第 61 巻

第1号
2021年度

ボース・アインシュタイン凝縮による超伝導を初めて確認
カミは地球を救う!?
原子層の積み木細工によるトポロジカル物質設計〜 世界初となる高次トポロジカル絶縁体の実証 〜
パルス磁場中で瞬時に金属の電気抵抗を測る方法を開発

2021

第 61 巻第1号
2021年度

contents
1

1

ボース・アインシュタイン凝縮による超伝導を初めて確認

岡4

カミは地球を救う !?

廣井 善二

7

原子層の積み木細工によるトポロジカル物質設計

浩三〜 世界初となる高次トポロジカル絶縁体の実証 〜
野口 亮、黒田 健太、近藤 猛

10パルス磁場中で瞬時に金属の電気抵抗を測る方法を開発
三田村 裕幸、綿貫 竜太、鬼丸 孝博

4

14 日本中性子科学会ポスター賞を受賞して長谷川 舜介15 日本表面真空学会学術講演会 講演奨励賞（スチューデント部門）を受賞して
野口 亮

17

本多記念研究奨励賞を受賞して

三輪 真嗣

18

令和２年度日本希土類学会学会賞 ( 塩川賞 ) を受賞して

上床 美也

7

20

【物性研究所短期研究会】○物性研究所スパコン共同利用・CCMS 合同研究会「計算物質科学の新展開 2020」

24 【物性研究所セミナー】
27【物性研ニュース】
○人事異動

編集後記
10

物性研だよりの購読についてボース・アインシュタイン凝縮による超伝導を初めて確認

極限コヒーレント光科学研究センター

岡﨑 浩三

研究背景
多 く の 超 伝 導 体 は 、 Bardeen-Cooper-Schrieffer によって提唱されたいわゆる BCS 理論によって理解される。
BCS 理論は電子対の起源である電子-格子相互作用が摂動で扱える弱結合の場合を扱う理論であるが、強結合の場合、超伝導はボース-アインシュタイン凝縮によって実現されると考えられている。さらに、図 1 に示すように、弱結合の BCS 超伝導と強結合の BEC 超伝導は、BCS-BEC クロ
スオーバーを経て連続的につながっている[1]。BCS-BEC
クロスオーバーは、フェルミ粒子のペアリングと凝集の理解に非常に重要と考えられるが、ペアリングの強さを制御するには 2 つのフェルミ粒子間の相互作用をコントロールする必要がある。極低温原子系の場合、この制御は磁場をかけることによる Feshbach 共鳴によって可能になる。固

図 1：BCS-BEC クロスオーバーの相図。Tc および T*はそ
れぞれ凝集温度とペア形成温度。ペアリングの強さが強くなると T*と Tc が乖離し、T* > T > Tc の温度領域において擬ギャップが現れることが期待される。

体中の電子における BCS-BEC クロスオーバーの実現は、様々な観点から非常に興味深い。例えば、図 2 に示すよう対する比 Tc/TF(もしくは Tc に比例すると考えられる超伝に、超伝導状態における Bogoliubov 準粒子(Bogoliubov

導ギャップの大きさと TF に比例するフェルミエネルギー

quasiparticle, BQP)のバンド分散は、BCS 超伝導では特F の比/F)が大きくなることから、BEC 超伝導はフェル徴的なバックベンディング型の分散になるが、クロスオー

ミ温度を基準として“高温の”超伝導であると言える。こバー領域ではフラットバンドになり、BEC 超伝導では、の超伝導メカニズムがより高いフェルミ温度を持つ物質でk = 0 でギャップが最小になる上凸型の分散になる、と実現できるようになれば、より高い温度での超伝導が実現

いうような違いが見られることが期待される。さらに、できる可能性もあり、BEC 超伝導の実現はより高い温度

BEC 超伝導では、その転移温度 Tc のフェルミ温度 TF にでの超伝導実現に非常に重要であると考えられる。しかし

図２：BCS 超伝導、クロスオーバー領域、BEC 超伝導における準粒子のバンド分散。BCS 超伝導では、バックベン
ディング型のバンド分散となり、k = 0 近傍において下凸の分散になるが、クロスオーバー領域ではフラットバンドになり、BEC 超伝導では上凸の分散になることが期待される。

1

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

ながら、固体中の電子間の相互作用をコントロールするこ線(EDC)のピーク位置を赤のマーカーで示している。このとが難しいため、これまで BCS-BEC クロスオーバーの確結果から、x = 0 では下凸だった BQP バンド分散が、x =固たる証拠は得られていなかった。/F ~ 1 となる BCS-

0.16 ではフラットになり、x = 0.21 では上凸になっている

BEC クロスオーバー領域では、凝集が起こる温度より高ことがわかり、まさに図 2 に示した BCS-BEC クロスオー

温でボース粒子とみなせるペアが形成され、その領域ではバーにおける BQP バンド分散に対応していることがわか

擬ギャップと呼ばれる現象が観測されることも期待される。

る。

これまでいくつかの鉄系超伝導体においても/F ~ 1 であるとして BCS-BEC クロスオーバー領域の超伝導である可能性が提案されていたが[2-5]、擬ギャップが観測され擬ギャップの観測
我々はさらに、x = 0, 0.13, 0.21 の試料において、T =2-25 K におけるフェルミ波数における EDC の詳細な温た例はなかった。
今回我々は、鉄系超伝導体 FeSe1-xSx[6-8]において、極度変化を測定した。この結果、x = 0 と x = 0.13 において

低温超高分解能レーザーARPES を用いて、超伝導状態には、Tc(~ 10 K)以下で超伝導ギャップが開くのに伴うコおけるバンド分散の S 置換量依存性を観測し、図 2 のようヒーレンスピークがより低温で発達するのが観測されたのな BCS 超伝導から BEC 超伝導への変化に対応する S 置みであるのに対して、x = 0.21 では、T* ~ 15 K 以下で擬

換量依存性となることを見出した。さらに、FeSe0.79S0.21 にギャップが開くことが観測された。x = 0.21 で上に凸のおいて擬ギャップを観測し、FeSe1-xSx における BCS-BEC

BQP バンド分散と擬ギャップが観測されたことから、

クロスオーバーの確証を得た[9]。

BEC 超伝導が実現していることの完全な証拠が得られたことになる。

実験結果
超伝導状態におけるバンド分散

/F の置換量依存性

図 3 は、FeSe1-xSx (x = 0, 0.04, 0.13, 0.16, 0.21, Tc = 4-

/F がペアリングの強さの指標になると考えられること

10 K)の超伝導状態(T = 2 K)における Brillouin ゾーン中心

から、我々は/F の S 置換量依存性を調べた。x = 0 では

付近-M 方向に沿った光電子強度の運動量-エネルギー依

BCS 超伝導的な下凸の BQP バンド分散、x = 0.21 で上に存性を強度プロットしたものである。上段は-35 meV か

凸の BQP バンド分散と擬ギャップが観測されたことから、

ら+5 meV の範囲、下段はより EF を拡大した-10 meV か/F は S 置換とともに大きくなると予想されるが、このら+5 meV の範囲になっている。下段では、超伝導状態に予想に反して、実際には/F は S 置換とともに小さくなる

おける BQP のバンド分散に対応する、エネルギー分布曲

ことがわかった。このことは、FeSe1-xSx における BEC

図 3：超伝導状態における-M 方向に沿った FeSe1-xSx の ARPES 強度の運動量-エネルギー依存性。a-e はそれぞれ x = 0, 0.04, 0.13, 0.16, 0.21 において T = 2K で s 偏光のレーザーを用いた結果。f-j は EF 近傍を拡大し、カラースケールを変えたもの。赤のマーカーは BQP バンド分散に対応する。

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

2超伝導実現のメカニズムに大きく関わっていると考えられ謝辞る。

本研究は以下の方々(橋本 嵩広、大田 由一、都築 章宏、
長島 椿、福島 昭子、笠原 成、松田 祐司、松浦 康平、考察

水上 雄太、芝内 孝禎、辛 埴 各氏)との共同研究です。ま以上の結果から、x = 0.21 は BEC 超伝導に特徴的な上た、文部科学省科学研究費補助金 新学術領域(研究領域提凸の BQP バンド分散を示し、EDC の温度変化からは x =案型)｢量子液晶の物性科学」(JP19H05824, JP19H05826)、0.21 のみ擬ギャップを示すことがわかり、x = 0.21 におい｢トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア｣(JP15H05852)、て BEC 超伝導が実現していることが確認された。一方で、JSPS 科 研 費 (JP19H00651, JP19H01818, JP18H05227,

ペアリングの強さの指標となる/F の S 置換量依存性を見

JP19H00649, JP18H01177, JP18K13492, JP20H02600)

ると、単一バンドの場合での理論からの予想に反して、Sの助成のもとに行われました。

置換とともに/F が小さくなることがわかった。我々は、FeSe1-xSx における BCS-BEC クロスオーバーのメカニズ

参考文献

ムを次のように考察した。図 2 を見るとわかるように、[1] M. Randeria and E. Taylor, Annu. Rev. Condens.

FeSe1-xSx では Brillouin ゾーン中心付近にフェルミ準位

Matter Phys. 5, 209 (2014).

(EF)を横切るバンドの直下にもう一本ホールバンド(バ[2] T. Shimojima et al., Sci. Adv. 3, e1700466 (2017).

ンド)が存在する。バンドとバンドはスピン-軌道相互[3] H. Miao et al., Nat. Commun. 6, 6056 (2015).

作用が存在しなければ点において縮退すると考えられる[4] S. Rinott et al., Sci. Adv. 3, e1602372 (2017).

が、実際にはスピン-軌道相互作用によって縮退が解けて[5] Y. Lubashevsky et al., Nat. Phys. 8, 309 (2012).

いる。さらに、FeSe においては、Ts = 90 K の構造相転移[6] F.-C. Hsu et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105,

温度以下において、電子ネマティック相と呼ばれる、電子

14262 (2008).

系が自発的に 4 回対称性を破り 2 回対称になることで、

[7] A. E. Böhmer et al., Phys. Rev. B 87, 180505 (2013).

バンドとバンドの分裂幅が大きくなることが知られてい[8] S. Kasahara et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 111,

る[10]。FeSe1-xSx の電子ネマティック相への転移温度は、16309 (2014).

S 置換と共に低くなり、x = 0.17 で転移温度が 0 K となる[9] T. Hashimoto et al., Sci. Adv. 6, eabb9052 (2020).

電子ネマティック臨界点が存在し、x > 0.17 においては最[10] M. D. Watson et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 053703

低温においても 4 回対称を保った正方晶となる。x = 0.21

(2017).

では電子ネマティック転移が抑制されていることから、
バンドとバンドの分裂はスピン-軌道相互作用からの寄与のみとなり、バンドの頂上の位置から見積もられるF
が、EF とバンドの頂上の位置の差よりも大きくなる。このことは、x = 0.21 における超伝導状態において、バン
ドがバックベンディング型の BQP バンド分散を示すと、
バンドと混成し得ることを意味する。つまり、x = 0.21においては、超伝導状態でバンドもペアリングに寄与できると考えられ、このことによって FeSe1-xSx では S 置換
とともにペアリングが強くなっていると考えられる。バ
ンドとバンドの分裂幅は FeSe1-xSx における電子ネマ
ティシティによって決まると考えられることから、
FeSe1-xSx における BCS-BEC クロスオーバーは電子ネマ
ティシティによって制御されている、と結論づけることができる。

3

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

カミは地球を救う⁉

物質設計評価施設

廣井 善二

最近、少し変わった研究分野に片足を突っ込んでいる。

感力とパワフルな行動力を駆使して研究に邁進してこられ2020 年 12 月末に出された東大のプレスリリースをご覧いたが、このタイプの人の多くは他人に伝えるために「通訳」

ただきたい[1](この文章を読んでいただけるならそれで十を必要とする。川合先生は高エネ研をご退職後、岩宮さん分です)。これまで物性物理学的に面白い物質を探し求めの研究に触れて同調され、強力にサポートしてこられたのてきたが、もちろんそういう物は世間の役に立たない場合である。お二人の話を聞いてだんだんと分かってきたことが多い(というか、ほとんど実社会に貢献するものではな

は、やろうとしていることやその解釈はほぼ正しいのでい)。定年退職まであと 5 年となった身の上としては、生あるが、科学的な裏付けにいささか問題があるというこきているうちに少しでも人様の役に立つ研究をしたいととであった。というわけで、前置きがとても長くなったが、思って、しかし、こうなったわけではない。2019 年末、柴山先生と私の出番と相成った次第である(柴山先生は新型コロナウィルスが武漢で拡がり始めたころ、当時ご退さっさと東海に行ってしまわれたが)。

職寸前であった中性子科学研究施設の柴山充弘先生から、超越化研という会社の岩宮陽子さんと高エネルギー加速器
研究機構名誉教授の川合將義先生を紹介された。そこで初めて「超越コーティング」という技術の話を伺った。正直
言って第一印象は「何と胡散臭いことか」であった。普通の紙に怪しげなコーティング液を塗ると強度が増して水をはじくようになり、プラスチックの代用品に使えるというのである。もちろん、プラスチックゴミ問題が世間を騒が

30 µm
8000

せていることは知っていたし、生分解性プラスチックや環「素晴らしい、これ(紙)で地球は救われる」と素直に思っ

ける位置付けと価値を正しく評価することは困難であり、0.13 mm

Si

Si K

0

2100

も使われている。何しろ専門外の目ではその研究分野にお

距離

0.00

距離

6 0.00距離0.13 mmTi

むしろそういうことを教えてほしいと思ったが、これを理ろは理解できていない気がする)。

56000

0
0.13 mmO

O K

解するには長い時間がかかった(実は今でも根っこのとこ

0.2

Ti K

やってこられ、限定的ではあるがすでにさまざまな応用に

9 0.00X 線強度 (kCPS)

いてくる。ちなみに、岩宮さんは 20 年近くこの研究を

8

0

90000

た。しかし、ではなぜ、こんな画期的な技術がこれまで世間に広く認知されずにきたのかという疑問がふつふつと湧C

C K

境に優しい材料に多くの関心が集まっていることもあり、岩宮さんは 1990 年代から女性起業家の草分けとして活00

躍され、2001 年文部科学大臣賞(科学技術功績者)、2003
年第二回日本環境経営大賞「独創的環境プロジェクト賞」、
2004 年世界優秀女性起業家賞、2008 年特許庁長官賞など
数多くの賞を受賞されている。2012 年に超越化研を立ち上げ、この超越コーティングに関する研究開発を推進してこられた。岩宮さんはいわば天才肌の人であり、優れた直■■■■ ■■

■

00.00

30

60距離

90

0.13 mm120

距離 (µm)図 1 超越コーティングを施した紙の走査電子顕微鏡写真(上)と写真中の黄色線に沿う化学組成の線分析結果(下)。物質設計評
価施設電子顕微鏡室の技術専門職員である浜根大輔氏による。
数十 µm 径のセルロースファイバーの表面に約 3 µm 厚のシリカ層(微量のチタンを含む)が形成されていることが分かる。

物性研だより第 61 巻第 1 号

4

古来さまざまな用途に用いられてきた紙は、草や木から作られるセルロース繊維からなる環境に優しい材料であに多量の水と酸または塩基触媒が必要となり、紙のコー
ティングには使えない。

る。しかしながら、特に水に弱いという欠点をもつためプ形成されたシリカ層は強固な Si—O—Si のシロキサン結

ラスチックの代用品にはなりにくい。この欠点を補うため、合からなるネットワークを有し、セルロースファイバーにさまざまなコーティング技術が開発されてきたが、従来の強く化学結合するため紙の機械的強度が増大する。一方、コーティング剤には環境に有害な物質が含まれていたり、

そのシロキサンネットワーク中には比較的大きなナノサイ

また、大きな設備投資を含むコストの増大が問題となってズの隙間が存在するため構造変形が容易に起こり、紙本来いた。超越コーティング技術はゾルゲル法の応用であり、の柔軟さは損なわれない。また、シリカ皮膜は無色透明でケイ素の有機物であるメチルトリメトキシシランを主成分あり(図 3a)、コーティング紙はもとの風合いを保つ(図 3b)。

とし、少量のチタンテトラプロポキシドなどを反応促進剤

さらに、シロキサンネットワーク中には多くのメチル基がとして含む低粘性のコーティング液剤を用いる(私はゾル

残されるため、コーティング紙は撥水性を獲得する(図 3c)。

ゲル法など使ったこともなく、この手の有機物質名を聞く

コーティングされた紙ストローは 3 日間水に浸けても全くだけで鳥肌の立つ「無機」人間である)。普通のコピー紙形状および強度に変化は見られなかった(図 3d)。本コーや和紙をコーティング液剤に浸した後に常温で 30 分程度

ティング液剤は環境汚染の原因となる物質を含まず、コー乾燥するだけの簡単な方法によって、紙を構成する複雑にティング紙は廃棄後に自然環境において無害な物質に分解絡み合った、数十ミクロン径のセルロースファイバー表面

されると予想される。

に、3 ミクロン程度の厚さをもつシリカ層(より正確には、メチル基などの有機基を含むシリコーン層)が均一に形成

(a)

(d)

される(図 1)。この反応は図 2 に示すように、紙に吸着された僅かな水や大気中の水蒸気を用いて、チタンテトラプ
ロポキシドの助けにより自発的に素早く進行するため、反応中に紙が劣化することはない。ちなみに通常のゾルゲル
法ではケイ素アルコキシドの加水分解反応を促進するため(b)

超越コ ーテ ィ ン グ(c)

図 3 (a) コーティング液を固化して作製したバルク体。(b) 超越コーティングを施した紙製品。(c) コーティング紙上に滴下された水滴。(d) コーティングあり(左)、なし(右)の紙スト
ローを水に浸してから 3 日後の様子。
図 2 超越コーティングにより、紙ストローなどを構成するセル
ロースファイバー上にシリカ皮膜が形成される機構を説明する模式図。最初に、液剤中のメチルトリメトキシシランのオリゴマー(図左上)が紙や大気中に存在する少量の水分子と加水分解反応して Si—OH のシラノール基が生成される。次に 2 つのオリゴマーのシラノール基同志が脱水反応によりシロキサン結合を作って繋がる。さらにメチルトリメトキシシラン分子のシラノール基はセルロースファイバー上の水酸基と脱水反応して Si—O—C 結合によりファイバー表面に固定される(図右下)。生成されたシロキサ
ンネットワークは多くの空隙をもつため柔軟性を有し、そこに残存するメチル基(R)が撥水性をもたらす。

5

物性研だより第 61 巻第 1 号

以上のように、超越コーティングは紙素材の環境適合性を損なわずに強度と撥水性などを付与する優れたコー
ティング技術である。超越コート紙はさまざまな用途においてプラスチック材料を置き換えることができるだろう。
生活素材から工業製品、水に強い段ボール紙、焼却可能な
マルチシートなどの農業分野、廃棄可能なシャーレなどの医療分野を含むさまざまな分野に有用である。また、単純な浸漬法だけでなく簡便な塗布法やプリント技術が使えることから低コストであり、紙素材だけでなく紙製品におい■■ ■■ ■ ■ ■

てもその形状を損なうことなく塗工処理できる。さらに、
超越コーティングを木材に適用すると良好な耐候性を示し、繊維にも応用が可能である。また、コーティング皮膜には多くのナノ空隙が含まれるため、そこに触媒や化学物質を添加することができ、基材の特性を損なわずに用途に応じてさまざまな機能性をもたせることも可能となる。超越
コーティング技術応用の拡大により、少しでもプラスチッ
クの使用が抑制され、持続可能な社会実現に向けて一歩前進することを期待する。
というような内容をまとめた論文が米国化学会の雑誌
Industrial & Engineering Chemistry Research に掲載された[2]。正直言って、ど素人がこのような論文を書くには大きな抵抗があったが、岩宮さんや川合さん、柴山さん、浜根さんのバックアップのお陰でなんとか形にすることができた。当初、科学研究としてのレベルの低さ(素人だから大目に見てください)と社会的なインパクトへの期待(皆さん、超越コーティング紙ストローを使いましょう)から、専門誌ではなく「宣伝誌」の Nature や Science 向きではないかと思ったが、それらの系列雑誌も含めて全てエディ
タ ー の 壁 を 越 え ら れ ず 撃 沈 し た 。 さ ら に Journal of
American Chemical Society にも門前払いをくらい、その編集者からこの聞いたこともないが内容的にはフィットする雑誌を紹介されたのである。しかしながら、超越コー
ティングを科学論文として世に出すという最低限の目標は
とにかくクリアできた。お陰様でプレスリリースもさせていただき、現在、いくつかの問い合わせを受けている。ただ、思ったほど社会の反響が大きくないのが少々残念だが。
最後にもう一言。この研究を通して実感したことは、岩宮さんのサポーターの多さである。知り合った人々は彼
女の人柄と才能、行動力に惹かれ、彼女の研究がうまくい
くことを心から願っている。今回のプレスリリースをご覧になったお一人から、「ようやく彼女の成果が科学的な裏付けを得て日の目を見ましたね」とお言葉を頂いた。私も今ではサポーターの一人であり、今回このような機会においてお手伝いをさせていただくことができ有り難く思っている。岩宮さんの益々のご活躍と社会へのご貢献を心から応援している。
[1] http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=12021[2] Y. Iwamiya, M. Kawai, D. Nishio-Hamane, M.
Shibayama, Z. Hiroi, Modern Alchemy: Making“Plastics” from Paper. Industrial & Engineering
Chemistry Research 60, 355-360 (2021).

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

6原子層の積み木細工によるトポロジカル物質設計～ 世界初となる高次トポロジカル絶縁体の実証 ～極限コヒーレント光科学研究センター

野口 亮、黒田 健太、近藤 猛

概要：
トポロジカル絶縁体では、電子構造の非自明なトポロ
ジーに保護された金属的なエッジ(表面)状態がバルクバン
ドギャップ中に現れる。2005 年に Z2 指数で特徴づけられる二次元のトポロジカル絶縁体が提唱されて以降、トポロ
ジカル物質の分類に関する研究は急速に発展を遂げてきた。
2007 年には 3 次元の「強いトポロジカル絶縁体(STI)」・「弱いトポロジカル絶縁体(WTI)」の存在が予想され、その性質が理論と実験の両面で詳しく調べられてきている [1]。
一方で近年、これまでの分類では見落とされていたトポロ
ジカル絶縁体相が存在することが分かってきた。特に Z2指数の拡張といえる Z4 指数による分類を考えると、Z4=2となる物質が「高次トポロジカル絶縁体(HOTI)」となる
ことが提唱された。HOTI は、2 つの STI を重ねた状態と理解することができ、バルクと表面は絶縁体となるが、結晶の稜線(ヒンジ)にギャップレスな状態(トポロジカルヒ

図 1: Bi4X4 (X=Br, I)で実現する積層構造とトポロジカル相の概略。単層構造(A-stacking)の-Bi4I4 は WTI となるのに対して、ずらしながら積み上げた二層構造(AA’-stacking)の-Bi4I4 は通常
絶 縁 体 、 180 ° 回 転 さ せ な が ら 積 み 上 げ た 二 層 構 造 (ABstacking)の Bi4Br4 は HOTI となる。

ンジ状態)が形成される。実際に、半金属であるビスマス
において高次トポロジカル相に由来するヒンジ状態の存在が報告されている [2]。ヒンジ状態は、後方散乱の抑制される一次元スピン偏極状態であり、スピン流デバイスへの応用に有望であると考えられる。しかし、バルク電子も伝導してしまう半金属では、ヒンジ状態だけを取り出すことは困難である。そのため、バルクが絶縁体となる物質中での HOTI の実証が求められていた。本研究で我々は、擬一次元の結晶構造をもつビスマスハライド Bi4X4 (X=Br, I)に注目した。Bi4X4 では擬一次元鎖が van der Waals 力(vdW力)によって積み上げられており、単層構造である-Bi4I4
では WTI 相が、二層構造となる-Bi4I4 では通常絶縁体相が実現する [3]。一方で、 -Bi4I4 と似た二層構造で構成される Bi4Br4 は、Z2 指数の範囲では通常の絶縁体となるが、Z4 まで考えた場合に HOTI となることが理論計算から指摘された(図 1) [4]。我々は、試料の擬一次元性によって劈開面中に多数のヒンジが形成されることを利用して、角度分解光電子分光(ARPES)によるヒンジ状態の観測を行い、Bi4Br4 において HOTI 相が実現していることを示した [5]。

7

物性研だより第 61 巻第 1 号

図 2: (a) 擬一次元 Bi4Br4 の結晶構造。(b) 単結晶試料の光学顕微鏡図。(c) 劈開した試料表面のレーザー顕微鏡図。多数のステップが形成されていることが分かる。

■■ ■■ ■ ■ ■

図 3 (a) レーザーARPES で測定した Bi4Br4 のフェルミ準位での光電子強度分布。(d) 一次元鎖方向の ARPES 像と (c) フェルミ準位近傍
̅ 点近の強度に注目してコントラストを変えた場合。(b) 下段の ARPES 像から抽出された、ディラック点近傍での運動量分布曲線。(e) 𝐌
傍でのエネルギー分布曲線。(f) 上段の赤枠の領域をさらに精密測定した ARPES 結果。(g) 曲率プロットによって抽出された cut 5 でのARPES 像のピーク構造。(h-j) 通常絶縁体である-Bi4I4 の ARPES 像と運動量分布曲線。通常絶縁体相に対応して、ギャップ中に状態は観測されていない。

実験結果：

そのため、劈開面中でヒンジ状態の密度が大きくなると予本研究では、物性研究所で開発された高分解能レーザー想される。本研究では、この試料の擬一次元性を活かすこ( ス ピ ン 分 解 )ARPES 装 置 [6,7] と 、 Diamond Lightとで、マクロな測定である ARPES によるヒンジ状態の検Source( 英 国 ) お よ び Stanford Synchrotron Radiation

証が可能となった。

Lightsource(米国)の放射光 ARPES 装置、Elettra(イタ本研究でレーザーARPES により精密測定した Bi4Br4 のリア)の顕微 ARPES 装置を用いて Bi4Br4 の電子構造を調

フェルミ面を図 3(a) に示す。(001) 表面ブリルアンゾー

べた。また、ヒンジ状態に由来する試料の局所伝導度測定

ン端に島状の強度に加えて、線状に伸びる弱いシグナルがを行うため、筆者(野口)がテキサス大学オースティン校に観測された。島状の光電子強度は、バルク伝導帯のスペク滞在して、Lai 研究室で開発されたマイクロ波インピー

トルテールであると考えられる。図 3(d) に示す擬一次元

ダンス顕微鏡(MIM)を用いた。

鎖方向の ARPES 像からは、強度の強いホール型のバンド

Bi4Br4 は、図 2(a) に示すように Bi4X4 擬一次元鎖を回が分散を見せている様子が分かり、これらはバルクの価電転させながら積み上げた構造(AB-stacking)で構成されて̅ 点付子帯と考えられた。バルクの伝導体と価電子帯は M

おり、その結果として Z4=2 の HOTI となることが予想さ

近で最も接近し、図 3(e) に示すように 0.3 eV 程度のバンれていた。この場合、結晶の上面である(001)面と側面でドギャップが形成されていることが分かった。一方で、強ある(100)面の間のヒンジにギャップレスなトポロジカル度の弱い光電子シグナルに注目すると、図 3(c) に示すよ

ヒンジ状態が出現する。本研究で行った局所伝導度測定でうにすべての ARPES 像でフェルミ準位をよぎる分散が観は、試料のエッジ近傍で高い MIM 信号が検出され、ヒン測されていることが分かる。この分散は運動量分布曲線かジ状態の存在が示唆された。また、Bi4Br4 の単結晶はリらも確かめられる［図 3(b)］。この分散は、さらなる精密ボン型である［図 2(b)］が、試料の擬一次元性を反映して、測定によっても同様に観測され［図 3(f)］、曲率プロット

劈開面中には多数のステップ構造が出現する［図 2(c)］。

によってピーク構造を抜き出したところ、図 3(g) に示す■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

8

ように線形の分散が形成されていることが分かった。一方
で、通常の絶縁体である-Bi4I4 の場合では、Bi4Br4 で観[1] M. Z. Hasan and C. L. Kane, Rev. Mod. Phys. 82, 3045
(2010).

測されたようなバルクバンドギャップ中の線形分散は観測[2] F. Schindler et al., Nat. Phys. 14, 918 (2018).

されなかった［図 3(h~j)］。これらの結果は、バルクの異[3] R. Noguchi et al., Nature, 566, 518 (2019).

なるトポロジーに由来して線形分散が出現・消失している[4] F. Tang, H. C. Po, A. Vishwanath, and X. Wan, Nat.

ことを示唆しており、Bi4Br4 において HOTI 相が実現していることを示す結果であると言える。

Phys. 15, 470 (2019).
[5] R. Noguchi et al., Nat. Mater. (2021).

また、劈開面中には 2 種類のヒンジが存在し、それぞれ

https://doi.org/10.1038/s41563-020-00871-7

反対向きにスピン偏極していると考えられる。そのため、[6] K. Yaji et al., Rev. Sci. Instrum. 87, 053111 (2016).

従来の STI・WTI の場合とは異なり、線形分散を形成す[7] K. Kuroda et al., J. Vis. Exp. 136, e57090 (2018).

る光電子のスピン偏極は全体として消失することが予想される。本研究で実際にスピン分解 ARPES を行ったところ、
Bi4Br4 のギャップ中状態を形成する光電子は、通常のトポロジカル表面状態で見られるようなスピン偏極を示さないことが分かった。この結果から、Bi4Br4 で実現する
HOTI 相が-Bi4I4 で実現している WTI 相とは性質が異なっていることが確かめられた。

まとめと今後の展望：
本研究により、擬一次元のビスマスハライドでは擬一次
元鎖の積み方に依存したトポロジカル相が実現していることが分かった。特に Bi4Br4 では、バルクが絶縁体となる物質で初めて HOTI 相が実現していることが示された。本物質中では擬一次元鎖が vdW 力によって積み上げられているため、劈開により大量のスピン流が生成されるという特徴がある。HOTI としての性質は薄片試料にしても維持されると期待されるため、今後は結晶の剥離によって取り出された薄片試料によるスピントロニクスデバイスへの展開が期待される。

謝辞：
本研究は東京工業大学科学技術創成研究院フロンティア材料研究所の笹川崇男准教授、東京大学大学院工学系研究科の有田亮太郎教授、東京大学大学院工学系研究科の平山元昭特任准教授、大阪大学大学院理学研究科の越智正之助教、
産業技術総合研究所物質計測標準研究部門ナノ材料構造分
析研究グループの白澤徹郎主任研究員、テキサス大学オースティン校 Keji Lai 准教授らとの共同研究として行われました。テキサス大学での共同研究は、理学系研究科大学院
学生国際派遣プログラムの支援を受けて遂行されました。
この場をお借りして御礼申し上げます。

9

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

附属国際超強磁場科学研究施設

三田村 裕幸横浜国立大学大学院工学研究院

綿貫 竜太

広島大学大学院先進理工系科学研究科

鬼丸 孝博【研究の背景】とを突き止めました[1]。これにより、機械的振動を抑制でき

パルス磁場中で純良金属の磁気抵抗を測る技術を獲得す

れば、純良金属の磁気抵抗を測定する場合でもデータの積算

ることは、我々強磁場業界の長年の懸案でした。一般的に時間は従来考えられていたものに比べれば短くても良いこ

ある程度以上の強い磁場を生成するには、瞬間的な大電流とが導かれます。むしろ磁場発生時間が短くなることで抵を電磁石に流す方法がとられます。強い磁場中での純良金

抗測定中に試料に電流を流す時間も短くなるため、出力信属の磁気抵抗測定では、信号が小さいためノイズを平滑化

号を大きくするために電流値を大きくしても試料の発熱量

するのに長時間のデータの積算が必要であり、パルス磁場が抑えられるという利点が生まれます。また、電磁石自体

下での測定は難しいと考えられてきました。そのため、パもコンパクトになると機械的振動の抑制も容易になります。

ルス磁場中での磁気抵抗測定は、微細加工によって信号を一方、磁場発生時間を短くすることに伴い、これに見合大きくした試料か、あるいは半導体や半金属などの電気抵う高速測定が必要となります。もし究極的にノイズやバッ

抗が元々高い物質に限られていました。

クグラウンドが無視できるならば簡便な直流 4 端子法で問題ないのですが、現実には諸々の対策を施してもこれらは【実験結果】

除去しきれずに残ってしまいます。直流法ではノイズや本研究グループでは、パルス磁場中での有線測定に特有

バックグラウンドの周波数帯域より早い時間応答はできなな主たるノイズが、不均一な磁場を持つ電磁石やプローブ

いので高速測定には不向きです。そのため、磁気抵抗測定

等の機械的振動によって引き起こされた電磁誘導であるこの高速化には交流 4 端子法が必須となります。

図 1 (左側)整数(n = 1, 2,…, 5)周期で検波したときの通過利得。(右側)1 周期と 2 周期で検波した時の通過利得に重みをつけて足し合わせたもの。重みを変えることで望みの周波数成分を消去できる(それぞれ上段が実部で下段が虚部)。

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

10図 2 横浜国立大学で作成された LaB4 の磁気抵抗の測定結果。純良単結晶でしか観測できない量子振動が観測されている。1 周期(左図)で検波した結果と 2 周期(中図)で検波した結果を足して 2 で割ると、低周波ノイズに起因する細かな振動が除去され、本質的な量子振動だけが残る(右図)。この操作は、図 1 右側の a = 0.50 のケースに相当する。右図の横軸の分解能は中図と同じにも関わらず、劇的にノイズが除去されている。

一般的に交流信号を精度よく復調するには位相検波法です。ただそれと引き換えに、変調周波数以外の周波数成が用いられます。これは元の信号が、分を除去する性能は劣化します。
(式 1)

本研究グループは、復調に用いる積算周期数の違いにで表されるときに、両辺に2 cos 𝜔0 および 2sin 𝜔0 を掛け

よって、変調周波数以外の周波数成分が通過する割合が異合わせると三角関数の倍角の公式によりそれぞれなることを初めて見出し、この性質をうまく使うことで、

𝑓(𝑡) = 𝐴 cos 𝜔0 𝑡 + 𝐵 sin 𝜔0 𝑡

𝑓(𝑡) × 2 cos 𝜔0 𝑡 = 𝐴 (1 + cos 2𝜔0 𝑡) + 𝐵 sin 2𝜔0 𝑡 (式 2)

短い積分時間内で従来の数値位相検波では除去しきれな(式 3)

かった周波数のノイズを除去できることを理論(図 1)と実験が成り立ちます。一般的なアナログ的位相検波法では 2 倍(図 2)で実証しました[2, 3]。この方法は複数試料の同時測定

波をローパスフィルタによって除去して定数部分𝐴, 𝐵を抽に伴う干渉効果の除去にも強力な方法になります(図 3)。

𝑓(𝑡) × 2 sin 𝜔0 𝑡 = 𝐴 sin 2𝜔0 𝑡 + 𝐵 (1 − cos 2𝜔0 𝑡)

出しますが、これには非常に長い時間(多くの振動回数)が一般に、交流4端子法で時間分解能を向上させるために必要となります。他方、数値位相検波法では、変調周期

変調周波数を上げてゆくと、電圧端子間から得られる出力2𝜋⁄𝜔0 のちょうど整数倍の周期で積分することで 2 倍波を信号が入力電流に対し‘位相が回転’してゆく現象が昔か除去することができます。後者では、原理的に変調周期のらよく知られていましたが、その理由はよくわかっていま

1 倍や 2 倍の非常に短い時間で復調を完了することが可能せんでした。本研究グループは、‘位相が回転’している
2 0 kH z の干渉信号の分離にかかる 時間

Re

0.0
Im

-0.5
0

5

B [T]

新し い方式31.25 kHz

-10

Im
5

B [T]

10

0.4
0.6
time [msec]

0.8

0.5

１ ～２ 周期の合算

Re

0.0

-0.5
0

0.2

‒0 . 7 4 1 倍

２ 周期で検波O FD M 法

0
0

10

0.5
R [m ]

10+ 1 .7 4 1 倍

R [m ]

R [m ]

１ 周期で検波

Vref [V]

0.5

Re

0.0

-0.5
0

Im
5

B [T]

10

図 3 2 つの試料を異なる周波数(20 kHz と 31.25 kHz)で同時に測定した場合の一方の試料(銀線、31.25 kHz で変調)の測定結果。左上
図は 1 周期、左下図は 2 周期で検波した場合の解析結果を示す。どちらも相手の試料から来る干渉信号(31.25 kHz - 20 kHz = 11.25 kHz)が重畳している。右下図は 1 周期と 2 周期の結果を適切な重み付けで足し合わせたもの。干渉効果による振動が首尾よく消えている。
赤線が試料本来の磁気抵抗を表す実部で青線が配線の相互インダクタンスにより現れる虚部をそれぞれ示す。右上図は干渉効果の除去に必要な積算時間の幅を表している。従来の OFDM 法(紫色の枠)に比べて本研究で新たに示された方法(橙色の枠)の方が格段に短い時間で干渉信号を分離できることがわかる。

11

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

のではなく電流ラインと電圧ラインの間の相互インダクタと利得を較正しておくことで、線間の浮遊容量が小さいとンスの効果が虚部に重畳しているためであることを突き止いう前提が成り立つ範囲で、実部と虚部を任意性なしに直めました。一般に相互インダクタンスの大きさは配線の幾交分離することができます(図 5)。

何学的形状に由来し試料の抵抗値とは無関係なので、試料これらの工夫により、低抵抗の測定における変調周波数の抵抗値が小さいほどその影響は相対的に大きくなります。

の上限である数十 kHz に対し数 10~100 マイクロ秒程度

また、この場合の入力電流に対する出力電圧の大きさは変の時間分解能での測定が可能になりました。また、「交流調周波数に比例します。これらのことは、低抵抗の測定ほ

4 端子法では測定結果の絶対値に信頼がおけない」というど変調に用いることのできる周波数の上限値が低くなるこ

これまでの常識が覆され、非常に精度の高い電気抵抗測定とを意味します。配線の取り方を工夫することで相互イン

が簡易に行えるようになりました。

ダクタンスの大きさはある程度は抑えることはできるものの、雑感では1 mΩ以下の低抵抗の測定における変調周波数は高々数十kHz程度が限界と考えられます。

【今後の展開】
これまで難しいとされた純良金属の磁気抵抗の測定が本

本研究グループでは、位相の情報を含めた絶対値の正確研究の成果により容易にできるようになったことは、材料な測定を目指すために、ケーブルは同軸線の内外を使い、研究や物性物理学の基礎研究に非常に大きな進歩をもたら初段のプリアンプは差動にし、前置フィルタ等を入れずにすものと考えられます。また、本研究で示されている新しプリアンプで直接受ける方式を採用しました(図 4)。これ

い信号処理技術は、パルス磁場中での輸送測定に限らず、は、フィルタ等によって入力インピーダンスを下げずに済他の研究分野のあらゆる交流測定技法において時間分解能

むので、途中の配線での電圧降下を抑えることができます。

の向上に役立つ可能性があります。

更に、プリアンプや後置フィルタ等がもたらす位相のズレ

図 4 測定回路の模式図とデータ解析のフロー。市販の装置(PPMS, 米国カンタムデザイン社製)でおよそ 1 時間かかる測定(下段右端グラフの緑線)を 1／90 秒程度(右端グラフの赤線)で実行できる。試料は白金線。

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

12一般に、信号検出の時間分解能を上げるには変調に用いスデン強磁場研究所および本研究所国際超強磁場科学研究

る周波数を上げるのが常道ですが、放送や電気通信のよう施設にて行われました。本研究の一部は、日本学術振興会に法的に使用を許可された周波数帯域が限定されているなの「頭脳循環を加速する戦略的国際研究ネットワーク推進

どの理由から安易に周波数を上げられない場合には、本研プログラム」(課題番号；R2604／研究科題名；新奇量子究の新信号処理方式はとりわけ効力を発揮します。例えば、物質が生み出すトポロジカル現象の先導的研究ネットワー

この方式は放送・通信分野で現在使用されている直交周波数

ク)および、科学研究費補助金基盤研究(C)(課題番号；

分割多重方式 (orthogonal frequency-division multiplexing,

26400329、17K05534)、文部科学省科学研究費補助金新OFDM)よりも短い時間幅の情報で、さまざまな周波数成学術領域研究(研究領域提案型)(課題番号；15H05886 (J-分で構成される、いわゆるブロードバンド信号を復調できPhysics)／研究科題名；強相関多極子物質の開発)の補助ることが本研究で理論的に示されています。したがって、

によるものです。

ポスト 5G を含む放送・通信分野において、信号密度向上
による通信の高速化・耐障害性・耐干渉性の改善が期待で【参考文献】

きます。また、医療分野では超音波診断装置、MRI など[1] H. Mitamura, R. Watanuki, E. Kampert, T. Förster,のイメージング装置において高速化・高解像度化が期待で

A. Matsuo, T. Onimaru, N. Onozaki, Y. Amou, K.

きます。センサ分野では電子コンパス、加速度センサ、ミWakiya, K. T. Matsumoto, I. Yamamoto, K. Suzuki, S.

リ波レーダー、超音波ソナーなどの自動運転技術に必要なZherlitsyn, J. Wosnitza, M. Tokunaga, K. Kindo, andデバイスにおける感度、時間応答および混線防止性能の向T. Sakakibara, Rev. Sci. Instrum. 91, 125107 (2020).

上に資すると考えられます。

[2] H. Mitamura, PCT/JP2017/009539, 09 March 2017.
[3] H. Mitamura, PCT/JP2019/015560, 10 April 2019.

図 5 広島大学で作成された PrIr2Zn20 の純良単結晶の磁気抵抗の測定結果。実部（赤線）のみに試料由来の量子振動が観測され、虚部（青線）には振動がほとんど見られない。この測定では、アンプとフィルタによる位相の回転角と利得があらかじめ較正されており、この結果は、任意性なしに実部と虚部の直交分離が一意的に決定されていることを示している。

【謝辞】
本研究成果は、横浜国立大学大学院工学研究院、ドレスデン強磁場研究所、本研究所の榊原俊郎教授および国際超強磁場科学研究施設との共同研究によるものです。本研究における実験は横浜国立大学低温科学研究センター、ドレ13

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

日本中性子科学会ポスター賞を受賞して中性子科学研究施設 益田研究室 博士後期課程 2 年 長谷川 舜介
この度、2020 年 11 月に開催された日本中性子科学会第は Ba2MnGe2O7 の磁気異方性が数十 μeV と他の磁性体に20 回年会にて「マルチフェロイック物質 Ba2MnGe2O7 に比べ非常に小さく超微細相互作用のエネルギースケールとおける軌道混成音響マグノン」という題目で講演を行い、同程度であること、Mn2+の原子核スピンが大きい 2 点がポスター賞を受賞する栄誉に恵まれました。今回の中性子挙げられます。

科学会年会は中性子・中間子を用いた研究を中心として開一方、電子スピンと電気分極の関係性においては、磁化

催され、95 件の発表の中から、7 件の発表者に贈られまし

測定と中性子散乱で評価した磁気異方性ギャップが磁気た。以下、研究内容について簡単にご紹介します。

モーメントではなく電気分極でスケールされることを見出しました。この結果は、音響マグノンが軌道と強く混成しマルチフェロイクスとは(反)強磁性と(反)強誘電が共存た非自明な励起であることを示しています。また、簡便なする物質群を指します。スピン由来のマルチフェロイック

バルク磁気特性測定により非自明な磁気励起の存在を予見物質においては、スピン軌道相互作用によって、スピン以できることを示しており、マルチフェロイック物質の研究

外の自由度と強く混成した磁気励起(例えば、エレクトロに新たな方向性を与えると考えています。

マグノンやマグノン-フォノンカップリング)の存在が知ら

本講演を行うにあたり、益田隆嗣先生、浅井晋一郎助教、れています。しかし、それらの励起エネルギーは高いため、

林田翔平博士、松浦直人博士をはじめ、多くの方々にお世バルクの磁気特性との関係性は議論されてきませんでした。

話になりました。この場を借りて深く感謝申し上げます。

そこで私は、マルチフェロイック物質 Ba2MnGe2O7 において、中性子非弾性散乱による低エネルギー磁気励起とバルク磁化測定によるスピンフロップ磁場の温度依存性を[1] S. Hasegawa et al., to be published.

測定し、その関係性を議論しました[1]。

[2] H. Murakawa et al., Phys. Rev. B 85, 174106 (2012).

本研究の対象物質である Ba2MnGe2O7 は TN =４K でS = 5/2 を持った Mn2+イオンのスピンが ab 面内を向いた[3] T. Masuda et al., Phys. Rev. B 81, 100402(R) (2010).
[4] Y. Iguchi et al., Phys. Rev. B 98, 064416 (2018).

コリニア反強磁性秩序を示すと同時に、磁場下において自発電気分極を示すマルチフェロイック物質です[2]。ESR
測定から容易面型の磁気異方性が、磁化測定では容易面内の磁気異方性がスピンフロップ転移によって確認されています[3,4]。私ははじめに、容易面内のスピンフロップ磁場の方位依存性を測定することで、その起源がスピンネマ
ティック相互作用であることを明らかにしました。また、平均場エネルギーを計算することでスピンフロップ磁場の温度依存性を再現し、スピンネマティック相互作用が各温度においてどの程度の大きさを持つか評価しました。この結果を踏まえ、J-PARC MLF の装置である DNA(BL-02)
を用いて非弾性中性子散乱実験を行い、磁気Γ点 Q = (1,0, 0.5)に見られるマグノンギャップの温度変化を高エネル
ギー分解能で測定しました。この結果を解析したところ、
Ba2MnGe2O7 のマグノンギャップは電子スピンと原子核
スピンの相互作用である超微細相互作用が大きく寄与している稀有な例であることが明らかになりました。この理由■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

14日本表面真空学会学術講演会 講演奨励賞 (スチューデント部門) を受賞して極限コヒーレント光科学研究センター
この度、2019 年日本表面真空学会学術講演会にて、講演奨励賞(スチューデント部門）を受賞させていただきま

近藤研究室 野口 亮

ギー分解能が必要とされるため、従来の ARPES やスピン
分解 ARPES(SARPES)ではその解明が困難でした。

した。この賞は、表面・真空科学技術の発展に貢献しうる

そこで我々は、物性研で開発された超高分解能レーザー

優秀な一般講演論文に対して授与されるものです。例年はSARPES [2,3] による電子状態の精密測定を通して、量子翌年の 5 月にある学会の総会で表彰式が行われていました

井戸バンドがラシュバ効果によってスピン分裂しているこが、本年度は新型コロナウイルス感染症の影響で予定が変とを示しました。さらに多数の薄膜を作製して測定を行い、更になり、2020 年 11 月に開催された学術講演会においてラシュバ効果の大きさが膜厚と量子数に系統的な依存性をオンライン表彰式を開催していただきました。由緒ある学見せることを見出しました。このことは、量子井戸状態の会からこのような栄誉ある賞をいただき、大変光栄です。

電荷分布が膜厚に依存する結果であると考えられます。そまた指導教員である近藤猛先生と、物性研の尾崎泰助先生、

こで、第一原理計算によって量子井戸バンドのスピン分裂

小森文夫先生、黒田健太助教、河村光晶助教、特別教授室

機構を調べたところ、ラシュバ効果の大きさは、量子数にの辛埴先生をはじめ、本研究にご協力いただいたすべての依らず、界面近傍の電荷密度と各原子の SOC の大きさの共同研究者の皆様に、この場を借りて心より感謝申し上げ

みであらわされることが分かりました。本結果は、量子井ます。

戸薄膜で実現するラシュバ効果のスケーリング則というこ

受賞対象となったのは「レーザースピン分解 ARPES でとができ、物質に依らない議論に基づいているため、ヘテ調べる Ag/Au(111) の量子井戸閉じ込めによるスピン分裂

ロ構造を利用したスピントロニクスデバイス開発への幅広バンド制御」です。近年、スピン分裂を示す電子状態の制い応用が期待されます [4]。

御が、次世代スピントロニクスの発展に向けて重要な課題

これまで物性研で修士・博士課程の 5 年近くを過ごしてとなっています。特に、空間反転対称性の破れた系でスピきましたが、多くの方々との出会いに恵まれて、数多くのン軌道相互作用(SOC)によるスピン分裂が生じるラシュバ

貴重な経験を積むことができました。今後は、物性研で学効果が、スピン電荷変換など様々なスピン現象を引き起こんだ技術をもとに、スピン物性の更なる発展に貢献していす効果として注目されています。ラシュバ効果はポテン

きたいと思っています。今後ともどうぞよろしくお願い申シャル勾配と電荷分布の非対称性によって生じており、こし上げます。

れまで、電場印加や表面原子吸着を通したポテンシャル勾配の変調によるラシュバ効果の制御が報告されてきました。
一方で、電荷分布依存性を通したラシュバ効果の制御は、実験的に確立されていませんでした。
本研究では、典型的な金属量子井戸薄膜として知られる
Ag/Au(111) に注目して、電荷分布に依存したラシュバ効
果の発現を調べました。Ag/Au(111) の量子井戸状態は、
これまで角度分解光電子分光(ARPES)と理論計算によって調べられており、自由電子の放物線型のバンドが出現し、その電荷分布が膜厚と量子数に系統的な依存性を示すことが指摘されていました [1]。さらに Au 原子が大きな SOCをもたらすため、量子井戸中のラシュバ効果を調べるためには最適な系であるといえます。しかし、ラシュバ効果の膜厚依存性の追跡にはスピン分解能に加えて高いエネル

15

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

[1] F. Forster, E. Gergert, A. Nuber, H. Bentmann, L.
Huang, X. G. Gong, Z. Zhang, and F. Reinert, Phys.
Rev. B 84, 075412 (2011).
[2] K. Yaji, A. Harasawa, K. Kuroda, S. Toyohisa, M.
Nakayama, Y. Ishida, A. Fukushima, S. Watanabe, C.
Chen, F. Komori, and S. Shin, Rev. Sci. Instrum. 87,
053111 (2016).
[3] K. Kuroda, K. Yaji, A. Harasawa, R. Noguchi, T.
Kondo, F. Komori, and S. Shin, J. Vis. Exp. 136,
e57090 (2018).
[4] R. Noguchi, K. Kuroda, M. Kawamura, K. Yaji, A.
Harasawa, T. Iimori, S. Shin, F. Komori, T. Ozaki,
and T. Kondo, Submitted (arXiv:2012.11289).

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

16

本多記念研究奨励賞を受賞して量子物質研究グループ

三輪 真嗣

この度、公益財団法人・本多記念会の第 41 回(令和 2 年

姿勢を初めて共有させて頂き大変有意義なものとなりました。

度)本多記念研究奨励賞を 2020 年 11 月に受賞致しました。

受賞の際には本多先生の伝記や色紙も頂き、所員室で大事に本受賞は文献[1]-[5]をはじめとした共同研究成果が評価保管しています。研究では日々の目標設定の多くを我々個人されたものです。この場をお借りして大阪大学の鈴木義茂が行います。少しでも気が緩むと、多くのリソースを無駄遣氏、石橋翔太氏、松田健彰氏、塚原拓也氏、河辺健志氏、いする危険と常に背中合わせです。このような中で、今一度Frederic Bonell 氏、冨田博之氏、小西克典氏、塩田陽一

気を引き締める機会となる貴重な体験をさせて頂きました。

氏、縄岡孝平氏、後藤穣氏、田村英一氏、産業技術総合研究所の湯浅新治氏、福島章男氏、久保田均氏、薬師寺啓氏、
野崎隆行氏、今村裕志氏、谷口知大氏、東北大学の白井正[1] S. Miwa et al. “Highly sensitive nanoscale spintorque diode” Nat. Mater. 13, 50 (2014).

文氏、辻川雅人氏、高輝度光科学研究センターの中村哲也[2] S. Miwa et al. ”Strong bias effect on voltage-driven

氏、鈴木基寛氏、小谷佳範氏、豊木研太郎氏、物質・材料

torque at epitaxial Fe/MgO interface” Phys. Rev. X 7,

研究機構の宝野和博氏、大久保忠勝氏らをはじめとした共031018 (2017).

同研究者の皆様、推薦して下さった森所長、書類準備を補[3] S. Miwa et al. “Voltage controlled interfacial

助して下さった総務係の大平様、関係者の皆様に深く感謝

magnetism through platinum orbits” Nat. Commun.

致します。

8, 15838 (2017).
[4] T. Kawabe et al., “Electric-field-induced changes of

受賞対象の研究は「界面磁性の電気的制御に関する研究」

magnetic

momentsandmagnetocrystallineです。主な業績のひとつは金属ナノ磁石の電気応答を利用しanisotropy in ultrathin cobalt films” Phys. Rev. B 96,

たマイクロ波検波機能の高感度化です。Fe と MgO の界面に220412(R) (2017).

ある垂直磁気異方性(磁極の向きやすさ)を利用し、スピント[5] S. Miwa et al. “Perpendicular magnetic anisotropy

ルク(電流電圧が磁極の運動に与える影響)の効率を最大化す

and its electric-field-induced change at metal-

ることにより実現しました。このマイクロ波検波機能は本研

dielectric interfaces” J. Phys. D: Appl. Phys. 52,

究によりスピントロニクスデバイスを用いて半導体ショット

063001 (2019). [Topical Review].

キーダイオードの 3 倍を実現しました。もうひとつの業績は
金属ナノ磁石における電界効果の機構を放射光の利用により解明したことです。
業績に関する同様の話は以前の物性研だよりで書かせて頂きましたので、今回は授賞式の感想を述べたいと思います。
授賞式は仙台のホテルで行われ、その日の午前中には東北大学金属材料研究所にある本多記念館の見学が行われました。
私はこの記念館の見学ははじめてであり、とても新鮮でした。本多光太郎先生のお名前は存じておりましたが、私は純粋な金属工学分野の研究者ではないた
め、業績のみならず研究や人生に対する

17

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

令和 2 年度日本希土類学会学会賞 (塩川賞) を受賞して

物質設計評価施設

上床 美也

この度「希土類化合物の磁性と超伝導の圧力効果の研究」

1989 年)に赴任後も、“希土類金属間化合物の圧力効果”をという題目で令和 2 年度日本希土類学会学会賞(塩川賞)の

主に研究を行い、精度の良い圧力効果の研究を行うため栄誉を賜り、日本希土類学会第 38 回講演会にて受賞講演“定荷重式ピストンシリンダー型圧力発生装置を開発”し、を行わせて頂き、有り難うございました。日本希土類学会

多重極現環境下の物性測定を行いました。当時、圧力下の会長今中信人先生(大阪大学教授)、学会賞選考委員会の先

低温物性測定はクランプタイプの圧力装置が主体であり、生方および関係された諸先生方に感謝いたします。受賞に

温度変化による圧力の変化や、圧力を変化に伴なう測定関わる研究に関しまして、熊本大学教養部で高圧力下物性

ケーブル等の取り外しに関連するトラブルが激減した事を研究についての手ほどきを頂いた巨海玄道先生(九州大学

思い出します。当時、圧力下の物性研究は、各種相互作用

名誉教授)、埼玉大学で研究室立ち上げを一緒に行った小の圧力依存性(磁気秩序の圧力依存性など)を主体に研究さ坂昌史先生(埼玉大学)、東京大学物性研究所で高圧下低温れていたように思います。しかし、Ce 化合物や U 化合物

物性研究を一緒に行った、藤原直樹先生(京都大学)、辺土においては、加圧下で秩序相が消失し、重い電子状態が出

正人先生(琉球大学)、松林和幸先生(電気通信大学)、岡田

現する現象(量子臨界現象)が明らかになり、圧力効果の研

卓氏、郷地順先生(物性研究所)及び東堂栄氏、森多美子氏、究が発展してきています。埼玉大学(1995 年)赴任後も引中澤(小山)和子氏、宗像孝司氏(CROSS)、長崎尚子氏、き続き圧力下物性研究を行うと共に、希土類金属間化合物

多くの研究員、学生および秘書の皆様、共同研究を通しての新物質探索や純良単結晶作製を行いました。また、非磁お世話になった諸先生方にお礼申し上げます。

性 NiCrAl 合金を用いたハイブリッド式ピストンシリン

日本希土類学会は、“希土類に関心がある者が相つどい、

ダー型圧力発生装置開発を行い、3 GPa を超える物性測定

相互の知識を交換し、希土類の科学と技術を進歩向上させを可能としました。物性研究所(2001 年)赴任後は、よりることを目的とし、1982 年 11 月に希土類研究会として発良い静水圧下での高圧下物性測定を目指し、種々の物性測

足し、1995 年に日本希土類学会と改名して今日に至って定に特化した圧力発生装置の開発を行って来ました。最近

います。年 1 回の希土類討論会が開かれ、今年は 37 回目

はクランプ式キュービック圧力発生装置の開発に成功し、となります。討論会では、希土類に関心がある研究者、技15 GPa、9 T、10 ｍK までの多重環境下物性測定が可能

術者、経営者が集い、希土類に関して多岐にわたって知識となっています。この様にして開発出来た各種圧力装置をの交換が行われています。興味を持たれた方は是非、参加

用いた希土類化合物の圧力下物性測定を行い、頂ければと思います。

CePtSi2(中野智仁：新潟大学)、PrTi2Al20、PrV2Al20(松身の回りの希土類に注目してみると、磁気(磁石)、光(蛍林和幸：電気通信大学)および CeNiC2(片野進：埼玉大学、

光体、発光体)、エレクトロニクス(イオン伝導)、エネル

郷地順：物性研究所)が高圧下で量子臨界現象を示すととギー(水素貯蔵、燃料電池)、触媒(排ガス浄化)、医療・生

もに臨界点近傍で非従来型超伝導を発見する成果を上げる

理学(医薬品、バイオテクノロジー)など、多肢に渡る分野ことが出来ました。また、Yb 化合物における圧力誘起磁で活用・研究がなされております。また、最近は、高圧下気秩序状態の発見などの成果を上げることが出来たのも装ではありますが室温超伝導物質としても注目されています。

置開発の賜だと思います。

私と希土類元素との関わりは、琉球大学(嘉手納・矢ヶ崎研

このような受賞までの研究生活を振り返ってみますと、究室、1981-83 年)での、“CsCl 型 Ce 化合物 CeAg1-xInx の

新しい物性現象を発見するためにはこれまでに実現出来て

低温物性研究”に始まります。広島大学(岡本・藤井研究室、いない測定環境を実現し、多くの探索測定を効率よく行う

1983-89 年)においても、“CsCl 型希土類金属間化合物ことが重要で有ったように思います。そのため、誰でも使

CeZn1-xCux の物質探索研究”を行い、重い電子系物質の低用可能な装置開発および測定環境の構築が不可欠であり、温物性研究を行って来ました。熊本大学(巨海研究室、共同利用を使命の一つとする物性研究所とは、良くマッチ■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

18

ングしているのではと感じています。あと数年間の研究生
活ですが残された時間をこれまで以上に測定環境の開発に努めたいと思います。
今回の受賞に当たっては、これまで協力いただいた緒先
生方に再度御礼を申し上げるとともに、今後少しでもお役に立てることを願って筆を置かせていただきます。

19

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

物性研究所短期研究会

物性研究所スパコン共同利用・CCMS 合同研究会「計算物質科学の新展開 2020」
会場：東京大学物性研究所 オンライン開催
住所：千葉県柏市柏の葉 5-1-5
日時：2020 年 12 月 21 日(月)13:00 〜 2020 年 12 月 22 日(火)16:45□協賛
計算物質科学人材育成コンソーシアム PCoMS□所内組織委員
尾崎泰助、川島直輝、杉野修、野口博司、福島鉄也、樋口祐次、森田悟史、春山潤、河村光晶、福田将大、井戸康太□プログラム編成協力者
大槻純也（岡山大学）、合田義弘（東京工業大学）、黒木和彦（大阪大学）、濱田幾太郎（大阪大学）、高野宏（慶応義塾
大学）

東京大学物性研究所では計算物質科学の発展のために

19 件の招待講演、26 件のポスター発表があった。ポス

スーパーコンピュータ・システム B(通称 ohtaka, 2020 年

ター発表においては議論の活発化のために、まず一人 2 分

10 月より運用開始)とシステム C(通称 enaga, 2018 年 1間のショートトークの枠を設け、その後、ZOOM のブ

月より運用開始)を広くコミュニティに提供し、スーパー

レークアウトルーム機能ならびに WEB 上の掲示板を活用

コンピュータの全国共同利用拠点としての活動を展開してした議論の場を設けた。さらに、今回はポスター賞を設け、いる。本研究会は共同利用スパコンやソフトウエア開発・所内組織委員及び招待講演者の協力のもと厳正な審査を行

高度化プロジェクトの利用者による成果報告会と、計算物

い、(下記の)3 件を選んだ。

質科学研究センター(CCMS)の活動報告会を兼ねた計算物
性科学コミュニティの合同研究会である。

今回の研究会の特徴は次のとおりである。１日目の特別講演では国立情報学研究所の船守美穂氏がデータリポジトシステム C は稼働開始から 2 年ほどが経過し、本格的リに関する動向を紹介し、それを受けて物性研究所の吉見な活用が行われている一方、システム B が性能の高い新機氏が物性研での実例を紹介した。2 日目には、物性研の福種に更新され、今後多数の研究成果が創出されるものと期

田氏により、最近更新されたシステム B に関する説明が行待される。また、2020 年から新たに「富岳」プロジェク

われた。オンライン開催にもかかわらず質疑応答が活発にトが始まり、計算規模の飛躍的向上に伴う研究の新展開が行われ、例年通りかそれ以上の活況を呈した。

見込まれる。これら計算資源を用いることにより超大規模成果報告会としては初めてのオンライン開催ということ

計算やハイスループット計算が進められ、その結果、膨大で、座長とその補助者の役割分担、セキュリティと利便性な計算結果の利活用を本格的に考える必要が出てきた。そのバランスへの配慮に関して試行錯誤を繰り返すなど、バして、それを可能にするための機械学習やデータ駆動科学

タバタとした準備となってしまった。それに伴う負担が少の方法が、いよいよ物性研究に浸透してきた。これらの最数の組織委員に集中するなどの問題が発生したが、担当者

近の動向を踏まえ、これからの 10 年で計算物質科学にどの献身的な努力のおかげで、概ね成功裏に研究会を終了すの様な新展開が期待できるのか、また期待だけでなく、現ることができた。

状を正しく理解し、どの様な方向で計算科学の研究を展開していくべきか、情報を交換しながら議論するための場を提供するのが本研究会の目的である。
今回は、新型コロナウイルス感染症対策の観点から研究
会はオンライン形式で開催された。参加登録者は例年よりやや多い 153 名であった。研究会では、1 件の特別講演、■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

20プ ロ グ ラ ム
12 月 21 日（月）13:00～13:40

船守美穂（国立情報学研究所）
世界のオープンサイエンスの動向―クラウド上への研究活動の移行

13:40～14:10

吉見一慶（東京大学）
計算物質科学でのデータ利活用に向けて～物性研究所データリポジトリ運用に向けた取り組みの紹介

14:30～14:50

野村悠祐（理化学研究所）
機械学習を用いた 2 次元 J1-J2 ハイゼンベルグ模型の研究

14:50～15:10

大槻純也（岡山大学）
動的平均場理論による非局所相関の計算と GPU 化

15:10～15:30

松本正和（岡山大学）
水素無秩序氷に隠された秩序

15:30～15:50

中村壮伸（産業技術総合研究所）
物理的に妥当な自由エネルギー地形の定義

15:50～16:50

ショートトーク（一人 2 分）

16:50～17:50

ポスター発表P1 松本宗久（高エネルギー加速器研究機構）材料開発における計測・設計データ統合とデータ空間の多峰性に対するアプローチ
P2 Tu Wei-Lin（東京大学物性研究所）自動微分を応用するテンソルネットワーク法P3 春山潤（東京大学物性研究所）古典密度汎関数理論を用いた Lennard-Jones 液体・剛体球系の分布関数計算
P4 浅野優太（東京大学物性研究所）音波の分子動力学シミュレーション
P5 爲本尚樹（東京大学物性研究所）膜変形とカップリングした反応拡散系によるパターン形成
P6 小野頌太（岐阜大学）ボルツマン方程式ソルバーの開発とフェムト秒金属発光ダイナミクスへの応用
P7 佐藤龍平（東京大学）Li(CB9H10)の Li 伝導機構に関する分子動力学計算
P8 山本剛史（東京大学物性研究所）ピン止め効果のある 1 次元ジョセフソン接合列における弾性散乱
P9 鈴木隆史（兵庫県立大学）蜂の巣格子 Heisenberg-Γ 模型の基底状態
P10 濱田智之（物質・材料研究機構）遠赤外・THz 域におけるグラフェン吸光度の第一原理計算
P11 中西亮（東京大学）磁場掃引中の Ginzburg-Landau モデル上に現れる二次元磁気パターンの時間発展
P12 吉山幸太（東京大学）高次テンソルくりこみ群による 2 次元正方格子 Edwards-Anderson 模型の研究
P13 横田猛（東京大学物性研究所）汎関数繰り込み群に基づいた密度汎関数理論による電子系の相関エネルギー密度汎関数の構築
P14 城塚達也（茨城大学）拘束密度汎関数理論によるプロトン移動の分子動力学シミュレーション
P15 樋口祐次（東京大学物性研究所）全原子分子動力学法と DFTB 分子動力学法によるリン脂質二重膜上の負の水和
P16 品岡寛（埼玉大学）Solving the Bethe–Salpeter equation with exponential convergence Iv
P17 森田悟史（東京大学物性研究所）角転送行列を用いたテンソルくりこみ群
P18 明石遼介（東京大学）Chemical Physics of Superconductivity in Layered Yttrium Carbide Halides From First
Principles
P19 井戸康太（東京大学物性研究所）物質科学シミュレーションのポータルサイト MateriApps の紹介
P20 小田竜樹（金沢大学）Analysis on Magnetic Anisotropy Energy in the Material for Spintronics Applications
P21 日詰湧真（東京大学）遷移金属 V, Nb の超伝導におけるスピン揺らぎ効果の第一原理計算

21

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

P22 Muhammad Widianto (Kanazawa University) Group-Theoretical Analysis of Puckered Group-V TwoDimensional Bilayer Materials
P23 井本文裕（名古屋大学）Robust density optimization method of orbital-free density-functional theory
P24 松谷健太（山形大学）第一原理計算とリバースモンテカルロ法による高圧 GeO2 ガラスの構造解析
P25 Bui Thi Kieu My（名古屋大学）Gallium-Gallium Weak Bond that Incorporates Nitrogen at Atomic Steps during
GaN Epitaxial Growth
P26 長川健太（名古屋大学）第一原理分子動力学計算による GaN/(Al2O3)1-x(SiO2)x 界面構造の解明
P27 石井浩平（東京大学物性研究所）電子・フォノン相互作用によるバンドギャップ補正における選択則
12 月 22 日（火）9:40～10:00

陣内亮典（豊田中研）
アクティブラーニングによる機械学習力場自動生成とその応用

10:00～10:20

笠松秀輔（山形大学）
拡張アンサンブル法・第一原理計算結合フレームワークによる固体中の配置不規則性の大規模サンプリ
ング

10:20～10:40

大久保毅（東京大学）
テンソルネットワーク法による量子スピン模型の基底状態計算

10:40～11:00

河村光晶（東京大学）
スピン揺らぎおよびスピン-軌道相互作用を考慮した超伝導密度汎関数理論の精度検証

11:20～11:40

石井史之（金沢大学）
第一原理計算による異常輸送現象の研究

11:40～12:00

篠田渉（名古屋大学）
粗視化分子動力学法による脂質膜相分離、抗菌ペプチド作用の研究

12:00～12:20

東後篤史（物材機構）
AiiDA というテクノロジについて

13:20～13:50

福田将大（東京大学）(井戸康太（東京大学）)
スパコン更新13:50～14:10

志賀基之（原子力機構）
階層的並列化された第一原理経路積分計算

14:10～14:30

福島鉄也（東京大学）
KKR 法を用いた有限温度におけるホイスラー合金の電子状態と伝導特性の計算

14:30～14:50

越野幹人（大阪大学）
モアレ２次元物質における電子およびフォノンの理論

15:10～15:30

榊原寛史（鳥取大学）
第一原理バンド計算からの有効模型導出–応用と新手法–

15:30～15:50

渡辺豪（北里大学）
分子シミュレーションによる液晶の微視的描像解明15:50～16:10

福田将大（東京大学）
DFT を用いた 2 次元表面物質の網羅的構造探索と評価方法

16:10～16:30

井戸康太（東京大学）
変分モンテカルロ法を用いた強相関電子系における動的構造因子の計算法

16:30～

クロージング■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

22ポスター賞

Tu Wei-Lin (東京大学)

山本 剛史 (東京大学)

城塚 達也 (茨城大学)

23

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

物 性 研 究 所 セミ ナ ー

標題：理論セミナー：Learning the constitutive relation of polymeric flows with memory
日時：2021 年 2 月 12 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：On Zoom
講師：John MOLINA
所属：京都大学 大学院工学研究科
要旨：
While our knowledge of Polymer Physics has greatly evolved over the past century, the complex rheology of nonNewtonian fluids remains an open area of research. In particular, we have yet to fully understand the coupling between
the microscopic dynamics of the entangled polymer chains and the macroscopic flow properties of the polymer melt.
Multi-scale simulations (MSS), which simultaneously couple both micro and macro degrees of freedom, have beendeveloped to address this issue, but their computational cost has limited them to simple flows and small system sizes.
In this talk, we will present a learning strategy capable of inferring the constitutive relation for the stress of polymericflows with memory. The learned constitutive relation can then be used within macro-scale flow simulations, allowing
us to update the stresses in the fluid in a manner which satisfies the dynamics of the underlying microscopic model.
We assume that the constitutive relations can be expressed in differential form, as a function of the velocity gradientand stress, but no assumptions are made on their functional form. The required training data is obtained from stresstrajectories generated during microscopic polymer simulations. This data is then used within a Gaussian Process (GP)regression scheme, in order to infer the most likely constitutive equation. We tested the method on a simple microscopic
model (non-interacting Hookean dumbbells) and successfully recovered the exact constitutive relation (i.e., theMaxwell model). The resulting macroscopic flow simulations give the same level of accuracy as MSS at a small fractionof the cost. This opens the door for establishing a bottom-up design framework for polymeric materials. Finally, we
will discuss extensions needed to learn the constitutive relation of more complex microscopic polymer models (i.e. the
Doi-Takimoto Slip-Link model of entangled polymer melts) as well as applications to other Soft Matter systems (e.g.,
colloidal dispersions or cellular tissues).
Ref.
Seryo N, Sato T, Molina JJ, and Taniguchi T, Physical Review Research 02, 033107 (2020)
Seryo N, Molina JJ, and Taniguchi T, Nihon Reoroji Gakkaishi (J Soc. Rheol. Jpn.), in press (2021)

標題：理論インフォーマルセミナー：Magnetization plateaus of two-dimensional geometrically frustrated
quantum spin systems from the one-dimensional perspective.
日時：2021 年 2 月 17 日(水) 午後４時～午後 5 時
場所：On Zoom
講師：Dr. Shunsuke C. Furuya
所属：Ibaraki University
要旨：
The Lieb-Schultz-Mattis theorem has recently drawn a renewed interest from theoretical physicists for its close
connection to anomalies of quantum field theories. The U(1) flux-insertion argument is advantageous to discuss the■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

24Lieb-Schultz-Mattis theorem. It provides a simple method to investigate the Lieb-Schultz-Mattis theorem in quantum
spin systems on magnetization plateaus, the well-known Oshikawa-Yamanaka-Affleck condition.In this presentation,
we first discuss an inspiring example of the flux insertion argument in quantum spin systems on the checkerboard
lattice. The simple flux insertion argument with the periodic or the tilted boundary condition fails to forbid the uniquegapped ground state. This failure originates from the fact that we need to impose an extra symmetry to exclude thepossibility of the unique gapped ground state from the checkerboard-lattice quantum spin systems. We show how toincorporate the extra symmetry and the flux insertion argument.Next, we move on to kagome-lattice antiferromagnets.
We give our attention to the 1/3 magnetization plateau of kagome antiferromagnets, where the Oshikawa-YamanakaAffleck condition admits the unique gapped ground state. We discuss the 1/3 magnetization plateau of a spin-1/2 threeleg spin tube based on an anomaly of SU(3) Wess-Zumino-Witten theory and relate it to the 1/3 plateau of the kagome
antiferromagnet.

標題：理論セミナー：Sparse sampling approach to efficient ab ini tio and many-body calculations at finite
temperature
日時：2021 年 2 月 19 日(金) 午後４時～午後 5 時
場所：On Zoom
講師：Assist. Prof. Hiroshi Shinaoka
所属：埼玉大学
要旨：
Efficient ab initio calculations of correlated materials at finite temperatures require compact representations of theGreen’s functions both in imaginary time and in Matsubara frequency. We have recently proposed a general procedure[1] which generates sparse sampling points in time and frequency from compact orthogonal basis representations, suchas Chebyshev polynomials and intermediate representation (IR) basis functions [2]. These sampling points accurately
resolve the information contained in the Green’s function, and efficient transforms between different representations
are formulated with minimal loss of information.
In this talk, we introduce compact orthogonal basis representations with a peculiar focus on the IR basis. As ademonstration, we apply the sparse sampling scheme to diagrammatic GW and second-order Green’s function theory
calculations of a hydrogen chain of noble gas atoms and of a silicon crystal. Furthermore, we demonstrate its efficiency
in Migdal-Eliashberg calculations considering the retardation effect in phonon-mediated superconductors [3]. Finally,
we will briefly discuss the extensions of the sparse sampling approach to two-particle quantities [4].
[1] J. Li, M. Wallerberger, N. Chikano, C.-N. Ye, E. Gull, HS, PRB 101, 035144 (2020).
[2] HS, J. Otsuki, M. Ohzeki, K. Yoshimi, PRB 96, 035147 (2017).
[3] T. Wang, T. Nomoto, Y. Nomura, HS, J. Otsuki, T. Koretsune, R. Arita, PRB 102, 134503 (2020).
[4] M. Wallerberger*, HS*, A. Kauch, arXiv:2012.05557

25

物性研だより第 61 巻第 1 号■■ ■■ ■ ■ ■

標題：理論セミナー：Impact of anisotropic interactions on cubic Eg quadrupole orders
日時：2021 年 2 月 24 日(水) 午後４時～午後 5 時
場所：On Zoom
講師：Kazumasa HATTORI
所属：Tokyo Metropolitan University
要旨：
Multipole degrees of freedom and their orders in strongly correlated electron systems have attracted growing interestin recent years. In several cubic Pr-based f-electron systems with two f electrons per a Pr ion, it is reported that they
possess non-Kramers doublet crystalline-electric field ground state with Eg quadrupole and Txyz type octuple
moments. They show various quadrupole orders, non-Fermi liquids, superconductivity, and many interesting low
temperature properties [1].
In this study, we analyze a model with non-Heisenberg (non-XY type) anisotropic interactions present in the real
quadrupole systems. We find that their effects are drastic and even qualitative changes emerge in their ordered phases.
In this talk, first we show results of mean-field analysis for interacting quadrupole moments in a cubic fcc lattice [2].
We demonstrate that novel partial ordered states at high temperature are generally realized rather than a simple
quadrupole order with a single wave number. In the second part, we analyze a “double transition” observed in
PrV2Al20, which is expected to be triggered by the ferro Txyz octuploe order [3]. We propose a simple scenario for the
double transition when the anisotropic quadrupole interactions in addition to simple octupole-octupole one are taken
into account [4]. The magnetic-field vs temperature phase diagrams are also examined and several field-induced
phases are proposed for the field directions [001], [110], and [111].
[1] T. Onimaru and H. Kusunose, J. Phys. Soc. Jan. 85, 082002 (2016).
[2] H. Tsunetsugu, T. Ishitobi, and KH, arXiv.2102.06346.
[3] A. Sakai et al., unpublished; A. S. Patri et al., Nat. Comm. 10, 4092 (2019).
[4] T. Ishitobi and KH, unpublished.

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 1 号

26

人 事 異 動【研究部門等】○令和 2 年 12 月 28 日付け
（採 用）
氏
陳

名

所

少 強

属

機能物性研究グループ

職

名

特任教授

備

考

華東師範大学電子工程系 教授より○令和 3 年 2 月 1 日付け
（採 用）
氏

名

奥 村

所
駿

属

機能物性研究グループ

職

名

備

特任助教

大学院工学系研究科
より考
日本学術振興会特別研究員○令和 3 年 2 月 15 日付け
（辞 職）
氏

名

肥 後 友 也27

所

属

量子物質研究グループ

物性研だより第 61 巻第 1 号

職

名

特任助教

備

考

大学院理学系研究科 特任准教授へ■■ ■■ ■ ■ ■

編 集 後 記
今号は研究紹介と受賞報告が 4 件ずつです。僭越ながら私も寄稿させて頂いていますが、近藤先生からは前号から立て続けに寄稿頂いています。もう 2 件の研究紹介も非常に興味深いと思いました。強磁場の三田村さんの記事は、パルス強磁場中で純良金属の磁気抵抗を瞬時に測定する技術を開発した、という内容で、量子振動の観測にも成功したとのことです。私はスペクトロスコピーが専門で輸送測定には詳しくないですが、PPMS で 1 時間かかる測定が 1/90 秒程度で実行できてしまう、というのは非常に印象的です。廣井先生の記事も興味深く拝読させて頂きました。プレスリリースも読ませて頂きましたが、2015 年に世界で生産されたプラスチックのうち、79%が自然環境に流失したと考えられている、というのは衝撃的であり、自分の無知を思い知らされました。生分解性プラスチック開発の重要性も再認識しました。紹介されていたコーティング剤で、宇宙から飛ばして地球に帰還できる折り紙飛行機が開発できそうだというのも興味深く、それを実証するための実験が柏キャンパスで行われたということにも驚きました。皆様、ぜひご一読ください。

岡 﨑 浩 三物性研だよりの購読について
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また、物性研だよりの送付について下記の変更がある場合は、お手数ですが共同利用係まで連絡願います。
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