第 9 回日本物理学会若手奨励賞を受賞してナノスケール物性研究部門

宮町 俊生

この度、第 70 回日本物理学会年次大会において第 9 回日本物理学会若手奨励賞(領域 3)を受賞する栄誉に恵まれました。推薦して下さった小森先生および対象研究の共同研究者の方々に厚く御礼申し上げます。受賞対象となった研究は、私が物性研に着任する前に博士研究員として所属していたカールスルーエ工科大学(ドイツ)の Wulf Wulfhekel 教授のグループで行い、研究題目「スピン偏極走査トンネル顕微鏡による原子スケールスピン制御」にありますように単一原子・分子のスピン状態を(スピン偏極)走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて実空間で直接観測し、さらに制御することが目的でした。以下に対象研究の背景・動機および内容を簡単に紹介させて頂きます。

[単一分子による多機能分子メモリの開発]
単一分子で構成される分子デバイスは、シリコンに代表される従来の無機エレクトロニクスデバイスを上回る集積化や低消費電力化が期待され、基礎、応用の両面から研究が盛んに行われています。単一分子を用いたスイッチやメモリはこれまで主に分子形状の変化に伴う電気伝導度変化を利用してきました。本研究の目的は、単一分子の電気伝導度に加え、スピン状態を制御し、近年、関心が高まっている分子スピントロニクスデバイス開発への道を切り開くことにありました。
この条件を満たしうる分子として、我々はスピンクロスオーバー(SCO)錯体 Fe(1,10-phenanthroline)2(NCS)2 (以下、
Fephen)に着目し、その構造および電子状態を極低温 STM を用いて単一分子レベルで制御することを試みました。SCO
錯体は外場刺激(温度、圧力、磁場、電場、光等)が誘因となって分子形状が変化し、さらに分子中に含まれる遷移金属イオンのスピン状態が高スピン状態と低スピン状態の間で変化するため、電気伝導度とスピン状態、両方のスイッチング機能を有すると考えました。
実験はまず、銅単結晶基板に Fephen 単一分子を吸着させ、極低温 STM 観察を行いました。構造観察および分光測定による電子状態観測の結果から、銅単結晶基板上で Fephen 単一分子の高スピン状態と低スピン状態が共存していることが明らかになりました。次に、STM を用いて Fephen 分子のスピン状態のスイッチングを試みましたが、銅単結晶基板とFephen 単一分子間の強い相互作用(混成)のため、スイッチング機能は失われていることが判明しました。どうやってFephen 単一分子と基板の相互作用を弱めようかと思案していたところ、Wulfhekel 教授から原子層絶縁体窒化銅を銅単結晶基板上に挿入してはどうかとご助言を頂き、早速、試してみることにしました。幸運にも結果はすぐに出始め、銅単結晶基板の場合と同様、窒化銅上でも Fephen 単一分子のスピン状態の共存が確認されました。さらに、Fephen 単一
分子と STM 探針の間に流れるトンネル電流や電場によってスピン状態と電気伝導度状態の可逆的かつ一意的な複合ス
イッチング現象を観測することに成功しました[1]。また、銅単結晶基板上においても、基板と直接相互作用の無い
Fephen 多層膜最表面の Fephen 単一分子のスピン状態のスイッチングを確認することができました[2]。本研究結果より、吸着基板との相互作用を如何に制御するかが単一分子のスイッチング機能を保持させるために非常に重要であることが示され、今回観測された単一分子のスピン状態と電気伝導度の複合制御は分子スピントロニクスデバイス創成への一歩となると期待できます。

[単一原子スピンの安定化]
ナノスケール磁性体は次世代情報記録装置や量子コンピュータの磁気素子への展開が考えられ、近年、実験と理論の両面から盛んに研究が行われています。本研究では磁気素子の微細化の極限である単一原子の磁気特性の起源であるスピン
を、STMを用いて直接観測し、制御することを試みました。
本研究では、我々は白金単結晶表面上の希土類金属 Ho 単一原子の非弾性トンネル分光測定およびスピン偏極 STM 測定を行い、種々の対称性(時間反転対称性、単一原子の全角運動量の内部対称性および金属基板表面の対称性)を考慮するこ■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

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とにより、単一原子の磁気異方性およびスピン緩和時間を更に向上させることが可能であることを示しました[3]。非弾性ト
ンネル分光測定の結果、磁気異方性に比例するスピン-フリップ励起が観測され、Ho 単一原子は約 40 meV と巨大磁気異方性示すことが明らかになりました。Ho 単一原子のスピン緩和時間はスピン偏極 STM により見積りました。スピン偏極
STM では磁性探針と Ho 単一原子の磁化方向(スピン偏極度ベクトル)が平行の場合、磁気シグナルは大きく、反平行の場
合、磁気シグナルは小さくなります。磁性探針を Ho 単一原子の上に配置し、磁気シグナルの時間変化を測定した結果、
Ho 単一原子は極低温でスピン状態(上向き、下向き)を 10 分以上保持していることがわかりました。さらに、Ho 単一原子にスピン-フリップ励起を誘起させるのに十分なエネルギーを持ったトンネル電子を磁性探針から注入することにより、可逆的にスピン状態を制御することも可能であることも明らかになりました。Ho 単一原子のスピン緩和時間が著しく増
大した理由として、時間反転対称性、Ho 単一原子の全角運動量(J= 8)の内部対称性、Pt(111)表面の対称性(C3v)の組み合
わせにより基底状態間の量子トンネルが抑制されたためと考えられます。

以上、これまでの研究を振り返ると、原子・ナノスケール磁性体の(１)構造観察を行い、(２)その電子・磁気状態の詳細を明らかにした上で、(３)制御・操作する、といった(個人的には)スピン偏極 STM の長所を存分に活かして研究を行ってきたな、と考えております。今回の受賞を励みに、今後もスピン偏極 STM ならではと言える研究を行い、プラスアルファとして放射光分光等、スピン偏極 STM と親和性の高い手法も積極的に取り入れることによって、より広い視野で多角的・相補的に今後の研究生活を進めていきたいと考えております。

参照論文[1] “Robust spin crossover and memristance across a single molecule”, T. Miyamachi, M. Gruber, V. Davesne, M. Bowen,
S. Boukari, L. Joly, F. Scheurer, G. Rogez, T. K. Yamada, P. Ohresser, E. Beaurepaire, and W. Wulfhekel, Nat.
Commun., 3, 938 (2012).
[2] “Spin state of spin-crossover complexes: from single molecules to ultra-thin films”, M. Gruber, V. Davesne, M.
Bowen, S. Boukari, E. Beaurepaire, W. Wulfhekel, and T. Miyamachi, Phys. Rev. B, 89, 195415 (2014).
[3] “Stabilizing the magnetic moment of single holmium atoms by symmetry”, T. Miyamachi, T. Schuh, T. Märkl, C.
Bresch, T. Balashov, A. Stöhr, C. Karlewski, S. André, M. Marthaler, M. Hoffmann, M. Geilhufe, S. Ostanin, W.
Hergert, I. Mertig, G. Schön, A. Ernst and W. Wulfhekel, Nature 503, 242-246 (2013).

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

日本物理学会若手奨励賞を受賞して物性理論研究部門 加藤研究室

阪野 塁

日本物理学会領域 4 若手奨励賞を受賞いたしました。受賞対象となったのは、「量子ドット系における非平衡近藤効果と電流揺らぎの理論研究」です。
受賞対象となった研究内容を簡単に紹介いたします。温度の高い領域では、電流の揺らぎを支配するのは熱揺らぎであり、ジョンソンーナイキスト関係式を満たすことがよく知られています。しかし、低温になると、電流中に形成された量子状態の持つ有効電荷状態に起因した電流揺らぎ(ショット雑音)が顕著になります。近藤状態にある量子ドット系では非平衡電流中に、局所フェル流体相互作用による有効電荷が 2e の散乱状態が形成され、これが観測されるショットノイズ
を強く増幅することが知られています。この機構を軌道自由度のある不純物アンダーソン模型へ拡張し、詳しく明らかにしてきました。そして、大阪大学の小林研介教授の実験グループとも議論を進め、SU(2)近藤効果の実験結果について共著の論文を出版しました。さらに、最近では小林研究室がカーボンナノチューブを利用して、近藤効果のショット雑音観測の決定版となる実験に成功し、この解析に関わってきました。これらの成果が、基本的で重要な問題である非平衡近藤効果の輸送現象に関して、理論・実験の両方の進展に大きく貢献したと評価いただきました。
特に今回の研究を評価していただいた大きな理由には、論文発表後の数年間で実験において実際に近藤量子ドットのショット雑音の精密な観測に成功したという、タイムリーな研究であった幸運が挙げられると思います。
最近 2 年半は 1、2 ヶ月に 1 回程度、大阪大学の小林研究室を訪れては、午前から夕食前あたりまで議論をしてきました。その中で、実験の解析や進め方についても貢献できたと思いますし、私自身インスパイアされて、新しい理論研究を進めるアイディアをいくつも得てきました。理論と実験が同じ興味を持ち、徹底的に議論する機会に恵まれるのはそう多
くはないことだと思っています。議論に根気よく付き合ってくださった Meydi Ferrier 氏、小林研介教授ら小林研のメンバーと、小栗章教授にはとても感謝しています。とくに物性研究所の助教は授業の義務なども少なく、フットワーク軽く
外部に出かけて共同研究を行える機会に恵まれていると感じています。このことは、物性研究所で研究する大きなアドバ
ンテージであると考えますし、まさに人材共同利用にも当たるのではないでしょうか。このような研究体制に理解し、応援してきてくださった加藤岳生准教授には、大変感謝しています。今後も、研究会開催など共同利用の機会を通して積極的に研究所内外問わず交流を深め、フットワーク軽く研究ができる物性研究所であって欲しいと思っています。
最後に、受賞の対象となった研究は、荒川智紀氏、Meydi Ferrier 氏、藤井達也氏、藤原亮氏、秦徳郎氏、Alex Hewson
氏、加藤岳生准教授、小林研介教授、西川裕規博士、小栗章教授、樽茶清吾教授、山内祥晃氏との共同研究です。ここに記して、多くのことをご教示いただきましたことに感謝いたします。

写真は、大阪大学小林研での近藤チームの議論の様子。

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3ISSP 柏賞を受賞して極限コヒーレント光科学研究センター

福島 昭子

この度は、ISSP 柏賞という栄誉ある賞をいただき誠にありがとうございます。推薦・選考していただきましたこと、感謝の念に堪えません。また、受賞の対象となりました「つくば分室の管理・運営」を遂行できましたのも、皆様からの多大なご協力とご支援をいただけたからであり、この場をお借りしまして先ずはお礼を述べさせていただきます。
私は 1998 年 4 月より 14 年間、主にビームライン 19B の発光分光測定装置の保守管理担当として業務をおこなってま
いりました。放射光実験は全く初めてであり、軌道放射のスタッフ、高エネ研の放射光施設関係者に大変お世話になりました。どうにか、四半世紀のつくば分室の歴史に微力ながら関わらせていただき感謝の気持ちでいっぱいです。
業務では共同利用ユーザーへの対応が最も重要でした。各ユーザーのビームタイムに応じて準備をし、測定が順調に進むことが(暗黙のうちに)要求されます。装置の調整に慣れない当初は、試料により発光のエネルギー条件が変わるので、装置を調整しても発光のカウントが出なくて結局データがとれなかったこともありました。ユーザーにはがっかりされ、私は申し訳ない気持ちでいっぱいになりました。放射光施設は運転が始まると 24 時間実験可能です。測定プログラムが止まってしまった、試料を交換したいがマニピュレーターから外れないと、勤務時間外の夜中にトラブルの連絡がくると、ビームラインに駆け付けたこともありました。それも数年たってからは、トラブル対応もわかってきて電話で説明できるようになり、そうでなければ次の日の朝まで待たせる図々しさも持ち合わせてきていました。
2011 年の「東日本大震災」は、やはり忘れられない出来事です。つくば市は震度 6 弱の大きな揺れが数分間続き、つくば分室の居室はもちろん、ビームラインの実験装置、光源加速器に大きな被害をもたらしました。その朝、共同利用実験が終了していましたので、発生時刻にはユーザーもほぼ帰り、装置の停止作業も終わったところで人的被害が一切なかっ
たのは本当に幸運でした。いつからか PF 実験ホールには「がんばろう PF」と印刷された紙が、あちこちに掲示されていました。皆が放射光を出そうと一丸となっているのが伝わってきて、連携した作業に加わった体験は貴重な経験でした。
電力規制が続く中、実験ホール、加速器双方で故障したポンプや真空機器の交換、空気や冷却水の漏れの補修、光軸からのずれの補正など、連休返上で急ピッチに進められる様子は感動的でした。そしてついには 2011 年 5 月 27 日からビーム試験運転が可能となったのです。
つくば分室は高エネ研敷地の西のはずれにあります。分室に続く道路沿いには桜の木があり春にはお花見が楽しめ、筑波山はもちろん、冬の空気が澄んだ夕方には富士山を遠くに眺めることができ癒されました。キジがプレハブの窓ガラスに激突したこともあるそうです。分室の敷地には畑もあって、前施設長の柿崎先生の指導の下、畑仕事の野外活動がありました。収穫されたトウモロコシ、枝豆、里芋などは学生、ユーザーとの交流に生かされ、芋煮会、バーベキューパーテ
ィーを楽しみました。こうした学生ユーザー間の交流で、共同利用実験の疲れを癒すことができたのではと感じています。
高エネ研・放射光施設職員の方々、全国からの共同利用ユーザーの皆様との交流は忘れられないもので、今の業務への姿
勢に繋がっています。
ビームタイム中に装置にトラブルが起こること、私にとって一番辛い場面でした。短時間で解決して測定できるようにしなければならないからです。このトラブルシューティングの過程では PF の職員や三菱サーピスの方にはアドバイスをいただいたり部品を貸していただいたりしました。解決できた時の喜びはなんともいえませんでした。この経験から普段からの交流の大切さを実感しました。
つくば分室管理のビームラインは多くのユーザーに利用していただきました。お世話したと思っていた学生の皆さんが今や助教や准教授でご活躍され、うれしいことに、いつのまにか私が部下になってしまいました。現在柏勤務となりまし
たが、つくば分室での失敗を忘れずにお役にたてればと思っております。今後とも皆様からのご指導ご鞭撻のほど、よろしくお願いいたします。

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第 12 回 ISSP 柏賞を受賞して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

原沢 あゆみ第 12 回 ISSP 柏賞を福島さんと共に頂くことができましたこと感謝いたします。授賞式でも申し上げたのですが、つくば分室は四半世紀以上の長い間、物性研究所そして東京大学内外の全国・世界の方々が建設、開発、維持運営に関わって支えてくださり、そして終了するところまで共に歩んでくださいました。いただいた柏賞は、これまでつくば分室を守り支えてくださった方たち全ての方へお授けくださったものと思っております。
軌道放射物性研究施設では、1975 年より東京都田無市に放射光光源専用の加速器と光物性実験設備を建設して、全国に放射光の共同利用実験を提供してきました。1987 年からは新しい加速器の建設を視野に入れて、高エネルギー加速器研究
所の放射光実験施設(KEK-PF)に挿入光源とビームライン 2 本 3 ステーションを建設し、軌道放射物性研究施設つくば分
室が立ち上がりました。KEK-PF では、固体および表面界面を対象に、真空紫外と軟 X 線領域の光電子分光、スピン分
解光電子分光、光電子回折、発光分光などを手法とした物性研究と装置の開発を、共同利用実験者や協力してくださる方々と一緒に行っていました。田無とつくばで放射光を利用した研究を続けていましたが、1997 年には田無の放射光施設
SOR-RING が終了しました。2005 年には、何度も計画の変更を余儀なくされながら長い間積み重ねてきた極紫外・軟 X 線
領域の新しい高輝度放射光光源施設の建設計画は、残念ながら断念することになりましたが、2007 年からは兵庫県播磨
SPring-8 に偏光制御可能なアンジュレーターとビームラインそして測定装置の建設を行いました。一方でつくば分室は役割を終えて、2014 年 3 月で共同利用を終了し 9 月で撤退終了、2015 年 3 月にはオフィスとして使用してきたコンテナ
ハウスが撤去され、東日本大震災 4 年目の日にはすっかり更地になっていました。つくば分室の最初から最後まで、大きな力や地道な現場の力として支えてくださった全ての方に感謝申し上げます。
私自身は、つくば分室のほぼ立ち上げ時期の 1989 年(平成元年)に物性研究所軌道放射物性研究施設に職を得て、最初から高エネルギー加速器研究所放射光実験施設内にあるつくば分室で、ビームラインや測定装置の建設に携わりました。
今回このような機会を与えられ、つくば分室で過ごした 25 年を振り返ると、非常に密度の濃い日々であったことが思い起こされます。様々な工具の使い方を学ぶところから始まり、ビームラインやアンジュレーター、電子分光の各種の実験装置の建設・保守、ユーザー実験対応で、加速器などの大型機器から細かい試料、機械・電気のハードウェアからソフト
ウエア、それから人と自分自身の心の動きと日々格闘していました。壊してしまった物も数々ありますが、「全国津々浦々に噂は広まっているからね。
」と言われながらも、必ず助けてくださる方達がいました。トラブルが起きた時のことほど心に残っているものですが、それぞれの力を持った担当の方達が、力を尽くして確実にトラブルの対処を行っていく様子を目の当たりにさせていただいていました。それなりに“しんどい”思いをしたのですが、それを超えられた時の安堵感と感謝の気持ちの方が大きかったことを思い出します。そして、その最も大きかったことが、東日本大震災であったかと思います。
私はつくば分室のほぼ始まりから終了までの一つの有機的な営みに関わらせていただくことができました。私自身がこの中で育てられ、共に過ごし、この営みを閉じることができたことに感慨深い思いでいます。このような本当に有り難い経験をさせていただけたことに深く感謝しています。
柏キャンパスに勤務するようになり、１年近くになりました。初めての電車通勤をするようになり、柏の葉キャンパス
駅からキャンパスまで様々の種類の木々の下を自転車で往復する生活に慣れてきて、柏キャンパスの方たちの動きを少しずつ知るようになりました。極限コヒーレント光科学研究センターＥ棟に建設した超低速電子回折型電子スピン検出器に関わり、また物性研学生教職員相談室相談員としての任務など、新しいつながりの中にいることもまたありがたく思います。
この役割をどう果たしていけるか、今までいただいてきたことを、どう活かし新たにし、お返しするかと、戸惑いながらではありますが、挑戦したり振り返ったりの日々です。柏キャンパスもつくば分室と同じように、キジの鳴き声が聞こえてきます。この自然とキャンパスの音や声に耳を傾けて聴き、心に響かせ、そして丁寧に応えていきたいと思っています。

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5強相関電子系における新しい量子物性の開拓

新物質科学研究部門

中辻 知

この度は、誠に光栄にも表記のタイトルで日本学術振興会賞、並びに、日本学士院学術奨励賞をいただきました。物性研拡大広報委員会から、この受賞についての執筆の依頼を受けましたので、簡単に書かせていただいている次第です。
今回の受賞の対象となった研究は、この 8 年間、物性研の研究室で取り組んできました強相関電子系や幾何学的フラスト
レーションによる新しい磁性の研究です。このように物性研での活動を認めていただき、大変うれしく存じます。また何よりも、このような事は研究室のスタッフおよび学生の皆さん、物性研内の先生方との共同研究、内外の先生方のサポートなくしてはありえないことで、この場を借りて深く感謝したいと思います。

物性物理の分野において新しい量子相や現象の発見は、新しい概念の構築や、物質の機能の開発に役立ってきました。
私の研究室はこのような発見を実験的に行うことを目指しています。私達が取り組んでおります強相関電子系の研究においては、ある程度の理論的な考察の上での実験的な試行錯誤が特に大切です。そのような中で、Yb 系化合物や Pr 系化合物における異常金属や超伝導、あるいは、スピン液体という新しい量子現象に巡り合えた事は大変ラッキーだったと思います。同時にこれらの発見は、純良な単結晶の合成と、高精度な測定技術の両方があって初めて実現できたことであり、今回その重要性をお認めいただいたこと、とてもうれしく思います。

一方、物性物理においてトポロジカル絶縁体の発見を機に、トポロジカル相に対する関心が高まっています。これまでの研究の対象は、特に相関の重要でない系が中心でしたが、最近、強相関電子系においてもトポロジカルに非自明な現象の可能性が理論的に指摘され、私たちが研究してきた物質群も含めて、実験的にもいくつかの系においてその効果が認められつつあります。特に、この方向の新しい効果を見出すには、上記の強相関電子系の研究と比較しても、理論的なガイダンスが特に重要となってきています。また、さまざまな測定技術の進化により、比較的簡便に非平衡・励起状態の物理も研究できるようになってきました。今後、このような物性分野の進展を取り込んで、新しい量子相という基底状態の研究からさらに新しい現象や、応用の観点からも有用な機能の創出を目指していきたいと考えています。

折しも物性研究所では、頭脳循環プロジェクト「新奇量子物質が生み出すトポロジカル現象の先導的研究ネットワーク」
事業を推進しており、スタッフの長期派遣、また、外国研究者の招聘を主体とした共同研究事業を進めています。私もこのプロジェクトの遂行任務を頂いており、この機会に、上記のような新しい物理の展開を目指したいと思っています。今後ともよろしくお願いいたします。

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

強磁場フォーラム三浦奨励賞を受賞して国際超強磁場科学研究施設

小濱 芳允

このたび、
「強磁場フォーラム三浦奨励賞」を受賞致しました。金道浩一教授を初めとして、研究に協力して頂いた強磁場施設の皆様など、沢山の方々のお力添えがありこの賞を賜ることができたと思います。この場を借り、皆様に改めて感謝申し上げます。
頂いた三浦賞は、強磁場中における物性測定や強磁場発生に関する技術開発において成果を得た、若手研究者に与えられる賞です。今回の受賞の対象となった研究は、私が 2010 年および 2014 年に行った、“パルス磁場下での比熱測定”についてです[1,2]。私は 2003 年から 5 年間、東京工業大学・阿竹研究室で比熱測定の基礎を学び、それからロスアラモスのパルス磁場研究所でパルス磁場下での実験を始めました。受賞の対象となった“比熱測定をミリ秒パルス磁場下で行う研究”は 2009 年夏からスタートさせたのですが、当時は１秒以下のパルス幅を持つミリ秒パルス磁場下での比熱測定は成功例が無く、この達成はかなり難しいと考えられていました。しかしながら 2010 年には 250 ミリ秒下での比熱測定を可能とし[1]、物性研では 2014 年に 36 ミリ秒下での比熱測定にも成功しました[2]。これら新しい手法を用いた研究成果
は、幾つかの物理専門誌でも見られるようになってきており[3-5]、現在では 60 T までの高磁場領域で、比熱測定による熱力学的研究が可能となったと言えるでしょう。以下に、開発した比熱測定技術についてご紹介させて頂きます。
一般的な比熱測定セルは、温度計、ヒータ、試料台、そして熱浴により成り立っています。そのようなセルを用いて、通常は数秒～数分のタイムスケールで比熱測定が行われており、この測定のタイムスケールを～ミリ秒程度まで下げることでパルス磁場下でも比熱測定が可能となります。この測定のタイムスケールは、Fig.1 に示す熱パルス(赤線)を与えた
あとの温度レスポンスの遅れ(2 と呼ばれる)のおよそ 10 倍程度が限界となります。Fig.1(a)は 24.515 mg の鉛サンプルをアピエゾン N で試料台に貼り付けたときのデータですが、この場合は 1 ms ほどの2 が存在しており、このため測定に必要な時間は 10 ms 程度だと考えられます。この測定時間を短くするには、(1)サンプルとヒータの熱接触を大きくする、(2)サンプルサイズを小さくする、(3)サンプルの温度を素早く測定することなどが挙げられます。これらを達成するために、薄膜ヒータを直接サンプルにスパッタし、試料の大きさを～1 mg 以下とし、温度計と試料を熱伝導の良い銀ペーストで貼り付けました。この結果、2 は 100 s 程度まで小さくでき、～1 ms 程度のタイムスケールでの比熱測定を可能としたのが、2010 年に完成させたミリ秒パルス磁場下での比熱測定手法です。[1] これにより、[Cu(pyz)2(pyO)2](PF6)2 のよ
うな有機化合物、CeRhIn5 のような重い電子化合物で 1 kHz (1 ms)程度の AC 比熱測定をパルス磁場下で執り行えました[3,5]。たとえば、CeRhIn5 の場合は磁場・温度相図を明らかにできただけではなく、高磁場で電子比熱が増大することも確認しており、反強磁性相の壊れに伴ったフェルミ面の再配列を観測しています。[5]Fig.1 ヒートパルス(赤)印可により得られる温度レスポンス(黒)(a)通常の比熱セルによる測定結果(b)パルス磁場用、高速セットアップによる測定結果。磁場は緑で示した。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

7AC 比熱測定は、～100 ミリ秒以上のパルス磁場下では有効な測定手法でした。しかしながらより短いパルス磁場下だと、磁気熱量効果のためにサンプル温度が大きく変わり、比熱が測定できないという問題点がありました。この点を解決するために、磁場がほぼ一定である磁場トップ付近のみで測定できる準断熱法を適応したのが、2014 年の開発です。ここではより複雑化した測定に対応させるために、数値ロックイン装置を整備し、また高速に温度計測するために、AuGe 薄膜を作成しました。AuGe 薄膜作成につきましては、勝本信吾先生、橋本義明様、徳永将史先生および当時大学院生だった木原工さん(現東北大学助教)に協力いただきました。製作した高速比熱測定セットアップを使い、Cu3Mo2O9 という擬
１次元磁性体で得られた測定の生データを Fig.1(b) に示します。この図の横軸の幅は 500 s ですが、このスケールでも2 に関連する温度レスポンスの遅れがほぼ見えず、2 は 100 s 以下であることが確認できます。また、緑線は磁場プロファイルですが、この比熱測定のタイムスケール(500 s)間では磁場はわずか 56 T において 0.2 T しか変化していません。この小さな磁場変化のために、磁気熱量効果などによるサンプルの自発的な発熱を無視して、与えた熱パルスによる温度変化のみを観測することができるわけです。このような測定により得られる比熱データを Fig.2 に示しました。赤線
は、独立に PPMS で測定した 14T までの比熱ですが、これとパルス磁場下で得られたデータは良く一致しており、この
高速比熱測定技術が比熱の絶対値も測定でき、例えばエントロピー解析などにも威力を発揮することを示しています。実際この手法によりフラストレートした鎖状化合物である BiCu2PO6 の比熱を 50T 以上の高磁場で測定し、BiCu2PO6 における高磁場誘起相のエントロピーを観測しています。[4]パルス磁場の研究は、世界的にもあまり多くの方が携わっていないため、他分野と比べると未開拓の研究領域が多くあります。このため、個人のアイディアと創意工夫で、新しい測定手法などの開発が行える分野です。今回の受賞を励みとし、今後ともパルス磁場下で利用できるような新しい測定技術を開発し、物性物理の発展に貢献していきたいと考えております。

Fig.2 Cu3Mo2O9 の高磁場比熱。黒および赤線は開発したセットアップおよび PPMS による測定結果。

参考文献[1] Y. Kohama, et al., Rev. Sci. Instrum. 81, 104902 (2010).
[2] Y. Kohama, et al., Meas. Sci. Technol. 24, 115005 (2013).
[3] Y. Kohama, et al., Phys. Rev. B 84, 184402 (2011).
[4] Y. Kohama, et al., Phys. Rev. B 90, 060408(R) (2014).
[5] L. Jiao, et al., PNAS 112, 673-678 (2015).

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

日本中性子科学会第 12 回学会賞を受賞して中性子科学研究施設

柴山 充弘

この度、
「中性子散乱による高分子ゲルおよびミセルの構造と変形機構に関する研究」で日本中性子科学会第 12 回学会
賞を受賞しました。中性子科学会学会賞は「中性子科学の進歩発展に寄与しその業績が特に顕著な者」に授与されると定められております。受賞の対象となった研究は、熱敏感型高分子ゲルの体積相転移とミクロ相分離、高分子ゲルの不均一性、水溶性ブロック共重合体のミクロ相分離挙動、コントラスト変調法による高強力ゲルの構造解析と変形機構の研究、
理想高分子網目の開発と構造評価およびイオンゲルの研究、ミセルの形成と流動場下での構造転移の研究、など多岐にわたりますので、紙面の関係上、それらについてのより詳しい紹介は中性子科学会誌「波紋」[1]や、関連する総説論文[2,3]、
さらには物性研だよりに寄稿した研究室だより[4]に譲るとして、ゲルの体積相転移と高強力ゲルの構造解析・変形機構に話題を絞って、それらの研究の背景と意義について紹介したいと思います。
高分子ゲルとは非常に長い紐状の高分子が「架橋」によってところどころ繋がって網目状となった巨大分子系です。しかし、網目の大きさや分布の特定が難しく、架橋点の種類や構造も多種多様なので、1970 年代に始まる中性子散乱による高分子研究の中でも高分子ゲルの研究は大変遅れていました。私は 1985 年頃から、いわゆるスライムと呼ばれている可逆性高分子ゲルの研究を始めていました。その研究が縁で 1989 年に MIT の田中豊一教授に出会い、彼の研究室に 1991
年 4 月から 1 年間、留学することになりました。田中教授といえば、1973 年にゲルの協同拡散理論を提唱し、1978 年にはゲルの体積相転移を発見するなど[5]、まさに高分子物理分野でのスーパースターでした。私は 1983 年の最初の留学の際に、当時のアメリカ標準局(NBS；現在のアメリカ技術標準研究所 NIST)の原子炉を使って小角中性子散乱(SANS)による高分子ブレンドの臨界現象の研究をした経験があったので、SANS を使った体積相転移の微視的構造解析を提案し、本格的な中性子散乱によるゲルの研究を開始しました。そして、「熱敏感型高分子ゲルの体積相転移と臨界現象」に関する一連の研究を行いました[6-9]。
ゲルの体積相転移とは、その名の通りゲルの体積が環境の変化に伴い不連続的に変化する現象です。通常、ゲルは温度や pH などの環境の変化に対して連続的に体積変化(膨潤・収縮)しますが、体積相転移では、あたかも液体の気液転移のように不連続的な転移をします(一次相転移)。これは van der Waals 気体において分子間力が重要であるように、ゲルを構成する高分子と溶媒との間の分子間力(たとえば van der Waals 力、水素結合、疎水性相互作用、静電相互作用など)のわずかな変化に対し、自由エネルギーに極大極小が現れるからです。ゲルの自由エネルギーはゲル網目を構成する高分子
鎖の弾性エネルギー(エントロピー弾性)と分子間力に起因する混合自由エネルギーからなり、両者が拮抗するところで平衡膨潤状
態となります。この場合、体積変化は連続的ですが、ゲルに荷電基が導入されると、解離
した自由イオンの並進エントロピーに起因する自由エネルギー項が加わるため体積相転移は不連続的になります。この不連続体積相転移を起こすゲルに対して、小角中性子散乱実験(SANS)を行ったところ、図 1 に示す
ような、SANS にピークが現れました[7]。実験に用いたゲルはガラスキャピラリーを鋳型として作成した一片の棒状ゲルで、巨視的には膨潤相、収縮相ともに透明なゲルです。

■ ■■ ■ ■■ ■図 1 弱荷電性 NIPA/AAc 高分子ゲルの光学顕微鏡写真とゲル網目の模式図(右）と対応する SANS 強度曲線の温度依存性(左)。[2]

物性研だより第 55 巻第 2 号

9しかし、SANS で観察すると左の図に示したように温度の上昇とともにピークの出現を伴う著しい散乱強度の増大が見られたのです。図にはその様子をゲルの顕微鏡写真、およびゲルの網目構造の模式図とともに示してあります。興味深いことに、このゲルでは転移温度(領域)では膨潤相と収縮相が共存した状態が出現します。しかも、一片のゲルは連続体であるので、膨潤状態(写真の左側)から収縮状態(右側)へと連続的に形状が変化しています。これら一連の SANS 結果は、ゲ
ル網目中の荷電部位とそうでないところの間で濃度揺らぎが発現し、それが温度の上昇とともに増幅されていったことや、高分子鎖が架橋によって固定されているというゲルの特性のため、濃度揺らぎの波長は成長できず、振幅だけが増大していった様子を忠実に再現しています。一方で、荷電基をもたない非荷電ゲルでは、そのようなピークは現れず、散乱ベク
トル q = 0 での著しい散乱強度の増大、すなわち臨界現象(二次転移)が観測されました[6](q は散乱ベクトルの絶対値)。
この研究がゲルの体積相転移の微視的研究の端緒となり、散乱による構造解析はもとより体積相転移の分子論的理解の発展に大きく貢献しました。
2000 年代に入ってからゲル科学の世界に革命的な発見が立て続けに起こりました。ゲルは柔らかくて弱いものとされていた「常識」が覆り、非常に強力なゲルが次々と開発されました。
図 2 に従来のゲル(a)と新たに発見された新規ゲル(b – d)の模式図を示します[3]。従来のゲルは合成高分子網目の宿命として網目が不揃いであり、そのため変形に対して網目の疎な部分から破壊が起こり、ゲルは柔らかくて弱いものと考えられていました(図 2a)。しかし、2001 年に、架橋点が高分子鎖に沿って動くことのできる環動ゲルが開発されました(図 2b)。このゲルは環に紐を通したような構造をしており、環同士が８の字型に繋がっているため、紐と高分子で無限網目を形成した構造をしています。そのため、外部からの歪みがかかると、架橋点が動滑車のように自動的に動いて力の分散をすると考えられています。
筆者らは、この「仮説」を実証するために、SANS 実験ならびに、中性子スピンエコー(NSE)実験を行い、架橋点の可動性を実証しました。2002 年には水中で無機鉱物クレイの存在下でア
クリルアミド系モノマーを重合して得られるナノコンポジット
ゲル(NC ゲル)が開発されました(図 2c)。輪ゴムのように 10 倍

図 2 ゲルの構造模式図。(a)従来のゲル、(b)環動ゲル、(c)ナノコンポジットゲル，(d)Tetra-PEG ゲル。[2]以上の高延伸が可能で、引っ張り強度や圧縮強度も非常に大きいハイドロゲルであったため、瞬く間に多くの研究者の注目を集めました。筆者らは NC ゲルの高延伸性や高強度発現のメカニズムを探るべく一連の SANS 実験を行い、ゲルの構造と変形機構についての研究を行いました。2008 年には、東大バイオエンジニアリング専攻の共同研究者とともに４枝状ポリエチレングリコール(Tetra-PEG)を末端架橋して得られる Tetra-PEG を開発しました(図 2d)。このゲルは、SANS 研究によって非常に欠陥の少ない高分子網目から出来ていることが証明されました。Tetra-PEG は透明で力学物性に優れ、生体適合性もあることから人工軟骨を始め様々な用途への応用が期待されています。
これら、3 種の新奇な高分子ゲルに対し、延伸装置を試料台に取り付け、試料延伸 SANS 実験を行い、ゲルの変形機構
をつぶさに研究しました。その研究成果をまとめたものが表 1 です[2]。まず、通常の化学架橋ゲルでは、試料延伸に伴い著しい異常散乱が現れ、不均一性の増大が認められました。環動ゲルでは、架橋導入率が低い場合には通常散乱が観測されますが、ある架橋導入率以上では、異常散乱が現れるという通常—異常散乱転移が観測されました。これは、可動架橋点の濃度が低い場合には「環動性」が発揮されるが、可動架橋点濃度が高くなるとその機能を失うことを示しています。２
つめの NC ゲルでは、変形によるゲル網目の散乱に変化に加えてクレイの配向や再配列などが起こり、散乱パターンは複雑化しました。そこで、延伸 NC ゲルに対しコントラスト変調実験を行い、ゲル網目、クレイ、および両者の交差項の散乱関数の延伸倍率依存性を調査したところ、延伸に伴いゲル網目は延伸方向に引き延ばされること、クレイは延伸方向に

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

配向していくこと、クレイ表面付近に吸着していた高分子鎖の引きはがれがおこること、などといった NC ゲル特有の変形機構が解明されました。3 番目の Tetra-PEG ゲルではゲルを延伸しても全く散乱パターンには変化が見られず、延伸状態においても均一・均質性が保たれているという、他のゲルとは全く異なる興味深い結果が得られました。これら一連のゲル変形機構の研究は、高強力・強靭性の発現メカニズムの解明という点で独創的であり、その後の高強力・高性能ゲルの開発の指針を多く示した点で意義深いとものがあります。
中性子小角散乱はゲルやミセルといったソフトマターの研究に非常に適した手段です。理由は、溶媒や媒質を重水素化することで対象とする高分子網目やミセルの構造や外場に対する構造変化を詳細に研究することができるからです。さらには、中性子散乱の特徴である、(i)非常に大きな物質透過性は剪断実験や高圧実験などの構築が容易であること、(ii)それぞれの成分の散乱長が既知であるため絶対強度での議論が可能なため高分子の分子量やミセル数の決定が容易かつ定量的であること、(iii)コントラストマッチング実験やコントラスト変調といった多成分系の研究にも適していること、などが理由としてあげられます。筆者は 1983 年に初めて中性子散乱に出会って以来、高分子ゲルやミセルなどの構造が温度やpH などのわずかな変化で劇的に変化することに魅せられ、その謎解きを研究テーマとしてきました。この醍醐味を一人でも多くの若い人たちと分かちあえれば幸甚です。
表 1 高強度・高性能ゲルの変形機構 [3]

参考文献[1] 柴山充弘、波紋、2015, 25, 120.
[2] M. Shibayama, Polym. J., 2011, 43, 18.
[3] M. Shibayama, Soft Matter, 2012, 8, 8030.
[4] 柴山充弘、物性研だより, 2006, 45,13.
[5] T. Tanaka, Phys. Rev. Lett., 1978, 40, 820.
[6] M. Shibayama et al., J. Chem. Phys., 1992, 97, 6829.
[7] M. Shibayama et al., J. Chem. Phys., 1992, 97, 6842.
[8] Y.Q. Zhang, et al., Nature, 1992, 360, 142.
[9] M. Shibayama, et al., Adv. Polym. Sci., 1993, 109, 1.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

11平成 26 年度日本表面科学会 会誌賞を受賞して

信 淳、小板谷 貴典
この度、平成 26 年度日本表面科学会会誌賞受賞の栄誉に恵まれました(図 1)。受賞対象となったのは、小板谷貴典氏と私が執筆した「Rh(111)に吸着したシクロヘキサンにおける速度論的および幾何学的同位体効果」という解説論文です[1]。
日本表面科学会会誌賞は、過去 2 年間に日本表面科学会誌または学会発行の e-Journal of Surface Science andNanotechnology へ掲載された原著論文以外の記事が、本学会会員の啓蒙に大きく貢献したと認められる個人会員に対して、毎年一件贈られています。この論文は、小板谷氏が理学系研究科化学専攻博士課程在籍中に行った Rh(111)表面に吸着したシクロヘキサンに関する一連の研究[2-5]の中で、分子吸着系でおそらく初めて発見された幾何学的同位体効果[4]について、日本語で解説したものです。これらの研究は共著者との共同研究であり、あらためて感謝いたします。なお、
日本表面科学会会誌賞の候補論文は日本表面科学会の理事やフェローなどによる推薦制で、受賞の通知を受けて初めてノミネートされていたことを知りました。本解説論文を会誌賞に推薦していただいた方に厚くお礼申し上げます。
遷移金属表面に吸着したシクロヘキサン(C6H12)の系は、環状飽和炭化水素の脱水素化触媒反応モデルとして、数十年にわたり数多くの研究が報告されてきました。特に、表面振動分光(高分解能電子エネルギー損
失分光＝HREELS、赤外反射吸収分光＝IRAS)によって、CH と金属表面の直接的な相互作用を示唆する CH 伸縮振動のソフトニングとブロー
ドニングが観測され[2,6 など]、CH 結合切断(脱水素化反応)と関係づけて議論されてきました。つまり、「CH･･･金属」という弱い化学的相互作用の証拠だというわけです。この相互作用は一種の水素結合であると解釈することもできます[4,6]。水素結合ならば、水素を重水素に置換すると、水素結合系で観測されてきた様々な同位体効果が期待できます。私たちは、Rh(111)に吸着した C6H12 と C6D12 の脱離の活性化エネルギー(Ead)、吸着による仕事関数変化(||)、吸着分子間距離(dm)、脱水素化反応への分岐率などを詳しく実験的に調べ、速度論的“逆”同位体効果だけではなく、幾何学的(構造的)同位体効果があることを実験的に見出しました(図 2)[4]。これは、CH 結合の活性化(切断)に水素原子の量
子的な振る舞いが顔を出していることを意味します。詳しくは、文献 1,4を読んでいただければ幸いです。

図 1 (a) 平成 26 年度日本表面科学会会誌賞の賞状

図 1 (b) 授賞式の写真：向って右から 2 番目が小板谷氏、右から 3 番目が信氏。

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■

(a)

(b)


図 2 (a) 金属表面に吸着したシクロヘキサンの模式図。(b) Rh(111)表面に吸着した C6H12 と C6D12 で観測された同位体効果 [4]。

最後に、第一著者である小板谷氏(現在、特任研究員)のことばを掲載します。
「この度はこのような賞を頂けたことを大変光栄に思います。始めはシクロヘキサン分子の脱水素化反応に着目していたのですが、吸着分子自体に面白い振る舞いが見つかり望外の幸運に恵まれました。一連の結果を研究成果としてまとめる
ことができたのは、研究室の方々のサポートのおかげと思っております。この場をお借りしてお礼を申し上げます。
」

文献[1] 小板谷貴典、信淳：表面科学 34 巻(2013) 437-442．
[2] Takanori Koitaya, Atsushi Beniya, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, and Jun Yoshinobu, "Low-temperatureobservation of the softened C-H stretching vibrations of cyclohexane on Rh(111)", Phys. Rev. B 80 (2009) 193409.
[3] Takanori Koitaya, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, and Jun Yoshinobu, "Two-dimensional superstructures andsoftened C-H stretching vibrations of cyclohexane on Rh(111): Effects of preadsorbed hydrogen", J. Chem. Phys.
135 (2011) 234704.
[4] Takanori Koitaya, S. Shimizu, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, and Jun Yoshinobu, "Kinetic and geometric isotope
effects originating from different potential energy surfaces: cyclohexane on Rh(111)", J. Chem. Phys. 136 (2012)
214705.
[5] Takanori Koitaya, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, and Jun Yoshinobu,"Energy level alignment of cyclohexane on
Rh(111): the importance of interfacial dipole and final-state screening"; J. Chem. Phys. 138 (2013) 044702.
[6] J. E. Demuth, H. Ibach, and S. Lehwald, Phys. Rev. Lett. 40 (1978) 1044.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

13物性研に着任して物質設計評価施設

平井 大悟郎2015 年 2 月 1 日付けで物質設計評価施設廣井研究室の助教に着任いたしました平井大悟郎(ひらいだいごろう)と申します。この場をお借りして、これまでの経歴・研究内容を紹介し、自己紹介とさせて頂きます。
私は、東京大学工学部応用化学科 4 年生から、新領域物質系専攻で博士課程を修了するまでの 6 年間、高木英典先生(現：東大理物)にご指導いただきました。実を言うと、本郷を離れるのが嫌で他の研究室を志望したのですが、じゃんけんで負けて柏にやってきました。今思えば、じゃんけんで負けたことで高木先生に出会い、研究の道に進もうと決めたので、結果的に幸運だったのかもしれません。もともと高木研の研究テーマに非常に魅力を感じていたので、柏に来てからは恵まれた環境のなかで研究に打ち込みました。卒論と修論では、6 万気圧もの圧力を出せる高圧合成装置を使い、超伝導体や磁性体の物質探索を行いました。装置は高木研に導入されたばかりで、助教の笹川崇男さん(現：東工大応セラ研)の下で手探りで実験を始めました。物質探索にあたり、高木先生からは「とにかく周期表の右から左に作れ」と指示ともいえない指示を与えられ、途方にくれました。そんな時、当時理研の高木磁性研にいらっしゃった山本文子さん(現：RIKEN-CEMS)と、その後助教として着任される高山知弘さん(現：Max Planck 研究所)が具体的な探索の指針や高圧合成の技術的なアドバイスをくださり、修士の 2 年間でいくつかの新物質を見つけることがきました。自分の手で新しい物質を合成したこのときの感動は、今も新物質探索を行う原動力となっています。
博士に進学した 2008 年の春に鉄系超伝導体が発見され、私もこれまであまり物性が知られていなかったニクタイドの物質探索に取り組みました。多くの研究が鉄の化合物に集中するなか、人と同じ事をやっても仕方ないと思い、異なる遷移金属を含むニクタイドの合成と超伝道探索を行いました。幸運にも、博士の 3 年間で BaIr2P2 や(Ru,Rh)P など 6 種類の超伝導体を発見することができました。残念ながら、超伝導転移温度はどれも高くありませんが、(Ru,Rh)P では何らかの相転移を抑制すると超伝導が発現し、現在も相転移の正体を明らかにしようと実験を行っています。
学位を取得後は渡米し、プリンストン大学の R. J. Cava 先生のもとで 2 年間超伝導探索を行いました。海外学振の公募に落ちてしまったため、Cava 先生のご厚意で Cava 研の予算からポスドクとして雇っていただきました。結果的に、公募に落ちたことは非常に幸運でした。直接雇ってもらえたことで、お客様ではなく、本当の意味で Cava 研の一員になれたからです。X 線回折装置や高圧合成装置など複数の装置の担当を任され、学生の面倒もみました。私がいた頃の Cava 研は非常に多国籍で、スペイン、イギリス、デンマーク、ドイツ、中国、インドからのポスドクや学生がいました。彼らがアメリカや自国に戻って活躍している姿を見ると、自分も頑張らないとと、刺激になります。渡米直後は、研究のディス
カッションにはあまり不自由しませんでしたが、日常生活ではとても苦労しました。
「superconductivity」はわかっても、
英語で「もみあげ」はわかりません。散髪屋で、なんと言っていいかわからず、「短くしてください」と言って、「そりゃ短くするよ」と笑われたのもいい思い出です。
帰国後は、東大理物に引っ越した高木英典研に戻り、2 年間薄膜に関する研究を行いました。初めて経験する薄膜作製には苦労もありましたが、RIKEN-CEMS の松野丈夫さんに手取り足取り教えていただき、常圧では合成できない化合物の薄膜や、積層の難しいペロブスカイトの(111)面という方向への人工超格子の作製などに成功しました。
物性研では、バルクの物質に戻り、物質探索に力を注いでいきたいと思います。私は学部 4 年で高木研究室に入ってからの 10 年間、物質探索ばかりやってきましたが、ほとんどの場合はうまくいきませんでした。今後もおそらくそうでしょう。ですが、当初思っていたことが失敗したときに、思いがけず面白い発見があったりします。私のこれまでの人生と同じで、結果オーライの精神で暗くならずに何か面白いものを探していきたいと思っています。今後ともどうぞよろしくお願いいたします。

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

物性研に着任して中性子科学研究施設 柴山研究室

Li Xiang

4 月 1 日付けで中性子科学研究施設の柴山研究室に助教として着任した Li Xiang と申します。この場をお借りして、ご挨拶と自己紹介をさせて頂きます。
私は中国の蘭州という町で生まれました。中国のど真ん中に位置する田舎町で、牛肉麺というラーメンと羊の串焼きが有名であるほか、毎年日本へやってくる黄砂の発生源としても知られています。小学校の高学年の時に両親の仕事の関係で日本へ移り住み、あまりの居心地の良さに本日までずっと居座っております。小・中・高と横浜で過ごし、大学は東京であったので、柏の葉に来た当初は人の少なさとまだらな建物に寂しさを感じました。しかし、2 ヶ月過ぎた今ではむし
ろ静かで落ち着いていて緑も多くて良い場所だと感じています。久々に東京に行くと、今では逆にごみごみしていて窮屈感でいっぱいです。
大学 4 年生の時に工学と医学の融合をテーマに研究を行っている東京大学の鄭・酒井研究室に進み、昨年度博士号を取得するまで在籍しておりました。配属された当時、鄭・酒井研究室ではダイヤモンド構造のような綺麗な高分子骨格を持った新たなハイドロゲル(Tetra-PEG gel)の研究を進めていました。ゲルとは高分子が 3 次元の網目構造を作り、その網目構造が水などの溶媒を吸って膨潤した物質です。ゲルはその体積分率の 90%程度が水などの溶媒であるにもかかわらず、
押しても水が出てくることはなく、弾性変形を示す固体です。身近にあるものだとゼリーが最もわかりやすいかもしれま
せん。一般的にゲルといえば、高分子が複雑に絡み合い不均一な構造を作るものだと思われていましたが、鄭・酒井研で開発された Tetra-PEG gel は構造が均一で定量的な調整も可能でした。その特徴を活かし、研究室では P. J. Flory や deGennes などの高分子物理学者が提唱した様々な理論を検証するのに利用していました。
私はその中でも高分子網目構造内での物質の拡散・移動挙動に興味を持ち、種々の物質を高分子網目の中に入れては、その拡散挙動や移動挙動を見ていました。高分子網目の中での物質拡散現象は、学や分子生物学の分野で主に用いられており、ゲル電気泳動(ヒトゲノム解析、遺伝子診断用のツール)や体内での薬物の徐放化の担体などで使用されています。高分子網
目内での拡散現象に関する理論的な研究は 80 年代、90 年代には盛んに行われていましたが、主要な理論が出揃い、2000 年以降は殆どなされていませんでした。しかし、過去の文献をよく見てみると、理論的には予測できないような拡散挙動や移動挙動は多く存在していました。これはもしかしたら何か面白いことが見つかるかもしれないとワクワクしました。修士の頃は実験装置がまだ所属研究室にはなく、早稲田大学の黒田研究室にいた博士研究員の住友さんのところへ毎日通って実験をしていました。なかなか再現性のあるデータを取ることができず、後にそれが緩衝液と Tetra-PEG gel の副反応によるものだと判るまで悶々とした日々を過ごしました。博士過程に進むにあたって、やはり身近に実験装置があったほうが良いということで、遂に所属研究室に自作の装置を置かせてもらうことになりました。ただ、まったく装置作成には素人であったので、同じ学科で光学系の測定が専門である一木教授に相談し、さらに文献を頼ってなんとか自作の装置を組み立てることができるようになりました。そこからは実験も順調に進み、遂には新たな拡散メカニズムを発見するに至りました。
現在着任した柴山研究室では、光・X 線・中性子などを高分子に当て、そこから散乱されてくる光や X 線、中性子などを解析することで、高分子の nm から mm までの構造を広くかつ正確に測定する技術を持っています。私の今までの研究
では高分子の拡散係数や移動度を測定することがメインの仕事でしたが、今後は散乱法を用いて高分子網目内で拡散や移動している物質のコンフォメーションを是非見てみたいと考えています。残念ながら、国内にある中性子散乱施設は現在
震災の影響で止まっていますが、海外の実験施設を使用できる機会が沢山あるので、活用していきたいと思います。
柴山研究室には優秀なポスドクや学生が多数おり、毎日白熱したディスカッションを楽しんでいます。物性研は本郷と比べると人数こそ少ないが、先日のヘルスバレーボールやビアパーティーなどのイベントが豊富で、他研究室との交流の場が沢山あり、とても魅力的だと感じています。今後は物性研究所の一員として研究や様々な活動で頑張っていきたいと思っております。どうぞ宜しくお願い致します。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

15物性研に着任して極限コヒーレント光科学研究センター

挾間 優治

平成 27 年 4 月より極限コヒーレント光科学研究センター秋山研究室の助教に着任いたしました挾間優治と申します。
本紙面をお借りして、私の経歴とこれまでの研究内容を簡単に紹介させていただきます。
私は京都大学理学研究科物理学第一教室の田中耕一郎先生の研究室に学部 4 回生の卒業研究から博士課程まで所属し、物質の光学的な性質を探る光物性と呼ばれる分野の研究に従事しました。3 回生の時に受講した田中先生の電磁気学の講義で、光の反射・散乱・屈折といった日常的に目にする現象が電磁気学を基礎にして理路整然と説明されていく様子を見て感銘を受けたのが、光と物質の物理現象に興味を持った大きなきっかけでした。研究室配属後は、同研究室准教授の中暢子先生の下でダイヤモンドの励起子に見られるエネルギー微細構造の起源を解明することを目標に研究を始めました。ダイヤモンドの励起子はエネルギー準位の間隔に比べて発光ピークの線幅が太いという特徴があるため、密集した複数の準位を発光スペクトル上で分解することができないという困難がありました。そこで、強い磁場を印加した際に生じる準位の分裂や発光強度の変化を調べれば、微細構造の起源に迫ることができるのではないかと考え、超電導磁石を用いた発光測定に取り掛かりました。磁石の周りに取り付ける光学部品が磁性を帯びやすいものではないか、光学系を構成するレンズやミラーは測定に用いる紫外線に対応しているかといった点を調べながら光学系を構築し、ようやく測定に至ったのですが、５テスラの磁場を印加しても発光スペクトルには全く変化が見られず、実験の難しさを実感した最初の体験になりました。今考えると、この失敗が困難を乗り越えて未知の現象を理解したいという気持ちを強くさせ、大学院で研究を進める上での大きな原動力になったように思います。

大学院進学後は、中先生のご指導の下ダイヤモンドの光励起状態に関する研究を続け、上述の微細構造の形成に伝導帯バンド端での有効質量の非等方性が寄与していることや、高密度励起状態において電子と正孔の多体系が特異的な非平衡相転移を引き起こすことなどを明らかにしました。その過程では、中先生の取り計らいによって国内外の多くの研究者の方々と議論や実験を行う機会をいただきました。特に、博士課程在学中に滞在させていただいた米国国立強磁場研究所の
故 James Brooks 先生には、研究活動だけでなく私生活に関することまで大変お世話になりました。この場をお借りして同氏のご冥福を謹んでお祈り申し上げます。

最後になりましたが、物性研では秋山研究室の培ってきた半導体量子構造の作成・評価技術や精密分光の技術を生かしながら、秋山英文先生、学生、スタッフの皆さんと一緒に応用を視野に入れた基礎研究を行って行きたいと思っています。
また、他分野の方々との共同研究も積極的に行い、光科学と物性物理の更なる発展に貢献できるよう微力ながら尽力させていただきます。何卒よろしくお願いいたします。

16

物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

客員所員を経験して名古屋工業大学大学院工学研究科

神取 秀樹

2014 年度に森 初果先生のホストのもとで客員所員としてお世話になりました。
私は学部こそ京大・理・物理の出身ですが、大学院で生物科学専攻の生物物理学教室に進学して以来、分子研、理研、
京大・理・生物物理、名工大・応用化学と物理には所属していませんので、まずは自己紹介をさせていただきます。
私は大学院で視覚の初期過程を研究対象として以来、一貫して光応答性タンパク質の研究を行ってきました。その手法として、大学院・ポスドク時代には超高速分光を用いて、視覚などの最初の過程において何が起こっているのかを調べました。助手になってからは光応答性タンパク質の機能がどのように発現するのかに興味を持ち、赤外分光を用いてより遅いダイナミクスを調べています。特に赤外分光を用いてタンパク質内部に結合した水分子の水素結合構造と機能との関連を研究してきました。
タンパク質などの生体分子は適度な「かたさ」と「柔らかさ」をもっており、その物性にはたいへん興味深いものがあります。特に、外部からの刺激に応答して情報変換やエネルギー変換といった機能を発現するメカニズムの解明は生物学に関わる多数の研究者の目標です。
このためには生体系物質が幅広い時間スケール(フェムト･ピコ秒から秒･分･時間まで)、
空間スケール(サブオングストロームから細胞、個体レベル)で振る舞う階層的なダイナミクスを明らかにする必要があり
ますが、このような生体分子の物性研究は生物学者が行うべき分野ではなく、物理学者や化学者が、生物学者との連携により解決すべき将来の課題です。
生体分子の中でも光応答性タンパク質は、光吸収というフェムト秒以下で起こる現象から出発するので、時空間の解析がきわめて詳細にできる理想的な系です。しかしながら、タンパク質は十分すぎるほど複雑であり、完全な解明をもたらすには何か新しい技術や方法論が問われています。私が物性研からしばしば話題提供に呼ばれるのも、このような点からかと思っております。ここ数年では以下のように(なぜか奇数年の秋に)話題提供をしており、このような中、客員所員をさせていただくことになりました。
-------------------------------------------------------------------------------------------2007 年 11 月 先端分光シリーズセミナー「光科学の動向を探る」(末元先生)にて『ロドプシン研究の現状と展望』について講演
2009 年 10 月 国際会議「水素と水の物性化学」（吉信先生）にて実行委員とタンパク質内 Proton Tranfer に関する講演
2011 年 11 月 短期研究会「エネルギー変換の物性科学」にて『レチナール蛋白質とフラビン蛋白質の光応答』について講演
2013 年 11 月 短期研究会「エネルギーと新材料の物性・物質科学」にて『光といのちの研究』について講演-------------------------------------------------------------------------------------------客員となるにあたり、以下のことを考えました。
研究面では森 初果先生の研究室と光受容タンパク質の共同研究を考えました。私たちの研究室でメカニズム研究を行っている岩城雅代先生(特任教授)や大学院生の上田のぞみさんに森研究室に出かけてもらい、光応答性のフラビンタンパク
質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試みました。まだ論文化できるような成果は出ていませんが、光応答性フラビンタンパク質の部位特異的改変と機能化を結びつけるような共同研究に関して、森研究室には今後もぜひお付き合いいただきたいと思っております。
私が物性研から期待されていたのは、生体分子を対象とした研究分野に新たな学問の潮流が産み出される方向性をアドバイスすることだったかもしれませんが、私にはそれだけの力はありませんので、あまり難しく考えず、新たな潮流が産み出される可能性を物性研の先生方と議論しようと考えていました。客員期間での活動は以下の通りです。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

17-------------------------------------------------------------------------------------------2014 年 4 月 24 日 客員所員講演会で『ロドプシンの機能をもたらす構造変化』について講演
2014 年 12 月 4-5 日 機能物性融合科学研究会シリーズ（１）「光機能」に参加して、討論と『タンパク質内部におけるプロトン移動のメカニズム』についてポスター発表
2015 年 3 月 16 日 機能物性融合科学レクチャー「生体系物質光物性 -タンパク質の基礎から最近の研究動向まで-」について 1 時から 5 時半過ぎまでセミナー-------------------------------------------------------------------------------------------12 月の融合科学研究会に参加して感じたのは、「機能物性」というのはよいネーミングだな、ということです。研究会
シリーズの趣旨に書かれていることは、私もどこかで使わせてもらいたいと思うようなよい内容であり、世話人の先生方が知恵を絞られたことがよくわかります。たまたま 2014 年度の客員所員としてご縁をいただいた者として、今後、物性研の皆さんがどのような「機能物性」の展開をされるのか、見守らせていただきたいと存じます。

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

客員所員を経験して九州大学工学研究院

河江 達也

2014 年度に「超低温 STM の開発と f 電子系の特異な電子状態の微視的研究」という研究テーマのもと、長谷川幸雄先生の研究室で客員准教授としてお世話になりました。研究内容をもう少し具体的に説明すると、強相関 f 電子物質の電子状態を微視的に研究するため、H = 14 T の強磁場下で磁場と平行方向の試料表面をスキャンできる希釈冷凍機 STM の立ち上げです。
重い電子超伝導体 CeCoIn5 は T ≦ 300 mK, H ≧ 12 T において Flude-Ferrele-Larkin-Ovchinnikov 相(FFLO 相)と呼ばれる極低温・強磁場中でのみ現われる特異な相の出現が予言されているため、まずはこの観測を目指しています。この仕事を長谷川先生、助教の吉田さん、D2 学生の土師君をはじめとした研究室の皆さんと行いました。もちろん、今回開発しているような磁場方向と STM 装置のスキャン方向が平行な環境で、高磁場域まで実験を行える装置は世界に存在しません。
ですからこの装置が完成すれば、これまで出来なかった多彩な実験が可能になります。同時に物性研究所が世界に誇る最先端装置の 1 つに新しく加わると思います。このような世界最先端を目指す野心的テーマに協力する機会を与えていただいた、長谷川先生と吉田さんに深く感謝いたします。客員期間は 2014 年度でしたが、その前 2 年間も嘱託研究員や共同利用という立場で装置の立ち上げにかかわってきました。まだ最終目標の f 電子系での実験までは到達できていませんが、どうにか希釈冷凍機の立ち上げと 100mK 領域において探針のスキャンは出来るようになりました。今後同じような実験をやる方々に参考となる情報を残すことが出来ればと思い、ここではこれまでやってきた装置開発を主に説明させていただきます。
私自身は大学院時代に超低温物理を研究し、その後は磁性体やナノ物質の研究を行いながら、低温装置の開発も同時に行ってきました。したがって今回のテーマにおいても、冷凍機部分の整備が私の主な仕事で、STM 部の設計、開発は長谷川先生、
吉田さん、土師君が担当しました。互いの専門分野が異なる中で、上手に協力が出来ているのではないかと思います。
まずはじめに、実験装置の構成について説明します。装置は大きく分けて 2 つの部分から成り立っています。室温部に置かれる試料劈開用の超高真空チェンバー(これはまだ完成していない)と STM 測定用の希釈冷凍機です。室温部で劈開された試料は、直径 20mm の試料移送管を通して、希釈冷凍機の混合室下部に設置される STM 実験空間まで移動できるようになっています。
次に STM 装置の粗動機構について説明します。磁場と平行方向の試料表面を観測するため、STM チューブスキャナーの粗動機構は低温 STM で広く利用されている Pan 型ではなく、Attocube 社製のポジショナーを用いることにしました。
このポジショナー使用時の注意点は、その動作回路の緩和時間を 10sec 以下にすることです。ポジショナーは 1F 弱の静電容量を持つピエゾ素子でできているため、電圧用リード線の全抵抗は 10 オーム以下にしなければならないことにな
ります。つまり電圧用リード線には、熱伝導の悪いマンガニンなどの合金線を用いることはできません。そこでこの装置では、室温から液体ヘリウム温度までは銅線を使用し、それ以下の温度では CuNi 被覆
超伝導線を使用することで、希釈冷凍機本体への熱流入を極力抑える
ようにしました。銅線と超伝導線は液体ヘリウム中で半田付けし、室温からの熱流入は液体ヘリウムに吸収させ、その後に超伝導線は図 1のようにスタイキャストでシールして断熱管内に導入します。この超伝導線をポジショナーから出てきた銅線と半田付けしています。なお、
ポジショナーを動作させるための電圧印加時にパルス的に電流が流れ、銅線部から発熱することになり冷凍機の温度がわずかに上昇します。しかし、この温度上昇は希釈冷凍機の動作自体に影響を与えるも

図 1：スタイキャスト 2850 をテフロン容器に流し込のでないことがわかりました。

み超伝導線の導入部をシールしている。

次に冷凍機のリークテストについて説明します。冷凍機本体にリークはなかったのですが、3He 循環ラインとガスハン■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

19ドリングの計 2 ヶ所漏れがありました。循環ラインの漏れは 3He 循環ポンプを 10 年以上放置していたため、シールポン
プ自体に漏れが発生したようです。ガスハンドリング部の漏れは、3He ボンベに直接つながった配管部にあったため、次に述べるように大きなトラブルになりました。一般にガスをボンベに保存する際は大気圧以下で保存しているため、空気が侵入すればボンベ圧が上昇するため漏れがあることがわかります。しかし、今回使用した Oxford 社 Kelvinox 25 付属のガスハンドリング系では、使用するヘリウムガス量が 10 リットル弱に対してガスハンドリングのボンベ容量も 10 リッ
トル強でした。したがって保存する際の圧力は 1 気圧弱になり、空気が混入したとしても見分けにくい状況でした。また、
ブルドン管圧力計もゼロ点が、経時変化でわずかに負圧側にずれていました。いざ冷凍機を運転しようという段階で、低温部に入っていくヘリウムガスがほとんどなかったので異常に気が付きました。もちろん最初は漏れがあるなど全く予想をしていなかったため、ヘリウムガスがないことに気づいたときにはさすがに驚きました。吉田さんに「理由は分からな
いけど大気中に 3He ガスが逃げて行ったかも。ただ 2 リットル(現在の価格で 100 万円程度)位なら大丈夫、どうにかなるから。
」などと、ガスを逃がした自分を励ますために強がっていたことを思い出します。結局、窒素トラップから 10 リッ
トル近い空気が出てきた時点で、はじめて漏れの存在に気付きました。この原因ですが、ボンベ内に 10 年以上ガスを保存している間に、大部分の He ガスは大気中に逃げ空気に置き換わっていたためと思われます。その後リークテストを行い漏れ部もわかり修理までしたのですが、結局装置付属のボンベは使わず、全容量が約 20 リットルの新しいボンベを設置し、0.5 気圧以下で全ガスを回収するようにしました。
以上のような修理・改良を重ねることで冷凍機は無事働き、最低温度約50mK まで冷えるようになりました。現在は図 2 に示すように希釈冷凍機に STM 装置を設置し、テストを兼ねて NbSe2 の表面を観察しています。
この実験より、100mK という低温でも STM は発熱することなくスキャン
できることがわかりました。それから STM 信号を取得する際のノイズの問題ですが、機械的振動に関しては冷凍機ポンプを動かした状態でも、除振台のおかげでそれほど大きな影響は与えていないようです。図 3 は T ̴ 1
K における超伝導ギャップの測定結果ですが、2 ̴ 5.9mV の異常がはっきりと観測できています。この値は NbSe2 の超伝導ギャップに対して、約 2倍の値になっています。これは、アプローチの際に探針(PtIr)が NbSe2 の表面に接触してしまい、探針側にも NbSe2 が付着してしまったために超伝導－超伝導接合が形成されたことが原因と考えています。現在はトンネル
電流ラインのシールドを増強しノイズの低減を行なっており、それが終了
後、装置テストを兼ねて T ̴ 100 mK で NbSe2 超伝導特性の測定を行う予定です。
最後に、今回客員研究員をやらせていただいて感じた感想と意見を書かせていただきます。この 3 年間物性研でやっている冷凍機の立ち上げは学

図 2：希釈冷凍機に設置された STM 装置。
チューブスキャナーは横方向に移動する。

生時代に久保田実先生や畑徹先生のもとで、冷凍機の建設、リークテスト、修理に明け暮れたときに身に付けた技術がそのまま役立ちました。私事を書いて恐縮なのですが、超低温研究をやっていた大学院生時代には、作業ばかりやっていて物理の結果はほとんど出ませんでした。しかし、就職して自分で研究をするようになってからは、その時代に習得させてもらった
様々な低温実験技術･情報のおかげで、細々ながら現在まで研究を続けられていると思います。そして今回、超低温 STM 装置を建設するにあたり、改めて低温技術の重要性、それを継承することの意義がわかりました。物性研では最先端測定を利用した多彩な研究が行われていると思います。これ
らを超低温技術とうまく融合･発展させていけば、超低温 STM 装置に限らず世界の誰もがやっていない独創的新分野の開拓に繋がるのではないかという気がします。物性研究所には、ぜひとも新分野開拓の発信地になって

図 3：T̴1K における NbSe2 超伝導欲しいと願っています。

ギャップのトンネル分光結果。

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

客員所員を経験して北海道大学工学研究院

関川 太郎

2014 年度後期に、板谷所員にホストになって頂き、極限コヒーレント光科学研究センターの客員准教授としてお世話になりました。私は物性研において、1996 年 4 月から 2005 年 8 月まで旧渡部研究室に助手として研究させて頂きました。
今回、久しぶりに物性研を訪れ、柏移転直後に較べ背が低かった木々が大きく伸びているのをみて、月日の経過を感じました。また、建物や人口も大幅に増え、キャンパスに活気があるのが印象的でした。
さて、今回、客員所員として目指したのは、固体分光応用のため、スペクトル制限をした(中心エネルギー ～100 eV)高次高調波光源の開発です。高次高調波はアト秒光源として、光科学以外の方々も耳にされたことがあると思います。アト秒パルスはフーリエ変換の関係でスペクトル幅が広くなります。100 as パルスのスペクトル幅は 18 eV になり、用途によってはとても使いにくいのです。例えば、物性研究に盛んに用いられる光電子分光ではスペクトル幅がエネルギー分解能に直結するため、アト秒光源は必ずしも良い光源ではありません。そこで、必要な時間分解能を確保しつつスペクトル
制限した光源が必要となります。
私は、北海道大学において回折格子対を用いてスペクトル制限(中心エネルギー ～30 eV)した高次高調波光源の開発を行いました。最短パルス幅が 11 fs です。その光源を使い、気相有機分子の光化学反応ダイナミクスを時間分解光電子分光法により追跡しています。高次高調波光源を用いるメリットは、深い分子軌道を観測できる点にあります。それぞれの分子軌道は異なるイオン化エネルギーと空間分布をもっています。光電子スペクトルと化学結合を対応づけることにより、結合長程度の空間分解能で化学反応を時々刻々観測することができます。アト秒パルスで光電子分光を行うと、スペクト
ルが広すぎて複数の性質の異なる分子軌道を区別して観測することができません。また、紫外光を用いた時間分解光電子分光では、励起状態や最高被占有軌道(HOMO)に関する議論にとどまっています。高調波光源を用いて深い分子軌道を観測することにより、これまで議論されていない空間情報を含めた光化学反応の知見を得ることができるのではないか、と考えています。そのことを実証し新たな現象を見出すべく、多くの分子の計測に挑戦しています。
客員所員を務めた経緯としては、固体分光のため内殻電子もプローブできるよう中心エネルギーが 100 eV 程度の光源が必要である、ということで板谷所員から声をかけて頂き、高調波光源の開発に参画することになりました。内殻電子を観測することにより、元素選択的にフェムト秒からアト秒の時間分解能で電子状態を追跡すること可能となります。私の使用するレーザーのパルスエネルギーは小さいため、100 eV の高調波を安定に発生することはできません。また、私はカ
タログ製品の回折格子を使用していますが、100 eV くらいになると良い回折格子がなく回折格子の開発が必要となります。これらは自分一人では手が出せない研究であるため、私にとって貴重な経験を積める機会と思いました。また、将来、
北大においても固体分光へ発展させるためのヒントが得られればとも考えました。
半年の任期中、高調波のスペクトル制限に必要な回折格子の大きさ、性能、評価法などの議論に参加させて頂きました。
任期中には、残念ながら実際の作成評価までには到達できませんでした。カタログ製品の回折格子ですら発注から納品まで 1 年近くかかるなど、一品物の光学素子の開発と製作には年単位の時間を要します。そのため想定内の進度ではあるのですが、客員所員制度の趣旨を踏まえ、今後も板谷所員に協力して、何らかの結論が得られるまで研究を進めて参ります。
最後に、物性研ならではの技術開発力を中心にした装置の共同開発に参加でき、物性研の共同利用としての役割の大きさを感じました。個々の研究者が共同研究を行うことは日常茶飯事とは思います。しかし、容易に移動できない装置開発と応用研究を行うためには、核となる研究機関が必要と私は感じています。北大で開発したシステムは小型ではあります
が、レーザーや光電子分光器それに付随する装置などを同時に運転する必要があり、幅広い知識と経験が必要となります。
卒業研究から修士論文の 3 年間、学生を教育しても、使いこなせる水準にはなかなか到達しません。その中で、さらに複数年にまたがる開発を単独で行うことは難しい状況です。ある程度相補的な共同研究が必要と感じてきました。今回、いささかでも当方の技術も貢献する形で、物性研を核として開発研究を開始することができたことを嬉しく思っています。
今後の皆様の研究と物性研究所の更なる発展をお祈りいたします。

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21客員所員を経験して東北大学 多元物質科学研究所

虻川 匡司

2014 年度に松田巌先生のホストで極限コヒーレント光科学センター(軌道放射光)の客員准教授としてお世話になりました。SPring-8 の東京大学アウトステーション BL07LSU の時間分解光電子分光装置を利用した研究に携わらせていただきました。高輝度放射光リングから得られる非常に強い X 線や、最新の光電子分光装置に触れることができ、大変有意義な一年となりました。
私は博士課程を東北大学で修めましたが、実は博士論文の半分は当時の物性研の軌道放射光施設のお世話になったものでありました。ちょうど博士後期課程に進学した頃、当時の柿崎明人先生、木下豊彦先生が筑波のフォトンファクトリー
に東大物性研のビームラインを立ち上げ中でした。幸運なことに立ち上げの途中から参加させていただき、ユーザーに一般解放される前からビームラインのテストを兼ねて表面光電子分光のビームライン BL18A を自由に使わせていただきました。木下先生のお話によると、私が BL18A の最初のユーザーなのだそうです。BL18A は、アンジュレータなどの挿入
光源ではなくベンディング磁石からの放射光でしたが、それでも当時としては大変明るく、それを使って表面状態のバンド分散を描いたり、内殻準位の光電子回折で原子やサイトを選択した表面構造解析を行ったりいたしました。当時は、現在のようにエネルギー分散や角度分布を一度に検出できる電子分光器は一般的ではありませんでしたので、バンド分散も
光電子回折も、試料や電子分光器の角度を手作業で一点一点回しながら測定したのを懐かしく思い出します。東北大学科
学計測研究所の助手になってからも、しばらくは BL18A を利用いたしましたが、15 年ほど前に研究の主軸を電子回折による表面構造解析に移してからは、放射光や光電子分光を気にかけつつも、光電子分光の現場からはすっかり離れてしまいました。若い人たちが次々と活躍し、私が戻る場所がなかったというのが本当のところです。
これまで表面の構造と電子状態に関して研究を進めてまいりましたが、先に述べたように最近はもっぱら電子回折法による表面構造解析を行っております。逆格子空間を広く 3 次元的に調べることで大量のデータを測定し、できるだけ簡単に表面の 3 次元的な構造を決定するというコンセプトで新しい手法を幾つか開発し、静的な構造に関してはある程度解析できる目処がつきました。次は表面の動的な構造変化を捉えることをターゲットと考えて、時間分解電子回折法を進めています。その過程で、当たり前のことですが、原子の動きを理解するためには電子の動きを理解することが必要であることを痛感しておりました。時間分解光電子分光で電子状態の動きを調べてみたいと思っていたわけです。
そのようなおりに松田先生に声をかけていただき、再び放射光の世界に呼んでいただいたことは大変嬉しいことでした。
時間分解光電子分光による表面電子状態のダイナミクス研究というテーマは、ちょうど考えていたことでありますし、チャ
レンジングなテーマでもあったわけです。研究対象はシリコン表面にレーザー光を照射した時に生じる光キャリアのダイ
ナミクスを時間分解光電子分光で捉えるというものでした。光照射で発生した光キャリアの動きは、いわゆる太陽電池の原理である光起電力の理解に欠かせないものです。松田研究室では、すでにシリコン表面の光起電力のダイナミクスに関する研究が進められておりましたので、その方法を発展させることを考えました。半導体では、表面とバルクのフェルミ
準位の位置を一致させるようにバンドが湾曲していますが、光キャリアが生じるとその湾曲したスロープに沿ってキャリアが移動し、湾曲が解消するように電位(表面光起電力)が生じます。この電位の変化を BL07LSU の時間分解光電子分光による Si の 2p 内殻準位のシフトとして捉えることができます。この電位は、光照射が止まった後には様々な緩和過程に応じて特定の時定数を持って最初の平衡状態に戻りますが、その時間変化からキャリアの拡散ダイナミクスや寿命に関する知見が得られるわけです。私は、特に光の照射により表面構造の変化も伴うような系に興味を持ちました。構造の変化
は電子状態の変化も伴うため表面近傍のキャリアダイナミクスは大きく影響を受けると予想できます。
はじめのテーマは、Si(111) 7x7 周期構造が 830℃で 1x1 構造に変化するとき表面起電力のダイナミクスとしました。高温に保った Si 表面において時間分解光電子分光を測定するために、パルス加熱電源をビームラインに持ち込んで実験を行いました。これはパルス状の放射光による光電子測定時には、通電を 2秒ほどオフにして、通電による磁場や電場の22

物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

影響がない状態で光電子のエネルギーや運動量を測定するためです。現在のところ、構造の相転移に対応した明確な電子状態の変化を捉えることはできておりませんが、高温に保った試料における時間分解光電子分光の経験は、今後触媒などの表面反応ダイナミクスの研究に役立つものと考えています。
もう一つ、低温で構造相転移を起こす Si(111)4x1-In 表面を研究ターゲットとしました。この表面は、高温相で擬一次
元金属的な電子状態を持つために、〜100K 以下でパイエルス転移を起し 8x2 周期構造に転移することが知られています。
また、基板のドーピング濃度で転移温度が変化することが分かっており、表面付近のバンド湾曲が相転移温度の変化に影響を及ぼしていると考えられておりました。したがって、光キャリアで相転移をコントロールできる可能性があります。
実験では、試料を低温にしたためにプローブ放射光による表面光起電力も発生してしまい低温実験の難しさを思い知ることになりましたが、表面構造相転移と光キャリアダイナミクスを同時に理解することの重要性が分かる良い例です。
今回、久しぶりに放射光を利用し、放射光及び関連技術の進歩に大いに感銘いたしましたが、それでも時間分解光電子分光法を行うには、まだまだ改善・改良が必要であると感じました。BL07LSU では飛行時間型の非常に明るい電子分光器を備えておりますが、それでもレーザーと同期した単バンチの実験では、強度不足からスペクトルの細かな形状を議論できるデータを得ることは困難でした。軟 X 線領域で現在の 100 倍程度の放射光があれば、時間分解光電子分光の質が変わるのは間違いありません。価電子帯のバンド分散の時間変化、内殻準位シフトの時間変化など、時間分解光電子分光の応用が広がります。そのような明るい軟 X 線源が近い将来実現してくれればなあと願っております。
最後になりますが、松田研究室のスタッフ、学生の皆さん、及び物性研の播磨分室の皆様には大変お世話になりました。
松田研究室の忘年会に呼んでいただいたのは大変楽しい思い出になりました。皆様のご活躍を祈念いたします。一年間どうもありがとうございました。

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23客員所員を経験して中央大学理工学部物理学科

中村 真

私は平成 26 年 10 月 1 日より平成 27 年 3 月 31 日までの半期にわたり、東京大学物性研究所の客員所員を拝命いたしました。受入所員として押川正毅先生、加藤岳生先生には大変お世話になりました。

客員所員としての私の研究テーマは「ゲージ・重力対応を用いた強相関系の非平衡物性」でした。「ゲージ・重力対応」とは、強結合量子ゲージ理論と古典重力理論の間の対応関係であり、しばしば「AdS/CFT 対応」
あるいは「ホログラフィー」と呼ばれることもあります。私の研究の目指すところは、このゲージ・重力対応を用いて、強相関系の非平衡現象を一般
相対性理論の枠組みで解析することです。研究目的の主眼は物性物理学ですが、解析手法であるゲージ・重力対応は超弦理論に立脚しています。このように、この研究は超弦理論、一般相対性理論から物性理論にまたがる、現代理論物理学の叡智を結集して新たな研究手法を開発する試みであるとも言えます。私自身の本来の専門は超弦理論およびゲージ・重力対応ですので、解析手法には精通しておりますが、肝心の非平衡統計物理学や強相関系の物性物理学は専門ではなく、物性物理学の専門家との協力は必要不可欠です。私にとって、物性研究所における客員所員の経験は、物性物理学の専門家との協力体制を築く上で非常に有意義なものとなりました。

押川正毅先生とは絶縁体・超流動体転移を記述する重力モデルに関して意見交換を進めてきました。この方向での議論、検討は現在も継続中です。しかし、何といっても、押川先生と私がともに組織委員として企画した、物性研と数物連携宇宙研究機構(Kavli IPMU)で共催した国際ワークショップ「International Workshop on Condensed Matter Physics &AdS/CFT」(2015 年 5 月 25 日～29 日、Kavli IPMU)が印象に残っています。ワークショップの開催は、任期後の開催となりましたが、客員所員在任中から押川先生と協力して準備を進めてきました。このワークショップでは国際的に著名なゲージ・重力対応の専門家と物性理論の専門家を柏キャンパスに招待し、電気伝導、トポロジカル相、非平衡統計物理学、エンタングルメント・エントロピーなどに関する内容の講演をして頂きました。事前の準備では物性研、IPMU 双方の事
務の方々、学生さんの多大なるご協力を頂き、おかげさまで連日 100 名ほどの参加者を記録する大盛況のうちに、研究会を無事終了することができました。研究上の視点からも大変有意義な情報が得られ、大変充実した企画となりました。

加藤先生のグループとは、非線形電気伝導現象、特に強相関絶縁体の負性微分電気伝導に関する共同研究を進めてきました。ゲージ・重力対応を用いると、ある種の強結合ゲージ理論の保存電荷の輸送については、線形応答領域を超えて記述することができます。例えばこの手法を用いると、微視的理論からスタートして負性微分電気伝導の記述が可能となる場合があることが、私の既存の研究でわかっていました。しかし、この手法では、途中の計算が重力理論にとって代わられるため、このような非線形電気伝導が生じるメカニズムを物性物理学の言語で解読しづらいという問題もあります。物
理的設定を準備し、重力を経由して結果を読み取るという意味では、ゲージ・重力対応は、重力理論を用いた「解析的なシミュレーション」、あるいは「理論的な実験」と言う事もできるでしょう。そこで、何が起きているのかを明確に理解するためには、目的にあった「解析＝理論的な実験」を重ねることで、背後の物理現象を解読していく必要があります。加藤先生と高田研所属の前橋英明さんからは、どのような物理に着目し、どのような物理量を調べることで、背後のメカニズムについてのヒントを得ることができるのか、物性物理学者の視点からアイディアを頂き、解析を進めています。これからも議論を深めていくことで、例えば、強相関系の負性微分電気伝導のメカニズムについても、有意義なヒントが得られるのではないかと期待をしています。また、加藤研究室の阪野塁先生からは、着任直後にメゾスコピック系の非線形電
気伝導と電荷密度揺らぎに関する意見交換をして頂き、知見を新たにしました。

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

また、当初計画以上に、予想外のご縁を頂いたのは、森初果先生でした。着任直後の客員所員講演会での私の講演後にお話しする機会があり、森先生の研究室でも非線形電気伝導の実験的研究をされていることが分かりました。お話ししていくうちに、私がゲージ・重力対応の枠組みで解析した、非線形電気伝導に見られる非平衡相転移と森先生のグループの実験の間に接点があることが分かり、現在も意見交換を続けさせて頂いています。夢を語らせて頂けば、自分が手掛けた理論の内容が何らかの形で実験的に検証されれば、理論物理学者としてこの上ない喜びです。特に私は超弦理論の出身ですので、超弦理論のテクニックに基づく理論研究が実験的検証を迎えることが出来るようになれば、超弦理論の研究史上も、あらたなページを拓くことになると考えています。このような夢に向かって、着実に進んでいきたいと考えるところです。

このように、半年間という短い期間ではありましたが、未来に向けての貴重な礎を築くことが出来たと感じています。
現在、任期後も、引き続き物性研究所の皆様と議論や意見交換を進めさせて頂いております。近いうちに、是非とも研究論文と言う形で、目に見える成果を出したいと考えております。なお、私は、本年の後期からも再び客員所員としてお世話になる予定となっております。今後ともどうぞ宜しくお願いいたします。

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ISSP ワークショップ

日時：2015 年 3 月 5 日(木) 10：00～20：00
場所：東京大学物性研究所６階大講義室
世話人：和達 大樹、辛 埴、小森 文夫、松田 巌、原田 慈久
報告：和達 大樹
東京大学物性研究所軌道放射物性研究施設では SPring-8 に播磨分室を設置し、建設・整備を行った高輝度軟 X 線ビー
ムライン BL07LSU を利用して放射光利用実験を行っています。本 ISSP ワークショップでは、時間分解光電子分光、3次元ナノ光電子分光、軟 X 線発光分光の 3 つのエンドステーションとフリーポートを利用した共同利用実験からの最新の研究報告に加え、「新たな光源に向けた取り組み」を視野に入れた研究会を行いました。この背景には、放射光光源以外にも SACLA などの X 線自由電子レーザー(XFEL)や実験室のレーザーの高次高調波(HHG)など多くの新光源を用いての物性研究が急速に進んでいることがあります。最近 SPring-8 BL07LSU とこれらの新光源の相乗効果により、時間分解型の X 線分光などの新しい測定法、ひいては物性物理学の新局面が生まれつつあります。本ワークショップでは、SPring-8 のBL07LSU と XFEL など新光源の相乗効果により生まれつつある物性物理学の新しい方向性を明確に打ち出せることを目指しました。参加者は 80 名であり、一日にわたり非常に活発で有意義な議論がなされました。また、ポスターセッションも開催され、優秀な学生発表者２名にポスター賞を授与するなど、次世代の人材育成にも重点を置きました。

プログラム(敬称略)
10:00～10:05 開会挨拶 慶応大（VSX 懇談会会長） 近藤 寛
10:05～10:10 来賓挨拶 JASRI 理事長 土肥 義治
session1【座長】和達大樹（東大物性研）
10:10～10:20 東大アウトステーションビームラインについて
東大新領域（東京大学放射光連携研究機構機構長） 雨宮 慶幸
10:20～10:45 ｢SPring-8 BL07LSU における偏光制御型アンジュレータ光源開発と先端実験」東大物性研 松田 巌
10:45～11:25 特別講演 1「ビスマス・鉛ペロブスカイトの系統的な電荷分布変化」

東工大 東 正樹

11:25～11:50 ポスターショートプレゼンテーション
11:50～13:00 昼食
session2【座長】藤森 淳（東大院理）13:00～14:00 ポスターセッション(投票）14:00～14:30 ｢3D ナノ ESCA による局所電子状態解析：オペランドナノ解析をめざして」 東大 尾嶋 正治
14:30～15:00 ｢外場印加とオペランド分光：飛躍する軟 X 線発光分光」

東大物性研 原田 慈久

15:00～15:30 ｢X 線の偏光を活用した磁性研究」

東大物性研 和達 大樹

15:30～16:10 特別講演 2｢SPring-8 アップグレード計画 -高コヒーレンスリング型光源への現実的なアプローチ-｣
高輝度光科学研究センター 渡部 貴宏
16:10～16:30 休憩

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

session3【座長】木下豊彦（JASRI）
16:30～16:50 ｢時間分解軟Ｘ線光電子分光法による表面キャリアダイナミクス研究の現状と今後の展望」
東大物性研 山本 達
16:50～17:10 ｢3D nano-ESCA を用いた二次元電子系デバイスのオペランド顕微分光」

東北大 吹留 博一

17:10～17:30 ｢電気化学オペランド軟 X 線発光分光による蓄電池電極の電子状態解析」

産総研 朝倉 大輔

17:30～17:50 ｢顕微光電子回折分光装置の現状と今後の方向性」

奈良先端大 大門 寛

17:50～18:10 ｢SPring-8 BL07LSU における雰囲気光電子分光システムの構築」

東大物性研 信 淳

18:10～18:15 閉会挨拶 東大物性研 辛 埴
18:30～20:00 懇親会
session1 では、東大放射光連携研究機構の雨宮機構長による東大アウトステーションビームラインの概要についての説
明後、東大物性研の松田氏による偏光制御型アンジュレータ光源開発についての講演がありました。クロス型アンジュレー
タによる高速の偏光スイッチングに向けた調整と、偏光スイッチングを用いた位相検波法による高感度信号検出などの展望が示されました。次に、東工大の東氏による「ビスマス・鉛ペロブスカイトの系統的な電荷分布変化」の特別講演がありました。ビスマス・鉛をＡサイトに持ちマルチフェロイックなどの新しい性質を示す物質の合成が次々と進み、その研究に放射光Ｘ線が大きく寄与している様子が示されました。その後、ポスター発表を行う大学院生よるポスタープレビュー
14 件を行い、昼食休憩を挟んでポスターセッションとなりました。BL07LSU を利用した研究と今後の利用を目指した研究など多岐にわたるポスター発表があり、多くの活発な議論が行われました。最後にポスター賞のための投票を行いました。
session2 では 3 件の長期課題からの講演がありました。東大の尾嶋氏による３D ナノ ESCA による局所電子状態解析の講演では、この手法が省エネ・創エネ材料や蓄電デバイス開発に直結しており、持続可能な社会の構築に貢献する様子が示されました。東大物性研の原田氏による外場印加とオペランド分光の講演では、大気圧分光装置の開発や試料環境の整備によりオペランド分光が可能となり、実動作下での軟 X 線発光分光への広がりが示されました。筆者は X 線の偏光を活用した磁性研究の講演を行い、開発を進めている軟Ｘ線カー効果と共鳴軟Ｘ線回折の２手法により、物質中の強磁性かららせん磁性までのすべての磁性体のスピン状態が可能となり、今後の時間分解型のスピンダイナミクス測定などにつながる様子を示しました。その後、高輝度光科学研究センターの渡部氏により SPring-8 アップグレード計画の特別講演がありました。SPring-8 から SPring-8‐II へのアップグレード計画において、現在の 10 倍以上のコヒーレンスと輝度が得られることから、今後の放射光を用いた物性研究にどのように活かせるかなどの観点で多くの議論がなされました。
session3 では 5 件の一般課題からの講演がありました。東大物性研の山本氏による時間分解軟Ｘ線光電子分光法による
表面キャリアダイナミクス研究の講演では、二酸化チタンの光触媒活性を決める因子を発見した研究成果の発表と、今後の太陽電池材料などへのさらなる適用への展望が示されました。東北大の吹留氏による 3D nano-ESCA を用いた二次元電子系デバイスのオペランド顕微分光の講演では、
グラフェンや MoO2 などの二次元電子系デバイスへの 3D nano-ESCAによる研究例と、今後のグリーンデバイス研究やオペランド下での測定などの展望が示されました。産総研の朝倉氏による電気化学オペランド軟 X 線発光分光による蓄電池電極の電子状態解析の講演では、リチウムイオン電池正極材料に対するオペランド軟 X 線発光分光による研究が示されました。奈良先端大の大門氏による顕微光電子回折分光装置に関する講演では、顕微光電子回折分光装置の開発の現状と、BaFe2As2 や Fe3O4 などの実際の興味深い物質に対する適用例を示した後、文部科学省科研費新学術領域研究「3Ｄ活性サイト科学」へ繋がり様子が説明されました。東大物性研の信氏による雰囲気光電子分光システムの講演では、二酸化炭素からメタノールの合成を目指す研究に雰囲気光電子分光システムが大きく寄与する様子が示されました。
session 終了後には懇親会が開催されました。大学院生など若いメンバーの参加が多かったため、準備された料理があっという間に平らげられました。ポスター賞の授与式も行われ、東大物性研松田研究室修士課程 2 年の染谷隆史氏と、同和達研究室修士課程２年の津山智之氏がポスター発表賞を受賞しました。本ワークショップは、最先端の研究活動を通じて、次世代の人材育成にも大きく貢献しています。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

27今年は例年より多い 80 名の参加者により活発な討論がされ、SPring-8 BL07LSU さらには新たな光源を用いた物性研究に多くの注目が集まっていることが顕著に表れていました。今後、新物質や新規デバイスなどの合成・開発研究とより密接に連携しながら、BL07LSU などの放射光や XFEL などの新光源を駆使することにより、物質科学の新分野開拓につなげてゆくことの必要性を強く感じさせるワークショップでした。

28

物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

ISSP ワークショップ

S. Nakatsuji, M. Oshikawa, T. Sakakibara, M. Takigawa, H. Suzuki
近年、物性物理分野においてトポロジカル絶縁体の発見を機に、新しいトポロジカル相に対する関心が高まっている。
これまでの研究の対象は、特に相関の重要でない系が中心であったが、最近、強相関電子系においてもトポロジカルに非自明な現象の可能性が理論的に指摘され、実験的にもいくつかの系においてその効果が認められつつある。物性研究所においては、強相関電子系におけるトポロジカル量子相という統一的な解釈に向けた潮流に着目して、頭脳循環プロジェク
ト「新奇量子物質が生み出すトポロジカル現象の先導的研究ネットワーク」事業を推進している。今回その事業の一環として、特に発展の著しい強相関電子系におけるトポロジカル量子相の現状を議論するために、その研究を推進する専門家
を世界各国から招聘し、ISSP ワークショップとして開催した。ワークショップは 3 月 26 日に行われ、午前中は量子相
レクチャーシリーズ 10 回と共催で、UCSB の Balents 教授による Review トークが講義形式で行なわれた。午後は、専門家向けに 3 つのトピックスについて、それぞれの分野の最新の研究成果についての実験と理論の招待講演 計 6 講演が行われた。今回都合により、周知の時間は 2 月中旬から一か月ほどしかなかったが、当日の参加者は全員で 75 名以上に上り、立ち見があるほどであった。ワークショップの間は非常に活発に質疑応答がなされ、大変有意義な会となった。以下にワークショップのプログラムを添付する。

【Program】
Chair: Satoru Nakatsuji (ISSP)
10:00~10:05

Masashi Takigawa (ISSP)
Opening

10:00~12:00

Leon Balents (UCSB) :10th Novel Quantum Phase Lecture Series‘Novel topological phases in strongly correlated electron systems’

12:00~13:00

Lunch

Chair: Masayuki Hagiwara (AHFM, Osaka Univ.)
13:05~13:45

Luis Balicas (NHMFL)‘Evidence for the axial anomaly in a quasi-two-dimensional metal’

13:45~14:30

Masaki Oshikawa (ISSP)‘Chiral Magnetic Field in Insulators’(Coffee Break 20 min)■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

29Chair: Kamran Behnia (ESPCI)
14:50~15:35

Yuki Fuseya (UEC, Tokyo)‘Spin Hall Effect and Large Anisotropic g-Factor of Bismuth’

15:35~16:20

Robert Kuechler (MPI-CPfS)‘Thermodynamic evidence for valley-dependent density of states in bulk bismuth’(Coffee Break 20 min)Chair: Hisamoto Harima (Kobe Univ.)
16:40~17:25

Takahiro Tomita (ISSP)‘Strange Metal Without Magnetic Criticality’

17:25~18:10

Andriy Nevidomskyy (Rice Univ.)‘Quantum criticality, nodal hybridization and non-trivial topology in -YbAlB4’

18:10~18:15

30

Closing

物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

ISSP ワークショップ

日時：2015 年 4 月 2 日(木)～2015 年 4 月 3 日(金)場所：物性研究所本館６階 大講義室(A632)
研究会提案者：山室 修、森 初果、信 淳、小森 文夫、
柴山 充弘、末元 徹、秋山 英文、杉野 修、野口 博司、
原田 慈久、松田 巌、リップマー ミック
本ワークショップ「ソフトダイナミクス」は、『機能物性融合科学』を標題とした研究会シリーズの第 2 回目として開催された。この研究会シリーズは、物性研将来計画の「新分野センター(名称未定)」の検討ワーキンググループ(本研究会の提案者がメンバー、平成 26 年 2 月に活動開始)により企画されたものである。今日の物性科学は、基礎科学として成熟し、分野が新しい分野を生み、加速度的な発展を続けている。一方、各分野の細分化が進み、それぞれに独自の進化の道を歩んでいる面がある。本研究会シリーズでは、共通キーワードとして「機能物性」を取り上げ、学理の未発達な領域に踏み込みつつ、分野融合の物性科学研究に挑戦する。また、機能物性融合科学に関する、ブレインストーミング・コミュニティー
形成・動向調査などを目的とする。なお、本ワークショップは、平成 26 年 12 月 26 日に提案された後、平成 27 年 1 月
22 日所員会で承認され、物性研ホームページや各種学会メーリングリストなどを通じて案内・周知がおこなわれた。
シリーズの第 2 回となる本ワークショップでは「ソフトダイナミクス」にフォーカスした。単に従来の｢ソフトマター｣の研究会ではなく、ソフトマター(高分子、ミセル・液晶などの高次構造体、複雑流体、生体系など)をベースにし、それらが特徴的なダイナミクスを示すとともに、興味深い機能を現出する系の話題を様々な分野から集めた。招待講演者は、提案者全員によるノミネート・議論を経て、バランスを考慮して選出した。ポスター発表は、一般募集により集めた。最終的に、口頭発表 18 件(招待講演)、ポスター発表 26 件(一般募集)が集まった。参加者数は、初日 80 名(学内 45 名、学外 35 名)、2 日目 74 名(学内 59 名、学外 15 名)であった。物性研にとってはあまり馴染みのないテーマのワークショッ
プであり、年度初めの忙しい時期ということもあり、参加者が少なくなることを覚悟していたが、多数の方々にご参加いただき、大変有意義で活発な質疑応答・議論が行われた。
研究会初日は生命科学の発表が中心であった。現在、ソフトマター分野、生物物理学分野の最もホットな研究対象の一つに｢アクティブマター｣と呼ばれるものがある。これは外力なしに自律運動する非平衡系の総称で、生体分子モーターのように生物に近い系から、非対称なコロイド粒子のような人工的な系まで様々なものが知られている。研究会のオープニングトー
クとして、佐野氏(東大)がアクティブマターの概要とその理論的取扱の基礎について講演した。ほぼ全員が専門外である物
性研の聴衆にとって、たいへん教育的で有意義な内容であった。続いて、市川氏(京大)がアクトミオシンからなるモデル細胞膜の自律運動の実験、水野氏(九大)が揺動散逸定理の破れに着目したアクティブマターの駆動力(非平衡力)の理論、野地氏(東大)が ATP の加水分解反応による回転分子モーターの実験の話を行った。アクティブマターの重要な観点は、運動を継続するためにいかにしてエネルギーを供給し力に変換するかであるが、その過程が分かりやすく解説された。
２番目のセッションでは、蛋白質や DNA の構造とダイナミクスに関する講演が行われた。Li 氏(物性研)は高分子ゲル
網目中の DNA の泳動に関して丁寧な実験を行い、高分子科学の基礎である Rouse/Reptation モデルや高分子鎖のエント
ロピーを用いて明快な解釈を示した。中川氏(JAEA)は蛋白質や DNA の周りの水和水のダイナミクスについて中性子準
弾性散乱と分子シミュレーションを用いた研究を発表した。高橋氏(東北大)は蛋白質のフォールディングという大問題について、10s の高実時間分解能で一分子蛍光分光を行うという画期的な実験結果を示した。白井氏(京大)は DNA と結合して遺伝子発現を制御しているクロマチンと呼ばれる蛋白質のダイナミクスについて、粗視化モデルを用いた分子シミュ
レーションの結果を発表した。いずれも、現在の生命科学の最前線の研究であり、たいへん興味深かった。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

312 日目の最初のセッションは表面・界面のセッションであった。井上氏(京大)は中性子散乱法(とくに中性子反射率法)
を用いて、高分子薄膜のガラス転移に関わるダイナミクスの研究を紹介した。玉田氏(九大)は、金属ナノ粒子が自己組織化して形成する微粒子シート上での細胞などの蛍光イメージングについて発表した。金属ナノ粒子のプラズモン共鳴を利用して蛍光増強と高空間分解能を両立するというのは見事なアイデアである。早水氏(東工大)はグラフェン表面でペプチドが自己組織化し、それがバイオセンサーになるという話をされた。まさに物性物理と生物の融合と感じられる内容であった。
2 番目のセッションでは、機能性物質に関する発表が行われた。芥川氏(東北大)はベンゼンやピレンに複数のテトラデ
シルアミド基を導入したディスク状分子を合成し、そのカラムナー液晶相において、分子間水素結合に由来する強誘電性や発光特性を見出した。福島氏(東工大)は、同じくディスク状のトリフェニレン系分子で cubic 液晶相になる系を見出し、
電子系ソフトマターとして発展させた。吉田氏(東大)は化学振動反応として知られている BZ 反応をゲル中で引き起こ
し、周期的な膨潤収縮運動や高分子鎖の形態変化を起こすゲルを開発した。まるでゲルが生きているような印象を与える
非常に興味深い内容であった。以上の 3 つの発表は、どれも独創的な発想によって生まれた新規物質を対象としており、有機系の物質開発の大きな可能性を感じさせた。
最後のセッションでは、話が大きく変わり、液晶や膜のソフトマター物理についての発表が行われた。山室氏(物性研)は、近年話題のイオン液体の高次構造が液晶由来のものであることを見出し、その階層的なダイナミクスを中性子散乱により調べた。福田氏(産総研)は、キラル液晶の数値計算から、ねじれた配向構造や欠陥構造の形成について発表した。最
近話題になっているキラル磁性体のスカーミオン構造とのアナロジーは興味深かった。佐々木氏(北大)は、液晶内のコロ
イド粒子に交流電場を印加したときに、コロイド粒子が芋虫のように電気泳動を起こすことを見出した。
最後の講演では、野口氏(物性研)が生体膜の分子シミュレーションの発表を行った。生体膜には棒状の蛋白質のドメインが存在するが、そのドメインが膜の形態変化に与える影響が明快に示された。以上の 4 つの発表は広い意味で構成粒子や外場が非等方的あるいはキラルであるときに起こる現象であり、ソフトマターのダイナミクス研究の新しい展開と言えよう。
初日の最後に行われたポスターセッションでは、招待講演の内容に近いテーマから全く異なるテーマ(例えば水素吸蔵
物質や気泡生成)まで、非常に幅広いテーマの発表が行われた。発表者には、招待講演者や世話人の研究室以外からも、多くの若手研究者(助教、ポスドク、学生)が集まった。ポスター発表数(26 件)は第 1 回のワークショップを上回っており、本研究会シリーズの注目度がどんどん上がっているのであれば幸いである。
研究交流会(懇親会)と平行して行われたため、議論が盛り上がるかを心配していたが、リラックスした雰囲気が功を奏したのか、招待講演者を中心としたシニアの研究
者と若手研究者の間で活発な議論が行われた。
以上のように、講演の分野は本当に多岐にわたっており、しかも物性研内部の研究テーマからはかなり異なっているにもかかわらず、全てのセッションで休憩時間がほとんど無くなるほど活発な討論が行われた。これは、発表者の方々が専
門外の聴衆に配慮した話をされたこと、逆に聴衆の方々は初歩的な質問や全く異なる立場からの質問を遠慮無くして頂いたことによる。世話人として、参加者全員に心から感謝したい。
最後に、本ワークショップの企画・準備・開催・報告の各段階で、多くの物性研事務部および各研究室の方々にご協力いただいた。特に、共同利用係の松尾飛鳥氏、中性子科学研究室補佐員室の本田裕子氏、羽部なおみ氏、安保真理子氏に、この場を借りて感謝したい。

集合写真

32

物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

講演会場

４月２日（木）１３：００〜

ポスター発表＆研究交流会（２０〜２５分講演＋５〜１０分討論＝３０分／人）

１３：００ 所長挨拶（瀧川 仁）、趣旨説明（山室 修）【セッション１】１３：１５〜非平衡ダイナミクス・自律運動座長 野口 博司

1. 佐野 雅己（東大院理）

ソフトマターと生物をつなぐアクティブマター

2. 市川 正敏（京大院理）再構成アメーバ液滴の自律変形と運動

3. 水野 大介（九大院理）揺動散逸定理を破る生き物の非平衡揺らぎ

4. 野地 博行（東大院工）回転分子モータータンパク質 F1-ATPase の１分子ダイナミクス

１５：１５〜１５：４５ 休憩【セッション２】１５：４５〜

タンパク質・ＤＮＡダイナミクス

5. Li Xiang（東大物性研）

均一高分子網目構造内における DNA の電気泳動挙動

6. 中川洋（原子力機構）

水和と共役した生体分子のダイナミクスと機能発現

7. 高橋聡（東北大多元研）

8. 白井 伸宙（京大院理）座長 秋山 英文

一分子蛍光分光法によるタンパク質のフォールディング研究
リンカーヒストンが引き起こすクロマチン構造のコンパクト化のダイナミクス

ポスター発表＋研究交流会＠６階ラウンジ １８：００〜２０：００

４月３日（金）９：００〜【セッション３】９：００〜

表面・界面ダイナミクス

9. 井上 倫太郎（京大原子炉）

中性子散乱による高分子薄膜のダイナミクス

10. 玉田銀微粒子シートによるナノ界面の高分解能蛍光イメージング

薫（九大先導研）

11. 早水 裕平（東工大院理工）座長 信 淳

２次元ナノ材料上のペプチド自己組織化：
バイオーエレクトロニクス界面の物性■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

33

１０：３０〜１１：００ 休憩【セッション４】１１：００〜

機能性固体・高分子

12. 芥川 智行（東北大多元研）

動的水素結合を利用した発光性強誘電体の創製

13. 福島 孝典（東工大資源研）

新しい構造形態を有するπ電子系ソフトマター

14. 吉田化学振動反応を利用した自励振動ゲルの創成とそのダイナミクス

亮（東大院工）座長 柴山 充弘

１２：３０〜１３：３０ 昼食【セッション５】１３：３０〜

液体・中間相・膜のダイナミクス

15. 山室イオン液体のナノ構造とソフトダイナミクス

修（東大物性研）

16. 福田 順一（産総研）

薄いキラル液晶セルが形成する特異な欠陥構造

17. 佐々木 裕司（北大院工）液晶電気対流を用いたコロイド粒子の芋虫運動

18. 野口 博司（東大物性研）

タンパク質吸着による生体膜の形態変化

座長 森 初果

１５：３０ まとめ・閉会挨拶（副所長・小森 文夫）

ポスター発表リスト（4 月 2 日（木）１８：００〜）
P.01.

梶谷

孝（東工大資源化学研）

オルトフェニレンオクタマー：ディスコティック液晶
カラムの巨視的垂直配向をもたらすドーパント

P.02.

石割 文崇（東工大資源化学研）

凝集誘起発光部位を有するポリアクリル酸及びそのゲルの特異な Ca2+センシング能P.03.

清木 規矢（東工大資源化学研）

巨視的スケールで高度な二次元配列規則性を有する分子性薄膜の創製

P.04.

景山 義之（北大院理、JST さきがけ）

アゾベンゼンの光異性化が誘起する酸解離現象と巨視的ソフトマター
ダイナミクス

P.05.

池上 智則（北大院総化）

P.06.

高見

P.07.

鈴木 健太郎（神奈川大理）

運動開始に遅れのある紫外線応答性油滴の自己駆動系

P.08.

根本 文也（東大物性研）

中性子散乱で観た液晶性イオン液体のナノ構造とダイナミクス

P.09.

秋葉

宙（東大物性研、JST-CREST）

Pd ナノ粒子中の水素の原子配置とダイナミクス

P.10.

守島

健（東大物性研）

両親媒性交互共重合体が水溶液中で形成する疎水性物質内包ミセル

剛（阪大院理）

定常光照射下における薄膜状結晶の巨視的振動の創発
革新的 1 次元空間を有する新物質とその水素吸蔵ダイナミクス

の構造
P.11.

関

和彦（産総研）高い異方性を持つ分子の拡散吸着過程の理論およびシミュレーション

P.12.

原

諒平（九大院理）

不均一環境での溶質の速度に対する溶媒の動的な効果

P.13.

山田 一雄（九大院理）

非平衡定常駆動系における相反関係式

P.14.

玉手 亮多（東大院工）自励振動ベシクル：ブロック共重合体が形成する超分子集合の周期的
構造変化

P.15.

増田

造（東大院工）自励振動ポリマーブラシ表面の動的機能発現とその評価

P.16.

上田

顕（東大物性研）

新規な水素結合系純有機結晶の構造とプロトン伝導性

P.17.

富永 大輝（CROSS 東海）

34

物性研だより第 55 巻第 2 号

水が及ぼす水溶性高分子の構造・ダイナミクスの変化■■■ ■ ■ ■■

P.18.

篠原 修平（九大先導研）

プラズモンフルカラーを用いたカラリメトリックバイオセンサーの
開発

P.19.

斉藤 昇（九大先導研）

ジチオール置換銀微粒子二次元膜の安定性に関する研究

P.20.

櫻井 信孝（北大院工）

液晶欠陥の格子状配列とそれに及ぼす流れの影響

P.21.

芝 隼人（東大物性研）

剪断流下の界面活性剤系の構造形成の粗視化分子シミュレーション

P.22.

山添 康介（東大新領域）

ポリマーブラシ中に閉じ込められた水の電子状態の観測計画

P.23.

関 貴一（東工大院理工）

電気化学的なバイアスによるペプチドの自己組織化挙動の制御

P.24.

渡辺 宙志（東大物性研）

多重気泡生成過程のペタスケール分子動力学シミュレーション

P.25.

中川 恒（東大物性研）

化学反応下での両親媒性集合体の形態変化

P.26.

山室 憲子（東京電機大）中性子準弾性散乱によるグリシンベタイン水溶液のミクロダイナミクス

ソフトマターと生物をつなぐアクティブマター
佐野 雅己（東京大学大学院理学系研究科物理学専攻）

わずかな力でしなやかに構造を変化させるソフトマター。そのソフトマターを非平衡状態にすると何が起こるかは、これまでソフトマター物理学や複雑流体の分野で盛んに研究が行われてきた。
一方、外力が働かない場合でも、系を構成する物質や要素が内部で力を発生する系は、自ら動き回ることができる。このような系は、近年、アクティブマターと呼ばれ、研究が活発化している。散逸系で内部から力を発生し、運動を継続する
ためには、何らかのエネルギー供給と変換が必要であり、その系は必然的に非平衡系となる。また、自己駆動する要素が多数集まった系では、平衡系では見られない、秩序・無秩序転移や、特異な集団運動が出現することが知られている。これらの現象は、生体分子モーターの集合体や細胞集団、あるいは人工的に構成された自己駆動コロイド粒子など、様々の実験系で観測されることが最近明らかになってきた。また、アクティブマターを記述する方程式は、液晶の理論などの延長線上にあり、ソフトマター理論の非平衡への拡張としての側面も持っている。その意味で、アクティブマターは、ソフ
トマターから発生し、生命現象の記述を目指す分野の一つと言うことができる。講演では、非平衡系物理学の中の新しい概念であるアクティブマターの実験と理論について紹介する。
＜参考文献＞[1] T. Vicsek, et al., Phys. Rev. Lett. 75, 1226 (1995).
[2] M.C. Marchetti, et al. Hydrodynamics of soft active matter. Rev. Mod. Phys.85, 1143 (2013),[3] H.R. Jiang, N. Yoshinaga, M. Sano, Phys. Rev. Lett., Vol. 105, 268302 (2010).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

35

再構成アメーバ液滴の自律変形と運動西上 幸範、伊藤 弘明、園部 誠司 1、○市川 正敏(京都大学・大学院理学研究科、1 兵庫県立大学・大学院生命理学研究科)

本研究は、細胞や細胞膜の変形に関与している、アクチンとミオシンの複合体(アクトミオシン)の動的な物性の一端を明らかにした。人間を含む真核生物の細胞膜は、脂質分子の二分子膜を基本とし、そこに埋め込まれた多種類の分子や、膜を裏打ちする細胞骨格のネットワークから構成されている事が知られている。特に、膜直下に存在するアクチンとミオシンの組は分子モーターであり、細胞膜の変形における力生成の源として研究が盛んである。このアクトミオシンを物理的な枠組みで見れば、それぞれ繊維状に自己集合したアクチンとミオシンで構成された、薄膜形状の動くゲルである。この薄膜ゲルは膜面方向に収縮する性質を持っており、細胞に見られる様々な現象において果たす役割に興味が持たれている。我々も、その性質を利用する事でアメーバ様運動を再現するモデル系を構築してきた[1]。今回、アクトミオシンの細胞サイズの空間に閉じ込める事で上記の動く薄膜ゲルを膜直下に再構成し、構造やそのダイナミクスを測定する事に成功
した[2,3]。
＜参考文献＞[1] Y. Nishigami, et al., PLoS ONE 8(8): e70317. (2013).
[2] Y. Nishigami, H. Ito, S. Sonobe, and M. Ichikawa (submitted).
[3] H. Ito, Y. Nishigami, S. Sonobe, and M. Ichikawa (submitted).

揺動散逸定理を破る生き物の非平衡揺らぎ
水野 大介（九州大学 理学研究院）

生き物の最小単位である細胞の諸機能は、柔らかい生体物質(バイオロジカルソフトマター)が熱的・非熱的に駆動されることで発現する。ソフトマターは外場に対して巨大に、かつ、著しく非線形に応答することを特徴とするため、生命現
象は非線形性・非平衡性が色濃く現れる予測困難な力学過程である。こうした非平衡状態にある細胞内部環境では、熱平衡系における統計物理学の基本定理である揺動散逸定理が破れている。この揺動散逸定理の破れを解析することで、逆に細胞内部で生じている非熱的な揺動力や非平衡な動力学的過程を究明することができる。ここで、非熱的な揺動力とは、
例えばモーターたんぱく質が ATP を加水分解して得たエネルギーを利用して生み出す非平衡力のことを指す。
本講演では、培養細胞や人工的に作製した“生きている細胞骨格ゲル”において、揺動散逸定理が破れていることを実証するとともに、i)生き物の非平衡揺らぎの統計的な性質(Levy)が平衡系のもの(Gauss)とは本質的に異なること、ii) 非平
衡揺らぎと系の力学挙動の間に協奏的な強い相関関係が観測されることを報告する。
＜参考文献＞[1] D. Mizuno, C. Tardin, C. F. Schmidt, and F. C. MacKintosh, Science 315, 370 (2007).
[2] D. Mizuno, R. Bacabac, C. Tardin, D. Head, and C. F. Schmidt, Phys. Rev. Lett. 102, 168102 (2009).
[3] 水野大介、日本物理学会誌 66, 276 (2011). (pdf:http://sleipnir.sci.kyushu-u.ac.jp/mizuno/index.html)

36

物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

回転分子モータータンパク質 F1-ATPase の 1 分子ダイナミクス
野地 博行（東京大学工学研究科応用化学専攻）
F1-ATPase は、固定子リングに回転子が突き刺さった構造を持ち、ATP の加水分解反応にともなって回転子が回る回転分子モーターである。ちなみに、ここでいう回転とは相対的なものであって、回転子を固定すると固定子リングが回転する。トルクを発生する触媒部位は固定子リングに存在し、3 つの触媒部位が 120°おきに配置する。F1-ATPase が発生するトルクは 40pNnm、1 回の加水分解反応あたりの回転角度は 120°であり、その仕事量は 80pNnm となる。これは、1 分子の ATP 加水分解から得られる自由エネルギー約 80pNnm(=20kBT)に匹敵する。この高いエネルギー変換効率は、反応の高い可逆性を意味する。実際、このモーターを強制的に逆回転させると、自由エネルギーに逆らって ATP が合成される。この高いエネルギー変換効率、反応の可逆性から、生物物理学だけではなく化学・物理学者によっても様々な研究が行われてきた。時間の関係上全てを網羅したオーバービューは話せないが、F1-ATPase の基本的な性質を紹介した後、最近のトピカルな話題をいくつかピックアップして紹介したい。

均一高分子網目構造内における DNA の電気泳動挙動
Li Xiang (東京大学物性研究所 柴山研究室)
ゲルやポリマー溶液などの高分子網目構造内での物質の動的挙動は、対象物質と網目の物理的な相互作用により、自由溶液中での挙動と大きく異なる。そのユニークな動的挙動は、ゲル電気泳動、サイズ排除クロマトグラフィー、薬物の徐放化など、実に様々な分野で利用されている。ゲル電気泳動はこれらの応用の中でも最も歴史が古く、主に DNA などのポリ電解質のサイズ分離に利用されている。DNA の泳動挙動に対して多くのモデルが提唱されているが、実験結果との乖離が見られ、未だに十分に理解されていない。1
そこで、本研究ではゲルやポリマー溶液の構造パラメーターである架橋点間重合度やポリマー体積分率、さらに DNAの鎖長を系統的に調整し、網目構造内での DNA の泳動挙動を調査した。その結果、DNA の移動度は、その鎖長のベキ関
数と指数関数の積で記述できることが明らかになった。ベキ関数項はポリマー溶液中では Rouse モデル、ゲル中ではReptation モデルと一致した。一方で、指数関数項はポリマー溶液中・ゲル中に依らず、同様の鎖長依存性を示し、Entropic
trapping model の予測と類似した挙動を示した。網目構造内での泳動挙動は基本的な泳動挙動 (Rouse/Reptation)とエントロピー障壁の 2 つのメカニズムに同時に支配されていることが強く示唆された。2＜参考文献＞[1] Viovy, J. L. Reviews of Modern Physics 2000, 72, 813.
[2] Li, X.; Khairulina, K.; Chung, U.; Sakai, T. Macromolecules 2014, 47, 3582–3586.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

37水和と共役した生体分子のダイナミクスと機能発現中川 洋 (原子力機構・量子ビーム、JST・さきがけ)
本研究は、中性子非干渉性散乱を用いて、蛋白質や DNA の水和と機能発現関係性の解明を目的として行った。これまで、中性子非干渉性散乱実験と分子シミュレーションを組み合わせることで、生体分子の水和やダイナミクスの研究を行ってきた。生体分子の水和やダイナミクスの研究では、中性子を使うことで、”分子の熱揺らぎが分かる”、”水がよく見える”という、中性子の持つ量子ビームとしての特徴を活かした研究が行える。また中性子散乱の実験データの解析に分子シミュ
レーションを援用することで、原子分解能で構造ダイナミクスの解析を行うという、実験と計算を相補的・相乗的に融合させた解析は有効である。本発表では、中性子散乱と分子シミュレーションを組み合わせた研究によって、生体分子の機能を支える構造揺らぎが、水和水との相互作用で発現する仕組みを解明した研究について紹介する。
＜参考文献＞[1] H.Nakagawa et al., (2010) JPSJ, 79, 083801[2] H.Nakagawa et al., (2014) Phy.Rev.E., 90, 022723

一分子蛍光分光法によるタンパク質のフォールディング研究高橋 聡 (東北大学・多元物質科学研究所)

タンパク質は、ランダムコイルの性質を持つ変性状態から、一次配列により定められる単一構造に自発的にフォールディ
ングする性質を持つ。タンパク質のフォールディングは、タンパク質の構造予測や新規デザインなど、さまざまな応用と関連する重要な研究課題である。
近年、David Baker と David Shaw という２人の研究者が、この分野に変革をもたらしつつある。Baker らはタンパク質の構造予測やデザインを可能にし、新規酵素のデザインにも成功した[1]。Shaw は、生体分子の長時間の分子動力学計
算を可能にする専用マシンを開発し、様々な系に応用を広げている[2]。今後、大規模な計算を用いてフォールディング機
構を理解するとともに、タンパク質のデザイン研究が進展すると予想される。
我々は、タンパク質のフォールディング運動を、一分子レベルで観察するための装置開発を進めている。これまでの努力により、十マイクロ秒の時間分解能で 10 ミリ秒程度の一分子時系列データの観察が可能となった[3]。我々が明らかにしたタンパク質の物性について紹介し、さらにどのような装置の工夫が可能か、どんな現象が面白いかなどの話題を提供
したい。
＜参考文献＞[1] Siegel et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (2015) asap article.
[2] Piana, Lindorff-Larsen, Shaw, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. (2013) 110, 5915-5920.
[3] Oikawa, Suzuki, Saito, Kamagata, Arai, Takahashi, Sci. Rep. (2013) 3, 2151.

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

リンカーヒストンが引き起こすクロマチン構造のコンパクト化のダイナミクス
白井 伸宙 (京都大学大学院理学研究科)
真核細胞の核内において DNA はクロマチンと呼ばれるタンパク質との複合体を形成して高度に凝縮して存在している。
コンパクトなクロマチン構造が誘起されるとその構造に含まれる DNA 上の遺伝子発現が抑制されるため、クロマチンの構造変化のダイナミクスは生体機能の制御について知る上で重要である。リンカーヒストン H1 はクロマチン構造を凝縮させるタンパク質として知られており、クロマチンの基本単位であるヌクレオソームに結合してヌクレオソーム同士の配置や相互作用を変化させることが電子顕微鏡[1]や NMR[2]によって観察されている。しかし、これらの実験でヌクレオソームの構造変化のダイナミクスを追うことは困難であり、また H1 が持つ C 末端の長い変性部位がどのように凝縮に寄与しているのかは観測できていない。そこで本研究では H1 とヌクレオソームを含む粗視化モデルを構築し、分子動力学
シミュレーションを行って凝縮過程や H1 の C 末端変性部位の動きを解析した。ヌクレオソームは DNA がヒストンコアに巻き付いた構造を持ち、隣のヌクレオソームへと繋がる DNA 部分はリンカーDNA と呼ばれる。シミュレーションの結果、H1 の C 末端変性部位はヌクレオソームから飛び出している二つのリンカーDNA に絡みつき、DNA がヒストンコア
により巻き付いた構造を誘起することがわかった。この結果から、H1 の変性部位はヌクレオソーム構造の凝縮ダイナミ
クスにおいて重要な役割を持つことが示された。
＜参考文献＞[1] F. Song et al., Science 344: 376-380(2014).
[2] B.-R.Zhou et al. Proc. Natl. Acad. Sci. 110: 19390-19395 (2013).

中性子散乱による高分子薄膜のダイナミクス
井上 倫太郎 (京都大学原子炉実験所)
近年の計測技術の向上に伴い、高分子薄膜の物性はバルクと大きく異なることが知られている。ガラス転移温度 (Tg) [1]、熱膨張係数の膜厚依存性、bulk Tg 以下での脱濡れ [2]などが例として挙げられる。特にガラス転移温度は高分子薄膜の熱的安定性に直結しているため、高分子薄膜の Tg に関する研究はこれまでＸ線・中性子線反射率法、エリプソメトリー、走査プローブ顕微鏡、誘電緩和などにより詳細に調べられてきた。その結果、最も単純な高分子の一つであるポリスチレン(PS)薄膜の場合には膜厚が減少するに伴い Tg が減少することが明らかとなった。具体的にどのようなメカニズムが作用して高分子薄膜特有の特異な Tg 挙動に繋がっているかに関する知見は欠落したままである。ガラス転移自体は旧来考えられてきたように熱力学的相転移ではなく、緩和現象である。そのため、高分子薄膜の Tg 挙動を理解するためにはダイナ
ミクス研究を積極的に行う必要性があるが、分子レベルのいわゆるミクロスケールにおける分子運動を実験的に明らかにする試みはこれまでほとんど行われていない。そこで、そのような状況を打開するため中性子散乱を利用して高分子薄膜のダイナミクス測定を行い、高分子薄膜のガラス転移機構解明を目指した [3]。
＜参考文献＞[1] J. L. Keddie et al., Faraday Discuss. 98, 219 (1994).
[2] G. Reiter et al., Macromolecules 27, 3046 (1994).
[3] R. Inoue et al., Phys. Rev. E. 80, 031802 (2009).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

39銀微粒子シートによるナノ界面の高分解能蛍光イメージング
玉田 薫 (九州大学 先導物質化学研究所)
金属ナノ微粒子をはじめとするナノ材料は、ナノサイズに由来する特有の光学的および電気的特性により、さまざまなデバイス応用が期待されている。中でも金属ナノ構造体による局在プラズモン共鳴（Localized surface plasmon resonance(LSPR))は、基礎と応用の両方において、近年進展がめざましい研究分野である。
近年我々は粒径の揃った銀微粒子(直径 5 nm)および金微粒子(直径 10 nm)の多次元自己組織化とそのプラズモン特性について研究を進めている[1]。これら金属ナノ微粒子は界面活性を有し、気水界面に展開すると自発的に２次元結晶を形成する [2]。これら微粒子シートを蛍光増強基板として用いると、界面から数 10 nm の領域でのみ波長選択的に蛍光増強効果が現れる。伝搬型プラズモン由来の蛍光増強とは異なり空間分解能が低下しないため、ナノ界面に特化したイメー
ジングを高空間分解能で行うことが可能である。これまでに、高速 CCD カメラによる直径 1m の蛍光ビーズ観察において、30 ms/frame の実時間観察で、160 nm の空間分解能を維持しつつ、蛍光強度を４倍上げることに成功している[3]。
最近の試みとして、広島大学との共同研究で、銀微粒子二次元シート基板上に接着した細胞の接着点の高分解能観察に成功している。今後は局在プラズモン下での高分解能局所蛍光顕微鏡観察を通じて、ナノ界面における分子ダイナミクスに関する研究を進めたいと考えている。
＜参考文献＞[1] K. Okamoto, B. Lin, K. Imazu, A. Yoshida, K. Toma, M. Toma, K. Tamada, Plasmonics, 8, 581, 2013. A. Yoshida, K.
Imazu, X. Li, K. Okamoto, K. Tamada, Langmuir, 28, 17153, 2012.
[2] M. Toma, K. Toma, K. Michioka, Y. Ikezoe, D. Obara, K. Okamoto and K. Tamada, Phys. Chem. Chem. Phys., 13,7459, 2011.
[3] E. Usukura, S. Shinohara, K. Okamoto, J. Lim, K. Char, K. Tamada, Appl. Phys. Lett., 104, 121906, 2014.

２次元ナノ材料上のペプチド自己組織化：バイオ-エレクトロニクス界面の物性
早水 裕平 (東京工業大学大学院 有機高分子物質専攻)
本研究では、グラフェン表面で特異的に自己組織化する固体吸着ペプチドを用い、ナノ材料とバイオ材料の複合システ
ムを構築し、新規なバイオ・エレクトロニクス分野の開拓を目指します。我々の研究室では、米国ワシントン大学のサリカヤ研究室との共同研究において、バイオコンビナトリアル法を用いてグラフェン・グラファイトに特異的に吸着するア
ミノ酸 12 個からなるペプチドを 60 個、選択しました。そのうちの１つが、グラファイト上に長さ数ミクロン、幅数ナノのナノワイヤー状の構造に自己組織化することが発見されました[1]。このペプチドのアミノ酸配列の一部を変化させることによって、ペプチドの自己組織化を制御することが可能です[2]。近年は、これらのペプチドを用いたバイオセンサーの実証もなされています[3]。
これらの研究をさらに発展させ、現在では、グラフェン以外の種々の 2 次元ナノ材料上で自己組織化するペプチドの開発に成功しました。講演ではその界面の物性について発表いたします。
＜参考文献＞[1] C. R. So, et.al., “Controlling Self Assembly of Engineered Peptides on Graphite by Rational Mutation,” ACS Nano,
6 (2) 1648-1656 (2012).
[2] D. Khatayevich, et.al., "Controlling the Surface Chemistry of Graphite by Engineered Self-Assembled Peptides"
Langmuir, 28, 8589 (2012).
[3] D. Khatayevich, et.al., “Selective Detection of Target Proteins by Peptide-Enabled Graphene Biosnsor”, Small, 10,1505-1513 (2014).

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

動的水素結合を利用した発光性強誘電体の創製
芥川 智行 (東北大学多元物質科学研究所)
本研究は、水素結合性の分子集合体の新規機能の開拓を目的として行った。[1-3]ベンゼンやピレンなどに複数のテトラデシルアミド基(-CONHC14H29）を導入し(CONHC14H29)nた誘導体の分子会合特性、分子集合体形成および分子間水素結合に由来する強誘電性の発現に関する検討を行った。5 種類のベンゼン誘導体 1~5 に関する系統的な検討を行い、機能拡張の観点からピレンに 4 本の-CONHC14H29 鎖を導入した

C14H29HNOC

1: n=22: n=3
3: n=4
4: n=5
5: n=6CONHC14H29

化合物 6 を新規に合成し、その分子会合能、光物性および強誘電体物性に関する検討を行った。
化合物 2~6 は、温度上昇に伴い、固相－カラムナー液晶相(Colh)転移を示した。化合物 2、4 および 6 の Colh 相では、強誘電性の発現が電場－分極ヒステリ

C14H29HNOC

CONHC14H29
6

シスから確認された。6 は、濃度に依存した発光特性を示し、また興味深い電流図 本研究で用いた分子スイッチング現象を示した。
＜参考文献＞[1] T. Akutagawa et al., J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 291[2] Y. Yoshii et al., Chem. Eur. J., 2014, 20, 16279.
[3] Y. Shishido et al., J. Phys. Chem. C. 2014, 118, 21204.

新しい構造形態を有する電子系ソフトマター
福島 孝典 (東京工業大学 資源化学研究所)

言うまでもなく物質の構造は、その性質を決定付ける根源的因子である。換言すれば、新構造の発見は新現象、新機能創出に通じる大きな可能性を秘めている。我々は、ある種のディスク状分子が空間群 Ia3d に属するキュービック相を形成するという過去にほとんど例のない物質系の発見[1,2]を契機に、いくつかの類縁体の設計とそれらの構造を検討した結果、ソフトマターの新たな振る舞いを見出した。
本発表では、キュービック相を形成するディスク状分子の探索を通じて見出した、（1）巨視的にモノドメイン構造を与える誘導体、（2）その X 線反射データの収集と精密構造解析、（3）その結果明らかになった Cub 構造について述べる。
さらに、この展開研究から見出した、これまでの分子集合体の常識に当てはまらない新現象についても議論したい。
＜参考文献＞[1] Discotic Liquid Crystals Stabilized by Interionic Interactions: Imidazolium Ion- Anchored Paraffinic Triphenylene,
J. Motoyanagi, T. Fukushima, T. Aida, Chem. Commun. 2005, 101-103.
[2] Bicontinuous Cubic Liquid Crystalline Materials from Discotic Molecules: A Special Effect of Paraffinic Side Chainswith Ionic Liquid Pendants, Md. A. Alam, J. Motoyanagi, Y. Yamamoto, T. Fukushima, J. Kim, K. Kato, M. Takata,
A. Saeki, S. Seki, S. Tagawa, T. Aida, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 17722-17723.

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41化学振動反応を利用した自励振動ゲルの創成とそのダイナミクス
吉田 亮 (東京大学大学院工学系研究科)
演者は刺激応答性高分子ゲルの研究に長い間携わる一方で、心臓の拍動のように一定条件下で自発的に周期的リズム運動を行う新しい「自励振動ゲル」を開発した。Belousov-Zhabotinsky(BZ)反応は、時間リズムや空間パターンを自発的に生み出す化学振動反応としてよく知られている。この BZ 反応を、金属触媒を化学的に結合したゲル内で引き起こし、
その化学エネルギーを力学エネルギーに変換する分子設計を行うことによりゲルの周期的な膨潤収縮振動や高分子鎖の周期的形態変化を生み出すことに成功した。1996 年に初めてこの「自励振動ゲル」(self-oscillating gel)を報告し[1]、以降系統的に研究を進めている。生体模倣アクチュエータ、自律物質輸送システム、自励振動ポリマーブラシ表面、周期的粘弾性変化を伴う機能性流体など、時空間機能をもつ新たな自律機能材料への応用展開を試みている[2]。また近年ではミセル構造[3]やベシクル構造[4]の形成崩壊サイクルを繰り返す新規 AB, ABA, ABCBA 型ブロック共重合体の創製、細胞膜に見られるような周期的かつ自律的な二重膜構造の変形を生起する架橋ベシクル[5]の創製に成功した。本講演ではこれらの最新の成果を紹介する。
＜参考文献＞[1] R. Yoshida, T. Takahashi, T. Yamaguchi and H. Ichijo : J. Am. Chem. Soc., 118, 5134 (1996).
[2] R. Yoshida and T. Ueki : NPG Asia Materials, 6, e107 (2014).
[3] T. Ueki, M. Shibayama, R. Yoshida : Chem. Commun., 49, 6947 (2013).
[4] R. Tamate, T. Ueki, M. Shibayama, R. Yoshida : Angew. Chem. Int. Ed., 53, 11248 (2014).
[3] R. Tamate, T. Ueki, R. Yoshida : Adv. Mater., 27, 837 (2015).

イオン液体のナノ構造とソフトダイナミクス
山室 修、古府 麻衣子、根本 文也 (東京大学物性研究所・附属中性子科学研究施設)
イオン液体はおそらく現在の液体科学分野で最も注目されている液体である。単一のイオン性物質であるにもかかわらず、室温で液体であり、それが過冷却しガラス転移を示す。イオン液体の陽イオンは、イミダゾール環などのコア部分(正電荷が局在)にアルキル鎖が結合した構造をもつ。イオン液体が興味深いのは、このコア部分と陰イオンからなるイオン性ドメインとアルキル鎖が集まった中性ドメインが高次構造(ナノ構造)を形成することである。もちろんドメイン内にも特徴的な構造が存在するので、イオン液体は、単一成分液体であるにもかかわらず、水・油・界面活性剤系のような階層構
造をもつ液体と捉えることもできる。上記の様な基礎科学的興味だけでなく、イオン液体は不揮発性溶媒、電気化学材料、アクチュエーターなどの機能性物質としても大いに注目されている。我々は、このイオン液体の構造とダイナミクスに注
目して、熱測定や中性子散乱の研究を行ってきた[1-8]。講演では、ナノ構造とそれに由来する遅い緩和の話を中心に、これまでの我々の研究を紹介する。
＜参考文献＞[1] O. Yamamuro et al., Chem. Phys. Lett. 423, 371 (2006).
[2] Y. Inamura et al., Physica B 385-386, 732 (2006).
[3] O. Yamamuro et al., AIP Conf. Proc. 832, 73 (2006).
[4] O. Yamamuro et al., J. Chem. Phys. 135, 054508 (2011).
[5] O. Yamamuro et al., J. Phys. Chem. B 116, 10935 (2012).
[6] M. Kofu et al., Soft Matter 8, 7888 (2012).
[7] M. Kofu et al., J. Phys. Chem. B 117, 2773 (2013).
[8] F. Nemoto et al., J. Phys. Chem. B, in press.

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

薄いキラル液晶セルが形成する特異な欠陥構造
福田 順一 (産業技術総合研究所 ナノシステム研究部門)

液晶が物性科学の研究対象として興味を持たれてきた理由としては、様々な対称性の秩序構造を自己組織的に形成すること、位相欠陥の観察が容易なモデル系となりうること、超伝導体などの他の物理系との理論的アナロジーが考えられることなどが挙げられる。本研究では、自発的にねじれた配向構造を形成するキラル液晶(鏡映対称性の欠如した分子からなる液晶)が、薄い平行平板からなるセル中でどのような秩序構造を形成するかを、数値計算によって議論する。
強いねじれを誘起するキラル液晶は、コレステリックブルー相と呼ばれる、液晶配向の欠陥が 3 次元的に配置した複雑な秩序相をバルクで形成することが知られている[1]。そのようなキラル液晶を薄いセル中に閉じ込めると、バルクのものとは似ても似つかない、欠陥を含む様々な秩序構造が形成されることを見いだした[2]。その中には、近年特にキラル強磁性体でその存在が注目を集めている、渦状の励起構造であるスカーミオンからなるヘキサゴナルな格子も含まれる。時間があれば、そのような秩序構造の光学的性質を計算した試みについても紹介する[3]。
＜参考文献＞[1] D. C. Wright and N. D. Mermin, Rev. Mod. Phys. 61, 385 (1989).
[2] J. Fukuda and S. Žumer, Phys. Rev. Lett. 104, 017801 (2010); Phys. Rev. Lett. 106, 097801 (2011); Nature Commun.
2, 246 (2011).
[3] J. Fukuda and S. Žumer, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 594, 70 (2014).

液晶電気対流を用いたコロイド粒子の芋虫運動
佐々木 裕司 (北海道大学 大学院工学研究院 応用物理学部門)

ネマチック液晶は棒状分子の長軸に長距離の秩序をもった異方的な流体である。このような媒質中にコロイド粒子が置かれた場合、粒子周辺の配向場の乱れによって粒子間に独特な相互作用が現れ、通常の等方性液体を用いたコロイド系とは異なる性質を示す。[1] 最近ではダイナミクスの観点からも関心を集め始めており、その一例として液晶中でのコロイ
ド粒子の交流電気泳動が挙げられる。[2] これは粒子の周りの配向場が非対称に歪むことにより、たとえ球形の粒子であってもその周囲の電気的な性質が非対称になることで運動を可能としている。最近、私たちはこの電気泳動現象に液晶電気対流効果を組み合わせた研究に取り組んでいる。ある閾値以上の電圧を液晶に印可することによって対流が発生させ、流れの中での粒子の運動について詳しく調べた。特に、弾性力によって直線状に繋がったコロイド粒子は、対流の中で切れることなく芋虫のような運動することが観察される。さらに通常の偏光顕微鏡観察に加えて、コロイド鎖が上下に動く様
子を三次元的に観察することを試みた。その結果、対流の流れに加えて、電気泳動の力やガラス界面からの反発力もまた運動のメカニズムに重要な役割を果たしていることが明らかになってきた。[3]＜参考文献＞[1] H. Stark, Phys. Rep., 351, 387, 2001.
[2] O. D. Lavrentovich et al., Nature, 467, 947, 2010: O. D. Lavrentovich, Soft Matter 10, 1264, 2014.
[3] Y. Sasaki et al., Soft Matter, 10, 8813, 2014: Y. Sasaki et al., Langmuir (accepted).

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43タンパク質吸着による生体膜の形態変化
野口 博司 (東大物性研)

生体膜に囲まれた様々な形状の細胞内小器官があるが、それらの形状は時々刻々と動的に変化している。これらの形状を決めるメカニズムの解明を目的として研究を行っている。最近、生体膜に吸着するバナナ状の BAR ドメインを持つタ
ンパク質が多く見つかっている。吸着ドメインが曲率を持つため、ドメインに沿って脂質膜を曲げてチューブ状に変形させる。しかし、その形成機構はまだよくわかっていないことが多い。我々は粗視化膜模型を用いたシミュレーションによってこのような曲がった棒による膜変形を研究した。棒同士に直接の引力を与えなくても、膜を介した相互作用で、棒は集合する。しかし、通常の相分離と異なり、この集合は棒の縦と横方向の 2 つの 1 次元の集合に分かれて起こる[1]。また、
これまでの研究では棒に沿った自発曲率のみが考慮されていたが、横方向に弱い自発曲率を加えることでチューブ形成のダイナミクスが大きく変わることが分かった[2]。平衡状態の性質はそれほど変化しないが、集合途中でネットワーク構造が安定化することによってチューブ形成が抑制される。最近、タンパク質の種類によってチューブ状の突起が脂質膜全体から一様に伸びてくるものと一箇所から伸びるものがあることが実験的に報告されている[3]。このようなネットワーク形成が一因である可能性が考えられる。
＜参考文献＞[1] H. Noguchi, EPL 108, 48001 (2014).
[2] H. Noguchi, arXiv:1503.00973 [cond-mat.soft].
[3] Y. Tanaka-Takiguchi, et al. Langmuir 29, 328 (2013).

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

ISSP ワークショップ

物質・材料開発を支える基礎科学

日時：2015 年 6 月 22 日 13:00～19:00
場所：東京大学柏の葉キャンパス駅前サテライト多目的ホール

提案者：瀧川 仁 森 初果 杉野 修 原田 慈久 小森 文夫
報 告：小森 文夫

本ワークショップは、様々な基盤技術・基礎科学がどのように産業課題の解決に資するかという視点で現状と将来の分析を行い、物質科学研究者に産業的課題の学術的意義を検討する機会を提供すると同時に、今後の科学技術行政への指針となることを目指して開催された。その開催趣旨と内容は以下である。

開催趣旨：
日本の社会・産業・経済にとって、優れた物質・材料の開発が重要であることは言うまでもない。そのために大学を始めとする研究機関における先端技術や科学研究成果が、産業に有効に活用されることが望まれている。今日の厳しい財政状況にあっても、社会的課題の解決に向けて飛躍的な技術革新を目指す研究には、選択的な支援が行われている。産業が直面する問題の中には、基礎科学にとっても重要で挑戦的な課題が多い。実際、放射光やスーパーコンピュータなどの施設を用いた研究が大きな貢献を果たしており、このような基盤技術や独創的な科学研究を継続的に支援することも極めて重要である。本ワークショップでは、具体的には、個別の産業的課題がどのような基盤技術に支えられているか、今後どのような科学的ブレークスルーが求められるかという視点での講演を第 1 の軸とし、また多様な基盤技術や基礎科学研究が産業的課題の解決にどのように資するかという視点での講演を第 2 の軸として、産業的課題と基盤技術・基礎科学のダ
イナミックな連携を平面的な広がりを持った問題として議論する。これによって今後の物質・材料開発と基礎科学の在り方を長期的展望に立って考える出発点としたい。

研究会内容：
ワークショップ当日は 98 名の参加者があり、下記のプログラムにあるように 9 つの講演が行われた。講演に先立って瀧川所長が上記の開催趣旨を説明するとともに、物性研究所設立趣意書の中にも“物性研究所は、物性物理学の綜合的か
つ系統的な研究を行ない、それによってわが国の学問の水準を高め工業技術の発展に貢献することを目的とする。”という産業界とのつながりが明確に述べられていることを紹介した。
最初のセッションでは、産業の課題解決に向けた基盤技術の利用と今後の学問的方向に関する講演が 4 つあった。最初の伊藤耕三氏の講演では、高分子材料のミクロな構造制御から有用な物性を引きだす研究が紹介された。さらに、現在進行中の高分子材料を高度に活用することにより革新的な自動車の開発を目指す ImPACT プロジェクトについて説明があった。
続く射場英紀氏の講演では、自動車に搭載する電池用固体電解質材料開発における構造解析の重要性が述べられた。また、固体電池動作においては、原子・イオン移動過程のミクロな解明が大きな課題であることが紹介された。次の本間穂高氏の講演では、構造材料としての鉄の高強度化への課題では、ナノ構造の制御が鍵となっていることが紹介された。また、鉄の産業的高度利用に向けた多くの課題に関して、物性物理のミクロな理解と中性子・放射光・電子顕微鏡・計算科学等
を用いた解析からの解決への期待が述べられた。このセッションの最後の細野秀雄氏の講演では、電子機能材料にヒドリド(H-)を入れることによって、新しい物性を引きだす研究が紹介された。アモルファス IGZO の TFT では、IGZO に大量に含まれる水素の役割がその特性を理解する上で重要であり、その解明に向けた研究が進行中であるとのことである。
各講演の後では、産業利用を目指して開発されている材料に現れる複雑な現象に関する活発な議論があった。その理解と■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

45さらなる高度な材料の開発に向けて、複合的な手法による解析や物性のミクロな理解、さらにはそれに基づく新しい学理や概念の構築の重要性が議論された。
次のセッションでは、基盤技術として放射光、計算科学、レーザーをとりあげて、産業の課題解決に向けたそれらの利用について議論した。最初の高田昌樹氏の講演では、学術研究と産業技術開発の両方を支える放射光施設について紹介された。これまで行われた産業応用につながる物質の様々な分析・解析結果が示され、最新の放射光施設の建設とその戦略的な運用により、産業技術も学術研究もともに飛躍的に発展できることが述べられた。続いて、常行真司氏は、計算科学
手法を用いたシミュレーションとデータ処理技術について講演した。シミュレーション解析では物質内部や界面での原子の動きを可視化して形成過程や反応機構を解明することと、膨大なデータの処理技術としてマテリアルズ・インフォマティ
クスを用いて実用的な物質材料の探索・設計ができることが紹介された。これらは、産業応用として有効であるばかりでなく、学術的にも本質的な発展が期待できることが述べられた。本セッションの最後の小林洋平氏の講演では、インター
ネットでの情報伝達を駆使した次世代製造業において、加工技術としてのレーザー活用の重要性が紹介された。この実用加工技術の原理解明が学術的課題であり、これを含めた他のレーザー応用分野においても、レーザーに関する学術的な研究が高度な産業応用の進歩に直結している現状が述べられた。
各講演後には、取り上げられた基盤技術は応用範囲が広く、産業に利用されている複雑で多様な物質と現象の分析と解析が直接的に実用に資するばかりでなく、そこで得られた結果に基づく学理の解明からも産業の発展に寄与できることが議論された。
最終セッションは、行政の立場からの 2 つの講演があった。片山健太郎氏からは、労働力人口の減少によって、国の科
学技術予算の増加が見込めない現状で、大学での研究をどのように進めるかという視点から講演があった。産業界から大学への資金の流入増加と人材交流によって推進できる研究があることが指摘され、研究分野の選択において社会・経済へのインパクトも重要であることが述べられた。続く坂本修一氏の講演は、イノベーションを生み出す産学連携に関するものであった。産業界は大学に対して、産業界からの投資を呼び込むような経営を求めているので、その投資によって学問を含めた大学全体の発展を目指す方向への期待が述べられた。さらに、産学官で科学とイノベーションの両方で成果が期待できる産学協創モデルを構築することの重要性が強調された。これらの講演の後には、紹介された現状をふまえて今後の研究戦略をどのように構築するかについて議論された。

本ワークショップの内容は、物性研ではこれまであまり馴染みがなかったにもかかわらず、発表者のご配慮と聴講者の積極的な参加のおかげで、議論が活発に行われた。参加者全員に、改めて深く感謝する。「物質・材料開発を支える基礎科学」を、厳しい財政事情の中で、今後どのように発展させていくかについて、明確な結論を出すのは容易ではない。今回のワークショップのような広い視点からの継続した検討の重要性が再認識された。最後に、本ワークショップの準備で連日遅くまでご協力いただき運営を支えて頂いた、研究室事務補佐員の石橋夏水氏、川井明子氏、堤有美子氏に、この場を借りて感謝したい。
尚、今回のワークショップの講演はビデオ撮影されており、関心がある方には視聴して頂けるようにする予定です。
詳細は物性研 HP でお知らせします。

プ ロ グ ラ ム
13：00－13：10： 開催趣旨
13：10－13：45： 伊藤 耕三（東大新領域・ImPACT）“「しなやかな タフポリマー」の実現”
13：45－14：20： 射場 英紀（トヨタ自動車・電池研究部）“サステナブルモビリティ実現のための基礎研究への期待”
14：20－14：55： 本間 穂高（新日鉄住金）“イノベーションを支え続ける構造材料であるために”46

物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

14：55－15：30： 細野 秀雄（東工大応セラ研）“電子機能材料中の水素の役割”
休憩
15：45－16：20： 高田 昌樹（東北大多元研）“物質・材料開発のスマートツールとして放射光が貢献できること”
16：20－16：55： 常行 真司（東大理学系）“シミュレーションとデータ科学によるこれからの物質・材料研究”
16：55－17：30： 小林 洋平（東大物性研）“光科学の発展が変える産学連携の未来”
休憩
17：45－18：05： 片山 健太郎（財務省 主計局）
“科学技術と国家財政”
18：05－18：25： 坂本 修一（文科省 科学技術・学術政策局）“大学の基礎科学研究と産学共同の関係について”
18：25－19：00： 討論

左上から、伊藤氏、射場氏、本間氏、細野氏、高田氏、常行氏
左下は、小林氏、片山氏、坂本氏■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

47物性研究所談話会

標題：軟 X 線発光分光の動向と SPring-8 における最新の成果
日時：2015 年 5 月 7 日(木) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室(A632)
講師：原田 慈久
所属：東京大学物性研究所極限コヒーレント光科学研究センター
要旨：
現在世界中で中型高輝度放射光源の建設ラッシュが始まっており、最も輝度を活かすことのできる分光手法として"軟 X
線発光分光"に注目が集まっている。軟 X 線発光分光を用いると、物質を構成する元素ごとに、化学結合状態を選別して価電子の状態密度分布を与えることができる。軟Ｘ線の脱出深度は物質表面から数 10nm～数 100nm 程度であるため、表面が変化しやすい物質におけるバルク敏感なプローブとしても、逆に入射角をうまく使えば表面敏感なプローブとしても使うことができる。また電場・磁場等の外場下で測定できる、絶縁体など帯電しやすい物質でも測定できるなど、測定環境に対する圧倒的な自由度があることも特長である。物性研究所は、1990 年台初頭より、高エネルギー分解能化、偏光の利用、軟Ｘ線用 CCD の利用、溶液系への展開と、世界をリードする形で軟Ｘ線発光分光分野を切り拓いてきた。本講
演では、SPring-8 BL07LSU 東大放射光アウトステーションで展開する超高分解能軟Ｘ線発光分光のプロジェクトについて紹介し、高輝度光源を視野に入れた近未来の研究戦略について展望を述べたい。

標題：Exciton Condensates are Super!
日時：2015 年 6 月 17 日(水) 午後 4 時 30 分～午後 5 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室(A632)
講師：Prof. Allan H. MacDonald
所属：Physics Department, University of Texas at Austin
要旨：
The spatially-indirect exciton condensate (SIXC) is an interesting ordered electronic state in which coherence isspontaneously established between particles localized in separate two-dimensional layers. To date SIXC states havebeen discovered only in double-quantum-well semiconductor heterojunctions and only in the strong magnetic field
quantum Hall regime. I will discuss some properties SIXCs, commenting on their counterflow superfluidity, theircollective excitations, and on similarities and differences relative to superconductors, easy-plane ferromagnets andanti-ferromagnets, and the standard model of particle physics. Finally I will discuss the some recent theoretical work
SIXC states in bilayers formed from two-dimensional materials, which will hopefully be observed in the future.
【講師紹介】
Allan H. MacDonald 教授は、テキサス大学オースティン校に長年在籍し、凝縮系理論における最先端の研究を指導してこられました。量子ホール効果・スピントロニクス・グラフェンなどの輸送理論を中心として、幅広い研究テーマで顕著な業績をあげられています。

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

物性研究所セミナー

標題：理論インフォーマルセミナー：H o l o g r a p h i c q u a n t u m e r r o r - c o r r e c t i n g c o d e s : T o y m o d e l s fo r t h e
A d S / C F T c o r r e s p o n d en c e
日時：2015 年 4 月 14 日(火) 午後 4 時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 2 セミナー室（A612)
講師：Dr. Beni Yoshida
所属：California Institute of Technology
要旨：
We propose a family of exactly solvable toy models for the AdS/CFT correspondence based on a novel constructionof quantum error-correcting codes with a tensor network structure. Our building block is a special type of tensor withmaximal entanglement along any bipartition, which gives rise to an exact isometry from bulk operators to boundary
operators. The entire tensor network is a quantum error-correcting code, where the bulk and boundary degrees of
freedom may be identified as logical and physical degrees of freedom respectively. These models capture key featuresof entanglement in the AdS/CFT correspondence; in particular, the Ryu-Takayanagi formula and the negativity of
tripartite information are obeyed exactly in many cases. That bulk logical operators can be represented on multiple
boundary regions mimics the Rindler-wedge reconstruction of boundary operators from bulk operators, realizing
explicitly the quantum error-correcting features of AdS/CFT.
This is a joint work with Daniel Harlow, Fernando Pastawski and John Preskill, arXiv:1503.06237

標題：理論インフォーマルセミナー：合金系熱電材料の熱伝導シミュレーション
日時：2015 年 4 月 15 日(水) 午後 3 時～午後 4 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：小西 優祐
所属：東京大学物性研究所
要旨：
熱電材料は、冷却や排熱の電気への変換などの応用面に関して大きく注目されている。実用には、熱電材料の効率を表す無次元量 ZT が 1 以上であ る事が要求され、3 以上が望ましいとされている。大きな ZT を得るには大きなゼーベック
係数と小さなフォノン熱伝導度が要求される。これまで 熱電材料としては半導体、合金、分子材料など様々な系が調べられており、特に SnSe や BiTe などの半導体材料において 1 を超える高い ZT が得られている。
セミナーでは、一次元的なナノ構造により大きなペルチェ係数を得る事ができる事が知られている CuNi 合金に関して、そのフォノン熱伝導度に関する非平衡分子動力学シミュレーションを行った結果に関して議論する。ナノ構造のある場合、無い場合に関して、銅、ニッケルそれぞれ単体の フォノン熱伝導度も含めて比較する。またそれに加えて、第一原理計算を用いたゼーベック係数の計算に関しても議論する。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

49標題：理論セミナー：Spin singlet order in breathing pyrochlore
日時：2015 年 5 月 1 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：常次 宏一
所属：東京大学物性研究所
要旨：
Pyrochlore antiferromagnets are a typical example of frustrated magnets in three dimensions. I studied the S=1/2
Heisenberg model on this lattice and found a dimer/tetramer order with a hierarchical structure. I used an approachthat the spin exchange J’ connecting tetrahedron building blocks varies from the intra-block coupling J and the ratioJ’/J was a “small” control parameter in my theory. Okamoto et al. in Hiroi group reported a material with this exchange
pattern realized, and that is an S=3/2 antiferromagnet Li(Ga,In)Cr4O8 named breathing pyrochlores [PRL 110, 097203,
2013]. In the end member LiInCr4O8, the ratio J’/J is small and a magnetic order appears with lowering temperature
preceded by a structure transition. I have generalized my previous theory and applied to the S=3/2 case, and discuss
this transition.

標題：放射光セミナー：NSRRC における強相関電子系物質の共鳴 X 線非弾性散乱研究－Sr3NiIrO6 と Bi2212－
日時：2015 年 5 月 7 日(木) 午前 10 時 30 分～午前 11 時 30 分
場所：スプリング８中央管理棟テレビ会議室（TV 会議 物性研第一会議室）
講師：岡本 淳所属：台湾放射光研究センター
要旨：
共鳴 X 線非弾性散乱(Resonant Inelastic X-ray Scattering = RIXS)は、入射 X 線のエネルギーを特定の元素の吸収端に合わせることで、対象とした軌道状態が関係する励起スペクトルを測定する手法である。格子や電子自由度の素励起や、中間状態での軌道間電子励起を観測できるため、強相関電子系物質の電子構造解析で重要な成果をあげている。近年の放射光技術の進歩に伴い軟 X 線領域でのエネルギー分解能が Cu L3 端で 130 meV まで向上したことで、3d 遷移金属化合物を対象とした研究が着目されている。
我々のグループは、軟 X 線領域と硬 X 線領域を対象とした高エネルギー分解能 RIXS 研究を、各々Taiwan Light
Source(TLS)BL05A1 と SPring-8 BL12XU を利用して行っている。
本講演では、擬一次元構造を持つ反強磁性 Ir 酸化物 Sr3NiIrO6 の、Ir L3 端 RIXS を用いた Ir 5d 電子構造と磁気励起の研究について述べる。
軟 X 線 RIXS については、最近行った Bi2212 の Cu L3 端 RIXS での入射エネルギー依存性を用いた低エネルギー励起
スペクトルの研究について述べる。
最後に、現在第一期建設が進められている 1.3 GeV 放射光施設 Taiwan Photon Source(TPS)での軟 X 線 RIXS ステー
ションと研究展開について紹介する予定である。

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論セミナー：New molecular dynamics simulation methods to enhance conformational sampling
for biomolecules
日時：2015 年 5 月 8 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：伊藤 曉所属：分子科学研究所
要旨：
There are difficulties when conventional canonical-ensemble simulations are carried out for biomolecular systems.
This is because the canonical simulations tend to get trapped in a local-minimum free-energy state of the biomolecularsystem, and sufficient sampling in the conformational space of the system is not able to be obtained. To overcome suchdifficulties, I had recently proposed the replica-permutation method (RPM) [1]. In RPM, replicas (or copies) of a target
system are prepared, and different temperatures are assigned to the replicas. Canonical simulations at the assigned
temperatures are performed individually and simultaneously. During the simulations, the temperatures are
permutated among the replicas. Here, the Suwa-Todo algorithm [2] is employed for replica-permutation trials tominimize its rejection ratio. In my talk, I will show efficiency of RPM for small biomolecules. I will also show
applications of the Hamiltonian RPM, which is a generalization of RPM, to amyloid β-peptides (Aβ) [3,4]. Aβs form
oligomers and then amyloid fibrils which are associated with Alzheimer's disease. I will discuss the oligomerization
process of Aβs.
Reference:[1] S. G. Itoh and H. Okumura, J. Chem. Theory Comput. 9, 570 (2013).
[2] H. Suwa and S. Todo, Phys. Rev. Lett. 105, 120603 (2010).
[3] S. G. Itoh and H. Okumura, J. Comput. Chem. 34, 2493 (2013).
[4] S. G. Itoh and H. Okumura, J. Phys. Chem. B 118, 11428 (2014).

標題：放射光セミナー：光電子顕微鏡と Momentum-microscope と 2 次元イメージング型スピン検出器による超高感度スピン偏極２次元同時角度分解光電子分光
日時：2015 年 5 月 11 日(月) 午後 1 時 30 分～
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636) ＴＶ会議 SPring-8 会議室
講師：菅 滋正
所属：マックスプランク微細構造物理学研究所, 大阪大学産業科学研究所
要旨：
トポロジカル絶縁体に見られるように多数の興味ある固体電子状態の研究にはスピン分解できる角度分解光電子分光(ARPES)が最も有効であると考えられる。
放射光の利用開始以来数十年にわたり ARPES の手法は着実に発展してきた。2 次元検出器を用いることで検出効率も飛躍的に向上してきた。しかしながら光電子のスピン検出に現在でも用いられる Mott 検出器やスピン LEED 検出器のfigure of merit と呼ばれるスピン検出効率 f0=(I/I0)Seff2 は 10-4 程度と依然として極めて低い。ここで I0 は検出器
target に入る電子数、I は検出器からの反射電子数、Seff は 100%偏極した電子が target に当たったときの反射電子のス
ピン依存強度の非対称性でシャーマン関数とよばれる。我が国で近年高寿命化に成功した Fe-O VLEED スピン検出器では f0 が 10-2 程度に向上したことで、これまでより格段に効率の高いスピン偏極角度分解光電子分光(SP-ARPES)が可能となった。それでも(kx,ky)の 1 点ずつのスピン偏極を測定しなければならない(つまりシングルチャンネル検出)ためにエ
ネルギー分解能あるいは波数分解能を犠牲にしたうえで、さらにかなり狭い波数領域の測定を行う他なかった。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

51ここ数年ドイツのマックスプランク微細構造物理学研究所で、S 字配置の 2 台の静電半球型電子エネルギー分析器(HDAs)で収差を補正をしたうえで同時 2 次元角度分解光電子分光のできる Momentum microscope(M.M.)の開発が進みに、さらに一昨年 Au/Ir(001) 2 次元イメージング型スピン検出器を付けることで、スピン偏極同時 2 次元角度分解光電子分光(SP-2D-ARPES)が可能となった。
1 万点にも及ぶ(kx,ky)点でのスピン偏極の同時測定ができるため VLEED 検出器の更に千倍から 1 万倍のスピン検出感度での実験が可能となった。入射側には光電子顕微鏡(PEEM)レンズを用いているため 2ステラジアン全てに放出された電子を検出器に導くことができる。このため極めて広い 2 次元波数空間での測定が He ランプを用いてさえエネルギー分
解能 12meV、波数分解能 0.005Å-1 の高分解能で可能となった。また PEEM を用いているために実空間のm あるいは
数百 nm 域を選んだミクロナノ測定も可能である。Laser あるいは放射光を用いた研究は更に強力と考えられるので、現在その方向で装置改良を進めている。この高性能装置はまだ世界で 1 台しかないが、光電子分光の新しい時代がまさに始まろうとしている。全波数空間の隅々までの高精度のスピン情報は、理論への feedback や共同研究により固体物理学全体の推進にも大きく役立つものと思われる。
References
1.S.Suga and A.Sekiyama, Photoelectron Spectroscopy: Bulk and Surface Electronic Structures, Springer Series in
Optical Sciences 176,1-378 (2014).
2.S.Suga and C.Tusche, Photoelectron spectroscopy in a wide h ・ region from 6 eV to 8 keV with full momentum andspin resolution, J.Electron Spectrosc. Rel. Phenom. (2015), in press.

標題：理論インフォーマルセミナー：Fate of Majorana fermions after a quantum quench
日時：2015 年 5 月 15 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Pedro D. Sacramento
所属：CeFEMA, Instituto Superior Tecnico, Lisboa
要旨：
The stability of Majorana fermions at the edges of a two-dimensional topological superconductor after a quantum
quench is studied. Both instantaneous and slow quenches are considered. In the case of instantaneous quenches, theMajorana modes generally decay, but for a finite system there is a revival time that scales to infinity as the systemsize grows. Exceptions to this decaying behavior are found in some cases such as due to the presence of edge stateswith the same momentum in the final state. It is shown that the Chern number remains invariant after the quench,
until the propagation of the mode along the transverse direction reaches the middle point.
A periodic driving is also considered. In this work we consider triplet and singlet superconductors subject to periodic
variations of the chemical potential, spin-orbit coupling and magnetization in both topologically trivial and nontrivial
phases, and study their influence on the charge and spin currents that propagate along the edges of the twodimensional system.

52

物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論インフォーマルセミナー：YNi 2 B 2 C における異方的超伝導ギャップの第一原理的研究
日時：2015 年 5 月 18 日(月) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：河村 光晶
所属：東京大学物性研究所
要旨：
YNi2B2C はフォノン媒介型超伝導体であるにもかかわらず異方的な超伝導ギャップを生じるという風変わりな特性を持つ。また、ホウ素原子の同位体効果が観測されていることから、軽元素由来のフォノンによって誘起される超伝導体としても興味深い。我々はこの物質の異方的超伝導ギャップの起源を探るべく、超伝導密度汎関数理論に基づく第一原理計
算を行い、超伝導ギャップや電子フォノン結合の強さを調べた。
我々の解析によると、Fermi 面上での超伝導ギャップの大きさと各軌道における Ni 3d 軌道の割合には強い負の相関があることが分かった。またその原因が、これらの軌道とフォノンとの相互作用が電子によって強く遮蔽されていることにあることが分かった。
本発表では理論、結果等についての詳細と、計算手法について述べる。

標題：導電性高分子 PEDOT/PSS の階層構造制御による高導電化
日時：2015 年 5 月 19 日(火) 午後 2 時～午後 3 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：奥崎 秀典
所属：山梨大学 大学院総合研究部
要旨：
Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly(4-styrenesulfonic acid) (PEDOT/PSS), available in the form of
aqueous dispersion as colloidal particles, is one of the most successful conductive polymers. Because of its highelectrical conductivity, transparency, and thermal stability, the PEDOT/PSS has potential applications to organic
electronics such as capacitors, hole transport layers of organic light-emitting diodes, and transparent electrodes oftouch panels and solar cells as an alternative of indium tin oxide (ITO). In this seminar, correlation between
hierarchical structure and electrical conductivity of PEDOT/PSS will be investigated by means of XPS, XRD and CAFM. The improvement of electrical conductivity can be achieved by hierarchical structure changes: crystallization of
PEDOT molecules, removal of the insulating PSS from the surface of the PEDOT/PSS particles, and aggregation of
the particles, affecting both intra- and inter-particle transport of charge carriers. Furthermore, if there is time, ourrecent work on synthesis and characterization of highly conductive PEDOT/PSS (> 1000 S/cm) and applications to
flexible and stretchable organic devices will be presented.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

53標題：理論セミナー：Optimized effective potential method in static RPA and its applications
日時：2015 年 5 月 29 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：赤井 久純
所属：東京大学物性研究所
要旨：
The optimized effective potential (OEP) method combined with many-body perturbation schemes is one of promising
approaches to go beyond the local density approximation of the density functional theory. Although the method is very
powerful, it has not been widely used so far. One of the reasons is that some ambiguity inherent to the OEP prevents
us to apply it to spin-polarized cases [1]. Another more practical reason is that its computational cost is rather high.
In order to overcome these points, first, we reformulated the OEP method to render it applicable to general correlation
functionals including the RPA correlation functional [2]. The following points are emphasized: i) Level-crossing at the
Fermi surface is taken into account; ii) eigenvalue variations in a Kohn-Sham functional are correctly treated; and iii)
the resultant OEP equation is different from those reported to date.
Seoond, we have introduced a method that accelerates the OEP scheme in a static RPA-level correlation functionalin the framework of KKR. Further to improve the computational speed, the Krieger-Li-Iafrate (KLI) approximation is
exploited for solving the OEP equation. It is likely that KLI approximation does not deteriorate the description of themagnetic transition metals (Fe, Co, and Ni) examined here, despite the fact that their magnetic properties are rather
sensitive to the treatment of correlation energy.

標題：単分子量子磁石を用いた単分子量子スピントロニクスの最前線
日時：2015 年 5 月 29 日(金) 午前 11 時～午後 0 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
講師：山下 正廣
所属：東北大学大学院理学研究科化学専攻
要旨：
スピントロニクスは 21 世紀のキーテクノロジーとして基礎と応用の両面から研究されている。記録素子として古典磁石を用いた巨大磁気抵抗(GMR)やトンネル磁気抵抗(GMR)が日常的に使われている。しかし、ムーアの限界を超えるためには古典磁石をナノサイズにしなければならないが、古典磁石はナノサイズでは磁石としては働かない。そこで、我々は２１世紀のナノ分子磁石である単分子量子磁石を用いてムーアの限界を超えるために、量子分子スピントロニクスに関する研究を行っている。本講演では、単分子量子磁石を用いた、単分子メモリー、近藤効果、巨大磁気抵抗(GMR)、トンネ
ル磁気抵抗(TMR)、電界トランジスター(FET)、などについて紹介する。
[1] T. Komeda, M. Yamashita, et al., Nature Commun., 2, 217(2011)[2] K. Katoh, M. Yamashita, et al., J. Am. Chem. Soc., 131, 9967(2009)[3] Z.Wei-Xiong, M. Yamashita, et al., J. Am. Chem. Soc., 134, 6908(2012)[4] T. Komeda, K. Kaoth, M. Yamashita, et al., J. Am. Chem. Soc., 135, 651(2013)54

物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：ナノサイエンスセミナー：Measurement of resistance induced by a single potassium atom on chiralangle known nanotubes
日時：2015 年 6 月 1 日(月) 午後 1 時 30 分～午後 3 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 2 セミナー室（A612)
講師：Prof. Masa Ishigami
所属：Department of Physics, University of Central Florida
要旨：
Impurity-induced carrier scattering is expected to be dependent on the chirality of nanotubes and the nature of
scattering potentials induced by impurities. Such scattering is still poorly understood because it has been impossible
to measure the impact of impurities on resistance of carbon nanotubes with known chirality.
We have measured the scattering strength of charged impurities on semiconducting single-walled carbon nanotubes
with known chirality. The resistivity of nanotubes is measured as a function of the density of adsorbed potassium
atoms, enabling the determination of the resistance added by an individual potassium atom. Holes are scattered 26
times more efficiently than electrons by an adsorbed potassium atom. The determined scattering strength is used toreveal the spatial extent and depth of the scattering potential for potassium, a model Coulomb adsorbate, paving way
for rational design of nanotube-based sensors.

標題：ミニワークショップ：Spins at Surfaces
日時：2015 年 6 月 9 日(火) 午前 10 時 30 分～午後 4 時 45 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
要旨：
Program
10:30 Roland Wiesendanger (University of Hamburg)"Exploring spins at surfaces by spin-polarized STM" (Lecture in NPSMP2015)
Lunch break
13:30 Hidemi Shigekawa (Tsukuba University)"Probing spin dynamics by laser-combined scanning tunneling microscopy"
14:00 Tadahiro Komeda (Tohoku University)"Spins of adsorbed molecules"
14:30 Toyokazu Yamada (Chiba University)"Quantitative STM spin-polarization measurements of single molecules on magnetic domains"
Coffee break
15:15 Noriyuki Tsukahara (University of Tokyo)"Controlling orbital-selective Kondo effects in a single molecule"
15:45 Yasuo Yoshida (University of Tokyo)"Real-space observations of superconducting and magnetic properties of the heavy fermion
superconductor CeCoIn5"
16:15 Toshio Miyamachi (University of Tokyo)"Orbital selectivity in STM: distant-dependent tunneling process observed in iron nitride"■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

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標題：シリーズセミナー：極限コヒーレント光科学 31 回目：Probing new features of spin dynamics in RMnO 3
and Li 2 RuO 3
日時：2015 年 6 月 10 日(水) 午前 10 時 30 分～
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Je-Geun Park
所属：Center for Correlated Electron Systems, Institute for Basic Science, Department of Physics &Astronomy, Seoul National University,Korea
要旨：
When the physical dimension is reduced, fluctuation gets generally enhanced and a phase transition of a system
under question is strongly suppressed, if not entirely wiped out. Such fluctuations dominated phases generally offer arich playground of new physics. Although there have been extensive studies of such low-dimensional magnetic systems,
any new studies when carried in full details are bound to unearth novel phenomena.
In this talk, I am going to take two examples with two-dimensional magnetic lattice and illustrate how inelastic
neutron scattering gives the rare glimpse of new spin dynamics. The first example is multiferroic hexagonal RMnO3,
which exhibits two-dimensional triangular magnetism. Furthermore, as it belongs to the interesting class of materials,
called multiferroic, it also provides an interesting platform to investigate low dimensional magnetism with asupposedly strong coupling to the ferroelectric order parameter and lattice. The second example is Li2RuO3 with ahoneycomb lattice. As Ru of Li2RuO3 has 4+ valence with intermediate spin-orbit coupling strength, it offers a test
ground for exploring spin-orbit physics with the honeycomb lattice. By using the high-resolution neutron scattering
technique, we have been investigating the spin dynamics of these two interesting materials. The main findings aremagnon-magnon and magnon-phonon interactions for RMnO3 [1, 2] and unusual doping-induced low energy spin
dynamics of Li2RuO3[3].
[1] Seongsu Lee, et al., Nature 451, 805 (2008).
[2] Joosung Oh, et al., Phys. Rev. Lett. 111, 257202 (2013).
[3] Junghwan Park, et al., to be published

標題：理論セミナー：Ground-state properties of the two-dimensional strongly interacting Fermi atomic
gas and the interplay between superfluidity and spin-orbit coupling
日時：2015 年 6 月 26 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Shiwei Zhang
所属：College of William and Mary, Williamsburg, Virginia, USA
要旨：
Exact calculations are performed on the two-dimensional strongly interacting, unpolarized, uniform Fermi gas witha zero-range attractive interaction. We briefly describe recent advances in auxiliary-field quantum Monte Carlotechniques, which enable calculations on large enough lattices to reliably compute ground-state properties in thethermodynamic limit. A new equation of state is obtained, with a parametrization provided, which can serve as abenchmark and allow accurate comparisons with experiments. The pressure, contact parameter, and condensate
fraction are determined systematically vs. the interaction strength. The momentum distribution, pairing correlation,and the structure of the condensate wave function are computed. A Rashba spin-orbit coupling is then included to
examine its interplay with superfluidity and the resulting pairing and spin structures and correlations.

56

物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：ナノサイエンスセミナー：Theory of Dirac and Topological States on Conventional Semiconductor
Surfaces
日時：2015 年 6 月 29 日(月) 午前 11 時～午後 0 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Feng Liu
所属：Department of Materials Science and Engineering, University of Utah
要旨：
Since the discovery of graphene, two-dimensional (2D) materials have drawn much recent interest. Two outstanding
properties unique to 2D materials are Dirac and topological states, which span a wide range of novel electronic andquantum transport phenomena. When a freestanding 2D atomic layer is transferred to a substrate, however, its
intrinsic properties will be altered, let alone the difficulty of the transfer process. This poses also a formidable technicalchallenge for potential applications of 2D materials. In this talk, I will present our recent efforts in computational
design of Dirac and topological states on conventional semiconductor surfaces [1-4]. By constructing overlayer
structures that are atomically bonded but electronically isolated from the underlying substrates, various “virtual”
2D materials can be made on top of semiconductor substrates, where the electronic bands of the virtual 2D materials
lie completely inside the band gap of substrates. A substrate orbital filtering effect is shown to play a key role in thedesign process. We envision that our findings will not only greatly broaden the scientific scope of 2D materials but
also significantly impact on their applications in real devices.
[1] M. Zhou, W. Ming, Z. Liu, Z. Wang, P. Li, F. Liu, “Epitaxial growth of large-gap quantum spin Hall insulator on
semiconductor surface”, Proc. Natl. Acad. Sci., 111, 14378 (2014).
[2] M. Zhou, Z. Liu, W. Ming, Z. Wang, F. Liu, “sd2 Graphene: Kagome Band in Hexagonal lattice”, Phys. Rev. Lett.
113, 236802 (2014).
[3] M. Zhou, W. Ming, Z. Liu, Z. Wang, Y. Yao, F. Liu, "Formation of quantum spin Hall state on Si surface and energy
gap scaling with strength of spin orbit coupling", Sci. Rep. 4, 7102 (2014).
[4] Z. F. Wang, F. Liu, “Self-Assembled Si Surface Dirac States and THz Plasmonics”, Phys. Rev. Lett. (in press, 2015).

標題：理論セミナー：全電子第一原理 GW +Bethe-Salpeter 法
日時：2015 年 7 月 3 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：野口 良史
所属：東京大学物性研究所
要旨：
Bethe-Salpeter 方程式（BSE）を GW 近似(GWA)の範囲で解くいわゆる GW+Bethe-Salpeter 法は現実物質の光吸収スペクトルを計算することのできる最も高精度な第一原理手法の一つである。しかしこれまでのところ、計算コストや基底関数などの問題からその応用例はあまり多くなく、少数原子系に対して価電子帯の電子励起が対象となる UV-vis 吸収スペクトルの計算が行われているだけである。
本研究では全電子混合基底法[1]と第一原理 GW+Bethe-Salpeter 法を組み合わせて用いることで、X 線吸収スペクトル(XAS)の第一原理計算に成功した[2]。また本プログラムをハイブリッド(OpenMP+MPI)並列向けに再設計・開発することにより、約 1500CPU コア程度を用いた並列計算が可能になった。その結果、計算の信頼性や計算精度を一切損なうことなく、100 原子以上からなる系に対する UV-vis 吸収スペクトルの高精度計算にも成功した[3]。本講演では、最近行った
XAS の計算例を示し、実験のスペクトルや他の計算手法との比較を行い、本手法の妥当性を検証する予定である。また全■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 2 号

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電子混合基底法プログラムの開発の現状やベンチマークテストの結果などを紹介しつつ、本プログラムを用いた今後の応用計算の可能性を示す予定である。
[1] Y. Noguchi, M. Hiyama, H. Akiyama, and N. Koga, J. Chem. Phys., 141, 044309 (2014).
[2] Y. Noguchi, M. Hiyama, H. Akiyama, Y. Harada, and N. Koga, J. Chem. Theory Comput., 11, 1668 (2015).
[3] Y. Noguchi and O. Sugino, J. Chem. Phys., 142, 064313 (2015).

標題：理論セミナー：モット転移近傍の電子状態
日時：2015 年 7 月 17 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：河野 昌仙
所属：物質・材料研究機構
要旨：
典型的な金属の物性は自由電子の性質として理解することができる。一方、モット絶縁体は、電荷励起に大きなギャッ
プがあり、低エネルギーの性質はスピン自由度だけで説明することができる。モット転移の問題は、自由電子のように振舞っていた電子がモット転移に向けてどのようにスピンと電荷の自由度が分離した状態へと変化するのかという問題である。本講演では、この問題に関して、1 次元ハバードモデルの厳密解の解析[1]、2 次元ハバードモデル[2]および t-J モデ
ルの数値計算、無限小ドープ極限の 1 電子励起状態とモット絶縁体の磁気励起状態との波動関数の重なりや量子数の選択則などの解析を行った結果を示し、モット転移は電子の動きをスピン自由度に保ったまま、電荷自由度が凍結する転移として特徴づけられることを述べる。また、2 次元ハバードモデルおよび t-J モデルの数値計算結果と 1 次元系からの摂動論によって、高温超伝導体で観測されている様々な異常な振る舞い（ドーピング誘起状態、フェルミアーク、擬ギャップ、
平坦バンド、スピノン的モード、ホロン的モード、キンク、ウォーターフォールなど）を 2 次元系のモット転移近傍の性質として統一的に説明する[2,3]。
[1] M. Kohno, Phys. Rev. Lett. 105, 106402 (2010).
[2] M. Kohno, Phys. Rev. Lett. 108, 076401 (2012).
[3] M. Kohno, Phys. Rev. B 90, 035111 (2014).

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

人 事 異 動【研究部門等】○平成 27 年 5 月 31 日付け
（辞 職）
氏

名

所

松 林 和 幸属

職

名

極限環境物性研究部門

助

教

職

名

備

考

電気通信大学 准教授へ

【事務部】
○平成 27 年 7 月 1 日付け
（転 出）
氏

名

所

属

備

考

佐 藤 美 香

共同利用係

係

長

放送大学学園教育研究支援部情報推進課総務係長へ

中 山

予算・決算係

主任

日本学生支援機構財務部経理課契約係長へ

職

名

晋

（転 入）
氏

名

所

属

備

考

吉 村 太 志

共同利用係

専門職員

理学系研究科等総務課総務系施設チーム主任から

真 田 圭太郎

予算・決算係

一般職員

農学系教務課学生支援チーム一般職員から

（配置換）
氏

名

金 井 秀 雄所
共同利用係

■ ■■ ■ ■■ ■

属

職

名

係

長

備

考

物性研究所専門職員から物性研だより第 55 巻第 2 号

59東京大学物性研究所教員公募について

下記により助教の公募をいたします。適任者の推薦、希望者の応募をお願いいたします。
記
１．研究部門名等および公募人員数
ナノスケール物性研究部門(大谷研究室) 助教１名
２．研究内容当研究室では、ナノスケールの磁性体・半導体・超伝導体ヘテロ構造を用いてスピン流電流変換や高周波スピンダイ
ナミクス等のスピントロニクスに関わる物性研究を行っている。新奇なスピン変換現象の探索やスピンダイナミクス物性の開拓に意欲的で活力ある研究者を希望する。経験・専門分野は問わない。
３．応募資格博士修了又は修了見込の方。
４．任期
任期５年、再任可。ただし、１回を限度とする。
５．公募締切平成２７年１０月３０日（金）必着
６．着任時期
採用決定後なるべく早く
７．提出書類（イ）推薦の場合○推薦書○履歴書（略歴で可）○業績リスト（特に重要な論文に○印をつけること）○主要論文の別刷（３編程度、コピー可）○研究業績の概要（２０００字程度）○研究計画書（２０００字程度）（ロ）応募の場合○履歴書（略歴で可）○業績リスト（特に重要な論文に○印をつけること）○主要論文の別刷（３編程度、コピー可）○所属長・指導教員等による応募者本人についての意見書（作成者から書類提出先へ直送）○研究業績の概要（２０００字程度）○研究計画書（２０００字程度）
８．書類提出先〒277-8581 千葉県柏市柏の葉５丁目１番５号
東京大学物性研究所総務係
電話 04-7136-3207
e-mail: issp-somu2@issp.u-tokyo.ac.jp
９．本件に関する問い合わせ先
東京大学物性研究所ナノスケール物性研究部
教授 大谷義近
電話 04-7136-3488
e-mail: yotani@issp.u-tokyo.ac.jp
10．注意事項「ナノスケール物性研究部門（大谷研究室）助教応募書類在中」、又は「意見書在中」の旨を朱書し、郵送の場合は書留とすること。
11．選考方法
東京大学物性研究所教授会の議を経て、審査決定します。ただし、適任者のない場合は、決定を保留します。
12．その他
お送りいただいた応募書類等は返却いたしませんので、ご了解の上お申込み下さい。また、履歴書は本応募の用途に限り使用し、個人情報は正当な理由なく第三者への開示、譲渡及び貸与することは一切ありません。
平成 27 年 6 月 23 日
東京大学物性研究所長
瀧 川
仁

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物性研だより第 55 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

編 集 後 記
SPring-8 放射光施設の前期運転期間が終了すると播磨分室の共同利用業務も一段落します。少し落ち着いた心持ちで見上げると夏空が広がっていました。
さて、今回の「物性研だより」では、多数の受賞記事の編集をさせていただきました。
物性研の研究者としてその活躍は本当に誇らしく思うと共に、その成果に至るまでの努力も讃えざるを得ません。各記事では研究内容が分かりやすく解説され、また研究
現場の細かい様子も書かれているので、是非ご一読いただきたいです。
昨今、
「産」
「官」
「学」の連携がますます重要となっております。本年 6 月 22 日に「様々な基盤技術・基礎科学がどのように産業課題の解決に資するか」という視点でISSP ワークショップ「物質・材料開発を支える基礎科学」が行政機関も交えて開催されました。私自身も参加しましたが、産業的課題における学術的意義や今後の物質・材料開発と基礎科学の在り方について深く考えさせられました。本号に掲載された報告記事をご覧いただき、物性研究の将来像を思い描いてみてください。

松 田巌