第８回日本物理学会若手奨励賞を受賞して計算物質科学研究センター 特任研究員

大久保 毅

この度、私がこれまでに行ってきた「フラストレート磁性体におけるトポロジカル相転移と多重 Q 秩序の研究」という成果に対して、第 8 回日本物理学会若手奨励賞を頂きました。ここでは、この研究の経緯等について簡単に語りたいと思います。
受賞対象となったフラストレート磁性体研究の大部分は、大阪大学川村研究室で特任研究員として勤務していた時に行ったものです。私は、九州大学で小田垣孝先生の指導の下、ランダム系の輸送現象に関するテーマで学位を取得した後、縁合って、当時、開始間もなかった特定領域研究「フラストレーションが創る新しい物性」のポスドクとして、川村先生に採用して頂きました。学生時代には、全く磁性研究の実績が無かった私を、何故、川村先生がポスドクとして採用して下さったのか今でも不思議ですが、ここで、磁性分野に飛び込んだことが、私の研究人生の大きな転機になりました。
川村研に着任直後は本当に知らないことばかりで、ハイゼンベルグ模型や XY 模型といった理論モデルに加えて、磁化率
や NMR、ESR 等の実験結果の図の見方もさっぱり分かっていませんでした。しかし、幸いなことに、特定領域研究の企画で、ほぼ毎月、関西近辺のフラストレーション研究者を招いたセミナーが企画されており、そこで、理論・実験の最先端の研究成果にどんどん触れて急速に知識を蓄えられたことで、自身の研究を効果的に進めることが出来たのではと思います。また、このフラストレーションセミナーで知り合った研究者の方々との活き活きとしたディスカッションは、直接、研究に役立っただけなく、私にフラストレーション研究の面白さを強く実感させました。
受賞対象となった研究は、このように大変恵まれた環境の中から生み出されました。この研究は、大きく二つのトピッ
クからなっています。一つは、二次元フラストレートハイゼンベルグ反強磁性体における、Z2 ボルテックスと呼ばれる、普通の渦とは異なり右巻き・左巻きの区別が無い変わった渦励起に関する研究。もう一つは、複数の波数モードが共存した複雑な秩序状態である、多重 Q 秩序に関する研究です。
Z2 ボルテックスは、二次元のフラストレート磁性体に共通して現れる重要なトポロジカル励起で、今から 30 年程前に、川村先生、宮下先生らによってこの Z2 ボルテックスの束縛・非束縛転移である「Z2 ボルテックス転移」が起きる可能性が提案されていました。私がフラストレート磁性体の研究を始めた当時（そして今も)、物性研の中辻先生が合成された
NiGa2S4 を始めとする三角格子磁性体の物性がホットトピックで、これらの物性の理解に、Z2 ボルテックスが影響している可能性を検討する一連の研究を行いました。私が主体となって寄与したのは、真性特異点であるために、熱力学的な異常が非常に弱い Z2 ボルテックス転移の影響を、いかに実験で観測するかに関わる部分でした。この困難は、スピンダイナ
ミクスシミュレーションと呼ばれる、古典スピンのダイナミクスを計算する方法を用いて、ダイナミクスを解析したことで解決することが出来ました。それまでに観測が難しかった Z2 ボルテックス転移を反映した振る舞いは、スピンの動的構
造因子に特徴的なピークとして現れることが明らかとなったのです。この研究を基にして、将来、中性子実験等で Z2 ボルテックス転移の証拠が発見される日が来ればと願っています。
二つ目のトピックである多重 Q 秩序に関する研究は、典型的な三次元の幾何学的フラストレーションの舞台であるパイ
ロクロア格子上のハイゼンベルグ反強磁性体から始まりました。最近接相互作用に加えて二次近接相互作用を併せ持つパ
イロクロア格子ハイゼンベルグ模型では、私が研究を始める以前から、多重 Q 秩序の可能性が指摘されていたのですが、平均場近似による（準)安定構造の導出を新しく行い、その安定構造に基づいて、モンテカルロシミュレーション結果を解析したことより、多重 Q 秩序状態の構造を上手く同定することが出来ました。この模型では、4 つの波数モードが混合した quadrupleQ 状態や 6 つの波数からなる、sextupleQ 状態といった、他の磁性体ではなかなか現れないような複雑な構造が安定化していることが明らかとなり、私自身、多重 Q 秩序に関する興味が大きく膨らみました。
ここで培った方法は、続いて、磁場中三角格子ハイゼンベルグ模型の解析に応用されました。前述の NiGa2S4 の模型としても注目されていた三次近接相互作用を持つ古典ハイゼンベルグ模型を平均場近似とモンテカルロシミュレーションを■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

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用いて解析することで、磁場中で多重 Q 秩序状態が安定化することが明らかになったのです。さらに興味深いことに、この模型で現れる 3 つの波数モードが共存した tripleQ 状態は、スカーミオンと呼ばれるトポロジカル構造が周期的に整列した、スカーミオン格子状態になっていることも示すことができました。このスカーミオン格子は、MnSi 等のカイラル磁性体で DzyaloshinskiiMoriya 相互作用を起源として生じる機構が知られていたのですが、私の研究により、フラスト
レートした交換相互作用を通じてもスカーミオン格子が安定化することが明らかとなりました。この研究で示したスカー
ミオン格子の安定化機構には、格子の三回回転対称性と磁場の存在のみが重要で、三角格子だけでなく、ハニカム格子やカゴメ格子といった広い範囲の磁性体で、フラストレーションによりスカーミオン格子状態が実現する可能性があります。
いつの日か実在の物質で、このような状態が発見されれば嬉しいです。
このような研究を終えた後、現在私は、京コンピュータのプロジェクトである、CMSI(Computational Materials Science
Initiative) の研究員として、物性研の計算物質科学研究センターで研究を行っています。物性研では、これまで大規模な数値計算が難しかったフラストレート量子スピン系の基底状態計算も可能になる、テンソルネットワーク変分法を用いた研究等を進めており、引き続き、フラストレート磁性体に興味を持ち続けています。最先端で活躍する実験・理論研究者に囲まれた、物性研の素晴らしい環境の中で、さらなる良い研究成果を生み出せるように、これからも日々、頑張って行
きたいと思います。
今回の受賞対象の研究は、大阪大学の川村光先生、川村研の学生だった、鄭成琪氏、Trung Hai Nguyen 氏との共同研
究です。また、特定領域研究「フラストレーションが創る新しい物性」を構成していた数多くの研究者の方々との議論が、研究を進める上でとても参考になりました。この場を借りて深く感謝申し上げます。

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第８回日本物理学会若手奨励賞を受賞して極限環境物性研究部門

鴻池 貴子（※現所属 物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点）
この度、第 8 回日本物理学会若手奨励賞(領域 7)受賞の栄誉に恵まれました。受賞対象の研究課題は物性研究所に在籍させて頂いた 8 年間に行った一連の研究であり、当時所属していた研究室の長田俊人先生や内田和人博士、森初果先生をはじめとして在籍時にお世話になった物性研究所の皆様に心から感謝申し上げます。
今回対象となった研究課題は「有機導体における熱測定技術の開発と有機ディラック電子系への応用」に関するものです。物性研究所に着任後、何か独自の研究手法を身につけたいと考えた私は、学生のころから携わってきた有機導体の熱測定に着目致しました。有機導体では低次元強相関電子系が形成されるため多彩な電子相が発現しますが、これらの相図の検証には熱力学的測定が有効であるものの熱測定を行っている研究者が非常に少なかったためです。それまで熱測定を専門とする研究室に所属したことがなかったため、その都度文献にあたり試行錯誤しながら進めてきたのですが、以下では今回対象となった 3 つの課題について簡単にご紹介させて頂きたいと思います。
まず初めに擬 2 次元有機超伝導体の磁束相図を磁気熱量効果測定によって調べることに着手しました。この効果は、試料の温度をモニターしながら磁場を掃引した際に、相境界を横切るところで吸熱もしくは発熱が観測される現象です。対象とした有機超伝導体 (BEDTTTF)2Cu(NCS)2 は 2 次元超伝導体のモデル物質として古くから盛んに研究されている系で、低温では量子ゆらぎによる磁束格子の融解や、磁束固体が部分的に溶けた slush 状態と呼ばれるシャーベットのような中間状態が提唱されるなど、低次元性に由来する興味深い報告がなされていました。本研究ではこの物質の磁束状態
を磁気熱量効果によって調べることに致しました。結果的には残念ながら目的としていた slush 相を示唆する吸熱・発熱現象の観測には至らなかったのですが、磁束固体相において磁場を掃引すると試料温度がスパイク的に何度も急上昇を繰り返すという予想外の現象が捉えられました。このデータを初めて得たときは、何らかの機械的ノイズを拾ってしまっていると疑いましたが、念のため系統的にデータを取り文献と照らし合わせたところ、この現象は磁気トルクですでに報告されているフラックスジャンプに関連していることが分かりました。フラックスジャンプとは、超伝導体内で格子を組んでいる磁束が磁場掃引によって粘性流を起こしながら動くことによって試料の温度が局所的に上昇し、超伝導が不安定化することによって引き起こされる現象で、超伝導マグネットのクエンチの引き金になることで良く知られた現象です。本
研究は、この現象を試料温度を直接モニターすることによって捕らえたもので、有機超伝導体では初めてのユニークな研究成果です[1]。
次に取り組んだのは有機導体単結晶の圧力下比熱測定です。当時、有機導体 (BEDTTTF)2I3 において圧力下でグラフェンと同様の線形分散をもつディラック電子系が実現していることが明らかになり始めていました。初めは詳細なバンド計算からその存在が議論されたのですが、本物質で昔から報告されていた磁気抵抗やホール効果の奇妙なふるまいが、
ディラック電子系の存在を仮定することで非常に良く説明できることが分かったのです。しかし、当初実験的な根拠は電気抵抗によるものしか存在しませんでした。また、最も有名なディラック電子系であるグラフェンは、原子 1 層分の厚みしかない極微結晶であるため、シグナル強度を稼ぐためにある程度の体積が必要とされる比熱測定の報告はまったく存在しませんでした。この観点において、バルク結晶として初めてディラック電子系を実現した有機導体は、ディラック電子系の熱物性に関する実験的研究の有力な候補であると言えます。そこで本研究では圧力下比熱測定技術を習得して、この有機導体におけるディラック電子系の熱力学的証拠を得ることを目指しました。しかしながら、圧力下の熱測定には避けられない大きな困難が伴います。通常、熱測定では試料を真空中にセットするため試料のみを加熱することが可能ですが、圧力下の測定では試料をオイルなどの圧力媒体中に閉じ込める必要があるため、熱が圧力媒体にも伝わってしまい、観測
される比熱は圧力媒体による大きなバックグラウンドを含んでしまうのです。このような困難さから特に大きな単結晶を得ることが難しい有機物ではほとんど圧力下比熱測定は行われておりませんでした。本研究では極細線や高感度チップ抵■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

3抗温度計を使用することにより測定感度を上げる工夫を行い、また同一試料を半分に割って測定を繰り返す、という単純ですが従来にない手法でバックグラウンドを差し引き、試料のみの比熱を割り出しました。このようにして得られた比熱の温度依存性は線形分散の存在を示唆するべき乗を示し、また磁場依存性からもディラック電子系に特有のゼロモードラ
ンダウ準位の状態密度を反映した振る舞いを観測することに成功しました。これらはディラック電子系の比熱の振る舞いを実験的に示した初めての結果になります[2]。
これに引き続き、本有機ディラック電子系の熱電効果を調べることを目的として、圧力下熱起電力測定に着手いたしま
した。圧力セルの狭い空間中で電極付けをした試料にヒーターと温度計 2 つを配置する必要があるため、比熱よりも試料
セッティングが格段に面倒になりますが、得られた結果は驚くべきものでした。熱流と同じ方向に生じる起電力はゼーベ
ック効果、垂直方向に生じる起電力はネルンスト効果と呼ばれ、通常の金属ではゼーベック効果が支配的になりますが、本有機ディラック系ではまったく逆の傾向が観測されました。さらに驚くべきことに、数 T の磁場下においてグラフェンで報告されている値を 2 桁も上回る巨大なネルンスト信号が観測されたのです。それまで熱起電力測定の経験がなかった
私は既知の試料について測定を行って測定システムに不備がないことを確認し、一連のデータ取得後にグラフェンの熱起
電力についての理論論文を見直しました。その中から、ゼロモードランダウ準位の本質的な特異性を考慮するとネルンス
ト効果が支配的になることを指摘した文献を見出し、グラフェンと比較して有機物は非常にクリーンでシャープなランダ
ウ準位が形成されることを考え合わせると、巨大なネルンスト信号の説明がつくと結論づけました。しばらく後、理論グループによってこの仮説をもとに観測されたネルンスト効果を非常に良く再現する計算結果が出され、解釈が正しいもの
であることが裏づけられています。
以上、振り返ってみると必ずしも当初の狙いどおりの結果が得られたわけではないですが、幸運にも非常に奇妙なデー
タに遭遇し、なんとか正しい解釈に辿り着くことができたように思います。3 月に物質・材料研究機構に異動して数ヶ月が経ちましたが、今後も当面はディラック電子の研究を続けようと考えており、ディラック電子特有の物性を実験的に捉えるべく、さっそく新たな測定手法の習得に取り組んでいるところです。

参考文献[1] “Magnetothermal instability in the organic layered superconductor (BEDTTTF)2Cu(NCS)2”
T. Konoike, K. Uchida, T. Osada, T. Yamaguchi, M. Nishimura, T. Terashima, S. Uji and J. Yamada, Phys. Rev. B
79, 054509 (2009).
[2] “Specific Heat of the Multilayered Massless Dirac Fermion System”
T. Konoike, K. Uchida, and T. Osada, J. Phys. Soc. Jpn. 81, 043601 (2012).
[3] “Anomalous Thermoelectric Transport and Giant Nernst Effect in Multilayered Massless Dirac Fermion System”
T. Konoike, M. Sato, K. Uchida and T. Osada, J. Phys. Soc. Jpn. 82, 073601 (2013).

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第８回日本物理学会若手奨励賞を受賞して山下 穣
このたび第 8 回(2014 年)の日本物理学会若手奨励賞(領域 7)を受賞する栄誉に恵まれました。本受賞研究は私が助教を務めていた京都大学・理学研究科・固体電子物性講座(松田・芝内研)における研究と、理化学研究所・加藤分子物性研究
室における研究がその対象です。ここに全ての共同研究者の皆様に深く感謝申し上げます。

本受賞の対象となった研究は「二次元三角格子反強磁性体における量子スピン液体状態の素励起の研究」です。二次元
三角格子のような幾何学的フラストレーションのある系でスピンが絶対零度まで凍結しない量子スピン液体が存在するのか、仮に存在した時にはどのような状態が現れるのかという問題は、物性物理における長年の問題の一つです。特に近年、有力な候補物質が複数見つかったことで、実験的にこの問題に取り組もうという研究が盛んに行われるようになりました。
ここでいう「候補物質」というのは、スピン間相互作用 J よりずっと低温まで冷やしても磁気秩序などの相転移の兆候が観測されない物質を指します。最も多い候補物質が分子を構成単位とする分子性物質群で見つかっています。二次元三角格子を持つモット絶縁体 (BEDTTTF)2Cu2(CN)3 における磁気秩序が 20 mK (～J/10,000)まで観測されないことが
NMR 測定から報告されたことを皮切りに、EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2、H3(CatEDTTTF)2 に(BEDTTTF)2Ag2(CN)3 と候
補物質の発見が相次いでいます。また、これらの有機モット絶縁体以外にもグラファイト上のヘリウム３やカゴメ鉱物のハーバートスミス石(ZnCu3(OH)6Cl2）においても今まで実験されている最低温度まで磁気秩序などの兆候が観測されていません。

しかし、何も観測されないでは何もわかりません。量子スピン液体状態がただの常磁性状態とは異なる特徴が存在するはずです。１次元の量子スピン液体ではスピンの大きさが 1/2(半整数)か 1(整数)かでその基底状態が大きく異なり、それぞれギャップレスのスピノン励起とハルデンギャップと呼ばれる有限のエネルギーギャップによってその基底状態が特徴づけられることが知られています。二次元の量子スピン液体においてもそれを特徴づける素励起の性質を明らかにすることが最も重要な課題です。磁性体の素励起を明らかにするためには中性子を用いた非弾性散乱実験が有効ですが、大きな単結晶の育成が困難で、スピンが分子軌道に広がっている分子性物質に適用することは不可能です。代わりに、極低温までの比熱や磁化率測定によってその素励起の性質を明らかにする必要があるのですが、これらの測定においては低温における不純物のショットキー比熱や不純物スピンの影響によって極低温の測定が困難でした。

そこで、極低温まで不純物の影響を受けない熱伝導率測定によってその素励起を明らかにしようとして行った研究が今
回の対象論文の 2 と 3 になります。重い電子系などの新奇超伝導体における研究でも極低温のショットキー比熱等を避ける目的で熱伝導率測定による素励起の観測が広く行われており、それを分子性物質群における量子スピン液体の候補物質に適用した研究でした。分子性物質は非常に脆く、冷却過程において試料が壊れてしまう事も多いので、信頼できる測定結果を得るために非常に多くの試料を測定する必要があって大変でした。しかし、この測定から(BEDTTTF)2Cu2(CN)3には非常に小さなギャップが存在することが明らかになり、EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2 には平均自由行程が非常に長いギャッ
プレスの励起が存在することが明らかになりました。

また、SQUID を用いた磁化率測定において問題になる不純物スピンの影響を排除するために磁気トルク測定を行ったのが下記の受賞対象論文の 1 です。異方性を測る磁気トルク測定では等方的に現れる不純物スピンの影響は排除できるのですが、様々な要因が異方性の起源となり得るので、測定結果から正しく磁化率の情報が引き出せるのか心配でした。しかし、電荷秩序によって非磁性状態へと転移する Et2Me2Sb[Pd(dmit)2]2 において磁気トルクが転移温度で大きく減少する■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

5ことや、ESR によって求めた g 値の異方性と現れる磁気トルクの信号がちゃんと対応していることから量子スピン液体状態の磁化率を正しく見積もれることがわかりました。ここから熱伝導率測定で見出したギャップレス励起は磁気的な励起である事がわかりました。ギャップレスの磁気励起は通常、磁気秩序した物質の特性ですから、これが磁気秩序のないこの物質で見つかったという事で、この量子スピン液体状態はなんらかの量子臨界的な状態にある事がわかりました。

現在、量子スピン液体状態の基底状態の詳細を追求しようとしています。例えば、幾何学的フラストレーションの大きさを強くしたり弱くしたりしたとき変化から、磁気秩序相と量子スピン液体相の相図がどのようになっているかを明らかにしようとしています。また、二次元量子スピン液体の中で有力視されている理論ではゲージ場との結合によってスピノ
ンの熱ホール効果が表れる事が予言されているので、これを実験的に検証しようとしています。さらに、物性研究所には
超流動ヘリウムの研究によって培われたサブ mK を実現する超低温装置とその測定技術がありますから、それを生かして未踏の超低温領域までの物性測定から二次元量子スピン液体の理解につながる研究をしていきたいと考えています。

受賞対象論文1.

"Novel Pauliparamagnetic quantum phase in a Mott insulator", Nature communications 3, 1090 (2012).

2.

"Highly Mobile Gapless Excitations in a TwoDimensional Candidate Quantum Spin Liquid", Science 328, 1246
(2010).

3.

"Thermaltransport measurements in a quantum spinliquid state of the frustrated triangular magnet (BEDTTTF)2Cu2(CN)3", Nature Physics 5, 44 (2009).

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第８回日本物理学会若手奨励賞を受賞して極限コヒーレント光科学研究センター

白澤 徹郎

この度、第 8 回(2014 年)日本物理学会若手奨励賞を受賞致しました。自分とは無縁だと思い応募に尻込みしていましたが、推薦して下さった某先生から、そろそろ出してみてはどうかと背中を押されて(尻を叩かれて？)、めぼしい成果をかき集めて応募したところ、幸いにしてこのような名誉ある賞をいただくことができました。受賞対象論文において多大なサポートをしてくださった上司の高橋敏男先生と学生時代の指導教官である九州大学名誉教授の栃原浩先生(現福岡大学研究員)をはじめ、推薦して下さった先生や共同研究者の皆様に心から感謝しております。
今回受賞対象となりましたのは、次世代半導体として期待されている SiC 半導体−絶縁体界面についての仕事と、最近話題を集めているトポロジカル絶縁体薄膜界面についての仕事を、固相界面の原子レベル解析をキーワードに抱き合わせ
で出したものです。だいぶ毛色の違う話ですが、それぞれ簡単にお話させていただこうと思います。
まず、絶縁体/SiC 界面の仕事について紹介させていただきます。半導体デバイス産業において SiC に対する期待は大きく、複数の国家プロジェクトが動いている昨今です。なぜなら、電力制御用に用いられるパワーデバイスに SiC 半導体を用いることで、現在用いられている Si 半導体では到達できない、飛躍的な省エネルギー化が見込まれるためです。東日本大震災以来、エネルギー安定供給の脆弱性が露見し、省エネルギー対策が切迫した課題として広く認識されるなか、SiCに対する期待はますます高まっています。すでに SiC パワーモジュールが実用化されており、今後の利用拡大が見込まれていますが、本質的な課題の一つとして残っているのは、電力制御の根幹素子である MOS トランジスターにおける絶縁体/SiC 界面の問題です。Si と同様に SiC の自然酸化膜は SiO2 ですが、主には余剰になった C 原子が悪さをして界面準位密度が高くなり、SiO2/Si 界面ほど良好なキャリア輸送特性が得られていません。トランジスター構造の工夫によってこの問題を避ける方策も進められていますが、特別なプロセス技術を必要としない従来のプレナー型トランジスターにおいて良質な SiO2/SiC 界面を実現することが望まれています。
こうした背景の中、私たちは非常に簡単な熱処理法によって、SiC 表面上に Si 酸窒化絶縁層がエピタキシャル成長することを発見しました。従来の SiO2/SiC 界面において界面ラフネス層が数 nm に及ぶのに対して、私たちが見出した界面
では原子レベルで急峻な界面が実現しており、絶縁体/SiC 界面問題を打破する新しいアプローチとして迎えられました[1]。と、もっともらしく述べてきましたが、実はこの界面は狙って作ったものではありませんでした。当時、研究熱が高
まりつつあったグラフェンを SiC 上にエピタキシャル成長しようとしていたときに偶然見つけたものでした。グラフェン
ではないが大気中でも安定な非常に結晶性の良い極薄膜(厚さ 0.6 nm)が出来ているようなので、面白そうに思い、低速電子線回折法によって構造解析した結果、原子レベルで急峻な絶縁体/SiC 界面が実現していることが分かりました。この構
造解析が実にやっかいで、予備的に得た元素分析の情報を頼りにして、いろいろな構造モデルを試行錯誤的に解析しました。ああでもないこうでもないと、いろんな組み替えを試しましたが、ようやく正しい構造に行き着いたときはすぐにコレだ！と確信しました。ちなみに、構造モデル設計には、丸善の分子構造模型セットを使いました。原子間結合が手に伝わって構造安定性を体感するのに非常に有効ですので、研究教育用に是非お試し下さい(宣伝文句のようですが)。
最初の論文は九州大学でポスドクをやっているときに仕上げたものですが、重要な界面になり得ると確信したため、その後物性研の助教に着任してからも、XRD による界面構造解析、軟 X 線吸収・発光分光を使った元素選択的な界面電子状態解析、角度分解光電子分光法、第一原理計算などを駆使して徹底的に界面を調べ上げました。その結果、①SiC 表面
は理想終端構造を保っており、その上に原子レベルで急峻な界面をもつ絶縁膜ができている、②界面準位は一切ない、③界面のバンドギャップ遷移は極めて急峻で、SiC 表面からわずか 3 Å ほどで SiO2 のバンドギャップ 9 eV まで開く、という重要な結果が得られ、まさに理想的な界面が実現していることが明らかになりました[2]。実際のデバイス応用まで到達するのにクリアすべき問題は山積していますが、将来の実用化を夢見て企業との共同研究を続けております。
もう一つの仕事は、X 線回折によるトポロジカル絶縁体界面の解析です。物性研に移ってからしばらくは、上述の絶縁■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

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体/SiC 界面の仕事を引きずっていましたが、表面 X 線回折のパイオニアである高橋先生のもとで、X 線回折による界面構
造解析の仕事に集中しました。用いた手法は、X 線 CTR 散乱(Xray crystal truncation rod scattering)法です。CTR 散乱とはその名の通り、結晶の電子密度が表面で裁断されることで生じるロッド状の散乱です。解析によって、表面界面の原子位置、熱的(または静的)な構造揺らぎ、占有率などの結晶学的パラメータを得ることができ、主に表面吸着層や表面再構成構造を調べるのに使われてきました。伝統的には、実験データを再現する構造モデルを試行錯誤的に見つけ出す方法が用いられてきました。しかし、この方法を薄膜及び界面構造に適用するのは困難です。薄膜内部構造は表面界面から伝搬する格子緩和や、平均位置からの静的ゆらぎが膜厚方向に沿って一様ではなく、これらを正確に知るには、薄膜及び界面に含まれる全ての原子、言い換えると、薄膜＋界面の厚みをもつ“単位柱”の結晶学的パラメータを決定しなくてはな
らないためです。多数の構造パラメータ全てを最小二乗法で大域的最小値に落とし込むのは難しいし、界面に特殊な構造や組成混合(intermixing)が有る場合にこれを試行錯誤的に決定するのは困難です。こうした背景から近年、CTR 散乱デー
タから直接的に薄膜界面構造を解く方法が展開されています。
こうした背景のもと、私は研究室で開発してきたホログラフィの原理に基づいた表面原子像の再生法を界面構造に応用し、さらに最新の位相回復法を組み合わせることで、実験データからモデルフリーに界面原子像を再生する方法に取り組みました。この方法を、まずは比較簡単な Si 基板上の Bi 超薄膜に適用したところ、界面から薄膜表面にかけての電子密度分布の定量解析に成功しました。これにより界面に一原子層程度の界面濡れ層があり、Bi 薄膜が基板 Si との相互作用から切り離されて、ほとんど自立した(freestanding)状態にあることが明らかになりました[3]。Bi は非磁性物質ですが、表面では Rashba 効果によって電子スピン分裂することが知られており、量子井戸状態や界面構造との関係が議論されていました。構造解析で明らかになった薄膜及び界面構造を考えると、それまで観察されていた表面と界面の電子状態の干渉や、量子井戸状態がスピン分裂しない理由を矛盾無く説明することができました。
次に、この方法をトポロジカル絶縁体の代表物質である Bi2Te3 薄膜に適用しました。トポロジカル絶縁体は、バルクは絶縁体ですが表面をつくることで必然的にスピン偏極した表面電子状態が現れる新しい量子相です。トポロジカル絶縁体
界面の非破壊イメージングは世界で初めてでした。これにより、Bi 薄膜と同様に界面に濡れ層が存在し、薄膜が自立状態にあることが明らかになりました。自立化により表面と裏面が干渉して、トポロジカル表面電子状態が消失する現象を自然と説明することができました。また、界面近傍の構造揺らぎの情報から薄膜成長機構に関する知見を得ることもできました。一方、Bi2Te3 上に Bi 薄膜を成長させるとエピタキシャル格子歪みによって、本来は普通の半金属である Bi がトポ
ロジカル半金属に相転移することが示唆されていました。そこでこの歪んだ Bi 膜の内部歪みを調べると、第一原理計算
で示されたトポロジカル相転移が起こるときの値とピタリと一致しました。
以上、まとまりの悪い話になってしまいたが、今後は、後半にお話した表面界面 X 線散乱の研究に軸足をおいた研究を進めたいと思います。界面イメージングの研究に加え、最近では、ここ数年かけて開発してきた表面 X 線回折迅速測定法
が実を結び始め、電池電極界面の充放電過程をその場追跡する実験を始めています。界面の動的過程をその場観察したいという要望は様々な分野で潜在的にあるため、これからいろいろな材料系に適用するのが楽しみです。今回の受賞を励みに今後一層の努力を続けていきたいと思います。
[1] “Epitaxial Silicon Oxynitride Layer on a 6HSiC(0001) Surface”
T. Shirasawa, K. Hayashi, S. Mizuno, S. Tanaka, K. Nakatsuji, F. Komori, and H. Tochihara, Physical Review
Letters 98, 136105 (2007).
[2] “Atomiclayerresolved bandgap structure of an ultrathin oxynitridesilicon film epitaxially grown on 6HSiC(0001)”
T. Shirasawa et al., Phys. Rev. B 79, 241301(R) (2009).
[3] “Interface of a Bi(001) film on Si(111)7×7 imaged by surface xray diffraction”
T. Shirasawa, M. Ohyama, W. Voegeli, and T. Takahashi, Physical Review B 84, 075411 (2011).
[4] “Structure of a Bi/Bi2Te3 heteroepitaxial film studied by xray crystal truncation rod scattering”
T. Shirasawa, J. Tsunoda, T. Hirahara, and T. Takahashi, Physical Review B 87, 075449 (2013).

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ナノスケール物性研究部門・大谷研究室

新見 康洋

この度、第 8 回(2014 年)日本物理学会若手奨励賞と第 11 回(平成 25 年度)ISSP 学術奨励賞を受賞させて頂きました。
受賞理由はどちらとも「外因性スピンホール効果とスピン緩和機構の研究」です。大谷研究室助教として着任後の「物性研だより」にも書かせて頂いた通り、私は大谷研究室で初めてスピントロニクス研究に携わりました。裏を返すと、それまではスピントロニクスのことはほとんど知りませんでした。そういった意味でも、何も知らなかった私にいろいろ教えて下さった大谷義近先生を始め、研究に協力して頂いた学生の皆さん、研究員の皆さん、また共同研究をさせて頂いた
Albert Fert 先生、物性理論研究部門の加藤岳生先生にこの場をお借りして、改めて感謝申し上げたいと思います。
私が大谷研究室に着任してまず取り組んだことは、銅合金を用いた外因性スピンホール効果の測定とその定量的な評価でした。電子の電荷とスピン角運動量の 2 つの自由度を取り扱うスピントロニクス研究では、電荷の流れを伴わないスピ
ン角運動量のみの流れ「スピン流」をどのように生成、伝搬、検出するかが重要な主題の 1 つとなっています。その中でもスピン流の生成と検出の役割を担えるのが、スピンホール効果と呼ばれる現象です。スピンホール効果とは、図 1(a)に示すように、スピン軌
道相互作用の強い非磁性体に電流 JC を流すと、電流とスピンの向きに直交する方向にスピン流 JS が生成される現象のことを言います。また図1(b)に示すように、逆にスピン流 JS を非磁性体に流すと電流 JC が生じるため、この原理を用いればスピン流を電気信号として検出できます。
これまでのスピントロニクス研究では、このスピン流の生成・検出機能を、専ら希少貴金属である白金 Pt のスピンホール効果に頼ってきました。しかし、将来のスピントロニクス素子の量産を考えると、できるだけ希少貴金属を避けた方がよいこと(これはまさに「元素戦略プロジェ
クト」でレアアースやレアメタルを用いない方向性と同じ！)、また Pt
図 1: (a) スピンホール効果と(b) 逆スピンホール効果の概念図。

ではスピン流電流の変換効率(JC/JS)であるスピンホール角を変調できな
いということもあり、別の物質・機構でスピンホール効果を発現させることが期待されていました。さらにこれとは別の問題として、スピント

ロニクス研究で最も重要な物理量であるスピンホール角が、広く研究されている Pt ですら、統一的な見解がないということがありました。このような背景の中で、私は外因性スピンホール効果とその定量的な評価の研究を行いました。
そもそも銅 Cu はスピントロニクス研究では、スピン軌道相互作用の弱い物質の代表格で、スピン流を遠くまで伝搬する機能として用いられることが多く、またスピンホール効果を示さないため、Pt との比較実験としてよく用いられます。
ここで非常に興味深いのは、スピンホール効果を示さない Cu に、スピン軌道相互作用の強い不純物を添加すると、スピ
ンホール効果を発現し、しかも不純物の種類や添加量を変えると、その大きさを変調できるという点です。実は似たような研究が 30 年以上前に行われていて[1]、それを行ったのが 2007 年に巨大磁気抵抗効果の発見でノーベル物理学賞を受賞された Fert 先生でした。当時は、スピンホール効果という概念がなかったため(正確に言えば、1971 年に Dyakonov–
Perel によって指摘されていましたが[2]、当時はほとんど注目されませんでした)、Cu にスピン偏極電流を作り出すためのマンガン Mn をドープし、さらにスピン軌道相互作用の強い非磁性体金属を混入した 3 元合金を用いて、異常ホール効
果が観測され、そこからホール角を求めるという研究でした。本研究の目的は、これを完全な非磁性体 Cu 合金で行うことでした。
まず初めに、非磁性体不純物としてイリジウム Ir を混入した CuIr 系で実験を行いました。その結果、Ir 濃度を増やしていくとスピンホール効果の信号が増大することを確認できました[3]。問題は、ここからどのようにして、スピン流電流■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

9変換効率であるスピンホール角を「定量的」に算出するかで、このやり方を確立するところが、一番苦労し、一番やりがいのあったところなのですが、その部分を説明していると 3 ページでは終わらなくなってしまうので、本誌では割愛させて頂きます。最終的には 3 次元スピン伝導モデルを用いて CuIr 合金のスピンホール角を算出したところ 2.3%となり[4]、
過去の CuMnIr 合金を用いた異常ホール効果から算出された値 2.6%[1]と定量的に一致することが分かりました。さらに
このことは、本実験で用いたセットアップでスピンホール角が正しく算出できることを暗示しており、同様のモデルを用いると、Pt のスピンホール角も 2.4%となり、CuIr 合金は Pt と同程度のスピン流電流変換効率を生み出せることも分かりました[5,6]。
次にスピンホール角の値をさらに大きくするために、Ir よりスピン軌道相互作用の強いビスマス Bi を添加した CuBi 合金でスピンホール
効果の測定を行いました。図 2 に示す通り、Bi をわずか 0.5%だけ Cuに添加するだけで、Pt や CuIr 合金よりも数倍程度大きな信号を観測することができました[4]。この結果から、CuBi 合金のスピンホール
角は Pt や CuIr 合金よりも大きいことは容易に想像できるのですが、具体的な値を得るには上記と同じ 3 次元スピン伝導モデルを用いる必要があります。その結果、CuBi 合金では24%という非常に大きなス
ピンホール角が得られました。ここで、なぜ Bi が良かったのかということをもう少し説明させて下さい。多くの方は(以下の事実を知る前の

図 2: さまざまな金属のスピンホール効果[4]。

私もそうだったのですが)、スピン軌道相互作用の大きさは原子番号 Zの大きさに比例すると思われています。確かに原子番号の大きさも重要ではあるのですが、その他に重要な因子があって、それは最外殻電子の軌道角運動量です。詳細については[7]を参照して頂きたいのですが、同じ周期の元素を比べた場合、最外殻電子が p 軌道の元素は、他の軌道を最外殻にもつ元素よりも圧倒的にスピン軌道相互作用が大きくなります。その中でも原子番号が大きく毒性の少ない Bi は、入手できる元素の中でスピン軌道相互作用が最も大きい元素だということがポイントのようです。さらにこの説明を指示する結果として、Bi の隣の鉛 Pb を Cu に添加した CuPb 合金でも13%という大きなスピンホール角が得られています[6]。
前述したように、現在に至るまでスピントロニクスの分野では、一般的に用いられている Pt のスピンホール角ですら、統一的な見解が得られていません。これはあくまで個人的な見解ですが、その理由の 1 つとして、スピンホール効果を観測するためには、必ず強磁性体が用いられており、多くの実験では Pt のような強磁性体に近い非磁性体と強磁性体が直に接しており、何らかの近接効果があるのではないかと考えています。最近では、この点を問題視する研究者もスピント
ロニクス分野で出てきていますが[8]、依然としてマイノリティーです。一方で我々の実験のセットアップでは、スピンホール効果を示す非磁性体と強磁性体は直に接しているわけでなく、必ずスピン軌道相互作用の弱い Cu を介しているので、上記のような近接効果は非常に小さいと考えています。このような状況で、2011 年に[9]のような記事が Cornell 大のグループから発表され、スピントロニクス分野でかなり話題になりました。この記事の主旨は、Pt のスピンホール効果を統一的に理解しようというものですが、あまりに彼らの都合のいいように解釈してあり、到底承服できるものではありませんでした。彼らの主張によると、スピンホール角を定量的に算出するためには、スピン拡散長という物理量を正しく算出する必要があり、我々のスピン拡散長の見積もりに誤りがあるというのです。ちなみに彼らのやり方は強磁性体と Pt が直に接しているにも関わらず、その近接効果等に関しては一切言及していません。
このままではあまりに悔しいので何とか反論したいところですが、かといって自分たちの主張を繰り返しても埒が明きません。やはり実験家たるもの、「論より証拠」ということで、何か全く別の手法で彼らに疑われているスピン拡散長を算出できないかと考えました。そこで考え付いたのが、私がポスドクの時に行っていた弱反局在効果を用いることでした[10]。
弱反局在効果の詳細は割愛させて頂きますが、これを正確に測ることで、位相緩和長とスピン軌道長と呼ばれる 2 つの長さを導き出すことができます。ポスドクをやっていた当時は、温度に敏感な位相緩和長の方に着目していたのですが、実はスピン軌道長 LSO とスピントロニクスで議論されているスピン拡散長 LS には何か関係があるのではないかと思い、銅や銀、金、白金、さらには CuBi 合金でもスピン拡散長とスピン軌道長を求めたところ、明らかに似たような値が得られ10

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

ました。この事実を加藤先生にお伝えしたとこ
ろ、スピン拡散長とスピン軌道長には関係があって、当方的なフェルミ面をもつ金属だと√3/2(=0.87) 倍だけ異なることを教えて頂き(図 3 参照)、これで実験事実を上手く説明することができました。さらに今までのやり方で求めた Pt のスピン拡散長の見積もりにも誤りがないことが、弱反局在の測定から分かりました[6, 11]。

図 3: スピン拡散長 LS とスピン軌道長 LSO の関係[6]。

[9]が出てきた時には窮地に立たされ、どうなることかと思っていましたが、今になって思うと、ポスドクで弱反局在の測定方法を身に付けておいてよかったとつくづ
く思います。またこれを機に、もう少し物性理論の方々と議論して、面白い結果を説明して頂いたり、逆に面白いアイデアを提案して頂き、それを実験で再現できるようになればと考えております。
[1] A. Fert, A. Friederich, and A. Hamzic, J. Magn. Magn. Mater. 24, 231 (1981).
[2] M. I. Dyakonov and V. I. Perel, Sov. Phys. JETP Lett. 13, 467 (1971).
[3] Y. Niimi et al., Phys. Rev. Lett. 106, 126601 (2011).
[4] Y. Niimi et al., Phys. Rev. Lett. 109, 156602 (2012).
[5] M. Morota et al., Phys. Rev. B 83, 174405 (2011).
[6] Y. Niimi et al., Phys. Rev. B 89, 054401 (2014).
[7] 柳瀬陽一, 播磨尚朝, 固体物理 46, 229 (2011).
[8] S. Y. Huang et al., Phys. Rev. Lett. 109, 107204 (2012).
[9] L. Liu, R. A. Buhrman, and D. C. Ralph, arXiv:1111.3702.
[10] Y. Niimi et al., Phys. Rev. Lett. 102, 226801 (2009).
[11] Y. Niimi et al., Phys. Rev. Lett. 110, 016805 (2013).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

11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

伊藤 功

はじめに
この度 ISSP 柏賞という栄誉ある賞をいただきまして、誠にありがとうございます。推薦・選考していただいた皆様に御礼申し上げます。対象となった「LabVIEW による測定システムの構築」は加速器制御システムに関する仕事です。物性研から加速器の仕事を評価していただけたこと、非常にうれしく思います。2005 年に極紫外•軟 X 線高輝度放射光源計
画が中止になり、当時の私は加速器の無いところで加速器の仕事をしなければならない境遇に日々不安を感じていました。
当時の自分に「不安に思うことはない、未来はある」と励ましてあげたい気持ちです。授賞式の際に挨拶として技術的な話[1]をさせていただきました。今回さらに物性研だよりに記事を書く機会をいただきましたので、ここでは受賞の挨拶では割愛した開発の経緯や背景についてご紹介するとともに、これまでお世話になった加速器、レーザー関係者の皆様への感謝の気持ちをお伝えしたいと思います。

LabVIEW Real-Time を用いた電磁石型移相器制御システム
私は 2004 年に東北大学の修士課程を修了後、軌道放射物性研究施設(SOR 施設)に着任しました。SOR 施設では加速器グループ中村研究室に所属し、極紫外•軟 X 線高輝度放射光源計画で建設が予定されていた第三世代放射光源加速器“Super SOR”の制御システムの性能評価を担当しました。制御システムは、OS やプログラムなどの「ソフトウェア」と、コンピュータやアナログ－デジタル変換器などの「ハードウェア」で構成されます。加速器の制御システムにおいて、PCで起きるタイミングジッターや割り込み、フリーズは著しく加速器運転を乱すことから、制御用コンピュータにはWindows などの汎用 OS ではなく、RealTime OS が使われます。ソフトウェアにおける RealTime とは、定められた
時間内に処理を確実に実効できる「確定性」と、長時間の運転において安定に動作を保証する「信頼性」の 2 つを兼ね備えている事を意味します。そして RealTime OS とは処理を高確定(ジッターが小さく割り込みがない)で高信頼(フリーズしない)に実効するための機能を搭載した OS です。代表的なものに Phar Lap や VxWorks があります。私の仕事は電磁石一台の制御と真空ゲージ 1 台の読み出しを行う小規模制御システムを構築し、その小規模制御システムの RealTime
OS 上で仮想的に Super SOR 規模の制御システムを構築して、その性能を評価するものでした。
2008 年から今回の受賞対象である移相器の開発に携わりました。放射光源加速器ではアンジュレータと呼ばれる周期的に磁極を反転させた永久磁石列で電子ビームを水平(垂直)方向に蛇行させて水平(垂直)偏光の高輝度放射光を発生させます。移相器とは水平偏光アンジュレータと垂直偏光アンジュレータの間にバンプ軌道を作る電磁石です。このバンプ軌
道で水平偏光と垂直偏光の位相差を調整し、それら水平・垂直偏光を重ね合わせることで直線偏光と左右円偏光の両方を自由自在に発生させることができます。
移相器の設計•製作は中村典雄先生と技術専門職員の篠江憲治さんによって行われました。製作した移相器の性能評価のために、加速器運転時と同様の RealTime 制御をしながら、出力磁場を高速•高精度で測れる制御システムが必要にな
り、Super SOR 制御システムの構築•評価の経験のある私に白羽の矢が立ちました。
システム構築でまず始めに行ったことはソフトウェアとハードウェアの選定でした。候補は二つあって、１つはMATLAB/Simulink と DSP(Digital Signal Processor)、もう一つが LabVIEW と PXI(PCI eXtension for Instrumentation)
でした。それぞれのメーカーから一ヶ月間機材一式を借用してテストベンチを組んでやりたい実験ができるか確認しました。ソフトウェアについては MATLAB/Simulink と LabVIEW のどちらもアイコンを線で結ぶ直感的なプログラミング
でわかりやすかったのですが、ハードウェアについてはステッピングモーターなどの機械制御も可能であること、RealTime OS を使えることから、LabVIEW + PXI を選びました。

12

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

図 1 が製作した電磁石型移相器制御システムです。測定方法は移相器の磁場中にフリップコイルを挿入して誘導電圧を測るだけです。測定は至ってシンプルですが、制御システムには非常に厳しい仕様が要求されていて、移相器のコイル電流の出力精度が 1mA 以下であること、磁場の測定精度が 1G•cm 以下であること、移相器の磁場発生とコイルの誘導電圧測定を 1 ミリ秒以下の精度で同期させること、フリップコイルを回転させながら測定できること、長時間運転でもフリーズしないこと、システムを作った人以外でも使えることなど、これらの要求仕様をすべて満たすように綿密に制御システ
ムを作り込みました。その甲斐あって、2010 年に日本ナショナルインスツルメンツが主催したアプリケーションコンテス
ト一般部門で、加速器電磁石の検査を安定に効率良く行える装置を短期間で構築したとして、最優秀賞をいただきました[2]。この制御システムを使った性能評価試験で SPring8 のようなビーム軌道ゆがみをサブミクロン以下にすることを要求する加速器でも移相器が十分に使用可能であることを示すことが出来ました[3]。
中村先生が高エネルギー加速器研究機構(KEK)に転出後、移相器は非常に有用な電磁石であることから KEK に移管されました。LabVIEW + PXI の制御システムについては私が引き継ぎ、レーザーの制御システムとして生まれ変わることになります。

図 1. 電磁石型移相器制御システム

LabVIEW FPGA による高精度 CW レーザーのフィードバック制御
2009 年から第四世代放射光源加速器 “Energy Recovery Linac”の電子銃励起用の高出力•高繰り返し Yb ファイバーレ
ーザーの開発に取り組みました。この仕事が縁で小林先生に私の存在を知っていただき、2011 年に中村先生が KEK に転出した際に私は小林研究室に移籍することができました。
現在、私は小林研にて高精度 CW レーザーの開発に従事するとともに、レーザー制御システムの開発・運用にあたり小林研の実験の効率化を図っています。特に最近はレーザーの周波数安定化のために、それまでアナログ回路を駆使していたフィードバック制御に Field  Programmable Gate Array (FPGA) の技術を導入して、効率的で柔軟性に富んだレーザ
ーの周波数安定化を実現することに力を入れています。FPGA とはソフトウェアで自由自在に論理回路を組み替えられる集積回路です。例えば、オペアンプや受動素子をハンダ付けして作るアナログ回路と同じ機能のデジタル回路を FPGA ではソフトウェアで設計・製作することができます。FPGA を設計・製作するソフトウェアとして MATLAB/Simulink が主流ですが、近年 LabVIEW FPGA が普及しつつあります。私は中村研から引き継いだ LabVIEW + PXI の制御システムに
FPGA を追加し、LabIVEW FPGA で高精度 CW レーザーのフィードバック制御システムを構築することにしました。
図 2 は、私が製作した高精度 CW レーザーです。高精度 CW レーザーとは半導体レーザーの周波数を高フィネス光共振器(フィネス 300,000)に共鳴するようにフィードバック制御するレーザーです。フィードバック制御は PID 制御です。
高精度 CW レーザーを実現するためのフィードバックには、半導体レーザーの周波数を光共振器の共鳴周波数に引き込む■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

13

ための速い PID と、速いフィードバックを長時間持続させるための遅い PI が必要です。授賞式のあいさつでは遅い P(比例)と I(積分)を FPGA で行ったことを紹介しました(図 2)。その授賞式の後、速い I(積分)を FPGA に行わせることに成功しました。現在、速い P(比例)と D(微分)を FPGA でできるように開発•実験に取り組んでいます。小林先生が蒔いた種は着実に芽吹き始めています[4]図 2. 高精度 CW レーザー

最後に
SOR 施設在籍時は加速器がない環境に悲観的になっていましたが、実は加速器がないからこそ加速器を作ることに専念できましたし、さらに KEK の線形加速器や放射光源加速器、先端加速器試験装置などのいろいろな加速器で仕事ができました。加速器で身に着けた技術や実験に向かう姿勢が今の自分の強みになっていると実感しています。機会を与えてくださった中村先生(現、KEK)、元施設長の柿崎明人先生、加速器実験でご指導いただいた技術専門職員の篠江憲治さん(現、KEK)、助教の阪井寛志さん(現、KEK)、高木宏之さん(現、KEK)に感謝申し上げます。
小林研に移籍直後、加速器からレーザーへの分野替えで戸惑うことが多かったのですが、小林先生をはじめ、技術専門職員の金井輝人さん、助教の小澤陽さん(現、マックスプランク光量子研究所)、小林研学生メンバーに大変お世話になりました。皆様のサポートのおかげで高精度 CW レーザーを小林研の実験に使ってもらえるクオリティまで仕上げることが出来ました。次は自分の持ち味を活かして、高精度 CW レーザーに新しい技術やアイデアを導入して、小林研ブランドのレーザー開発に貢献できればと思っています。
これからも中村研での知識•経験を大切にしながら、小林研のレーザー開発で物性研に貢献できるように頑張ります。

参考文献[1] 発表資料は http://yohei.issp.utokyo.ac.jp/isao/isao.html からダウンロードできます。
[2] 制御システムの詳細は http://japan.ni.com/apcon/2010 に掲載されています。
[3] I. Ito et al., Proceedings of Particle Accelerator Society Meeting 2009, JAEA, Tokai, Nakagun, Ibaraki, Japan, p664.
[4] 小林洋平、物性研だより、第 54 巻第 1 号 P3.

14

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

MateriApps LIVE!

東京大学物性研究所 計算物質科学研究センター 特任研究員

五十嵐 亮

計算物質科学シミュレーションのための高性能・高精度な手法を実装したソフトウェアは、国内外を問わず、数多く開発されています。しかし、残念ながら、その多くは実験家・企業研究者に存在が伝わっておらず、シミュレーションが必
要な際には、主として海外製の公開ソフトウェア・商用ソフトウェアが使われているのが現状です。物性科学、分子科学、材料科学を母体とする計算科学研究者で構成されるネットワーク型組織である計算物質科学イニシアティブ(CMSI)では、
世界一の性能をもつ「京」を頂点とするスーパーコンピュータを活用するだけでなく、物質科学の新たな世代を築いていくために、“物質科学シミュレーションのポータルサイト”MateriApps1 の整備を通じ、国内外を問わず、これまでにあまり知られていなかった物質科学アプリケーション、あるいは今後開発されるアプリケーションを紹介しています。特に、既に公開されているソフトウェアについては、充実したマニュアル・チュートリアルなど、利用者が直接ダウンロードして気軽に試すことのできる情報を提供しています。ポータルサイト MateriApps では、2014 年 6 月現在、113 のソフトウ
ェアを紹介しており、2013 年 5 月の正式オープン以来、累計 10 万ページビュー、のべ 8000 ユーザー(Google Analytics
集計)を達成しています。

図 1 MateriApps のスナップショット

一方、物質科学分野の公開ソフトウェアを実際に試そうとした時には、ソフトウェアのインストールそのものが大きな障害となっています。CMSI では、物性研の共同利用スパコンや「京」などの国内の代表的なスーパーコンピュータへのいくつかのアプリケーションのインストールなども進めていますが、必ずしも全ての人々がそのような環境を利用できる
わけではありません。MateriApps LIVE!2 は、手持ちのノート PC などを用いて、気軽に計算物質科学アプリケーションを試すための環境を提供するものです。ポータルサイト MateriApps で紹介している物質科学アプリケーションを、OS(Debian GNU/Linux)、エディタ、可視化ツールなどとともにまとめたもので、物質科学シミュレーションソフトウェア

12

http://ma.cmsinitiative.jp/
http://cmsi.github.io/MateriAppsLive/■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

15

のチュートリアルを始めるのに必要な環境は全て 1 本の USB メモリに収められています。この USB メモリは、MateriApps LIVE! の Web サイトからファイルをダウンロードし、自ら作成することもできますが、CMSI 神戸拠点および物性研などで定期的に開催している CMSI 主催のソフトウェア講習会などで教材として利用し、USB メモリの配布もしています。2014 年 6 月現在のバージョン 1.2 では、次のソフトウェアが利用可能です。
CMSI の公開アプリ




AkaiKKR(旧 Machikaneyama2002), ALPS, ERmod, Feram, OpenMX, xTAPP

公開アプリ




ABINIT, CP2K, GAMESS(セットアップツール), Gromacs, Quantum Espresso

可視化ツールgnuplot, OpenDX, Paraview, Pymol, Tapioca

開発ツール


Emacs, gcc, g++, gfortran, perl, python, ruby, vim 等

MateriApps LIVE! には密度汎関数法(DFT)のアプリケーションだけでも複数含まれていることから、気軽に比較することができるため、問題に適するアプリケーションを簡単に選定できます。また、可視化ツールも含まれていることから、
シミュレーション結果をすぐに視覚的に確認することで、結果の直感的な理解にも役立ちます。
MateriApps LIVE! の起動に成功すると、まずは図 2 のような画面になります。

図 2 MateriApps LIVE! の起動画面

その後、言語やキーボードの選択をして起動後すると、図 3 のような Linux のデスクトップ画面となります。
なお、MateriApps LIVE! 起動する際は、図 2 において、“Install”を選ばないでください。ご使用中の OS を上書きしてしまう可能性があります。起動後は、入力ファイルを準備することで、AkaiKKR3、OpenMX4や xTAPP5のような密度汎関数法(DFT)の計算ができるソフトウェアや、ALPS6のような量子格子模型のシミュレーションができます。入力ファ
イルの作成方法など、それぞれのアプリケーションのチュートリアルは、ポータルサイト MateriApps、またはオフィシャルサイトのドキュメントを参照してください。

http://kkr.phys.sci.osakau.ac.jp/
http://www.openmxsquare.org/
5 http://frodo.wpiaimr.tohoku.ac.jp/xtapp/index.html
6 http://alps.compphys.org/
3
4

16

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

図 3 MateriApps LIVE! のデスクトップ

MateriApps LIVE! の改善には、利用者の声が重要です。MateriApps LIVE! で利用したいアプリケーションなどありましたら、MateriApps 開発チームへぜひフィードバックをお寄せください。今後、利用方法等、ドキュメントの拡充も行っていきます。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

17金属スピン液体における量子臨界性

新物質科学研究部門

石川 洵、中辻 知

研究背景
磁性体中のモーメントは、温度を下げるに従いその熱ゆらぎが抑制され、ある温度で磁気秩序状態への相転移を起こす
ことが知られている。このとき磁場や圧力などの外部パラメータを制御することで、転移温度を下げ絶対零度に近づけ熱ゆらぎを抑制することができれば、支配的となった強い量子ゆらぎに駆動されて量子相転移を起こすことになる(図 1)。
これまで、金属磁性体における量子臨界現象の研究は重い電子系と呼ばれる物質群において集中的に行われており、磁場や圧力などの外部パラメータを変化させ秩序状態を絶対零度まで抑制すると量子臨界性が発現することが知られている。
重い電子系、銅酸化物および鉄ニクタイドに共通してみられる非従来型超伝導や異常な磁気・金属状態は量子臨界性に密接に関係していると考えられており、量子相転移の研究は大きな関心を集めている。

図 1. 強相関電子系における温度外部パラメータ相図の概念図。

今回我々は金属スピン液体物質 Pr2Ir2O7 において量子臨界性の存在を見出した。このことは本物質がスピン液体状態で示す巨大な自発的異常ホール効果の発現機構を理解する上で重要な知見となりうる[14]。Pr2Ir2O7 は Pr イオンがパイロ
クロア構造をとり、Pr イオンがもつイジングスピン間の強磁性相互作用によって幾何学的にフラストレートしたスピンア
イス相関をもつ。その結果、基底状態は双極子秩序のないスピン液体状態になっていると考えられる。さらにこのスピン液体相において自発的異常ホール効果が観測されており、有限のスカラースピンカイラリティが秩序化したカイラルスピ
ン液体状態の発現を示唆している。

実験結果
ここでは、我々が育成した純良単結晶を用いて主にゲッティンゲン大学の常盤、Gegenwart両氏が行ったPr2Ir2O7における磁気熱量効果の共同研究を紹介する[5]。磁気熱量効果は磁場による磁気エントロピー変化に起因する温度変化であり、磁気グリュナイゼン比は ΓH = 1/T(dT/dH)S により定義される。これはまた磁化Mと比熱Cを用いて ΓH = (dM/dT)/Cとも表わされ、一般に量子臨界点において発散することが知られており、量子臨界性の存在に敏感な量である。Pr2Ir2O7の磁18

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

気グリュナイゼン比は温度の関数としてT3/2に比例して冪発散的に振る舞い、量子臨界点の存在を示している(図2)。
磁場を増大させると低温における ΓH /Hの発散性は抑えられ、量子常磁性状態の形成を示唆している。理論的には量子臨界点近傍でのスケーリングを仮定すれば量子常磁性状態では ΓH は(HHc)1に比例することが知られている。本物質においても最低温において ΓH に同様の磁場依存性が確認され量子臨界磁場はHc = 0となり、外部パラメータの制御なしにゼ
ロ磁場に量子臨界点が位置していることが明らかになった(図3)。

6

0.4K

Pr2 Ir2 O 7
H//[111]
0.05T
0.1T
0.2T
0.3T
0.4T
0.5T

2

ΓH /H (1/T )

4

2

T
0

0

1

-3/2

2
T (K)

図 2. Pr2Ir2O7 における磁気グリュナイゼン比 ΓH の温度依存性。磁場は[111]方向に印加している。磁場の減少に伴い ΓH は発散的に振る舞う。灰色の実線は T 3/2 の冪発散を示す。

0.25
0.1

ΓH H

1.5 K/T
0.01

0.03T
0.05T
0.07T
0.1T
0.12T
0.15T
0.2T
0.25T
0.3T
0.35T
0.4T

0.001

0.1

Pr2Ir2O7
H//[111]

4/3

0.45T
0.5T
0.6T
0.7T
0.8T
1T
1.2T
1.4T
1.6T
1.8T

ΓH ~ HT -3/2

1

10
T/H

4/3

(K/T

100

4/3

)

図 3. Pr2Ir2O7 における磁気グリュナイゼン比 ΓH の臨界スケーリング。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

19今後の展望今回我々は Pr2Ir2O7 におけるゼロ磁場での量子臨界性を磁気熱量効果の測定を通じて明らかにした。これらの結果は、ゼロ磁場で自発的異常ホール効果を示すカイラルスピン液体相が、幾何学的フラストレーションによって誘起された量子臨界性の下に発現することを示唆している。フラストレートした金属のスピン液体状態において生じる量子臨界性の発見
により、フラストレート金属物質群におけるさらなる実験的・理論的研究の進展が望まれる。

謝辞
本研究成果は、東京大学物性研究所、ゲッティンゲン大学の共同研究によるものです。本研究の一部は、JSPS 科研費（25707030）、JST さきがけの支援を受けて行われました。本研究では東京大学物性研究所の物質設計評価施設を利用させていただきました。

参考文献[1] S. Nakatsuji et al., Phys. Rev. Lett. 96, 087204 (2006).
[2] Y. Machida, S. Nakatsuji, Y. Maeno, T. Tayama, T. Sakakibara, and S. Onoda, Phys. Rev. Lett. 98, 057203 (2007).
[3] Y. Machida, S. Nakatsuji, S. Onoda, T. Tayama and T. Sakakibara, Nature 463, 210 (2010).
[4] L. Balicas, S. Nakatsuji, Y. Machida, and S. Onoda, Phys. Rev. Lett. 106, 217204 (2011).
[5] Y. Tokiwa, J. J. Ishikawa, S. Nakatsuji, and P. Gegenwart, Nature Mater. 13, 356359 (2014).

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

マルチフェロイック物質におけるスピン・ネマティック相互作用の観測

中性子科学研究施設

左右田 稔、益田 隆嗣

研究の背景と経緯
磁気秩序と電気分極が同時に発現するマルチフェロイック現象は、スピン・軌道相互作用を起因とした物理現象の 1 つであり、ここ 10 年間の物性物理の大きな興味の一つとなっている。サイクロイダル磁気構造をもつ TbMnO3、プロパー
スクリュー磁気構造をもつ CuCrO2 等の様々な系に対して実験・理論両面から研究がなされ、スピン構造と電気分極の関係についていくつかのモデルが提案されている。[14] その中で、二次元反強磁性体 Ba2CoGe2O7 は、単純な collinear 磁気構造をもつにもかかわらず、特徴的な CoO4 四面体局所構造が存在することによって、興味深い磁性と誘電性の関係を示すマルチフェロイック物質となっている。[5]Ba2CoGe2O7 では、磁性を担う CoO4 四面体に反転中心が存在しないことから、Co サイトのスピン四極子は電気分極と等価となる。このため、当該物質では誘電的性質をスピン・ハミルトニアンの枠組みの中で解析することが可能である。
Co イオンの局所的及び非局所的対称性の考察から、たとえば電気分極の Z 成分は、スピン四極子(スピン・ネマティック演算子)OXY = SXSY + SYSX と等価であることがわかる。したがって、電気分極相関をスピン・ネマティック相関と結びつけることができ、磁性と誘電性の両方をスピン・ハミルトニアンにより記述することが可能である。さらに、このスピン・ネマティック演算子 OXY = SXSY + SYSX = cos(2){SxSy + SySx}  sin(2){(Sx)2  (Sy)2} 間の相互作用[6]が、ab 面内の磁気異方性を決める最低次項であることも導かれる。ここで、X,Y,Z は四面体上に局所的に定義された座標であり、x,y,z は非局所的な座標である。図 1(b)、1(c)に Co サイトにおける磁気異方性、電気分極、スピン・ネマティック演算子の関係を示す。反強誘電的相互作用あるいは反強的ネマティック相互作用が働いている場合、図 1(b)のように異方性軸は<100>方向となり、強誘電的相互作用あるいは強的ネマティック相互作用の場合は図 1(c)のように<110>方向となる。このことは、
スピン・ネマティック相互作用定数と電気分極の誘電エネルギーが、電気分極のみならず磁気異方性エネルギーの測定によっても検出可能であることを意味する。

図 1 (a) Ba2CoGe2O7 の結晶構造。(b),(c) Co サイトにおける磁気異方性、電気分極、およびスピン・ネマティック演算子の関係。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

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実験結果
中性子非弾性散乱実験による磁気励起測定と SQUID 磁束計による磁化測定を行うことによって、スピン・ネマティッ
ク相互作用の検出を試みた。中性子非弾性散乱実験によって観測された、反強磁性スピン波について、Q=(1,0,0)近傍の低エネルギー励起を図 2(a)に示す。0.1 meV 程度の明瞭な磁気異方性ギャップが存在することがわかる。この磁気励起スペ
クトルを、スピン・ネマティック相互作用  Jpeff  OXY(i)OXY(j)を考慮したスピン・ハミルトニアンで解析すると、図 2(a)の白線のように実験結果がよく説明される。この実験で得られるスピン・ネマティック相互作用定数は Jpeff =0.198 eVであり、これは電気分極の静電エネルギーにもなっている。
c 面内の様々な方向に磁場を印加した場合の静磁化率を図 2(b)に示す。[110]及び[110]方向に磁場を印加した場合に、スピンフロップ転移による磁化率の増大が H=3000 Oe 付近に観測される。[110]と[110]方向のみで転移が観測される4 回対称な振る舞いから、スピン・ネマティック相関は図 1(b)で示すように反強ネマティック的であることが示される。
Jpeff =0.198eV とした場合の T=0 K における静磁化率の計算値は図 2(c)のようになり、実験結果を再現することがわかる。以上のように、磁気励起と磁化率の測定により、スピン・ネマティック相互作用の存在が明らかにされた。また、スピン・ネマティックエネルギーと電気分極の静電エネルギーを定量的に見積もることが出来た。

図 2 (a) Q=(1,0,0)近傍での中性子非弾性散乱強度マップ。白線は、スピン・ネマティック相互作用を考慮したモデル計算を示す。(b) c 面内における静磁化率の方向依存性の実験結果。(c) c 面内における静磁化率の方向依存性の計算結果。

今後の展開
電場印可による磁性制御に注目した電気磁気効果の研究は、基礎・応用両分野で重要になっている。今回の研究において、Ba2CoGe2O7 では電気分極がスピン・ネマティック演算子と等価であり、磁気異方性がスピン・ネマティック相互作
用によって決定されていることが明らかになった。基底状態は、図 1(b)に示すように、反強誘電/反強ネマティック的秩序が存在し、スピンは<100>方向を向く状態が実現している。ここでもし、<001>方向に電場を印可して電気分極の方向を揃え、図 1(c)に示す強誘電/強的ネマティック状態が実現されれば、スピンは 90 度回転し、<110>方向を向く。すなわち、スピンの方向を電場によってコントールできることが期待され、新しい電気磁気効果の可能性が示唆されている。スピン・
ネマティック相互作用の大きさを示す Jpeff は、スピンが<100>方向を向いた状態と<110>方向を向いた状態とのエネルギー差を表しており、その値が小さいほどスピンをコントロールしやすい。したがって、Jpeff はこの電気磁気効果の特徴的なパラメーターとなっている。今後は、当該物質における磁気モーメントの方向を電場で制御する研究や、Jpeff の大きさが異なるマルチフェロイック物質の系統的な探索が重要である。

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

なお、本研究の詳細な内容は、M. Soda, M. Matsumoto, M. Månsson, S. OhiraKawamura, K. Nakajima, R. Shiina,
and T. Masuda, Phys. Rev. Lett. 112, 127205 (2014).で閲覧することができます。

謝辞
本研究成果は、松本正茂教授(静岡大学)、椎名亮輔准教授(新潟大学)、Martin Månsson 博士(PSI)、河村聖子博士(日本原子力研究開発機構)、中島健次博士(日本原子力研究開発機構)との共同研究によるものです。また、Andrey Zheludev
教授(ETH)、Severian Gvasaliya 博士(ETH)から中性子実験等において有益なコメントを頂きました。本研究の一部は、
文科省科研費(24340077, 20740171, 24740224, and 23540390)の支援を受けて行われました。
参照文献[1] T. Kimura, T. Goto, H. Shintani, K. Ishizaka, T. Arima and Y. Tokura. Nature 426, 5558 (2003).
[2] S. Seki, Y. Onose and Y. Tokura. Phys. Rev. Lett. 101 067204 (2008).
[3] H. Katsura, N. Nagaosa, & A. V. Balatsky. Phys. Rev. Lett. 95, 057205 (2005).
[4] C. Jia, S. Onoda, N. Nagaosa, & J. H. Han. Phys. Rev. B 76, 144424 (2007).
[5] H. Murakawa, Y. Onose, S. Miyahara, N. Furukawa, & Y. Tokura. Phys. Rev. Lett. 105, 137202 (2010).
[6] J. Romhányi, M. Lajkó, & K. Penc. Phys. Rev. B 84, 224419 (2011).

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23鉱物のお話

電子顕微鏡室浜根 大輔

物理や化学が主体の物性研究所において、研究者や学生はペロブスカイト、パイロクロア、スピネルなどの単語を耳にする機会は多いだろう。実際にこれらをキーワードに論文を検索すると、結果のほとんどが物理・化学系の論文である。
ところがこれらの単語はまったく別の学術分野から産まれたということはご存じだろうか。実はこれらの単語を生み出したのは鉱物学という学術分野で、上記の単語は「鉱物」の名前である。ではこの名前、いったい誰がどうやって決めるのか。そもそも「鉱物」とは何だろう。

鉱物とは「鉱物」とは自然界に存在する多くの物質のうち「地質作用で生じる、一定の化学組成と結晶構造を持つ物質」のことを指す。宇宙が誕生し、星々が作られ、地球が生まれ、大地や海ができて今の姿になる、その過程(地質作用)で生まれたのが鉱物という物質である。山や川に転がっている石ころをよく見ると小さな粒の集合であることが分かるだろう。その一粒が鉱物なのだ。そして鉱物は「一定の化学組成と結晶構造」により「種(しゅ）」という基本単位を分けることができる。現時点では 4900 種あまりの鉱物が知られている。
では新しい鉱物はどのようにして決まるのか。鉱物の新種は国際鉱物学連合(International Mineralogical Association)の「新鉱物の命名・分類のための委員会(Commission on New Minerals, Nomenclature and Classification)」において審査を受け、その承認を得る必要がある。新しい化学組成・結晶構造を持つ鉱物を見つけたとしたら、その地質作用や科学的根拠を明記した申請書を委員会へ提出する。申請の際に名前(学名)も著者らが提案するのだが、それは比較的厳密である。地名・人名(献名が多い)・特徴的な外観・化学組成などに由来するものが多く、一部の鉱物グループには命名規約が存在することもある。多くの場合はギリシャ語で石を意味する「ite」や「lite」を名前の最後につける。また、発見者の名前をつけてはいけないというルールも存在しており、自由自在というわけではない。委員会は提出された申請書に基づいて鉱物と名前・命名理由を数ヶ月かけて審査し、承認可否の判断を下す。承認通知が届いたらおめでとう、新鉱物の誕生である。

日本からも見つかっている新種の鉱物
日本列島は複雑な地質構造で、その国土面積に比して産出する鉱物の種類は多く、いまのところ 1000 種あまりの鉱物が日本列島から産出することが知られる。そのうち日本からの発見が世界初となる鉱物は 132 種で、私はこれまでに 15種の新鉱物の発見に関わってきた。自然の中に寝る未だ見ぬ新鉱物を発見する。そこにはロマンがあり、物性研究所に所属する身としては物理・化学にも貢献できる新鉱物を見つけてみたい。いつかそんな日が来ることを夢見つつ、今回はこれまでに発見してきた新鉱物をいくつか紹介しておこう。

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

図 1. 写真左右約 10 mm。淡緑色針状結晶が伊予石、その先端にある六角結晶が三崎石で、いずれも新鉱物。2013 年に愛媛県佐田岬半島の海岸で発見した。そこは銅とマンガンを含む石が波をかぶるような場所で、金属成分と海水が反応して生じたと考えられる。半島を囲む海域、伊予灘と三崎灘に因んで命名した。いずれもアタカマ石グループに属する。

図 2. 写真左右約 0.5 mm。中央と右下に分布する乳白色の粒状結晶が岩手石。岩手県出身の童話作家・詩人である宮沢賢治は「石っこ賢さん」と呼ばれたほど鉱物に造詣が深く、作中にも多くの鉱物が登場する。そんな彼の名前を新鉱物に採用しようと思ったが、彼の愛した岩手を先に命名することにした。2013 年に発見。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

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図 3. 写真左右約 0.5 mm。中央の金属質微結晶が伊勢鉱。この地域の地質は、かつての太平洋の海底にたまった堆積物に由来しており、鉄、マンガン、モリブデン、バナジウム、レアアースなどに富んでいる。マンガンとモリブデンを同時に主成分に持つ鉱物はこれまで無く、伊勢鉱が世界初の発見となった。2012 年に発見し、発見地の伊勢市に因んで命名。

図 4. 写真左右約 0.5 mm。伊勢鉱と同じ産地から発見した。緑簾石グループに属する新鉱物。名前は関連鉱物に研究実績のある島根大学教授の赤坂正秀(b.1950)に因むが、命名のルールが決まっており化学組成も名前に組み込まれる。伊勢鉱より前に発見していたが、申請のためのデータ収集が難航し、承認されたのは 2014 年 2 月。

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

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

近藤 猛

今年 2 月 1 日付で極限コヒーレント光科学研究(LASOR)センターの准教授に着任いたしました。この場をお借りして、自己紹介をさせていただきます。私は、2005 年 3 月に名古屋大学にて水谷宇一郎先生の研究室より竹内恒博先生直属の学生として博士課程を修了しました。その後一年は学術振興会の研究員としてマサチューセッツ工科大学(MIT)のEric Hudson 先生の研究室に所属し、また 2006 年度からはアイオワ州立大学エイムズ研究所の Adam Kaminski 先生の下でポスドクとして５年間を過ごしました。帰国後は物性研究所の辛埴先生の下で３年間特任研究員として研究を続けた
後、現在に至ります。以下、研究生活を通して振り返る私のショートストーリーです。

「学生時代」
私は銅酸化物高温超伝導体の単結晶作りから研究を開始しました。この物質に関する研究はすでにし尽くされている感がある中で、努力しても結晶を上手く作れない時期が長く続き、精神的にもかなりしんどかったのを思い出します。FZ 炉に２日連続の徹夜で張り付いて監視したことや、徹夜明けのバイト(披露宴会場の配膳サービス)でお客の前で大あくびをかいてしまいチーフからこっぴどく叱られたのも、今となっては懐かしい良い思い出です。当時の研究テーマは、角度分
解光電子分光(ARPES)で観測する電子構造をもとに電子輸送現象の特異な振る舞いの起源を解明することでした。幸い、物性研の辛グループが開発した世界最高級の ARPES 装置を使う機会に私は恵まれました。しかし、マシンタイムが半年に一週間程度と少なく、豊富とは言えないデータをいかに駆使して結果を導くかに苦心しました。物理学会では毎回必ず発表すると心に誓っていたので、当然のごとく見切り発車の連続で、てんてこ舞いの記憶しかありません。

「MIT で」早く卒業すれば頂いていた学振 DC2 を PD に変換してどこへでも留学ができると分かって以来、博士 2 年での修了を決意しました。業績が学位取得の条件を満たすか微妙な状況でしたが、竹内先生の強力な援助のおかげで目標を達成できました。海外ならアメリカだ、とすぐに決心しましたが、配属先には悩みました。ARPES で運動量空間を観測してきたので今度は実空間だと、走査型トンネル顕微鏡(STM)の実験に興味を持ちました。MIT の Eric Hudson 先生が研究室を立ち上げ途中だと聞きつけ、良い経験が出来そうだと、長文を書いてメールしたのですが一向に返事がなく、きわどい時期になりかなり焦りました。
「ポスドク時代は１年１年が勝負です。そのことは先生が一番良く理解されているはずです。期
日が迫っていますから返信だけでもよろしくどうぞ。
」と熱いメールを再度送ったところ、やっとのこと返信(「君の言う通りだ。遅れて申し訳ない。
」といったようなすごく温かい内容でした。)を頂き、晴れて留学の道が開けました。あっという間の滞在期限だったのですが、当時私と共に働いた３人の学生はすべて私が育て上げた単結晶を用いての測定結果で博士論文を仕上げており、とても誇らしく思っています。

「エイムズ研究所で」アメリカでもう少しやってみようと思いましたが、海外学振の公募には落ちてしまいました。すぐに Eric にポスドクの道をお願いしてみましたが、出来て間もない研究室の状況から資金的余裕もなく断念せざるをえませんでした。途方に暮れていた時、研究室をちょうどスタートした Adam Kaminsk 先生(ARPES の達人)がポスドクを探しているとの情報を
竹内先生から聞き、即座に決心しました。いろいろとトラブルもあり、ARPES 装置が安定して機能するまでに２年以上を費やしましたが、マシンタイムが足りなくて苦労した経験が学生時代にあるため、際限なく装置を使える状況がうれし
くて、週末を返上してまで実験に没頭しました。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

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私は工作が好きで、毎日のように工作室で作業をして過ごしたのですが、Adam 宅に招かれての最後の日に、デジタル
ノギスをプレゼントして頂きました。よく見ると、裏に「近藤猛 工作上手」と漢字で彼自身の手彫りがしてあり、それを見て思わず涙が出そうになりました。同じくエイムズ研究所所属で親しくして下さっていた古川裕次先生(NMR の達人)から、ある日 Adam が適当な漢字を教えて欲しいと尋ねてきたのだ、と後になって教えて頂きました。このノギスは一生の宝物です。

「物性研究所にて」物性研に初めて来たのは学生時代に辛グループの装置をお借りしに来たときのことです。物性研近辺はなんだかキャン
パスらしくない近未来的イメージで、あたかも宇宙ステーションにでも舞い込んだような印象でした。ゲストハウスから物性研に向かう途中の宇宙線研建物のそばにある摩訶不思議な丸い水たまりを眺めつつ、はてここからどんな宇宙船が飛び立つのやら、なんて妄想したものです。そんな物性研も少しずつ身近な存在になり、それでもなお学生時代に通っていた自分を思い返すとまだまだ見合っていない存在の様でもあります。頭を垂れて何やら考えにふけりつつ廊下を歩く辛先生に対し学生の自分には話しかけずらいオーラを(勝手にですが)感じていましたが、それも今となっては親しく接して頂いており、これまた不思議なものです。何もかもまずは物性研が本当に自分の居場所だと気持ちを根付かせることからス
タートせねばなりませんが、「世界一の…」と宣伝できるような装置開発も視野に入れつつ、その名に恥じない活躍が出来ればと意気込んでいます。

こうして振り返ってみると、いろいろな幸運、そして素晴らしい方達との出会いが有って今の自分がいることに気づかされます。これからもそれは同じでしょう。それも、一途に研究に取り組んできたおかげであり、その初心は忘れないでいたいものです。まだまだ未熟で不安な点も有るのですが、物性研究所がますます発展しますよう微力ながら身を捧げて行くつもりですので、今後とも何卒よろしくお願い致します。

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

物性研に着任して鈴木 博之
今年の 2 月に、物性研究所のユニバーシティ・リサーチ・アドミニストレーター(URA)として特任研究員に着任しました鈴木博之と申します。今回は、この URA への着任記事として書かせて頂きます。従って研究履歴等の紹介は控えめです。
よく聞かれることですので、まずはその URA という職自体について説明する必要があると思います。以下、東大の URA
制度の基本方針を参照して、URA の業務についてご紹介します。この URA の業務自体は新しい概念ではなく、外部資金の公募情報の把握、最適な提供からの資金管理、そしてアウトリーチ活動など、現在研究者が行っている幅広い研究活動の中の「研究以外の活動に対しての支援」が業務となります。つまり、その研究分野の専門性を有した人材がバックアッ
プすることにより、研究者の研究以外の負担を軽減して、研究にできるだけ専念できる環境づくりに貢献する、というのが基本コンセプトです。どのような人材がこの URA という職についているかですが、私の周囲の状況で知る限りでは、
私のような研究者、大学の先生やポスドクなど研究職から、JST や企業の中で研究マネジメントに近い仕事から移られた方、大使館の科学技術担当、それから秘書などと様々です。これは URA 業務自体の多様性と、所属する部局によって求められている主な業務が違うことに加えて、文科省の URA の整備事業も始まったことで急激に URA 職が増えたことも反映されております。待遇面も含めて、今後如何に URA を確立されていくかは、URA 当人が多様な業務の中からどのように仕事を選択するかも含めて、当分の間試行錯誤が続くと思われます。では、物性研においては具体的にはどんなことをするかについては、公募時の内容を紹介させて頂きます。
● 物性研究所における新規プロジェクト、共同利用・共同研究、国際展開などを推進するために国内外の物性研究コミュ
ニティとの情報交換や意見調整、会合の企画などを担当する。
● 外部研究資金に関する情報収集・分析を行い、教員を支援するとともに、所外連携の円滑化を図る。
● 広報、アウトリーチ活動、産学連携、国際外部評価などの活動を推進する。
と多様な業務ですが、当面は広報やアウトリーチ関係が主な活動になります。また、外部とのパイプ役とういう役回りでもあり、積極的に外に出て情報収集・調整活動等を行っていきたいと思っております。ということですので、物性研内外において、私が色々関与させて頂くことが多いと思いますので宜しくお願い致します。また、是非、ご意見・ご指導も頂ければと思います。
さて、ここで改めて私自身の URA に至るまでの経歴紹介をさせて頂きます。祖父が金属職工で自宅にボール盤があったこともあり、小学校の時から「ものづくり」に興味を持ち、どうせつくるなら根本から、という単純な発想のもと、工学を通り越し理学にまで跳び、東北大学理学研究科に入学しました。この無垢な進路のイメージは学部時代のサッカーやバイトに明け暮れてゆくなか、すっかり記憶の彼方でしたが、たまたま最初に研究室訪問した磁気物理研究室が、試料作成の盛んな研究室であったことで、幸か不幸か昔に抱いたイメージ通りの結果となりました。研究室には鈴木孝先生という、ある意味不世出の先生もいらっしゃり、またスポーツ大会を総なめにするような同僚にも恵まれ、なかなか思い出深
い院生生活でした。研究に関しては高木滋先生に師事し、ウラン系化合物の研究を行っておりました。修了後の 1996 年に、当時は科学技術庁の金属材料技術研究所、現在の独法化後は物質・材料研究機構(NIMS)に入所し、希土類系の純良単結晶育成や物性研究、及びハイブリッドマグネットの磁化測定のローカルコンタクトとして測定装置開発等も行っていました。1999 年から 2 年間、フランス・グルノーブルのネール研究所と ESRF に客員研究員として滞在し、ネール研究所
では故 Morin 博士のグループに、ESRF では ID20 磁気散乱グループに所属し、強相関系や多極子系の試料育成や物性測定、及び XMCD や 3He 冷凍機の立ち上げと極低温の放射光実験を行っていました。この外国での経験も今となっては
URA の仕事に役立っています。特に、アウトリーチに関しては勉強になったことが多く、例えばフランスでの科学週間では、研究者たちが街の中心の公園で出前公開実験をしていたのはとても印象的でした。また科学週間以外でも、研究所に■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

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はかなりの頻度で小学生から一般の方までが訪問しているのを見かけました。フランスの子供達はませていて大人顔負けの議論をしたがるので見ていて面白いのですが、研究者の方もアウトリーチが当然の責務だとしていることに、当時の私は感銘を受けました。
帰国して 3 年後の 2004 年から約 1 年半、内閣府の総合科学技術(CSTP)に出向しました。今年度から総合科学技術イノ
ベーション会議(CSTI)と改称しましたが、言うまでも無く、このときの経験も今回の URA 職への応募に繋がっています。
この記事を読まれる若い人の中にも、そういうところで何をしているのか興味がある方もいらっしゃるかもしれないので、少し具体的に行った業務について紹介します。日本では 5 年に一度の科学技術基本計画を策定しますが、私は丁度策定のタイミングで出向し、「ナノテクノロジー・材料」分野における推進戦略の策定作業を行いました。この場合の策定作業としては、各省の担当者と調整活動を行いながら、会議の企画や運営を行い、その会議での議論内容をもとに執筆を行っていきます。また例年の作業となりますが、担当する分野の資源配分方針案、つまり科学技術関連の予算をどう配分するのかについても各省と調整や会議等によって検討作業を行っていきます。その他には、国会等の答弁に関する資料作成もありますし、自民党議員への説明に対する資料準備なども行います。よく自民党本部にも出かけました。CSTP が一応日本の科学技術政策のトップに位置します。この会議の議長は総理大臣ですから。一応と言うのは、予算を握っているのはそれぞれの省ですので、あくまでも方針を述べるだけになります。それ故に各省との調整が必要となります。最近になって、CSTP も予算を持つようになりました。5 年前の FIRST から、今年度の SIP や ImPACT です。科学技術政策担当大臣もいらっしゃいますが、勿論、彼らは理系の方ではありません。(鳩山元首相は博士をお持ちだったようですが)私も数度大臣に説明に伺ったことはありますが、科学技術としての重要なポイントを理解して頂くことは不可能です。この CSTP 時
代に行った海外調査で、フランスの原子力庁の元長官にお会いすることがあったのですが、その方は原子力の博士をもっていらっしゃいました。科学技術立国と称している日本もそのような時代が来ることを切に願う次第です。勿論、このような大臣以外にも、「有識者議員」と言って、元大学の総長クラスの方も CSTP の構成員となり科学技術政策決定には重要な役割を担っています。いずれにしろ、専門性を有する研究者が出向して、科学技術政策の策定作業の下働きを行う必要があることは事実です。ご興味があれば、総合科学技術・イノベーション会議の HP を覗いてみて下さい。最初は見慣れない言葉が並んで理解しづらいかもしれませんが、日本の科学技術の中で自分がどんな位置にいるのか考えるには良い機会かと思います。
もう 1 点、URA に結びついた経緯としては、2008 年から日本中性子科学会の行事幹事を 4 年間務め、その間に学会のアウトリーチとして市民公開講座の立ち上げを行ったことが挙げられます。
アウトリーチは右肩上がりの予算の時代では、そのような努力は少なくとも熱心にはされておらず、そのつけが回って、ご存知の通り今は科学技術に対しても税金を使う説明責任が一層求められ、結果的に様々な形で研究当事者への研究以外の負担が大きくのしかかっています。特に、物性物理の研究分野では、一般の人に理解しやすい形で役に立つことをアピールするのが難しい場合が多く、その難しさは
市民公開講座を企画から運営まで行うとしみじみ感じます。「科学技術」という言葉は日本の中でも認知されていますが、ヨーロッパのように「サイエンス」が文化として根付いている(これは賛否両論あると思いますが)とは残念ながら言えない状況だと思います。
色々書き出すと長くなりますので、このあたりで終わりたいと思います。以前の物性研だよりで佐藤(卓)先生の記事にありましたが、これだけの物性物理の研究者の集団は世界的にも稀であり、ましては強磁場等の施設も整っているところはありません。これらのポテンシャルを活かして物性研発の「サイエンス」が少しでも多く出せるように、研究者が研究に専念できる環境をつくるための裏方役として、また、物性研 URA として求められている所内外の風通し役として貢献
できればと思います。URA 室は 3F の所長室近くです。URA 室と言っても私一人ですので、何かありましたら是非お気
軽にお訪ね下さい。
最後に、次回の物性研だよりから URA 担当記事としてインタビュー記事を連載する予定でおります。乞うご期待。

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

客員所員を経験して名古屋大学 工学研究科 応用物理澤博2013 年度に中辻先生にホストになっていただき客員教授として物性研に何度も訪ねさせて頂きました。共同研究以外にも、他の所員の先生方との研究の打ち合わせ、関係者が集まったミニ研究会など多彩で興味深い時間を過ごさせて頂きました。
私は、六本木時代の物性研で X 線測定室の助手を 5 年間勤めていました。20 年も前の話で、当時は昭和 30 年代の納入
シールの貼られた装置がずらりと並んでおり、さながら博物館のようでした。しかし、毎年のように物性研から予算が投入されて新しい装置に順次置き換わり、私自身も所内の多くの方々と多種多様な共同研究をさせて頂いていました。当時は訳も分からず熱い議論に参加させて頂いておりましたが、物性研におられたある重鎮の理論の先生にしみじみと、「君はいつも面白い系の研究をさせてもらっているね～」と褒められたのだか皮肉られたのかよくわからないコメントも懐かしい思い出です。
その後、助手を任期満了し某国立大学や国立研究所を転々として現在は名大に席を置かせて頂いています。
学生時代から X 線回折を主軸とした研究を行ってきましたが、最初手作りに近い粉末回折計と解析用のソフトウェアを用いた銅酸化物系の未知物質の同定から始まり、分子性結晶や磁性酸化物の電荷とスピンの自由度が絡まった物質系の相転移現象などを扱ううちに「もっと強い光を」と放射光 X 線も利用するようになり、KEK PF から SPring8 のビームライ
ンの立ち上げのお手伝いもさせて頂きました。この間に放射光施設の実力も飛躍的に上がり、10 年前にはとても無理だと(私が)思っていた軌道電子の秩序状態の可視化にもなんとか辿りつけそうです。どうやら「見えて」いるらしいことを、国内の学会や国際会議、物性研談話会でも紹介していますので、ご存知の方もおられるかもしれません。
X 線回折は、目に見えるフーリエ変換ともいえるよく知られたプロセスであり、技術的な問題があっても学術的な意義があるかどうか疑問を呈する方も多いと思われます。この点について個人的には賛成ですが、だから“枯れた技術で誰でもできる分析測定”であるというのはどうやら間違いのようです。特に、精密解析を行ってみると現状の装置の精度や解析方法の問題点が次々に明らかになります。我々は、装置の高度化と同時に解析ソフトウェアの見直しも行い、最近やっと信頼に足るような手法を確立しつつあります。この結果、やはり誰でもが使えるような装置というのは理想であり、回折現象の専門的な知識をある程度持つ研究者が実験に携わらなければ、得られた結果について信頼がおけないという結論に達しました。
最近我々が精密解析を行っている Mott 絶縁体の軌道秩序や分子性結晶におけるフロンティア軌道の分布などは、他の実験手段とは比較にならないほどの精度でその空間電荷分布を観ることが出来ます。こうなってくると、基底状態から励起状態へという物性研究の王道とは異なってきて、第一原理計算との直接比較や、外場応答を用いた励起状態からの類推などが必要になってきます。更に、私自身はこの精密解析を物性研究における屠龍の技とせずに、どこへ向かわせるべきか？といった禅問答のような壁の前に佇んでいます。このような、哲学的な疑問の拠り所として物性研究所に期待させてほしい今日この頃です。
筆が乗ってきたので、最近の経験をもう一つ。競争的資金の競争率が昔から比べると緩和されたために、各大学、研究所には最新鋭の装置が多く配備されて実験データの質も上がってきました。一方で、その競争に打ち勝つために、流行りものや産業利用を見据えた(ように見える)系といった研究対象がもてはやされているようです。中にはいわゆる物性研究として位置付けるのはどうかと思うものもありますが、一方で例え基礎的な学術研究と雖も「何の役に立つのか？」と世間から問われるのも事実です。
最近、企業と共同研究で行った新しい白色 LED 光源のための新物質蛍光体の開発についてお話しましょう。市販されている白色 LED はまぶしいのに明るくないという不思議な光源です。その理由は、透過力の高い青色 LED の光とこれを励起光にした蛍光体の黄色光を混ぜることで白色光をつくるという原理にあります。青色光というのは遠くからも見えま
すが、目に眩しく滲みやすい性質を持ちます。新しく開発した蛍光体は青色光より波長の短い紫色光を吸って黄色光を発■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

31光させます。これは発想の転換で、青色光が目に眩しいのに対して、紫色光は漏光を直接見てもあまり眩しくありません。
この紫色光を励起光にした黄色と青色の 2 色の蛍光体を混ぜると、柔らかな無指向の暖白色光を発します。これが、新しい白色 LED の種です。
驚いたことに、このような正に応用を見据えた物質開発の報告が、いわゆる物性研究の立場でなされていないことです。
実際、蛍光体の結晶構造中の発光サイトとその結晶場計算によるストークスシフトを明らかにしたという報告は殆どありません。この蛍光体の結晶構造からその発光機構までを丁寧に読み解いて、この物質の特異性を明らかに出来ました。その後、私からこの新蛍光体研究の最終段階は 2 択であることを企業側に伝えました。全く世間に報告しないか、世界的に有名な雑誌に投稿して旗を立てたことを公表するかです。結局、この企業は後者を選び 1 年も待たずに多くの賞を受賞し各界から注目を集めています。
さて、この経験から提言したいことは、我々物性研究者の産業へのかかわり方です。多くの場合、物性研究者は自分たちの研究対象としている系が応用的に役に立つかどうかを発信することが説明責任であると考えているようです。確かに、このような研究が当たると社会的にも大変輝かしい成果となります。しかし、そのような形の研究で十分な実入りがあったことは数えるほどしかなく、パテントなどの関係からも発展性は低いと言わざるを得ません。一方、技術的、知識的な情報については一企業の中で閉じるのは難しく、かといってどこに相談を持ち込めばいいか明確ではありません。最先端の研究技術を持つ研究者は、自分たちのテーマの延長ではない新しいスタイルとしての企業との協力研究に 1～2 割程度のエフォートを割かれては如何でしょうか？これが、長い目で見ると「もの作り日本」を支える一つの柱になるでしょう。
客員に呼んで頂いたお礼もそこそこにして勝手な雑感を披露いたしましたが、物性研のますますの発展を応援させて頂きたいと思っています。

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

客員所員を経験して産業技術総合研究所

三宅 隆

2013 年度に加藤岳生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。物性研は私にとって大学院時代の5 年間を過ごした場所で、それ以来、共同利用のスパコンユーザとして、また各種の研究会で継続的にお世話になっています。柏キャンパスは現代的な造りで六本木時代よりゆったりしていますが、建物内で人にすれ違うことは少なく、以前
よりずいぶん静かになった印象を受けました。今回の任期中の大きなイベントとしては、６月に開催された滞在型国際ワ
ークショップ Emergent Quantum Phases in Condensed Matter (EQPCM)に参加し、発表する機会をいただきました。
7 月にはミニワークショップ “Recent topics on magnetism: from permanent magnets to topological materials”を加藤先生と赤井先生に開催していただきました。いずれのワークショップもトポロジーがキーワードで、第一原理計算を専門とする私には刺激になりました。充実したホスピタリティを提供していただいたことにも感謝しています。先端的な基礎研究の実施場所と研究交流の場の両面において物性研が高い水準で機能し、引き続き物性研究の中核拠点であり続けることを願っています。

近年の私の物性研とのつながりとしては、2012 年度に始まった元素戦略プロジェクト＜研究拠点形成型＞があげられます。このプロジェクトは、社会、産業界から要請の強い問題に対して、物性科学の基礎研究者が材料科学の研究者と協力しながら課題解決を目指す 10 年プロジェクトです。磁石材料、触媒・電池材料、電子材料、構造材料の 4 つの領域が設定され、各領域が電子論、材料創製、解析評価の 3 グループから構成されます。私は磁石材料の電子論を担当することになりました。物性研は磁石材料、電子材料、構造材料の 3 領域に参画し、計算物質科学イニシアティブ(CMSI)と連携しながら電子論の共通基盤整備を行っています。以下、磁石研究のねらいと計算科学的アプローチの課題を簡単にご紹介します。

磁石研究の大きな目標は強い磁石を実現することで、その条件として大きな磁化と保磁力が求められます。最も強力な磁石は希土類磁石と呼ばれる物質群で、3d 遷移金属と希土類元素を主成分に含みます。なかでもネオジム磁石(Nd2Fe14B)
が過去 30 年間、最強磁石の座に君臨しています。磁石は国内電力の 50%以上を消費するモータの性能に直結し、身近な生活のさまざまな場面で利用されています。最近需要が急速に大きくなっているのはハイブリッド車や電気自動車、それに風力発電機です。応用の観点から見ると、ネオジム磁石の弱点は耐熱性です。保磁力は温度上昇とともに下がります。
そこで自動車の動作温度(200℃程度)で必要な保磁力を補強するためにジスプロシウムを添加します。しかしジスプロシ
ウムは希少金属で元素戦略上の問題を抱えています。(ネオジムも希土類元素ですが、軽希土類は比較的豊富に存在し、資源問題が深刻なのはジスプロシウムなどの重希土類です)。またジスプロシウムの添加で温度特性は改善する一方で、性能(最大エネルギー積)が悪化する問題も存在します。そのため、希少金属に頼らない磁石の高性能化と新規磁石の提案が大きな課題になっています。

このうち前者は、保磁力機構の解明の問題です。保磁力は大まかには異方性磁場と比例関係にあるものの、理論限界である異方性磁場の約 20%にとどまります。物質固有の異方性磁場と異なり、保磁力は材料組織に依存する材料パラメータで、保磁力低下の原因特定が重要な課題です。焼結磁石は典型的に数ミクロンメートル程度の結晶粒から構成され、粒子の隙間にネオジム酸化物やアモルファス金属等の副相が挟まっています。近年の解析技術の進展により、主相と粒界相の界面の局所状態が保磁力に決定的な影響を与えることが明らかになりつつあり、原子スケールの界面構造の特定と磁気物性値への影響を、第一原理計算に基づいた理論計算で解明することが期待されています。しかし、希土類や遷移金属を含む、乱れのある複雑な界面構造を扱うことは現在の計算能力では限界があり、京コンピュータを用いても理想に近い界面■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

33しか扱うことができません。大規模計算にむけたソフトウェアの整備のみならず、新しい効率的計算手法の開発が必須です。磁石研究のもう一つの主要課題は新規磁石の探索で、バルクの物性値である磁化と結晶磁気異方性の理解がその出発点です。希土類磁石の磁性は、遷移金属(鉄やコバルト)の 3d 電子と希土類の 4f 電子が主役を担います。大きな磁化は主に前者に、強い磁気異方性は後者に起因します。4f 電子の空間分布は結晶中で球対称からわずかに歪み、結晶場を感じて最適な方向が決まります。そのため 4f 電子の軌道磁気モーメントの方向が決まります。すると強いスピン軌道相互作用によりスピン磁気モーメントの容易軸も決まり、これが希土類の 5d 電子を介して遷移金属の 3d 電子に伝わり、3d 電子に由来する大きな磁化の向きが決定します。したがって、希土類磁石の磁性は、局在性の強い f 電子と遍歴的な d 電子が結合した、比較的よく定義された物性物理の問題です。しかし電子間相互作用とスピン軌道相互作用を適切に取り扱う必要があり、既存の第一原理計算を超えた手法開発が必要です。

私は産総研では密度汎関数理論に基づいた第一原理計算で希土類磁石の機能解明も研究していますが、今回の客員所員としての研究課題には、基盤技術開発として強相関電子系のための第一原理計算手法の開発と応用を設定しました。この分野ではダウンフォールディングと呼ばれる第一原理有効模型の導出法が過去 10 年間に大きく進展し、世界的な潮流になりました。私たちも密度汎関数理論などを用いた電子構造を出発点とし、低エネルギー多体模型を導出する汎用的な方法を開発し、鉄系超伝導への応用などを通してその有効性を検証してきました。そこで物性研では、加藤先生に強相関物
理の最近のトピックスをいくつかご紹介いただき、その中から Mn 化合物など 2 つの物質を研究対象にすることにしました。任期中に研究を完了することはできませんでしたが、共同研究を継続している状況です。詳細と結果は、物性研の研究会でご報告できればと考えています。ダウンフォールディングの開発には強相関電子系と第一原理計算の双方の知識が必須で、物性研は研究の推進に適した環境にあります。磁石の問題に対する共通基盤整備という性格も備えており、磁石研究へ波及することに期待しながら計算を進めています。

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

客員所員を経験して木須 孝幸
2013 年度前・後期を通じて辛教授にホストになっていただき、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物性研に滞在させていただきました。私は 1999 年 4 月から 2010 年 3 月まで、途中 3 年間の理化学研究所勤務を挟み大学院生、特任研究員として在籍し、その後の阪大着任後も嘱託研究員として辛研究室の仕事に携わらせて頂きました。
私は、新しい光電子分光法の開発とそれを用いた物性研究をメインテーマとしており、物性研の光電子分光システムの開発にも関わらせていただきました。これらの装置は辛研究室の皆さんによって素晴らしい性能を発揮しており、物性研における光電子分光法が世界の最先端である、ということを改めて外からの視点で実感できたのはとても新鮮でした。
本客員期間中の私の研究テーマは、光電子分光法を用いた分子性導体(特に 2 次元)の電子状態の研究とそのためのノウ
ハウの構築あるいは新しい分光法開発でした。このテーマは分子性導体と光電子分光法の相性の悪さも相まって、私が修士 2 年の時から現在に至るまで 10 年以上もの長きにわたり、悪戦苦闘してきたテーマでもあります。分子性導体はその多様性により無限ともいえる物質設計の自由度を持っており、新しい機能性デバイス創成が期待されていますが、電子状態の直接観測による電子物性発現機構に関する研究はその困難さから非有機物質ほど効率的にはなされておらず、より効率的な機能性分子性デバイス創成のために光電子分光による電子状態研究には大きな期待が寄せられています。
一つ目の仕事として k(BEDTTTF)2Cu(NCS)2 をレーザー光電子分光でこれまで失敗してきた角度分解測定を目指しました。これらの物質の測定においては、冷却も非常に重要なノウハウとなっており、冷却スピードをいくつかの温度域
でそれぞれ制御しながら 2 日かけて超伝導転移温度まで持っていく必要があります。そのうえで、ある温度で劈開を行う
わけですが、光電子測定に耐えうる表面を得ることができる確率はそれでも 23 割程度にとどまっています。試行した数
回において、角度積分スペクトルを得ることができる表面は得られたものの、角度分散情報を得ることは残念ながらできませんでした。角度積分スペクトルは、以前同装置で取得したものと同様で、再現性の確認はできたものの新しい情報の取得には至りませんでした。角度分解測定の挑戦については、これからも腰を据えて続けていくつもりですが今回の失敗
したのは大変残念であるとともに申し訳なく思っております。
一方で、分子性導体を光電子分光を用いて測定を行う上で、その励起光エネルギーによる測定効率、スペクトル形状、ラディエーションダメージなどを系統的に知ることは最も重要なノウハウの一つです。今回を含むこれまでの結果と私が大阪大学において建設しました励起光として 6eV のレーザーを用いた光電子分光の結果と合わせて、6 8 keV の非常に広い範囲にわたっての知見を得ることができました。これまで 7 eV のレーザーを用いることが分子性導体のフェルミ準位近傍の電子状態を知るのに最も有効であることが分かっていましたが、測定効率・ラディエーションダメージの点では6eV の方が有利であることがわかりました。一方で、(BEDTTTF)塩を持つ物質群においては HOMO の底が約 0.8eV 付
近に位置し、6eV では電子の運動エネルギーが小さいため、ちょうどこの辺りのエネルギーは信頼性に欠ける場合がある
こともわかりました。これらのことから分子性導体の光電子分光研究においては 6eV と 7eV の励起光を測定対象と目的に応じて組み合わせることで最も信頼に値する研究を遂行できることが明らかになりました。
こちらはついでのような感じだったのですが、新しく開発する究極のエネルギー分解能と低温性能を持つ新型光電子分光
システム構築における各部詳細の議論に参加させて頂きました。私はやはり新しい装置というものに心弾むたちらしく、研究室のメンバーに混じらせて頂いて、アナライザー・低温・磁場遮蔽・駆動機構など様々な点についてアイデアを交わしあい、こちらでもとても充実した時間を過ごさせて頂きました。研究室の皆さんの超高分解能光電子分光への理解と情熱は他の追随を許すものではなく、改めて物性研の先進性に感嘆いたしました。私も更なる高度化のため微力を尽くさせて頂ければと思います。このような物性研ならではの研究開発の中から、きっと大きな発見が出てくるものと期待しております。
現在、授業や学生指導、用務に加え理化学研究所のチームリーダーも兼任し、日々めまぐるしく過ごしておりますが、客員所員として研究に専念する時間が持てたことは大変素晴らしいことでした。多くの関係者の皆様方に深く感謝いたします。本当にありがとうございました。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

35客員所員を経験して(独)産業技術総合研究所

朝倉 大輔

2013 年度に原田慈久先生の研究室で、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 を利用した軟 X 線分光研究に従事させていただき、原田先生はじめ、物性研の先生方に深く感謝いたします。放射光実験の他にも、物性研での各種研究会や LASOR セミナー等での発表機会をいただき、関係各位に御礼申し上げます。本稿では、本共同研究の目的・経緯、2013 年度に得られた成果についてご報告させていただきます。
まず、本共同研究の経緯について述べさせていただきます。2011 年 1 月の放射光学会にて行われた「最先端放射光計測技術による新規電池材料の研究開発」という企画講演にて、共に講演者であった私と原田先生が、リチウムイオン電池に関わる軟 X 線分光を使ったその場(In situ)計測技術を何とか確立しようと意気投合したのがそもそもの始まりです。原田先生は、軟 X 線発光分光(XES)の専門家であると同時に、軟 X 線分光と相性の悪い液体試料等の測定に果敢に取り組まれております。この点が、「充放電中のリチウムイオン電池電極の電子状態を“詳細かつ正確”に観測したい」という我々のニーズと見事に合致したということになります。
近年、全固体電池の研究も盛んに進められておりますが、一般的なリチウムイオン電池は正極、負極、電解液で構成されます。正極では Li+の脱挿入に伴って、ホスト構造内で電荷補償が生じ、充電によって酸化反応が、放電によって還元反応が進行します。例えば、代表的な正極材料の一つである LiMn2O4 においては、充放電が 4 V (vs. Li/Li+)で生じ、この電位が初期状態における Mn3+サイトの Mn3+ ⇔ Mn4+の酸化還元電位に対応していると考えられます。我々のグループでは、このような正極の電子状態変化を調べることで、高電位化や高容量化等の高性能化につながる新しい正極材料の設計指針を得ることを最終目的としています。電気化学・二次電池の研究分野では、同様の目的で正極材料の電子状態解析が広く行われていますが、その手法としては遷移金属 K 吸収端 X 線吸収分光が主流です。無論、元素選択的な手法であり、吸収端近傍の XANES スペクトルのシフトから酸化還元の様子が分かります。さらに、硬 X 線を用いるので、大気圧環境
で電池セルをセットアップすることが可能で、In situ 測定が容易であるという非常に大きなメリットがあります。ただし、充放電に最も重要な役割を担っているのは遷移金属の 3d 軌道であり、その詳細な情報を得るには、1s → 4p 遷移が優勢である K 吸収端の吸収分光では限界があります。一方で、軟 X 線領域の遷移金属 L2,3 吸収端 X 線吸収分光(XAS)や XES
を使えば、結晶場分裂やスピン状態、配位子との電荷移動の様子など、3d 軌道をより詳細に調べることが出来ます。XES
および蛍光収量 XAS は、いわゆる photonin/photonout の実験であるため、光電子分光や全電子収量 XAS よりも検出深度が深く、電流・電圧印加の実験にも適しています。さらに、XES では、本件のような複数の原子価が存在している系においても、励起エネルギーを変えることによって、特定の価数の情報を増大させて得ることが期待できます。しかし、
XAS、XES いずれも高真空環境での実験となるため、電解液を伴った In situ 測定は困難でした。
本研究では、上述の“詳細かつ正確”な電子状態解析が可能な In situ 軟 X 線分光測定を実現させるべく、まず、近年開発された軟 X 線分光用の液体試料セルに着目しました。この液体試料セルでは、軟 X 線の透過率が比較的高い Si3N4 やSiC 薄膜によって、真空槽と液体槽とを隔てています。原田研究室では、現在物性研特任研究員である丹羽氏が大学院生時代から、液体試料セルを応用した様々な試料の In situ・オペランド XES に取り組まれていました。ごく最近流行りだした“オペランド”というフレーズは、In situ かつ電流印加などの動作下(デバイスの実環境下)ということを意味します。
2011 年度後半から、我々は原田研究室と共同でリチウムイオン電池正極材料用のセル開発、および In situ・オペランド
XES 測定法の開発に取り組み、紆余曲折を経て、2013 年度に至りました。
2011 年当初は、Si3N4 薄膜にスラリー状の正極材料を直接塗布し、電解液、負極と組み合わせればすぐに実現可能であろうと考えていたのですが、実際に行ってみると、①充放電前の初期状態でも S/N 比が非常に悪く、限られたビームタイ
ムの中ではとても測りきれない、②充電時にさらに XES のシグナルが弱まる、等の問題が生じました。電解液を変える、正極の塗布方法を変えるなど、様々な条件を試した後に、ビームが当たった部分の正極が Si3N4 薄膜から剥離してしまう

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

ことを突き止めました。ビーム強度が強すぎることが主要因と考えられたものの、高分解能 XES を行う上で、あえてビーム強度を落とすわけにもいかず、試料側を強固な構造にするしかないという結論にたどり着いたのが 2013 年春になります。結局、正極を Si3N4
薄膜上に直接製膜することとなり、詳細は割愛します
が、産総研の共用施設なども活用して、真空蒸着、微細加工、アルカリを使ったエッチング処理等々、大変大がかりな試料作成となりました。原田研究室では、
オフラインチェンバーを使った In situ セルの耐真空テスト等の予備実験も行わせていただきました。その結果、2013 年 12 月のビームタイムで、LiMn2O4 のMn L3 端オペランド XES に成功することができまし

図 1: LiMn2O4 の Mn L3 オペランド XESた(図 1)。十分に高い S/N 比での XES 測定が可能となり、XES 測定後においても良好な充放電特性が維持されていることも確認できました。Mn L3 XES スペクトルは、充放電によって、Mn3+ ⇔ Mn4+の酸化還元反応に対応する可逆的な変化を示しました。現在、多重項計算を使った詳細な解析を進めているところです。今後、他の材料についても同手法を展開し、電子状態と電極性能の相関を探っていく予定です。
以上のように、本研究は高分解能 XES を使った電子物性研究ではありますが、放射光、物理、化学、電気化学、材料科
学という様々な研究分野に関わるものであり、さらに、産業にも直結した内容です。物性研のスタンスとして、基礎研究を第一とされていることに疑いの余地はないと思いますが、今後、目に見える形での社会貢献がより一層重要になってくることと思います。本研究が、物性研と応用研究寄りの研究者との距離感をより小さくする一助となれば幸いです。一方で、電池関連の学会で、XAS や XES の内容で講演をすると、結晶場や電荷移動効果など、電子物性本流の内容はなかなか理解してもらえず苦慮することもあります。応用研究サイドの方々に、基礎研究的な内容をいかに理解していただくかという困難な課題ですが、横断的な研究こそがいわゆるイノベーションを切り開く鍵であると信じて、引き続き努力していきたいと思います。
2013 年度は客員所員制度を活用させていただき、このような成果を得ることが出来ました。最後に、原田先生はもとより、原田研究室助教の宮脇さん、特任研究員の丹羽さん、大学院生の木内さんには XES 測定をフルサポートしていただ
き、大変感謝しております。SPring8 滞在中には、松田巌先生はじめ、松田研究室の皆様、播磨分室の皆様にもお世話になりました。また、本研究は産総研メンバーの多大な協力の下に成り立っております。今後の物性研、および東京大学ア
ウトステーションの更なるご発展を祈念いたします。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

37客員所員を経験して愛媛大学理工学研究科

楠瀬 博明

平成 25 年度後期の半年間、上田和夫、常次宏一両先生にホストになっていただき、物性理論研究部門の客員所員としてお世話になりました｡物性研には、これまでにも研究会やセミナーなどの機会に度々お邪魔することはありましたが、今回まとまった期間滞在できたおかげで、ホストの方々だけでなく実験研究室の方々、共同利用で来所されていた方々にも多くのお話しを伺う機会があり、有意義な時間を過ごすことができました｡この場を借りて感謝申し上げます｡
客員所員の期間中には、(1) 強磁性超伝導体の磁区構造と自己誘起磁束格子状態、(2) Pr 1220 系の非フェルミ液体的振る舞いと多極子・超伝導、(3) 多体効果による反転対称性の自発的破れとスピン軌道相互作用による新しい電子状態、の３つの問題について研究を進める計画を立てましたが、多くの方々との議論を通じてそれぞれある程度の進展がありました｡その様子をかいつまんで以下にご紹介します｡
強磁性と超伝導の共存は古くから興味をもたれているテーマですが、それらがミクロに共存する U 系化合物が相次いで発見されたことから、最近非常に注目を集めています｡引力機構やスピン 3 重項と予想されるクーパー対の対称性はもちろんのことですが、強磁性が作る強い内部磁場によって生じる自己誘起磁束格子状態も興味深いテーマです｡磁束格子は磁壁などのトロポジカルな励起と結合しますが、強磁性超伝導体においては磁束格子自体が自己誘起的かつ自己無撞着的に形成されたものであり、その安定性や空間構造は自明ではないからです｡常次さんとは、このような問題に対する現実的な理論的アプローチについて、ボゴリューゴフ=ド・ジャン方程式やギンツブルグ=ランダウ理論に基づくものから準古典理論によるものまで様々なアイデアを出し合いました。いろいろと検討した結果、第ゼロ近似として大まかな空間構造を捉えるには、磁束コアをハードコアな粒子に見立て、磁束間の斥力や磁壁との相互作用などを現象論的に導入して議論するのがよかろう、ということに落ち着きました。常次さんは話題に富んだ方で、議論を続けていると多方面の話題に花が咲き、気がつけば夜も更けてということもありました(遅くまでお付き合いいただき、ありがとうございました)。
PrV2Al20, PrTi2Al20, PrIr2Zn20 に代表されるカゴ状物質 Pr 1220 系は、結晶場基底状態にスピン縮退がなく純粋に軌
道縮退のみが残る系です。この軌道縮退に由来する四極子秩序、四極子秩序と共存する超伝導が観測されており、広義の
電荷揺らぎに由来する超伝導が発現しているものと期待されています。さらに、一部の系では非フェルミ液体的な振る舞いが見られ、長年理論的に議論されてきた四極子近藤効果が具現化したものと思われます。量子臨界性によらず 3 次元でフェルミ液体とならない初めての例ではないでしょうか。これらの系に関して、フェルミ液体性と非フェルミ液体性の観点から一見取り留めも無い実験結果を系統的に整理できないかと考えていました。ちょうど共同利用で来所される広大の鬼丸さんと議論する予定でしたので、同じく実験に来られる広大の梅尾さん、東工大の井澤さん、物性研の松林さん、荒木さんも交えて最新の実験データを基に議論しようということになりました。種々の物理量の間の整合性について理解が深まり、理論模型の構築において大変有意義でした。お陰様で、数値計算に適した理論模型を思いつき、計算結果が出始めています。実験家の方々は現象の解釈について具体的なイメージを持っておられるので、その見識に日々接することのできる環境は素晴らしいと感じます。後ほど、中辻さんもグループミーティングの時間を割いて議論の場を設けて下さり、
志村さんからも最新の実験結果や解釈について教えていただきました。
この話題については、上田先生とも四極子近藤効果や超伝導に関して議論しました。スピンと異なり電荷は連続的な広がりをもつ自由度なので四極子近藤模型の妥当性は遮蔽距離を理論的にどこまで考慮するかに依存するだろうということ
や、四極子揺らぎの超伝導に特有の現象は何かという点を明確にすることが肝要である、という大局的な観点からの助言をいただきました。他にも最近、柳さんと取り組まれている 2 次元格子における連続的モット転移の理論についてお聞きしましたが、モット転移マニアの私には大変興味深いものでした。
このところ興味をもって取り組んでいる反転対称性の自発的な破れとスピン軌道相互作用が産み出す新物性の話題については、物性研でセミナーを行ったほか、常次、上田、広井各先生と議論していただきました。また、物性研滞在の機会

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

を利用して共同研究者である東大本郷の求さん、速水さんを訪ね、細部にわたって十分な議論を行うことができました。
議論が白熱したため物性研に戻れず、柏ロッジの鍵を返し損ねて秘書さんにご迷惑をおかけしてしまいましたが･･･。
滞在中、ホストの両先生にはいろいろと気を遣っていただきました。昼食後は理論の談話室でよく雑談しましたが、ETHにいたとき皆で昼食に行った後一時間ほど雑談していたことを懐かしく思い出しました。また、榊原研の食後のお茶にも招いていただき、実験研究室の裏舞台も垣間見ることができました。URA の鈴木さんに伺った行政寄りの(ura)話も大変
興味深いものでした。
客員を経験しての雑感(というか改善希望)ですが、客員所員室は机の他は何もないので何となく落ち着かず(と言われてもどうしようもないでしょうが)、また、柏ロッジも含めて VPN を介したネットワーク接続が制限されているので、本拠地にあるデータに簡単にアクセスできず不便を感じました。紙と鉛筆だけあれば十分な正統理論家ならば問題は無いのでしょうが･･･。柏ロッジは便利なのですが、まともな朝食にありつくのが難しく、海外から長期滞在される方は苦労されるだろうと思います。
当初は、折角の機会なので定期的に来所して共同研究を精力的に進めようと考えていたのですが、講義期間中は思うよ
うに出張できず、2 月と 3 月の駆け込み訪問になってしまいました。そのため、他の理論の方々と話す機会を持てなかったことが心残りです。最後になりましたが、秘書の松下さん、江口さん、菱沼さんには、滞在中大変お世話になりました。
客員期間を充実したものにして下さった皆様に感謝致します。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

39客員所員を経験して

筑波大学数理物質系 教授

中村 潤児

2013 年度の客員所員を 1 年間担当させて頂きました。私は、30 年近く前に、物性研の国内留学制度で正味 2 年間お世話になりました。当時の六本木にあった物性研宿舎に住み込み、研究生活を謳歌していました。私にとって、物性研は、研究に没頭できる理想郷のようなところです。当時の表面物性部門はたいへん活気に溢れ刺激的でした。貯水用のプール
で泳いだことも懐かしく思い出されます。今回、物性研に戻ってきたような感じがして、懐かしさと同時にいろいろと励
まされるところもありました。
昨年度は、ナノスケール物性研究部門の信淳教授にお世話になりました。信先生とは、JST の ACTC プロジェクトで
現在共同研究を活発に行っています。プロジェクトの目標は、二酸化炭素を燃料・化学原料として重要なメタノールに室温で転換する触媒を、学理主導で設計することです。Cu/ZnO 触媒を使うと 523Ｋでメタノールに転換することができますが、室温で働く触媒システムを構築できればメタノール製造のエネルギーを大幅に削減できます。チャレンジングなテーマですが、これは夢ではなく、表面科学と計算科学との密接な連携による学理主導の触媒設計により可能になると考えています。
学理主導の触媒設計とは、メカニズムや表面素過程を詳細に調べ、それらを再構築して活性触媒を予測するというものです。触媒表面は大変複雑であり、多くの素過程が同時に進行し、複数の触媒成分が存在し、反応条件によって表面構造や速度論が複雑に変化します。したがって、単結晶表面などのモデル触媒を使った表面科学実験が、学理の実験面で必要不可欠です。さらに計算科学では、素過程の速度論的・電子的情報を集積して、大規模高速シミュレーションによって触媒を設計します。コンピュータ京の登場によって、触媒開発は新たな時代に突入すると予想されますが、その先駆けを目指すものです。その目標のために表面科学、計算科学、触媒調製の研究者からなる研究組織をつくりました。表面科学では、信グループが放射光を用いた最先端表面科学研究を進めます。電子理論は、既に私とメタノール合成の共同研究をしてきた大阪大学の森川教授のグループが担当し、超並列量子シミュレーションによる触媒デザインを行なっています。
私は、表面科学(特に反応ダイナミクス研究)とナノカーボンを用いた触媒設計の融合研究を推進しています。
最近の成果をひとつ紹介したいと思います。これまでの我々の研究で、CO2 分子が Cu 表面上での原子状水素と直接反応して、フォルメート(HCOO)を生成するという反応機構が示唆されました。これは EleyRideal 型反応機構(以下、ER機構)と呼ばれ、その存在はほとんど知られていません。通常の表面反応機構は、表面と熱平衡にある吸着種どうしが衝突して会合反応をする LangmuirHinshelwood 機構です。ER 機構の特徴は熱的非平衡的な反応である点です。通常の触媒反応では、触媒も反応ガスもすべて熱的平衡状態で反応が進行します。もし、この ER 機構が正しければ触媒反応に必要な振動エネルギーや並進エネルギーを選択的に供給することにより効率的に反応を進行させることができます。ACTC
プロジェクトの研究では、原子状水素を吸着させた Cu(111)表面を 150 K に冷却し、その表面に並進および振動エネルギーを励起した CO2 分子線を衝突させたところ、予想通りフォルメートが生成することが確認されました。すなわち、表面が低温であっても CO2 にのみエネルギーを供給すれば反応が進行することを世界で初めて実験的に観測しました。さらに、第一原理計算結果は実験結果をよく説明し、i) CO2 が表面水素に接近するために並進エネルギーが必要なこと、ii) 接近後に OCO 軸が屈曲し、活性化障壁の 40%程度は振動エネルギーを要すること、iii) CO2 が直接水素原子をアタックする
ことを示しました。これは statetostate chemistry を触媒反応で展開できることを意味します。現在、この反応ダイナ
ミクスを詳細に調べていますが、同時に、応用として、新しいタイプのエネルギー選別型反応器を試作してメタノール合成を低温で実施することを目指しています。
本プロジェクトでは Cu 表面における CO2 の解離に関する理解が進み、83K で CO2 が Cu のステップ表面で解離することを見出し(信グループ)、CO2 解離の構造依存性を第一原理計算で調べました(森川グループ)。最近、雰囲気光電子
分光システムが SPring8 BL07LSU(東大ビームライン)に納品され、組立・調整作業、性能達成の確認をし、20 mbar 窒
素ガス雰囲気中で光電子分光スペクトルの測定に成功しました。反応雰囲気下で精密表面解析の準備が整いました。触媒開発では、グラフェン担持触媒の研究が進んでいます。ACTC プロジェクトは 3 年目に入るところですが、学理主導の触媒開発に手応えを感じているところです。

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

研究室だより

野口研究室

物物質設計評価施設

野口 博司

１．はじめに
野口研では数値シミュレーションを主に用いてソフトマターの研究を行っている。
「ソフトマターって何？、聞いたことがない。
」と言われることはもうあまりないと思うが、念のためそこから説明を始める。ソフトマターという言葉は高分子、
コロイド、液晶、界面活性剤などの物質を統一的に理解する概念として 1990 年ごろ de Gennes らによって広められた。
内部自由度を多く持ち、エントロピーがその物性に大きな役割を持つ。高分子の固まりであるゼリーを思い描いてもらえば分かると思うが、ソフトと呼ばれるように、小さな力で大きな変形を見せる。通常、物質は温度を上げると無秩序な状態にむかうが、ソフトマターでは温度を上げると秩序構造を形成することがよく起こる。構造形成によって他のエントロ
ピーが増加するためである。代表的なものに朝倉、大沢によって理論的に明らかにされた枯渇効果がある[1,2]。高分子溶
液中により大きな分子を加えると分子間に引力が働く。これは分子同士が密着することによって、高分子の動ける空間が広がり、この高分子のエントロピーが増加することによる。また、ソフトマターはマイクロメートルスケールの中間構造を持つことが多く、複雑なレオロジーを示すことが多い。人体は骨をのぞき、ソフトマターでできており、生体の構成要
素としてソフトマターを理解することも重要である。
野口研では、ソフトマターの中でも特に界面活性剤や生体膜をメインのターゲットに研究を行っている。いくつかの粗視化膜模型を開発し、目的に合わせて適用している[3,4]。以下で物性研に着任した 2008 年 5 月から約６年間の野口研の主な研究をいくつか紹介する。

２．研究
流れの下での赤血球、ベシクルの変形
赤血球は高い変形能を持ち、自身の直径より細い血管を通り抜けることができる。鎌状赤血球症で赤血球が変形しにくくなり、血液が流れにくくなることはよく知られているが、糖尿病などの他の病気でも赤血球の変形能が低下する。赤血球の変形能とその運動の関係を理解す
ることは医学的にも重要である。我々は単純せん断流、細管流の中での赤血球、脂質ベシクルのダイナミクスを数値計算と現象論的な理論模型を用いて研究した[58]。
赤血球、脂質ベシクルは動的三角格子模型で表し、流体は multiparticle collision dynamics と呼ばれる粒子描
像のシミュレーション手法を用いて計算した。
細管流において、低密度では、赤血球は円盤状の形状を保ったまま流れていくが、速度を上げていくと、パラシュ

図 1：細管中を流れる赤血球[5,6]。
(a) 低密度低速：円盤状。(b) 低密度高速：パラシュート状、(c) 高密度：スリッパ状。

ート状に変形する(図 1)[6]。それに伴い赤血球は１列に配列する。
膜のずれ弾性を除いて脂質ベシクルにすると、パラシュート形状ではなく、細長い楕円状に形態転移する。これは、細長い楕円状では膜表面の変化が大きく、大きなずれ弾性エネルギーを持ってしまうために避けられていたのが、ずれ弾性を除くことで変形可能になったためである。赤血球の密度を上げていくと、スリッパ状に変形した赤血球が交互に 2 列に並んだ新しい状態になる(図１c)[6]。このスリッパ状の形態は孤立した赤血球では定常状態としては見られないが、高密■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

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度では壁からの揚力と隣のベシクルとの相互作用によって安定化される。我々の体内の毛細血管中を流れる赤血球もこのようなパラシュート状やスリッパ状に変形しながら流れていることが知られている。
単純せん断流では、赤血球やベシクルの運動モード(ベシクル上の膜の回転とベシクル全体の回転)とベシクルの形態変化がカップルして、様々な運動が見られる。興味深いことに、せん断流によって、引き伸ばされる変形だけでなく、収縮する形態変化も起こる。これらのダイナミクスはベシクルの形状と傾斜角の 2 変数の微分方程式で理解することができる
ことが我々を含むそれまでの研究で知られていた。我々はそれを 3 変数に拡張し、赤血球[7]やマイクロカプセル[8]を扱えるようにした。膜の曲げ弾性に対して、ずれ弾性の値を大きくしていくと、相図が定性的に大きく変わり、2 つの回転が同時に起こる領域がなくなることが明らかとなった。これまでシミュレーションでは得られていなかったためにこの共存相は理論のアーチファクトでないかと疑う研究者もいたが、この解析で膜の物性の条件で決まることがわかった。また、
曲げ弾性が大きい場合、ずれ弾性に起因する傾斜角の振動とせん断流によるカプセルの形状変化に起因する傾斜角の振動が、複雑に絡んで、カプセルの多様なふるまいが見られる。
生体膜におけるエントロピー駆動の構造形成
生体膜におけるエントロピー変化が生み出す構造形成を 2 つの系について調べた。一つは膜ゆらぎの抑制による膜結合サイトの凝集[9]、もう一つは高分子グラフトによる膜マイクロドメイン形成[10]である。
生体膜間の結合は細胞組織形成や免疫系における異物除去などにおいて行われているが、リガンドーレセプタ
ータンパク間の結合が重要な役割を担っている。リガン
ド、レセプターが膜上を拡散することによって、吸着領域に集積し膜間の結合が強まることが知られている。最近、このような膜間結合サイト間の膜上の相互作用に対する膜の曲げゆらぎのエントロピーの効果が注目を浴びている。2 つの膜が近接した場合、膜ゆらぎの自由度が抑えられるので、膜間には反発力が働く。結合サイトが凝集すると、膜間で反発力を受ける領域が重なりあい小
さくなるので、結合サイト間には引力が働く。これは１
章のはじめにで述べた枯渇効果と同様の引力である。しかし、この引力は非常に弱く、それのみでは凝集隊を形成できないことがこれまでの研究で知られている。我々
は、メッシュレス膜模型を用いた粒子シミュレーション

図 2：エントロピー駆動の膜結合サイト(赤)の凝集[9]。
2 枚(a)では凝集しないが、8 枚(b)だと凝集して、円形のクラスターを形成する。

と有効ポテンシャルを用いた 2 次元の格子模型を使って、この相互作用を研究し、集合体を形成するほど引力が強くなる 2 種類の条件を明らかにした[9]。ひとつは 2 枚ではな
く、3 枚以上の膜を結びつける結合サイトを用いた場合(図 2)、もうひとつは結合サイトの膜に刺さっているアンカーが周りの脂質膜の曲げ弾性を大きくする場合である。この凝集はサイト間の２体相互作用では記述できないが、多体の有効相互作用を用いると表すことができる。
生体膜において、ラフトと呼ばれる 10100 ナノメートルの膜タンパク質が集積した小さな膜ドメインがあり、そこが機能発現の舞台となっていることが考えられている。このため、相分離した膜ドメインのサイズの制御が盛んに研究されている。我々はラフトには糖鎖の生えた糖脂質が集積していることに着目し、高分子のグラフトがドメイン構造に与える影響を調べた[10]。その結果、高分子をグラフトすることにより、ドメイン境界の線張力は下がることがわかった。ドメ
イン内では高分子はお互いの排除体積によって取れる配置が制限されるが、ドメイン境界ではドメインの外側にも高分子

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

は伸びることができ、このエントロピー増加が線張力を下げる。
高分子鎖長程度の小さなドメインではその影響は小さくなり、結果、鎖長程度のドメインが安定化される(図 3)。
せん断流によるロール状構造形成
界面活性剤溶液の実験において、せん断流下で、せん断方向に平行もしくは垂直に 2 重膜のラメラ構造だけでなく、オニオン相と呼ばれる均質な大きさの多重膜ベシクルが詰まった相が形成されることが知られている。1 次元的なシアーの効果がラ
メラ相より球対照的であるロール状構造やオニオン状構造を安定化させるのは、不思議な現象である。しかし、その形成機構
はよくわかっておらず、理論も構造を仮定して不安定性を議論しているものが数件ある程度である。オニオンのサイズはマイ

図 3：高分子グラフトによるマイクロドメイン形成[10]。

クロメートルと大きいため、これまでシミュレーションも行われていなかった。我々は、メッシュレス膜模型による大規模計算を行い、図 4 に示すように相図を得た[11]。密度の高い領域
では低もしくは高せん断強度ではせん断方向に平行なラメラ構造が見られるが、中程度のせん断強度ではロール状の構造が得られた(図 5)。流れの方向と垂直要項に不安定化し、膜が波打つ。このロール状の構造はオニオン相形成の過程において中性子散乱などで得られていた散乱パターンと良い一致を示すため、オニオン相形成時の中間体だと考えられる。実験においてもオニオン構造の得られた後さらにせん断強度を上げるとラメ
ラ構造になることが知られている。これまで、散乱パターンとでしか調べられていなかったので、円筒構造か、波打ったラメ
ラ構造のどちらか決められなかったが、この研究によって、ロール状の波打ったラメラ構造が中間体の具体的な構造である可能性が高いことが明らかとなった。今後の転移のメカニズムの

図 4：せん断流下における界面活性剤膜の形態の相図[11]。

解明への重要な足がかりとなると思われる。

図 5：せん断流下における界面活性剤膜のスナップショット[11]。
(b) 低せん断強度。(b)中程度のせん断強度。上下の矢印は流れの方向を示す。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

43

細胞小器官の形態形成
細胞内には、機能に応じて特徴的な形をした様々な細胞小器官が存在する。これらの形態を理解することを目指
して研究を進めている。まず、ミトコンドリアは 2 つの膜からなるが、内側の膜が外膜より大きな面積を持つことに着目し、狭い空間の拘束による脂質ベシクルの形態変化を調べた[12]。この 3 月の博士号を取った坂下氏がお茶大(現在は東北大)の今井正幸研究室で脂質ベシクルの形状を自分で観察し、それを野口研でシミュレーション
し、各々の形状の形成条件を決定した。その結果、図 6 に示すように、2 重ストマトサイトやダブレットと名付けた形状など、拘束のない条件では見られない多くの形状が得られた。ミトコンドリアの内膜で見られるクリステと呼ばれるヒダ状の構造も得られた。
2 つめに、核膜の基礎模型として、多くの genus を持
つベシクルを考える。まず、genus1, 2 の場合について、平衡状態を詳細に調べ、軸対象形状が最安定だと思われていた領域でハンドルを持つディスコサイトなど、軸対

図 6：球内に拘束された脂質ベシクルの形態[12]。

象でない形態が平衡状態であることを明らかにした[13]。

(a) 2 重ストマトサイト。(b) ダブレット。(c) トリプレット。

現在、より高い genus でのベシクル形態の解析を進めている。また、細胞内ではタンパク質が局所的な曲率を制御していると考えられているが、そのようなタンパク質の吸着によるベシクルの形態変化についても研究を進めている。最終的には、空間拘束など幾何学的な効果とタンパク質による局所的な効果を組み合わせて、細胞小器官の形態がどのように制御されているか明らかにすることを目指している。
現在進行中の研究
最後に述べた 2 つの課題は現在まだ引き続き進行中である。他に現在力を入れている課題としては非平衡下におけるソ
フトマターのダイナミクスがある。M2 の中川氏は化学反応下での界面活性剤集合体の形態変化を計算しており、ベシク
ル形成確率が油粒子の増加によって上がるなど興味深い結果が得られている。D3 の多羅間氏は細胞運動を理論解析とシ
ミュレーションを用いて研究している。

３．スーパーコンピュータ
物性研着任後、物性研スパコンの運営にかかわってきた。2011 年度からはスーパーコンピュータ共同利用委員長を任されている。2011 年は地震後の運用停止と縮退運転で大変であったが、その後は大きな問題もなく運用されている。電気料
金の値上がりなど頭のいたい問題はあるが、今後も物性コミュニティに安定した計算資源を提供できるように努力したい。
上で述べた野口研の研究の中で最も物性研スパコンをもっとも多く利用したのは、芝助教の行った界面活性剤膜のロール状構造形成の計算である。物性研スパコンがなければこの構造を見つけられてはいなかった。他にも、レプリカ交換法を用いた自由エネルギー計算など様々な計算でスパコンを利用している。

４．国際ワークショップ、研究会
2010 年 8 月にソフトマター物理に関する国際ワークショップを 2 週間、開催した。テーマはソフトマターの分野の中で、近年発展の目覚ましい“Structural Rheology”と“生体膜とベシクル”の 2 つに絞った。他の国際会議、シンポジウ
ムを連携して、合わせて「ソフトマター月間」を構成するようにした。猛暑の年で、開催期間中、晴天がずっと続いたが、44

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

125 名の参加者(両セッション参加 12 名)があり、暑い議論が活発に行われ、質疑応答時間を超過することもたびたびあった。数名の他大学の先生に組織委員としてご協力していただいた。多くの事務作業があったが、芝助教と秘書の松下眞
弓氏と小貫美幸氏には多大な負担をかけてしまった。彼らの協力なしには開催できなかった。関係者の皆様には改めて感謝したい。
その他、着任後すぐの 2009 年 2 月に川島所員と杉野所員らと物性物理における大規模計算に関する国際ワークショッ
プを、柴山所員らとソフトマターに関する小さい研究会を 2 回、開催した。

５．人
表１に示すようにこれまで少数のメンバーで研究を行ってきた。昨年、一時的に学生が 4 名に増え、にぎやかであったが、今年は 2 名になり少し静かになった。最初の頃はあまりに少ないため、研究室セミナーがセミナーらしくならず困ったが、最近はそれらしくなってきた。少数であるが、優秀な学生が多く、活発に研究を進めている。

表 1：現在までの研究室メンバー

６．参考文献[1] 秋山良, 生物物理 51, 036 2011).
[2] H. N. W. Lekkerkerker and R. Tuinier, Colloids and the Depletion Interaction (Springer, Dordrecht, 2011).
[3] H. Noguchi, J. Phys. Soc. Jpn. 78, 041007 (2009).
[4] H. Noguchi, J. Chem. Phys. 134, 055101 (2011).
[5] 野口博司, 日本物理学会誌 65,429 (2010).
[6] J. Liam McWhirter, H. Noguchi, and G. Gompper, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 6039 (2009).
[7] H. Noguchi, Phys. Rev. E 81, 061920 (2010).
[8] H. Noguchi, Phys. Rev. E 81, 056319 (2010).
[9] H. Noguchi, EPL 102, 68001 (2013).
[10] H. Wu, H. Shiba, and H. Noguchi, Soft Matter 9, 9907 (2013).
[11] H. Shiba, H. Noguchi, and G. Gompper, J. Chem. Phys. 139, 014702 (2013).
[12] A. Sakashita, M. Imai, and H. Noguchi, Phys. Rev. E 89, 040701 (2014).
[13] A. Sakashita, M. Imai, and H. Noguchi, arXiv: 1405.3076 [condmat.soft].

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

45物性研究所短期研究会

海外施設を舞台とした中性子散乱共同利用研究

日時：2014 年 1 月 29 日(水)～2014 年 1 月 30 日(木)場所：物性研究所本館６階 大講義室(A632)
研究会提案者：益田 隆嗣、柴山 充弘、吉沢 英樹、山室 修

中性子科学研究施設は、1993 年の中性子散乱研究施設(2003 年より中性子科学研究施設と改組)の創設以来、日本原子力研究開発機構(JAEA)に設置された研究炉 JRR3 を利用した中性子散乱全国共同利用を推進し、日本の中性子散乱研究を先導してきた。東北大学および京都大学の装置を含む 14 台の分光器を共同利用に提供し、毎年約 300 件に及ぶ実験課
題の遂行、年間約 100 報の論文成果を挙げてきた。しかし、平成 23 年 3 月 11 日の東日本大震災以降、JRR3 は運転を停止したままである。JAEA をはじめ、関連学会や大学などの関係者の不断の努力にもかかわらず、JRR3 の再稼働にはまだしばらく時間を要するとされている。
このような、中性子散乱研究にとって厳しい状況を少しでも緩和すべく、施設では共同利用に採択された中性子散乱実
験課題を海外施設で実験する場合について旅費の支援を行っている。震災が起こった年の平成 23 年度においては、米国
オークリッジ国立研究所の HFIR、オーストラリア ANSTO 研究所の OPAL、韓国原子力研究所の KAERI といった海外施設からの援助申し出により、物性研採択課題の一部の海外移転をおこない、32 課題の海外施設実施をおこなった。また、
平成 24 年度以降は、国内研究者に対して海外施設への課題申請を促し、中性子散乱実験審査委員会で採択された課題についての旅費支援を行っている。その結果、平成 24 年と 25 年度において、海外実験旅費支援はのべ 73 名に及んでいる(平成 26 年 1 月 15 日現在)。
こうした背景から、中性子科学研究施設は、平成 26 年 1 月 29 日—30 日の会期で、「海外施設を舞台とした中性子散乱
共同利用研究」と題する短期研究会を企画した。その目的は、旅費支援により海外で実施された研究や中性子散乱日米協力事業を通じて行った研究の成果報告を通じて、研究交流、国際的な観点からの中性子研究活動、JRR3 の役割と意義、
海外派遣のあり方などについて、当事者のみならずコミュニティや学識経験者も参加しての研究交流、意見交換であった。
冒頭に、柴山施設長から、施設の活動報告と JRR3 再稼働に向けての活動についての報告があった。つづいて、各分野からの研究報告があった。固体物性では、磁性体やセラミック材料の結晶・磁性構造解析、スピンアイス、マルチフェロ
イック、強相関系、超伝導体、スカーミオン、などといった最先端の研究が紹介され、他部門の物性研スタッフも巻き込んだ議論が行われた。また、高圧セルの開発と応用研究など、今後の中性子散乱研究の方向性を示唆する研究も紹介された。一方、高分子やミセルなどといったソフトマターにおいては、新材料の構造やダイナミクス解析、ガラスの研究ではクラスター構造をもつ化合物やイオン液体の研究など、非常に幅広い分野の研究発表があり、活発な討論が行われた。懇親会では、多くの学生も参加し、専門や年齢層にとらわれることなく、いろいろな話題で盛り上がった。結果として、年度末の修士論文や博士論文審査の日程とも重なる時期での開催となったが、幸いにも 25 件の口頭発表と 17 件のポスター発表があり、参加者はのべ 107 名に達し、大変活発な研究会となった。
研究会の終わりに、コメンテータの方々から有益なアドバイスを頂いた。以下にそれらを紹介したい。

日本人研究者が積極的に海外中性子施設に出向き、中性子科学を大きく進展させたことは注目に値する。一方で、長時間のマシンタイムを要する重点的研究は、国内研究炉 JRR3 が停止している現在では困難となっている。JRR3 の早期再稼働により、幅広い中性子研究が、国内で可能となることが強く望まれる。(総合科学研究機構 佐藤正俊氏)
構造解析は物性研究の基礎であり、自然科学において重要な研究分野の一つでもある。X 線回折は最も一般的な構造解析の手段ではあるが、軽元素である酸素原子位置の同定や、磁気構造解析などには、中性子回折実験が不可欠である。とりわけ、粉末中性子回折装置は一般に最も膾炙されている分光器の一つである。JPARC は近々再稼働予定であるが、当46

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

該施設に設置された粉末回折装置の、大学研究者に開放されているマシンタイムは決して豊富とは言えず、需要と供給のバランスがとれていない。したがって、国内中性子源 JRR3 が早期に再稼働し、一刻も早く粉末回折装置 HERMES の豊富なマシンタイムがユーザーに供給されることが望まれる。
物性研中性子施設共同利用ユーザーが海外施設で実験することに対して、旅費をサポートすることは、極めて意義のあることである。しかし、海外施設において、国内中性子ユーザーが単なるゲストとしてサポートを受けている状況は、中性子科学次世代人材教育のためには必ずしも良いとは言えない。適切な人材育成を行い、日本人中性子研究者が今後も海外で尊敬を勝ち得るためには、戦略的な旅費支援の方法を考えることも重要であろう。物性研中性子施設は、日本の中性
子界のステータスを上げるような戦略を持つことが期待される。(東北大学 野田幸男氏)
海外中性子施設の小角散乱装置を用いた数多くの研究成果が報告された。このことは、日本から提案された中性子課題が優れていたことを意味しており、日本の中性子研究が世界的に高いレベルにあることを意味している。(茨城大学 小泉智氏)
大型施設を利用する研究においては、社会的義務として、成果報告会は必ず行われるべきものである。この意味で、物性研中性子施設が、共同利用制度の一環として行ってきた海外旅費支援を受けた研究者を対象に、成果報告会を行ったことには大きな意義がある。物性研究所中性子施設のミッションの一つは、中性子ユーザーの研究の進展を支援することであるから、今後も海外旅費支援制度を継続し、中性子科学分野での成果を創出し続けることは重要である。（原子力機構
目時直人氏)

今回の研究会の特徴としては、海外支援を受けた研究の成果報告ではあったが、海外施設の現状や、海外研究者との交流の進展といった、中性子散乱研究のますますの国際化を実感する研究会であったことと、ユーザーからの JRR3 再稼
働への熱い期待、要望を改めてひしひしと感じる研究会であった。
世話人代表
中性子科学研究施設
益田隆嗣、柴山充弘
平成 26 年 1 月 30 日

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

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研究会風景48

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

プ ロ グ ラ ム

口頭発表● 1 月 29 日(水）
13:0013:10 施設長あいさつ
セッション１ 座長

吉沢 英樹（東京大学）

O1

佐藤

13:1013:30

卓（東北大学）｢三角格子キラル磁性体の中性子散乱による研究」
O2

13:3013:50

藤田 全基（東北大学）｢T’構造銅酸化物における超伝導と磁気相関の研究」

O3

13:5014:20

八島 正知（東京工業大学）｢海外施設を利用した、クリーンエネルギーのためのセラミック材料の結晶構造の研究」

O4

14:2014:40

陰山

洋（京都大学）｢高原子価鉄酸化物 (Ba,Sr)FeO3 の物性」
O5

14:4015:00

山室 憲子（東京電機大学）｢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」

15:0015:20 休憩
セッション２ 座長

益田 隆嗣（東京大学）

O6

中辻

15:2015:40

知（東京大学）｢Pr2Zr2O7 におけるスピンアイス相関と量子揺らぎ」
O7

15:4016:00

木村 宏之（東北大学）｢JRR3M と HANARO を利用したマルチフェロイック物質の中性子散乱研究」

O8

16:0016:15

岩佐 和晃（東北大学）｢強相関 f 電子系における局在状態と遍歴状態の競合と共存」

O9

16:1516:35

満田 節生（東京理科大学）｢三角格子反強磁性体 CuFeO2 における交差相関現象」

O10 16:3516:55

貞包 浩一朗（立命館大学）｢界面不活性の働きをする界面活性剤」

O11 16:5517:15

金子 文俊（大阪大学）｢シンジオタクチックポリスチレン共結晶のゲスト交換現象に関する中性子小角散乱法による研究」

17:1518:45 ポスター
19:00

懇親会（カフェテリア）● 1 月 30 日（木）セッション３ 座長

柴山 充弘（東京大学）

O12

上床 美也（東京大学）

9:009:20｢中性子散乱実験用圧力装置の開発と現状」
O13

9:209:40

繁岡透（山口大学）｢正方晶化合物 HoRh2Si2 の成分分離逐次磁気転移」■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

49

O14

9:4010:00 留野

泉（秋田大学）｢BaTiO3 の格子ダイナミックス」
O15

10:0010:20 山室修（東京大学）｢中性子準弾性散乱による先端機能性物質の緩和現象の研究」
10:2010:40 休憩
セッション４ 座長
O16

山室修（東京大学）

10:4011:00 千葉 文野（慶応義塾大学）｢中性子準弾性散乱による液体 GeTe の構造変化領域における Ge の拡散係数の変化」

O17

11:0011:20 川口 大輔（九州大学）｢中性子反射率測定を用いた非溶媒界面の分子鎖凝集状態評価」

O18

11:2011:40 田中 清明（名古屋産業科学研究所）｢ORNLHFIRHB3A における中性子回折共同利用研究」

O19

11:4012:00 柴山 充弘（東京大学）｢TetraPEG イオンゲルの構造解析」

12:0013:30 昼食
セッション５ 座長
O20目時 直人（日本原子力研究開発機構）

13:3013:45 阿曽 尚文（琉球大学）｢空間反転対称性のない超伝導体 CeRhSi3 の中性子散乱」

O21

13:4514:05 平賀 晴弘（高エネルギー加速器研究機構）｢チムニー構造を示す反強磁性金属 Mn3-xFexSi の磁気励起」

O22

14:0514:25 池内 和彦（総合科学研究機構）｢鉄系超伝導体 Ca10Pt4As8(Fe1-xPtxAs)10, (x~0.2) の格子振動・磁気励起の観測」

14:2514:45 休憩
セッション６ 座長
O23

梶本 亮一（JPARC）

14:4515:05 鳴海 康雄（東北大学）｢モバイル強磁場発生装置を利用した強磁場中性子散乱研究」

O24

15:0515:25 佐賀山 基（東京大学）｢スピネル型 Mn3O4 における磁場誘起磁気構造相転移」

O25

15:2515:45 益田 隆嗣（東京大学）｢低次元磁性体の磁気構造と磁気励起の研究」

15:4515:50 講評１ 佐藤 正俊（総合科学研究機構）
15:5015:55 講評２ 野田 幸男（東北大学）
15:5516:00 講評３ 小泉50

智（茨城大学）

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

ポスター発表● 1 月 29 日（水）17:15-18:45
P1

上田 孝志朗（東京工業大学）「LaSr2Ga11O20 の結晶構造と電気伝導」

P2

江崎 勇一（東京工業大学）「新規混合伝導体 Nd2-xBaxInO4.5-x/2 の構造と電気的特性」

P3

石井 梨恵子（お茶の水女子大学）「中性子小角散乱法を用いた BaFe2(As,P)2 の磁束格子の観測」

P4

呉 麻美子（お茶の水女子大学）「希土類遷移金属硼炭化物 ErNi2B2C における自発的磁束格子の探索」

P5

HALIM Mario（東京大学）「Low Temperature Magnetic and Thermodynamic Properties of Quantum Spinorbital System Ba3CuSb2O9」

P6

古府 麻衣子（東京大学）「包接水和物中の水素の拡散ダイナミクス」

P7

古府 麻衣子（東京大学）「中性子散乱で観た TbCu 単分子磁石のスピンダイナミクス」

P8

秋葉

宙（東京大学）「Pd 水素化物における水素の拡散ダイナミクス」
P9

宮津 怜嗣（東京大学）「テレフタル酸架橋配位高分子のプロトンダイナミクス」

P10

西

健吾（東京大学）「小角中性子散乱による立体規則性を変えた PNiPAM の構造解析」
P11

廣井 卓思（東京大学）「ゲルの不均一性が動的挙動に及ぼす影響のスピンエコーによる観測」

P12

草野 巧巳（東京大学）「燃料電池電極用触媒インクの構造解析」

P13

橋本

慧（東京大学）「時分割 SANS 法によるイオン液体中のゲル化反応メカニズム解明」
P14

左右田 稔（東京大学）「LuFeCoO4 におけるナノ磁性とリラクサー的誘電性の関係」

P15

左右田 稔（東京大学）「細孔性金属錯体における吸着酸素分子の磁気相関」

P16

林田 翔平（東京大学）「カゴメ三角格子 NaBa2Mn3F11 の磁気構造解析」

P17

萩原 雅人（東京理科大学）「反転対称中心のない結晶構造をもつ一次元スピン鎖 SrCo2V2O8 の磁気構造解析」■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

51物性研究所短期研究会

スーパーマターが拓く新量子現象

研究会提案者
白濱 圭也（慶應義塾大学）
坪田誠（大阪市立大学）

押川 正毅（東京大学物性研究所）
奥田 雄一（東京工業大学）
表記の研究会を、4 月 17 日から 19 日の 3 日間にわたり開催した。研究会開催の目的は、新しく提案する「スーパーマ
ター」という概念の下に関連分野の研究者を一堂に集め、その基本的視点と将来の方向性を共有することにある。極低温で観測される超流動・超伝導のような創発的量子現象がもたらす概念は、「対称性の自発的破れ」のように科学全体に通じる普遍性を持つ。普遍的概念を生み出せる物質には、その内部に新しい「自由度」や「構造」を良く制御したかたちで形成でき、かつそれらが特定の物理現象を純粋に発現できる、という共通した特徴がある。そのような「物質の内部で量子現象を生み出すモデル物質」を新たに「スーパーマター」(Supermatter)と呼ぶことを提案する。
「スーパーマター」は異なる結晶を重ねた周期物質を Superlattice(超格子)と呼ぶことから得た造語であり、例えば超流動・超伝導体中の量子渦、周期ポテンシャル中の冷却原子気体やヘリウム、量子スピン液体物質、超流動ヘリウム 3 の集団励起(ヒッグスモード)、パラメタを精密制御した励起子ポラリトン凝縮体、などが典型例として挙げられる。多様な物質群に形成されるスーパーマターを開拓し探求することで、物理学における基本的問題の解明と、新しい普遍的概念の構築への貢献が期待される。
本研究会には、年度初めの多忙な時期であったにもかかわらず、3 日間で述べ 244 名という多数の参加者があり、計 40
件の口頭発表と 27 件のポスター発表に対し、終始活発な議論がなされた。各分野の研究者によって独立に進展してきたスーパーマター研究を、統合的に議論する初めての機会として上々の研究会となった。
最後に、研究会の実現に多大なご尽力を頂いた物性研共同利用係、押川研究室の辻さん、多田さんはじめ研究室の皆様、
白濱研究室の皆さんに深く感謝いたします。
(白濱 記)
プ ロ グ ラ ム
１日目：4 月 17 日（木）13:0013:05

所長挨拶 瀧川仁（物性研究所所長）[セッション１：量子乱流] 座長: 白濱 圭也（慶応大理工）
13:0513:15

白濱 圭也（慶応大理工）研究会の趣旨、事務的アナウンス

13:1513:45

坪田誠（大阪市大院理）スーパーマターで展開される量子乱流研究
13:4514:15

竹内 一将（東大院理）
液晶の“量子渦”乱流が見せる非平衡臨界現象の世界

14:1514:35

藤本 和也（大阪市大院理）
強磁性スピノール BoseEinstein 凝縮体で実現するスピン超流動乱流とエネルギースペクトル

14:3514:55

O175 村川智（慶応大理工）

ナノポアアレイ中超流動ヘリウムの量子乱流の散乱
14:5515:15

52

休憩 ----------------------

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

[セッション２：ヒッグスモード・NG モード・モノポール]
座長: 河野 公俊(理研)
15:1515:45

島野亮（東大低温センター）s 波超伝導体のヒッグスモード
15:4516:05

水島健（岡山大院自然）Confinement effect on AndersonHiggs modes in superfluid 3HeB
16:0516:25

白濱 圭也（慶応大理工）
超流動ヘリウム 3 におけるヒッグスモード

16:2516:45

新田 宗土（慶応大日吉物理）
物性系の渦やソリトンに局在した南部 Goldstone モード

16:4517:05

衛藤稔（山形大理）素粒子のノンアーベリアン量子渦と多成分 BEC 系のフラクショナル量子渦
17:0519:00

ポスターセッション --------------------------

２日目：4 月 18 日（金）[セッション３：ポテンシャル中量子流体] 座長: 坪田 誠（大阪市大院理）
09:0009:30

押川 正毅（東大物性研）
多孔質媒質中の液体ヘリウム 4 と超流動

09:3009:50

和田 信雄（名大院理）次元と相関を制御した新奇 4He および 3He 量子流体

09:5010:20

中村 祥子（東大院理）
単原子層 4He、3He を舞台とした 2 次元ボソン系、フェルミオン系の量子多体現象の研究

10:2010:40

森下 将史（筑波大数理物質）
グラファイト上ヘリウム薄膜における Dirac 粒子系

10:4011:00

休憩 ----------------------[セッション４：超伝導量子渦糸] 座長: 北 孝文（北大院理）11:0011:30

加藤勝（大阪府大院工）ナノ構造超伝導体中の磁束構造
11:3011:50

大熊哲（東工大院理工）

高速駆動された超伝導渦糸系における動的相転移
11:5012:10

町田 昌彦（原研）
超伝導渦糸研究の新展開：マルチギャップ超伝導からトポロジカル超伝導における磁束量子12:1012:30

永井 佑紀（原研）
トポロジカル超伝導体における準粒子励起

12:3013:30

昼食休憩 ----------------------[セッション５：超流動ヘリウム 3 等] 座長: 水島 健（岡山大院自然）13:3014:00

佐々木 豊（京大低温物質科学セ）
制限空間中の超流動ヘリウム 3

14:0014:20

野村 竜司（東工大院理工）
超流動 3He の表面マヨラナ状態に対する磁気効果■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

53

14:2014:40

中原 幹夫（近畿大理工）
回転超流動 3He における半整数量子渦のテクスチャー

14:4015:00

青山 和司（京大白眉）
円筒容器中の超流動 3He におけるストライプ秩序

15:0015:20

Peter Moroshkin (RIKEN)
Ba+ ions at the surface of superfluid He: a progress report

15:2015:40

池上 弘樹（理研）
超流動 3HeA におけるカイラリティの直接観測

15:4015:55

休憩 ----------------------[セッション６：エキシトン、ポラリトン、スピン液体、超伝導等]
座長: 押川 正毅(東大物性研)
15:5516:25

Michael Fraser（RIKEN 創発物性科学研究センター）
Novel quantized vortex matter in excitonpolariton condensates

16:2516:55

山下穣（東大物性研）

量子スピン液体状態における素励起の研究
16:5517:15

野村 晋太郎（筑波大物理学域）
分数量子ホール効果領域における準励起子準電子発光

17:1517:35

御領潤（弘前大院理工）局所反対称系 SrPtAs のトポロジカルなスピン軌道相互作用と超伝導
17:3517:55

多田 靖啓（東大物性研）
f 電子系超格子における超伝導

18:0520:00

懇親会 ----------------------

３日目：4 月 19 日（土）[セッション７：超伝導量子渦糸] 座長: 大熊 哲（東工大院理工）
09:3010:00

石田 武和（大阪府大院工）五角形微小超伝導体の渦糸分布

10:0010:20

加藤 雄介（東大院総合）
超伝導単一量子渦のダイナミクス

10:2010:40

坂田 英明（東理大理）
新奇超伝導体の走査トンネル分光

10:4011:00

小久保 伸人（電通大情報理工）
幾何学的に閉じ込められた超伝導量子渦

11:0011:20

休憩 ----------------------[セッション８：冷却原子気体] 座長: 和田 信雄(名大院理)
11:2011:50

高橋 義朗（高須 洋介）（京大院理）冷却イッテルビウム原子を用いた量子シミュレーション

11:5012:10

古賀 昌久（東工大院理工）
多成分フェルミ粒子光格子系における超流動

12:1012:30

北孝文（北大院理）

ボーズ・アインシュタイン凝縮相の素励起

54

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

12:3013:30

昼食休憩 ----------------------[セッション９：固体ヘリウム等] 座長: 福山 寛（東大院理）13:3013:50

高橋 大輔（足利工大）
制限空間内に生成した固体ヘリウム 4 の DC 回転応答

13:5014:10

檜枝 光憲（名大院理）3He4He 混合薄膜中 3He オーバーレイヤーのピニングディピニング

14:1014:30

矢野 英雄（大阪市大院理）
振動物体が生成する量子乱流と渦放出

14:3014:50

Niyaz Beysengulov（RIKEN）
CrystalLiquid Phase Diagram of a Quasi1D electron system on Liquid Helium

14:5015:10

土屋 俊二（東北工業大）Higgs mode in a superfluid of Dirac fermions

ポスターセッション [17 日(木) 17:0519:00]
1

山口明（兵庫県大院物質理）

パウダー型スーパーリークを用いた超流動ヘリウム 3－A1 相の研究
2

笠井純（京大院理）エアロジェル中液体 3He の熱伝導率測定
3

鎌田 雅博（東大院理）2 次元固体ヘリウム 3 の量子スピン液体状態と多体交換相互作用

4

檜枝 光憲（名大院理）
高周波で見たナノスケールサイズ 2 次元 4He 超流動転移

5松下

琢（名大院理）1 次元ナノ細孔に吸着した 3He 流体の 1 次元縮退状態の検証
6

山下 耕平（名大院理）
強い斥力ポテンシャルが作用する多粒子系の気体固体相転移に対する量子効果7小原顕（大阪市大院理）

液体ヘリウム用光学ハイドロフォンの開発
8

筒井 和政（北大理）
新しい自己無撞着理論による BEC 相の解析

9

植木輝（北大理）

希薄気体中のゼロ音波の伝搬10

竹内 宏光（大阪市大院理）２成分量子流体における相転移動力学的研究

11

田中 健太（岡山大院自然）超伝導渦糸状態における核磁気緩和率 T１の準古典理論

12

東陽一（大阪府立大学工学研究科）

多層系超伝導体における渦糸構造
13

田中 康資（産業技術総合研究所）
多バンド型多成分超伝導のバンド間位相差揺らぎ凍結転移14

久保田 実（芝浦工大）
hcp 固体ヘリウム４の量子渦物理■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

55

15

立木 智也（慶応大理工）
制限空間中固体ヘリウム 4 における回転効果16

近藤康（近畿大理工）

量子ゼノン効果17森岡悠（大阪市大院理）バルク超流動 3He に接するエアロジェル界面での奇周波数クーパー対状態
18

若狭 洋平（大阪市大院理）液体 4He 常流動と超流動における Vibrating wire の抗力

19

村川智（慶応大理工）

ナノポアアレイを用いた超流動ヘリウム 4 のジョセフソン効果
20

野村 竜司（東工大院理工）
超流動液体中で移動する 4He 結晶

21

白濱 圭也（慶応大理工）
ナノ多孔体中吸着ヘリウム薄膜の異常硬化現象

22

松浦 俊司（マギル大学）
3 次元非中心対称超伝導におけるマヨラナ粒子の渦束縛状態

23

菅 誠一郎（兵庫県立大）光格子中の 3 成分斥力フェルミ原子系における超流動のペア対称性

24

作道 直幸（理研）
ヘリウムの三体束縛状態

25

堤康雅（理研）

超流動ヘリウム 3B 相の量子渦束縛状態とトポロジー
26

簔口 友紀（東大院総合）
Highly mobile dislocation in solid He4 layers adsorbed on a smooth substrate27

正木 祐輔（東大理）
超伝導/半導体/強磁性接合系におけるトポロジカル超伝導の渦内束縛状態の Andreev 近似による解析

56

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

物性研究所談話会

標題：平成 26 年度 前期客員所員講演会
日時：2014 年 4 月 24 日(木) 午前 10 時～午前 11 時 50 分
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室（A632）
要旨：
平成 26 年度前期客員所員の講演会を開催しますので、奮ってご参加ください。
新任の客員の先生方におきましては、所内はもちろん所外を含め広くかつ活発な共同研究を展開されることを期待し、自己紹介及び物性研究所での研究目標等をご説明いただきます。
10:00-10:10

所長挨拶（瀧川 仁：物性研所長）

10:10-10:30

古賀 昌久（東京工業大学）｢準周期構造をもつ強相関電子系の低温物性」

10:30-10:50

中野 智仁（新潟大学）｢重い電子系化合物 CePtSi2 の圧力誘起超伝導」

10:50 -11:10

SANTANDER-SYRO, Andrés Felipe (CSNSM-Université Paris-Sud 11)｢Novel 2D electron gases at the surface of transition-metal oxides」

11:10-11:30

神取 秀樹（名古屋工業大学）｢ロドプシンの機能をもたらす構造変化」

11:30-11:50

河江 達也（九州大学）｢超低温 STM の開発と f 電子物質の示す特異な電子状態の微視的研究」

標題：Contrasting criticalities in the cuprates and pnictides
日時：2014 年 5 月 7 日(水) 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：Nigel Hussey
所属：High Field Magnet Laboratory (HFML)
要旨：
The physics of quantum critical phase transitions connects to some of the most difficult problems in condensed
matter physics, including metal-insulator transitions, frustrated magnetism and high temperature superconductivity.
Near a quantum critical point (QCP) a new kind of metal emerges, whose thermodynamic and transport properties do
not fit into the unified phenomenology of Landau Fermi liquid theory - characterized by a specific heat that is linear
in temperature and an electrical resistivity that varies as the square of the absolute temperature. Studying theevolution of the temperature dependence of these observables as a function of a control parameter leads to theidentification both of the presence and the nature of the quantum phase transition in candidate systems.
In this talk, I will review my group’s work following the evolution of the in-plane transport properties of copperand iron-based superconductors at temperatures below the superconducting transition temperature Tc by suppressing
superconductivity with high magnetic fields (both static and pulsed). One of the striking observations from this study
is the distinct behaviour found in the pnictide superconductors when compared with their cuprate counterparts. This■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

57dichotomy reveals a deep fundamental difference between the two families of high temperature superconductors, andwhile the transport behaviour of the iron pnictides might be associated with conventional quantum critical scenarios
in which a magnetic ordering transition falls to 0 K with doping, for the cuprates, an entirely different and novel
theoretical framework may be required. This difference is also closely tied to the mystery and the origin of the normal
state pseudogap found in cuprates with low carrier concentrations.
【講師紹介】
Nigel Hussey 氏はこれまで幅広い強相関電子系の輸送現象、特に、高磁場での量子振動・量子輸送現象の研究で数多くの業績を上げてこられました。特に高温超伝導体の電子状態や量子臨界現象、低次元電子系の研究において重要な役割を果たしてこられました。また、昨年 9 月からオランダの高磁場研の所長として着任され、オランダでの凝縮系物理の牽引役として活躍されております。

標題：角度分解光電子分光による銅酸化物高温超伝導体の研究
日時：2014 年 6 月 12 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：近藤 猛所属：東京大学物性研究所
要旨：
銅酸化物高温超伝導体は約 30 年前に発見された。それ以来、物性研究の対象として長らく主役を担ってきたにも関わらず、その高い超伝導臨界温度(Tc)が生み出される機構に関しては未だ統一した見解が得られていない。鉄ヒ素系物質において銅酸化物に次ぐ第２の高温超伝導の発現が 2008 年に確認され、その比較対象が登場したことで、改めて銅酸化物
高温超伝導体に注目が集まっている。
バーディーン、クーパー、シェリーファーの理論(BCS 理論)で説明される超伝導体では、Tc において全方位に亘り均一な超伝導ギャップが開き、フェルミ面が消失する。一方、銅酸化物高温超伝導体では、Tc 以上かつ、キャリア量によっては室温以上にもなる遥か高温からエネルギーギャップ(擬ギャップ)が開き始める。また、この擬ギャップは特定の方位でのみ発現し、フェルミ面の一部を消失させる。その結果としてアーク状のフェルミ面(フェルミアーク)が形成される擬
ギャップ状態は、電子の占有準位と非占有準位の境界を定義できない奇妙な状態である。高温超伝導の発現機構を解明す
る上で、この擬ギャップと超伝導ギャップの関係を理解することが重要な鍵を握っている。
本講演では、角度分解光電子分光を用いた研究から浮き彫りとなった銅酸化物高温超伝導体が持つ特異な電子状態を紹介する。特に、超伝導相を阻害する“擬ギャップ”秩序状態と、電子対の形成に伴う“電子対形成ギャップ”状態とが Tc
以上の高温から競合しつつ発達する振る舞いを解明する。
【講師紹介】
近藤猛所員は、酸化物高温超伝導体が示す特異な電子輸送現象の起源を解明する研究で博士号を取得されたのち、近年では擬ギャップと超伝導ギャップの関係を光電子スペクトル強度の詳細観察から解明する研究で高く認知されています。このたび極限コヒーレント光科学研究センターの所員として着任され、極限レーザーを用いた角度分解光電子分光装置の開発と、それを通して見えてくる新奇な物質科学の開拓を目指しておられます。

58

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：共鳴軟Ⅹ線散乱で探る新しい秩序構造
日時：2014 年 7 月 17 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：和達 大樹
所属：東京大学物性研究所
要旨：
遷移金属酸化物は高温超伝導、巨大磁気抵抗、金属絶縁体転移などの興味深い性質のために、盛んに研究されてきた。
これらの多彩な性質の背景には多くの場合電荷/スピン/軌道の秩序現象が見られ、秩序状態を実験的に直接観測することが近年の物性物理学のテーマとなってきた。
共鳴軟 X 線散乱は最近急速に発展してきた実験手法であり、遷移金属の 2p から 3d への吸収端のエネルギーの X 線を用いて回折実験を行うことで、3d 電子の軌道や磁気の情報を直接得ることができる。通常の X 線散乱では強度の弱い磁気の情報が得られること、大きな共鳴により中性子散乱に比べ試料の体積がはるかに小さくても有効であるなど、これまでの散乱のデメリットを大きく克服した手法である。本講演では、この新実験手法により解明された新しい秩序構造について紹介する。特に、マンガン酸化物薄膜で観測されたマルチフェロイック性をもたらす磁気構造や、コバルト酸化物微小単結晶で観測された多くの磁気周期の共存「悪魔の階段」について示す予定である。
この実験手法は SACLA などの X 線自由電子レーザー(XFEL)との相性がよく、赤外やテラヘルツレーザーによる励起下でのポンププローブ測定を行うことができる。このような時間分解型測定の現状と今後の展望についても述べたい。
【講師紹介】
和達大樹所員は、遷移金属酸化物の光電子分光による電子状態研究で博士号を取得されたのち、放射光を用いた新しい実験手法である共鳴軟 X 線散乱に取り組まれています。特に、共鳴軟 X 線散乱により、これまで見られていなかった新しい
磁気構造の観測に成功されました。このたび極限コヒーレント光科学研究センターの所員として着任され、SACLA などの X 線自由電子レーザーを用いた時間分解型散乱・回折の測定を目指しておられます。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

59物性研究所セミナー

標題：中性子セミナー：Magnetic Higgs phase in quantum spin ice Yb 2 Ti 2 O 7 : experimental studies
日時：2014 年 4 月 2 日(水) 午後 2 時～午後 3 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 4 セミナー室（A614)
講師：Lieh-Jeng Chang
所属：National Cheng Kung University、台湾
要旨：
The pyrochlore magnet Yb2Ti2O7 has attracted great interest as the first candidate to be a magnetic analogue of the
Higgs phase or a U(1) quantum spin liquid, depending on different crystals used for the experiments. Via
comprehensive polarized diffuse neutron scattering experiments on a high quality single-crystal Yb2Ti2O7 sample, we
had observed the first-order phase transition occurred at Tc ～ 0.21 K, separating a high-temperature magnetic
Coulomb phase, that is characterized by pinch-point features, and a low-temperature magnetically ordered phase,that exhibits finite planar components of pseudospins [1]. Since this planar component can be described as the Bose
condensation of spinons, carrying emergent magnetic monopoles, coupled to the U(1) gauge field within the frameworkof a quantum spin ice model, and the transition temperature is low enough for a quantum Coulomb liquid behavior toappear, this first-order phase transition has been regarded as a magnetic analogue of a Higgs transition. In this talk,we will present our new muon spin relaxation (μSR) and specific-heat measurements on polycrystalline and singlecrystal samples of Yb2Ti2O7. The specific heat exhibits a sharp peak at Tc between 0.21 and 0.26 K. The magnetic
entropy released between 50 mK and 30 K amounts to Rln 2 per Yb. Observations of a steep drop in the asymmetryof zero-field μSR time spectra at short time scales, as well as a decoupling of the muon spins from the internal fieldin longitudinal magnetic fields of ≤ 0.25 T, below Tc demonstrate the formation of static magnetic moments. These
evidences strongly support the scenario of the magnetic Higgs phase.

標題：理論セミナー：Exotic phases in spin-orbit coupled correlated electron systems
日時：2014 年 4 月 8 日(火) 午前 11 時～午後 0 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Eun-Gook Moon
所属：University of California, Santa Barbara
要旨：
Correlated electron systems with strong spin-orbit coupling are one of the cutting edge areas in modern condensed
matter physics. Interplay between spin-orbit coupling and Coulomb interaction provides a new route to access novel
phases, which generates active research in recent theory and experiment. In this seminar, we discuss attainable exotic
phases in three dimensional spin-orbit coupled correlated electron systems. We show that quantum critical phases
and topological phases may be realized in systems with proper symmetries using standard renormalization groupmethods. One of the important implications of our finding is to provide a concrete counter example to the common
belief that electron correlation effect is relatively weak in three spatial dimensions. Application to pyrochlore iridates
and relation with recent experiments are also discussed.

60

物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：中性子セミナー：スピン状態制御によって 2 つの非磁性相の間に現れる LaCo 1 - x Rh x O 3 の弱強磁性
日時：2014 年 4 月 9 日(水) 午後 2 時 30 分～午後 3 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 4 セミナー室（A614)
講師：浅井 晋一郎
所属：名古屋大学理学系研究科
要旨：
遷移金属酸化物では、フント結合エネルギーと結晶場分裂の大小関係によって遷移金属イオンは様々な電子状態（スピン状態）をとることができ、前者が強い場合には高スピン状態、後者が強い場合には低スピン状態と呼ばれる状態が実現する。特に、2 つのエネルギーのスケールが同程度の場合には外部から磁場、圧力、温度変化などの摂動を加えただけで大きく遷移金属イオンのスピン状態が変化する、これはスピン状態クロスオーバーとして知られている。ペロブスカイト型酸化物 LaCoO3 は Co3+ (3d6)がスピン状態クロスオーバーを示す物質として 50 年近く研究されている。この物質は温度上昇を伴い 100 K 付近のスピン状態クロスオーバーを通して非磁性の低スピン状態から磁性をもつ励起状態へ大きく変化するが、その励起状態の詳しい電子状態については未だに統一解が得られていない。一方で、LaRhO3 における Rh3+ (4d6)
は広がりの大きい 4d 軌道をもつために結晶場分裂が大きく、非磁性の低スピン状態を高温まで安定に保つ。さらに、これら 2 つの酸化物は低温ではともに非磁性にも関わらず、その混晶系である LaCo1-xRhxO3 では低温まで磁性を安定に保つことが報告されている[1]。
我々は LaCoO3 における Co サイトに対する元素置換効果を通して Co3+のスピン状態を制御することを目的に、Rh 置換による Co3+のスピン状態の変化を議論した。格子体積と磁化の温度変化の振る舞いから LaCo1-xRhxO3 において 100 K
付近のスピン状態クロスオーバーが抑えられ、低温まで励起状態が安定化されることが分かった。さらに、0.1 ≤ x ≤ 0.4
では最大 15K の強磁性磁気秩序が実現することを見出した。この強磁性はよく知られた La1-xSrxCoO3 の金属強磁性とは異なり、Co3+のみで誘起される強磁性である。さらに、詳細な磁化測定と中性子散乱実験から、この系で実現する磁気秩
序は Rh 置換によって強く乱された弱強磁性であることが分かった。また、我々は置換する元素として 2 種類の非磁性イオン(Rh3+、Ga3+)を選び、スピン状態の変化に伴って大きく変化することが期待される構造物性と磁性の変化について研究を行い、元素置換効果による Co3+のスピン状態の変化をより詳細に議論した。これら 2 つの置換効果は大きく異なり、Rh を置換しても室温付近の磁化の大きさはほとんど変化しない一方で、Ga の置換は磁化を大きく減少させることが分かった。このような振る舞いは Co3+のスピン状態が 1 種類で表せるような均一な状態では説明することができず、Co3+のスピン状態が非磁性の低スピン状態と磁性をもつ高スピン状態が混ざり合った不均一な状態であることを支持する。さらにこの置換効果は置換された Rh と Ga はそれぞれ低スピン状態と高スピン状態の Co3+を優先的に減少させると考えることで説明できる。本講演ではさらに詳細な解析によって格子体積と磁化の実験結果から Co3+のスピン状態についてより定量的な解析を行った結果についても報告する。
[1]. T. Kyomen et al., Phys. Rev. B 67 (2003) 144424.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

61標題：新物質セミナー：三角格子有機系κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 における 13C-NMR で見た量子スピン液体状態と電荷秩序相
日時：2014 年 4 月 18 日(金) 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：伊藤 哲明
所属：東京理科大学理学部応用物理学科
要旨：
近年合成された単一ユニット有機系κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 [1]は、三角格子を有する Mott 絶縁体であると考えられている。磁化率測定では磁気秩序が確認されず、κ-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3、EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2（以下 ET、dmit と略称）に続く、3 例目の三角格子スピン液体候補物質である。我々はこの物質の 1.6K までの 13C-NMR 測定を行い、確かに磁気秩序が生じず、又、スピンギャップも生じていないことを確定させたので、まずこの点について解説する。
また、三角格子においては、通常の隣接ハイゼンベルグ相互作用を持つ 1/2 スピン系ではスピン液体が実現しないことはほぼ確実視されており、スピン液体実現には、隣接ハイゼンベルグ相互作用以外の「別の相互作用要素」が必要であると認識されている。ET、dmit においては、常圧のすぐ近傍に金属-Mott 転移があり、この弱い Mott 絶縁性が「別の相互作用要素」を生み出し、これがスピン液体実現に重要な役割を果たしている可能性が議論されている。一方、κ-H3(CatEDT-TTF)2 では 13C-NMR スピン-格子緩和率より、Mott 絶縁性は比較的強く、金属-Mott 転移不安定性からは遠いであろうことが示された。しかしながら今回測定した 13C-置換体においては、Mott 絶縁体相と並び、水素原子移動を伴う電荷秩序相の共存が観測され、この電荷秩序相が Mott 絶縁体相にエネルギー的に非常に拮抗していることが強く示唆された。
この結果についても紹介し、κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 におけるスピン液体状態と ET、dmit におけるスピン液体状態の類似点・相違点について議論する予定である。
[1] T. Isono et al., Nature Commun. 4, 1344(1-6) (2013).

標題：理論インフォーマルセミナー：Charged quantum entanglement and its application to SPT phase
日時：2014 年 4 月 22 日(火) 午後 3 時～午後 4 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 4 セミナー室（A614）
講師：松浦 俊司
所属：McGill University
要旨：
Quantum entanglement has emerged as a very useful probe in physics and quantum information.
In this talk, we will introduce a new class of entropies, called charged entanglement (Renyi) entropies, that measuresthe degree of quantum entanglement in different charge sectors.By using the new entropies, we characterize symmetry
protected topological phases.
We will also consider phase transitions in (charged) Renyi entropies.

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論セミナー：1/5 周期欠損正方格子ハバード模型におけるモット転移
日時：2014 年 4 月 25 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：柳 有起
所属：東京理科大学理工学部物理学科
要旨：
モット転移は強相関電子系における基本問題の一つであり、実験・理論の両面から盛んに研究されている。モット転移の性質は connectivity や幾何学的フラストレーションといった格子構造に強く依存することが知られているが、特に、非ブラベー格子におけるモット転移は興味深い。非ブラベー格子では、ユニットセル内に非等価な原子が 2 つ以上存在する
ため、電子構造は多バンドとなり、様々な金属絶縁体転移の可能性が考えられる[1-3]。
最近、我々は非ブラベー格子の一種である 1/5 周期欠損正方格子上のハバード模型[4,5]をセル型動的平均場理論を用いて調べた。その結果、模型が有する 2 種類の 非等価な遷移積分 t1，t2 の比によってモット転移の性質が大きく異なることが分かった。プラケット内遷移積分 t1 がダイマー内遷移積分 t2 より大きい場合には、モット転移が 1 次転移で生ずる
一方、t1<t2 の領域においては、1 次転移の兆候なしに、フェルミ準位上の状態密度が消失する。これは、t1<t2 における金属絶縁体転移がクーロン相互作用 U によって誘起されるリフシッツ転移であることを意味している。また、その物理的起源は、非局所相関効果によるダイマー化の促進であることが分かった。
[1] S. Sorella, Y. Otsuka and S. Yunoki, Sci. Rep. 2 , 992 (2012).
[2] S. S. Kancharla and E. Dagotto, Phys. Rev. Lett. 98 , 016402 (2007).
[3] S. S. Kancharla and S. Okamoto, Phys. Rev. B 75 , 193103 (2007).
[4] Y. Yamashita, M. Tomura, Y. Yanagi and K. Ueda, Phys. Rev. B 88 ,195104 (2013).
[5] Y. Yanagi and K. Ueda, arXiv:1403.1743.

標題：放射光セミナー：全反射高速陽電子回折(TRHEPD)法による表面構造解析
日時：2014 年 4 月 25 日(金) 午後 1 時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)（TV 会議播磨中央管理棟 3Ｆ会議室）
講師：望月 出海所属：高エネルギー加速器研究機構物質構造科学研究所
要旨：
反射高速陽電子回折(RHEPD)は、反射高速電子線回折(RHEED)の陽電子版である。RHEPD は、通常の実験の視射角の範囲で全反射する(Si に 10keV の陽電子を入射する場合の臨界角は 2°)という、RHEED にはない際立った特徴をもっている。
RHEPD は、一宮によって 1992 年に提唱され[1]、1998 年に、放射性同位元素 22Na を陽電子源とするビームを用いて、河裾・岡田によって実証された[2]。最近、原子力機構の装置を 22Na ビームから切り離し、 KEK 低速陽電子実験施
設の専用リニアックで生成した高輝度・高強度陽電子ビーム[4]に接続した。その結果、ビームの質が向上し、たとえばSi(111)-(7×7)再構成表面の多くの分数次スポットが見えるようになった。
我々は、このように大幅に質が向上した今、RHEPD を全反射高速陽電子回折（Total Reflection High-Energy Positron
Diffraction, TRHEPD）と呼ぶことにした。TRHEPD は、全反射条件で最表面のみの原子配置の情報を得て、次に次第に視射角を増加させながら測定することにより、上から順に表面に隠された部分の原子配置の詳細を知ることができるユニークな手法である。そのために、バルクの結晶の構造解析に X 線回折が果たしている役割を表面構造解析について担うよ
うになる可能性をもっている。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

63ここでは、TRHEPD の基本的特徴、および Pt/Ge(001)表面、TiO2(110)-(1×2)表面、Ag(111)表面上のシリセン構造の
TRHEPD による構造決定の結果を紹介する。
文献[1] A. Ichimiya, Solid State Phenom. 28/29, 143 (1992).
[2] A. Kawasuso, S. Okada, Phys. Rev. Lett. 81, 2695 (1998).
[3] Y. Fukaya, et al., J. Phys.: Conf. Ser. 443 012068 (2013).
[4] K. Wada, et al., Eur. Phys. J. D 66, 37 (2012).
[5] Y. Fukaya et al., accepted to APEX (2014).
[6] I. Mochizuki, et al., Phys. Rev. B 85, 245438 (2012).
[7] I. Mochizuki, et al., in preparation.
[8] Y. Fukaya et al., Phys. Rev. B 88, 205413 (2013).

標題：理論セミナー：Field theories for polymer containing vesicles
日時：2014 年 5 月 2 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：大矢 豊大
所属：東北大学大学院理学研究科
要旨：
Vesicle is a closed form of a bilayer composed of amphiphilic molecules. It is a simple model of bio-membrane andcan enclose some materials inside it. For example, a vesicle can enclose a polymer solution, whose structure isfrequently found in biological systems such as endocytosis and exocytosis, and is expected to be applicable to industrial
science, such as the drug-delivery system. We studied this system by simulations based on field theories. We adopt a
coupled theory between phase field theory(PFT) for deformation of the vesicle and self-consistent field theory(SCFT)
for the polymer conformations. Contrary to the preceding studies of hard confinement for polymer solutions where thevesicle does not deform, the combined PFT-SCFT method enables us to realize the soft confinement that has beendifficult to simulate only by SCFT. Using such a combined PFT-SCFT method, we obtained equilibrium shapes anddynamical behaviors of the vesicle deformations that are induced by the phase-separated structures of the enclosed
polymer solution. As a result, we obtained a rich variety of vesicle shapes, for example symmetric dumbbell andasymmetric pear shapes that can not be obtained by minimizing the free energy of the vesicle without the polymers[2].
Reference[1] Y.Oya, K. Sato, T. Kawakatsu, Europhys. Lett., 94 (2011) 68004.
[2] Y.Oya and T.Kawakatsu, in preparation.

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論インフォーマルセミナー：Complex rheology of simple soft particles: Role of inertia for shear
thickening
日時：2014 年 5 月 8 日(木) 午後 1 時～午後 2 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 3 セミナー室（A613)
講師：川崎 猛史
所属：Laboratoire Charles Coulomb, Université Montpellier II
要旨：
We numerically study the rheology of a simple model of soft repulsive particles, and show that nonlinear flow curves
reminiscent of experiments on real suspensions can be obtained. By using dimensional analysis and basic elements ofkinetic theory, we rationalize these multiple rheological regimes and disentangle the relative impact of thermal
fluctuations, glass and jamming transitions, inertia and particle softness on the flow curves.
We characterize more specifically the shear-thickening regime and show that both particle softness and theemergence of a yield stress at the jamming transition compete with the inertial effects responsible for the observed
thickening behaviour. This allows us to construct a dynamic state diagram, which can be used to analyze experiments.
Ref.
Takeshi Kawasaki, Atsushi Ikeda, and Ludovic Berthier, arXiv:1404.4778.

標題：Topological Phases in Quantum Materials（新量子相 Lecture Series 第 4 回）
日時：2014 年 5 月 20 日(火) 午前 10 時～午後 0 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Yong-Baek Kim
所属：University of Toronto
備考：
We discuss recent theoretical and experimental attempts to understand possible topological phases of correlated
electrons in quantum materials. After introducing key ideas of topological phases, we focus on two main examples.
Firstly, we consider quantum spin liquid phases in frustrated magnets and materials near a metal-insulator transition.
Secondly, we discuss topological insulator and other related phases in interacting electron systems with strong spinorbit coupling. More recent theoretical ideas for generalized topological phases of interacting electron systems will
also be discussed.

標題：理論セミナー：Response functions in Spintronics calculated by means of the Kubo formalism
日時：2014 年 5 月 30 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：Hubert Ebert
所属：Department Chemie, Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany
要旨：
Kubo's linear response formalism allows to determine the response of a property of a solid to a perturbation in avery general way. A prominent example of application is the evaluation of charge, spin and heat transport coefficientsof solid state systems. The scheme of Kleiner [1] to investigate the symmetry of conventional transport coefficientshas been extended to describe the symmetry of conductivity tensors appearing in spin- and thermo-magneto-galvanic■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

65transport. Implications for the appearance of interesting effects described by non-zero elements of the respective
conductivity tensors are outlined. In recent years several first-principles approaches have been established to treat
transverse electron transport phenomena as e.g. the anomalous Hall effect and spin Hall effect. Most of them treat
only particular contributions to the full conductivity tensor. In contrast to this, a first-principle approach is presented
that is based on the Kubo-Bastin equation [2] and implemented within the fully relativistic KKR (Korringa-KohnRostoker) formalism [3]. This approach is able to treat intrinsic and extrinsic contributions on equal footing. Bothcontributions from states below (Fermi sea) and at the Fermi level (Fermi surface) are treated and can be analyzed indetail. The approach is applicable to pure systems as well as metallic and semiconductor alloy systems. Several
examples (anomalous Hall and anomalous Nernst as well as spin Hall and spin Nernst conductivities) are given toillustrate this analysis in combination with numerical results obtained using the spin-polarized KKR electronic
structure method. In addition, corresponding results for the Gilbert damping parameter [4] and the spin-orbit torque[5,6] are presented. Special emphasis will be placed on the role of the so-called vertex corrections that allow to build abridge to the semi-classical Boltzmann transport formalism.
[1] Kleiner, Phys. Rev. 142, 318 (1966).
[2] Bastin et al., J. Phys. Chem. Solids 32, 1811 (1971).
[3] Ebert, Ködderitzsch, and Minár, Rep. Prog. Phys. 74,096501 (2011).
[4] Gilbert, IEEE Trans. Magn. 40, 3443 (2004).
[5] Manchon and Zhang, Phys. Rev. B 78, 212405 (2008).
[6] Gambardella and Miron, Phil. Trans. R. Soc 369, 3175 (2013).

標題：理論セミナー：Worm Algorithm on Parallel Computer (ワームアルゴリズムの並列化)
日時：2014 年 6 月 6 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：川島 直輝
所属：東京大学物性研究所
要旨：
The quantum Monte Carlo with worm update is one of the standard techniques in computational condensed matterphysics. For lattice Bose systems and quantum spin systems with magnetic field, it is arguably the best method to
explore large systems (provided, as usual, that negative signs do not intervene). To our great regret, the computational
task can hardly be split into pieces and assigned to many processors. This is because the worm update of configurations
is achieved via a motion of a single point, in contrast to its cousin, the loop update. Recently we proposed a generalquantum Monte Carlo algorithm suitable for parallelizing on a distributed-memory computer by domain
decomposition. [1] The trick is to introduce a large number of worms and to control its population by a fictitioustransverse field. For a benchmark, we study the size dependence of the Bose-condensation order parameter of thehard-core Bose-Hubbard model with L x L x(1/T) = 10,240 x 10,240 x 16, using 3,200 computing cores, which shows
good parallelization efficiency.
[1] A. Masaki-Kato, T. Suzuki, K. Harada, S. Todo and NK: Phys. Rev. Lett. 112, 140603 (2014).

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論セミナー：電子ガス中の１原子(主に陽子)問題：近藤問題の第１原理からの探求とよりよい交換相関エネルギー汎関数の構築
日時：2014 年 6 月 13 日(金) 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：高田 康民
所属：東京大学物性研究所
要旨：
電子ガス中の 1 原子系に関する研究は 40 年以上の歴史を持つ。それは、この系が金属中の 1 不純物問題の典型であるからで、この研究によって非線形遮蔽や合金形成上有用な原子の埋め込みエネルギーの基本情報が与えられる。また、この系の基底状態エネルギーE0 や基底電子密度 n(r)が高精度で分かれば、密度汎関数理論の中核である交換相関エネルギ
ーExc[n(r)]の汎関数形が、局所密度近似(LDA)を超えて、より正確に決定される可能性があるからである。
さて、この問題は座標原点に置かれた埋め込み原子の原子価 Z とホストになる電子ガス系の平均密度径数 rs の 2 つで完全に記述される。そして、その原子近傍の n(r)はカスプ定理によって n(r) = n(0)exp(-2Zr)と正確に書けるので、Z と rsの関数としての n(0)を求めることが埋め込みエネルギーの決定と共に重要問題になる。
ところで、この系では(原点のごく近傍を除けば）n(r)の変動(フリーデル振動)自体が平均密度 n0 よりもずっと小さく、かつ、余り急激ではないので、LDA が適用されるものと考えられてきた。しかしながら、得られる n(r)やコーンシャム準位の様相が物理的な直感にそぐわない場合がある。そこで、我々はこの第１原理系を(通常、不純物アンダーソン模型によって議論される)近藤問題という観点から見直すことにして、陽子(Z=1)埋め込み系を中心に広い密度範囲(1<RS<rs11.5)、
水素陰イオンが電子ガスに閉じ込められている状態。
セミナーでは、この他に、DMC で得られた n(r)を再現する Exc[n(r)]の構築の試みを議論すると共に、(1s ではなく)2p等の軌道縮重のある原子を挿入したときに出現する局在スピン分極状態(Nazarov, Kim & YT, PRB72, 233205 (2005))を多軌道近藤問題におけるフント則の役割という観点から説明する。

標題：時間分解２光子光電子分光を用いたフェルミ縮退形成ダイナミクスの理論と強相関電子系 ARPES におけるコヒー
レント成分の消失
日時：2014 年 6 月 18 日(水) 午後 3 時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636）
講師：富田 憲一
所属：山形大学
要旨：
1.時間分解 2 光子光電子分光の理論～伝導帯に光励起された電子のフェルミ縮退形成に向けた緩和ダイナミクス～
近年レーザーの性能が高まり、半導体を光励起することで巨視的な数の電子を伝導帯へ励起させることが可能になっている。金属中の電子がごく少数個励起された時には、クーロン相互作用に起因する電子緩和が重要な役割を果たし、主な緩和過程はきわめて急速に完了する。一方、半導体において、巨視的な数の電子が伝導帯に励起された場合、クーロン相
互作用を介した電子緩和は、エネルギー散逸を伴わず有効な熱浴として機能しない。したがって伝導帯電子は、電子-格子相互作用を介してフォノンを放出しながらフェルミ縮退形成へと時間発展する。フェルミ縮退に近づくと低エネルギーフ
ォノンしか緩和に寄与できなくなるため、緩和速度は著しく遅くなることが予想される。これまでに、大阪大学の谷村－
金崎両氏らによって、GaAs や InP に対して時間分解 2 光子光電子分光による電子緩和の観測が行われている。本講演では、光励起された巨視的な数の電子が、光学及び音響フォノンとの相互作用を介して伝導帯内で緩和していく過程を理論的に考察する。実験で観測されているサブピコ秒までの急速な緩和とその後の遅い緩和を、スペクトル形状の時間発展まで含めて再現できたので、その詳細について報告する。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

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2.強相関電子系の角度光電子分光（ARPES）理論
ARPES は言わずと知れた、固体のバンド構造を直接測定できる貴重な実験手段であるが、電子間相互作用や電子格子相互作用に起因する、所謂インコヒーレント成分がスペクトル形状に如何に影響するかは物質依存があり慎重に議論する必要がある。私たちは、経路積分を量子モンテカルロ法で見積もることで、電子間相互作用を近似なしに取り込み光学ス
ペクトルを計算する手法を開発した。この手法を用いて、ARPES における電子間相互作用の効果を調べた結果、中間相
関領域よりも相互作用が強いときには、光電子スペクトルはインコヒーレント成分によって支配されており、バンド成分
はほとんど含まれていないことが明らかになった。このことは、強相関電子系において、ARPES のピークをトレースしても正確なバンド分散は得られないことを意味している。

標題：理論セミナー：Flat band physics with strongly correlated photons
日時：2014 年 6 月 20 日(金) 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：Sebastian Schmidt
所属：ETH Zurich, Switzerland
要旨：
It is well known that certain types of tight-binding lattice geometries in quasi-1D (e.g., sawtooth chain) and 2D (e.g.,
Kagome lattice) exhibit localized eigenstates due to frustrated hopping and quantum interference. Localization
manifests itself as a completely dispersionless flat band in the entire Brillouin zone. The macroscopic degeneracy ofthe localized states may lead to a strong enhancement of interaction effects resulting in highly correlated, topologicaland exotic states of matter typically discussed in the context of spin chains, fermions or ultra-cold bosonic atoms.
In this talk I discuss a novel architecture for realizing flat bands with strongly interacting photons. A onedimensional chain of cavities with embedded qubits in every other cavity exhibits such a non-trivial flat band peculiarof polaritonic systems. The proposed setup is realisable with state of the art circuit QED, where the lattice dispersion
can be switched in-situ between flat and dispersive (for a recent review see [1]).
We have calculated the steady state of this system including drive and dissipation using open system TEBD as wellas analytic projective methods. Based on our results we identify signatures of photon localization and predict theformation of finite-range crystalline order in the non-equilibrium steady state, which can be understood in analogy to
the formation of a charge density wave state for flat band systems in equilibrium [2].
References[1] S. Schmidt and J. Koch, Annalen der Physik 525, 395-412 (2013).
[2] M. Biondi, E. v. Nieuwenburg, G. Blatter, S. Huber and S. Schmidt, in preparation (2014).

標題：第３回柏キャンパス in 駒場 智の先端 柏キャンパストップサイエンスフォーラム
日時：2014 年 6 月 21 日（土）場所：東大駒場 I キャンパス 数理科学研究科棟大講義室
講師(所属)：瀧川 仁(東大物性研)、武田 展雄(東大新領域)、新野 宏(東大大気海洋研)、梶田 隆章(東大宇宙線研)、村山 斉(東大 Kavli IPMU)
要旨：「素粒子、物質から地球、宇宙」柏キャンパスに広がる科学の回廊
東大・柏キャンパスを知っていますか？大学院新領域創成科学研究科と世界トップレベルの 4 つの研究所があります。
「柏キャンパス in 駒場」はこれら研究機関のトップ 5 人が講師。ノーベル賞候補や超人気講師が最前線で研究する臨場感を伝えます。

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物性研だより第 54 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論セミナー：Understanding the mechanisms of proton transport in hydrogen bonded media fromfirst-principle molecular dynamics
日時：2014 年 7 月 1 日(火) 午後 1 時 30 分～午後 2 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Mark E. Tuckerman
所属：New York University
要旨：
Proton transport in aqueous and non-aqueous hydrogen-bonded media has long been an area of intense study due
to its fundamental importance in emerging energy technologies such as hydrogen fuel cells and in biological problems
such as proton pumping. Our understanding of proton transport phenomena is based on the concept structural
diffusion of a topological defect in the hydrogen bond network generally attributed to C. J. T. von Grotthuss. Within
this picture, long-range proton transport is driven by specific structural rearrangements in the local hydrogen bonding
environment, however, pinning down the specific microscopic mechanisms in different media remains an immense
challenge that has an immediate impact on the problem of designing novel materials for enhancing the protontransport process. In this talk, I will show how first-principles molecular dynamics has contributed to ourunderstanding of proton transport phenomena in a variety of systems including aqueous acidic and basic solutions,acid hydrate crystals, and phosphate based materials including pure phosphoric acid and its mixtures withheterocycles. It will be shown that proton transport in aqueous systems relies largely on local fluctuations in thehydrogen bond network while phosphate systems, by contrast, transport protons along extended, polarized chains ina manner much closer to the original picture suggested by von Grotthuss. Such mechanistic studies can help informthe process of membrane design for electrochemical devices such as fuel cells. I will also discuss the role
autodissociation and proton conduction play in the high observed dielectric constant of phosphoric acid.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 54 巻第 2 号

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人 事 異 動【研究部門等】○平成 26 年 4 月 1 日付け
（昇 任）
氏

名

所

杉 浦 良 介属

附属中性子科学研究施設

職

名

備

考

備

考

技術専門職員（委嘱「客員：テーマ限定型」）
氏

名

所

属

職

名

神 取 秀 樹新物質科学研究部門

教授

本務：名古屋工業大学大学院工学研究科
期間：平成26年４月１日～平成27年３月31日

古 賀 昌 久物性理論研究部門

准 教 授

本務：東京工業大学大学院理工学研究科
期間：平成26年４月１日～平成26年９月30日

河 江 達 也

ナノスケール物性研究部門

准 教 授

本務：九州大学工学研究院
期間：平成26年４月１日～平成27年３月31日

佐 藤

附属中性子科学研究施設

教授

本務：東北大学多元物質科学研究所
期間：平成26年10月１日～平成27年３月31日

関 川 太 郎附属極限コヒーレント光科学
研究センター

准 教 授

本務：北海道大学大学院工学研究科
期間：平成26年10月１日～平成27年３月31日

虻 川 匡 司附属極限コヒーレント光科学
研究センター 軌道放射物性
研究施設

准 教 授

本務：東北大学多元物質科学研究所
期間：平成26年４月１日～平成27年３月31日

卓（委嘱「客員：テーマ提案型」）
氏

名

所

属

職

名

備

考

物性理論研究部門

教授

本務：中央大学理工学部
期間：平成26年10月１日～平成27年３月31日

寺 崎 一 郎附属中性子科学研究施設

教授

本務：名古屋大学大学院理学研究科
期間：平成26年４月１日～平成26年９月30日

中 野 智 仁極限環境物性研究部門

准教授

本務：新潟大学大学院自然科学研究科
期間：平成26年４月１日～平成26年９月30日

中 村真○平成 26 年 4 月 30 日付け
（辞 職）
氏

名

高 木 宏 之所属

附属極限コヒーレント光科学
研究センター

職

名

備

考

助

教

高エネルギー加速器研究機構
加速器研究施設第七研究系准教授へ

職

名

備

○平成 26 年 6 月 1 日付け
（採 用）
氏

名

尾 崎 泰 助70

所

属

附属計算物質科学研究センター

物性研だより第 54 巻第 2 号

特任教授

考

北陸先端科学技術大学院大学
シミュレーション科学研究センター准教授から■■■ ■ ■ ■■

○平成 26 年 7 月 1 日付け
（採 用）
氏

名

所

岡 崎 浩 三属

附属極限コヒーレント光科学
研究センター

職

名

特任准教授

備

考

大学院理学系研究科物理学専攻助教から【事 務 部】○平成 26 年 4 月 1 日付け
（転 出）
氏

名

所

属

職

名

備

川 口 安 名

物性研究所

事 務 長

社会連携部長へ近 藤 仁 美

物性研究所

総務係長

宇宙線研究所総務係長へ

考

（転 入）
氏

名

片 桐

所

属

職

名

備

考

徹

物性研究所

事 務 長

本部契約課長から辻 角 隆 之

物性研究所

総務係長

本部学生支援課学生生活チーム係長から木 船

物性研究所附属中性子科学研
究施設

事務室係長

農学系総務課附属牧場事務室係長から

聡

（昇 任）
氏

名

竹 山 牧 子

所

属

職

名

物性研究所《総務係》

主任■ ■■ ■ ■■ ■備考

物性研だより第 54 巻第 2 号

71東京大学物性研究所技術職員公募について

下記により技術職員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します。
記
１．研究部門名等および公募人員数
附属物質設計評価施設 技術職員 １名
２．職務内容附属物質設計評価施設の物質合成室および化学分析室において、全国共同利用および所内利用に対応し、各種合成装
置や分析装置を用いた実験の補助を行うとともに装置を保守管理する。また、所内の化学薬品管理および安全衛生管理に従事する。
３．応募資格
４年制大学の理・工学系学部卒業以上であること。化学の知識を有し、化学薬品管理および安全衛生管理を行う能力を有すること。危険物取扱者、衛生管理者等の資格を有する、または着任後に取得すること。また、各種の合成装置（ブリッジマン炉、帯域溶融炉、アーク溶解炉、フラックス炉、真空蒸着装置など）や分析装置（誘導結合高周波プラズマ
発光分光分析装置、自動滴定装置、純水製造装置など）に関して十分な知識を有し、その操作や保守に習熟していることが望ましい。
４．公募締切平成２６年９月３０日（火）必着
５．着任時期
平成２７年１月１日、または採用決定後の出来る限り早い時期。
６．提出書類（イ）推薦の場合○推薦書○履歴書（東京大学統一履歴書、http://www.u-tokyo.ac.jp/per01/r01_j.html より入手すること）○職務経歴および内容（職務経験のある場合、Ａ４用紙１～２枚程度）（ロ）応募の場合○履歴書（東京大学統一履歴書、http://www.u-tokyo.ac.jp/per01/r01_j.html より入手すること）○職務経歴および内容（職務経験のある場合、Ａ４用紙１～２枚程度）○自己アピール（Ａ４用紙１～２枚程度）
７．書類提出先〒277-8581 千葉県柏市柏の葉 5-1-5 東京大学物性研究所総務係
電話:04-7136-3207

e-mail: issp-somu@kj.u-tokyo.ac.jp

８．本件に関する問い合わせ先
東京大学物性研究所附属物質設計評価施設 施設長 廣井善二
電話:04–7136-3445

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

９．注意事項｢附属物質設計評価施設 技術職員応募書類在中」の旨を朱書し、書留にて郵送すること。
10．選考方法
書類選考および面接選考を行い審査決定する。ただし、適任者のない場合は決定を保留する場合がある。
11．その他
応募書類等は返却しないので、了解の上、申込むこと。また、応募書類は本応募の用途に限り使用し、個人情報を正当な理由なく第三者へ開示、譲渡及び貸与することはありません。
平成 26 年６月 30 日
東京大学物性研究所長

72

物性研だより第 54 巻第 2 号

瀧川 仁

■

■

■ ■ ■ ■■

編 集 後 記
図書委員の一員としてこの編集後記を書くにあたって、最近図書を読んでいないことに気づいたのですが、古くからの友人が科学翻訳をしている関係で「THE BIG QUESTIONS Physics」という本を読む機会がありました。本を手に取る前は最先端の研究紹介なのかと思ったのですが、この本は「時間とは？」「重力とは？」などの質問形式をとりながら物理の基本的事項を解説する本となっています。カオスや地磁気の反転に関する地球物理の話題も取り上げられていたり、ヒッグス粒子などの比較的新しい話題に、ちょっと胡散臭い章もあったりします。ただ、総じて“big science”に関する事項が多く、物性物理に関するものは多くありません。物性研に新しく来られた URA の鈴木さんの本号の記事にもある“small science”である物性物理のアウトリーチの難しさというのがここにあるように思うのですが、装置の規模等が“small”である
我々にもそれぞれ“big questions”があります。そこで、“BIG QUESTIONS in
Condensedmatter physics”というのをまとめてみると面白いのではないかと思いました。今号は各賞の受賞報告に、最新の研究トピック、新任所員の自己紹介と、客員所員の報告があります。それぞれの“Big questions”を楽しみに読んでいただけたらと思います。

山 下穣