリアルの解析において、山室先生および山室研の皆様には、これまでにも大変お世話になっており、また今回の客員教員の期間を利用して NIST における準弾性散乱測定を行うことが出来ました。準弾性散
乱測定は NIST の High-flux backscattering spectrometer (HFBS)にて行いました。その結果イオン液体相および中間相においてイオンの運動が観測されました。詳細については現在解析中ですが、N1233’カチオンおよび Tf2N アニオンの運動を別々に観測することが出来ておりイオンの運動挙動の情報が得られたと考えております。また分子全体の回転運動
モードやメチル基の回転運動などを分離することが出来ており、この測定を元に新たな分子設計を考えているところです。
最後になりましたが、今回の測定においては、山室先生および古府先生には大変お世話になりました。この場を借りて厚く御礼申し上げます。また測定で用いたサンプルは九州大学の学生の松木君、下野君の昼夜を問わない実験により得られたものであることを申し添えます。また研究会や、測定を含めた物性研への訪問・交流を通じて、ほんの一端ではありますが、高いレベルの物性研究にふれたことは、私個人にとって貴重な経験となりました。物性に興味を持った化学者として、このような化学と物理の垣根を越えた交流によって今後も新たな世界が拓けることを期待しております。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

41客員所員を経験して北陸先端科学技術大学院大学 安 東秀
2015 年度に「走査マイクロ波顕微鏡の開発とこれを用いたナノスケールスピンダイナミクス」の研究テーマで客員准教授として長谷川幸雄先生のホストでお世話になりました。私は 2003 年 4 月から 2010 年 3 月まで研究員として 7 年間、
長谷川幸雄研究室で過ごさせて頂きました。今回、久しぶりに柏キャンパスを訪問して、先ず、柏の葉キャンパス駅周辺が変貌していること、一方で、物性研究所内は以前とかわりなく静かで研究に打ち込める環境が維持されていることが印象的でした。
研究内容ですが、簡単には走査トンネル顕微鏡(STM)や原子間力顕微鏡(AFM)を改造してマイクロ波を印加・検出できる走査マイクロ波顕微鏡を開発することです。そして、この走査マイクロ波顕微鏡を用いて、強磁性体や常磁性体、つまり、スピンからの磁気共鳴信号を計測することを目指しています。この研究内容は物性研時代の研究と深い関係があります。前半の 3 年半は長辺（縦）方向に振動する水晶振動子を AFM の振動子に用いた、長辺振動型水晶振動子 AFM を開発し、超高真空・極低温下でシリコン 7×7 の原子構造観察に成功しました。後半の 3 年半は研究―テーマを変えて、走査マイクロ波顕微鏡を開発して磁気共鳴イメージングをすることに取り組み始めました。これらの研究を通して、プローブ顕微鏡技術、マイクロ波技術に習熟することができ、「磁気共鳴とは何か？」ということをじっくり考えることができました。その後、東北大金研、理研、そして、2015 年度から北陸先端科学技術大学院大学へと移りましたが、物性研時代に取り組んだ AFM 技術とマイクロ波技術が自分の研究の基礎になっていることを感じています。そういう意味で7 年間もなかなか成果のでない装置開発に取り組ませて頂いた長谷川先生に大変感謝しております。
以上のような経緯で、客員所員として、先ず、超高真空・極低温・磁場環境下で動作している長谷川研究室の STM 装
置のトンネル電流検出ラインを、マイクロ波を印加・計測できるように高周波化することを技術的な課題として、改造案
について議論しました。また、“走査マイクロ波顕微鏡を用いてなにを計測するか”ということについても有益な議論をすることができました。特に、スピン注入によるギガヘルツ周波数帯の発振現象(スピン注入発振)やスピン流の計測について思案することができました。期間中にこの信号計測ラインの高周波化を実現して磁気共鳴イメージングを実現することはできませんでしたが、今回の共同研究を端緒として引き続き共同研究を継続させていただいています。
最後に、長谷川研究室では長谷川先生、吉田助教、浜田技術職員を始め研究室の皆様に暖かく迎えて頂き感謝申し上げます。長谷川研究室ではスピン偏極 STM 等のスピン計測技術も既に確立されており、“スピンをナノスケールで計測する”という機運も高まっていることも感じることができました。今後の皆様のご活躍と物性研究所の発展を祈念すると共に、引き続き共同研究を通じてスピンダイナミクスイメージングの実現に向けて関わらせて頂けますと幸いです。

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ISSP ワークショップ

日時：2016 年 3 月 1 日(火) 10：00～20：00
場所：東京大学物性研究所６階大講義室
世話人：和達 大樹、辛 埴、小森 文夫、松田 巌、原田 慈久
報 告：和達 大樹
東京大学物性研究所軌道放射物性研究施設では SPring-8 に播磨分室を設置し、建設・整備を行った高輝度軟 X 線ビー
ムライン BL07LSU を利用して放射光利用実験を行っています。本 ISSP ワークショップでは、時間分解光電子分光、3次元ナノ光電子分光、軟 X 線発光分光の 3 つのエンドステーションとフリーポートを利用した共同利用実験からの最新の研究報告に加え、「X 線分光と回折の協奏」を視野に入れた研究会を行いました。この背景には、最近では X 線分光とX 線回折の垣根が低くなり、両者を融合させた物性研究が盛んになってきたことがあります。例えば、共鳴 X 線回折は元素の吸収端のエネルギーの X 線で行う X 線回折であり、X 線吸収分光と X 線回折の融合です。本ワークショップでは、
このような融合により生まれつつある新しい X 線による測定手法を用いた、物性物理学の将来の方向性を明確に打ち出せることを目指しました。参加者は 77 名であり、丸一日かけて非常に活発で有意義な議論がなされました。また、ポス
ターセッションも開催され、優秀な学生発表者１名にポスター賞が授与されました。

プログラム(敬称略)
10：00 ～ 10：05 開会挨拶

慶応大（VSX 懇談会会長） 近藤 寛

10：05 ～ 10：10 来賓挨拶

JASRI 常務理事 田中良太郎

session1【座長】和達大樹（東大物性研）
10：10 ～ 10：20 東大アウトステーションビームラインについて

東大物性研 辛 埴

10：20 ～ 10：45 「SPring-8 BL07LSU 光源クロスアンジュレーターの開発状況」
東大物性研 松田 巌
10：45 ～ 11：25 特別講演 1「ヒ素の化学を利用した超伝導物質開発」

岡山大 野原 実

11：25 ～ 11：50 ポスターショートプレゼンテーション
11：50 ～ 13：00 昼食
session2【座長】石坂香子（東大院工）13：00 ～ 14：00 ポスターセッション (投票）14：00 ～ 14：30 「省エネ・創エネ・蓄電デバイスのオペランドナノ分光」東大 尾嶋正治
14：30 ～ 15：00 「高分解能・角度分解・大気圧下軟Ｘ線発光分光システムの開発」
東大物性研 原田慈久
15：00 ～ 15：30 「X 線の偏光を活用したスピンダイナミクス研究」
15：30 ～ 16：10

東大物性研 和達大樹

特別講演 2「Ｘ線自由電子レーザーを用いた生きた細胞のナノイメージング 」
北大 西野吉則

16：10 ～ 16：30■ ■■ ■ ■■ ■休憩

物性研だより第 56 巻第 2 号

43session3【座長】木村昭夫（広島大理）
16：30 ～ 16：50 「VO2 薄膜を用いたピコ秒時分割光電子ホログラフィーの試み」
名工大 林 好一
16：50 ～ 17：10 「窒化ガリウム系トランジスタの表面状態解析」

住友電工 舘野泰範

17：10 ～ 17：30 「高分解能共鳴非弾性軟 X 線散乱による CrO2 の磁場中電子構造観測」
阪大 藤原秀紀
17：30 ～ 17：50 「顕微高分解能二次元光電子分光による機能材料における「活性サイト」の局所構造と電子状態の解析」
奈良先端大 田口宗孝
17：50 ～ 18：10 「銅系モデル触媒での CO2 の活性化と水素化過程のオペランド観測： SPring-8 BL07LSU フリー
ポートにおける雰囲気光電子分光」
18：10 ～ 18：15 閉会挨拶

東大物性研 信 淳
東大新領域（東京大学放射光連携研究機構）雨宮慶幸

18：30 ～ 20：00 懇親会
session1 では、東大物性研の辛氏による東大アウトステーションビームラインの概要についての説明後、東大物性研の松田氏による偏光制御型アンジュレータ光源開発についての講演がありました。クロス型アンジュレータによる高速の偏光スイッチングを用いた X 線分光実験の現状と、今後の研究展開が示されました。次に、岡山大の野原氏による「ヒ素の化学を利用した超伝導物質開発」の特別講演がありました。鉄系やプラチナ系の新しい超伝導体の合成が次々と進む様子と、今後の室温超伝導実現に向けて放射光Ｘ線回折・分光への期待が示されました。その後、ポスター発表を行う大学院生よるポスタープレビュー10 件を行い、昼食休憩を挟んでポスターセッションとなりました。BL07LSU を利用した研究や SACLA を用いた研究など多岐にわたるポスター発表があり、多くの活発な議論が行われました。最後にポス
ター賞のための投票を行いました。
session2 では 3 件の長期課題からの講演がありました。東大の尾嶋氏による省エネ・創エネ・蓄電デバイスのオペラン
ドナノ分光の講演では、この手法が省エネ・創エネ材料や蓄電デバイス開発に直結しており、オペランド測定が持続可能な社会の構築につながる様子が示されました。東大物性研の原田氏による高分解能・角度分解・大気圧下軟Ｘ線発光分光システムの開発の講演では、角度分解測定や大気圧下測定など、軟Ｘ線発光分光の最先端の開発状況が示されました。筆
者は X 線の偏光を活用したスピンダイナミクス研究の講演を行い、最近 BL07LSU で成功した時間分解型のスピンダイ
ナミクス測定の研究例と、今後のレーザー励起磁化反転の追究などへの展開を示しました。その後、北大の西野氏により「Ｘ線自由電子レーザーを用いた生きた細胞のナノイメージング」の特別講演がありました。SACLA などのＸ線自由電子レーザーを用いた最先端の研究が示され、今後 X 線自由電子レーザーのコヒーレンスと時間構造をどのように物性研究に活かせるかなどの観点から多くの議論がなされました。
session3 では 5 件の一般課題からの講演がありました。名工大の林氏による VO2 薄膜を用いたピコ秒時分割光電子ホ
ログラフィーの講演では、世界で初めてとなる時分割原子分解能ホログラフィーの試みが示されました。住友電工の舘野氏による窒化ガリウム系トランジスタの表面状態解析の講演では、ゲート形成領域近傍と高電圧ストレス印加時の窒化ガ
リウムの状態評価が示されました。阪大の藤原氏の高分解能共鳴非弾性軟 X 線散乱による CrO2 の磁場中電子構造観測の講演では、磁場中共鳴非弾性軟 X 線散乱による測定により CrO2 薄膜が表面層の問題を克服して明確に磁気円二色性を示すことが明らかになりました。奈良先端大の田口氏による顕微高分解能二次元光電子分光に関する講演では、顕微光電子
回折分光装置の開発の現状と、光電子回折・角度分解高電子分光による最先端の研究が示されました。東大物性研の吉信氏による雰囲気光電子分光システムの講演では、銅系モデル触媒での CO2 の活性化と水素化過程のオペランド観測が示され、これを踏まえての触媒設計の指針が明らかにされました。
session 終了後には懇親会が開催されました。そこでポスター賞の授与式も行われ、東大院工石坂研究室博士課程１年の中村飛鳥氏がポスター発表賞を受賞しました。SACLA を用いたダイナミクス研究による受賞であり、新しい研究への44

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

潮流を大いに感じさせるポスターでした。このように本ワークショップは、最先端の研究活動を通じて、次世代の人材育成にも大きく貢献しています。
今年も多くの参加者により活発な討論がされ、SPring-8 BL07LSU さらには X 線分光と回折の融合による新たな物性研究に多くの注目が集まっていることが顕著に表れていました。今後、新物質や新規デバイスなどの合成・開発研究とより緊密に連携を進め、放射光 X 線による物質科学の新分野開拓につなげることの重要性を強く感じさせるワークショッ
プでした。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

45ISSP ワークショップ

分子性物質におけるπ電子―水素相関機能物性

日時：3 月 29 日（火） 10:55-18:00
場所：東大物性研 A615

世話人 森 初果、山下 穣
近年、水素[水素原子(H)、プロトン(H+)、ヒドリド(H)、重水素原子(D)、デュ－テロン(D+)]に関係した機能性物質に対する関心が高まっている。最近、物性研究所においても、水素とπ電子が相関した分子性機能物質である
κ-H3(Cat-EDT-TTF)2(水素体)およびその重水素体を含む誘導体が開発され、これまでに、両者が協奏した物性として「重水素移動をトリガーとした伝導性および磁性のスイッチング現象」、「単成分純有機物の金属状態」、「水素の量子性を利用した量子スピン液体状態」、「サーモクロミズム」、「電場印加下の非線形伝導」など新たな相関機能物性が発見されている。このように、π電子の電荷、スピン、格子、軌道の自由度に加え、プロトンという自由度が増えることにより、同
じエネルギースケールに多様な自由度が協奏、競合し、広い時空間に渡る揺らぎがもたらす相関物性が注目を集めている。
この相関物性における最近の研究成果の情報交換および議論を、物質開発、物性物理、物性理論が一堂に会して行う機会を設けて欲しいというリクエストに応え、ISSP ワークショップを開催した。下記のプログラムのように、前半が実験研究、後半が理論研究の紹介で、11 人の研究者が質問を含んで 30 分ずつ発表を行った。実験研究の紹介で、まず上田顕博士(物性研)は、水素・重水素－π電子相関物質の合成、結晶構造およびその抵抗率・磁化率の結果より、重水素のダイ
ナミクスが引き起こす物性スイッチング現象およびその要因について議論した。次に磯野貴之博士(NIMS)は、水素体のトルク測定と静磁化率測定から、水素体が量子スピン液体であること、またその電子状態が磁化率でスケーリングできることを述べた。伊藤哲明博士(東京理科大)は、13C-NMR と 1H-NMR の測定より、水素体は低温で、分子スケールのミ
クロな不均一性を持つ量子スピン液体状態であること、また電荷秩序相と隣接していることを述べた。橋本顕一郎博士(東北大金研)は水素体の誘電応答測定より、低温での量子常誘電性が水素の量子揺らぎ由来であること、また光学測定よりよりサーモクロミズムを示すことを紹介した。山下智史博士(阪大院理)は水素体および重水素体の熱容量測定より、水素体が量子スピン液体であること、重水素体ではスピンギャップがあること、水素体の格子熱容量が顕しく高いことを述べた。下澤雅明博士(物性研)は水素体および重水素体における熱伝導の顕著な異方性の測定より、スピンのギャップレ
ス励起とプロトンダイナミクスが強くカップリングしていることを紹介した。岡本 博教授は(東大新領域)、テラヘルツ
電場応答が分子性伝導体の新しい電子状態制御法であることを、いくつかの例を示しながら解説した。
理論の研究紹介では、中 惇博士(東北大院理)が、プロトン・電子結合系の理論計算より、CDW(電荷密度波)、ダイ
マーモット(電子とプロトンのバイブロニック状態)、CO(電荷秩序)相が競合していることを示した。圓谷貴夫博士(NIMS)は、第一原理計算で、水素運動と電荷分離がカップルしていること、水素の動きにより対称性が破られた強誘電性が発現する可能性を示した。渡部 洋博士(理研)は、モンテカルロ計算より、水素体は電子相関・格子歪み・プロトン振動の協力と競合が起こっており、重水素体との大きな違いは、水素結合ポテンシャルの形状とゼロ点振動に起因していることを紹介した。山本魁知氏(横浜市立大)は、水素の量子効果とπ電子の寄与を入れた多成分密度汎関数法による計算で、水素体では室温より非調和型の単一ポテンシャルカーブが計算されるのに対して、重水素体はダブルミニマムカーブが描かれ、両者の異差が相転移の有無と相関することを示した。
日本物理学会、日本化学会、分子科学討論会と、日頃別々の学会で発表する講演者が一堂に会して研究を紹介し、年度末であったにもかかわらず多く参加者(40 名)間で時間を延長した活発な議論が続いた。分子性物質におけるπ電子―水素相関機能物性に新たな展開を感じることができたというコメントを多数の参加者からいただき、今後の研究の進展に大きく寄与しうるワークショップとなった。

46

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

プ ロ グ ラ ム
日時：平成 28 年 3 月 29 日（火） 10:55-18:00
場所：東大物性研 A615

10:55

森 初果（東大物性研）

はじめに

11:00

上田 顕（東大物性研）

Cat-TTF 系有機伝導体の開発研究

11:30

磯野貴之（NIMS）

π電子－水素相関系有機磁性体における量子スピン液体状態

12:00

昼休み

13:00

伊藤哲明（東京理科大）

13 C-NMR、 1 H-NMR で見た Cat-TTF 系におけるスピン液体と電荷秩序

13:30

橋本顕一郎（東北大金研）

κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 の誘電・光学特性

14:00

山下智史（阪大院理）κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 の熱容量挙動

14:30

下澤雅明（東大物性研）

プロトン揺らぎがもたらす量子スピン液体状態による異方的熱伝導: κ-H3
(Cat-EDT-TTF)2

15:00

岡本 博（東大新領域）

15:30

休憩

16:00

中 惇（東北大院理）プロトン-電子相関系の電荷励起と光学応答

16:30

圓谷貴夫（NIMS）

水素結合系κ-(H/D)3(Cat-EDT-TTF/ST)2 の構造と電子状態

テラヘルツ電場応答～分子性導体の新しい電子状態制御法～～第一原理計算による研究～
17:00

渡部 洋（理研）-H 3/D 3(Cat-EDT-TTF) 2 における電子相関・格子歪み・プロトン振動の
協力と競合

17:30

山本魁知（横浜市立大）■ ■■ ■ ■■ ■H3(Cat-EDT-TTF)2 における H/D 同位体効果による相転移機構の理論的研究

物性研だより第 56 巻第 2 号

47物性研究所談話会

標題：Coherence and Crystal Fields in Ce-based heavy Fermions
日時：2016 年 3 月 7 日(月) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室（A632)
講師：Zachary Fisk
所属：Department of Astronomy and Physics, University of California Irvine, Irvine CA
要旨：
The establishment of coherent Bloch states in heavy Fermion materials involves entangling the f-spin degrees of
freedom with those of the conduction electrons with corresponding change in the Fermi surface. Coherence only
develops when excited crystal field levels become depopulated in heavy Fermions, intermediate valent materials
belonging to a different regime of f-electron – conduction electron coupling. Kondo insulators are argued to be aparticular instance of coherent behavior, with data from La3Bi4Pt3 – Ce3Bi4Pt3 alloys showing how coherence develops
only at high Ce concentration.

標題：平成 27 年度物性研究所 退職記念講演会
日時：2016 年 3 月 9 日(水) 午後 1 時 30 分～午後 6 時
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室（A632)
要旨：
13:30-13:40 所長挨拶
13:40-13:50 末元 徹先生 業績紹介
13:50-15:20 末元 徹先生 ご講演
講演題目「光とともに：テラヘルツから軟 X 線まで」

15:20-15:30 休憩
15:30-15:40 髙田 康民先生 業績紹介
15:40-17:10 髙田 康民先生 ご講演
講演題目

48

「量子多体系と向き合って 45 年：理論手法の開発と物理概念の新展開」

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：平成 28 年度 前期客員所員講演会
日時：2016 年 4 月 21 日(木) 午前 9 時 30 分～午後 0 時 20 分
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室（A632)
要旨：
平成 28 年度前期客員所員の講演会を開催しますので、奮ってご参加ください。
新任の客員の先生方におきましては、所内はもちろん所外を含め広くかつ活発な共同研究を展開されることを期待し、自己紹介及び物性研究所での研究目標等をご説明いただきます。
09:30-09:40 所長挨拶（瀧川 仁：物性研所長）
09:40-10:05 野村 健太郎（東北大学金属材料研究所）「トポロジカル絶縁体とワイル半金属」
10:05-10:30 梅野 健（京都大学大学院情報学研究科）「カオス相関を用いる超効率的なモンテカルロ計算と量子計算」
10:30-10:55 酒井 英明（大阪大学大学院理学研究科）「ビスマス正方格子を有する層状磁性体におけるディラック電子と磁気秩序の強相関現象」
10:55-11:05 休憩
11:05-11:30 立川 仁典（横浜市立大学大学院生命ナノシステム科学研究科）「水素結合系の量子シミュレーション」
11:30-11:55 NUGROHO, Agustinus Agung (Institut Teknologi Bandung)「Spin and Orbital Ordering in the Layered Hybrid Organic-Inorganic Compound (C6H5CH2CH2NH3)2
CuCl4」
11:55-12:20 CHIANG, Tai Chang (University of Illinois at Urbana-Champaign)「Exotic Properties in Single-Layer Materials」

標 題 ： Charge density waves (CDWs) in single-layer, multi-layer, and bulk titanium diselenide dimensional/confinement effects and the physics of CDWs
日時：2016 年 5 月 26 日(木) 午後 4 時～
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室（A632)
講師：CHIANG Tai Chang
所属：University of Illinois at Urbana-Champaign & ISSP
要旨：
Titanium diselenide (TiSe2) is a member of a vast family of transitional metal dichalcogenides, many of which show
charge density wave (CDW) transitions at low temperatures. The CDW order can compete or entangle with othertransitions such as superconductivity and antiferromagnetism, and it is a basic phenomenon of great interest in solidstate physics. Specifically, TiSe2, with a simple (2x2x2) CDW transition at TC ~205 K in the bulk, remains a fascinating■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

49

case. The transition has been attributed variably to excitonic interactions, band-type Jahn-Teller effects, etc. A
detailed investigation of the electronic structure is complicated by the three-dimensional nature of the CDW order.
The perpendicular electronic momentum is not necessarily conserved in angle-resolved photoemission spectroscopy(ARPES) measurements, making it difficult to pinpoint the gap locations in the Brillouin zone. A single layer of TiSe2,
by contrast, has a much simpler two-dimensional electronic band structure. Experimentally, it exhibits a (2x2) CDW
transition at TC ~232 K, which is, perhaps surprisingly, higher than the bulk TC. The experiment reveals a small
absolute band gap at room temperature, which grows wider with decreasing temperature T below TC in accordancewith a BCS-like mean-field behavior. The results are rationalized in terms of first-principles calculations, symmetry
breaking, and phonon entropy effects. In light of these results, a careful re-examination of the bulk case reveals twotransitions, one coming from the (2x2) ordering in individual layers and another coming from the anti-phase lockingof the vertical stacking of layers in three dimensions. A further study of N -layer films, with N = 1-6, reveals how the
CDW is affected by confinement effects and dimensional crossover. The results provide some detailed answers to longstanding questions about CDW physics.
In collaboration with P. Chen, Y.-H. Chan, X.-Y. Fang, Y. Zhang, M. Y.Chou, S.-K. Mo, Z. Hussain, and A.-V. Fedorov

50

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

物性研究所セミナー

標題：理論セミナー：Quantum Simulation of bosonic disordered Synthetic Quantum Matter
日時：2016 年 3 月 4 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Lode Pollet
所属：Ludwig-Maximilians-Universitat Munchen
要旨：
The interplay of disorder with interactions in bosonic quantum matter leads to puzzling phenomena such as a Bose
glass phase, where experiments only recently could detect signatures of its behavior. Theoretically, we recently
acquired full control over the zero temperature phase diagram in any dimension. The most surprising prediction isthe existence of the scratched XY-universality class in one dimension in the strong disorder regime, which hitherto
escaped experimental detection. The field of disordered systems recently received a new boost through the advent of
many-body localization. Such systems have eigenstates that are nearly all localized, they violate the eigenstate
thermalization hypothesis and have highly unusual transport phenomena. I will briefly comment on many-body
localization with respect to ongoing experiments in designer experiments, and address the question of the feasibilityof numerical approaches other than exact diagonalization.

標題：トポロジカル物性と計算物質科学が創出する 新物質科学に関する研究会
日時：2016 年 3 月 8 日(火) 午前 10 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
要旨：
本研究会では、分野融合研究による物質科学研究の新局面を切り拓くため、トポロジカル物性、量子化学、強相関第一原理計算の分野における第一線の研究者の方々に講演をしていただき、議論を行います。特に、量子化学と物性物理の計算手法の融合、トポロジカル物性における強相関効果、強相関物質に対する第一原理計算を用いたアプローチといった分
野横断的なトピックについて重点的に議論する予定です。

標題：機能物性セミナー「高速一分子蛍光分光法によるタンパク質のフォールディング運動の解明」
日時：2016 年 3 月 8 日(火) 午前 11 時～午後 0 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
講師：高橋 聡所属：東北大学 多元物質科学研究所
要旨：
タンパク質は、アミノ酸が一次元的につながった高分子鎖であり、アミノ酸の配列により規定される相互作用により、ランダムコイルであり無数の構造を持つ変性状態から、唯一の構造を持つ折り畳まれた状態に転移する(フォールディン
グする)能力をもつ。タンパク質フォールディングの分子機構を理解することで、タンパク質の構造予測やデザインなどに役立つ知見が得られると期待される。しかし、過去 40 年以上にわたる活発な研究にも関わらず、タンパク質の幾つかの重要な物性について互いに矛盾する実験事実が提出され、未だにコンセンサスが得られない状況が続いている。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

51我々は、蛍光一分子分光法を用いることで、タンパク質のフォールディング運動の解明に取り組んできた。我々の手法の特徴は、独自のアイディアにより、一分子連続蛍光測定における時間分解能を従来の数ミリ秒から劇的に向上し、数十マイクロ秒にまで短縮したことである。また、一分子蛍光測定における構造情報の分解能も向上させた。これまでに、開発した装置を使ってプロテイン A の B ドメイン(BdpA)とユビキチンという二つのタンパク質について、観測と解析を進めてきた。二つのタンパク質について得られたデータをまとめると、変性状態にはミリ秒以上の時定数で起きる構造揺らぎが共通して存在した。また、ミリ秒以上の時間領域においても、変性状態の構造の不均一性が残っていた。我々のデー
タは、変性状態のタンパク質には明らかな構造の不均一性が存在することを示している。一方で、変性状態のタンパク質は均一なフォールディング転移を示す。これらの観察を矛盾なく説明することは可能だろうか。講演では、これまでに得られたデータから示唆されるタンパク質の特性について議論を行いたい。

標題：光合成で働く光化学系 II タンパク質の活性中心 Mn4Ca クラスターの価数決定
日時：2016 年 3 月 18 日(金) 午前 10 時～午前 11 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
講師：梅名 泰史
所属：岡山大学大学院自然科学研究科付属光合成研究センター
要旨：
光合成の水分解・酸素発生を担う光化学系 II タンパク質(PSII)の活性中心には Mn4Ca クラスターが触媒として存在している。Mn4Ca クラスターは IV 価と III 価の混合原子価状態で存在しており、光化学反応によって高められた酸化力で水を分解している。2011 年、好熱性らん藻由来 PSII の 1.9 Å分解能の結晶構造から初めて Mn4Ca クラスターの詳細な分子構造が明らかになった(Y.Umena,et al,Nature, 2011)。しかし、4 つの Mn 原子それぞれの価数については、結晶や理論計算による立体構造、X 線吸収や電子スピン共鳴などのスペクトル分析から様々な 議論が続いている。今回、Mn の K-吸収端
波長 X 線を使った結晶構造解析手法によって、各 Mn 原子の電子状態を解明する研究について紹介する。タンパク質の立体構造と活性中心金属の電子状態を同時に知ることで、酵素反応をより物理化学的に解明できるものと期待される。

標題：理論部門・ナノスケール部門合同インフォーマルセミナー：Realization of a directional coupler for single
flying electrons transferred by surface acoustic waves
日時：2016 年 3 月 24 日(木) 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：高田 真太郎
所属：Institut Neel, CNRS
要旨：
Electron quantum optics is a field aiming at the realization of photon experiments with flying electrons in
nanostructures at the single-electron level [1, 2]. It is considered as an attractive platform to construct scalable
quantum systems and a powerful tool to investigate the quantum nature of flying electrons. Necessary tools for such
experiments are single-electron sources, single-electron detectors, beam splitters, phase shifters as well as controlledinteraction between the electrons.
Recently our group as well as Cambridge group has demonstrated that a single electron can be transferred ondemand between distant quantum dots using a moving potential of surface acoustic waves (SAWs) [3, 4]. This
operation formally corresponds to the realization of a single-electron source and a single-electron detector. To perform
electron quantum optics experiments with such SAW flying electrons, development of other basic components such asa beam splitter and a phase shifter of the electrons is required.

52

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

In this seminar I will present recent experiments where we aim at the realization of a beam splitter as well as aphase shifter for SAW flying electrons. For that purpose we employ a tunnel-coupled wire, which was shown to work
as a beam splitter for ballistic electrons [5]. We show that electron transfer across the tunnel-coupled wire can behighly efficient. Controlling the energy detuning of the tunnel-coupled wire allows us to realize a directional coupler
for a single SAW flying electron by splitting the electrons into two paths with an arbitrary probability.
[1] E. Bocquillon et al., Science 339, 1054 (2013).
[2] J. Dubois et al., Nature 502, 659 (2013).
[3] S. Hermelin et al., Nature 477, 435 (2011).
[4] R. P. G. McNeil et al., Nature 477, 439 (2011).
[5] M. Yamamoto et al., Nature Nanotech. 7, 247 (2012).

標題：理論インフォーマルセミナー：Matrix product state representation of quantum Hall quasi-particles
日時：2016 年 3 月 30 日(水) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Eddy Ardonne
所属：Stockholm University, Fysikum
要旨：
In this talk, I will discuss the matrix product state formulation of fractional quantum Hall states.
In particular, I will focus on the description of quasi-particles, which are more complicated in comparison to quasiholes due to the Pauli-principle.
Using the matrix product states for the quasi-particles, we can deal with system sizes that are large enough to
calculate the statistics properties of the quasi-particles.

標題：SOR Seminar: Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy at Diamond Light Source, the exampleof quasi-one dimensional Tl 2Mo 6Se 6
日時：2016 年 4 月 4 日(月) 午後 2 時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636) SPring-8 会議室（TV 会議）
講師：Dr. Moritz Hoesch
所属：Diamond Light Source
要旨：
A beamline for high-resolution angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES) has been built at Diamond light
Source in the United Kingdom.
The full extent of the project will consist of two instruments, nano-ARPES that is currently under commissioning,and high-resolution HR-ARPES that started full operation in January 2014.In this seminar I will describe theimplementation of HR-ARPES and its extended sample preparation facilities and gives a few examples of researchthat has been conducted.
As a particularly interesting case study I will present data fromquasi-one-dimensional Tl2Mo6Se6where a surveyof momentums spaces reveals an indeed highly one-dimensional Fermi surface and peculiar reduction of intensity
near E_F that will be discussed in the context of Tomonaga-Luttinger liquid theory.

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53標題：理論インフォーマルセミナー：Finite field methods for supercell modelling of charged insulatorelectrolyte interfaces
日時：2016 年 4 月 8 日(金) 午後 1 時 30 分～午後 2 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Michiel Sprik
所属：University of Cambridge
要旨：
The finite size of atomistic models of interfaces forces us to use slabs introducing a second interface. This is inparticular problematic for the modelling of the electric double layers that form at the interface of a charged surface
with an ionic solution (the electrolyte). For an insulating slab one now has to choice between surfaces with charge ofthe same sign, or with opposite sign. The second option of opposite charges is generally regarded as incompatible withperiodic boundary conditions because of the net cell dipole moment due to aligned double layers dipoles. We will argue
that this is not the case. We will show that the familiar dipole correction applied to cancel the effect of the cell dipole
can be regarded as a periodic cell under zero dielectric displacement (D=0) boundary conditions in the direction
perpendicular to the slab. Omitting this correction gives a system under zero electric field (E=0). The double layers oneither side are now no longer compensated but acquire a net finite charge of opposite sign. Charge compensation canbe restored by application of a finite macroscopic electric field E. This is demonstrated for a classical force field model(SPC) consisting of a NaCl solution confined by hard walls carrying opposite charge. We will then show how theapplication of finite fields can be used to obtain an estimate of the capacitance of the double layers.

標題：理論セミナー：Properties and Singularities of the Andreev spectrum in multi-terminal Josephson
junctions
日時：2016 年 4 月 12 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：横山 知大
所属：東京大学物性研究所
要旨：
Recently, superconductor junction attracts great interests in theoretical and experimental studies. Topologicallyprotected state, e.g. Majorana fermion, is one of the main topics for such junctions. Spin-orbit (SO) interaction plays
an essential role to induce topological physics. SO interaction is strong in narrow gap semiconductors such as InAs
and InSb, and many spin physics are investigated in the quantum well, nanowire, etc. In this study, we investigate
Josephson junctions using the semiconductor nanostructures.
We examine multi-terminal Josephson junction. Such junction can be fabricated using crossed nanowires so-called
nanocross [1]. For N superconductors, number of the independent phase differences is N-1. The ABS energies are 2π
periodic for all phases. By regarding the phases as "quasi momenta" of the energies, we can consider an "energy band"of the multi-terminal junction. The band shows topological singularities at zero energy, properties of which indicatesindicate the Weyl singularity [2,3]. We investigate properties of the Andreev spectrum, e.g. peculiar points and lines
at the superconducting gap edge in the presence of strong SO interaction, which have mathematical analogy with the
Weyl singular point at zero energy [3]. In addition, we consider protection of gaps, crossing of bunching levels, etc [4].
[1] S. R. Plissard et al., Nature Nanotech. 8, 859 (2013).
[2] R.-P. Riwar et al., arXiv: 1503.06862.
[3] T. Yokoyama and Yu. V. Nazarov, PRB 92, 155437 (2015).
[4] T. Yokoyama et al., in preparation.
54

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：第 5 回物質・物性セミナー「鉄酸化物：変わりモノ」
日時：2016 年 4 月 12 日(火) 午前 10 時 30 分～午前 11 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：高野 幹夫
所属：岡山大学大学院自然科学研究科
要旨：• (1)鉄の酸化物は山ほどある。そのほとんどが Fe2+(d6)あるいは Fe3+(d5)を含むものであり、常圧での基底状態は決まって反強磁性絶縁体であるから、d 電子数についても基底状態についてもバラエティ豊かとは言い難い。わずかではあるが、Fe4+(d4)を含む酸化物が存在して、違った振舞いをみせてくれる。SrFe4+O3 などを紹介する。
• (2)釈迦に説法で恐縮だが、組成、構造とともに「かたち(ありよう)」は性質を決める大切な要素である。Leptothrix
ocracea とよばれる水棲バクテリアは、Fe3+、Si4+、P5+を含む 3nm 径の酸化物粒子と少量の有機繊維からなるチュー
ブ（直径 1μm・長さ～2mm）をつくる。その使い道を探る研究を紹介する。

標題：理論インフォーマルセミナー：Strong light-matter interaction in materials science: merging QED
and TDDFT
日時：2016 年 4 月 13 日(水) 午後 1 時 30 分～午後 2 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Angel Rubio
所属：Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter, Universidad del País Vasco, andFHI Max-Planck-Gesellschaft
要旨：
Computer simulations that predict the light-induced change in the physical and chemical properties of complex
systems, molecules, nanostructures and solids usually ignore the quantum nature of light. We have recently shownhow the effects of the photons can be properly included in such calculations. The basic idea is to treat the full QED
system of particles and photons as a quantum fluid. Here the particles are represented by a charge current, and thephotons by a classical electromagnetic field that acts on the current in a very complex manner. This study opens up
the possibility to predict and control the change of material properties due to the interaction with light particles fromfirst principles.
Here we will review the recent advances within density-functional a schemes to describe spectroscopic properties ofcomplex systems with special emphasis to modeling time and spatially resolved electron spectroscopies We will discuss
the theoretical approaches developed in the group for the characterization of matter out of equilibrium, the control
material processes at the electronic level and tailor material properties, and master energy and information on thenanoscale to propose new devices with capabilities. We will focus on examples linked to the efficient conversion of lightinto electricity or chemical fuels ( “ artificial photosynthesis ” ) and the design on new nanostructure based
optoelectronic devices, among others.
Our goal is to provide a detailed, efficient, and at the same time accurate microscopic approach for the ab-initio
description and control of the dynamics of decoherence and dissipation in quantum many-body systems. This
theoretical framework provides a new way to control and alter chemical reactions in complex systems, direct the
movement of electrons, selectively trigger physico-chemical processes, and create new state of mater.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

55標題：理論インフォーマルセミナー：Three-dimensional Kitaev spin liquids
日時：2016 年 4 月 20 日(水) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Dr. Maria Hermanns
所属：Institute for Theoretical Physics, University of Cologne
要旨：
The Kitaev honeycomb model is one of the archetypal examples of topological phases of matter. It has played acrucial role in shaping our current understanding of quantum spin liquid phases in two spatial dimensions. In thistalk, we will discuss the rich physics arising for generalizations of the Kitaev model to three-dimensional lattice
structures. In these models the low-energy degrees of freedom are Majorana fermions that may form various(semi-)metallic states. I will give a comprehensive classification of the resulting quantum spin liquid phases, as well
as discuss their properties and possible experimental signatures.

標題：理論セミナー：Foundation of quantum statistical mechanics from ultracold-atomic perspective
日時：2016 年 4 月 22 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：池田 達彦
所属：東京大学物性研究所
要旨：Foundation of quantum statistical mechanics has recently seen a resurgence of interest partly because ultracold
atomic systems serve as ideal testbeds. These systems are at very low temperature and in ultra high vacuum, and,thus, can be regarded as isolated quantum systems, which are described by a single pure state evolving unitarily. In
experiments, even under the unitary time evolution, effective stationary states have been observed, and they may or
may not be thermal depending on the Hamiltonian that describes the system. Many active theoretical studies havebeen conducted to understand when and how thermalization emerges from quantum mechanics (see e.g., Ref. [1] foran overview).
The first half of this talk will be devoted to a brief introduction to the ultracold-atom systems and to the theoretical
approach to the foundation of quantum statistical mechanics. In the second half, I will talk about our recent study ona non-thermal steady state realized in a coherent splitting of a one-dimensional Bose gas [2]. If time allows, I will talkabout more pieces of work on this topic.
References:[1] L. D'Alessio, Y. Kafri, A. Polkovnikov and M. Rigol, arXiv:1509.06411.
[2] E. Kaminishi, T. Mori, T. N. Ikeda, and M. Ueda, Nature Physics 11, 1050-1056 (2015).

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物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：極限セミナー「量子スピン液体物質 Ba3CuSb2O9 の 熱輸送特性」
日時：2016 年 4 月 25 日(月) 午後 3 時～午後 4 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：杉井 かおり
所属：東京大学物性研究所・山下研究室
要旨：
六方晶ペロブスカイト型銅酸化物 Ba3CuSb2O9 は Cu2+間の超交換相互作用(J 〜 55 K)が存在するにもかかわらず、
20 mK までの低温で磁気秩序は観測されていない[1]。一方、Cu2+イオンの軌道に縮退が残っているにも関わらず、静的な Jahn-Teller 歪みは観測されていない[2]。よってこの物質ではスピンの自由度だけでなく軌道自由度も低温まで凍結しない量子スピン軌道液体状態が実現している可能性が提唱されている[1-3]。量子スピン液体状態の詳細を明らかにするために、我々は熱伝導率・熱ホール伝導率測定を行った。参照物質として Jahn-Teller 転移を 200 K で示す斜方晶物質と六方晶物質を比較した。
六方晶 Ba3CuSb2O9 と斜方晶物質はともに、他のスピン液体物質に比べ非常に小さい熱伝導を示す事が明らかとなった。この結果から、この物質特有の Cu2+-Sb5+ダンベル構造の短距離秩序によってフォノンの平均自由行程が抑えられている事が明らかとなった。また、六方晶物質には明確な熱ホール効果が存在する事がわかった。スピンギャップによってスピン励起が消失しているため、フォノン励起による熱ホール効果であると考えられる。
Reference[1] S. Nakatsuji et. al., Science 336, 559 (2012).
[2] N. Katayama et. al., PNAS 112, 9305 (2015).
[3] J. Nasu and S. Ishihara, Phys. Rev. B 88, 094408 (2013).

標題：理論インフォーマルセミナー
日時：2016 年 4 月 26 日(火) 午後 1 時 30 分～午後 3 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 2 セミナー室（A612)
要旨：13：30-14：10
講師：平岡 喬之所属：東京大学工学系研究科物理工学専攻
題目：集団運動と集団的意思決定のモデル
生物の群れ運動を数理モデルによってシミュレートする試みは、1980 年代にその萌芽が見られるが、自己駆動粒子モデル[1]と連続体方程式[2]の登場により、物理学者の関心を集めるようになった。その後、Vicsek モデルをはじめとする自己駆動粒子系の集団運動の数理について理解が進展するとともに、バクテリアや真核細胞といったミクロな生物系、さらに加振粉体やコロイドなど非生物を用いた実験系でその非平衡ダイナミクスが調べられている[3]。一方、動物の群れ運動については映像や GPS ロギングを用いた観測により、リーダー／フォロワー関係など、より複雑な相互作用を推定することが可能となった[4,5]。この場合、個体の意思決定の群れ内部での伝播をネットワークとして表現し、分析することができる。本発表では、こうした集団運動・集団的意思決定についての研究をレビューするともに、発表者がハンガリー滞在中に行ったインターンシップの成果について報告する。
[1] T. Vicsek, A. Czirók, E. Ben-Jacob, I. Cohen, and O. Shochet, Phys. Rev. Lett. 75, 1226 (1995).
[2] J. Toner and Y. Tu, Phys. Rev. Lett. 75, 4326 (1995).
[3] S. Ramaswamy, Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 1, 323 (2010).
[4] M. Nagy, Z. Ákos, D. Biro, and T. Vicsek, Nature 464, 890 (2010).
[5] U. Lopez, J. Gautrais, I. D. Couzin, and G. Theraulaz, Interface Focus 2, 693 (2012).

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14:10-14:20 休憩
14:20-15:00
講師：加藤 洋生
所属：東京大学理学系研究科物理学専攻
題目：Polyexciton stability in multi-valley semiconductor and optical trap for valley exciton
Professional development Consortium for Computational Materials Scientists (PCoMS) is the organization
established to develop human resources of computational material science. I participated the internshipprogram of PCoMS and stayed in prof. Varga's group in the Vanderbilt University for almost 1 month in thisspring. In this stay. My activity was focused on settling the current research project and putting the next
research issue into shape. Current project is the identification of polyexciton stability in multi-bandsemiconductor and verified up to triexciton bound states by numerical calculation. Next research issue isassessing the feasibility of optical trap for 2D exciton by utilizing optical Stark effect. I will report the details
and contributions of the internship to my research.

標題：理論セミナー：Polarization and Large Gauge Invariance
日時：2016 年 5 月 13 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Masaki Oshikawa
所属：ISSP, the University of Tokyo
要旨：
Quantum systems on a non-simply connected space possess a "large" gauge invariance. Laughlin utilized this toexplain quantum Hall effect [1]. Later, it was applied to elucidate a universal relation between filling factor and energy
spectrum in quantum many-body systems on periodic lattices (Lieb-Schultz-Mattis-M.O.-Hastings) [2].
Somewhat surprisingly, the large gauge invariance is also deeply related to modern theory of electric polarization
developed by Resta et al [3,4]. I will give an overview of applications of the large gauge invariance to condensed matterphysics, and also discuss most recent results obtained by combining it with the theory of polarization [5].
References:[1] R. B. Laughlin, Phys. Rev. B 23, 5632 (1981).
[2] M. O., Phys. Rev. Lett. 84, 1535 (2000).
[3] R. Resta and S. Sorella, Phys. Rev. Lett. 82,370 (1999).
[4] M. Nakamura and J. Voit, Phys. Rev. B 65, 153110 (2002).
[5] Y.-M. Lu, Y. Ran, and M. O., in preparation

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物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：ナノ形状設計に基づく人工細胞膜の安定化とそのセンサ応用
日時：2016 年 5 月 19 日(木) 午前 11 時～午後 0 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：平野 愛弓
所属：東北大学大学院医工学研究科
要旨：
細胞膜は厚さ 4-5 nm の自然界のナノ薄膜であり、化学的、光学的、機械的刺激に対する高感度なバイオセンサでもある。その構造は、リン脂質分子が二層向かい合って整列した脂質二分子膜を基本構造とし、その中にイオンチャネル等の膜タンパク質が埋め込まれて構成されている。イオンチャネルは細胞膜における高度な情報伝達を担っており、創薬分野
における主要な開発ターゲットでもある。また、近年は、致死性の薬物副作用を引き起こすイオンチャネル(humanether-a-go-go-related gene (hERG) チャネル)の問題から、創薬分野においてイオンチャネルに対する薬物（副）作用を評価すること、特にチャネル機能をチャネル電流として記録しながら薬物作用を評価することの重要性が高まっている。
現在は、生体膜におけるチャネル電流を記録するパッチクランプ法が主に用いられているが、全細胞電流を記録するため、細胞の状態や共存チャネルの影響を受けやすい等の問題点を抱えている。一方、細胞膜を模した脂質二分子膜中にチャネルタンパク質を包埋した人工細胞膜系は、細胞状態に依存しない薬物作用評価系として注目を集めているが、脂質二分子膜の脆弱性がその発展の障壁となっていた。本講演では、半導体微細加工と脂質二分子膜形成の融合により脂質二分子膜の安定化を達成した我々のアプローチと、それを hERG チャネル副作用評価系へと展開した最近の例を中心に紹介したい。

標題：理論セミナー：アモルファス金属酸化物にある普遍的な秩序と不規則構造の記述法
日時：2016 年 5 月 20 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：西尾 憲吾
所属：産業技術総合研究所機能材料コンピュテーショナルデザイン研究センター
要旨：
HfO2、ZrO2, TiO2, In2O3, Ga2O3, Al2O3,Cu 2O, Li2O などのアモルファス金属酸化物の原子構造を包括的に捉えた「二重ランダム充填構造」という考え方を導入し、一見複雑に見えるアモルファス金属酸化物には単純で普遍的な中距離秩序が存在することを説明する[1,2]。続いて、中距離よりも遠い秩序を系統的に調べるために必要な言葉が欠如していることを指摘し、その問題を解決するために創出した数理的手法を説明する[3,4]。不規則原子配列をボロノイ多面体タイリングで表現できるが、構成要素であるボロノイ多面体の配列パターンを数列で表現できれば、対応する原子配列を表現したことになる。本手法は、多面体を構成する多角形の組み合わせに関する規則を利用して、多面体を多面体コードワードという数列で表す。この考え方を拡張して、ボロノイ多面体タイリングを多面体コードワードの並び（多胞体コードワー
ドという）で表す。
[1] Universal Medium-Range Order of Amorphous Metal Oxides, PRL 111, 15502 (2013).
[2] Dual-Random-Sphere-Packing Structure of Liquid and Amorphous Li2O, Trans. Mat. Res. Soc. Japan, 40, 141-144(2015).
[3] How to describe disordered structures, Sci. Rep. 6, 23455.
[4] アモルファス材料などの不規則な原子配列を表現する数理的手法を創出■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

59標題：第 37 回極限コヒーレント光科学セミナー「シリコン半導体単結晶における高速光歪効果の観測」
日時：2016 年 5 月 23 日(月) 午後 3 時～午後 4 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
講師：田中 義人先生
所属：兵庫県立大学大学院 物質理学研究科
要旨：
物質に光を照射することにより、非熱的過程で試料サイズが変化する現象は、光歪(photostriction)と呼ばれている[1]。
光歪現象は、大きく分けて、強誘電体、極性半導体、非極性半導体、有機材料で見られる。有機高分子材料では、光反応
で分子の形状変化が起こり、体積変化が生じる。また、強誘電体や極性半導体では、光励起により内部電場が変化し、逆圧電効果により歪みが生じる。一方、非極性半導体では、直接的に過剰キャリアに起因して歪むと言われている。我々は、
特にこの非極性半導体で起こるとされる光誘起歪みダイナミクスに注目し、その光励起条件依存性を調べている。短パル
ス光励起における過剰キャリア生成と歪みの関係を調べ、光歪効果における電子-格子間エネルギー移行を明らかにすることを目的としている。
結晶試料における格子の過渡的な歪みは、高輝度放射光 X 線光源を用いることにより、高精度かつ高時間分解能で X
線回折測定により観測することができるようになった [2]。さらに X 線自由電子レーザーが開発されたことで、大強度のフェムト秒パルス X 線が得られるようになり、過渡的なフェムト秒現象にも迫れるようになった[3]。我々は、これまでに、厚さ約 1 mm の半導体ウェハー上に波長 800 nm のレーザーを照射することによって発生させた高速歪みを観測し、その初期歪みは、GaAs ウェハーの場合では膨脹、Si ウェハーの場合では収縮であることがわかった[4]。GaAs ウェハーについては、表面近傍での初期歪みの時間応答 200 ps 程度の振る舞いについて詳細に観測し、表面法線方向に音響フォノンが発生している様子も確認できた[5]。Si ウェハーにおいては、最初の約 1 ns で格子の圧縮がおこり、それが熱膨張へと変わっていく様子をとらえた。一方、これらの過渡歪みの計測では、試料がレーザーで励起される深さ方向の領域、および、X 線で観測される深さ方向の領域の関係によりその歪みの時間的振る舞いに差異が生じることもわかった。そのため、X 線の浸入長が変わる光学配置を適用したり、レーザーの波長を変えたりすることにより、様々な時間依存性が観測された。
そこで、励起・観測領域を一定にするために、薄膜単結晶試料を用いた。図 1は、厚さ 100 nm の SOI(Silicon on Insulator)に対して、励起レーザーの波長を変えて測定した例である。波長 400 nm のレーザーで励起したときには膨張が、波長 800 nm の場合には、圧縮後膨張が観測されていることがわかる。これは、非極性半導体における光歪効果と、フォノン発生に伴う格子膨張の競合の結果現れている振る舞いと推察されるが、現在議論中である。
この光歪現象は、半導体中の過剰キャリアの励起状態と密接に関わっているた
め、観測されている歪みに対する、電子状態の時間的振る舞いを知ることがた
いへん重要である。セミナーでは、これらの対応を調べる手法についても議論したい。

図１：薄膜単結晶(SOI)における、波長(a) 400 nm および(b) 800 nm での光励起による格子歪みの時間変化。縦軸は格子定数の変化率である。

[1] B. Kundys, Appl. Phys. Rev. 2, 011301 (2015).
[2] Y. Tanaka, Frontiers in Optical Methods: Nano-characterization and coherent control, Springer,pp. 85-103 (2013).
[3] Y. Tanaka et al., J. Ceramic. Soc. Jpn. 121, 283 (2013).
[4] Y. Hayashi et al., Phys. Rev. Lett., 96, 115505 (2006).
[5] Y. Tanaka et al., J. Phys. Conf. Ser., 278, 012018 (2011).

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物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

物性研究所国際外部評価を終えて

榊原 俊郎
2016 年１月 20 日〜22 日の 3 日間、物性研究所国際外部評価の現地調査(on-site meeting)が柏キャンパスの物性研究所にて実施された。ここではその準備段階からの経緯を含めて報告する。
物性研究所の国際外部評価はこれまでほぼ 10 年間隔で実施されている。第 1 回の外部評価(1995 年 7 月)では柏キャンパスへの移転を視野に入れた改組および将来計画が議論され、第 2 回(2005 年 11 月)では柏移転後の教育研究活動および国立大学法人化後の物性研の在り方が課題であった。今回の第 3 回外部評価では、過去 10 年間の研究教育実績に加えて、物性研として新たに進むべき方向性について意見を伺うことも目的とした。
2014 年 5 月から評価委員の選定が開始され、B. Keimer 氏(MPI Stuttgart)を委員長とすることが比較的早期に決まった。残りの委員については分野や研究機関のバランスを考慮しつつ選考され、最終的には 2015 年 1 月の所員会において、後に示す 8 名の評価委員および現地調査の実施日程が確定した。また 3 月の所員会において部門主任・施設長をメンバーとする実行委員会、および実施ワーキンググループ(メンバーは小森副所長、鈴木 URA および評価担当企画委員予定の筆者)が設置された。
実施WGは外部評価の実施計画を策定するとともに、評価のための資料、すなわち物性研究所活動報告書(ISSP Activity
Report)と個人業績報告書(Personal Data)の作成と編集作業を行った。個人業績報告書は物性研の各所員(教授・准教授
および特任教授・特任准教授)について、経歴、研究教育活動、主要論文、全論文リスト、引用件数、招待講演リストなどをまとめ、電子ファイルとして評価委員が閲覧できるようにした。活動報告書は第１章：イントロダクションと物性研の概要、第２章：現状と将来計画、第３章：2005年外部評価の提言とそれに対する対応、第４章：各研究部門・施設・センターの研究活動と将来計画、の構成とした。第４章は所員あたり1〜2ページのResearch Highlightsを含み、この章だけで130ページの長さになってしまった。そこで主な成果と将来計画、特に組織横断型の二つの研究グループの設置計画について瀧川所長が13ページにまとめたのが第２章である。この将来計画等に関しては今号の所長の記事に掲載されているので、それ以外から一部紹介する。
活動報告書の第１章では物性研究所の沿革、組織や人事制度、共同利用の状況、教育、国際交流、論文引用数などについて、過去 10 年間のデータを示しながら説明した。特に東京大学が 2004 年に国立大学法人に移行して 10 年以上経過しているので、その影響についても記述を加えた。運営費交付金の減額もさることながら、より影響が大きいのは教員数の削減である。東京大学は法人化の際にそれまでの定員を基に部局ごとの教員採用可能数を設定し、これを毎年１％ずつ減じていく方針をとった。また削減されたポストの一部を各部局の教育研究計画に基づいて再配分するシステムの運用を2007 年度から開始した。物性研ではこれまでに時限付きを含めて准教授 3、教授 1 の採用可能数再配分を獲得できたが、それらをプラスしてもこの 10 年間に採用可能数が教授ポスト換算で 3.6 減少した。これはほぼ 3 研究室が消滅したことに相当する。法人化の影響の 2 点目は共同利用制度である。物性研など全国共同利用型の付置研は国立大学法人化とともに法令による位置付けを一時失ったが、その後文科省は 2008 年に従来の全国共同利用研究所制度を継承する形で「共同利用・共同研究拠点」の認定制度を設けた。物性研は 2009 年に同拠点の認定を受け 2010 年から「物性科学研究拠点」
がスタートし、ユーザーから見れば従来と変わりなく施設の利用が可能となった。本題から少し逸れるが、2015 年は第一期の共同利用・共同研究拠点の最終年度にあたり、拠点としての期末評価があった。その期末評価調書(本体が約 60
ページ！)の作成を所長、鈴木 URA と筆者で担当した。2015 年 4〜5 月はその作業にかなり時間を取られたが、結果として S 評価を受け、次期の新規認定につながった。このような期末評価の必要性は理解できるが、それに伴う作業(評価する側も含め)の負担増もかなりのものである。これも法人化の１つの側面であろう。
活動報告書第３章「2005 年外部評価の提言とそれに対する対応」では提言それぞれに対して response を記述する形式をとった。まず前回の提言を部門施設に関するものと物性研全体にかかわるものに仕分けし、前者は回答を部門主任・施■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

61

設長に依頼し、後者については WG で回答を作成した。提言によって対応済みのものもあれば、事情が変わって対応に至らなかったものもあったが、一番困ったのが物性研における女性研究者の比率の問題である。前回の提言で「物性研には特に注意を払って優秀な若手女性研究者を発掘する努力を続けることが望まれる」と指摘されていたが、残念ながらこの 10 年で改善は見られなかった。この点については今回の外部評価でもかなり強い指摘を受けることになった。
当初の予定では 7 月〜9 月にかけて原稿を集め、11 月中頃には活動報告書の第一版を完成させる計画であったが、一部の原稿に遅れが出たために 12 月 20 日頃になって漸く完成し、12 月 22 日に大学のファイル転送サービスを利用して個人
業績報告書および活動報告書の電子ファイルを評価委員に送るとともに印刷版を発送した。翌 23 日に評価委員長のKeimer 教授と評価委員の高木教授(共にマックスプランク研究所)、瀧川所長および WG でテレビ会議による 1 回目の打
ち合わせを行った。この席では、評価資料と重点的に評価を受けたいポイントの説明や現地調査プログラムの調整などを行い、Keimer 教授からは追加の資料や物性研の若手研究者との面談についての要望があった。後者については、現地調査の 2 日目と 3 日目に評価委員と若手研究者(助教および PD 各 12 名程度)との昼食会を設定することになった。1 月 11日に 2 回目のテレビ会議を行い、評価資料と現地調査プログラムについて最終確認した。
現地調査当日は、評価委員打ち合わせの後に所長による全体説明から始まった。その後各部門から 2〜3 名の所員がResearch Highlight の発表を行い、また施設・センターについてはそのミッションや設備、アクティビティーについての説明と主な研究成果の紹介を行った。所員にとっては久しぶりの評価される立場でのプレゼンテーションであり、緊張
感の中、発表と質疑応答が活発に行われた。実験室見学は、評価委員からの要望によって LASOR と国際超強磁場科学研
究施設の 2 カ所のみとなり、初日と 2 日目にそれぞれ行われた。初日の夕方にはポスターセッションを設定し、若手研究者も参加して各研究室あたり 1 件程度の研究紹介を行った。ここでは飲み物と軽食を用意し、20 時ごろまで活発に質疑応答が続いた。2 日目の夕方には、所長による物性研の将来計画、特に 2 つの組織横断型グループ設立計画についての説
明がなされた。2 日目、3 日目の昼に行われた評価委員と若手研究者との昼食会には所員は立ち会わなかったのでその状
況はうかがい知れなかったが、その席での参加者の意見等が報告書にも反映されているので大変有意義であったと考えられる。最終日の夕方、評価委員による講評を所長および WG メンバーで伺い、報告書のとりまとめの時期などについて確認し、無事終了した。
2016 年 3 月 4 日、外部評価報告書の原文が Keimer 委員長から送られた。報告書は 20 ページにわたるもので、その中から総括の部分の要点を一部紹介する。まず物性研の現状と将来展望に関しては、過去 10 年間における組織改革や研究
実績、共同利用プログラムの運用について、「物性研究所の重要性や影響力は数多くの傑出した論文のみならず、物性研究所において助教としてキャリアをスタートし、現在所外の学術機関において指導的地位に就いている多数の研究者によっても示されている」と評された。特に「物性研の強相関電子系の研究は近年強力な成長を遂げ、国際的にも高い存在感を示している」ことを挙げ、他分野も含め「国際的にさらなるプレゼンスの向上に向けた、組織横断的研究グループの設置案を盛り込んだ将来計画を強く支持する」、と記述されている。国際化に関しては、「物性研は海外からの優秀なポスドクの獲得に成功している一方、外国人の助教・所員の数が非常に少なく、今後海外の一流の候補者の獲得に努力すべきである」ことが提言された。また多くのセミナーが日本語で行われている現状を踏まえ、英語でのプレゼンテーションが奨励された。ジェンダーの多様性に関しては、「女性の所員・助教の割合が非常に低いことは深刻な懸念材料であり、海外から優れた女性研究者をヘッドハントすることも視野に入れるべき」との指摘を受けた。追加提言として、「近隣の研究機関との連携を深めること、特に物性研の主たる使命は基礎研究にあるため、応用研究に特化した研究機関や企業との緊密な連携により非常に高い存在感を示すことができる」と言及されている。
一方、物性研の外部評価はこれまで 10 年のサイクルで実施されてきたが、評価委員からは、「科学の発展や科学政策の展開が急速になって来ていることを踏まえ、評価サイクルをより短く 6 年ごととすべきである」との勧告がなされた。
「東京大学における自己点検・評価の基本方針」においても、「各部局において自己点検評価を実施し、中期目標期間に評価結果をまとめること、また評価にあたっては国内外の関係者によるピアレビューを積極的に導入すること」が述べられている。これとは別に中期目標期間に関わる大学評価のための現況調査票等の作成もある(今回は所長と鈴木 URA で対応)。加えて、前述の共同利用・共同研究拠点の期末評価が同じサイクルで巡ってくる。2015 年度はこれらが重なったために評価関係資料の作成に明け暮れた 1 年であったが、5 年後にも同じ事態が予想される。研究組織にとって評価は必62

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

要であるとはいえ、そのために本来の研究教育が妨げられることがあれば本末転倒であり、そうならないような工夫が必要であると感じた次第である。
最後に実施 WG を代表して、ご多忙中、多大な時間を割いて評価を担当していただき、多くの貴重なご意見をいただ
いた Keimer 委員長をはじめとする 8 名の評価委員の先生方に心より感謝申し上げたい。また外部評価実施に際して協力いただいた物性研究所事務、国際交流室および研究室秘書の方々、および活動報告書の英文校正を見ていただいた石口裕子
氏に感謝申し上げる。なお、活動報告書および外部評価報告書は物性委員会委員に公開していますので、ご関心の方はご覧ください。

プレゼンテーション風景

ポスタープレゼンテーション風景■ ■■ ■ ■■ ■質疑応答風景実験室見学風景

物性研だより第 56 巻第 2 号

63外部評価委員
Tomasz Dietl

Polish Academy of Science & Tohoku University

Yoshiaki Kato

Graduate School for the Creation of New Photonics Industries

Maki Kawai
Bernhard Keimer
Murugappan Muthukumar

University of Tokyo
Max Planck Institute for Solid State Research (Chair)
University of Massachusetts, Amherst

Hidenori Takagi

Max Planck Institute for Solid State Research & University of TokyoDavid Vanderbilt

Rutgers University

oachim Wosnitza

Dresden High Magnetic Field Laboratory, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

現地調査プログラム
開 催日程： 2016年１月20日〜22日
開 催場所： 東京大学柏キャンパス

物性研究所大講義室

Wednesday (20th)
9:00-9:20

Meeting (Meeting Room 2)

9:20-9:50

M. Takigawa

9:50-10:20

Q&A

Opening and Overview (Lecture Room)Break

10:20-10:40
Chair H. Tsunetsugu
10:40-11:00

H. Mori

Novel Functionalities in Proton-π-Electron Coupled Molecular Conductors

11:00-11:20

S. Nakatsuji

Novel Topological Phases in Correlated Electron Systems

11:20-11:40

T. Sakakibara

Identification of the Pairing Symmetry of Heavy-Fermion Superconductors
by Heat-Capacity Measurements in a Rotating Magnetic Field

11:40-12:00

Y. Uwatoko

Pressure-Induced Superconductor on the 3d Magnetic System CrAs and MnP

12:00-13:20

Lunch (A613 Seminar Room)

13:20-14:10

Lab Tour (LASOR)

14:10-15:00

Chair F. Komori
S. Shin, J. Itatani,
H. Akiyama

15:00-15:20
15:20-16:10

Activity and Future Plan of LASOR Center
Break

Z. HiroiMaterials Design and Characterization Laboratory: Activities and Research

N. KawashimaComputer-Related In-House Organizations --- MDCL and CCMS —16:10-17:30

Committee Meeting (Meeting Room 2)

17:30-20:00

Poster64

物性研だより第 56 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

Thursday (21th)
Chair J. Yoshinobu
9:00-9:20

T. Ozaki

Development of Large-Scale Electronic Structure Methods and its
Applications

9:20-9:40

H. Noguchi

Structure and Dynamics of Biomembranes

9:40-10:00

O. Sugino

Functional Condensed Matter Research from First-Principles

10:00-10:20

M. Oshikawa

Symmetry-Protected Topological Phases in One Dimension

10:40-11:00

Y. Otani

Spin Current Related Phenomena in Metallic Nano-Structures

11:00-11:20

M. Lippmaa

Nanoscale Oxide Thin Films and Heterostructures

11:20-11:40

S. Katsumoto

Spin Transport in Quantum Structures

11:40-12:00

F. KomoriElectron Dynamics at the Surface of an Intrinsic Topological Insulator

10:20-10:40

Break

12:00-13:20

Lunch Meeting with Young Researchers (1) (A613 Seminar Room)

13:20-14:10

Lab Tour (IMGSL)
Chair T. Sakakibara

14:10-14:40

K. Kindo

Past, Present and Future of IMGSL

14:40-15:10

Y. Matsuda

The 1000 T Project with 5 MJ Electromagnetic Flux Compression System

15:10-15:30

M. Tokunaga

Quest for the Excitonic Phase in High Magnetic Fields

15:30-15:50

Break

15:50-16:30

M. Shibayama

Neutron Science Laboratory (NSL), ISSP, U. Tokyo

16:30-16:50

M. Takigawa

ISSP Future Plan

16:50-17:10

Q&A

17:10-18:30

Committee Meeting (Meeting Room 2)

Friday (22th)
Chair O. Yamamuro
9:00-9:20

Y. Harada

9:20-9:40

K. Kondo

9:40-10:00

Y. Kobayashi

10:00-10:20
10:20-10:40

T. Masuda

10:40-11:00

M. Shibayama

In situ / Operando Ultrahigh Resolution Resonant Inelastic Soft X-ray
Scattering
Point Nodes Persisting Far Beyond Tc in the High-Tc Cuprates Revealed by
Laser-ARPES
Leading-Edge Laser Development and its Applications
Break
Inelastic Neutron Scattering Research using High Resolution Chopper
Spectrometer in J-PARC
Physics of Soft Matter @ Shibayama Lab., ISSP

11:00-12:00

Committee Meeting (Meeting Room 2)

12:00-13:20

Lunch Meeting with Young Researchers (2) (A613 Seminar Room)

13:20-16:00

Committee Meeting (Meeting Room 2)

16:00-17:00

Committee-ISSP Joint Meeting (Meeting Room 2)

17:00-18:30

Party (Cafeteria)■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

65

人 事 異 動【事務部】○平成 28 年 7 月 1 日付け
（転 出）
氏

名

所

属

職

名

備

考

中 村 正 俊

物性研究所

主

査

統計数理研究所極地研・統数研統合事務部企画グループ
統括チームリーダーへ

狩 野 真 二予算・決算係

係長

先端科学技術研究センター財務企画チーム 係長へ

職

名

（転 入）
氏

名

所

属

備

考

岩 村 ときわ

物性研究所

副事務長

総合企画部総務課情報公開・個人情報チーム 副課長から

村 本 洋 子予算・決算係係

施設部施設企画課（建築エンジニアリングオフィス）
係長から

66

物性研だより第 56 巻第 2 号

長

■

■

■ ■ ■ ■■

東京大学物性研究所研究員の公募について

このたび、東京大学物性研究所では、下記の要領で研究員を公募いたします。
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２条件を満たしている者（１）博士号取得後１０年程度までの者、ただし着任時までに博士号取得が確実に見込まれる者も含む（２）着任予定時に主たる職、あるいは大学院生および研究生等の身分を有しないこと＊ なお、応募に際しては、関連する物性研究所所員（教授または准教授）と連絡をとって研究計画等の調整を行うこと。
また、複数の研究室にまたがる研究テーマに取り組む方も歓迎する
５．任期：原則として２年間（年度更新）
その後再応募も可（但し、１年間）
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：原則として書類選考とし、場合によっては面接を行う
８．提出書類：（１）履歴書（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）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：平成２８年１０月１４日（金）必着
10．採用予定日：平成２９年４月１日から平成２９年９月末日までに着任すること
11．書類提出方法：郵送又はメール送付
郵

送｢物性研究所研究員（○○研究室（連絡をとった所員名を記載））」と朱書し、簡易書留等配達状況が確認可能な方法で送付すること。

メール 件名は「物性研究所研究員（○○研究室応募）」とし、総務係までメールを送付すること。総務係から書類送付先フォルダを連絡するので、そちらに応募書類一式を保存すること。
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 04-7136-3501

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

13．その他：
お送りいただいた応募書類等は返却いたしませんので、ご了解の上お申込み下さい。
また、履歴書は本応募の用途に限り使用し、個人情報は正当な理由なく第三者への開示、譲渡及び貸与することは一切ありません。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 2 号

67

編 集 後 記
いよいよ本格的な夏となり、暑さもより一層厳しくなってきました。一方で、柏の葉公園の野球場からは元気のいい声援と「ドンドンドン」と太鼓の大きな音が聞
こえてきます。この猛暑の中、頑張っている若者がいると思うとこちらも負けていられません。
さて、今回の「物性研だより」では、これまでの研究トピックス、受賞、研究者、研究会などの記事に加えて「物性研究所国際外部評価」の記事が掲載されています。この「国際外部評価」はほぼ 10 年間隔で行われており、研究所の今後の方向性を考える重要なものです。本記事には今年１月 20 日〜22 日の期間に行われた現地調査とその準備が分かりやすく説明されていますが、同時に読者は評価に対する所員や URA の緊張も感じることができるでしょう。
今回の「物性研だより」では、大変お世話になった髙田康民先生の記事が掲載されています。鋭い御指摘をいつもして下さった先生を思い出しながら拝読させていただきました。

松 田巌