20142 ご挨拶		 Preface
4

沿革
History

6 年表
		 Chronology

組織・運営		 Organization/Administration
8

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

教育・論文
		 Education/Publication
12

13 予算・職員
		 Budget/Staff Members

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

物性理論研究部門
		 Division of Condensed Matter Theory
20

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

極限環境物性研究部門
		 Division of Physics in Extreme Conditions
39

物質設計評価施設
		 Materials Design and Characterization Laboratory
44

53 中性子科学研究施設
		 Neutron Science Laboratory

国際超強磁場科学研究施設
		 International MegaGauss Science Laboratory60

65 計算物質科学研究センター
		 Center of Computational Materials Science

極限コヒーレント光科学研究センター
		 Laser and Synchrotron Research Center
68

81

			

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

82 共通施設
		 Supporting Facilities

柏キャンパス地図
		 Kashiwa Campus Map
86

物性研究所は東京大学附置の全国共同利用研究所として 1957 年に設立されて以来、半世紀余りにわたって物性科学における日本の中核的研究機関として活動を続けてきました。その間、2000 年には都心の六本木キャンパスを離れ、本郷、駒場に次ぐ東大の第 3 極として新たに誕生した柏キャンパスに移転しました。その後、2004 年の国立大学法人化によって大学の基本的仕組みが大きく変わり、2010 年の共同利用・共同研究拠点
認定制度の発足によって共同利用研究所の新しい枠組みが作られています。物性研究所も物性科学研究拠点に認定され、2013 年度には中間評価を受けました。
物性科学は、我々の身の回りにある物質の多様な性質を、物質のミクロな構成要素である原子や電子の運動法則に基づいて解明する学問として発展して来ました。その後、そのような知識をもとに、これまで知られていない性質を持つ新物質を化学的に合成し、或いは微細な加工を施した物質を組み合わせて新しい機能を持つナノメーターサイズの構造物を創造するといった研究が盛んになり、現在では物理学、化学、材料工学の境界を超える融合的な学問として大きな広がりを示しています。今後、新しい物質や理論的アイデア、革新的な測定技術によって物性科学の対象がますます広がることが予想される一方で、物質の新しい性質を引き出すための強磁場、超高圧、超低温といった極限環境を作る技術や、物質の性質を解明するための中性子、軌道放射光、
レーザー光源やスーパーコンピューターなどの最先端設備が重要となっています。
共同利用・共同研究拠点としてこれまで物性研究所では、これらの先端的技術・設備を開発し共同利用に供する努力を重ねてきました。強磁場については、電磁濃縮法を用いて 1000 テスラ破壊型短時間パルス磁場を目指す計画と、フライホィール電源を用いて 100 テスラ非破壊型長時間パルス磁場を実現する計画が進行しています。中性子に関しては、東海の J-PARC に KEK と共同で高分解能パルス分光器を建設し、共同利用実験を行っています。一方で JRR-3 原子炉は大震災後未だ停止しており、一日も早い再稼働が待ち望まれます。
次世代スーパーコンピューターについては、物性研が戦略分野２「新物質・エネルギー創成」の代表機関を務め、分子科学研究所や東北大学金属材料研究所とともに計算物質科学イニシアティブ（CMSI）を組織するとともに、2013 年度からは元素戦略プロジェクトにも本格的に参加しています。放射光に関しては、SPring-8 に東大アウ
トステーション物質科学ピームライン（BL07）を建設し、軟 X 線領域の最先端の実験が行われるようになりました。更に 2012 年には、これまで独立に発展してきた放射光とレーザー光源の有機的な連携を目指して、これまでの先端分光研究部門と軌道放射物性施設を統合した「極限コヒーレント光科学研究センター」（LASOR）
が設立され、新しい光物性科学が展開されようとしています。
今後も物性研究所は物性科学のフロンティアを切り拓く研究活動を継続し、それによって国内外の物性科学研究者にトップレベルの共同研究拠点を提供することを目指していきたいと考えています。皆様には、物性研究
所の研究活動に対し、これまでと変わらぬご支援をお願い申し上げます。
2014 年 10 月
瀧川 仁

2THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

The Institute for Solid State Physics (ISSP) was established in1957 as a joint-use research institute attached to the University ofTokyo. Since then ISSP has been acting as a central organization ofcondensed matter physics and materials science in Japan for morethan a half century. In 2000, ISSP was relocated from the Roppongi
campus in the center of Tokyo to the new Kashiwa campus which
was designated as the third major branch of the University of Tokyo
after the ones in Hongo and Komaba. In 2004, the University ofTokyo became a national university corporation and in 2010, ISSP
was approved to be a joint-use/joint-research institute in accordancewith the new scheme set by the government. The joint-use/jointresearch activities of ISSP have been evaluated in 2013.
Condensed matter physics had started as a discipline, which

所長 Director

瀧川 仁  TAKIGAWA, Masashi

enables us to understand a wide variety of properties of materials on the basis of fundamental laws of motion of theconstituent microscopic particles, i.e. atoms or electrons. Based on such knowledge, the major current efforts are being
devoted to synthesize new materials that may show unprecedented novel properties on one hand, and to fabricate
structures with nanometer scale by combining various materials to produce new functions on the other hand. Thus
the modern materials science bridges boundaries between physics, chemistry, and materials science. In future, newmaterials, new theoretical ideas, and innovative experimental technique are expected to further widen the scope ofmaterials science. At the same time, equally important are the advanced technologies that provide extreme environment
such as high magnetic field, high pressure, and low temperature to extract novel properties of materials, and large facilities for advanced measurements such as neutron scattering, synchrotron and laser light sources, and supercomputers.
As a joint-use/joint-research institute, we have been working hard to develop state-of-art technologies and facilities.
The International MegaGauss Science Laboratory is pursuing to generate 1000 tesla destructive short-pulse fields byelectromagnetic compression method and 100 tesla non-destructive long-pulse fields using a flywheel dc-generator.
The Neutron Science Laboratory installed the High Resolution Chopper (HRC) spectrometer in J-PARC in collaboration with KEK and has been operating joint-user programs. However, the JRR-3 reactor has still been shut down after
the earthquake in March 2011. Early re-operation is seriously desired. Concerning the Next Generation Supercomputer(K-computer) Project, ISSP, jointly with the Institute for Molecular Science and the Institute for Materials Research,
Tohoku University, has been selected as the representative institute to lead the research in the Strategic Field 2, “NewMaterials and Energy Creation” and established “Center of Computational Materials Science”. ISSP will also participate
in the Element Strategy Project from 2013. Regarding the synchrotron light source, ISSP has played a major role tocomplete the Materials Science Beam-line in SPring-8, providing a platform to perform state-of-art soft X-ray experiments. Furthermore, the “Laser and Synchrotron Research Center” (LASOR) was established in 2012, aiming at close
collaboration and unified activity between the synchrotron and laser fields, which had been developed independently.
We at ISSP will continue to aim at conducting cutting-edge research at the forefront of the materials science, andthereby, provide an excellent collaborative center for both domestic and international researchers. We appreciate yourcontinued support for our research activities.
									October 2014									Masashi Takigawa

3
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性研究所は、「物性物理学」の研究推進のため、昭和

開し、それを発信する国際共同利用研究所としての活動を志32 年 4 月 1 日に、全国物性研究者の要望と日本学術会議

向することにある。この研究体制は、新物質科学、物性理論、の勧告および、文部省と科学技術庁の合意に基づき、東京

先端領域、極限環境、先端分光の 5 大研究部門と軌道放大学附置全国共同利用研究所として設立された。立ち遅れて

射物性研究施設、中性子散乱研究施設、物質設計評価施いた我が国の物性分野の研究設備・体制を国際的水準に高設の 3 施設で構成された。このほかに所外研究者を一定期める拠点となるという設立当初の使命は、15 年ないし 20 年

間所に迎えるための客員部門と外国人客員 2 名をおき、所内でほぼ達成された。

外の交流・協力と、所の研究の活性化・流動化を促進している。

次の目標は先端的実験技術を開発することに設定され、そ平成 12 年 3 月に、43 年間活動を展開した六本木キャンのための重点 5 計画のうち、
まず超低温物性は昭和 55 年度に、

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移

超強磁場・極限レーザー・表面物性が昭和 59 年度に設備転した。同時に移転した宇宙線研究所および、新設された大計画を終え、軌道放射物性設備計画も昭和 61 年度にその緒学院・新領域創成科学研究科と共に、従来の枠をこえた新についた。研究計画の展開に伴い、組織上でも昭和 55 年にしい学問領域の推進を目指した。平成 15 年度 には日米科改組が行われた。従来の固有 21 部門を、
超強磁場・極限レー学技術協力事業や茨城県東海村パルス中性子源計画へ対応

ザー・表面物性・超低温物性・超高圧を含む極限物性部門、するために、中性子散乱研究施設が中性子科学研究施設へ

軌道放射物性部門、中性子回折物性部門、凝縮系物性部門、と改組された。平成 16 年には東京大学が法人化され、そ理論部門の 5 大部門に改め第 2 世代に移行した。

の中での全国共同利用研究所としての新たな役割が期待され極限物性部門は、従来の実験装置では実現不可能な極た。また同年には、先端領域部門をナノスケール物性研究部

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なっ門と名称変更し、新物質科学、物性理論、ナノスケール物性、た。軌道放射物性部門は加速器を光源に、中性子回折物性

極限環境、先端分光の 5 大研究部門と軌道放射物性研究

部門は原子炉を線源に用いるため、それぞれ他の研究機関

施設、中性子科学研究施設、物質設計評価施設の 3 施設の協力を得て研究を進めた。中性子回折物性部門では、日という研究体制となった。平成 18 年には国際超強磁場科学

本原子力研究所（現・日本原子力研究開発機構）の研究研究施設、平成 23 年には計算物質科学研究センターが新用 3 号炉の改造に伴い、平成 2 年度から 4 年度までに線源設された。軌道放射物性研究施設では、平成 9 年の SOR-の大幅な性能向上が図られ、平成 5 年度から中性子散乱研

RING 運転停止以降、高エネルギー加速器研究機構内に設究施設に拡充改組された。一方で、軌道放射物性研究施設

置したつくば分室にて主な活動を行っていたが、平成 21 年は東京大学田無キャンパス内に設置された SOR-RING を運に、大型放射光施設 SPring-8 内に播磨分室を新たに設置転し、また、高エネルギー物理学研究所（現・高エネルギーした。平成 24 年には、先端分光研究部門との統合により、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

極限コヒーレント光科学研究センターが発足し、新たな一歩

ションを維持してきた。また凝縮系物性部門は、理論部門とを踏み出した。なお、高エネルギー加速器研究機構内に設

共に、自由な発想による研究と新たな萌芽の育成を目的とし置していたつくば分室は、平成 26 年に廃止した。

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発部門を中心に研究活動が進められた。
昭和 55 年の改組から 16 年間の時を経て、平成 8 年には再び全面的な改組が行われ、第 3 世代に移行した。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質を設計・合六本木キャンパス物性研究所研究棟（1963 年）成するなど、伝統的な固体物理学の枠組みをこえる研究を展

ISSP Main Building at Roppongi Campus（1963）

4
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

The Institute for Solid State Physics (ISSP) of the
University of Tokyo was established on April 1 in 1957 asa joint research laboratory based upon the recommendation of the Science Council of Japan and the concurrence between the Ministry of Education, Science andCulture and the Science and Technology Agency in orderto carry on basic research in condensed matter physics.
Within the first 15 to 20 years, ISSP had achieved its
original mission, that is to serve as the central laboratoryof materials science in Japan equipped with state-of-art
facilities that were open for all domestic researches inorder to bring the research in Japan up to par with theinternational level.
The next goal was set to develop advanced experimental techniques that were difficult to achieve in most
university laboratories. The reorganization of ISSP intothe "second generation" took place in 1980. Division of
Physics in Extreme Conditions included groups in theareas of ultra-high magnetic field, laser physics, surface
science, ultra-low temperature and very high pressure.
It aimed to create extreme conditions and to explore
new phenomena. Neutron Scattering Laboratory wasconstructed in Tokai in collaboration with the Japan
Atomic Energy Agency. Its capability was significantly
improved during 1990 - 1992 due to renovation of theresearch reactor. Synchrotron Radiation Laboratory
operated the SOR-RING in the Tanashi Campus of the
University of Tokyo and maintained beam lines in the
Photon Factory at the High Energy Accelerator Research
Organization (KEK) in Tsukuba. Besides activities using
such big facilities, the Condensed Matter Division andthe Theory Division maintained small groups motivatedby individual interests and ideas. Among these groups
was formed Materials Development Division in 1989
aiming at exploring new materials and their novel
properties.
16 years after the reorganization, another major
reorganization of ISSP into the "third generation" took
place in 1996, in order to pursue new frontiers beyond
the traditional disciplines and become an international
center of materials science. One example is to explore
new phenomena in combined environments of various
extreme conditions, since individual technologies forhigh magnetic field, low temperature and high pressure
had reached certain maturity during the "second
generation". Another example is the study of artificially designed materials such as thin films, materials
fabricated on surfaces and mesoscopic systems withnanoscale structure. Focused efforts are also plannedon synthesis and characterization of new materials withthe aid of computational physics, which allows us todesign and predict properties of new materials. In orderto reflect these developments, former research divisions
were reorganized into five research divisions (NewMaterials Science, Condensed Matter Theory, Frontier
Areas, Physics in Extreme Conditions, and Advanced
Spectroscopy) and three research facilities (Synchrotron
Radiation, Neutron Scattering, and Materials Design andCharacterization Laboratories). In addition, a visiting
staff division as well as two foreign visiting professor
positions were created.
ISSP was relocated to the new campus in Kashiwa of
the University of Tokyo in March 2000 after the 43 yearsof activities at the Roppongi campus in downtown Tokyo.
Here ISSP is aiming at creating new areas of sciencein collaboration with other institutions in Kashiwa. In
2003, Neutron Scattering Laboratory was reorganized
to Neutron Science Laboratory. The University of Tokyo
was transformed into a national university corporation in2004 and thus ISSP is expected to play new roles as a joint
research Laboratory in the university corporation. In thesame year, Division of Frontier Areas Research changed
its name to Division of Nanoscale Science. In 2006,
the ISSP established International MegaGauss Science
Laboratory and started serving as an international centerof physics in high magnetic fields. In 2011, Center ofComputational Materials Science was established in the
ISSP, for promoting materials science with advanced
supercomputers. Regarding Synchrotron Radiation
Loboratory, after the closing of the SOR-RING in 1997,
Harima branch of Synchrotron Radiation Laboratory wasestablished at SPring-8 in 2009. Furthermore, Divisionof Advanced Spectroscopy and Synchrotron Radiation
Laboratory were reorganized in 2012 into the newly
established Laser and Synchrotron Research Center, as a
new step forward in the unified field.

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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

結晶第２･ 理論第１・固体核物性・界面物性部門増設

1960

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

磁気第 2･ 非晶体 ･ 超高圧 ･ 理論第 3 部門増設､ 20 部門となる

1961

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

昭和 55 年

1980

超低温物性研究棟竣工

Ultra-Low-Temperature Laboratory building completed
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			temperatures and very high pressure laboratory), Synchrotron Radiation, Neutron Diffraction,

			Condensed Matter and Theory divisions and one Visiting Staff division

昭和 57 年

超強磁場 ･ 極限レーザー実験棟竣工

1982

Ultra-High Magnetic Field Laboratory and Laser Laboratory building completed

6
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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, and three			facilities; Synchrotron Radiation, Neutron Scattering and Materials Design and Characterization

			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 activities of the Material Design and Characterization Laboratory by the			external committee

平成 16 年

東京大学が国立大学法人東京大学となる

2004

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 Research 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 achievements of ISSP by the 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
平成 22 年

2010

共同利用・共同研究拠点として認可

Authorization as a joint usage/research center
平成 23 年

2011

計算物質科学研究センターの新設

Foundation of Center of Computational Materials Science
平成 24 年

2012

先端分光研究部門及び軌道放射物性研究施設が統合・再編され、極限コヒーレント光科学研究センターが発足

Foundation of Laser and Synchrotron Research Center, as a reorganization of Division of			

Advanced Spectroscopy and Synchrotron Radiation Laboratory

7
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性研究所は、東京大学の附置研究所であると同時レント光科学研究センター軌道放射物性研究施設に関しに、全国物性科学研究者のための共同利用研究所でもては兵庫県佐用郡佐用町の SPring-8 内に施設分室が置ある。又、平成 22 年４月には共同利用・共同研究拠点

かれており、中性子科学研究施設の実験装置は茨城県として認可された。研究所の運営は、教授及び准教授

東海村の日本原子力研究開発機構内にある研究用原子から構成される所員会の議決を経て所長が行うが、同時炉に設置されている。また、計算物質科学研究センターに共同利用施設の運営については、東京大学の内外からは兵庫県神戸市の理化学研究所計算科学研究機構内にほぼ同数の委員により組織された物性研究所協議会が置かれたセンター分室に拠点を持つ。さらに、所内研究所長の諮問に応じて意見を述べ、外部研究者の要望を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伝達する機能を果たしている。更に物性研内外の委員よ室、工作室、放射線管理室、図書室、国際交流室など

りなる共同利用施設専門委員会が設けられ、共同利用、が置かれている。

施設利用、研究会などの実行計画を審議している。研究

本研究所の教授、准教授、助教の人事はすべて公募さ

戦略室は所長が室長を務め、将来計画の策定など研究れ、物性研内外ほぼ同数の委員よりなる人事選考協議会や運営を強化する取組を推進している。

の議決を経て所員会で決定される。なお、一部の職には物性研究所の研究体制は 4 研究部門、5 研究施設、

任期がついている。

客員部門、外国人客員部門よりなる。このうち極限コヒー

8
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

ISSP belongs to the University of Tokyo. At the sametime, its facilities are open to all domestic researchers
participating in joint research. In April 2010, ISSP was
duly granted the authorization as a joint usage/research
center. The administrative decisions are made at thefaculty meeting chaired by the director and attended byprofessors and associate professors. The ISSP Advisory
Committee, consisting of nearly equal numbers ofmembers from and outside of the University of Tokyo torepresent the interest of the outside users, gives advice
on various aspects of administration upon inquiry of thedirector. The Advisory Committee for Joint Research,
consisting of both the in-house and outside members,
evaluates proposals for joint research, workshops, andallocation of fund for user activities. The Research
Strategy Office headed by the director promotes futureplans to reinforce research and management of ISSP.
Currently ISSP consists of four Research Divisions,five Research Facilities, Visiting Staff Division andForeign Visiting Staff Division. Among these, Synchro-tron Radiation Laboratory has a branch in the SPring-8,
Sayo, Hyogo, and the Neutron Science Laboratory
maintains spectrometers installed at the research reactor
in the Japan Atomic Energy Agency, Tokai, Ibaraki.
In addition, the Center of Computational Materials
Science has a branch in the RIKEN Advanced Institutefor Computational Science, Kobe, Hyogo, and mostof the research activities are performed in the Kobe
branch. Apart from the Research Divisions and Facilities, supporting facilities, which include Cryogenic
Laboratory, Machine Shop, Radiation Safety Laboratory, Library and International Liaison Office, provide
services to both in-house and outside users.
Open faculty positions of professors, associate
professors and research associates at ISSP are advertised publicly. Candidates are selected by the Selection Committee consisting of nearly equal numbers of
in-house and outside members and then approved by the
Faculty Meeting. Some of the positions have finite terms
of appointment.

9
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

全国の物性科学研究者に対する共同利用・共同研究

The facilities of ISSP are open to domestic
researchers, who are encouraged to submit joint
research proposals. In addition, ISSP provides opportunities for young scientists including graduate students
across the country to do research for extended periods.
ISSP supports travel and research expenses for visitors.
The supercomputer system of ISSP is used via
internet by domestic researchers.

を促進するため、次の制度が設けられている。
１．一般研究員 ––– 所外研究者が研究の必要上、本所を利用したい場合、その便宜を提供するための制度である。申請された研究計画等を検討のうえ決定している。
２．留学研究員 ––– 大学、官庁などの研究機関に在籍する若い研究者に対し、長期にわたる本所への留学の機会を提供する制度である。
本所所員の指導のもと、３ヶ月を超えて研究を行う長期留学研究員と、新技術の習得などを目的として３ヶ月以下の滞在を行う短期留学研究員の２種類の制度がある。
３．嘱託研究員 ––– 所外研究者に本所の研究計画並びに共同研究計画の遂行上必要な研究を嘱託し、あわせて本所施設の利用の便宜を提供する制度で、期間は６ヶ月を限度としている。
その他、物性研スーパーコンピュータシステムは、インターネットを通じ全国の物性研究者の利用に供されている。

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

共同利用で来所する外来研究者は、柏キャンパス内

Visitors for joint research can stay in the guest houseon the Kashiwa campus (28 single and 2 twin rooms).

の宿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）

物性研究上興味深い特定テーマについて、２〜３日

ISSP holds domestic workshops on specific subjectsof condensed matter science typically with a two to
three-day schedule and one hundred participants.
Proposals for workshops are submitted by researchers
over the country and selected by the Advisory
Committee for Joint Research.

程度集中的な討議を行うための制度である。全国の物性研究者からの申請に基づき、共同利用施設専門委員会によって採択が審議決定される。

※上記の共同利用制度の詳細については
本所共同利用係までお問い合わせください。
なお、３ヶ月毎（平成 15 年度〜）に発行している「物性研だより」には、各種共同利用の公募や短期研究会報告などの情報が掲載されています。
短期研究会 Workshops
10
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性研究所は、物性研究の国際的拠点としても重要

ISSP plays an important role as an international
center of materials science. The table shows the title
and the number of participants of the ISSP International Symposium, which started in 1989. The uniquefacilities of ISSP have been used in many international
collaborations. Many foreign researchers have been
spending their early careers at ISSP supported byvarious fellowship programs sponsored by the Japan
Society for Promotion of Science, the Ministry of
Education, Culture, Sports, Science and Technology,
and other agencies. ISSP has also been coordinating
the US-Japan cooperative research program on neutron
scattering since 1981. In addition, ISSP organizes
smaller scale international meetings.

な役割を担っている。1989 年から始まった ISSP 国際
シンポジウムは全 11 回（テーマおよび参加者数は表を参照）開催された。その他、物性研究所の特徴ある設備を活用した国際共同研究も活発に行われており、文部科学省や日本学術振興会の外国人招聘制度などを利用した研究者も多数在籍している。また、1981 年以降、
中性子散乱に関する日米協力事業の実施機関の役割も果たしている。この他にも国際ワークショップを開催し
ている。

●テーマ

●開催期日

Title

第１回
1st

・
・
・

Date

有機超伝導体の物理と化学

The Physics and Chemistry of Organic Superconductors

第８回

強相関電子系研究の最前線

第9回

量子凝縮系研究の新展開

8th
9th

第 10 回
10th

第 11 回
11th・・・

Correlated Electrons

Quantum Condensed System

固体表面におけるナノサイエンス
Nanoscience at Surfaces

水素と水の物性科学

Hydrogen and Water in Condensed Matter Physics●参加者数（外国人）
Participants（overseas）

1989･8･28-30

205（34）

2001･10･2-5200（25）

2004･11･16-19

120（23）

2006･10･9-13

247（34）

2009･10･12-16

107（21）

・
・
・

・
・
・

ISSP 国際シンポジウム ISSP International Symposium
●テーマ

●開催期日

Title

Date

第 5 回コヒーレント XUV および X 線の発生と応用に関するアジアワークショップ
5th Asian Workshop on Generation and Application of Coherent XUV and X-ray
Radiation (5th AWCXR)
2012･6･27-29
ISSP 国際ワークショップ「コヒーレント軟Ｘ線科学」
ISSP International Workshop on Coherent Soft X-ray Sciences●参加者数（外国人）
Participants（overseas）

116（25）

ナノスケール活性領域の３D 原子イメージング
2012･8･6-8International Workshop on 3D Atomic Imaging at Nano-scale Active Sites in Materials

68（10）

ISSP 国際ワークショップ・シンポジウム「凝縮系に創発する量子相」
Emergent Quantum Phases in Condensed Matter (EQPCM2013)

160（35）2013･6･3-21

第 2 回 DYCE-ASIA ワークショップ・ISSP 国際ワークショップ
2013･12･17-18
The 2nd DYCE-Asia and ISSP-international Workshop on “Life Science and Photonics”

58（11）

ISSP 国際ワークショップ・シンポジウム「強相関系物理の新展開」
New Horizon of Strongly Correlated Physics (NHSCP2014)

161（34）

2014･6･16-7･4

最近の国際ワークショップ Recent International Workshops
11
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性研究所では、特色ある施設を利用し、物性科学

ISSP contributes to the graduate education in materialsに関連した大学院教育に力を注いでいる。物性研究所のscience using its unique facilities. The faculties partici-

教員は、研究分野に応じて、大学院理学系研究科物理

pate in the following departments of the graduate school

学専攻、化学専攻、工学系研究科物理工学専攻、及びof the University of Tokyo: Physics, Chemistry, Applied

新領域創成科学研究科物質系専攻に属しているが、こPhysics, and Advanced Materials. However, students

れら従来の枠を越えた総合的視野に立つ若い物性科学

are encouraged to develop their careers across the estab-

研究者の養成に力を入れている。物性研究所では、毎lished disciplines. Every year a guidance and guided

年大学院進学希望者のためのガイダンスを開催するとともtour are given to those who are interested in graduateに、教養学部の学生を対象に物性科学入門として、全学

courses in ISSP. For undergraduate students, introduc-

自由研究ゼミナール「物性科学の最前線」を開講している。

tory lectures on condensed matter science are given as
one of Seminars at Komaba campus.

修士課程 Master Course

博士課程 Doctor Course

2011 年

2012 年2013 年

2014 年

2011 年

2012 年2013 年

2014 年

物理学専攻 Physics

32

36

41

32

26

26

21

27

化学専攻 Chemistry

2

1

4

3

3

3

2

3

物理工学専攻 Appl. Phys.

11

15

11

8

4

4

7

7

物質系専攻 Advanced Materials

38

42

38

33

12

14

16

18

合

83

94

94

76

45

47

46

55

計

過去４年の専攻別大学院生数 Number of graduate students

物性研究所では、年間 300 から 500 編前後の学術文献を発表している。2013 年度の学術文献 307 編の内訳は、学術論文 287、会議録 2、解説記事 10、本（または本の一部）8 となっている。

About 300 to 500 scientific issues are publishedthrough annual activity in ISSP. The 307 articles
published in 2013 consist of 287 papers in refereed
journals, 2 proceedings, 10 reviews, 8 books.

年間発表論文数（プロシーディング・解説記事含む）

Number of Scientific Papers (including proceedings and reviews)

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

予算/Budget

平成 25 年度（2013 fiscal year）（Ａ）人件費：文部科学省より（Ｂ）物件費：文部科学省より（Ｃ）寄附金：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

(A)

(B)

(C)

(D)

(E)

計

人件費

物件費

寄附金

受託研究・共同研究

科学研究費

Total

1,545,996

2,307,864

30,847545,717427,515

4,857,939

平成 24 年度（2012） 1,326,798

2,843,602

15,344

296,078

361,530

4,843,352

平成 23 年度（2011）

1,466,060

3,502,123

21,312

222,097

666,184

5,877,776

平成 22 年度（2010）

1,348,475

2,659,755

48,472

298,615

691,061

5,046,378

平成 21 年度（2009）

1,363,182

2,748,055

7,575

405,342754,798

5,278,952

平成 20 年度（2008）

1,517,658

2,559,789

8,592

322,093493,000

4,901,132

平成 19 年度（2007）

1,470,205

2,415,721

14,178239,450

478,600

4,618,154

平成 25 年度（2013）

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

平成 26 年 7 月１日 現在
教授

現

員

Number ofstaffs

特任教授

准教授

特任准教授
Project
Associate
Professors

Research
Associates

Project
Research
Associates

Technical
Associates

Administrative
Staff

Total

1

39

2

29

12

127

Professors

Project
Professors

Associate
Professors

23

2

19

助

教

特任助教

13
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

技術職員

事務職員

合計

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 4 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、遷移金属化合物、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、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。

Discoveries of new materials have often opened
new horizons in materials science. High temperature oxide superconductors, carbon clusters andnanotubes, 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 uncovernovel phenomena that lead to new concepts of matter,through combined efforts of search, synthesis andcharacterization of new materials. Currently, ourdivision consists of 4 groups. Although each group
has its own research style and projects, we try tomaintain close collaboration between those groups
working on production of high quality materials andthose working on advanced technology for measuringphysical properties.
In particular, we keep strong collaboration with
the Materials Design and Characterization Laboratory. One of the subjects of our current intensive
research is the effects of strong electronic correlation,in particular, various ordered phases and fluctuations
involving spin, charge and orbital degrees of freedom,in transition metal compounds heavy electron
systems, f-electron compounds and organic conductors. Here, various advanced experimental techniques
are employed, such as transport, magnetic and calorimetric measurements, nuclear magnetic resonanceand optical measurements.

教

授

瀧川

仁

助

教

三田村

教

授

榊原

俊郎

助

教

吉田

教

授

森

助

教

Professor
Professor
Professor

TAKIGAWA, Masashi
SAKAKIBARA, Toshiro

初果

MORI, Hatsumi

裕幸

特任研究員

武田

晃

誠

特任研究員

清水

悠晴

松本

洋介

特任研究員

平田

靖透

Research Associate MITAMURA, Hiroyuki
Research Associate YOSHIDA, Makoto
Research Associate MATSUMOTO, Yousuke

Project Researcher TAKEDA, Hikaru
Project Researcher SHIMIZU, Yusei

Project Researcher HIRATA, Yasuyuki

准教授

中辻

知

助

教

橘高

俊一郎

特任研究員

ワン

ボゼン

教授（客員）

神取

秀樹

助

教

上田

顕

特任研究員

志村

恭通

教務職員

村山

千壽子

特任研究員

冨田 崇弘

特任研究員

ティアン

Associate Professor NAKATSUJI, Satoru
Visiting Professor

KANDORI, Hideki

教授(外国人客員）ベーニア カムラン
Visiting Professor

BEHNIA, KamranResearch Associate KITTAKA, Shunichiro
Research Associate UEDA, Akira
Technical Associate MURAYAMA, Chizuko

Project Researcher WANG, Bosen

Project Researcher SHIMURA, Yasuyuki
Project Researcher TOMITA, Takahiro

ザオミン

Project Researcher TIAN, Zhaoming

14
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

新物質科学研究部門

Division of New Materials Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/takigawa_group.html

瀧川研究室

瀧川

仁

TAKIGAWA, Masashi

Takigawa Group教授

Professor

核磁気共鳴法（ＮＭＲ）を主な実験手段として、固体内吉田誠

YOSHIDA, Makoto

助教

Research Associate

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 (lowtemperature, high magnetic field and high pressures) to investigate transition metal compounds, rare earth compounds, andorganic solids.

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。

ＮＭＲスペクトルの解析から得られた、亜鉛不純物の周りの銅スピンの分布の様子。× は亜鉛不純物を、赤い丸は銅原子を示す。また
塗りつぶした赤丸は磁場と同じ向きのスピン、中抜きの赤丸は磁場と反対向きのスピンを表し、丸の大きさ
は ス ピ ン の 大 き さ を 表 す。
黒丸はホウ素の位置を示し、その中の番号は左図のスペクトル線の番号に対応する。
ＮＭＲスペクトルでは、亜鉛不純物と同じ原子層だけ
でなく、その上下に隣り合う原子層からの信号も観測されている。

隣り合うスピン２量体が平面内で直交配列した量子磁性体 SrCu2(BO3)2 の、極低温・高磁場におけるホウ素（B）原子核のＮＭＲスペクトル。測定に用いた試料は、磁性元素である銅（Cu）のうち 0.5% を非磁性元素である亜鉛（Zn）で置き換え、
意図的に不純物を導入してある。不純物から遠いスピン 2 量体はシングレットを形成するが、不純物によって孤立した銅スピンの周囲には、局所的な反強磁性磁化パターン（スピン・ポーラロン）が現れる。前者は内部磁場ゼロ付近の強い共鳴線（図の矢印）として、後者はそれ以外の 15 種類の共鳴線によって実証される。

The boron NMR spectrum at a very low temperature and a high magnetic
field obtained from SrCu2(BO3)2, a quantum magnet in which spin-dimers
have a planer orthogonal configuration. The sample used in the measurement was intentionally doped with impurities by replacing 0.5 % of magnetic Cu by non-magnetic Zn. The spin-dimers far from impurities form
singlet, however, those in the neighborhood of Zn impurity generate local
staggered magnetization (spin polaron). While the former corresponds
to the intense resonance lines with nearly zero internal field (shown byarrows), additional 15 resonance lines provide a fingerprint of the spinpolaron generated by a Zn impurity.

Distribution of Cu-spin moments in the neighborhood of a Zn impurity
obtained from analysis of the NMR spectrum The location of the Zn impurity is indicated by × and red circles show Cu atoms. The solid (open) red
circles indicate Cu spins directed along (opposite to) the external magnetic
field. The Black circles show boron sites, where the numbers show correspondence to the resonance lines in the NMR spectrum. In the NMR spectrum, not only the boron sites on the same layer as the Zn impurity but also
the boron sites on the neighboring layers are observed.

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

15
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

新物質科学研究部門

Division of New Materials Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/
labs/sakakibara_group.html

榊原研究室

榊原

俊郎

SAKAKIBARA, Toshiro

教授

Sakakibara Group

Professor物質の示す磁気現象は広い温度範囲にわたっている。そ

橘高

俊一郎

KITTAKA, Shunichiro

助教

Research Associate

三田村

裕幸

MITAMURA, Hiroyuki

助教

Research Associate

Magnetic phenomena in condensed matter extend over a wide
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 done yet. Our researchinterest lies in those magnetic materials having low characteristic temperatures, such as f electron compounds, heavy
fermions, quantum spin systems and geometrically frustrated
spin systems. In order to study these systems, we have developed
high sensitivity magnetometers which can be operated at very
low temperatures down to ~30 mK. We also perform angleresolved specific heat measurements in a rotating magnetic field,
which is a powerful tool for investigating the nodal structures ofanisotropic superconductors.

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、異方的超伝導体のギャップ構造の特定に有効な角度分解の
磁場中比熱測定装置など、独自の装置開発も行っている。

直 交 ダ イ マ ー 構 造 を 持 つ イ ジ ン グ 反 強 磁 性 体 Yb2Pt2Pb の(a)80 mK における微分磁化率および (b) 磁気相図。磁場方向は[110] 方向。(c) 弱磁場で予想される磁気構造（I 相）。磁場と直交するダイマーの磁気秩序は磁場の影響を受けず（III 相、挿入図）、
磁場に依存しない転移温度を示す。一方、II’ 相では磁場に平行なダイマーは連続的に磁化が増加する。この振る舞いはイジングス
ピンモデルでは説明できず、高次多極子を非対角成分に持つ擬ス
ピンのフロップの可能性が高い。(d) は II’ 相における磁気モーメ
ントの概略図で、２重矢印が高次の磁気多極子モーメントを表す。

(a) Differential susceptibility at 80 mK and (b) the phase
diagram of the Ising antiferromagnet Yb2Pt2Pb having an
orthogonal dimer structure. The magnetic field directionis [110]. (c) The expected collinear magnetic structure at
low fields (phase I). The magnetic structure for the dimers
perpendicular to the magnetic field is immune to H andthe transition temperature is independent of H (phase III,
inset). In phase II’, magnetization of the dimers parallel to H
increases continuously. This behavior cannot be explainedby an Ising spin model, and strongly suggests the occurrenceof a “pseudospin flop” due to a hidden high-rank multipole
moment. (d) Schematic diagram of the magnetic moment(thick arrows) and the high-rank multipole moments (doublearrows) in phase II’.

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. f 電子化合物の多極子自由度に由来する秩序と揺らぎ
Multipole orderings and fluctuations in f electron systems
3. フラストレート磁性体の磁化過程
Magnetization of geometrically frustrated magnets
4. 量子スピン系の基底状態
Ground state properties of quantum spin systems

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新物質科学研究部門

Division of New Materials Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/mori_group.html

森研究室

森

初果

MORI, Hatsumi

Mori Group教授

Professor

物質科学は、新しい概念を与える新物質の発見を契機に

上田顕

UEDA Akira

助教

Research Associate

Development of “materials science” is started from discoveriesof novel materials with new concepts.
The development of novel functionalities (electron andproton conductivities, magnetism, dielectrics, and responses byexternal stimuli such as light and electric field) has been aimed
based upon molecular materials with utilizing intra- and intermolecular degrees of freedom.
The attractive points of molecular materials are 1) that avariety of intra- and inter-molecular degrees of freedoms aredesignable and controllable, 2) that large Coulomb interactions(electron correlation) reflect the magnetism (electron particle) as
well as conductivity (electron wave) in molecular materials, and3) that large responses by external stimuli are observable due tosoftness of molecules and strong electron-phonon coupling.
In Mori group, novel Mott-type organic superconductor
κ-ET 2 Cu(NCS) 2 and charge-ordered-type one β-(mesoDMBEDT-TTF)2PF6 have been developed and characterized(Fig. 1). Moreover, novel electron-proton coupled purely organic
conductors, where conductivity and magnetism switching due
to coupled deuteron and electron transfers, have been developed
and characterized (Fig. 2).

大きな発展を遂げている。
本研究室では、内部自由度をもつ分子を基盤とし、それら分子が凝縮した分子性物質において、分子自身の個性と、分子間の相互作用による自由度が相関した、特異な機能性（電子・プロトン伝導性、磁性、誘電性およびその光・電場
による外場応答性）の開拓を行っている。
分子性物質の魅力は、１）多彩な分子内および分子間の自由度が設計・制御可能であること、２）電子間クーロン相
互作用（電子相関）が大きく、電子の波動性（伝導性）と粒子性（磁性）が競合すること、３）分子が非常に柔らかい
ため環境および外場応答性が大きく、光および電場による励起状態を経て特異な機能を発現することなどが挙げられる。
森グループでは、新しい有 機 超 伝 導 体としてモット型

κ-ET2Cu(NCS)2 や電荷秩序型 β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6（図１）を発見し、物性研究を行った。さらに最近では、水
素結合プロトンと伝導電子が動的に連動して、伝導性と磁性の切り替え現象を示す純有機伝導体（図２）を開発した。

図 1. 新規有機超伝導体 : (i) モット型 κ-ET2Cu(NCS)2の 単 結 晶 と (ii) 電 荷 秩 序 型 β -(meso-DMBEDTTTF)2PF6 の電気抵抗の圧力依存性。

図 2. 伝 導 電 子 と 水 素 結 合 プ ロ ト ン が 相 関 す る 純 有 機 伝 導 体
κ-X3(Cat-EDT-TTF)2 (X = H, D) において、大きな重水素効果により高温で伝導性および磁性が切り替わる。

Fig.1. Novel organic superconductors: (i)single
crystals of Mott-type κ-ET 2Cu(NCS) 2 and (ii)electrical resistivities under pressures for chargeordered-type β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6.

Fig.2. Switching behavior of electrical resistivity and magnetism due to large deuteron isotope effect in proton-electron
correlated purely organic conductors κ-X3(Cat-EDT-TTF)2 (X= H, D).

研究テーマ Research Subjects

1.   分子の自由度を生かした新規有機（超）導体およびプロトン伝導体の開発と機能性研究
Development and studies of structural and physical properties for novel organic (super)conductors and proton
conductors based upon molecular degree of freedom
2. 固体中で電子がプロトン運動と協奏した有機伝導体、誘電体の開発と機能性研究
Development and studies of structural and physical properties for electron-proton coupled molecular functional materials
3. 磁性と伝導性が競合する金属錯体の開発と機能性研究
Development and studies of structural and physical properties for novel metal complexes whose magnetism andconductivity are competitive
4. 分子性物質の外場（光、磁場、電場、温度、圧力）応答の研究
Studies of responses by external stimuli (light, magnetic and electric fields, temperature, pressure) for molecular materials

17
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

新物質科学研究部門

Division of New Materials Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/nakatsuji_group.html

中辻研究室

中辻

知

NAKATSUJI, Satoru

Nakatsuji Group

准教授

Associate Professor

物理学のフロンティアは、新しい物理現象の発見にありま松本洋介

MATSUMOTO, Yousuke

助教

Research Associate

The discovery of new phenomena is at the forefront ofresearch in condensed matter physics. This is particularly true
for the inorganic materials, which provide an important basis incurrent electronic and information technology research, whichkeep providing numbers of macroscopic quantum phenomena
due to correlations among the Avogadro numbers of electrons.
Thus, the search for new materials that exhibit new characteristics is one of the most exciting and important projects inthe materials research. We have synthesized new materials
in so-called strongly correlated electron systems includingtransition metal compounds and heavy fermion intermetallic
compounds. Our interest lies in quantum phenomena such as
exotic superconductivity and anomalous metallic states close to aquantum phase transition, novel topological phases in magnetic
metals, and quantum spin liquids in frustrated magnets.

す。なかでも、現代の電子・情報社会を支える材料である
無機物質から、物質中の１０２３個もの電子が相互作用して創りだす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ます。私達の研究室では、特に遷移金属化合物や、重い電子系と呼ばれる金属間化合物の新物質開発に取り組み、量子現象として、スピン・軌
道の秩序と隣接した新しいタイプの超伝導・金属状態、さらに、幾何学的フラストレーションの効果として期待される、磁性半導体での新しいスピン液体状態、量子輸送現象などに注目して研究を進めています。
私たちの研究室は、物質の化学合成のみならず、こうした新しい物理現象の発見を目指した物理測定にも力を入れています。多様な合成法を用いて新しい化合物の単結晶育成に自ら取り組むとともに、顕著な量子効果が現れる極低温から室温まで様々な物性測定を行っています。現在の主なテーマは、（１）量子相転移近傍でのエキゾティック超伝
導と異常金属状態、（２）磁性体での巨視的トポロジカル量
子効果、（３）フラストレートした磁性体での量子スピン液体状態などがあります。

私達が発見した量子臨界超伝導体 β-YbAlB4。
（左上）結晶構造。主に Yb の 4f 電子が磁性と超伝導を担う。（右上）フラックス法で育成した純良単結晶。
（下）電気抵抗の振る舞いの変化から決定した状態図。金属では初めてチューニングなしに、ゼロ磁場で量子臨界状態が実現する。（挿入図）超高純度の単結晶でのみ、この量子臨界状態から超伝導が現れる。

Quantum Critical Superconductor β-YbAlB4 found in our group(Top left) Crystal structure. 4f-electrons mainly contribute to magnetism andsuperconductivity. (Top right) High quality single crystal grown by Al-flux
method (Bottom) Phase diagram constructed by the contour plot of the exponent α of the power law behavior of the resistivity. Quantum critical region
appears under zero field without tuning for the first time in a metal. (Inset)
Superconductivity emerges from the quantum critical state only in the case ofultrapure single crystals.

研究テーマ Research Subjects
1.   量子相転移近傍での新しい超伝導と異常金属状態
Exotic superconductivity and anomalous metallic states near quantum phase transitions
2. 磁性体における巨視的トポロジカル量子効果
Macroscopic topological effects in magnetic metals
3. フラストレートした磁性体での新奇磁性、量子スピン液体状態
Novel magnetism and quantum spin liquids in frustrated magnets

18
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

新物質科学研究部門

Division of New Materials Science

神取研究室

神取

秀樹

KANDORI, Hideki

Kandori Group

客員教授

Visiting Professor

人間は光なしでは生きてゆくことができない。植物の光合We have studied the mechanism of conversion of light into
chemical energy or signal (information) in photoreceptive
proteins (rhodopsins and flavoproteins). Upon light absorptionof retinal and flavin in rhodopsins and flavoproteins, respectively, ultrafast photoisomerization initiates protein structuralchanges, leading to each functional expression. Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy of these proteins provides
various important vibrational bands related to structuralchanges for function. The detailed researches are followings;[1] Mechanism of conversion of light into chemical energy
and signal in photoreceptive proteins[2] Creation of novel functions in photoreceptive proteins[3] Development of infrared spectroscopy based upon studyof photoreceptive proteins
By the collaboration with Mori laboratory, developments ofnovel functional materials and photo-catalyst are aimed withutilizing functionalities of photo-active proteins.

成、動物の視覚に代表されるように、光は「いのちの源」である。ロドプシン、フラビンタンパク質などの光受容タンパク質は、生物が光を能動的に利用する際に受容体となるタンパク質である。神取研究室では「光といのち」をテーマとして、光を吸収するレチナールやフラビン分子がタンパク質場という環境下でどのような光化学反応を起こし、時間・空間的な階層構造を活かしながら多様な機能に繋げていくのかを明らかにしている。
特に、赤外分光法から新しい構造情報を引き出し、タンパク質の構造変化を原子のレベルで捉えるべく研究を行っている。
具体的な研究を以下に示す。
【１】光受容タンパク質における光エネルギー変換および光情報変換のメカニズム研究【２】光受容タンパク質を用いた新機能の開発【３】光受容タンパク質研究を通しての赤外分光法の開拓
物性研の森研究室とは、光受容タンパク質の機能を、新しい分子性機能物質や光触媒の開拓につなげる研究を展開する。

新物質科学研究部門

Division of New Materials Science

ベーニア研究室

外国人客員教授

Visiting Professor

べーニア

カムラン

BEHNIA, KamranBehnia Group

外国人客員教授

Visiting Professor

私はこれまで超伝導体から半導体にいたる様々な固体中

I have been exploring the collective behavior of electrons in avariety of solids ranging from superconductors to semi-metals.
My research program as a visiting professor to ISSP has several
components. Together, with my host, Prof. Nakatsuji, we wish
to study the thermoelectric response of several correlatedelectron systems in his laboratory. In particular we wish to findthe thermoelectric counterpart of the spontaneous Hall Effectin Pr2Ir2O7. A first setp would be to help setting up experiments
capable of probing the Seebeck and Nernst coefficients of small
crystals. In addition to this main project, I intend to interact
with other ISSP professors. There is an ongoing collaboration
with Prof. Takada on superconductivity in n-doped SrTiO3
and also the opportunity to collaborate with Prof. Tokunaga on
properties of semi-metals in presence of strong magnetic fields.

の電子の集団的な振舞いを研究してきた。私の物性研究所
客員教授としての研究計画は幾つかの要素から成る。私は、受入れ所員の中辻准教授と共に、幾つかの強相関電子物質の熱電応答を研究する予定である。特に、Pr2Ir2O7 を対象に、この物質が示す自発的ホール効果に対応する熱電応答を調べたい。まず最初の段階として微小単結晶試料のゼー
ベック、ネルンスト係数を可能にする実験セットアップの立ち上げに協力したい。この主要な計画に加えて、物性研究所の他の所員とも共同研究を進めたい。すでに高田教授との間で正孔ドープした SrTiO3 の超伝導に関する研究が進んでいる。また、徳永准教授と強磁場下における半金属の特性に関する共同研究を進めたい。

19
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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。

In this division, we are conducting vigorous theoreticalresearch from a microscopic point of view on topics at theforefront of contemporary condensed matter physics, statistical physics, and materials science, in pursuit of the development of new concepts to describe collective behavior
of interacting systems, prediction of novel interesting
phenomena, and useful theoretical modeling of materials,
in close contact with experimental groups.
The topics in recent research span such diverse areas as
spin-charge-phonon(-orbital) complex properties in transition-metal oxides and organic conductors, quantum phasetransitions and critical phenomena in the strongly-correlated systems such as low-dimensional quantum magnets
and electron systems including the Kondo lattice, metalinsulator transitions, heavy-fermion physics, both phenomenological and microscopic theories of superconductivity
in various materials, exchange and correlation effects on
dynamic properties in metals and semiconductors, dynamic
processes and catalytic properties at surfaces, and quantum
transport and interactions in mesoscopic conductors.
In performing those pieces 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 computational approaches, such as quantum Monte Carlo simulations and state-of-the-art ab-initio calculation of electronic
structures based on the density functional theory.

教

授

上田

和夫

助

教

藤井

達也

特任研究員

前橋

英明

教

授

髙田

康民

助

教

服部

一匡

特任研究員

櫻井

誠大

教

授

押川

正毅

助

教

野口

良史

特任研究員

滝本

佳成

教

授

常次

宏一

助

教

多田

靖啓

特任研究員

ライコ

ミクロシュ

准教授

甲元

眞人

助

教

阪野

塁

特任研究員

クワチ

ジェームス

准教授

杉野

修

准教授

加藤

岳生

教授（客員）中村 真

准教授（客員）古賀

Professor
Professor
Professor
Professor

UEDA, Kazuo

Research Associate FUJII, Tatsuya

TAKADA, Yasutami
OSHIKAWA, Masaki
TSUNETSUGU, Hirokazu

Associate Professor KOHMOTO, Mahito

Research Associate HATTORI, Kazumasa
Research Associate NOGUCHI, Yoshifumi
Research Associate TADA, Yasuhiro
Research Associate SAKANO, Rui

Associate Professor SUGINO, Osamu
Associate Professor KATO, Takeo
Visiting Professor

NAKAMURA, Shin

昌久

Visiting Associate Professor KOGA, Akihisa

教授(外国人客員）ヨンケーレ
Visiting Professor

チボー

JONCKHEERE, Thibaut

20
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

Project Researcher MAEBASHI, Hideaki
Project Researcher SAKURAI, Masahiro
Project Researcher TAKIMOTO, Yoshinari
Project Researcher LAJKO, Miklos

Project Researcher QUACH, James

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/k._ueda_group.html

上田研究室

上田

和夫

UEDA, Kazuo

Ueda Group教授

Professor

磁性、超伝導など各種の相転移と金属絶縁体転移の関係

藤井達也

FUJII, Tatsuya

助教

Research Associate

Phase transitions to magnetic or superconducting states
sometimes take place close vicinity of metal-insulator (MI)transitions. Understanding of the interplay between the MI
transitions and various long range ordered phases is one of thecentral issues of the condensed matter physics.
It has been established that a Heisenberg model on the
1/5-depleted square lattice shows quantum phase transitions
from the antiferromagnetic state to a dimer phase or a plaquettephase. Recently we have been interested in quantum phasetransitions of the Hubbard model on the 1/5-depleted squarelattice (Figure) both at the quarter filling and the half filling.
One body Hamiltonian on the 1/5-depleted lattice contains
Dirac cones at Γ and M points when the two hopping parameters are symmetric (t1=t2). Each of these Dirac cones intersects
with a nearly flat band at its apex. At the quarter filling quantum
phase transitions around the symmetric point are controlled by
the Dirac electrons embedded in the SU(3) space.
At half-filling we have investigated MI transitions by using
the cluster DMFT under the assumption of paramagnetic phase:no antiferromagnetic long range order. We observe that thenature of the MI transition is very different depending on theparameters. On the plaquette side (t1>t2), it is a discontinuous
first order transition, while it is continuous on the dimer side(t2>t1). The latter continuous MI transition can be understoodas a Lifshitz transition brought by the on-site Coulomb interaction.

は今日の物性物理学における最重要課題の一つである。特に磁気相転移を伴わない金属絶縁体転移は、金属絶縁体
転移の本質を明らかにするためにも重要である。
周期的に 1/5 欠損した正方格子上のハイゼンベルグモデ
ルは、幾何学的に非等価な 2 種類の結合定数を変えたと
き、反強磁性相からダイマー相あるいはプラケット相へと量子相転移することが知られている。われわれはこの格子上のハバード模型を考え、その量子相転移の様相を 1/4 フィリン
グと 1/2 フィリングで調べた。
1/5 欠損した正方格子上のタイトバインディングモデルは、全ての最近接跳び移り積分が等しいときには、Γ点と M 点
でディラックコーンがあり、その光円錐の頂点を分散のほ
とんどないバンドが横切るという特異な構造を持っている。
1/4 フィリングではこの SU(3) 空間に埋め込まれたディラッ
ク電子が対称点まわりでの量子相転移を司っていることを明らかにした。
1/2 フィリングでは金属絶縁体転移をクラスター DMFT
を用いて研究した。これまでのところ、反強磁性長距離秩序を考えないパラ相を仮定している。プラケット内の跳び移
り積分がダイマー内の跳び移り積分よりも大きなところでは、金属絶縁体転移は一次転移であるが、逆の場合には連続的な転移であることが明らかになった。後者は多体効果によって誘起されるリフシッツ転移と考えることが出来、興味深い事例となっている。

1/5 周期的に欠損した正方格子。プラケット内跳
び移り積分 (t1) とダイマー内跳び移り積分 (t2)。

1/5-regularly-depleted square lattice with theintraplaquette hopping (t1) and the intradimer
hopping (t2).

研究テーマ Research Subjects
1.   局在スピン系および遍歴電子系における量子相転移
Quantum phase transitions in localized spin systems and itinerant electron systems
2. 振動する磁性イオンにおける近藤効果
Kondo effects of a vibrating magnetic ion
3. 量子ドットにおける近藤輸送現象
Kondo transport phenomena through quantum dots

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物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/takada_group.html

髙田研究室

髙田

康民

TAKADA, Yasutami

Takada Group教授

Professor

自然の階層構造の中で物性理論の主たる対象は電磁相互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 theoryof physics to make its thorough investigation. With this recognition, we study this system faithfully from first principles
with mainly using the density functional theory and theGreen’s-function method. More specifically, we are constructing
a framework for calculating the superconducting transition
temperature from first principles with the aim of proposing ahigh-Tc mechanism.

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、密度汎関数理論やグリーン関数法を主たる手段として、
この原子核電子複合系の量子物性を第一原理から忠実に解明する研究を行っている。特に、超伝導転移温度の第一原
理計算手法の確立とそれを駆使しての高温超伝導機構の提唱を目標としている。

陽子挿入電子ガス系における電荷共鳴、スピン一重項共鳴、閉殻
水素負イオン閉じ込め状態間の鋭い連続転移。ここで、N は全電子数、rs は一様密度電子ガス系を指定する密度径数である。

Sharp sequential transitions among charge resonance,
singlet-spin resonance, and closed-shell H- ion confinement
states in the proton-embedded electron gas. Here N is thetotal number of electrons and rs is the density parameter todescribe the homogeneous electron gas.

研究テーマ Research Subjects
1.   GWΓ 法：ワード恒等式を常に満たす電子自己エネルギーの計算手法の開発と低密度電子ガスの物性解明
GWΓ method: Development of the calculation method for the electron self-energy always satisfying the Ward identity
and investigation of the properties in the low-density electron gas
2. 超伝導転移温度の第一原理計算：密度汎関数超伝導理論での対相互作用汎関数の開発と引力斥力拮抗系での高温超伝導機構探求
First-principles calculation of the superconducting transition temperature: Proposal of a good functional form forthe pairing interaction in the density functional theory for superconductors and investigation of high-temperature
superconductivity in an attraction-repulsion competitive system
3. 原子・分子挿入電子ガス系：第一原理からの近藤問題と交換相関エネルギー汎関数形の開発
Atom/molecule embedded electron gas: Kondo problem from first principles and developments of the exchange andcorrelation energy functional

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/oshikawa_group.html

押川研究室

押川

正毅

OSHIKAWA, Masaki

Oshikawa Group教授

Professor

量子多体系の理論を中心として研究を行っている。量子多田

靖啓

TADA, Yasuhiro

助教

Research Associate

Our main focus is quantum many-body theory. Based on theclose correspondence among quantum many-body systems,
classical statistical systems, and field theory, we pursue universal
concepts in physics. At the same time, we aim to give a unified
picture on experimental data and to make testable predictions.
An example of our studies closely related to experiments istheory of Electron Spin Resonance (ESR). Recent achievements
include quantitative theory of ESR shift in S =1 antiferromagnetic chains in a wide range of temperature and magnetic field.
On the other hand, recent developments in quantum manybody problems motivate us to reexamine the fundamental issueof classification of quantum phases, at the conceptual level. For
example, recently we elucidated that there are more than one
distinct “trivial” phases, each of which is adiabatically connected
to a product of local spin states, in one-dimensional quantum
spin systems with a certain point-group symmetry. These
phases are inevitably separated by a quantum phase transition. Classification of quantum phases is also closely related toquantum entanglement. Exploiting this connection, we also aim
to develop an interdisciplinary field with quantum information
theory and quantum computation.
Much of our research is carried out in international collaborations.

多体系と古典統計力学系および場の理論の密接な関係を踏
まえ、広範な系について成立する普遍的な概念を探求するとともに、実験結果の統一的な理解や新たな実験に対する予言も目標とする。実験に密接に関連する研究として、たと
えば電子スピン共鳴 (ESR) の理論に取り組んでおり、最近の成果として S=1 スピン鎖における ESR シフトを広い温度
磁場範囲で定量的に求めることに成功した。
一方、量子多体系に関する近年の研究の進展は量子相の分類という基本的な問題についての概念的な再検討を促している。この方向での最近の成果として、ある種の点群対称性を持つ１次元量子スピン系においては、局所スピン状態の積に断熱的につながる「自明な」相が複数あり、その間に必然的に量子相転移が存在することを明らかにした。量子相の分類は量子エンタングルメントとも密接に関連しており、これを手がかりに量子情報理論や量子計算との境界領域の開拓も企図している。
これらの研究の多くは、国際共同研究として推進している。

単一イオン異方性を持つ S=1 反強磁性スピン鎖における ESR シフト。
モデル物質 NDMAP における実験結果（赤丸）と我々の理論（青実線）がよく一致している。

ESR shift in an S=1 antiferromagnetic chain with a uniaxial
anisotropy. Experimental data on the model compound NDMAP(red dots) agree well with our theory (blue curve).

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. 共形場理論とその物性物理への応用
Conformal Field Theory and its applications to condensed matter physics
3. トポロジカル相と量子エンタングルメント
Topological phases and quantum entanglement
4 カイラル超流体の軌道角運動量
Orbital angular momentum of chiral superfluids
5 重い電子系における相転移と超伝導
Phase transitions and superconductivity in heavy fermion systems

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/tsunetsugu_group.html

常次研究室

常次

宏一

TSUNETSUGU, Hirokazu

Tsunetsugu Group教授

Professor

遷移金属化合物、希土類 ･アクチノイド化合物などの電子

服部一匡

HATTORI, Kazumasa

助教

Research Associate

Strongly correlated electron systems, particularly compounds
including d- or f-orbital electrons, are the main subjects of ourresearch. In these systems where electron-electron interactions
are very strong, a variety of interesting phenomena emerge at
low temperatures, and various magnetic orders, unconventional
superconductivity and density waves are typical cases.
Targets of our recent study include novel types of quantum
order and quantum fluctuations in frustrated spin and strongly
correlated electronic systems with multiple degrees of freedom.
In these systems, many soft modes of fluctuations are coupled,
and this affects the nature of quantum phase transitions, as wellas electronic states and transport properties. We have recently
studied electric transport singularity at Mott transition on atriangular lattice. For orbital physics in Pr-based compounds, wehave discovered a new type of criticality in quadrupole response
associated with an orbital order. We have also studied Mott transition on a triangular lattice, and clarified the change in dynamics
of doublon (doubly occupied site) and holon (vacant site) correlations.

間クーロン相互作用が強い強相関電子系の物性の理論を研究している。クーロン相互作用が強い系においては、低温において興味深い磁性状態や異方的超伝導、密度波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を目標とする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、強磁性超伝導体やフラスト
レーション系などのスピン・電荷・軌道の複合自由度を持つ系における新しいタイプの量子秩序や量子ゆらぎである。これらの系に特有の、多くのモードのソフトな揺らぎが結合している場合における秩序と臨界現象の特徴、電子状態や輸送現象がどのような影響を受けるのかを調べている。最近の成果として、Pr 化合物の軌道秩序に伴う臨界性の新しい特徴を発見し、また三角格子上のモット転移における動的
電荷揺らぎ、特に二重占有を表す doublon と空き状態を表す holon の相関ダイナミックスの変化を明らかにした。

クラスター動的平均場法によって計算された 1/2 フィリングの三角格子ハバード
模型における最近接サイト間の動的 doublon-holon 相関。複素平面内に時間発展の軌跡をプロット。エネルギー単位は飛び移り積分 v であり、温度は T/v =0.08.
時 間 も vt と 無 次 元 化 し て あ る。 電 子 間 斥 力 U/v=10.5 の 絶 縁 体 相 に お い て は
vt >2 で既に揺らぎがほとんど消えて長時間漸近値 <d1><h2> に収束するが、U/v=8.0 の金属相においては vt ~50 の長時間まで揺らぎが残っている。

Dynamical doublon-holon correlation in the triangular-lattice half-filled
Hubbard model between nearest neighbor sites calculated by cluster
dynamical mean-field method. Plotted in the complex plane is the trajectory of its time evolution. Energy units are the transfer integral v, and thetemperature is T/v =0.08. Time is also shown by dimensionless value vt
in the figure. For the electron repulsion U/v =10.5 in the insulating phase,doublon-holon correlation almost loses its fluctuations for the time vt >2and nearly saturates to its long-time asymptotic value <d1><h2>. At U/v=8.0 in the metallic phase, fluctuations persist up to very long time vt ~50.

研究テーマ Research Subjects
1.   d 電子、f 電子化合物など強相関電子系の電子状態
Electronic states of strongly correlated systems with d- or f-electrons
2. フラストレーション系の統計力学
Statistical physics of frustrated systems  
3. 量子磁性体の新奇量子相の理論
Theory of novel phases in quantum magnets
4. 強相関電子系における異方的超伝導
Unconventional superconductivity in strongly correlated electron systems

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kohmoto_group.html

甲元研究室

甲元

眞人

KOHMOTO, Mahito

Kohmoto Group

准教授

Associate Professor

多体系では相互作用により多くの興味深い現象が起こる。

In many body systems, there appear many interesting
properties due to interaction. A recent example is the quantum
Hall effects on graphene. Also topological long-range correlations give rise to novel properties like gapless surface states in
topological insulators. Traditional theoretical approaches basedon the perturbation theory often fail to analyze these recently
found phenomena. For example, the non-perturbative field
theoretical approach succeeded in the study of the quantum Hall
effects. Our purpose is to develop the non-perturbative method
including field theories and the solution of the basic problems inphysics mentioned above.

最近の例ではグラフェンの量子ホール効果である。またトポ
ロジカルな強い長距離相互作用によりトポロジカル絶縁体ではギャップの無い表面状態が現れ、これを始めに数々の新奇な現象を示す。このような現象は摂動法を主とする従来の物性理論では理解することがむずかしい。例えば量子ホール効果で成功したトポロジー理論のような非摂動的な場の理論がある。このような新奇な現象を非摂動的なトポロジー
理論などの方法を開発して研究することが目的である。

磁場中のグラフェンのエネルギースペクトラムと量子ホール効果

磁場中の２重層グラフェンのエネルギースペクトラムと量子ホール効果

Energy spectrum and quantum Hall effect of graphene in a magnetic field

Energy spectrum and quantum Hall effect of double layer graphene in amagnetic field

研究テーマ Research Subjects
1.   グラフェンの量子ホール効果
Quantum Hall effect of graphene
2. 冷却原子の光学格子上の準結晶
Quasicrystal of cold atom optical lattice
3. フリーデル総和則のスペトル変位
Spectrum shift of the Friedel sum rule25
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/sugino_group.html

杉野研究室

杉野

修

SUGINO, Osamu

Sugino Group

准教授

Associate Professor

スーパーコンピュータの高速化により、シュレディンガー方野口良史

NOGUCHI, Yoshifumi

助教

Research Associate

Advance in the supercomputer has facilitated access to alarge-scale Schrödinger equation, thereby extending the targetof study from the property of the homogeneous bulk to thefunctionality of inhomogeneous materials having surfaces andinterfaces. Such study was accelerated by the advance in the firstprinciples calculation that bridges states of individual electron/
ion to the properties of their agglomeration. This group utilizes
the first-principles calculation for the study of complex material.
The main target is the electrode/solution interface. Thissystem is well-known as the most important functional interface, such as catalysis, but it is worth emphasizing that this interface is atomically flat and is almost in equilibrium, providing
thus an ideal system for the academic interface study. This group
has advanced methods for the interface study and applied themusing the K-computer. This group has also been developing
novel algorithms for the accurate ground-state wave function
and programs for the excited-state Green’s function, aiming at
developing a general-purpose first-principles package for the
study of materials.

程式がかつてない規模で高精度に扱えるようになっている。
その結果、研究対象が均質な結晶から表面・界面を含む不均質な物質系へと広がり、物質全体の機能を視野に入れながら物性を広く理解することが現実のものとなってきた。そのような研究を支える重要な手法が第一原理計算であり、個々の電子やイオンの状態を正確に取り扱いながら、それが多数集まってできる物質の性質を演繹的に（第一原理から）求めることを可能にしている。本研究室では、そのような第一原理計算を用いた物性研究とそのための手法開発を行っている。
電極・溶液界面は機能性界面として応用上きわめて重要であるが、原子スケールで平坦な平衡界面系として基礎研究の格好の対象となっている。この系の計算を、京コンピュー
タなどを用いて行っている。また、第一原理計算の精度を向上させるための新しいアルゴリズムの開発や、計算対象を励起状態とそのダイナミクスに拡張させるための手法開発を並行して行っている。多彩な現象を総合的に研究できるような計算スキームの構築を狙った研究を展開している。

C60 及びアルカリイオン内
包 C60 の吸収スペクトルの第一原理計算。100 原子規
模の第一原理励起状態計算が初めて可能になった。

電極界面の動力学的計算。拡張
ラグランジェ法を用いた手法(potentiostat MD) を開発する
ことにより電位一定の下での第一原理計算が可能になった。

Absorption spectra of
C60 and alkali-ion encapsulated C 60. This demonstrates that the firstprinciples excited-statecalculation is facilitated.

Electrode dynamics at constant potential. With theextended Lagrange method,
called potentiostat MD, theelectrode potential can be
kept constant throughout.

研究テーマ Research Subjects
1.   電極・水溶液界面の第一原理分子動力学計算
First-principles molecular dynamic simulation of the electrode/solution interface
2. グリーン関数法を用いた励起状態の第一原理計算
First-principles Green’s function calculation of excited-states
3. テンソル解析法を用いた基底状態の高精度計算
First-principles tensor-decomposition approach to accurate ground-state wavefunctions
4. 非断熱カップリングの第一原理計算と励起状態のダイナミクス
First-principles calculation of the nonadiabatic coupling and the excite-state dynamics

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kato_group.html

加藤研究室

加藤

岳生

KATO, Takeo

Kato Group

准教授

Associate Professor

微細加工技術によって作成されるナノスケール素子の量子

阪野

塁

SAKANO, Rui

助教

Research Associate

The main research subject of our laboratory is theoretical
study of quantum transport in nano-scale devices fabricated byfine processing technology. This research subject, which is also
called ‘mesoscopic physics’, has been studied for long time byfocusing on quantum mechanical nature of electrons. Recently,
mesoscopic systems are studied from novel viewpoints suchas nonequilibrium many-body phenomena, spintronics, highspeed drive phenomena, and so on. In order to explain these
phenomena, we are constructing theories by utilizing nonequilibrium statistical mechanics, fundamental theory of quantum
mechanics, and many-body physics. Examples of our recent
activities are nonequilibruim transport properties of Kondo
dots, dephasing effect in two-electron collider experiments, andKondo-like effect in thermal transport of phonons.
We are also treating various research subjects related to manybody effects and nonequilibrium phenomena. Examples of ourrecent activities are transition phenomenon in evolutional gametheory and giant dielectric response in relaxors.

輸送特性について、理論研究を行っている。この研究分野は古くからメゾスコピック系と呼ばれ、電子の量子力学的な性質に着目した研究が活発に行われてきた。最近では、非平衡多体現象・スピントロニクス・高速駆動現象などの新しい視点で研究が進展しており、本研究室ではこれらの進展に対応して、非平衡統計力学や量子力学基礎論、多体電子論などを援用した理論研究を行っている。最近の研究例としては、量子ドット系における近藤効果の非平衡輸送特性、二電子衝突実験における位相緩和効果、フォノン系における近藤効果に類似した熱輸送現象、などがある。
本研究室では上記の理論研究のほか、多体効果や非平衡現象に関する幅広い研究テーマも取り扱っている。最近の研究例としては、巨大誘電リラクサーや進化ゲーム理論
における遷移現象などがある。

上図：Hong-Ou-Mandel 型二電子衝突実験の模式図。2 つの量子ドットからそれぞれ注入された電子は、量子ホール効果のエッジ状態を経由して、中央の量子ポイ
ントコンタクトで衝突する。下図：衝突後、2 つの電子が同じエッジ状態に散乱する確率 P を波束の到着時間差 Δt の関数として計算した結果。位相緩和が無視できるときは、同時に到着した 2 つの電子は必ず異なるエッジ状態に 1 個ずつ散乱される (P=0) が、位相緩和が存在すると P は徐々に有限の値になり古典値 (P=1/2)に近づく。

Upper panel: A schematic figure of the Hong-Ou-Mandel-type two-electron
collision experiment. Two electrons injected from two quantum dots propagate along edge states in quantum Hall effect, and collides at a central quantum point contact. Lower panel: The probability P, that two electrons scatter
into the same edge states, is plotted as a function of a wavepacket delay
time Δt. Two electrons always scatter into difference edge states (P=0) whenΔt=0 and dephasing is neglected. On the other hand, as dephasing effectincreases, the probability P increases, and approaches the classical value 1/2.

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. 電子間相互作用の強い系の量子輸送理論
Theory of quantum transport in interacting electron systems
3. 非平衡統計力学・量子観測理論の基礎理論
Fundamental theory of non-equilibrium statistical mechanics and quantum measurement
4. 多体電子系の数値計算手法開発
Development of numerical algorithms for many-electron systems

27
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory

中村研究室

中村

真

NAKAMURA, ShinNakamura Group

客員教授

Visiting Professor

ゲージ・重力対応とは、強く相互作用する量子ゲージ理論

Gauge/gravity correspondence (AdS/CFT correspondence) is
a map between a strongly interacting quantum gauge theory anda general relativity on a curved spacetime. The gravity picture
has advantages such as we may analyze the statistical systems ofgauge particles beyond the linear response regime.
Currently, I am studying on effective temperature of
non-equilibrium steady states consisting of the gauge particles.
In the gravity-dual picture, the effective temperature can begiven as a Hawking temperature of an analog black hole thatappears when the system is driven to out of equilibrium. I
am surveying the dependence of the effective temperature on
various parameters of the system. I am also planning to study on
non-equilibrium phase transitions discovered in the frameworkof gauge/gravity correspondence where non-linear conductivityof the system jumps at a critical value of the parameter of thesystem. A detailed analysis of the critical phenomena in thephase transition will be a possible project.

を、計算が容易な一般相対性理論（重力理論）の古典力学に変換する解析手法である。この手法をゲージ粒子の多体系の解析に応用した場合、線形応答を超えた計算が可能となる場合があり、従来の手法にはない利点がある。本研究では、
この手法を強相関系の非平衡物性の研究に応用し、新たな研究手法を創生することを目指している。
現時点では、非平衡定常系の基礎論、特に有効温度に関連する基本法則の探求に力を入れている。筆者らの研究を含む最近の研究で、強結合ゲージ理論で構成した非平衡定常状態の有効温度が重力理論側でのアナログブラックホールのホーキング温度で表されることが見出されたが、現在は、さらに有効温度の振る舞いを系統的に調べている。またゲージ・
重力対応の枠組みで見出された、微分抵抗が転移する非平衡相転移についてより系統的に調べ、臨界指数などを詳細に調べていくことも予定している。

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory

古賀研究室

古賀

昌久

KOGA, Akihisa

Koga Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

粒子間相互作用の強い系である強相関系を対象として、

The main research subject is theoretical study on novel
quantum phases and phenomena in the strongly correlated
electron systems with multiple degrees of freedom. One of theinteresting examples is a quantum critical phenomenon, which
is sometimes induced close to the ordered phases by varying
magnetic field and pressure. Recently in the rare-earth quasicrystal
Au 51Al 34Yb 15, quantum critical behavior has been observed,
which stimulates further theoretical and experimental investigations on electron correlations in the quasi-periodic system.
In our group, we focus on novel quantum phenomena andtheir dynamics in the strongly correlated electron systems.
One of our recent projects is to study electron correlations
in two-dimensional quasi-periodic systems by means of the
non-perturbative approach, e.g. the real-space dynamical meanfield theory, as well as a simple mean-field theory. Our aim is
to predict new quantum phenomena and phases characteristicof the quasi-periodic systems and to provide qualitative andquantitative explanation of the quantum states.

様々な複合自由度による新奇な量子相・量子現象に対する理論研究を行っている。興味深い現象として、極低温における量子臨界的振る舞いが挙げられる。この振る舞いは、磁場や圧力などの外部パラメータを変化させ、秩序相が消失するときにしばしば出現する。最近、準結晶 Au51Al34Yb15 において量子臨界的振る舞いが観測され、準周期系における電子相関効果にも注目している。
本研究室では、強相関量子系における新奇量子相ならびにダイナミクスの理論を軸に、理論研究を進めている。具体的なテーマとして準周期性を持つ二次元系に注目し、シンプ
ルな平均場近似に加え、動的平均場理論に代表される非摂動論的手法を用いて解析を行っている。特に、低温における新奇量子物性、とりわけ準周期性によって出現する新奇量子相の可能性に注目し、理論研究を推進している。

28
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory

ヨンケーレ研究室

ヨンケーレ

チボー

JONCKHEERE, Thibaut

Jonckheere Group

外国人客員教授

Visiting Professor

量子コヒーレンスが重要な役割を果たすメソスケール素子・My research subject is the theory of electronic transport inmesoscopic and nanoscopic systems, where quantum coherence plays an essential role. I have studied in particular thetime-dependent transport of single electrons in edge states of
the quantum Hall effect, which can be used to perform fundamental interference experiments, like the Hong-Ou-Mandel
experiment. I have also studied transport in superconductors,
in systems where the properties of the Cooper pairs (coherence,
intrication, …) play an essential role, as in Cooper pair splitters.
In collaboration with Prof. Kato, we try to use advanced numerical techniques -- matrix product states and time-dependent
density matrix renormalization group -- to study the effect ofelectronic interactions on the inferences experiments with single
electrons in edge states of the QHE. We also study the transport in unconventional superconductors, which have an orderparameter with a chiral p-wave symmetry, inspired by recent
experiments on Sr2RuO4.

ナノスケース素子の輸送特性を理論的に研究している。特に量子ホール効果のエッジ状態を用いた Hong-Ou-Mandel 型
二粒子干渉実験に関連して、時間に依存する単一電子輸送特性の研究を行っている。またクーパー対のコヒーレンスや絡み合い状態を利用した種々の超伝導デバイス ( クーパー対
スプリッタなど ) の輸送特性にも興味をもっている。加藤研究室との共同研究では、単一電子を用いた干渉実験における電子間相互作用の効果について、新しい数値計算手法である
行列積状態変分法および時間依存密度行列繰り込み群の手法の利用を試みる。また最近注目を集めているカイラル p 波
超伝導体 Sr2RuO4 の輸送特性についても研究を行っている。

29
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

ナノスケール物性研究部門
Division of New Materials Science
ナノスケール物性科学は、物質表面付近での原子・分子レベルでの現象から無限系の量子輸送まで幅広い時空間スケールで生じる物理・化学現象
をその対象とする。この分野が発展してきた背景には、超薄膜成長技術、極微細加工技術、各種
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。当部門では、これらを統合的に用いてナノスケール物性科学に取り組んでいる。
研究テーマの一部を以下に示す。
・物質の人工微細構造、複合微細構造において展開される量子・スピン輸送、・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表面状態、ナノスケール構造の物性、・表面化学反応等のミクロな動的過程の研究、およびこれを利用した新物質の創成、・各種超薄膜のエピタキシャル成長と機能物性

A wide range of phenomena from atomic ormolecular processes at solid surfaces to quantum
transport in infinite systems are listed as the subjectsof nanoscale science. The prosperity of such fields
are sustained by the development of ultra-thin film
growth, nano-fabrication, various surface characterization, local measurements with scanning probe
microscopes, etc. In Division of Nanoscale Science,
we integrate such techniques to study various subjects
such asQuantum and spin transport in artificial nanoscaleor hybrid systems,
Study of local electronic states and transport byscanning probe microscopes,
Transport, magnetism and other properties ofnovel materials at solid surfaces,
Microscopic analysis of dynamical processes suchas chemical reaction at surfaces, and creation of newmaterial phases,
Epitaxial growth of ultra-thin films and device
applications.

開拓。

教

授

家

助

教

遠藤

彰

技術専門職員

向井

孝三

教

授

勝本

信吾

助

教

吉本

真也

技術専門職員

飯盛

拓嗣

教

授

大谷

義近

助

教

高橋

竜太

技術専門職員

橋本

義昭

教

授

小森

文夫

助

教

新見

康洋

技術専門職員

浜田

雅之

教

授

𠮷信

淳

助

教

木俣

基

特任研究員

金

助

教

吉田

靖雄

特任研究員

清水

助

教

中村

壮智

特任研究員

小板谷

助

教

宮町

俊生

特任研究員

家永

紘一郎

特任研究員

大槻

匠

Professor
Professor
Professor
Professor
Professor

泰弘

IYE, Yasuhiro

Research Associate ENDO, Akira

KATSUMOTO, Shingo
OTANI, Yoshichika

Research Associate TAKAHASHI, Ryota

KOMORI, Fumio

Research Associate NIIMI, Yasuhiro

YOSHINOBU, Jun

准教授

長谷川

准教授

リップマー

准教授（客員）河江

Research Associate KIMATA, Motoi

幸雄

Associate Professor HASEGAWA, Yukio

ミック

Associate Professor LIPPMAA, Mikk

達也

Visiting Associate Professor KAWAE, Tatsuya

Research Associate YOSHIMOTO, Shinya

Research Associate YOSHIDA, Yasuo
Research Associate NAKAMURA, Taketomo
Research Associate MIYAMACHI, Toshio

Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher

30
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

MUKAI, Kozo

IIMORI, Takushi

HASHIMOTO, Yoshiaki
HAMADA, Masayuki

皓元KIM, Howon

皇SHIMIZU, Sumera

貴典

KOITAYA, Takanori
IENAGA, Koichiro

OHTSUKI, Takumi

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/iye_group.html

家研究室

家 泰弘

遠藤 彰

教授

助教

IYE, Yasuhiro

Iye Group

Professor

GaAs/AlGaAs 半導体界面２次元電子系に人工的な超周ENDO, Akira
Research Associate

Two-dimensional electron system (2DES) in GaAs/AlGaAs
hetero-interface subjected to artificial potential modulation(lateral superlattice) exhibits such phenomena as commensurability magnetoresistance oscillation and Aharonov-Bohm effect.
In the quantum Hall regime, where electron solid (stripe andbubble) phases are observed in high mobility samples, commensurability effect and/or pinning effect associated with therelation between the intrinsic periodicity of the electron-solid
phase and the artificially imposed periodicity can be expected.
In this study, high frequency conductivity of 2DES with hexagonal potential modulation was measured by use of a coplanar
waveguide. In the low field regime, the magneto-conductivity
exhibits commensurability oscillations and amplitude modulation of the Shubnikov-de Haas oscillations, whose periodicity
corresponds to the two principal periods associated with the
hexagonal lattice. In the quantum Hall regime, multiple resonantpeaks in the ac conductivity are observed and they exhibit
characteristic magnetic field (Landau level filling) dependence.

期ポテンシャルを付加した系（平面超格子）では、磁気抵抗の整合振動効果やアハロノフ・ボーム効果などの現象が観測される。また、高移動度試料の量子ホール領域において観測される電子固体相（ストライプ、バブル）の固有周期と人工的に付与した周期との関係による整合効果やピニン
グ効果も期待できる。本研究では、六方格子状の周期変調
ポテンシャルを付加した系の高周波伝導をコプレーナー型導波路を用いて調べた。低磁場領域の高周波磁気伝導度は、六方格子に含まれる２つの主たる周期に対応する整合性振動およびシュブニコフ・ドハース振動の振幅変調を示す。整数量子ホール領域においては、高周波伝導度に複数の共鳴ピークが現れ、特徴的な磁場（ランダウ準位充填率）依存性を示す。

六方格子変調を施した２次元電子系の高周波伝導度の振動成分。下図は上図の SdH 振動の解析から、振動の中心と振幅をプロットしたもの。垂直線は、六方格子配列に含まれる２つの周期 A と B に対する flat-band 条件の位置を表している。

Oscillatory ac magnetoconductivity of a 2DES with hexagonal potential modulation. The lower panel shows the center line and the oscillation amplitude
extracted from the traces in the upper panel. The vertical dashes indicate thepositions of flat-band conditions for the two periodicities A and B associated withthe hexagonal lattice.

六方格子変調を施した２次元電子系の高周波伝導率の磁場および周波数依存性。整数量子ホール領域に特徴的な磁場依存性を示す複数の共鳴ピークが観測される。

The magnetic field- and frequency-dependence of ac conductivityof a 2DES with hexagonal potential modulation. Multiple resonantpeaks appear in the integer quantum Hall regime and exhibit acharacteristic magnetic field dependence.

研究テーマ Research Subjects
1.   空間変調構造下の２次元電子系の量子輸送現象
Quantum transport in 2DEG systems under artificial potential modulation
2. 量子ホール系における熱電効果と高周波伝導
Thermoelectric effects and a.c. transport in quantum Hall systems
3. グラファイト、グラフェンの量子伝導
Quantum transport in graphite and graphene

31
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/katsumoto_group.html

勝本研究室

勝本

信吾

KATSUMOTO, Shingo

Katsumoto Group教授

Professor

半導体や金属の超薄膜成長技術、これらを微細加工する

中村

壮智

NAKAMURA, Taketomo

助教

Research AssociateWith epitaxial growth of semiconductor and metallic films,
and nano-fabrication techniques, we study quantum effects
in low dimensional systems. Our research also spans applications of the physics of electron and nuclear spins to so called
spintronics.
To expand the concept of quantum transport to spin degreeof freedom, we have tried to create spin currents in quantum
structures with (1) combination of the spin-orbit interaction andnano-structures, also with (2) spin-injection in semiconductor/
ferromagnet monolithic structure. In (1), we have shown thathigh spin polarization is realized in the combination of quantum
dot and quantum point contact through two different mechanisms. In (2), spin injection from epitaxially grown Fe films
with a high efficiency has been achieved. With these techniques,
we are exploring the quantum interference in the spinor space.
Hybrid systems of superconductors and quantum structures,and introduction of a spin-orbit interaction to graphene are also
our subjects.

技術を用いて、量子井戸、細線、ドットなどの低次元系の量子効果、多体効果を調べている。また、電子スピン、核
スピンを使ったスピントロニクス研究を行なっている。
量子輸送現象をスピン自由度に広げる研究として、(1) ス
ピン軌道相互作用とナノ構造を組み合わせる、(2) 強磁性体モノリシック素子構造によりスピン注入する、などの方法
でスピン流を生じさせ、非平衡スピン量子輸送現象を調べている。(1) では、スピン軌道相互作用の強い量子ポイント
コンタクト系で、２つの特徴的機構により高いスピン偏極が生じることを明らかにしてきた。(2) では、エピタキシャル成
長した鉄から半導体への高効率スピン注入を実現した。これらを用い、スピノル干渉効果の研究を進めている。また、超伝導体とのハイブリッド構造、グラフェンへのスピン軌道
相互作用導入についても研究を行っている。

エピタキシャル成長した Fe から InAs2 次元系にスピン注入し、非局所電圧を測定してスピンバルブ構造を検出したもの。挿入図は試料の電子顕微鏡写真。

(In,Ga)As 量子井戸２次元電子系から作製した量子ポイントコンタクト (QPC) 伝導度のゲート電圧依存性。伝導度単位は伝導度量子 Gq = 2e2/h。挿入図は、スピン
偏極度のバイアス電圧 (VQPC) 依存性を QPC の 0.5 Gq と 1.0 Gq の量子化平坦部でそれぞれ測定した結果。

Spin injection from eptaxially grown Fe into an InAs quantum well has been
detected through spin-valve magnetoresistance structure in non-local voltage. The inset shows a scanning electron micrograph of the sample.

Conductance of a quantum point contact (QPC) made from an (In,Ga)As two-dimensional system as a function of the gate voltage. The unit is
the quantum conductance Gq = 2e2/h. The insets show bias voltage (VQPC)
dependence of spin-polarization of 0.5 Gq and 1.0 Gq plateaus respectively.

研究テーマ Research Subjects
1.   量子電荷・スピン輸送現象
Quantum transport in charge and spin freedoms
2. 量子構造を用いた多体効果の研究
Study of many-body effects in quantum structures
3. 異対称性ハイブリッド構造に生じる物理現象
Physics at interfaces between the phases with different symmetries

32
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/
labs/otani_group.html

大谷研究室

大谷

義近

OTANI, Yoshichika

教授

Otani Group

Professor

スピントロニクス研究では、電子の電荷とスピンの 2 つの自由
流れを伴わないスピン角運動量のみの流れは「純スピン流」と呼ばれ、次世代の超低消費電力素子への応用が期待されるだ
けでなく、基礎的な側面でも新しい物理量として近年非常に注目されている。我々はこの純スピン流の生成、検出、制御法を研究している。具体的には、スピン軌道相互作用を有する非磁性体、強磁性体、超伝導体、有機導体など多様な物質を用い、それらをスピン流の減衰長であるナノメートルスケールまで微細化して、スピン流の生成や検出、及び制御を行う。最終的には微細加工技術を駆使して、スピン流を自由自在に制御できるよ
うな新しいスピントロニクス素子の研究開発を目指している。

(a) Schematic of spin absorption method in lateral spin valve structure. By flowing an electric charge current (IC) from a ferromagnetic
permalloy (Py) wire to a nonmagnetic copper (Cu) wire, a pure spincurrent is induced on the right side of the Cu wire. Thanks to a strong
spin-orbit interaction of Bi-doped Cu alloy, the pure spin current
is preferentially absorbed into the CuBi wire and converted into acharge current via inverse spin Hall effect (ISHE). (b) Invserve spin
Hall effects observed in several nonmagnetic metals (Cu, Pt, CuIr, andCuBi). All the measurements were performed at 10 K.

康洋

NIIMI, Yasuhiro

助教

Research Associate

木俣基

KIMATA, Motoi

助教

Research Associate

Spin currents possessing two independent degrees of freedom,charge and spin, play an important role in spintronics research.
Among those currents, a flow of spins with no net charges iscalled “pure spin current”, which is not only expected to bean essential element for low power consumption devices but
also considered as a novel physical quantity for fundamental
spintronics researches. We are aiming at establishing principles
to generate, detect, and manipulate the spin currents by using
a variety of materials with spin-orbit interaction including
non-magnets, ferromagnets, superconductors, organic materials,
etc. Particularly we are elucidating the characteristic functions ofspin currents appearing when the size of devices becomes of theorder of the relaxation length of the spin currents.

度をもったスピン流が重要な役割を果たす。その中でも電荷の(a) スピン吸収法の概念図。
強磁性体パーマロイ Py から
非磁性体である銅 Cu に電流 (IC) を流すことで、Cu 細
線右側に純スピン流 (IS) が流 れる。CuBi 合 金の強いスピン軌道相互作用のため、
純スピン流がそちらの方向に積極的に吸収され、逆ス
ピンホール電圧として検出される。(b) さまざまな物質(Cu, Pt, CuIr, CuBi) で の
逆スピンホール効果の結果。
測定は 10 K で行った。

新見(a) 導 電 性 高 分 子 薄 膜
PEDOT:PSS を用いたス
ピン注入素子および分子構造の概念図。この実験
では、強磁性共鳴を利用したスピンポンピング効
果によって、純スピン流
を PEDOT:PSS に 注 入する。(b) 強 磁 性 体 Py
から注入された純スピン
流 は PEDOT:PSS を 通
過して、白金電極に到達する。白金に到達したス
ピン流は逆スピンホール
効果によって電圧信号として検出できる。この際、スピン流は PEDOT:PSS 内で緩和する
ため、その膜厚依存性を調べることで PEDOT:PSS のスピン拡散長を決定できる。(c) Py/
PEDOT:PSS/Pt 三層構造素子で観測された白金の逆スピンホール電圧。

(a) Schematics of our spin injection device using a conductive polymer
PEDOT:PSS and its molecular structure. In this experiment, the pure spin current is injected from a ferromagnet into PEDOT:PSS using a spin pumping
effect operated by ferromagnetic resonance. (b) The pure spin current transmitted through the polymer layer reaches the Pt layer and is converted into a charge
current via the ISHE of Pt. Since the spin current decays in the PEDOT:PSS
layer, its spin diffusion length can be determined by studying the thickness
dependence of the ISHE signal detected at the Pt layer. (c) Inverse spin Hall
voltage observed in the Py/PEDOT:PSS/Pt trilayer device.

研究テーマ Research Subjects
1.   純スピン流の生成及び検出機構の研究
Study of generation and detection methods of pure spin current
2. スピン流を用いた磁気相転移
Magnetic phase transition using spin current
3. 強磁性 / 超伝導体複合素子におけるスピン注入
Spin injection into superconductor/ferromagnet hybrid devices
4. 有機導体へのスピン注入
Spin injection into organic materials
5. ナノスケール磁気渦格子を用いたスピンダイナミクスの研究
Spin dynamics in nano-scale magnetic vortex lattice33
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/komori_group.html

小森研究室

小森

文夫

KOMORI, Fumio

Komori Group教授

Professor

固体表面に形成される低次元系とナノスケール物質の電

宮町俊生

MIYAMACHI, Toshio

助教

Research AssociateElectronic and magnetic properties of alloys, compounds andother materials with nanometer-scale structure at solid surfaces
are studied using scanning tunneling microscopy/spectroscopy(STM/STS), photoelectron spectroscopy and magneto-optical
Kerr-rotation/second harmonic generation measurements in an
ultra high vacuum. Band structures of the filled surface states
and the chemical bonds are studied by photoelectron spectroscopy using VUV light and soft-X-ray. Local atomic, electronic
and magnetic structures, formation processes of surface nanostructured materials and dynamical processes induced byelectron tunneling or photo-excited carriers are examined by
STM/STS. Local atomic structure can be manipulated throughelectron-lattice interaction by electronic excitation of tunneling
electrons and photons.

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 (MOKE)・第二高調波発生 (SHG) 測定を用いて研究を行なっている。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波数依存電子状態を、
MOKE/SHG 測定では磁性を調べている。また、ナノスケー
ル化合物の研究において重要な試料生成機構に関して、原子スケールの動的過程を調べている。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、新奇な物質を作製することもできる。そこで、トンネル電子注入による原子移動緩和や不純物ポテンシャル散乱機構について研究している。

金吸着 Ge(111) 表面上にできた 2 次元構造の STM 凹凸像 (a-d) と ARPES 強度
分布像 (e)。金の三量体が規則配列しており、三つの三量体の大きさのクラスターも観察できる。三量体が規則配列した STM 像には、バイアス電圧 (Vsb) 依存性があり、Vsb を下げると三角格子からハニカム格子に変化する。表面金属バンドが 2
本 (S1,S2) あり、S1 は強いスピン軌道相互作用のためにラシュバ分裂し、面垂直成分をもってスピン分極している。

(a) トポロジカル絶縁体 Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3 へき開表面の STM 凹凸像。表面にはTe と Se 原子がみえている。 (b-d) 弾性散乱 ( 準粒子干渉 ) 強度像。各バイアス電
圧 (Vsb) での dI/dV 像のフーリエ変換によって得られた。バンドギャップ内のトポ
ロジカルバンド内での散乱が観察された。(e,f) 時間分解 ARPES 強度分布像。プロー
ブパルス (250 fs, 5.9 eV) がポンプパルス (170 fs 1.5 eV) に先行 (e) あるいは後行 (f) している。非占有トポロジカルバンドの分散が観察された。

Topographic STM image (a-d) and ARPES intensity mapping (e) of Auadsorbed Ge(111) surface. Atomic-size protrusions of a gold trimer makea triangular lattice on the surface. The triangle lattice pattern changes to ahoneycomb one with decreasing the sample bias voltage (Vsb). A triangle
cluster made of the three trimers in size is seen in (a). There are two metallic
surface bands (S1,S2), and S2 is anisotropically split to two spin-polarizedbands owing to the strong spin-orbit interaction.

(a) Topographic STM image of a cleaved surface of Bi1.5Sb0.5Te1.7Se1.3. (b-d)
Bias(Vsb)-dependent amplitude maps of the elastic scatterings, or QPI,
derived by Fourier transformation (FT) of the dI/dV images. Intra band
scatterings within the topological surface band are observed in the bulk
band gap (e,f) Intensity maps of ARPES by a 250-fs probe laser pulse (5.9eV) before (e) and after (f) impinging a 170-fs pump laser pulse (1.5 eV).
Unoccupied topological surface band is observed in (f).

研究テーマ Research Subjects
1.   表面ナノ構造物質の電子状態、伝導および磁性Electronic states, conduction and magnetism of nano-structured materials at surfaces
2. トンネル電子やレーザー光励起による表面動的現象
Surface dynamical phenomena induced by electron tunneling and photo-excitation
3. 表面ナノ構造物質の形成過程
Formation processes of nano-structured materials at surfaces

34
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/yoshinobu_group.html

𠮷信研究室

𠮷信

淳

YOSHINOBU, Jun

Yoshinobu Group教授

Professor

表面界面の特徴の一つは、バルクの対称性が破れ表面吉本真也

YOSHIMOTO, Shinya

助教

Research Associate

Solid surfaces are intriguing objects, because novel structures and electronic properties emerge as a result of symmetry
breaking of bulk. In addition, a solid surface plays an important role 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 in ultrahigh vacuum at low temperature. We have utilized surface vibrational spectroscopy, photoelectron spectroscopy and scanningtunneling microscopy in order to investigate structures,reactions and electronic properties of atoms and molecules on
surfaces. Synchrotron radiation (KEK-PF, SPring8 etc.) 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最も重要な特徴である。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、制御されたナノ・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。これらの表面ダイナ
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（吸着、拡散、成長、脱離）、
表面ナノ物質の構築および表面界面の物性を、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
や独立駆動４探針電気伝導測定法を駆使して研究している。
必要に応じてシンクロトロン放射光（KEK-PF、
SPring8 など）を用いた実験も行っている。

Rh(111) 表面に吸着したシクロヘキセンの (a)STM 像と(b) の吸着モデル。

(a) an STM image and (b) the proposed model ofadsorbed cyclohexane molecules on Rh(111).

研究テーマ Research Subjects
1.   モデル触媒による小分子の活性化と表面反応の研究
Activation and surface reaction of small molecules by model catalysts
2. 固体表面における原子・分子の動的過程の研究
Dynamical processes of atoms and molecules on solid surfaces
3. 半導体光触媒薄膜の作製と表面電子状態および化学反応の研究
Fabrication of thin film of semiconductor photocatalyst and its electronic states and surface chemical reaction
4. グラフェンやシリセンなど低次元物質表面の電子状態と反応性の研究
Electronic states and reactivity of low-dimensional materials on surfaces
5. 雰囲気中の固体表面における化学反応の研究
Chemical reaction on solid surfaces under ambient conditions

35
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/hasegawa_group.html

長谷川研究室長谷川幸雄

HASEGAWA, Yukio

Hasegawa Group

准教授

Associate Professor

走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）は、その像を通じて表面の吉田

靖雄

YOSHIDA, Yasuo

助教

Research Associate

Scanning tunneling microscopy (STM) reveals not only
atomic structure of surfaces but also electronic states in
sub-nanometer areas by tunneling spectroscopy. With a functionof spin-polarized (SP-) STM, the microscope also provides
local magnetic properties and surface spin structures, and withinelastic tunneling spectroscopy (IETS), various excitationenergies can be extracted.
In Hasegawa-lab., by using STMs operated in very low
temperature and high magnetic field, we have observed various
phenomena on nanosize superconductors such as vortex
clustering and giant vortex, and peculiar superconducting statesin the proximity with ferromagnetic materials. We also study
magnetic properties of thin films related with their atomic structure using SP-STM, and their spin excitation with IETS. Modification and control of these properties with an aid of the atom
manipulation are one of the targets of our study. Recent subjects
include heavy-Fermion materials, such as CeCoIn5; atomic-scalevariation in the shape of superconducting gaps was observed.

原子構造を明らかにするのみならず、トンネル分光測定によりサブナノ領域での電子状態に関する知見を与え、さらにはスピン偏極（SP-）STM による局所磁気特性や表面スピン構造、非弾性トンネル分光（IETS）による種々の局所励起
エネルギーに関する情報を引き出すことができる。
長谷川研究室では、極低温強磁場下で動作するＳＴＭ装置を用いて、渦糸のクラスタリングや巨大渦糸などナノサイ
ズ超伝導体特有の渦糸状態の観察や、磁性体との近接効
果により誘起される特異な超伝導状態の実空間観測を行っている。また、SP-STM による磁性薄膜の局所スピン構造と磁気特性に関する研究、IETS によるスピン励起の研究等を進めるとともに、原子マニピュレーションを駆使してこうした物性の制御を目指している。最近では、CeCoIn5 などの重い電子系物質の電子状態や局所超伝導特性・磁気特性の研究にも取り組んでおり、超伝導ギャップ形状の原子ス
ケールでの変調現象などを見出している。

超伝導金属界面での近接効果。Si 基板上の１原子層 Pb（水色、常伝導相）と Pb 薄膜（黄色、超伝導相）の界面近傍で測定されたトンネル分光スペクトルから、超伝導特性が界面から 40nm の領域にわたって染み出していることが観察されている。

スピン偏極 STM により得られた Ag 表面上のナノサイズ Co アイランド構造での磁化曲線。磁場により探針の磁化方向も反転するため（～ ±0.25T）、バタフライ状の曲線が得られている。

Magnetization curve taken on a nano-size Co island structure formed on Ag
surface using spin polarized STM. Because the flips of the tip magnetization
occur at ~±0.25T a butterfly-shape curve is observed.

Proximity effect at superconductor/metal interface. Tunneling spectra taken
around an interface between 1ML-Pb layer on Si (blue, normal metal) anda Pb thin film (yellow, super) indicate the penetration of superconductivity
into the metal layer with a decay length of 40 nm.

研究テーマ Research Subjects
1.   低温 STM による局所領域での超伝導特性に関する研究
Superconductivity in local area using low-temperature scanning tunneling microscopy
2. 原子 / 分子マニピュレーションによる古典 / 量子スピン系の構築とスピン偏極 STM によるその評価
Fabrication of spin systems by atomic manipulation and their characterization with SP-STM
3. 重い電子系物質の局所電子状態・超伝導特性・磁気特性
Local electronic states, superconductivity, and magnetic properties of heavy-Fermion materials
4. 走査ポテンショメトリによるナノスケールでの抵抗分布測定
Nano-scale resistance and its spatial distribution by scanning tunneling potentiometry

36
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/lippmaa_group.html

リップマー研究室

リップマー ミック 高橋

Lippmaa Group

TAKAHASHI, Ryota

Associate Professor

Research Associate

准教授

酸化物の薄膜結晶には触媒材料を開発するための多くの

竜太

LIPPMAA, Mikk

助教

Oxide thin films offer many advantages for developing
catalytic materials. Our interest is to study the electronic structure, atomic-scale microstructure, and photoelectrochemical
activity of SrTiO3-based photocatalytic materials that can beused for hydrogen production from water by sunlight. In particular, we study Rh, Ir, and Pt-doped SrTiO3 thin films with theaim of tuning the bandgap of the material by lifting the valenceband edge. A variety of soft x-ray spectroscopic techniques,
including XES and XAS are used for determining the electronic
spectra of the materials (Fig. 1). The measurement results arecompared with first-principles calculation results and interpreted in terms of photocatalytic activity. In this work, we haveidentified the factors that determine the photogenerated chargecollection activity as a function of the dopant valence state, assummarized for the case of p-type Rh:SrTiO3 hydrogen photocatalyst in Fig. 2. Similar valence-dependent efficiency differences have also been identified for n-type oxygen-evolution
catalyst Ir:SrTiO3.

利点がある。我々は太陽光を照射することで水から水素を効率よく生成する光触媒材料として、
チタン酸ストロンチウムベー
スの材料を使って、電子構造、ナノ構造体、そして光触媒特性について研究している。特にロジウム、イリジウム、白金をチタン酸ストロンチウムの薄膜にドープすることで、価電子帯のバンドエッジを高くし、材料のバンドギャップを制御している。図1には XES やXAS などの軟 X 線分光の手法を利用し、材料の電子構造を精密に計測した結果を示す。測定によって得られた電子構造は第一原理計算の結果と比較し、光触媒特性との関連について調べている。図 2 では p 型伝導を示
す Rh をドープしたチタン酸ストロンチウムの水素発生光触媒についてまとめており、Rh のドーパントの価数によって変化する光誘起された電荷の再構成について調べている。このような価数によって変化する光触媒特性は Ir をドープしたチ
タン酸ストロンチウムの酸素発生光触媒でも見出された。

図１. X 線発光分光 (XES) と X 線吸収分光 (XAS) を用いて、Rh や Ir をドープしたチタン酸ストロンチウム薄膜やバルク結晶のバンドギャップ中のドナーやアクセ
プターの準位を測定する。アクセプターの非占有準位は Rh4+ をドープしたチタン
酸ストロンチウムでのみ発生する。一方、価電子帯上端における Rh4+ と Rh3+ の占有準位では若干の準位のシフトが観察された。

図２. Rh4+( 紫 ) と Rh3+( 黄色 ) をドープしたチタン酸ストロンチウムの電子構造。
Rh4+ ドーパントの非占有アクセプター準位によって光キャリアの再構成が速まり、水素を生成する光触媒特性の効率の減少に繋がる。

Fig. 1. X-ray emission (XES) and absorption (XAS) spectroscopies are used
for determining the location of in-gap donor and acceptor states in photocatalytic Rh and Ir-doped SrTiO3 thin films and bulk samples. The unoccupied
acceptor states only appear in Rh4+:SrTiO3, while only minor shifts are seenin the occupied Rh4+ and Rh3+ states close to the top of the valence band.

Fig. 2. Schematic illustrations of the electronic structures of Rh 4+:SrTiO3(purple) and Rh3+:SrTiO3 (yellow). The presence of the unoccupied acceptor state associated with the Rh4+ dopant results in fast photocarrier recombination and very low photocatalytic hydrogen evolution efficiency.

研究テーマ Research Subjects
1.   パルスレーザー堆積法による酸化物薄膜そしてヘテロ構造の作製
Growth of thin oxide films and heterostructures by pulsed laser deposition
2. 外場誘起の酸化物の相転移現象
Phase transition mechanisms in oxides under external excitations
3. 酸化物—液体界面における光触媒能
Photocatalytic activity at oxide – liquid interfaces
4. 極性結晶とマルチフェロイック物性
Polar oxides and multiferroic coupling37
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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

河江研究室

河江

達也

KAWAE, Tatsuya

Kawae Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

近年、強相関物質が示す特異な物 性を探る手段として

Scanning tunneling microscope (STM) is a powerful tool toinvestigate not only new phenomena on solid surface, but also
novel properties in strongly correlated electron systems. In ISSP,
we collaborate with Hasegawa group to develop a new STM
operating in the temperature below T = 100 mK and magnetic
field up to H = 14 T.
Strongly correlated f-electron materials show a variety of
intriguing features, such as heavy fermion behavior, anisotropic
superconductivity and multipole ordering. These phenomena
originate from the hybridization between localized f-electron
and conduction electron bands. We examine the spatial evolution of the electronic properties in f-electron materials using a
newly developed ultra-low temperature STM. We are especiallyinterested in search for the FFLO state in CeCoIn5 and direct
observation of quadrupole ordering in PrPb3.

STM が非常に注目されている。本研究室では長谷川研究室と連携し、T=100mK 以下の極低温、H=14 テスラの強磁場下で動作する STM 装置を開発している。
f 電子強相関物質では局在性の強い f 電子と、結晶中を遍歴する伝導電子が混成することにより、重い電子状態、異方的超伝導、多極子秩序など多彩な物性が発現する。STM を用いて電子状態の空間的な変化を、原子サイトごとに直接観測することで、これら特異な現象の起源を解明していく。具体的研究内容としては、CeCoIn5 の極低温・強磁場下における
FFLO 超伝導相の探索、PrPb3 の四極子秩序の直接観測を目指している。

38
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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。当部門では、
これまで多年にわたり各種の技術開発を行い、15万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。現在、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系
2) 有機伝導体やグラフェンの低次元・ディラッ
ク電子系3) 多重極限下における磁性・超伝導体

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 and high pressures up to 15 GPa. 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 systems and liquid
under ultra-low temperatures and high magnetic
fields.
2) Low dimensional systems and/or Dirac electron
systems such as organic conductors and graphene.
3) Strongly correlated heavy electron systems suchas magnetic compounds or superconductors undermultiple extreme conditions.

教

授

上床

美也

助

教

松林

和幸

特任研究員

佐藤

教

授*

榊原

俊郎

助

教

下澤

雅明

特任研究員

チャン  ジングァン

准教授

長田

俊人

助

教

田縁

俊光

特任研究員

酒井

謙一

准教授

山下

穣

技術専門職員

内田

和人

特任研究員

福岡

修平

准教授（客員）

中野 智仁

技術補佐員

長崎

尚子

Professor
Professor

UWATOKO, Yoshiya
SAKAKIBARA, Toshiro

Associate Professor OSADA, Toshihito
Associate Professor YAMASHITA, Minoru
Visiting Associate Professor NAKANO, Tmohito

Research Associate MATSUBAYASHI, Kazuyuki
Research Associate SHIMOZAWA, Masaaki
Research Associate TAEN, Toshihiro
Technical Associate UCHIDA, Kazuhito
Technical Staff

光幸

Project Researcher SATO, Mitsuyuki
Project Researcher CHENG, Jinguang
Project Researcher SAKAI, Kenichi

Project Researcher FUKUOKA, Syuhei

NAGASAKI, Syoko* 新物質科学研究部門と併任 /concurrent with Division of New Materials Science39
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

極限環境物性研究部門

Division of Physics in Extreme Conditions
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/
labs/uwatoko_group.html

上床研究室

上床

美也

UWATOKO, Yoshiya

教授

Uwatoko Group

Professor

高圧力は、これまで見いだされている物性現象の起源解

松林

和幸

岡田

卓

MATSUBAYASHI, Kazuyuki OKADA, Taku

助教

Research Associate

助教

Research Associate

The high-pressure group has been studying various materials
under high-pressure conditions in combination with low temperature and/or strong magnetic field. Nowadays, the techniques
combining these multi-extreme conditions have become popularand indispensable for researches in solid state physics. However,the developments of these techniques that can realize in-situ
measurements under multiple extreme conditions are often
challenging and require sophisticated considerations. This group
has devoted numerous efforts in developing such advanced
high-pressure techniques and in studying the strongly correlated
electronic systems, which is one of the most important themesin modern solid state physics. Considering the fact that many
mysterious phenomena in strongly correlated electronic systems
result from the electron-phonon and electron-electron interactions, we foresee the discovery of many unknown phenomena
under multi-extreme conditions because high pressure offers
an effective knob in tuning the inter-atomic distances and thedensity of electronic state that controls the degree of complex
interactions.

明や新奇物性現象の発見に欠かせない物理パラ－メータの1 つである。特に、常圧と同程度の静水圧環境下における再現性の良い測定結果は、強相関電子系物質をはじめとし多くの研究成果をもたらす。また、極低温および強磁場を組み合わせた多重環境は、物性研究をする上での多くの情報が得られる最良の研究環境である。当研究室では、超高圧力技術を駆使した様々な基礎物性測定に適応した高圧装置の開発を行い、高精度の超高圧力を物理パラメータとした多重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、結果として種々の興味深い物性が実現している。超高圧力下において、物質はどのような新しい物性を示すのだろうか？また、その出現機構はどうなっているのだろうか？電気抵抗、磁化、比熱、
x 線回折、中性子回折などの諸物性測定の圧力効果を主な研究手段とし、下記の研究テーマを進めている。また、物

MnP 型結晶構造を示す CrAs 化合物は、TN = 270K 以下で一次転移を伴って反強磁性秩序を示す。この時、b- 軸で 4％の延びが観測され、そのときのモーメントは 1.7
μB である。この反強磁性転移温度は高圧下で急激に減少し臨界圧力 Pc = 9 kbar
でほぼゼロとなる。と同時にバルクな超伝導が出現する。CrAs 化合物における超伝導は、Cr 化合物で初めての発見である。(a)：圧力誘起超伝導物質 CrAs の温度・圧力相図。超伝導の転移温度は 20 倍に拡大してある。(b)：T = 0.4K における反磁性効果の圧力依存性。図中のシンボル、丸 ( 赤 )、四角 ( 青 )、および三角 ( 緑 )は、残留抵抗比（RRR）の異なる試料 RRR = 240、327、および 250 の測定に、それぞれ対応する。

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。

CrAs adopts the orthorhombic MnP-type structure with a first-order antiferromagnetic transition at TN = 270 ± 10 K,which is accompanied withdiscontinuous changes of lattice constant b by ~ 4% below TN. Neutron
diffraction measurements established a double-helical magnetic structure
propagating along the orthorhombic c axis with the Cr moment of 1.7 μB
lying essentially within the ab plane. The first-order TN can be suppressed
quickly by the external pressure and vanishes completely at a critical pressure Pc ≈ 9 kbar. And then, bulk superconductivity with Tc ≈ 2 K emerges atthe critical pressure. Our discovery of superconductivity in CrAs makes it
the first superconductor among the Cr-based compounds. (a) Temperaturepressure phase diagram of Pressure-Induced Superconductivity in the Antiferromagnetic System CrAs. The superconducting transition temperature
Tc has been scaled by a factor of 20 for clarity. (b) The superconducting
shielding fraction at 0.4 K, |4πχ|T=0.4K, and the superconducting transition
temperature width, ΔTc, as a function of pressure. The symbols of circle (red),square (blue), and triangle (green) in (a, b) represent three independent
samples with residule resistivity ratio RRR = 240, 327, and 250, respectively.

研究テーマ Research Subjects
1.   多重環境下における新奇物性現象の探索
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現象の研究
Study of the pressure induced phase transitions in strongly correlated electron systems
3. 多重環境下における高圧装置開発と精密物性測定方法の確立
Development of high pressure apparatus and confirmation of physical property measurement techniques under themulti extreme conditions

40
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

極限環境物性研究部門

Division of Physics in Extreme Conditions
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/osada_group.html

長田研究室

長田

俊人

OSADA, Toshihito

Osada Group

准教授

Associate Professor

低次元電子系の量子伝導。相対論的 Dirac 電子系や、

田縁俊光

TAEN, Toshihiro

助教

Research Associate

Transport study of low-dimensional electron system. To
search for new phenomena in relativistic Dirac electrons systems
and electron systems with small spatial structures or strong
magnetic fields, to clarify their mechanisms, and to control themfor application. We have a great interest in quantum effects,
topological effects, and many-body effects, which relate to Berrycurvature of band structure, pseudo-spin degrees of freedom,
and commensurability among electron orbital motions, vortex(magnetic flux) configuration, and spatial structures. Our targets
are atomic layer materials such as graphene, low-dimensional
materials such as organic conductors, and artificial semiconductor/superconductor nano-structures. We flexibly explore newtransport phenomena and electronic states in small samples byelectric, magnetic, and thermal measurements using nano-fabrication techniques like EB, precise field rotation, miniature pulse
magnet, etc. under strong magnetic fields, high pressures, andlow temperatures. Recently, we have concentrated our studies
on quantum transport in atomic layer materials (graphene,
phosphorene, etc.) and helical/chiral electron systems formed at
the surface of topological phases.

強磁場やナノ空間構造で閉じ込めた電子系が示す新しい電子状態や伝導現象の探索・解明・制御に関する研究を行う。
バンド構造のベリー曲率、トポロジカル電子相、擬スピン自由度、電子軌道・磁束配置・系の空間構造の整合性などに関連した量子効果・幾何効果・多体効果に興味がある。研
究対象はグラフェンなどの原子層物質、有機導体などの低次元物質、半導体・超伝導体の人工ナノ構造である。ナノ構造形成、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など、微小試料の形成と低温高圧強磁場下の微小試料の電気的・磁気的・熱的測定を主な実験手段とする。最近はグラフェン、フォスフォレンなどの原子層物質や、トポロジカル相表面に形成されたヘリカル／カイラル表面電子系の量子伝導に関する研究を集中的に行っている。

フォスフォレン（原子層黒リン）の結晶構造と、ジグザグ端を持つフォスフォレン
ナノリボンのバンド構造。有限系ではバルクのギャップ内に金属的エッジ状態が生ずることを見出した。フォスフォレンは高移動度 p 型 2 次元半導体として期待される新原子層物質であるが、このギャップ内エッジ状態はその伝導特性に大きな影響を与え得るものである。

多層ディラック電子系の量子ホール強磁性状態。結晶側面にはスピンの異なる各層の n=0 ランダウ準位のエッジ状態が逆方向に周回するヘリカル表面状態が形成され、永久スピン流を運ぶ。層状有機ディラック電子系 α-(BEDT-TTF)2I3 においてヘリカル表面状態の存在を実験的に確認した。

Crystal structure of phosphorene (atomic layer of black phosphorus), andband structure of phosphorene nanoribbon with the zigzag edge. We havefound that the metallic edge state appears in the middle of the bulk energy
gap in the finite system. Although phosphorene is a novel atomic layermaterial expected as a high-mobility p-type 2D semiconductor, this metallicedge state might play an important role in its transport properties.

Quantum Hall ferromagnetic state in the multilayer Dirac fermion system.
There exists the helical surface state, which consists of the edge states with
opposite spin and chirality of the n=0 Landau level on each layer, on the sidesurface, and it carries persistent spin current. We have experimentally confirmed the existence of the helical surface state in the organic Dirac fermion
system α-(BEDT-TTF)2I3.

研究テーマ Research Subjects

1.   原子層物質（グラフェン、フォスフォレン等）の電子状態と量子伝導
Electronic structure and quantum transport in atomic layers (graphene, phosphorene, etc.)
2. 有機ディラック電子系の量子ホール強磁性相におけるヘリカル表面状態
Helical surface state in quantum Hall ferromagnetic phase in an organic Dirac fermion system
3. 多層量子ホール系におけるカイラル表面状態の量子伝導
Quantum transport of chiral surface state in multilayer quantum Hall systems
4. 層状物質の角度依存磁気伝導と層間コヒーレンス
Interlayer coherence and angle-dependent magnetotransport in layered conductors
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 electronic fields

41
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

極限環境物性研究部門

Division of Physics in Extreme Conditions
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/yamashita_group.html

山下研究室

山下

穣

YAMASHITA, Minoru

Yamashita Group

准教授

Associate Professor

絶対零度近くまで冷却すると何が起こるか？絶対零度では

下澤雅明

SHIMOZAWA, Masaaki

助教

Research Associate

What happens when materials are cooled down close toabsolute zero temperature? It sounds a boring question because
everything freezes at T = 0. It is NOT, however, in somematerials because quantum fluctuations persist even at absolute
zero temperature. It was first discovered by Heike Kamerlingh
Onnes at 1911, who was the first to liquify Helium and reach~ 1 K, that the resistance of mercury suddenly vanished at low
temperature. Followed by the discovery of the superconducting
transition, many amazing quantum phenomena – superfluid
transition of Helium, Bose-Einstein condensations of Alkali
Bose gases – were found at low temperatures. We are interested
in these quantum condensed states at low temperatures where
the thermal fluctuation is negligible. Especially, we are now
focusing on studies to characterize the elementary excitationsof a new quantum condensed state of spins which may emerge
in frustrated magnetic materials, such as antiferromagnets
at two-dimensional triangular or kagome lattices, by precise
themo-dynamic measurements at ultra-low temperatures.

あらゆるものは凍りつくわけだから、普通に考えると何も面白いことは起こらないように思う。ところが、１９１１年、オラン
ダのカマリンオンネスは、ヘリウムの液化に成功することで１ケルビンという低温領域に人類で初めて到達し、そこで金属の電気抵抗が突然０になるという超伝導現象を発見した。その後、液体ヘリウムの超流動転移、希薄アルカリ気体のボース凝縮など様々な量子凝縮相が極低温で発見された。室温
では熱揺らぎに隠れてしまって見えない、多彩で不思議な物
理現象が低温領域に隠れていたわけである。
当研究室ではこのような量子凝縮現象に興味を持ち、技術的に可能な限り低温まで精密測定する事でその物性を明らかにする研究を行っている。特に、二次元三角格子やカゴメ格子といった幾何学的フラストレーションをもつ磁性体において
近年新しく発見された量子スピン液体状態は新しい量子凝縮相となっている可能性があり、その極低温における素励起の解明に力を入れて研究を進めている。

(a) 量子スピン液体の候補物質である有機モット絶縁体 EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2 において観測された磁化の磁場依存性。ゼロ磁場からの直線的な磁化の増加はギャップレスの磁気励起がこの量子スピン液体に存在する事を示している。(b) 提案されている相図。磁気秩序相に隣接して量子臨界相の存在が示唆されている。

(a) The field dependence of magnetization of an organic Mott insulator EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2, which is a candidate material of a quantum spin liquid (QSL).
The linear increase from almost the zero field shows the presence of a gapless magnetic excitation in this QSL. (b) Proposed phase diagram of the QSL where aquantum critical phase emerges next to the magnetic ordered phase.

研究テーマ Research Subjects
1.   幾何学的フラストレーションをもつ磁性体における量子スピン液体
Quantum spin liquid state in geometrically-frustrated magnets
2. 極低温における新奇超伝導状態
Unconventional superconducting states at ultra-low temperatures
3. 超低温冷凍機と超低温における精密測定技術の開発
Developments of ultra-low temperature cryostats and the precision measurement systems

42
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

極限環境物性研究部門

Division of Physics in Extreme Conditions

中野研究室

中野

智仁

NAKANO, Tomohito

Nakano Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

Ce や Yb などの希土類を含んだ重い電子系と呼ばれる物

In Ce- or Yb-based heavy fermion compounds, quantum
critical point (QCP) appears owing to the competition ofdifferent states controlled by pressure, magnetic field, chemical
substitution, and so on. Around a QCP, interesting phenomena,such as non-Fermi liquid behavior and non-BCS superconductivity, are often observed. We have been studying quantum
critical phenomena by synthesizing high-quality samples andmeasuring their physical properties under extreme conditionsof pressure, magnetic field, and very low temperature. For
example, the ternary heavy fermion compound CePtSi2 exhibitsa pressure-induced superconductivity between 1.4 and 2.4 GPa
with superconductivity transition temperature T c ∼ 0.15 K.
Furthermore, a sign of a valence transition/crossover is observedat the pressures, indicating that the pressure-induced superconductivity is mediated by valence fluctuation similar to the casein CeCu2(Si, Ge)2. We will clarify the universality of the valencefluctuation-mediated superconductivity using high-quality
single-crystal samples and the extreme conditions.

質群の中には、磁気 - 非磁気相など 2 つの状態が拮抗しているものがあり、それらは圧力や磁場、元素置換等によってコントロールできることが知られている。 量子臨界点と呼ばれる二つの状態の境界近傍では非フェルミ液体状態や非BCS 超伝導などが観測されることがあり、本研究室ではこれらの新奇状態の探索およびその起源を解明する為に、純良試料を作製し、圧力、温度、磁場を制御し物性測定を行っている。例えば重い電子系化合物 CePtSi2 は 1.4 ～ 2.4
GPa の圧力範囲で Tc ～ 0.15 K 程度の超伝導相が出現するが、同じ圧力領域で Ce の価数クロスオーバーが示唆されており、価数揺らぎを媒介とした超伝導であることが予測されている。純良単結晶を用いた極限環境下における詳細な物性測定から、価数揺らぎを媒介とした超伝導の普遍性を明らかにしたい。

43
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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（Design）」、
具体的な物質の「合成（Synthesis）」、

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 forjoint-use; Materials Synthesis Section, Chemical
Analysis Section, X-Ray Diffraction Section, Electron
Microscope Section, Electromagnetic Measurements
Section, Spectroscopy Section, and High-Pressure
Synthesis Section. In MD-D, by making use of its
supercomputer system, novel mechanisms behindvarious cooperative phenomena in condensed matterare explored, and theoretical designs of new materials
as well as materials with new nanoscale structures aredeveloped. In MSC-D, various types of new materials
are synthesized, single crystals are grown, and thestructural, electromagnetic and optic properties ofthe materials are characterized in various ways. The
characterization results are immediately fed back tothe synthesis and to the design of materials. Throughthis DSC cycle we aim to develop new materials withnew functions. Almost all the facilities of the MDCL
are open to domestic scientists through the User
Programs conducted by the Steering Committees ofthe MDCL.

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）として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 価部からなり、物質 設計 部には電子計算 機 室が、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、高圧合成室の７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
価を行うとともに、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）廣井

善二

助

教

芝

教

授

川島

直輝

助

教

渡辺

准教授

野口

博司

助

教

准教授 *

杉野

修

助
助

Professor (Director) HIROI, Zenji
Professor

隼人

技術専門職員福田毅哉

宙志

技術専門職員

後藤

弘匡

笠松

秀輔

技術職員

浜根

大輔

教

森田

悟史

特任専門職員

北澤

恒男

教

矢島

健

学術支援専門職員 荒木繁行

技術専門職員

小池

正義

特任研究員

那波

和宏

技術専門職員

山内

徹

特任研究員

正木

晶子

技術専門職員

矢田

裕行

特任研究員

本山

裕一

Research Associate SHIBA, Hayato

KAWASHIMA, Naoki

Associate Professor NOGUCHI, Hiroshi
Associate Professor SUGINO, Osamu

Research Associate WATANABE, Hiroshi
Research Associate KASAMATSU, Shusuke
Research Associate MORITA, Satoshi
Research Associate YAJIMA, Takeshi
Technical Associate KOIKE, Masayoshi
Technical Associate YAMAUCHI, Touru
Technical Associate YATA, Hiroyuki* 物性理論研究部門と併任 /concurrent with Division of Condenced Matter Theory

44
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

Technical Associate FUKUDA, Takaki
Technical Associate GOTO, Hirotada
Technical Associate HAMANE, Daisuke
Technical Associate KITAZAWA, Tsuneo
Technical Associate ARAKI, Shigeyuki
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher

NAWA, Kazuhiro
MASAKI-KATO, Akiko
MOTOYAMA, Yuichi

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/hiroi_group.html

廣井研究室

廣井

善二

HIROI, Zenji

Hiroi Group教授

Professor

高温超伝導の発見とその後の研究の流れは、新物質の発The remarkable discovery of high-Tc superconductivity andthe following enthusiastic research in the last decade have clearly
exemplified how the finding of new materials would give a great
impact on the progress of solid state physics. Now related topics
are spreading over not only superconductivity but also unusual
metallic behavior, which are often observed near the metalinsulator 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.
A family of transition-metal oxides is one of the most typicalsystems where Coulomb interactions play a critical role onmagnetic and electronic properties. Especially interesting iswhat is expected when electrons localized due to the strong
Coulomb repulsion start moving by changing the bandwidth or
the number of electrons. We anticipate there unknown, dramatic
phenomena governed by many-body effects and quantum
fluctuations.

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もつ低次元系（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み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。

当研究室で発見された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、3.3K (A = Cs)、6.3K (Rb)、9.6K (K) である。

スピン 1/2 カゴメ格子反強磁性体のモデル物質となる銅鉱物ボルボサイトの結晶構造と単結晶Superconducting transitions observed in resistivity for the β-pyrochlore
oxide superconductors AOs2O6 found in the Hiroi laboratory. The Tcs are 3.3,
6.3 and 9.6 K for A = Cs, Rb and K, respectively.

Copper mineral volborthite representing a spin-1/2 kagome-lattice antiferromagnet

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 new materials realizing quantum spin systems or strongly correlated electron systems
2. スピン 1/2 カゴメ格子反強磁性体の基底状態
Ground state of the spin-1/2 kagome antiferromagnet
3. 高温超伝導体
High-Tc superconductors

45
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kawashima_group.html

川島研究室

川島

直輝

KAWASHIMA, Naoki

Kawashima Group教授

Professor

本研究室では物性研究所スパコンや神戸の京コンピュー森田悟史

MORITA, Satoshi

助教

Research Associate

Our group investigates fundamental problems in condensed
matter physics through massively parallel computation using
ISSP supercomputers and “K-computer” at Kobe. For thispurpose, we also develop new algorithms. As for quantum
critical phenomena, for example, we are trying to find a “deconfined” critical phenomena, a new category of quantum phasetransition, as a transition between Neel state and VBS state in
the SU(N) Heisenberg model. Another target in this area of
research is the existence/absence of super-solid phase in opticallattices and in He4 systems adsorbed on graphite surfaces. As forclassical systems, we investigate the phase transition due to theZ2 vortex dissociation, an unconventional critical phenomena
caused by the symmetry-breaking dangerously-irrelevant field,
etc. Furthermore, we recently work on developments of newcomputational methods such as tensor networks, as well as thepossible relationship between the computational complexity andthe thermodynamic properties.

タなどの大規模並列計算機を利用して、物性論で登場する
基本的な問題の解明を行っている。また、そのためのアル
ゴリズムの研究も行っている。最近数年の研究から例をあげると、量子臨界現象に関しては、新しいカテゴリーの転移現象である脱閉じ込め転移を、ＳＵ（Ｎ）ハイゼンベルクモ
デルにおけるネール状態からＶＢＳ状態への相転移として観測する試みや、光格子にトラップされた極低温原子系やグラ
ファイト表面のヘリウム系における超固体相の存在／不在の研究などがある。また、古典系に関しては、Ｚ２渦の乖離メ
カニズムによる相転移の有無の数値的検証、危険なイレレ
バント演算子が系の対称性を低下させる場合にみられる異常な臨界現象などがある。さらに、最近ではテンソルネット
ワークなどの新しい方法論の開拓や、計算複雑性と物理的特性との間の関係についての研究なども行っている。

多数の不連続点を持つワームアルゴリズム。これによってワームアルゴリズムの並列計算が可能になった。

Worm algorithm with multiple worms, whichmakes the worm algorithm parallelizable.

研究テーマ Research Subjects
1.   新しい量子相と量子相転移の探索
Search for novel quantum phases and quantum transitions
2. 多体問題の数値解法の研究
Numerical methods for many-body physics
3. 臨界現象の一般論
General theory of critical phenomena
4. ランダム系と計算量
Disordered systems and computational complexity

46
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/noguchi_group.html

野口研究室

野口

博司

NOGUCHI, Hiroshi

Noguchi Group

准教授

Associate Professor

ソフトマター、生物物理を計算機を駆使して研究している。

芝隼人

SHIBA, Hayato

助教

Research Associate

We study soft-matter physics and biophysics theoretically andnumerically. Our main target is the physics of biomembrane andcells under various conditions. We develop membrane models
and hydrodynamics simulation methods.
We found the shape transitions of red blood cells and lipid
vesicles in shear and capillary flows using mesoscale hydrodynamic simulations: discocyte-to-parachute, stomatocyte-toprolate, and prolate-to-discocyte, etc. We also clarify the several
fusion and fission pathways of the membrane using coarsegrained molecular simulations. In particular, the pathway via
pore opening on the edge of stalk-like connection was newly
found by us, and later supported by an experiment.

特に、生体膜や細胞のダイナミクスの解明に力を入れている。
そのためのシミュレーション手法の開発、改良も行っている。
例えば、赤血球や脂質膜からなる小胞のさまざまな環境
下での形態変化を調べている。これまで、流れによって赤血球がパラシュート状やスリッパ状に変形することや、脂質小胞が形態変化に伴い、運動モードの転移を起こすことなどを明らかにしている。
また、生体膜の融合、分裂過程についても研究している。
生体内では膜の融合、分裂が物質運搬のために頻繁に起こっている。その過程を粗視化分子模型を用いてシミュレー
ションし、これまで言われていなかった経路も新しく発見した。融合の物理的な機構の全容解明に取り組んでいる。

球状ベシクルに内包されたベシクル。空間拘束によって様々な形態が形成される。

せん断流下での界面活性剤膜のロール状構造の形成。

Snapshot of a lipid vesicle confined in a spherical vesicle.

Snapshot of the rolled structure of surfactant
membranes induced by shear flow.

研究テーマ Research Subjects
1.   細胞、脂質ベシクルの形態形成
Shape transformation of cells and lipid vesicles
2. 生体膜の融合、分裂
Fusion and fission of biomembranes
3. 非平衡下での界面活性剤膜のダイナミクス
Dynamics of membranes out of equilibrium
4. ガラスにおける遅い緩和現象
Slow dynamics in glass

47
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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 所員担 当 所員
助

教

助

教

野口
川島
杉野
渡辺
笠松

博司 Chairperson : NOGUCHI, Hiroshi

技術専門職員直輝 Contact Person : KAWASHIMA, Naoki

裕行 Technical Associate : YATA, Hiroyuki

荒木繁行 Technical Associate : ARAKI, Shigeyuki

福田

技術専門職員修 Contact Person : SUGINO, Osamu

矢田学術支援専門職員

宙志 Research Associate : WATANABE, Hiroshi

毅哉 Technical Associate : FUKUDA, Takaki

秀輔 Research Associate : KASAMATSU, Shusuke

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

渡辺 助教

ピュータシステムを、スーパーコンピュータ共同利用委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てい笠松 助教

1. Joint-Use Supercomputer System
The Supercomputer Center (SCC) operates a supercomputer
system available to all researchers of condensed matter physics
in Japan. One can submit a proposal for a User Program to theSupercomputer Steering Committee, and once granted he/she
can use the facility with no charge. The supercomputer system
consists of three systems: SGI ICE 8400EX (3840 CPU x Intel
Xeon 5570), NEC SX-9 (64CPU), and FUJITSU PRIMEHPCFX 10 (384CPU). The first two systems and the last system wererenewed in July 2010 and April 2013, respectively. In addition
to maintaining high performance of the system in cooperation
with the venders (Fujitsu, SGI, and NEC), the SCC also responds
to questions and inquiries from users on daily basis.
2. In-House Networks and related missions
The SCC also operates the local area network in ISSP, and fileservers, WWW servers for the ISSP home page (http://www.issp.
u-tokyo.ac.jp), and other servers, to support all the users in ISSP.
It takes severe measures of network security of the ISSP, whichis connected to the internet via UTnet (the campus network of
the University of Tokyo). We, for example, monitor electronic
traffics for virus infection and by distributing anti-virus software
to in-house users.
3. MEXT, HPCI Project
We support Center of Computational Materials Science, ISSP,
which is responsible to the project "Novel materials and energy
resources", by providing and managing computer resources.

る。スパコンシステムは 2010 年 7 月に更新された疎結合
並列計算機（SGI ICE 8400EX、3840 CPU x Intel Xeon5570）とベクトル型計算機（NEC SX-9, 64CPU）に、2013 年４月に導入された疎結合並列計算機 (FUJITSU PRIMEHPC FX
10, 384CPU) を加えた複合システムである。システムのベンダーとの密な連絡によって高度なシステム性能を維持するとともに、全国ユーザからの相談にきめ細かく応じながら、シ
ステムの管理運用を行っている。スーパーコンピュータの利
用申請については、ホームページ (http://www.issp.u-tokyo.
ac.jp/supercom/）を参照されたい。
2. 所内ネットワーク関連
本 室では、 物 性 研 究 所 LAN、 および、 ファイル サー
バ、WWW サーバ（ 物 性 研ホームページ http://www.issp.
u-tokyo.ac.jp）他の各種サーバの管理運用を行い、大学院生を含めた所内に提供している。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ク(UTnet) を通したインターネッ
トへの接続のため、ファイアウォールの設置、ウイルス対策
ソフトウエアの所内への配布などのセキュリティ対策を行っている。また、所内でのコンピュータおよびネットワーク関
係の Q&A、テレビ会議システムなどの機器の管理と利用促
進なども行っている。
３．ＨＰＣＩ戦略プログラム（旧「次世代スパコンプロジェ
クト戦略プログラム」）の支援
計算資源の管理・運用などを通じて当該プログラム分野２「新物質・エネルギー創成」の推進をサポートしている。

スーパーコンピュータ

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

システムＢ（SGI Altix ICE 8400EX/3840 cpu）

The Supercomputer System at the SCC-ISSP.

The supercomputer system B（SGI Altix ICE 8400EX/3840 cpu）

48
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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
特任専門職員

廣井
北澤

化学分析室
Chemical Analysis Section

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

担 当 所 員恒男 Technical Associate : KITAZAWA, Tsuneo

技術専門職員

廣井
小池

善二
正義

Contact Person : HIROI，Zenji
Technical Associate : KOIKE, Masayoshi

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や育成など研究用試料の合成を行っている。また、各種高温

新しい物質の分析方法の検討および化学的手法による材料

電気炉や単結晶育成炉、試料調整加工機などを所内外のの精製および調整を行うと共に、秤量・分析・化学処理に

共同利用研究機器として供している。

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 a systemfor preparation of ultra-high purity water are provided forchemical 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）、

主要設備

真空蒸着装置（10-6 Torr）、精密切断機

誘導結合高周波プラズマ発光分光分析装置、各種顕微鏡、電子天秤、電位差滴定装置、純水製造装置

Main Facilities

Floating-zone furnaces, Czochralski pulling apparatus with an

Main Facilities

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

ICP-AES, microscopes, Automatic balances, Potentiometric titration

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

apparatus, and the system for preparation of ultra-high purity

and Cutting machine.

water.

単結晶引上炉

誘導結合高周波プラズマ発光分光分析装置

Czochralski pulling apparatus with an induction heating system

ICP-AES49
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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
矢島

電子顕微鏡室Electron Microscope Section

善二 Contact Person : HIROI, Zenji
健

担 当 所 員
技 術 職 員Research Associate : YAJIMA, Takeshi

廣井浜根

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

大輔 Technical Associate : HAMANE, Daisuke

電子顕微鏡は物質の微細構造評価の有力な手段である。
本室では、格子像レベルでの透過像を観察するため、高分

矢島 助教

解能形と電界放射形分析電子顕微鏡を備え、物質の微細興味深い物性を示す物質の開発や評価において、結晶構構造研究を行うと共に、設備を所内外の利用に供し、共同造解析は極めて重要な位置を占める。本室では、Ｘ線回折利用研究や依頼研究を行っている。

を用いて、新規物質の結晶構造や温度による構造変化など
物質構造の研究を行うと共に、所内外の研究者に対して施The Electron Microscope Section supports electron diffraction measurements, lattice image observations and microscopic
analyses of various solid materials in both crystalline andnon-crystalline forms with the atomic-scale resolution by using
a high-resolution electron microscope equipped with an x-ray
micro-analyzer.

設利用の提供、依頼研究を行っている。
The main purposes of the X-Ray Diffraction Section are
structural analysis and identification of powder and single
crystal specimens for solid state physics. By using the 4-circle
diffractometer equipped with a warped imaging plate and arefrigerator, the structural analysis is performed in the temperature range of 7-300 K.

主要設備

200kV 電界放射形分析電子顕微鏡、低温・高温ホルダー、薄膜試料作製のための種々の装置

主要設備

Main Facilities

粉末Ｘ線回折装置、単結晶構造解析用 CCD システム、四軸型Ｘ線回折計、

200 kV electron microscope with an x-ray micro-analyzer, High-

湾曲イメージングプレート型Ｘ線回折計、ラウエカメラ、イメージングプ

and low-temperature holders, and various apparatuses for sample

レート読み取り装置

preparation.

Main Facilities

Powder X-ray diffractometer, CCD system for the single-crystal
structure analysis, Automatic 4-circle X-ray diffractometer, Warped
imaging plate type diffractometer, Monochromated Laue camera,
and Imaging plate reader.

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

50
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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

Contact Person : IYE, Yasuhiro

担 当 所 員担 当 所 員瀧川仁

Contact Person : TAKIGAWA, Masashi

山内徹Technical Associate : YAMAUCHI, Touru

廣井

光学測定室
Spectroscopy Section

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

末元
秋山

徹

Contact Person : SUEMOTO, Tohru

英文 Contact Person : AKIYAMA, Hidefumi

本室では、物質の基本的性質である電気的磁気的性質

汎用性のある光学測定機器やレーザー光源を備え、所内を、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、外の共同利用に供している。可視・紫外・赤外領域の吸収・磁気特性測定装置、物理特性測定装置、超伝導磁石など

反射スペクトル、顕微ラマン分光などの測定が可能である。

の設備を所内外の共同利用に供している。

The Spectroscopy Section offers joint-use facilities for standard optical measurements. The facilities can be used for measurements of conventional absorption/reflection spectrum in
the UV, visible and IR regions and Raman scattering.

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, magnetoresistance and Hall effect, magnetization, 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
スレーザー光源主要設備

Main Facilities

ネット（ＮＭＲ）、ＳＱＵＩＤ磁化測定装置（ＭＰＭＳ）、汎用物性測定装

spectrometer with Ar and He-Ne lasers, Pulsed YAG laser equipped

１５/ １７テスラ超伝導マグネット、１６/ １８テスラ高均一超伝導マグ

UV/VIS absorption spectrometer, IR spectrometer, Micro-Raman

置（ＰＰＭＳ）、クロスコイル型超伝導マグネットwith tunable OPPO and a laser-machining unit, Ar ion laser,
Cryostat.

Main Facilities

Superconducting magnet (15/17 T), High homogeneity

superconducting magnet (16/18 T) for NMR experiments, SQUID

magnetometer (7 T), PPMS (physical properties measurement
system), and Cross-coil-type superconducting magnet.

赤外およびラマン分光装置

磁気特性測定装置

IR and Raman Spectrometers (Room A468)

SQUID magnetometer (MPMS)

51
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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

高圧合成室
High-Pressure Synthesis Section
担 当 所 員
技 術 専門職員

廣井後藤

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

弘匡 Technical Associate : GOTOU, Hirotada

本室では、百万気圧、数千度までの高温高圧下において様々な ( 新 ) 物質の合成を行うと共に、高圧力下における物質の挙動を調べている。さらに各種の高圧力発生装置や関連する実験設備を所内外の共同利用に供している。
The main purposes of the High-Pressure Synthesis Section
are to synthesize various (new) compounds and to investigate
the behavior of some materials at extreme conditions of highpressures up to 100 GPa or more and high temperatures up to
several thousand ºC. Various types of high-pressure apparatuses and related experimental equipments are provided to joint
research and internal use.
主要設備

500/700 トン油圧プレス装置、ダイヤモンドアンビルセル、Ｘ線回折装置、顕微ラマン分光装置、YAG レーザー加工機、その他 ( 放電加工機、ダイヤ
モンド研磨装置、旋盤、NC モデリングマシン )Main Facilities

500/700 ton press, Diamond Anvil Cell, X-ray diffractometer,
Micro-Raman spectrometer, YAG laser cutting machine, andothers including Electric discharge machine, Grinding machine fordiamond, Lathe machine, and Modeling machine.

若槻型 700ton キュービックプレス。
4GPa までの高温高圧合成実験用。

Wakatsuki-type 700 ton cubic press for high pressure and hightemperature synthesis experiments up to 4 GPa.

52
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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主に日本
原子力研究開発機構の研究用原子炉 JRR-3 に設置された分光器を用いて、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。
さらに、2009 年に本格稼働した大強度陽子加速器施設 J-PARC においては、最新のチョッパー型
分光器 HRC を用いた共同利用の推進を行っている。当施設が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、複雑凝縮系の化学物理、高分子や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
トマテリアルまで含む幅広い物質や材料の基礎研
究が中性子散乱を用いて盛んに行われている。まSince 1961, the ISSP has been playing a central rolein neutron scattering activities in Japan not only by
performing its own research programs but also by
providing a general user program for the university
owned various neutron scattering spectrometers
installed at the research reactor of JAEA (Tokai).
In the JRR-3 reactor (20MW), the university groupowns 14 spectrometers, and the Neutron Science
Laboratory (NSL) is conducting the general user
program. Furthermore the NSL owns state-of-art
inelastic neutron scattering spectrometer HRC in
J-PARC which started its operation in 2009. Major
research areas supported by NSL user program
are solid state physics (strongly correlated electron
systems, high-Tc superconductors, heavy Fermionssystems, low dimensional magnetism, high-pressure
physics, etc.), fundamental physics and neutron beam
optics, structure and phase transitions of polymers,
gels, and colloidal systems, physical chemistry ofcomplex condensed matter, structure and functionsof biological systems, and material sciences. The NSL
also operates the U.S.-Japan cooperative program on
neutron scattering, and supports the development of
the neutron-beam-based material sciences in Japan.

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、我が国の中性子散乱研究の発展に貢献している。
教授（施設長）

柴山

充弘

助

教

古府

教

授

吉澤

英樹

助

教

左右田

教

授

山室

修

技術専門職員

准教授

益田

隆嗣

教授（客員）

寺崎

教授（客員）

佐藤教授(外国人客員）

ロノウ  ヘンリック  モディソン

Professor (Director)
Professor
Professor

Associate Professor
Visiting Professor
Visiting Professor
Visiting Professor

特任研究員

秋葉

宙

稔

特任研究員

根本

文也

浅見

俊夫

特任研究員

中尾

俊夫

技術専門職員

杉浦

良介

特任研究員

池田

陽一

一郎

技術職員

川名

大地

特任研究員

小林

理気

卓

専

木船

聡

特任研究員

浅井

晋一郎

SHIBAYAMA, Mitsuhiro
YOSHIZAWA, Hideki
YAMAMURO, Osamu
MASUDA, Takatsugu
TERASAKI, Ichiro
SATO, Taku J

Research Associate
Research Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate

門

員

麻衣子

KOFU, Maiko

SODA, Minoru

ASAMI, Toshio

SUGIURA, Ryosuke
KAWANA, Daichi

Administrative Secretary KIFUNE, Satoshi

Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher

RONNOW, Henrik Moodysson

大強度陽子加速器施設 J-PARC に設置された高分解能チョッパー分光器 (HRC)。50Hz で発生する白色のパルス中性子は、中性子光路を通りチョッパーで単色化された後、試料で散乱され、2 次元ディテクタで検出される。ディテクタでは全てのエネルギーの中性子をもれなく測定するため、効率的なデータ収集が可能となっている。

High resolution chopper spectrometer installed in J-PARC. A white pulsed neutron
beam generated with the frequency of 50 Hz propagates inside the neutron beam
guide. The beam is monochromated by the Fermi chopper, scattered by the sample,
and detected by 2-dimensional detectors. The detectors detect all the scattered neutrons with all the energy, which makes the data acquisition drastically efficient.

53
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

AKIBA, Hiroshi
NEMOTO, Fumiya
NAKAO, Toshio
IKEDA, Yohichi

KOBAYASHI, Riki
ASAI, Shinichiro

中性子科学研究施設

Neutron Science Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/shibayama_group.html

柴山研究室

柴山

充弘

SHIBAYAMA, Mitsuhiro

Shibayama Group教授

Professor

ソフトマターとは、我々の身の回りの物や生体物質を構成Soft matter undergoes various transitions in response to aslight change of an environmental variable. We investigate therelationship of the structure and dynamics of soft matter, suchas polymer gels, nanoemulsion, and micelles. The aims of ourresearch are systematization of “molecular-bond correlated
systems”. Concurrently, we explore various applications of soft
matter on the basis of the physics of soft matter. Recently, weare developing various types of super-tough gels on the basisof findings on the structure-property relationship unveiled byneutron scattering.
Nano-order structure investigations and studies on dynamics
of soft matter are carried out with state-of-the-art equipments, SANS-U, a small-angle neutron scattering instrument(upgraded in 2010). Other techniques, such as dynamic/static
light scattering, microscopy, mechanical/thermal analyses, andrheological studies, are also employed if necessary. Current
interests cover (1) inhomogeneities in polymer gels, (2) structural characterization and studies on deformation mechanismsof high-performance polymer gels, (3) rheo-SANS of nanoemulsion and micelles, and (4) development of ion-gel and structural
analyses.

する「柔らかい」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。我々の研究室ではソフトマターの本質である—分子結合相関系—の学問的体系化を目指している。最近では、ゲルの相分離・相転移、不均一性の研究などのほか、驚異的な力学物性をもつさまざまな高強力ゲルの開発と構造解析・物性研究、流動場におけるミセルの物性と構造相関、イオンゲルの開発と構造解析・物性評価などを行っている。
世界有数の二次元位置測定小角中性子散乱 SANS-U を中心に、静的動的光散乱装置 (SLS/DLD ALV-5000)、力
学・熱物性測定装置、レオメーターなどを用いて、ソフトマ
ターのナノオーダーの構造解析、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。

星形三叉型界面活性剤分子のミセル形成・成長過程の小角中性子散乱観察。界面活性剤の量の増大に伴い、球状から紐状ミセルへ転移し、さらに紐が絡み合った構造へと転移する。

ポリ N- イソプロピルアクリルアミド / イオン液体溶液の小角中性子散乱プロフィー
ルの温度依存性。温度の低下により系は相分離（UCST 型相挙動）し、水を溶媒とする系（LCST 型相挙動）と逆の挙動を示す。

Variation of SANS profiles for star-type trimeric surfactant in aqueous solution with varying volume fractions. With increasing surfactant concentration, micelles are transformed from spherical to wormlike micelles, followed
by entangled rodlike micelles.

Temperature dependence of SANS profiles of pNIPAm/ionic liquid solutions. By lowering temperature, the system undergoes phase separation(UCST type behavior), which is opposite to pNIPAm/water systems (LCST).

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. 高強力高分子ゲルの変形メカニズム
Deformation mechanisms of super-tough polymer gels
3. 流動場でのナノエマルションおよびミセルの構造変化
Structural evolution of nanoemulsion and micelles in flow field
4. イオンゲルの開発と構造解析
Development of ion-gel and structural analyses

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吉澤研究室

吉澤

英樹

YOSHIZAWA, Hideki

Yoshizawa Group教授

Professor

遷移金属酸化物の示す金属・絶縁体転移は、スピン・電Metal-insulator transition in transition-metal oxides has
drawn much attention because such a phenomenon reflectsinterplay among spin, charge, lattice, and orbital degrees of
freedom. Our group has been studying their behavior byneutron scattering technique with use of pulse and steadysource neutron beams, and the triple axis neutron spectrometer
owned by the ISSP is shown in the left figure below. The holedoping dependences of the incommensurability and the transition temperature of the stripe ordering for the 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 maxima at x
= 1/3, and they decrease beyond x = 1/3. Beyond x=1/2, the Ni
system gradually becomes metallic and shows the insulator tometal transition at x~0.9. Recent pulse neutron studies on Ni
and Co systems revealed that the unusual hour-glass type spin
excitations exist in these 2 dimensional transition metal oxides,
and our group is studying such unusual spin dynamics and theirrelation to the transport properties with using pulse and reactorsource inelastic neutron spectrometers.

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盛んに研究されてきている。当研究室では、大強度陽子加速器施設 (J-PARC) の加速器や日本原子力研究開発機
構 (JAEA) の研究炉で発生される中性子ビームを用いて中性子散乱と呼ばれる研究手法により、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 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、高温超伝導銅酸化物の一つである La2-x Sr xCuO4 と同型の結晶構造を持つ La2-x Sr x NiO4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。ストライプ秩序の形
成温度は x=1/3 で極大を示したあと減少に転ずる。また、
x=1/2 以上のさらに高ドープ濃度領域では、次第に電気抵抗が減少し x~0.9 付近で絶縁体―金属転移を示す。最近のパルス中性子を用いたスピンダイナミクスの研究によれば、
Ni や Co の 2 次元層状酸化物においても線形スピン波理論では解釈のつかない特異な砂時計型のスピン励起スペク
トルが観測されており、そのような異常なスピンダイナミクスと輸送現象、低次元性の関連を中性子非弾性散乱実験により研究している。

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たストライプ秩序のドー
プ濃度依存性。ストライ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。

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 highlydoped La2-xSrxNiO4, which is an isomorphic compoundsof one of High Tc cuprate superconductors La2-xSrxCuO4.
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 levels off beyond x=1/2. The system gradually becomes metallic and shows the insulator to metaltransition near x~0.9.

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. 中心対称性の欠損した超伝導体における磁気秩序とスピンダイナミクスの研究
Neutron scattering study of spin sturucture and dynamics in noncentrosymmetric magnetic superconductors

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山室研究室

山室

修

YAMAMURO, Osamu

Yamamuro Group教授

Professor

本研究室では複雑凝縮系の化学物理を研究している。現

古府

麻衣子

KOFU, Maiko

助教

Research Associate

We are studying chemical physics of complex condensed
matters, especially glasses and supercooled liquids, water andrelated materials, ionic liquids, hydrogen storage solids andsingle molecule magnets (SMMs). Glass transition is a mysterious phenomenon in which liquids solidify without structuralchange. This is one of big and long-standing issues in physics.
Water, which is the most familiar material for us, exhibits various
unique phenomena caused by hydrogen bonds. Ionic liquids
have many interesting properties originating from competing
electrostatic and van der Waals interactions. Hydrogen in solids
exhibits classical and/or quantum (tunneling) diffusion dependently on potential energy surfaces. SMMs are significant not
only for applications but also for basic physical properties suchas quantum effects on magnetization reversal. These substances
are investigated from neutron scattering, x-ray diffraction, heat
capacity, and dielectric measurements. Our aim is to find simple(?) rules involved in complex systems from the three different
points of view, i.e., structure, dynamics, and thermodynamic.

在の主な対象は、ガラス・過冷却液体、水およびその関連
物質、イオン液体、水素吸蔵固体、単分子磁石である。ガラス転移は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、物性物理学の長年の大問題の一つである。水は最も身近な物質の一つであるが、水素結合が織りなす種々の特異物性を示す。イオン液体では、
静電力とファンデルワー
ルス力の競合から、様々な新しい物性が現れる。固体中の水素は、ポテンシャル面によって古典拡散と量子（トンネル）
拡散を起こす。単分子磁石は高密度磁気記録媒体などの応用面だけでなく、磁化反転の量子効果など基礎物性面でも興味深い。これらの物質に対して、中性子散乱、Ｘ線回折、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。

パラジウム水素化物の熱容量。水素運動の凍結によるガラス転移が現れた。右上図
はガラス転移温度の組成依存性、右下図は結晶構造の模式図。

希土類単分子磁石の磁化反転による中性子準弾性散乱スペクトル。ローレンツ関数
でフィットすることにより緩和時間が得られる。挿入図は分子構造を示す。

Heat capacities of palladium hydrides. Glass transitions due to the freezing ofhydrogen motions appeared. Upper-right and lower-right figures represent
the composition dependence of Tg and the crystal structure, respectively.

Quasielastic neutron scattering spectra due to the magnetic reversal of arare-earth based molecule magnet. The relaxation times are obtained by fitting the data to Lorentz functions. The inset shows the molecular structure.

研究テーマ Research Subjects
1.   ガラス転移、ボゾンピークなどの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（含水多孔性結晶など）の構造とダイナミクス
Structure and dynamics of water and related materials such as hydrated porous crystals
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. 水素吸蔵固体の熱力学的性質とダイナミクス
Thermal and dynamical properties of hydrogen storage solids
5 単分子磁石のスピンダイナミクス
Spin dynamics of single molecule magnets

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益田研究室

益田

隆嗣

MASUDA, Takatsugu

Masuda Group

准教授

Associate Professor

本研究室は、低次元スピン系やフラストレーション系など

左右田稔

SODA, Minoru

助教

Research Associate

One of the research goals in our group is to find a novel
quantum phenomenon and to reveal its mechanism in
low-dimensional spin magnets and frustrated magnets. Strong
quantum fluctuation or geometrical frustration disturbs
the development of trivial magnetic states and induces a
non-trivial quantum state. Furthermore such a state is sensitive to a small perturbation and, thus, the area is frontier ofquantum phenomena. Our research topic includes spin liquid,
RVB, Cuboc structure, skyrmion lattice, etc. Another goal is toobserve a new magnetoelectric effect in multiferroic compounds
and/or relaxor magnets. Particularly we focus on the microscopic mechanism in the system where the macroscopic
thermodynamic quantities are controlled by non-conjugate
field. Figure is an example of our study identifying the existenceof antiferronematic interaction in a multiferroic compound bycombination of neutron scattering technique and magnetization
measurement.

における新しい量子現象・量子状態を実験的に発見することを目標の一つとしている。強い量子性や幾何学的フラスト
レーションは、自明な古典的秩序状態を阻害し量子状態が基底状態となる上に、小さな摂動に敏感なため、低次元ス
ピン系やフラストレーション系は量子現象開拓のフロンティ
アとなっている。我々は、スピン液体、RVB、キューボック
構造、スキルミオン格子等、新しい磁気状態を意識した研究を行っている。もう一つの興味の対象は、
マルチフェロイッ
ク系やリラクサー磁性体などにおける、新しい電気磁気効果である。とりわけマクロな熱力学量が非共役な外場によりコントロールされる系において、ミクロにはどのような状態が実現しているかを明らかにすることを、目標としている。図は、マルチフェロイクス物質において、反強的ネマティック相互作用が存在していることを、中性子実験と磁化測定から明らかにした例である。

a、マルチフェロイクス性を示す２次元反強磁性体 Ba2CoGe2O7 の結晶構造。b、Ba2CoGe2O7 のスピン双極子、ネマティックオペレータ OXY、および電気分極秩序 . 赤い矢印がスピン双極子、円が電気分極、クローバーがネマティックオペレータを表す。c、中性子散乱スペクトル。0.1meVの異方性ギャップはアンチフェロネマティック相互作用の存在により説明される。d、磁化率 dM/dH の角度依存性の実験データおよび計算結果 . アンチフェロネマティック相互作用を考慮した計算と実験結果はコン
システントである。

a, Crystal structure of Ba 2 CoGe 2 O 7 . b, Structures of spin
dipoles, spin nematic operator OXY , and electric polarizations in
Ba2CoGe2O7. Red arrows are spin dipoles and open circles withcrosses and small filled circles indicate the directions of electric
polarization calculated by using the relation between spin nematic
operator and electric polarization. Two-tone clovers are nematic
operators. c, Inelastic neutron scattering spectrum. Anisotropy gapof 0.1 meV is explained by antiferro-nematic interaction. d, Angular dependence of magnetic susceptibility dM/dH. Calculation
including antiferro-nematic interaction and experimental data areconsistent.

研究テーマ Research Subjects
1.   量子磁性体及びフラストレート磁性体の磁気構造と磁気励起
Magnetic structure and excitations in frustrated magnets and quantum magnets
2. マルチフェロイクス
Multiferroics
3. 酸素超結晶の磁気励起
Magnetic excitation in supercrystal of oxygen molecule in nanoporous metal complex

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中性子科学研究施設

Neutron Science Laboratory

寺崎研究室

寺崎

一郎

TERASAKI, Ichiro

Terasaki Group

客員教授

Visiting Professor

固体を構成する膨大な数の原子・電子が集団的に引き起

An enormous number of atoms and electrons in solids
collectively cause various properties, which are called emergent
properties. To understand and control these is one of the goals incondensed matter physics. In particular, an emergent property thatlargely responds to a small external impetus is called “function.”
Terasaki Group designs and synthesizes new materials with novel
functions through making full use of the cutting-edge science andtechnology, and tries to contribute to developments in physics.
Recently we have extensively studied (1) huge magnetic andthermoelectric responses due to the spin-state control in thecobalt oxides, (2) thermoelectric energy conversion by photodoped carriers, (3) intrinsically non-equilibrium state of matterin the Mott insulators under a dc electric current flow, and(4) design and synthesis of new ferroelectric materials due tobending of oxygen networks. A feature of the research style isthat we construct a new measurement system properly adjusted
to a new material properly tailored.

こす様々な性質は創発性と呼ばれ、その理解と制御が物性物
理学の大きな目標である。特に、外部からの刺激に対して特異的に大きな反応を示す創発性は、我々の生活に役に立てることができ、それらは物質の「機能」と呼ばれる。寺崎研究室は、最新の物理学の成果を駆使し、未知の機能をもった新物質を設計・合成することによって、物質の物理学を進歩させることを目的とする研究室である。
最近は、コバルト酸化物のスピン状態制御による巨大な熱電応答・磁気応答の創成、光ドーピングによる熱電変換効
果の探索、直流電流通電下のモット絶縁体における本質的非平衡効果の精密測定と解析、酸素ネットワークの屈曲による新規誘電体の設計と合成に力を入れている。研究に最適な試料の合成と、最適な計測システムの構築を同時に行っていることが特徴である。

中性子科学研究施設

Neutron Science Laboratory

佐藤研究室

佐藤

卓

SATO, Taku J

Sato Group

客員教授

Visiting Professor

eV エネルギー領域の中性子を用いた中性子非弾性散乱

Neutron scattering experiment in the eV energy region is
the forefront of the neutron science; we utilize such epithermal neutrons to investigate unconventional superconductors,
magnetic materials and also spin-split electron systems.
Conventional reactor based neutron sources generate cold andthermal neutrons effectively, and hence, low-energy excitations incondensed matters have been studied extensively to date. On theother hand, the recently constructed spallation neutron sources,
such as J-PARC, provide higher-energy (eV region) neutrons
quite efficiently. Along with the source technology advancement,
high-energy-resolution spectrometers have been also built; oneoutstanding example is the high-energy chopper spectrometer(HRC) co-constructed by ISSP and KEK. Such a combination of
spallation source and high-energy-resolution spectrometer enables
us to explore much wider energy range as compared to the earlier
inelastic techniques. We will use this newly developed technique toinvestigate spin and electron excitations in various novel materials,
such as Iron superconductors, and spin-split band electron systems.

測定を行なう事により、超伝導体、磁性体等の高エネルギー
磁気励起やスピン依存の電子励起等の観測を目指した研究を行っている。
これまでの原子炉中性子源では熱中性子および冷中性子が効率よく得られ、それらを用いた低エネルギー物性研究が発展してきた。一方で、近年我が国で稼働を始めた J-PARC
加速器中性子源ではより高い eV エネルギー領域までの中性子が効率よく得られる。さらに物性研究所が KEK と共同で建設した高分解能チョッパー分光器 (HRC) では、このような高エネルギー中性子を入射中性子として使用し、さらに高い
エネルギー分解能を達成する事で、これまでに無い広大なエネルギー領域での中性子非弾性散乱が可能になった。我々はこのような分光器を最大限活用する事で鉄系超伝導体やス
ピン偏極電子バンド構造等の観測をおこなう。

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中性子科学研究施設

Neutron Science Laboratory

ロノウ研究室

ロノウ

ヘンリック

モディソン

RONNOW, Henrik Moodysson

Ronnow Group

外国人客員教授

Visiting Professor

私たちのグループでは磁性体と強相関系の量子効果につLaboratory for Quantum Magnetism (LQM) investigates
quantum effects in magnets and strongly correlated electron
systems. We combine synthesis, in-house low-temperatureexperiments, neutron and X-ray spectroscopy and theory.
Recent focal points include spinon-excitations in 1D and 2D
Heisenberg antiferromagnets. Purely dipolar coupled model
magnets exhibiting quantum phase transitions and spin-glassiness. Electric field control of topological magnetic textures skyrmions, and magnetic fluctuations in unconventional superconductors and their parent compounds.

いての研究を行っています。物質合成、低温実験、中性子
および X 線分光、さらには理論的手法を総合的に用いています。最近注目しているテーマは、1 次元および 2 次元反強磁性体のスピノン励起、ダイポール相互作用のみが働く系における量子相転移、電場によるトポロジカルな磁気テクスチャであるスカーミオンの電場コントロール、超伝導体およびその母物質における磁気揺らぎです。

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

国際超強磁場科学研究施設
International MegaGauss Science Laboratory
当施設では、パルスマグネットによっ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）の性質を変化させてその電子状態を調べている。また、極限的な強磁場を用いた新物質相の探索も行っている。非破壊的に発生する磁場は 80 テスラ程度まで、破壊的な手法（一巻コ
イル法および電磁濃縮法）では 730 テスラまでが発生可能である。非破壊パルスマグネットは、精密な物性計測（電気伝導、光学、磁化測定など）、
他の極限物理環境（高圧、低温）と組み合わせた実験、また国内外の強い磁場を必要とする物性科学の研究に幅広く利用されている。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強力に推進している。他方、破壊型装置では、100 テスラ以上での超強磁場という量
子極限状態での新しい物性を探索する研究を行っており、電磁濃縮法による 1000 テスラの発生に向けた開発も進行中である。

教授（施設長）嶽山教

授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, and up to 730 Teslaby destructive (the single turn coil and the electromagnetic flux compression) methods. The former
serves for the physical precision measurements (theelectro-conductance, the optics, and the magnetization). The multiple extreme physical conditions
combining the strong magnetic field with ultra-low
temperature and ultra-high pressure are also available,
and are open for domestic as well as for international
scientists. The magnet technologies are intensively
devoted to developments for the quasi-steady longpulse magnet (an order of 1-10 sec) energized by theworld largest DC generator (210 MJ), and also toa 100 Tesla class nondestructive magnet. Whereas,
the explosive pulse magnets capable of generatingover 100 T are oriented for new horizons in materialscience under such extreme quantum limit conditions. Development for 1000 T-generation by meansof the electro-magnetic flux compression method is
also our mission.

正二郎

助

教

近藤

晃弘

技術専門職員

川口

孝志

金道

浩一

助

教

中村

大輔

技術専門職員

澤部

博信

准教授

徳永

将史

助

教

三宅

厚志

技術専門職員

松尾

晶

准教授

松田

康弘

助

教

池田

暁彦

学術支援専門職員

中澤

徳郎

准教授 *

長田

俊人

特任助教

小濱

芳允

学術支援専門職員

添田

邦裕

技術補佐員

大矢

孝一

Professor (Director) TAKEYAMA, Shojiro
Professor

KINDO, Koichi

Research Associate
Research Associate

Associate Professor TOKUNAGA, Masashi
Associate Professor MATSUDA, Yasuhiro
Associate Professor OSADA, Toshihito

Research Associate
Research Associate

KONDO, Akihiro
NAKAMURA, Daisuke
MIHYAKE, Atsushi
IKEDA, Akihiko

Project Research Associate KOHAMA, Yoshimitsu* 極限環境物性研究部門と併任 / concurrent with Division of Physics in Extreme Conditions

Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Staff

KAWAGUCHI, Koushi
SAWABE, Hironobu
MATSUO, Akira
NAKAZAWA, Tokurou
SOEDA, Kunihiro
OYA, Kouichi

電磁濃縮超強磁場発生装置が新規導入され 特任研究員
坂井 義和
た。実験室中央に位置するのは 50 kV, 5MJ Project Researcher
SAKAI, Yoshikazuの主コンデンサバンクで、1000 T の超強磁
周 偉航
特任研究員
場発生が可能な設計となっている。横に配置
ZHOU, Weihang
されたのは同じく 50 kV、2MJ のコンデン Project Researcher
サバンクであり、簡易型の電磁濃縮装置に電流を供給する。600 T 程度の超強磁場発生が可能な設計となっている。電磁濃縮の初期磁場発生コイル用として、20kV、2MJ 副コンデンサバンクが新規設置、より強い初期磁場が得られる。

Newly installed electro-magnetic flux compression (EMFC) system. The new EMFC
generator energized by the 10 modules of 50 kV condensers, all together 5 MJ, isdesigned to generate 1000 T ultra-high magnetic fields. Another 2 MJ main condenser
modules are used to inject an energy to the relatively light EMFC system for frequentuse, but capable of generating around 600 T. The seed field coils, generating the initial
magnetic field, which is compressed by the EMFC, are connected to the sub condenserbank modules of 20 kV, 2 MJ.

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国際超強磁場科学研究施設

International MegaGauss Science Laboratory
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嶽山研究室

嶽山

正二郎

TAKEYAMA, Shojiro

Takeyama Group教授

Professor

１００テスラ以上の超強磁場発生技術開発とそのような極中村大輔

NAKAMURA, Daisuke

助教

Research Associate

We are engaged in development for generating ultra-highmagnetic fields above 100 T, and pursue the solid-state science
realized under such an extreme condition. We employ two
methods for the ultra-high magnetic field generation, one is theelectro-magnetic flux compression (EMFC) and the other is the
single-turn coil (STC) method. We have established a new typeof coil for the EMFC, and currently the maximum magnetic field
is 730 T. This value is the highest achieved thus far in an indoor
setting in the world. Further development is underway forachieving much higher fields, more precise and reliable measurements for the solid-state physics. The horizontal and vertical(H- and V-) STCs are used for more precise measurements up to
300 T, respectively, in accordance with their magnetic field axes.
The H-STC is mainly used for magneto-optical measurements
by use of laser optics, whilst the V-STC is more suitable for the
study of low-temperature magnetization in a cryogenic bath. We
are conducting the studies on magneto-optics of carbon nanomaterials or of semiconductor nano-structures as well as on thecritical magnetic fields in superconducting materials and on thehigh-field magnetization processes of the magnetic materials
with highly frustrated quantum spin systems.

限環境下で発現する物性の探索的研究を行っている。磁場の発生方法として、電磁エネルギーを利用して磁束濃縮を行う「電磁濃縮法」と一巻き銅コイルに高速大電流を投入して超強磁場を発生する「一巻きコイル法」を採用している。
「電磁濃縮法」では、すでに室内世界最高磁場発生 730 テス
ラを実現しているが、更に高い磁場発生とより精度と信頼度を高めた物性計測を目指した研究開発を進めている。
「一巻
きコイル法」では、発生磁場の方向により、横および縦型をそれぞれ有し、横型は主にレーザーを用いた磁気光学測定に、縦型では極低温容器と組み合わせた低温磁化測定、
光ファイバーを利用した磁気光学測定に用いている。
「一巻
きコイル法」では再現性と高い測定精度が得られ、およそ300 テスラまで物性実験を行っている。当研究室では、このような超強磁場量子極限環境下で、カーボンナノチューブ、
グラフェンや半導体ナノ構造での超強磁場磁気光学による電子状態の解明、超伝導体の臨界磁場、フラストレート量
子スピン磁性体などの超強磁場磁化過程の解明などを進めている。

銅酸化物高温超伝導体
La1.84Sr0.16CuO4 の温度－
磁場相図。高周波電気伝導度から見積もられた上部臨
界磁場の値が示されている( ○ : 一巻きコイル法、 □ :非破壊パルスマグネット )。
カラーマップは高周波プ
ローブ信号の振幅の変化を示 す。 点 線 は WerthamerHelfand-Hohenberg(WHH) 理論による上部臨界
磁場曲線のフィッティング
結果であり、パウリ効果が上部臨界磁場を決める要因になっている。

新しく開発された電磁濃縮法の超強磁場発 生 装 置。5MJ の
高速コンデンサバン
クから送り出される
大電流 (max 8 MA)が集電板を経由して主コイルに流れる。
最大充電電圧や残留インピーダンスなどの装置の性能が向上
し た こ と で , 1000
T の室内実験世界最高磁場発生途物性計
測の確立を目指す。

Newly-developed ultra-high magnetic field generator of the electromagnetic flux compression method. The 5MJ fast condenser bank is capableof supplying maximum electrical current of amount to 8 mega-ampere,
which is injected to a primary coil through the collector plate. By upgrading
the performance such as the maximum charging voltage and the residual
impedance, ultra-high magnetic fields up to 1000 T are planned to generate.

The temperature-magnetic field phase diagram of the cuprate superconductor La1.84Sr0.16CuO4. The open symbols are the upper critical field evaluatedfrom the high-frequency electrical conductivity measurement ( ○ : singleturn coil, □ : non-destructive pulsed magnet). The intensity map shows theevolution of the high-frequency probe signal. The dashed curve is a fitting
curve of the upper critical field by the Werthamer-Helfand-Hohenberg(WHH) theory. The upper critical field is determined by the Pauli effect inthis material.

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
Technical developments for destructive ultra-high magnetic field magnets and for solid-state physics measurements
2. 超強磁場磁気光学効果
Magneto-optics in ultra-high magnetic fields
3. 超強磁場磁化過程、超伝導体の臨界磁場
Magnetization processes of magnetic materials and the critical magnetic field in superconducting materials in ultra-high magnetic fields

61
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国際超強磁場科学研究施設

International MegaGauss Science Laboratory
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labs/kindo_group.html

金道研究室

金道

浩一

KINDO, Koichi

教授

Kindo Group

Professor

当施 設に設 置されたコンデンサー電 源およびフライホ

近藤晃弘

KONDO, Akihiro

助教

Research Associate

小濱

芳允

KOHAMA, Yoshimitsu

特任助教

Project Research Associate

We carry out precise measurements under non-destructive
pulsed high magnetic fields that are generated by capacitor
banks and flywheel DC generator installed at the facility. Various
magnets have been developed at user’s requests. Up to now,available field conditions for users are as follows.
1. Short pulse magnet: Pulse duration 5 ms, maximum field 75 T
2. Mid pulse magnet: Pulse duration 30 ms, maximum field 65 T
3. Long pulse magnet: Pulse duration 1 sec, maximum field 36 T
Short pulse magnet is used mainly for magnetization measurements on insulating materials and Mid pulse magnet is used forvarious measurements on metallic materials. Our magnet has
been breaking the world record of non-destructive mono-coilfield and we continue to develop a new magnet aiming at the
new world record of 100 T. We have installed the flywheel DC
generator on May 2008. The generator enables us to generate
long pulsed field with the duration of 1 second. The Long pulsed
field is used for the heat capacity measurement under high field
and the ρ-T measurement can be done by use of flat-top field.
Higher long pulsed field are under development.

イール付き直流発電機を用いて、非破壊で強磁場を発生し、 その 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 5 ミリ秒、最大磁場 75 テスラ②ミッドパルスマグネット：パルス幅 30 ミリ秒、最大磁場 65 テスラ③ロングパルスマグネット：パルス幅約 1 秒、最大磁場 36 テスラ
ショートパルスマグネットは主に絶縁体の磁化測定などに用いられ、ミッドパルスマグネットは金属的な試料の測定に用いられている。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（単パルス）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。平成 20 年
5 月より世界最大のフライホイール付き直流発電機の運転が始まり、これを電源として用いることでパルス幅が 1 秒の磁場発生が可能となった。これを用いて磁場中比熱測定を行っている。またフラットトップ磁場を発生することにより強磁場下の ρ -T 測定も可能になった。もっと強磁場を発生出来る
ロングパルスマグネットの開発も進行中である。

ショートパルスマグネットの磁場波形。非破壊単パルスでの 85T は世界最高記録。
このマグネットを 75T の測定用としてユーザーに提供している。

ロングパルスマグネットの磁場波形。現在の最大磁場は 36T。このマグネットを磁場中比熱測定用としてユーザーに提供している。

Profile of magnetic field for Short pulse magnet. The maximum field of
85T is the highest record for mono-coil field. This magnet is used for the
75T-measurements as a user’s coil.

Profiles of magnetic field for Long pulse magnet. The maximum field of
36 T is used for the heat capacity-measurements under high field.

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

62
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

国際超強磁場科学研究施設

International MegaGauss Science Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/tokunaga_group.html

徳永研究室

徳永

将史

TOKUNAGA, Masashi

Tokunaga Group

准教授

Associate Professor

磁場は電子のスピン、軌道および位相に直接作用する外三宅厚志

MIYAKE, Atsushi

助教

Research Associate

Magnetic fields have been extensively used in broad research
fields of solid state physics because they can directly tune thespins, orbitals and phases of the electrons. We study various
kinds of phase transitions in high magnetic fields with using
non-destructive pulse magnets and various experimental
techniques; e.g. magnetization, magnetoresistance, electric
polarization, polarizing optical microscopy, and so on.
As one of our recent projects, we focus on the phase transitions of semimetals in the quantum limit state. Owing to thesmall carrier density, some semimetals can go into the quantum
limit state, in which all the carriers occupy only the lowest
Landau level, in the field range accessible by pulse magnets.
Our magnetic and transport measurements on graphite, which
is known as a typical semimetal, suggest the emergence of thequantum limit state above about 53 T. The non-monotonic
increase in the resistance at the higher field indicates the
emergence of a novel electronic phase above 53 T. We arecarrying out various experiments on graphite to make clear thenature of this novel phase.

場であり、物性物理学の幅広い研究分野で不可欠な外場である。我々は瞬間的にのみ発生可能な強磁場環境下において、磁化、磁気抵抗、電気分極、偏光顕微鏡観察など多岐にわたる測定手段を駆使して、強磁場下で起こる様々な相転移の研究を行っている。
最近我々が注目しているテーマの一つに量子極限状態にある半金属の相転移がある。キャリア数の少ない半金属では、パルスマグネットで発生可能な磁場範囲で、すべてのキャ
リアが最低ランダウ準位のみを占有する量子極限状態が実現できる。我々は代表的半金属として知られているグラファ
イトに対して最大 75 T までのパルス強磁場下における磁気抵抗、ホール抵抗および磁化測定を行った。その結果は53 T 付近で量子極限状態が実現していることを示唆しており、より強磁場では量子極限状態における新たな電子相の出現を示す電気抵抗の非単調な増大が観測されている。この新たな相の解明に向けて現在多方面からの実験を遂行している。

パルス強磁場下で測定した単結晶グラファイトの（上図）面内（ρxx）および面間（ρzz）
磁気抵抗と（下図）面内のホール効果（ρxy）。磁場は c 軸方向に印加した。下図の挿入図は約 53 T でフェルミ面と交差していると考えられる２本のランダウサブバ
ンドの分散関係。53 T 以上の量子極限状態で観測された ρzz の非単調な増大は新たな密度波相の出現を示唆している。

(top) in-plane (ρ xx ) and out-of-plane (ρ zz ) magnetoresisitance and(bottom) in-plane Hall resistance (ρ xy ) of single crystals of graphite
measured in pulsed high magnetic fields applied along the c-axis. The inset
in the lower figure schematically shows the expected dispersion relation of
the two Landau subbands crossing the Fermi energy. Anomalous increase ofthe ρzz in this quantum limit state suggests the emergence of another density
wave state above 53 T.

研究テーマ Research Subjects
1.   マルチフェロイック物質の磁場誘起相転移
Field-induced transitions in multiferroic materials
2. 量子極限状態における電子相転移
Electronic phase transitions in the quantum limit state
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. 高温超伝導体の強磁場物性
High-field studies on high temperature superconductors

63
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

国際超強磁場科学研究施設

International MegaGauss Science Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/y._matsuda_group.html

松田康弘研究室松田康弘

MATSUDA, Yasuhiro

Y. Matsuda Group

准教授

Associate Professor

本研究室では嶽山研究室と連携し、磁場誘起相転移や

池田暁彦

IKEDA, Akihiko

助教

Research Associate

We have been studying the electronic and magnetic properties of matter in ultrahigh magnetic fields exceeding 100 T in
collaboration with Takeyama Group. Magnetic-field-induced
phase transitions and crossover phenomena in strongly correlated systems are the main subjects.
Magnetic field can precisely control the electronic states
through the Zeeman effect and Landau quantization. In ISSP, a
700-Tesla magnetic field is generated by the electromagnetic flux
compression technique. Since the Zeeman energy in such a highfield is larger than the energy corresponding to a room temperature, significant field effects are expected. Specifically, thefollowing subjects are studied: (1) Novel magnetic-field-induced
phase of solid oxygen, (2) Magnetic-field-induced insulator–
metal transition, (3) Magnetization process of quantum spin
systems, and (4) Electronic states of heavy fermions in highmagnetic fields. We also carry out the X-ray magneto-spectroscopy in pulsed high magnetic fields using synchrotron X-rays
at the SPring-8 and KEK-PF. Element- and shell-selective X-ray
magneto-spectroscopy is expected to uncover the microscopic
mechanism of magnetic-field-induced phenomena.

クロスオーバー現象を中心に、100 テスラを超える超強磁場領域での固体の電子・磁気物性の研究を行っている。物性研究所の電磁濃縮法は 700 テスラ級の超強磁場発生が可能であり、その際のゼーマンエネルギーは温度換算で室温を大きく超えるため、多くの物質で顕著な磁場効果が期待できる。 具体的には、(1) 固体酸素の磁場誘起新規相の解明、(2) 磁場誘起絶縁体 - 金属転移、(3) 低次元量子スピン系の強磁場磁化過程、(4) 重い電子系の磁場中電子状態、などの研究を行っている。また、SPring-8 や KEK-PF において非破壊型パルス強磁場を用いた 40 T 程度での X 線吸収分光や X 線磁気円二色性分光の研究も行っており、そこからは微視的な視点から磁場誘起現象の理解が得られると期待できる。

固体酸素 α 相から強磁場新規相への磁気光吸収スペクトルの変化。上図は磁場波形。

価数揺動物質 α-YbAlB4 の超強磁場磁化過程。挿入図は磁化の磁場微分の磁場依
存性

Magnetotransmission spectra image at the field-induced phase transition
from the α phase to novel phase of solid oxygen. The upper panel shows the
waveform of the magnetic field.

Ultrahigh magnetic field magnetization process in a valence fluctuating
compound α-YbAlB4. The field derivative of the magnetization is plotted asa function of magnetic field in the inset.

研究テーマ Research Subjects

1.   固体酸素の磁場誘起新規相の解明
Study of the magnetic-field-induced novel phase of solid oxygen
2. 磁場誘起絶縁体 - 金属転移
Magnetic field-induced insulator–metal transition
3. 低次元量子スピン系の強磁場磁化過程
Magnetization process of quantum spin systems
4. 重い電子系の磁場中電子状態
Electronic states of heavy fermions in high magnetic fields

64
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

計算物質科学研究センター
Center of Computational Materials Science
京コンピュータに代表される近年のコンピュータ

As symbolized by the K-computer, massively
parallel computation is actively used for solving
problems in materials science in recent years. In
fact, computer-aided science has been providing
answers to many problems ranging from the mostfundamental ones, such as critical phenomena inquantum magnets, superconductors, and superfluids,
to the ones with direct industrial applications, suchas semiconductor devices and electrode chemical
reactions in batteries. Due to the recent hardware
trends, it is now crucial to develop a method forbreaking up our computational task and distributeit to many computing units. In order to solve thisproblem in an organized way, we coordinate theuse of the computational resources available to ourcommunity, including “K-computer” and ISSP supercomputers. We also support the activities of CMSI,
an organization of the materials science community.
In particular, we operate the web site, MateriApps,
which offers easy access to various existing codes inmaterials science as well as cooperative code-development environments. In addition, we are also leadingthese activities to solutions to problems with more
direct social impacts such as substitutions of rareelements.

ハードウェアの発展にともなって、大規模数値計
算による物質科学へのアプローチが盛んである。
コンピュータを利用した精密な物性予測によって、磁性体・超伝導・超流動における量子臨界現象など物性物理学の基礎的な問題から、半導体デバ
イス設計や燃料電池における電極 反応など近い
将来産業応用に結びつくことが期待される応用問
題に至るまで、広い範囲において重要な成果が挙がっている。近年のハードウェアの多階層化・並列化により、プログラマには多くのコアに効果的に計算を分業させる工夫が必要であり、このことが計算物質科学研究における挑戦課題となっている。本センターでは、「京」や、物性研究所共同
利用スパコンを始めとする様々な計算資源を活用して、この課題に組織的に取り組んでいる。そのために、計算物質科学コミュニティの組織である
計算物質科学イニシアティブ（CMSI）の活動を支援し、コミュニティソフトウェア開発・普及のためのサイト MateriApps の開発・運用を行っている。
また、こうした大規模並列計算を希少元素の代替や有効活用という社会的問題解決へとつなげる試みも行っている。
教 授*

髙田

康民

助

教*

野口

教授
（副センター長）**

川島

直輝

助

教 **

芝

教授
（センター長）***

常行

真司

助

教 **

渡辺

特任教授

赤井

久純

助

教 **

特任教授

尾崎

泰助

助

准教授 *

杉野

Professor

特任研究員

古宇田

光

特任研究員

大久保

毅

宙志

特任研究員

河野

貴久

笠松

秀輔

特任研究員

坂下

達哉

教 **

森田

悟史

特任研究員

趙 滙海

修

技術専門職員

山崎

淳

特任研究員

吉澤

野口

博司

学術支援専門職員 三浦

淳子

特任研究員

五十嵐

藤堂

眞治

学術支援専門職員 早川

雅代

特任研究員

土居

特任研究員

チュオンヴィンチュオン ズイ

特任研究員

エムディー・モシュール ラハマン

特任研究員

ファム ティエンラム

TAKADA, Yasutami

Professor (Deputy Director) KAWASHIMA, Naoki
Professor (Director)
Project Professor
Project Professor
Associate Professor

准教授 **

Associate Professor

准教授 ***

Associate Professor

TSUNEYUKI, Shinji
AKAI, Hisazumi
OZAKI, Taisuke

SUGINO, Osamu
NOGUCHI, Hiroshi
TODO, Synge

良史

Research Associate NOGUCHI, Yoshifumi

隼人

Research Associate SHIBA, Hayato
Research Associate WATANABE, Hiroshi
Research Associate KASAMATSU, Shusuke
Research Associate MORITA, Satoshi
Technical Associate YAMAZAKI, Jun
Technical Associate MIURA, Atsuko
Technical Associate HAYAKAWA, Masayo

Project Researcher KOUTA, Hikaru

Project Researcher OKUBO, Tsuyoshi
Project Researcher KOUNO, Takahisa
Project Researcher SAKASHITA, Tatsuya
Project Researcher ZHAO, Hui-Hai

香奈子

Project Researcher YOSHIZAWA, Kanako

亮

Project Researcher IGARASHI, Ryo

抄太郎

Project Researcher DOI, Shotaro

Project Researcher TRUONG VINH TRUONG, Duy
Project Researcher MD. MOSHIOUR, Rahaman

  * 物性理論研究部門と併任 /concurrent with Division of Condenced Matter Theory
Project Researcher PHAM, Tien Lam** 物質設計評価施設と併任 /concurrent with Materials Design and Characterization Laboratory*** 理学系研究科物理学専攻と兼任 / concurrent with Physics Department, Graduate School of Science65
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

計算物質科学研究センター

Center of Computational Materials Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/akai_group.html

赤井研究室

赤井

久純

AKAI, Hisazumi

Akai Group

特任教授

Project Professor

計算機マテリアルデザインは量子デザイン（量子力学に基Our main objective is to theoretically produce new functionality materials by means of computational materials design(CMD). In particular, the development of new high-performance permanent magnets is one of our main targets. CMD
aims at to design materials and/or structures on the basis ofquantum mechanics. This corresponds to the inverse problem ofquantum simulation. In general, solving such a problem is very
difficult, but in the case of CMD we can solve this by making
use of the knowledge, which is obtained through quantum
simulations, about underlying mechanisms that realize a specificfeature of materials. In this regards, the developments of new
methods of quantum simulation are also our very important
subjects. Among them are developments of methods of accurate
first-principles electronic structure calculations in general, firstprinciples non-equilibrium Green’s function method, screened
KKR-method that realizes exact order-N calculation for hugesystems, and the methods beyond LDA.

づいて、与えられた物性や機能を有する物資・構造を推論すること）によって実行される。このような問題を解く事は一般に困難であるが、量子物質デザインの場合、量子シミュレー
ションを繰り返し、物性発現の機構を計算機実験によって明らかにすることによって解くことができる。計算機マテリアルデ
ザインによる、金属、半導体、金属間化合物をおよびそれらのナノ構造を用いた高機能材料の理論的開発を研究テーマとしている。特に、高性能永久磁石の創成が重要な課題の一つである。このような量子デザイン、量子シミュレーションに
おいては手法の開発も重要な研究課題であり、高精度第一原理計算手法の開発とともに、KKR グリーン関数法に基づいた第一原理非平衡グリーン関数法の開発、オーダー N 計算を実現する遮蔽 KKR 法、密度汎関数法に対するより良い近似的の開発等を推進している。

新しいタイプの永久磁石材料 Sm2Fe17Nx の磁気異方性の N 濃度の依存性。N を増やすとともに磁気異方性が面内から一軸性に変化して永久磁石材料として使えるようになることが知られているが、第一原理計算によってその振る舞いが再現されている。

ZnS に Cr と Fe を固溶させると磁化がゼロであるにもかかわらずハーフメタルになるという特別な磁気状態が実現する。CMD によってデザインされたが、このほ
かにも CrFeS2 等の多くの金属間化合物系で出現が予言されている。

ZnS doped with Cr and Fe is predicted to be a half-metallic antiferromagnet(compensated ferri-magnet) (HM-AF). Also we have predicted that manyother intermetallic compounds such as CrFeS2 might be HM-AF.

The magnetic anisotropy energy (MAE) of a new type of magnet Sm2Fe17Nx.
The experimental observation that MAE changes its sign from in-plane touniaxial anisotropy, which is necessary for permanent magnets, is correctly
reproduced by our first-principles calculation.

研究テーマ Research Subjects
1.   第一原理電子状態計算
First-principles electronic structure calculation
2. 計算機マテリアルデザイン
Computational materials design (CMD)
3. KKR グリーン関数法とその応用
KKR Green's function method and its applications
4. 磁性と永久磁石の開発
Magnetism and development of new permanent magnets

66
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

計算物質科学研究センター

Center of Computational Materials Science
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/ozaki_group.html

尾崎研究室

尾崎

泰助

OZAKI, Taisuke

Ozaki Group

特任教授

Project Professor

近年の超並列計算機の発展と物質科学の精密化に伴い、In accordance with development of recent massively parallel
computers, first-principles calculations based on density
functional theories (DFT) have been playing a very importantrole in understanding and designing properties of a wide variety
of materials. We have been developing efficient and accurate
methods and software packages to extend applicability of DFT
to more realistic systems as discussed in industry. Although
the computational cost of the conventional DFT method scales
as the third power of number of atoms, we have developed an
O(N) Krylov subspace method, of which computational costscales only linearly, based on nearsightedness of electron. The
O(N) method enables us to simulate Li ion battery, structural
materials, and graphene nanoribbon based devices which cannot
be easily treated by the conventional method, and to directlycompare simulations with experiments. In addition to this, weare aiming at realization of materials design from first-principles. As a first step towards the materials design, we have been
trying to develop a method to predict complicated crystal structures based on machine learning techniques. Our continuous
methodological developments have been all implemented in
OpenMX (Open source package for Material eXplorer), which
has been released to public under GNU-GPL, and widely usedaround world for studies of a wide variety of materials.

第一原理電子状態計算の重要性が増している。我々は密度汎関数理論に基づき、より現実に近い系をより精密に取り扱うための新しい計算手法・ソフトウエアパッケージの開発に取り組んでいる。密度汎関数法の計算量は通常、系に含まれる原子数の三乗に比例するが、電子の近視性に着目し、計算量が原子数に比例するオーダー N クリロフ部分空間法を開発した。本手法により、これまで取り扱いが困難であったリチウムイオン電池、鉄鋼材料、グラフェンナノリボンデ
バイスの大規模第一原理シミュレーションが可能となり、実験との直接的な比較が可能となりつつある。さらに我々は実際の実験に先立って所望の化学的・物理的性質を持つ物質
を計算機上で設計する物質デザインを目標に掲げ、研究を進めている。そのための第一歩として機械学習の手法を用いて複雑な結晶構造を予測するための方法論の開発に取り組んでいる。また開発した計算プログラムをオープンソースソフ
トウエア OpenMX（Open source package for Material
eXplorer）として無償で一般公開し、国内外の研究者により多岐に亘る物質群の研究に広く用いられている。
オーダー N クリロ
フ部分空間法のアイデア。(1) 原子毎に有限距離内に含まれる原子から構成されるクラスターを構成
し、(2) さらにクラスターで定義される部分空間からクリロ
フ部分空間への射影を行う。(3) クリロフ部分空間内で固有値問題を解き、中心原子に関与するグリーン関数を計算した後、元の空間への逆変換を行う。

オーダー N クリロフ部分空間法で
得 ら れ た BCC 鉄 と NbC の 部 分
整 合 界 面 の 最 適 化 構 造。NaCl 構
造 の NbC(100) 面 と BCC 構 造 のFe(100) が Baker-Nutting の 関 係[010] NbC //[011] Fe , [001] NbC //―[011]Fe の結晶方位で部分整合界面を形成する。炭素原子と鉄原子の強い相互作用のために Fe 原子が C
原子に近づき、歪みが内部に及んでいることが分かる。

Underlying idea of the O(N) Krylov subspace method. (1) Constructionof truncated cluster for each atom by picking atoms up within a sphere. (2)Projection of the truncated subspace into a Krylov subspace. (3) Solutionof the eigenvalue problem in the Krylov subspace, calculation of Green’s
function associated with the central atom, and back-transformation to theoriginal space.

Optimized semi-coherent interface structure between BCC Fe and NbC by
the O(N) method. BCC Fe (100) and NbC(100) in the NaCl structure forms
semi-coherent interface
structure in the Baker-Nutting relation: [010]NbC//—[011]Fe, [001]NbC//[011]Fe. Iron atoms approaches to carbon atom due tostrong interaction between carbon and iron atoms, resulting in that structural strain affects into the inner part of iron.

研究テーマ Research Subjects

1.   第一原理電子状態計算における効率的計算手法・アルゴリズムの開発
Development of efficient methods and algorithms for first-principles electronic structure calculations
2. 第一原理電気伝導計算手法の開発
Development of first-principles electronic transport calculations
3. 二次元シリコン構造の第一原理電子状態計算
First-principles calculations of two-dimensional Si structures
4. 高性能磁石材料の構造・機能の探索
First-principles exploration of permanent magnet materials
5. OpenMX の開発と公開
Development of OpenMX

67
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

極限コヒーレント光科学研究センター
Laser and Synchrotron Research Center
極限コヒーレント光科学研究（LASOR）センター

Laser and Synchrotron Research (LASOR) Center
develops new lasers with extreme performance ofultra-precise, high intensity and ultra-short pulse
lasers. The cutting edge soft X-ray beamline is also
developed using synchrotron radiation. LASOR
center is responsible for the advanced spectroscopy,
such as ultra-high resolution photoemission, timeresolved, spin-resolved spectroscopy, diffraction, lightscattering, imaging, microscopy and fluorescence
spectroscopy, by new coherent light sources basedon laser and synchrotron technology over a wide
spectrum range from terahertz to X-ray. In LASOR
center, a variety of materials sciences for semiconductors, strongly-correlated materials, molecularmaterials, surface and interfaces, and bio-materials
are studied using advanced light sources andadvanced spectroscopy. The aim of LASOR center is
synthetic science for photon sciences and collaborations with materials science. Most of the research
activities on the development of new lasers with anextreme performance and the application to materialscience are studied in specially designed buildings D
and E with large clean rooms and the isolated floor in
Kashiwa Campus. On the other hand, the experiments
utilizing the synchrotron radiation are performed atbeamline BL07 in SPring-8 (Hyogo).

では、超精密レーザーや極短パルス、大強度レーザーなどの極限的なレーザーを開発すると共に、シンクロトロン放射光を用いた先端的軟 X 線ビー
ムラインを開発している。テラヘルツから真空紫
外線、軟 X 線までの広いエネルギー範囲の極限的な光源を用いて、超高分解能光電子分光、時間分解分光、スピン偏極分光、顕微分光、回折や光散乱、イメージング、発光分光などの新しい
最先端分光計測を開発している。一方、これらの極限的な光源や分光手法を用いて半導体、強相
関物質、有機物質、生体物質、表面、界面などの幅広い物性研究とその共同利用を行っている。
LASOR センターは、先端的な光科学とそれを用いた物質科学との共同研究、共同利用を目指す総合的なセンターである。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（D 棟）及び、真空紫外・軟 X 線レー
ザーの物性研究利用を主目的とした極限光科学棟（E 棟）を有し、光源開発とそれを用いた物性研究を行っている。兵庫県にある SPring-8 においてはシンクロトロン放射光を用いたビームライン
BL07 において軟 X 線分光の研究を行っている。
教

授

Professor

末元徹

SUEMOTO, Tohru

関川

太郎

技術専門員

福島

昭子

特任研究員

吉田

正裕

Technical Associate FUKUSHIMA, Akiko Project Researcher YOSHITA, Masahiro

教授（センター長）辛SHIN, Shik

Visiting Associate Professor ABUKAWA, Tadashi

准教授（客員）虻川匡司

技術専門職員 金井

輝人

特任研究員

金

教

高橋

敏男

助

教

藤澤

正美

技術専門職員 澁谷

孝

特任研究員

樋山

みやび

教授（副センター長）* 小森

文夫

助

教

白澤

徹郎

技術専門職員 原沢

あゆみ

特任研究員

北野

健太

助

教

助

Professor (Director)

授

Professor

埴

准教授（客員）Visiting Associate Professor SEKIKAWA, Taro

TAKAHASHI, Toshio Research Associate

Professor (Deputy Director) KOMORI, Fumio

Research Associate

FUJISAWA, Masami

Technical Associate KANAI, Teruto

Technical Associate SHIBUYA, Takashi

昌秀

Project Researcher KIM, Changsu

Project Researcher HIYAMA, Miyabi

SHIRASAWA, Tetsuroh Technical Associate HARASAWA, Ayumi Project Researcher KITANO, Kenta

Associate Professor

AKIYAMA, Hidefumi Research Associate

秋山

英文YAMAMOTO, Susumu Technical Associate KUDO, Hirofumi

山本達

技術専門職員 工藤

博文

特任研究員

ガイゼラ ヨスト ヘニング

准教授

松田

巌

教

石田

行章

技術専門職員 橋本

光博

特任研究員

玄

洪文

准教授

小林

洋平

助

教

矢治

光一郎

技術専門職員 伊藤

功

特任研究員

趙

智剛

准教授

板谷

ITATANI, Jiro

治郎

Research Associate

助

教

石井

順久

特任研究員

西谷

純一

特任研究員

シルバ アリサ

准教授

原田

慈久

助

教

宮脇

淳

特任研究員

谷内

敏之

特任研究員

丹羽

准教授

和達

大樹

助

教

谷

峻太郎

特任研究員

マラエブ ワリド 特任研究員

田久保

准教授

近藤

KONDO, Takeshi

猛Research Associate

助

教

平田

靖透

特任研究員

バレイユ セドリック 特任研究員

崔 芸涛

特任准教授

岡﨑

浩三

特任助教

渡邊

浩

特任研究員

大田

准教授

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor

MATSUDA, Iwao
KOBAYASHI, Yohei

Research Associate

Research Associate

HARADA, Yoshihisa Research Associate
WADATI, Hiroki

Project Associate Professor OKAZAKI, Kozo

Research Associate

ISHIDA, Yukiaki
YAJI, Kohichiro

ISHII, Nobuhisa

MIYAWAKI, Jun
TANI, Shuntaro

HIRATA, Yasuyuki

Project Research Associate WATANABE, Hiroshi

Project Researcher GEISELER, Jost Henning

Technical Associate HASHIMOTO, Mitsuhiro Project Researcher XUAN, Hongwen

Technical Associate ITO, Isao

Project Researcher NISHITANI, Junichi

Project Researcher ZHAO, Zhigang

Project Researcher SILVA, Alissa

秀治

Project Researcher TANIUCHI, Toshiyuki Project Researcher NIWA, Hideharu

Project Researcher MALAEB, Walid

Project Researcher BAREILLE, Cedric

由一

Project Researcher OTA, Yuuichi* ナノスケール物性研究部門と併任 /concurrent with Division of Nanoscale Science68
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

耕Project Researcher TAKUBO, Kou

Project Researcher CUI, Yitao

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/suemoto_group.html

末元研究室

末元

徹

SUEMOTO, Tohru

Suemoto Group教授

Professor

パルスレーザー光源を用いた分光法は、固体における非渡邊浩

WATANABE, Hiroshi

特任助教

Project Research Associate

Optical methods based on pulsed lasers are indispensable forinvestigation of ultrafast phenomena in solids.
While, the ultrafast technique has been developed mainlyin the visible and near infrared region, the spectral range is
growing to long wavelength (mid infrared, terahertz) andshort wavelength (EUV, soft X-ray), recently. Our group is
engaged in investigation of excited states and their dynamics invarious materials i.e., inorganic oxides, organic complexes andbio-molecules, taking full advantage of the pulsed light sourcesfrom THz to soft X-ray region.
For this purpose, we developed transient absorption/reflection spectroscopy in visible and infrared regions, femtosecond
luminescence spectroscopy, terahertz time-domain spectroscopy, and soft-X-ray time-resolved interferometery.
Our main interest is the dynamics of electron-lattice relaxation, magnetic ordering, and photoinduced phase transitions.
Wavepacket dynamics of the atoms in solids is investigated byluminescence up-conversion method and the time developmentof the wavepacket shape and splitting phenomena are observed.
Terahertz pump-and-probe method is developed and applied tophotoinduced phase transitions and spin related phenomena to
study their dynamical behavior.

常に高速の現象を研究するために必須である。可視から近赤外領域で発展した超高速技術は、赤外やテラヘルツの長波長領域、紫外や軟 X 線といった短波長領域へと拡張が進んでいる。当研究室では、テラヘルツから軟 X 線にいたる波長領域で各種の短パルス光源を使い、無機酸化物、有機錯体から生体分子にいたる幅広い物質群において、励起状態およびそのダイナミクスを研究している。この目的を達成するために、主な手法として可視赤外領域における過渡吸
収・反射分光、フェムト秒時間分解発光分光、テラヘルツ
波時間領域分光、時間分解軟Ｘ線干渉計測などを開発し用いている。
現在、電子格子緩和、磁気秩序、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。和周波ゲートによる発光の時間分解により、原子の波束形状の時
間発展、分裂現象などを超高速で追跡している。また、テ
ラヘルツ電磁波をプローブとして用いたポンプ・プローブ時
間分解分光法の開発を進め、光誘起現象やスピン共鳴のダ
イナミクスの研究を行っている。

(a) 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ムービー。縦軸（エネルギー）は原子の変位に相当しており、波束が減衰振動を行うと同時に 300fs 近辺で分裂している様子がわかる（赤矢印）。(b) 断熱ポテンシャル面上での波束運動。右上から出発した波束がポテンシャル障壁の頂上で２方向に分裂する。(c) フェムト秒時間分解発光測定装置の中心部分。

(a) Movie of the wavepacket taken for the self-trapped excitonsin quasi-one-dimensional Pt complex (Pt-Br) by means of timeresolved luminescence. Ordinate (energy) corresponds to the deviation of the atoms from the equilibrium position. The damped oscillation and a splitting of the wave-packet at 300 fs are clearly seen.
(b) Wave-packet motion on an adiabatic potential energy surface.
The wave-packet proceeds to the left and splits on top of the potential energy barrier. (c) The central part of the femotosecond luminescence measurement optics.

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Atomic movie based on ultrafast luminescence spectroscopy
2. 時間分解赤外・テラヘルツ分光法による光誘起相転移とスピン秩序のダイナミクス
Dynamics of photoinduced phase transitions and spin ordering by time-resolved infrared and terahertz spectroscopy
3. 軟 X 線干渉計による固体表面形状の時間分解観測
Time-resolved observation of surface morphology by a soft X-ray interferometer69
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辛研究室

辛

埴

SHIN, Shik

Shin Group教授

Professor

紫外光から軟 X 線レーザーの特長を利用した光電子分光

石田行章

ISHIDA, Yukiaki

助教

Research Associate

We are investigating the properties of materials throughphotoemission spectroscopy implemented by lasers in thevacuum-ultraviolet to soft-x-ray region. Photoelectrons carrythe complete information of the electrons in solids, namely, theirenergy, momentum, time, space, and spin.
The photoemission spectrometer utilizing the monochromatic laser achieves the energy resolution of 70 μeV, which is
the highest in the world. This enables us to directly observe
the superconducting gaps and pseudo-gaps of novel superconductors and strongly-correlated materials, as well as themomentum-resolved electronic structures that are closely
related to the transport properties of solids. We can also reveal
the electron-phonon or –magnon interactions in solids. We arealso performing time-resolved photoemission spectroscopy
in order to know the photo-induced phenomena in superconductors, transition metal compounds, organic materials, andsemiconductors. Furthermore, we are now developing photoelectron microscope in order to know the nano electronic structure in solids. Our aim is to have the nanometer size microscopyof electronic states.

を開発しながら物性研究を行うことに力を入れている。光電
子分光は固体電子が持つエネルギー、運動量、時間、場所、
スピンの全ての情報を知ることができる実験方法である。
レーザーの持つ単色性を利用して新たに開発されたレーザー光電子分光は 70 μeV のエネルギー分解能を有し、世界最高である。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運動量空間で知ることができる。また、固体中のフォノンやマグノ
ン等の固体中の素励起との結合を知ることもできる。一方、レーザーのパルス的時間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行っている。超伝導体、遷移金属
化合物、有機物、半導体などの光誘起現象を研究している。
また、レーザーの持つ大強度や微小スポットサイズを利用してナノ構造の電子状態を知る顕微光電子分光を行っている。
STM にせまるようなナノメートル領域の空間分解能を目指している。

超高分解能レーザー光電子分光法により解明された鉄系超伝導体 KFe­­­2As2 の異方的な超伝導ギャップ構造。超伝導転移温度は 3.4 K である。(Okazaki et al.,Science (2012)

Anisotropic superconducting gap structure of the iron-pnictide superconductor KFe2As2 revealed by ultra-high-resolution laser photoemission spectroscopy. The critical temperature is 3.4 K.

２．６ナノメートルの超高空間分解能を持つレーザー
光電子顕微鏡（レーザー PEEM)

Laser Photoelectron microscopy (Laser PEEM)
that has an ultrahigh spatial resolution of 2.6nm.

研究テーマ Research Subjects

1.   軟 X 線レーザー極超高分解能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. 軟Ｘ線レーザー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 phenomena
3. 軟Ｘ線レーザー光電子顕微鏡によるナノ構造の電子状態の研究
Laser photoelectron microscopy on the electronic states of nanomaterials

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高橋研究室

高橋

敏男

TAKAHASHI, Toshio

Takahashi Group教授

Professor

X 線などの回折・散乱の基礎研究とその応用。とくに干白澤徹郎

SHIRASAWA, Tetsuroh

助教

Research Associate

Fundamental studies on X-ray, neutron, and electron diffraction, in particular intended for the development of new methods
to solve the structure of surfaces, interfaces, and nano structures by using interference phenomena. Aiming to solve thephase problem in surface X-ray diffraction, we have developed
new methods, such as a direct imaging of interface atoms frommeasured X-ray diffraction intensities, a characterization of
meso-scopic range strain field utilizing multiple X-ray diffraction phenomenon, and X-ray fluorescence holography. Thesemethods are applied for such as surface quasi-one dimensional
metal, metal silicides, organic films.
A recent topic is the development of a new method for quick
measurement of surface X-ray diffraction profile aiming fortime-resolved measurements of dynamic phenomena at surface
and interface, that is collaborated with other researchers.

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っている。
回折散乱の実験では、観察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い、一般には観察した散乱強度データから直ちに試料の構造を再構成することは困難である。この回折散乱における位相問題の解決に関連づけて、実験デー
タから直接的に界面原子層をイメージングする方法の開発
や、多波回折条件を利用する方法や蛍光 X 線ホログラフィなどを行っており、これらを擬一次元金属、金属シリサイド
界面、有機薄膜などに適応して新しい知見を得ている。
また、表面・界面からの X 線散乱強度分布を迅速に測定する新しい実験方法を他研究機関と共同で開発しており、これを用いた表面・界面のダイナミクスの観察を目指している。

位相回復アルゴリズムを用いて、測定した X 線回折強度分布から再構成した Si(553)
表面上の Au 一次元鎖の電子密度マップ。

Electron density map of the one-dimensional structure of the Au-Si(553) surface, reconstructed from measured X-ray diffraction data by using a phase andamplitude retrieval algorism.

測定したＸ線回折強度から直接的にイメージングした Bi 薄膜 /Si(111)界面構造。

Bi thinfilm/Si(111) interface structure directly reconstructed frommeasured x-ray diffraction data.

研究テーマ Research Subjects
1.   回折散乱法を利用した結晶表面・界面構造、ナノ構造の解析
Studies on surfaces, interfaces and nano-structures by diffraction/scattering
2. 表面界面など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

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秋山研究室

秋山

英文

AKIYAMA, Hidefumi

Akiyama Group

准教授

Associate Professor

半導体量子ナノ構造の光物性や、ヘテロ構造・ナノ構造

Advanced laser spectroscopy on the basis of lasers andmicroscopy is developed and applied to semiconductor quantum
wires (QWRs) and other nano-structures, in order to understand and control their optical properties quantum mechanically, which vary with their size and shape.
We make the world thinnest and cleanest quantum-wiresemiconductor lasers that have superior laser performances suchas low threshold currents. Experimental findings and problems
there provide us fruitful physics subjects related to 1D physics,
many-body physics, lasers, solar cells, crystal growth, materialscience, and semiconductor device physics and engineering.
Femto-second short pulse generation directly from gainswitched semiconductor lasers is studied intensively to understand the pulse dynamics and the shortest-pulse limit. Highquality III-V-semiconductor tandem solar cells and their internal
loss rates and mechanisms are also studied to understand theirefficiency limits and new design principles for improvement.
We are developing experimental techniques such as sensitive
luminescence detection, absolute luminescence-yield measurements, transmission/absorption measurements of single nanostructures, micro-spectroscopy, imaging, and solid-immersion
microscopy. Some of these techniques have been applied to
study of bioluminescence of fireflies, jelly fish, and sea fireflies aswell as luminol chemiluminescence in collaboration with biologists and industry researchers.

に基づく半導体レーザーや太陽電池のデバイス物理、ホタル生物発光の生物物理などを、レーザー分光・顕微分光・
光学計測技術を用いて研究している。
世界一細くかつ均一で制御性の高い半導体量子細線レーザーを作製し、サイズや形に依存して変化する量子力学的な光学物性、低次元性、電子正孔系多体問題、半導体レーザー
物理、結晶成長、物質科学など様々な興味から研究を行っている。また、半導体レーザーに対して、通常の最大定格を大きく超えるポンピングを短時間だけ加え、極端非平衡状態を生み出してフェムト秒短パルスを発生し、その限界を追及する研究を行っている。また、人工衛星用の高品質 III-V 族
半導体タンデム太陽電池の損失機構を調べ、変換効率限界
を基礎物理的に理解するデバイス物理の研究も行っている。
光学実験技術として、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。さらに、それらの技術を応用し、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を、生物学・化学・第一原理理論計算の専門家や民間会社と共同で研究している。

100 周期 T 型量子細線レーザー (a,b) とホタルルシフェ
ラーゼ (c) の構造

半導体レーザーからの 4.7 ps
パルス直接発生実験

Nano-structures of a100
T-shaped quantum-wirelaser (a,b) and firefly luciferase protein (c) .

Direct 4.7 ps pulse generation from a gain-switchedsemiconductor laser diode.

研究テーマ Research Subjects
1.   利得スイッチング半導体レーザーおよび太陽電池のデバイス物理
Device physics of gain-switched semiconductor lasers and solar cells
2. 高品質半導体量子細線および井戸における低次元電子正孔キャリアの多体相関と非平衡性
Many-body interactions and non-equilibrium properties of low-dimensional electron-hole systems in clean semiconductor quantum wires and wells
3. 半導体量子構造およびデバイスの作製、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

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松田巌研究室松田

巌

MATSUDA, Iwao

I. Matsuda Group

准教授

Associate Professor

高輝度放射光 (SPring-8 など ) 、X 線自由電子レーザー、

山本

達

YAMAMOTO, Susumu

助教

Research Associate

Dynamics in materials, mainly the surface/interface systems,
are studied with developing experimental techniques for timeresolved vacuum ultraviolet (VUV) ∼soft X-ray (SX) spectroscopy with high brilliance synchrotron radiation (e.g. SPring-8),
X-ray free electron laser, and HHG laser.
Roles of carrier and molecule dynamics at the surface/interface systems are significant in voltaic effects and catalytic
reactions, for examples, that are necessary for our social
technology. Moreover, the surface/interface system is intrinsically two-dimensional and it has been a valuable playground for
low-dimensional physics. In our laboratory, we carry out timeresolved measurements of photoemission and X-ray absorption
spectroscopy to directly probe temporal evolutions of electronic,
chemical, and spin states of materials during such dynamical
phenomena. We reveal their detailed mechanisms at each timescale, ranging from femtoseconds to milliseconds, and promote
understanding of the whole picture by combining the sequential
information.

HHG レーザーを用いた時間分解真空紫外線（ＶＵＶ）～軟X 線（ＳＸ）分光実験の技術開発を行い、これらを用いて表面・界面系を中心に物質のダイナミクス研究を行っている。
触媒反応や起電力発生など、表面・界面系におけるキャリ
ア及び分子の動的変化を研究することは実社会の技術開発にとって重要である。また表面・界面系は物質系そのものが2 次元であるため低次元電子系の研究場としても貴重であり、低次元特有の現象も豊富に存在する。本研究室では、物質の電子状態、化学状態、スピン状態を直接調べることができる VUV ～ SX 光電子分光や X 線吸収分光の時間分解測定を行う。フェムト秒からミリ秒まで、各時間スケールでの動的変化をリアルタイムで追跡してその詳細を明らかにすると共に、
時系列情報をつなぎ合わせて各動的現象の全貌も理解する研究を推進している。

Ni ナノ薄膜の共鳴磁気光学カー効果の光エネルギー依存性。光エネルギーを Ni M 殻吸収端に合わせると巨大な磁気光学カー回転角が観測され (exp)、共鳴散乱理論の計算で再現することができる(sim.)。元素選択性と巨大な信号強度を発生するこの共鳴磁気光学現象は今後のスピンダイナミクス研究での活躍が期待される。

Resonant magneto-optical Kerr effect on a Ni nanofilm taken
at various photon energy. When photon energy is tuned at
the Ni M-shell absorption edge, giant magneto-optical Kerrangle was observed (exp.) and it was reproduced by simulation (sim.) based on the resonant X-ray scattering theory. It
is expected that this resonant magneto-optical Kerr effectwith element selectivity and large signal generation plays significant roles in researches in spin dynamics.
高輝度軟 X 線ビームライン SPring-8 BL07LSU における放射光と超短パルスレーザー（BL07LASER）を組み合わせた
時間分解光電子分光実験システムの様子。

Overview of the time-resolved photoemission system at
high-brilliant soft X-ray beamline, SPring-8 BL07LSU.
Synchrotron radiation pulses, generated at an undulator,
pass through a monochromator that is composed of mirrors (M) and a plane-grating (PG). A Ti:Sapphire laser
system (BL07LASER) is installed at the beamline.

研究テーマ Research Subjects
1.   時間分解軟Ｘ線分光実験の開発と表面ダイナミクスの研究
Developments of time-resolved soft X-ray spectroscopy and researches on surface dynamics
2. 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 spectroscopy
3. 超短パルス軟 X 線を用いた時間分解実験の開発と超高速スピンダイナミクスの研究
Development of time-resolved experiments using ultra-short soft X-ray pulses and researches on ultrafast spin dynamics

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小林研究室

小林

洋平

KOBAYASHI, Yohei

Kobayashi Group

准教授

Associate Professor

最先端レーザーの研究開発とその応用を行っている。超谷峻太郎

TANI, Shuntaro

助教

Research Associate

We are studying advanced laser technologies and their applications. Both ultimate technologies of ultrashort pulse generations and ultra narrow-band laser generations were mixed,
the optical frequency comb then was born. It opened up a
new research area such as carrier-envelope-phase dependent
phenomena, attosecond physics, and precision spectroscopy
by using a femtosecond light source. It also realized the highrepetition and high-intensity physics. It could create wide fieldof applications in the physics, metrology, medical science, andastronomy.
We are developing an Yb-fiber laser-base optical frequency
comb, XUV frequency comb, and high-power fiber chirped
pulse amplifier system for these applications. The high-repetition-rate laser system will be applied for a calibration of aspectrograph in an observatory or an arbitrary waveform generation in an optical field, or a breath diagnosis.

短パルスレーザーと超狭帯域レーザーとの融合領域である
光周波数コムの開発とその応用を中心に研究する。特に Yb
ドープセラミックやファイバーといった新しいレーザーにより
超高繰り返しで超高平均パワーのレーザーシステムを開発している。超高繰り返しでの方向性では、縦モード一本ずつが分離できるレーザーを開発し、フェムト秒レーザーから縦モードを抜き出すことによりｃｗレーザーを作り出すことすらできるようになってきた。また、超高平均パワーのフェムト秒レーザーでは外部共振器を用いることにより数 kW の平均パワーを実現し、高輝度コヒーレント真空紫外光を発生し、新たな分光法の研究を行っている。応用としては光電子分
光、光原子時計、天文応用、医療応用と幅広い。

高繰り返しレーザーによる希ガスプラズマ

光周波数コムによる原子分光。自作超高エネルギー分解分光器と超高繰り返しモード同期レーザーとの組み合わせにより縦モード１本ずつが分離された分光が可能となった。図はメタステーブル He の縦モード分解分光の例。

Xe plasma generated by multi-MHz laser system.

Optical frequency comb based ultra-high precision spectroscopy. The combination of ultra-high repetition-rate laser and ultra-high resolution spectrograph makes it possible to resolve each comb tooth to detect the metastable He atom.

研究テーマ Research Subjects
1.   超短パルスレーザーシステムの研究開発及びレーザーの超精密制御
Development and precise control of ultrashort pulse laser system
2. 高繰り返し－高強度物理
High-rep rate, high-field physics
3. 精密分光
Precision spectroscopy
4. 光周波数コムの天文・医療応用
Astronomical and medical application of the optical frequency comb

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板谷研究室

板谷

治郎

ITATANI, Jiro

Itatani Group

准教授

Associate Professor

本研究室では、高強度極短パルスレーザーの開発と、そ石井

順久

ISHII, Nobuhisa

助教

Research Associate

We work on the development of intense ultrashort-pulse
lasers and their applications to ultrafast spectroscopy on femtoto attosecond time scales. As for the light-source development,
we work on the methodology to produce waveform-controlledintense optical pulses and to extend their spectral range towards
mid-infrared and THz regions. For the spectroscopic applications, we work on novel methods using strong optical fields andattosecond soft-X-ray pulses aiming for dynamic molecularimaging with attosecond and Angstrom precisions, and also on
femtosecond soft-X-ray spectroscopy of solids. By using phasecontrolled intense ultrafast light sources and frequency conversion, we expect to produce optical pulses in extremely wide
spectral ranges with precise synchronization. We aim to use
such ultrabroadband coherent light for observing and controlling the dynamics of non-equilibrium states of matters throughvarious freedoms.

れを用いたアト秒からフェムト秒領域の超高速分光に関する研究を行っている。光源開発に関しては、光電場の数周期程度の高強度極短パルス光の発生と電場波形の制御、中赤外からテラヘルツ領域での高強度光電場の発生に関する研究を行っている。また、高次高調波によるアト秒軟 X 線パルス発生に関する研究も進めている。分光応用に関しては、
高強度光電場やアト秒軟 X 線パルス用いた新規分光手法の開拓や、高強度光電場を用いた原子・分子における超高速現象の観測と量子制御、固体のフェムト秒軟 X 線分光に関する研究を行っている。位相制御された高強度超短パルスレーザーとその波長変換を基盤技術とすることによって軟 X線からテラヘルツにわたる広い周波数領域においてタイミング同期した光パルスの発生が可能であるため、物質の励起状態における動的過程を様々な自由度を通して実時間観測し、さらには光で制御することを目指している。

高強度赤外レーザーで発生した高次高調波の「水の窓」領域の軟 X 線スペクトルの CEP 依存性

高強度テラヘルツパルスによって誘起された HBr 分子内の回転波束と、観測された分子配向。

Time evolution of rotational wavepackets in HBr molecules (lower panel)and achieved molecular orientation (above panels).

CEP dependences of soft-X-ray high harmonic spectra in the water window
produced by an intense IR laser system.

研究テーマ Research Subjects
1.   高強度超短パルスレーザーの開発
Development of intense ultrashort-pulse lasers
2. アト秒物理学
Attosecond physics
3. 高強度光電場を用いた超高速現象の観測と量子制御
Observation and coherent control of ultrafast phenomena using strong optical fields
4. 固体の超高速軟 X 線分光Soft-X-ray ultrafast spectroscopy of solids

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原田研究室

原田

准教授

Associate Professor

当研究室では、世界最高輝度のＸ線源である SPring-8
拓し、物質の電気的、磁気的性質、光学応答を司る電子状
態をその成因に遡って調べる研究を行っている。特に光散乱の一種である軟Ｘ線発光分光の将来性に着目し、モット
絶縁体、新規高温超電導体等の強相関物質における素励起（結晶場励起、スピン励起、マグノン励起、電荷密度波励起、
軌道波励起など）の直接観測とその成因の研究、水溶性液
体、固液界面の電子状態とミクロ不均一性の観測、電池触媒の表面反応解析、光触媒反応解析のためのその場分析装置の開発、金属タンパク質の電子状態解析など、軟Ｘ線
発光分光を適用しうる限りの極めて幅広い物質群を研究対象としている。また基礎光学研究として軟Ｘ線発光分光の超高エネルギー分解能化と時間分解分光に向けたＲ＆Ｄを行っている。

当研究室が SPring-8 の東京大学放射光アウトステーションビームラ
イン BL07LSU で独自に開発した 50 meV の世界最高エネルギー分解能を持つ軟Ｘ線発光分光装置。

Ultrahigh energy resolution soft X-ray emission spectrometer
constructed for University of Tokyo outstation beamline
BL07LSU in SPring-8.

宮脇淳

MIYAWAKI, Jun

助教

Research Associate

We explore the origin of the electronic structure of materials
responsible for their electronic, magnetic and optical property
using intense and energy tunable X-ray source: SPring-8, one of
the most brilliant synchrotron facilities in the world. We havedeveloped noble spectroscopies for material science in 'soft'
X-ray region. We are leading the world’s soft X-ray emission
spectroscopy, a kind of light scattering promising for electronic
structure analyses of liquids and operand spectroscopy of avariety of catalysts. Our topics includes study on elementary
excitations (crystal field excitation, spinon, magnon, charge
density wave, orbiton etc.) in strongly correlated materials like
Mott insulators and noble high temperature superconductors,
electronic structure analysis of aqueous solutions, interaction
at solid-liquid interfaces, surface reaction of fuel cell catalysts,
electronic structure analysis of reaction center in metalloproteins, electrochemical and photocatalytic reactions. We also
explore basic study on ultrahigh energy resolution optics for soft
X-ray emission and time-resolved spectroscopy.

において ‘ 軟Ｘ線 ’ と呼ばれる光を用いて新しい分光法を開研究テーマ Research Subjects

慈久

HARADA, Yoshihisa

Harada Group

高分解能軟Ｘ線発光分光で捉えた純水（H2O）の多重振動モード。水素結合によるポテ
ンシャルの非調和性を反映した振動エネルギー分布が OH の乖離するところまで全て観測されている。この手法を用いて液体の水の中にミクロ不均一性が存在することが裏付けられた。

Multiple vibrational excitation of H2O observed by the ultrahigh energy resolution
soft X-ray emission spectrometer. The energy separation reflects the profile of theMorse function modulated by hydrogen bonding. Using soft X-ray emission we
confirmed the presence of a microheterogeneity in pure liquid water.

1.   モット絶縁体、新規高温超電導体等の強相関物質における素励起（結晶場励起、スピン励起、マグノン励起、電荷密度波励起、軌道波励起など）の直接観測とその成因の研究
Study on the origin and observation of elementary excitations (crystal field excitation, spinon, magnon, charge density
wave, orbiton etc.) in strongly correlated materials like Mott insulators and noble high temperature superconductors
2. 水溶性液体の電子状態とミクロ不均一性、固液界面の相互作用に関する研究
Electronic structure analysis of aqueous solutions to study microheterogeneity and interaction at solid-liquid interfaces
3. 燃料電池触媒の表面反応解析、電気化学反応、光触媒反応解析、金属タンパク質の機能解析のためのその場分析手法の開発
Development of in situ soft X-ray spectroscopy for surface reaction of fuel cell catalysts, electrochemical reaction,
photocatalytic reaction and functionality of metalloproteins
4. 軟Ｘ線発光分光の超高エネルギー分解能化と時間分解分光のための基礎光学研究
Basic study on ultrahigh energy resolution optics for soft X-ray emission and time-resolved spectroscopy

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和達研究室

和達

大樹

WADATI, Hiroki

Wadati Group

准教授

Associate Professor

当研究室では SPring-8 などの放射光Ｘ線を用い、遷移平田靖透

HIRATA, Yasuyuki

助教

Research Associate

We investigate the electronic structures, ordered states, anddynamics of strongly correlated materials, such as transitionmetal oxides, by using x-rays from synchrotron radiation (e.g.
SPring-8). Our main experimental technique is resonant soft
x-ray diffraction, that is, x-ray diffraction performed by tuning
the x-ray energy at the absorption edge of the constituent
element. One can determine detailed magnetic structures ofextremely small samples including thin films and nanostructures. By this technique we study ordered states in materials
which show anomalous behaviors such as superconductivity andgiant magnetoresistance. We will further extend this techniqueto time-resolved measurements by using time structures ofsynchrotron x-rays and x-ray free electron laser (e.g. SACLA),
and directly measure the dynamical processes. These studies will
reveal the mechanisms of anomalous behaviors and contributeto search for novel properties and phenomena in strongly correlated electron systems.

金属酸化物などの電子相関の強い物質に対し、その電子状
態、秩序状態、ダイナミクスなどを調べる研究を行っている。
主に用いている実験手法は共鳴軟Ｘ線回折であり、これは物質の構成元素の吸収端のエネルギーを持つＸ線によるＸ
線回折である。薄膜やナノ構造など微小試料でも磁気構造が決定できるなど、これまでの回折実験の常識を大きく打
ち破ることができる。この手法により、強相関電子系で見られる高温超伝導や巨大磁気抵抗効果などを引き起こす物質
内部の秩序状態の直接観測する。さらには、放射光Ｘ線やSACLA などのＸ線自由電子レーザーの時間構造を用い、ピ
コ秒からフェムト秒領域での動的プロセスを実時間で観測する。以上によって物性発現のメカニズムを解明し、強相関電子系における新たな物性や現象を模索する。

共鳴軟Ｘ線回折の概念図

Schematic diagram of resonant
soft x-ray diffraction.

共鳴軟Ｘ線回折で決定した
SrCo6O11 の磁気構造「悪魔の華」

Devil’s flower-like magnetic
structures in SrCo 6 O 11 determined by resonant soft x-ray diffraction.

研究テーマ Research Subjects
1.   共鳴軟Ｘ線回折による強相関電子系の秩序状態の研究
Resonant soft x-ray diffraction study of ordered states in strongly correlated electron systems
2. 時間分解共鳴軟Ｘ線回折の開発
Development of time-resolved resonant soft x-ray diffraction systems
3. 軟Ｘ線を用いた新しい分光手法の開発
Development of novel spectroscopic techniques by using soft x-rays

77
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kondo_group.html

近藤研究室

近藤

猛

KONDO, Takeshi

Kondo Group

准教授

Associate Professor

固体中の電子状態を逆空間で描くバンド構造は、物質のThe momentum-resolved band structure provides fundamental information to understand the electronic propertiesof materials. The angle-resolved photoemission spectroscopy(ARPES) is a powerful technique to visualize the band structure by mapping the intensities of photoelectrons as a functionof angle and energy. With the spin-resolved technique, we
can also identify the spin-polarized character of the band. In
addition, the time-resolved ARPES realized with a pump-probe
technique can track the reordering process of electron systemfrom its nonequilibrium state. In our laboratory, we utilize thesevarious ARPES techniques and study the following phenomena:
nonconventional superconductors, heavy fermions, strongly
correlated systems, topological quantum phases, and quantum
well states. Furthermore, we develop a new ARPES machine
capable of achieving both the lowest measurement temperatureand the highest energy resolution in the world by innovating a
3
He cryostat and a laser source. The state-of-art equipment will
enable us to identify even a subtle electronic feature close to the
Fermi level, such as an energy gap and a mode-coupled dispersion, which is typically tied to exotic behaviors of conduction
electrons.

あらゆる電子物性を理解する上での基礎を与える。角度分
解光電子分光は、光を物質に照射して飛び出す光電子を角度及びエネルギーの関数としてイメージングすることでバンド構造を可視化する強力な実験手法である。この技術をベースとして、バンドが持つスピン構造をスピン分解によって選り分け、さらには、パルス光で瞬間的に非平衡状態へと乱された電子系が再び冷えて秩序化するダイナミクスをフェム
ト秒スケールで観測 ( 時間分解 ) することで、多彩な電子物
性がバンド構造を通して見えてくる。当研究室では、このよ
うな卓越した光電子分光技術を駆使して、非従来型の ( 高温 ) 超伝導体、遍歴と局在の狭間で織りなされる重い電子系や電子相関系物質、強いスピン軌道相互作用に起因して発現するトポロジカル量子相、及び固体表面や薄膜で制御する量子井戸構造などの電気磁気物性を、直接観察で得られるバンド構造を舞台に研究する。さらには、ヘリウム３ク
ライオスタットや極限レーザー光源を用いて、最低到達温度
及びエネルギー分解能で共に世界最高性能となる角度分解
光電子分光装置を開発し、フェルミ準位極近傍で生じる微細な電子構造 ( エネルギーギャップや素励起カップリング構造 ) を解明する。

(a) 銅酸化物高温超伝導体 Bi2Sr2CuO6+d の結晶構造。(b) 光電
子アナライザー。(c) 角度分解光電子分光実験の模式図。(d) バ
ンド分散のスナップショット。(e) バンド構造の全体図。(f) フェ
ルミ面周りで描く超伝導と擬ギャップの競合関係。(g) 超伝導転移温度 (Tc) より高温 ( 黒線 ) と低温 ( 赤線 ) で測定したフェルミ
面周りのスペクトル。(h) (g) で示すスペクトルの Tc 上下での差分。超伝導成分が赤で塗られており、(f) で模式的に示す赤の領域と対応する。

(a) Crystal structure of Bi 2 Sr 2 CuO 6+d high-T c superconductor. (b) ARPES analyzer. (c) Diagram of ARPES
experiment. (d) Snapshot of dispersion image. (e) Wholeband structure. (f) Competition between superconducting gap and pseudogap. (g) Spectra around Fermi surface
below (red) and above (black) superconducting transition
temperature (Tc=35K). (h) Difference between the curvesin (g). (h) Coherent spectral weight is painted with a redcolor, which is corresponding to the red region representedin (f).

研究テーマ Research Subjects
1.   極限レーザーを励起光源とする超高分解能角度分解光電子分光装置の開発
Development of a laser-excited ARPES system with ultra-high energy resolution
2. 角度分解・スピン分解・時間分解光電子分光で見る超伝導やトポロジカル量子相Superconductivity and topological quantum phase investigated by angle-, spin-, and time-resolved photoemission spectroscopy
3. 放射光を利用した光電子分光で研究する強相関電子系物理
Strongly correlated physics studied by photoemission with synchrotron radiation

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/okazaki_group.html

岡﨑研究室

岡﨑

浩三

OKAZAKI, Kozo

Okazaki Group

特任准教授

Project Associate Professor

角度分解光電子分光は物質中の電子の運動量とエネル

Angle-resolved photoemission spectroscopy is a very
powerful experimental technique that can directly observea dispersion relation between momentum and energy of theelectrons in solid-state materials, whereas by utilizing a femtosecond laser as pumping light and its high harmonic generation
as probing light, we can observe ultrafast transient properties ofthe band structures in a non-equilibrium state. In our group, weare developing and improving a time-resolved photoemission
apparatus that utilize high harmonic generations of an ultrashort-pulse laser in collaboration with a laser-developing group.
We are aiming for understanding the mechanisms of electron
relaxations from photo-excited states and mechanisms of photoinduced phase transitions by direct observations of transient
electronic states with a pump-probe type time-resolved photoemission spectroscopy. Also, we are aiming for understanding
the mechanisms of unconventional superconductivity by direct
observations of the electronic structures and superconductinggap structures of unconventional superconductors with a laserbased angle-resolved photoemission apparatus with a worldrecord performance that achieves a maximum energy resolution

ギーの分散関係 ( バンド構造 ) を直接観測できる強力な実験手法であるが、フェムト秒レーザーをポンプ光、その高次高調波をプローブ光として用いることで、非平衡状態におけるバンド構造の超高速の過渡特性も観測できるようになる。本研究室では、レーザー開発の研究室と共同で超短パルス高次高調波レーザーを用いた時間分解光電子分光装置の開発・改良を進め、ポンプ・プローブ時間分解光電子分光によって、光励起状態からの電子の緩和過程の直接観測、光誘起相転移に伴う電子状態の変化の直接観測等を行い、励起状態からの電子の緩和機構の解明、光誘起相転移の機構解明等を目指している。また、エネルギー分解
能 70 μeV、最低測定温度 1K という世界最高性能を有する
レーザー角度分解光電子分光装置を用いて、非従来型超伝導体の電子構造、超伝導ギャップ構造を直接観測すること
で非従来型超伝導の機構解明を目指している。

of 70 μeV and lowest cooling temperature of 1 K.

高次高調波レーザーを用いた時間分解光電子分光
装置の概略図Schematic diagram of a time-resolved photoemission apparatus utilizing high harmonic
generations of a ultrashort-pulse laser.

研究テーマ Research Subjects
1.   高次高調波レーザーを用いた時間分解光電子分光装置の開発
Development of a time-resolved photoemission apparatus utilizing high harmonic generation from a ultrashort-pulse laser
2. 光励起状態からの物質中の電子の緩和機構、光誘起相転移の機構解明
Mechanisms of electron relaxation from photo-excited states and photo-induced phase transitions
3. 極低温超高分解能レーザー角度分解光電子分光による非従来型超伝導体の機構解明
Mechanisms of unconventional superconductivities by ultralow temperature and ultrahigh resolution laser-based angleresolved photoemission spectroscopy

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

極限コヒーレント光科学研究センター
Laser and Synchrotron Research Center

関川研究室

関川

太郎

SEKIKAWA, Taro

Sekikawa Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

極端紫外から軟 X 線超短パルス光源としてレーザーの高次

Our research is in the area of time-resolved spectroscopy. In
particular, we focus on time-resolved photoelectron spectroscopy using high harmonic pulses to investigate photochemical
reactions in time domain.
The 30-eV, 10-fs high harmonic light source we developed
has the following three advantages: 1) Single harmonic order isselected, 2) Bandwidth of the selected harmonic order is about
200 meV, appropriate to detect transient states during chemical
reactions, and 3) Photon energy of the selected harmonic is highenough to probe multiple low-lying molecular orbitals (MOs),
characterizing the molecular structures and chemical bonding.
Since each MO has a specific orbital energy and electron distribution, it is possible to identify where and when the chemical bonds
are broken and formed by photoelectron spectroscopy using
high harmonic pulses. We are investigating the photochemical
reactions of organic functional molecules found in biologicalsystems.

高調波を用い、時間分解分光を行っている。特に、光電子分光法により分子軌道を時間分解観測し、光化学反応機構を明らかにすることに重点を置いている。
高次高調波光源として、パルス幅が 10 フェムト秒程度で光子エネルギーが 30 eV の光源を独自に開発した。その特徴は、
1) 完全に単一次数化された高調波光源である。2）スペクト
ル幅は 200 meV 程度であるため、遷移状態を検出するのに適している。3) 光子エネルギーが高いため、励起状態や最高被占有軌道（HOMO）のみならず深い複数の分子軌道を同時に観測できる。分子軌道ごとに電子分布が異なるため、化学反応がおこる空間部位を特定することが可能となる。以上三点の光源の特徴を活かし、光電子分光法により光化学反応にともなう結合の切断や組み替えを敏感に検出し、化学反応ダイ
ナミクスを研究している。

極限コヒーレント光科学研究センター
Laser and Synchrotron Research Center

虻川研究室

虻川

匡司

ABUKAWA, Tadashi

Abukawa Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

虻川研究室では、固体結晶表面の複雑な原子配列の解Abukawa laboratory explores surface/interface structures toreveal their complicated atomic structures and to study theirartificial regulations that lead to technological applications.
Electron diffraction methods have been significant experimental tools for such structure determinations due to the highsurface sensitivity, however the experimentalists often sufferfrom the difficult analyses. Therefore, we have developed the
new simple and unique electron diffraction techniques. One
can know bond-lengths and bond-directions of surface atoms
by our correlated thermal-diffuse scattering (CTDS) method,while one can easily determine atomic configuration and crystal
orientation by our Weissenberg RHEED (W-RHEED) method.
Recently, we have also developed the streak-camera RHEED
method to trace optically induced ultrafast phenomena at
nanoseconds- and picoseconds-time-scale. At the soft X-ray
undulator beamline BL07LSU in SPring-8, we will make timeresolved photoemission experiments on photo-induced surface
events. We challenge to reveal the mechanisms by analyzing
both the surface atomic structure and the surface electronic
states during the dynamical phenomena.

明と、界面構造の解明と制御を目指した基礎・応用研究を実施している。表面界面の構造を調べるために物性実験では電子回折法が用いられてきた。本手法は表面敏感という特徴を持つが、解析が難しい欠点を持つ。そこで本研究室では簡単な解析で表面の構造解析が行えるユニークな電子回折法の開発を行っている。表面原子のボンド長や方位を簡単に決定できる振動相関熱散漫散乱（CTDS）法を開発し、また原子配列や結晶方位の情報が簡単に求められるワイゼ
ンベルグ反射高速電子回折 (W-RHEED) 法を開発してきた。
最近では光の超高速現象（ナノ秒、ピコ秒）を捉えるストリー
クカメラ反射高速電子回折 (Streak-camera RHEED) 法を考案し開発した。客員期間中は東大放射光物質科学アウト
ステーションである SPring-8BL07LSU を利用した時間分
解光電子分光実験を実施し、原子構造と電子状態の両面から光誘起現象の解明を目指す。

80
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

Laser and Synchrotron Research Center
軌道放射物性研究施設 / 播磨分室
Synchrotron Radiation Laboratory / Harima Branch
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/sor/index.html

教授（施設長）辛
教

授

准

教

授

准

教

授

准

教

授

助

教

助

教

助

教

助

教

助

教

埴

小森

文夫

原田

慈久

藤澤

正美

松田
和達
山本

巌

大樹
達

矢治 光一郎
宮脇
平田

淳

靖透

技 術 専 門 員 福島

Professor (Director) : SHIN, Shik

技術専門職員 澁谷昭子

Professor : KOMORI, Fumio

孝Technical Associate : FUKUSHIMA, Akiko
Technical Associate : SHIBUYA, Takashi

技術専門職員 原沢 あゆみ Technical Associate : HARASAWA, Ayumi

Associate Professor : MATSUDA, Iwao
Associate Professor : HARADA, Yoshihisa

技術専門職員 工藤博文

特任研究員 崔芸涛特 任 研 究 員 丹羽

Associate Professor : WADATI, Hiroki
Research Associate : FUJISAWA, Masami

特 任 研 究 員 田久保秀治

Research Associate : YAMAMOTO, Susumu

耕Technical Associate : KUDO, Hirofumi
Project Researcher : NIWA, Hideharu
Project Researcher : CUI, Yitao
Project Researcher : TAKUBO, Kou

Research Associate : YAJI, Koichiro
Research Associate : MIYAWAKI, Jun
Research Associate : HIRATA, Yasuyuki

本施設は高輝度放射光を利用した先端的物性研究や新し

矢治 助教

い実験技術の開発・研究を共同で行っている。SPring-8 に藤澤 助教設置された播磨分室では、同放射光施設に世界最高性能の
軟Ｘ線アンジュレータビ−ムライン（東京大学放射光アウトス

The synchrotron radiation laboratory is promoting advanced
solid state spectroscopy using synchrotron radiation in soft
X-ray and vacuum ultraviolet region. We operate a branchlaboratory at SPring-8 to maintain the high-brilliance soft X-ray
beamline BL07LSU of the University of Tokyo, where timeresolved soft X-ray spectroscopy and high-resolution soft X-ray
emission spectroscopy are utilized to study electronic states anddynamics in new materials. The beamlines, BL-18A, BL-19A,
and BL-19B, maintained by the Tsukuba branch at the Photon
Factory (KEK-PF) were closed in March, 2014. The advanced
experimental techniques, developed and accumulated at thebranch, are utilized in experimental stations using vacuum
ultraviolet and soft X-ray lasers at Kashiwa campus.

テーション物質科学ビームライン BL07LSU）を整備し、高輝度軟Ｘ線放射光を利用する最先端の物性科学研究を推進している。播磨分室スタッフは現在 BL07LSU において時間
分解軟Ｘ線分光実験用ステーションと高分解能発光分光ス
テーションを立ち上げ、さらに先端軟 X 線分光技術の開発と新物質・新材料の電子状態研究を行っている。一方、KEKPF に設置しているつくば分室では３本のビームライン（BL18A, BL-19A, BL-19B) を維持・管理し全国の大学や研究機関の共同利用研究に供してきたが、2014 年 3 月にて共同利用を停止し活動を終了した。長年に渡って培われた光物性測定技術は、今後柏の葉キャンパスにて物性研究所の真空
紫外・軟 X 線レーザー光源を用いた実験系へと活かされる。

SPring-8 BL07LSU の 8 台の Figure-8 アンジュレーター。本挿入光源より連続
偏角可変型不等刻線間隔平面回折格子分光器を経て、各実験ステーションに高輝度
軟 X 線が供給される。

高 効 率 ス ピ ン VLEED 検 出 器 を 付 け た 高 分 解 能 光 電 子 分 光 分 析 器。KEK-PF
BL-19A の高輝度放射光を利用して高分解能スピン分解光電子分光実験を行なってきた。

Figure-8 undulators installed in SPring-8, which provide high-brilliancesynchrotron radiation into the beamline BL07LSU.

A spin-resolved photoemission spectrometer with VLEED spin detector,
which enables us to measure spectra with very high energy and momentum
resolutions.

81
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

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ける国際交

We have various facilities in order to support
research activities. Cryogenic Service Laboratory forsupplying liquid helium and liquid nitrogen, Machine
Shop for various machining, Radiation Laboratory
for the safety in experiments that utilize X-ray, γ-ray
and radioactive materials, Library, Stock Room for
supplying common expendables, International Liaison
Office for supporting foreign researchers, and Publication Section for advertisement and publication. In
each facility, several staff members are working under
supervision of the corresponding committee.

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

SAKAKIBARA, Toshiro

技術専門職員土屋光

技術専門職員

鷺山

玲子

技術専門員

岡部

清信

研究支援推進員

今井忠雄

研究支援推進員

村貫

静二

研究支援推進員

田中

祐介

技術専門員

野澤

清和

係

長

中村

恭子（柏地区図書課研究情報係所属）

主

任

原田

裕子（柏地区図書課研究情報係所属）

事務補佐員

小倉

佳子

係

長

狩野

真二

事務補佐員

秋場

和代

事務補佐員

亀田

秋子

事務補佐員

有本

幸子

技術補佐員

石塚

みづゑ

Technical Associate
Technical Associate

工作委員長

Chairperson
Machine shop

金道

浩一

KINDO, Koichi

Technical Associate
Technical Staff
Technical Staff
Technical Staff

放射線管理委員長

森

図書委員長

常次

Chairperson
Radiation lab.
Chairperson
Library

初果

MORI, Hatsumi

Technical Associate

宏一

TSUNETSUGU, Hirokazu

Administrative Staff
Administrative Staff
Administrative Staff

管理委員長（ストックルーム） 杉野
Chairperson
Stock room

修

SUGINO, Osamu

Administrative Staff
Administrative Staff

国際交流委員長

Chairperson
International liaison office

金道浩一

KINDO, Koichi

Administrative Staff
Administrative Staff

広報出版委員長
Chairperson

Public relations

小林洋平

KOBAYASHI, Yohei

Technical Staff

82
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

TSUCHIYA, Hikaru
SAGIYAMA, Reiko
OKABE, Kiyonobu
IMAI, Tadao

MURANUKI, Seiji
TANAKA, Yusuke
NOZAWA, Kiyokazu

NAKAMURA, Kyoko
HARADA, Yuko

OGURA, Yoshiko
KANO, Shinji

AKIBA, Kazuyo

KAMEDA, Akiko
ARIMOTO, Sachiko
ISHIZUKA, Mizue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

技術専門職員

工作室
Machine Shop

俊郎 Chairperson: SAKAKIBARA, Toshiro

工作委員長

光 Technical Associate: TSUCHIYA, Hikaru

技術専門員

玲子 Technical Associate: SAGIYAMA, Reiko

金道
岡部

研究支援推進員 今井研究支援推進員 村貫研究支援推進員 田中

浩一
清信
忠雄
静二
祐介

Chairperson: KINDO, Koichi
Technical Associate: OKABE, Kiyonobu
Technical Staff: IMAI, Tadao
Technical Staff: MURANUKI, Seiji
Technical Staff: TANAKA, Yusuke

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圧ガス

工作室は、研究上緊急を要する工作物の加工、研究用のボンベの管理も行っている。液体ヘリウムは物性研究に必特色ある装置と部品の製作及びその改良、そして装置設計

要で、研究者や学生に供給される。蒸発したヘリウムガスはの相談と助言を行っている。また、研究者自らが研究に必回収し、精製して再液化に利用する。2013 年度の液体ヘリ

要な機械工作を行うための研究者工作室も設置されている。

ウムの生産量と供給量はそれぞれ 289,800 L、205,634 L

The machine shop consists of a metal shop, a glass shop anda researcher’s 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.

である。液体窒素は外部より購入し、供給している。2013
年度の液体窒素の使用量は 784,594 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 2013 fiscal year, 289,800 L of liquid helium was produced
as a total and 205,634 L was supplied to the users. Liquid helium
is transferred from the 10,000 L storage vessel to various small
storages with the centrifugal immersion pump system. Liquid
nitrogen is purchased from outside manufacturers. The suppliedliquid nitrogen was 784,594 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

Metal shop: Five-Axis Universal Machining Center,                       Numerically Controlled Lathe,                       Numerically Controlled Milling Machine,                                 Electric Discharge Machining Tool,

Glass shop:      Lathe for Glass Work, Polishing Tool,                       Ultrasonic Machining Tool

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

200 L/hr

液体ヘリウム貯槽

Liquid helium storage vessel

10,000 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

233 L/hr

Researcher’s 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 2014

共通施設

Supporting Facilities

放射線管理室Radiation Safety Laboratory
放射線管理委員長 森

技 術 専 門 員 野澤

図書室
Library

初果 Chairperson : MORI, Hatsumi

図書委員長

清和 Technical Associate: NOZAWA, Kiyokazu（放射線取扱主任者）
                                (Radiation Protection Supervisor)

係

長

主

任

事務補佐員

常次

宏一 Chairperson : TSUNETSUGU, Hirokazu

原田裕子 Administrative Staff: HARADA, Yuko中村小倉

恭子 Administrative Staff: NAKAMURA, Kyoko
佳子 Administrative Staff: OGURA, Yoshiko

放射線管理室は、物性研究所における放射性物質（Ｕ等物性研究所図書室は研究所設立の目的に沿い、所内研究

核燃料物質を含む）や放射線発生装置（Ｘ線装置を含む）

者の研究や大学院生の教育とともに全国の共同利用研究者のの取扱において、放射線取扱者の放射線障害を防止し、安ために、物性科学を中心に資料を収集して利用に供している。

全を確保することを目的として設置されている。そのため、所蔵資料はインターネットで検索でき、東京大学内で公放射線取扱に関わる全所的な放射線管理業務として、放射開されている電子ジャーナルやデータベースが利用できる。

性物質や放射線発生装置の新規使用、変更及び廃止に伴また未所蔵資料については図書館間相互利用による文献複う法律手続き、監督官庁に提出する放射線管理報告書等の写、現物貸借のサービスを行っている。

作成、放射線管理区域の線量測定、Ｘ線装置等の定期検

The ISSP Library collects books and journals of materials
science and related topics, and it provides various services forresearchers of joint-use and joint-research as well as inside the
ISSP. The online catalogue of its collection is available on theInternet for search. Users can access many electronic journals anddatabases subscribed by the University of Tokyo. The Library also
arranges an inter-library loan for documents not in its possession.

査の実施及び放射線取扱者の被ばく線量や特別健康診断の記録、放射線取扱者の教育訓練等を行っている。また、
当室には、Ｕ、Th などの非密封核燃料物質や 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 are to protect researchers from
irradiation due to radioactive source, X-rays, γ-rays and the likeand to provide rooms for radiation experiments and radiochemical operations by use of unsealed U, Th and sealed 22Na source.
Various types of survey-meters are provided.

概要
面積

蔵書数

：783m2：64,733 冊（平成 25 年度末現在）（洋書 58,131 冊、和書 6,602 冊、製本雑誌を含む）

雑誌種類数：729 種（洋雑誌 635 種、和雑誌 94 種）
開室時間 ：平日 9:30-17:00（時間外利用

主要設備

座席数

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室）、

6:00-9:30, 17:00-24:00）：24 席（内 8 席は LAN ケーブル、電源コンセント設置）

ホームページ：http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/tosyo/

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よるOutline

実験が行える）、熱蛍光線量計、Ge 半導体検出器、α線検出器、液体シン

Area：783㎡

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（ハンドLibrary holdings：64,733 volumes（as of March, 2014）フットクロスモニターによる汚染の確認）（Foreign books 58,131, Japanese books : 6,602. Including bound journals）

Main Facilities

Journal collection：729 titles（Foreign journals : 635, Japanese journals : 94）

The rooms for radiation experiments and radiochemical operations

Staffed hours: Weekdays 9:30–17:00 (Overtime use: 6:00–9:30 & 17:00–24:00)(unsealed U, Th and sealed 22Na source), various types of survey-

Seating capacity：24 seats（including 8 seats equipped with LAN

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

port and power socket）

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

ハンドフットクロスクロスモニター

図書室

The 7ch hand-foot-clothing monitor

Library84
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

ストックルーム
Stock Room
管理委員長
係

長

事務補佐員

杉野
狩野
秋場

修

真二
和代

国際交流室
International Liaison Office

Chairperson: SUGINO, Osamu

国際交流委員長 金道Administrative Staff: KANO, Shinji

事務補佐員

Administrative Staff: AKIBA, Kazuyo

事務補佐員

亀田
有本

浩一 Chairperson: KINDO, Koichi

秋子 Administrative Staff: KAMEDA, Akiko

幸子 Administrative Staff: ARIMOTO, Sachiko

ストックルームは、回路部品、真空部品など実験に共通し物性研究所における国際交流にかかわる業務を行う。国て必要とされる消耗品、その他文房具などの共通物品をそ際交流委員会のもと、外国人客員所員の募集、招聘、宿舎

ろえている。研究者の便宜を図るため自動払い出しシステムの管理、物性研究所国際ワークショップの募集，ISSP 国を用いて 24 時間オープンしており、必要な物品を迅速かつ際シンポジウムの運営に関する業務やノウハウの蓄積などを安価に入手することができる。使用頻度は高いが、一般市行っている。その他、日常の外国人滞在者の生活支援や、場で入手が容易でない物品や、一括購入によりコストダウン

さまざまな情報提供をしている。

できる物品も在庫の対象である。

・外国人客員所員・外国人訪問者の支援（住居・学内外・諸事務手続き、日常生活等）

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.

・研究プロジェクトの申請・実施に関する事務・レクリエーションの企画・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” forcontinuous 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 2014

物性研究所
国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構 Ⓜ
The Institute for Solid State Physics
Kavli Institute for the Physics and Mathematics ofⒶ 本館   the Universe, Todai Institutes for Advanced Study
Main BuildingⒷ 低温・多重極限実験棟
大気海洋研究所
Cryogenic/Multiple Extreme Conditions Laboratory
Atmosphere and Ocean Research InstituteⒸ ショートパルス強磁場実験棟Ⓝ 本館
Short Pulse Magnet Laboratory
Main BuildingⒹ 先端分光実験棟Ⓞ 大気海洋観測機器棟
Advanced Spectroscopy Laboratory
Ocean Observation WarehouseⒺ 極限光科学実験棟
Laser and Synchrotron Research LaboratoryⒻ ロングパルス強磁場実験棟
総合研究棟 ⓅLong Pulse Magnet Laboratory
Kashiwa Research Complex
第 2 総合研究棟 Ⓠ
宇宙線研究所 Ⓖ
Kashiwa Research Complex2
Institute for Cosmic Ray Research
新領域創成科学研究科
Graduate School of Frontier SciencesⒽ 基盤棟
Transdisciplinary SciencesⒾ 基盤科学実験棟
Transdisciplinary Sciences LaboratoryⒿ 生命棟
BiosciencesⓀ 環境棟
Environmental StudiesⓁ 情報生命科学実験棟
Computational Biology Laboratory

共用施設
Supporting FacilitiesⓇ 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
Kashiwa Guest House86
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2014

■東京大学物性研究所

The Institute for Solid State Physics,
The University of Tokyo〒 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
http：//www.issp.u-tokyo.ac.jp/

交通案内●柏の葉キャンパス駅西口（つくばエクスプレス線）より■徒歩   約 25 分
■東武バス利用 約１０分
[西柏 03] 流山おおたかの森駅東口行、東大西行→「東大前」下車[西柏 04・西柏 10] 江戸川台駅東口行→「東大前」下車●柏駅西口（JR 常磐線、東京メトロ千代田線）より■東武バス利用 約２５分
[西柏 01] 国立がん研究センター行 ( 柏の葉公園経由）→「東大前」下車[柏 44] 国立がん研究センター行 ( 税関研修所経由）→「国立がん研究センター」下車●常磐自動車道柏 I.C. から車で約 5 分…………………………………………………………………………………………
■附属極限コヒーレント光科学研究センター     軌道放射物性研究施設播磨分室（SPring-8 内）   Harima Branch of Synchrotron Radiation Laboratory,       Laser and Synchrotron Research Center〒 679-5198 兵庫県佐用郡佐用町光都 1-1-1
1-1-1 Kouto, Sayo-cho, Sayo-gun, Hyogo 679-5198
TEL：(0791) 58-0802 ext.4111■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■附属計算物質科学研究センター神戸分室     （理化学研究所計算科学研究機構内）

Center of Computational Materials Science (Kobe branch)〒 650-0047 兵庫県神戸市中央区港島南町 7-1-26 R501
7-1-26-R501 Minatojima-minami-machi, Chuo-ku,                                                     Kobe, Hyogo 650-0047
TEL：（078）304-0170

東京大学物性研究所要覧
2014 年 11 月
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