東
京
大
学
物
性
研
究
所

要
覧

東京大学

2007

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICSTHE UNIVERSITY OF TOKYO

2

ご挨拶
Preface

4

沿革
History

6

年表
Chronology

8

組織・運営
Organization/Administration10

共同利用と国際協力
Joint Research and International Collaboration

12

教育・論文統計
Education/Publication

13

予算・教職員数
Budget/Staff Members

14

新物質科学研究部門
Division of New Materials Science22

物性理論研究部門
Division of Condensed Matter Theory

33

ナノスケール物性研究部門
Division of Nanoscale Science43

極限環境物性研究部門
Division of Physics in Extreme Conditions

49

先端分光研究部門
Division of Advanced Spectroscopy

57

軌道放射物性研究施設
Synchrotron Radiation Laboratory62

中性子科学研究施設
Neutron Science Laboratory69

物質設計評価施設
Materials Design and Characterization Laboratory78

国際超強磁場科学研究施設
International MegaGauss Science Laboratory

82

共通施設
Supporting Facilities86

柏キャンパス地図
Kashiwa Campus Map

目次
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ご挨拶

ここに、2007年版の東京大学物性研究所要覧をお送りします。物性研究所は1957年3月31日に設立されましたので、今年は創立50周年です。物性研究所設立の経緯およびその後の歴史については、この要覧の沿革および年表の項に簡単にまとめられています。この要覧は、こうした歴史、組織など研究所の概要に加え、各研究室と研究支援施設の活動状況を知っていただく
ために、毎年発行しているものです。
物性研究は物理学、化学、材料学などの境界領域に属し、現代の物質科学の基礎的な部分を担っています。物質の示す多様な性質、またそれらが様々な環境下で示す一見不可思議で驚きに満ちた諸現象を解明する物性研究は、人類の知的地平を切り開く学問の最前線の一つです。
物性研究は基礎科学として重要なばかりでなく、そこから誕生した磁性体、半導体、超伝導体などが情報技術をはじめとする現代の科学技術を支えています。いわゆるナノサイエンス、ナノテクノロジーは、物性研究における基礎研究から応用技術への展開の最も典型的な例と言うことができます。
物質の性質をミクロな視点から理解しようとする科学は固体物理学を典型として発展してきましたが、最近では複雑系、あるいは高分子系といったソフトマターと呼ばれる領域も大きな研究分野として重要な位置を占めるようになってきました。こうした研究の流れは、将来的にはタンパク質などの生体物質系にも及ぶものと期待されます。実際そうした研究の芽はすでに現れ始めています。
2000年に柏キャンパス移転を完了した物性研ではさらなる発展をめざして、長時間パルス超強磁場施設およびSpring-8における新ビームラインなどの建設や、極限コヒーレンと光科学研究センターの将来構想の策定などが進められています。これから50年経ち、百周年を迎えるときの物性研がどういう姿になっているか、想像するのさえ難しいことです。この要覧をご覧になる方々が、現在の物性研に対してどのような印象をお持ちか、そして50年後の物性研の姿に対しどのような想像を抱かれるのか、ぜひ感想をお聞かせいただけると幸いです。

2
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

Preface

This is the 2007 edition of the annual report of the Institute for Solid State Physics, the University of Tokyo.
This year is the semi-centennial anniversary of the
ISSP, since it was established on March 31, 1957. The
process of planning and construction of the ISSP aresummarized in the part of History of this report. In addition to the history and organization of the Institute,the report also conveys the present status of the Institute by collecting activities of laboratories and supporting sections
.

所長

上田
UEDA

Director

和夫

Kazuo

Condensed matter research, dealing with interdisciplinary areas of physics, chemistry and materials science, constitutes the fundamentals of modern materials science. Since it enables us to understand diversity of materials and their surprising phenomena that manifest themselves in avariety of circumstances, it is one of the frontiers of intellectual horizons of human being. Besides such an aspect of basic science, it also plays an importa nt role in fostering modern technologies such as information technology by applications of magnetic materials, semiconductors andsuperconductors all of which were born in this research area. Specifically it may be mentionedthat the so-called nanoscience and nanotechnology representatively illustrate how the basic science develops into the modern technological application.
The main field of material science in which properties of materials are investigated from microscopic points of view has been solid state physics. Recently, however, not only hard materials
but also soft ones including complex systems and polymer ones are getting important and forming lager research subfields. In future, we envisage that materials science will include biologicalmaterials like proteins as one of its main streams. In fact there have already been seminal works
in the direction.
After the relocation to the Kashiwa new campus was completed, we have already started several efforts for the future of the ISSP, which includes constructions of a new long pulse highmagnetic field facility and a new beam line at SPring-8 and planning for a new research centerfor sciences using coherent laser light sources. It is hard to imagine how activities of ISSP look
like at the time of centennial anniversary after 50 years from now. We will be very happy to receive any comments about the present status of the ISSP and also any suggestions for its. future

3
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

沿革
物性研究所は、「物性物理学」の研究推進のため、
昭和

発部門を中心に研究活動が進められた。

32年４月１日に、
全国物性研究者の要望と日本学術会議のさらに平成８年度には、
再び全面的な改組が行われた。

勧告および、
文部省と科学技術庁の合意に基づき、東京大そのねらいは、
それまで開発された個々の極限環境や先進

学附置全国共同利用研究所として設立された。立ち遅れ

的測定技術を組み合わせることにより新しい現象を追求していた我が国の物性分野の研究設備・体制を国際的水準

たり、表面・薄膜・微細加工物質などで代表されるメゾスコピに高める拠点となるという設立当初の使命は、15年ないしック、
ナノスケールでの人工物質を対象とする新しい研究領

20年でほぼ達成された。

域開拓をめざしたり、
また計算機物理学の支援の下に新物

次の目標は先端的実験技術を開発することに設定され、質を設計・合成する、など伝統的な固体物理学の枠組みをそのための重点５計画のうち、
まず超低温物性は昭和55年

こえる研究を展開し、それを発信する国際共同利用研究所

度に、
超強磁場・極限レーザー・表面物性が昭和59年度にとしての活動を志向することにある。この新研究体制は、
新設備計画を終え、
軌道放射物性設備計画も昭和61年度に

物質科学、
物性理論、
ナノスケール物性（平成16年に先端その緒についた。研究計画の展開に伴い、組織上でも昭和

領域より名称変更）、
極限環境、
先端分光の５大研究部門

55年に改組が行われた。従来の固有21部門を、
超強磁場・と軌道放射物性、中性子科学、
物質設計評価に関する３施

極限レーザー・表面物性・超低温物性・超高圧を含む極限設で構成されている。このほかに所外研究者を一定期間

物性部門、
軌道放射物性部門、
中性子回折物性部門、凝所に迎えるための客員部門と外国人客員２名をおき、
所内

縮系物性部門、理論部門の５大部門に改め第２世代に移外の交流・協力と、所の研究の活性化・流動化を促進して

行した。

いる。

極限物性部門は、
従来の実験装置では実現不可能な極

平成12年
３月には43年間活動を展開した六本木キャン

限的状況を創ると共にその下での新しい物性の探索を行

パスから東京大学の第３極としての柏新キャンパスに全面なった。軌道放射物性は加速器を光源に、中性子回折は移転した。この柏キャンパスでは、同時に移転した宇宙線

原子炉を線源に用いるため、それぞれ他の研究機関の協研究所および、新設された大学院・新領域創成科学研究

力を得て研究を進めた。日本原子力研究所の研究用３号

科と共に、従来の枠をこえた新しい学問領域の推進を目指

炉の改造に伴い、
平成２年度から４年度まで新たな中性子している。平成16年に東京大学が法人化され、その中での散乱実験設備計画が進められて大幅な性能向上が図られ、全国共同利用研究所としての新たな役割が期待されている。

平成５年度から中性子回折物性部門は中性子散乱研究

更に、
平成19年には国際超強磁場科学研究施設が新設さ施設に拡充改組された。
さらに平成15年度には新たなスキれ、新たな一歩を踏み出した。

ームの日米科学技術協力事業「中性子散乱」や茨城県東海村パルス中性子源計画へ対応するために、中性子科学研究施設へと改組された。軌道放射物性研究施設は東京大学田無キャンパス内に設置されたSOR-RINGを運転し、またつくばの高エネルギー加速器研究機構内に分室を設
けビームラインと実験ステーションを維持してきた。平成９年にSOR-RINGの運転が停止した後、各地の新しい光源の有効利用が今後の課題である。凝縮系物性部門は、理論部門と共に、
自由な発想による研究と新たな萌芽の育成を
六本木キャンパス物性研究所研究棟（1963年）
ISSP Main Buiding at Roppongi Campus (1963)

目的としていたが、その中から具体化した物質開発構想により、
平成元年度に同部門から分離、新設された新物質開4
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

History
The Institute for Solid State Physics (ISSP) of the

In 1996, another major reorganization of ISSP into

University of Tokyo was established on April 1 in

the "third generation" took place. It aimed to pursue

recommendation of the Science Council of Japan andto become an international center of materials sci-

1957 as a joint research laboratory based upon thethe concurrence between the Ministry of Education,

Science and Culture and the Science and Technolo-

new frontiers beyond the traditional disciplines andence. One example is to explore new phenomena in

combined environments of various extreme condi-gy Agency in order to carry on basic research incondensed matter physics. Within the first 15 to 20
years, ISSP had achieved its original mission, that is

to serve as the central laboratory of material sciencetions, since individual technologies for high magnetic
field, low temperature and high pressure hadreached certain maturity during the "second generation". Another example is the study of artificially de-in Japan equipped with state-of-art facilities thatsigned materials such as thin films, materials fabrica-

were open for all domestic researches in order to

ted on surfaces and mesoscopic systems withcatch up on the research in Japan with the interna-nanoscale structure. Focused efforts are also plan-tional level.

ned on synthesis and characterization of new materials with the aid of computational physics, which al-

The next goal was set to develop advanced experi-

lows us to design and predict properties of newmental techniques that were difficult to achieve inmaterials. Currently in ISSP, there are five researchmost university laboratories. The reorganization of

ISSP into the "second generation" took place in 1980.
Division of Physics in Extreme Conditions included

groups in the areas of ultra-high magnetic field, laser

divisions (New Materials Science, Condensed Matter

Theory, Nanoscale Science (its name changed from
Frontier Areas Research in 2004), Physics in Ex-

treme Conditions, and Advanced Spectroscopy) andphysics, surface science, ultra-low temperature andthree research facilities (Synchrotron Radiation Lab.,very high pressure. It aimed to create extreme con-

Neutron Science Lab., and Materials Design andditions and to explore new phenomena. Neutron

Characterization Lab.). In addition, there is a visiting

Scattering Laboratory was constructed in Tokai instaff divisions as well as two foreign visiting profes-

collaboration with the Japan Atomic Energy Re-

sor positions.

search Institute. Its capability was significantly im-

proved during 1990 - 1992 due to renovation of the

ISSP was relocated to the new Kashiwa campus

research reactor. In 2003, it was reorganized to Neu-of the University of Tokyo in March 2000 after theoratory operated the SOR-RING in the Tanashi Cam-

downtown Tokyo. Here ISSP is aiming to createtron Science Laboratory. Synchrotron Radiation Lab-

43 years of activities at the Roppongi campus inpus of the University of Tokyo and maintained

new areas of science in collaboration with other insti-

beam lines in the Photon Factory at the High Ener-

tutions in Kashiwa. Meanwhile the University of To-

gy Accelerator Research Organization (KEK) in Tsu-

kyo was transformed into a national university cor-kuba. After the shutdown closing of the SOR-RING

in 1997, effective use of new light sources in Japan is
an important mission. Besides activities using such
big facilities, the Condensed Matter Division and theporation in 2004 and thus ISSP is expected to play
new roles as a joint research Laboratory in a univer-sity corporation. As a step, in 2007, International

MegaGauss Science Laboratory has been established

Theory Division maintained small groups motivatedand started serving as an international center of

by individual interests and ideas. Among these

physics in high magnetic fields.

groups was formed Materials Development Divisionin 1989 aimed to explore new materials and theirnovel properties.

5
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

年表/Chronology
昭和32年 1957 共同利用研究所として発足
Establishment of ISSP as a joint research laboratory
電波分光・理論第２部門、理工研から振替：結晶第１部門新設
Opening of Radio and Microwave Spectroscopy, Theory Ⅱ, and Crystallography Ⅰ divisions
昭和33年 1958 誘電体・光物性部門、理工研から振替
Opening of Ferroelectrics and Quantum Electronics, and Optical Properties divisions
極低温・磁気第１部門増設
Opening of Low Temperature and Magnetism Ⅰ divisions
昭和34年 1959 半導体・分子・格子欠陥・塑性・放射線物性部門増設
Opening of Semiconductor, Molecular Physics, Lattice Imperfections, Plasticity, and Nuclear Radiation divisions
昭和35年 1960 結晶第２・理論第１・固体核物性・界面物性部門増設
Opening of Crystallography Ⅱ, Theory Ⅰ, Solid State Nucleus, Surface Properties, and Molecular Science divisions
物性研究所開所式
Inauguration of ISSP
昭和36年 1961 磁気第２・非晶体・超高圧・理論第３部門増設、20部門となる
Opening of Magnetism Ⅱ, Solid Materials, High Pressure, and Theory Ⅲ divisions. Total 20 divisions
昭和40年 1965 非晶体部門を無機物性部門に名称変更
Solid Materials division was renamed as Inorganic Materials division
昭和44年 1969 中性子回析部門増設
Opening of Neutron Diffraction division
昭和47年 1972 固体物性部門（客員部門）増設（22部門となる）
Opening of Solid State division (visiting staff), resulting in 22 divisions in total
昭和50年 1975 軌道放射物性研究施設設置
Foundation of Synchrotron Radiation Laboratory
昭和54年 1979 超低温物性研究棟竣工
Ultra-Low-Temperature Laboratory building completed
昭和55年 1980 従来の22部門が極限物性部門（超強磁場、極限レーザー、表面物性、超低温物性及び超高圧）、
軌道放射物性部門、中性子回折物性部門、凝縮系物性部門ならびに理論部門の５大部門及び客員
部門１に再編成される
Reorganization of ISSP from 22 small divisions to five large divisions, Physics in Extreme- Conditions (including ultra-high magnetic field, laser physics, surface science, ultra-low temperaturesand very high pressure laboratory), Synchrotron Radiation, Neutron Diffraction, CondensedMat
ter and Theory divisions and one Visiting Staff division
昭和57年 1982 超強磁場・極限レーザー実験棟竣工
Ultra-High Magnetic Field Laboratory and Laser Laboratory building completed

6
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

平成元年

1989 新物質開発部門（時限10年）が増設され、６大部門となる
Opening of Materials Development division
第１回ＩＳＳＰ国際シンポジウム「有機超伝導体の物理と化学」開催（以降数年ごとに開催）
The 1st ISSP International Symposium on "The Physics and Chemistry of Organic Superconductors"

平成５年1993 中性子散乱研究施設の新設
Foundation of Neutron Scattering Laboratory

平成７年

1995 国際外部評価が実施される
Evaluation of scientific achievements of ISSP by an international external committee

平成８年1996 新物質科学、物性理論、先端領域、極限環境物性、先端分光の５大研究部門と軌道放射研究施設、
中性子散乱研究施設に新たに物質設計評価施設を加えた３施設に再編される
Reorganization into five divisions; New Materials Science, Condensed Matter Theory, Frontier
Areas Research, Physics in Extreme Conditions and Advanced Spectroscopy divisions, andthree facilities; Synchrotron Radiation, Neutron Scattering and Materials Design and Characteri
zation Laboratories
東京大学柏キャンパスにおける物性研究所実験棟建設着工
Construction of the new ISSP buildings in Kashiwa campus started

平成９年1997 中性子散乱研究施設で外部評価が実施される
Evaluation of activities of Neutron Scattering Laboratory by the external committee

平成11年 1999 柏キャンパスへの移転開始
Relocation to Kashiwa campus started
平成12年 2000 移転完了
Relocation completed
平成13年 2001 外国人客員新設
Opening of foreign visiting professorship
平成15年 2003 中性子散乱研究施設が中性子科学研究施設に改組
Reorganization to Neutron Science Laboratory from Neutron Scattering Laboratory
物質設計評価施設で外部評価が実施される
Evaluation of scientific achievement of Materials Design and Characterization Laboratory by external committee
平成16年 2004 東京大学が国立大学法人東京大学となる
The University of Tokyo was transformed into a national university corporation
先端領域研究部門をナノスケール物性研究部門に名称変更
Division of Frontier Areas Reserch was renamed as Division of Nanoscale Science
平成17年 2005 外部評価が実施される
Evaluation of scientific achievement of ISSP by external committee
平成18年 2006 国際超強磁場科学研究施設の新設
Foundation of International MegaGauss Science Laboratory
平成19年 2007 創立50周年記念事業
Celebration of 50th anniversary

7
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

組織 Organization
所員会（教授会）
Faculty
共同利用施設専門委員会
Advisory Committee for Joint Research

人事選考協議会
Selection Committee

柏地区事務部
Administrative Office

共通施設
Supporting Facilities
低温液化室
Cryogenic Service Laboratory
工作室
Model Shop
放射線管理室Radiation Safety Laboratory
図書室
Library
ストックルーム
Stock Room
国際交流室
International Liaison Office

物性研究所は、東京大学の附置研究所であると同時

運営
Administrationに、全国物性科学研究者のための共同利用研究所でもある。研究所の運営は、教授及び助教授から構成される所員会の議決を経て所長が行うが、同時に共同利用
施設の運営については、東京大学の内外からほぼ同数の委員により組織された物性研究所協議会が所長の諮問に応じて意見を述べ、外部研究者の要望を伝達する機能を果たしている。更に所員会の下部組織として物性研内外の委員よりなる共同利用施設専門委員会が設けられ、共同利用、施設利用、研究会などの実行計画を審議している。

物性研究所の研究体制は５研究部門、４研究施設、客員部門、外国人客員部門よりなる。このうち軌道放射物性研究施設に関しては茨城県つくば市の高エネル
ギー加速器研究機構内に施設分室が置かれており、中性子科学研究施設の実験装置は茨城県東海村の日本原子力研究所内にある研究用原子炉に設置されている。
また所内研究者や共同利用者が共通に利用できる施設
として低温液化室、工作室、放射線管理室、図書室、国際交流室などが置かれている。

本研究所の教授、准教授、助教の人事はすべて公募

され、物性研内外ほぼ同数の委員よりなる人事選考協
議会の議決を経て所員会で決定される。なお、一部の職には任期がついている。
10
8THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

所長
Director
協議会
ISSP Advisory Committee

附属施設
Research Facilities

研究部門
Research Divisions

軌道放射物性研究施設
Synchrotron Radiation Laboratory

新物質科学研究部門
Division of New Materials Science

運営委員会
Advisory Committee

客 員
Visiting Staff
外国人客員
Foreign Visiting Staff

物性理論研究部門
Division of Condensed Matter Theory

中性子科学研究施設
Neutron Science Laboratory
運営委員会
Advisory Committee

ナノスケール物性研究部門
Division of Nanoscale Science

物質設計評価施設
Materials Design and Characterization Laboratory

極限環境物性研究部門
Division of Physics in Extreme Conditions

運営委員会
Advisory Committee
国際超強磁場科学研究施設
International MegaGauss Science Laboratory

先端分光研究部門
Division of Advanced Spectroscopy

運営委員会
Advisory Committee

ISSP belongs to the University of Tokyo. At the

search reactor in the Japan Atomic Energy Re-

same time, its facilities are open to all domestic re-search Institute, Tokai, Ibaraki. In addition, support-

searchers participating in joint research. The admin-ing facilities, which include Cryogenic Laboratory,

istrative decisions are made at the faculty meeting

Model Shop, Radiation Safety Laboratory Librarychaired by the director and attended by professors

and International Liaison Office provide services toand associate professors. The ISSP Advisory Com-

both in-house and outside users.

mittee, consisting of nearly equal numbers of members from and outside of the University of Tokyo to

New research positions as professors, associate

represent the interest of the outside users, gives ad-

professors and research associates of ISSP are adver-

vice on various aspects of administration upon inqui-

tised publicly. Candidates are selected by the Selec-ry of the director.

tion Committee consisting of nearly equal numbers

The Advisory Committee for

Joint Research, consisting of both the in-house andof in-house and outside members and then approved

outside members, evaluates proposals for joint re-by the Faculty Meeting. Some of the positions havesearch, workshops, and allocation of fund for user ac-

finite terms of appointment.

tivities.
Currently ISSP consists of five Research Divisions,four Research Facilities, Visiting Staff Division andForeign Visiting Staff Division. Among these, Synchrotron Radiation Laboratory has a branch in theHigh Energy Accelerator Research Organization(KEK), Tsukuba, Ibaraki and the Neutron Science
Laboratory maintains apparatus installed at the re11
9
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

共同利用と国際協力

Joint Research and International Collaboration
各種研究員制度 Domestic Joint Research
全国物性科学研究者に対し共同利用・共同研究を促

The facilities of ISSP are open to domestic re-

進するため、次のような制度が設けられている。

searchers, who are encouraged to submit joint re-

研究を行いたい場合に、その便宜を図るための制度でtunities for young scientists including graduate

１．共同利用―――所外研究者が本所の施設を使ってsearch proposals. In addition, ISSP provides oppor-ある。受け入れについては「共同研究」と「施設利用」

students across the country to do research for exten-の２つの形態がある。

ded periods. ISSP supports travel and research ex-

２．留学研究員―――大学、官庁などの研究機関に在penses for visitors.

籍する若い研究者に対し、長期にわたる本所への留学

The supercomputer system of ISSP is used via in-の機会を提供する制度である。本所の所員の指導のもternet by domestic researchers.

学研究員と、新技術の習得などを目的として滞在する

900 採択件数
subjectsとで半年以上研究を行う大学院生を対象とした長期留800

若手研究者のための短期留学研究員の制度がある。

800

700

３．嘱託研究員―――所外研究者に本所の研究計画な

700

600

600

500

らびに共同研究の遂行上必要な研究を嘱託し、あわせ

500

400

て本所施設の利用の便宜を図るための制度で、期間は

400

300

300

200

６ヶ月以内としている。

200

100

また物性研スーパーコンピュータシステムはインター0

ネットを通じて全国の物性研究者の利用に供されている。

100
2002

2003

2004

2005

0

2006

採択件数および採択人数（共同利用の一般・物質合成・中性子・
スーパーコンピュータおよび留学研究員と嘱託研究員の合計）
Number of subjects and researchers adopted to domestic joint research

年間を通じて物性研究所に来所する研究者の延べ人数はおよそ14,300人・日（2002年度統計）である。

共同利用研究員宿泊施設
共同利用のため外来研究者は、柏キャンパス内の宿

Guest House

Visitors for joint research can stay in the guest

泊施設を利用することが出来る。（シングル28室、ツ
イン２室）

採択人数
researchers 900

house in the Kashiwa campus (28 single and 2 twinrooms).

短期研究会

Workshop
ISSP holds domestic workshops on specific sub-

物性研究上興味深い特定テーマについて２〜３日程

度の研究会を開き、集中的な討議を行うための制度でjects of condensed matter science typically with a

設専門委員会によって採択が審議決定される。

pants. Proposals for workshops are submitted by re-

two to three-day schedule and one hundred partici-

ある。全国の物性研究者の申請に基づき、共同利用施※以上の共同利用制度の詳細については本所共同利用係にお問い合わせください。
なお、３ヶ月毎に（平成15年度〜）発行されている「物性研だより」には、各種共同利用の公募や短期研究会の報告などが掲載されています。

searchers over the country and selected by the Ad1,800

visory Committee for Joint Research.
参加者数1,600 participants
1,400
1,200

開催
回数

1,000
800

number ofworkshops

600

10

400

5

200

短期研究会

workshops01995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

12
10
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

0

国際交流・ISSP国際シンポジウム International Activities and ISSP International Symposium
物性研究所は国際交流のセンターとしても重要な役

ISSP plays an important role as an international

割を担っている。1989年から始まったISSP国際シン

center of condensed matter science.

が、今後も約２年に１回の開催が予定されている。まthe ISSP International Symposium, which started in

ポジウムのテーマおよび参加者数が表に示されている

The tableshows the title and the number of participants of

た物性研究所の特徴ある設備を活用した国際共同研究

1989 and is scheduled once in about every two

も活発に行われており、文部科学省の外国人研究員制

years. The unique facilities of ISSP have been used

度や日本学術振興会による外国人招聘制度など各種制

in many international collaborations. Many foreign

度が利用されている。
さらに1981年以来、
中性子散乱に関researchers have been spending their early careers

する日米協力事業の実施機関の役割を果たしている。

at ISSP supported by various fellowship programs

2003年からは少し規模の小さいISSP国際ワークショッ

sponsored by the Japan Society for Promotion of Sci-

プも始まった。

ence, the Ministry of Education, Culture, Sports, Sci-

ence and Technology, and other agencies. ISSP has

also been coordinating the Japan-US cooperative research program on neutron scattering since 1981. A
smaller scale international meeting, the ISSP international workshop, started in 2003
.

第１回
1st

●テーマ
●開催期日
●参加者数（外国人）
Title
Date
Participants（overseas）
有機超伝導体の物理と化学
1989･8･28-30
205（34）
The Physics and Chemistry of Organic Superconductors

第７回
７th
第８回
8th

中性子散乱を利用した物性研究の最前線
Frontiers in Neutron Scattering Research
強相関電子系研究の最前線
Correlated Electrons

第9回
9th
第10回
10th

量子凝縮系研究の新展開
Quantum Condensed System
固体表面におけるナノサイエンス
Nanoscience at Surfaces

ISSP国際シンポジウム

第１回
1st
第２回
２nd
第３回
３rd
第4回
4th

1998･11･24-27

130
（20）

2001･10･2-5

200
（25）

2004･11･16-19

120
（23）

2006･1･9-13

247
（34）

ISSP International Symposium

●テーマ
●開催期日
●参加者数（外国人）
Title
Date
Participants（overseas）
メソ系及び低次元系での量子輸送
2003･8･13-21
130（20）
Quantum Transport in Mesoscopic Scale and Low Dimensions
ゲルシンポジウム
2003･11･18-21
150（15）
Gel Symposium
計算物理による量子臨界現象へのアプローチ
2006･7･17-8
・11
100
（15）
Computational Approaches to Quantum Critical Phenomena
密度汎関数理論の基礎と応用
2007･7･19-8
・10
120
（20）
Foundations and Applications of the Density Functional Theory
ISSP 国際ワークショップ

ISSP International Workshop

13
11
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

教育/Education
物性研究所では、特色ある施設を利用して物性科学

ISSP contributes to the graduate education in con-に関連した大学院教育に力を注いでいる。物性研究所

densed matter science using its unique facilities.

の教員は、研究分野に応じて、東京大学大学院理学系

The faculties participate in the following depart-

研究科物理専攻、化学専攻、地球惑星科学専攻、工学

ments of the graduate school of the University of To-

系研究科物理工学専攻、あるいは新領域創成科学研究kyo: Physics, Chemistry, Earth and Planetary Sci-

科物質系専攻に属しているが、これらの従来の枠を越ence, Applied Physics and Advanced Materials.

えた総合的視野に立つ若い物性科学研究者の養成に努

However, students are encouraged to develop their

力している。物性研究所では、例年、物性科学入門講

careers across the established disciplines.

座と大学院進学希望者のためのガイダンスを実施してyear introductory lectures on condensed matter sci-

いる。

ence and a guided tour are given to those who are

Everyinterested in graduate courses in ISSP.
修士課程

Master Course

博士課程

Doctor Course

2004年

2005年

2006年

2007年

2004年

2005年

2006年

2007年

Physics

27

39

54

51

24

20

29

31

Chemistry

5

9

8

3

6

6

3

4

地球惑星科学専攻 Earth & Planet. Sci.

1

1

2

2

1

1

1

1

12

12

12

11

9

10

7

6

30

38

39

36

9

10

8

11

74

99

115

103

49

47

48

53

2004

2005

2006

物理学専攻
化学専攻

物理工学専攻物質系専攻

Appl. Phys.

Advanced Materials
合計

過去４年の専攻別大学院生数

Number of graduate students

論文統計/Publication
600

物性研究所では、年間350から500編前後の学術文献500を発表している。2006年度の学術文献441編の内訳は、400

学術論文385、会議録36、解説記事9、本（または本の300

一部）11となっている。

200

About 350 to 500 scientific issues are publishedthrough annual activity in ISSP. The 441 articles
published in 2006 consist of 385 papers in refereed
journals, 36 proceedings, 9 reviews, 11 books
.

100
0

2002

2003

年間発表論文数（プロシーディング・解説記事含む）
Number of Scientifc Papers (including proceedings and reviews)
14
12

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

予算/Budget

平成18年度（2006 fiscal year
）

（C）

（D）
（E）

（A）

（B）

（Ａ）人件費：文部科学省より（Ｂ）物件費：文部科学省より（Ｃ）奨学寄付金：民間等より（Ｄ）受託研究・共同研究：民間・他省庁等より（Ｅ）科学研究費：文部科学省・日本学術振興会より（Ａ）Regular Budget (Personnel) from Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology（Ｂ）Regular Budget (Non-Personnel) from Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology（Ｃ）Grant-in-Aid from Private Corporations（Ｄ）Grant-in-Aid from Governmental Agencies and Private Corporations（Ｅ）Grant-in-Aid from Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, and Japan Society
for the Promotion of Science.

平成18年度（2006）

1,447,491

2,422,618

15,430105,191

476,350

4,467,079

平成17年度（2005）

1,374,411

1,982,397

18,09080,620528,100

3,983,618

平成16年度（2004）

1,341,540

2,162,225

13,18069,574448,100

4,034,619

平成15年度（2003）

1,502,097

2,130,210

21,950149,079

348,500

4,151,836

平成14年度（2002）

1,527,173

2,237,894

6,584

61,352

344,700

4,177,703

平成13年度（2001）

1,571,857

2,095,185

14,376112,369

258,000

4,051,787

平成12年度（2000）

1,543,996

2,230,226

8,501

112,237

216,873

4,111,833

予算額の推移Budget in recent years（単位：千円）（Unit：Thousand Yen）

教職員数/Staff Members
平成19年度採用可能数は、以下のとおりである。なお、（
FY2007 Number of staffs( ) : visiting staff

定員
Number of staffs

教 授
Professors
24（3））内は客員。

事務職員（柏地区全体）
准教授
助 教
技術職員
Associate Professors Research Associates Technical Associates Administrative Officials
28（3）

40

36

15
13
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

68

合計
Total
196（6）

新物質科学研究部門
Division of New Materials Science
酸化物高温超伝導体、フラーレンやカーボン
ナノチューブ、有機伝導体などの例に見られるように、「新物質」の発見はこれまでに何度となく物質科学の新しい局面を開いてきた。新奇な物性現象の発見はまた将来の新しい素材やデバイスの開発にもつながる。新物質科学研究部門
では、新しい物質を合成し、高度な技術を用いてその性質を測定することにより、新しい物質
観につながる物性現象を発見し解明することを目標としている。当部門は現在６つの研究室から成り、各研究室は自由な発想のもとに高品質の試料作成や精密物性測定、新しい物性測定技
術の開発などを行いつつ、物性測定グループと試料作成グループとの部門枠を越えた連携も心がけている。特に物質設計評価施設とは強い協力関係を保ちながら研究を推進している。当部門では現在、遷移金属酸化物、重い電子系物質、有機伝導体など強い電子相関を示す物質におけるスピン、軌道、電荷の秩序や揺らぎの効果がもたらす多彩な現象の解明を主要なテーマの１
つとしており、高圧下における物質合成や構造解析、極低温における輸送現象測定、精密磁化・比熱測定、核磁気共鳴、光学伝導度などにおいて高度な実験技術を駆使した研究が進められている。

D i s c o v e r i e s o f n e w m at e r i a l s h av e o f t e n
opened new horizons in materials science. Hightemperature oxide superconductors, carbon clusters
and nanotubes, and organic conductors are good
examples. New materials also lead to the future
development of new devices and technologies. The
goal of the Division of New Materials Science is to
uncover novel phenomena that lead to new conceptsof matter, through combined efforts of search,
synthesis and characterization of new materials.
Currently, our division consists of six groups.
Although each group has its own research styleand projects, we try to maintain close collaboration
between those groups working on production of highquality materials and those working on advanced
technology for measuring physical properties. In
particular, we keep strong collaboration with theMaterials Design and Characterization Laboratory.
One of the subjects of our current intensive researchis the effects of strong electronic correlation, inparticular, various ordered phases and fluctuations
involving spin, charge and orbital degrees of freedom,in transition metal oxides, heavy electron systems,
f-electron compounds and organic conductors.
Here, various advanced experimental techniques are
employed, such as high-pressure synthesis, structuralcharacterization, transport, magnetic and calorimetricmeasurements, nuclear magnetic resonance andoptical measurements.

教

授

八木

健彦

助

教

岡田

卓

教

授

瀧川

仁

助

教

吉田

誠

教

授

榊原

俊郎

助

教

田山

孝

助

教

三田村 裕幸

助

教

松田

真生

助

教

高橋

一志

Professor
Professor
Professor

Takehiko YAGI

Masashi TAKIGAWA
Toshiro SAKAKIBARA

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate

Makoto YOSHIDA
Takashi TAYAMA
Hiroyuki MITAMURA

准教授

田島

准教授

森

准教授

中辻

知

助

教

松本

洋介

准教授（客員）花咲徳亮

教 務 職 員

村山

千壽子

技術専門職員後藤

弘匡

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor

裕之

Taku OKADA

Hiroyuki TAJIMA

初果

Hatsumi MORI
Satoru NAKATSUJI

Visiting Associate Professor Noriaki HANASAKI

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Technical Associate
Technical Associate

Masaki MATSUDA
Kazuyuki TAKAHASHI
Yousuke MATSUMOTO
Chizuko MURAYAMA
Hirotada GOTO

14
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

新物質科学研究部門 Division of New Materials Science
http://yagi.issp.u-tokyo.ac.jp

八木研究室

授

八木

健彦

助

教

岡田

卓

Professor

Yagi Group

100 万気圧、数千度を越す超高圧高温状態を実験室内

教

Research Associate

Takehiko YAGI
Taku OKADA

High-pressure and high-temperature conditions, morethan 100 GPa and up to several thousand degrees, are createdin the laboratory and properties of materials under these
extreme conditions are studied. Pressure is one of the mostbasic parameters that controls property of materials. In theuniverse, very wide range of pressure conditions exist andmaterials change their properties dramatically dependingon the pressure. What we know about materials at ambientcondition are only a very small portion of the entire property.
For better understanding of materials, we are carrying out highP-T in-situ X-ray diffraction, as well as other physical property
measurements, and electron microscopy of recovered samples.
Synthesis of new materials using high-pressure conditions, andthe study of the Earth’s deep interior are also carried out.

で発生させ、さまざまな物質の極限条件下における結晶
構造や物性を研究するとともに、高圧力を利用した新物質の探索や、地球・惑星深部物質の研究を行っている。
圧力は温度と共に物質の状態を変化させるもっとも基本的なパラメータのひとつである。宇宙には超高圧から
超低圧（超高真空）まで広い圧力の世界が拡がっており、物質はその置かれた圧力に応じてその姿を大きく変える。
１気圧下でわれわれが見ている「物質」は、それが本来持つ多様な側面のひとつに過ぎず、物質の真の理解には広い圧力領域での研究が不可欠である。本研究室では、超高圧高温下におけるＸ線回折実験や物性実験、回収試料の電子顕微鏡観察などを通して、物質の多様な姿を明らかにすると共に、高圧力を利用して、常圧下では作ることができない新しい物質を合成したり、地球や惑星の深部に存在すると考えられている物質の構造や性質を明らかにする研究を推進している。

レーザー加熱ダイヤモンドアンビル装置を用いた超高圧高温実験の様子。2 個のダイヤモンドに挟んで 100 万気圧を超す圧力を加えた試料に、YAG レーザー光を照射し数千℃まで加熱する。

約 150 万気圧で観測された NaAlSiO4 の粉末Ｘ線回折パターンで、加圧・加熱に伴い、さまざまな変化が観察された。シンクロトロン放射光を用いることにより、超高圧下でも精密に結晶構造や格子を決定することができる。

High pressure and high temperature experiment using laser-heateddiamond anvil apparatus. A sample is squeezed between two diamonds andheated up to several thousand degrees by YAG laser irradiation.

High pressure in situ X-ray diffraction pattern of NaAlSiO4 obtained atabout 150 GPa. Various changes of the diffraction are found up to thispressure. Combination with synchrotron radiation made it possible to gethigh quality data under these extreme conditions.

研究テーマ Research Subjects
1. 酸化物や金属、地球・惑星深部物質等の超高圧高温下における相転移や物性の研究
Studies on phase transformation of oxides, metals and Earth’s deep materials under high pressure and temperature
2. 高圧環境を用いた新物質の探索研究
Synthesis of new materials using high-pressure conditions
3. 超高圧高温実験技術の開発
Development of high pressure and temperature experimental techniques

15
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

新物質科学研究部門 Division of New Materials Science
http://masashi.issp.u-tokyo.ac.jp

瀧川研究室

授

瀧川

仁

助

教

吉田

誠

Professor

Takigawa Group

核磁気共鳴法（ＮＭＲ）を主な実験手段として、固体教

Masashi TAKIGAWA

Research Associate

Makoto YOSHIDA

We use nuclear magnetic resonance (NMR) as the major
experimental tool to investigate exotic phenomena caused bystrong electronic correlation in solids. A remarkable feature ofstrongly correlated electron systems is the competition among
various kinds of ordering such as superconductivity, ferroor antiferromagnetism, charge and orbital order. Quantum
phase transitions between these ground states can be causedby changing the external parameters such as magnetic field orpressure. Nuclei have their own magnetic dipole and electric
quadrupole moments, which couple to the magnetic field orelectric field gradient produced by surrounding electrons.
This makes NMR a powerful local probe for microscopic
investigation of the exotic order and fluctuations of multiple
degrees of freedom of electrons, i.e., spin, charge and orbital.
We use various NMR spectrometers in different environment(low temperature, high magnetic field and high pressures) toinvestigate transition metal compounds, rare earth compounds,
and organic solids.

内の強い電子間相互作用に起因する現象を研究している。
強相関電子系では、超伝導、強 ( 反強 ) 磁性､ 電荷秩序、
軌道秩序といった多彩な秩序状態が拮抗しており、磁場 ･圧力などの外的条件を変えることでこれらの間の量子相転移が起こり得る。原子核は固有の磁気モーメントや電気四重極モーメントを持っており、これらは周囲の電子が作る磁場や電場勾配を感じている。このためＮＭＲは、
固体内電子のスピン、電荷、軌道などの自由度が絡み合って現れる特異な秩序状態や揺らぎの性質を、ミクロに探る有力な実験手段となる。我々は色々な特色を持つパルスＮＭＲ測定装置を整備し、低温・強磁場・高圧などの外的環境条件と組み合わせて、遷移金属化合物、希土類化合物や有機固体を対象とした研究を行っている。

上田寛研究室（物質設計評価施設）で合成された針状単結晶から得られた 190K における高温金属相の 51V NMR ス
ペクトル。10.5 テスラの磁場を ac 面内で回転したときの変化を示す。一つのサイトの共鳴線は電気四重極相互作用により 7 本に分裂する。
51

V NMR spectra at T=190 K (high temperature
metallic phase) obtained from a needle-shape single
crystal synthesized in the Y. Ueda’s laboratory(Materials Design and Characterization Laboratory).
Magnetic field of 10.5 T was rotated in the ac-plane.
A single site yields seven resonance lines split by theelectric quadrupole interaction.
190K におけるナイトシフトの角度依存性。b 方向に隣り合うサイトの間に顕著なシフトの違いがあり、金属相であるにも関わらず、電荷分布の大きな濃淡が伝導軸方向に存在することを示している。

金属絶縁体転移を示す擬１次元伝導体 β-Sr0.33V2O5 の高温金属相における結晶構造。b 軸方向に２倍周期で Sr が秩序化することにより、６種類のバナジウムサイトが生じる。

The crystal structure of the high temperature metallic phase of thequasi one-dimensional conductor β-Sr0.33V2O5, which exhibitsa metal-insulator transition. Ordering of Sr atoms doubling theperiodicity along the b-axis results in six inequivalent vanadiumsites.

Angular dependence of the Knight
shift at T=190 K. The pronounced
difference of the Knight shift between
the two sites neighboring along theb-axis indicates a large modulation ofelectronic charge distribution along
the conducting direction even in themetallic phase.

研究テーマ Research Subjects
1. 低次元、フラストレート・スピン系のダイナミクスと量子相転移
Dynamics and quantum phase transitions in low dimensional or frustrated spin systems
2. 特異な超伝導体
Exotic superconductors
3. 強相関電子系における電荷・軌道・多極子の秩序と揺らぎ
Ordering and fluctuations of charge, orbital, and multipoles in strongly correlated electron systems
4. 磁性有機伝導体におけるスピンと電荷のダイナミクス
Spin and charge dynamics in magnetic organic conductors

16
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

新物質科学研究部門 Division of New Materials Science
http://sakaki.issp.u-tokyo.ac.jp

授

榊原

俊郎

助

教

田山

孝

助

教

三田村

Professor

榊原研究室

Research Associate

Sakakibara Group

物質の示す磁気現象は広い温度範囲にわたっている。

教

Research Associate

Toshiro SAKAKIBARA
Takashi TAYAMA

裕幸

Hiroyuki MITAMURA

Magnetic phenomena in condensed matter extend over awide temperature range. In some systems like heavy fermions,interesting magnetic behavior is quite often observed at low
temperatures much below 1 K, where ordinary magnetic
measurements are difficult and not much work has been doneyet. Our research interest lies in those magnetic materials having
low characteristic temperatures, such as f electron compounds,
heavy fermions, quantum spin systems and geometricallyfrustrated spin systems. In order to study these systems, wehave developed high sensitivity magnetometers which can be
operated at very low temperatures down to ~30 mK, and angleresolved magnetization and specific heat measuring systems inrotating magnetic fields which are powerful tools for detecting
various anisotropic properties.

その中で重い電子系などある種の物質系では 1 ケルビンよりも遙かに低い温度領域で興味深い性質を示す場合がある。このような温度領域では通常の磁気測定手段を適用することが困難なため未開拓の課題も多く、新しい物性現象が期待される。当研究室ではこのような低い特性
温度を持つ様々な物質系の磁気物性の研究を行っている。
具体的には f 電子化合物や重い電子系、量子スピン系およびフラストレートスピン系などが研究対象で、磁化や比熱測定を主な実験手段として研究している。この目的のために、我々は 30 ミリケルビンの極低温まで磁化測定が可能な高感度の磁力計や、様々な磁気異方性の検出に有効な角度分解の磁化測定装置・磁場中比熱測定装置など、独自の装置開発も行っている。

極低温ファラデー磁力計に用いるキャパシタンス荷重計。最低温 30 mK で 15 Tまでの磁化測定が可能である。

角度分解磁化測定装置で測定したスピンアイス化合物 Dy2Ti2O7 の 0.3K における磁化の磁場方向依存性。[111] 方向を中心に、アイスルールを破るスピンフリップ
転移が観測されている。

Force-sensing capacitance cell used for the low temperature Faradaymagnetometer. Magnetization measurements can be done at low
temperatures down to 30 mK and in magnetic fields up to 15 T.

Field angle dependence of the magnetization of the spin-ice compoundDy 2 Ti 2 O 7 obtained at 0.3 K by an angle-resolved magnetization
measurement system. Ice-rule breaking spin flip transitions can be seenaround the [111] direction.

研究テーマ Research Subjects
1. 重い電子化合物の磁性と超伝導
Magnetism and superconductivity in heavy electron systems
2. 希土類化合物における多重極秩序
Multipole orderings in f electron systems
3. フラストレートスピン系の基底状態
Ground state properties of geometrically frustrated spin systems
4. 量子スピン系の基底状態
Ground state properties of quantum spin systems

17
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

新物質科学研究部門 Division of New Materials Science
http://tajima.issp.u-tokyo.ac.jp

田島研究室

田島

裕之

助

松田

真生

Associate Professor Hiroyuki TAJIMA

Tajima Group

分子集合体（特に有機薄膜および有機伝導体結晶）を准教授
教

Research Associate

Masaki MATSUDA

Our main subject is electrical properties on molecularassemblies especially on organic thin films and conducting
molecular crystals.
Organic thin films: In this subject, we are especially interested
in MIM (Metal-Insulator-Metal) junction. In spite of its
simple structure, MIM junction exhibits various interesting
phenomena, such as electroluminescence, photovoltaic effect. Bychanging insulating material and metal electrodes, tremendous
variations are possible in this device. In 2003, we succeeded infabricating a biomolecular light-emitting diode (BIODE) for
the first time. Subsequently, we are intensively studying BIODE
devices using various materials and experimental techniques.
Conducting molecular crystals: We are interested in chargetransfer salts of iron phthalocyanine and their derivatives. We
are studying their magnetic and electrical properties in order toinvestigate the effects of d-π interaction in this system.

対象とした電子物性の研究を行っている。
有 機 薄 膜 の 研 究 で は、 特 に MIM（Metal-InsulatorMetal）接合に興味を持っている。この接合は、最も単純なナノデバイスであるとともに、電界発光、光起電力をはじめとする各種現象が知られている。また接合に用いる金属、有機薄膜の種類を変えることにより、無限のバ
リエーションが可能である。われわれは、生体関連物質を用いた、EL 素子（BIODE）の作製に 2003 年に初めて成功した。電界発光の実験では、この成果を受けて、ポルフィリン化合物を含む各種生体関連物質を用いた研究を進めている。
有機伝導体結晶の研究では、伝導性鉄フタロシアニン
塩およびその関連物質を中心に、伝導を担うπ電子と磁性を担う d 電子の競合に由来する各種の現象を探索している。

TPP[FePc(CN)2]2 の磁気トルク

生体発光ダイオード中の hemin（ヘムを含む低分子）の電圧誘起転移

Voltage induced transition of hemin (a small molecule containing heme) in
BIODE

Magnetic torque of TPP[FePc(CN)2]2 salt

研究テーマ Research Subjects
1. 生体発光ダイオードの作製および物性測定
The fabrication and characterization of BIODE (Biomolecular-Light-Emitting Diode)2. 有機光起電力デバイスの作製および物性測定
The fabrication and characterization of organic photovoltaic devices
3. 伝導性フタロシアニン錯体の作製および物性測定
The synthesis and characterization of conducting charge-transfer crystals of phthalocyanine

18
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

新物質科学研究部門 Division of New Materials Science
http://hmori.issp.u-tokyo.ac.jp

森研究室

准教授

森

助

高橋

初果

Associate Professor Hatsumi MORI

Mori Group教

Research Associate

分子性導体、磁性体および誘電体などの機能性分子性

一志Kazuyuki TAKAHASHIThe development and structural and physical properties
for molecular functional materials like molecular conductors,
magnets, and dielectrics have been studied. The attractive pointsof molecular materials are 1) that there is a variety of materials
since a few million kinds of molecules have been synthesized
so far, 2) that molecules and intermolecular interactions aredesignable and controllable, 3) that large response of externalpressure and electron-phonon coupling are observed due tosoftness of molecules, and 4) that large Coulomb interactions(electron correlation) induce the magnetism as well as
conductivity in molecular conductors.
Our group studies the curious molecular functional materials
based upon charge, lattice, spin, and molecular degree of
freedom by changing physical parameters with designed
molecules. Recently, we found new organic superconductors,
in which the superconducting state is competitive to thecharge ordered state owing to electron correlation and shape ofdesigned molecules. (See the figures.)物質の開発とその構造、物性の研究を行っている。分子性物質の魅力は、１）数百万種あると言われている分子が単位であるため、物質が非常に多様であること、２）
その分子および分子間相互作用が設計・制御可能である
こと、３）分子は非常に柔らかいため圧力応答が大きく、分子を媒介として電子―格子相互作用が大きいこと、４）
特に伝導体で電子間相互作用（電子相関）が大きく、伝導性に加え、スピンが顔を出した磁性が表に現れることなどが挙げられる。我々も、分子をデザインすることにより分子間相互作用および電子相関など物性パラメータを少しずつ変化させて、電荷、格子、スピンに加え、分子の自由度が現れる、分子性物質ならではの面白い機能性を研究している。最近、化学修飾した分子の形状と電子相関のため現れるチェッカーボード型電荷秩序相と、圧力下で超伝導相が競合する新しい有機超伝導体（図参照）を見出した。

新規有機超伝導体 β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6 の電気抵抗の圧力依存性。常圧下、90 K で金属―絶縁体転移を起こすが、加圧と共に転移温度が降下し、4.0 kbar 下、
4.3 K で超伝導転移を起こす。

定電流電解法で作成した有機超伝導体 [κ-ET2Cu(NCS)2] の単結晶

Organic superconductor [κ-ET 2 Cu(NCS) 2 ] prepared by theelectrocrystallization method

Electrical resistivities under pressures for new organic superconductor,
β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6. The metal-insulator transition occurs at
90 K at 1 bar. By applying pressure, the transition was suppressed, andsuperconductivity was found at 4.3 K under 4.0 kbar.

研究テーマ Research Subjects
1. 新規有機伝導体および超伝導体の開発と構造・物性評価
Development and structural and physical properties of new organic conductors and superconductors
2. 有機―無機ハイブリッド磁性伝導体の開発と構造・物性評価
Development and structural and physical properties of organic-inorganic hybrid magnetic conductors
3. 有機物質と金属錯体の誘電応答の研究
Study of dielectric response of organic materials and metal complexes

19
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

新物質科学研究部門 Division of New Materials Science
http://satoru.issp.u-tokyo.ac.jp

中辻研究室

中辻

知

助

松本

洋介

Associate Professor Satoru Nakatsuji

Nakatsuji Group

物性物理学のフロンティアは、新しい現象の発見にあ准教授
教Research Associate

Yousuke MATSUMOTO

Discovery of new phenomena is at the forefront of theresearch of condensed matter physics. Inorganic materials, which
provide important basis for current electronic and information
technology, keep us surprised by numbers of novel quantum
phenomena due to correlation among macroscopic numberof electrons. Thus, the search for new materials that exhibit
new phenomena is one of the most exciting and significant
aspects of the material research. In our group, we synthesize
new materials in so-called strongly correlated electron systems
including transition metal compounds and heavy fermion
intermetallic compounds. Low temperature thermal andtransport measurements are used to study quantum phenomena
such as unconventional metallic and superconducting statesclose to spin and orbital orders and quantum spin phenomena
in magnetic semiconductors.

る。なかでも、現代の電子・情報社会を支える材料としての無機物質から、マクロな量子現象が続々と発見されており、物理と化学を駆使した新物質の開発こそが新しい量子現象を目指す物性物理の醍醐味であると言える。
私達は、無機材料の中でも特に遷移金属化合物や、重い電子系に代表される強相関電子系の新物質開発に取り組んでいる。低温の熱・輸送測定を用いることで、物質が生み出す量子現象、例えば、スピン・軌道の秩序と密接する新しいタイプの金属状態・超伝導状態、従来型のス
ピン秩序を抑えることで期待される、磁性半導体での新
しい量子スピン状態などに注目して研究を進めている。

私達が開発した２次元三角格子磁性半導体 NiGa2S4( 左上 ) ２次元性の強い結晶構造。( 右上 ) 結晶構造を反映した六角形の単結晶。
( 下 ) 磁気比熱の温度依存性。ワイス温度 ΘW = 80 K に対応する比熱のピークに加え、
低温 T* = 10 K で現れるもう一つのピークは、新しいスピン状態の形成を示す。

Two-dimensional magnetic semiconductor NiGa2S4 developed in our group.
(Top left) Strongly two-dimensional crystal structure. (Top right) Hexagonal
shaped single crystal. (Bottom) Temperature dependence of the magnetic
specific heat. In addition to the conventional peak at the Weiss temperature of
80 K, the unusual peak at 10 K indicates the formation of the novel spin state
at low temperatures.

研究テーマ Research Subjects
1. 新しい遷移金属化合物の低温物性
Low temperature study of new transition metal based compounds
2. ２次元磁性半導体での量子スピン状態
Quantum spin states in two-dimensional magnetic semiconductors
3. 重い電子系での量子臨界現象、金属スピン液体状態
Quantum critical phenomena and metallic spin liquid state in heavy fermion systems

20
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

新物質科学研究部門 Division of New Materials Science

花咲研究室

客員准教授

Visiting Associate Professor

花咲

徳亮

Noriaki HANASAKI

Hanasaki Group

分子性物質は分子の特異な積層構造に起因した伝導のThe molecular conductors provide various interesting
phenomena originating from the low-dimensionality of the
conduction and the strong correlation. The phthalocyanine
possesses the molecular orbitals contributing to both ofthe electron conduction and the magnetic properties. One
can expect the gigantic response by the magnetic-fieldinduced change of the electronic state. The giant negative
magnetoresistance was observed in the one-dimensional
phthalocyanine molecular conductors at the low temperatures.
The degenerate molecular orbitals due to the molecular
fourfold symmetry are interesting, as well. In order to clarify
the mechanism of the giant negative magnetoresistance andthe ground state, we study the transport properties, the X-ray
diffraction, the magnetic properties and the nuclear magnetic
resonance under the low temperatures and the high magnetic
fields in the phthalocyanine compounds.

低次元性や電子相関効果に特徴があり、新しい物理現象の発現が期待される。フタロシアニン系分子は同一分子内に伝導性を担う分子軌道と局在スピンを有する分子軌道を有しており、磁場などの外部摂動で電子状態に変調を加えて巨大応答を引き出すこともできる。１次元伝導体では巨大な負磁気抵抗が低温で観測されている。また
分子の４回対称性を反映した分子軌道の縮退効果も興味深い。本研究室では、フタロシアニン分子系伝導体の磁気抵抗効果の機構を解明するため、輸送特性測定や低温
強磁場中の X 線回折実験を通じて電荷状態とその動的応答を明らかにするとともに、核磁気共鳴や磁化測定の実験を通じてフタロシアニン分子系伝導体の基底状態を明らかにすることを目指している。

21
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物性理論研究部門
Division of Condensed Matter Theory
当部門では、現代の凝縮系物理学、統計物
理学、物質科学の最先端の問題を微視的な見地から活発に理論研究しているが、その目指すところは、実験を参照しつつ、相互作用する多体系の運動を捉える新概念の開拓、興味ある新現象の予言、そして、物質の本質を捉えた有用なモデルの提案である。
最近の研究対象は、遷移金属酸化物や有機伝導体におけるスピン電荷フォノン ( 軌道 )複合物性、低次元量子スピン系や近藤格子等の電子系（いわゆる強相関系）における量子相転移や量子臨界現象、金属絶縁体転移、重い電子系、現象論や微視的な立場から見た様々な物質中での超伝導、金属や半導体での動的物性への交換相関効果、表面での動的過程や触媒作用、そして、メソスコピック系における量子輸送や相互作用の問題など、多様である。
これらの理論研究は各人得意の方法を用いて遂行されているが、部門全体として見ると、
高等物理数学の解析手法、場の量子論的多体
摂動理論、そして、量子モンテカルロ法や密度汎関数理論に基礎を置く最先端の第一原理計算などの大規模数値計算手法等、殆ど全ての現代的理論手法がカバーされている。

教

授

上田

教

授

教

授

Professor
Professor
Professor

和夫

In this division, we are conducting vigorous theoreticalresearch from a microscopic point of view on topics at
the forefront of contemporary condensed matter physics,
statistical physics, and materials science, in pursuit of thedevelopment of new concepts to describe collective behavior
of interacting systems, prediction of novel interesting
phenomena, and useful theoretical modeling of materials, inclose contact with experimental groups.
The topics in recent research span such diverse areas
as spin-charge-phonon(-orbital) complex properties intransition-metal oxides and organic conductors, quantum
phase transitions and critical phenomena in the stronglycorrelated systems such as low-dimensional quantum
magnets and electron systems including the Kondo
lattice, metal-insulator transitions, heavy-fermion physics,
both phenomenological and microscopic theories ofsuperconductivity in various materials, exchange andcorrelation effects on dynamic properties in metals andsemiconductors, dynamic processes and catalytic properties
at surfaces, and quantum transport and interactions inmesoscopic conductors.
In performing those topics of research, individual
members employ calculation techniques in accordance with
their expertise and taste, but as a whole, the theory group
covers virtually all modern theoretical methods, ranging
from sophisticated analytical techniques in mathematicalphysics and formal many-body theory to large-scale
numerical computations, such as quantum Monte Carlosimulations and state-of-the-art ab-initio calculation ofelectronic structures based on the density functional theory.

助

教

藤井

達也

髙田 康民

助

教

前橋

英明

押川

助

教

大久保

助

教

城石

正弘

Kazuo UEDA

Research Associate

Yasutami TAKADA

Research Associate

正毅

Masaki OSHIKAWA

Research Associate
Research Associate

Tatsuya FUJII

Hideaki MAEBASHI潤

Jun OHKUBO

Masahiro SHIROISHI

授

常次

宏一

助

教

服部

一匡

准教授

甲元

眞人

助

教

佐藤

昌利

准教授

杉野

修

助

教

大谷

実

准教授

加藤

岳生

助

教

内海

裕洋

准教授（客員）前園涼

教授（外国人客員） ダーム

准教授（客員）

田仲

由喜夫

教授（外国人客員） アグターバーグ

教授（外国人客員）

ウェクスラー

教Professor
Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor
Visiting Associate Professor
Visiting Associate Professor
Visiting Professor

Hirokazu TSUNETSUGU

Research Associate

Mahito KOHMOTO

Research Associate

Osamu SUGINO

Research Associate

Takeo KATO

Research Associate

Ryo MAEZONO

Visiting Professor

Yukio TANAKA

Carlos WEXLER

Visiting Professor

カルロス

Kazumasa HATTORI
Masatoshi SATO
Minoru OTANI
Yasuhiro UTSUMI

Daniel AGTERBERG

教授（外国人客員） チュン
Visiting Professor

22
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

トーマス

Thomas DAHM

スン

Sung G. CHUNG

ダニエル
ゴン

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory
http://ueda.issp.u-tokyo.ac.jp

上田和夫研究室
K. Ueda Group

銅酸化物高温超伝導体、あるいは重い電子系などにお

教

授

上田

和夫

助

教

藤井

達也

Professor
Research Associate

Kazuo UEDA

Tatsuya FUJII

Strongly correlated electron systems which include high-Tc
cuprates and heavy-fermion compounds is one of the central
issues in the condensed matter physics. This problem concernswith various ground states of many body systems and quantum
phase transitions among them.
The simplest and most typical example of the quantum
phase transitions is the order-disorder transition in quantum
spin systems. Recently a new spin gap system, SrCu2(BO3)2,
was discovered. The orthogonal dimer Heisenberg model for
SrCu2(BO3)2 has been studied and various unusual properties
are found: the exact dimer ground state, almost localized triplet
excitations and magnetization plateaus. The S=1 Heisenberg
model on the pyrochlore lattice was also studied and importanceof spin-lattice coupling to lift the degeneracy is pointed out.
A new Hubbard type Hamiltonian with an orbital degeneracy
is proposed by us for CeTIn 5(T=Co,Rh,Ir) which is a new
heavy-fermion system. It is pointed out that the magnitude
of orbital splitting plays an important role as a controllingparameter for the spin fluctuation mechanism of unconventional
superconductivity observed in this system.
Transport phenomena through quantum dots define aninteresting many-body problem in a mesoscopic system. We
have developed theories of Kondo transport in both equilibriumand non-equilibrium conditions.

ける磁性と超伝導の解明は、強相関電子系の問題と呼ばれ物性物理学の基本的課題である。ここでは多電子系が示す多様な秩序状態とそれらの間の相転移という量子多体問題を研究することになるが、最近当研究室で取り上げている研究テーマは以下のようなものである。
量子相転移の最も簡単で典型的な例は、スピン系の秩
序無秩序転移である。最近、SrCu2(BO3)2 が二次元的構
造を持つスピンギャップ系であることが発見されたが、われわれはその理論的モデルとして直交ダイマーハイゼ
ンベルグ模型の量子相転移、素励起、磁化過程をしらべ、その特徴を明らかにした。また、三次元におけるフラス
トレーションの最も強い系として、パイロクロア格子上のハイゼンベルグ格子を考察し、その疑似縮退が解けていく
過程におけるスピン・格子相互作用の重要性を指摘した。
強相関電子系における軌道自由度の果たす役割が最近注目されているが、新しい重い電子系の超伝導体である
CeTIn5(T=Co,Rh,Ir) に対して、軌道縮退のあるモデルを構築し、その磁性と超伝導について研究している。量子臨界現象のコントロールパラメータとして軌道の縮退度が重要な働きをしていることが明らかになった。
量子ドットの輸送現象は、メゾスコピック系における多体効果として大変興味深い。平衡、非平衡条件下におFig.1

ける近藤輸送現象の理論的研究を進めている。
電流が定常的に流れている量子ドット系での状態密度。Fig.1, 2
はそれぞれ U=4, 6 の場合。電子相関が強くなってくると、バイアスをかけたときに近藤ピークは左右の化学ポテンシャル近傍での２つのピークへと分離する。

The density of states at the quantum dot with a finite bias
voltage in Fig.1 for U=4 and Fig.2 for U=6. In a relatively
strong correlation regime, the Kondo peak splits into double
peaks near the chemical potentials of leads when the bias
voltage is increased.

研究テーマ Research Subjects
1. 重い電子系のミクロな理論
Microscopic Theory of heavy fermion systems
2. 銅酸化物高温超伝導体の理論
Theory of high Tc superconductivity
3. フラストレーションの強いスピン系における量子相転移
Quantum phase transitions in spin systems with strong frustration
4. スピンと軌道の結合した系の量子臨界現象
Quantum critical behaviors in spin-orbit coupled systems
5. 量子ドットにおける近藤輸送現象
Kondo transport phenomena through quantum dots

23
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

Fig.2

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory
http://takada.issp.u-tokyo.ac.jp

髙田研究室

授

髙田

康民

助

教

前橋

英明

Professor

Takada Group

自然の階層構造の中で物性理論の主たる対象は電磁相教

Research Associate

Yasutami TAKADA
Hideaki MAEBASHI

In the hierarchic structure of nature, condensed mattertheory is mainly concerned with the complex system of many
nuclei and electrons, interacting to each other through electromagnetic fields. This system is so complex that no rigorous
solution is allowed. It is, however, regarded as an astonishingly
simple one if we compare it with the systems in the upperhierarchy (the domain of biology) as well as those in the lower
one (the domain of high-energy physics). Thus we consider
it as one of the most fundamental problems in the whole
theory of physics to make its thorough investigation. With thisrecognition, we are constructing a theoretical framework forsolving this system faithfully from first principles, culminatingin the self-energy revision operator theory (SEROT) that may
supersede the density functional theory in the future. Some
practical approximations to SEROT are invented to investigate
the properties of the nucleus-electron complex system fromvarious aspects. Specifically, we surmise that a final resolution
will be obtained for the microscopic mechanism of high-Tc
superconductivity only by the investigation along this line.
Currently we do some basic works for the completion of sucha theory for superconductivity with paying special attention to
the competition between the attraction due to electron-phonon
interactions and the repulsion due to electron-electron Coulombinteractions.

互作用をする多数の原子核電子複合系である。この系は容易に厳密解を許さないという意味で複雑ともいえる。
しかし、この系の上部階層（生物学の範疇）では当然のことながら、予想外にもこの系を生み出している下部階層（素粒子物理の範疇）でもずっと複雑な系を対象にしていることに比べれば際立って簡単な系である。それゆ
え、この系を究めることは全ての物理理論にとって基本的課題である。この認識の下に、原子核電子複合系を第一原理に忠実に解明する手段として密度汎関数理論やそれを越える理論体系（自己エネルギー改訂演算子理論と名付けた）を整備し、それを土台にこの系の量子物性を多角的に調べている。特に、高温超伝導機構の理論にしても、この線に沿った形で解明されない限り最終結論は得られないと考え、電子フォノン強結合性と電子相関との競合に注目しつつ、それらを共に取り入れた理論の完成に向けて、それに必要な各要素の基盤固めを行っている。

ポーラロンの有効質量 m*：電子フォノン結合定数αの増加に伴い、ホルスタ
イン模型では急激に m* は増大するが、E ⊗ e や T ⊗ t のヤーンテラー模型ではそれほど急激でない。特に内部自由度に関する保存則がある前者では m* の増大は抑制されるので、α の大きい 3d 電子系では t2g 電子よりも eg 電子の方がずっと動きやすいことになる。

Effective mass m * of a polaron: With the increase of the electronphonon coupling constant α, m* increases very abruptly in the Holsteinmodel, but it is not the case for the Eh ⊗ e and T ⊗ t Jahn-Teller systems.
In particular, a conservation law concerning the internal degrees of
freedom imposes a strong constraint on the rapid increase of m* in theformer model, implying that eg electrons move much faster than t2g
ones in 3d electron systems with large α.

研究テーマ Research Subjects
1. 自己エネルギー改訂演算子理論：交換相関効果と外部１体ポテンシャルに応じたその発現様式
Self-energy revision operator theory: Exchange-correlation effects and their manifestation according to external one-body potentials
2. 時間依存密度汎関数理論：不均一電子ガス系の動的応答
Time-dependent density functional theory: Dynamic properties of the inhomogeneous electron gas
3. バーテックス補正付き強結合超伝導理論：電荷スピンフォノン複合系における超伝導
Strong-coupling theory for superconductivity with vertex corrections: Superconductivity in charge-spin-phonon complex systems
4. ポーラロン・バイポーラロン：ヤーンテラー系の特異性や非調和項の効果
Polarons and bipolarons: Characteristic features of a Jahn-Teller system and effects of anharmonicity
5. 量子固体：高圧下固体水素での陽子の量子ゆらぎとその電子系への影響
Quantum solids: Quantum fluctuation of protons and its effects on electrons in solid hydrogen in high pressures

24
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory
http://oshikawa.issp.u-tokyo.ac.jp

授

押川

助

教

大久保

助

教

城石

Professor

押川研究室

Research Associate

Oshikawa Group

広範な系について成立する普遍的な概念を探求するこ教

Research Associate

正毅

Masaki OSHIKAWA

潤

Jun OHKUBO

正弘

Masahiro SHIROISHI

We study mainly quantum many-body theory, pursuing
universal concepts applicable to wide range of systems.
Mathematical studies such as exact solutions are utilized ingiving a unified picture on experimental data and in making
new testable predictions. For example, we systematically study
perturbations on the free boson field theory in 1+1 dimensions,in order to understand wide range of phenomena including
field-induced gap, Electron Spin Resonance and quantum wires,in a unified manner.
We also study fundamental problems in statistical mechanics.
For example, through the development of an algorithm toidentify the order parameter without a prior knowledge, we are
seeking a deeper understanding of the “order”. Moreover, wedevelop new approaches to complex networks and stochastic
processes, based on statistical mechanics and field theory.

とを念頭に、量子多体系の理論を中心として研究を行っている。この際、厳密解に代表される数理的研究を、実験結果の統一的な理解や新たな実験に対する予言に有機的に関連させつつ研究を展開している。例えば、1+1 次
元での自由ボソン場の理論に対するさまざまな摂動を系統的に扱うことにより、磁場誘起ギャップ・電子スピン
共鳴・量子細線における伝導など 1 次元量子系における広範な物理現象を統一的に理解することを目指している。
統計力学の基礎に関する研究も行っている。たとえば、
秩序パラメータを先験的知識無しに同定するアルゴリズ
ムの開発等を通じて、統計力学における「秩序」に関するより深い理解を得ることを目標にしている。また、複雑ネットワークや確率過程の問題に対して、統計力学や場の理論を応用した新しい手法を開発している。

三角格子上の量子ブラウン運動を表すダイアグラム。３本の量子細線の接合は物理的には全く異なる問題であるが、同じダイアグラムで表すことができ数学的に等価な問題となる。この対応関係を用いて、量子細線の接合における新しい低エネルギー固定点を見出した。

A diagram representing the quantum Brownian motion on atriangular lattice. Junction of three quantum wires, although
being a quite different physical problem, can be also represented
by the same set of diagrams and is mathematically equivalent
to the quantum Brownian motion. Exploiting this mapping,
we have found a new low-energy fixed point for the junction
problem.

研究テーマ Research Subjects
1. 低次元スピン系における電子スピン共鳴の場の理論による定式化
Field-theory formulation of Electron Spin Resonance in low-dimensional quantum spin systems
2. 共形場理論、量子ブラウン運動と量子細線の接合
Conformal field theory, quantum Brownian motion, and junction of quantum wires
3. 可積分系の数理とその応用
Mathematical structures in integrable systems and their applications
4. 確率過程と統計力学
Stochastic processes and statistical mechanics

25
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory
http://tsune.issp.u-tokyo.ac.jp

常次研究室

授

常次

宏一

助

教

服部

一匡

Professor

Tsunetsugu Group

遷移金属化合物、希土類 ･ アクチノイド化合物などの教

Research Associate

Hirokazu TSUNETSUGU
Kazumasa HATTORI

Strongly correlated electron systems, particularly compounds
including transition-metal, rare-earth, or actinide elements,
are the main subjects of our research. In these systems where
electron-electron interactions are very strong, there appear
a variety of interesting phenomena at low temperatures, andvarious magnetic orders and unconventional superconductivity
are typical cases.
The present targets of our study include complex order in thesystems where spin and orbital degrees of freedom are coupled,and new type of quantum order in frustrated spin systems. In
particular, we study the order and critical phenomena in thesystems where many soft modes of fluctuations are coupled,which is characteristic to frustrated systems, and also theeffects of these anomalous fluctuations on electronic states andtransport phenomena.
We recently studied the metal-insulator transition in
the Kagomé lattice and also magnetic properties near thetransition point. We showed that the metal-insulator transition
is considerably suppressed due to geometrical frustrationcompared with the cases in unfrustrated lattices. It is a surprisethat spin-spin correlations show unusual one-dimensional
character in space. This may be a consequence of multiple-spin
processes due to electron virtual hopping processes.

電子間クーロン相互作用が強い強相関電子系の物性を理論的に研究している。クーロン相互作用が強い系においては、低温においてさまざまな磁性状態や異方的超伝導などの多種多様な物性が出現する。これらの複雑な物性の統一的な理解とともに新しい現象の発見を目指している。
主に研究しているテーマは、スピンと電子軌道などの自由度がカップルすることによって現れる複合秩序や、
フラストレート系における新しいタイプの量子秩序である。フラストレートした系に特徴的な、多くのモードのソフトな揺らぎが結合している場合にその秩序と臨界現象の特徴がどうなるか、電子状態や輸送現象がどのように影響するのかを調べている。
最近の研究の中では、カゴメ格子上の金属絶縁体転移とその近傍における磁性を調べた。カゴメ格子においてはフラストレーションの効果によって絶縁体への転移が大きく抑制されることを確かめるとともに、絶縁体に転移した直後では非常に特異な 1 次元的スピン相関を示すことを発見した。これはカゴメ格子上の量子スピン系のスピン相関と異なっており、電子の遍歴性に伴う多スピンの相関効果と思われる。

カゴメ格子電子系の帯磁率の波数ベクトル依存性。U/W は電子間斥力の強さ。U/W~1.4 以上
で絶縁体になる。この直後、帯磁率のピークは波数空間の孤立した点ではなく線上において最大値を持ち、１次元的相関を示している。

Wa v e - v e c t o r d e p e n d e n c e o f s p i nsusceptibility of an electronic system on
the Kagomé lattice. U/W represents theelectron-electron repulsion strength, andthe metal-to-insulator transition occurs
near U/W~1.4. After the transition, thesusceptibility shows peaks not at isolated
points but along lines in the wave-vector
space, which implies one-dimensionalcorrelations.

研究テーマ Research Subjects
1. 強相関電子系の電子状態
Electronic states of strongly correlated electron systems
2. 量子磁性体の理論
Theory of quantum magnets
3. 遷移金属化合物、希土類 ･ アクチノイド系化合物の研究
Study of transition metal compounds, rare earth compounds, and actinide systems
4. 複合自由度系の秩序と相転移
Order and phase transitions of systems with multiple degrees of freedom
5. フラストレーション系の統計物理学
Statistical physics of frustrated systems

26
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory
http://kohmoto.issp.u-tokyo.ac.jp

甲元研究室

甲元

眞人

助

佐藤

昌利

Associate Professor Mahito KOHMOTO

Kohmoto Group多体系においては、相互作用によって種々の興味深い

准教授
教

Research Associate

Masatoshi SATO

In many body systems, there appear many interesting
properties due to interactions. Some examples are the highTc superconductors and the quantum Hall effects. Traditional
theoretical approaches based on the perturbation theory often
fail to analyze these recently found phenomena. For example,
the non-perturbative filed theoretical approach succeeded in
the quantum Hall effects. At present, our main subjects are theanisotropic superconductivity like high-T c superconductor
and the fractional quantum Hall effect. Our purpose is thedevelopment of the non-perturbative method including the field
theory and the solution of the basic problems in physics likeabove.

性質が現われる。例えば（高温）超伝導、磁場中の２次元電子の量子ホール効果は代表的な例である。このような比較的最近発見された現象では、摂動的な発想を基礎とした、いわゆる固体物理の伝統的な手法による理論的な解明は必ずしも成功しない例が多い。例えば量子ホール効果においては非摂動的な場の理論が大きな成果を挙げている。 場の理論を含めた非摂動的な手法を開発しながら、上記の様な物性理論における基本的な問題の解明を目的とする。

図 1. ハニカム格子における磁束Φとエネルギーの関係 .
図中の数字はは Hall 伝導度を表す

図 2. 図 1 と同じもの。Φがゼロ付近を拡大している。
Fig.2. The same as Fig.1 for Φ ~0.

Fig.1. Energy spectrum with a magnetic flux Φ inthe honeycomb lattice

研究テーマ Research Subjects
1. 高温超伝導
High-temperature superconductivity
2. 異方的超伝導
Anisotropic superconductivity
3. 物性における位相不変量
Topological invariants in condensed matters
4. 位相的秩序
Topological order27
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory
http://sugino.issp.u-tokyo.ac.jp

杉野

修

助

教

大谷

実

助

教

吉本

芳英

Associate Professor Osamu SUGINO

杉野研究室

Research Associate

Sugino Group

密度汎関数理論に基づく第一原理的計算手法を用いて、准教授

Research Associate

Minoru OTANIYoshihide YOSHIMOTO

Main research subject is the first-principles density functional
approach to electronic structures of materials and theirdynamical processes. Recent activity covers (1) the transition
metal/water interfaces including their structural and dielectric
screening properties as well as electrochemical and catalytic
reactions occurring at the interface, (2) excitation and nonadiabatic dynamics of molecules and surface adsorbates using
the time-dependent density functional theory, and (3) firstorder phase transitions of crystals and liquids. Our aim is toextend frontiers of the simulation to microscopically understandcomplex but rich variety of phenomena that have not beenaccessible with conventional computational approaches.
We, as a member of the MDC division, help supervising the
ISSP supercomputers for use of the joint research program. Ourgroup collaborates with Dr. Yoshihide Yoshimoto of MDC also
for scientific activities.

物質の電子状態や動的過程を主に研究している。ここ数
年間は特に金属 / 溶液界面の構造や遮蔽過程・触媒反応、
分子や表面系における励起・非断熱遷移過程、結晶や液体の一次相転移、などを行ってきた。特に計算手法・ア
ルゴリズムの研究を行い計算可能な研究対象を広げることに努め、それら新手法を用いてこれまで手の届かなかったような複雑な興味深い現象をミクロに理解することを目標としている。
物質設計評価施設を兼任し、同施設のスタッフと協力して物性研スーパーコンピュータの全国共同利用を推進している。同施設の吉本芳英助教とはまた研究上も密接な協力関係にある。

白金・水界面における水の電気分解過程。強い電場の下、水中のヒドロニウムイオン H3O+ が表面電荷に引き寄せられ表面に吸着、または吸着水素と結合する過程を追った第一原理分子動力学計算から。水の誘電効果と金属触媒効果が重要な役割を果たしている。

Electrolysis of water at the biased Pt(111)/water interface: A snapshot fromthe first-principles molecular dynamics simulation. Hydronium ion in thewater attracted by the surface charge is going to adsorb on the surface by
accepting one electron, or to bind with adsorbed hydrogen atom. Dielectric
property of water and catalytic property of the metal are found to play
important roles.

研究テーマ Research Subjects
1. 遷移金属・水溶液界面における構造、化学反応
Transition metal/water interfaces: Structural and dielectric properties and chemical reactions
2. 分子・表面系の励起、非断熱動的過程
Excitation and nonadiabatic dynamics of clusters and surface adsorbates
3. 物質の一次相転移
First-order phase transitions of materials

28
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory
http://kato.issp.u-tokyo.ac.jp

加藤研究室

加藤

岳生

助

内海

裕洋

Associate Professor Takeo KATO

Kato Group

メゾスコピック系の輸送特性の理論研究を行っている。

准教授
教

Research Associate

Yasuhiro UTSUMIThe main research subject is the theoretical study oftransport properties in mesoscopic systems, in which the mostcharacteristic feature is the quantum interference of electrons
revealed in microstructures. Recently, many new materials
and phenomena including quantum bits made in small
dots/superconductors, carbon nanotube, and spintronics havebeen studied. The application to electronic devices has been
considered extensively. It is appealing that a novel experimentcan provide a new insight on understanding of fundamental
physics.
We are trying to study electron-electron interaction anddecoherence of electrons in these systems by combining
analytical approaches (Bosonization methods, nonequilibrium
Green’s function methods, etc.) with numerical approaches
such as the Monte Carlo method. We are also challenging todevelop new numerical algorithms for nonequilibrium transport
properties.
We are also studying electron-electron and electron-latticeinteractions in organic conductors. The spin-Peierls and chargeorder transition and related phenomena are analyzed by themean-field approximation and quantum Monte Carlo method.

メゾスコピック系とは、電子の波としての性質が顕わになる現象に着目する研究分野であり、マイクロメートル
スケールで微細加工された電子系が主な対象である。特に近年は、量子ドットや微小超伝導体を用いた量子ビット、カーボンナノチューブ、スピン制御など、次世代への応用が期待されるさまざまな研究が進展しつつある。
この系の面白さは、アイディアと工夫によって、実験対象を「人工的に」
制御できることにある。斬新な実験によって、これまでになかった物理の新しい視点が付け加わることもある。
メゾスコピック系の一つの重要なテーマは、電子間相互作用の取り扱いであり、ボゾン化法や非平衡グリーン関数法を元にした解析計算と、量子モンテカルロ法をはじめとした数値計算を組みあわせて、研究を行っている。
また非平衡状態を扱うことのできる数値計算手法の開発にも取り組んでいる。
メゾスコピック系以外にも、分子性導体などの電子間相互作用や電子・格子相互作用が大きい系の物性評価にも取り組んでいる。分子性導体で広く見られるスピンパ
イエルス転移や電荷秩序転移、およびその周辺で生じる
多彩な物性について、主に量子モンテカルロ法と平均場近似を用いた解析を行っている。

量子モンテカルロ法によって得られた、環境と結合した二重井戸系の相図。横軸は規格化したポテンシャル障壁の逆数 g、縦軸は環境との結合の強さ α。結合の強さ
α を大きくしていくと、重ね合わせ状態が生じる領域、確率的トンネルを起こす領域、局在が起こる領域が順に現れる。

The phase diagram of dissipative double-well systems obtained by thequantum Monte Carlo simulation. For a fixed parameter of the inverse
potential barrier, there appear the coherent tunneling regime, incoherent
tunneling regime, and localized regime, as α increases.

研究テーマ Research Subjects
1. メゾスコピック系における輸送特性
Transport properties in mesoscopic systems
2. 量子ドット・一次元導体における電子間相互作用の理論
Theory of electron-electron interaction in quantum dots and wires
3. 分子性導体の有限温度物性の評価
Finite-temperature properties in organic conductors
4. 非平衡定常状態に対する数値計算手法の開発
Development of numerical algorithms for nonequilibrium steady states

29
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory

前園研究室

客員准教授

前園

涼

Visiting Associate Professor Ryo MAEZONO

Maezono Group

物質中の電子的過程に関わるエネルギースケールは絶The electronic correlation as fluctuation processes of theelectronic interaction provides rich functionalities of materials.
It plays important roles, for instance, in magnetism, high-Tc
superconductivity, and as inter-molecular forces which form
biological systems activating in low energy scale such as bodytemperature. Being a complicated higher order problem it has
provided challenging open questions of condensed mattertheory, which matter the foundation of contemporary nanotechnology. We are studying such problems that the correlation
forms the central interest, using Quantum diffusion Monte Carlo
method as a most reliable tool of many-body theory, which
excludes uncontrolled approximations as much as possible.

対値としては大きなものであるが、複数の機構が拮抗する結果生じるエネルギー差が我々日常のエネルギース
ケールに収まり、有用な機能を実現していると捉える事が出来る。磁性や超伝導といった機能的物性の発現、分子間力など微弱なエネルギーで律される生体内での電子的過程などが例として挙げられる。この中で電子間相互作用の揺らぎのスケールで生じる諸問題「電子相関」は永年、電子論研究者に興味と困難な挑戦舞台を提供してきた。当研究室では、此のような問題を扱う一つの流儀として、恣意的な近似を極力排除した「もっともケチがつかない」大規模精密計算「量子拡散モンテカルロ法」を駆使し、物性理論やナノテク基礎に関わる電子相関上のオープン・クエスチョンに信頼のおける指針を提供・発信する事を目標として取り組みを続けている。

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory

田仲研究室

客員准教授

田仲

由喜夫

Visiting Associate Professor Yukio TANAKA

Tanaka Group

超伝導接合に代表される不均一な超伝導体の研究を

We study superconducting systems with inhomogeneities,
such as superconductor-normal metal junctions. At thejunction, numerous anomalous quantum phenomena, which areabsent in the bulk, appear owing to the breaking of symmetries.
For example, we found that odd-frequency Cooper pairs exist
ubiquitously in inhomogeneous superconductors. If the pair
amplitude is an odd function of the Matsubara frequency,
anomalous parings such as spin-singlet odd-parity, spin-triplet
even-parity can be realized. This is the odd-frequency pairing.
Even if the odd-frequency pairing is absent in the bulk, it isinduced at junctions and leads to anomalous phenomena.
At ISSP, we collaborate with Oshikawa group to study
superconductor junctions involving one-dimensional and quasione-dimensional systems, where quantum fluctuations arestrong. Based on field-theory analysis of the one-dimensional
system, we examine the counterpart of the anomalous physics
found in superconductor junctions in higher dimensions.

行っている。このような接合系では、対称性の破れにより、
バルクの系には存在しない量子現象が数多く存在する。
例えば、最近の研究では奇周波数クーパー対状態が超伝導不均一系において遍く存在することを解明した。ペア
振幅が松原周波数の奇関数になっているとすると、常識に反してスピン 1 重項奇パリティ、スピン 3 重項偶パリティなどの電子対が実現されることになる。これが奇周
波数クーパー対である。超伝導体の内部に奇周波数ペアが存在しなくても、接合により奇周波数ペアが誘起され異常な物理現象を導く。
物性研究所では、押川研究室と協力して、量子ゆらぎの強い 1 次元系・擬 1 次元系を含む超伝導接合系に取り組んでいる。たとえば、場の理論に基づく 1 次元系の解析により、上で述べたような超伝導接合における異常な物理がどのように 1 次元系に現れるかを調べている。

30
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory

ウェクスラー研究室

外国人客員教授

Visiting Professor

ウェクスラー カルロス
Carlos WEXLER

Wexler Group

過去 10 年の間、純粋な電気的方法で電子のスピン自由For the past decade, there has been significant interest in
the manipulation of the spin degrees of freedom of electrons(spintronics) by purely electrical means. This is most readily
achieved by considering systems where spin-orbit couplingproduces a significant change in the electron transport.
In our studies we consider electrons in periodic, quasiperiodic and incommensurate systems, such as those resulting
from competing effects of a lattice and a magnetic field, whichhave a rich behavior exemplified by the beautiful Hofstadterbutterfly, a self-similar spectrum which is a multifractal Cantor
set. We model the spin-orbit coupling by means of a Rashba
coupling in a two-dimensional electron gas, which can be
described by a generalization of Harper's equation. The spinorbit coupling leads to significant modifications of the scalinglaws and appears to induce delocalization of the insulatingphases for sufficiently large ratio of the spin-orbit coupling
parameter.

度を操作する、いわゆるスピントロニクスに対する関心が高まっている。スピントロニクスは、スピン軌道相互作用により電子輸送が大きく変わるような系で、もっとも容易に実現できる。
我々は、格子の周期性と磁場のもたらす周期性の競合の結果生じる、周期的、準周期的、あるいは不整合な系
での電子状態を研究した。そのような系には、美しいホ
フスタッダーバタフライや、自己相似なスペクトラル（それはマルチフラクタルなカントール集合となる）のような豊かな構造が存在する。我々は、スピン軌道相互作用を、２次元電子ガスのラシュバ結合の形でハーパー方程式に取り入れ、その影響をしらべた。その結果、スピン軌道
相互作用は、スケーリング則を大きく変え、スピン軌道
相互作用が大きい場合には、絶縁相の非局在化をもたらすことを明らかにした。

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory

ダーム研究室

外国人客員教授

Visiting Professor

ダーム

トーマス

Thomas DAHM

Dahm Group

物性研に滞在した６ヶ月の間に上田和夫研究室と協力

During my six month stay at ISSP I was collaborating withProfessor Kazuo Ueda on the theoretical description of strongly
anharmonic phonons in the β-pyrochlore superconductors
KOs2O6, RbOs2O6 and CsOs2O6. In these compounds the alkali
ion is moving inside an oversized cage of Os-O ions creating aso-called “rattling” motion of the alkali ion. This rattling is maderesponsible for many unusual properties of these compounds,
most prominent in KOs2O6. I had many interesting discussions
with the experimental groups of Prof. Hiroi and Prof. Takigawa
about their recent striking experimental results in thesecompounds, which helped us to set up a theory for the rattling
motion. Our model consists of a local, strongly anharmonicphonon mode interacting strongly with the conduction
electrons. Within this model we could reproduce the anomalous
temperature dependence of the NMR relaxation rate and theelectrical resistivity [arXiv: 0706.4345, submitted to PhysicalReview Letters].

して、β- パイロクロア超伝導体 KOs2O6、RbOs2O6 および CsOs2O6 の非調和フォノンの理論について研究した。
これらの化合物では、アルカリイオンは Os-O イオンの作る籠の中を運動している。アルカリイオンを包む籠の大きさはイオンの半径よりも大きく、この運動を表すフォ
ノンはラットリングと呼ばれている。このラットリング
は、KOs2O6 を典型とする特異な振る舞いの原因となっていると考えられる。滞在期間中廣井、瀧川両教授とさまざまな実験結果について有益な議論を重ねることができ、ラットリング運動に関する理論を構成する上で大変有益であった。われわれの理論では、極めて強い非調和性を持った局在したフォノンが電子系と強く相互作用しているモデルを考えた。このモデルに基づいて、NMRの緩和率および電気抵抗の異常な温度依存性を説明することが出来た。[arXiv: 0706.4345, Physical Review
Letters 投稿中 ]31

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory

アグターバーグ研究室

外国人客員教授

Visiting Professor

アグターバーグ ダニエル
Daniel AGTERBERG

Agterberg Group常次研究室と協力して強相関電子系における新奇な磁Prof. Agterberg is collaborating with Tsunetsugu Groupin investigating novel magnetic and superconducting orderin strongly correlated electronic systems. The first projectaddresses the possibility that analogues of spin nematic orderfound in frustrated magnetic systems also appear in thecontext of superconductivity. In particular, including Gaussian
fluctuations in phenomenological theories of unconventional
superconductors with more than one complex degree of freedom
indicate possible new types of order that merit more study. The
second project examines the role of new topological defects insuperconducting density wave order parameters. A property
of free energy functionals with such an order parameter isthat translational invariance implies an additional global U(1)symmetry that leads to stable fractional flux vortices. This
project applies to non-centrosymmetric superconducting
materials as well as to a new high field superconducting phasefound in CeCoIn5.

気および超伝導秩序の研究を行っている。１つの計画はフラストレートした磁性体で提唱されたネマティック秩序に類似した秩序が超伝導体で実現する可能性についてである。複数の自由度を含む unconventional 超伝導体の現象論において揺らぎの効果を調べ、新しいタイプの秩序状態が引き起こされるかを検討している。2 つめの計画は超伝導密度波状態における新しいトポロジカル欠
陥の果たす役割を解明することである。このような秩序変数に対しては結晶の並進対称性がもう一つの U(1) 対称性をもたらすが、そのことによって分数磁束渦糸が安定化される。この計画は反転対称性をもたない超伝導体や磁場下の CeCoIn5 で新しく発見された超伝導相に関係したものである。

物性理論研究部門 Division of Condensed Matter Theory

チュン研究室

外国人客員教授

Visiting Professor

チュン スン ゴン
Sung G. CHUNG

Chung Group

我々の最近の理論研究の対象は、高温超伝導物質、フOur research interest in recent years is the theoretical studyof strongly correlated condensed matter systems such as realizedin high-temperature superconductors, frustrated quantum
spins, nano-tubes and graphene, and ultracold atoms trapped in
optical lattices. In particular, we have been developing a novel
many-body method for calculating the ground states as well as
thermodynamic properties of some fundamental models forthese strongly correlated condensed matter systems, such as the
Heisenberg model, the Hubbard model and the Kondo-latticemodel. The success so far is the calculation of spontaneous
magnetization and the specific heat of the 2D and 3D Isingmodels, the gorund state of the 1D Hubbard model, and theground state of the 2D antiferromagnetic Heisenberg model
on a square lattice. To put our method in a word, it is simple,
general and practically exact, and essentially different from theexisting methods such as exact diagonalization method, Monte
Carlo, numerical renormalization group and various mean field
theories.

ラストレイションを持つ量子スピン系、ナノチューブ及び グラフィーン、そして光学格子にトラップされた極低温原子などで実現されている強相関凝縮系である。特に、これら強相関凝縮系を記述するいくつかの基本的模型、例えばハイゼンベルク模型、ハバード模型、近藤格子模型など、の基底状態及び熱力学的性質を計算する新
しい多体理論を開発している。これまでの成果としては、
2、3 次元イジング模型の自発磁化及び比熱、1 次元ハバード模型の基底状態、そして正方格子 2 次元反強磁性ハイゼンベルク模型の基底状態を正確に計算した。我々の新しい方法を一言で言うなら、それは簡単で、一般的で、実際的に厳密である。そしてそれは、厳密対角化法､ モ
ンテカルロ法､ 数値くりこみ法そして様々な平均場理論のいずれとも本質的に異なる方法である。

32
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ナノスケール物性研究部門
Division of Nanoscale Science
近年の物性物理学の発展で特筆すべきものの一つに、原子レベルで制御された表面・界面、
人工超格子、極微細構造など対象とする研究の著しい進展がある。この背景には、エピタキシャ
ル成長技術、極微細加工技術、各種の表面評価
手法、走査プローブ顕微鏡による局所測定技術、などの発達がある。
ナノスケール物性研究部門では、そのような技術を利用して、表面界面および人工物質人工構造を対象とするナノスケール・サイエンスに取り組んでいる。
研究活動として、・半導体・金属・超伝導体・磁性体などの微細構造およびそれらの複合微細構造において展開される低温量子輸送の研究、・走査プローブ顕微鏡を用いた局所電子状態
や伝導現象の研究、・固体表面において発現する新奇複合物質やナノスケール構造の物性、・固体表面における化学反応等の動的過程の原子レベルでの研究、およびそれを利用したナノスケール新物質の創製、・酸化物薄膜のエピタキシャル成長とその機能物性開拓、などが進行中である。
教

授

家

助

教

遠藤

彰

教

授

勝本

信吾

助

教

阿部

英介

教

授

大谷

義近

助

教

木村

崇

教

授

小森

文夫

助

教

中辻

寛

教

授

𠮷信

淳

助

教

江口

豊明

助

教

大西

剛

技術専門職員向井孝三

Professor
Professor
Professor
Professor
Professor

泰弘

One of t he outst anding t rends in mo der ncondensed matter physics is the rapid development
in studies of atomically controlled surfaces andinterfaces, artificial superlattices and microand nano-structures. The background of suchdevelopments is the advancement of key technologies
for epitaxial crystal growth, microfabrication, surface
characterization, and local sensing by use of scanningprobe microscopes.
The Division of Nanoscale Science consists ofseven laboratories --- Iye, Katsumoto, Otani, Komori,
Yoshinobu, Hasegawa and Lippmaa. The research
efforts of these labs are directed to various aspects ofnanoscale science.
The on-going research activities include- Study of low temperature quantum transport inmesoscopic structures of semiconductors, metals,
superconductors, magnetic materials and their hybrid
structures.
- Study of local electronic states and transportphenomena by scanning probe microscopes.
- Study of transport, magnetism and otherproperties of novel materials at solid surfaces.
- Study of dynamical processes such as chemical
reaction at solid surfaces at the atomic level andcreation of new material phases.
- Study of epitaxial growth of oxide thin films andtheir functional properties.

Yasuhiro IYEResearch Associate

Shingo KATSUMOTO
Yoshichika OTANI

Research Associate

Eisuke ABE

Takashi KIMURA
Kan NAKATSUJI

Jun YOSHINOBU

長谷川

准教授

リップマー

准教授（客員）

小林

Associate Professor

Research Associate

Fumio KOMORI

准教授

Associate Professor

Research Associate

Akira ENDO

幸雄

Yukio HASEGAWA

Research Associateミック

Mikk LIPPMAA

伸彦

Visiting Associate Professor Nobuhiko KOBAYASHI

Research Associate
Technical Associate

Toyoaki EGUCHI
Tsuyoshi OHNISHI
Kozo MUKAI

教授（外国人客員） ロッセイ

フェデリコ

技術専門職員飯盛

拓嗣

教授（外国人客員） ブリック

ロバート

技術専門職員橋本義昭

技 術 職 員浜田雅之

Visiting Professor
Visiting Professor

Federico ROSEI
Robert BLICK

Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate

Takushi IIMORI

Yoshiaki HASHIMOTO
Masayuki HAMADA

33
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ナノスケール物性研究部門 Division of Nanoscale Science
http://iye.issp.u-tokyo.ac.jp

家研究室

教

授

家

助

教

遠藤

Professor

Iye Group

Research Associate

GaAs/AlGaAs へテロ界面の高移動度２次元電子系・正泰弘

Yasuhiro IYE

彰Akira ENDO

We fabricate quantum structures based on high mobility twodimensional (2D) electron and hole systems formed at GaAs/
AlGaAs heterointerface, and investigate quantum transportphenomena. Recent research subjects include, oscillatory
magnetoresistance effect reflecting the miniband formation in
one-dimensional lateral superlattice, Aharonov-Bohm-type
effects in antidot arrays and single antidot system, ground statesof bilayer quantum Hall systems and 2D hole systems, nuclear
magnetic resonance and low-energy spin excitations in quantum
Hall regime. We also study the local magnetic field modulation
effects in ferromagnet/superconductor and ferromagnet/
semiconductor hybrid systems. The research activities are
conducted in close collaboration with Katsumoto group.

孔系をベースとした量子構造を作製し、そこに展開される量子輸送現象の研究を行っている。最近の研究テーマ
として、１次元平面超格子におけるミニバンド形成を反映した磁気抵抗振動効果、アンチドット格子系や単一アンチドットにおけるアハロノフ・ボーム効果、２層量子ホール系や正孔量子ホール系の基底状態、量子ホール領域における核スピン共鳴と低エネルギースピン励起、などがある。この他に、強磁性体 / 超伝導体や強磁性体 / 半
導体のハイブリッド構造における局所磁場変調効果についても研究を進めている。
研究活動は勝本研究室との緊密な協力関係のもとに進めている。

２次元電子系の量子ホール領域における 75As の抵抗検出核磁気共鳴 (RDNMR)。
ランダウ準位占有率 ν=1 付近において観測される「分散型線形」が ν=1 から遠ざかるにつれて消失する様子。

少数アンチドット格子系の量子ホール領域におけるアハロノフ・ボーム振動。２種類の振動は、アンチドットの周りに形成されるエッジ状態のスピン分離を反映したものである。

Resistively-detected nuclear magnetic resonance in 2D electron system inthe quantum Hall regime. The “dispersive” lineshape observed in the vicinityof ν=1 disappears as one moves further away from ν=1.

Aharonov-Bohm type oscillations in a small array of antidots fabricatedfrom 2D electron system in the quantum Hall regime. The two series ofoscillation reflect the spin-resolved edge states around the antidots.

研究テーマ Research Subjects
1. 空間変調構造下の２次元電子系における量子輸送現象
Quantum transport in 2DEG systems under artificial potential modulation
2. スピン自由度や２層自由度を持つ量子ホール系
Quantum Hall systems with the degrees of freedom of spin and two layer
3. 単一アンチドットおよびアンチドット格子におけるコヒーレント量子輸送
Coherent transport in single antidots and antidot arrays
4. 半導体／強磁性体ハイブリッド構造
Semiconductor/ferromagnet hybrid systems
5. 超伝導体／強磁性体ハイブリッド構造
Superconductor/ferromagnet hybrid systems

34
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ナノスケール物性研究部門 Division of Nanoscale Science
http://kats.issp.u-tokyo.ac.jp

勝本研究室
渉回路は様々なパラメーターを変化させることのできる
デザイン可能な量子多体効果の実験場であり、「量子情報」を扱うための道具でもある。本研究室では超薄膜の成長から電子線描画を使った微細加工、低温強磁場下での電気伝導測定までを一貫して行い、設計自由度の高い実験を行っている。量子ドットの多体効果、
コヒーレント伝導、
スピン量子操作、量子 Hall 効果、希薄磁性半導体とそれを用いたスピントロニクスなど、多体効果、量子コヒー
レンス ( デコヒーレンス ) をキーワードに、幅広いテーマを手がけている。
家研究室とは緊密な協力関係にある。また､ 所内はもとより､ 他部局・他大学にも高品質半導体薄膜試料を提供している。

授

勝本

信吾

助

教

阿部

英介

Professor

Katsumoto Group

超薄膜による超構造、量子ドットやメゾスコピック干教

Shingo KATSUMOTO

Research Associate

Eisuke ABE

Artificial materials such as stuck of ultra-thin films(superstructures), quantum dots or a mesoscopic interference
circuits are laboratories for quantum many-body effects. We
can tailor the systems as well as vary the parameters during anexperiment. We begin with growing high-quality ultra-thin films
then proceed to electron beam lithography to produce such
quantum structures. The "throughout" fabrication brings us alarge freedom in designing the experiments. Our main subjects
are quantum many body effects, quantum coherence anddecoherence. More specifically, the Kondo effect in quantum
dots, coherent transport, coherent manipulation of electron
spins, quantum Hall effects, diluted magnetic semiconductors
and their applications to spintronics.
We are in collaboration with Iye-group. We provide highquality semiconductor superstructure samples to other divisions
in ISSP, and to other universities.

量子ドットを Aharonov-Bohm (AB)
リングに埋め込んだ系に現れた Fano
近藤効果。中央に位相シフトの π/2
ロックを示す平坦部があり、線形が磁場によって変化する。挿入図は試料の電子顕微鏡写真。

Fano-Kondo lineshape observedin the conductance of an
Aharonov-Bohm (AB) ring which
has a quantum dot on one arm.
The flat region at the center isdue to the phase shift locking to
π/2. The lineshape varies with themagnetic flux piercing the ring.
The inset is a micrograph of thesample.

高品質半導体超薄膜を成長するための分子線エピタキシー装置。

Molecular beam epitaxy machine to grow high quality
ultra-thin films of semicondutors.

研究テーマ Research Subjects
1. 量子ドットのコヒーレント伝導・スピン依存伝導
Coherent transport and spin-dependent transport through quantum dot systems
2. 量子ドットのスピン状態とエンタングルメント､ 量子デコヒーレンス
Quantum coherence/decoherence and spin states in quantum dots
3. 希薄磁性半導体を用いた単電子回路、スピン注入
Diluted magnetic semiconductors and their applications to single-electron circuits, spin injection
4. ２次元正孔系を用いた量子構造 ( 量子細線、量子ドット )Quantum structures based on two-dimensional hole systems

35
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ナノスケール物性研究部門 Division of Nanoscale Science
http://www.riken.jp/lab-www/nanomag/indexjpn.html

大谷研究室

教

授

大谷

義近

助

教

木村

崇

Professor

Otani Group

Research Associate

Yoshichika OTANITakashi KIMURA

ナノスケールの微小磁性体は、その形状やサイズを反Nano-scale magnets can have, according to their shape and映して、磁気渦や単磁区構造のような秩序状態にある磁

size, ordered domain structures such as magnetic vortices

区構造を取る。我々は実験的に、磁壁移動、磁化反転のand single domains. We experimentally study static anddynamic properties of nano-scale magnets, to obtain a better

量子的振舞いに対する知見を深めるために、ナノスケー

understanding of the quantum behavior associated with domain

ル磁性体の静的及び動的磁気特性を研究している。

wall displacement and magnetization reversal.

また、ナノスケール磁性体から非局所手法を用いて取Moreover we employ non-locally produced spin-currents

り出されるスピン流を用いて、スピン注入磁化反転、ス

to study spintronic properties such as the spin injection

ピン蓄積、スピンホール効果等のスピントロニクス研究

magnetization reversal, the spin accumulation, and the Spin Hallを行っている。さらに、生体系に特徴的なポテンシャル

Effect. Furthermore we try to manipulate the motion of nano-

ラチェットを用いた磁壁運動の制御やスピン流制御の研

scale magnetic domain wall and conduction electron spins using

究も進めている。最終的にはこれらの技術やスピン注入

the principle of the potential ratchet characteristic of biologicalによって生じる新規な磁性を応用してスピントロニクス

systems.

素子に関する研究を進めている。

強磁性円盤中に生成する磁気渦のカイラリティーを決定するための非局所スピンバ
ルブ素子の走査電子顕微鏡 (SEM) 像とスピンバルブ信号の測定結果。図中数字で示した磁化状態はスピンバルブ信号曲線上の数字に対応する。

スピン流のみを用いた面内磁化反転素子の模式図と作製された素子の SEM 像。

Schematic diagram and scanning electron microscope image of a fabricatedmagnetic switching device operated by using only spin currents.

Scanning electron microscope image of a non-local spin valve device todetermine the spin chirality of a magnetic vortex confined in a magnetic
disk. The inset shows a spin valve signal where the numbers on the curve
correspond to magnetic configuration.

研究テーマ Research Subjects
1. ナノスケール磁性体のスピンダイナミクスに関する研究
Static and dynamic magnetic properties of nano-scale magnets
2. スピン注入及びスピントランスファーによって誘起される磁性に関する研究
Magnetism induced by spin injection and spin transfer
3. 非対称ポテンシャルを用いたナノスピントロニクス素子の研究・開発
Development of spintronic devices using asymmetric potential

36
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ナノスケール物性研究部門 Division of Nanoscale Science
http://komori.issp.u-tokyo.ac.jp

小森研究室

授

小森

文夫

助

教

中辻

寛

Professor

Komori Group

固体表面に形成されるナノスケール物質、合金、化合教

Research Associate

Fumio KOMORIKan NAKATSUJI

Electronic and magnetic properties of alloys, compounds andmaterials with nanometer-scale structure at solid surfaces arestudied by using scanning tunneling microscopy/spectroscopy(STM/STS), photoelectron spectroscopy and magneto-optical
Kerr-rotation measurement in an ultra high vacuum. Band
structures of the surface states and the chemical bonds arestudied by photoelectron spectroscopy using VUV light (Fig.1)
and soft-X-ray. The structures and the formation processesof surface nano-structured materials, and the atom processes
induced by electron tunneling (Fig. 2) or photo-excited carriers
are examined by STM.

物の電気的磁気的性質を明らかにすることを目標に、超高真空中で走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、光電子分光、
磁気カー効果測定を用いて研究を行なっている。極低温
ＳＴＭを用いたトンネル分光では局所的な電子状態を、
角度分解光電子分光ではフェルミエネルギー以下の電子状態を調べている。
（Fig. 1） 磁気カー効果測定では、超薄膜や超微粒子強磁性体配列の磁気秩序形成および磁化回転現象を観測している。また、ナノスケール物質、表面合金や化合物の研究において重要な試料作成に関連して、電子状態測定と STM 観察により、これらの形成における動的原子過程を調べている。特に表面では、トンネ
ル電子やレーザー光によって励起された電子系のエネル
ギーが格子系へ緩和する過程を用いて、新奇な物質を作成することもできる。そこで、トンネル電子注入による原子操作（Fig. 2）の機構について研究している。

Fig.1

Fig.2

角度分解光電子分光によって調べた清浄な銅 (001) 面 (a) と窒素が部分的に吸着した銅 (001) 面 (b) の M 点付近の銅表面電子構造の比較。各図の一番上の黄赤色の太線が表面状態のバンド分散を表し、図 (b) の白い線が図 (a) の黒い線に対応している。図 (b) では、吸着した窒素原子によって銅清浄表面の格子が圧縮されるために、表面電子バンドのエネルギーが清浄な銅 (001) 面に比べて高くなり、ブリュ
アンゾーン境界の波数も大きくなる。

STM 探針からゲルマニウム (001) 清浄面表面空状態に電子を局所的にトンネル注入し、注入点から離れた位置の原子を移動させる様子を示すの STM 像。試料温度
80 K で、図 (a) の白い点位置に電子を注入すると、数 10 nm 離れた位置の位相欠陥が一次元的に移動する。図（b-e）のように、電子を注入するごとに、この移動が生じる。これは、表面状態励起電子が表面を伝播し、その電子系のエネルギーが電子格子相互作用により格子系に移ることによって生じている。

Band structures around M on clean (a) and partially N-covered (b)Cu(001) surfaces studied by ARUPS. The lattice of the clean Cu area on
the latter surface is compressed and the electronic structure changes. On
the N-covered surface, the Cu surface band shown as the upper yellowred curve in (a) shifts upward, and the wave number at the boundary of thesurface Brillouin zone increases as in (b).

Successive STM images of the same area of a Ge(001) surface including
a topological defect at 80 K. The defect moves after injecting tunneling
electron at the point of white circle in each image as in its right image. The
injected hot carrier propagates in the surface states and induces an atom
motion at the defect.

研究テーマ Research Subjects
1. 表面ナノ構造物質における電子状態の局所的な空間変化
Local electronic states at the surfaces of nano-structured materials
2. トンネル電子やレーザー光励起による表面現象
Surface dynamical phenomena induced by electron tunneling and photo-excitation
3. 表面ナノ構造物質の電子状態と磁性Electronic states and magnetism of nano-structured materials
4. 表面ナノ構造物質の形成過程
Formation processes of nano-structured materials at surfaces

37
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ナノスケール物性研究部門 Division of Nanoscale Science
http://yoshinobu.issp.u-tokyo.ac.jp

𠮷信研究室

教

授

Professor

𠮷信淳

Jun YOSHINOBU

Yoshinobu Group

表面界面の特徴の一つは、バルクの対称性が破れ表面

Solid surfaces are very intriguing, because novel structuresand electronic properties emerge as a result of symmetry
breaking of bulk. In addition, a solid surface plays an importantrole as “low dimensional reaction field”, on which we canprovide atoms and molecules and manipulate them deliberately.
In order to fabricate atomically-controlled surface materials,
we have to understand the dynamical behavior of atoms andmolecules on surfaces. The research of these subjects is closely
related to the basics of catalysis, semiconductor processes andmolecular electronics. In addition, we can simulate chemical
reactions on cosmic dust with laboratory experiments inultrahigh vacuum at low temperature. We have utilized
surface vibrational spectroscopy, photoelectron spectroscopy
and scanning tunneling microscopy in order to investigate
structures, reactions and electronic properties of atoms andmolecules on surfaces. Synchrotron radiation (UVSOR, KEKPF, SPring8) is also used to study electronic structure of surface
and interface.

特有の構造や物性が現れることだけではない。外部から
原子・分子を自在に表面に供給し、新しい物質を構築できる「反応場」として利用できることが特長である。最近では、原子・分子レベルで制御されたナノマテリアル（例えば、サイズの整ったクラスター、異方性の強い低次元化合物、配向の特定された分子凝集系など）や，
ナノスケー
ルで人工デバイス構造を作製することも可能になってきた。原子スケールで反応を制御するためには，表面における物質移動や反応などを理解することが不可欠である。
表面ダイナミクスの研究は、触媒反応・半導体プロセス・
分子エレクトロニクスと密接に関連しており、宇宙における分子進化についても手がかりを与えてくれる。当研究室では、表面や界面における原子・分子の動的挙動、
表面ナノ物質の構築および表面界面の電子物性を、表面
振動分光、光電子分光などの表面分光法と走査型トンネ
ル顕微鏡を駆使して研究している。また、必要に応じてシンクロトロン放射光（UVSOR、KEK-PF、SPring8）を用いた実験も行っている。

20 K の Rh(111) 表面における水分子の過渡的拡散とクラスターの形成過程のモデル

Si(100)c(4×2) 表面に位置選択的に吸着した 2 メチルプロペンの STM 像

STM image of the regioselective cycloaddition reaction of
2-methylpropene with the asymmetric dimer on Si(100)c(4×2)

Transient diffusion and cluster formation of water molecules
on Rh(111) at 20 K

研究テーマ Research Subjects
1. 有機分子＝半導体表面ハイブリッド系の構築と吸着分子の電子物性
Organic molecules on Si surface as novel hybrid systems
2. 金属表面における原子・分子の動的過程の研究
Dynamical processes of atoms and molecules on metal surfaces
3. 水分子と表面の相互作用；氷の表面界面における化学反応
Surface and interface chemistry of ice
4. 放射光分光による表面および界面の電子状態
Investigation of electronic states at surface and interface

38
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ナノスケール物性研究部門 Division of Nanoscale Science
http://hasegawa.issp.u-tokyo.ac.jp

長谷川研究室Hasegawa Group

走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（Ａ

准教授

長谷川

助

江口

幸雄

Associate Professor Yukio HASEGAWA

教

Research Associate

豊明

Toyoaki EGUCHI

Using scanning tunneling microscope (STM) and atomic
force microscope (AFM), we investigate the properties of atoms
and electrons on surfaces with an aim of finding new physics innanometer scales.
Eliminating thermal fluctuations and disturbances, lowtemperature STMs allow us to measure surface electronic states
locally with very high energy and spatial resolutions and tocontrol them precisely by arranging individual atoms on surfaces
with the probe tip. Using the setups, we have observed electron
standing waves, screened potential and the Friedel oscillation,and the superconducting gap of individual nano-size particles.
By improving a force sensitivity of the AFM probe to theultimate level, we achieved the world-best high resolution AFM
imaging, and now use it for measuring surface electrostatic
potential accurately in a nanometer scale spatial resolution.
We are also engaged in developments of probe microscopes
under various extreme conditions, such as, ultralow temperature,high magnetic field, or under an irradiation of synchrotron
radiation light, and new functional and analytical methods withprobes such as AFM lithography.

ＦＭ）など探針（プローブ）を用いた顕微鏡を主たる手法として、表面での原子構造や組成・電子物性のナノス
ケール計測・物性評価を行うとともに、それらの制御を目指して研究を進めている。
ＳＴＭでは、液体ヘリウム温度以下の熱擾乱を抑えた条件下での顕微鏡操作により、原子を一つずつ動かし任意形状に配列させることによる表面電子状態の制御技術や高精度での局所電子状態測定技術などを駆使し、電子
定在波や遮蔽ポテンシャル・フリーデル振動、微小超伝導体のギャップ測定など、他の手法では観測不可能な現象の観測評価を行っている。またＡＦＭでは、力検出感度を限界にまで高めることにより世界最高分解能での表面原子像観察を可能とし、原子間力計測や表面電位（ポテンシャル）分布の精密測定に応用している。
超低温・磁場中・放射光下といった特殊環境下でのプローブ顕微鏡の開発、プローブ顕微鏡を使ったナノリソ
グラフィー法の確立、新たなプローブ分析手法の探索にも積極的に取り組んでいる。

銅 (111) 表面のＳＴＭ像。表面電子状態が表面上のステップや欠陥構造に散乱されて、電子定在波（周期：1.4 nm）を形成している。

STM による原子マニピュレーション。銅 (111) 表面上で銅原子を一つずつ移動させ、M の文字を書いている。観察領域の大きさは 8nm × 8nm。

An STM image of Cu(111) surface. Electron standing waves, which areformed as a result of scattering and interference of surface electronic statesby steps and surface defects, are observed. The wave length of the oscillatory
structure is 1.4 nm.

Atomic manipulation by STM: an alphabetical character of "M" is writtenwith 11 Cu atoms on Cu(111) surface. The size of the observed area is 8 nm
× 8 nm.

研究テーマ Research Subjects
1. 低温 STM による電子定在波・フリーデル振動など表面電子状態の研究
Low temperature STM on surface electronic properties by observation of electron standing waves and the Friedel oscillation
2. STM によるナノサイズ粒子の超伝導特性に関する研究
Superconductivity of nano-size particles by STM
3. AFM を用いた表面ポテンシャル測定・電気抵抗分布測定
Measurements of surface potential and electrical conductance by AFM
4. 新しいプローブ手法の開発とそれによる新奇の物性探索
Developments of new probe microscopes and its applications for exploring novel properties of materials

39
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ナノスケール物性研究部門 Division of Nanoscale Science
http://lippmaa.issp.u-tokyo.ac.jp

リップマー研究室
Lippmaa Group

遷移金属酸化物は類似な構造をもつ化合物ながら多種

准教授

リップマー

助

大西

Associate Professor Mikk LIPPMAA

教

Research Associate

ミック

剛

Tsuyoshi OHNISHI

Transition metal oxides are well known for the large variety
of different electronic ground states that occur in structurally
similar compounds. Transitions between electronic states
can often be induced by changing the carrier density in oxidematerials.
We study carrier density dependent phase transitions inoxides by constructing field-effect devices, in which the carrier
concentration of a thin interface layer can be modulated byapplying an external electric field. In particular, we study thetransport behavior of devices based on SrTiO3, which can be an
insulator, a semiconductor, a metal, or even a superconductor,
depending on dopant density. In our case, we have successfully
demonstrated that field-effect doping can be used to generatea metal-to-insulator transition in a simple transistor structure.
Even a normal-to-superconductor transition can be induced,
when a ferroelectric film is used for generate a sufficiently highlocal electric field.

多様な電子的基底状態を示す。その電子状態遷移は多くの場合キャリア密度の変化によって引き起こされる。
本研究室では電界効果デバイスを作製することによって、キャリア密度に依存する酸化物の電子的相転移の研究をしている。電界効果デバイスでは外部電界印加により界面層のキャリア濃度を変調できる。特に、ドーパン
ト濃度によって絶縁体、半導体、金属、そして超伝導体にもなる SrTiO3 の輸送特性に注目している。これまでに簡単なトランジスタ構造を作製することにより、金属 絶縁体転移が電界効果ドーピングによって誘起できることを実証した。さらに、局所的な強電界を発生できる強誘電薄膜を用いると金属 - 超伝導転移も引き起こすことができる。

SrTiO3 電界効果トランジスタにおけるシート抵抗の温度、ゲート電圧依存性。1.3
V の臨界ゲート電圧を境に絶縁相から金属相へ転移する。この時の SrTiO3 ／絶縁体界面でのシートキャリア密度は 2 × 1012 cm–2 である。

Nb ドープ SrTiO3 薄膜の超伝導転移温度変調。Nb ドープ SrTiO3 薄膜の上に成長した強誘電性 Pb(Zr,Ti)O3 薄膜の自発分極方位を入れ替えることで転移温度変調に必要な電界を発生した。

Sheet resistance of a SrTiO 3 field-effect transistor as a function oftemperature and gate bias. The device shows a transition from an insulatingstate to a metallic state at a critical gate bias of 1.3V, which corresponds to asheet carrier density of 2×1012 cm–2 at the SrTiO3 / insulator interface.

Modulation of the superconducting transition temperature in a Nb-doped
SrTiO3 film. The necessary electric field was generated by changing thepoling direction of a ferroelectric Pb(Zr,Ti)O3 film that was grown on top of
the SrTiO3 film.

研究テーマ Research Subjects
1. 酸化物へテロ界面での薄膜成長ダイナミックス
Thin film growth dynamics at oxide heterointerfaces
2. 酸化物ナノ構造の作製
Growth of oxide nanostructures
3. 酸化物電化効果デバイス
Oxide field-effect devices

40
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ナノスケール物性研究部門 Division of Nanoscale Science

小林研究室

客員准教授

Visiting Associate Professor

小林伸彦

Nobuhiko KOBAYASHI

Kobayashi Group

ナノメータースケール系の伝導現象の理論研究を行っTransport phenomena in nanometer scale systems are main
subjects of our theoretical research. The analyses of the transport
in nanoscale systems, where quantum effects are dominant,are important not only from viewpoints of basic science but
also technological applications towards nanoelectronics. The
progress in the theoretical approach for the analyses is also
necessary. Therefore, we study theoretically quantum transport
in nanoscale systems such as atomic wires, single moleculesand carbon nanotubes to discuss nanoscale devices, moleculardevices, and nanoscale transistors. Furthermore, we study thedensity functional theory in non-equilibrium systems, thefirst-principle approach to quantum transport, and the O(N)algorithm.

ている。このナノスケール系の伝導現象は、量子効果が顕著に現れ、基礎科学として学術的に興味深いとともに、ナノエレクトロニクスに代表されるように将来のエレク
トロニクス応用のためにも解明するべき重要な課題である。また、それを解析するための電子状態計算理論、シミュ
レーションのための計算理論の発展も必要である。そのため、原子細線、単一分子、カーボンナノチューブ等のナノスケール系の電気伝導特性の理論・シミュレーショ
ン解析を行い、それらを応用したナノスケール素子、単一分子素子、ナノスケールトランジスタの研究を行うとともに、そのための理論的方法論として非平衡系の密度汎関数理論、量子輸送特性のための第一原理電気伝導計
算法、計算時間が原子数の比例で抑えられるオーダーＮ計算法等の研究を進めている。

ナノスケール物性研究部門 Division of Nanoscale Science

ロッセイ研究室

外国人客員教授

Visiting Professor

ロッセイ

フェデリコ

Federico ROSEI

Rosei Group

我々は、無機物と有機物からなるナノ構造物質の成長，My research program focuses on the growth, processing andcharacterization of nanostructured materials. Such materials
have dimensions in the range 1–100 nm, and exhibit new
properties because of their reduced dimensionality. We study
inorganic as well as organic nanostructures. The systems
we investigate include Ge nanostructures grown on Silicon
substrates, Germanium and Silicon nanoclusters embedded ina Silicon oxide matrix, supramolecular assemblies, molecularswitches, metal nanostructures, metal carbides, carbon
nanotubes, ferroelectric nanostructures and nanostructured
biocompatible materials. We have developed a nanostencil
lithography technique to control the positioning of complex
oxide nanostructures on a substrate. Finally, we have developed
a technique based on photoemission electron microscopy whichyields chemical mapping with nanoscale resolution.

作成およびその物性に焦点をあてて研究を行っている。
それらの大きさは 1-100 nm のサイズであり、その低次元性により新奇な性質が発現している。現在は、シリコン基板上のゲルマニウムナノ構造、シリコン酸化物中のゲルマニウムやシリコンのナノ粒子、超分子複合体、分子スイッチ、金属ナノ構造、金属炭化物、カーボンナノ
チューブ、強誘電体ナノ構造および生体適合性物質などに興味をもっている。また、基板上に任意の複合酸化物
ナノ構造を作成する技術として、ナノステンシル法を開発した。さらに、ナノサイズの分解能をもつ化学分析手法として、光電子顕微鏡を用いた方法も開発している。

41
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

ナノスケール物性研究部門 Division of Nanoscale Science

ブリック研究室

外国人客員教授

Visiting Professor

ブリック

Robert BLICKロバート

Blick Group

物性研究所において、勝本グループと協力して、新しDuring my visit at the ISSP I collaborated with the
Katsumoto group on developing a new class of doped nanoelectromechanical systems – or D-NEMS [1]. In contrast to
earlier approaches which focus on rather simple mechanicalresonators, we began a comprehensive study of the growth,
structuring, and application of ultra-thin doped membranes.
In this context the term doped refers to the inclusion of a lowdimensional electron gas or several layers of high mobility
carriers (electrons and/or holes) into the membrane by using
molecular beam epitaxy. With the first grown substrates we
optimized the layer sequence to achieve the highest possible
electron mobility. In order to minimize the membrane thinness
at the same time, only a single doping layer is integrated. Thisapproach we are exploiting to study ballistic electron transport
in plane and curved geometries. Especially, non-conventional
geometries such as tubes and ribbons are of great interest forstudying the influence of topology on two-dimensional electron
systems [2].
[1] D.V. Scheible et al., ‘Doped Nano-Electromechanical
Systems’, submitted to Rapid Research Letters, August (2007).
[2] N. Shaji et al., Applied Physics Letters 90, 042101 (2007).

い「ドープされた機械的ナノ構造」(D-NEMS) の開発に取り組んだ [1]。これまでの NEMS 研究では、機械的な共振器としての興味が中心であったが、我々は基板のない半導体薄膜にドーピングを施したものを対象として、機械的のみならず、結晶成長、構造、伝導デバイスへの応用を総合的に研究しようとするものである。ここで、「ドーピング」とは、拡散ばかりでなく、分子線エピ
タキシを用いた変調ドープやヘテロ構造により、２次元
電子系や量子井戸を作り出すことをも含む。手始めに、NEMS 構造内での２次元電子系の移動度を最大とするための積層構造の検討を行っている。懸架薄膜をできるだ
け薄く取るため、単一ヘテロ接合を検討している。この研究においては、面の曲率が弾道的な伝導に及ぼす影響を調べている。特に、チューブ型、あるいはリボン型の試料は、２次元電子に対するトポロジーの影響を調べる
上で興味深い。

42
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

極限環境物性研究部門
Division of Physics in Extreme Conditions
物質を超低温、超高圧、強磁場、などの極限環境におくと、通常の状態とはまったく異なる性質を示す様になる。超低温における超流動や超伝導現象、超高圧における構造相転移や絶縁体・金属転移，強磁場における磁気相転移などが良く知られた例である。これらの著しい現象
は、しばしば従来の理論の枠組みの変更を促し、物性研究の新しい局面を切り開くものである。
物性研究所では、これまで多年にわたり各種の技術開発を行い、200 万気圧を越える超高圧、数 10 マイクロケルビンにおよぶ超低温、毎秒１回転の核冷凍システムなど世界最高水準の極限環境の実現に成功し、それらの下で多くの新しい現象を見出してきた。当部門では、これまで蓄積された技術をさらに発展させ、極限的な領域での物性を開拓するとともに、これらの極限環境と超伝導磁石による定常強磁場を組み合わせた多重極限環境での新しい物性研究を行っている。主な研究対象としては、
1）超低温・強磁場下の低次元量子流体・固体
2）回転する超流動ヘリウム、超流動固体
3）有機伝導体や半導体の低次元・メゾスコピック系
4）多重極限下における相関の強い 4f ・5f 電子系

教

This division is organized to pursue the studyof physical properties of condensed matters under
extreme conditions such as ultra-low temperatures,
ultra-high pressures combined with steady highmagnetic fields up to 20 T. In addition to these
individual extreme conditions, physics under multiple
extreme conditions is also emphasized. Under these
conditions, novel phenomena, which cannot be
understood in terms of existing theories and thus
stimulate the creation of new concepts, are expected.
Discoveries of such phenomena have often opened up
new horizons in material science. Many outstanding
instruments developed in this division, for example,
are those which produce low temperatures down to a
few tens of µK, high pressures up to 200 GPa and highspeed rotation of cryostats at over 6 rad /sec. Thesemachines are frequently used in collaboration withmany scientists from all over Japan and abroad. Someof the main subjects are as follows,
1) Low dimensional quantum solid and liquid
under ultra-low temperatures and high magnetic
fields.
2) Liquid He in confined geometries under rotation,a possible supersolid 4He.
3) Low dimensional or mesoscopic systems suchas organic or semi conductors under ultra-highmagnetic fields.
4) Strongly correlated heavy electron systems suchas 4f or 5f inter-metallic compounds under multiple
extreme conditions.

石本授

Professor

英彦

助

教

山口

明

実

助

教

柄木

良友

Hidehiko ISHIMOTO

Akira YAMAGUCHI

准教授

久保田

准教授

長田

俊人

助

教

鴻池

貴子

准教授

上床

美也

助

教

松林

和幸

准教授（客員）

中島

美帆

技術専門員

五十嵐

技術専門職員内田和人

技術専門職員

中澤和子

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor

Minoru KUBOTA

Toshihito OSADA
Yoshiya UWATOKO

Visiting Associate Professor Miho NAKASHIMA

キュービックアンビル型圧力発生装置。
多重極限状態（低温・強磁場・高圧）での物性測定が可能である。

Research Associate

教授（外国人客員） ジョウ ジエンシー
Visiting Professor

Janishi ZHOU

Cubic anvil high pressure apparatus.
Cryostat for experiment in multiple
extreme condition of at low
temperature, high magnetic filed
and high pressure.

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate

43
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

Yoshitomo KARAKI
Takako KOUNOIKE
Kazuyuki MATSUBAYASHI

武

Takeshi IGARASHI
Kazuhito UCHIDA
Kazuko NAKAZAWA

極限環境物性研究部門 Division of Physics in Extreme Conditions
http://ishimoto.issp.u-tokyo.ac.jp

石本研究室

授

石本

英彦

助

教

山口

明

Professor

Ishimoto Group

温度・磁場・圧力は物質の様相を決める最も基本的な教

Research Associate

Hidehiko ISHIMOTO
Akira YAMAGUCHI

Temperature (T), magnetic field (H) and pressure (P) are themost basic parameters which determine the state of condensed
matter. Particularly our facilities cover the temperatures all theway down to µK produced with a nuclear magnetic refrigerator.
Quest for novel quantum phenomena is carried out in such a lowtemperature region, combined with high magnetic field (< 20T) produced by a superconducting magnet. Main activities areon the experimental verification of basic concepts in condensed
matter physics such as 1) a quest for a new type of superfluidity
or magnetic order in the two dimensional quantum liquid andsolid 2) a spin fluid dynamics in superfluid 3He A1 phase. 3) thequantum tunneling of magnetization in nano-scale molecularmagnets. One of the recent results is a confirmation of gaplessspin liquid ground state in solid 3He adsorbed on graphite whichforms an ideal two dimensional anti-ferromagnetic triangularlattice. Investigation of its ground state in high magnetic fields
is under way. The other work in high magnetic fields is a spin
fluid dynamics in the superfluid 3H A 1 phase. A magnetic
fountain effect has been used to investigate the spin relaxation
phenomena. The results so far obtained suggest the existenceof minute minority spin pair condensate in the A1 phase as isshown in Fig 2.

パラメーターである。当研究室では核冷凍による世界最先端の µK 温度域までの測定が可能で、超伝導磁石による定常強磁場（＜ 20 T）、高圧など他の極端条件とも組
み合わせ、新しい量子現象の発見をめざしている。なかでも最もきれいで量子性の強い低次元量子流体・固体における新しいタイプの超流動や磁気秩序の探索、超流動
ヘリウム A1 相のスピンダイナミックス、ナノスケール分子磁性体での巨視的量子トンネル現象など物性物理における基礎的概念の検証に関する実験を行っている。最近の課題の一つは、グラフォイル界面に吸着された２次元
ヘリウム３である。とくに反強磁性領域の固体ヘリウム
3 は、三角格子による幾何学的形状のみならず多体交換相互作用の競合が存在するフラストレーションの強い系
で、基底状態がスピン液体であることが示唆されている。
10µK までの帯磁率測定からギャップレスであることが確かめられ、現在強磁場中の基底状態の探索が行われている。その他、磁場中でしか存在しない流動ヘリウム 3の A1 相については、磁気噴水効果を用いてスピン緩和の測定が行われ、ほとんど存在しないと言われてきた少数
スピン凝縮対の存在を示唆する結果が得られている。

Fig.2
超 流 動 3He A1 相 (P= 21 bars)
におけるスピン緩和時間

Spin latt ice relaxat ion ins u p e r f l u i d 3 He A 1 p h a s e
a s a f u n c t i on of re du c e dtemperature at 21 bars forvarious magnetic fields. T c1
and T c2 are the transition
temperatures from the normal
to A1 phase and from A1 to A2.
phase.

Fig.1
強磁場・核断熱消磁冷凍機

A large nuclear demagnetization
refrigerator in high magnetic fields.

研究テーマ Research Subjects
1. 低次元ヘリウム３の磁性と超流動
Magnetism and superfluidity in low dimensional 3He
2. 強磁場中の偏極超流動ヘリウム３
Highly polarized superfluid 3He
3. 超低温・強磁場中のフェルミ流体中の荷電粒子
Heavy charged particles in neutral Fermi liquid under high magnetic fields
4. 分子磁性体おける量子磁化トンネリング
Quantum tunneling of magnetization in molecular magnet
5. 金属間化合物の核磁性と超伝導
Enhanced nuclear magnetism and superconductivity in intermetallic compounds

44
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

極限環境物性研究部門 Division of Physics in Extreme Conditions
http://kubota.issp.u-tokyo.ac.jp

久保田研究室

久保田

助

柄木

実

Associate Professor Minoru KUBOTA

Kubota Group固体が超流動になる？

准教授
教

Research Associate

良友

Yoshitomo KARAKISuperfluidity in a Crystal?
Kubota was one of the few people who initiated condensed
matter experiments at micro-Kelvin ultra low temperatures.
Kubota group at ISSP conducts fundamental study on
Superfluidity and Quantized vortices under rotation down to
Ultra Low temperatures at the world highest speed bewlow
1K. Superfluidity is now seen in dilute gases (Bose Einstein
Condensation, BEC), in Quantum liquids, and very recently alsoin Quantum solids. Superfluidity really is a Quantum phenomenaof macroscopic scales. The phenomena of Non ClassicalRotational Inertia (NCRI), where some mass of the matter does
not rotate with its rotating container, has long been thought tobe peculiar to Bose Einstein condensates of certain liquids andgases, but recently it is observed also in bulk solid 4He. Solid
crystals have regular lattice ordering. In addition superfluidity
has an order in the momentum space simultaneously. This is aquantum phenomena at macroscopic scales.
Kubota group studies superfluidity of both fermion
systems (liquid 3He, etc) and Bose systems ( 4He systems, H
systems, etc) under extreme conditions including under theworld fastest rotation and ultra low temperatures. The group
investigates not only known systems of superfluidity, but also
new candidate systems to expect superfluidity and/or new
quantum phenomena. And actually
studying solid He under rotation.
Superfluidity mediated by vacancy
excitations other than solid 4 He
is also of great interest. The groupcooperates with many groups ofnational and international teams
for such activities.

世界で初めてマイクロケルビンの超低温物性実験を行った一人である久保田は、本研究室では超低温までの広い温度範囲と、これまた独自に開発した技術で世界最高速の回転場の下で超流動と量子渦科学の基礎研究を行っている。
超流動現象は今や、希薄な気体 (BEC)、量子液体ばかりでなく、固体ヘリウム等の量子固体においても現実の現象として観測される様になった。これは結晶格子の規則性と超流動の運動量空間での秩序とが共存するという量子力学の世界特有の現象である。が、未だ様々な議論が戦わされている。超流動とは、私たちが目で見る事の出来る巨視的な大きさの系で実現している量子現象である。
「非古典的回転角運動量」を持つと言う。これはミクロな原子の中で電子が原子核の周りを旋回するのと同様に、減衰する事のない量子化した流れを、目に見えるサ
イズで持続する事を意味している。久保田研では世界で初めて固体超流動の渦糸観測を行なっている。
久保田研では、4He( ボーズ粒子 ) 及び 3He( フェルミ粒子 ) 系の超流動を超低温のもと、回転下など極端な環境下に置いて超流動の本質を解明するとともに、固体ヘリウムなどの新たな系での超流動、量子渦系などの量子現象の発見、解明を目指して研究している。この研究には、電荷を持たない超流動体に制御した量子渦糸を生成させるため写真の様な世界にまたとない超低温回転冷凍機を用いて行っている。特殊装置を用いたこれらの実験的な、またその解明のため理論的な国内外のグループとの共同研究が進んでいる。

a) 毎秒６回転の高速回転稀釈冷凍機 , 及び b) 毎秒１回転迄の超
低温回転冷凍機。どちらも世界最高の性能を誇る。

a)ISSP High Speed (up to 6 rev/sec) rotating dilution
cryostat and b)ISSP Ultra low temperature rotating cryostat.
Both of them enjoy the world record high speed.
a)研究テーマ Research Subjects
1. 超流動と量子渦科学の基礎研究
Fundamental study of superfluidity and quantized vortices
2. 新しい超流動と量子現象の探査と解明
Search for new superfluids and quantum phenomena
3. 超低温物性研究
Condensed matter study down to ultra low temperatures

45
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007b)

極限環境物性研究部門 Division of Physics in Extreme Conditions
http://osada.issp.u-tokyo.ac.jp

長田研究室

長田

俊人

助

鴻池

貴子

Associate Professor Toshihito OSADA

Osada Group

低次元・ナノ構造電子系の強磁場伝導物性。微小な空

准教授
教Research Associate

Takako KONOIKE

Transport study of low-dimensional or nano-structure
electron systems under high magnetic fields: To search for new
phenomena in electron systems with small spatial structures, toclarify their mechanisms, and to control them for application.
We have a great interest in quantum effects, topological effects,
or many-body effects relating to commensurability among
electron orbital motions, vortices (magnetic flux), and spatial
structures (topology). The present targets are low-dimensional
conducting crystals (ultra-thin film graphite, TMTSF and
BEDT-TTF families of organic conductors), and artificial
semiconductor and superconductor microstructures fabricatedby advanced processing techniques like MBE or EB. We flexibly
explore new transport phenomena and electronic states byelectric, magnetic, and thermal measurements using precise
field rotation, miniature pulse magnet, MEMS probes, etc. undermagnetic fields and low temperatures.

間構造を持つ電子系が、磁場中で示す新現象の探索・解
明と制御・応用に関する研究を行う。特に電子軌道運動・
磁束（電子渦）・系の空間構造（トポロジー）の整合性に絡んだ量子効果・幾何効果・多体効果に興味がある。
現在の研究対象は超薄膜グラファイト（グラフェン）やTMTSF 系・BEDT-TTF 系有機導体などの低次元導電性
結晶、分子線エピタキシー・電子線リソグラフィー等のプロセス技術を用いて作製した半導体・超伝導体人工ナノ構造などである。全磁場方位依存性の精密計測、小型
パルス磁石による強磁場計測、マイクロマシン素子による微細計測など、低温強磁場下の電気的・磁気的・熱的測定により新しい伝導現象や電子状態に関する研究を機動的に行っている。

100 ナノグラムの微小単結晶試料をセットしたカンチレバーの走査電子顕微鏡像。市販の AFM 用カンチレ
バーを利用して精密磁気トルク測定が可能となった。

Scanning electron microscope
image of the micro-cantilever onwhich a small sample crystal withthe mass of 100ng is mounted.
Precise magnetic torquem e a s u r e m e nt h av e b e c o m epossible using commerciallyavailable AFM cantilever.

半導体超格子の層間磁気抵抗の磁場方位依存性。(a) コヒーレントな層間結合を持つ場合（層間トンネル頻度が散乱頻度より高い場合）。(b) インコヒーレントな層間結合を持つ場合。層状物質の層間磁気抵抗の角度依存性のバックグラウンドの振舞いが層間コヒーレンスの違いに起因することを示した実験である。

Dependence of interlayer magnetoresistance on magnetic field orientations in semiconductor
superlattices. (a)Case of coherent interlayer coupling (interlayer tunneling occurs much frequently
than scattering). (b)Case of incoherent interlayer coupling. This is the experiment which shows that thebackground angle-dependence of interlayer magnetoresistance depends on the coherence of interlayer
coupling in layered conductors.

研究テーマ Research Subjects
1. 超薄膜グラファイトの電子物性Transport properties of ultra-thin film graphite
2. 層状物質の角度依存層間磁気伝導と層間コヒーレンス
Interlayer coherence and angle-dependent magnetotransport in layered conductors
3. 低次元有機導体の磁場中電荷・スピン密度波状態
Charge/spin density waves under magnetic fields in low-dimensional organic conductors
4. 多層量子ホール系のカイラル表面状態
Chiral surface state in multilayer quantum Hall systems
5. 電場磁場中ブロッホ電子系におけるカオスと電気伝導
Chaos and electron transport in Bloch electron systems under magnetic and electric fields

46
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

極限環境物性研究部門 Division of Physics in Extreme Conditions
http://uwatoko.issp.u-tokyo.ac.jp

上床研究室

上床

美也

助

松林

和幸

Associate Professor Yoshiya UWATOKO

Uwatoko Group

高圧力下物性測定は、これまで見いだされている物性准教授
教Research Associate

Kazuyuki MATSUBAYASHIThe group of the high pressure has been studying various
materials at low temperature, under high pressure and in thepresence of high magnetic fields. Nowadays, low temperatureand ultra-high pressure techniques have become popular as
an indispensable method for research in solid state physics.
Through these techniques, the study of strongly correlated
electron systems, which is one of the most important themes inmodern solid state physics, has been undertaken. The creationof such an experimental environment is not always easy andthe development of the techniques itself is often a challenging
attempt. Considering that many mysterious phenomena
observed in the strongly correlated electron systems result fromthe electron-phonon and electron-electron interactions in asolid, we foresee the discovery of various unknown phenomena
under multi-extreme condition, since the degree of theseinteractions strongly depends on the inter-atomic distances andthe density of electronic states.

研究における数奇物性現象の起源解明、さらには新しい事象の発見につながる可能性を内在している魅力的な研究の一つである。特に、強相関電子系物質を研究している研究者を中心とした物性研究に於いては、極低温および強磁場に超高圧力を組み合わせた多重極限環境は、物性研究をする上での多くの情報をもたらす最良の環境であると思われる。しかし、物性研究に求められる、“ 精密さ ”を満足した多重極限を作り出すことは、極めて困難であり、特に、超高圧力発生技術の遅れがその足枷となっている。
当研究室では、超高圧力技術の開発そのものに挑戦的に取り組み、低温や高磁場と同様な手軽さで、高精度の超高圧を発生することを目指し、極低温および定常強磁場を駆使した極限環境下での物性研究を進めている。結晶固体には格子の振動の自由度と、電子の電荷、スピン、軌道という基本的な自由度があり、強相関電子系物質ではこれらが複雑に絡み合いながら種々の相互作用が競合している。
「極低温、超高圧力下で、物質はどの様な性質を見せるのか ? また、その出現機構はどうなっているのか ?」。圧力下比熱、電気抵抗、磁化、X 線回折、中性子回折などの測定を通して下記の研究テーマを進めている。
また、物性研究所の役割の一つである共同利用も活発に行っている。
新 し く 開 発 さ れ た Palm Cubic
Anvil 圧 力 装 置。 重 量 が 従 来 の10 分の 1 になったが、発生圧力は従来と同様に 8 GPa 程度発生することが可能である。

圧力誘起超伝導体 CeRhSi3 の圧力下比熱測定の結果。1.1 GPa 以上の圧力下において超伝導転移に伴う新しいピークが出現した。加圧とともに超伝導転移温度は上昇している。本研究により、CeRhSi3 の圧力誘起の超伝導相がバルクなものであることが明らかとなった。

The weight became 10 times
smaller than the Old Cubic
A nv i l app ar atus , but c angenerate up to 8 GPa, as sameas the previous one.

A result of specific heat measurements under high pressure on
the pressure induced superconductor CeRhSi 3 . A new peak
due to superconducting transition appears at P = 1.1 GPa. The
superconducting transition temperature rises with increasingpressure. In this study, it became clear that pressure-induced
superconductivity of CeRhSi3 is a bulk property.

研究テーマ Research Subjects
1. 多重極限環境下での新規物性現象の探索
Search for new physical phenomena under multi-extreme conditions
2. 強相関系物質における圧力誘起相転移の物性研究
Study of the pressure induced phase transitions in strongly correlated electron systems
3. 多重極限下における精密物性測定手段の開発
Development of the physical property measurement systems under the multi-extreme conditions
4. 10 GPa 級超高圧力発生技術と極低温精密物性測定
The 10 GPa-class high pressure generating technology and the physical property measurements in the dilution
refrigerator temperature range

47
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

極限環境物性研究部門 Division of Physics in Extreme Conditions

中島研究室

客員准教授

Visiting Associate Professor

中島

美帆

Miho NAKASHIMA

Nakashima Group

有効質量が電子の質量の 100 ～ 1000 倍にもおよぶ準Strongly correlated electron system not only interest us
by verious phenomena but also compel us to change theconventional model of superconductivity after the discovery
of superconductivity in the systems. Because the origin ofstrong electron correlation is the Coulomb repulsion among
electrons, electron pairs mediated by lattice vibration (phonon)
is unlikely in this system, it is required new mechanism forpairing the electrons. Moreover, superconductivity appears
with application of high pressure in some cerium anduranium compounds, which is called “pressure-induced
superconductivity”. It means that we can control the strongly
correlated electron systems and superconductivity by changing
lattice constants of the compounds with applying high pressure.
The goals of our laboratory are the discovery of new pressureinduced superconductor and coming out the truth of thesuperconductivity in strongly correlated system.

粒子状態を形成する重い電子系（強相関系）物質はそれだけで興味深い現象であるが、さらに、重い電子系における超伝導の発見は、それまでの超伝導理論を大きく揺るがすものであった。重い電子系の起源は、クーロン反発力により電子同士が互いに避けあう効果（電子相関）であり、この強い相関のなかでは、格子振動を媒介として電子対が形成されることは考えられず、新しい電子対の形成機構が必要となるからである。さらに、あるセリ
ウム化合物やウラン化合物の中に、高い圧力をかけてはじめて超伝導が出現する物質（圧力誘起超伝導体）が発見されている。これは圧力によって原子間距離を縮める
ことで人工的に重い電子系をつくりだし、さらに超伝導を出現させていることになる。この研究室では新しい圧力誘起超伝導体の発見を第一目標にし、重い電子系超伝
導の真の姿に迫ろうとしている。

極限環境物性研究部門 Division of Physics in Extreme Conditions

ジョウ研究室

外国人客員教授

Visiting Professor

ジエンシー

Jianshi ZHOU

ジョウ

Zhou Group

これまで、我々の研究室ではペロブスカイト構造を示For years, we have focused on the transition-metal oxides
RMO3 ( R= rare earth) with the perovskite structure which
exhibit many interesting transport and magnetic properties.
The tilting systems of the octahedral-site rotations in theorthorhombic perovskite structure can accommodate complex
charge orderings, spin orderings, and orbital orderings.
Moreover, the intrinsic octahedral-site distortion biases
strongly the physical properties. The octahedral-site tilting anddistortions can be adjusted continuously either by the rare-earth
substitution or hydrostatic pressure. The chemical substitution
makes it possible for a specific interplay between spin, orbital,and charge orderings to occur whereas hydrostatic pressure
allows to reveal the physical properties associated with theinterplay more precisely. This approach is exemplified in the
study of orbital/spin orderings for the RVO3. In order to reachthe research goals, we have setup facilities including crystal
growth, high-pressure synthesis, material characterization, andmeasurements of physical properties under pressure.

す遷移金属酸化物 RMO3(R= 希土類金属 ) を中心に研究を進めてきた。この斜方晶ペロブスカイト構造に存在す
る八面体サイトの配置角度の状態により、電荷秩序、スピン秩序そして軌道秩序と言った複雑な現象が起こる。
また、これらの現象はこの八面体サイトのひずみ具合にも影響される。この配置角度およびひずみの大きさは、希土類金属の置換や静水圧力によって制御できる。希土類金属を置換した時の研究は、RVO3 においてなされ、成功を収めた。さらに研究を深めるため、上床研究室と協力し静水圧力下での物性研究を行い、上記現象の起源を明らかにする。

48
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

先端分光研究部門
Division of Advanced Spectroscopy
先端分光部門では、X 線からテラヘルツにいたる幅広いエネルギー範囲において、新しい分光計測手法や先端的な光源を開発し、それらを用いた物性研究を行っている。柏キャンパスにおいては、大規模なクリーンルームと除振床を設置した先端分光実験棟を有し、極限的性能を持つレーザーの開発や、レーザーを用いた物性研究を行っている。また、シンクロトロン放射光を用いる実験は、フォトンファクトリー（筑波）、SPring-8（兵庫県）などに恒常的に装置を設置して行っている。
現在、主なテーマとして、・超短パルス高出力レーザーによる高光電場
下の物理と、アト秒パルス発生の研究
・高出力レーザーによる高密度プラズマを用いた軟 X 線レーザーの開発
・超高速分光による波束ダイナミクスと光誘起相転移の研究・超微細低しきい値量子細線半導体レーザーの開発と顕微分光、ホタル生物発光の研究
・高分解能光電子分光、軟 X 線発光、共鳴逆光電子分光を用いた固体の電子状態の研究
・X 線光学、X 線回折・散乱を利用した表面・界面・ナノ構造の研究などを推進している。

Light is a versatile tool for investigation of thematerials such as semiconductors, metals, organicand biological materials as well as strongly-correlated
electron systems. Recent developments in lasers
and electron accelerators along with the novel
measurement techniques have been providing us
innovative experimental tools.
Our division is responsible for the advanced
spectroscopy applied to material researches and also
the development of new coherent light sources basedon laser technology over a wide spectrum range from
X-ray to terahertz. Most of the research activities
on the development of new lasers with an extreme
performance and the application to material scienceare directed in a specially designed building with alarge clean room and an isolated floor in Kashiwa
Campus. The experiments utilizing the synchrotron
radiation are performed at beamlines in Photon
Factory (Tsukuba) and SPring-8 (Hyogo).
The main current subjects are as follows:•Physics under ultra-high optical field andattosecond pulse generation.
•Development of advanced soft X-ray lasers andrelated physics under ultra intense radiation.
•Ultrafast dynamics of wave-packets and photoinduced phase transitions.
•Ultra-thin low-threshold quantum-wire lasers,and firefly bioluminescence.
•Study on ultra-high resolution photoemission andsoft X-ray emission spectroscopies.
•Study of X-ray optics, surfaces, interfaces andnano-materials by X-ray scattering/diffraction.

教

授

渡部

俊太郎

助

教

足立

俊輔

教

授

末元

徹

助

教

中嶋

誠

教

授

辛

助

教

石坂

香子

教

授

高橋

敏男

助

教

白澤

徹郎

准教授

黒田

寛人

助

教

馬場

基芳

准教授

秋山

英文

助

教

吉田

正裕

准教授（客員）中嶋隆

技術専門職員金井輝人

技術専門職員橋本

光博

Professor
Professor
Professor
Professor
Associate Professor
Associate Professor

Shuntaro WATANABE
Tohru SUEMOTO

埴Shik SHIN
Toshio TAKAHASHI
Hiroto KURODA
Hidefumi AKIYAMA

Visiting Associate Professor Takashi NAKAJIMA

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Technical Associate
Technical Associate

Shunsuke ADACHI
Makoto NAKAJIMA
Kyoko ISHIZAKA
Tetsuroh SHIRASAWA
Motoyoshi BABA
Masahiro YOSHITA
Teruto KANAI

Mitsuhiro HASHIMOTO

49
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

先端分光研究部門 Division of Advanced Spectroscopy
http://watanabe.issp.u-tokyo.ac.jp

渡部研究室

授

渡部

俊太郎

助

教

足立

俊輔

Professor

Watanabe Group超短パルス ( サブ 10 フェムト秒 ) 高出力 (20 TW 級 )教

Research Associate

Shuntaro WATANABE
Shunsuke ADACHI

Development of ultrashort high-power lasers and its
application to multiphoton processes such as ionization andhigh-order harmonic generation is being performed. Coherent
XUV and soft X-ray radiation by high-order harmonics is used
for nonlinear, time-resolved spectroscopy.
The wavelength of harmonics reaches down to thewater window (4.4 nm) and the pulse width is as short as
femtoseconds (10-15 s). The peak brightness is much higher thanthat of synchrotron radiation.
Based on this advantage, two-photon above thresholdionization in rare gases has been observed for the first timein the XUV region (25-28 eV). In addition, attosecond pulses(860 as) have been generated by using the 9th harmonic of aultrashort (~8 fs), blue (400 nm) laser and the pulse shape andphase were determined uniquely by frequency-resolved opticalgating (FROG) using two-photon above-threshold ionization.
This will open the door to nonlinear, time-resolved spectroscopy
in the XUV and soft X-ray regions.

高繰り返し (5 kHz) レーザーの開発とそれを用いた超高光電場 ( 原子内電場の 100 倍 ) と物質の相互作用の研究を行っている。特に、高次高調波を用いたコヒーレント
XUV、
軟 X 線の発生とそれを用いた固体分光の研究を行っている。
高次高調波の次数は 300 次以上に達し、その波長は水の窓 (4.4 nm) に至る。しかも放射光と異なり、超短パル
スでコヒーレントな光源である。この性質を利用し、軟X 線領域のフェムト秒非線形分光、時間分解分光の研究を展開している。
最近 XUV 域 ( 光子エネルギー 25-28 eV) において希ガスの２光子超閾イオン化を初めて観測した。超短パルス(8 fs) ブルーレーザー (400 nm) の９次高調波により 860
アト秒のパルス ( アト秒：10-18 秒 ) を発生し､ ２光子超閾イオン化を用いた周波数分解光ゲート法 (FROG) により、波形と位相を同時に決定することに成功した。これは XUV 域の非線形・時間分解分光への重要な一歩である。

周波数分解光ゲート（FROG）法によるアト秒パルスの測定

Attosecond pulse measurement by frequency-resolved optical gating.
2 分割した高調波 (28 eV) の遅延を変えて得られる 2 光子超閾イ
オン化の電子スペクトル。10 階調の等高線で表してある。

Fig.1 から再生したアト秒パルスの波形 ( 青 ) と位相 ( 赤 )。破線はフーリエー
限界パルス。

Electron spectra of two-photon above-threshold ionization
versus optical decay between two harmonic replicas (28 eV).
The map was expressed by contours with 10 steps.

Pulse shape (blue) and phase (red) retrieved from Fig.1. The dashedline corresponds to the Fourier transform-limited pulse.

研究テーマ Research Subjects
1. 超短パルス高出力レーザーの開発
Development of ultrashort, high-power lasers
2. 多光子過程（高次高調波、多光子イオン化）の研究
Research on high-order harmonics and multiphoton ionization
3. XUV、軟 X 線領域のフェムト秒非線形・時間分解分光
Nonlinear, femtosecond spectroscopy in the XUV and soft X-ray regions
4. XUV、軟 X 線アト秒パルスの発生
Attosecond pulse generation in the XUV and Soft X-ray regions

50
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

先端分光研究部門 Division of Advanced Spectroscopy
http://suemoto.issp.u-tokyo.ac.jp

末元研究室

授

末元

徹

助

教

中嶋

誠

Professor

Suemoto Group

レーザー技術の発展によりさまざまの超短パルス光源教

Research Associate

Tohru SUEMOTO
Makoto NAKAJIMA

Various ultrafast laser sources have been invented anddeveloped recent days. However, it is essential to develop
corresponding measurement techniques including control of thesample condition, when we want to fully utilize the advantagesof the advanced laser sources. The aim of our group is not only
to achieve highest records but also to apply the newest ultrafast
spectroscopy techniques to wide range of materials. For thispurpose, we prepared tunable short pulse sources along with low
temperature, high magnetic field and microscope facilities. Our
main interest is the dynamics of electron-phonon relaxation,
magnetic ordering and photo-induced phase transitions. Socalled "time-domain spectroscopy" is the highlight of the present
activity. We can observe the atomic vibration including the phase
information and the time evolution of the wave packet shapeby using ultrafast luminescence and reflection measurements.
Recently, we initiated terahertz pump & probe spectroscopy to
study the dynamics of photoinduced phase transitions.

が実現されているが、物性研究においてその性能を十分に発揮させるには、光源以外の周辺技術の開発が重要である。当研究室では、極限的な物性測定を追及すると同時に、幅広い物質群に新しい超高速分光方法を適用することを目標としている。このために、波長可変光源、低温測定、磁場下測定、顕微測定装置などの整備を進めている。現在、電子格子緩和、磁気秩序形成、光誘起相転移など興味ある現象をダイナミクスの視点から研究しているが、最も重点をおいているのは、素励起スペクトルを時間領域で観測する「実時間領域分光」である。(i) 和周波ゲートによる発光の時間分解、(ii) 反射プローブによるコヒーレント励起分光により、原子の振動、波束形状の時間発展などを超高速で追跡することができるようになっている。さらに、テラヘルツ電磁波を用いたポンプ・
プローブ時間分解分光法による光誘起相転移のダイナミ
クスの研究を開始している。

擬１次元白金錯体（Pt-Br 系 ) における自己束縛励起子発光の時間応答から得られた波束の軌跡。発光エネルギーの 0.6 eV は Br イ
オンの約 0.2 Å の実空間振幅に対応している。垂直の断面は波束の形状 |Ψ|2 を表す。

Trajectory of the wave-packet obtained from the timeresolved luminescence data of self-trapped excitons inplatinum complex (Pt-Br). Photon energy of 0.6 eV
corresponds to about 0.2 Å in real space amplitude. The
vertical cross-section shows the wavepacket shape |Ψ|2.

研究テーマ Research Subjects
1. 超高速発光分光による波束運動の実時間観測とアトミック ･ ムービーの制作
Atomic movie based on ultrafast luminescence spectroscopy
2. 疑一次元金属錯体における励起子緩和
Exciton relaxation process in quasi-one-dimensional metal complexes
3. 光誘起相転移のダイナミクス
Dynamics of photoinduced phase transitions
4. テラヘルツ電磁波による時間分解分光
Time-resolved spectroscopy using terahertz radiation

51
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

先端分光研究部門 Division of Advanced Spectroscopy
http://shin.issp.u-tokyo.ac.jp

辛研究室

教

授

辛

助

教

石坂

Professor

Shin Group

Research Associate

紫外光から軟Ｘ線のエネルギー領域の光物性を開拓す

埴Shik SHIN香子

Kyoko ISHIZAKA

The electronic structure of the materials is studied by using
vacuum-ultra-violet light and soft X-ray. Especially, we aredeveloping laser-photoemission spectroscopy. Ultra-highresolution laser-photoemission spectroscopy has been developed
and we obtained about ∆E=0.36 meV. This is the highest
resolution of the world in the photoemission spectroscopy.
Ultra-high resolution photoemission spectroscopy is closely
related with the transport properties of the solids. We observed
superconducting gaps and pseudo-gaps of the strongly
correlated materials. We are also developing the new timeresolved photoemission spectroscopy in order to know thephoto-induced phenomina.
We study the baio-materials, such as protein and DNA.
The electronic structures of these materials are closely relatedwith the functions of the biomaterials. Soft X-ray emission
spectroscopy is very powerful for the study of these materials.

ることによって、固体の電子状態の研究をしている。特に、近年は紫外レーザーを光源として用いた光電子分光を開発しながら物性研究を行うことに力を入れている。
新たに開発されたレーザー光電子分光は 0.36 meV のエネルギ－分解能を有し、世界最高である。光電子分光
は物質の物性を決定するフェルミ面近傍の電子状態を知ることのできる極めて有力な方法である。超伝導体や強相関物質のギャップや擬ギャップ等を観測し、輸送現象に直接関係した電子状態を知ることができるようになった。一方、レーザーの時間的特性を利用してフェムト秒
領域の時間分解光電子分光法を開発して、遷移金属化合
物、有機物、半導体などの光誘起現象によるダイナミクスを研究している。
一方、タンパク質等の生体物質の電子状態は化学結合状態と深く関係し、タンパク質の機能性を研究する上で極めて重要である。軟Ｘ線発光分光を用いて、この様な研究が初めて可能になってきた。蛋白中の遷移金属の果
たす微妙な役割や、ＤＮＡの持つ動的な機能性の研究を始めている。

光電子分光で観測した１次
元有機伝導体 TTF-TCNQ のフェルミ面の温度変化

Temperature dependenceof the Fermi surface of the
one-demensional organic
conductor TTF-TCNQ

世界最高のエネルギー分解能を持つ極超高分解能光電子分光装置

The experimental system for the laser-photoemission spectroscopythat has the highest resolution of the world

研究テーマ Research Subjects
1. 極超高分解能のレーザー光電子分光による超伝導体、低次元物質、新物質等の電子状態の研究
Ultra-high resolution laser-photoemission study on the superconductors and the low dimensional materials
2. レーザーを用いた時間分解光電子分光による光誘起現象の研究
Time-resolved laser-photoemission study on the photo-induced phenomina
3. 軟Ｘ線発光分光により、生体物質等の電子状態の研究
Soft X-ray emission study on the biomaterials

52
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

先端分光研究部門 Division of Advanced Spectroscopy
http://ttaka.issp.u-tokyo.ac.jp

高橋研究室

授

高橋

敏男

助

教

白澤

徹郎

Professor

Takahashi GroupＸ線などの回折・散乱の基礎研究とその応用。とくに教

Research Associate

Toshio TAKAHASHI
Tetsuroh SHIRASAWA

Fundamental studies on X-ray and neutron diffraction, inparticular intended for the development of new methods tosolve the structure of surfaces, interfaces and nano structuresby using interference phenomena. For instance, we have been
studying the surface structure and phase transition of metals
on semiconductor systems using synchrotron X-ray diffraction.
We have been also developing new methods to solve the phaseproblem. Methods utilizing interference phenomena and manybeam conditions in surface X-ray diffraction have been applied
to solve surface and interface structures.

干渉現象を利用して、結晶の表面や界面の構造、ナノ構
造などを解明する方法の開発を行い、その結果を利用して興味ある試料について新しい知見を得ている。
たとえば、表面Ｘ線回折法を利用して半導体表面上の金属２次元構造や１次元鎖状構造の解析、およびそれらの相転移の研究を行っている。また、位相問題に関する研究も進めている。回折散乱の実験では、観測されるのは散乱波の振幅ではなく強度である。このため、散乱波が本来もっていた位相情報が消えてしまうという位相問
題が発生する。この位相問題は、結晶の構造解析では直接法などによりかなり解決しているが、表面や界面ではまだ研究が進んでいない。表面Ｘ線回折において干渉効
果や多波回折条件を利用する方法、蛍光Ｘ線ホログラフィなどの研究を行っている。
他方、Ｘ線レーザの開発とともに今後の発展が期待される非線形光学現象の研究を進めている。

Si(111)-6×1-Ag 表面で観測された CTR 散乱。鏡面反射に相当する 00 ロッドに沿った積分
回折強度。横軸はロッド上の点を指定する指数で、l=3、l=9 は、それぞれ、Si 基板の 111、
333 ブラッグ点に相当する。それぞれのブラッグ点の前後で非対称な強度変化をしている。
この結果を解析すると Ag 原子は Si 基板の Si ２重層を基準にして 3.1Å の高さに位置していることが分かった。

CTR(Crystal Truncation Rod) scattering obtained for the Si(111)-6×1-Ag surface.
The result indicates that Ag atoms locate at 3.1 Å measured from the top of the Si
double layer of the substrate.

Si(111)-6×1-Ag 表面のパターソン図。微小角入射Ｘ線回折法により観測された非整数次反射の積分回折強度より計算された。図の赤い矢印線Ａは、この表面における原子間ベクトルに対応し、Ag-Ag 原子間のベクトルに相当すると考えられる。

Patterson map calculated from integrated intensities observed for the Si(111)-6×1-Ag surface. The arrow in red, indicating
an interatomic vector, corresponds to the vector between two Ag atoms on the surface.

研究テーマ Research Subjects
1. Ｘ線回折を利用した結晶表面・界面構造、ナノ構造の研究
Studies on surface, interface and nano-structures by diffraction/scattering
2. 新しい人工物質の構造評価法の開発
Development of new methods to study the surfaces and interfaces
3. Ｘ線領域における非線形光学など新しい光学分野の開拓
Optical phenomena such as nonlinear optics in X-ray wavelength region
4. Ｘ線回折物理、Ｘ線・中性子光学、干渉計
X-ray diffraction physics, X-ray and neutron optics, and X-ray interferometry

53
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

先端分光研究部門 Division of Advanced Spectroscopy
http://kuroda.issp.u-tokyo.ac.jp

黒田研究室

黒田

寛人

助

馬場

基芳

Associate Professor

Kuroda Group

軟 X 線レーザーや固体高密度ターゲットによるコヒー

准教授
教

Research Associate

Hiroto KURODA
Motoyoshi BABA

We study extensively the physics of generating coherent soft
X-ray using a metal target and soft X-ray lasers. We proposed
and have developed the new scheme of a longitudinal transientcollisionally excited Ni like Mo 18.9 nm laser, which opens a
new trend in soft X-ray laser. We have also developed highly
directive high order harmonic generation (HHG) in soft X-ray
region using a pre-plasma in ablation mode. It is very interesting
as a new physics and also efficiency and other characteristics aredesirable. We showed up to 101st of Ti:Sapphire laser (7.9 nm)
by manganese plasma and found out for the first time a strong
single harmonic enhancement due to resonance effect in In,
Sb, Te, and Te plasma too. We also study the nano-material
formation and controlling by using femtosecond laser system.
We have achieved the production of nano-wires, and nanogratings on the various semiconductor surfaces.

レント軟 X 線の生成および物理の研究を遂行している。
波長 18.9 nm の過渡的縦励起型 Ni 様モリブデン軟 X 線
レーザーの発振に世界で初めて成功し、高度化の追求を行っている。さらに軟 X 線領域における新たな光源として非線形媒質にレーザー励起アブレーションプラズマを用いた高次高調波の発生とその特性評価を行い、非常に興味深い実験結果を得た。また多価イオンを用いて生成する高調波の短波長化にも成功し、バナジウムを用いて
71 次（波長 11.02 nm）、マンガンを用いて 101 次（波長 7.9 nm）の高調波を得ている。同時にインジウム、スズを用いたとき一つの特定次数高調波増強に世界に先駆けて成功し、アンチモン、テルルを用いて更なる短波長化を達成した。レーザーアブレーション法を用いたナノ構造生成の研究も始めており、ナノワイヤー、ナノグレー
ティングの生成をおこなっている。

レーザーアブレーションによるナノワイヤーの SEM 像。レーザーのパラメーター
は (a) および (b) は波長 800 nm、パルス幅 120 fs、偏向方向は横、出力 1 mW、
500 ショット積算。(c) と (d) は波長 400 nm、パルス幅 120 fs、偏向方向は横、
出力 10 mW、集光条件は焦点より 3 mm ずらした状態、500 ショット積算。

高次高調波スペクトル。17 次高調波の強度は周りの高調波の強度と比較すると約20 倍の強度増大が得られ、入射レーザーのエネルギー 10 mJ に対して 17 次高調波の出力は約 1.1 μJ あった。

HHG spectra from tin laser ablation irradiated by femetosecond laser pulse.
The intensity of the 17th harmonics was 20 times higher than those of its
neighbors. The conversion efficiency of the 17th harmonic was measured
to be about 1.1×10-4, and this output energy of 1.1 μJ was obtained from thepump laser energy of 10 mJ.

SEM images of the ablation craters and nanowires. The laser parameters are:(a) and (b), 800 nm, 120 fs, linear polarization, 1 mW, 500 pulses; (c) and (d),400 nm, 120 fs, linear polarization, 10 mW, defocus for 3 mm, 500 pulses.

研究テーマ Research Subjects
1. 波長 18.9 nm における Ni 様モリブデン X 線レーザーの高度化
Physics and development of Ni-Mo 18.9 nm X-ray laser
2. レーザーアブレーションターゲットを用いた制御高調波の発生物理理解
New scheme of ablation controlled plasma and anomalous enhancement of single harmonic due to strong resonance
3. FRET、FLIM の蛍光を用いたタンパク質の相互作用理解
Study on FRET and FLIM of luminous proteins
4. レーザーアブレーション法を用いたナノ粒子形成とその物理
Formation of nano- structures on crystal surface with femtosecond laser pulse irradiation

54
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

先端分光研究部門 Division of Advanced Spectroscopy
http://aki.issp.u-tokyo.ac.jp

秋山研究室

秋山

英文

助

吉田

正裕

Associate Professor

Akiyama Group

サイズや形に依存して変化する量子力学的な物性の光准教授
教Research Associate

Hidefumi AKIYAMA
Masahiro YOSHITA

Advanced laser spectroscopy on the basis of lasers andmicroscopy is developed and applied to semiconductor quantum
wires and other nano-structures, in order to understand andcontrol their optical properties quantum mechanically whichvary with their size and shape.
The structures of current interest are T-shaped GaAs quantum
wires. We are currently aiming at making the world thinnest andcleanest quantum-wire semiconductor lasers that have superiorlaser performances such as low threshold currents. Experimental
findings and problems there provide us fruitful physics subjects
related to 1D physics, many-body physics, lasers, crystal
growth, material science, and semiconductor device physics andengineering. FET-type doped quantum wire devices are realized
and studied for optical physics of 1D many electrons.
For the above studies on small nano-structures, weare developing experimental techniques such as sensitive
luminescence detection, absolute luminescence-yieldmeasurements, transmission/absorption measurements ofsingle nano-structures, micro-spectroscopy, imaging, and solidimmersion microscopy. Recently, some of these techniques
have been applied to study of bioluminescence of fireflies, jelly
fish, and sea fireflies as well as luminol chemiluminescence incollaboration with biologists and industry researchers.

学的な理解と制御を目的に、半導体量子細線を中心とした量子ナノ構造とそれを用いた半導体レーザーについて、
レーザー分光と顕微分光を主として用いた研究を行っている。
GaAs 薄膜量子井戸構造をＴ型につないだような量子構
造では、Ｔ型の交点が量子細線として働く。現在、この手法を用いて世界一細くかつ均一な量子細線半導体レーザーを作り、低しきい値電流などの優れた性能を検証しようと研究を進めている。そこで出会う実験事実や問題
点新発見などは、1 次元物性、電子正孔系多体問題、レーザー、結晶成長、物質科学、半導体デバイスなど様々な分野に関わる物理研究の題材を提供してくれる。FET（電界効果トランジスタ）型のドープ細線構造も実現し、一次元多体電子系の光学物理も調べている。
上記の研究のため、微細なナノ構造の発光を高感度に検出する技術、絶対量を定量計測する技術、ナノ構造の透過吸収を計測する技術、顕微分光や画像計測の技術、ソリッドイマージョン顕微技術などを開発している。最近は、それらの技術をもちいて、ホタルやクラゲやウミホタルの生物発光やルミノール化学発光などの研究を、生物学の専門家や民間会社と共同で進めている。

単一 T 型量子細線の透過吸収
スペクトルTransmission/absorption
spectrum of a T-shaped
single quantum wire

ホタル ( 有馬温泉、日本 ) とウミホタル ( 横須賀、日本 )Firefly (Arima, Japan) and sea
firefly (Yokosuka, Japan)

研究テーマ Research Subjects
1. 超微細低しきい値量子細線レーザーの作製と顕微分光
Ultra-thin low-threshold high-quality semiconductor quantum-wire lasers and their micro-spectroscopy and imaging
2. 1 次元高密度電子正孔系および電子系の光学応答と多体相互作用効果
Optical physics and many-body physics of dense electron-hole or electron systems in 1D
3. 半導体量子構造の高品質化、構造評価、顕微分光計測、画像計測
Material physics and development of high-quality semiconductor nano-structures via microscopy
4. ホタル・クラゲ・ウミホタルなどの生物発光と生物化学発光計測標準
Bioluminescence of firefly, jelly fish, sea firefly, etc. and bio/chemiluminescence measurement standards

55
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

先端分光研究部門 Division of Advanced Spectroscopy

中嶋研究室

客員准教授

Visiting Associate Professor

中嶋

Takashi隆

NAKAJIMA

Nakajima Group

超短光パルスの照射によって物質内電子に誘起される

Theoretical study of ultrafast (sub-fs to attosecond time scale)dynamics in a target induced by ultrafast light pulses is the main
subject of our group.
Since the ultrafast light pulse directly obtained from a laser
system is in the near-infrared region, the pulse duration cannot
be shorter than a few fs. Therefore even shorter light pulses arenecessarily obtained in the extreme-ultraviolet (XUV) region
through, for example, high-harmonic generation (HHG). Thisimplies that the attosecond dynamics can be induced and also
probed only if one utilizes attosecond XUV pulses. Under suchconditions, novel phenomena originated from the enormous
photon energy and spectral bandwidth, and the nonlinearity
of intense attosecond XUV pulses are expected, and we areworking to clarify and also to predict such those phenomena.

サブフェムト秒～アト秒時間スケールの超高速ダイナミ
クスを理論的に調べている。
レーザー装置から直接得られる超短光パルスは近赤外波長であるため，時間幅としては数フェムト秒が限界であり，さらに時間幅の短い光パルスは高次高調波によって極端紫外光パルスとして生成される。従って，サブフェ
ムト～アト秒時間における超高速ダイナミクスは極端紫外光パルスと物質の相互作用であると言い換えることができる。このような条件下では，極端紫外光パルスの持
つ大きな光子エネルギー，パルスの超短時間幅に起因する長大なエネルギー幅，および高い光強度に起因する非線形性等から新たな物質応答が期待され，それらの新奇現象を理論的に解明する研究を進めている。

56
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2006

軌道放射物性研究施設
Synchrotron Radiation Laboratory
高エネルギー加速器から放射される極紫外から軟Ｘ線領域の光（放射光）は、物質の性質（電子状態）を調べるうえで重要な役割を果たしている。とくに最近は、アンジュレータなどの輝度の高い放射光を利用した極紫外・軟Ｘ線領域の吸収、光電子分光、発光分光などの実験によって、物質の機能発現のしくみが微視的に解明され、放射光は物質科学の発展に不可欠なプ
ローブとなっている。本施設の測定系グループ
は、高エネルギー加速器研究機構（KEK）内に分室を設置してフォトンファクトリー・リング（KEK-PF）に設置した３つの実験ステーション
を全国共同利用実験に提供するとともに、放射光を利用する先端的物性研究や新しい実験技術の開発・研究を行っている。また、加速器グルー
プは、先端的放射光源に関する技術開発と加速器物理研究を行っている。本施設では、極紫外・軟Ｘ線放射光を利用する最先端の施設を建設する計画（東京大学アウトステーション計画）を推進しており、放射光利用して最先端の物質科

Synchrotron radiation from insertion devices
provides researchers with a powerful probe, easily
tunable over an extreme wide range of energy andwavelength to understand the complex world of
atoms, molecules and solid states. The Synchrotron
Radiation Laboratory (SRL) has a branch laboratory
in the High Energy Accelerator Research Organization(KEK) at Tsukuba. The branch laboratory maintains
an undulator called Revolver, two beamlines andthree experimental stations, which are installed in
the Photon Factory (PF) and fully opened to outsideusers. The in-house staffs of SRL not only serve theoutside users with technical support and advices, butalso carry out their own research works on advanced
solid state spectroscopy as well as instrumentation.
The accelerator group is studying accelerator physics
and developing the accelerator related technology foradvanced and future synchrotron light sources. The
members of SRL has been playing an essential role in
the new beamline project of the University of Tokyo
to promote advanced synchrotron radiation sciencesusing brilliant light sources in vacuum ultraviolet andsoft X-ray regimes.

学研究を行うため、世界最高性能の軟Ｘ線アン
ジュレータ、ビ−ムライン分光光学系の設計・開発研究を行っている。

教

授（施設長）

Professor (Director)

准教授

Associate Professor

柿崎

明人

助

教

髙木

宏之

中村

典雄

助

教

阪井

寛志

助

教

奥田

太一

Akito KAKIZAKI
Norio NAKAMURA

Research Associate
Research Associate
Research Associate

Hiroyuki TAKAKI
Hiroshi SAKAI
Taichi OKUDA

准教授

松田

巌

助

教

藤澤

正美

教

授（客員）

大熊

春夫

技術専門職員

福島昭子

准教授（客員）

大橋治彦

技術専門職員澁谷孝

技術専門職員

原沢あゆみ

技術専門職員篠江

憲治

技術専門職員工藤博文

技 術 職 員伊藤功

Associate Professor
Visiting Professor

Iwao MATSUDA
Haruo OHKUMA

Visiting Associate Professor Haruhiko OHASHI

Research Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate

Masami FUJISAWA
Akiko FUKUSHIMA
Takashi SHIBUYA
Ayumi HARASAWA
Kenji SHINOE

Hirofumi KUDO
Isao ITO

57
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

軌道放射物性研究施設 Synchrotron Radiation Laboratory

測定系グループ
Solid State Spectroscopy Group

測定系グループは２つの研究室（柿崎研究室、松田研

The solid state spectroscopy group consists of twolaboratories, the members of which are promoting advanced
solid state spectroscopy using synchrotron radiation in soft
X-ray and vacuum ultraviolet region. They operate, maintainand improve two undulator beamlines and three experimental
stations at the Photon Factory (KEK-PF); an angle-resolved
photoelectron spectrometer (BL-18A), a spin- and angleresolved photoelectron spectrometer (BL-19A) and a soft X-ray
emission spectrometer (BL-19B). Their current interests are thesurface magnetism of transition metal thin films, the imaging of
nano-structure materials by means of photoelectron emission
microscopy (PEEM), unoccupied electronic states of surfaces by
a k-resolved inverse photoelectron spectroscopy, etc.

究室）で構成され、高輝度放射光を利用する先端的物性研究や新しい実験技術の開発・研究を共同で行っている。
測定系グループでは、KEK-PF に設置した偏向電磁石からの放射光を使う角度分解光電子分光実験装置 (BL-18A)、
リボルバー型アンジュレータからの高輝度放射光を利用するスピン・角度分解光電子分光実験装置 (BL-19A) と軟
Ｘ線発光分光実験装置 (BL-19B) の 3 基の実験ステーショ
ンを維持管理し、共同利用実験に提供しているだけでな
く、これらの装置を使って先端的物性研究をおこなっている。ビームラインの年間利用者数は 200 人を超えている。また、東京大学が計画している極紫外・軟Ｘ線領域の高輝度放射光施設のビームライン、分光光学系の設計
や建設・整備の中心的な役割を担っている。
最近の主な研究テーマは、スピン分解光電子分光実験
による遷移金属薄膜の構造と表面磁性、光電子顕微鏡による磁気イメージ観察、角度分解光電子および逆光電子分光による表面電子状態解析、放射光を利用する走査トンネル顕微鏡の開発などである。

Bi(001) 表面のフェルミ準位での光電子強度マップ。六角形のホールポケットと楕
円形の電子ポケットの 2 種類のフェルミ面はいずれも表面状態バンドから成るものである。Bi 原子のような質量が大きい元素では、その大きなスピン - 軌道相互作用のため、2 次元系ではラッシュバ効果によってバンドのスピン縮退が解ける。すなわちこれら２種類のフェルミ面はスピン分裂した後のバンドであり、それぞれ異なるスピン配列を有する。

Photoemission intensity map of a Bi(001) surface at the Fermi level. The
Fermi surface consists of a hexagonal hole-pocket and oval electron-pockets
which originate from the surface topmost layer. For a heavy element suchas Bi, there is large spin-orbit interaction and spin-degeneracy of a bandbreaks down in two-dimensions due to the Rashba effect. Two-types of the
Fermi surfaces in the figure are spin-split band and they have different spinorientations.

LaB6(001) 表面の角度分解逆光電子分光スペクトル。La5d と４f 状態に起因する表面電子状態がフェルミ準位近傍（A）と 6.8 eV（E）に見られる。バルクの La5d および４f 電子状態のエネルギー位置および表面４f 状態のエネルギーシフ
トの大きさを解析した結果、表面 La 層の電荷密度がバルク La に較べて大きくなっていること、そのことが LaB6(001)
表面の低い仕事関数の原因となっていることがわかった。

k-resolved inverse photoemission spectra of LaB6(001). The surface states originated from La 5d and 4f states
are observed near the Fermi level (A) and 6.8 eV above it, respectively. Analyzing the energies of the featuresin the spectra, it was deduced that the low work function of LaB6(001) surface is caused by the higher charge
density of La atoms in the topmost surface than those in bulk due to the electron transfer from subsurface tothe topmost La layer.

58
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

柿崎研究室
http://kakizai.issp.u-tokyo.ac.jp/index-j.html

松田研究室
http://imatsuda.issp.u-tokyo.ac.jp

教

授

柿崎

明人

准教授

松田

巌

助

教

藤澤

正美

助

奥田

太一

Professor

Akito KAKIZAKI

Research Associate

Associate Professor

Masami FUJISAWA

また本グループでは、表面・超薄膜系の電子 ( スピン )教

Research Associate

Iwao MATSUDA
Taichi OKUDA

We have also been working on studies of electron dynamics insurface/film systems. We develop the UHV chamber for in situ
surface magnetic resistivity measurement to perform systematic
experiments with spectroscopic researches using synchrotron
radiation. Furthermore, we construct an experimental systemof various ultrafast spectroscopies by combining synchrotron
source and laser beam. We focus on topological phasetransitions and ultrafast spin dynamics of nanometers-thickfilms and nanodots of transition metals controlled by surfaces/interfaces.

状態を決定するだけでなく輸送特性などのダイナミクスとの関連を総括的に調べるために世界に先駆けて in situ
表面磁気抵抗測定装置の開発し、さらに放射光とレーザーを組み合わせた超高速分光実験の立ち上げも行っている。
現在、厚さが数ナノメートルの遷移金属超薄膜及び遷移
ナノドットの磁性及びその表面／界面制御に伴うトポロジー相転移とスピン構造変化などの研究テーマを取り扱っている。

BL-18A とエンドステーション . ここで、真空紫外線から軟 X 線放射光による高分解能フェルミマッピング、バンドマッピング、波動関数の対称性決定などの実験を行うことができる。

開発中の表面磁気抵抗測定装置。サンプルの測定・観察ステージ。STM 探針やマ
イクロ ( μ ) ４端子プローブがそれぞれ２つの独立駆動 (x,y,z) 型プローブホルダーに装備されている。

The beamline BL-18A and the experimental chamber equipped withhigh-resolution electron spectrometer. Here, varieties of photoemission
experiments, Fermi surface mapping, band mapping, wave functionsymmetry determining, are performed.

Sample measurement / observation stage of in situ surface magnetic
resistivity measurement system of ours. An STM tip and a μ–four-pointprobe are mounted on two independently-driven x,y,z-stages.

研究テーマ Research Subjects
1. スピン分解光電子分光および磁気円二色性実験による表面磁性の研究
Surface magnetism studied by spin-resolved photoemission and magnetic linear- and circular- dichroism
2. 光電子および逆光電子分光実験による金属および半導体表面・界面の電子状態の研究
Electronic structures of metal and semiconductor surfaces studied by means of photoelectron and inverse
photoelectron spectroscopy
3. 時間分解分光実験による表面スピンダイナミクスの研究
Electron spin dynamics by means of time-resolved spectroscopy
4. 光電子顕微鏡による微小試料、微小領域のイメ−ジングと電子状態の研究
Imaging of nano-structure materials by means of photoelectron emission microscope (PEEM)
5. 光電子分光と in situ 表面電気伝導測定による固体表面上低次元構造体内を流れる電子の輸送現象の研究
Electron transport through low-dimensional structures on solid surfaces studied by means of combination ofphotoemission spectroscopy and in situ surface conductivity measurements

59
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

軌道放射物性研究施設 Synchrotron Radiation Laboratory
http://nakamura.issp.u-tokyo.ac.jp

加速器グループ
Accelerator Physics Group

我々の研究テーマは放射光源を中心とした粒子加速器

准教授

中村

典雄

助

教

髙木

宏之

助

教

阪井

寛志

Associate Professor
Research Associate
Research Associate

Norio NAKAMURA
Hiroyuki TAKAKI
Hiroshi SAKAI

Our research subjects are particle accelerators mainly usedas synchrotron radiation sources, especially high-brilliancesynchrotron light sources and next-generation synchrotron lightsources such as Energy Recovery Linacs (ERLs). We study beamphysics in these accelerators and also design and develop theiradvanced accelerator components and subsystems. Our recent
activities are research and development of a high-resolution
beam profile monitor using two X-ray zone plates, coppercoated insertion-device vacuum chambers for suppression of
the resistive-wall wake fields, a multipole-magnet girder for lowemittance lattices, a high-performance beam position monitor
for beam orbit stabilization, a new orbit correction method
uniting global and local orbit corrections, an initial-beamloading compensation system for high-intensity electron linacs
like Free Electron Lasers (FELs), a HOM-damped RF cavity
adopted in the ASP(Australian Synchrotron Project) light sourceand novel insertion devices and so on. These are very importantfor generation and stabilization of low-emittance electron beams
and high-brilliance photon beams, which are common featuresof the most advanced synchrotron light sources. Furthermore
R&D of a superconducting RF cavity for ERLs just started.

であり、特に高輝度放射光源やエネルギー回収型ライナック（ERL）などの次世代放射光源が対象となる。我々はこれらの加速器におけるビーム物理を研究するとともに、それらの先端的構成要素の設計・開発を行っている。X
線ゾーンプレートを用いた高分解能電子ビームプロファ
イルモニタ、電子ビームのウェイク場を抑制するための挿入光源用銅メッキチェンバー、低エミッタンスラティスのための多重極電磁石用共通架台、軌道安定化のための高性能ビーム位置モニタ、局所補正と全体補正を統合する新しい軌道補正方法、自由電子レーザー（FEL）のような大強度ライナックのための初期ビーム負荷補正シ
ステム、オーストラリア放射光施設で採用された高次モード減衰型高周波加速空洞、新しい挿入光源などの研究開発が最近の活動内容である。いずれも最先端放射光源に共通の特徴である低エミッタンス電子ビームと高輝度放射光の生成と安定化にとって非常に重要なテーマである。
さらに、エネルギー回収型ライナック用の超伝導加速空洞の研究開発が新たに始まった。

４つのダミー電磁石を載せた低エミッタンスラティス用多重極電磁石共通架台（左）とその３次元構造解析の例（右）。

Photograph of multipole-magnet girder with 4 dummy magnets for lowemittance lattices (left) and a result of 3D structural analysis of this girder(right).

内面を銅メッキされたステンレス製真空チェンバーの超高真空試験用セットアップ。

Setup of ultra-high vacuum test for copper-coated stainless steel chamber.

研究テーマ Research Subjects
1. 高輝度放射光源
High-brilliance synchrotron light sources
2. 次世代放射光源
Next-generation synchrotron light sources
3. 先端的加速器構成要素の開発
Developments of advanced accelerator components and subsystems
4. 加速器におけるビーム物理
Beam physics in accelerators

60
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

新物質科学研究部門 Division
軌道放射物性研究施設
Synchrotronof NewRadiation
Materials Laboratory
Science
http://yagi.issp.u-tokyo.ac.jp

瀧川

仁

客員教授
教 授

大熊
榊原

春夫
俊郎

助教授

田島

裕之

Professor

八木研究室
大熊研究室

Visiting
Professor
Professor

Yagi Group
OhkumaGroup

第３世代放射光施設の出現以来、アンジュレータは目授教

Associate Professor

TAKIGAWA Masashi

Haruo
OHKUMASAKAKIBARA
Toshiro
TAJIMA Hiroyuki

In the 3rd generation synchrotron radiation facilities, theprogress of the undulator and related technology provide us
new scientific opportunities using high brilliance synchrotron
radiation. In the SPring-8, there are four long straight section
on 30 m, two of which are installed by undulators. On the useof other two long straight sections, there are several possibilities
other than to install undulators. One is the installation of crab
cavities to produce short pulse synchrotron radiation andanother is to use for the irradiation of electron bunches fs shortpulse laser. The latter enables to produce an ultra short pulse
synchrotron radiation in 100 fs region from electron bunchessliced by laser pulses. Time resolved experiments using shortpulsed synchrotron radiation will provide us new time domain
in the solid state physics and new scientific fields to understandthe dynamic processes of chemical reactions, magnetizations,collisions of atoms and molecules, etc. We are going to discuss
the feasibility study of the new techniques and their R&D.

覚ましい進歩を遂げ、偏向の制御も高速で行える様になってきた。SPring-8 には長尺のアンジュレータを設置でき
る約 30 m の長直線部があり、挿入光源の設置の他に、フェムト秒レーザーを用いた電子バンチのスライシングによる 100 フェムト秒領域の短パルス放射光を発生、クラブ
空洞などの RF キックにより電子バンチを傾けることによる短パルス放射光の発生などが考えられている。これ
らの短パルス放射光による時間分解分光測定は、物性物理学の重要な実験手段の１つあり、今後の研究が期待される。客員期間中は、これらの技術を SPring-8 の 30 m
直線部へ適用し、先端的な高輝度軟 X 線アンジュレータを実現するための R&D となる研究、技術開発を行う。

新物質科学研究部門 Division
軌道放射物性研究施設
Synchrotronof NewRadiation
Materials Laboratory
Science
http://yagi.issp.u-tokyo.ac.jp

瀧川

仁

教 授
客員准教授

榊原

俊郎
大橋

助教授

田島

裕之

Professor

八木研究室
大橋研究室

TAKIGAWA Masashi

治彦

Professor
SAKAKIBARA
ToshiroVisiting
Associate Professor
Haruhiko
OHASHI

Yagi Group
OhashiGroup

軌道放射物性研究施設では、東京大学アウトステーショ

授教Associate Professor

TAJIMA Hiroyuki

The synchrotron radiation laboratory of the ISSP will play anessential role in the construction of the new soft X-ray undulator
beamlime in the SPring-8. The beamline consists of the 25 mlong undulator, the monochromator which covers photon
energy range from 250 eV to 2 keV and the focusing mirror
system. Based on many experiences of the construction andcommissioning of soft X-ray beamlines in the SPring-8, we will
promote the research and developments of the new optics andoptical elements to be installed into the new beamline. The heatload by the undulator radiation and the stability of the beam
optics of the monochromator system will be considered as the
major part of the research and developments.

ン計画の中核を担い、SPring-8 に軟Ｘ線領域の 25 m 長尺アンジュレ−タと分光光学系を設置し、それを利用して最先端の物性研究をすることを目指しており、そのために、ナノスケールの集光ビ−ムを発生できる新しい分光光学系の設計・開発研究をおこなっている。高輝度光科学
研究センタ−で長年にわたって軟Ｘ線領域のビームライ
ン・分光光学系を担当し、数多くの分光器の設計・整備に携わって来た経験を生かし、25 m 長尺アンジュレ−タの軟Ｘ線を利用する新しい分光光学系の開発・研究を行う。特に、光学素子に対する熱負荷の軽減、実験室の温度差による分光性能の日隔差の問題などを具体的に検討し、新しい分光光学系の設計に役立てたい。

61
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

中性子科学研究施設
Neutron Science Laboratory
中性子は透過力に優れ、微小磁石の性質を持つので、原子の中心にある原子核やその周りにある電子のつくる磁場と力を及ぼし合う。この性質を利用して物質による中性子の散乱のされ方を測定し、物質内の原子や磁気モーメントの配列や運動の様子を知る実験方法を「中性子散乱」という。物性研究所の中性子科学研究施設
では中性子散乱実験による物性研究のための全国共同利用を推進してきた。現在、日本原子力
研究開発機構の研究用原子炉 JRR-3 に大学が設置する中性子散乱装置は 13 台を数え利用規模
は年間約 300 課題、6,000 人・日に達している。
当施設の実施する全国共同利用により、高温超伝導体の研究、フラストレートした磁性体や重い電子系、低次元磁性体等の様々な磁性体の研究をはじめとして、高分子・コロイドの構造や相転移、生体物質の高次構造と機能の研究など、
ハードマテリアルからソフトマテリアルまでを含む幅広い物質や材料の基礎研究が中性子散乱

Science 1961, the ISSP has been playing a central
role in neutron scattering activities in Japan not only
by performing its own research programs but also by
providing a general user program for the universityowned various neutron scattering spectrometers
installed at the research reactor of JAEA (Tokai). In
the JRR-3 reactor (20MW), the university group owns
13 spectrometers, and the Neutron Science Laboratory(NSL) provided a general user program. Under
this program, close to 300 proposals are submitted
each year, and the number of visiting users under
this program reaches over 6000 (person-day/year).
Major research areas are solid state physics (strongly
correlated electron systems, high Tc superconductors,
heavy Fermion systems, low dimensional magnetism,high-pressure physics etc.), fundamental physics andneutron beam optics, polymer, chemistry, biology, andmaterials sciences. The NSL also operates the U.S.Japan cooperative program on neutron scattering, andsupports the development of the neutron-beam basedmaterial sciences in Japan.

を用いて盛んに行われている。また、当施設では日米協力事業「中性子散乱分野」の実施機関としても活動し、我国の中性子散乱研究の発展に貢献している。

教

授（施設長）

Professor (Director)

吉澤英樹

Hideki YOSHIZAWA

助

教

大原

泰明

助

教

西

正和

助

教

阿曾

尚文

Research Associate
Research Associate
Research Associate

Yasuaki OOHARA
Masakazu NISHI
Naofumi ASO

授

柴山

充弘

助

教

遠藤

仁

日本原子力研究開発機構の研究用原子炉
JRR-3 に設置された中性子散乱実験装置群。
この原子炉から２本の熱中性子導管と３本の冷中性子導管が左方向に引き出され、隣接するガイドホールの中性子ビーム実験装置群に中性子を供給している。

准教授

廣田

和馬

助

教

松浦

直人

准教授

山室

修

技術専門員

川村

義久

The reactor hall of JRR-3. The eightneutron scattering instruments areattached to the horizontal beam tubes
in the reactor experimental hall. Twothermal and three cold guides are
extracted from the reactor core towards
the guide hall located to the left.

准教授

Associate Professor

佐藤卓

技術専門職員渡辺

聡

教授（客員）古坂道弘

技 術 職 員

浅見

俊夫

専

大津

勝美

教

Professor
Associate Professor
Associate Professor

Visiting Professor

Mitsuhiro SHIBAYAMA
Kazuma HIROTA
Osamu YAMAMURO
Taku J. SATO
Michihiro FURUSAKA

Research Associate
Research Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate門員Hitoshi ENDO
Masato MATSUURA
Yoshihisa KAWAMURA
Satoshi WATANABE
Toshio ASAMI

Administrative Secretary Katsumi OOTSU

62
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

中性子科学研究施設 Neutron Science Laboratory
http://yoshizawa.issp.u-tokyo.ac.jp

授

吉澤

英樹

助

教

大原

泰明

助

教

阿曾

尚文

Professor

吉澤研究室

Research Associate

Yoshizawa Group

遷移金属酸化物の示す金属・絶縁体転移は、スピン・教

Research Associate

Hideki YOSHIZAWA
Yasuaki OOHARA
Naofumi ASO

Metal-insulator transition in transition-metal oxides has
drawn much attention because it is a phenomenon whichreflects interplay among spin, charge, lattice, and orbital
degrees of freedom. Our group has been performing systematicinvestigations of such transition-metal oxides in view ofinfluence of charge/orbital ordering, spin ordering, andstructural transitions to transport property. The triple axis
neutron spectrometer owned by the ISSP is shown in the left
figure below. With use of these spectrometers, the hole-doping
dependences of the incommensurability and the transition
temperature of the stripe ordering for hole concentration
x up to x = 0.5 have been observed in the highly-doped
La2-xSrxNiO4 which is one of the isomorphic compounds of theHigh Tc cuprate superconductors. The ordering temperatures ofthe stripe charge as well as spin orderings have the maximums
at x = 1/3, and they decrease beyond x = 1/3. Although
the incommensurability is approximately linear to the holeconcentration, close inspection of the data indicates that theincommensurability exhibits a subtle deviation from the linear
relation for both sides of x = 1/3. Such an exotic stripe ordering
exisits widely in the two-dimensional transition-metal oxides.

電荷・格子・軌道状態などが密接に関連して生じる現象
として大きな注目を集め盛んに研究されている。当研究室では遷移金属酸化物の示す電荷・軌道秩序や磁性および構造相転移と電気伝導との関連などを中性子散乱をもちいて系統的に研究している。左下の図は、日本原子力
研究開発機構（JAEA) の研究炉に設置された物性研究所の中性子分光器のうちの 1 台である。中性子散乱実験では、このような分光器を使用して物質の非弾性散乱スペ
クトル等を測定する。右下の図は、高温超伝導を示す銅
酸化物の一つである La2-xSrxCuO4 と同型の結晶構造を持つ La2-xSrxNiO4 の系において観測されるストライプ秩
序のドープ濃度依存性を x=1/2 までの高ドープ領域まで測定した結果得られたストライプ秩序の形成温度とスト
ライプ秩序のストライプの間隔のホール濃度依存性を示したものである。ストライプ秩序と付随した磁気秩序の転移温度はともに x=1/3 で極大を示したあと減少に転ずる。またストライプ秩序の間隔はホール濃度に比例して広がるが、詳細に見てやると x=1/3 の前後で特徴的なずれを示し、x=1/3 の濃度の特殊性を際だたせている。こ高温超伝導を示す銅酸化物の一つで あ る La2-xSrxCuO4 と 同 型 の 結
く、広く低次元遷移金属酸化物で存在していることが最 晶 構 造 を 持 つ La2-xSrxNiO4 の 系
において観測されたストライプ秩
序のドープ濃度依存性。ストライ
近の研究で明らかにされつつある。
プ秩序の転移温度と付随した磁気秩序の転移温度は x=1/3 で極大を示したあと減少に転ずる。またストライプ秩序の周期は
x=1/2 までドープ濃度と近似的に線形な関係をしめすが、詳細に見てやると x=1/3 の前後で特徴的なずれを示し x=1/3 の濃度の特殊性を際だたせている。この特異な振舞いは、ストライプ内のキャリアー濃度の変化と関係があることがホール効果の測定
結果から示唆されている。

のようなストライプ秩序は高温超伝導酸化物ばかりでな

日本原子力研究開発機構（JAEA) の研究炉 JRR-3に設置された物性研究所の 3 軸型中性子分光器。

Triple-axis spectrometer installed at the JRR-3
in the Japan Atomic Energy Agency, Tokai,
Ibaraki.

Doping dependence of the stripe ordering in highly-doped
La2-xSrxNiO4, which is an isomorphic compounds of oneof High Tc cuprate superconductors La2-xSrxCuiO4. Unlike
the expectation from the previous studies, the transition
temperatures of the stripe charge and spin orderings exhibit
the maximums at x = 1/3, and decreases above x = 1/3. The
periodicity of the stripe order is approximately linear in x,
but the systematic deviation from the linearity around x =1/3 strongly indicates that it is related to the change of thecarrier concentration within the stripes, being consistent
with recent Hole-coefficient measurement.

研究テーマ Research Subjects
1. 遷移金属酸化物が示す金属・絶縁体転移や、その際に出現する磁気秩序・電荷秩序・軌道秩序などの中性子散乱による研究
Neutron scattering study of metal-insulator transition, magnetic ordering, charge/orbital orderings in transition-metal oxides
2. 超伝導体におけるスピン揺動の影響の微視的研究
Microscopic study of influence of spin fluctuations in magnetic superconductors
3. クラスレート型熱電結晶における格子振動の研究
Lattice dynamics of thermoelectro-clathrates

63
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

中性子科学研究施設 Neutron Science Laboratory
http://shibayama.issp.u-tokyo.ac.jp

柴山研究室

授

柴山

充弘

助

教

遠藤

仁

Professor

Shibayama Group

ソフトマターとは、我々の身の回りの物や生体物質を教

Research Associate

Mitsuhiro SHIBAYAMA
Hitoshi ENDO

Polymers, gels, colloids, and liquid crystals are classified tosoft materials, which undergo various transitions in response toa slight change of an environmental variable. We are interested
in the physics of soft-matter, particularly in the physics of gelsand micro-emulsion. Nano-order structure investigations andstudies on dynamics of soft matter are carried out with state-ofthe-art equipments, such as the small-angle neutron scattering
instrument (SANS-U; upgraded in 2003) and the neutron
spin-echo spectrometer (iNSE; upgraded in 2004). Other
scattering techniques, such as dynamic/static light scattering,
microscopy, mechanical/thermal analyses, UV/IR spectroscopy,
and rheological studies, are also employed if necessary. Current
interests cover (1) inhomogeneities in polymer gels, (2)hydrophobic interactions in polymer gels and block copolymer
solutions, (3) pressure-induced phase transition of soft-matter,(4) structure investigation of slide-ring gels and nanocomposite
gels, (5) oil gelators, and (6) structure and dynamics ofmolecular chaperone.

構成する高分子・ゲル・コロイド・液晶などに代表される物質・材料のことである。磁性体や超伝導物質などのハードマターでは超高圧や極低温という極限環境において特異的な物性を示すのに対し、ソフトマターでは常温・常圧付近で興味深い物性を示し、多様な機能を果たす。
特に生命機構の解明や自己組織化の本質を理解するには「ソフトマターの物理」が重要である。
柴山研究室では高分子ゲル、マイクロエマルションを対象として、ソフトマターにおける分子結合相関系の物理の構築・体系化を目指している。特に最近では、ゲルの不均一性の研究のほか、疎水性相互作用の原理の探求、
驚異的な力学物性をもつ環動ゲルや有機—無機ハイブ
リッドナノコンポジットスーパーゲルの構造解明、オイ
ルゲル化剤のゲル化機構の研究、分子シャペロンの研究などを行っている。
世界有数の二次元位置測定小角中性子散乱装置
SANS-U と中性子スピンエコー測定装置 iNSE を中心に、
静的動的光散乱装置 (SLS/DLS ALV-5000、３台 )、力学・
熱物性測定装置、レオメーター、偏光顕微鏡などを用いて、ナノオーダーの構造解析からナノ秒から数千秒までのダ
イナミクスをカバーした幅広い研究を展開している。
異なる臨界相溶温度をもつブロック鎖からなるブロック共重合体水溶液の温度—圧力
相図。常圧では、温度の上昇とともに分子オーダーでのミクロ相分離が起こる。一方、
常温で静水圧を加えていくと、ブロック鎖の個性が発現しないままゆらぎが増大し、二次転移を伴うマクロ相分離が起こる。このことから、疎水性相互作用は常圧において特徴的な相互作用であることがわかる。

Pressure-Temperature (T-P) phase diagram for A-B diblock copolymer
aqueous solution. By increasing T at ambient pressure, the system undergoes
microphase separation, indicating the presence of strong hydrophobic solvation(SHS). On the other hand, a macrophase separation takes place by pressurizing
at ambient temperature, suggesting weak hydrophobic solvation (WHS) at highpressures. This observation suggests that hydrophobic interaction is exclusively
important at ambient pressure, i.e., the atmospheric environment.

研究テーマ Research Subjects
1. 機能性高分子ゲルの構造とダイナミックス、体積相転移、ゾルーゲル転移
Structure and dynamics, phase separation, and sol-gel transition of functional polymer gels
2. ソフトマターの圧力誘起相転移現象の研究
Pressure-induced phase transition of soft-matter
3. 疎水性相互作用と相転移に関する分子論的研究
Molecular studies on the relationship between hydrophobic interaction and phase transition
4. 環動ゲルやナノコンポジットゲルの構造とダイナミクス
Structure and dynamics of slide-ring gels and nanocomposite gels
5. 分子シャペロンの構造とダイナミクス
Structure and dynamics of molecular chaperone

64
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

中性子科学研究施設 Neutron Science Laboratory
http://hirota.issp.u-tokyo.ac.jp

廣田研究室

廣田

和馬

助

松浦

直人

Associate Professor

Hirota Group

我々は、電子の内部自由度（電荷・スピン・軌道）が准教授
教

Research Associate

Kazuma HIROTA
Masato MATSUURA

Our main subject is to study the spatial structures anddynamic properties of the internal degrees of freedom ofelectron (charge, spin and orbital) by neutron and X-ray
scattering. We mainly focus on the charge, spin and orbital
degrees of freedom in strongly correlated electron systems,
nanoscale spatial structures in relaxors, and the spin dynamics
of impurity-doped high-Tc superconductors. These systems
often exhibit intrinsically heterogeneous structures due tocompetitive and cooperative correlations among internal degrees
of freedom. They are also very susceptible to an external field,
which disturbs a subtle balance among various interactions. To
properly describe the order parameters and clarify the timespace structures of such systems, we have our own neutron and
X-ray spectrometers as well as material synthesis and analysis
laboratory.

格子上で形成する空間構造とそのダイナミクスが、固体の巨視的な物性に決定的な影響を与えると考えている。
具体的には、強相関電子系の電荷・スピン・軌道自由度、
リラクサー誘電体のナノスケール空間構造、不純物をドープした高温超伝導体のスピンダイナミクスなどを研究している。これらの系では、内部自由度間に働く相関の競合と協力によって、本質的に不均質な状態（intrinsic
heterogeneity）をとる傾向がある。また、外場のわずかな変動に対して、複数の相互作用の間の微妙なバランスが崩れることで、極めて大きな応答を示すことがある。
そのような場合の秩序変数の記述や時空間構造の解明のために、試料育成・微量分析から中性子散乱実験まで一貫した研究体制を構築している。

15

La1.85Sr0.15Cu1-yAyO4

E (meV)10 Zn
y = 0.017

free

5

spin gap0
10 Ni
y = 0.029
5
0-0.3 -0.2 -0.1

0

0.1 0.2 0.3

q (r.l.u.)

Zn と Ni 不純物をドープした高温超伝導体 La1.85Sr0.15CuO4 の低温磁気励起：Znはスピンギャップ内に新しい状態を作るのに対し、Ni は磁気励起全体を低エネル
ギー側へリノーマライズしている。

プラズマ発光分析装置：少量の試料に含まれる元素を極めて高い精度で定量分析できる。

Induction Coupled Plasma Spectrometer: ICPS can quantitatively analyze
the elements in a very small sample with an extremely high accuracy.

Spin excitations for Zn or Ni impurity-doped high Tc superconductor
La1.85Sr0.15CuO4 at low temperatures: Zn induces a novel in-gap state, while
Ni renormalizes the spin excitations to lower energies.

研究テーマ Research Subjects
1. 強相関電子系の電荷・スピン・軌道自由度の空間構造とダイナミクス
Spatial structures and dynamic properties of strongly correlated systems
2. リラクサー誘電体のナノスケール構造
Nanoscale structures in relaxors
3. 不純物をドープした高温超伝導体のスピンダイナミクス
Spin dynamics of impurity-doped high-Tc superconductors
4. 中性子散乱関連の装置、実験手法およびデータ収集システムなどの開発
Development of neutron-scattering instrument, experimental techniques and analyses

65
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

中性子科学研究施設 Neutron Science Laboratory
http://yamamuro.issp.u-tokyo.ac.jp

山室研究室

准教授

山室

修

Associate Professor Osamu YAMAMURO

Yamamuro Group本研究室では複雑凝縮系の化学物理を研究している。

We are studying chemical physics of complex condensed
matters, especially glasses and supercooled liquids, water andaqueous solutions, room temperature ionic liquids, and clathratecompounds. Glass transition is a mysterious phenomenon inwhich supercooled liquids solidify without structural change.
This phenomenon cannot be explained by current physics.
Furthermore, glasses have many unsolved problems (e.g., boson
peaks) derived by their structural disorder. Water (aqueous
solutions) is the most familiar and important material forhumans and also exhibits various unique phenomena derived
by hydrogen bonds. Room temperature ionic liquids, foundrecently, exhibit many interesting physical properties originatingfrom the competing electrostatic and van der Waals interactions
and the entropy effect due to orientational disorder of ions.
Our interest in clathrate compounds is quantum mechanicalmotions of guest molecules weakly hindered by host lattices.
These substances are investigated from neutron scattering, heat
capacity, and dielectric measurements. Our aim is to find simple(?) rules involved in complex systems from the three different
points of view, structure, dynamics, and thermodynamic. We arealso developing new neutron spectrometers and calorimeters.

現在の主な対象は、ガラス・過冷却液体、水・水溶液、
常温イオン液体、包接化合物である。ガラス転移は過冷
却液体が構造変化を起こさずに固化する不思議な現象であり、現在の物理学の理論では説明できない。また、ガラスにはボゾンピークなど構造不規則性に由来する多くの未解決問題が存在する。水（水溶液）は人類にとって最も身近で重要な物質であるが、水素結合が織りなす様々な特異物性を示す。常温イオン液体は最近発見された希有な液体で、静電力とファンデルワールス力の競合およびイオン配向のエントロピー効果から、様々な新しい物性が現れる。包接化合物では、ホスト格子に弱く束縛されたゲスト分子の量子化された運動に興味が持たれる。
これらの物質に対して、中性子散乱、熱容量、誘電緩和などを測定し、構造・ダイナミクス・熱力学の３視点から、複雑な物質に内在する単純（？）な法則を明らかにすることを目指している。また、物性研究とともに、新しい
中性子分光器や熱量計の開発も行う。

イオン液体の熱容量（bmim は 1-butyl-3-methylimidazolium の略）。
全ての物質でガラス転移が見いだされた。

低温蒸着法で作成したアモルファス包接水和物の中性子散乱スペクトル。低エネル
ギー励起強度がゲスト分子のサイズおよび濃度の増大とともに減少している。

Heat capacities of several ionic liquids (bmim: 1-butyl-3methylimidazolium). We have found a glass transition in every
substance.

Neutron scattering spectra of amorphous clathrate hydrates prepared by
low-temperature vapor-deposition. The intensity of low-energy excitations
is reduced with increasing size and concentration of guest molecules.

研究テーマ Research Subjects
1. ガラス転移、ボゾンピークなど不規則凝縮系のダイナミクス
Dynamics of disordered condensed systems, such as glass transitions and boson peaks
2. 水および関連物質（クラスレート水和物など）の構造とダイナミクス
Structure and dynamics of water and related materials such as clathrate hydrates
3. 常温イオン液体の熱力学的性質とダイナミクス
Thermal and dynamical properties of room temperature ionic liquids
4. 包接化合物中のゲスト分子のダイナミクス
Dynamics of guest molecules in clathrate compounds
5. 新しい中性子分光器と熱量計の開発
Development of new neutron spectrometers and calorimeters

66
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

中性子科学研究施設 Neutron Science Laboratory
http://sato.issp.u-tokyo.ac.jp

佐藤研究室

准教授

佐藤

卓

Associate Professor Taku J. SATO

Sato Group

我々は中性子散乱を用いて固体中の原子やスピンの運動

Using neutron scattering we study dynamics of atoms andspins in materials that have large remaining fluctuations at low
temperatures preventing trivial long-range order. We aim toelucidate origins of the fluctuations and resulting non-trivial
ordering scheme.
Here, as an example of recent study, observation of localized
collective magnetic excitations in the f-Zn-Mg-Tb magnetic
quasicrystal will be described. A quasicrystal is a highlyordered solid without translational invariance. It is expectedthat magnetic moments in the quasicrystal may behave
differently than those in the periodic crystal. Figure 1 shows
the magnetic excitation spectrum in the f-Zn-Mg-Tb magnetic
quasicrystal; a broad peak around 2.5 meV is readily seen,
indicating existence of a certain collective excitation mode.
Figure 2 shows Q-dependence of the integrated intensity of thebroad inelastic peak. The Q-dependence can be explained bycollective excitations localized in dodecahedral spin clusters.
Not only the neutron scattering but also macroscopic
measurements, such as electrical resistivity and magnetic
susceptibility measurements, are carried out in our group. We
also work on crystal growth, as well as development of new
neutron scattering techniques.

を研究している。多くの物質では低温で原子やスピンは静止
し長距離秩序を示すが、中には種々の原因で低温まで大きな揺らぎを持つものがある。このような物質の揺らぎの原因やそこから現れる特異な秩序状態を解明する事が目的である。
最近の研究例として f-Zn-Mg-Tb 準結晶磁性体に於ける局在磁気励起モードの観測を紹介する。準結晶とは、その原子配列が並進対称性を持たないにもかかわらず高い秩序を持つという特殊な固体である。準結晶中に磁気モーメントが置かれた場合、周期的な結晶中に置かれた場合とは異なる振る舞いが期待されるため、その運動や秩序化について精力的な研究が行われている。Fig. 1 に f-Zn-Mg-Tb 準結
晶磁性体の磁気励起スペクトルを示す。2.5 meV 程度に幅の広い非弾性散乱ピークが観測されており、何らかの協力的な磁気励起モードが存在する事が分かる。Fig. 2 にはこのピークの積分強度の逆格子空間中の分布を示す。この強度分布は正 20 面体磁気クラスターに局在する協力的スピン
励起モードで説明されることが分かった。
我々は中性子散乱のみならず、磁化測定や電気抵抗測定等を駆使して研究を行っている。試料育成や新しい中性子
散乱分光法の研究も進めている。

Fig.1

Fig. 2単結晶準結晶試料を用いて測定された
磁気励起ピーク強度の Q 依存性。

f-Zn-Mg-Tb 磁性準結晶の磁気励起スペクトル。多結晶試料での測定結果。

Q-dependence of the integrated
intensity of the broad inelastic peak,measured using a single grain of the
f-Zn-Mg-Tb quasicrystal.

Magnetic excitation spectrum
in the f-Zn-Mg-Tb magnetic
quasicrystal. Polycrystalline
sample was used.

研究テーマ Research Subjects
1. 準結晶等の非周期系物質の原子、スピンダイナミクス
Atom and spin dynamics of quasiperiodic systems
2. 相互作用がフラストレートしているスピン系の磁気揺動
Spin fluctuations in geometrically frustrated magnets
3. 新規な物性を示す物質探索および中性子散乱による評価
Neutron scattering study on new materials with novel physical properties
4. 中性子を用いた新しい実験手法の開発
Development of neutron scattering techniques

67
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

新物質科学研究部門 Neutron
中性子科学研究施設
Division Scienceof New Materials
Laboratory
Science
http://yagi.issp.u-tokyo.ac.jp

授Professor

八木研究室
古坂研究室

瀧川

仁

TAKIGAWA Masashi

教 授
客員教授

榊原
古坂俊郎
道弘

助教授

田島

Professor
Visiting
Professor

Yagi GroupGroup
Furusaka

次世代の科学技術の展開につながる研究を行おうとし教

Associate Professor

SAKAKIBARA
ToshiroMichihiro FURUSAKA裕之

TAJIMA Hiroyuki

There are two ways of advancing science and technology; oneis based on a new idea far from common sense; the other is toimprove instrument; we would be able to see something that had
not been able to see. We are thoroughly taking the latter way; weare developing new neutron devices which are key to develop
new neutron scattering instruments. We are also collaboratingwith medical doctors and physiologist to study Alzheimer's
and Parkinson's diseases by measuring protein solutions by thesmall-angle scattering method.
Based on such technology, a very compact, ellipsoidal mirror
based small-angle neutron scattering instrument (mfSANS) is
under development at the JRR-3 reactor in JAEA. In order torealize such instrument, we are developing a focusing mirror, a
new wide wavelength band monochromator using bent perfectsilicon crystals, high performance detector systems with highpositional resolution and high counting rate. We can make such
SANS instrument very compact and low cost, therefore it will
be possible to install many such instruments at a beamline in
future.

た時、二つの方法がある。一つは常識にとらわれない新
しいアイディアに基づくことであり、もう一つは測定性能を格段に良くすることにより、これまで見えなかった現象が見えるようすることである。本研究室では徹底して後者の道を選び、新しい中性子デバイスの研究開発を行い、より高性能の中性子散乱実験装置の研究開発につなげようとしている。さらに医師、生理学者と共同し、
アルツハイマー、パーキンソン病などに深く関わるタン
パク質の溶液散乱を行い、新展開を計ろうとしている。
このような方針で、現在日本原子力研究開発機構の三号炉に、回転楕円体ミラーを使った小型集束型の中性子
小角散乱装置のプロトタイプを建設している。このような装置を実現するために、集束型ミラー、Si 単結晶を使った新方式の高強度モノクロメータ、高分解能高計数率の検出器等々様々な新しいデバイスを開発中である。将来
的には一本のビームラインに同様の装置を数多く設置出来るようにすることをめざしている。

68
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物質設計評価施設
Materials Design and Characterization Laboratory (MDCL)
物 質 設 計 評 価 施 設 で は、 物 質 の「 設 計The aim of MDCL is to promote materials science
with the emphasis on the “DSC cycle” where DSC
represents three functions in developing newmaterials, Design, Synthesis and Characterization.
The MDCL consists of two divisions; Materials
Design Division (MD-D) and Materials Synthesis
and Characterization Division (MSC-D). The
Supercomputer Center of ISSP (SCC-ISSP) belongs
to MD-D, while in MSC-D there are six sections
for joint-use; Materials Synthesis Section, Chemical
Analysis Section, X-ray Diffraction Section, Electron
Microscope Section, Electromagnetic Measurements
Section, and Spectroscopy Section. In MD-D, bymaking use of its supercomputer system, novel
mechanisms behind various cooperative phenomena
in condensed matter are explored, and theoreticaldesigns of new materials as well as those of materials
with new nanoscale structure are developed. In
MSC-D, various new materials are synthesized,
single cr ystals are grown and the structural,electromagnetic and optic properties of the materials
are characterized. The characterization results are
immediately fed back to the synthesis and to thedesign of materials. Through this DSC cycle we aim
to develop new materials with new functions. Almost
all the facilities of the MDCL are open to domestic
scientists through the User Programs conducted by
the Steering Committees of the MDCL.

（Design）」、
具体的な物質の「合成（Synthesis）」、
合 成 さ れ た 物 質 を 総 合 的 に 調 べ る「 評 価（Characterization）」の３つの研究をサイクル（DSC サイクル）のように有機的に連携させる
ことにより、新しい物性・機能を持つ物質の開発を目指している。本施設は物質設計部と物質合成・評価部よりなり、物質設計部には電子計
算機室、物質合成・評価部には物質合成室、化学分析室、Ｘ線測定室、電子顕微鏡室、電磁気
測定室、光学測定室の６実験室がある。物質設
計部では、最先端の物性専用のスーパーコン
ピュータを駆使して原子間の相互作用によって生み出される様々な協力現象を解明しつつ新物質の設計を行い、物質合成・評価部では物質の合成、単結晶育成およびその組成の分析や結晶構造評価を行い、また、新しく開拓された物質
群の電気的・磁気的・光学的性質の総合評価を行っている。これら物質の総合的評価の結果は設計および合成にフィードバックされ、DSC サ
イクルを通して新しい物質の開発が行なわれる。
本施設の全国共同利用は、物質設計評価施設運
営委員会により運用されている。

教授（施設長）

上田

寛

助

教

植田

浩明

教

授

廣井

善二

助

教

岡本

佳比古

准教授

川島

直輝

助

教

鈴木

隆史

教授（外国人客員） バルガバ チャンドラ サティシュ 助

教

吉本

芳英

教授（外国人客員） サンドヴィック アンダース

助

教

富田

裕介

教

石田

晏穂

Professor (Director)
Professor

Associate Professor
Visiting Professor

Yutaka UEDA
Zenji HIROI

Naoki KAWASHIMA
Satish C. BHARGAVA

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate

Yoshihiko OKAMOTO
Takafumi SUZUKI
Yoshihide YOSHIMOTO

Visiting Professor

Anders SANDVIK

助

山浦

淳一

助

技術専門員

市原

正樹

技術専門員

北澤

恒男

技術専門職員小池正義

技術専門職員

礒部

正彦

技術専門職員山内徹

技術専門職員矢田裕行

技 術 職 員木内陽子

技 術 職 員福田毅哉

教Research Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate

Jun-Ichi YAMAURA
Masaki ICHIHARA
Masayoshi KOIKE
Touru YAMAUCHI
Yoko KIUCHI

Research Associate

Hiroaki UEDA

Research Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate

Yusuke TOMITA
Yasuho ISHIDA

Tsuneo KITAZAWA
Masahiko ISOBE
Hiroyuki YATA

Takaki FUKUDA

69
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

スーパーコンピュータ システムＡ

Supercomputer
Hitachi SR11000/48 model J1

物質設計評価施設 Materials Design and Characterization Laboratory
http://yueda.issp.u-tokyo.ac.jp

上田寛研究室Y. Ueda Group

遷移金属を含む酸化物、カルコゲン化物などについて

教

授

上田

寛

助

教

植田

浩明

Professor
Research Associate

Yutaka UEDA
Hiroaki UEDA

Our primar y research effort has been focused upon
the development of inorganic materials possessing novel
electromagnetic properties such as superconductivity, metalinsulator transition, charge/orbital order and various quantum
spin phenomena. The transition metal oxides and chalcogenide
have been mainly synthesized under various atmospheres
and single crystals of them have been grown by FZ and flux
methods. The nonstoichiometry, structure, phase transitionand physical properties have been studied by TG-DTA (DSC),
X-ray and neutron diffraction, electron microscopy, electricalresistivity and magnetic susceptibility measurements etc. Our
recent outcomes are the finding of (1) quantized magnetization
plateaus caused by Wigner crystallization of triplets (magnons)
in 2D frustrated system SrCu2(BO3)2 with Shastry-Sutherland
lattice, (2) novel charge order transition and devil’s flower typephase diagram in NaV2O5 with a trellis lattice, (3) charge ordertransitions and pressure-induced superconductivity in quasi 1D
conductors β-A0.33V2O5 (A = Li, Na, Ag, Ca, Sr, Pb), (4) new
charge/orbital order transitions and room temperature CMR
in A-site ordered perovskite manganites RBaMn2O6, (5) novel
phase transitions caused by the interplay among charge, orbital,
spin and lattice degrees of freedom in 3D frustrated spineloxides, (6) metal-insulator transitions in hollandite vanadates,
A2V8O16 (A = K and Rb).

様々な雰囲気下での合成と単結晶育成および構造、相平
衡・相転移、電気的・磁気的性質について研究し、超伝導、金属―絶縁体転移、電荷 ･ 軌道秩序、量子スピン現象な
ど新奇な物性を示す無機化合物の開発研究を行っている。
当研究室で最近新たに発見、合成された物質としては、（１）シャストリー・サザーランド格子を持つ２次元
フラストレート系物質 SrCu2(BO3)2、（２）トレリス格子を持つ NaV2O5、（３）擬１次元導体バナジウムブロンズ
β -A0.33V2O5 (A = Li, Na, Ag, Ca, Sr, Pb)、（４）新規 A
サイト秩序型ペロフスカイト Mn 酸化物 RBaMn2O6、（５）
３次元フラストレート系スピネル酸化物、（６）ホランダ
イト型バナジウム酸化物、などが挙げられる。これらの物質において、それぞれ、（１）励起トリプレットのウィ
グナー結晶化と磁化プラトー現象、（２）新奇な電荷秩序転移と “ 悪魔の花 ” 相図、（３）電荷秩序転移と圧力誘起
超伝導、（４）新規電荷・軌道秩序転移と室温巨大磁気抵抗、（５）軌道秩序の絡んだスピン―パイエルス的相転移と磁場誘起相転移、（６）金属―絶縁体転移、を見出している。

β-Li0.33V2O5 の 圧 力 － 温 度 (P-T) 相 図。

AF.L.R.O：反強磁性秩序、C.O.：電荷整列
非金属相、S.C.：超伝導相。圧力により電荷整列相は抑えられ、超伝導相が現れる。
２種類の超伝導相が存在する。

Pressure-temperature (P-T) phase
diagram of β-Li 0.33 V 2 O 5 . AF.L.R.O:
antiferromagnetic order, C.O.: chargeordered phase, S.C.: superconducting
phase. The charge ordered phase issuppressed under high pressure and thesuperconducting phase appears. Thereexist two kinds of superconducting
phase in β-Li0.33V2O5.

超高圧物性測定装置「圧太郎」と試料部の拡大図。

Physical property measurement system under ultra-highpressure, “Oshitaro”, and the enlarged sample part.

研究テーマ Research Subjects
1. 遷移金属を含む酸化物、カルコゲン化物等の合成と不定比性および相平衡の研究
Synthesis of transition metal oxides and chalcogenides by controlling stoichiometry and phase equilibrium
2. 構造およびＸ線回折のその場観察による構造相転移の研究
Study on structure and phase transition by in situ observation of X-ray and neutron diffractions and electron microscopy
3. 電気的・磁気的性質の評価と化学結合および電子相関効果の研究
Study on novel electromagnetic properties related to correlated electrons
4. 雰囲気制御や反応前駆体の開発および極端条件下での合成による新物質の開発
Synthesis of new materials under various conditions including high-pressure

70
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物質設計評価施設 Materials Design and Characterization Laboratory
http://hiroi.issp.u-tokyo.ac.jp

廣井研究室

授

廣井

善二

助

手

岡本

佳比古

Professor

Hiroi Group

高温超伝導の発見とその後の研究の流れは、新物質の教

Research Associate

Zenji HIROI

Yoshihiko OKAMOTO

The remarkable discovery of high-T c superconductivity
and the following enthusiastic research in the last decade haveclearly exemplified how the finding of new materials would givea great impact on the progress of solid state physics. Now the
related topics are spreading over not only superconductivity but
also unusual metallic behavior which is generally seen near the
metal-insulator transition in the strongly correlated electron
systems. We believe that for the next few decades it will become
more important to explore novel physics through searching for
new materials.
Transition-metal oxides are one of the most typical systems
where the effect of Coulomb interaction plays a critical role on
their magnetic and electronic properties. Especially interestingis what is expected when electrons localized due to the strong
Coulomb repulsion start moving by changing the bandwidthor the number of carriers. We anticipate there an unknown,
dramatic phenomenon governed by quantum fluctuations.
One of the topics we study now is a quantum spin lattice basedon triangle geometry where a magnetic frustration tends tosuppress ordinary long-range order and may lead to an unusual
spin liquid ground state. Recently, we found superconductivity
for the first time in the pyrochlore oxides Cd2Re2O7 and AOs2O6(A = K, Rb, Cs) which crystallize in such a three-dimensionally
frustrated lattice.

発見が如何に物性物理学に大きなインパクトを与えるかを如実に示した。その波紋は超伝導研究のみならず、強相関電子系一般における局在 - 非局在の概念の確立や磁性と伝導性の興味深い相関の研究へと大きな広がりを見せている。新物質探索を通して未知の物理現象を見出し、物性物理学の新しい方向を切り開くことは今後ますます重要になると考えられる。
遷移金属酸化物は強相関電子系の宝庫である。特に小さなスピン量子数を持つ低次元系（量子スピン系）において、強いクーロン反発によって局在しているｄ電子がキャリア数やバンド幅の制御によって動き始める時、量子効果による劇的な現象が期待される。本研究室では、様々な遷移金属酸化物の構造と物性の間に見られる相関に着目しながら、新物質探索を行い、強相関電子系の物
質科学の面白さを研究している。特に注目しているのは三角形を基本としたスピン格子で、そこでは磁気的なフラストレーションによって長距離秩序が抑えられ、量子揺らぎが効いた新規な基底状態が期待される。最近、３次元フラストレーション格子を有するパイロクロア酸化物 Cd2Re2O7 や AOs2O6 (A = K, Rb, Cs) において新たに超伝導転移を発見した。

β パイロクロア酸化物超伝導体 AOs2O6 の電気抵抗。超伝導転移温度は 3.3 K (Cs)、6.3 K (Rb)、9.6 K (K) である。

Superconducting transitions observed in resistivity for the
β-pyrochlore oxide superconductors AOs2O6. The Tc is 3.3 K, 6.3
K and 9.6 K for A = Cs, Rb and K, respectively.

研究テーマ Research Subjects
1. 新しい量子スピン系及び強相関電子系物質の開発
Search for a new material realizing a quantum spin system or a strongly correlated electron system
2. 光キャリア注入による強相関電子系の物性制御
Photocarrier injection to strongly correlated electron systems to control their electronic properties
3. 高温超伝導体
High-Tc superconductors
4. 大型単結晶育成及び単結晶薄膜の作製
Growth of large single crystals and thin films of transition-metal oxides

71
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物質設計評価施設 Materials Design and Characterization Laboratory
http://kawashima.issp.u-tokyo.ac.jp

川島

直輝

助

教

鈴木

隆史

助

教

富田

裕介

Associate Professor Naoki KAWASHIMA

川島研究室

Research Associate

Kawashima Group本研究室では物性論で現れるさまざまな多体問題の数准教授

Research Associate

Takafumi SUZUKI
Yusuke TOMITA

We are developing new numerical methods for many-bodyproblems and investigating problems of condensed matterphysics and statistical mechanics.
Developments in computer technology that started in the
middle of the 20th century bring forth the third category ofphysics, namely, computational physics. This new category
is playing a complementary role to the other two traditional
ones, experimental and theoretical physics. The computational
physics is particularly powerful in dealing with many bodyproblems. We have been developing new Monte Carlo methods
for quantum spin, boson and fermion models defined on alattice, and solved several problems. For example, we extended
the cluster algorithm to novel models that cannot be expressed
as a simple Heisenberg model, such as the bilinear-biquadraticmodel and the SU(N) models. The bilinear-biquadratic model,
in particular, is a recent focus of attention since it may be themodel of the super-cooled atom system trapped in an opticallygenerated lattice. Besides the quantum models, we are also
working on the classical frustrated systems, such as spin glasses.

値解法とそれを通じた物性基礎論の研究を行っている。
２０世紀半ばからスタートした計算機技術の急速な進展に伴って、従来の実験物理学、理論物理学を補うもの
として、計算物理学と呼ばれる研究分野が成立しつつある。計算機を援用した物理学研究の手法は特に多体問題の解法において威力を発揮し、多くの成果をあげてきている。本研究室では、格子上で定義された量子スピン系、
ボーズ粒子系、フェルミ粒子系に対する新しいモンテカ
ルロ法の開発を行い、従来困難であったいくつかの問題を解決し、また現在も未解決の問題に取り組んでいる。
たとえば、ループ・クラスタ更新と呼ばれる量子モンテ
カルロ法があるが、我々はこれを biquadratic 相互作用項をもつモデルや SU(N) 対称性を持つモデルなど通常のハイゼンベルクモデルでは表現できないモデルに拡張し、基底状態や臨界現象を解明した。このようなモデルに対応する物理系を実験的に創出する試みも近年非常に盛ん
で、たとえば、biquadratic 相互作用モデルは光学的に作られた格子上に極低温に冷やされた原子を配置したときに起きる現象のモデルとして注目されている。この他、
本研究室ではスピングラスなどの古典ランダム系の研究も行っている。

２次元 SU(N) ハイゼンベルクモデル
において実現されるＶＢＳ状態。線
の濃淡はスピン対ごとの相関の強さを示す。基本表現モデルにおいては、
このような状態が N=5 以上で出現する。これに対して N=4 以下では基底状態は単なるネール状態である。

The VBS state that appears int h e t wo - d i m e ns i on a l SU ( N )Heisenberg mo del. A darker
line corresponds to a spin pairs
with stronger correlation. In themodel with the fundamental
representation, the VBS state
becomes the ground state for N=5
or larger. For N=4 or smaller, on
the other hand, the ground state is
the simple Neel state.

ＶＢＳ状態における秩序変数の出現確率分布。横軸は x 方向のダイマー秩
序変数、縦軸は y 方向のダイマー秩序変数に対応し、赤色が濃いほど出現頻度が高いことを示す。

The probability distribution of the dimerization order parameter.
The horizontal or vertical direction in the figure corresponds to thedimerization in the x or y direction, respectively. The brighter red
indicates high probability.

研究テーマ Research Subjects
1. 新しい量子相の探索と量子臨界現象
Search for novel states in quantum systems and quantum critical phenomena
2. 多体問題の数値解法の研究、特に量子モンテカルロ法の新手法の開発
Numerical methods for many-body physics, in particular, new quantum Monte Carlo techniques
3. スピングラス
Spin glasses

72
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物質設計評価施設 Materials Design and Characterization Laboratory

バルガバ研究室

外国人客員教授

Visiting Professor

バルガバ チャンドラ サティシュ
Satish C. BHARGAVA

Bhargava Group

物性研究所に滞在した５ヶ月の間、上田（寛）研究室

During this visit for 5 months, I worked on the project “CMRat the ambient temperature” with Y. Ueda’ Group. The perovskite
manganese oxides have attracted in colossal magnetoresistance(CMR) effect. The CMR has been observed far below room
temperature in ordinal perovskite manganese oxides, which
is disadvantage for application. Very recently, Y. Ueda’ groupdeveloped the A-site ordered manganites RBaMn 2 O 6 (R =rare earth elements) and realized room temperature CMR
over 1000% by introducing some disorder into the A-siteordered manganites. For this project, I employed my findingof the methodology to optimize CMR and the excellent phase
diagram of the A-site ordered manganites RBaMn2O6 obtainedby Y. Ueda’ group recently. We synthesized various kinds ofA-site ordered manganites with both structural and charge
randomness, and evaluated CMR effect. Finally we succeeded inrealizing CMR beyond 2000% at room temperature.

と共同で、ペロフスカイト型マンガン酸化物における室温での巨大磁気抵抗（ＣＭＲ）の達成を目指して実験に従事した。ペロフスカイト型マンガン酸化物はそれが示
す巨大磁気抵抗により注目されている物質系であるが、通常のペロフスカイト型マンガン酸化物では巨大磁気抵抗は室温以下で観測され、実用的には問題である。最近、
本研究所上田（寛）研究室でＡサイト秩序型ペロフスカ
イトマンガン酸化物 RBaMn2O6 (R：希土類金属 ) が開発され、それにランダムネスを導入することにより室温で1000 % を超える巨大磁気抵抗の実現に成功した。そこ
で、このプロジェクトでは、私が見出したＣＭＲを増大するための方法論と上田（寛）研究室で得られたＡサイ
ト秩序型ペロフスカイトマンガン酸化物の電子相図を基に、室温でのより大きな巨大磁気抵抗効果の実現を目指した。構造と電荷のランダムネスを持った色々なＡサイ
ト秩序型ペロフスカイトマンガン酸化物を合成し巨大磁
気抵抗効果を調べた結果、最終的に、室温で 2000 % を超える巨大磁気抵抗効果の実現に成功した。

物質設計評価施設 Materials Design and Characterization Laboratory

サンドヴィック研究室

外国人客員教授

Visiting Professor

サンドヴィック アンダース
Anders SANDVIK

Sandvik Group

私は量子スピン系やそれに関連した多体モデルの計算

I plan to carry out computational studies of quantum spin
systems and related lattice many-body models, using existing
methods (primarily various quantum Monte Carlo approaches)
as well as new and improved methods under development.
Problems to be addressed include deconfined quantumcriticality in S=1/2 models with multi-spin interactions. I
have recently identified a transition between the Neel state
and a valence-bond-solid (VBS) state in a 2D Heisenberg
model with 4-spin interactions and intend to work on further
characterizations of its critical point, which appears to be
an example of a deconfined quantum-critical point. I will
also investigate other related models that can be expected to
exhibit similar transitions, with the particular aim of further
investigating the emergent U(1) symmetry which has been
predicted theoretically and observed in my initial studies. I
also plan to construct and study models exhibiting transitions
between two different VBS states. In algorithm development, I
plan to work on variational schemes in the valance bond basis
as well as with methods utilizing tensor-network states and theirgeneralizations.

物理学的な研究を行いたいと考えている。その際に用いるのは量子モンテカルロ法に代表される既存の計算手法と今後新しく開発する予定の改良された方法である。具体的には多スピン相互作用のある S ＝１/ ２量子スピン
モデルにおける deconfined 量子臨界現象を研究したいと考えている。我々は最近４体相互作用のある２次元ハイゼンベルクモデルにおいて、ネール状態からＶＢＳ状態への転移を研究した。それをさらに発展させて、この転移が deconfined 量子臨界現象の例になっていることを立証するための計算を行いたい。また、同様の臨界現象を示すほかのモデル、とくに理論的に予言され初期の数値計算でもその存在が示唆されている U(1) 対称性を生み出すような場合についての計算も行いたい。２つの異なるＶＢＳ状態間の転移を示すようなモデルを構成することも興味ある課題である。アルゴリズム開発の面では、
ＶＢ基底を用いた変分法の枠組みや、テンソルネットワー
クとその一般化に基づく方法を発展させたい。
73

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物質設計評価施設
物質設計部 (Materials Design Division)

電子計算機室Supercomputer Center
担 当 所 員担 当 所 員

杉野
川島

修

直輝

Chairperson : O. SUGINO

助

教

Contact Person : N. KAWASHIMA

助

教

助

教

助

教

技術専門職員
技 術 職 員

吉本
富田
鈴木
石田
矢田
福田

芳英
裕介
隆史
晏穂
裕行
毅哉

Research Associate : Y. YOSHIMOTO
Research Associate : Y. TOMITA
Research Associate : T. SUZUKI
Research Associate : Y. ISHIDATechnical Associate : H. YATA
Technical Associate : T. FUKUDA

2. 所内ネットワーク関連

1. 全国共同利用スーパーコンピュータ
電子計算機室では計算物性物理学専用のスーパーコン

本室では、物性研究所 LAN、および、電子メールサー

ピュータシステムを、スーパーコンピュータ共同利用委

バ、ファイルサーバ、WWW サーバ（物性研ホームペー

員会の審議に基づき全国の物性研究者の共同利用に供しジ http://www.issp.u-tokyo.ac.jp）他の各種サーバの管ている。現在のシステムは平成 17 年３月に更新された

理運用を行い、大学院生を含めた所内に提供している。

もので、密結合により高いノード単体性能を持つ計算機

物性研ネットワークでは東京大学キャンパスネットワー（Hitachi SR11000 model J1/48）と高い総処理能力を持

ク (UTnet) を通したインターネットへの接続のため、ファつ疎結合並列計算機（SGI Altix3700Bx2/1280）を核とイアウォールの設置、電子メールに関するウイルスの検した複合システムである。本室では、システムのベンダー

査と除去、ウイルス対策ソフトウエアの所内への配布なと協議しながら高度なシステム性能を維持するとともに、どのセキュリティ対策を行っている。また、所内でのコ

全国ユーザからの相談に応ずるなどして、システムの管

ンピュータおよびネットワーク関係の Q&A、テレビ会議

理運用を行っている。スーパーコンピュータの利用申請システムなどの機器の管理と利用促進、本館の各フロアに つ い て は、 ホ ー ム ペ ー ジ（http://www.issp.u-tokyo.

に設置された大型レーザープリンタの管理なども行ってac.jp/center/）を参照されたい。

いる。さらに、広報・出版委員会の下で、物性研ホームペー
ジ、物性研要覧、アクティビティレポートなどの電子情

The Sup ercomputer C enter (SC C-ISSP) op erates a
supercomputer system, which serves all researchers oncondensed matter physics in Japan with no charge throughUser Programs supervised by the Supercomputer Steering
Committee. The present system, installed in March 2005,
consists of two parts: a system of high performance nodes
powered by closely united processors (Hitachi SR11000 model
J1/48) and another system of sparsely connected processors withhigh total arithmetic performance (SGI Altix3700Bx2/1280).
While the Center responds to questions and inquiries from all
the users on daily basis, it also maintains high performance ofthe system in cooperation with the venders, Hitachi and SGI.

報の収集管理を行っている。
The Center also operates the local area network in ISSP, ande-mail servers, file servers, WWW servers for the ISSP home
page (http://www.issp.u-tokyo.ac.jp), and other servers, tosupport all the users in ISSP. It takes severe measures of network
security of the ISSP, which is connected to the internet via
UTnet (the campus network of the University of Tokyo) by, forexample, monitoring electronic traffics for virus infection andby distributing anti-virus softwares to in-house users.

物性研究所共同利用スーパーコ
ンピュータシステム構成図

The Supercomputer Systemat the SCC-ISSP.

スーパーコンピュータ

システムＢ （SGI Altix3700Bx2/1280）

The supercomputer system B (SGI Altix3700Bx2/1280)

74
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

Materials Design and Characterization Laboratory
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

物質合成室
Materials Synthesis Section
担 当 所 員
技術専門員
技術専門職員

廣井
北澤
礒部

善二
恒男
正彦

化学分析室
Chemical Analysis Section

Contact Person : Z. HIROI

担 当 所 員Technical Associate : T. KITAZAWA

技 術 職 員

上田
木内

寛

陽子

Contact Person : Y. UEDA
Technical Associate : Y. KIUCHI

Technical Associate : M. ISOBE

本室では、新物質の合成、既知物質の良質化、単結晶

本室では、物性研究に有用な物質についての化学分析育成など研究用試料の合成を行っている。また、各種高や新しい物質の分析方法の検討および化学的手法による

温電気炉や単結晶育成炉、試料調整加工機などを所内外

材料の精製および調整を行うと共に、秤量・分析・化学の共同利用研究機器として供している。

処理に関わる各種機器を所内外の共同利用に供している。

The main purposes of the Materials Synthesis Section are tosynthesize new compounds and to prepare well-characterized
samples and single crystals of various materials. Various kindsof furnaces are provided for crystal growth experiments.

The Chemical Analysis Section is engaged in determining thechemical composition of specimens and in purifying chemical
reagents for preparation of high quality specimens. The
analytical equipments, several types of automatic balance and asystem for preparation of ultra-high purity water are provided
for chemical analysis experiments.

主要設備

フローティングゾーン単結晶育成炉、単結晶引上炉、各種電気炉（抵抗

主要設備

加熱式ブリッジマン炉、フラックス炉、アーク溶解炉、シリコニット炉）、

走査電子顕微鏡―Ｘ線マイクロアナライザー、誘導結合高周波プラズマ

真空蒸着装置（10-6 Torr）、精密切断機

発光分光分析装置、各種顕微鏡、電子天秤、真空蒸着装置、研磨器、電位差滴定装置、純水製造装置、凍結乾燥機

Main Facilities

Floating-zone furnaces, Czochralski pulling apparatus with an

Main Facilities

induction heating system, Bridgman-type furnace, Ar-arc furnace,

SEM-EDX/WDX, ICP-AES, Microscopes, Automatic balances,

Furnace for flux method, Ultra-high vacuum deposition apparatus,

Potentiometric titration apparatus, Various apparatuses for sample

and Cutting machine.

preparation, The system for preparation of ultra-high purity water,
and Freeze-dried machine.

走査電子顕微鏡―Ｘ線マイクロアナライザー

単結晶引上炉SEM-EDX/WDX

Czochralski pulling apparatus with an induction heating system

75
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

物質設計評価施設
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

Ｘ線測定室
X-ray Diffraction Section
担 当 所 員
助

教

廣井
山浦

善二
淳一

電子顕微鏡室Electron Microscope Section

Contact Person : Z. HIROI

担 当 所 員Research Associate : J. YAMAURA

技術専門員
技術専門職員

上田
市原
小池

寛

正樹
正義

Contact Person : Y. UEDA
Technical Associate : M. ICHIHARA
Technical Associate : M. KOIKE

興味深い物性を示す物質の開発や評価において、結晶

電子顕微鏡は物質の微細構造評価の有力な手段である。

構造解析は極めて重要な位置を占める。本室では、Ｘ線

本室では、格子像レベルでの透過像を観察するため、高回折を用いて、新規物質の結晶構造や温度による構造変分解能形と電界放射形分析電子顕微鏡を備え、物質の微化など物質構造の研究を行うと共に、所内外の研究者に

細構造研究を行うと共に、設備を所内外の利用に供し、対して施設利用の提供、依頼研究を行っている。

共同利用研究や依頼研究を行っている。
The Electron Microscope Section supports electron diffraction
measurements, lattice image observation and microscopic
analysis of various solid materials, both crystalline and noncrystalline with atomic-scale resolution, by using a highresolution electron microscope and an electron microscope with
an X-ray micro-analyzer.

The main purposes of the X-ray Diffraction Section are
structural analysis and identification of the powder andsingle crystal specimens for solid state physics. By using the
4-circle diffractometer equipped with the warped imaging
plate diffractometer and a refrigerator the structural analysis isperformed in the temperature range of 7-300 K.

主要設備

主要設備

装置、ラウエカメラ、ワイセンベルグカメラ

ビーム装置、薄膜試料作成のための種々の装置

Main Facilities

Main Facilities

diffractometer, Powder X-ray diffractometer, Monochromated Laue

High- and low-temperature holders, Focused ion-beam milling, and200 kV 電界放射形分析電子顕微鏡、低温・高温ホルダー、集束イオン

四軸型Ｘ線回折計、イメージングプレート型Ｘ線回折計、粉末Ｘ線回折

200 kV electron microscope with an X-ray micro-analyzer,

Automatic 4-circle X-ray diffractometer, Warped imaging plate

Various apparatuses for sample preparation

camera, and Weissenberg cameras.

極低温用イメージングプレート型Ｘ線回折計

200 kV 電界放射形分析電子顕微鏡

Imaging plate type X-ray diffractometer for low temperature application

200 kV electron microscope with an X-ray micro-analyzer

76
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

Materials Design and Characterization Laboratory
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

電磁気測定室Electromagnetic Measurements Section
担 当 所 員担 当 所 員担 当 所 員
技術専門職員

家

泰弘

瀧川

仁

山内

徹

廣井

善二

光学測定室
Spectroscopy Section

Contact Person : Y. IYE

担 当 所 員Contact Person : M. TAKIGAWA

担 当 所 員

田島
末元

裕之
徹

Contact Person : H. TAJIMA
Contact Person : T. SUEMOTO

Contact Person : Z. HIROI
Technical Associate : T. YAMAUCHI

汎用性のある光学測定機器を備え、所内外の共同利用

本室では、物質の基本的性質である電気的磁気的性質に供している。

を、温度および磁場の広い範囲にわたって測定するとともに、磁気特性測定装置、物理特性測定装置、超伝導磁

The Spectroscopy Section offers joint-use facilities forstandard optical measurements. The facilities can be used formeasurements of conventional absorption spectrum in the UV,
visible and IR regions, luminescence and its action spectrum,and Raman scattering.

石などの設備を所内外の共同利用に供している。
The Electromagnetic Measurements Section offers various
facilities for measurements of electric and magnetic propertiesof materials. The followings are types of experiments currently
supported in this Section: electrical resistivity, magnetoresistanceand Hall effect, magnetization, magneto-quantum oscillatory
phenomena, a.c. susceptibility, magnetic torque, and NMR.

主要設備

可視紫外分光光度計、赤外分光光度計、ラマン分光光度計、波長可変パルスレーザー光源
Main Facilities

UV and VIS absorption spectrometer, IR spectrometer, Raman

主要設備

spectrometer with Ar ion laser, Tunable dye laser equipped

１５/ １７テスラ超伝導マグネット、スプリット型５テスラ超伝導マグwith excimer laser, and Monochromator and related electronic

ネット（ヘリウムフリー）、振動試料磁化測定装置（ＶＳＭ）、１６/ １８

instruments.

テスラ高均一超伝導マグネット（ＮＭＲ）、ＳＱＵＩＤ磁化測定装置（ＭＰＭＳ）
、汎用物性測定装置（ＰＰＭＳ）、クロスコイル型超伝導マグネット
Main Facilities

Superconducting magnet (15/17 T), Split type superconducting

magnet (5 T), Vibrating sample magnetometer (VSM), Highhomogeneity superconducting magnet (16/18 T) for NMR
experiments, SQUID magnetometer (7 T), PPMS (physicalproperties measurement system), and Cross-coil-type
superconducting magnet.

光学測定機器

磁気特性測定装置

Spectrometers (Room A468)

SQUID magnetometer (MPMS)

77
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

国際超強磁場科学研究施設
International MegaGauss Science Laboratory
当施設ではパルスマグネットを用いて強力な磁場を発生し、様々な物質（半導体、磁性体、金属、絶縁体など）の性質を変化させ、その電子状態を調べている。パルス磁場には、80 テスラ（非破壊世界最高）までの非破壊型磁場と 100 テス
ラ以上 600 テスラ程度（室内世界最高磁場発生）まで発生できる破壊型（一巻きコイル法、電磁濃縮法）がある。前者は精密な物性計測（電気伝導、光学、磁化測定など）を担い、他の極限物理環境（高圧、低温）と組み合わせた実験や国内外の強い磁場を必要とする物性研究などに共同利用施設として寄与している。世界最大の直流発電機 (210 メガジュール ) を用いた超ロングパルス（１〜 10 秒程度）や非破壊 100 テス
ラ磁場発生の開発も進めている。後者の破壊型装置では、超強磁場という量子極限状態での新しい物性を探索する研究を行っている。

爆破保護室内に設置した「電磁濃縮法」による超強磁場発生装置。室内磁場発生装置としては世界最高 600 テスラ強の世界記録を保持している．中心に主コイル、両サイドに種磁場発生マグネットがセットされる。主コイルには 5 メガジュールの巨大コンデンサー電源から 40
キロボルト、600 万アンペアの電流が投入できる。磁場発生時間はマイクロ秒の時間であり、発生後コイルも含め周辺は破壊されるため、破壊型短パルス磁場発生装置である。磁気光学測定や磁気電気伝導測定などの物性研究に利用されている。

The aim of this laboratory is to study the physicalproperties of matter (such as semiconductors,
magnetic materials, metals, insulators) under ultrahigh magnetic field conditions. Such a high magnetic
field is also used for realizing the new material phaseand functions. Our pulse magnets can generate up
to 80 Tesla by non-destructive way (the world recordof the non-destructive magnet), and from 100 up to
600 Tesla (the world strongest as an indoor record)by destructive (the single turn coil and the electromagnetic flux compression) methods. The former
offers physical precision measurements (the electroconductance, the optics, and the magnetization).
The multiple extreme physical conditions combining
high fields with ultra-low temperature and ultra-highpressure are also available, and are open for domestic
and international scientists. The magnet technologies
are intensively devoted to the quasi-steady long pulse
magnet (an order of 1-10 sec) energized by the world
largest DC generator (210 MJ), and also to a 100 Tesla
nondestructive magnet. Whereas, the latter facilities(destructive ones) are oriented for developing new
horizons in material science realized under suchextreme quantum limit conditions.

An ultra-high magnetic field generation system for the electromagnetic flux compression method settled inside of theprotection house for explosion. The system has generated over
600 Tesla, which is the world record as an indoor operation. A
primary coil is settled at the center sandwiched by two seed coils
aside. The 5 mega-joule giant condenser bank power supply
injects 40 kilo-volts and 6 mega-ampere current into the primarycoil. The operation is a pulse mode with duration of microsecond order. This is called a destructive pulse magnetic field
generation system since the coil and surrounding materials aredestroyed after a shot. This system currently serves for magnetooptical measurements and magneto-transport measurements forsolid-state physics.

教

授（施設長）

嶽山

正二郎

助

教

小嶋

映二

教

授

金道

浩一

助

教

鳴海

康雄

准教授

徳永

将史

技術専門職員川口孝志

技 術 職 員松尾晶

技 術 職 員澤部

博信

Professor (Director)
Professor

Associate Professor

Shojiro TAKEYAMA
Koichi KINDO

Masashi TOKUNAGA

Research Associate
Research Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate

Eiji KOJIMA

Yasuo NARUMI
Koushi KAWAGUCHI
Akira MATSUO
Hironobu SAWABE

78
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

国際超強磁場科学研究施設 International MegaGauss Science Laboratory
http://takeyama.issp.u-tokyo.ac.jp

嶽山研究室

授

嶽山

正二郎

助

教

小嶋

映二

Professor

Takeyama Group

破壊型超強磁場発生法である電磁濃縮法や一巻きコイ

教Research Associate

Shojiro TAKEYAMA
Eiji KOJIMA

Solid state magneto-photophysics involving photons,
electrons, spins, and their complex states is our main researchsubject realized in semiconductor and magnetic nano-composite
structures and in ultra high magnetic fields. Our main scheme
is the magneto-optical measurements, which are used forclarifying various phenomena governed by electron correlationand many body interactions. Our materials of research covertype II quantum structures (high density excited states), carbon
nano-tubes (optical detection of Aharonov-Bohm effect), dilutemagnetic materials (spin related phenomena), and the spinel
oxside (a frustrated spin system). Magneto-optical properties ofthe exciton complexes, such as a charged exciton, a biexciton,
and multi-excitons as well as the exciton Bose-Einsteincondensate are the targets to be elucidated by means of thelinear and nonlinear magneto-optics under ultra high magnetic
field.

ル法を用いたメガガウスパルス磁場発生開発を行っている。室内では世界最高磁場発生を実現している。また、
このような量子極限環境下での物性測定手法の開発とともに、さまざまな物質の物性計測と解析を推進している。
光学的観測手段を用いてメガガウス領域で発現する新しい物質相の探索など物性物理の開拓を進めている。半導体タイプ II 量子構造での高密度光励起強磁場磁気光学、
カーボンナノチューブを用いた超強磁場アハラノフ・ボー
ム効果の光学的観測、半導体／磁性体複合ナノ構造を主な研究対象として超強磁場下で実現する光・電子・スピンが絡む複合励起物性や電子相関や多体問題が支配する現象など追求している。超強磁場下で安定化が期待されている励起子ボーズ・アインシュタイン凝縮相の発見を志向した研究や、フラストレート量子スピン系の超強磁場ファラデー回転による磁気構造の解明なども展開している。

電磁濃縮法超強磁場発生実験で室内最高磁場値を更新した記録と開発中の新主コイルの写真。新主コイルを用いた 3.8 MJ エネルギー投入での 630 T の磁場発生を記録したピックアップコイルの信号を示す。２回目の実験でも再現している。

フラストレートスピン系のスピネル酸化物の１つ ZnCr2O4 での、一巻きコイル法で発生した超強磁場 190 T までのでの磁化を反映したファラデー回転信号。120
T 近傍で明確なスピン 1/2 プラトーへの磁気一次相転移が観測された。測定はこの系のネール温度 12 K より低い 9 K で行った。

The pick-up coil signals, which have renewed the world indoor record,
showing the magnetic fields up to 630 T with 3.8 MJ energy injection into
the newly designed coil achieved by the electro-magnetic flux-compression
method. A backdrop is a picture of a newly designed primary coil with an
inner wall of a cupper sheet recently devised.

The Faraday rotation signal of a spinel oxside, ZnCr2O4, a prototype of afrustrated spin system, measured up to a ultra-high magnetic field 190 T
generated by the single-turn coil method. The first order transition into thespin1/2 plateau was clearly observed at 120 T at 9 K, which was below the
Néel temperature TN (=12 K).

研究テーマ Research Subjects
1. 破壊型超強磁場発生と物性計測技術開発
Developement for destructive ultra-magnetic field magnets and solid-state physics measurements
2. 高密度光励起状態での磁気光学効果
Magneto-optics of high-density optically excited states
3. カーボンナノチューブの磁気光学
Magneto-optics of carbon nano-tubes
4. 超強磁場励起子相関
Exction correlation under extremely high magnetic fields

79
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

国際超強磁場科学研究施設 International MegaGauss Science Laboratory
http://kindo.issp.u-tokyo.ac.jp

金道研究室

授

金道

浩一

助

教

鳴海

康雄

Professor

Kindo Group

当施設に設置されたコンデンサー電源を用いて、非破教

Research Associate

Koichi KINDO

Yasuo NARUMI

We carry out precise measurements under non-destructive
pulsed high magnetic fields that are generated by capacitor banks
installed at the facility. Various magnets have been developed atuser’s requests. Up to now, available field conditions for users are
as follows.
1. Short pulse magnet: Pulse duration 6 ms, maximum field 70 T
2. Long pulse magnet: Pulse duration 30 ms, maximum field 65 T
Short pulse magnet is used mainly for magnetization
measurements on insulating materials and Long pulse magnet isused for magnetization and magneto-resistance measurements
on metallic materials. Our magnet has been breaking the world
record of non-destructive magnetic field and we continue todevelop a new magnet aiming at the new world record of 100
T. A four-year project has been started from 2006 to generate
long pulsed field with the duration of 1-10 seconds by use of thelargest DC generator equipped with flywheels.
We are in collaboration with many researchers in otheruniversities or institution by developing or supplying magnets.
Recent topic is the development of X-ray diffractometer underpulsed field that is collaborated with SPring-8 in Harima.

壊パルス強磁場を発生し、その強磁場下で精密な物性測定を行う。様々な用途に応じて、特殊なパルスマグネッ
トの開発を行っており、現在、ユーザーが利用可能な磁場条件は以下の二種類である。
①ショートパルスマグネット：パルス幅 6 ミリ秒、最大磁場 70 テスラ②ロングパルスマグネット：パルス幅 30 ミリ秒、最大磁場 65 テスラ
ショートパルスマグネットは主に非金属の磁化測定に用いられ、ロングパルスマグネットは金属試料の磁化測定および磁気抵抗測定などに用いている。当研究室で製作されたマグネットは非破壊パルス強磁場の世界記録を更新しており、現在も 100 テスラの発生を目指した開発を行っている。また、平成 18 年度より４カ年計画で実施中の超ロングパルス強磁場計画に向けた技術開発も行っている。この計画は、世界最大のフライホイール付き直流発電機を電源として用いることでパルス幅が 1 〜 10秒の磁場発生を目指すものである。
これ以外にも他研究機関との共同研究により様々な
パ ル ス マ グ ネ ッ ト の 開 発・ 供 給 を 行 っ て い る。 特 に、
SPring-8 と共同開発を行った強磁場下Ｘ線回折測定装置
は最新のトピックスのひとつである。
SPring-8 の BL19LXUに設置されたパルス強磁
場中 X 線回折測定装置の写真。

A picture of theexperimental set-up
for X-ray diffraction
measurements underpulsed high magnetic
field installed in thebeamline BL19LXU at
SPring-8.

70T マグネットによる磁気抵抗測定の例。

An example of magneto-resistance by use of a 70 T magnet.

研究テーマ Research Subjects
1. 量子スピン系物質の磁性研究
Study on magnetism of quantum spin systems
2. 強相関伝導物質の磁性と伝導の研究
Study on magnetism and conductivity of strongly correlated electron systems
3. 非破壊 100 テスラマグネットの開発
Development of non-destructive 100 T-magnet
4. 超ロングパルスマグネットの開発
Development of ultra-long pulse magnet

80
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

国際超強磁場科学研究施設 International MegaGauss Science Laboratory
http://tokunaga.issp.u-tokyo.ac.jp

徳永研究室

准教授

徳永

将史

Associate Professor Masashi TOKUNAGA

Tokunaga Group

磁場は物質の電子状態を精密に制御できる外場としてMagnetic-fields have been utilized as a useful external
perturbation to accurately control the electronic states inmaterials. We develop various kinds of experimental systems
for precise investigations of physical properties in pulsed-highmagnetic fields generated by non-destructive magnets.
We mainly study field-induced phase transitions in strongly
correlated electron systems in which multiple degrees of freedom
couple to each other. We are going to clarify the nature of such
system through detailed measurements on magnetization,
magnetoresistance, magnetostriction, electric polarization, andspectroscopy in pulsed high magnetic fields. In addition, weare going to develop novel experimental technique, e.g. highspeed imaging in pulsed magnetic fields and various kinds ofthermodynamic measurements with high accuracy. Experiments
in high magnetic fields are carried out in collaboration with
Prof. Kindo’s group in ISSP.

広く物性研究に役立てられてきた。我々は非破壊型マグ
ネットを用いた長時間パルス強磁場下において精密な物
性測定を展開し、様々な磁性体・超伝導体の基礎物性を研究している。
本研究室では現在、スピン自由度が格子、電荷、軌道、
電気分極などの自由度と結合した系における磁場誘起相
転移を中心に研究を進めている。この系において磁場はスピン系を介して、結晶構造、電気抵抗、電気分極、光学スペクトルなど様々な物理量を変化させる。強磁場下で磁化、磁気抵抗、磁歪、電気分極、分光測定など様々な測定を行うことにより、この交差相関効果の根源的理解を目指す。またパルス磁場下における高速イメージン
グや各種熱力学量の精密測定など世界に先駆けた測定手法の開発を、物性研究所の金道研究室と連携して展開する。

交差相関系における磁場誘起相転移の模式図。パルス強磁場を印加する事で、スピン系を介して結晶構造、電気抵抗、電気分極など様々な物理量を変化させる。

交差相関を示すビスマス系マンガン酸化物における磁場誘起相転移。図に示した磁化の跳びと同時に電気抵抗と磁歪の急峻な変化が観測されている。

Schematic drawing of magnetic field-induced transitions in cross-correlated
system. Application of pulsed high magnetic fields changes various physicalproperties via transitions in the spin system.

Magnetic field-induced transitions in bismuth-based manganites.
C on c om it a nt l y w it h t h e d e m on s t r at e d m a g n e t i c t r a n s it i on s ,magnetoresistance and magnetostriction show drastic changes.

研究テーマ Research Subjects
1. 非平行磁性体におけるマルチフェロイック効果の研究
Study of multiferroic effects in non-collinear magnets
2. ビスマスを含む遷移金属酸化物における交差相関物性
Cross-correlation effects in bismuth-based transition-metal oxides
3. パルス強磁場下における高速偏光顕微鏡観察
High-speed polarizing microscope imaging in pulsed-high magnetic fields
4. パルス強磁場下における磁気熱量効果測定
Measurements of magneto-caloric effects in pulsed-high magnetic fields

81
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

共通施設
Supporting Facilities
物性研究所には研究活動を円滑に進めていく
ために、いくつかの共通施設が設けられている。
低温実験に不可欠な液体ヘリウムや液体窒素を製造・供給する低温液化室、様々な機械工作を行う工作室、X 線装置や放射性試料の管理を行う放射線管理室、本や雑誌を多数取り揃え、科学文献や情報の供覧・管理を行う図書室、研究上頻繁に必要となる実験用の消耗品や文具類を多数取り揃えたストックルーム、物性研究所に在籍する外国人研究者に関する様々な業務を助We have various facilities in order to support
research activities. Cryogenic Service Laboratory forsupplying liquid helium and liquid nitrogen, Model
Shop for various machining, Radiation Laboratory
for the safety in experiments that utilize X-ray, γ-ray
and radioactive materials, Library, Stock Roomfor supplying common expendables, International
Liaison Office for supporting foreign researchers,
and Publication Section for advertisement andpublication. In each facility, several stuffs are working
under supervision of corresponding committee.

ける国際交流室、ホームページや要覧・アクティ
ビティレポートに関する業務を行う広報出版委
員会などである。これらの共通室の運営は、それぞれ対応する委員会の委員長が責任者となり、担当の技術職員または非常勤職員により実際の業務が行われる。
低温委員長

Chairperson
Cryogenics service

榊原俊郎

Toshiro SAKAKIBARA

技 術 職 員土屋光

技 術 職 員鷺山玲子

技 術 職 員阿部

美玲（低温センター）

技術専門職員岡部清信

技術専門職員

山崎淳

研究支援推進員

今井忠雄

研究支援推進員

榎本泰道

研究支援推進員村貫静二

Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate

工作委員長
Chairperson
Model shop

末元徹

Tohru SUEMOTO

Technical Associate
Technical Associate
Technical Staff
Technical Staff
Technical Staff

放射線管理委員長
Chairperson

Radiation lab.

図書委員長
Chairperson
Library

Chairperson
International liaison office

Chairperson

Publication and advetisement

Kiyonobu OKABE
Jun YAMAZAKI
Tadao IMAI

Yasumichi ENOMOTO
Seiji MURANUKI

技術専門職員

野澤

清和

金道

浩一

係

長

渡邉

留美

一 般 職 員

曽我

典子

事務補佐員

四十住

事務補佐員

亀田

秋子

事務補佐員

久保

美穂子

技術補佐員

石塚

みづゑ

Technical Associate

Koichi KINDO

Administrative Staff

Yasutami TAKADA

柴山

Administrative Staff

充弘

Mitsuhiro SHIBAYAMA

Administrative Staff
Administrative Staff

広報出版委員長

Mirei ABE

敏男

Toshio TAKAHASHI

管理委員長（ストックルーム） 髙田 康民
国際交流委員長

Reiko SAGIYAMA高橋

Administrative Staff

Chairperson
Stock room

Hikaru TSUCHIYA

勝本

信吾

Shingo KATSUMOTO

Technical Staff

82
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

Kiyokazu NOZAWA

Rumi WATANABE
Noriko SOGA

英子

Hideko AIZUMIAkiko KAMEDA
Mihoko KUBO

Mizue ISHIZUKASupporting Facilities
低温液化室
Cryogenics Service Laboratory
榊原

低温委員長

土屋

技術専門職員

鷺山

技 術 職 員阿部

技 術 職 員

俊郎
光

玲子
美玲

( 低温センター）

工作室
Model Shop

Chairperson: T. SAKAKIBARA

工作委員長

Technical Associate: H. TSUCHIYA

技術専門職員Technical Associate: R. SAGIYAMA

技術専門職員Technical Associate: M. ABE(Cryogenic Research Center)

研究支援推進員
研究支援推進員
研究支援推進員

低温液化室は液体ヘリウムと液体窒素を供給し、あわせて低温技術に関するサービスや柏キャンパス全体の高

末元
岡部
山崎
今井
榎本
村貫

徹

Chairperson: T. SUEMOTO

清信
淳

Technical Associate: K. OKABE
Technical Associate: J. YAMAZAKI

忠雄
泰道
静二

Technical Staff: T. IMAITechnical Staff: Y. ENOMOTOTechnical Staff: S. MURANUKI

工作室は，研究上緊急を要する工作物の加工、研究用

圧ガスボンベの管理も行っている。液体ヘリウムは物の特色ある装置と部品の製作及びその改良、そして装置性研究に必要で、研究者や学生に供給される。蒸発し設計の相談と助言を行っている。また、研究者自らが研たヘリウムガスは回収し、精製して再液化に利用する。

究に必要な機械工作を行うための研究者工作室も設置さ2006 年度の液体ヘリウムの生産量と供給量はそれぞれ
260,000 L、197,000 L である。液体窒素は外部より購れている。

入し、供給している。2006 年度の液体窒素の使用量はThe model shop consists of a machine shop, a glass shop anda supporting machine shop, which are equipped with various
facilities for designing, metal and ceramic machining, and glass
blowing. They supply researchers required various original
devices and instruments.

565,000 L となっている。
The aim of this laboratory is to supply liquid helium andliquid nitrogen, and to give general services concerning
cryogenic techniques. The laboratory also takes care of highpressure gas cylinders used in Kashiwa Campus. Liquid helium
is produced by the laboratory’s own liquefier and supplied to theresearchers and students. The evaporated helium gas is recovered
and purified in this laboratory for recycling liquefactions. In
the 2006 fiscal year, 260,000 L of liquid helium was produced asa total and 197,000 L was supplied to the users. Liquid helium
is transferred from the 6,000 L storage vessel to various small
storages with the centrifugal immersion pump system. Liquid
nitrogen is purchased from outside manufacturers. The suppliedliquid nitrogen was 565,000 L in the same year.

主要設備

機械工作室 ： 5 軸制御マシニングセンター、ＮＣ旋盤、
操作フライス盤、放電加工機

ガラス工作室：ガラス旋盤、マッフル型電気炉、超音波加工機、
ダイヤモンドバンドソー

研究者工作室：万能旋盤、精密小型旋盤、フライス盤、ボール盤
Main Facilities

Machine shop: Five-Axis Universal Machining Center,
Numerically Controlled Lathe,

Numerically Controlled Milling Machine,
Glass shop:

主要設備
Main Facilities
ヘリウム液化装置Ⅰ（リンデ）Helium liquefier system Ⅰ (Linde)

200 L/hr

液体ヘリウム貯槽

Liquid helium storage vessel

6,000 L

回収用ヘリウムガス圧縮機

Helium gas recovery compressor

ヘリウム液化装置Ⅱ（リンデ）Helium liquefier system Ⅱ (Linde)
液体窒素貯槽

移動用ヘリウムガス容器

遠心式ヘリウム汲上ポンプ

Liquid nitrogen storage tanks

150 L/hr

Electric Discharge Machining Tool,

Lathe for Glass Work, Polishing Tool,
Ultrasonic Machining Tool

Supporting Machine Shop: Universal Lathes, Precision Lathes,Milling Machines

20,000 L

190 m3/hr

Liquid helium transport containers
500 L, 250 L, 100 L etc.
Centrifugal liquid helium pump system 20 L/min

ヘリウム液化機、貯槽および遠心汲み上げポンプ

NC 旋盤による作業

Helium liquefier, storage and transfer system

Numerically controlled lathe

83
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

共通施設
放射線管理室Radiation Safety Laboratory
放射線管理委員長

高橋

技術専門職員野澤（放射線取扱主任者）

敏男
清和

図書室
Library

Chairperson : T. TATAHASHI

図書委員長

Technical Associate: K. NOZAWA係(Radiation Protection Supervisor)

長

一般

職

員

金道
渡邉
曽我

浩一
留美
典子

Chairperson : K. KINDO
Administrative Staff: R. WATANABE
Administrative Staff: N. SOGA

放射線管理室は、物性研究所における放射性物質（Ｕ

物性研究所図書室は研究所設立の目的に沿い、所内研

等核燃料物質を含む）や放射線発生装置（Ｘ線装置を含究者の研究や大学院生の教育とともに、全国の共同利用

む）の取扱において、放射線取扱者の放射線障害を防止し、研究者のために、物性科学を中心とした資料を多数所蔵

安全を確保することを目的として設置されている。そのし、利用に供している。

ため、放射線取扱に関わる全所的な放射線管理業務とし所蔵資料はインターネットで検索できる。所蔵資料以て、放射性物質や放射線発生装置の新規使用、変更及び外にも東京大学内で公開されている電子ジャーナルや廃止に伴う法律手続き、監督官庁に提出する放射線管理

データベースが利用できる。

報告書等の作成、放射線管理区域の線量測定、Ｘ線装置

また未所蔵資料については図書館間相互利用による文等の定期検査の実施及び放射線取扱者の被ばく線量や特献複写、現物貸借サービスを行い資料の提供に努めてい別健康診断の記録、放射線取扱者の教育訓練等を行ってる。

いる。また、当室には、Ｕ、Th などの非密封核燃料物質

The ISSP Library holds many documents concerningmaterials science for researchers. The online catalogue can beused to find books and journals held in the Library. The IT
facility gives the access to many electronic journals and online
databases. If an item is not available locally, the Library canarrange an inter-library loan.
Service hours: Monday-Friday 9:30-17:00

や 22Na 密封線源を用いた研究などができる実験室や各種放射線（Ｘ線を含む）検出器を備えている。
The aims of this laboratory is to protect researchers from
irradiation due to radioactive source, X-rays, γ-rays and thelike and to provide rooms for radiation experiments andradiochemical operations by use of unsealed U, Th and sealed
22
Na source. Various types of survey-meters are provided.

概要
面積

主要設備

蔵書数

化学実験室（非密封核燃料物質を解放で扱える物性研究所唯一の実験：783m2：60,568 冊（平成 18 年度末現在）（洋書 55,232 冊、和書 5,336 冊、製本雑誌を含む）

室）、ポジトロン実験室（22Na 密封線源を用いた低速ポジトロンビームに

雑誌種類数 ：723 種（洋雑誌 623 種、和雑誌 100 種）

シンチレーションカウンター、各種サーベイメーター等、汚染検査室（ハ座席数

よる実験が行える）、熱蛍光線量計、Ge 半導体検出器、α線検出器、液体

開室時間

ンドフットクロスモニターによる汚染の確認）：平日 9:30-17:00（時間外利用

検索用端末 ：4 台

Main Facilities

複写機

：3 台

職員数

：3 人（非常勤職員含む）

運営

The rooms for radiation experiments and radiochemical

operations (unsealed U, Th and sealed 22Na source), various types：図書委員会

http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/tosyo/

of survey-meters, and, 7ch hand-foot-clothing monitor.

6:00-24:00）：24 席（内 8 席は LAN ケーブル、電源コンセント設置）

図書室

ハンドフットクロスモニター

Library

The 7ch hand-foot-clothing monitor

84
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

Supporting Facilities
ストックルーム
Stock Room
管理委員長
事務補佐員

髙田 康民

国際交流室
International Liaison Office
国際交流委員長

Chairperson: Y. TAKADA

四十住 英子 Administrative Staff: H. AIZUMI

事 務 補 佐 員
事 務 補 佐 員

柴山
亀田
久保

充弘
秋子

Chairperson: M. SHIBAYAMA
Administrative Staff: A. KAMEDA

美穂子 Administrative Staff: M. KUBO

ストックルームは、回路部品、真空部品、薬品など実

物性研究所における国際交流にかかわる業務を行う。

験に共通して必要とされる消耗品、その他文房具などの国際交流委員会のもと、外国人客員所員の募集、招聘、共通物品をそろえている。研究者の便宜を図るため自動

宿 舎 の 管 理、 物 性 研 究 所 国 際 ワ ー ク シ ョ ッ プ の 募 集，払い出しシステムを用いて 24 時間オープンしており、必ISSP 国際シンポジウムの運営に関する業務やノウハウの要な物品を迅速かつ安価に入手することができる。使用蓄積などを行っている。その他、日常の外国人滞在者の頻度は高いが、一般市場で入手が容易でないものや、一生活支援や、さまざまな情報提供をしている。

括購入によりコストダウンできる物品も在庫の対象であ「国際交流」
外国人訪問者の支援る。
在庫品目と価格はウェブページで参照できる。(http://（住居・学内外・諸事務手続き、日常生活等）

www.issp.u-tokyo.ac.jp/contents/sections/stockroom/

研究プロジェクトの申請・実施に関する事務「国内交流」

list.html)

客員所員の支援（事務手続き・住居の準備）

The stock room supplies stationery and parts that arecommonly used in reseach and experiments at low cost. By theautomated system control, it is open 24 hours.
The available items and prices can be checked on the webpageof ISSP. (http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/contents/sections/stockroom/list.html)

リクレーションの企画・実施
The International Liaison Office handles various international
matters at ISSP under the supervision of the Committee forinternational affairs. The major functions are the coordinationof a visiting professorship program, the assistance in ISSP
international symposiums, and the accumulation of “know-how”
for continuous improvement of our services. The Office also
serves as an information center for researchers from abroad.

ストックルーム

国際交流室

Stock RoomInternational Liaison Office85
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

柏キャンパス地図/
Kashiwa Campus Map●東京大学物性研究所
ISSP●東京大学新領域創成科学研究科
Graduate School of Frontier Science

本館

基盤棟
Transdisciplinary Sciences Bldg
Main Building
基盤科学実験棟
低温・多重極限実験棟
Transdisciplinary Sciences Laboratory
Cryogenic/Multiple Extreme Conditions Laboratory 生命棟
ショートパルス強磁場実験棟
Biosciences Bldg
環境棟
Short Pulse Magnet Laboratory
Environmental Studies Bldg
先端分光実験棟
情報生命科学実験棟
Advanced Spectroscopy Laboratory
Computational Biology Laboratory
軌道放射実験棟（ SOR実験棟）●共用施設
Supporting Facilities

Synchrotoron Radiation Laboratory

ロングパルス強磁場実験棟

柏総合研究棟General Research Building
環境安全研究センター柏支所
Environmental Science Center, Kashiwa Branch
柏図書館
Kashiwa Library
福利・厚生棟
Cafeteria and Shop
共同利用研究員宿泊施設
Guest HouseLong Pulse Magnet Laboratory●東京大学宇宙線研究所
Institute for Cosmic Ray Research
宇宙線研究所
Institute for Cosmic Ray Research

は入口
Entrance

N

I

K

J

B

H
P
駐車場 Parking

O

F

E

C

D

A
P

P

L

●東葛
テクノプラザTokatsu
Techno PlazaG

M
Q

駐車場 Parking

駐車場 Parking

守衛所
Gate House

国立がんセンター
National Cancer Center
東大西Todai Nishi●柏の葉公園Kashiwanoha Park

東大前
Todai Mae

柏の葉公園北Kashiwanoha Kouen Kita

86
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2007

●国立がんセンター
東病院
National Cancer Center Hospital East

■東京大学物性研究所
The Institute for Solid State Physics,
The University of Tokyo

東京大学柏キャンパス
物性研究所
至 野田

〒277-8581 千葉県柏市柏の葉5-1-5
5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba 277-8581
TEL：（04）7136-3207
東武野田線
Tobu Noda-Line
http：//www.issp.u-tokyo.ac.jp●つくばエクスプレス 柏の葉キャンパス駅西口から■徒歩の場合 約25分

■タクシー利用の場合 約5分■バス利用の場合、東武バス「柏の葉公園循環」または

柏の葉キャンパス駅
Kashiwanoha-campus

柏の葉
公園

至 水戸
J
R
国
常
道
磐
6
線
号
線

■徒歩の場合 約35分

■タクシー利用の場合 約5分■バス利用の場合、東武バス「柏の葉キャンパス駅西口行き」で約6分

豊四季駅

柏駅 Kashiwa

至 東京「東大前」下車 徒歩約1分

an-l
ine

●東武野田線江戸川台駅東口から

お流
お山
た
か
の
森
駅

Job

葉原

至秋

○税関研修所経由の場合「国立がんセンター」下車 徒歩約4分

号線○柏の葉公園経由の場合「東大前」下車 徒歩約1分

16■バス利用で、東武バス「国立がんセンター行き」で約25分

国道

ス ss
プレpre
ス
x
エク E
ば uba
く
k
つ su
T

駅
初石

●JR常磐線柏駅西口から

至 つくば

がんセンター

至 東京「江戸川台駅東口行き」で約10分「東大前」下車 徒歩約1分

至 水戸

柏たなか駅

柏I.C.

駅
川台 dai
江戸 gawa
Edo

交通案内

道 y
車 a
動 hw
自 Hig
磐
常 ban
Jo

至 上野

至 船橋

●羽田空港から■高速バス利用で、「柏駅西口行き」約75分「国立がんセンター」下車 徒歩4分

●常磐自動車道柏I.C.から車で約5分…………………………………………………………………………………………
■附属軌道放射物性研究施設つくば分室（高エネルギー加速器研究機構内）

Tsukuba Branch of Synchrotron
Radiation Laboratory〒305-0801 茨城県
つくば市大穂1-1
1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki 305-0801
TEL：（029）864-1171

Ibaraki
茨城県

附属軌道放射物性
研究施設つくば分室
茨城県つくば市

埼玉県■附属中性子科学研究施設
Neutron Science Laboratory〒319-1106 茨城県那珂郡東海村
白方106-1
106-1 Shirakata, Tokai, Ibaraki 319-1106
TEL：（029）287-8900

附属中性子科学研究施設

栃木県

茨城県那珂郡東海村
Neutron
Science Lab.

Synchrotron
Radiation Lab.

東京大学物性研究所
Tokyo
東京

千葉県柏市

ISSP

東京大学

Univ. of Tokyo
Main campus
神奈川県

Chiba
千葉県

東京大学物性研究所要覧
2007年11月
表紙・裏表紙・見返し写真提供：市原正樹、吉本芳英、Marat Gaifullin

I S S P

http://www.issp.u-tokyo.ac.jp