第 59 巻

第2号
2019 年 7 月

グラフェンをトポロジカル絶縁体に超高速・超指向性・完全無散逸の３拍子がそろった
理想スピン流の創発と制御〜『弱い』トポロジカル絶縁体の世界初の実証に成功〜
強磁場で解き明かすトポロジカル磁気相転移­スキルミオン格子から創発磁気モノポール格子へ­
異なるタイプのスピン分裂バンドの共存

2019

第 59 巻第２号
2019 年 7 月

contents
1

1

グラフェンをトポロジカル絶縁体に4超高速・超指向性・完全無散逸の３拍子がそろった理想スピン流の創発と制御

春山 純志、中村 壮智、勝本 信吾〜『弱い』トポロジカル絶縁体の世界初の実証に成功〜
野口 亮、黒田 健太、近藤 猛

7

強磁場で解き明かすトポロジカル磁気相転移−スキルミオン格子から創発磁気モノポール格子へ−
金澤 直也、藤代 有絵子、十倉 好紀、三田村 裕幸、三宅 厚志、松尾 晶、金道 浩一、徳永 将史

410

異なるタイプのスピン分裂バンドの共存
矢治 光一郎、小森 文夫、ビシコフスキー アントン、田中 悟

13 日本中性子科学会ポスター賞を受賞して14

第 13 回日本物理学会若手奨励賞 ( 領域 5) を受賞して16

第 24 回日本物理学会論文賞を受賞して18

第 13 回日本物理学会若手奨励賞を受賞して20

外国人客員所員を経験して長谷川 舜介

玉谷 知裕

北川 健太郎7

10
21 【物性研究所談話会】
22 【物性研究所セミナー】【物性研ニュース】
33

○人事異動

35

○東京大学物性研究所教員公募について

編集後記

20

酒井 明人

Natalia DRICHKO

グラフェンをトポロジカル絶縁体にナノスケール物性研究部門
1 はじめに21 世紀に入って物性物理学の世界で脚光を浴びたもの

春山 純志*1、中村 壮智、勝本 信吾

プを導入し[7]、トポロジカル絶縁体化することに成功した[8]。これらの研究結果について報告する。

に、グラフェンを始めとする 2 次元物質群と固体中のトポ
ロジー概念がある。これらは無関係ではなく、前世紀、甲

２ 実験

元によって初めて明確に認識された量子ホール効果におけグラフェン表面の重元素修飾については、多くの理論がるトポロジー概念[1]を、グラフェンのようなハニカム 2

提唱されてきた。特にカリフォルニア大 Wu・カリフォル

次元格子にスピン軌道相互作用(SOI)を仮想的に導入する

ニア工科大 Alicea らのグループでは、被覆率僅か 1%程度ことで、類似のトポロジー数が有限の 2 次元系が出現する

でランダム修飾した重原子からグラフェンにその均一なことを示した Kane-Mele の仕事がトポロジカル絶縁体

ディラック状態を介して広がるトンネル電流により 200 meV(TI)の研究に火をつけたということができる[2]。しかし、を超える SOI ギャップが導入され、高温まで安定な TI 状

実際のグラフェンでは構成原子が炭素原子という軽原子で態が形成されるとしている[9]。これに触発され、我々のグあり、格子が完全に 2 次元的であることから、SOI は極め

ループでも様々な方法を試したが、グラフェンについてはて弱く、到底 TI にはなり得なかった。2 次元 TI は最初に「医療ナノ針」を使う方法が唯一の成功例である*2。

考えられたものとはかなり異なる形で実証され[3]、そのこの方法では、まず Bi2Te3 の微粒子をアセトン中に分

後 3 次元系で様々な TI が見出された[4]。しかし、当初予散する。アセトン溶液を、数 10 m オーダー内径の医療言されたような形、グラフェンなどの 2 次元物質に SOI を用の針先から手動で直接グラフェン表面に滴下し、この液何らかの形で導入して TI にする、という試みも続けられ滴を針先から吸引する。この滴下・吸引を数十回繰り返した。これは、2 次元物質そのものの電気伝導に基礎・応用

たのち、400℃で高真空アニールすると、AFM 観察(図の両面から興味が持たれ、SOI を空間変調をもって導入で1(a))から、滴下・吸引のサイクル数により表面被覆率をきれば、2 次元物質とトポロジカル絶縁体との界面の物理再現性良く制御できることがわかった。一見極めて原始的が大きく広がる期待があったことが動機づけの一つになっている。
グラフェンへの SOI 導入の様々な試みの中で、最初に注目されたのがグラフェン表面を一部水素化して 2 次元系に非対称性を導入するものである。特に注目されたのがシンガポール国立大の報告で[5]、0.05%の水素化で 2.5 meVという大きな SOI ギャップを導入できるとされた。しかし、実験手法の信頼度にやや問題があり、我々のところで同様な水素化法を用い、信頼度のより高い実験を行ったと
ころ、確かに SOI は導入されるものの、その大きさはかなり小さいことが判明した[6]。
我々のグループでは、その後色々な SOI 導入法を試みたが、最終的に重い元素からなる微粒子(Bi2Te3)をグラ
フェン表面に分散する、という方法で大きな SOI ギャッ*1

1

2018 年度客員所員。青山学院大学理工学部。

物性研だより第 59 巻第 2 号

図 1 (a) グラフェン表面に分散した Bi2Ti3 微粒子の AFM 像。
表面被覆率は 3%。(b)～(d)微粒子修飾したグラフェンの光電子
分光スペクトル。

*2 MoS

2 については、別の方法で類似の結果を得ることができた(論文準備中)。

■■■ ■ ■ ■■

な方法であるが、図 1(b)および(c)の光電子分光スペクト

このような非局所抵抗の要因としては、(1)量子コヒールのような Bi および Te と下地のグラフェンとの結合が明

レンス長が長くなって、波動関数の非局所性により現れる、

瞭にピークとして見えるような修飾ができたのは、試みた(2)電流を要因として何らかの機構によりスピン流が発生中ではこの方法だけであった。

して拡散し、電圧端子でも上下スピンの化学ポテンシャル

伝導測定用の試料は、図 2 の挿入図のような形状にグラ差を検出する何らかの機構が働いて電圧として現れる、

フェンをスパッタ加工し、金属電極を付けた上で微粒子分(3)バルク部分が絶縁体化して端部分に電流が集中し、電散を行い、表面被覆率が 3%となるようにした。グラフェ

圧端子部分にも電流が流れている、などが考えられる。まンは高濃度ドープシリコン基板上の SiO2 膜上に置かれてず、(1)については、電子波の白色性がどうしても悪くおり、背面ゲート電圧を加えることができる。電気伝導測なってしまう高温においても見られるという点と、このよ

定はヘリウムの減圧により 1.5 K まで行った。低温 STM

うな乱雑性の強い系で電圧(Vbg)に対して(またデータは示

装置はカリフォルニア大学のもので、測定は希釈冷凍機中していないが磁場に対しても)ほとんどゆらぎのような乱で 0.4 K まで冷却して行った。

雑な依存性を示していないことから、否定される。また、(2)については、Bi2Te3 微粒子によって SOI が導入されて3 実験結果と議論いると期待され、それ程スピン拡散長が長いとは考えにく

図 2 は、試料の端子 1-6 間に電流源を接続して一定電流

く、電極などもすべて時間反転対称な材料でありスピンにを流し、端子 3-4 間で電圧を測定することによって得られ反応することも期待しがたいことから、これも可能性は低る、非局所抵抗を背面ゲート電圧(Vbg)に対してプロットしい。また、(1)、(2)いずれも抵抗の頂上プラトー位置がたものである。一般に非局所抵抗配置では、電圧端子は電ちょうど RQ/6 であることを説明しない。

流が流れていない箇所に配されており、古典的なバルク伝残る可能性は(3)の端状態伝導である。[7]のように強い導では電圧が生じない、すなわち非局所抵抗はゼロになる。

SOI が導入され、これによるエネルギーギャップが開いて実際、微粒子修飾を行っていないグラフェンで同形状の試

絶縁体状態が現れているとすると、これは TI 状態になっ料、同じ端子配置で抵抗測定を行うと、緑線で示したようて量子スピンホール効果(QSE)が生じると期待される。

に抵抗はゼロである。しかし、微粒子修飾を行った試料でQSE 状態では、試料端でギャップが閉じ、↑スピンと↓は、青線で示したように室温でもすでに大きな非局所抵抗

スピンの電子が反対方向に伝播するヘリカル端状態が生じが現れている。赤線で示した低温の結果では、グラフェンのると期待される。

ディラック点を反映して Vbg に対して非局所抵抗は明瞭な

今、図 2 の挿入図中の試料 AFM 像で、番号を付した金ピーク構造を取り、その頂上付近はややフラットなプラトー

電極の部分でこのヘリカル端状態がコヒーレンスを失って状になっている。しかもそのプラトーの値が、RQ = h/e2

金属に吸い込まれている、とする。量子ホール効果の言葉を量子化抵抗として、ちょうど RQ/6 となっている。

で言うと、各電極に「ホットスポット」が生じているとする。このような状態は、Landauer-Büttiker の伝導公式[10]で扱うことができ、図 2 の電極配置にすると、RQ/6になることが簡単に導かれる。今の場合は更に簡単で、実は電極間の端状態が RQ/2 の古典的抵抗になっているとする単純な電子回路計算で RQ/6 が導かれる。電極間の 1 次
元 弾 道 的 伝 導 状 態 の 抵 抗 が RQ に な る 、 と い う の はLandauer の公式そのものであり、ヘリカル端状態では
これが 2 本並列であるため RQ/2 が説明される。更に、その他の電極配置でも非局所抵抗が測定され、いずれもLandauer-Büttiker 公式で説明することができ、QSH

図 2 挿入図は、試料の AFM 像に電極番号をオーバーラップしたもの。主パネルは、この試料で電極 1-6 に電流を流し、電圧を3-4 間で取ることで得られた非局所抵抗の背面ゲート電圧依存性を示している。青線は 300 K での測定、赤線は 1.5 K での測定。また緑線は微粒子修飾を行っていない試料。

■ ■■ ■ ■■ ■状態が実現していることが明らかになった。
一方、共同研究者のカリフォルニア大グループでは同じ試料で低温 STM 装置を使用し、局所状態密度を反映す
る微分伝導度(dI/dV)をバイアス電圧に対して測定した。

物性研だより第 59 巻第 2 号

2

参考文献
[1] M. Kohmoto, Ann. Phys. 160, 343 (1985).
[2] C. L. Kane and E. J. Mele, Phys. Rev. Lett. 95, 226801

試料の端(2005).

微粒子の[3] M. König et al., Science 318, 766 (2007).
[4] Y. Ando, J. Phys. Soc. Jpn. 82, 102001 (2013).
[5] J. Balakrishnan et al., Nat. Phys. 9, 284 (2013).
[6] T. Nakamura, J. Haruyama, and S. Katsumoto, J.
Phys. Soc. Jpn. 85, 105002 (2016).




針のバイアス電圧(mV)[7] T. Namba et al., Appl. Phys. Lett. 113, 053106(2018).
[8] E. Hatsuda et al., Sci. Adv. 4, eaau6915 (2018).
[9] J. Hu, J. Alicea, R. Wu, and M. Franz, Phys. Rev.Lett.

図 3 低温 STM を用いて、探針を微粒子の近傍、および試料の端付近に固定し、バイアス電圧に対する微分伝導度(dI/dV ) を測定した結果。

109, 266801 (2012).
[10] M. Büttiker, Phys. Rev. Lett. 57, 1761 (1986).
[11] T. Shimizu et al., Nat. Nanotech. 6, 45 (2011).

図 3 中の青線に示したように、探針を微粒子の近傍のグラフェン上に停止させて dI/dV を測定すると、[7]で報告した値に近い、20 meV 程度のエネルギーギャップを検出した。これは微粒子から離れると小さくなる傾向を見せている。そして、試料の端付近では、赤線で示したようにはっきりギャップが閉じていることがわかる。これらはすべて、グラフェンに SOI によるエネルギーギャップが導入されて QSH が発現し、ヘリカル端状態が生じているとして説明されるものである。

４ 今後の課題
以上、散々様々な方法を試した結果、意外なことに大変原始的な方法でようやくグラフェンを TI 状態にすることができた。当然ながら、非常に乱雑性が大きく、量子ホール効果状態で局在ポテンシャルの周りに沢山の端状態が生じているのと同様、試料の端だけではなく、微粒子の周りなどに沢山のヘリカル端状態が生じていると考えられる。
何とか、より洗練された、一様性の良い手法を開発したいと考えている。
また、冒頭に述べたように、試料を部分的に TI 状態にして界面効果を見る、超伝導近接効果を加えてトポロジカ
ル超伝導状態を探す、更に、我々の得意とするところであるナノメッシュによる強磁性体化[11]を施し、異常 QSH
効果を調べる、など、非常に多くの課題が考えられ、胸躍る日々を送らせていただいている。
本研究は、新学術領域研究ナノスピン変換科学―電気的スピン変換の援助を受けて行われた。

3

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

超高速・超指向性・完全無散逸の３拍子がそろった
理想スピン流の創発と制御～『弱い』トポロジカル絶縁体の世界初の実証に成功～
極限コヒーレント光科学研究センター
概要：野口 亮、黒田 健太、近藤 猛

本研究で我々は、高いエネルギー分解能を持つレーザー

トポロジカル絶縁体は、電子構造の非自明なトポロジー

ARPES と放射光を利用した nano-ARPES を組み合わせに保護された金属的なエッジ(表面)状態がバルクバンド

ることで、擬一次元の結晶 -Bi4I4 [3,4] において弱いト

ギャップ中に現れる物質である。3 次元では、トポロジカ

ポロジカル絶縁体相が実現していることを決定した [5]。

ル絶縁体はそのトポロジーの違いにより「強い」トポロジ

-Bi4I4 はその擬一次元性を反映して上面と側面の 2 つのカル絶縁体 (STI) と「弱い」トポロジカル絶縁体 (WTI)

表面で劈開する。この側面は幅が数 m と非常に小さいの 2 種類に分類される [1]。これまで提唱されてきたトポが、高い空間分解能を持つ nano-ARPES を利用した表面

ロジカル絶縁体のほとんどは STI あり、すべての結晶表面選択測定によって、WTI の特徴である側面の擬一次元トにトポロジカル表面状態が出現する。STI ではこのトポロ

ポロジカル表面状態を観測した。

ジカル表面状態はディラックコーン型の分散関係を持ちうるとして注目され、実際に、Bi2Se3 など多くの物質で角度

実験結果：

分解光電子分光 (ARPES) によってそのバンド構造が確実験は東大物性研で開発されたレーザースピン分解

かめられてきた [2]。一方で、WTI では特定の表面のみに

ARPES 装置 [6]と、イギリス Diamond の nano-ARPES、

トポロジカルに非自明な表面状態が出現するとされ、特にイタリア Elettra の Spectromicroscopy 装置を用いて行った。

この表面状態は STI の二次元ディラックコーン型とは異な-Bi4I4 はブリルアンゾーンの M 点と L 点でバンドギャッ

り擬一次元のバンド構造を取りうることが指摘されてきた。

プが小さくなる半導体であり、トポロジカルに非自明な性

しかし、これまで提案された WTI 候補物質ではトポロジカ

質をもたらすバンド分散のパリティ反転もこの 2 点で生じ

ル表面状態の出現が劈開性のない表面に限られていたため、る。そのため、WTI 相が実現していれば、側面である

ARPES によるそのバンド分散の観測は行われていなかった。

(100)面に Γ 点と Z 点でギャップレスとなる擬一次元ト

図 1 (a) レーザーARPES 測定の概略。(b) -Bi4I4 のブリルアンゾーン。(c) フェルミ準位での光電子強度分布。(d) 異なる試料回転角(θ )で測定した ARPES 画像。θ =49, 72 がそれぞれ (100) 面の点、点に対応している。(e) θ =49 で測定したスピン分解光電子強度とスピン偏極。スピン分解は (100) 面の面内方向に行った。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

4ポロジカル表面状態が出現する。

しかし前述したようにレーザーARPES では上面・側面

図 1 にレーザーで測定した-Bi4I4 の ARPES 結果を示

を同時に測定しているため、放射光を利用して励起光のスす。本測定で用いたレーザー光のスポットサイズは 50 μm

ポットサイズを 1 μm 以下に絞った nano-ARPES 装置を程度であり試料表面のドメインに対して十分に大きいため、用いることで、上面と側面の表面選択測定を行い、ディ上面・側面の 2 つの面のバンド分散の重ね合わせが観測さラック型のバンドの由来を決定した。厚さ 30 μm 程度のれる。図 1(d)から、すべての角度でディラック型の分散が薄い試料をサンプルホルダーに垂直に固定し、スコッチ

観測されており、図 1(c)に見られる擬一次元のフェルミ面

テープを使って直接側面を劈開することで試料側面のみのを構成していることが分かる。このような擬一次元のディ

ARPES 測定を行った(図 2(a)）
。測定されたフェルミ面はラック型状態は、バルクバンドや STI に現れるディラック

一次元的な光電子強度から形成されており、(100) 面の特コーン型の表面バンドでは説明できず、また (100) 面の徴と対応することが分かった。さらに Γ 点と Z 点を通Γ 点と Z 点に対応する角度でギャップレスとなっている

るカットで ARPES 測定を行った結果を図 2(c) に示す。

特徴から、WTI に現れる側面表面状態であると考えるこ

Diamond の nano-ARPES ではゾーンプレート方式でスとができる。そこでスピン分解 ARPES 測定を行ったとこ

ポットサイズを絞るため、励起光の強度が通常の測定装置

ろ、図 1(e) に示すように側面 (100) 面内に強いスピン偏の数 100 分の 1 程度となっている。そのため、一つの角度極が観測され、測定されたバンドが実際に側面のトポロジ

での光電子分布を 4 時間程度積算することで、十分なシグ

カル表面状態であることが示唆された。

ナルを得ることができた。運動量分布曲線から、フェルミ
準位で 2 つのピーク構造が形成されており、ディラック型の分散が測定されていることが分かる。一方で (001) 面の測定も行ったところ、このような特徴は見られず(図2e）、レーザーで測定された擬一次元状態は側面 (100) のみに出現する WTI の表面状態であることが結論できた。

図 2 (a) Nano-ARPES による側面選択測定の概略。(b) 側面(100) の フ ェ ル ミ 面 マ ッ ピ ン グ 結 果 。 (c) 高 対 称 点 を 通 る

図 3 「強い」・「弱い」トポロジカル絶縁体のイメージと概略

ARPES 画像とフェルミ準位での運動量分散曲線 (MDC)。MDC図。「強い」トポロジカル絶縁体では表面スピン流があらゆる方

ではディラック分散に対応する 2 つのピーク構造が確認できる。

向に拡散していくのに対して、「弱い」トポロジカル絶縁体で(d) 上面選択測定の概略。(e) (001) 面のは、散逸の少ない擬一次元スピン流が結晶側面を流れる。

5

物性研だより第 59 巻第 2 号点を通るARPES 画像。

■■■ ■ ■ ■■

まとめと今後の展望：
レーザー光と放射光を組み合わせた測定によって、

-Bi4I4 で擬一次元の表面状態が側面に出現する WTI 相が実現していることが分かった。発見した状態は WTI 相の中でも最もシンプルな構造であり、量子スピンホール絶縁体(2 次元トポロジカル絶縁体)の 3 次元版と考えることができる。量子スピンホール絶縁体では、試料の 1 次元エッジに純スピン流が流れるが、WTI では、2 次元空間である
側面に擬一次元のスピン流が流れる。そのため、これまで見つかってきた 2 次元面内で拡散的な STI の表面状態とは大きく異なり、後方散乱の影響を受けにくい、高指向性のスピン流が高密度で存在していると考えられる(図 3)。これは「弱い」トポロジカル絶縁体ならでは理想的なスピン流が実現していることを意味している。さらに Bi4I4 は、結晶構造が異なる  相で通常の絶縁体となるという性質も本研究により確かめられた。これは構造相転移を利用した表面スピン流の制御が可能であることを示しており、スピン流を利用したトランジスタなど、新しい省エネルギー
デバイスの研究に発展することが期待される。

謝辞：
本研究は東京工業大学フロンティア材料研究所の笹川崇男
准教授、東京大学工学系研究科の有田亮太郎教授、大阪大学理学研究科の越智正之博士、産業技術総合研究所の白澤徹郎博士、東京大学物性研究所の辛埴教授、矢治光一郎助教らとの共同研究として行われました。この場をお借りして御礼申し上げます。
[1] L. Fu, C. L. Kane, and E. J. Mele, Phys. Rev. Lett. 98,
106803 (2007).
[2] Y. Xia et al., Nat. Phys. 5, 398 (2009).
[3] G. Autès et al., Nat. Mater. 15, 154 (2016).
[4] C.-C. Liu et al., Phys. Rev. Lett. 116, 066801 (2016).
[5] R. Noguchi et al., Nature, 566, 518 (2019).
[6] K. Yaji et al., Rev. Sci. Instrum. 87, 53111 (2016).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

6強磁場で解き明かすトポロジカル磁気相転移−スキルミオン格子から創発磁気モノポール格子へ−

東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻

金澤 直也、藤代 有絵子、十倉 好紀

物性研究所 国際超強磁場科学研究施設

三田村 裕幸、三宅 厚志、松尾 晶、金道 浩一、徳永 将史

スキルミオン格子と創発磁気モノポール格子

は Si と Ge の組成比を変化した一連の MnSi1-xGex を合成

量子ホール効果の発見を契機として、物質中のトポロジすることにより、スキルミオン格子から創発磁気モノポー

カルな構造に由来した実効的な電磁場(創発電磁場)が量子

ル格子へと変形する過程を明らかにしました。特に、中間物性に大きな影響を与えていることが認識されるようにな

組成(x = 0.3−0.6)においてヘッジホッグ(創発磁気モノポー

りました[1]。スピン構造のトポロジーに目を向けると、ル)と反ヘッジホッグ(反モノポール)が面心立方格子状に実空間のスピン配列やその時間変化で決まる創発電磁場分配列した新しいトポロジカル磁気構造が現れ、スキルミオ

布が現れるため、スピン構造の制御により多種多様な創発

ン格子とも MnGe のヘッジホッグ格子とも異なる強磁場

電磁場物性を実現できる可能性を秘めています。特にナノ物性を示すことがわかりました。以下では、強磁場測定にメートルスケールの 2 次元渦状磁気構造であるスキルミオ

よって明らかにできた B20 型化合物 MnSi1-xGex におけるン(図 1 上段右)は、外部刺激による生成や消去、そして創トポロジカル磁気構造の変遷と創発磁場応答(トポロジカ

発磁場を用いた高効率な検出や駆動といった制御が可能でルホール効果)について紹介したいと思います。

あるため、スキルミオンを情報ビットとする磁気メモリデバイス開発といった応用も期待されています[2]。
スキルミオンは MnSi や Fe1-xCoxSi といった B20 型遷移金属化合物で観測されてきましたが[3,4]、同じ結晶構造を持つ MnGe ではヘッジホッグとよばれる 3 次元の特異なトポロジカルスピン構造が存在することが明らかになりました(図 1 下段右下)[5]。B20 型化合物はキラルな結晶構造であるため、反対称的スピン間相互作用(Dzyaloshinskii-守谷相互作用、∝作用(∝⋅)が強磁性相互)と競合し、強磁性構造が捻られた状態が現れます。その捻り方向が複数ある場合、すなわち複数の磁気変調にモード間結合がある場合、トポロジカルな磁気構造が周期的に並んだ格子状態が実現します。例えば
平面上の 3 方向の磁気変調(q1, q2, q3)が重なり合うと、ス
キルミオンが三角格子を組んだスキルミオン格子状態が現れ(図 1 上段)、互いに垂直に重なり合うとヘッジホッ
グ格子(3q-ヘッジホッグ格子、図 1 下段)が形成します。
ここでヘッジホッグがもたらす創発磁場分布は中心から湧き出すまたは中心に吸い込まれるような構造であるため、ヘッジホッグ格子は創発磁気モノポール格子のように振舞います。
同じ結晶構造を持つ MnSi と MnGe において全く異な

図 1: スキルミオン格子(SkL, 上段)と MnGe に現れるヘッジホッ
グ格子(3q-HL 下段)。共に 3 つの磁気変調の重ね合わせ状態で記述できるが、それぞれ磁気変調方向が同一平面上であるか(SkL)、

るスピン構造のトポロジーが現れることから、それらの固互いに直交するか(3q-HL)でスピン構造のトポロジーが異なって溶体である MnSi1-xGex の特定の組成において劇的なトポくる。

ロジカル磁気転移が生じることが期待できます。本研究で7

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

相転移の狭間に出現する新たな創発磁気モノポール

磁気構造の詳細を明らかにするため小角中性子散乱実験を行うと、MnSi 側の Ge 低ドープ領域(0格子
スピンがどのように捻れて配列しているかを大まかに示0.25)では

スキルミオン格子形成に特有の磁気散乱パターンが観測で1.0)においては MnGe に唆してくれる物理量に強磁性転移磁場があります。直感的

き、Ge 高ドープ領域(0.7には、2 次元方向にスピンが捻れて配列しているスキルミ

現れるヘッジホッグ格子形成に見られるパターンが現れま

オンよりも 3 次元のあらゆる方向に捻られたヘッジホッグ

した。さらに中間組成においては、これまでにない磁気散の方が、強磁性状態へとスピンを揃えるのにより大きな外乱が観測され、図 2 下段に示した 4 つの磁気変調の重ね合部磁場が必要になってくるため、強磁性転移磁場の大きさ

わせ状態で記述される新しいヘッジホッグ格子(4q-ヘッはスピン構造のトポロジーを表す良い指標となる訳です。

ジホッグ格子)が発現している可能性が見出されました。

実際に MnSi1-xGex の磁化の強磁場測定を行い、磁化が飽(詳細は[6]参照。)

和するときの磁場(強磁性転移磁場)を見てみると、最低温

実際に相境界においてどのようにトポロジカル磁気構造において組成00.25では 1 T 程度の強磁性転移磁場が変形し磁気転移を示すのかは明らかになっていませんが、が、中間組成0.3

0.6において 10 T 程度となり、MnGe のヘッジホッグ格子から MnSi のスキルミオン格子1.0の MnGe に近い領域では 20 T を超えるといへ転移する際に、一度ヘッジホッグ位置の組み替えが生じ

う明確な 2 段階磁気転移が現れています。このように組成にることは、スピン構造のトポロジーという幾何学的な観点

よってその大きさや温度依存性が大きく異なり、スピン構からも興味深い現象であるように思えます。

0.7

造に劇的な変化が起きていることが予想できます(図 2 上段)。

ロングパルス磁場を用いた精密トポロジカルホール
効果測定
MnSi1-xGex に現れる 3 つの異なるトポロジカル磁気構造(SkL, 3q-, 4q-HL)は、それぞれの構造を反映した創発
磁場分布によって、トポロジカルホール効果と呼ばれる伝導電子の運動方向の偏向現象が引き起こされます。磁場印
加に伴うトポロジカル磁気構造の解け方がそれぞれ異なることに対応して、各磁気相においてトポロジカルホール効
果も特徴的な磁場依存性を示すようになります。
大きさの予測が難しいトポロジカルホール効果は、測定されたホール抵抗率のうち正常ホール効果(∝ 磁場 )・異常ホール効果(∝ 磁化 )では説明できない寄与として見積もられます。そのためこれらの通常の寄与をトポロジカル
ホール効果が現れない状態、すなわち強磁性状態で見積もる必要が出てきますが、磁化測定で明らかになったように、
3 次元ヘッジホッグスピン構造を強磁性状態へと解くためには強磁場が必要となります。特に 3q-ヘッジホッグ格子相である Ge 高ドープ領域(0.71.0)においては、強磁性転移磁場が最大で 23 T にも達しています。パルス強磁場下における低抵抗バルク金属物質の微小なホール抵抗
測定は測定精度の観点から通常困難ですが、フライホイー
ルを用いた非破壊型長時間パルス(ロングパルス)と数値位相検波法を用いることによって数 程度の高精度でホール抵抗を測定することに成功したので、ここでは例として
図 2: MnSi1-xGex における磁気相図の変遷(上段)と中間組成領域

x = 0.8 におけるトポロジカルホール効果について紹介しに現れた新しいヘッジホッグ格子(4q-HL, 下段)。

ます。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

8図 3: MnSi1-xGex (x = 0.8)におけるホール抵抗率(左)、見積もったトポロジカルホール抵抗率(中央)、トポロジカルホール抵抗率の温度・磁場依存性(右)。100 K 以上の温度では PPMS を用いて測定している。微小なホール抵抗率も高精度で測定できていることを強調したい。

図 3 左に示した各温度におけるホール抵抗率の磁場依存

謝辞

性を見ると、強磁性転移磁場以下の領域でホール抵抗率が本研究における強磁場測定は物性研究所国際超強磁場科学

非単調に変化していることが分かり、複雑な創発磁場分布

研究施設共同利用による成果です。また JSPS 科研費によるトポロジカルホール効果の存在が示唆されます。実(15H05456, 18K13497)ならびに JST 戦略的創造研究推進

際に正常・異常ホール効果の寄与を見積もると強磁性状態

事業 CREST(JPMJCR16F1)の助成を受けて行われました。

でホール抵抗率を再現するような曲線となり(図 3 左の細線)、有限のトポロジカルホール効果が観測できました(図3 左網掛け、網掛け部分を抜き出した図 3 中央)。見積もったトポロジカル抵抗率を温度-磁場平面にプロットすると、
低温低磁場では負の寄与となっているが、常磁性・強磁性[1] K. v. Klitizng, G. Dorda, and M. Pepper, Phys. Rev.
Lett. 45, 494 (1980).
[2] 金澤直也, 于秀珍, 賀川史敬, 十倉好紀, 固体物理 50,
721 (2015).

転移に近づく高温高磁場において正の寄与へと符号変化し[3] S. Mühlbauer, B. Binz, F. Jonietz, C. Pfleiderer, A.

ています。この符号変化は磁場や温度によって誘起された

Rosch, A. Neubauer, R. Georgii, and P. Böni, Science

スピン構造のダイナミクス(とそれに伴う創発電磁場)と関

323, 915 (2009).

連している可能性があり、今後詳細な機構解明が望まれています。

[4] X. Z. Yu, Y. Onose, N. Kanazawa, J. H. Park, J. H.
Han, Y. Matsui, N. Nagaosa, and Y. Tokura, Nature
465, 901 (2010).

まとめ・展望
キラル磁性体 MnSi1-xGex において、スキルミオン格子から異なる 2 つのヘッジホッグ格子へと多段階に転移する[5] N. Kanazawa, Y. Nii, X.-X. Zhang, A. S. Mishchenko,
G. De Filippis, F. Kagawa, Y. Iwasa, N. Nagaosa, andY. Tokura, Nature Commun. 7, 11622 (2016).

様子を解明しました。Si と Ge の組成比制御は格子定数の[6] Y. Fujishiro, N. Kanazawa, T. Nakajima, X. Z. Yu, K.

変化に対応するため、同様に格子定数を変化させる外部圧

Ohishi, Y. Kawamura, K. Kakurai, T. Arima, H.

力によってもスピン構造のトポロジー自体を制御できるか

Mitamura, A. Miyake, K. Akiba, M. Tokunaga, A.

も知れません。一方で磁場によってもスピン構造を解く、

Matsuo, K. Kindo, T. Koretsune, R. Arita, and Y.

すなわちトポロジカル磁気転移を引き起こすことが可能で、Tokura, Nature Commun. 7, 11622 (2016).

密に配列したヘッジホッグ格子状態をはじめとして複雑に[7] P. Sutcliffe, J. Phys. A: Math. Theor. 51, 375401 (2018).

絡み合った様々なトポロジカル磁気構造[7]に対して多角的な強磁場測定の威力が発揮されると期待されます。

9

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

異なるタイプのスピン分裂バンドの共存

極限コヒーレント光科学センター
九州大学工学院

矢治 光一郎、小森 文夫

ビシコフスキー アントン、田中 悟【はじめに】
非磁性体の表面や界面において強いスピン軌道相互作用
によりスピン偏極した電子に関する研究が盛んに行われている。ラシュバ型スピン分裂を示す表面はその代表例としてよく知られている[1]。理想的な二次元自由電子ガスを用いたラシュバモデルでは、スピンの方向は電子の運動量と表面垂直方向の両方に対して直交する。固体単結晶表面でもこのようなスピン方向が観測される場合もある一方で、電子のスピンの方向が結晶構造の対称性に大きく影響を受けることもある[2]。例えば三回対称な表面結晶構造をもつ物質の K 点では、その対称性が鏡映反転を含まない C3の場合は、エネルギー方向にスピン縮退が解け、面直方向のスピンをもつゼーマン型のスピン分裂バンド構造になる[3]。一方、K 点の対称性が鏡映反転面を含む C3v であれば、
面内方向スピンが渦状となるラシュバ型スピン分裂バンドになる[4]。これらの系の K 点は時間反転対称性を有していないが、後者においては結晶構造の対称性からラシュバ

図 1．グラフェン/Sn/SiC(0001)の結晶モデル側面図(a)と上面図型のスピンテクスチャをもつ[2, 5]。このことから、電子(b)、及びそのブリュアンゾーン(c)。上面図ではグラフェン層をのスピンテクスチャは結晶対称性によって決まると考えら

省略している。Sn 原子は SiC 基板上で三角格子(上面図中の点れてきた。しかしながら最近我々は、三回対称な結晶構造線)を形成している。(c)実線は Sn/SiC(0001)-(11)、点線は再表
面のグラフェンのブリュアンゾーン。

をもつスズ(Sn)単原子層の K 点において、この考えでは説明できないラシュバ型とゼーマン型の両方のスピンテクス
チャが共存していることを見出した[6]。

【実験内容と結果】
試料は、Sn 原子をグラフェンとシリコンカーバイド(SiC)基板の界面にインターカレーションすることにより作製した(図 1)[7]。この Sn 単原子膜では、Sn 原子は SiC
基板の T1 サイトに吸着し、三角格子のネットワークで形成される結晶構造をとっている。また、最表面のグラフェ
ンは Sn/SiC(0001)の結晶周期に対して 30 度傾いている。
以下、この試料を簡単のため Sn/SiC(0001)と呼ぶ。
本研究では、Sn/SiC(0001)の電子状態を角度分解光電子 分 光 (ARPES) お よ び ス ピ ン ・ 角 度 分 解 光 電 子 分 光(SARPES)を用いて詳細に調べた[6]。実験は、東京大学物性研究所の極限コヒーレント光科学研究センターで開発さ■ ■■ ■ ■■ ■図 2．(a) Sn/SiC(0001)のKSiC 方向で測定された ARPES 強度図。実曲線はオリジナルバンド、点曲線はグラフェンの周期で折り返されたバンド。(b) KSiC 点における S1 の z 成分スピン分解
光電子スペクトル。(c) S2 の SARPES 図[6]。

物性研だより第 59 巻第 2 号

10

れた三次元的にスピンベクトルを解析できる高分解能

異なる原因は、それぞれの電子状態が感じる結晶ポテン

SARPES 装置を用いて行われた[8]。

シャルの違いに起因する。S1 の電荷密度分布[図 3(c)]には、

Sn/SiC(0001)の KSiC 方向[図 1(c)]の ARPES 測定を行う

SiC 基板の二層目の C 原子の真上の位置に空孔が存在してと、KSiC 点近傍において二つの Sn 由来のバンド(S1, S2)がいる。これは S1 電子が SiC 基板の結晶ポテンシャルの影観測された[図 2(a)]。S1 は結合エネルギー1.5 eV 付近でエ

響を強く受けていることを意味している。この場合、結晶

ネルギーギャップをもち S1 と S1'を形成している。またの対称性と電荷密度分布の対称性が同じになる。一方、

SARPES より S1, S1'それぞれは KSiC 点において面直方向

S2 は Sn 原子と SiC 基板最上層の Si 原子との間の結合状のスピンをもっていることがわかった[図 2(b)]。したがっ態であり、SiC 基板の二層目の C 原子より下(つまりバルて、S1 は KSiC においてゼーマン型にスピン分裂したバンク)の結晶ポテンシャルの影響を受けていない。最上層のドである。一方、S2 はフェルミ準位近傍において運動量

Sn-Si 結合の原子配列のみに注目すると、その結晶格子の方向に分裂しており、KSiC 点においてスピン縮退し、KSiC

平面群は p6m になっており結晶構造と電荷密度分布の対点を挟んでスピン偏極が反転していることがわかった[図称性は一致している。すなわち、表面電子状態が基板の結2(c)]。したがって S2 はラシュバ型にスピン分裂したバン晶ポテンシャルの影響を受けるかどうかで、電荷密度分布

ドである。

の対称性だけでなくそのスピン分裂バンド構造も変化する

これまでは結晶の対称性とスピン分裂バンド構造は一対ことがわかった。

一で対応すると考えられていた[2,5]にもかかわらず、この Sn/SiC(0001)では、一つの KSiC 点においてゼーマン型とラシュバ型両方のスピン分裂バンドが共存している。
Sn/SiC(0001)において SiC 基板も含めた結晶構造を考えると、KSiC 点は鏡映面を含まないため、その対称性は C3 である。したがって、ゼーマン型スピン分裂は結晶対称性を考慮することにより矛盾なく説明できる。一方、ラシュバ型のスピン分裂は従来の結晶構造の対称性を用いた考え方だけでは説明できない。
このメカニズムを解明するために第一原理電子状態計算を行った[6]。計算においても、K 点においてゼーマン型とラシュバ型両方のスピン分裂バンドが現れており、実験結果とよく一致する[図 3(a,b)]。そこで、K 点における電荷密度分布の対称性を調べてみた。まず、S1 の K 点における電荷密度分布を図 3(c)に示す。電荷密度分布の鏡映面が単位格子ベクトルに対して垂直になっていることがわかる。したがって、S1 の電荷密度分布は平面群 p3m1 に属

図 3．(a,b) 第一原理計算によって得られた Sn/SiC(0001)のバンド構造。緑-白-紫で面直方向のスピン偏極度、赤-白-青で面内方向のスピン偏極度をあらわす。(a)は面直スピン成分、(b)は面
内スピン成分をあらわす。(c,d) S1 および S2 それぞれの K 点におし、K 点の対称性は C3 である。これは基板も含めたける電荷密度分布。実線は単位格子、点線は電荷密度分布の鏡映

Sn/SiC(0001)の結晶の対称性と同じである。したがって、

面をあらわす[6]。

電荷密度分布も S1 のゼーマン型のスピン分裂と矛盾しない。次に S2 の電荷密度分布を図 3(d)に示す。S2 の電荷密【まとめと展望】度分布では、その鏡映面と単位格子ベクトルが平行になっ本研究では、SiC 基板上の Sn 単原子膜が大きくスピンている。よって S2 の電荷密度分布は平面群 p6m に属し、偏極した電子状態をもつことを発見した。さらに、K 点に

その場合は K 点の対称性は C3v である。この電荷密度分布

おいて原子膜面直方向のスピンを持ちゼーマン型にスピンの対称性は Sn/SiC(0001)の基板も含めた対称性とは異な分裂した電子バンドと面内方向のスピンを持ちラシュバ型

り、この対称性からはラシュバ型のスピン分裂バンドが誘にスピン分裂した電子バンドが共存していることを発見し起されてよい。

た。従来の結晶の対称性のみを取り入れた考え方ではこの同じ K 点であるにも関わらず電荷密度分布の対称性が11

物性研だより第 59 巻第 2 号

結果は説明できないが、電荷密度分布の対称性まで考慮に■■■ ■ ■ ■■

入れるとこの結果をよく理解できる。またここまでは考慮
してこなかったが、この Sn 単原子膜の表面はグラフェンで覆われている。グラフェンはとても頑丈で安定な物質であるため、この試料は大気中でも安定である。グラフェンを保護膜として用いることで、これまで真空中でしか取り扱えなかったスピン偏極電子材料を大気中に取り出して利用することが可能となる。

【謝辞】
本研究は、東京大学物性研究所の辛埴、飯盛拓嗣、黒田健太、及び九州大学工学院の林真吾、梶原隆司の各氏との共同 研 究 に よ り 行 わ れ ま し た 。 本 研 究 は JSPS 科 研
費 15K17675，26287061，18K01146，18K03484 の助成を受けて行われました。

【参考文献】[1] K. Yaji et al., Phys. Rev. B 98, 041404(R) (2018).
[2] T. Oguchi et al., J. Phys.: Condens. Matter 21, 092001(2009).
[3] K. Sakamoto et al., Phys. Rev. Lett. 102, 096805(2009).
[4] K. Sakamoto et al., Phys. Rev. Lett. 103, 156801(2009).
[5] K. Nakajin et al., Phys. Rev. B 91, 245428 (2015).
[6] K. Yaji et al., Phys. Rev. Lett. 122, 126403 (2019).
[7] S. Hayashi et al., Appl. Phys. Exp. 11, 015202 (2018).
[8] K. Yaji et al., Rev. Sci. Instrum. 87, 053111 (2016).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

12日本中性子科学会ポスター賞を受賞して中性子科学研究施設 益田研究室 博士後期課程 1 年
この度、2018 年 12 月に開催された日本中性子科学会第長谷川 舜介本講演を行うにあたり、益田隆嗣先生、浅井晋一郎博士、18 回年会にて「マルチフェロイクスにおける磁気モーメ

林田翔平博士、Romain Sibille 博士をはじめ、多くの方々

ントの特異な電場・温度依存性」という題目で講演を行い、にお世話になりました。この場を借りて深く感謝申し上げ

ポスター賞を受賞する栄誉に恵まれました。中性子科学会

ます。

年会は中性子を用いた研究者を中心とした研究会で、100件以上のポスター発表があり、その中から 4 件にポスター[1] T. Masuda et al., Phys. Rev. B 81, 100402 (2010).

賞が贈られました。以下、研究内容について簡単にご紹介[2] H. Murakawa et al., Phys. Rev. B 85, 174106 (2012).

します。

[3] M. Soda et al., Phys. Rev. B 94, 094418 (2016).

マルチフェロイクスとは(反)強磁性と(反)強誘電が共存するような物質群を指します。このマルチフェロイクスで余談ですが、益田研 HP にてブログをはじめました。
https://masuda.issp.u-tokyo.ac.jp/lab-diary.html

は電気磁気効果と呼ばれる、電場(磁場)印加による磁性(誘電性)の変化が強く表れます。そのため、非共役な物理量の交差相関を研究する良い舞台となっています。
本研究の対象物質である Ba2MnGe2O7 は T =４K でスピ
ンが ab 面内を向いたコリニア反強磁性秩序を示します[1]。
我々は当該物質の磁気励起が軌道と強く混成し、磁気異方性が非自明な温度依存性を示すことを明らかにしました。
また磁気秩序と同時に、各 Mn サイトに c 軸方向の電気分極が生じ、反強誘電秩序が発現します。それぞれの秩序状
態は非共役な外場によって制御されることがバルク物性実
験研究により報告されました[2]。そこで我々は、電場下
中性子回折実験により、電場による磁気秩序の変化とその温度依存性を調べました。

写真 授賞式の様子

実験で得られた中性子回折強度は印加電場に応じて変化することがわかりました。詳細な解析により、スピンはコ
リニアな反強磁性秩序を維持したまま、その向きだけを回転させていることがわかりました。3.3K より低温では、電場の増大に伴いスピンの回転角も単調に増大し、最大回転角は 2.9K において 21 度となりました。コリニアな磁気秩序における電場による局所的スピン制御は
Ba2CoGe2O7 に続いて二例目ですが、その最大回転角を 6
度から 3.5 倍も大きくすることに成功しました。3.3K 以
上では、スピンの向きが電場によって変化しない領域の存在が確認されました。この領域では磁気異方性が電場によって増大し、スピンの向きの変化を妨げている可能性が考えられます。

13

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

第 13 回日本物理学会若手奨励賞(領域 5)を受賞して玉谷 知裕
この度日本物理学会において、第 13 回日本物理学会若固体物理学では原子の集合的な性質はブロッホの定理と手奨励賞(領域 5)を受賞致しました。受賞対象になった研呼ばれる考え方に基づいて処理されます。この定理は簡単

究は、主に、私が京都大学理学研究科光物性研究室にポスに言えば、固体中のある原子で起こっている出来事は隣のドクとして着任していた時期に行われたものです。まず初原子でも同様に起こっているはずだ、と主張するものです。

めに本研究の遂行にあたり、田中耕一郎教授をはじめとす

この考え方を用いることで固体は「バンド構造」と呼ばれる共同研究者の皆様に深く感謝申し上げます。

る概念に基づいて理解でき、その結果金属や絶縁体、半導本受賞の対象となった研究は「固体における高次高調波体といった分類が可能になります。我々はこの定理を再考

発生機構の解明」でした。高次高調波発生とは、気体や固して、光と物質の相互作用を取り入れてからブロッホの定体といった物質に強い光が当たると、入射した光の整数倍

理を適用するという新しい方式の理論を構築しました。本

の周波数を持った光が放射されるという現象です。本現象理論に基づけばこのとき定義されるバンド構造は時間と共

は物質が一種の周波数変換装置として機能することを示しに変化することになります。この「時間と共に変化するバており、実際この特性を利用することで高周波帯域の光源

ンド構造」の概念を用いることによって、固体における高開発が行われてきました。現在までこれらの研究は主に原

次高調波の発生機構はバンドギャップエネルギーと外場強子気体を対象にして行われてきましたが、近年、半導体を度の比によって決定できるということを示しました。そし初めとする固体においても可能になってきたというのが本て近年の実験で観測されている高次高調波の性質は、ゼ研究の背景になります。原子における高次高調波の発生機

ナー効果(図 1(b))を基礎とした 3 ステップ模型で記述でき

構はトンネルイオン化(図 1(a))を基礎とした 3 ステップ模

るということも示しました[1]。

型と呼ばれる簡単な模型によって理解されています。しか更にこの理論に基づけば、より高強度の外場によって発しながらこの 3 ステップ模型は原子 1 つを対象とした模型

生する高次高調波は原子分子気体でも観測されていない新であり、多数の原子から構成されている固体でそのまま用しい特性を示すことになります。特にこの新しい性質は、いることはできません。そのため固体を用いた高次高調波

固体から発生する高次高調波の楕円率依存性に現れるであの発生機構を如何なるものかということが現在盛んに論じ

ろうことを予言しました。具体的には外場強度がバンドられている状況です。

ギャップエネルギーに比べ小さい領域では、高調波の楕円

図 1(a): 原子におけるトンネルイオン化の模式図。(b): 半導体におけるゼナー効果の模式図。双方の図より現象論的類似性が確認できる。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

14

率依存特性は原子分子気体と同様の傾向を示すことになります。ところがより高強度の領域では、これらの性質が一変することになります。そしてこの特性は、狭ギャップ半
導体やゼロギャップ半導体であるグラフェンを用いた高次
高調波の実験で検証可能であることを予言しました[2]。
以上の考えを基礎にグラフェンを用いた高次高調波の実験を行った結果、上記の予言通り高次高調波が原子気体の示す性質とは大きく異なることを確認しました[3]。さらに比較のため同じ光源を用いて有限のバンドギャップエネ
ルギーを持つ半導体で高次高調波の実験を行ったところ、原子気体と同様の性質を示すことを確認しました。このよ
うに固体における高次高調波の発生機構が、バンドギャッ
プエネルギーと外場強度の大きさの比で決定できることを示したのが今回受賞対象となった一連の研究成果となります[4]。
以上の成果は私一人の力では到底なし得ることができな
いものでした。特に私の理論提案を面白がって下さり、多忙な中実験して頂いた田中教授を初めとする光物性研究室の皆様には心より感謝申し上げます。本研究はまだまだ発展途上であり、物質科学への拡張はもちろん、基礎的な側面においても 3 ステップ模型では説明できない様々な物理が内包されていると考えています。今後共、自身にも他人にも面白いと思って頂けるような研究を心がけ、日々楽しく精一杯研究活動に打ち込む所存です。

参照文献[1] T. Tamaya, A. Ishikawa, T. Ogawa, and K. Tanaka,
Phys. Rev. Lett, 116, 016601 (2016).
[2] T. Tamaya, A. Ishikawa, T. Ogawa, and K. Tanaka,
Phys. Rev. B 94, 241107(R) (2016).
[3] N. Yoshikawa, T. Tamaya, and K. Tanaka, Science 356,
736 (2017).
[4] 玉谷知裕, ｢固体における高次高調波の発生機構｣, 日本
物理学会 vol 73, No. 9, pp. 658-63 (2018).

15

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

第 24 回日本物理学会論文賞を受賞して理学系研究科物理学専攻（元物性研・瀧川研特任研究員）
2019 年 3 月の日本物理学会第 74 回年次大会におきまし北川 健太郎破った一連の研究はやはり偉大だと言うべきです。

て、片山尚幸氏(元物性研・大串研特任研究員、現名古屋

本研究は、この 122 系の自己フラックス法純良単結晶を大工学研究科准教授)、大串研也氏(元物性研特任准教授、用いた最初期の研究として、代表的な母物質 BaFe2As2 の

現東北大理学研究科教授)、吉田誠氏(元物性研・瀧川研助

基礎物性を核磁気共鳴法(NMR)で調べたものです。122

教、現マックスプランク固体物理学研究所研究員)、瀧川系のノンドープの母物質は斜方晶から単斜晶への構造一次仁教授と連名で、日本物理学会の第 24 回(2019 年)論文賞

相転移とストライプ型と呼ばれる反強磁性を同じ温度で起を受賞しました。この賞は日本物理学会が刊行する英文学こすのですが、この相転移について単結晶 NMR で磁性と術雑誌に発表された論文の中から、「独創的な論文によ

構造相転移の両方についてスペクトル解析を緻密に行いり物理学に重要な貢献をした功績を称えるために(中略)データ解析法を示した点が、特に評価されたものと思って贈る。」とのことで、Journal of the Physical Society ofいます。他方では、常磁性状態での反強磁性ゆらぎの緩和Japan 誌に 2008 年 11 月掲載された論文、“Commensurate

時間に対する影響も議論しており、鉄系超伝導におけるス

Itinerant Antiferromagnetism in BaFe2As2: 75As-NMR

トライプ型反強磁性ゆらぎの重要性も示唆しました。

Studies on a Self-Flux Grown Single Crystal”, JPSJ 77,

意外性についてもう少し説明致します。NMR 測定は114709 が評価されたものです。本研究を私が代表して本

ローカルな測定ですので長距離であろうと短距離であろう

稿で紹介させて頂きますが、共著者の皆様に感謝致します。

と磁性を見逃すことが本来はないのですが、例外として、

それとともに、この研究が物性研究所内での素晴らしい共磁性元素間のブリッジサイトで NMR を行った場合は両隣同研究により実現した研究であることを強調させていただ

からの磁性がキャンセルしてしまいます。このことは昔、きます。

銅酸化物超伝導での 17O-NMR 測定で問題になったことが10 年以上前ですので、経緯からご説明致します。2008

あり、NMR 業界では鬼門のようなものです1。翻って鉄系

年は、鉄ヒ素系化合物で高温超伝導と呼べる現象が発見

超伝導体では、反強磁性だと Fe-As-Fe のブリッジサイト

されたエポックメイキングな年ですが、2 月に LaFeAsO

である As サイトには内部磁場が殆ど生じないはず、とい

1-xFx(Tc=26 K)が東工大細野グループより報告されてからうことが期待されてしまいます。実際には 4Fe-As のピラ

すぐに、5 月には、122 系と呼ばれる BaFe2As2 の Ba の一

ミッドを組んでおり直線状では無いためにキャンセルしな

部を K に置き換えてホールドーピングした物質においていのですが2、このことを複数の磁場方向から測定を行い、も 38 K の超伝導が報告されています。最初の系は 1111 系

ストライプ型反強磁性の場合には辻褄が合うということをと呼ばれていますが、伝導(と超伝導性)を担う FeAs 層と対称性からの議論と数式で示すということを行いました。

LaO1-xFx 電荷供給層に別れている 4〜5 元系です。単結晶

そして、従来の先入観を崩したという意義が評価されたもが極めて作成しにくいという問題があり、単結晶を用いたのだと思います。

物性研究は 3〜4 元系でかつ一致溶融の 122 系でスタート

もう一点、10 年強前の本研究が評価された理由としましました。余談ですが、単結晶研究はその後発見された

しては、先に触れた構造相転移と反強磁性転移の関係を泥

111 系の LiFeAs(Tc=17 K)や、11 系の FeSe (Tc= 8 K)で

臭 く 調 べ た 、 と い う 点 も あ り ま す 。 75As の 単 結 晶

より盛んになりました。実はこれらは半世紀以上前から既NMR(I=3/2)では、中心線を用いた磁性転移の観察と同時知の物質ですので、誰かが測る気になっていたとすればに電気四重極分裂を用いた構造相転移の観察が in-situ に

10 分程度の実験でマイスナーシグナルが観測されたはず可能です。122 系は自己フラックス合成でないと中々良いで、鉄化合物では超伝導がないはず、という先入観を打ち試料が出来ないのですが、本研究では純良単結晶を用いて

1

2

私事ですが、これを扱った論文は私が瀧川研に PD を志望した
きっかけにもなっています。

■ ■■ ■ ■■ ■ただし、主要な超微細相互作用である、フェルミ接触相互作用
は等方的な為やはりキャンセルします。

物性研だより第 59 巻第 2 号

16高い精度で同時に両転移が起きていることを示しました。
この構造相転移は近年、電子ネマティック不安定性として話題になっているのですが、その際、面内歪やドープなど
でエンハンスされて観測されます。本研究は 75As-NMRを用いた電子ネマティック研究の対照リファレンスとしても引用されて、現時点までに 200 弱と少なくない引用数を頂いております。
ところで、物理学会の受賞理由では、「多くの研究者が超伝導状態の解明に注力し激しい競争を繰り広げていた。
それに対して著者らは、そこから一歩引いて母物質の磁性に焦点を当て、鉄系超伝導体の物性研究の基礎を築いた点で…」とユニークな紹介をされており若干気恥ずかしいです。鉄系超伝導の研究全体を富士山に例えると、裾野の一部として評価されたということですが、「基礎を築いた」ということで今回栄えある賞を頂きました。著者全員を代表して物性研究所の皆様に深く御礼申しあげます。

(2019 年 3 月 16 日、九州大学伊都キャンパス椎木講堂にて)

17

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

第 13 回日本物理学会若手奨励賞を受賞して

量子物質

酒井 明人

この度、第 74 回日本物理学会年次大会において第 13 回期待されています[7]。しかし多くのスピン液体候補物質

日本物理学会若手奨励賞(領域８)を受賞する栄誉に恵まれは絶縁体であり、実験が進んでいないという困難がありまました。推薦して下さった中辻先生および対象研究の共同した。CePdAl は金属でありながら幾何学的フラストレー研究者の方々に厚く御礼申し上げます。以下に対象研究のションによる部分反強磁性秩序を示す物質として知られて背景や研究内容を簡単に紹介させて頂きます。

います[8]。我々は Ni 置換系 CePd1−xNixAl の極低温比熱・電子相関の強い系の物理を理解する上で重要な概念の一

磁気熱量効果の詳細な測定により、xc ~ 0.15 で磁気秩序がつに「量子臨界現象」があります。通常、相転移は温度を抑制され量子臨界点になることを明らかにしました[2]。

変化させることで生じますが、磁場や圧力などを変化させ２次元的な量子臨界性が見えていることや、臨界点を超えることでも基底状態を変化(量子相転移)できます。特に磁ても磁気熱量効果のブロードな異常が現れていることなど、気秩序を抑制して生じる磁気量子臨界点近傍では、スピン

フラストレートした Ce スピンの影響が表れた新しい量子の量子ゆらぎによる非フェルミ液体や重い電子超伝導と臨界点です。

いった様々な異常物性(量子臨界現象)が発見されてきまし(３）ワイル磁性体の量子臨界現象

た。この磁気量子臨界点は伝導電子が局在スピンを遮蔽す

近年トポロジーが物性に重要な役割を果たす物質群に注る近藤効果と局在スピン間に働く RKKY 相互作用の拮抗

目が集まっております。中でもワイル磁性体はフェルミ面によって生じると理解されているます。これまでの私自身

近傍のワイル点(時間反転対称性の破れたディラックコーの研究では、磁気量子臨界現象の枠組みを越えた新しい物ン)間の巨大なベリー曲率による巨大応答が期待され、実性の探索を行ってきました。特にその中で受賞対象となり際カイラル反強磁性体 Mn3X (X = Sn, Ge)などで異常ホーました３つのトピック(１)多極子系の量子臨界現象[1]、ル効果や異常ネルンスト効果が発見され大変注目を集めて(２)フラストレート磁性金属における量子臨界現象[2]、います[9-11]。我々は Co2MnGa の電気・熱輸送特性を詳(３)ワイル磁性体の量子臨界現象[3]について紹介致しま

細に測定することにより、巨大異常ネルンスト効果を室温す。

で示すワイル磁性体であることを発見しました[3]。さら(１）多極子系の量子臨界現象に理論家とも協力してこの増大が Type-I から Type-II へ

f 電子における軌道自由度は(電気)四極子として知られ、のワイル点の量子相転移によるものだと明らかにしました。

古くから研究が行われてきました。その中でも「四極子近この発見は強相関・トポロジカル磁性分野で学術的に大変

藤効果」は通常のスピンの場合とは異なり非フェルミ液体

価値があるのみならず、熱電応用やスピントロニクス分野

が理論的に期待されていましたが[4]、実験的な確証は得への波及効果もあると考えられます。

られていませんでした。我々は PrTr2Al20 (Tr = Ti, V)の単

本研究は東京大学物性研究所の中辻知教授、冨田崇弘氏、結晶合成を初めて行い、低温物性測定から cf 混成の強い

辻本真規氏、石井梨恵子氏、浜根大輔氏、アウグスブルク

四極子系であることを見出しました[5]。さらに希釈冷凍

大学の P. Gegenwart 教授、V. Fritsch 氏、バンドゥン工

温度での実験から、PrTi2Al20 が強四極子秩序相内で超伝科大学の A. A. Nugroho 教授、R. Sihombing 氏、大阪大導を示すことも発見しました[1]。これらの発見を契機に、学の水田耀ピエール氏、理化学研究所の有田亮太郎氏、是PrTi2Al20 の高圧下で超伝導転移温度が 1K の重い電子超伝

常隆氏、鈴木通人氏、竹森那由多氏、久我健太郎氏、メ導転が発見されるなど[6]、その後の研究の発展に大きなリーランド大学の P. Goswami 氏、マックルプランク研究寄与を果たしました。

室の松本洋介氏、O. Stockert 氏、S. Lucas 氏、カールス(２）フラストレート磁性金属における量子臨界現象

ルーエ工科大学の H. v. Löhneysen 教授、との共同研究に

近藤格子に幾何学的フラストレーションを導入すると、より得られました。また、東大物性研究中辻研究室の皆様、

スピン液体との競合による新しい量子臨界現象が理論的にアウグスブルク大学 Gegenwart 研究室の皆様には日頃か■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

18

ら有益なご討論ご助言をいただきました。本研究の一部は科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 チーム
型研究(CREST)「微小エネルギーを利用した革新的な環境発電技術の創出」研究領域における研究課題「トポロジカルな電子構造を利用した革新的エネルギーハーヴェス
ティングの基盤技術創製」、文部科学省 科学研究費補助金
新学術領域「J-Physics：多極子伝導系の物理」における研究計画班「A01：局在多極子と伝導電子の相関効果」の一環として行われました。また、日本学術振興会(JSPS)には特別研究員制度でご支援いただきました。関係者各位に深く御礼申し上げます。
[1] A. Sakai, K. Kuga, and S. Nakatsuji, J. Phys. Soc.
Jpn., 81, 083702 (2012).
[2] A. Sakai, S. Lucas, P. Gegenwart, O. Stockert, H. v.
Löhneysen, and V. Fritsch, Phys. Rev. B 94,
220405(R), (2016).
[3] A. Sakai, et al., Nature Physics, 14, 1119–1124 (2018).
[4] D. L. Cox, Phys. Rev. Lett., 59, 1240 (1987).
[5] A. Sakai and S. Nakatsuji, J. Phys. Soc. Jpn., 80,063701 (2011).
[6] K. Matsubayashi, T. Tanaka, A. Sakai, S. Nakatsuji,
Y. Kubo, and Y. Uwatoko, Phys. Rev. Lett., 109,
187004 (2012).
[7] Q. Si, Physica B 378–380, 23 (2006).
[8] A. Dönni, G. Ehlers, H. Maletta, P. Fischer, H.
Kitazawa, and M. Zolliker, J. Phys.: Condens. Matter
8, 11213 (1996).
[9] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, T. Higo, Nature 527, 212215 (2015).
[10] K. Kuroda, T. Tomita et al., Nature materials 16,1090-1095 (2017).
[11] M. Ikhlas, T. Tomita, T. Koretsune, M.-T. Suzuki, D.
Nishio-Hamane, R. Arita, Y. Otani and S. Nakatsuji,
Nature Physics 13, 1085-1090 (2017).

19

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

外国人客員所員を経験してNatalia DRICHKO
Johns Hopkins University
My scientific interest in physics of strongly

Collaboration with Prof. Nakatsuji during my visit

correlated electronic systems of both organic andresulted

inorganic chemical origin results in a large overlap withferronematic state in NiGa2S4. Also, we started new work

a number of groups in ISSP. I know one of my hosts, Prof.

on Mn3Sn synthesized and studied in Prof. Nakatsuji’sMori, since the time of my PhD, and even before cominggroup. We found a possible way to do an easy

to ISSP enjoyed great discussions on physics of organic

characterization of quality of the samples using Raman

conductors and Mott insulators with her when we met atscattering spectroscopy system at the optical lab in ISSP.

conferences. The last year in my lab in the Johns

This is also a preparatory work for Raman studies of this

Hopkins University we started to work on using Raman

material we will carry on in my lab in JHU.

in

our

thoroughunderstanding

a

spin

spectroscopy to get a deeper understanding of the spinliquid candidate Cat-H3(EDT-TTF)2 synthesized in Prof.

As a whole, these 6 months were very productive. I

Mori’s lab. More recently I have developed an active

enjoyed the atmosphere in ISSP, which provided manycollaboration with Prof. Nakatsuji, when he was visiting

interesting seminars, and discussions with my hosts andthe Johns Hopkins University. In my group in JHU wemembers of their groups. It was great to be a part of ISSP

did studies of materials discovered in his group, such ascommunity and to enjoy New Year Celebrations. I would

proving dynamic Jahn-Teller distortion for Ba3CuSb2O9.

like to thank both of my hosts, as well as many other

During the 6 months of my stay in ISSP we had manymembers of ISSP, with whom I was working during thisexperimental works done in the groups of both of myhalf a year.

hosts, Prof. Mori and Prof. Nakatsuji. In addition I havestarted many new collaborative projects with othergroups in the University of Tokyo.
One of the main aims of my stay in ISSP was tounderstand magnetic properties of molecular-based
quantum dipole liquid -(BEDT-TTF)2Hg(SCN)2Br andother molecular materials with a close structure andchemical composition. We performed measurements ofmagnetic properties in collaboration with Prof. Mori andProf. Yamashita, and Prof. Uji’s group at NIMS. In thishalf a year we made a lot of progress, discovering a
possible spin liquid state in another molecular-basedMott

insulator

-(BEDT-TTF)2Hg(SCN)2Cl.

We

determined an unexpected ferromagnetic response in thequantum dipole liquid, which we now work onunderstanding.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

20物性研究所談話会

標題：ポルフィリンの磁気的性質を利用した光物性と光機能～磁気キラル二色性とビタミン C 検出用蛍光プローブを中心に～
日時：2019 年 7 月 24 日(水) 午後１時 30 分～
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室(A632)
講師：石井 和之所属：東京大学生産技術研究所
要旨：
新規電子構造の発見と解明は、新領域の開拓につながるだけでなく、新しい機能を開発する上で重要である。我々は、光合成のクロロフィルやヘモグロビンのヘムの基本骨格であるポルフィリンや、青色・緑色の染料・顔料、コピー機の電荷発生剤などとして利用されているフタロシアニンを対象とし、錯体化学・超分子化学を光化学・分子磁性と融合することで、新規分野の開拓、新機能創出を目指した以下の研究を展開している。
① 磁気キラル二色性 [1,2]磁気キラル二色性(光学活性分子の光吸収が磁場の方向によって変化する現象)は、磁場中の光化学反応により片方の鏡像異性体の過剰を生み出すことができるため、生命のホモキラリティー起源の候補、光不斉合成法等として注目されている。我々は、大きな p 電子軌道角運動量を有するポルフィリン分子同士が捻れた配置となるキラル J 会合体を用いること
で、有機化合物における磁気キラル二色性を観測することに初めて成功した。さらに、光合成で光を捕集するクロロゾー
ムのモデル化合物においても磁気キラル二色性観測に成功し、光合成における新規磁場効果の可能性を示した。
② ビタミン C 検出用蛍光プローブ [3-6]必須栄養素の一つであるビタミン C(アスコルビン酸)は、近年、副作用の無い抗がん剤としても注目されている。我々は、光励起三重項色素と二重項ラジカルから構成される光励起多重項状態を発見・解明してきたが、このスピン科学を蛍光プロー
ブ開発に活用し、がん細胞内、及びマウス内におけるビタミン C を蛍光バイオイメージングすることに初めて成功した。
談話会では、上記研究に加え、我々が開発した放射性セシウム除染布や新学術領域「ソフトクリスタル」に関する研究成果も含めて、幅広く紹介する。

［参考文献］(1) Y. Kitagawa, H. Segawa, K. Ishii, Angew. Chem. Int. Ed., 50, 9133 (2011).
(2) Kitagawa, T. Miyatake, K. Ishii, Chem. Commun., 48, 5091 (2012).
(3) Ishii, J. Fujisawa, Y. Ohba, S. Yamauchi, J. Am. Chem. Soc., 118, 13079 (1996).
(4) Ishii, J. Fujisawa, A. Adachi, S. Yamauchi, N. Kobayashi, J. Am. Chem. Soc., 120, 3152 (1998).
(5) Ishii, K. Kubo, T. Sakurada, K. Komori, Y. Sakai, Chem. Commun., 47, 4932 (2011).
(6) Yokoi, T. Otani, K. Ishii, Sci. Rep., 8, 1560 (2018).
【講師紹介】
石井和之先生は、錯体化学を基軸として様々な有機・無機複合体を光科学・スピン科学の観点から探求されています。
物性研における量子物性、生体・分子機能、光科学、またそれらの融合研究との関連性も深く、大変興味深いお話しが伺えると思います。

21

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

物性研究所セミナー

標題：理論セミナー：Geometry and Topology in two-dimensional Chiral Liquids
日時：2019 年 4 月 1 日(月) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Prof. Hans Hansson
所属：Stockholm University
要旨：
I will explain in simple terms what are two-dimensional chiral liquids, and why they are interesting objects to study.
I quickly specialize to Quantum Hall liquids and topological superconductors and explain the concept of orbital spinand how it can be related to observable quantities.
I will then introduce “Majorinos” or “half fermions” that are signatures of odd pairing topological phases, and discussa couple of amusing thought experiments where geometrical effects play an important role.
The talk is aimed at a general theoretical physics audience.

標題：ナノサイエンスセミナー：機能物性セミナー：Controlled organic functionalization of silicon surfaces
日時：2019 年 4 月 15 日(月) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Prof. Michael Dürr
所属：Institute of Applied Physics, Justus Liebig University Giessen, Germany
要旨：
The adsorption of organic molecules on silicon has been the subject of intense research due to the potential
applications of organic functionalization of silicon surfaces in semiconductor technology. The high reactivity of thesilicon dangling bonds towards almost all organic functional groups, however, presents a major hindrance for the firstbasic reaction step of such a functionalization, i.e., chemoselective attachment of bifunctional organic molecules on thepristine silicon surface. Due to this high reactivity, the final adsorption products typically consist of a mixture ofmolecules adsorbed via different functional groups. For the preparation of well-ordered organic layers on silicon, it isthus important to learn how to control the reactions of the single functional groups.
Using various spectroscopic techniques, such as XPS, UPS, and nonlinear optics, in combination with scanningtunneling microscopy and molecular beam techniques, we investigated in detail the reaction mechanisms, kinetics,
and dynamics of different functional groups on Si(001). Our main strategy for the controlled organic functionalizationof Si(001) is then based on functionalized cyclooctynes: cyclooctyne’s strained triple bond is associated with a direct
adsorption channel on the Si(001) surface, in contrast to almost all other organic molecules, which adsorb via weakly
bound intermediates [1,2]. As a consequence, cyclooctyne derivatives with different functional side groups react on
Si(001) selectively via the strained cyclooctyne triple bond while leaving the side groups intact. This second functionalgroup is then used for the covalent attachment of further organic reagents on the road to well-defined moleculararchitectures on Si(001).
Electronic excitation [3] and hyperthermal energy distributions of the incoming molecules [4] are investigated as
further means of control.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

22[1] M. Reutzel, et al., J. Phys. Chem. C 120, 26284 (2016).
[2] C. Länger, et al., J. Phys.: Condens. Matter 31, 034001 (2019).
[3] G. Mette, et al., Angew. Chemie Int. Ed. 58, 3417 (2019).
[4] T. Lipponer, et al., Surf. Sci. 651, 118 (2016).

標題：理論セミナー：Active dynamics of chromosome kicked by enzymatic force-dipoles
日時：2019 年 4 月 23 日(火) 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：坂上 貴洋
所属：青山学院大学
要旨：
Inspired by recent experiments on chromosomal dynamics, we introduce an exactly solvable model for the interaction
between a flexible polymer and a set of motor-like enzymes. The enzymes can bind and unbind to specific sites of thepolymer and produce a dipolar force on two neighboring monomers when bound. We study the resulting nonequilibrium
dynamics of the polymer and find that the motion of the monomers has several properties that were observed
experimentally for chromosomal loci: a subdiffusive mean-square displacement and the appearance of regions ofcorrelated motion. We also determine the velocity autocorrelation of the monomers and find that the underlying
stochastic process is not fractional Brownian motion.
Reference:
S. Put, T. Sakaue, and C. Vanderzande, Phys. Rev. E 99, 032421 (2019).

標題：量子物質セミナー：フォノン磁気カイラル効果
日時：2019 年 5 月 10 日(金) 午後１時～午後２時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：野村 肇宏
所属：物性研究所・国際超強磁場科学研究施設
要旨：
物質における非相反物性は、ダイオードやサーキュレーターといった機能性に結びついていることから、近年益々の注目を集めている。磁気カイラル効果は、カイラルな物質に磁場を印加した際に、磁場に並行と反平行で異なる輸送特性を示す現象である。この非相反物性は輸送粒子(準粒子)の偏光状態に依存しないことから、全ての輸送現象で期待される。
これまでにフォトン、エレクトロン、マグノンで報告例があったのに対し、フォノン、すなわち格子物性では観測例が無かった。我々はカイラルフェリ磁性体 Cu2OSeO3 に着目し、超音波音速測定からフォノンの磁気カイラル効果を実証す
ることに成功した[1]。本セミナーではこれまでの研究を振り返るとともに、今後の展開について考察する。
[1] T. Nomura et al., PRL 122, 145901 (2019).

23

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論セミナー：Cross correlations and anomalous magnetic- field effects in Γ3 quadrupole systems
日時：2019 年 5 月 17 日(金) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Kazumasa HATTORI
所属：Tokyo Metropolitan University
要旨：
Orbital orders in correlated electron systems have attracted great attention in condensed matter. Recently, Pr-basedmaterials (PrT2X20; T=Ti, V, etc., X=Al, etc.) have intensively studied, since they show orbital orders, non-Fermi liquids,
and superconductivity. Their low-energy physics is attributed to the Γ3 non-Kramers crystalline-electric-field ground state
doublet well separated from the excited states and have E quadrupole and A2 octuple moments in Td symmetry.
In this talk, we discuss two topics related to quadrupole orders. The first is magneto-electric (current) effects under
antiferromagnetic quadrupole (AFQ) orders in a diamond structure [1]. Since the Pr ions form the diamond structurein the Pr-based materials, when AFQ takes place, the inversion symmetry is broken, which leads to finite magnetic
response when electric field is applied and vice versa. This can be useful for identifying the order parameters, since
the response strongly depends on the order parameters. In addition, we briefly discuss the way to generate (Kramers)
Weyl points under the AFQs. The second is about unusual FQ order under magnetic fields in PrTi2Al20 [2]. Usually,
when magnetic field is applied in z direction, 3z2-r2 type FQ domain is stabilized. However, this is not the case in thismaterial [2]. We point out that magnetic-field induced quadrupole-quadrupole interactions are important for
explaining the observed unusual FQ state in this compound and this situation is clear contrast to that in magnetic
systems.
References:[1] T. Ishitobi and KH, arXiv: 1903. 01103.
[2] T. Taniguchi et al., arXiv: 1903. 10215.

標題：極限コヒーレント光科学セミナー：赤外極短パルスが駆動する強相関電子系の光誘起相転移と光強電場効果
日時：2019 年 5 月 20 日(月) 午前 10 時 30 分～午後 0 時
場所：物性研究所本館 6 階 第一会議室(A636)
講師：川上 洋平
所属：東北大学大学院理学研究科 物理学専攻
要旨：
電子間のクーロン反発や交換相互作用、電子－格子相互作用などによって、超伝導や強磁性、強誘電性などのエキゾ
チックな電子状態が現れるのが強相関電子系の特徴である。これらの多彩な電子状態を、光パルスを用いて超高速に制御することが、光科学の目標のひとつである。我々のグループではこれまでに、有機伝導体(電荷秩序絶縁体 1)、ダイマー
モット絶縁体 2) )や遷移金属酸化物(モットハバード絶縁体)における光誘起絶縁体－金属転移を報告してきた。電子の移
動積分 t やクーロン相互作用 U、V、格子振動の振動周期に匹敵する時間幅の極短パルスを用いた実験によって、光照射によって引き起こされる超高速な電子状態の変化や格子変位を、時間軸上で直接追跡することができる。さらに最近は、
瞬時電場強度が 10 MV/cm におよぶ単一サイクル赤外パルスを用いた実験から、光の高周波・瞬時強電場が駆動する新奇な現象として、有機金属における電荷局在 3) や有機超伝導体における非線形電荷振動 4) を捉えている。我々がこれまでに報告してきた、光誘起相転移の超高速ダイナミクスと光強電場効果について議論したい。
Reference:
1) S. Iwai, Y. Kawakami et al., Phys. Rev. Lett. 98, 097402 (2007), S. Iwai, Y. Kawakami et al., Phys. Rev. B 77, 125131(2008), Y. Kawakami et al., Phys. Rev. Lett. 105, 246402 (2010).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

242) Y. Kawakami et al., Phys. Rev. Lett. 103, 066403 (2009).
3) T. Ishikawa, Y. Kawakami et al., Nature Commun. 5, 5528 (2014), Y. Naitoh, Y. Kawakami etal., Phys. Rev. B 93,165126 (2016), Y. Kawakami et al., Phys. Rev. B 95, 201105(R) (2017), Y. Kawakami et al., J. Phys. B: At. Mol. Opt.
Phys. 51, 174005 (2018).
4) Y. Kawakami et al., Nature Photon. 12, 474 (2018).

標題：機能物性セミナー：水素移動が寄与する物性および反応の理論的解析：プロトン伝導とメタン水酸化反応
日時：2019 年 5 月 22 日(水) 午後１時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：堀 優太
所属：筑波大学 計算科学研究センター
要旨：
水素移動は物性・化学反応の基本要素として多くの化学現象に現れるため、その反応の理解は広範囲にわたる化学現象の理解につながる。水素移動は高速反応であり、多くの場合、実験による直接観測が困難であることから理論計算による解析が有用となる。本セミナーでは、水素移動が関わるプロトン伝導やメタン水酸化反応を取り上げ、伝導機構および反応機構の理解に向けた理論計算による解析について紹介する。プロトン伝導機構の解明に向けて、伝導物質中の分子間のプロトン移動と分子運動について、量子化学計算および分子動力学計算を用いた解析について紹介する。また、量子化学計算による電子状態の精査と遷移状態探索をもとに、メタン水酸化反応の反応機構の解析について紹介する。

標題：量子物質セミナー：Publishing physics in Science: an editor’s perspective
日時：2019 年 5 月 28 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：Jelena Stajic
所属：American Association for the Advancement of Science (Senior Editor)
要旨：
Scientific publishing is a competitive endeavor, and the best tool we have to select among the many high-quality
submissions is peer review. I will talk about the intricacies of peer review at Science magazine and will address thecomplementary roles of authors, referees and editors in that process. Crucial aspects of successful submissions to
Science will be discussed.

標題：ナノサイエンスセミナー：Revealing Majorana bound states properties with electronic transport inthree terminal devices
日時：2019 年 6 月 3 日(月) 午後４時～午後５時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：Thibaut Jonckheere
所属：Centre de Physique Théorique - CNRS - Aix-Marseille University - France
要旨：
Majorana bound states are quasiparticles with exceptional properties, which should appear at the boundaries of onedimensional topological superconductors wires. The clear-cut experimental identification of these Majorana boundstates in transport measurements still poses experimental challenges. In this talk, I will show that using three25

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

terminal devices out-of-equilibrium, and measuring transport properties like current and noise allow getting original
signature demonstrating the Majorana bound states properties. I will first consider a junction where a topologicalsuperconductor (TS) wire is connected to two biased normal leads and show that the sign of the current correlations is
directed related to the presence of a Majorana bound state. Then I will consider a similar junction made of three TS
wires. There I will show that the effective zero-energy Majorana state formed at the junction of the three TS wires is
directly responsible for giant shot noise amplitudes, in particular at low voltages and for small contact transparency.
Refs. :
– T. Jonckheere, J. Rech, A. Zazunov, R. Egger, and T. Martin, Phys. Rev. B 95, 054514 (2017).
– T. Jonckheere, J. Rech, A. Zazunov, R. Egger, A. Levy Yeyati, and T. Martin, Phys. Rev. Lett. 122, 097003 (2019).

標題：極限コヒーレント光科学セミナー：レーザー光電子分光によるエネルギー・時間・空間的に微細なスケールの電子構造研究
日時：2019 年 6 月 5 日(水) 午前 10 時～午後０時
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室(A632)
講師：岡﨑 浩三
所属：東京大学物性研究所 極限コヒーレント光科学研究センター
要旨：
角度分解光電子分光(ARPES)は、物質中の電子構造を直接観測できる強力な実験手法であり、電子構造の精密測定から物性の発現機構を明らかにする事ができる。いわゆる非従来型超伝導体においては、高分解能 ARPES を用いることでクーパー対形成に伴う超伝導ギャップを運動量空間における異方性も含めて観測できる事から、対形成機構の理解に大きな寄与を果たしてきた。講演者もこれまで極低温超高分解能レーザーARPES 装置を用いてそのような報告をしてきている[1]。一方、フェルミ面の有無から金属か絶縁体かが判別できるように、超精密 ARPES によって逆に電子構造から物性を予言する事も可能になる。一般に非平衡状態における物性を知る事は実験的に難しいが、講演者は高次高調波レーザー
時間分解 ARPES を用いることで非平衡状態における電子状態を観測し、そこで発現し得る物性予測なども行っている[2]。
近年、鉄系超伝導体や銅酸化物高温超伝導体における常伝導状態において、電子系が自発的に回転対称性を破る液晶的な電子状態、「電子ネマティック」状態が実現されることが明らかになってきている。このような電子状態はこれまで知られていなかった全く新しい状態であり、新しいエネルギー・時間・空間のスケールが現れると期待される。エネル
ギー・時間スケールの解明には極低温超高分解能レーザーARPES と高次高調波レーザー時間分解 ARPES が力を発揮す
るが、空間スケールの解明には大強度連続波レーザーを用いた光電子顕微鏡(PEEM)が適している。実際、電子ネマ
ティック状態において PEEM 像の線二色性を取ることで、その回転対称性の破れを直接捉えることに成功し、これにより鉄系超伝導体における電子ネマティック状態に特異なドメイン構造が存在することがわかってきた。講演ではより詳細と今後の展望などについて議論したい。
Reference[1] K. Okazaki et al., Science 337, 1314 (2012), Y. Ota, K. Okazaki et al., Phys. Rev. Lett. 118, 167002 (2017), T.
Hashimoto, K. Okazaki et al., Nat. Commun. 9, 282 (2018)など[2] K. Okazaki et al., Phys. Rev. B 97, 121107(R) (2018), K. Okazaki et al., Nat. Commun. 9, 4322 (2018), T. Suzuki, K.
Okazaki et al., arXiv:1905.12138 など■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

26標題：理論セミナー：Gapless Kitaev Spin Liquid to Loop and String Gases through Tensor Networks
日時：2019 年 6 月 10 日(月) 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：Dr. Hyun-Yong Lee
所属：ISSP, The University of Tokyo
要旨：
Kitaev honeycomb model (KHM) is one of the rare examples of the exactly solvable quantum many-body model [1].
It hosts two distinct phases, the Z2 topologically ordered phase, which is adiabatically connected to the toric code state,
and the gapless Kitaev spin liquid (KSL) phase exhibiting the low energy Majorana excitations [1]. In particular, thefact that the KSL phase can be driven into the non-Abelian topological phase by breaking the time-reversal symmetry
attracts lots of interests in experimental and theoretical studies. In this talk, we try to understand the KSL from a
new perspective, i.e., the loop gas (LG) and string gas (SG) states which are efficiently and compactly defined in thetensor network representation[2].
One can show in a local tensor level that the LG and SG states, which we propose, not only respect the symmetriesof KSL but also satisfy the vortex-free condition [2]. Also, those are critical states characterized by Ising CFT and have
the Z2 gauge redundancy which allows us to create and move the vortex excitations exactly. Furthermore, accurate
variational energy for the KHM is obtained with only two variational parameters [2], which ensures that our ansatze
represent quantitatively as well as qualitatively the KSL. We discuss their physical properties, relation to classicalstatistical mechanics and topological properties in details.
[1] A. Kitaev, Annals of Physics 321(2006) 2-111[2] H.-Y. Lee, R. Kaneko, T. Okubo and N. Kawashima, arXiv: 1901. 05786

標題：理論セミナー：汎関数くりこみ群に基づいた密度汎関数理論
日時：2019 年 6 月 14 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：横田 猛所属：高エネルギー加速器研究機構
要旨：
汎関数くりこみ群に基づいた密度汎関数理論(FRG-DFT)は、汎関数くりこみ群のアイデアを用いることで密度汎関数
理論を微視的に定式化する試みである。この手法は、エネルギー密度汎関数の非経験的構築といった密度汎関数理論の長年の課題に対する新たなアプローチとなることが期待されている。この手法の定式化は 2000 年代前半に提唱されたが、量子多体系の簡単なトイモデルへの応用はここ数年に始まったばかりである。本講演では、FRG-DFT の基礎、および最近の発展についてレビューする。特に、我々のグループによって行われた一様連続物質での定式化[1]、一次元フェルミオン系の基底状態、励起状態の解析[1, 2]、及び 2 次元一様電子ガスへの応用[3]について紹介する。
[1] T. Yokota, K. Yoshida, and T. Kunihiro, Phys. Rev. C 99, 024302 (2019).
[2] T. Yokota, K. Yoshida, and T. Kunihiro, Prog. Theor. Exp. Phys (2019) 011D01.
[3] T. Yokota and T. Naito, Phys. Rev. B 99, 115106 (2019).

27

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：ナノサイエンスセミナー：量子物質セミナー：Topological charge and heat transport in Weyl semimetals
日時：2019 年 6 月 18 日(火) 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. Binghai Yan
所属：Weizmann Institute of Science, Israel
要旨：
Topological Weyl semimetals provide fascinating platforms to examine exotic transport phenomena such as thechiral anomaly and the anomalous Hall effect. In the ordinary (longitudinal) transport, the Wiedemann-Franz law
links the ratio of electronic charge and heat conductivity to a fundamental constant. It has been tested in numerous
solids, but the extent of its relevance to the anomalous (transverse) transport remains an open question. I will
introduce recently-discovered magnetic Weyl materials Mn3Sn and Mn3Ge. Their noncollinear chiral spin structure
induces huge anomalous Hall effect and thermal Hall effect in a Kagome-type lattice. In collaboration with experiment,
we reveal a finite temperature violation of the Wiedemann-Franz correlation. This violation is caused by the Berrycurvature distribution, rather than the inelastic scattering as observed in ordinary metals.

標題：理論インフォーマルセミナー：Shaping Nanostructures Using Molecules
日時：2019 年 6 月 21 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. Shih-Hsuan HUNG
所属：ISSP, The University of Tokyo
要旨：
Metallic nanoparticles are widely used for technological applications in catalysis, data storage and solar energy.
However, the performance of nanoparticles is usually determined by the shape of nanoparticles. Therefore,
understanding the morphology and composition of the metallic nanoparticles changed by environment is important.
In this presentation, we will discuss the external factors, such as adsorbed molecules and substrate material, on
nanoparticle using density functional theory (DFT) calculations. First, we present the morphology changing of L10
ordered FePt epitaxial growth on Mg (1-x)TixO substrates [1]. Second, we demonstrate the investigation on Ti
nanoparticles oxidation, strain and oxygen penetration [2]. Next, we investigate the atomic arrangement of TiPt
nanoparticles under different oxygen adsorption [3]. Finally, we study the strong metal-support interaction (SMSI)
between Au nanoparticles and ZnO substrates and partly explain the enhanced catalytic reaction (CO oxidation) by
the ZnO encapsulation. The investigations show computational calculations can be used to model modification of
nanoparticles by adsorbed molecules or supports, and study the properties changing, such as morphology, energy
barrier, atomic arrangement and catalytic performance. In summary, the study demonstrates the functional
characteristics of nanoparticles highly depend on their nanostructures.
[1] S-H. Hung and K. P. McKenna, Phys. Rev. Materials 1, 024405 (2017).
[2] S-H. Hung and K. P. McKenna, J. Phys. Chem. C 122, 3107 (2018).
[3] S. Gholhaki, S-H. Hung, D. J. H. Cant, C. E. Blackmore, A. G. Shard, Q. Guo, P. McKenna and R. E. Palmer, RSC
Adv. 8, 27276 (2018).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

28標題：量子物質セミナー：Unconventional superconductors under uniaxial stress
日時：2019 年 6 月 24 日(月) 午前 10 時 30 分～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：Prof. Clifford HICKS
所属：Max Planck Institute for Chemical Physics of Solid
要旨：
By directly driving anisotropic changes in lattice parameter, uniaxial stress is a qualitatively different probe ofcorrelated electron systems from hydrostatic stress. By using piezoelectric actuators to apply thestress, and withcareful sample preparation, elastic strains in excess of 1% are routinely achievable. This is sufficient to drive strong
qualitative changes in the electronic properties of many compounds. The typical correlated electron material is a highly
complicated object, and the ability to place materials on continuous axes over which their properties are strongly tuned
can provide much more information on the key processes in a material than study of the single fixed point represented
by the unstressed compound alone.
In this seminar, I will discuss the unconventional superconductors Sr2RuO4 and YBa2Cu3O6.67. Through strong
uniaxial compression along its c axis, the main Fermi surface of Sr2RuO4 can be driven through two simultaneous
topological transitions, changing from an electron-like to a hole-like Fermi surface. Thismirrors the evolution of thecuprate Fermi surface across the superconducting dome, however in a system where interactions are weaker andpotentially easier to understand. In-plane uniaxial compression strongly influences both systems: Sr2RuO4 is driven
through a strong peak in its superconducting critical temperature, while strong uniaxial stress applied to
YBa2Cu3O6.67 induces static 3D charge density wave order,which competes with and strongly suppresses thesuperconductivity.

標題：理論セミナー：Magnetoelectric effect in band insulator–ferromagnet heterostructures
日時：2019 年 7 月 5 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：岡田 健所属：東京大学物性研究所
要旨：Electric generation and control of magnetization have been a central topic in the field of spintronics for decades. The
Edelstein effect refers to a current–induced magnetization effect in noncentrosymmetric metals [1] and recently has
been harnessed for magnetization control in metal-ferromagnet heterostructures [2]. Towards practical applications,however, Joule heating by a large amount of electric current could become a significant issue. In this talk, we presenta theoretical study of an electric field–induced magnetization in band insulators, which is free from Joule heating bydefinition [3]. We reveal that this magnetoelectric (ME) effect could appear in common situations when band insulators
are employed in a heterostructure with a ferromagnet. We calculate the ME tensor on a simple model of a generic twodimensional band insulator attached to a ferromagnet by the linear-response theory. In this model, the electrons in
the band insulator are subject to the Rashba spin-orbit coupling due to the heterointerface as well as the exchange
coupling with the magnetic moment in the ferromagnet. We reveal that the ME effect generally appears without
specific parameter tunings. Lastly, as a specific example, we estimate the magnitude of the ME effect in the case of a
hybrid halide perovskite semiconductor and discuss its characteristics and novelty by comparison with other types of
ME effect in metals or multiferroic insulators.

29

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

[1] V. M. Edelstein, Solid State Commun. 73, 233 (1990).
[2] I. M. Miron et al., Nat. Mater. 9, 230 (2010).
[3] K. N. Okada, Y. Kato, and Y. Motome, PRB 99, 134442 (2019).

標題：理論インフォーマルセミナー：二成分密度汎関数法による金属表面の陽電子状態の研究
日時：2019 年 7 月 8 日(月) 午後１時～30 分～午後２時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室(A615)
講師：萩原 聡所属：量子科学技術研究開発機構 高崎研（元）要旨：
陽電子は電子の反粒子であり、電子と同じ質量、電荷(ただし、符号は電子の逆)、スピンをもつ。陽電子が電子と出会
うと、電子-陽電子対消滅を起こし、γ線を放出する。この放出γ線を調べることで対消滅相手の電子の情報を知ることが可能である。電子-陽電子対消滅を利用した分光法は陽電子消滅法と呼ばれ、材料中の格子欠陥や磁性の検出などに利用されている[1]。
陽電子は、物質最表面の電子状態や磁性状態を調べる強力なプローブとしても知られている。低速で陽電子を物質中に入射すると、入射陽電子の一部は熱拡散により物質表面に戻る。表面に再帰した陽電子は次にあげるいくつかの特徴的な過程を辿ることが知られている：負の仕事関数によって真空へ再度放出する過程、表面電子と結合しポジトロニウム(Ps)を形成し、真空へ再放出する過程、表面ポテンシャルに捕獲され表面状態を形成した後に電子と対消滅する過程など。この陽電子に特有な Ps の再放出過程や表面電子との対消滅過程を利用することで、表面における電子状態や磁性状態の研究が行われている[2]。
一方、表面電子と陽電子の微視的な相互作用の理解はいまだに未解明な部分が多いため、第一原理計算のような現実の表面電子状態や原子配列を反映した理論研究が必要となる。我々は二成分密度汎関数法[3]を用いた表面における陽電子
状態計算手法の開発を行い、実際の問題に対して応用を行ってきた。セミナー当日は特に、Fe(001)表面における陽電子
状態および再放出 Ps のエネルギースペクトル計算結果などについて紹介する。
[1] F. Tuomisto and I. Makkonen, Rev. Mod. Phys. 85, 1583 (2013).
[2] C. Hugenschmidt, Surf. Sci. Rep. 71, 547 (2016).
[3] M. J. Puska and R. Nieminen, Rev. Mod. Phys. 66, 841 (1994).

標題：理論インフォーマルセミナー：Andreev and Majorana Weyl crossings in multi-terminal Josephson
junctions
日時：2019 年 7 月 9 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：Manuel Houzet
所属：INAC/PHELIQS, CEA and Grenoble Alpes University
要旨：
We analyze the Andreev spectrum in a four-terminal Josephson junction between conventional and topologicalsuperconductors. We find that a topologically protected crossing in the space of three superconducting phasedifferences can occur between the two Andreev bound states with lower energy. We discuss the possible detection ofthis crossing through the nonlocal conductance quantization between two voltage-biased terminals.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

30標題：理論インフォーマルセミナー：Embedding the flat bands of Lieb, kagome, and checkerboard lattices
into new structures: Tight-binding models to real materials
日時：2019 年 7 月 9 日(火) 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. Chi-Cheng LEE
所属：Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo
要旨：
The studies of dispersion-less bands revealed in electronic and photonic systems have caught great attention recently.
Many exotic quantum phenomena, for example, the high-transition-temperature superconductivity associated with
the infinitely large density of states of the flat bands, are proposed. In this talk, I will begin with an introduction to
the flat bands using Wannier functions. Then I will introduce three tight-binding models, namely the Lieb, kagome,
and checkerboard lattices, by considering only the nearest-neighbor hopping parameters and demonstrate that therecognized flat bands associated with the three lattices can be ideally embedded into new structures, respectively [1].
Finally, I will provide several examples for the appearance of nearly flat bands realized in two-dimensional materials
with long-range hopping beyond the simplified tight-binding models based on our first-principles calculations for thesystems composed of Ge atoms.
Our study clearly demonstrates that the flat bands given by the well-known lattices, namely the Lieb, kagome, andcheckerboard lattices, can be ideally embedded into the new structures that cannot be recognized as the original ones.
Therefore, the amount of materials that can give interesting flat-band physics could be much larger.
[1] Chi-Cheng Lee et al., arXiv:1904.07048 (2019).

標題：理論インフォーマルセミナー：Quasiparticle and optical properties of potential 2D materials
日時：2019 年 7 月 10 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. Hung-Chung Hsueh
所属：Department of Physics, Tamkang University, Taiwan
要旨：Quasi-2D atomically thin materials display a number of unique properties not found in their bulk counterparts, suchas large self-energy and excitonic effects due to the quantum confinement and reduced screening with layer number
close to the 2D limit. These atomically thin layer structures demonstrate rich physics and pave the way for emerging
fields, such as excitonics and valleytronics, with great potential for applications in next-generation devices. To probe
the dimensionality effects, we use ab initio GW+BSE methods based on many-body perturbation theory (MBPT) to
explain and predict the quasiparticle and optical properties of potential quasi-2D semiconductors: monolayer group VI
monochalcogenides (Ge,Sn/S,Se) and transition metal dichalcogenides (MoSe2 and Janus MoSSe). Significant exciton
binding energy, layer-controlled bandgap, anisotropic optical response [1], and possible valley polarization [2] serve asa convenient and efficient method for engineering the excited-state properties of quasi-2D systems.
[1] Hung-Chung Hsueh, Jia-Xuan Li, and Ching-Hwa Ho, Adv. Optical Mater. 6, 1701194 (2018).
[2] Ang-Yu Lu, et.al, Nature Nanotechnology 12, 744 (2017).

31

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論セミナー：Spin current and noise at an interface between a metal and a ferromagnetic insulator
日時：2019 年 7 月 12 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：加藤 岳生
所属：東京大学 物性研究所
要旨：
It is known that measurement of electrical current noise through a device provides useful information about electrontransport. For example, nonequilibrium current noise under a high voltage bias, so-called shot noise, can be used for
determining the effective charge of a quasiparticle. As expected from fruitful physics of the current noise, fluctuationof the pure spin current, that is, spin-current noise has a potential to provide important information on spin transport
in a spintronics device.
We theoretically investigate the fluctuation of a pure spin current induced by the spin Seebeck effect and spin
pumping in a normal-metal–(NM-)-ferromagnetic-insulator(FI) bilayer system. Starting with a simple FI-NM interface
model, we derive general expressions of the spin current and the spin-current noise at the interface within secondorder perturbation of the exchange coupling at the interface, and estimate them for a yttrium-iron-garnet–platinum
interface. We show that the spin-current noise can be used to determine the effective spin carried by a magnon. In
addition, we show that it provides information on the effective spin of a magnon, heating at the interface under spin
pumping, and spin Hall angle of the NM. We also discuss spin transport at the interface between a FI and asuperconductor.

標題：極限コヒーレント光科学セミナー：二酸化炭素の分子振動が駆動する固体表面での化学反応
日時：2019 年 7 月 30 日(火) 午前 10 時 30 分～午後０時
場所：物性研究所本館 6 階 第一会議室(A636)
講師：近藤 剛弘
所属：筑波大学 数理物質系 物質工学域、東京工業大学 元素戦略研究センター（兼任）要旨：
これまで、気体分子の振動エネルギーや並進エネルギーが固体表面上での分子の解離反応に影響を及ぼすことは報告されてきました。また、気相分子が固体表面上の吸着種と直接衝突する会合反応においては、気体分子の並進エネルギーが反応性に影響を与える例が示されてきました。しかしながら、気体分子の振動エネルギーが駆動する化学反応は報告例がありませんでした。
本研究では、気体分子の並進、振動、回転エネルギーを系統的に制御可能な超音速分子線技術を用いることで、銅触媒表面上での二酸化炭素の水素化反応(CO2 + 1/2 H2 → HCOOa、「a」は吸着種を表します）を調べました。この結果、反応速度は二酸化炭素の振動エネルギーと共に大きく増加し、表面温度とは無関係であることが示され、分子振動で駆動する反応であることがわかりました[1]。本セミナーではこれらの実験結果について詳しく紹介します。
[1] Jiamei Quan, Fahdzi Muttaqien, Takahiro Kondo, Taijun Kozarashi, Tomoyasu Mogi, Takumi Imabayashi, Yuji
Hamamoto, Kouji Inagaki, Ikutaro Hamada, Yoshitada Morikawa, Junji Nakamura, ature Chemistry (in press).

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

32

人 事 異 動【研究部門等】○令和元年 5 月 1 日付け
（採 用）
氏

名

永 田

所
崇

属

職

名

備

考

機能物性研究グループ

助

教

職

名

備

助

教

東京大学大学院理学系研究科 助教より

職

名

備

大阪市立大学大学院理学研究科 特任講師より○令和元年 6 月 1 日付け
（配置換）
氏

名

所

藤 野 智 子属

凝縮系物性研究部門

考

（兼 務）
氏

名

中 辻

所
知

属

量子物質研究グループ

特任教授

考

本務：東京大学大学院理学系研究科 教授○令和元年 6 月 5 日付け
（採 用）
氏

名

CHENG
JINGUANG

所

属

附属物質設計評価施設

職

名

特任教授

備

考

中国科学院物理研究所 教授より○令和元年 6 月 30 日付け
（辞 職）
氏

名

石 井 順 久所属

附属極限コヒーレント光科学研究
センター

職

名

助

教

職

名

備

考

量子科学技術研究開発機構・関西光化学研究所
主幹研究員へ

○令和元年 7 月 1 日付け
（採 用）
氏

名

Kang Woun

33

所
凝縮系物性研究部門

物性研だより第 59 巻第 2 号

属

特任教授

備

考

梨花女子大学校物理学部 教授より■■

■ ■ ■ ■■

【事務部】○令和元年７月１日付け
（昇 任）
氏

名

所

属

職

名

備

考

矢 口 隆 紀

物性研究所

上席係長
物性研究所 総務係長より(兼:総務係長)

村 本 洋 子

物性研究所

上席係長
物性研究所 予算・決算係長より(兼:予算･決算係長)■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 59 巻第 2 号

34物性研究所研究員（若手）の公募について

このたび、東京大学物性研究所では、下記の要領で若手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３条件を満たしている者（１）博士号取得後５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（３）希望する物性研究所内研究室の所員（教授または准教授）と密な連絡をとり研究計画等の作成を行うこと。事前に希望する所員の受け入れ許可がない場合には応募は受け付けない。
＊ なお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が、主たる受け入れ所員は指定すること。
５．任
期：原則として２年間
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（下記 URL より東京大学統一履歴書フォーマットをダウンロードのうえ、作成すること）
https://www.u-tokyo.ac.jp/ja/about/jobs/r01.html（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）受け入れ研究室での期間内での研究計画（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：２０１９年９月３０日（月）必着10．採用予定日：２０２０年４月１日から２０２０年９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＊記載が無い場合には応募不可）」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＊記載が無い場合には応募不可）」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
電話 04-7136-3501
e-mail : issp-jinji@issp.u-tokyo.ac.jp
13．その他：
東京大学は男女共同参画を推進しており、女性の積極的な応募を歓迎します。なお、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。

35

物性研だより第 59 巻第 2 号■■■ ■ ■ ■■

東京大学物性研究所教員公募について

下記により准教授の公募をいたします。適任者の推薦、希望者の応募をお願いいたします。
記
１．研究部門名及び公募人員数
極限コヒーレント光科学研究センター 准教授１名
２．研究内容本学が高輝度放射光施設 SPring-8 に整備したビームライン BL07LSU において、現スタッフと協力して共同利用実験の支援および次世代高輝度放射光源に向けた要素技術開発を行う。機能物性・量子物質の各横断型研究グループ等との所内連携や、所外連携を積極的に推進する若手研究者を希望する。特に新分野を積極的に開拓・先導するアイディアとバイタリティを持っていれば、現在の研究分野・手法は問わない。
３．応募資格博士修了又は修了見込の方。
４．任期
満５６歳に達する年度の初めに任期制に入り、任期は５年とし再任は１回を限度とする。なお、任期制の詳細については下記問い合せ先までお尋ねください。
５．公募締切令和元年１０月１５日（火）必着
６．着任時期
採用決定後なるべく早い時期を希望する。
７．提出書類○履歴書（略歴で可）○業績リスト（特に重要な論文に○印をつけること）○主要論文の別刷（５編程度、コピー可）○研究業績の概要（３０００字程度）○研究計画書（３０００字程度）○推薦書または意見書（作成者から書類提出先に直送すること）
８．書類提出方法 郵送又はメール送付
郵 送：「極限コヒーレント光科学研究センター准教授応募書類在中」、又は「推薦書在中」の旨を朱書し、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「極限コヒーレント光科学研究センター准教授応募」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。
９．書類提出先〒277-8581 千葉県柏市柏の葉５丁目１番５号
東京大学物性研究所総務係
電話 04-7136-3207
e-mail : issp-jinji@issp.u-tokyo.ac.jp
10．本件に関する問い合わせ先
東京大学物性研究所 極限コヒーレント光科学研究センター 軌道放射 物性研究施設
教授 原田慈久e-mail : harada@issp.u-tokyo.ac.jp
11．選考方法
東京大学物性研究所教授会で審査決定いたします。ただし、適任者のない場合は、決定を保留いたします。
12．その他
東京大学は男女共同参画を推進しており、女性の積極的な応募を歓迎します。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。
令和元年７月９日（火）東京大学物性研究所長■ ■■ ■ ■■ ■森 初果

物性研だより第 59 巻第 2 号

36東京大学物性研究所教員公募について

下記により特任助教の公募をいたします。適任者の推薦、希望者の応募をお願いいたします。
記
１．研究部門名等および公募人員数
極限コヒーレント光科学研究センター（小林研究室） 特任助教１名
２．研究内容附属極限コヒーレント光科学研究センター小林研究室では、最先端レーザー開発やその応用研究を行っている。本公
募では、レーザー開発、レーザー加工における光と物質に関する物理過程の解明、AI を取り入れた新たな学理フレー
ムワークの構築、精密分光等に取り組む研究者を募集する。実験・理論および経験は問わない。広く学内外の大学、国立研究所や産業界とも連携し、学生の指導にも意欲のある人材が望ましい。
３．応募資格修士課程修了、またはこれと同等以上の能力を持つ方。
４．任期
２０２５年３月３１日まで。任期期間内の更新は年度ごとに行う。
ただし、プロジェクトの進捗状況により最終任期を延長する場合がある。
５．公募締切２０１９年１０月３１日（木）必着
６．着任時期
採用決定後できるだけ早く
７．提出書類○推薦書または意見書（作成者から書類提出先に直送すること）○履歴書○業績リスト（主要論文に○印をつけること）○主要論文の別刷（３編程度、コピー可）○研究業績の概要（２０００字程度）○研究計画書（２０００字程度）
８．書類提出方法 郵送又はメール送付
郵 送：「小林研究室 特任助教応募書類在中」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「小林研究室 特任助教応募」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。
９．書類提出先〒277-8581 千葉県柏市柏の葉５丁目１番５号
東京大学物性研究所総務係
電話 04-7136-3207 e-mail : issp-jinji@issp.u-tokyo.ac.jp
10．本件に関する問い合わせ先
東京大学物性研究所 極限コヒーレント光科学研究センター
教授 小林 洋平
e-mail : yohei@issp.u-tokyo.ac.jp
11．選考方法
東京大学物性研究所教授会の議を経て、審査決定します。ただし、適任者のない場合は、決定を保留します。
12．その他
東京大学は男女共同参画を推進しており、女性の積極的な応募を歓迎します。なお、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。
令和元年７月３１日
東京大学物性研究所長

37

物性研だより第 59 巻第 2 号

森 初果

■

■

■ ■ ■ ■■

編 集 後 記
この物性研だよりの研究紹介では、プレスリリースなどを行った成果を主体に報告させて頂いております。一方で、やはり基礎研究においては、これらの成果に対して直ぐに評価が上がるものではありません。
来年度に大学法人評価の中間評価が行われることは、大学関係者の方はご存じかと思います。その評価には研究業績もあるのですが、優れた成果の証明として客観的な評価を添える
ことが条件になっています。ただ、中間評価となると、この 4 年の間で評価まで上がっている成果をとなり、物性研だよりでご紹介している成果でも間に合うケースは少なくなります。担当者としては口惜しいところで、現状の評価のタイムスケールでは、依然として基礎研究においてはハンデが大きいです。
最後に、個人的なことでもあり恐縮ですが、談話会記事で紹介されている講師の東大生産研の石井教授は、私の学生時代のサッカー部の同期です。ちなみに、彼はキーパーで、私は試合中に後ろから良く怒鳴られました。今後は、強磁場での共同研究が進む予定です。全く予期していなかったこともあり、縁というのは不思議なものと感じるこの頃です。

鈴 木 博 之