第 56 巻

第4号
2017 年 1 月

56

スピン液体相の近くに現れる「隠れた秩序」

4｢磁場によるコバルト酸化物の新しいスピンクロスオーバー｣
スピンをレーザーで制御する〜レーザー照射で消磁と金属化を放射光で観測〜
太陽光による水分解を高効率化する
ナノコンポジット結晶を開発
超高分解能光電子顕微鏡の開発とチタン酸化物の表面強磁性〜レアメタルを使わないナノ磁石〜

take17.3.8

4校

第 56 巻第4 号
2017 年 1 月

contents
111

スピン液体相の近くに現れる「隠れた秩序」

4｢磁場によるコバルト酸化物の新しいスピンクロスオーバー｣高津 浩

池田 暁彦、松田 康弘

7

スピンをレーザーで制御する〜レーザー照射で消磁と金属化を放射光で観測〜

9

和達 大樹

太陽光による水分解を高効率化するナノコンポジット結晶を開発
川崎 聖治、高橋 竜太、リップマー ミック

11

超高分解能光電子顕微鏡の開発とチタン酸化物の表面強磁性〜レアメタルを使わないナノ磁石〜

9

日本物理学会若手奨励賞（領域８）を受賞して近藤

14

第８回強磁場フォーラム三浦奨励賞を受賞して

中村 大輔

16

理研シンポジウム・iTHES 研究会

18

up

酒井 英明

7

(A2)

18

【研究室だより】○益田研究室【理論滞在型国際ワークショップ】○International Workshop on Tensor Networks andQuantum Many-Body Problems (TNQMP2016)34【物性研究所短期研究会】○パイ電子系物性科学の最前線

41【国際ワークショップ】○HPSP-17 & WHS 報告45

第 61 回物性若手夏の学校開催報告

up

do

4BC2

(B2)

49 【物性研究所談話会】

(A1)

40

(B1)

80

120

51 【物性研究所セミナー】

B (T)

19

野村 健太郎

21

BC2

down

長谷川 雅大

松本 吉泰

30

BC1

客員所員を経験して

猛

19

23

BC1

埴、谷内 敏之

13「熱場の量子論とその応用」で最優秀ポスター賞を受賞して

1

辛

60
61

【物性研ニュース】○人事異動○東京大学物性研究所研究員の公募について

63

【その他】
物性研だより第 56 巻目録（第 1 号〜第 4 号）

21

編集後記

井上 高宏

スピン液体相の近くに現れる「隠れた秩序」

京都大学
はじめに

高津 浩

研究の背景

結晶構造の幾何学的フラストレーションを背景に現れパイロクロア磁性体 Tb2Ti2O7 はキュリーワイス温度

る新奇な物性が注目されている。中でも三角格子の三次元-19 K より十分低温の 0.07 K まで磁気長距離秩序を示さ版であるパイロクロア格子（図 1a）は強いフラストレーないことが報告されて以来、「スピン液体」の候補物質とションが働く系として注目されて研究されている。スピン

して精力的に研究されてきた物質である。スピン同士の交アイスの残留エントロピーや磁気モノポールの素励起、そ換相互作用のみを考えた最も簡単な理論モデルによると、して量子スピン液体など多彩でエキゾチックな物性研究のこの物質は 1～2 K 程度の温度で反強磁性秩序を示すと予舞台である[1]。本稿で取り上げる Tb2Ti2O7 も量子スピン

想されるが[5]、そのような磁気秩序はこれまでに観測さ液体の候補物質として 1999 年の発見[2]以来、精力的に研れていない。このため、これに変わる様々な理論モデルが究されてきた物質である。しかし、いくつかの試料に度々提案されている[4,6]。一方、これまでの実験結果には興観測される「隠れた秩序」と呼べる謎の秩序の問題が、そ味深いものと一見して不可解なものが混在している。例の本質的な理解を困難にしてきた。最近、我々は「隠れたえば、スピン液体の性質を支持する相転移のない試料と秩序」がスピン液体相の近くに現れる四極子秩序であるこTc = 0.4 K 付近に相転移のある試料といった全く異なる報とを見出した[3]ので、この場をお借りしてその研究を紹告がある。いくつかの試料には磁気秩序とは異なる謎の介したい。興味深いことに、この秩序は、強いスピン軌道「隠れた秩序」が観測されるのである。特に、その大きな相互作用と結晶場の影響を受けたテルビウムイオン（Tb3+,

試料依存性の傾向は単結晶試料に強く現れるため、

4f 8, J = 6）の波動関数が示す量子多体状態であり、それTb2Ti2O7 の基底状態の理解を困難にしてきた。この秩序が電気四極子の秩序となって現れたものである可能性が分状態は一体何なのか？Tb2Ti2O7 は本当にスピン液体なのかった（図 1）。

か？という問題は、スピン液体と隠れた秩序が共に観測し

図１．(a) パイロクロア格子構造と Tb2Ti2O7 の四極子秩序構造。四面体頂点にある紫色の歪んだ球が四極子秩序後の Tb3+イオンの電荷分布を表し、それらの周期構造が四極子秩序の構造を表す。(b)古典近似で計算した量子スピンアイス模型[4]のパラメーター相図。中心のスピンアイス（SI, 量子論的に扱うと量子スピンアイスになる）の相とそれに隣接して PAF、PF と呼ばれる 2 つの四極子秩序相がある。PAF、PF では四極子の秩序構造が異なる。長距離秩序を示す Tb2Ti2O7 の様々な実験
結果は点線で囲んだ PAF 領域のパラメーターで表せることが分かった。×印はパラメーターの代表的な一点(, q) = (0, 0.85)で図 3(b)の計算パラメーターである。カラー強度は計算から算出された相転移温度を表す。

1

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

難いこともあって、基礎学術上で重要なテーマでありつつ他の隠れた秩序の性質を示す物質と類似した磁場依存性をも難しい問題とされてきた。

示すことがわかった（図 2 挿入図）
。また、秩序化に伴っ我々の研究グループは 2013 年に多結晶を使った研究か
ら新たな研究の糸口を見出した[7]。すなわち、Tb2Ti2O7て磁化の磁場依存性や非弾性中性子散乱スペクトルにも特徴的な変化を示すことが分かった。

にみられるスピン液体相と隠れた秩序相の問題は、今回の実験結果を理解するために、量子スピンアイス模

Tb2+xTi2-xO7+y というように x や y の組成がわずかに異な型[4]による理論計算を用いた解析を行った（図 1(b), 図 3）。

る効果で理解できることを見出した。特に、組成 x をわず

Tb2Ti2O7 の低温（T < 2 K）の性質は、Tb3+の基底状態にか 1%以下の極微少量変化させると Tb2Ti2O7 に長距離秩序

限定して考えると J = 6 の結晶場基底二重項状態を考えれを誘発できること、そしてそれが量子相転移として起きる

ば良いだろう[4,5]。その特徴は<111>方向に容易軸型の磁可能性がわかってきた。 秩序の起源が何であるのか決定

気モーメントとそれに垂直方向に有限な面内成分の電気多的にはわからなかったが、Tb2Ti2O7 のスピン液体やその重極モーメントである。小野田と田中が考案した量子スピ

近くに現れる謎の秩序の実態が、化学組成を含んだ何らか

ンアイス模型のモデルハミルトニアン[4]には、その電気のパラメーターの精密制御の観点から次第に解きほぐされ

多重極モーメント間の超交換相互作用が量子効果としてス

ようとしていた。

ピンアイス模型に取り入れられている。このため、スピン
アイスとは一味違った基底状態が期待されている。例えば、

実験結果

Tb3+や Pr3+のパイロクロア格子の系では四極子秩序相や我々は、Tb2Ti2O7 のスピン液体の性質やその基底状態

量子スピン液体相の出現が期待されている。このの理解を目指して、組成制御した純良な単結晶を作成して"Onoda-Tanaka Hamiltonian"を使えば Tb2+xTi2-xO7+y に研究に取り組んだ。特に、これまで十分に研究されてこな見られた 2 つの観測し難い量子状態を理解できるかもしれかった隠れた秩序相の理解が Tb2Ti2O7 のスピン液体の性ない。驚くべきことに、今回の様々な実験結果は、量子ス質を理解する上でも重要な知見になると考えて、Tc = 0.53

ピン液体相に非常に近いところに位置する四極子秩序相のK に相転移を示す Tb2.005Ti1.995O7+y の純良単結晶を作成し、パラメーターで見事に説明できることがわかった（図3）[3]。

0.1 K 以下までの極低温・磁場中比熱や磁化の測定、そし

この結果は Tb イオンと Ti イオンの比率を 1%以下の極微て中性子散乱実験を行って、その性質を調べた。

少量変化させると、スピン液体の振る舞いから長距離秩序の振る舞いへと状態が変化する実験結果とも符号しているように思われる。つまり、Tb2+xTi2-xO7+y における微小な組成変化(x, y)は四極子モーメント間相互作用のパラメー
ター変化(, q)、そしてその精密制御と密接に結びついている可能性が浮き彫りとなった。これまで明らかにされて

図 2．Tb2.005Ti1.995O7+y の比熱の温度依存性。挿入図は[111]磁場下における比熱ピークの温度-磁場相図を示す。

図 2 に磁場を結晶の[111]方向に印加した時の比熱の振る舞いを示す。[111]方向は Tb2Ti2O7 の結晶構造の中で対称性の良い方向のひとつであり、その方向に磁場をかけると秩序構造を反映した特徴的な振る舞いを観測できるもの

図 3．[111]磁場下の比熱の(a)実験結果と(b)量子スピンアイ
ス模型による計算結果。低磁場領域で温度を下げると高温の常磁性相（P）から低温の四極子秩序相（3DPAF, 図 1 にと期待される。実際、ゼロ磁場における比熱の鋭いピーク示した紫丸の秩序構造）へ相転移が起きる。また、磁場をは磁場をかけると 0.3 T を超えたところで分裂する特徴的上げると結晶構造の特徴等を反映し、2 次元のカゴメ格子
面のみで四極子秩序（2DPAF）が起きる。

な振る舞いが観測された。特に、高温側に現れるピークは、■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

2

こなかった Tb2Ti2O7 の「隠れた秩序」の問題は、純良な単結晶を得て実験ができたこと、そして新しい視点に立っ[5] M. J. P. Gingras and P. A. McClarty, Rep. Prog. Phys.
77, 056501 (2014).

てその理論的解釈ができたことにより、Tb3+イオンの波動[6] 興味のある方は次の論文やその中の参照文献を参照さ

関数が示す量子多体状態が電気四極子の秩序となって現れ

れたい：H. Kadowaki et al., SPIN 5, 1540003 (2015).,たものであることが明らかとなった。

H. Takatsu et al., J. Phys. Conf. Ser. 683, 012022(2016)., M. Wakita et al., J. Phys. Conf. Ser. 683,

結び／今後の展望
今回の研究成果は、幾何学的フラストレーションを持つ

012023 (2016).
[7] T. Taniguchi et al., Phys. Rev. B 87, 060408(R) (2013).

磁性体に電気四極子の自由度が絡むことを示した初めての例であり、"frustrated quadrupolar system"と呼べる新しい量子多体状態を研究できることを浮き彫りにしたものである。また、秩序相の近くに現れるスピン液体は、量子ス
ピンアイスというスピンアイスが量子力学的に重ね合わさった状態と言えるエキゾチックな量子液体状態である。
四極子秩序は格子のひずみと結合することが良く知られているため、今後は、微小な格子変形を観測すること、そして共鳴 X 線散乱実験のような少し特別な手法などを使って直接的な方法で四極子秩序の様子を明らかにすることが重
要な課題のひとつと考えられる。また、秩序相の近くにあるスピン液体の性質を実験的に明らかにすることも興味深
い研究の課題である。

謝辞
本研究は以下の方々（門脇広明、谷口智洋、脇田美香、小野田繁樹、加藤康之、橘高俊一郎、笠原聡、河野洋平、
榊原俊郎、B. Fåk、J. Ollivier、J. W. Lynn 各氏）の協力をもとに行われました。また日本学術振興会による科学研
究 費 補 助 金 事 業 （ KAKENHI 24740253, 25400345,
26400336, 26800199, 15H01025, 16K05426）の支援を受けました。極低温までの比熱や磁化の実験は東大物性研の共同利用のサポートを受けて行いました。中性子散乱実験の一部
は東大物性研附属中性子科学研究施設の ILL 支援枠のサポートを受けて行いました。ここに感謝の意を表します。

参考文献[1] C. Lacroix, P. Mendels, and F. Mila, Introduction to
Frustrated Magnetism (Springer, Berlin, Heidelberg,2011).
[2] J. S. Gardner et al., Phys. Rev. Lett. 82, 1012 (1999).
[3] H. Takatsu et al., Phys. Rev. Lett. 116, 217201 (2016).
[4] S. Onoda and Y. Tanaka, Phys. Rev. Lett. 105, 047201(2010).

3

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

国際超強磁場科学研究施設【研究の背景】

池田 暁彦、松田 康弘

このような秩序相が存在するかどうかは、磁場—温度相

スピンクロスオーバーとは温度・圧力・磁場によって物図によって明快に判別することができる場合がある。まず、質の磁化率・体積・色が大きく変化する現象である。その従来型のスピンクロスオーバー系における磁場応答を考え基本的な機構は、結晶場中に置かれた単イオンの電子状態

る（図 2 左側）
。低温かつ、強い磁場の印加によって HS

が低スピン（LS）状態と高スピン（HS）状態の間で入れ状態が誘起され、LS→HS のスピンクロスオーバーを起こ替わるというもので（図 1）、典型的なスピンクロスオー

すことができる（図 2 左上）。HS 状態は LS 状態にくらべバーが錯体系で観測されることがよく知られている。

て磁気エントロピーが大きいため高温ではさらに安定であ

一方で、コバルト酸化物で観測されるスピンクロスオー

る。このため、高温・高磁場の広い領域に HS 状態の相がバーは金属絶縁体転移を伴う場合もあり、従来的な機構で広がる（図 2 左下）。次に、磁化の大きい新奇な秩序相がは説明できない。特にペロフスカイト型コバルト酸化物

関与する、非従来型スピンクロスオーバー系の磁場応答を

LaCoO3 の磁化率・伝導率変化の機構は半世紀以上にわ考える（図 2 右側）。但し出発点となる基底状態は LS 状

たって議論が続く難問題である。非自明なスピンクロス態であるとする。新奇な秩序相は LS 状態よりも磁化の大オーバーの一要因として、コバルト酸化物では配位子が共きな相なので、低温で強磁場を印加することで発現させる

有されていることによる、コバルトイオン間相互作用の存ことができる（図 2 右上）。この相は秩序相であるためエ在が考えられる。

ントロピーが小さく、高温では不安定である。つまり、低∆ >> JHund, B, T

温・高磁場の限られた領域に新奇な秩序相が存在すること∆ << JHund, B, Tになる（図 2 右下）
。

eg
3d

∆
t2g

La

Co

O

Intermediate
Low(IS: S = 1)
(LS: S = 0)

High
(HS: S = 2)

図 1 ペロフスカイト型 LaCoO3 の結晶構造とスピン状態の模式図

この効果を考慮している 2 軌道ハバードモデルを用いた理論解析によって、最近、酸化物のスピンクロスオーバー系では、励起子絶縁体相やスピン状態固体相といった新奇な秩序相が実現しやすい状況にあることが認識されるようになってきた[1, 2]。励起子絶縁体相とスピン状態固体相
はそれぞれ HS の超流動状態と HS-LS の結晶状態に対応
し、孤立スピンクロスオーバー系にはない固体に特有の量

図 2 スピンクロスオーバーにおける磁場効果の比較。孤立系における磁場誘起スピンクロスオーバーのエネルギーダイヤグラム（左上）と予想される磁場-温度相図（左下）。酸化物などの格子系（非孤立系）における磁場誘起スピンクロスオーバーのエネル
ギーダイヤグラム（右上）と予想される磁場-温度相図（右下）。

子相である。ここから酸化物のスピンクロスオーバーは、

孤立系では HS、LS 状態は直行しているが、非孤立系では HS、

量子論的スピンクロスオーバーとも呼べる新たな概念が関LS 状態の量子混合が許され、マクロな量子状態である励起子絶与しているともいえ、LaCoO3 の物性変化に新たな視点が縁体相やスピン状態固体相が実現する可能性がある。

生まれつつある。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

4我々は、物性研強磁場施設に特有な実験設備である、一相ではスピン状態が HS（または IS）状態と LS 状態の結巻きコイル装置と誘導法磁化測定法を用いることで、2 ~晶状態になっている。さらに(B1)では残された軌道自由度

110 K の温度領域で、LaCoO3 に 133 T に及ぶ超強磁場をが秩序化し、さらにエントロピーが低下した相であると考印加し、磁化測定をおこなった。そして、LaCoO3 の相図えた。このように考えると定性的に実験結果を再現するか上にエントロピーの小さな高磁場相が存在することをはじらである [3]。

めて示した。以下ではその結果を簡単に紹介する [3]。

図 4 LaCoO3 の磁場-温度相図と各相のスピン状態（我々の当初の予想）の模式図

我々の論文のすぐ後に 2 軌道ハバードモデルの磁場応答
図 3 (a) LaCoO3 の磁化曲線 M、(b) LaCoO3 の磁化の磁場微分に関する論文が出版された[4, 5]。これらの論文では共通

dM/dB

して、スピンクロスオーバー系における磁場誘起励起子絶縁体相の存在を主張しており、我々の実験結果を説明する【実験結果】としている。特に Tatsuno らの論文では具体的に、(B1)相図 3(a)の 30 K 以下の磁化曲線をみると、磁気転移におに励起子絶縁体相が、(B2)相にスピン状態結晶相が対応しける磁化変化は 0.5μB/Co3+程度であり、HS 状態におけるているのではないかと主張されている（図 5）。さらに約

飽和磁化 4.0μB/Co3+（g=2 と仮定）に対しておよそ 1/8 の1500 T に及ぶ広域な磁場範囲で相図を予想し、1000 テス

小さな値である。また、30 K までは転移磁場に温度依存

ラ付近で励起子絶縁体相への再突入があることを予言した性が見られない。この結果はこれまでの報告と良い一致を[4]。また、Sotonikov らの論文では、励起子絶縁体相で超示した。

流動状態になっているのは IS であり、HS ではないと述べ

一方で、我々は 30 K 以上の温度領域で異常な磁場応答られている点も興味深い。これは、IS の移動に比べて HSを発見した。30 K を超えると、転移磁場が急に 100 T をの移動には多くの電子遷移過程が関与するため、起こりづ超えるほど上昇した。さらに温度を上げると、磁場上昇・らいという議論である[5]。

下降時の転移磁場が共に高磁場側にシフトしていった。この結果は図 3(b)の dM/dB 曲線の温度依存性をみるとより明らかである。転移磁場を磁場温度平面にプロットしたものが図 4 である。観測された相境界は、通常のスピンクロ
スオーバーから予想される相境界（図 4 破線）と全く異なることがわかった。よって磁場誘起スピン転移は非従来的な機構によるものと推察される。また、30 K 程度で転移磁場が急激に変化することから、高磁場相は(B1)と(B2)の2 種類に分けられると考えた（図 4）。
(B1)、(B2)相の起源に関する詳しい議論は本論文に譲る

図 5 2 軌道ハバードモデルの理論解析[文献 4]によって予想された(B1)、(B2)相の起源の模式図。(左) LS-HS 結晶相、(右) 励起子絶縁体相。ここで、HS、LS はそれぞれ一つの励起子、真空に対応する。固体全体で HS、LS の波動関数がコヒーレントに量子混合した状態は、HS（励起子）の超流動相に対応する。これは励起子絶縁体に相当する。

が、我々は(B1)、(B2)相の起源としてスピン状態や軌道状態などの自由度が秩序化したエントロピーの小さな相であると考えた。具体例を挙げると、図 4 の挿入図ように(B2)5

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

【今後の展望】
現状で新奇高磁場相に関する実験結果は 133 T までの磁化測定に限られており、十分とは言えない。観測されている磁化は飽和の 1/4 から 1/8 程度であり、全磁化過程の半分以上は不明な状態である。実験的には非自明な磁場効果が観測され、その起源の議論が始まったことは、近い将来にコバルト酸化物系の包括的理解のきっかけになるかもしれない（我々も Pr 系コバルト酸化物の研究も行った[6]）。
最近になって第一原理計算や強相関効果を取り入れた解析などが進み、理論的にも新たな展開をみせている。今後は励起子絶縁体相やスピン状態固体相の存在を検証するために観測事実の蓄積が大事であり、まず非破壊パルス磁場で到達できる LaCoO3 の 60 T の磁気転移において、電気伝導率、構造、電子状態、光学的物性の変化など多面的な実験結果を蓄積することが重要である。また、物性研にしかない電磁濃縮装置と独自開発の測定系を用いることで、1000 T を超える超強磁場下での磁化・磁歪測定を実現させ、LaCoO3 の磁場-温度相図の全体像を明らかにすることが当面の目標である。

References[1].

J. Kuneš, J. Phys.: Cond. Matt. 27, 333201 (2015).

[2].

J. Nasu, T. Watanabe, M. Naka, S. Ishihara, Phys.
Rev. B 93, 205136 (2016).

[3].

A. Ikeda, T. Nomura, Y. H. Matsuda, A. Matsuo, K.
Kindo, K. Sato, Phys. Rev. B, 93, 220401 (2016).

[4].

T. Tatsuno, E. Mizoguchi, J. Nasu, M. Naka, S.
Ishihara, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 083706 (2016).

[5].

A. Sotnikov, J. Kuneš, Sci. Rep., 6, 30510 (2016).

[6].

A. Ikeda, S. Lee, T. T. Terashima, Y. H. Matsuda,
M. Tokunaga, T. Naito, Phys. Rev. B 94, 115129(2016).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

6

スピンをレーザーで制御する～レーザー照射で消磁と金属化を放射光で観測～

極限コヒーレント光科学研究センター

和達 大樹

Ni の 1 ps 以下の超高速消磁が Beaurepaire らによる時間分解磁気カー効果測定[1]によって明らかになって以降、磁性体の磁気秩序を光で制御する研究が盛んになっている。
このような超高速消磁現象の理解のために現象論的な「3温度モデル」が提案されている。このモデルでは電子とス
ピンと格子が独立に温度を持ち、超高速消磁には電子とスピンの直接の相互作用が重要であると示されている。ここ

図 1：時間分解 XMCD 測定の配置図。

では、強磁性絶縁体を示す BaFeO3 単結晶薄膜(TC = 115

図 2(a)が様々な励起レーザー強度での BaFeO3 薄膜のK)[2, 3]の時間分解 X 線磁気円二色性(XMCD)測定による

XMCD 強度の時間変化を示す。縦軸の値は、ポンプして研究について報告する[4]。同種の結晶構造を持つ SrFeO3

いない場合の値で規格化している。ポンプレーザーがあが金属であることから、BaFeO3 の金属化は容易と予想さたった t = 0 で XMCD 強度は減少する。ポンプ強度(F)のれ、実際に磁化の消える消磁だけでなく絶縁体金属転移の変化に伴い、XMCD 強度の時間変化は異なったふるまい

ダイナミクス観測に成功した。

を示す。F が 5.0 mJ/cm2 以下では、消磁は 150 ps 程度とBaFeO3 薄膜の時間分解 XMCD 測定は、ドイツ・ベル

かなり遅く、400 ps 程度後に磁化の回復が見られる。F がリンの BESSY II のビームライン UE56-1_ZPM[5]で行っ

6.6 mJ/cm2 以上では、消磁は放射光の時間幅である 70 ps

た。この測定により電子状態と磁性の両方が観測できると以下と速くなり、磁化の回復は最初の 800 ps の間では見いう長所がある。薄膜に対する X 線吸収分光と X 線光電られない。我々はこれらの消磁ダイナミクスの異なった振子分光の測定により、Fe4+となっていることが確認できてる舞いを、6.6 mJ/cm2 以上のレーザーによる絶縁体金属

いる[3, 4]。図 1 に測定の配置図を示す。放射光 X 線の円転移によるものと考えた。図 2(b)は X 線反射率の時間変化

偏光の向きは固定し、薄膜面内に磁場をかける電磁石にを示す。これによって、電子状態のダイナミクスを知るこ

よって磁場の向きをスイッチさせることができる。磁場のとができる。縦軸は(a)と同様に、ポンプしていない場合

プラスマイナスに応じて、反射率 R+と R−が得られる。平の値で規格化している。F が 5.0 mJ/cm2 以下ではポンプ

均反射率は(R++R−)/2 で与えられ、電子状態を反映する。

の効果が見えないが、F が 6.6 mJ/cm2 以上では効果がXMCD シグナルは(R+-R−)/2 で与えられ、試料の磁化を表はっきりと見られている。

す。パルス幅 50 fs のチタンサファイアレーザー（波長：800 nm、エネルギー：1.55 eV）をポンプレーザーとして用いた。ポンプレーザーのスポットサイズは 0.40 mm(水平)×0.25 mm(垂直)であり、プローブに使う放射光 X 線の方は 0.1 mm × 0.1 mm であった。時間分解測定の繰り
返し周波数は 3 kHz であり、ポンプレーザーの周波数によって決まっている。ポンプしたシグナルとポンプしていないものを交互に測定している。この測定の時間分解能は、
放射光 X 線のパルス幅である 70 ps である。
図 2：様々な励起レーザー強度での BaFeO3 薄膜の(a) XMCD 強度と(b) X 線反射率の時間変化。10 mJ/cm2 以外の曲線は分かりやすさのためオフセットで上にあげている。

7

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

図 3 はレーザー照射による絶縁体金属転移のメカニズム

れた準安定状態への光誘起モット転移であると考えられる。

を示す。ポンプレーザーの強度が 5.0 mJ/cm2 以下では、

この結果は、強相関電子系における磁気ダイナミクスの局

BaFeO3 薄膜の磁化は 1000 ps 程度の時間スケールで回復

所的な制御への新しいアプローチを示している。金属化にする。この 1000 ps の時間スケールは、電子・スピン・よって磁性操作の感受率を局所的に変化させ、空間的に磁格子が熱平衡に達した後に熱拡散によって磁気転移温度以気情報を書き込むことが可能であると考えられる。

下まで試料を冷やすのにかかる時間である。強いレーザー強度下での時間分解 X 線反射率の変化も 1000 ps 程度の時
間スケールでの回復を示し、ここでも熱拡散が重要なメカ[1] E. Beaurepaire, J.-C. Merle, A. Daunois, and J.-Y.
Bigot, Phys. Rev. Lett. 76, 4250 (1996).

ニズムであることを示している。電子と格子の温度は 1 ps

[2] T. Tsuyama, T. Matsuda, S. Chakraverty, J. Okamoto,程度で平衡に達することを考えると、この後者の結果は特E. Ikenaga, A. Tanaka, T. Mizokawa, H. Y. Hwang, Y.

筆すべきことである。1000 ps 程度の時間でバンドギャッ

Tokura, and H. Wadati, Phys. Rev. B 91, 115101

プがゆっくり再び開くことは、強い励起によって系が準安(2015).

定状態となっていることを示す。このような金属状態の長[3] S. Chakraverty, T. Matsuda, N. Ogawa, H. Wadati, E.

い寿命のメカニズムとしては、バンドギャップが閉じたこ

Ikenaga, M. Kawasaki, Y. Tokura, and H. Y. Hwang,とによって生まれた熱いキャリアが、電子間と電子格子のAppl. Phys. Lett. 103, 142416 (2013).

相互作用を弱めることによって、バンドギャップが再び開くことを妨げている、と考えられる。

[4] T. Tsuyama, S. Chakraverty, S. Macke, N. Pontius, C.
Schüßler-Langeheine, H. Y. Hwang, Y. Tokura, andH. Wadati Phys. Rev. Lett. 116, 256402 (2016).
[5] K. Holldack et al., J. Synchrotron Radiat. 21, 1090
(2014).

図 3：レーザー照射による絶縁体金属転移のメカニズム。

まとめると、我々は強磁性絶縁体である BaFeO3 薄膜の電子状態と磁性のダイナミクスを時間分解 XMCD によって観測した。ポンプレーザーの強度が 5.0 mJ/cm2 以下では、絶縁体に特徴的な 150 ps 程度の遅い消磁が観測され、反射率には変化がなかった。その一方で、レーザー強度が6.6 mJ/cm2 以上の時は、反射率に変化があった。これは金属状態への転移を示し、その結果放射光の時間幅である
70 ps 以下の早い消磁が見られている。BaFeO3 薄膜が絶
縁体金属転移の境界付近にあるため、絶縁相はキャリア密度に非常に敏感である。従って、絶縁体金属転移の起源は、電子間や電子格子の相互作用が遮蔽されることで安定化さ■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

8太陽光による水分解を高効率化するナノコンポジッ
ト結晶を開発ナノスケール物性研究部門【研究背景】

川崎 聖治、高橋 竜太、リップマー ミック

この薄膜作製時に金属イリジウムと SrTiO3 を基板上に同太陽光は、環境にやさしいエネルギー源の代表ですが、時に堆積すると、その結晶化プロセスで相分離が自発的に太陽の光のエネルギーをどのようにして燃料という形に変進行し、ナノサイズの金属 Ir の柱状結晶が SrTiO3 薄膜内換し蓄えるかが、エネルギー問題を考える上で重要なテー部に分散した理想的な試料を作製することができました。

マになっています。変換した燃料の中でも水素ガスは、燃

図 1(b)および(c)は、その薄膜の電子顕微鏡像です。このよ料として使った場合に水のみを排出して二酸化炭素をまっうなナノ構造の形成は、相分離の起こりやすい様々な材料

たく排出しない、最もクリーンな燃料と言われています。

の組み合わせで起こりうることがわかってきています[2]。

水素ガスをクリーンに製造する方法の一つとして、光電極を利用した水分解があります。しかし、この光電気化学反応は、製造コストに対してエネルギー変換効率が低いことがネックになっており、実用化の障害になっています。今回我々は、水分解光電極の効率を向上するためにナノサイ
ズの金属の柱 (直径約 5 nm)を酸化物半導体内部に埋め込んだ新規な「ナノコンポジット結晶」をデザインし、かつ簡便な手法で作製することに成功しました[1]。

【実験結果】
光電極の高効率化には、光励起で半導体内部に生じる電子(e-)とホール（h+）をいかに効率よく空間的に分離し、水の電気分解反応に利用するかがとても重要です。そこで、
我々は、半導体薄膜内部にナノサイズの金属の柱を埋め込んだ図 1(a)のようなナノコンポジット結晶を考案しました。
n 型半導体と仕事関数の大きな金属の組み合わせを選ぶことで、界面にショットキー接合を形成し、電子とホールの分離を効率よく起こそうというアイデアです。しかし、一般にこのような複雑なナノ構造の作製には、リソグラ
フィーなどの高価で複雑なプロセスが必要になります。本

図 1 (a)本研究で作製したナノコンポジット結晶の概念図。
試料の(b)表面および(c)断面の電子顕微鏡像。

研究の大きな成果は、このような複雑なナノ構造を一段階の薄膜堆積プロセスで簡便に作製できたことにあります。

このナノコンポジット結晶を光電極として、可視光照射

我々の実験結果では、ナノサイズの柱に金属イリジウム

下で水分解をする試験をした結果を図 2 に示します。可視（Ir）、薄膜の主成分にチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)

光照射下において、試料に 1.0V の電位を印加したあたりを用いた光電極において、非常に高い水分解効率を得ましから光電流の急峻な立ち上がりが観測されました。この光

た。

電流は、光電極表面で水の酸素生成反応（水の電気分解の試料の作製には、高品質の薄膜作製を可能とするパルス

半反応 2H2O + 4h+ → O2 + 4H+）が起こった時に流れた

レーザー堆積法という手法を用いました。この手法は、薄電流であり、急峻な光電流の立ち上がりは、光電極の効率膜の原料に強力なパルスレーザーを照射し、原料を蒸発さが良いことを示唆しています。実際に、量子収率を測定しせることで、基板上に様々な材料の薄膜を作製できます。

てみたところ、400nm から 600nm の広い可視光領域で9

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

80%を超える内部量子収率（試料の吸収した光がどれだけ【参考文献】

効率よく水分解反応に関与したかを示す指標）が達成され[1] S. Kawasaki et al. Nat. Commun. Nat. Commun. 7,ていることがわかりました。この量子収率は非常に高い値であり、金属 Ir の柱がない試料に対して効率は 10 倍以上向上しました。今回の試料では、半導体材料に Ir ドープの SrTiO3 という吸光係数の低い材料を使用しているため、11818 (2016).
[2] W. Zhang, R. Ramesh, J.L. MacManus-Driscoll, andH. Wang, MRS Bulletin 40, 736 (2015).
[3] A. Imai, X. Cheng, H. Xin, E. A. Eliseev, A. N.

外部量子収率（試料に照射した光がどれだけ効率よく水分Morozocska, S. V. Kalinin, R. Takahashi, M. Lippmaa,

解反応に関与したかを示す指標）は数％とまだ低い値にあ

Y. Matsumoto and V. Nagarajan, ACS Nano, 7,

りますが、今後の材料選択によってより高効率な光電極が11079-11086 (2013)

作製できると期待しています。

[4] R. Takahashi, H. Misumi, T. Yamamoto, M. Lippmaa,
Crystal Growth & Design, 14, 1264-1271 (2014)

図 2 a 本研究で作製したナノコンポジット結晶の可視光照射下および暗時の電流―電位曲線。b 1.6V vs. RHE における内部量子収率(APCE)および外部量子収率（IPCE）と吸光係数の波長依存性。

【今後の展望】
同様なナノ構造を持つコンポジット材料のアイデアは、
水分解光電極への応用だけでなく、磁性と強誘電性を併せ持つマルチフェロイック材料[3]やナノ磁石[4]を作るプロ
セスにも適用することができます。1 つの材料だけでは実現できない新しい機能性を付加するという点において、ナノピラー構造を持つコンポジット材料は自然界に存在しない新材料を作り出すきっかけを産み出しています。同様な材料プロセスを駆使することで、様々な新しい機能性デバ
イスから電極材料の開発へ応用できる可能性を持っています。

【謝辞】
本研究は、東京大学物性研究所の小森文夫教授、信淳
教授、名古屋大学の山本剛久教授、東京理科大学の工藤昭
彦教授、高エネルギー加速器研究機構の組頭広志教授、小林正起博士との共同研究によるものであり、科学研究費助成事業による助成(No. 26105002, 25706022)を受けて行われました。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

10

～レアメタルを使わないナノ磁石～

極限コヒーレント光科学研究センター「光」を用いた顕微分光はモノの形を可視化するだけ
でなく、化学状態や構造、磁性等の性質を可視化すること

辛埴、谷内 敏之

反強磁性体の磁区ドメインを測定することが出来る。実験
装置の詳しい説明は文献[1]に書かれている。

ができる。しかし、10nm 程度まで極細化が進んだ最近の
電子デバイスのナノ構造を観測するには空間分解能が足りない。一方、「電子」を用いた顕微手法は、その高い空間分解能によって原子レベルまでの微細構造の情報を与えてくれるが試料に対して破壊的であると言う欠点がある。そのために、深紫外レーザーを新たに開発する事によって、「光」と「電子」のそれぞれの顕微手法の長所を併せ持つ
新しい顕微計測の開発を行った。
光電子顕微鏡(PEEM)は一般的な電子顕微鏡とは異なり、励起源として「光」を利用することにより、物性をより直接的に可視化することが可能な顕微手法であり、非破壊・電子状態に敏感なコントラスト・適度な検出深さ・電子状(図 1）東京大学物性研究所で開発した超高感度・高分解能レーザー光電子顕微鏡
測定試料に紫外レーザーを照射することで試料表面から伝導電子態の直接観測といった優れた特長を持っているが、分解能を放出させる。放出した電子（光電子）は電子レンズをいて拡大が足りないという欠点があった。しかし、我々は、結像される。これにより伝導電子が持つ磁気状態などを可視化す

PEEM の分解能が主として光電子のスペースチャージ効
果によって決まっており、フェルミエネルギーからの閾値ることが可能となる。本グループは解像度（空間分解能）を下げる要因のひとつであった電子レンズの収差を補正する機構を持ち、世界最高の空間分解能を達成した。

のエネルギーを持つ CW 光で励起した顕微光電子分光を用いれば分解能が計算値限界まで上がることを明らかにした。

酸化物の表面や界面において、強磁性体になる事が、最実際、図 1 のように、266nm(4.66eV)の波長(エネルギー)

近 、 報 告 さ れ る よ う に な っ て き た 。 特 に 、 LaAlO3 とを持つ紫外 CW レーザーを用いることで世界最高の空間分

SrTiO3 の界面強磁性は、有名である。しかし、界面の磁解能 2.6nm を達成する事が出来た[1]。この空間分解能は性について、信頼ある実験を行うことは難しく、磁性不純予想した設計通りの値を得ることが出来た。これまでの物による可能性が高く、その真偽がいまでも議論されていPEEM の分解能を 10 倍以上も向上させることが出来た。

る。

この分解能は衝撃的だったらしく、この分野の著名な外国

我々が、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)そのものの表の方から、とても信じられないというメールを何通か受け面の PEEM を測定したのは偶然である。元々、SrTiO3 は取っている。また、この新しいレーザーPEEM は、バル磁性を担う伝導電子が全く存在しないので、バルクでは強ク敏感な光を利用しているために、電極の下に埋もれた絶磁性を示さない。しかし今回、真空中での短時間の加熱処

縁膜中の電子状態を可視化する事が出来るようになった。

理がチタン酸ストロンチウムの結晶の表面を室温強磁性層

埋もれた界面ナノ物性の可視化を実現すると同時に、デバに変えることを、PEEM を用いた円 2 色性実験により発イス動作下でのオペランド計測手法を確立した。ものづく見する事が出来た[2]。また、なおかつ強い垂直磁化を示りにおける実デバイスの強力な評価手法となり得る。また、すことを発見した。本来絶縁体であるチタン酸ストロンチ

光の円偏光を用いた円 2 色性を用いて PEEM を測定すれウムの結晶表面に酸素原子がわずかに足りない環境をつく

ば、強磁性体の磁区ドメインを測ることが出来る。実際、

ると、表面に微量の伝導電子が生成され、それが理想的な垂直磁化膜で有名な、FePt で磁区ドメインを測定するこ表面伝導を示す層（2 次元電子ガス）を形成することが明とが出来た[1]。一方、直線偏光を用いた線 2 色性では、らかにした。本研究グループは、この伝導電子を持つ特殊

11

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

な伝導性のある表面では、磁性が出現する可能性があることを明らかにした。このような物質全体から見ると非常に微量な表面のみの磁性を、物質の中の磁性不純物と区別し、精確に検出するためには、表面を高感度に測定でき、かつ不純物かどうかを見分けるためのミクロ観察技術が必要となる。SrTiO3 表面にある表面準位が、一番高いエネルギーを持っているため、紫外レーザーで伝導電子だけを励起・（図 3）チタン酸ストロンチウム結晶表面における室温強磁性の放出させることができる（図 2）。このレーザーPEEM を発見

用いて、表面の磁気状態をマッピングできる磁気イメージ

光電子像。原子レベルで平坦なため、結晶格子の階段構造（スングを行ったところ、室温で磁石のように磁気モーメント

テップ＆テラス構造）だけが見られ、不純物等は観測されなかっが揃っている磁気ドメインが、ナノサイズで表面に均一に分布していることが分かった（図 3）。これは、加熱処理で生じた酸素欠損由来の伝導電子がわずかに存在し、強磁性を発現していると考えられる。表面のわずかな伝導電子

真空中での加熱処理後の表面状態を観察。(a) 通常測定モードのた。(b) 磁気測定モードでの光電子像。赤/青の色は面直磁化方向（上向き/下向き）を示している。室温測定にてナノ磁石（ナノド
メイン）構造を形成していることが観察された。同時にレアメタ
ル系材料のように垂直磁気異方性を持っていることも分かる。また高温（730℃）で測定すると磁化が消失することが分かった。

が強磁性を形成するという今回の結果は、従来の磁性理論では説明が付かない現象であり、今後の磁性の基礎研究において大きな影響を与えるものと期待される。さらに、この強磁性は垂直方向の磁化を持ち、600℃以上でも磁気特性は保持されることも確認された（図 4）。これまで磁性すら持たないと考えられてきたチタン酸化物が室温強磁性を持ち、かつレアメタル系材料のように強い垂直磁化を持つという以上の結果は、磁気記録の分野に新たな技術を提供するものと期待される。
（図 4）観察された結晶表面の強磁性の温度変化
図の横軸は測定温度。縦軸はレーザーPEEM 測定結果から得られた垂直磁化の大きさ。600℃以上でも垂直磁化成分が残っていることから、非常に強い垂直磁気異方性を持っていることが分かった。

[1] Ultrahigh-spatial-resolution chemical and magnetic
imaging by laser-based photoemission electron
microscopy T.Taniuchi, Y.Kotani, S.Shin Rev. Sci.
（図 2）レーザー光電子顕微鏡による超高感度磁気イメージング

Instrum. 86, 023701(1-5) (2015).

の説明図
紫外レーザーでチタン酸ストロンチウム表面の伝導電子だけを励起・放出させる独自の手法を開発。これによって表面の磁気状態[2] Imaging of room-temperature ferromagnetic nano-を高感度に測定できるようになった。磁気イメージングにはレー

domains at the surface of a non-magnetic oxide T.

ザー光の偏光性を利用する。本研究グループが開発した光電子顕

Taniuchi, Y. Motoyui, K. Morozumi, T. C. Rödel, F.

微鏡装置の解像度（空間分解能）は 2.6nm であり、現在の世界最高性能である。

Fortuna, A. F. Santander-Syro, S. Shin Nature
Communications 7, 11781(1-6) (2016) .

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

12日本物理学会若手奨励賞（領域８）を受賞して極限コヒーレント光科学研究センター

近藤猛

この度、第 10 回日本物理学会若手奨励賞（領域８）をの前駆状態”に起因するか、それとも“競合する秩序状態”

受賞する栄誉に恵まれました。本受賞の対象となった「酸に起因するか、二者択一的な主張がなされてきましたが、化物高温超伝導体における擬ギャップと超伝導の競合関係

これは、Tc 以上で開くギャップが単一であると信じられの研究」は、名古屋大学の学生時に作成した単結晶試料をてきたことに加え、様々な測定手法に対して敏感なギャッ

通して、辛先生のグループとの共同研究を開始したことがプが別個に観測されてきたことが主な要因でした。我々は、発端となり花開いた研究です。辛埴先生、水谷宇一郎先生、

一つの実験手法で両者を選り分けて観測することに成功し竹内恒博先生、Eric Hudson 先生、Adam Kaminski 先生、たことで、擬ギャップと電子対ギャップがお互いに競合すをはじめとする数多くの方々との協力により結実した成る関係を解明しました。現在では、超伝導を抑制する電荷果であり、この場を借りて皆様に深く感謝申し上げます。

秩序が不足ドープ試料の X 線散乱実験によって観察される

以下、その研究内容について簡単にご紹介いたします。

等の進展が後押ししたこともあり、超伝導と競合する電子状態の存在は揺るぎない事実として認知されるに至ってい

銅酸化物高温超伝導体では，Tc より遥か高温（不足ます。

キャリア領域では室温以上）から電子構造にエネルギーギャップ（擬ギャップ）が開き始めることが知られています。擬ギャップは、特定の方位より発達し、フェルミ面の[関連論文]

一部を消失させるため、電子の占有準位と非占有準位の運

T. Kondo et al., Physical Review Letters 98, 267004 (2007).

動量空間での境界を曖昧にするとても奇妙な状態です。銅T. Kondo et al., Nature 457, 296 (2009).

酸化物高温超伝導体において最も特異な性質とも言えるこ

T. Kondo et al., Nature physics 7, 21 (2011).

の擬ギャップの起源と、それが持つ超伝導への関係を解明

T. Kondo et al., Nature communications 6, 7699 (2015).

することが、高温超伝導の発現機構を解明する上で重要な鍵を握っていると考えられています。
擬ギャップの超伝導への役割に関し大別して 2 つの解釈が提案されています。一つ目は、(1) 擬ギャップは電子対が形成されることで開き、より低温で転移する超伝導相への前駆現象として発生する、とする解釈です。2 つ目は、
(2) 擬ギャップ状態とは超伝導とは無関係の秩序状態に起因し、超伝導と競合する電子状態である、とする解釈です。
高分解能角度分解光電子分光(ARPES)を用いた我々の研究では、従来主に議論の対象とされてきたスペクトルのギャップサイズ(ピーク位置)ではなく、スペクトル量(面積)に着目することで、擬ギャップ状態が超伝導と競合する振る舞いを明確に示しました。それだけでなく、電子対の形成に起因する“電子対ギャップ”が、擬ギャップ温度(T*)よりも比較的低温かつ Tc よりも十分高温から、擬ギャップ状態と競合しつつ発達することを見出し、(1)と(2)の解釈が二者択一的ではなく、相補的であることを示しました。これまで、Tc 以上で開くギャップが“超伝導13

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

第８回強磁場フォーラム三浦奨励賞を受賞して国際超強磁場科学研究施設

中村 大輔

このたび、強磁場フォーラム総会において、「第 8 回強よって発生磁場の空間的均一性が良くなることを計算結果

磁場フォーラム三浦奨励賞（以下、三浦賞）」を受賞致しから予想し、実験によって確かめることができました。

ました。嶽山正二郎教授をはじめとして、協力して研究に(2) 発生した磁場の値の信頼性もまた、物性研究を行う携わった強磁場施設の破壊型マグネットグループのスタッ上で非常に重要です。破壊型の磁場発生方法は電磁濃縮法

フおよび学生の皆様など、沢山の方々に、この場を借りて(< 730 テスラ)に限らず、爆薬(> 1000 テスラ)やレーザー

改めて感謝申し上げます。なぜ私が三浦賞を受賞したのか、(~ 4000 テスラ)による磁束濃縮といった手法があります

誰もご存じないと思いますので、本稿にて簡単にご紹介さが、常に問題となるのは、「その磁場は正しいか？」といせていただきます。「破壊型超強磁場環境下での基盤実験

う点です。これに関してユーザーからの信頼が得られない技術の開拓と物性研究への適用」という応募研究課題につ以上、超強磁場科学の発展はありえません。私は、光学ガ

いて、嶽山教授から三浦賞へのご推薦をいただきました。

ラスの反磁性によるファラデー回転効果を利用して、従私が嶽山研究室の助教として物性研に着任してから 5 年

来型のピックアップコイルで計測された磁場強度との比較

半が経ちました。物性研に来た当初は、破壊型超強磁場のを行いました（図 1）。その結果、ピックアップコイルで何たるかをまだ分かっていなかったため、自分はこの領域の計測に関して、磁場発生空間から計測室までの信号ライで何をするべきか？ということを考えました。施設スタッンによる高周波成分のロスが最大で 10%程度存在するこフの立場として超強磁場下で物性研究を開拓するには、将とを明らかにし、その補正式を導出することに成功しまし来にわたって施設ユーザーの研究が円滑、高精度に実施でた[2]。これは今までの電磁濃縮実験では無視されてきたきる土台を築きつつ、推進することが重要であると、自分部分であり、私の研究により初めて電磁濃縮実験で正確ななりに解釈しました。超強磁場実験環境は極めて過酷であ磁場値を計測する手法を確立したと言えます。この補正式

るため、そこでの土台作りは長いスパンでの地道な努力がにより電磁濃縮装置を用いた物性測定結果の定量的な分析必要で、5～10 年間を現場の最前線で過ごす助教レベルでが可能になりました。単層カーボンナノチューブの励起子

ないとなかなか手が出せません。その土台としては、超強吸収ピークが Aharonov-Bohm 効果によって 370 テスラ

磁場を(1)作る、(2)測る、(3)利用する、のトピックスに分の超強磁場下で分裂する様子から、150 テスラ以上で初めけられるかと思います。各項目における進展に関して、以て顕著になる K、K’点での独立な励起子準位の分裂の大き下でご説明します。

さを評価しました[3]。

(1) 電磁濃縮過程の数値シミュレーションを改良し、実験で得た磁場の詳細な空間分布と比較して、電磁濃縮法における磁場波形を精度よく再現することに成功しました[1]。これまで電磁濃縮法でのマグネットコイル開発は、経験に基づく勘と手探りの要素が大きかったのですが、磁束濃縮プロセスを勘に頼らず推測できるようになり、マグ
ネットコイルの開発効率が格段に進展しました。超強磁場中での物性測定を行う上で重要な要因は、発生磁場の空間的均一性です。例えば補償コイルを用いる磁化測定には、
小さな空間内に発生する超強磁場の高い空間的均一性が求められます。この点に関して、電磁濃縮マグネットコイル

図 1: ピックアップコイルにより計測された磁場波形(黒線)と、中のライナーの収縮形状が材質や密度、比熱の関数としてファラデー回転法により計測された s, p-偏光の強度の時間変化

変わることに着目し、ライナーの材質を真鍮にすることに■ ■■ ■ ■■ ■(赤、青線)。

物性研だより第 56 巻第 4 号

14(3) 1000 テスラ超強磁場発生装置を極低温での物性測定に供するためには、磁束濃縮過程の最終段階で収縮するラ
イナーよりも小さい径のクライオスタットの開発が必須です。そのため、私は現状より小径のクライオスタットの開発に取り組みました。その結果、小径一巻きコイル(内径8mm) と の 併 用 に よ っ て 、 い く つ か の ス ピ ン 系 物 質(SrCr9Ga3O19, K2Mn3(OH)2(VO4)2 など)について 210 テス
ラ、5K での物性測定を行うことに成功しました。準非破壊型の一巻きコイル法ではこれまで 190 テスラが物性測定の限界でしたが、世界で初めて 200 テスラ超の領域で、試料を破壊せずに物性研究を行えるようになりました。更に、この新クライオスタットをベースとして、磁場の空間的不均一性の影響を受けにくい同軸型の磁化測定プローブの開発にも着手しており、量子スピン系物質の強磁場物性研究の共同利用に現在供しています。

このように、超強磁場科学の推進には、磁場を「そこにあるもの」として単に利用するだけでない、より広い視野が常に必要とされます。私の着任と同時に、文科省の大型1000 テスラ超強磁場の開発プロジェクトが開始し、これまでこの新型装置の立ち上げに携わってきました。米国製
造元との技術的・交渉でのサポートを通じて、超強磁場発生装置を新しく作り上げることの重要性と難しさを、現在痛感しています。今後はこれまで築いてきた土台を活かして、強磁場物性物理の展開に貢献したいと考えています。

参考文献[1] D. Nakamura et al., Rev. Sci. Instr. 85, 036102 (2014).
[2] D. Nakamura et al., Rev. Sci. Instr. 84, 044702 (2013).
[3] D. Nakamura et al., Phys. Rev. B 91, 235427 (2015).

15

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

理研シンポジウム・iTHES 研究会「熱場の量子論とその応用」で最優秀ポスター賞を受賞して長谷川 雅大2016 年 8 月に理化学研究所で開催された研究会、理研シ

ことで、量子ドットと呼ばれる素子を作ることができます。

ンポジウム･iTHES(interdisciplinary Theoretical Science)

この電子の島は電圧印加によるポテンシャル障壁によって研究会「熱場の量子論とその応用」にて「量子ドット系に守られており、電子はトンネル効果によってこの壁を通過おける温度・化学ポテンシャル駆動断熱ポンピングの理論」

していきます(図)。このポテンシャル障壁の高さや島そのという題目でポスター発表を行い、最優秀ポスター賞を受ものの電位を調節することで回路に流れる電流を調節する

賞させていただきました。この研究会では、熱・化学平衡

ことが可能になります。この調節機能を利用することで、系及び非平衡量子場系をキーワードとし、素粒子・原子

量子ドットは電子を汲み上げるポンプとして機能すること

核・宇宙物理・物性物理・量子光学の研究者が分野の枠をが知られており、1 個の電子を回路に流す単一電子源等に超えて集まり、理論・実験・観測における最近の進展、新応用されています[3]。

しい問題意識について活発な議論が行われました。受賞対象となった講演は、加藤岳生先生と共同で行ったナノス
ケールの回路素子に周期的な電圧バイアス及び温度バイア
スを印加した際の電子輸送特性の理論研究に関するものです[1]。本研究は、加藤研究室に配属されてから継続しているものであり、このような形で評価されたことをとても嬉しく思います。この場を借りまして、本研究の遂行にご協力を頂いた関係者の皆様に深く感謝申し上げます。
受賞となった研究について簡単にご紹介します。
19 世紀の蒸気機関の発明より、熱機関の性質を調べるための学問として熱力学は始まり、最も基本的な科学分野の一つとして研究され続けてきました。熱機関とは、ある図、量子ドットを介した電子輸送の概略図

エネルギーを別のエネルギーへと変換する装置のことです。
例えば、自動車に積まれるガソリンエンジンはガソリンがナノスケールの熱機関は実用的な関心のみならず、理論持つ化学エネルギーを車輪の回転エネルギーへ変換する熱としても面白い問題を提示しています。我々の住む10機関です。この熱機関の一つにポンプがあります。ポンプ個程度の巨視的な数の原子や分子が同時に動く世界と、数はエネルギーを注入することで水を低所から高所へと汲みえられる程度の原子や分子が動くナノスケールの世界では上げ、水の位置エネルギーを生み出す熱機関で、この操作大きく異なる点が二つあります。一つは、我々の世界ではをポンピングと言います。とても身近な技術に感じられる

多数の電子が乱雑に動くことで打ち消されてしまう量子力

ポンピングですが、このポンピングは 21 世紀において、学的な効果が、ナノスケールの世界では現れてくる点です。

そのフィールドをナノスケールの世界に移して研究が行わ

例えば、電子の波動として振る舞いや、量子エンタングル

れています。

メントと呼ばれる特殊な粒子同士の相関など、様々な量子1985 年のフラーレン分子の発見[2]に示されるように、力学が顔を出します。もう一つは、ナノスケールの世界で1980 年頃より科学技術はナノスケールの世界へと到達しはダイレクトに電子に強い電位差を印加することができるました。ナノスケールの世界を操作・測定する技術は日々点です。電位差等の力がかかっていない状態を平衡状態と進歩し、現在においては、半導体界面上にナノスケールの呼ぶのに対し、電位差等の力がかかっている状態を非平衡

電子回路を作ることも可能となり、その特性が日々研究さ状態と呼び、特にその力が強くかかっている場合の非平衡

れています。ナノスケールの電子回路上に電子の島を作る

状態の特性は未解明な問題として研究されています。ナノ■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

16スケールの熱機関ではこの量子力学効果と非平衡状態が強く現れ、巨視的な世界の熱力学にはない新しい熱力学が存在するのではないかと議論されています。
今回の発表は、このような観点から、時間変化する電圧
差及び温度差を量子ドットに印加した際の電子ポンピングについての研究に関するものです。量子ドットの導電性は量子ドットのエネルギー準位によって決まり、電子間相互作用はこのエネルギー準位をドット内の電子密度に応じて変化させます。本研究では、温度・電圧変調に対して量子ドットの電子密度が遅延して変化し、導電性が変化することによって起きる整流効果がポンピングの仕組みであることを明らかにしました。また、特に温度変調によるポンピ
ングにおいて、量子ドットのエネルギー準位を調整することで、常に一方向に電子を汲み上げることができることも明らかにしました。本研究で得られた定式化は、これまで未解明であった、電子浴と量子ドットの量子状態が強く混成している状況での温度変調という問題設定に適用できるものであり、本質的に量子力学的な効果が無視できない物
理領域での熱・統計力学を解明するための基礎的な手法を与えます。今後、この研究成果を基礎とし、熱力学と量子力学の関係を明らかにする研究を遂行していきたいと思っ
ています。

参考文献：
[1] M. Hasegawa and T. Kato, arXiv: 1601. 05812.
[2] H. W. Kroto, et al., Nature 318,162 (1985).
[3] L. P. Kouwenhoven, et al., Phys. Rev. Lett. 67, 1626
(1991); F. Giazotto, et al., Nat. Phys. 7, 857 (2011); M.
R. Connolly, et al., Nat. Nanotech. 8, 417 (2013).

17

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

客員所員を経験して東北大学金属材料研究所

野村 健太郎2016 年度前期に加藤岳生所員のホストで客員准教授と客員期間中、理論家の方々とも有益な議論をしていただ

してお世話になりました。客員期間中は加藤所員をはじめ、きました。加藤所員とは、私が現在興味をもっている磁性

大谷所員、中辻所員、押川所員、松田（巌）所員、長田所

ワイル半金属を実現するための物質探索ついて議論してい員、近藤所員の方々と有益な議論をさせていただきました。

ただきました。特に GdPtBi などのハーフホイスラー構造

第一線を牽引する最先端の研究成果に触れて大変刺激になの反強磁性体に強磁性秩序を持たせることができるかが課りました。

題としてあげられました。この物質はパラボリックな分散

客員公募研究のテーマは「スピン軌道結合の強い電子系をもつ伝導帯と価電子帯が点接触したゼロギャップ半導体における磁気輸送現象の理論的研究」です。近年、スピン

ですが、強磁性秩序を保つことで線形分散をもつワイル半軌道相互作用によって発現する、トポロジカル絶縁体やワ金属になることが期待できます。加藤所員には磁性体の第イル半金属といった、物質の新しい量子状態の存在が解明

一原理計算の専門家である土浦宏紀先生（東北大工）を紹されました。また最近、強いスピン軌道相互作用を有する

介していただき、現在も 3 名で共同研究を続けさせていた磁性体が多く合成され、その新奇磁性が実験的に発見されだいております。また押川所員にはディラック電子系のスています。物性研究所の所員の方々はこれらの急速に発展

ピン磁化率に関して議論していただきました。もしスピンするアクティビティーで常に中心的役割を担っており、今軌道結合がないとすると、スピン磁化率は状態密度によっ回の客員期間中に聞かせていただいたお話は大変興味深いて決まるため、ディラック点近傍で磁化率はゼロとなりまものばかりでした。特に Mn3Sn における異常ホール効果

す。一方、スピン軌道結合のある系では Van Vleck 機構には中辻所員によって初めて発見された現象で、私も以前か

よるバンド間結合の寄与が加わります。連続近似のもとでら強い興味を持っておりました。中辻研および大谷研のメ

ディラック半金属のスピン磁化率を計算してみますと、ンバーと緊密に議論をさせていただき、最新の興味深い実

カットオフに依存するがフェルミ準位には寄らないという、

験結果を教えていただきました。理論家の視点から現状を一見異常な振る舞いが得られます。このような特徴はバン

見ると、これまでに行われた理論研究はすべて第一原理計

ド構造のトポロジーに着目することで理解できるのではな

算を用いたものであり、どういった原理でスピン磁化がゼいかという事を、押川所員に提案していただきました。そロにも拘らず異常ホール効果が起こるのかが理解されてなの後計算を進めるとスピン磁化率をベリー接続の用いて表

いと思いました。そこで私は加藤所員にご協力いただき、現し、スピン磁化率のバンド間結合による成分をベリー接

Mn3Sn のもつ結晶構造である積層カゴメ格子上のタイト

続によって表すことに成功しました。今後も押川所員と共バインディング模型を構築して、これにスピン軌道相互作

同研究としてプロジェクトを進めたいと考えております。

用および局在スピンとの交換相互作用を導入し、ホール伝

また、頭脳循環ワークショップ "Frontier of Quantum

導度の計算を行いました。ユニットセルに 6 個のサイトがMaterial Science and Nano-Technology"に招待していたありさらにスピンの自由度もあるので 12 バンド模型となだ き ま し た 。 私 は "Spin-electromagnetic responses in

りますが、これまでの計算から軌道磁気モーメントが基底

topological matters"の題目で発表の機会をいただき、著

状態で有限になることがわかりました。これがスピン磁化

名な Leon Balents 先生(UCSB)や新進気鋭の若手研究者たゼロの異常ホール効果の起源であると予想し、さらなる考ちと討論を通じて大変有益なコメントをいただきました。

察を続けております。この模型は、例えば現在大谷研究室

客員の期間は半年でしたが、大変実りある期間となりまで進められているスピントロニクス現象を理論的に解析すした。物性研究所の皆様とは是非今後も共同研究を続けさる際にも有効模型として用いることができると期待しておせていただきたいと思います。

ります。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

18客員所員を経験して京都大学大学院理学研究科
2016 年度前期に信淳先生のホストのもとで客員所員を勤めさせていただきました。

松本 吉泰

着種と表面間の束縛振動がこの相互作用により励起される様子を解明することができました。

せっかくの機会ですので、私と物性研との関わりについ

金属表面上での最近の研究では、Pt(111)表面上に成長てまず述べます。私は分子科学研究所助教授時代に一念発させた水の氷薄膜の構造、特に分子配向の解明を挙げるこ

起して気相中の分子分光から表面科学へと大きく舵を切りとができます。この表面上では氷薄膜内の分子配向が揃うました。そのときに超高真空装置のことや金属単結晶の取ことにより強誘電性の薄膜が成長するのではないかというり扱いなど、たいへん基本的なことを当時の物性研におらことが従来から言われてきました。しかし、決定的な実験れた村田好正先生にお世話になったのが本格的に物性研と事実はなく、むしろ否定的な結論が導かれていました。そ関わる最初の契機でした。その後、信さんが理研から物

こで、対称中心がないところでのみ和周波発生が有効に起性研に移られてからは、研究会などをはじめとして物性研きるということを利用し、まず Pt(111)表面において氷結の活動に参加するようになりました。最近では物性研の短晶薄膜が実際に分子配向を揃えて成長するということを実期研究会に 2013 年、2015 年と参加し、研究成果を発表さ証しました。さらに、和周波発生信号をヘテロダイン検出せていただきました。そして今年度、客員所員として迎えすることにより、Pt(111)表面直上の第一層の水分子が一ていただけたのはたいへん光栄なことでした。ただ、残念

つの水素原子を白金側に向けて吸着するという分子配向をなことは、ちょうど今年度の 4 月から勤務先の京都大学大決定することができました。これにより、第一層の水分子

学院理学研究科の副研究科長を拝命したため、アドミニスの配向が制御され、これに水素結合する二層目以上の分子トレーションにずいぶん時間がとられるようになり、なかの配向が規定されるということを明らかにしました。また、

なか思うように時間がとれなくなったことです。特に、本この表面では温度を制御することによりアモルファスな氷研究科の教授会議と物性研の所員会がまったく同じ日程で薄膜を成長させ、昇温とともに結晶氷へと構造を変化させ重複していたため、物性研の皆さんには正式なご挨拶もでることができます。この結晶化がどのように起きるのかと

きずじまいでした。たいへん申し訳ありませんでした。

いう点にも興味を持ち研究を発展させています。

これまでの私の研究を概観してみたいと思います。表面

この他にも、光触媒機能のある金属酸化物中での光誘起科学の分野での私の初期の仕事は金属表面上の吸着分子の電荷のダイナミックスやその表面での電荷移動について、

光化学でした。メタンのような物理吸着する不活性な飽和単結晶、ナノ粒子などの表面を高真空から水中にいたる幅

炭化水素分子が白金などの単結晶表面上では、気相中では広い条件下で実験をしています。また、有機半導体、およ

吸収のない紫外領域の光でメチルと水素原子に解離するこびその表面における電子状態ダイナミックスにも興味をとを見出しました。これについては信さんがその後、赤持っており、一重項励起子分裂に関する研究も進めていま

外吸収分光により第一層に吸着したメタンの対称性が白金す。これらの研究の一端は今年 6 月に物性研の談話会にてとの相互作用により低下していることを見出されています。

「金属・半導体表面上の水の構造と電荷移動」という題でその後、光誘起過程の分子ダイナミックスを明らかにする講演させていただきました。

方向に研究を発展させました。対象とした吸着種は化学吸客員所員在任中は先程述べたような理由で私自身が物性着の代表例であるアルカリ金属と一酸化炭素です。時間分

研にて落ち着いて研究することは困難だったのですが、私

解非線形分光（第二高調波発生、和周波発生）により、の研究室の助教や学生が比較的長期に渡り、信研で実験

フェムト秒パルスで表面系の電子状態を励起することによをさせていただきました。主な実験としては先程述べた白り、吸着種の原子核がどのような運動をするかに注目しま

金表面上に成長させたアモルファス氷薄膜が昇温によってした。すなわち、金属表面での電子－格子相互作用による結晶化する過程において電子状態がどのように変化するか

超高速過程を明らかにすることが目的です。その結果、吸を紫外光電子分光により測定するという内容です。この過19

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

程については本研究室にてすでに詳しい赤外吸収分光と昇温脱離の実験はできているのですが、今回のこの共同研究により電子状態の観点からも情報を得ることができました。
現在、データを解析中ですが、電子状態が結晶化により予想していたより大きな変化を示すことがわかり、これらのデータを総合して結晶化のメカニズムを解明したいと思っています。
物性研はその名の通り、様々な新物質や新規なナノ構造の開発と共にその物性の起源や機能を明らかにすることが重要課題であると思います。今後のこの方面における物性研の皆さんの研究の発展を期待しております。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

20客員所員を経験して大阪大学大学院理学研究科

酒井 英明

2016 年度前期に徳永研究室と辛研究室に共同ホストとル半金属など、精力的に新しいディラック電子系物質が見なって頂き、客員所員を務めさせて頂きました。両研究室出されています。この中でも、我々のグループが力を入れの皆様には、さまざまな実験や議論で大変お世話になりまているのが、磁性体のディラック電子系物質です。これました。まずは深く御礼申し上げます。

でのディラック電子系のほとんどが非磁性体でしたが、はじめに自己紹介を兼ね、私と物性研のこれまでの関わ我々は、ディラック電子を担う二次元伝導層と磁性を有すりについて書かせて頂きます。私が初めて物性研を訪れた

る絶縁ブロック層が積層した多層ディラック電子系新物質のは、大学院 1 年生として物性理論研究部門に配属となっの創製に成功しました。本物質では、ディラック電子と磁た際で、ちょうど物性研が柏キャンパスに移転した直後で気秩序が強相関状態を形成していることが大きな特徴で、した。私は安藤恒也先生にご指導頂き、カーボンナノ

磁性層の磁気秩序を変化させると 1,000 パーセント以上のチューブの理論研究をしておりました。当時の柏キャンパ

大きな磁気抵抗効果が発現します。しかし、ディラック電

スには、まだ物性研と宇宙線研しか建っておらず、敷地が子の微視的状態が、磁気秩序の有無や秩序パターンの変化

広かったこともあり閑静というよりは、むしろ静かすぎてに対して、どのように変調されているかについては未解明

やや殺風景な印象を持ったことを覚えております。修士課のままでした。このメカニズムを明らかにできれば、さら程の卒業と同時に物性研を離れ、企業や国内外の大学、研に新たな磁性ディラック電子系の設計も可能と考え、強磁究所をわたり歩いておりました。この間に物性実験家に転場測定と光電子分光法を駆使することにより、実験的にそ身した私は、東京大学の石渡研究室助教として、約 3 年前の解明を目指すというのが本客員所員研究の大目標でした。

から徳永研究室で共同利用実験をさせて頂く機会があり、まず強磁場測定については、電気抵抗における量子振動

年間 1－2 回の頻度で再び物性研にお世話になっておりま現象を利用して、フェルミ面の詳細な変化を捉えようと計した。久しぶりに訪問した際には、キャンパス内の建物と画しました。これには、パルス磁場中（最大約 50 テスラ）

人の数が劇的に増え、賑やかになっていたことに、とてもの低温において、試料回転ステージを用いた電気抵抗測定

驚いたのを記憶しております。今回は、実験や議論の空きが必要であり、実験的には厳しい条件でした。徳永研の多時間に客員所員の居室で過ごす時間がいくらかありました

くの協力のもと、どうにか磁場の傾斜角度依存性に関するので、研究所内の雰囲気もいろいろと知ることができまし

系統的なデータを取得することができました。解析結果かた。所内は、私が大学院生だったころとあまり変わっておらは予期しなかった興味深い電子構造が明らかとなり、現らず、落ち着いて研究に集中できる環境のままでした。大

在論文を準備しています。また光電子分光測定については、学院生当時は当たり前と思っていた、このような恵まれた

辛研究室の石田助教に先行して進めて頂いていた、ポン研究環境が懐かしくもあり、また羨ましくも感じました。

プ・プローブ型の時間分解測定の結果を詳細に議論するこ

さて前置きはこれくらいとし、研究内容について説明さとができました。これにより、ディラック電子の超高速ダ

せて頂きます。今回の客員所員での私の研究テーマはイナミクスの理解を深めることができ、新しい物質への展「ディラック電子系新規磁性体の量子伝導現象と微視的電開も非常に楽しみです。さらに近藤研究室とも協力し、高子状態の解明」です。ディラック電子系とは、固体中の電分解能の光電子分光測定により、磁気秩序前後のディラッ

子状態がシュレディンガー方程式ではなく、相対論的ディ

ク電子状態の変化を明らかにするための共同研究を開始でラック方程式により記述される物質群のことで、近年、基きたことは、とても嬉しく思っております。

礎科学とデバイス応用の両面から大きな注目を集めていま

この半年を振り返ってみますと、上記のような当初の計す。この最も有名な例は、黒鉛の単一原子層であるグラ画に近い研究に加え、予想以上に幅広く共同研究を展開でフェンですが、最近ではトポロジカル絶縁体の表面ディきたことは、特に有意義であったと感じております。長谷ラック状態や、グラフェンの三次元版のディラック・ワイ

川研究室からは、本物質の磁気状態の詳細な解明に向け、21

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

スピン偏極走査トンネル顕微鏡での測定のご提案を頂きました。研究室の皆様と実際の実験について議論させて頂いたことは、大変刺激的でした。また我々のグループで合成している他の物質群についても、徳永研究室や上床研究室の方々と多くの議論や予備実験をさせて頂き、新たな共同研究を開始することができました。客員所員として比較的余裕を持って物性研に滞在できたため、客員のプロジェク
ト以外についても、所員の方々と自由に議論させて頂けた
ことは、私にとって一番の貴重な経験でした。
今後も共同利用に加え、上記のような新しい研究の芽を育むためにも、物性研を訪問させて頂く機会が多々あると思います。これらの研究テーマのさらなる発展に向け、引き続き多くの所員の方々と研究交流を持たせて頂ければ幸甚です。この度、このような素晴らしい研究機会を与えてくださった物性研関係者の皆様には、改めて御礼を申し上げます。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

22研究室だより

益田研究室

2010 年 4 月に物性研に着任し、早くも 6 年が過ぎましく活用すれば中性子のビームタイムを浪費せずに確実な結た。今回物性研だよりで研究室だよりを書く機会を頂きま晶性の確認ができる有用な装置が生まれるはずです。そこしたので、この 6 年間を振り返ってみたいと思います。着で私はこの装置を使用可能な状態までもっていくことにし

任前は、研究用原子炉 JRR3 とパルス中性子源 J-PARCました。

を活用して、磁性・強相関電子系の研究を推進するつもり

X 線ラウエ装置の場合、設置されている部屋全体が放でいくつかの具体的なテーマを考えておりました。着任後

射線管理区域になってしまうため、まずは実験室の中に

基本路線に変更はありませんでしたが、2011 年の東日本

間仕切り用の壁を設置し、スペースの有効利用を図りま

大震災による JRR3 再稼働の遅れのため、研究スタイルはした。さらに、X 線のシャッターを開けると、隣の実験

当初考えていたものとかなり変わりました。物性研と室を突き抜けてエレベータホールまで X 線が漏洩してい

KEK が J-PARC で共同運営する中性子分光器 HRC に深ることが判明したため、遮蔽をしっかりとしたものに作く関わるとともに、中性子施設が企画した「海外実験支援

り替えました。これらを行うために、アルミ製のスライプログラム」を利用した海外中性子施設での実験を多く行

ドレールを切断したり、光学系を囲う壁を設置したりう機会に恵まれました。また、私の着任半年後に研究室に(図 1(a)参照）、つまり大工仕事を行いました。大工仕事

参加していただいた左右田助教は、手先が器用で有能な研は数か月にわたりました。放射線管理区域に関して技術究者でしたので、研究室の立ち上げに大きな貢献をしてく専門員の野澤さんと何度も打ち合わせをしたことは、今れました。昨年最初の大学院生（白椽大君）が学位を取得

では良い思い出です。

し卒業し、左右田助教も 5 年の任期を終えて次の職探しをX 線カメラとして最初はイメージングプレートを用いま開始するようになり、研究室の代替わりが徐々に進んでおしたが、うまくいきませんでした。Si ウエハを用いればります。雑駁になるかとは思いますが、この 6 年間の研究

長波長 X 線の透過ラウエ写真は撮れるのですが、加速電圧

室のあれこれを書いてみたいと思います。

をあげて短波長になると、X 線がイメージングプレートを透過してしまうため、うまく撮れなかったのです。そこで

１．最初の仕事高エネルギーの X 線でも撮影しやすいように、シンチレー

割り当てられた 2 部屋の実験室の内、1 部屋は大型の X

ションを厚めにした CCD カメラを用いたところ、大変き線装置が使われない状態で占拠されていました。直ぐに使れいにラウエ写真が撮れるようになりました(図 1(b)）
。さえる状態のものではなかったので、これをどのように活用

らに、ゴニオメータの操作性をよくするため、モータコン

するか、あるいは廃棄してしまうか決断する必要がありま

トロールのための Labview プログラムを最初の大学院生した。中性子散乱実験を行う場合、事前に X 線ラウエ装置の白君が作成しました。また、左右田助教は、ゴニオメーを用いて試料評価と軸立を行います。実験室で十分な時間

タ用モータコントローラの更新、結晶の位置調整のためのをかけて単一ドメインの単結晶を選び、結晶軸を探してホ墨だしレーザーの利用と、リモートコントロールのためのルダに固定する、という準備を経て中性子実験を行うのでウェブカメラの利用を提案してくれました。これらによりすが、いざ中性子を当ててみるとドメインが複数あり実験使い勝手の良い測定系が出来上がり(図 1(d)参照）、現在で出来ない、という事態がときどき発生します。これは、Xは私の研究室だけでなく、他のグループの方々からも共同線の浸入長が短く試料表面の結晶性しかチェックできない利用装置としてご利用いただいております（表 1 参照）。

ことによりますが、もしも侵入長の長い短波長の高エネル
ギーX 線を用いれば、cm サイズの大型単結晶でも透過 X
線ラウエ法が可能となり、そのような事態を未然に防ぐことが出来ます。実験室に放置されていた X 線装置は加速電圧が最大 450kV と高エネルギーのものでしたので、うま23

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

この仕事と平行して、2010 年 4 月から 12 月にかけて、ため、夜中の急な呼び出しはほとんどありませんでした。

研究用原子炉 JRR3 の三軸分光器 PONTA の共同利用運営

JRR3 が 12 月に計画停止し 2011 年が明けると、1 月に左を行いました。大学から携帯電話を支給された際には大変

右田助教が、4 月に萩原特任研究員が私のグループに参加

うれしく思ったものですが、「これはユーザーが装置担当

し、柏の実験室の立ち上げも加速しました。各種電気炉、者を 24 時間いつでも呼び出すことが出来るようにするた

FZ 装置の導入、粉末 X 線装置の購入、比熱測定装置の開めのものだよ」と聞かされて、複雑な気持ちになりました。

発などが行われました。

幸い PONTA のユーザーは装置に習熟したグループが多い

(b)

(a)

(d)

(c)

図 1：(a) 高エネルギーX 線装置を囲う安全壁の工事の様子。(b) 単結晶試料(正方晶）の透過ラウエ写真。(c) 透過ラウエシステムを用いて軸立された結晶 (d) 高エネルギーX 線透過ラウエカメラシステム。仕様は以下の通り。X 線源：タングステンターゲット、最大電圧=450 kV、最大電流=10 mA、白色 X 線ビームのピークエネルギー=310 keV、(linear absorption coefficient 0.099 cm-1 for Cu, 0.42 cm1for Pb)。CCD カメラ：high-speed CCD camera、イメージングサイズ=10cm×10cm (1024×1024 pixels)、試料ステージ：X, Z, ω, RX,

RY を PC(Labview)制御

2011 年度
研究グループ
益田（ISSP）
阿曽（琉球大）吉沢（ISSP）
松浦（CROSS）
合計
2012 年度
研究グループ佐藤（東北大）吉沢（ISSP）
益田（ISSP）
平賀（KEK）
横山（茨城大）阿曽（琉球大）有馬（東大）
徳永（ISSP）
松浦（CROSS）
合計

2013 年度
日数
24
1
9
1
35
日数
7
41
61
2
3
2
3
1
2
122

研究グループ吉沢（ISSP）
古川（お茶大）佐藤（東北大）益田（ISSP）
高橋（筑波大）萩原（東理大）横尾（KEK）
脇本（JAEA）
合計
2014 年度
研究グループ吉沢（ISSP）
益田（ISSP）
有馬（東大）廣戸（東理大）横尾（KEK）
鬼丸（広島大）

日数
19
5
4
46
1
1
1
5
82
日数
13
38
25
2
10
2

金子（原研）

2

山崎（東理大）元屋（東理大）中島（理研）
佐藤（東北大）岩佐（東北大）田中（東工大）繁岡（山口大）合計2015 年度
研究グループ吉沢（ISSP）
益田（ISSP）
有馬（東大）
元屋（東理大）佐藤（東北大）上床（ISSP）
山崎（理科大）Chang（台湾）

6
3
3
6
1
2
1
189
日数
6
59
6
2
2
1
2
1

小林（琉球）
合計
2016 年度
研究グループ吉沢（ISSP）
益田（ISSP）
有馬（東大）
田中（東工大）伊藤（KEK）
Broholm (JHU)
佐藤（東北大）
合計

2
77
日数
9
43
11
1
7
4
1
70

表 1：高エネルギーX 線透過ラウエシステム使用実績■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

24

２．東日本大震災、J-PARC、JRR3 と海外実験

称二次テンソル（いわゆるスピン・ネマティック演算子）

支援プログラムで表され、磁性と誘電性の関係が非常にシンプルであるこ2011 年の 3 月の大震災では、日本の二つの中性子源とが特徴です。またこの物質は、私が物理工学科助手の頃

JRR3 と J-PARC の両方が大きなダメージを受けました。

に指導していた学生のテーマでもあり、思い出深い物質で物性研が KEK と共同運営している J-PARC ビームラインもあります[2]。図 2(a)に示されるように、Co2+イオンのBL12 では、3He 検出器（時価約 500 万円/本）が数本破損

周囲には O2-イオンが四面体配位しており、反転中心が存して大変な損害が出ましたし、JRR3 では中性子輸送管の在せず、電気分極とスピン・ネマティック演算子は等価にずれ、様々な分光器の不調などが発生しました。多くのなります。したがって、分極間相互作用をスピン・ネマ

方々の復旧作業により、J-PARC は 2012 年 1 月には再稼

ティック相互作用と結びつけることができ、またこれらは働しましたが、JRR3 の方は原子炉の安全審査が必要とさ全てスピン演算子により表すこともできますので、磁性とれているため、6 年が経過した現在もまだ稼働しておりま

誘電性の両方を、簡単な形でスピン・ハミルトニアンによせん。そこで私のグループでは、J-PARC と海外の中性

り記述することが可能になります。また、この物質では、

子実験施設を利用してこの 6 年間を過ごしてきました。中Co2+の磁気異方性の主要項は容易面型の単イオン異方性性子施設では毎年度共同利用課題の公募を継続しており、D(Sz)2 で表されますが、容易面内の向きは決定されないこ採択されたグループが海外で同じ内容の実験を行う際にはとも、特徴の一つです。

旅費支援を行う海外実験支援プログラムを走らせており、結晶の対称性の考察から、面内の異方性を決める主要項

私たちもその制度を利用してきました。支援を受けた実験

は、OXY のスピン・ネマティック相互作用項であること

で論文化された仕事としては、左右田稔助教を中心としたが分かりました。たとえば、図 2(b)のように OXY 相関がマルチフェロイック物質 Ba2CoGe2O7（スイス PSI）、リ

反強的な場合には、磁気異方性は[100]方向となり、電気、浅井晋一郎特
ラクサー磁性体 LuFeCoO4（スイス PSI）

分極は反強誘電的となります。このことは、磁気異方性の任研究員を中心とした二次元凸凹ハニカム格子

測定はスピン・ネマティック相関の測定と等価であり、さBa2NiTeO6（オーストラリア ANSTO）、白椽大君（2015

らに異方性エネルギーの測定によりスピン・ネマティック

年 3 月博士号取得）のブリージングパイロクロア

相互作用定数と誘電エネルギーの測定が可能になることを

Ba3Yb2Zn5O11 （オーストラリア ANSTO）、などがあり意味します。そこで左右田助教が中心となって J-PARCます。また、J-PARC を利用した研究としては本間勇紀の中性子非弾性散乱分光器とスイス PSI の中性子三軸分光

君（2012 年 3 月修士）の酸素分子超結晶、林田翔平君(現在 D2）のマルチフェロイック物質 NdFe3(BO3)4 などがあります。以下では、これらから二つのトピックを選んで説明を行います。

３．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
磁性と誘電性が同時に秩序化するマルチフェロイクスは、
2003 年に TbMnO3 の研究[1]以降、基礎と応用の両面から大きな注目を集めてきました。理論的には、ミクロな電子状態をスピン・軌道相互作用と物質の対称性を取り入れて考慮することにより、スピンの構造と電気分極の構造の関係についてのモデルが提唱されてきました。実験面では、数多くのモデル物質で、複雑なスピン構造と電気分極の関係について研究がなされてきました。しかし、分極間相互作用と磁気相互作用の間にどのような関係があるかについてはさほど注目されてきませんでした。その中で、二次元反強磁性体 Ba2CoGe2O7 は、電気分極がスピン演算子の対

25

物性研だより第 56 巻第 4 号

図 2：(a) Ba2CoGe2O7 の結晶構造 (b) スピン、電気分極、スピン・ネマティック演算子の構造、(a) Ba2CoGe2O7 の中性子磁気ス
ペクトル (b) 中性子スペクトルの(1,0,0)近傍を拡大したもの。

■■■ ■ ■ ■■

器による磁気スペクトルの収集を行いました。図 2(c)の磁に容易面タイプの反強磁性体では高次の摂動項が磁気秩序

気スペクトルに示されるように、Q=(1,0,0)から反強磁性や分極構造を決定するため、外場による状態のコントロー

スピン波が立ち上がる様子が観測されます。Q=(1,0,0)近ルが容易であることが期待されます。このため Ba2CoGe2O7

傍を拡大すると、図 2(d)のように、0.1 meV 程度の明瞭なの類似物質を始め、容易面型反強磁性体のマルチフェロ

異方性ギャップが観測されました。このスペクトルを、ス

イック物質の研究は、現在も継続しています。

ピン・ネマティック相互作用を入れたスピン・ハミルトニ
アンで解析すると、図内の白線のように実験結果がよく説

４．ナノ細孔金属錯体に吸着した酸素分子の磁明されました。スピン・ネマティック相互作用定数の大き

気モデル

さは 0.198eV と見積もられ、このエネルギーは反強誘電

細孔性金属錯体は、様々な気体を吸着する物質として注的な誘電エネルギーでもあります。以上のように、中性子目を集めており、ある種の金属錯体ではナノ細孔内でガス散乱実験により、スピン・ネマティック相互作用が存在す

分子が規則的に物理吸着し、超結晶を形成することが知らることが明らかにされ、ネマティックエネルギーと誘電エ

れています[5]。酸素分子の場合、スピン S=1 を有する磁ネルギーを見積もることができました[3]。

性分子なので、細孔内で磁性体が実現されます。このようこの物質に電場印加を行い反強誘電的な状態から強誘電な酸素超結晶の先駆的研究は大阪大学の森和亮先生のグ的な状態へと変化させれば、磁気モーメントも[100]方向

ループで行われ[6]、その後いくつかのホスト物質でバルから[110]方向へと変化するはずです。そこで左右田助教

クの磁化率・磁化測定が行われてきました。私は前任地のは再びスイスへと飛び、偏極中性子を利用した電場下中性

横浜市立大学で、森先生のお弟子さんの高見沢先生

子回折実験を行い、磁気モーメントの電場依存性を調べま（2016 年度物性研客員所員）と知り合う機会を得て、酸した。その結果、磁気モーメントは電場により磁気容易面

素超結晶の磁気励起を中性子散乱で観測しました[7]。物内で回転することが観測され、その運動は非弾性実験で見性研の三軸分光器を用いたのですが、粉末試料の幅広い波積もられた誘電エネルギーから予想されるものとコンシス

数-エネルギー空間における磁気励起測定でしたので、時テントであることを明らかにしました[4]。

間のかかる実験でした。というのも、三軸分光器では波数これらの研究により、磁性イオンの局所的な対称性に反とエネルギーの 4 次元空間を 0 次元カウンターで 1 点 1 点

転中心がなく、かつ結晶の対称性が高い物質では、電気分測定していくため、広い空間をカバーするためには数多く極がスピン・ネマティック演算子と等価であり、磁気異方の点での測定が必要になるためです。一方、私が物性研着性の主要項がスピン・ネマティック相互作用になることが任後に本格運用されるようになった J-PARC のチョッ明らかにされました。この場合、誘電エネルギーと磁気異パー分光器では、広い波数-エネルギー空間を一度に測定

方性エネルギーは等価であるため、小さな磁気異方性の物するため、粉末試料の非弾性実験には最適とされています

質では、小さい電場でスピンを制御できることを意味しま[8]。大学院生の本間勇紀君、左右田助教とチョッパー分す。つまり、スピン・ネマティック相互作用を起源とする

光器 AMATERAS で測定した吸着酸素分子の磁気励起は

磁気異方性は、マルチフェロイックデバイス実用化のため

図 3(a)のようになりました[9]。4meV 近傍のフラット励起の性能示数ともなっていることが分かりました。このようがスピン S=1 二量体によるもので、図 3(b)にあるように

図 3：(a) 金属錯体 Cu-Trans-1,4-Cyclohexanedicarboxylic Acid に吸着した酸素分子の磁気励起。(b) スピン S=1 ダイマーの中性子散乱断面積(計算）。(c) 磁化曲線の計算(赤実線）と実験(黒丸）。実験データは文献[6]より。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

26

実験は計算で良く再現されます。また低温の磁化曲線もに用いられている鉄材の影響が大きく安全な運用が困難で同じモデルで再現されることが確認されました(図 3(c)）。

あることが判明したため、HRC での使用は当面見合わせ、

一方、温度依存性は単純なダイマーモデルでは説明できまJRR3 などで使用することになりました。

せんでした。これは、ファンデルワールス力を凝集力とする酸素超結晶は柔らかく、酸素分子の幾何学的な配置とス

６．JRR3 三軸分光器およびその周辺

ピン状態が強く相関しているため、第二励起以上の状態の再稼働に備えて分光器及びその周辺部の改良を行いまし記述には、スピンモデルが良い近似にならないためと考えた。三軸分光器 PONTA では、従来透過型ホイスラーモノ

られました。これは酸素超結晶磁性体と金属酸化物磁性体

クロメータを利用した偏極中性子実験が行われてきましたとの大きな違いで、今後さらに研究を進めるべき点と考えが、透過率が低いこととモノクロメータ結晶サイズが小さています。現在は、金属錯体の水素を重水素に置換した良いことから、非偏極中性子の実験と比べて中性子強度はお質な試料での研究を継続しています。

およそ 1/50 程度でした。このため、偏極非弾性散乱実験を行うことは困難でした。そこで中性子スーパーミラーを

５．J-PARC BL12 分光器利用した V 型偏極子を利用することで、偏極中性子強度の

物性研中性子施設が KEK と共同で運営している High増強を図ることにしました。Fe/Si スーパーミラーでは、Resolution Chopper(HRC)分光器は、通常のチョッパー

上向きスピンと下向きスピンの中性子の全反射臨界角が異分光器としての性能を有するとともに、小角散乱の測定がなっており、この性質を利用すると上向きスピンだけを取可能である点と 1eV 程度の高エネルギー領域の測定が可

り出すことが出来ます。たとえば図 1(a)の上段図のように能である点が特徴です。私が着任した 2010 年時点で KEK

V 字にスーパーミラーを配置すると、臨界角の大きな下向伊藤晋一教授と物性研佐藤卓元准教授によって当該分光器

きスピンは V 字の外側で反射されて光路の外に追い出されはほぼ完成しており[10]、一般共同利用プログラムが開始

ますが、臨界角の小さな上向きスピンは V 字スーパーミ

されていました。そこで佐藤先生が東北大多元研に異動さ

ラーを透過し、光路の中を進み続けるため、出口での中性れた後、私のグループでは共同利用プログラムをサポート

子の偏極度に偏りが生じます。さらに図 1(a)下段のようにすると同時に、試料環境機器の導入により様々な外場環境

V 字を 2 つ設置すると、1 つ目の V 字を潜り抜けてきた下での中性子実験ができるように努力をしました。約 3 時間

向きスピンも、二つ目の V 字で外に追い出されるため上向で T = 3 K に到達する GM 冷凍機の導入により、効率的なきスピンだけを取り出すことが出来ます。PONTA に導入

中性子実験が可能になりました。JRR3 で使用されてきたされる偏極子は、図 4(c)に示されるように幅広い中性子波

液体ヘリウム型冷凍機に専用アダプタを作成し J-PARC

長領域で高い偏極率と透過率を示しています。これを利用分光器でも使用可能にしました。今年度は物質設計評価施することにより、高強度偏極中性子の生成が可能となり、設の上床先生と共同でピストン型圧力セルの導入を行い、非弾性散乱実験が可能になると期待されます。

0.5g 程度の単結晶を用いた 1.4GPa の高圧下での非弾性散

冷中性子三軸分光器 HER は、10meV 程度以下の低エ

乱スペクトルの収集に成功しました。14T 超伝導磁石につネルギー励起の測定に特化した分光器です。このエネル

いては、導入について詳細な検討を行いましたが、分光器

ギースケールは、10 ~ 20 T 程度の超伝導磁石のゼーマン

(a)

(b)

(c)

図 4：(a) V 字スーパーミラー偏極子の原理。上向きスピン(水色）だけが取り出される様子が示されている。(b)PONTA に導入された V 型偏極子。(c)V 型偏極子の透過率と偏極率。

27

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

エネルギーとマッチしているため、先に述べた 14T 超伝[5] R. Kitaura, S. Kitagawa, Y. Kubota, T. C. Kobayashi,

導磁石を利用すると有意義な実験が可能となります。しかK. Kindo, Y. Mita, A. Matsuo, M. Kobayashi, H.-C.

し、既存の HER では分光器のモノクロメータ遮蔽体に鉄Chang, T. C. Ozawa, M. Suzuki, M. Sakata, and M.

材が用いられているため、高磁場の安全な印加は不可能で

Takata, Science 298, 2358 (2002).

した。そこで、遮蔽体の鉄材をステンレスに置き換える非[6] W. Mori, T. C. Kobayashi, J. Kurobe, K. Amaya, Y.

磁性化を行いました。遮蔽計算を行い、改造後も中性子や

Narumi, T. Kumada, K. Kindo, H. Aruga Katori, T.

放射線の遮蔽が十分に保たれるような遮蔽体の設計を行い

Goto, N. Miura, S. Takamizawa, H. Nakayama, andました。遮蔽体本体は既に完成しており、設置作業は原子

K. Yamaguchi, Mol. Cryst. Liq. Cryst. 306, 1 (1997).

力 規制 庁か らの 許認 可後 （2017 年 度 ）に 行います。

[7] Takatsugu Masuda, Satoshi Takamizawa, Kazuma

PONTA 偏極子と HER 遮蔽体の設計では、中性子施設のHirota, Masaaki Ohba, and Susumu Kitagawa, J.

技術職員の皆様に大きな協力を頂きました。

Phys. Soc. Jpn. 77, 083703 (2008).
[8] 検出器単位面積単位時間当たりでの測定効率は、ビー
ム集光による強度増強が行われている 3 軸分光器の方７．おわりに研究室年表にありますように、2015 年度に最初の博士が優れているため、狭い波数-エネルギー空間での外課程大学院生の白椽大君が学位を取得しました。二人目の部変数依存性(温度、磁場、電場など)を測定するには

林田翔平君は、この 3 月に第 2 回日本物理学会領域 3 学生

3 軸分光器の方が効率的と言われています。

奨励賞の受賞が決まりました。今年は最終学年ですので学[9] Minoru Soda, Yuki Honma, Satoshi Takamizawa,

位取得の正念場となります。研究室発足 8 か月後に着任しSeiko Ohira-Kawamura, Kenji Nakajima, Takatsugu

た左右田助教は、第 10 回（2016 年）日本物理学会若手奨

Masuda, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 034717 (2016).

励賞と 14 回（2016 年）中性子科学会奨励賞の二つを受賞[10] Shinichi Itoh, Tetsuya Yokoo, Setsuo Satoh, Shin-

し、独立研究者への道を進みつつあります。私の研究室でichiro Yano, Daichi Kawana, Junichi Suzuki, Taku J

過ごしてきたメンバーたちが自立していく様子を見るのはSato, Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. A631, 90 (2011).

感慨深いものがあります。今後も大学院生や研究スタッフの方たちとともに、中性子を利用した物性研究を推進していきたいと思います。また、2017 年度末に JRR3 が稼働する見込みとの見解が日本原子力機構から発表されました。
再稼働後は東海の技術職員の方々と協力して JRR3 中性子分光器の共同利用業務にも力を入れたいと思います。
[1] T. Kimura, T. Goto, H. Shikanai, K. Ishizaka, T. Arima,
and Y. Tokura, Nature 426, 55 (2003).
[2] T. Sato, T. Masuda, and K. Uchinokura, Physica B
329-333, 880 (2003).
[3] M. Soda, M. Matsumoto, M. Mansson, S. OhiraKawamura, K. Nakajima, R. Shiina, and T. Masuda,
Phys. Rev. Lett. 112, 127205 (2014).
[4] Minoru Soda, Shohei Hayashida, Bertrand Roessli,
Martin Mansson, Jonathan S. White, Masashige
Matsumoto,

Ryousuke

Shiina,and

Takatsugu

Masuda, Phys. Rev. B 94, 094418 (2016).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

28

研究室年表
2010

2011

2012

2013

所員

補佐員

2016

羽部なおみ

飯高智子

左右田稔
長澤時子

大串彩子

西正和

PD

萩原雅人

萩原雅人

PD

浅井晋一郎

D3

白椽大

D2

白椽大

D1

白椽大
白椽大

M2

M1

2015

益田隆嗣

助教
補佐員

2014

林田翔平
林田翔平

林田翔平

尾山拓彌

吉田俊也

尾山拓彌

吉田俊也

飯田晋介

本間勇紀
白椽大

林田翔平

本間勇紀

加藤大輝

研究生

長谷川舜介

図 5：2016 年度研究室メンバー集合写真29

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

理論滞在型国際ワークショップ

日時：6 月 27 日から 7 月 15 日（ワークショップ）、6 月 27 日、7 月 4 日、7 月 11 日（シンポジウム）
場所：物性研究所 615（レクチャー）、物性研大講義室（シンポジウム）
URL: http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/public/tnqmp2016/
プログラム委員：川島直輝（物性研）、原田健自（京大）、橋本省二（KEK）、押川正毅（物性研）、藤堂眞治（東大）、柳井毅（分子研）
組

織委

員：三澤貴宏（物性研）、森田悟史（物性研）、本山裕一（物性研）、大久保毅（物性研）、山崎淳（物性研）、
吉見一慶（物性研）

本イベントは、理論系所員が輪番で組織委員を務める

MERA 表現と AdS/CFT 対応に関する最近の展開、Frank

国際研究会であり、進展著しい分野をピックアップして、

Pollmann 氏(MPIPKS)，Norbert Schuch 氏(MPQ)による

比較的少人数の研究者が通常の研究会よりも長い期間一かトポロジカルな性質がテンソルネットワークでどのように所に滞在することで議論を深めることをシリーズの趣旨と表現されるかの議論、この分野の草分けの一人である西野している。2006 年が第 1 回目で、2011 年が震災で中止に

友年氏（神戸大）による古典系への応用、大規模な量子系なったため、今回が 10 回目であった。

計算を成功させている Philippe Corboz 氏(Amsterdam)やTao Xiang 氏(CAS, Beijing)らによる最新の応用計算の紹

今回のテーマは、近年進展著しいテンソルネットワーク

介など、多くの興味深いレクチャーや講演があった。とりとその応用である。テンソルネットワーク自体は、とくにわけ内容が濃かった講演を一つ挙げるとすると、Frank

新しい概念ではなく、最もシンプルな例としては、イジン

Varstraete 氏(Vienna)による行列積状態と行列積演算子にグモデルなど格子上の離散自由度統計力学モデルはすべて関するものだろう。2 次元古典系や 1 次元量子系の厳密解

それ自体テンソルネットワークであることが挙げられる。

によく登場するヤン・バクスター関係式とテンソル積状態

テンソルネットワークが最近注目されるようになったのは、の関連についての解説には多くの参加者が刺激を受けてい量子系への応用において、情報科学的観点あるいは繰り込

たようである。

み群の観点からテンソルやネットワーク自体の意味付けがなされてきたことと、計算手法としてみたときに有望そう

このワークショップシリーズでは、通常 1 日に 1、2 件であることが分かってきたことによる。最近では、フラスあるレクチャーのほか、2、3 日間のシンポジウムを短期

トレート磁性体や、電子系のモデルなど、従来は厳密対角研究会として期間中に企画することが通例となっているが、化などの大規模系には使えない手法以外に手がなかった

今回は、それを分散して、毎週月曜日をシンポジウムの日

様々な問題に対して、より高精度な結果を生み出し始めてとすることにした。これは、シンポジウムを全体の最後にいる。

固めてしまうと、最後まで参加者同士がお互いに何をやっているのかわからずじまいになってしまい、逆に、最初の今回の会議で行われたレクチャー・講演を簡単に振りほうにもってくると、後半に刺激が乏しくなるからである。

返ってみる。まず、よく読まれているレビューなども執筆

シンポジウムだけ聞いて全体を把握したい多忙な参加者にされている Román Orús 氏(Mainz)に、1 次元と 2 次元のとっては不便になるが、長期滞在してじっくり議論するのテンソル積表現に基づいた初学者向けのレクチャーをしてが本来の趣旨なので、そういう意味では良かったのではな

いただいたのをはじめ、この分野のパイオニアの一人であいかと考えている。

る Glen Evenbly 氏(UC Irvine)にテンソルネットワーク
表現に基づいた MERA などの繰り込み群の方法の解説を

理論系の若手研究者の関心の高さを反映して、レクしていただいた。このほか、高柳匡氏(京大)による

チャーは連日盛況であった。レクチャー、シンポジウムを■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

30

合わせて延べ参加者数は名簿に記名したものだけで、558国際研究会を組織することは、かなりの重労働であるが、名（うちレクチャーは 406、シンポジウムは 152）であっ研究上の多くの刺激が受けられるほか、若手研究者の進路た。このため、615 号室で行ったレクチャーでは、連日立を考える材料も与えてくれている。2006 年に筆者が世話

ち見がでてしまい、参加者にはやや申し訳ない状況だった。

人となったときには、筆者の研究室の大学院生と海外参加

大会議室で行うことも不可能ではなかったが、それでは逆者の出会いが、学位取得後にポスドクとして海外で研究をに広すぎて、談論風発という雰囲気にはなりにくかっただ

進めるきっかけとなった。今回、そのようなことが起こる

ろうと思う。無い物ねだりだが、セミナー室と大講義室のかどうかは、まだわからないが、韓国から参加していた

間くらいのサイズの部屋があると良いと改めて思った。今

Hyunyong Lee 氏が筆者の研究室に最近ポスドクとして着回行われた多くのレクチャーは、これからテンソルネット

任したのも、今回の研究会がきっかけになっている。

ワークを利用した研究を始める研究者にとっては貴重な情報源となると思われたので、すべて録画し、YouTube にこの会議を開催するにあたって、光冨恵美子氏はじめ理

アップロードした。
（研究会ウェブサイトからリンクがはっ論部門秘書室スタッフの方々、CCMS 事務局スタッフのてあるので興味がある方は参照されたい。
）開催から約半年

方々、物性研事務部の方々に大変お世話になった。深く感経った本稿執筆時点（2016.12.23）で総視聴数は 1308 であ謝申し上げる。
（川島記）

る。

31

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■PROGRAMLECTURES
June 28 (Tue)June 29 (Wed)June 30 (Thu)N. Kawashima (ISSP)

Introduction

G. Evenbly (UC Irvine)

Lecture 1: Introduction to the MERA

M. C. Bañuls (MPQ)

Using TNS for Lattice Gauge Theories

G. Evenbly (UC Irvine)

Lecture 2: Introduction to tensor network renormalization

R. Orús (Mainz)

Lecture 1: From qubits to entanglement, and then to Matrix
Product States

July 1 (Fri)July 5 (Tue)M. Oshikawa (ISSP)

Matrix-Product States and Symmetry-Protected Phases

T. Takayanagi (Kyoto)

Continuous MERA and Holography

R. Orús (Mainz)

Lecture 2: Simulating 2d systems with PEPS

Ö. Legeza (Wigner RCP)

Tensor product methods and entanglement optimization for models
with long range interactions

F. Pollmann (MPIPKS)

Detecting topological orders from Matrix-Product State based
simulations (1)July 6 (Wed)F. Verstraete (Vienna)

Matrix Product States and Matrix Product Operators (1)F. Pollmann (MPIPKS)

Detecting topological orders from Matrix-Product State based
simulations (2)July 7 (Thu)
July 8 (Fri)F. Verstraete (Vienna)

Matrix Product States and Matrix Product Operators (2)N. Schuch (MPQ)

Topological order in Projected Entangled Pair States (1)T. Nishino (Kobe)

Tensor Product States applied to Statistical Lattice Models

N. Schuch
July 12 (Tue)July 13 (Wed)July 14 (Thu)
July 15 (Fri)

Topological order in Projected Entangled Pair States (2)P. Corboz (Amsterdam)

Introduction to iPEPS (1)T. Xiang (CAS, Beijing)

Renormalization of Tensor Network Models (1)P. Corboz (Amsterdam)

Introduction to iPEPS (2)T. Xiang

Renormalization of Tensor Network Models (2)L. Tagliacozzo (U. Strathclyde) Constructing lattice gauge theories with Tensor Networks
Y. -J. Kao (NTU)

Programming tensor network algorithms

T. Tohyama (TUS)

Dynamical properties of strongly correlated electron systems
studied by density-matrix renormalization group

N. Kawashima (ISSP)

Closing

SYMPOSIUM I (June 27 (Mon))
10:00

N. Kawashima (ISSP)

Opening

10:15

G. Evenbly (UC Irvine)

Entanglement renormalization and wavelets

10:45

Z.-Y. Xie (RUC, Beijing)Some Progress on Tensor Renormalization Group

11:15

M. C. Bañuls (MPQ)

Using TNS for Lattice Gauge Theories

11:45

Lunch

13:30

N. Nakatani (Hokkaido U.)

Matrix Product Multi-Linear Algebra Library

14:00

S. Morita (ISSP)

Parallel library for tensor network method (tentative)

14:30

M. T. Fishman(Caltech)Compression of Correlation Matrices and an Efficient Method for Forming
Matrix Product States of Fermionic Gaussian States■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

32

15:00
15:30

CoffeeI. P. McCulloch (Queensland) Topological order and space group symmetry fractionalization in the frustrated
J1-J2 Heisenberg model.

16:00

K. Harada (Kyoto)

Branching and tensor network

16:30

H. Ueda (AICS, RIKEN)

Real-space parallel infinite-size density matrix renormalization group

17:00

R. Orús

Kitaev honeycomb tensor networks: exact unitary circuits and applications(Mainz)SYMPOSIUM II (July 4 (Mon))
10:00

H.-J. Liao (CAS, Beijing)

Heisenberg antiferromagnet on the Husimi lattice

10:30

T. Okubo (ISSP)

Magnetization process of kagome lattice Heisenberg antiferromagnets: 1/3
plateau state and effects of Dzyaloshinskii-Moriya interaction

11:00

H.-Y. Lee (SKKU)

11:30

F. Verstraete (Vienna)

12:00

Featureless Quantum Insulator on the Honeycomb Lattice and Square lattice
Lunch

13:00

T. Takayanagi (Kyoto)

Boundary States in CFTs and Continuous MERA

13:30

S. Yang (Perimeter)

Tensor networks with loop optimization

14:00

T. Nishino (Kobe)

Mean-Field Behavior in Uniform Tensor Product State

14:30

Poster session

16:00

P.-C. Chen (NTHU)

Quantum critical spin-2 chain with emergent SU(3) symmetry

16:30

S. Mohri"Order parameters" of bond-type symmetry protected topological phases in(ISSP)

two dimensions
17:00

Ö. Legeza (Wigner RCP)

Tensor product methods and entanglement optimization for models with longrange interactions

SYMPOSIUM III (July 11 (Mon))
10:00

M. Takigawa (ISSP)

Greetings

10:15

Y.-J. Kao (NTU)

Steady States of Infinite-Size Dissipative Quantum Chains via Imaginary
Time Evolution

10:45

T. Xiang(CAS, Beijing)

Majorana Positivity and the Fermion Sign Problem of Quantum Monte Carlo
Simulations

11:15

N. Schuch (MPQ)

11:45

Chiral Projected Entangled Pair States
Lunch

13:00

L. Tagliacozzo (U. Strathclyde) Finite bond dimension effects in tensor network states

13:30

T. Yanai (IMS)

Molecular electronic structure theory based on ab initio density matrix
renormalization group

14:00

T. Tohyama (TUS)

Density-matrix renormalization group study of Kitaev-Heisenberg models onhoneycomb and triangular lattices

14:30

Coffee

15:00

F. Pollmann (MPIPKS)

Many-body localization: Entanglement and efficient numerical simulations

15:30

P. Corboz (AMsterdam)

Recent advances in simulating the 2D Hubbard and t-J models with iPEPS

16:30

H.-H. Zhao (ISSP)

Variational Monte Carlo Study of fermionic models with tensor networks

16:45

N. Kawashima (ISSP)

Closing33

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

物性研究所短期研究会

パイ電子系物性科学の最前線

日程：2016 年 8 月 8 日（月）13：00～10 日（水）場所：東京大学

物性研究所

6F 講義室研究会提案代表者：澤博(名大工)共同提案者：小形正男(東大理)、加藤礼三(理研)、鹿野田一司(東大工)、佐々木孝彦(東北大金研)、寺崎一郎(名大理)、
内藤俊雄(愛媛大理工)、森 健彦(東工大理工)、山本浩史(分子研)、森 初果(物性研)、長田俊人(物性研)、山下穣(物性研)

分子性パイ電子系の科学とその周辺分野との連携・融合

れる次世代の電子物性科学だけに留まらず、非周期電子系を意識して、関連分野を含め実験・理論を網羅する研究者としての生体分子系の理解の達成も視野に入れつつありまが一堂に会しての研究会を開催いたしましたので、経緯にす。さらに、昨今の無機系物質群の研究で目指しているエついて報告します。本研究会では、物質開発の現場からのキゾチックな量子物性との共通点と相違点についての議論

新しい提案を含め、従来の枠組みを超えた創発的な物質開の深化も重要な課題であります。そこで、本研究会では後発・物性科学に向けた議論を展開すると共に、物性物理学

述するようにプログラム編成をテーマ別に分けて、分子系の先端研究のハブとしての物性研究所の役割を内外で再確と無機系を組み合わせながら、様々な現象の物理的側面を認してほしいという期待も込めました。

明らかにするべく工夫を凝らしました。

分子性パイ電子系、特にパイ共役分子を構成成分とする

本短期研究会の参加人数は延べ 300 名を超え、さらに連結晶性物質の電気伝導体を舞台にした量子物性の研究は、

日 120 名を超える出席者で、今年度最大の研究会になった

その基礎学理の発展と深化、次世代の分子エレクトロニクとのことです。「パイ電子系」と研究会の題目を銘打ちな

スの基礎原理の創成を目指しています。分子性結晶においがら、他分野の方々にも集まって頂けたことから、結果とては、エネルギー空間及び特徴的な時空間スケールにおいして学術的な拡がりや目的意識の明確化がはかれたのではて異なる秩序変数で表現される電子状態が競合・協奏するないかと思います。多くの若手研究者の方々に参加して頂ことで、絶縁体、半導体、金属、誘電体、超伝導体等にけて、特にポスターセッションはかつてないほどのにぎわわたって、エキゾチックな量子物性から巨視的な機能まいを見せ、活発な議論が繰り広げられました。

でを自在に操り得る可能性を秘めています。この観点か

最後に、本短期研究会の準備・開催にあたってご協力をら、計測技術の進歩によって得られた知見をフィード

いただきました物性研スタッフの方々、特に事務全般を担バックした物質開発の重要性も再認識されつつあります。

当して頂きました森研究室の川井明子さんに、この場を借このような研究が目指す方向には、有機デバイスに代表さりて感謝いたします。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

34

集合写真と発表風景

35

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

プログラム（口頭発表）
8 月 8 日(月)座長

澤 博

13:00 所長挨拶 瀧川 仁

東大物性研

はじめに

[強相関・量子スピン液体・不均一系]
13:10

佐々木孝彦 東北大金研

分子性物質に発現する本質的不均一電子状態が生み出す物性

13:40

加藤 礼三

理研

2-バンド系分子性導体におけるスピン液体相と周辺電子相

14:05

伊藤 哲明

東京理科大理ランダムネス下特異 Mott 転移、三角格子特異超伝導、反転対称の破れた系における電流誘起磁性

14:30

堀田 知佐

東大総合文化

三角格子系の磁化率の問題

14:55

齋藤 軍治

名城大

有機スピンフラスト系の物質設計(ET, EOET, C60)

15:20

Coffee Break[量子スピン液体・フラストレーション・光物性・ディラック電子]
座長

堀田 知佐

東大総合文化

15:30

広井 善二

東大物性研

無機化学系のフラストレーション物質探索の現状

15:55

那須 譲治

東工大理

量子スピン液体の有限温度ダイナミクスと分数励起

16:20

川村 光

阪大院理

フラストレーションと不均一性が生成する「量子スピン液体」

16:45

岩井 伸一郎 東北大院理

光の瞬時強電磁場が拓く超高速光物性

17:10

小形 正男

有機ディラック電子系の電荷秩序とディラック電子への電子相関の効果

東大院理

8 月 9 日(火)[電界効果、ディラック電子]
座長

森

健彦

東工大

9:00

山本 浩史

分子研

強相関有機トランジスタにおける界面相転移

9:30

田嶋 尚也

東邦大理

分子性ディラック電子系におけるクーロン相互作用とベリー位相の異常

9:55

長田 俊人

東大物性研

基板上有機ディラック電子系の電子状態と磁場中バレー分裂

10:20

Coffee Break[d - π 系・電荷不均一系]
10:30

宇治 進也

物材機構

低次元有機超伝導体の強磁場電子相

10:55

西尾 豊

東邦大理

λ-BETS2FeCl4 の相転移

11:20

高木 里奈

理研 CEMS

単一分子性導体 M(tmdt)2 における強い電子相関

11:45

前田 京剛

東大総合文化

分子性物質と他の物質の電荷ダイナミクスやガラス状態の比較■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

36

12:10

東 正樹

12:35

lunch

東工大

ビスマス・鉛ペロブスカイトの系統的な電荷分布変化[電荷秩序/不均一系]
座長

小林晃人

名大院理

13:35

賀川 史敬

理研 CEMS

急冷を基軸とした電子物性研究と展望

14:05

妹尾 仁嗣

理研

ET 系の電荷秩序と揺らぎ:θ 型と κ 型

14:30

鹿野田 一司 東大院工電子結晶成長と遍歴電子の動的不均一

14:55

寺崎 一郎

ダイマーモット絶縁体とトライマーモット絶縁体の電荷秩序

15:20

Coffee Break

名大院理[物質開発・超伝導]
陰イオン部位を持つ TTF 誘導体を用いた電荷秩序錯体の作製

15:30

矢持 秀起

京大院理

15:55

川本 正

東工大物質理工 電荷秩序層をもつ層状有機超伝導体の構造と電子物性

16:20

陰山 洋

京大院工

16:45

Poster・懇親会

複合アニオン化合物の創製と新機能

8 月 10 日(水)[水素系・誘電体]
座長

山下 穣

東大物性研

9:00

上田 顕

東大物性研

9:25

橋本 顕一朗 東北大金研

プロトン-π 電子相関系有機導体 κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 における量子常誘電

9:50

下澤 雅明

東大物性研

量子スピン液体候補物質 κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 の熱輸送測定

10:15

石原 純夫

東北大院理

低次元分子性導体における電荷自由度と過渡ダイナミクス

10:40

原田 潤

北大院理

柔粘性イオン結晶の示す特異な強誘電性

11:05

Coffee Break

水素結合-π 電子系連動型有機伝導体の開発研究の最近の進展[水素系・誘電体]
11:15

岡本 博

東大新領域

テラヘルツ電場パルスによる電荷制御と相転移

11:40

岸田 英夫

名大院工

有機三角格子系の光学伝導度とラマン散乱

12:05

内藤 俊雄

愛媛大院理工光照射でスピン分布を操れる錯体分子

12:30

lunch

37

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

[光プローブ・物質開発・超伝導・まとめ]
座長

森 初果

東大物性研

13:30

堤 潤也

産総研

13:55

山田 順一

兵 庫 県 大 院 物 キラル体とラセミ体のドナー分子を用いた分子性導体の電子相関制御
質理

14:20

白旗 崇

愛媛大院理工酸素官能基を導入した電子供与体を成分とする新規分子性導体の開発

14:45

井原 慶彦

北大院理

13C NMR 分光法による電荷秩序を持つ有機超伝導体の研究

15:10

福山 秀敏

東理大

この分野を概観して

佐々木 孝彦 東北大金研

分子デバイスにおける電荷キャリアの光プローブ

終わりにプログラム（ポスター）
P1

吉見 一慶

東大物性研

電荷フラストレーション系における長距離クーロン相互作用の効果

P2

藤山 茂樹

理研

分子性導体におけるスピン軌道相互作用の効果

P3

杉浦 栞理

筑波大・NIMSβ" -(ET)2SF5CH2CF2SO3 の強磁場超伝導相図と磁束状態

P4

佐藤 俊

東邦大理

κ-(BETS)2FexGa1-xBr4 の相転移近傍の電子状態

P5

宇都宮 一広東邦大理

Thermal Property of κ-(BETS)2FeBr4 and κ-(BETS)2FeCl4 under
Magnetic field

P6

大嶋 一樹

東邦大理

α-D2I3 (D = BEDT-TTF, BEDT-TSF, BEDT-STF) の熱的性質

P7

林 頌也

東邦大理

Coulomb interaction in molecular Dirac fermion systems

P8

兼松 佑典

広島市立大

液相と固相の Picolinic acid N-oxide に現れる H/D 同位体効果の理論
解析

P9

吉田 幸大

名城大

分子回転が内在する導電性コロネン陽イオンラジカル塩

P10

大沼 晃浩

北大院理

α-(BEDT-TTF)2RbHg(SCN)4 の超伝導相と電荷密度波相における一軸
圧下 13C-NMR 法を用いた研究

P11

吉村 健太

東大物性研

有機導体 α-(BEDT-TTF)2I3 の電荷秩序相とディラック電子相の境界近傍における金属状態

P12

圓谷 貴夫

NIMS

ハイブリッド汎関数法による分子性導体の電子状態

P13

佐藤 直道

東北大院理

有機導体 κ-(ET)2X における電荷相関とスピン相関

P14

吉岡 英生

奈良女大院理局在スピンを含む一次元分子性導体における電荷秩序とそれに対する外部磁場の効果

P15

加藤 岳生

東大物性研

電荷秩序転移近傍におけるグラス的電荷状態－Ginzburg-Landau 理論
による緩和時間解析－

P16

中 惇

東北大院理

ダイマー構造を持つ分子性固体における電気磁気効果

P17

山本 魁知

横浜市大

水素結合型有機導体における H/D 同位体効果の理論的解析■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

38

P18

佐藤 慶明

理研

分子性導体 κ 型 ET 塩をチャネルとした Mott-FET におけるフィリング
制御型金属・絶縁体転移と量子臨界性

P19

柿崎 貴央

東大院新領域フ ェ ム ト 秒 反 射 分 光 に よ る 有 機 一 次 元 モ ッ ト 絶 縁 体 (BEDT-TTF)(F2TCNQ)のバイエキシトンの観測

P20

川椙 義高

理研

κ-ET2Cu[N(CN)2]Cl におけるドーピング非対称性

P21

森本 剛史

東大院新領域

高強度テラヘルツ電場を用いた NI 転移系電荷移動錯体における強誘電的分極の高速生成

P22

山川 大路

東大院新領域

テラヘルツ波による電荷秩序系有機強誘電体の高速分極制御の研究

P23

山川 大路

東大院新領域

テラヘルツ時間領域分光によるダイマーモット系 κ 型 EDT-TTF 塩の電子誘電性の研究P24

戸部 光

東大院新領域

有機モット絶縁体 κ 型 BEDT-TTF 塩のテラヘルツ電場による超高速
分極制御

P25

貴田 貴明

東大院新領域

有機強誘電体からのテラヘルツ電磁波発生を利用した強誘電ドメインの
可視化

P26

鈴木 俊成

東大院新領域

有機強誘電体 α-(BEDT-TTF)2I3 におけるフェムト秒レーザー誘起テラ
ヘルツ電磁波発生とその機構解明

P27

宮本 辰也

東大院新領域

可視光・テラヘルツ波励起による水素結合型強誘電体クロコン酸の超高
速分極制御

P28

真崎 勇介

東大院新領域

フェムト秒レーザー光照射による TTF-CA からのテラヘルツ電磁波発生

P29

福岡 脩平

北大院理

NMR 測定による λ 型塩の絶縁相の研究

P30

三澤 貴宏

東大物性研

フラストレートしたハバード模型における量子スピン液体の有限温度の性質についてP31

土射津 昌久名大院理

中性イオン性転移系における相競合とソリトン・ドメインウォール励起

P32

渡部 洋

早大高等研

κ-(BEDT-TTF)2X の磁性と超伝導の解析：ダイマー近似を超えて

P33

鬼頭 俊介

名大院工

放射光 X 線回折による分子性結晶の精密解析の研究

P34

嶋原 浩

広大院先端

πd 電子系の磁気相転移の理論

P35

小林 拓矢

北大院理

13C-NMR

P36

岸本 幸樹

東大物性研

水素結合プロトン― π 電子相関系有機伝導体 κ-H3(Cat-EDT-TTF)2 の
非線形伝導

P37

土居 諒平

東大物性研

カテコール縮環型 TTF を用いた水素結合型電荷移動錯体の合成と構造、
物性

P38

平郡 諭

東北大 AIMR

Mott 転移近傍におけるフラーレン超伝導体の電気輸送特性

P39

清田 泰裕

東工大物質理工Alloyed Organic Conductors β'-(ET)3(CoCl4)2-x(GaCl4)x as ThermoelectricMaterials

P40

相澤 啓仁

神奈川大工

擬一次元有機導体(TMTSF)2ClO4 における超伝導ギャップとアニオン秩
序化ポテンシャルの関係

P41

東野 寿樹

東大物性研

水素結合型 BTBT 誘導体を用いた擬一次元分子性導体の構造と物性

P42

藤田 貴敏

分子研

有機半導体の励起子移動・電荷移動39

物性研だより第 56 巻第 4 号法を用いた λ-(BETS)2GaCl4 の金属状態の研究■■■ ■ ■ ■

■

P43

寺師 拓也

東大物性研

水素結合性ドナー分子ベンゾ縮環 Cat-TTF を用いた新規有機伝導体の開発

P44

松本 祐樹

AIST

α-(BEDT-TTF)2I3 の電荷秩序相における電子型強誘電分極に対する密度汎関数理論研究

P45

松野 元樹

名大院理

分子性ディラック電子系における新奇秩序状態の可能性

P46

大森 有希子豊田高専

分子性ディラック電子系におけるエッジ状態とドメインウォールの伝導
特性

P47

安藤 耕司

京大院理

誘起双極子を取り入れた量子モンテカルロ法による水素結合性分子結晶の誘電相転移と同位体効果

P48

吉田 順哉

東大物性研

新規純有機伝導体の開発と構造、物性:脱プロトン化による特異な水素結合と電子構造P49

Dita Puspita Sari

RIKEN-Osaka Univ.

Superconducting Pairing Symmetry of Organic Superconductor λ(BETS)2GaCl4 Studied by μSR

P50

Fahmi Astuti

RIKEN-Hokkaido Univ. Muon Spin Relaxation Study on the Magnetic Order of π-electrons in
the Cesium and Sodium Superoxide

P51

伊東 裕

名大院工

モット絶縁体 κ-(BEDT-TTF)2CF3SO3 の圧力下超伝導転移と電子相図

P52

江浦 悠介

名大院工

イオン液体ゲートトランジスタを用いた BEDT-TTF 塩への常圧および圧力下キャリア注入

P53

枝川 祐介

早大院理工

圧力・電場を用いた有機モット絶縁体の広範囲キャリア制御

P54

砂入 允哉

東大物性研

水素結合ネットワークを有するイミダゾール-ジカルボン酸共結晶系におけるプロトン伝導性と結晶構造の相関■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

40

国際ワークショップ

HPSP-17 & WHS 報告

財部 健一（岡山理科大学）・上床 美也（東大物性研究所）
物性研究所国際ワークショップ「Workshop on High-

セッションでじっくり議論する事により、新しい刺激を得pressure Study on Superconducting（高圧超伝導国際

る機会および異分野間をつなげる機会が得られ、次の研究

ワークショップ：WHS）」は、The 17th Internationalのアイデアが生まれる、高圧力研究の魅力が伝わる会議とConference on High Pressure in Semiconductor Physics

なりました。また、シンポジュームとして科学研究費補助（第 17 回高圧半導体国際会議：HPSP-17）との共同開催

金特別推進研究「超高圧力下の新物質科学：メガバールケ

として、2016 年 8 月 7 日（日）から 11 日（木）の 5 日

ミストリーの開拓」（平成 26 年〜30 年）の研究成果およ間、東京大学本郷キャンパス山上会館にて開催されました。

び情報発信の場が提供されました。

本体である HPSP は、高圧力をキーワードとした幅広

会議は、初日（7 日）の Registration および Welcome

い物質と物性をテーマとする、2 年ごとに開かれる高圧半

party で幕を開け、本会議は 2 日目（8 日）の財部開催主

導体国際会議であり、圧力下での半導体材料の電子構造や催者、瀧川物性研所長のオープニングトークおよび 4 日間相転移現象を対象分野としています。最初の 2 回の会議は、の発表、最終日（11 日）の Farewell party で幕を閉じまポーランド-フランス高圧半導体会議として、ポーランド

した。口頭講演としては、1 件の基調講演、28 件の招待講（1985）とモンペリエ（1986）で開催されました。半導演および 37 件の一般口頭講演が行われました。また、2体バンド構造の混晶効果と圧力効果の類似性の発見と展開、日目（8 日）および 4 日目（10 日）の夕方には、ポスター

超格子半導体中の電子の実空間遷移と逆空間遷移の圧力効

講演がそれぞれ 22 講演ずつ行われました。紙面の関係上

果、DX センターに代表される局在電子準位の圧力誘起現

具体的なプログラムは載せられませんが、会議集合写真、象、量子ホールの圧力効果、磁気スキルミオンの圧力効果、

日程表および会議ホームページ(http://hpsp17.tokyo/)を参

圧力誘起電子転移と超伝導、そしてこれらを観測するため照ください。

の適切な圧力発生技術と分光技術の開発などが取り上げら今回の会議では若手研究者をエンカレッジするためポスれ、当初のこれらの会議の成功は、高圧半導体物理学の研ター賞が創設され、各分野から 5 人の若手研究者が表彰さ

究領域が多くの科学者に広く関心を持たれていること示しれました。最終的には、参加国 14 ヶ国から、110 名（内ていました。その結果、1988 年に伝統ある半導体物理国

外国人 37 名・学生 20 名）が参加しました。参加国は、参際会議のサテライト国際会議として、HPSP が正式な国際

加人数の多い順に China、USA、Spain、Poland、Korea、

会議として位置づけられ組織されました。1992 年には京France 、 Germany 、 UK 、 Mexico 、 Canada 、 Israel 、

都で、2000 年には、札幌で開催されています。HPSP-17

Estonia、Russia、Japan でした。普段立ち寄らない異分は、16 年ぶりの日本での開催であり、北京で開催された野の研究者との議論が出来、シニア・若手を問わず良い刺

半導体物理国際会議のサテライト会議として、また、初め激となると共によい研究発表および情報リサーチの場とての試みとして WHS と共同で開催されました。共同開催

なったように思われます。連日の猛暑の中、3 日目（9 日）を行うことにより、半導体と超伝導体の高圧下物性研究をの夜は隅田川クルージングを行い学術・文化交流を満喫し行っている若手研究者と経験豊かな研究者が同じ会場で最ました。今回、はじめての共同開催でしたが、次回も近の成果を発表、議論する事が出来、将来、両分野の研究

WHS の名を残す形で共同開催として、2018 年夏にスペイがより活発に展開されることが期待されます。実際、

ンバルセロナで開催されることが決定しています。

HPSP-17 では、高圧技術を用いたナノ構造の半導体材料

本国際会議を開くにあたり、人的および資金的に多くのやデバイスの研究における最新成果の発表が、WHS では、援助を受けました。寄付を頂いた企業等は、株式會社三和

低温高圧測定装置の設計、圧力誘起超伝導およびその関連

トレーディング、株式会社 HMD、浜正機工株式会社、株

物質を含む超伝導物質の圧力効果の実験と理論の最新の成式会社南葵エンジニアリング工業、エレクトロラボ、ミク果の発表が行われました。両方の分野の発表をシングル

ロ工業株式会社、ロックゲート株式会社、有限会社オーサ41

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

ワシステム、株式会社タンガロイ、日本カンタム・デザイ

組織メンバー一覧

ン株式会社、高圧システム株式会社、クローバー基金のCo-chairs

12 組織でした。深く感謝致します。また、科研費「超高財部健一、岡山理科大学、日本

圧力下の新物質科学：メガバールケミストリーの開拓」

上床美也、東京大学、日本（特別推進研究）、大阪大学・大学院基礎工学研究科の協力・支援も受けました。さらに、会議運営では長崎尚子技術補佐員に全面的に協力頂きました。会場では学生アルバ

Local steering chair
鍵 裕之、東京大学、日本
Publication chairs

イトおよび 2 名の高校生ボランティアの方々に会議進行を

高橋博樹、日本大学、日本支えて頂きました。 この場を借りてお礼を申し上げます。

A.Goñi, CREA-ICMAB、スペイン末尾となりましたが、本会議は WHS の主催として物性研究

松石 清人、筑波大学、日本所の補助を得ましたことを深く感謝いたします。また、瀧川物性研究所所長に歓迎挨拶を頂戴したことは参加者にとってSecretariat
森 嘉久、岡山理科大学、日本

たいへん光栄なことであり、心より感謝致します。
招待講演者のみですが、下記の表に、学術発表内容を示しました。本会議内容の一端をご理解頂けるものと思います。

HPSP-17 & WHS 参加者集合写真
100 人程度の国際会議には山上会館は利用しやすい会議場でした。グループ写真も見事にとれました。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

42Aug.8OpenigKenichiTakarabe

Opening talk

MasashiTakigawa

Welcome speech by Director of ISSP

Exotic high-pressure phases
Shinji

Tsuneyuki

PlenaryFirst-principles theoretical study on exotic high-pressure
phases

Shinji

Watanabe

Invited

New quantum criticality revealed under pressure

QCP and superconductivity
KazuyukiMatsubayashi

InvitedPressure-induced heavy fermion superconductivity in
PrT2Al20 (T=Ti, V)

Tuson

Park

InvitedQuantum critical behavior
superconductor CeRhIn5

NaoyukiTateiwa

InvitedMiniature ceramic anvil cell mCAC for magnetic
measurements under high pressure

in

the

unconventional

Megabar chemistry
Alexander

Drozdov

Invited200 K superconductor at Mbar in sulfur hydride

Mari

EinagaInvited

Crystal structure in sulfur hydride under high pressure

Poster session(1)Aug.9

CDW and other novel superconductors
Choong-Shik

YooInvitedSuperconductivity and magnetic ordering in dense
molecular systems

Hidekazu

OkamuraInvitedOptical study of excitonic insulator Ta2NiSe5 under highpressure

Megabar chemistry
Ross

Howie

InvitedEvidence for phase transitions in hydrogen at multi-Mbarpressures

Shanti

DeemyadInvitedThe many faces of the lightest metal LITHIUM under
Pressure

John

Tse

InvitedDynamics and metadynamics of compressed simple
hydridesInvitedPressure and magnetic-field-induced small 2D fermi
surface in the quasi-1D organic conductor, HMTSFTCNQ

Organic superconductor
Keizo

MurataNovel design of thermoelectric semiconductor
TakumaAug.10Shiga

InvitedTuning phonon
thermoelectrics

transportbynanostructuresfor

Megabar chemistry
YanmingMa

invitedCALYPSO: a useful tool for materials discovery at highpressures

Eva

Zurek

invitedTeoretical Prediction of Superconducting Hyrides Under
Pressure

Searching for new semiconductors under pressure: Structural study and phase transition
Bernard

Weinstein

InvitedPressure-induced
decomposition
andprecipitate
formation in crystals: Prediction of material trends

Searching for new semiconductors under pressure: Electronic and optical properties

43

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

Sebastian

MahlikInvitedHigh pressure effect on charge transfer transition inlanthanide ion dopants in solids

DuckYoung

Kim

InvitedNovel allotrope of silicon (Si24) with a quasi-direct
bandgap

High TC Superconductors
HirokiTakahashi

InvitedPressure-induced superconductivity
compound BaFe2S3

iniron-based

Hiroshi

Kontani

InvitedOrbital Order and Superconductivity in FeSe and Other
Fe-based Superconductors

Advanced high-pressure technique and novel chemistry and physics
Takanori

Hattori

InvitedHigh-pressure neutron diffraction at J-PARC

Poster session(2)Aug.11

Advanced high-pressure technique and novel chemistry and physics
Yann

Le Godec

InvitedNext generation synchrotron portable large volume HighP/T/Stress/Tomography cell for extreme chemistry andearth sciences

Maosheng

Miao

InvitedNovel chemistry under high pressure

RenataWentzcovitch

InvitedNature of the volume isotope effect in H2O ice

Electronic, transport, and optical properties of III-V and other compound semiconductors
under pressure
III-V semiconductor under pressure
Agata

Kaminska

InvitedExperimental and theoretical analysis of electric field
effects in GaN/AlN multi-quantum wells – high pressure
and time resolved study

Mikhail

Brik

InvitedFirst-principles analysis of the pressure effects on the
structural, electronic and optical properties of binary andternary semiconductors

Andrew

Prins

InvitedHigh-pressure investigation of
InAs/InAsSb type-II superlattices

deffectlevelsin

Low dimensional system under pressure
Taizo

Sasaki

InvitedPressure change of phonon of black phosphorus andphosphorene

Closing session
Kotani

Hiroshi

Review talk from WHS

Bernard

Weinstein

Review talk from HPSP17■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

44第 61 回物性若手夏の学校開催報告

岡山大学大学院自然科学研究科

plw92izd@s.okayama-u.ac.jp

井上 高宏
(1)

物性若手夏の学校

物性若手夏の学校とは、物性物理の分野を中心としたサマースクールであり、全国の大学院生を対象としている。物性
物理に関する基礎的な知識の習得から発表技術の向上を目的とした企画を通して、参加者に研究の楽しさを知ってもらうことを主な目的としている。また、本夏の学校の企画は物性分野の大学院生を基準として考えているが、化学や生物の分野や学部生からの参加者も少なくない。このように若手研究者の分野の垣根を取り除くことで、多くの分野間でのネットワークを形成できることも本夏の学校の魅力の一つである
表 1：講義・集中ゼミの招聘講師・演題一覧
企

45

画

講師（敬称略）

演

題

講義

大谷 義近

スピンホール効果－スピン流・電流変換に関わる諸現象－（3 時間×3 日間）

押川 正毅

対称性によって保護されたトポロジカル相

岸根 順一郎物質科学のための群論入門：対称性原理から物性予測まで

津田 一郎

心と脳のダイナミクス：数理科学的理解はどこまで進んだか？

松枝 宏明

テンソルネットワークと量子情報・可解性・重力の関わり

中村 真

ゲージ・重力対応で探る非平衡統計物理学

集中ゼミ

大関 真之

知的情報処理の統計力学－機械学習を始めてみよう－（3 時間×1 日）

小手川 恒

マクロとミクロ測定から見る圧力誘起量子相転移

小林 徹也

増殖過程の統計物理的構造

阪野 塁

非平衡電流ゆらぎでみる量子ドットの電子多体効果

佐々田 槙子ミクロとマクロの時間発展をつなぐ数学－流体力学極限－

鹿野 豊

量子同力学シミュレーション入門－量子ウォークを例にして－

鳥谷部 祥一生命現象における非平衡揺らぎとその応用

西野 友年

テンソルネットワーク形式と、その応用－イジングモデルを中心に－

堀田 知佐

フラストレートした量子多体系

堀田 昌寛

量子多体系における量子もつれとエネルギーの関係性

松井 千尋

可解量子スピン鎖と場の理論：散乱行列から共形不変性まで

山口 博則

量子スピン系のマテリアルデザイン

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

(2)夏学概要と開催当日の様子

2016 年 7 月 29 日から 8 月 2 日までの 5 日間にわたり、第 61 回物性若手夏の学校が長野県にある志賀高原の中心地にあるシャレードイン志賀にて開催された。61 回では参加者にとって新しい発見をしてもらいたいという思いを込め、「Find your "Nobelty" ―Nobel+novelty=Nobelty―」のテーマのもと、我々スタッフは準備を進めてきた。全国から総勢 190 名の参加者が志賀高原の大自然の元に会した。
物性若手夏の学校では学習、発表、交流の 3 つの機会を参加者に対し与えている。「学習の機会」である講義と集中ゼ
ミでは、最前線でご活躍されている研究者の方を講師としてお呼びして、講師の方に基礎的なことから発展的なことまで講演していただいた。幅広く知識を吸収するために自身の専門としている分野以外の講義を聴講する参加者も多数見られた。講義では 1 日 3 時間の講義を 3 日間おこなっていただき、基礎的な内容から発展的な内容までを丁寧に教えていただいた。また 61 回では集中ゼミの招聘講師を前年度の 6 名から 12 名に増やしたことで、参加者に対して多くの異分野について興味をもつ機会を与えることができた。集中ゼミでは 3 時間の中で、各分野の最新のトピックについてコ
ンパクトに講義していただいた。講師の方々も学生の参加者により深く理解してもらうためにテキストを作成し、時間の許す限り熱心に教えてくださっていた。また、後述するが懇談会においても講師の方々は参加者と交流してくださり、
和やかな雰囲気の中で参加者と講義の内容をお話ししている姿も見受けられた。
「発表の機会」であるグループセミナー、ポスターセッション、分科会では、参加者が他の参加者に対して発表を行う。グループセミナーでは異なる分野を研究している参加者を含む 6 人ほどのグループの中で、自身の研究していること、もしくは興味のあることについて発表を行った。講演に来てくださった講師の方々も参加者の発表を見て回ってく
ださり、参加者からはより良い発表をしてみせようという姿勢が強く感じられた。グループセミナーでは前述した通り
講演に来てくれた講師の方々が、参加者の発表を聴きにきてくださったおかげで緊張感のある中で、グループ全体で活発な議論が行われていた。また、班員の構成は主に異分野間同士であり、参加者は自身の分野とは異なる発表を聞くことで、新しい発見をすることができることだろう。ポスターセッションでは参加者が意欲的に発表に取り組み、聴講者
も発表者に対し積極的に質問を行い、あちらこちらでとても白熱した議論が交わされていた。時間はいくらあっても足りないという感じで、ポスターセッションが終わった後の懇談会でも議論し続ける参加者がよく見られた。今後はポス
ターセッションの時間をもっと取ることも考えていく必要があると感じられた。分科会では分野毎に分かれ、1 人あた
り発表時間 10 分、質疑応答 5 分の形式で発表を行った。発表者は自身の研究、あるいは興味をもっていることについて
聴講者に分かりやすいよう発表してくれた。講師の方々も来てくださり、このような緊張感がある中での発表は参加者らにとって良い経験になっただろう。質疑応答でも積極的に質問が出ていたが、5 分という時間制限がある中で、参加者全員が質問をすることは難しかった。これから物性若手夏の学校に参加される方は誰よりも早く挙手して疑問を解消していただきたい。ポスターセッション、分科会では参加登録の際に発表者を募集しており、多くの参加者がポスター
発表、分科会を行っているので、積極的に参加してほしい。
「交流の機会」である懇談会と座談会では、和やかな雰囲気の中で参加者同士が情報交換しつつ、互いに刺激を与えあってもらうことを目的としている。懇談会では前述した通り、講師の方々にも参加してもらっており、普段なら聞けないことでも聞くことができ、貴重な情報を得ることができる機会でもある。座談会とは事前に参加者から募った質問を、多少のお酒を交えつつ講師の方々にぶつけるという企画である。参加者が講師の方々に人生相談から先生のちょっとしたプライベートまで聞くことができ、講師の方々の貴重な体験談を知ることができたという声が多かった。講演に来てくださった講師の方々を始め、参加者の皆さん、そして共に第 61 回物性若手夏の学校を準備してきたスタッフのおかげで、無事夏の学校を終えることができたことをこの場を借りてお礼を言いたい。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

46表 2：プログラム詳細
7 月 29 日
7:00-7:30
7:30-8:00
8:00-8:30
8:30-9:00
9:00-9:30
9:30-10:00
10:00-10:30
10:30-11:00
11:00-11:30
11:30-12:00
12:00-12:30
12:30-13:00
13:00-13:30
13:30-14:00
14:00-14:30
14:30-15:00
15:00-15:30
15:30-16:00
16:00-16:30
16:30-17:00
17:00-17:30
17:30-18:00
18:00-18:30
18:30-19:00
19:00-19:30
19:30-20:00
20:00-20:30
20:30-21:00
21:00-21:30
21:30-22:00
22:00-22:30
22:30-23:00
23:00-23:30
23:30-24:00(3)

7 月 30 日

7 月 31 日

8月1日

8月2日

朝食

朝食

朝食

朝食

チェックアウト
講義

講義

講義

昼食

昼食

昼食

グループセミナー

ポスターセッション

ポスターセッション

集中ゼミ

分科会

集中ゼミ

夕食

夕食

夕食

懇談会

座談会

懇談会

チェックイン

開会式
講義プレビュー

グループセミナー

夕食

閉会式
懇談会

懇談会

物性若手夏の学校の魅力

物性若手夏の学校では他大学の学生と触れ合い、互いに刺激しあうことで自身の研究に対するモチベーションを高めてもらうことを目的としている。本夏の学校では物性物理の分野だけでなく、化学や生物の分野からの参加者も多い。グループ
セミナーやポスターセッションを通じて、日頃触れることのない異分野の研究から新たな発見をすることで、今後の研究への糧とすることができる。講義や集中ゼミでも計 18 名の講師をお呼びしており、これもまた幅広い分野の講師を選んでいる。この講義や集中ゼミでは自身の専門の分野を聴講する場合が多いが、自身の専門ではない分野を聴講する場合も少なくない。座談会においては、人生の先輩であり、物性研究における先輩でもある講師の方々に質問を行い、この先の研究生活へのアドバイスをいただき、自身の研究へのモチベーションを高めてもらうことができる。62 回も熱意ある準備局員、世話人が揃っており、情報の公開を心待ちにしてほしい。興味をもたれた方は積極的に第 62 回物性若手夏の学校に参加していただきたいと思う。また 61 回では様々な所から貴重なアドバイスをいただき、62 回ではそれらの意見を生かした、より良い物性若手夏の学校になることを期待してほしい。最後に、本会開催において、京都大学基礎物理学研究所・東京大学物性研究所・東北大学金属材料研究所・材料科学技術振興財団からの援助、日本物理学会・応用物理学会・日本化学会からの後
援、各協賛企業・個人からの支援を受けた。準備局員一同、心から感謝を申し上げる。

47

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■

■

(4)

決算報告

表 3 に第 61 回物性若手夏の学校の決算を示します。貴研究所からのご支援は「テキストとポスターの印刷費、及び貴研究所からお借りしたポスターボードの運搬費」として使用させていただきました。こちらの費用は本物性若手夏の学校での主な企画である講義、集中ゼミ、ポスターセッションを行う為には欠かすことの出来ない支出となっております。
貴研究所からのご支援と、ポスターボードをお貸しくださったことを重ねて御礼申し上げます。今後とも物性若手夏の学校へのご支援を賜りますよう心よりお願い申し上げます。

図 1：異分野の学生同士で活発な議論を行っ

図 2：講師の皆様が熱心に講義してくだ

ていた

さっている

図 3：学生も熱心に講義を聴いている

図 4：普段聞くことのできない講師の体験談を熱心に聞いていた

表 3：第 61 回物性若手夏の学校決算
収入の部

支出の部

公的機関からの援助

900,360

講師招聘費

747,060

東京大学物性研究所

500,000

スタッフ援助費

719,800

京都大学基礎物理学研究所

100,360

参加者援助費

材料科学技術振興財団

100,000

印刷費

658,706

東北大学金属材料研究所

200,000

テキスト印刷費・郵送費

446,194

1,174,000

ポスター印刷費・郵送費

101,180

企業等協賛金0

参加費

707,112

当日配布物等印刷費

111,332

テキスト収入他

15,860

企画運営費

549,504

送迎バス運賃205,600

準備局経費

435,095

小計

3,002,932

小計

3,110,165

第 61 回のための準備金

1,300144

第 61 回のための準備金

1,192,911

合計

4,303,076

合計

4,303,076■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

48

物性研究所談話会

標題：平成 28 年度 後期客員所員講演会
日時：2016 年 10 月 19 日(水)午前 9 時 30 分～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 28 年度後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。
9:30- 9:40

所長挨拶（瀧川

09:40-10:00

中村

仁：物性研所長）

正明（愛媛大学 理学部物理学科）「動的スピン帯磁率によるトポロジカル状態の検出」
10:00-10:20

能崎幸雄（慶応義塾大学 理工学部）「表面弾性波を利用した非磁性金属へのスピン蓄積」
10:20-10:40

松尾衛（日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター）「力学的スピン流生成」
10:40-10:50

休憩

10:50-11:10

Sonachalam Arumugam (Bharathidasan University)「Pressure effect on BiS2 based superconductors」

11:10-11:30

加藤浩之（大阪大学 大学院理学研究科）「電子－プロトン相関分子膜の創出と機能性の研究」
11:30-11:50

高見澤聡（横浜市立大学 大学院生命ナノシステム科学研究科）「ガス包接能をもつ単結晶ホストの研究ならびに有機超弾性研究の紹介」

標題：スパコンでできること、できないこと
日時：2016 年 11 月 24 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：渡辺 宙志
所属：東京大学物性研究所物質設計評価施設
要旨：
物性研は 1995 年に初めてスーパーコンピュータを導入して以来、20 年にわたり全国共同利用を行っている。導入されているスパコンは世界でも有数の計算能力を持ち、計算物性科学の重要なインフラとして機能し続けている。しかし、

49

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

事業仕分けで一世を風靡した「二位ではダメなんでしょうか？」発言に代表されるように、スパコンはなぜ計算能力が高くなければならないのか、そして何に使われているのか、スパコンを使うということはどういうことなのかなどは、
必ずしも一般には理解されていないように見える。スパコンは「スーパー」ではあるが「コンピュータ」であるから、ソフトウェアがなければただ電気を食う箱にすぎない。では、スパコンのプログラムとは誰がどうやって組むのだろう
か？そもそもスパコンの「スーパー」とは何が「スーパー」なのか？スパコンを使うといったい何ができるようになるのか？本講演では、急減圧液体の発泡シミュレーションをしたらスミソニアン博物館からメールが来た話や、スパコン
でナンプレの難問を作ろうと苦闘する話などを通し、スパコンを使う面白さ、そしてスパコンが使うことで広がる可能性について紹介したい。
備考：
講演者である渡辺宙志氏は、物質設計評価施設の助教として、物性研究所のスーパーコンピュータの管理・運営に携わっています。大規模計算を用いた「数独の難問作成」や「液体中の泡生成」などの研究をわかりやすく紹介していた
だくとともに、スパコンの現状や今後の展望についても語っていただきます。気軽に聴くことのできる講演内容ですので、ぜひ皆様ご参加ください。

標題：Dy-free high coercivity Nd-Fe-B permanent magnet
日時：2016 年 12 月 22 日(木)午後 4 時～場所：物性研究所本館 6 階 大講義室（A632）
講師：宝野 和博
所属：物質・材料研究機構(NIMS) 磁性・スピントロニクス材料研究拠点長、NIMS フェロー
要旨：
Due to the recent concern about the stable supply of heavy rare earth elements, attaining high coercivity in NdFe-B magnets without Dy has received intense research interest. In this talk, we will update our recent progresses
toward the development of high coercivity Nd-Fe-B permanent magnets. To obtain complete understanding of the
microstructure-coercivity relationships, we revisited the microstructures of Nd-Fe-B sintered and hot-deformed
magnets using aberration-corrected STEM complemented by atom probe tomography (APT). We found that thestructure and chemical composition of the grain boundary phase varies depending on the orientation of grainboundaries, i.e., the grain boundary phase parallel to the c-planes are mostly crystalline with a higher Ndconcentration in contrast to that lying parallel to the c-axis that contains higher Fe content with an amorphous
structure. Based on these new findings, we developed a method to enhance the coercivity of the anisotropic Nd-Fe-B
magnets substantially without relying on Dy.
備考：
宝野氏は、NIMS フェローおよび磁性・スピントロニクス材料研究拠点長として、関連材料の開発とその原子スケー
ルでの評価に関する研究で、国際的に著名な研究者です。物性研の研究者とも、元素戦略磁性材料研究拠点プロジェク
ト等を通じて、深く関わっておられます。一方、最近、磁石材料に関する一般向けの本も執筆されるなど、解り易い解説にも定評があります。
今回の講演のテーマであるネオジム磁石は、高い磁力を持つ永久磁石としてハードディスク・ハイブリッド車等さま
ざまな分野で使われていますが、その保持力を高めるために希土類元素 Dy（ジスプロシウム）が微量に添加されています。Dy はそのほとんどが特定の地域で産出されることから、その添加を抑えることが元素戦略上の重要なテーマとなっています。宝野氏率いる研究グループでは、詳細な分析からネオジム磁石における Dy の役割を明らかにし、その知見を基に Dy を添加せずに高保持力を持つネオジム磁石の開発に成功しています。本講演では、開発ストーリーとその背景となる物理について、語っていただく予定です。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

50

物性研究所セミナー

標題：第一回量子物質セミナー：Phase Slips in Superfluid Spin Transport in Magnetic Wires
日時：2016 年 10 月 11 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：Dr. Se Kwon Kim
所属：University of California, Los Angeles, U. S. A.
要旨：
In this talk, we will discuss two types of mechanisms responsible for intrinsic resistance in superfluid spintransport in easy-plane magnetic wires: thermally-activated and quantum phase slips. First, we theoretically study
thermally-activated phase slips within the stochastic Landau-Lifshitz-Gilbert phenomenology, which runs parallelto the Langer-Ambegaokar-McCumber-Halperin theory for thermal resistances in superconducting wires [1]. To that
end, we start by obtaining the exact solutions for free-energy minima and saddle points. We provide an analyticalexpression for the phase-slip rate in the zero spin-current limit, which involves detailed analysis of spin fluctuations
at extrema of the free energy.
Secondly, we theoretically investigate effects of quantum fluctuations on superfluid spin transport through easyplane quantum antiferromagnetic spin chains in the large-spin limit [2]. Quantum fluctuations result in the decaying
spin supercurrent by unwinding the magnetic order parameter within the easy plane, which is referred to as phaseslips. We show that the topological term in the nonlinear sigma model for the spin chains qualitatively differentiates
decaying rate of the spin supercurrent between integer and half-odd-integer spin chains. We propose an experimental
setup for a magnetoelectric circuit, in which both phase slips can be inferred by measuring nonlocal
magnetoresistance.
備考：[1] S. K. Kim, S. Takei, and Y. Tserkovnyak, Phys. Rev. B 93(2), 020402(R) (2016)[2] S. K. Kim and Y. Tserkovnyak, Phys. Rev. Lett. 116(12), 127201 (2016)

標題：機能物性セミナー「人工細胞膜系における膜内 2 次元ドメインの構造・物性・反応性」
日時：2016 年 10 月 14 日(金)

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：手老 龍吾
所属：豊橋技術科学大学
要旨：
両親媒性分子である脂質の二分子層膜、いわゆる脂質二重膜は細胞膜をはじめとする生体膜の基本構造である。細胞膜は生命活動に必要な物質・情報・エネルギーなどの全てを細胞内外でやり取りする反応場としての役割を担っている。
これらの反応においては膜内の脂質やタンパク質の集合体が反応の制御に関わっていると考えられており、分子拡散や
2 次元ドメイン形成といった反応素過程を理解することは膜輸送反応の機構を理解するために重要である。固液界面に形成される支持脂質二重膜(supported lipid bilayer)は人工細胞膜モデル系の 1 つである。我々は原子間力顕微鏡による微細構造観察と、蛍光一分子追跡法による分子側方拡散性の計測を相補的に用いることによって、ナノメートル～マイクロメートル領域の構造観察と流動性計測、またこれらが生体由来の脂質膜やタンパク質との反応にどう関わるかについて研究を進めている。本講演では脂質二重膜のサブミクロン領域での脂質および膜タンパク質のドメイン構造とその動的過程、またこれらへの固体基板表面の関わりについて、最近の成果を紹介する。

51

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

標題：国際超強磁場科学セミナー：Quantum spin-crossover of correlated electrons
日時：2016 年 11 月 1 日(火)午後 2 時～場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：池田 暁彦
所属：東京大学物性研究所
要旨：
Spin state is a characteristic degree of freedom in a multi-electron and multi-orbital system (e.g. magnetic ion
under crystal field) where crystal field splitting (Δ) and Hund's coupling (J ) are delicately competitive. Low spin[LS] (or high spin [HS]) state emerges when Δ (or J ) overwhelms the other. Recently, we found a low entropy phasein a spin crossover cobaltite LaCoO3 at ultrahigh magnetic fields of above 100 T by means of magnetization
measurement up to 140 T [1]. Various exotic orders are claimed as its origin such as LS/HS order and excitonic order.
They are considered to be stabilized by the correlation effects based on analysis of the two-orbital Hubbard model [2,3]. The excitonic phase is characterized with the spontaneous and quantum-mechanical mixing of the wave functionsof LS and HS states. Whereas, the LS/HS ordered phase is the spatial alternation of the LS and HS states.
In the talk we briefly review our experimental results on LaCoO3 [1] and Y-doped Pr0.7Ca0.3CoO3 [4]. Then we
discuss the physical origin of the possible stabilization of exotic phases [2] and their field effects [3]. We also mention
our future plan.
[1] A. Ikeda et al., Phys. Rev. B 93, 220401(R) (2016).
[2] J. Nasu et al., Phys. Rev. B 93, 205136 (2016)[3] T. Tatsuno, et al., J. Phys. Soc. Jpn. 85, 083706 (2016)[4] A. Ikeda et al., Phys. Rev. B 94, 115129 (2016).

標題：LASOR セミナー：高空間分解能 ARPES 装置の開発と現状
日時：2016 年 11 月 2 日(水)午後 4 時～

場所：SPring-8 中央管理棟

3階

TV 会議室（ＴＶ会議 物性研第一会議室）

講師：岩澤 英明
所属：Diamond Light Source
要旨：
角度分解光電子分光(angle-resolved photoemission spectroscopy)は、固体の電子状態を直接観察できるため、固体物性を研究する上で有力な実験手法である。ARPES 実験では、入射光のエネルギー・偏光、試料角度・温度・表面状態、
さらには、検出器のエネルギー分解能・角度分解能など、様々な計測要素・技術が関与する。本セミナーでは、これらの実験要素を上手く活用することで、多体効果の定量評価が可能となった例を紹介する[1, 2]。さらに、ARPES 技術の高度化を目指して、我々が取り組んでいる「高空間分解能化」の例として、広島大学放射光科学研究センター（HiSOR）
にて建設したレーザー励起 micro-ARPES 装置、ならびに、Diamond Light Source（Beamline: I05）にて立ち上げを進めている nano-ARPES 装置について、現状と測定例を示す。
[1] H. Iwasawa et al., Phys. Rev. Lett. 105, 226406 (2010).
[2] H. Iwasawa et al., Phys. Rev. Lett. 109, 066404 (2012).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

52標題：第 40/41/42 回極限コヒーレント光科学セミナー
日時：2016 年 11 月 7 日(月)午前 10 時～午後 5 時

場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
要旨：10:00-11:00

井手口拓郎先生（東京大学大学院理学系研究科）「光周波数コムによる分子分光」

13:00-14:00

足立俊輔先生（京都大学大学院理学研究科）「深紫外ドライブレーザーによる高調波発生：分子反応ダイナミクスの応用」

16:00-17:00

松永隆佑（東京大学大学院理学系研究科）「高強度テラヘルツ電場による非平衡超伝導ダイナミクスの研究」

標題：蛍光・化学発光タンパク質プローブの開発と生命科学研究への応用
日時：2016 年 11 月 14 日(月)午後 1 時 30 分～

場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
講師：永井 健治
所属：大阪大学 産業科学研究所
要旨：
蛍光タンパク質を利用した蛍光ライブイメージング技術の発展により、生理機能を生きたまま可視化する事が可能になった。また、超解像顕微鏡技術などの顕微鏡技術の発展も近年著しい。我々が開発した弱い光により光速に光スイッ
チングが可能な蛍光タンパク質 Kohinoor（コヒノール）を用いて生体に優しいナノスコピックイメージングが実現可能となった 1。しかしながら、サンプルへの光毒性や自家蛍光といった問題は励起光照射が不可避である以上、原理的に解決することはできない。このような状況の中で、ホタルに代表される生物発光を用いたライブイメージングに注目が集まりつつある。生物発光は蛍光と違い、外部からの励起光を必要としないため自家蛍光や生物個体に対する光毒性・光応答を回避する事ができる。生物発光の蛍光に対するこのような優位性は以前から認識されていたものの、放出する
フォトン数が少なく数十分もの長時間露光が必要なため、これまでライブイメージングには使用されてこなかった。しかしながら近年、我々の開発した高光度発光タンパク質 Nano-lantern2 とその波長変異体 3、さらにはその増強型である eNano-lantern を利用することで化学発光でのライブイメージングが可能となった。本セミナーでは Nano-lantern
およびそれをベースとする Ca2+, cAMP, ATP などの各種指示薬の開発、さらに光照射による細胞機能の操作技術、特に光増感を利用した生理機能の不活性化法 5 とその生命科学研究への応用 6,7 について最近の知見を紹介し、合わせて蛍光、発光イメージングの展望について議論したい。

標題：第 2 回光・量子融合連携研究開発プログラム合同研究会「放射光・レーザー連携による物質ダイナミクス研究」
日時：2016 年 11 月 15 日(火)午前 10 時～

場所：高エネルギー加速器研究機構 4 号館 1 階セミナーホール
要旨：
文部科学省「光・量子融合連携研究開発プログラム」で、レーザー技術と放射光技術の融合による物質科学の創成を目指した二つの研究課題「極限レーザーと先端放射光技術の融合による軟 X 線物性科学の創成（課題責任者：辛埴）」と「レーザー・放射光融合による光エネルギー変換機構の解明（課題責任者：足立伸一）」による合同研究会を開催します。レーザーと放射光を共通基盤とした新しい物質科学の創成を目指して、現状報告と今後の方向性についての議論を行います。

53

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論セミナー：Materials systems full of defects treated within KKR
日時：2016 年 11 月 18 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：Dr. Martin Hoffmann
所属：東京大学物性研究所
要旨：
We studied several different materials systems with the focus on the appearance of defects. Thereby, alloys, oxides
and surfaces were considered from the theoretical point of view using ab-initio methods. The main results wereachieved with the Korringa-Kohn-Rostoker Green's function method (KKR), which is based on the multiple scattering
theory and the density functional theory. This combination offers advantages compared to other ab-initio techniques
when dealing with disordered systems or magnetic properties. For example, the coherent potential approximation
describes an effective medium, which approximates randomly distributed atoms within the material and was recently
extended to include also nonlocal effects like short-range ordering. On the other hand, the magnetic force theorem
offers a fast and effective method for the calculation of the magnetic exchange interactions.
With these tools, we studied for example disorder in metallic alloys ranging from periodic long-range order overshort-range order and totally disorder to segregation of the alloy constituents. We showed for AgPd alloys that the
short-range order alters strongly the electronic structure [1]. The latter might be then an indicator for short-rangeorder in experimental investigations. Defects play also a crucial role in oxide systems. The influence of oxygen
vacancies and antisite disorder on the electronic and magnetic properties was studied for SrCoO3[2] andSr2FeMoO6[3]. We obtained good agreement with experimental observations. Besides, we calculated the crystal fieldparameters for single holmium atoms on a Pt surface from ab-initio and used exact diagonalization in order to resolve
the splitting of the energy levels. The aim was to understand possible excitations and the high magnetic stability of
the holmium atoms observed in surface tunneling experiments[4].
References:[1] Hoffmann et al J. Phys.: Condens. Matter 28, 305501 (2016)[2] Hoffmann et al Phys. Rev. B 92, 094427 (2015)[3] Saloaro et al ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 20440 (2016)[4] Miyamachi et al Nature 503, 242 (2013)

標題：物性研＆新領域ナノサイエンスセミナー：Quantum dots created by atom manipulation with thescanning tunneling microscope
日時：2016 年 11 月 18 日(金)午後 3 時～場所：物性研究所本館 6 階 第 2 セミナー室（A612)
要旨：
Atom manipulation with the scanning tunneling microscope (STM) makes it possible to create ultimately small
structures at surfaces. We extended this technique to III-V semiconductors [1,2] and found that an atomically precise
electrostatic surface-potential landscape can be designed by the controlled positioning of charged adatoms. In thisway, quantum dots with identical, deterministic sizes can be created one atom at a time. By using the lattice of the
InAs(111)A surface to define the allowed atomic positions, the shape and location of the dots is controlled witheffectively zero error. The dots are assembled from -1 charged indium adatoms, leading to the confinement of intrinsic■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

54surface-state electrons [3]. This approach enables one to construct quantum dot assemblies whose quantum couplinghas no intrinsic variation but can nonetheless be tuned over a wide range.
In a related experiment, we found that the charge state and tunneling conductance of a single organic molecule
adsorbed on InAs(111)A can be controlled by the adatom-induced gating potential [4]. Depending on the potential,
the charge state can be tuned from neutral to -1. Moreover, the molecule changes its orientational conformation uponcharging. This coupling between charge and conformation induces a conductance gap more than one order ofmagnitude larger than reported previously. The observed behavior can be understood as charge transport through agated molecular quantum dot with coupled charge and orientational degrees of freedom.
Atom manipulation in combination with STM-based spectroscopy provides detailed insight into the quantumphysical properties of artificial surface structures at the smallest size scales. Understanding and controlling theseproperties – and the new kinds of behavior to which they can lead – will be crucial for integrating atomic-scale
devices with existing semiconductor technologies.
[1] S. Fölsch et al., Phys. Rev. Lett. 103, 096104 (2009).
[2] J. Yang et al., J. Phys. Condens. Mater. 24, 354008 (2012).
[3] S. Fölsch et al., Nature Nanotech. 9, 505 (2014).
[4] J. Martínez-Blanco et al., Nature Phys. 11, 640 (2015).

標題：第 43/44/45 回極限コヒーレント光科学セミナー
日時：2016 年 11 月 21 日(月)午前 10 時～午後 5 時

場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
要旨：10:00-11:00

第 43 回極限コヒーレント光科学セミナー

小西邦昭先生（東京大学大学院理学系研究科）「サブ波長人工構造を用いた円偏光制御とその応用」
13:00-14:00

第 44 回極限コヒーレント光科学セミナー
廣理英基先生（京都大学大学院理学研究科）「高強度テラヘルツパルス光源の開発と固体との動的非線形相互作用」

16:00-17:00

第 45 回極限コヒーレント光科学セミナー
香川浩之先生（奈良先端科学技術大学院大学）「超短パルス波形整形を用いた量子状態制御」

標題：理論セミナー：キタエフ・イジング模型における新規量子相と“液-液”相転移
日時：2016 年 11 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：那須 譲治
所属：東京工業大学理学院
要旨：2006 年に A. Kitaev によって導入された量子スピン模型であるキタエフ模型は、固体物理のみならず量子情報などを含む幅広い分野で注目を集めている。この模型は、蜂の巣格子上に定義された S=1/2 量子スピン模型で、厳密に解くこ55

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

とができ、基底状態は量子スピン液体となる。この量子スピン液体の安定性や、イリジウム酸化物やルテニウム化合物などの実際の物質との対応を議論するために、キタエフ模型にハイゼンベルク相互作用などを導入した模型の研究が精力的に行われている。そこでは、量子スピン液体がハイゼンベルク相互作用の導入に伴い、様々な磁気秩序へと変化する様子が調べられている。しかしながら、キタエフ相互作用と、ハイゼンベルク相互作用といった磁気秩序を安定化させる相互作用との競合によって生じる新たな無秩序量子相の可能性は議論されていないのが現状である。
本研究では、磁気秩序を安定化させる最も簡単な相互作用であるイジング相互作用をキタエフ模型に導入した模型の磁気的性質を系統的に調べた[1]。この模型を、有限クラスターにおける厳密対角化と、量子スピンのマヨラナフェルミ
オン表示による平均場近似で計算を行った。その結果、イジング相互作用の導入に伴い、量子スピン液体と磁気秩序の間にこれらと異なる新しい液体相が出現することを見出した。この状態はキタエフ相互作用が異方的な場合に現れ、ス
ピン四極子状態に対応することがわかった。この結果は、異なるタイプの量子無秩序状態の間で液-液相転移が生じたことを示している。この相転移はキタエフ模型に内在する Z2 ゲージ場の非局在化が原動力となっており、有効模型の解析
から一次転移であることが強く示唆されている。さらに、HΦを用いた熱的純粋量子状態による有限温度計算も行い、この一次転移は有限温度の臨界点で終端し、この点を超えて２種類の無秩序相が連続的に接続することがわかった。この新規量子相は、キタエフ・イジング模型に限らず、キタエフ・ハイゼンベルク模型など他のキタエフ関連模型でも生じる可能性がある。
本研究は、加藤康之氏(東大工)、吉竹純基氏(東大工)、紙屋佳知氏(理研)、求幸年氏(東大工)との共同研究によるものである。
[1] J. Nasu, Y. Kato, J. Yoshitake, Y. Kamiya, Y. Motome, arXiv:1610.07343.

標題：第 46/47 回極限コヒーレント光科学セミナー
日時：2016 年 11 月 28 日(月)午前 10 時～午後 2 時

場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
要旨：10:00-11:00

第 46 回極限コヒーレント光科学セミナー

神田夏輝先生（理化学研究所アト秒科学研究チーム）「共振器内高次高調波発生のための高強度モードロックレーザー開発」
13:00-14:00

第 47 回極限コヒーレント光科学セミナー
野村雄高先生（自然科学研究機構分子科学研究所）「ツリウム添加ファイバーレーザーによる 2m 帯超短パルスレーザーシステム」

標題：機能物性セミナー「非平衡系としての生き物の揺らぎと力学特性」
日時：2016 年 11 月 28 日(月)午後 3 時～午後 4 時

場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：水野 大介
所属：九州大学理学研究院
要旨：
私たちの体を形成する細胞や組織は、柔らかい物質（ゲルやコロイド、脂質膜等のソフトマター）からなる。これらの物質は、熱エネルギー程度の微弱な相互作用によってメソスケールの構造を形成するため、外場の印加やわずかな力
学的エネルギーの注入によりその特性を大きく変化させる。生き物の最小単位である細胞の多くの活動は、こうした柔■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

56らかい生体物質がモーター蛋白質により力学的に駆動されることで営まれるが、系の非平衡性や非線形性のために、その特性が決定される機構に関しては不明な部分が多い。
私達は、非平衡状態に駆動された生体のモデル系として、“モーター蛋白質や遊走微生物により駆動されたゲル”を作製し、マイクロレオロジーと呼ばれる手法を用いてこれらのゲル内部で自発的に生じる揺らぎと力学応答を観測するための技術開発を推進してきた。その結果、これらのモデル系では熱平衡系における統計物理学の基本定理である揺動散逸定理[1,2]や中心極限定理[3]が破れていることを見出した。本講演では、こうした基本定理の破れの観測手法とその定量的解釈について述べ、非平衡系としての生体力学研究に実験面から寄与する今後の展望について議論する。
＜参考文献＞[1] D. Mizuno, C. Tardin, C. F. Schmidt, and F. C. MacKintosh, Science 315, 370 (2007).
[2] D. Mizuno, R. Bacabac, C. Tardin, D. Head, and C. F. Schmidt, Phys. Rev. Lett. 102, 168102 (2009).
[3] Irwin Zaid, D. Mizuno, Phys. Rev. Lett. 117, 030602 (2016)

標題：第２回 CDMSI（ポスト「京」重点課題（７））シンポジウム～次世代の産業を支える新機能デバイス・高性能

材料の創成～
日時：2016 年 12 月 6 日(火)～2016 年 12 月 7 日(水)午後 1 時～場所：物性研究所本館 6 階 大講義室（A632）
要旨：
7 つのサブ課題の進捗とトピックス、および、ポスト「京」とのコデザイン状況を報告いたします。また、関連する「ポスト「京」重点課題・萌芽的課題」と「企業からの期待」に関する招待講演により、情報共有と課題間共創を図ります。

標題：理論セミナー：Quantum oscillations and Chiral anomaly without magnetic field in Dirac andWeyl semimetals
日時：2016 年 12 月 9 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：Marcel Franz
所属：University of British Columbia
要旨：
Elastic strain is known to act as a pseudomagnetic field on the low-energy Dirac electrons present in graphene. We
show that similar effect occurs in the recently discovered class of Dirac and Weyl semimetals whose low-energy
electronic structure resembles that of graphene but promoted to three spatial dimensions. This gives rise to some
remarkable phenomena in these materials including quantum oscillations driven by strain in the complete absenceof external magnetic field and various novel manifestations of the Chiral anomaly such as the concept of "topologicalcoaxial cable" which supports hydrodynamic flow of electrons with potentially very low dissipation. We describe these
intriguing phenomena in some detail and discuss constraints on their experimental observability.

57

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

標題：Nonstationary Quantum Hall Effect in a Mesa Junction of a Charge Density Wave Conductor
日時：2016 年 12 月 14 日(水)午後 4 時～午後 5 時

場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Serguei Brazovskii
所属：CNRS & University Paris-Sud, Orsay, France
要旨：
The technique of focused ion beams was applied to a quasi 1D compound NbSe3 possessing the charge density
waves (CDW). Here, a micron-width Hall bars stretching transversely to CDW chains were fabricated and studied inhigh magnetic fields. The complex of observed nonlinear and nonstationary effects is counterintuitive with respect tocommon notion for CDWs: the conductivity drops below the threshold rather than rising, Shapiro steps are quantizedin voltage rather than in current, etc. [1].
The interpretation [1,2] invokes the deformable CDW in a restricted geometry for the quantum limit of carriers inremnant small pockets. In realities of the NbSe3, the carriers are concentrated at the lowest one-two Landau levels
forming, at no current, a fractionally (n<1) filled quantum Hall (QH) state.
The gigantic dielectric constant of the CDW reduces the electric field of the Hall voltage directed along the CDW
chains allowing for strong redistributions of the electronic density unthinkable in usual circumstances. At low
temperature T<1K, the experimental Hall voltage ~1meV forces all carriers to densely fill a fraction n of the chain
length thus forming, under the current, the integer QH state while leaving the fraction (1-n) of the chain lengthunoccupied. The electric field in charged regions adjacent to the boundaries easily exceeds the pinning threshold of
the CDW; then the depinning propagates into the nominally pinned central region via sharp domain walls. Allowing
for phase slips provides the exchange among reservoirs of normal and condensed electrons which gives rise tocompensated collective and normal pulsing countercurrents driven by the Hall voltage.
This scenario is confirmed by a numerical modeling [2].
[1] Yu.I. Latyshev, A.A. Sinchenko A.P. Orlov, S. Brazovskii and P. Monceau, to be publ.
[2] S. Brazovskii, Physica B, 460, 236 (2015).

標題：第 48/49/50 回極限コヒーレント光科学セミナー
日時：2016 年 12 月 19 日(月)午前 10 時～午後 5 時

場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
要旨：10:00-11:00

第 48 回極限コヒーレント光科学セミナー

嵐田雄介先生（東京大学）「飛行時間型分析器を用いた高効率かつ精度な時間分解角度光電子分光」
13:00-14:00

第 49 回極限コヒーレント光科学セミナー
樋口卓也先生（ニュルンベルグ大学）「光電場によるグラフェン中の電流制御」

16:00-17:00

第 50 回極限コヒーレント光科学セミナー
片山郁文先生（横浜国立大学）「探針増強テラヘルツ電場による超高速電子制御」■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

58標題：ナノスケール-量子物質セミナー 反転対称性が破れた固体中のスピン軌道相互作用と磁化制御
日時：2016 年 12 月 27 日(火)午後 2 時～午後 3 時

場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：紅林 秀和
所属：ロンドン大学ナノテクノロジーセンター
要旨：
スピン軌道相互作用（SOI）はその言葉の通り、電子の持つ二つの角運動量（スピン角運動量と軌道角運動量）の相互作用である。最近の固体物理研究では、この SOI が誘起する新しい物性が盛んに研究されており、トポロジカル量子相の出現や Dzyaloshinskii–守谷相互作用を介した磁気スキルミオン相などがその一例になる。
本発表では、SOI が生む新しい電流スピン変換輸送現象とそれを用いた磁化制御について紹介したい。固体中の SOI
ハミルトニアンは電子スピンと波数を含むためこの二つの物理量を結合させているが、固体中の電流がフェルミ面近傍の電子の波数シフトにより決まるため、電流とスピンを相互変換することができる。つまり、SOI は電流を用いてスピンを励起したり、逆にスピンを用いて電流を駆動させる機能を持つ。これら機能を決定するのが SOI ハミルトニアンであり、その対称性や大きさを結晶構造、構成元素そして最先端のナノテクノロジー技術(薄膜制御技術)で制御することが、電流スピン変換を有限化・顕著化させるアプローチそして課題である。さらに本電流スピン変換機構で生成した伝導電子のスピン偏極を使えば、磁性体中の磁化にトルクを与え、その方向を電流により制御できる。この現象は(スピンホール効果から生まれるトルクと併せて)”spin-orbit torques”と総称され、現在スピントロニクス分野で盛んに研究されている。発表では、我々の実験結果を中心として spin-orbit torques の基本概念、測定技術そして最近の発展を紹介
し、スピントロニクス分野外の方々にできるだけ有益なものにする予定である。
--関連論文-[1] A. Chernyshov et al., Nature Phys., 5 656 (2009).
[2] D. Fang et al., Nature Nanotech. 9 211 (2011).
[3] H. Kurebayashi et al., Nature Nanotech, 9 211 (2014).
[4] T. Skinner et al., Nature Comm. 6 6730 (2015).
[5] C. Ciccarelli et al., Nature Phys. 12 855 (2016).
[6] 日本語の解説論文として、紅林秀和 「スピン軌道相互作用に起因した新しいスピントルクの最近の発展」固体物理
No.11（通巻 597 号）特集号

59

スピントロニクスの新展開―スピン変換現象を中心に物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■

■

人

事

異

動

【研究部門等】○平成 28 年 11 月 1 日付け
（採

谷

用）
氏

名

内

敏

所
之

属

附属極限コヒーレント光科学研究
センター

職

名

特任助教

備

考

附属極限コヒーレント光学研究センター
特任研究員から○平成 29 年 1 月 1 日付け
（採

小

用）
氏

名

濱

芳

所
允

属

附属国際超強磁場科学研究施設

職

名

特任助教

備

考

附属国際超強磁場科学研究施設
特任助教から○平成 29 年 1 月 31 日付け
（辞

職）
氏

木

俣

名

所
基

属

ナノスケール物性研究部門■ ■■ ■ ■■ ■

職

名

助

教

備
東北大学金属材料研究所

考准教授へ

物性研だより第 56 巻第 4 号

60東京大学物性研究所研究員の公募について

このたび、東京大学物性研究所では、下記の要領で研究員を公募いたします。
つきましては、関係各位に広くお知らせいただくとともに適任者の推薦および応募について、よろしくお取り計らい
くださるようお願いいたします。
記
１．公募職種：特任研究員
２．公募人員：若干名
３．職務内容：物性科学における実験的または理論的研究
４．応募資格：次の２条件を満たしている者（１）博士号取得後１０年程度までの者、ただし着任時までに博士号取得が確実に見込まれる者も含む（２）着任予定時に主たる職、あるいは大学院生および研究生等の身分を有しないこと＊ なお、応募に際しては、関連する物性研究所所員（教授または准教授）と連絡をとって研究計画等の調整を行うこと。
また、複数の研究室にまたがる研究テーマに取り組む方も歓迎する
５．任期：原則として２年間（年度更新）
その後再応募も可（但し、１年間）
６．勤務態様・手当・給与等：
週５日、裁量労働制（週当たり３８時間４５分相当）
雇用保険・文部科学省共済組合に加入、通勤手当有
給与は「東京大学年俸制給与の適用に関する規則」に定める第４条、第５条及び第６条による（年額約４３０万円程度）
７．選考方法：原則として書類選考とし、場合によっては面接を行う
８．提出書類：（１）履歴書（２）発表論文リスト（３）主な論文別刷り（３編以内）（４）これまでの主な業績のまとめ（２０００字以内）（５）研究計画（２０００字以内）（６）指導教員または推薦者による本人に関する意見書
９．公 募 締 切：平成２９年４月１４日（金）必着
10．採用予定日：平成２９年９月１日から平成３０年２月末日までに着任すること
11．書類提出方法：
郵送又はメール送付
郵

送｢物性研究所研究員（○○研究室（連絡をとった所員名を記載））」と朱書し、簡易書留等配達状況が確認可能な方法で送付すること。
メール

件名は「物性研究所研究員（○○研究室応募）」とし、総務係までメールを送付すること。総務係から書類送付先フォルダを連絡するので、そちらに応募書類一式を保存すること。
12．書類提出先：〒277-8581

千葉県柏市柏の葉５丁目１番５号

東京大学物性研究所総務係
04-7136-3501

電話

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

13．その他：
お送りいただいた応募書類等は返却いたしませんので、ご了解の上お申込み下さい。
また、履歴書は本応募の用途に限り使用し、個人情報は正当な理由なく第三者への開示、譲渡及び貸与することは一切ありません。

61

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

Postdoctoral researcher positions at the Institutefor Solid State Physics, The University of Tokyo
１．Available position: postdoctoral researcher
２．Number of openings: a few
３．Job description: Experimental or theoretical research
It is advisable to consult with appropriate faculty members (either professors or associate professors) at ISSP anddevelop an appropriate research plan before document submission. Research themes that span more than one
research area at ISSP are also welcome.
４．Eligibility: The candidates are expected to meet the following conditions:(1) Less than 10 years from obtaining a PhD or equivalent degree; Applicants scheduled to obtain a PhD degree
before the starting date are also eligible.
(2) Neither having a primary job nor being a graduate student or postdoc on the scheduled starting date.
５．Term of office: Initial appointment will be for 2 years, renewed annually. It is possible to apply for a one-year
extension after two years.
６．Working arrangement/salary:
5 days a week (equivalent to 38 hours 45 minutes). The contract includes unemployment insurance, healthinsurance, and a commuting allowance. The annual salary is approximately JPY 4.3 million (including tax).
７．Selection /nomination:
Selection is based on the documents listed below. Moreover, a host faculty member is interviewed by a judging
committee.
８．Application documents:(1) Curriculum Vitae(2) List of Publications(3) Reprints of up to three major publications(4) Description of past research and main achievements (within 2 pages/A4 or letter size)(5) Research plan (within 2 pages/A4 or letter size)(6) Recommendation letter by an academic supervisor or a reference.
９．Deadline:
Application should reach the ISSP general affairs office by 17:00 on April 14, 2017.
10．Starting date:
After September 1, 2017, before February 28, 2018.
11．Applications should be addressed to:(Online submission:)First, send an e-mail to the following e-mail address.
< ISSP general affairs office > issp-jinji＠issp.u-tokyo.ac.jp
State “Application for postdoctoral researcher position (with the name of the Host Professor)” in the subject
line.
Do not attach any documents.
Secondly, upload the application documents. The URL for upload will be informed.
(Postal mail submission:)
Send application documents to enclosed in an envelope and clearly labeled in red color “Application for
postdoctoral researcher position (with the name of the host professor)” on the front. The documents should besent by registered mail.
Administration Office,The Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo,
5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa,
Chiba 277-8581,
JAPAN■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

62物性研だより第 56 巻目録（第１号～第４号）
第 56 巻第１号

2016 年４月

強磁場下におけるグラファイトの新奇電子相
超伝導できない超伝導電子······························· 秋葉 和人、三宅 厚志、徳永 将史························· 1～超伝導温度より遙か高温から存在する超伝導電子の発見～ ······ 近藤

猛、辛埴 ········ 4極低温まで軌道自由度が凍結しない銅酸化物の実現と軌道揺らぎの時間スケールの観測 ··· 萩原 政幸、韓 一波、中辻 知
EPS-QEOD Travel Grant Student Awards を受賞して ················· 遠藤

7

護·································································· 10

外国人客員所員を経験して ······························································· Martin Rotter ························································· 12
物性研究所短期研究会○スピン系物理の深化と最前線 ····································································································································· 13○『低次元電子系におけるエキシトニック相の新展開』の報告 ··················································································· 19○量子物質研究の最前線 ················································································································································ 25○「量子乱流と古典乱流の邂逅」の報告 ·······················································································································42
物性研究所談話会 ··························································································································································· 46
物性研究所セミナー ······················································································································································· 47
物性研ニュース○人事異動····································································································································································· 53○東京大学物性研究所研究員の公募について ················································································································56○東京大学物性研究所特任助教の公募について ············································································································57
その他○大学院進学ガイダンス ················································································································································ 58○物性若手夏の学校ポスター ········································································································································· 59
編集後記
物性研だよりの購読について

第 56 巻第２号

2016 年７月

物性研究所の改組について ················································································································································ 1
カイラル超流動体における軌道角運動量······································ 多田 靖啓、押川 正毅 ············································ 5

超伝導に隠された異常金属相の発見-量子臨界｢点｣ではなく｢相｣として振舞う不思議な金属状態- ········· 冨田 崇弘、中辻
有機分子により五角形から成る量子磁気ネットワークを実現

知 ·············································· 9······ 山口 博則 ································································ 12

強誘電体薄膜における「負のキャパシタンス」発現の第一原理シミュレーション ············· 笠松 秀輔 ···························· 14
近藤効果の起こっている量子ドットの電荷状態の電流ゆらぎによる検出実験····················· 阪野

塁 ······························ 17

第 13 回 ISSP 学術奨励賞と第 10 回日本物理学会若手奨励賞を受賞して···························· 松林 和幸 ···························· 20
ISSP 学術奨励賞を受賞して ····························································· 小濱 芳允 ································································ 22
ISSP 柏賞を受賞して ········································································ 藤澤 正美 ································································ 24
日本物理学会若手奨励賞(領域 3)を受賞して ··································· 左右田 稔 ································································ 25
日本物理学会若手奨励賞(領域 5)を受賞して ··································· 和達 大樹 ································································ 27
平成 28 年度科学技術分野の文部科学大臣表彰
科学技術賞(研究部門)を受賞して ···················································· 森 初果·································································· 29

63

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

物性研に着任して ············································································· 池田 達彦 ································································ 30
郷地 順 ··································································· 31
酒井 明人 ································································ 32
一色 弘成 ································································ 33
物性研を離れて ················································································· 髙田 康民 ································································ 34
客員所員を経験して ·········································································· 松平 和之 ································································ 37
中村

真································································· 38

山田

鉄兵 ······························································ 40

安東秀·································································· 42

ISSP ワークショップ○SPring-8 BL07LSU の現状 －X 線分光と回折の協奏へ－ ···························································································· 43○分子性物質におけるπ電子―水素相関機能物性 ············································································································46
物性研究所談話会 ··························································································································································· 48
物性研究所セミナー ······················································································································································· 51
物性研ニュース○物性研究所国際外部評価を終えて ·································································································································· 61○人事異動 ········································································································································································· 66○東京大学物性研究所研究員の公募について····················································································································67
編集後記

第 56 巻第３号

2016 年 10 月

2016 年度ノーベル物理学賞「トポロジカル相転移と、物質のトポロジカル相の理論的発見」 ········ 押川 正毅 ············ １時間結晶 (time crystal) は存在するか ············································· 渡辺 悠樹、押川 正毅 ·········································· 10
パイロクロア型イリジウム酸化物において磁場印可方向に敏感な金属・絶縁体転移を発見·········································································································· 小濱 芳允、金道 浩一、Tian Zhaoming、中辻 知 14強相関半金属で直接観測するフェルミノード状態 ··························· 近藤 猛、中辻 知、辛 埴 ······································· 17
50 テスラ超強磁場まで維持される 2 次元超伝導状態 ······················ 斎藤 優、岩佐 義宏、小濱 芳允、徳永 将史 ········ 20
質量ゼロのディラック電子の流れを制御できる新しい磁石を発見 ········ 酒井 英明、増田 英俊、徳永 将史、石渡 晋太郎 23
第 20 回日本表面科学会学会賞を受賞して········································ 信

淳·································································· 26

国際会議 ICSM2016 にて Best Poster Award を受賞して ··············· 東野 寿樹 ································································ 28
物性研を離れて ················································································· 末元

徹·································································· 30

客員所員を経験して ·········································································· 石渡 晋太郎 ···························································· 32【物性研究所短期研究会】○「第 1 回固体化学フォーラム研究会：固体物質･材料研究の現在と未来｣ ····································································· 34○『強磁場コラボラトリー、国際協力と強磁場科学の将来』報告 ··················································································· 37【物性研究所談話会】 ························································································································································· 42【物性研究所セミナー】······················································································································································ 44【物性研ニュース】○人事異動 ········································································································································································· 56
編集後記■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 56 巻第 4 号

64

第 56 巻第４号

2017 年１月

スピン液体相の近くに現れる「隠れた秩序」··································· 高津 浩 ··································································· 1｢磁場によるコバルト酸化物の新しいスピンクロスオーバー｣·········· 池田 暁彦、松田 康弘 ············································ 4
スピンをレーザーで制御する～レーザー照射で消磁と金属化を放射光で観測～ ················· 和達 大樹 ···························· 7
太陽光による水分解を高効率化するナノコンポジット結晶を開発 ········ 川崎 聖治、高橋 竜太、リップマー ミック ·········· 9
超高分解能光電子顕微鏡の開発とチタン酸化物の表面強磁性～レアメタルを使わないナノ磁石～·········································································································· 辛
日本物理学会若手奨励賞（領域８）を受賞して ······························· 近藤

埴、谷内 敏之·················································· 11
猛·································································· 13

第８回強磁場フォーラム三浦奨励賞を受賞して ······························· 中村 大輔 ································································ 14
理研シンポジウム・iTHES 研究会「熱場の量子論とその応用」で最優秀ポスター賞を受賞して·········································································································· 長谷川 雅大 ···························································· 16
客員所員を経験して ·········································································· 野村 健太郎 ···························································· 18·········································································································· 松本 吉泰 ································································ 19·········································································································· 酒井 英明 ································································ 21【研究室だより】○益田研究室······································································································································································ 23【理論滞在型国際ワークショップ】○International Workshop on Tensor Networks and Quantum Many-Body Problems (TNQMP2016) ························ 30【物性研究所短期研究会】○パイ電子系物性科学の最前線 ········································································································································· 34【国際ワークショップ】○HPSP-17 & WHS 報告 ·················································································································································· 41
第 61 回物性若手夏の学校開催報告 ·································································································井上 高宏 ················· 45【物性研究所談話会】 ··························································································································································· 49【物性研究所セミナー】 ······················································································································································· 51【物性研ニュース】○人事異動 ········································································································································································· 60○東京大学物性研究所研究員の公募について····················································································································61
物性研だより第 56 巻目録（第１号～第４号） ·················································································································63
編集後記

65

物性研だより第 56 巻第 4 号■■■ ■ ■ ■■

編 集 後 記
物性研究所における研究成果や活動内容を冊子として発信している
この「物性研だより」を、このたび拡大広報委員会の委員としてリ
ニューアルさせていただきました。「物性研だより」の伝統ある高い格
式を守りつつ、研究トピックスを強調した表紙や、写真や図を取り入れた目次など、研究所の「今」を視覚的にも捉えやすくなるよう工夫してみました。
新しい冊子体を読んだ時は、完成に至った喜びと共に、改めて物性研究所の研究レベルの高さを感じました。今回もトピックス記事や受賞記事など内容は盛り沢山です。今後もたくさんの人に「物性研だより」を読んでいただけるよう、みなさんと共にいい研究を実施していきたい次第です。

松 田巌

第 56 巻第4 号
2017 年 1 月

56
4

スピン液体相の近くに現れる「隠れた秩序」｢磁場によるコバルト酸化物の新しいスピンクロスオーバー｣
スピンをレーザーで制御する〜レーザー照射で消磁と金属化を放射光で観測〜
太陽光による水分解を高効率化する
ナノコンポジット結晶を開発
超高分解能光電子顕微鏡の開発とチタン酸化物の表面強磁性〜レアメタルを使わないナノ磁石〜

take17.3.3

2校