第 61 巻

第2号
2021年度

反強磁性体におけるワイル準粒子の発見と応用
トポロジカル反強磁性金属Mn3Snの巨大有効ダンピング
アスガルドアーキアの持つ、光エネルギーを使って水素イオンを取込むタンパク質の構造を解明
不揮発性メモリや熱流センサー開発に繋がる
反強磁性体の普遍的機能性の実証
ZrTe5における弱いトポロジカル絶縁体状態の観測と制御

2021

第 61 巻第2号
2021年度

1

contents41

反強磁性体におけるワイル準粒子の発見と応用

冨田 崇弘、見波 将、中辻 知

4 トポロジカル反強磁性金属 Mn3Sn の巨大有効ダンピング
三輪 真嗣、飯浜 賢志、野本 拓也、冨田 崇弘、肥後 友也、Ikhlas Muhammad、坂本 祥哉、
大谷 義近、有田 亮太郎、水上 成美、中辻 知

6
6

9
9

アスガルドアーキアの持つ、光エネルギーを使って水素イオンを取込む
タンパク質の構造を解明

井上 圭一

不揮発性メモリや熱流センサー開発に繋がる反強磁性体の普遍的機能性の実証
肥後 友也、中辻 知

13

13

21

23

19

22

Peng Zhang、近藤 猛

15 日本物理学会学生優秀発表賞を受賞して

佐藤 優大

17

理学系研究科研究奨励賞を受賞して

田中 宏明

18

第 15 回日本物理学会若手奨励賞を受賞して

多田 靖啓

19

外国人客員所員を経験して21

客員所員を経験してShaoqiang Chen
本山 岳

22

樋山 みやび

23

井原 慶彦

24

高山 あかり

25

田中 秀数

26

今中 康貴

24

28
31
25

ZrTe5 における弱いトポロジカル絶縁体状態の観測と制御

26【ISSP ワークショップ】○「物性科学におけるデータ科学の今と未来」○The International Workshop on Quantum Magnets in Extreme Conditions

37 【物性研究所談話会】
38 【物性研究所セミナー】
48
51【物性研ニュース】○人事異動○令和２年度外部資金の受入について

編集後記
物性研だよりの購読について

反強磁性体におけるワイル準粒子の発見と応用

1 東京大学物性研究所・量子物質研究グループ
2 東京大学・大学院理学系研究科

冨田 崇弘 1、見波 将 2、中辻 知 1,2
１．はじめに要な発見が相次いでいるが、未だにワイル準粒子の固体中

近年、固体物理において電子状態のトポロジカルな性質

での振る舞いは未解明な部分が多い。姉妹物質であるに起因する新現象が脚光を浴びている。中でも我々のグ

Mn3Ge においても同様なワイル準粒子に由来する挙動がループが進めているカイラル反強磁性体 Mn3X は、自発的見られており、それらの最近の研究成果を本稿にて紹介すに時間反転対称性を破った共面磁気構造を持つトポロジ

る [12]。

カル磁性物質である。Mn3Sn にて巨大な異常ホール効果と巨大なネルンスト効果が発見されて以降[1-3]、理２．実験結果論計算と光電子分光実験からトポロジカルな準粒子である

ワイル半金属状態は、スピン軌道相互作用に加え空間反ワイル粒子がカイラル異常とともに確認され [4]、その後巨転対称性もしくは時間反転対称性が破れた系で実現する。

大な熱ホール効果 [5]、巨大な磁気光学カー効果 [6]、磁従来の空間反転対称性を破れた系ではゼロ磁場の異常ホー

気スピンホール効果・逆スピンホール効果 [7]、電流誘起ル効果は現れないが、自発磁化をもつ磁性体では、時間反磁気ドメイン反転の実験 [8] など数々のトポロジカルな

転対称性を破り、ゼロ磁場において異常ホール効果が発現性質に由来する新現象が見つかっている。中でも、異常ネする。巨大なゼロ磁場の異常ホール効果が見つかれば、巨ルンスト効果と呼ばれる非従来型の横熱電変換効果の観測

大な応答をドメイン反転だけで制御が可能となり新規なメ

により、ネルンスト型の熱電材料探索の潮流の礎を築いた

モリ材料の候補として利用ができる。このコンセプトのもだけでなく [9-11]、室温での次世代環境発電モジュールと我々は 2015 年に世界に先駆けて反強磁性体 Mn3Sn にとしても注目を集めている。また、スピントロニクス材料

おいて、ゼロ磁場での巨大な異常ホール効果を室温で発見としても注目されており、ゼロ磁場での巨大異常ホール効[1]、2016 年には姉妹物質である Mn3Ge (図 1a) におい

果を利用した次世代メモリ材料の開発が展開されている。

て同現象をゼロ磁場で発見した [2]。本研究では、低温ま

ワイル半金属状態を有する反強磁性体 Mn3Sn に多くの重でのゼロ磁場の異常ホール効果に加え、ゼロ磁場の異常ネ

図 1: 反強磁性体 Mn3X (X = Sn, Ge)の磁気構造とのワイル準粒子生成の概念図。(a) 反強磁性体 Mn3Ge の実空間での結晶構造と磁場中での磁気構造。z = 0 面と z = 1/2 面の二層を持つカゴメ格子構造と呼ばれる三角形ベースの結晶構造。磁場 B ||[21ത1ത0]にかけた場合の逆スピン三角構造と呼ばれる Mn スピンの磁気構造の様子 [13]。 (b) K 点の周囲に形成されていたリング状のノーダルラインは、スピ
ン軌道相互作用を考慮することによりギャップが生じワイル点を形成する。このワイル点は Mn の磁気構造に対応した正負のペア(WP1＋と WP1−)で現れ、運動量空間内に正負のワイル点を持つワイル半金属状態が生成される。図は Mn3Ge の E – E F = 36 meV でのベ
リー曲率 Ωz の等高線プロット。矢印はベリー曲率の面内成分 (Ωx, Ωy)。

1

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

図 2: (a) Mn3Ge における異常ネルンスト係数と磁化の温度依存性。ゼロ磁場の異常ネルンスト効果は磁化反転にともない符号も変化する。挿入図は、Mn3Ge の電流 I とホール電圧 V ならびに磁化 M の方向を示す。(b) 様々な異常ネルンスト効果を持つ物質の磁化依存性。磁性体のワイル半金属は青いエリアで現れ、従来の金属磁性体(赤いベルト)より巨大な異常ネルンスト効果を示す [12]。

ルンスト効果 (図 2a, b) を測定した結果、反強磁性体の中で最大値となる 1.3 µV/K を示すことを発見した [12]。
これは、第一原理計算からワイル準粒子を考慮した内因性機構にともなう異常ホール効果と異常ネルンスト効果から期待される値と一致しており、物質のバンド構造に由来す
る内因性起源を示唆している。内因性機構では、運動量空間の仮想磁場、すなわちベリー曲率により異常ホール伝導率が定義される。実際に理論計算では仮想磁場の起源である正負のワイル準粒子と呼ばれるモノポールが 104 (A2)オーダーの巨大なベリー曲率を示し、フェルミ面近傍に現れている (図 1b)。従来の強磁性体材料では、異常ホール
効果や異常ネルンスト効果が磁化に比例して現れることが経験則として知られているが、磁化がほぼない反強磁性体
において従来の強磁性体金属と同程度のサイズの効果が発現することを確認した。このような磁化のスケーリングから逸脱した振る舞いは、反強磁性体 Mn3X におけるワイル
半金属状態に起因していると考えられる (図 2b)。
図 3: (a, b) 異なるカイラリティを持つ正負のワイルノードに磁場をかけると、量子化されたランダウレベルに分裂する(図 a)。
更に電流 I(電場)を磁場 B と平行に加えた際、正負のワイルノー
ド間でチャージポンピングが起こり、磁場の増加にともなう電気抵抗の減少が見られる。これはカイラル異常と呼ばれる現象で、ワイル準粒子による効果である。(c) 反強磁性体 Mn3Ge の電気伝導率の磁場変化。磁場 B が電流 I と垂直の場合には、正の磁気抵抗(負の伝導率)を示すのに対して、電流と電圧が平行の際に負の磁気抵抗(正の伝導率)が現れる。(d) ホール伝導度とプラナー
ホール効果の角度依存性がそれぞれ余弦波と正弦波となるため、カイラル異常の効果を裏付ける [12]。

ワイル準粒子が生じる際にカイラル異常と呼ばれる「電流と磁場を平行にかけた際に現れる負の磁気抵抗効果」と「ホール信号が磁場と同一面内に現れる大きなプラナー
ホール効果」が現れる。本研究でも Mn3Ge のカイラル異常が低温 300 mK で観測され、磁性体でのワイル準粒子の存在を確認できた (図 3a-d)。プラナーホール効果は、通常金属や強磁性体を持つ物質でも殆ど現れない。近年
ZrTe5、Cd3As2、GdPtBi、WTe2 などの 3 次元ディラック
半金属で観測されており [14]、小さな磁化をもつ反強磁性体 Mn3Ge で見られたことはワイル半金属のトポロジカ■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

2

ル効果と考えられる。Mn3Ge は Mn3Sn と異なりサブミリ

K. Ono, H. Kumigashira, A. Varykhalov, T. Muro, T.

K の低温でも磁気秩序が生じないため非弾性散乱の効果とKoretsune, R. Arita, S. Shin, T. Kondo and S.

電子の熱励起による効果を排除したワイル半金属での電子

Nakatsuji (2021), Nature Mater. 16, 1090-1095

状態を明らかにできる優位性があり今後更なる研究が必要(2017).

である。

[5] K. Sugii, Y. Imai, M. Shimozawa, M. Ikhlas, N.
Kiyohara, T. Tomita, M.-T Suzuki, T. Koretsune, R.

３．まとめと今後の展望と応用

Arita, S. Nakatsuji, M. Yamashita, arXiv:1902.06601.

反強磁性体 Mn3X (X = Sn, Ge) において巨大な異常ホー[6] T. Higo, H. Man, D. B. Gopman, L. Wu, T. Koretsune,

ル効果とならびに巨大な異常ネルンスト効果を観測した。

O. M. J. van ’t Erve, Y. P. Kabanov, D Rees, Y. Li, M.-

理論との統一的な理解により、これらの現象が本物質の磁T. Suzuki, S. Patankar, M. Ikhlas, C. L. Chien, R.

性ワイル準粒子をともなうトポロジカルな性質に由来した

Arita, R. D. Shull, J. Orenstein, and S. Nakatsuji,

ものであることを明らかにした。これらのゼロ磁場での量

Nature photonics 12, 73-78 (2018).

子輸送現象は熱電技術だけでなくメモリ応用技術等にも期[7] M. Kimata, H. Chen, K. Kondou, S. Sugimoto, P. K.

待される。異常ホール効果は電流と垂直に得られる起電力

Muduli, M. Ikhlas, Y. Omori, T. Tomita, Allan. H.

応答のため素子構造の単純化が可能であること、反強磁性

MacDonald, S. Nakatsuji & Y. Otani, Nature 565,

体の特有な効果として強磁性体で問題となる漏れ磁場によ627-630 (2019).

る素子間の干渉効果も問題とならないため高集積化が可能[8] S. Sugimoto, Y. Nakatani, Y. Yamane, M. Ikhlas, K.

となる優位性がある。また反強磁性体は強磁性体よりも 3

Kondou, M. Kimata, T. Tomita, S. Nakatsuji, Y. Otani,

桁以上の速い動作性能を示すため高速化も期待できる。今

Commun. Phys. 3, 111 (2020).

後、消費電力を抑えた巨大なデータ蓄積ならびに高速動作が可能な反強磁性不揮発性メモリ材料として期待できる。

[9] T. Tomita, M. Ikhlas and S. Nakatsuji, Journal Phys.
Soc Conf. Proc. 30, 011009/1-5 (2020).
[10] 冨田崇弘, 肥後友也, 中辻 知, 固体物理トピックス

４．謝辞
本研究では、共同研究者である東京大学大学院新領域創成科学研究科大学院生 Muhammad Ikhlas 氏には実験面

Vol. 54, P85-99 (2019). アグネ技術センター.
[11] 冨田崇弘, 日本磁気学会・第 217 回研究会資料, P2328 (2018).

から多くのサポートを頂きました。また、東京大学大学院[12] T. Chen, T. Tomita, S. Minami, M. Fu, T. Koretsune,

理学系研究科・特任研究員の Taishi Chen 氏ならびに

M. Kitatani, I. Muhammad, D. Nishio-Hamane, R.

Mingxuan Fu 氏、東北大学理学研究科の是常 隆 氏、金Ishii, F. Ishii, R. Arita, and S. Nakatsuji, Nat.

沢大学ナノマテリアル研究所の石井史之 氏、東京大学大Commun. 12, 572 (2021).

学院工学系研究科の有田亮太郎 氏には研究当初からさま[13] Y. Chen, J. Gaudet, S. Dasgupta, G. G. Marcus, J.

ざまな助言を頂きました。ここに深く感謝申しあげます。

Lin, T. Chen, T. Tomita, M. Ikhlas, Y. Zhao, W. C.
Chen, M. B. Stone, O. Tchernyshyov, S. Nakatsuji,

参考文献

and C. Broholm, Phys. Rev. B 102, 054403/1-15[1] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, and T. Higo, Nature 527,

(2020).

212-215 (2015).
[2] N. Kiyohara, T. Tomita, and S. Nakatsuji, Phys. Rev.

[14] J. Hu, S.-Y. Xu, N. Ni, and Z. Mao, Annual Review
of Materials Research 49, 207 (2019).

Applied 5, 064009/1-10 (2016).
[3] M. Ikhlas, T. Tomita, T. Koretsune, M.-T. Suzuki, D.
Nishio-Hamane, R. Arita, Y. Otani, and S. Nakatsuji,
Nature Phys. 13, 1085-1090 (2017).
[4] K. Kuroda, T. Tomita, M. -T. Suzuki, C. Bareille, A.
A. Nugroho, P. Goswami, M. Ochi, M. Ikhlas, M.
Nakayama, S. Akebi, R. Noguchi, R. Ishii, N. Inami,

3

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

1 東京大学物性研究所、2 トランススケール量子科学国際連携研究機構、3 東北大学学際科学フロンティ

ア研究所、4 東北大学材料科学高等研究所、5 東京大学大学院工学系研究科、6 東京大学大学院理学系研
究科、7 理化学研究所創発物性科学研究センター
三輪真嗣 1,2、飯浜賢志 3,4、野本拓也 5、冨田崇弘 1、肥後友也 1,6、Ikhlas Muhammad1、坂本祥哉 1、
大谷義近 1,2,7、有田亮太郎 6,7、水上成美 4、中辻知 1,2,6
スピンダイナミクス、すなわちスピンが歳差運動する様

そしてこのスピン構造が拡張磁気八極子という強的秩序を子を理解することはスピントロニクスデバイスの研究にお有する[3]。例えば図 1 の縦線を鏡とすると、この Mn ス

いて最も重要な課題のひとつである。従来のスピントロニ

ピン集団は強磁性体の磁化と同じ鏡映対称性を示す。

クスデバイスでは強磁性体が用いられてきたが、反強磁性体では交換相互作用がスピンダイナミクスにあらわに影響するため THz 帯域の超高速動作を行える可能性がある。
従って反強磁性スピントロニクスデバイスの研究が盛んになっているが、この反強磁性スピントロニクスデバイスにおいてもスピンダイナミクスの制御及び観測が必須となる。
しかし、反強磁性体におけるスピンダイナミクスの観測、特に時間軸での観測は反強磁性の絶縁体に限られていた。
最近、カイラル反強磁性金属である Mn3X が異常ホール
効果をはじめとした強磁性金属同等の磁気応答を示すこと

図 1：トポロジカル反強磁性金属 Mn3Sn の結晶及びスピン構造から注目を集めている。この磁気応答はカイラル反強磁性
金属の隠れた強的秩序と対応しており、この強的秩序の偏

図 2(a)は TR-MOKE 測定の概略図である。Mn3Sn の極方向に対応して運動量空間におけるワイル点近傍の大き(2-1-10)面に対して垂直に磁場を 2 T 印加し、同方向からなベリー曲率は符号を変える。カイラル反強磁性金属の強直線偏光のパルスレーザーを用いて励起パルス光と測定パ的秩序は拡張磁気八極子偏極と呼ばれ、反強磁性スピント

ルス光によるストロボスコープ法による測定を行った。図

ロニクスデバイスのさらなる発展にはこの拡張磁気八極子2(b)が結果の一部である。まず励起パルス光は測定パルス

偏極のダイナミクスを明らかにする必要がある。そこで本光による MOKE 強度を減少させる。これは強磁性金属で研究ではカイラル反強磁性体 Mn3Sn を用いて、時間分解観測される超高速減磁と同様の現象である[4]。その後、

磁気光学カー効果(Time-resolved magneto-optical Kerr

MOKE 強度は 0.3 ps あたりから回復し、回復の途中で小effect: TR-MOKE)による拡張磁気八極子偏極の実時間観

さいながら明瞭な振動を示す。この振動成分を解析するた測を試みた。

めに黒曲線のバックグラウンド信号を引いたものが図 1(b)本研究ではバルク単結晶の D019-Mn3Sn を用いた。

の下のパネルのデータである。図 1(c)は TR-MOKE の結

Mn3Sn は六方晶 Ni3Sn 型の結晶構造であり、[0001]方向

果を長い時間軸で測定したものである。図 1(b)及び 1(c)のに ABAB のように積層された Mn 原子で構成される 2 種

下のパネルからは振動の周波数(ωI, ωII)が決定でき、それ類のカゴメ面から構成される。図 1 の赤丸は A 面、青丸

ぞれ ωI = 0.86 THz と ωII = 18 GHz であった。この振動はは B 面上の Mn 原子をそれぞれ表している。Mn 原子のス

外部磁場を Mn3Sn 表面に対して垂直に印加した時に最もピン方向を時計回りの順で見たとき、それぞれの Mn 原子

顕著に観測された。TR-MOKE 信号は表面に垂直な拡張のスピン方向はマイナス 120 度ずつ回転する。Mn3Sn で磁気八極子の偏極成分に比例するため、TR-MOKE 信号

はこのようなスピン構造が交換相互作用及びにおける振動成分は八極子秩序の大きさが振動することをDzyaloshinskii-Moriya 相互作用により安定である[1,2]。

意味する。

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

4図 2：(a) 測定概略図、(b) (c) 測定結果

図 1(b)及び 1(c)から決定される 2 つの振動(mode I 及び
mode II)は拡張磁気八極子のダイナミクスに由来する。具
体的には mode I は光学振動モード、mode II は強磁性体[1] S. Nakatsuji et al., Nature 527, 212 (2015).
[2] S. Tomiyoshi and Y. Yamaguchi, J. Phys. Soc. Jpn. 51,
2478 (1982).

の一斉歳差運動と似たモードである。図 1(c)を解析すると[3] M.-T. Suzuki et al., Phys. Rev. B 95, 094406 (2017).

Mn3Sn の拡張磁気八極子のダイナミクスは交換相互作用[4] E. Beauprepaire et al., Phys. Rev. Lett. 76, 4250

があらわに作用することで有効ダンピング(スピンの歳差(1996).

運動における摩擦)が極めて大きく 1 程度となることがわ[5] K.-J. Kim et al., Nat. Mater. 16, 1187 (2017).

かる。結果として Mn3Sn の拡張磁気八極子偏極が向きを[6] S. Miwa et al., Small Sci. 1, 2000062 (2021).

変えるのに必要な時間は 10 ps 以下、すなわち 10 ps 以下
でスピン構造を反転できることがわかった。これは強磁性体の磁化と比べて約 100 倍速いスピン反転が可能であることを強く示唆する結果である。そして、今回の実験結果から得た物性値を考慮した理論計算からは拡張磁気八極子のドメイン壁の速度が 10 km/s を超えることがわかった。これは運動量補償温度近傍のフェリ磁性体のドメイン壁速度(~2 km/s)[5]よりも速い値である。なお、本研究は反強磁性金属におけるスピン歳差運動に由来する振動を時間軸で初めて検出した例である[6]。

5

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

アスガルドアーキアの持つ、光エネルギーを使って水素イオンを取込むタンパク質の構造を解明

機能物性研究グループ

井上 圭一

研究の背景
私たちヒトを含む動物や植物などは、細胞の中に遺伝情報をコードした DNA を包む核を持ち、真核生物と呼ばれる。一方で、大腸菌などの細菌やアーキアは細胞内に核を持たず、原核生物と呼ばれている。その中で、近年アスガ
ルドアーキアと呼ばれるグループの原核生物が、ゲノム配列の比較から真核生物に最も近い種であることが明らかにな っ て き た 。 2020 年 に は 、 海 洋 研 究 開 発 機 構(JAMSTEC)を中心とした研究グループによって、アスガ
ルドアーキアの培養の研究が報告されており(Imachi et al.,2020)、原核生物と真核生物の境界の研究が盛んになっている。
このアスガルドアーキアのゲノムには、光のエネルギーを使ってさまざまな生理機能を発揮するロドプシン(注 1)の中で、これまでにないタイプのものが存在する。これはシゾロドプシンと呼ばれ、光エネルギーを使って細胞内へ
水素イオンを取り込む機能を持つ分子である(図 1)(Inoueet al., 2020)。アスガルドアーキアが真核生物へと変化する過程で、太陽光や酸素のある環境に順応するために、シゾロドプシンによる水素イオンの取込みが関わっている可能性も示唆されている。南極で見つかった別の種類の生物が持つタンパク質も同様の配列と機能を持っており、シゾ

図 1：既知のロドプシンの系統樹と、シゾロドプシンの内向き水素イオン輸送の模式図。

研究の内容と成果
今回、本研究グループは、X 線結晶構造解析を用いてシゾロドプシンの立体構造を明らかにした(図 2)。シゾロド
プシンは 3 量体を形成しており、今までのロドプシンと同様に 7 本の膜貫通ヘリックス(TM)とアミノ酸の一つであるリジンに共有したレチナール色素(注 4)で構成されていた。シゾロドプシンがタイプ 1 ロドプシンとヘリオロドプ
シンどちらに近いのか調べるために、構造を比較したとこ
ろ、シゾロドプシンの細胞内や細胞外のループ構造はバク
テリオロドプシンに近く、ヘリオロドプシンとは大きく異なっていた。従って、シゾロドプシンはタンパク質を構成するアミノ酸の配列こそ両者の中間であるが、既存のタイプ 1 に分類されることがわかった。

ロドプシンは生物界に幅広く存在するといわれている。
シゾロドプシンのアミノ酸配列は、長年知られているバ
クテリオロドプシン(注 2)に代表されるタイプ 1 グループと、2018 年に見つかった新種であるヘリオロドプシン(注3)の中間に位置しており、どちらに分類されるのか不明であった(図 1)。また、微生物が持つ水素イオンを運ぶロ
ドプシンの数は、バクテリオロドプシンのような細胞外へ運ぶものが大部分であり、細胞内に運ぶものはごく少数である。その中でもシゾロドプシンは、他の内向き輸送型のロドプシンと比べ、非常に高効率な輸送を行うことが報告されている(Inoue et al., 2020)。こうしたロドプシンとアミノ酸配列が大きく異なるシゾロドプシンの構造や、水素

図 2：シゾロドプシンの構造(左)シゾロドプシン 3 量体の全体構
造 (右)シゾロドプシンとバクテリオロドプシンおよびヘリオロ
ドプシンとの重ね合わせ。

イオンを細胞内に運ぶ仕組みはわかっていなかった。
次に、水素イオンの輸送メカニズムについて調べた。暗状態では、水素イオンはレチナールのシッフ塩基に結合し■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

6

ており、光刺激が入るとそこから離れて、シゾロドプシンの細胞内側に存在するグルタミン酸を通して細胞内に放出される(図 3 左)。一般的な水素イオンポンプでは、水素イオンはグルタミン酸などのアミノ酸残基や水分子の間を、玉突きのように移動していくことで輸送される。しかしシゾロドプシンでは、このグルタミン酸は細胞内への水素イオンの輸送には必須であるにもかかわらず、水素イオンは
このアミノ酸にトラップされず、直接タンパク質から細胞
図 4：シゾロドプシンの内向き水素イオン輸送モデルの中へ放出されることが示唆されており、シゾロドプシンの水素イオン輸送メカニズムには大きな謎があった。特徴的なことに、シゾロドプシンの細胞内側に面している部分

今後の展望

は他のロドプシンと比べて短く、特に TM6 は約 13 アミ

本研究は、細胞内に水素イオンを効率的に取り込むためノ酸残基分短いものであった(図 2 右)。こうした構造的特に、シゾロドプシンの形が進化してきたことを示しており、

徴によって、細胞内側のグルタミン酸が溶媒に露出しやす

アスガルドアーキアでの生理的な重要性が示唆される。今い構造を取っていることが明らかになった(図 3 左)。水素後は、本来のアスガルドアーキアの中で細胞の内向き水素イオンの通り道にあるアミノ酸改変体タンパク質を用いたイオン輸送がどのような役割を果たすのか、その解明に向実験によって、溶媒がタンパク質内部に流入しやすいこと

けた研究が必要になると思われる。 本研究で明らかにも示された(図 3 右)。

なった、細胞の中へ直接水素イオンを放出するというメカ
ニズムは、生体内での水素イオン輸送機構に一石を投じるものであり、他のタンパク質の分子メカニズムの理解へつながると期待される。また、神経細胞へシゾロドプシンを発現することで、任意の神経細胞の興奮を光で操作することが可能になると考えられ、脳の神経細胞が関連するうつ病などの発病メカニズムの研究や、血液の酸性化に伴う、細胞疾患であるアシドーシスなどの機構解明に向けた分子ツールとして、構造情報をもとにしたシゾロドプシンの改変や医学研究への応用も期待される。

謝辞
図 3：細胞内側が溶媒に露出しやすいシゾロドプシンの特徴(左)細胞内側に着目した、シゾロドプシンの水素イオン輸送経路。
TM6 が短いため他のロドプシンのように細胞内側を覆うことができず、グルタミン酸 81(E81)は 2 つのロイシンによってのみ溶媒から隔たれている。シッフ塩基と E81 の間には、ロイシン 78
が経路を塞いでおり、光活性化時はロイシン 78 が動くことで水素イオンが細胞内に移動すると考えられる。
(右)ロイシン 78 を改変した変異体(下)では、タンパク質内部にまで外から水や試薬が入り込み、野生型のシゾロドプシン(上)と比べて、光を当てない場合でもレチナールが容易に反応してしまうことを示すタンパク質の光吸収変化が見られた。

本研究は、日本学術振興会における科学研究費助成事業の特別推進研究「物理刺激で制御される膜蛋白質の分子機構の解明」(課題番号：16H06294

研究開発代表者：濡木理)や基盤研究(B)「光駆動型内向きプロトンポンプの輸送メカニズム解明とオプトジェネティクスへの応用」(課題番号：17H03007

研究代表者：井上圭一)、若手研

究「非古典的ロドプシンの構造機能解析」(課題番号：
20K15728

研究代表者：志甫谷 渉)の一環で行われた。

また、本研究は、国立研究開発法人日本医療研究開発機構

こうした結果をもとに、光によって構造変化するとタン(AMED)「創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業」

パク質内部に溶媒が入り込み、水素イオンがグルタミン酸の一環として、放射光施設などの大型施設の外部開放を行に誘引されながら細胞の中へ直接放出されるという、シゾうことで優れたライフサイエンス研究の成果を医薬品等のロドプシン独自の内向きプロトン輸送モデルを提唱した

実用化につなげることを目的とした「創薬等先端技術支援(図 4)。

基盤プラットフォーム(BINDS)」の支援により行われた。

7

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

また、科学技術振興機構(JST)CREST「細胞内二次メッと呼ばれる色素を結合している。ロドプシンのタンパク質

センジャーの光操作開発と応用」(研究代表者：神取秀樹)

内部にあるレチナールが可視光を吸収するとその構造が変の支援により行われた。

化し、それを通じてタンパク質部分にも変化が起こり、さまざまな生理機能を発現することが可能になる。

掲 載 論 文 ： Akimitsu Higuchi†, Wataru Shihoya†,*,Masae Konno, Tatsuya Ikuta, Hideki Kandori, Keiichi
Inoue*,Osamu

Nureki*.

“Crystal

Structureof

Schizorhodopsin Reveals Mechanism of Inward Proton
Pumping” (2021) Proceedings of the National Academy of
Sciences of the United States of America, 118, No. 14,
e2016328118(注 1)ロドプシンタンパク質
動物から細菌などの微生物まで、幅広い生物種の細胞膜上に存在する太陽光を吸収してさまざまな生物学的機能を発現するタンパク質。動物の持つロドプシンは視覚など光に関わるシグナル伝達を行う受容体であるのに対し、微生物の持つロドプシンの多くは光のエネルギーを使ってイオンを輸送する。従ってその機能は互いに大きく異なり、進化的にも全く別系統であるにも関わらず、光を吸収するために共にビタミン A の誘導体であるレチナール色素をタン
パク質内部に結合し、7 本の膜を貫通するらせん(ヘリックス)からなるタンパク質構造を持つなど多くの共通点がある。
(注 2)バクテリオロドプシン
初めて発見された微生物ロドプシンであり、光駆動型の水素イオン排出ポンプとして働く。細胞内外で水素イオンの濃度勾配を作ることで、これを別のタンパク質が利用してエネルギーを作る。
(注 3)ヘリオロドプシン
2018 年に報告された、既知の微生物および動物ロドプシ
ンのいずれとも異なる、第 3 のロドプシンタンパク質。タイプ 1 ロドプシンと同様に、微生物や巨大ウイルスなどが持つが、細胞内の分子配向がタイプ 1 ロドプシンや動物ロ
ドプシンに対して反転しているという構造的な特徴を持つ。
2019 年には X 線結晶構造解析によって、原子レベルでの三次元構造が解明されたが、いまだヘリオロドプシンの分子機能は不明である。
(注 4)レチナール色素
通常アミノ酸は可視領域に吸収を持たないため、アミノ酸で構成されるタンパク質もそれ単体では可視光を利用することができない。それに対してロドプシンはタンパク質内部に、体内の酵素反応でビタミンＡから生じるレチナール■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

8不揮発性メモリや熱流センサー開発に繋がる
反強磁性体の普遍的機能性の実証

量子物質研究グループ

肥後 友也
中辻 知

【研究の背景】

が行われています。その一方で、強磁性体は棒状であれば私たちの身の回りでは多くの磁性体が利用されており、長手方向に、薄膜であれば膜に平行方向に磁化されやすい

その代表的なものとして強磁性体と反強磁性体が知られて性質を持ちます。これは形状磁気異方性に由来するもので、います。磁石として広く使われている強磁性体は電気・強磁性体の持つ磁化の大きさに比例してその寄与も大きく

熱・光に対して磁化に比例した応答を示します。そのため、なります。そのため、巨大な応答が期待される磁化の大き磁化によって応答の大きさを制御できます。例えば、パソ

な強磁性体を用いたデバイスでは形状選択の自由度が低く

コンやスマートフォンなどの情報処理端末を省電力化するなり、十分な特性を得るために形状・結晶・界面磁気異方技術として期待されている不揮発性磁気メモリ(MRAM)で性のバランスをよく考える必要がありました [1,2]。形状磁は、強磁性金属層-非磁性絶縁層-強磁性金属層からなるト

気異方性の影響を抑える方法としては、隣り合うスピン同

ンネル磁気抵抗素子が持つ強磁性層の磁化の向きによって士が互いを打ち消しあうために正味の磁化がゼロとなって変化する電気的応答を「0」と「1」の情報記録単位としている反強磁性体の利用が考えられます。しかし、磁化を持用いています。この素子では、磁化が膜に対して垂直方向

たないという反強磁性体の性質は、利点であると同時に強に向くことで高密度・省電力化が期待できます。このよう磁性体が示すような電気・熱・光に対する巨大な応答を得な特性は磁石や他の強磁性体を用いたデバイスにおいてもることが困難であるというデバイス応用上の欠点でもあり、同様で、磁化が向き易い方向(磁化容易軸)を最適化するこ

上記アイデアの実験的な検証は行われていませんでした。

とでその機能性が大きく向上します。

本研究では、室温かつゼロ磁場において巨大な応答を示

特定の方向に磁化容易軸を向けるために、結晶構造に由す反強磁性体 Mn3Sn を用いて、自発磁化がない(もしくは来する結晶磁気異方性や異種材料界面の効果に由来する界

非常に小さい)という反強磁性体の持つ普遍的な機能性の

面磁気異方性を用いた材料や多層膜(界面)構造の設計

実証と不揮発性メモリやセンサーデバイスへの応用を試みました。

図１ トポロジカル反強磁性体 Mn3Sn の結晶構造と磁気構造、運動量空間における仮想磁場(a) Mn3Sn は c 軸方向に磁性原子のマンガン(Mn、赤と黄の球)からなるカゴメ格子が積層した構造を持ち、420 K(約 150 ℃)以下で、Mn のスピンが逆 120 度構造と呼ばれる反強磁性秩序を示します。(b) 二層のカゴメ格子上のスピンを見ると、六角形で示されているクラスター磁気八極子と呼ばれる 6 つのスピンからなるユニットが同じ方向にそろっていることがわかります。(c) Mn3Sn では、実空間での反強磁性スピン構造(クラスター磁気八極子)の向きと運動量空間におけるワイル点の対(赤(＋)と青(－)の球)、仮想磁場の向きが対応しています。磁気八極子の向きを変えることで仮想磁場を制御することができます。

9

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

極子を外部磁場によって制御することで強磁性体に匹敵するほど大きな異常ホール効果 [3] や異常ネルンスト効果[5]、磁気光学カー効果 [6] を得ることができます。さらに、Mn3Sn は磁気ワイル粒子を持つトポロジカル磁性体であることも明らかにされました [7]。すなわち、Mn3Sn
は反強磁性体であるものの、ワイル粒子の作る巨大な仮想磁場[実空間換算で 100－1000 テスラ(T)に相当]を運動量空間において持つため、上記の巨大応答が現れます(図 1c)。この仮想磁場の向きは Mn3Sn の持つクラスター
磁気八極子の向きと対応関係にあり、カゴメ格子面内でクラスター磁気八極子の向きを制御することで、仮想磁場とそれに由来した巨大応答を制御できます。より最近では、クラスター磁気八極子の向きを磁場だけでなく電気的に制御することも可能になりました [8]。
図２ Mn3Sn における異常ホール効果の磁場依存性の測定と多値記憶機能の実証(a) 異常ホール効果測定の概要図。磁場の角度を膜面直方向から
θ と φ 方向へと変えながら磁場掃引し、y 方向に生じるホール電圧(抵抗率)の測定を行いました。(b) Mn3Sn 多結晶薄膜試料におけるホール抵抗率の磁場依存性。磁場は θ 方向へ変化させていますが、φ 方向においても同様の多値記憶機能を確認しました。(c)多結晶/単結晶試料における磁気八極子(赤矢印)の安定化する方向を示す概要図。Mn3Sn のようにカゴメ面内に磁化容易面(より正確には [21ത1ത0] に磁化容易軸)を持つ場合、多結晶化することで正味の磁気八極子の全方向への指向性が現れます。(d) Mn3Sn 単結晶薄膜試料におけるホール抵抗率の磁場依存性。磁場は θ 方向へ変化させています。φ 方向では多値記憶機能は確認できません
でした。これらの結果は図 2c に示すように多結晶試料/単結晶試料では 3 次元空間/2 次元面内に磁気八極子や仮想磁場を向けられることを示しています。

本研究 [9] では、スパッタリング法を用いて反強磁性体 Mn3Sn の多結晶薄膜をシリコン基板上に作製し、磁場に対する異常ホール効果の変化を測定しました。磁場の印
加方向を膜の面直から面内方向(θ と φ 方向)へと変化させ【実験結果】
マ ン ガ ン (Mn) と ス ズ (Sn) か ら な る 反 強 磁 性 体
Mn3Sn(図 1a と 1b)に着目して研究を行いました。反強磁性体 Mn3Sn [3] は空間群 P63/mmc に属する六方晶の系
で、磁性元素 Mn からなるカゴメ格子が ABAB の順序で積層した構造を持ち、逆 120 度構造と呼ばれる非共線スピン構造が(0001)面内において T = 430 K の高温から現れます。この反強磁性スピン構造は、磁化ゼロの状態においても強磁性秩序の場合と同様に巨視的に時間反転対称性を破ります。これは、2 層のカゴメ格子に 3 つの副格子からなるスピンを 6 つ配置されたスピン構造(クラスター磁気
八極子 [4] )が強的に秩序していることからも理解できます。Mn3Sn では、磁化ではなくクラスター磁気八極子が磁気秩序変数となっています。その為、クラスター磁気八■■■■ ■■■

図３ 単一グレインからなる強磁性体と反強磁性体の磁気異方性(a) 大きな結晶磁気異方性を持つ強磁性体の単結晶/単一グレイ
ン試料において期待される磁化方向と読み出し信号。(b) 反強磁性体 Mn3Sn の単結晶/単一グレイン試料において期待される磁化方向と読み出し信号。磁化の大きい強磁性体では、磁化を膜面内へ寝せようとする形状磁気異方性に打ち勝つために大きな結晶磁気異方性や界面磁気異方性が必要となります。この場合、強い 1 軸性の磁気異方性が必要となり、読み出し信号は 2 値化します。磁化の非常に小さい反強磁性体では、形状磁気異方性の影響がほぼ無視でき、面性の磁気異方性程度の比較的弱い結晶
磁気異方性においても、磁化(より正確には磁気八極子や仮想磁場)の向きをそろえることができます。このような場合、多値記憶を行うことが可能となります。

物性研だより第 61 巻第 2 号

10ながら磁場掃引した実験において、多値記憶が可能であるとは異なり熱流と垂直方向に発電できます(図 4a と 4b)。

ことを確認しました(図 2a と 2b)。異常ホール効果は仮想

従来の薄膜関連技術が適用でき、安価に大面積・フレキシ

磁場の面直成分に比例します。そのため、読み出し信号の

ブルな熱電デバイス作製が可能という利点から、熱の流れ

磁場方向による変化は、磁場方向に磁気八極子と仮想磁場を可視化する熱流センサーへの応用が期待されています。

がそろい、面直方向への投影成分が変化していることに対センサーの熱流感度は素子の長さに比例するため、細線構

応しています。つまり、本結果は 3 次元空間の全方向に自造が要求されます。面直方向に流れる熱流に対して測定す

在に仮想磁場(磁気八極子と平行)を向け、ゼロ磁場おいる場合には、図 4b に示すように磁化(Mn3Sn の場合は磁てもその状態を保持できるという特性を示しています気八極子)を短辺に向けてそろえる必要があります。この(図 2c)。この特性は Mn3Sn の磁化が非常に小さく形状磁

磁化方向は形状磁気異方性に反したものであるため、強磁

気異方性の影響を受けないことと、カゴメ格子面内に磁気性体を用いた熱流センサーでは、結晶磁気異方性や膜の積

容易軸/面を持つことに由来しています。また、単結晶(単層構造を最適化することで実用に足る機能を得ています。

一グレイン)試料においても、カゴメ格子に平行な 2 次元

一方で、仮想磁場に由来する巨大な異常ネルンスト効果を面内のみではあるものの、同様の多値記憶が可能であるこ示す Mn3Sn では、形状磁気異方性の影響を受けずに磁気とを実証しました(図 2d)。形状磁気異方性に比べて十分

八極子や仮想磁場の向きをそろえることができるため、細大きな結晶磁気異方性を持つ強磁性体においても、多結晶線化した試料においてもその熱電特性が非常に簡単に維持

試料では同様の機構での多値記憶が可能です。しかし、単できます。Mn3Sn 多結晶と電極の細線からなる熱流セン

結晶試料では大きな形状磁気異方性のために磁化の向く方サーを作製し(図 5a)、異常ネルンスト効果によって生じ向が一方向に制限され、2 値の信号しか取れません(図 3a)。

た電圧の磁場依存性を測定したところ、1 W/cm2 程度の熱反強磁性体 Mn3Sn において見いだした新たな情報記憶手流によりサブ mV 程度の大きな信号が、 ±0.9 T 程度の大法は、数－数 10 nm の単一グレインからなる記憶素子に

きな磁場まで反転せずに現れていることを確認しました

おいて、「0」と「1」の 2 つの情報単位だけでなく、3 つ、(図 5b)。また、ゼロ磁場におけるネルンスト電圧が熱流あるいは、それ以上の情報を 1 つの素子で書き込み・読みに対して線形に比例する特性を示し、熱流センサーとして出しできる可能性を示しています(図 3b)。今後、実際に機能することも確認しました(図 5c)。単位面積当たりのメモリにおいて求められる素子サイズまで微細化した試料

熱流感度は 1.3 mV/W とこれまで報告されていた強磁性体

での原理実証が望まれます。

を用いた異常ネルンスト熱流センサーや市販の廉価版ゼー
ベック熱流センサーに匹敵する性能を示す一方で、外部磁また、形状磁気異方性の影響が小さいという特性は、異場に対する安定性が 10－100 倍高くなる(上記の強磁性体

常ネルンスト効果を用いた磁気デバイスにおいてもその機を用いたセンサーでは反転磁場が 0.01－0.1 T 程度)こと能を発揮します。異常ネルンスト効果は磁気的な性質を用が分かりました。

いて熱を電気に変換する熱電効果ですが、ゼーベック効果

図４ ゼーベック効果と異常ネルンスト効果を用いた熱電デバイス(a)ゼーベック効果を用いた 3 次元ピラー構造を持つ熱電デバイスの概略図。(b)異常ネルンスト効果を用いた 2 次元サーモパイル構造を持つ熱電デバイスの概略図。ゼーベック効果／ネルンスト効果では、それぞれ熱流に対して並行方向／垂直方向に起電力(電圧)が生じます。そのため、異常ネルンスト効果を用いたデバイスでは、従来の薄膜作製・加工技術を適用でき、大面積化もしくはフレキシブル化が容易です。

11

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

図５ 反強磁性体 Mn3Sn を用いた異常ネルンスト熱電デバイスにおける熱流センシング(a) Mn3Sn と電極からなる異常ネルンスト熱流センサーの概要図と光学顕微鏡による観察像。測定ではセンサーの面直(－z)方向に熱流、面内(y)方向に磁場を印加し、異常ネルンスト効果によって生じる電圧を測定しています。(b) 印加する熱流を変えた際に Mn3Sn
異常ネルンスト熱流センサーにおいて生じる電圧の磁場依存性。(c) Mn3Sn 異常ネルンスト熱流センサーにおいてゼロ磁場で生じる電圧の熱流依存性。ネルンスト電圧は熱流に比例しており、センサーとして機能していることがわかります。

【まとめと今後の展開】【謝辞】

反強磁性体は、(i) スピンダイナミクスが THz 帯と強磁

本 研 究 は 東 大 物 性 研の 大 谷義 近 氏 、 Danru Qu 氏

性体の場合に比べて 2－3 桁ほど早く、デバイスの超高速(現・台湾 中央研究院)、Muhammad Ikhlas 氏、上杉良化が期待できる、(ii) 漏れ磁場を作らず、デバイスの高密

太 氏、浜根大輔 氏、理化学研究所の近藤浩太 氏、米国

度化に適している、(iii) 転移温度が室温以上の物質が金ジョンズホプキンス大学の Chia-Ling Chien 氏、Yufan

属・絶縁体・半導体を問わず得られ材料選択の自由度が高Li 氏との共同研究、石井梨恵子 氏、西川尚 氏、小林鮎いといった特徴から、省電力・超高速駆動・超高密度化が

子 氏、成田秀樹 氏、三輪真嗣 氏や薬師寺啓 氏との議論求められるビヨンド 5G 世代の磁気デバイスの中心素材とのもと行われました。ここに感謝を申し上げます。

して近年注目を集めています。今回、本研究グループでは情報(巨大な電気信号)の読み出しが可能な反強磁性体
Mn3Sn を用いて、「(iv) 形状磁気異方性が無視できるほど[1] M. T. Johnson et al., Rep. Prog. Phys. 59, 1409 (1996).

小さく、デバイス形状の自由度が高い」という新たな反強[2] R. Skomski, J. M. D. Coey, Scr. Mater. 112, 3 (2016).

磁性体の機能を実証しました。

[3] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, and T. Higo, Nature 527,

この特性によってもたらされる、単一グレインの記憶素

212 (2015).

子における多値記憶機能は、脳神経を模擬した脳型計算機[4] M.-T. Suzuki et al., Phys. Rev. B 95, 094406 (2017).

や量子コンピュータの実現へつながる技術であり、すでに[5] M. Ikhlas, T. Tomita et al., Nature Phys. 13, 1085

知られていた高密度化・超高速化が可能といった反強磁性(2017).

体の利点 (i)－(iii)と併せて、次世代のスピントロニクス[6] T. Higo et al., Nature Photon. 12, 73 (2018).

デバイスの開発にブレークスルーをもたらします。また、[7] K. Kuroda, T. Tomita et al., Nature Mater. 16, 1090

磁性材料の細線構造が重要となる異常ネルンスト熱流セン(2017).

サーにおいても、デバイス形状の自由度が高く外部磁場擾

[8] H. Tsai, T. Higo et al., Nature 580, 608 (2020).

乱に強いセンサーの作製が可能となり、既存のゼーベック[9] T. Higo, Yufan Li, K. kondou, D. Qu, M Ikhlas, R.

熱流センサーを性能・コスト面で大きく上回る異常ネルン

Uesugi, D. Nishio-Hamane, C. L. Chien, Y. C. Otani,

スト熱流センサーの開発が期待できます。

S. Nakatsuji, Adv. Funct. Mater. 31, 2008971 (2021).

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

12極限コヒーレント光科学研究センター
Peng Zhang, 近藤 猛
概要：

本研究で我々は、放射光を用いたナノ顕微 ARPES(イ

3 次元のトポロジカル絶縁体は「強い」と「弱い」で区

タリア Elettra)、およびレーザーを用いたスピン分解別される。「強い」トポロジカル絶縁体は、過去十数年にARPES(物性研究所)を用いることで、「弱い」トポロジカ

わたり、理論と実験の両面から広く研究されてきた。「強ル絶縁体に由来する表面電子状態を ZrTe5 において初めてい」トポロジカル絶縁体では、すべての表面にスピン偏極

見出した[3]。さらに、バルクのバンドギャップを外部歪した 2 次元のディラックコーンが存在し、完全な後方散乱によって制御し、より安定な「弱い」トポロジカル絶縁体状は禁止される。しかし、180°方向以外の散乱は可能であ態や理想的なディラック半金属状態を実現した。ZrTe5 は指る。一方、「弱い」トポロジカル絶縁体では、側面にのみ向性の高いスピン流及び調整可能なバンドギャップを有する

トポロジカル表面状態が発現することが期待される。偶数

ことが分かり、デバイス応用する上での優れた物質である。

層では、隣り合う 2 つの層が互いに結合する結果トポロジ
カル的に自明な相となるため、文字通り「弱い」(あるいは強固ではない)と見なされてきた。しかし、表面電子の非局在化により、実際には強固であることが今では分かっている。「弱い」トポロジカル絶縁体では層間の結合が弱いため、一般的にはトポロジカル表面状態が擬 1 次元的な分散となり、180°方向以外の散乱も禁止されるため、散逸のないスピン流が形成できるものと期待される。このよ
うな利点にもかかわらず、理論的に提案される「弱い」トポロジカル絶縁体の候補物質は少ない。また、試料側面の測定は容易ではなく、実験的な実証が困難である。例外として、Bi4I4 では上面と側面の両方において自然劈開が可とが難しく、応用面で不利となる。数少ない候補物質の中で最もよく研究されてきたものが、ファンデルワールス層状構造からなる ZrTe5 である[2]。この物質は非常に高い
移動度を示すため、デバイス応用への期待も大きい。それにもかかわらず、ZrTe5 はそもそもトポロジカル絶縁体なのか、そうであるとしても「強い」か「弱い」かの分類が未だ実験的に決着していない。その最大の理由は、側面におけるバンド構造の観測がこれまで成功していないことにある。この研究のもう一つの難点は、ZrTe5 が複数のトポ

0.0

-0.1

-0.1

0.0

-0.2

0.1

-0.3
-0.2 -0.1 0.0 0.1

kb (1/Å)

ジカル表面状態を発現する側面のみを大面積で準備するこE – EF (eV)

能である [1]。しかし、このような結晶構造では、トポロ

0.2
-0.1

0.0

0.1

図 1 側面のナノ ARPES 測定。(a) 実験セットアップの模式図。
(b) ナノ ARPES による実空間での強度マップ。〜50μm の範囲
でのみ光電子強度が強くなっている。(c) 結晶構造を構成する鎖の方向に沿って観測したバンド分散。決定されたホール型の分散は、トポロジカル表面電子構造の一部を成す。(d) (c)の表面電子構造が形成するフェルミ面。赤と青の矢印でスピン構造を示す。

ロジカル相に近接しているため、その内の一つを理論的に同定しづらいことである。一方、この特徴は、物理的パラ
メータを微調整することで、バルクのトポロジーを制御できる魅力的な機能性を齎し得る。

13

物性研だより第 61 巻第 2 号

結果：「弱い」トポロジカル絶縁体を実証するためには、結晶の上面と側面の電子状態を共に調べる必要がある。ところ■■ ■■ ■ ■ ■

が、結晶の一般的な性質として、綺麗な結晶平坦面は特定側面の金属性が示された一方で、「弱い」トポロジカルの方位に限られ、その他の方位では凹凸の多い荒い結晶面

絶縁体状態が安定であるためには、上面における絶縁性がしか得られない。「弱い」トポロジカル絶縁体が理論的に高いことが要求される。上面からも同じく電子状態を詳細考案されて以降、その有力候補として ZrTe5 が提案され、に観測した結果、絶縁性の直接的な評価値となるバンド

それを実証する様々な実験が試みられてきた。ZrTe5 の上ギャップが 30meV 程度と比較的小さいことが分かった。

面では綺麗な結晶平坦面が得られ易いため、その表面におZrTe5 の絶縁性を高め、「弱い」トポロジカル絶縁体状態

ける電子状態は観察されていた。一方、スピン流が期待さをより安定させるために我々が考案した手法は、結晶に圧れる肝心の側面に対しては、荒い結晶表面しか得られず観力歪みを加えることである。実際に、ネジで締め付ける程察が困難であることから、その本質的な電子状態が研究で度の圧力印加で、バンドギャップを２倍以上も増大させらきずにいた。そこで本研究では、ナノサイズまで極限集光れることを明らかとした(図２)。我々の x 線散乱実験から、した放射光を用いた光電子分光(ナノ ARPES)により研究加えた歪みは結晶の大きさに対して 0.4%引き延ばした状を進めた。その結果、巨視的には凹凸の多い乱れた表面も、態にあることを確認した。一方、圧力印加で結晶を縮ませ局所的には平らで綺麗な面が微小ながらも点在することをることで逆にギャップを閉じ、ディラック半金属状態とな見出した(図１)。我々は、その微小な結晶平坦面にピンポることも実証することができた(図２)。理論計算からは、イントで光を照射し、外に飛び出す光電子のエネルギー、

ZrTe5 結晶を 0.3%まで縮めることでバンド反転が生じ、運動量、およびスピンの情報を得ることで、ZrTe5 が「弱「強い」トポロジカル絶縁体に変化させられることも推定い」トポロジカル絶縁体である証拠を掴んだ。

できる。これらの歪み値は十分に小さいため、ピエゾ素子に ZrTe5 結晶を貼り付けて伸張または圧縮により調整する
ことで、「弱い」トポロジカル絶縁体、ディラック半金属
状態、さらには「強い」トポロジカル絶縁体までものトポ
ロジカル相転移を生じさせ、スピン流の制御が可能になるものと期待できる。

今後の展望：「強い」トポロジカル絶縁体はこれまで多くの物質で発見されているのに対し、「弱い」トポロジカル絶縁体を実現した例はまだほんの数例しかない。特に ZrTe5 は「弱い」
トポロジカル絶縁体の概念が提唱されたのち最初期に提案された候補物質として最も有名な物質である。その性質を本研究で初めて解明し、ZrTe5 を巡る論争に終止符が打たれたことで、この物質を中心として、指向性に優れるスピン流が実現される「弱い」トポロジカル絶縁体を活用する

E – EF (eV)

応用研究が活発化されることが期待される。特に、ピエゾ素
0.10子で実現可能なほどに僅かな歪みでトポロジカル状態を制御0.05

して見せた本研究の結果は、理想的なスピン流を生成する新0.00

しい物質設計指針を示すと共に、その技術を用いたスピント-0.05

ロニクスデバイスの開発につながることが期待される。

-0.10-0.1 0.0 0.1 -0.1 0.0 0.1-0.1 0.0 0.1

参考文献:
図 2 結晶に歪みを加えつつ上面をレーザーARPES で測定した結果。(a) 実験セットアップの模式図。(b) ZrTe5 結晶に引っ張り歪み及び圧縮歪みを印加した際に予想されるトポロジカル相図。(c)ZrTe5 結晶に引っ張り歪み及び圧縮歪みを印加しつつ、上面から観察したバンド構造。

■■■■ ■■■[1] R. Noguchi et al., Nature, 566, 518 (2019).
[2] H. Weng, X. Dai & Z. Fang, Phys. Rev. X, 4, 011002(2014).
[3] P. Zhang et al., Nature Commun. 12, 406 (2021).

物性研だより第 61 巻第 2 号

14日本物理学会学生優秀発表賞を受賞してナノスケール物性研究部門 長谷川研究室

佐藤 優大2020 年 9 月に行われた日本物理学会 2020 年秋季大会

定から、局所的に形成されたコヒーレンス長より狭いテラ(オンライン)において、以下に述べる研究内容の講演を領スにおいて、隣接する幅広なテラスに比べ高い面直磁場で域 6(金属・低温)及び領域 9(表面・界面、結晶成長)で行も超伝導が壊れないことを見出しました(図 1)。この面直い、両領域での学生優秀発表賞を受賞いたしました。この

臨界磁場増大効果は、テラス幅が狭くなるほど強くなりま

場をお借りして、ご指導いただいた長谷川幸雄教授、土師す。この系では、ステップによりテラス間結合が強く分断

将裕助教、共同研究させていただいた物質・材料研究機構されるため、幅狭なテラスは一次元的なナノストライプ構の内橋隆博士、吉澤俊介博士をはじめとする本研究にご協造として振る舞い、面直磁場に対する軌道対破壊効果が抑力いただいたすべての方々に感謝申し上げます。

制されることを明らかにしました[3]。

受賞対象となった研究は「単原子層超伝導体におけるス
テップ誘起臨界磁場増大効果に関する研究」です。低温で電気抵抗がゼロになる超伝導現象は、外部磁場によってその超伝導性が破壊されます。いかに外部磁場に強い超伝導体を作るかは非常に大きな課題ですが、この点を克服する
一つの方法として、超伝導体を薄膜化することが挙げられます。超伝導体は、その厚さが超伝導現象を特徴づける長さであるコヒーレンス長よりも薄くなると、面内磁場に対して超伝導が壊れにくくなります。これは面直方向の電子の運動が制限され、超伝導を担うクーパー対の軌道対破壊が抑制されるためです。近年では、極限的に薄くした超伝導体として、半導体基板上に単原子層の Pb や In を付けた
金属単原子層超伝導体が注目されており[1]、面内磁場に

図 1: Pb-√3×√43 構造のゼロバイアスコンダクタンス(ZBC)分布図。オレンジ色の領域は渦糸で、幅狭なテラスでは渦糸が入らず超伝導ギャップが残っていることを示している（青色）。

対して強いことも既に報告されています。このことから、薄膜化と同様に、面内にも電子の運動を制限する構造があ次に、非常に幅狭な間隔でステップを持つ Si(111)微れば、面直磁場に対しても強い金属単原子層超伝導体がで

傾 斜 基 板 上 の Pb 単 原 子 層 の 一 つ で あ る Striped

きることが期待できます。これを実現するために、我々は金属単原子層に自然に形成されるステップ構造に着目しました。実際、Si(111)表面上の√7×√3- In 構造では、テラスに挟まれたステップが、テラス間の電子状態の結合を弱め、ジョセフソン接合として機能することが報告されています[2]。以下では、我々が見出したステップ誘起の臨界磁場増大効果を紹介します。
まず用いた系は Si(111)面上の√3×√43-Pb 構造です。
基板上の 1.23 ML の Pb からなる相で、√3 間隔と√7 間
隔の Pb 原子が周期的に配列した原子配置を有しています。

20 nm

走査トンネル顕微鏡(STM)による低温でのトンネル分光測定から、超伝導ギャップは 0.28 meV であることが判っています。この単原子層超伝導体での磁場下でのギャップ測15

物性研だより第 61 巻第 2 号

図 2: Si(111)微傾斜面上の Pb-SIC 構造の STM 像。SIC 構造
がステップ端を含むテラス全体に均一に形成される。

■■ ■■ ■ ■ ■

incommensurate (Pb-SIC)構造に着目しました。この相性が非常に容易であることから、ナノスケールで SIT を調も√3 間隔と√7 間隔の Pb 原子からなる系ですが、被覆べるのに適しています。今後はより詳細な研究により、ス

量は 1.33 ML、臨界温度 1.5 K(超伝導ギャップ 0.35 meV)

テップがもたらす超伝導の多彩な振る舞いについて明らかと√3×√43 構造とは若干異なっており、また、同表面のにしていく計画です。

ステップは、√3×√43 構造ほどには、テラス間の結合を遮断しないことが判っています。

[1] T. Zhang et al., Nature Physics 6, 104 (2010).
[2] S. Yoshizawa et al., Phys. Rev. Lett. 113, 247004

この系では、表面電気伝導測定と STM の 2 つの測定か
ら面直臨界磁場の増大を観測することができました。表面電気伝導測定では、微傾斜面上に形成された Pb-SIC 構造(2014).
[3] F. Oguro, Y. Sato et al., Phys. Rev. B 103, 085416(2021).

は平坦面上に形成された薄膜に比べて、超伝導転移温度
Tc が減少することが観測され、これはステップが超伝導体の乱れとして機能するとして説明されます。また、
STM 測定では、画像化された超伝導渦糸がステップ垂直方向に縮んでいることを明らかになりました。これは、ステップの導入により、コヒーレンス長のステップ垂直方向成分が実効的に短くなったことを意味しており、このことが面直磁場での臨界磁場増大の原因であることを実証することができました。

受賞で戴いた賞状との撮影写真

図 3: Si(111)微傾斜面上の Pb-SIC 構造の STM 像(左)と同じ領域で取得した ZBC 分布図(右)。ステップ方向に伸びた渦糸が観察されている。

本研究を通して、薄膜面内及び面直の全方向の磁場に対して超伝導特性が壊れにくい超伝導体の作製につながると期待されます。特に、Pb-√3×√43 構造のようなテラス
間結合を強く分断する系を、微傾斜基板上に形成することができれば、さらなる臨界磁場の増大が期待されます。また、半導体基板上の金属単原子層は二次元超伝導の研究の場としても興味深い系です。乱れや磁場により誘起される
超伝導絶縁体転移(superconductor-insulator transition;
SIT)や関連する量子金属相やボーズ絶縁層の出現は、二次元超伝導の主要な研究テーマであり、量子相転移の一つとして現在もさかんに研究されています。半導体基板上の金属単原子層超伝導相は、STM による局所的な超伝導測定が可能であり、乱れとして機能するステップ密度の制御■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

16理学系研究科研究奨励賞を受賞して理学系研究科物理学専攻 近藤研究室

田中 宏明

この度、理学系研究科研究奨励賞(修士課程)を受賞いた用単位格子とそれより小さくカゴメ面を反映しない基本単しました。この賞は、修士課程を修了した学生のうち、研位格子の違いに注目した議論が主な成果となっています。

究活動において特に顕著な業績を挙げた者に授与されるもARPES における運動量保存則といえば自明なもののようのです。受賞対象となった私の研究成果[1]、特に実験手ですが、一見当たり前のものも研究の対象になりうるとい法として用いた角度分解光電子分光について紹介していきうことを体感できました。
ARPES で用いる「主たる周期」は「基本的に」最小のます。
角 度 分 解 光 電 子 分 光 (angle-resolved photoemission

単位格子ですが、そうではない例も沢山あります。最近まspectroscopy, ARPES)は、光電効果を利用した電子状態で取り組んでいた研究[2]では、インターカレートした場

観測の手法です。固体結晶試料に仕事関数より高いエネル

合・AB 積層結晶の場合に ARPES スペクトルの周期が基ギーを持つ紫外光・X 線を入射することで電子を光電子に本単位格子と対応しないことを示し、その起源として波動励起し、エネルギーと運動量の保存則から固体結晶中の電関数の形状効果を議論しています。バンド分散が直接観測

子状態を明らかにします。…というように説明されるのでできると形容される ARPES ですが、そのスペクトルにはすが実際にはこんなに簡単ではありません。エネルギーの

まだまだ調べるべき事柄が残されています。博士課程では保存則は(固体結晶中でのエネルギー)+(励起光のエネル

こうしたテーマをより深く議論できることを目指していまギー)=(光電子のエネルギー)であり容易に理解できるのす。

ですが、運動量保存則はそうはいきません。(いわゆる)運最後になりましたが、修士課程の研究でお世話になった

動量 p は連続的な並進対称性に対応する保存量ですが、固共同研究者の皆さま、放射光施設のスタッフの皆さまに深体結晶にそのような対称性はありません。その代わりになく御礼申し上げます。今後ともどうぞよろしくお願いいた

るのは離散的な並進対称性と Bloch 波数ベクトル k(もしします。

くは結晶運動量ℏk)になります。
ARPES における運動量保存則というのはこの Bloch 波
数ベクトル k と光電子運動量の関係なのですが、これを数式として表すことはできないと私は理解しています。

[1] Hiroaki Tanaka et al., Phys. Rev. B 101, 161114 (R)(2020).
[2] Hiroaki Tanaka, Shota Okazaki et al., submitted.

Bloch 波数ベクトルに対応する離散並進対称性の選び方は任意性があり、選び方と関係なく一意に決まる光電子運動量と選び方に依存する Bloch 波数ベクトルに完全な対応関係を構築することはできません。この点を普遍的に説明することは(おそらく誰も)できておらず、私の研究における根本的な疑問として今も残っています。
ARPES における一般論としては、電子構造の「主たる周期」に対応する並進対称性をとると、結晶運動量ℏk と光電子運動量が対応すると考えられています。「主たる周期」としては基本的に最小の単位格子をとることが多く、この点に関し気を付けるべきは底心・体心・面心・菱面のようなセンタリングがあり慣用単位格子・基本単位格子が異なる場合です。カゴメ格子積層結晶 Fe3Sn2(空間群𝑅3ത𝑚)に関する私の研究[1]も、カゴメ格子面を反映した慣

17

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

第 15 回日本物理学会若手奨励賞を受賞して

元 量子物質研究グループ押川研究室（現 広島大学先進理工系科学研究科） 多田 靖啓
この度、第 15 回(2021 年)日本物理学会若手奨励賞(領です。[1,2,3] その中で特に、「理想的な状況から少しだけ域 6)を受賞する栄誉に恵まれました。共同研究者の押川設定をいじると、軌道角運動量は非常に大きく変化しうる」

正毅所員と押川研究室の博士課程学生(当時)だったということを示しました。つまり、素朴に期待される「バWenxing Nie さんをはじめとする、お世話になった方々

ルク物性としての軌道角運動量の robustness」は成り立に感謝申し上げたいと思います。

ちません。これは一見すると直感に反する結果のように思さて、今回の受賞対象となった研究は、「カイラル超流

われますが、学部レベルの教科書的な基本に立ち返って考動体のもつ自発的な軌道角運動量はいかほどの値か？」と察すると自然に導かれる結論です。もう少し詳しく述べるいう問題に関する理論的研究です。カイラル超流動体といと、カイラル超流動体の軌道角運動量に関しては、上述のうのは、フェルミオンが 2 つずつクルクルと相対的に回転

暗黙の仮定についての前提条件(外場中での熱力学極限のしながらペアを組んでいる状態ですので、系全体としてこ存在)が成立しない、ということがその根本的理由です。

の回転由来の軌道角運動量をもつだろうと期待できます。

論文で行った議論は非常に単純ですが、単純すぎるがゆえ

問題は、その軌道角運動量の大きさを明らかにせよ、といに意外と盲点で気が付くまでに随分と時間がかかってしまうものです。この問題は古くて新しい問題で、もともとはいました。

1970 年代の 3He におけるカイラル超流動状態の発見に関

それにもかかわらず研究を遂行することができたのは、連して始まったのですが、2000 年代以降にトポロジカル

自由に研究をさせてくれた物性研究所の懐の深さのおかげ

超伝導との関連においてリバイバルがありました。非常にだと感じています。また、この研究の途中で、頭脳循環とざっくり述べますと、1970 年代頃は、「フェルミオン対のいう研究プログラムの一環としてドレスデン(ドイツ)にあ

相対回転(公転)は、ボソン粒子の自転とみなせるか」といる Max Planck 研究所に長期滞在できたことは非常にありう点が重要な争点で、それぞれの視点に立脚した理論が乱がたい経験でした。改めて、物性研究所や科学研究費など

立し、議論が発散気味だったように感じます。2000 年以の研究環境に感謝を表したいと思います。そして、そのよ

降になると、BCS-BEC 量子相転移やエッジカレントというな環境への恩返しのためにも、今後とも微力ながら物理

う物理が広く認識されるようになり、理論的理解が大きく学の発展に貢献していきたいと考えています。

進展しました。例えば 2000 年～2010 年くらいに、トポロ
ジカル性を考慮した非常に明快な理論計算がいくつか報告
され、理論としてはほぼ収束したかのようにも思われまし[1] Yasuhiro Tada, Wenxing Nie, and Masaki Oshikawa,た。一方で、こういった美しい計算はしばしば理想的な状“Orbital Angular Momentum and Spectral Flow in況設定をしているので、そこから少し設定をいじった場合

Two Dimensional Chiral Superfluids”, Phys. Rev.

に、理論結果がどのように変更されうるのかについては注

Lett.114, 195301 (2015).

意が必要です。実際、一般に実験は理想的な状況とは異な[2] Yasuhiro Tada, “Non-thermodynamic nature of theる環境で行われるものであり、理論としてはそのズレにつorbital angular momentum in neutral fermionic

いても考慮することが求められます。ただし、普通のバル

superfluids”, Phys. Rev. B 97, 214523 (2018).

ク物性を議論するときにはこのズレの影響は小さいことが[3] 多田靖啓、「カイラル超流動体の軌道角運動量は何に多く、そこまで考慮しなくてもよいことがほとんどです。

よって決まるか？」、日本物理学会誌74, 93 (2019).

それゆえ、この「バルク物理量の robustness」は暗黙のうちに仮定されることが多いと思います。
今回の私の研究は、このあたりの微妙な問題を含めて、カイラル超流動体の軌道角運動量を理論的に議論したもの■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

18外国人客員所員を経験してShaoqiang Chen
East China Normal University
sqchen@ee.ecnu.edu.cn
Since I deeply respect ISSP, the Institute for Solid

perovskite based microcavities, I came back to ISSP, andState Physics, the University of Tokyo, as an excellent

started cooperation with Akiyama Lab with the supports

research institute in the world, it was my great honor toof ISSP visiting professorship. We have developed a low-

visit ISSP as a visiting professor from December 2020 totemperature liquid-phase growth method, and haveMay 2021. Affected by COVID-19 and by the resulted

fabricated various kinds of CsPbBr3 perovskite micro-

expiration of my visa, my visiting to ISSP was delayed

cavities, such as micro-hemispheres, microplates, micro-

two times. However, thanks to the great helps from Prof.

rods, and micro-cubes, on different substrates, with aAkiyama, Ms. Ishiguchi, and the other staffs of ISSP, I

size from several tens to 200 micrometers. A substrate

finally entered Japan in December 2020 successfully,

dependence of the perovskite microstructures with thisjust before the national announcement of entry

growth method has been observed. With the excitation of

restriction because of the serious situation of COVID-19.

a femtosecond laser beam from a Ti: sapphire ultrafast

How lucky I was at that time!

laser system, all the microcavities show lasing behaviors

In this visit to ISSP, I felt that I was coming back tounder elevated excitation densities, both Fabry-Perot

home: I had been working as a PD in ISSP for five years

mode and whispering-gallery mode have been observed

from 2009 to 2014, focusing on the researches of T-

in the lasing spectra of the microcavities. The higher

shaped quantum wires and solar cells. Everything is still

carrier density more that Mott density at lasing

familiar to me. Although it is very serious outside, I feelthreshold indicates the lasing behavior in thesesafe and calm as normal in ISSP. Thanks to the kind

perovskite microcavities should mainly be related to

guidance from Prof. Akiyama and the excellent facilities

electron-hole plasma rather than exciton.

of ISSP, I have learned a lot of important knowledges andWe measured the spectrally- and temporally-resolved

experimental skills, which are the solid foundations forlasing images of the microcavities with a streak camera,

my further researches.

and have observed two importance features of the lasing

In 2014, I joined East China Normal University infrom perovskite microcavities with increasing excitation

Shanghai as a professor, and started new researches onfluences, one is the redshift of the dominant lasing

opticalmicrostructures.

spectra to low energy side due to the band gap

with excellent optoelectronic

renormalization (BGR) effect, another one is theproperties, have shown remarkable progresses in both

blueshift of each lasing mode to higher energy side due

the field of solar cells and light emitting devices. For

to the reduction of the refractive index caused by the highsolar cells, conversion efficiencies more than 25% have

injection carrier density. The lasing dynamics is merged

been achieved, and for light emitting devices, perovskite-with the transient BGR effect and the transient change

based vertical cavity surface emitting lasers (VCSEL)of refractive index in perovskite microcavities.

properties

ofPerovskite materials

perovskite

and distributed feedback (DFB) lasers have been

We also fabricated CsPbBr3 perovskite nanocrystals

fabricated, and very fascinating single-mode lasing

with a ligand-assisted recrystallization method, andproperties have been demonstrated.

sandwiched the perovskite nanocrystals with two high-In order to study the detailed lasing mechanisms in19

物性研だより第 61 巻第 2 号

reflectivity distributed Bragg reflectors (DBRs) to form a■■ ■■ ■ ■ ■

VCSEL device, and single-mode lasing of the VCSEL has

these research results. The fruitful cooperation of thisbeen observed. With an excitation power over 2 times of

period will stimulate even more interesting results in thethe threshold, short pulses with a pulse width around 23

future.

ps have been obtained from the perovskite based VCSEL,

ISSP is already a high-level international researchdemonstrating a potential application in short pulse

institute, but the visiting professorship of ISSP promotes

generation of perovskite based VCSELs.

in-depth international cooperation and will make ISSPIn the 5 months stay in ISSP, I really enjoyed trying

even famous. I gained benefits very much from thisnew experiments, finding new phenomenon, andvisiting professorship, and I want to give my sincere

discussing new results with the members in Akiyama lab.

thanks to ISSP and all the members in Akiyama lab.

We have already published 6 cooperated papers about

Thank you very much!

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

20客員所員を経験して島根大学大学院自然科学研究科

本山 岳

令和 2 年 4 月から 1 年間、物性研究所で客員所員をさせる実験環境の議論を聞きます。我々の研究室でも上床研究て頂きました。ホスト研究室の上床美也教授、郷地順助教、室の環境を参考に遠隔操作による実験の検討を始めました。

秘書の長崎尚子さん、その他の関係者の皆様には大変お世

これまでは真空ポンプの音・デジタルマルチメータが表示

話になりました。上床研究室には、松林和幸(現：電通大)

している値など現場にいて感じ取ることの出来る空気感を准教授が助教をされていた頃から毎年お世話になっていま大事にするように教育していたので、コンピュータに頼るす。特に私が島根大学に赴任直後の研究設備が整っていなのは最小限にしていました。しかし、これからの学生さん

かった時期に、毎度訪れるたびに実験のサポートから有益

はオンラインで発表する能力が必要とされるのと同様に、な議論まで多くの支援を頂きました。厚くお礼申し上げまオンラインで実験を行いその空気感を読み取ること・オンす。

ラインの実験環境を構築することが必要な能力とされる時

私はこの 1 年間上床研究室で、18T/20T(4.2K/2.2K)超世になったのだと考えを改めました。

伝導マグネット付き希釈冷凍機を利用して圧力下点接合分

上記は末端の些細な一例で、困難に直面した時には様々

光実験に取り組みました。本課題は、重い電子系化合物のに解決策を提示してくださいました。常に新しい技術を試物質探索とともに私が注力している課題で、物性研共同利験し、その結果を惜しみなく教授してくださる上床先生を用研究でも度々申請してきました。点接合分光法は、トン

はじめ物性研の皆様に非常に感謝しております。私自身希ネル分光法と類似しているものの有限の接合があるために

釈冷凍機の改良をしてきましたが、新しい技術の開発には界面での特異な伝導を観測できる利点と、一方で接合界面

労力と時間が必要で、成果が伴わない場合が多々あります。

での伝導の影響により対象物質毎の点接合の作成条件の評

このような開発が評価され、また、共同利用研究などで新価が難しいことが特徴となっています。近年の取り組みにしい挑戦の機会を私どもに与えて下さる物性研究所のこのよって、Sn, Pb, Nb のような単金属超伝導体において圧力ようなシステムに深く感謝いたします。今後もどうぞよろ下で実行可能となってきました。適応範囲を磁場中かつ対

しくお願いいたします。

象物質を重い電子系化合物へと拡げるために、客員所員の期間を利用して、CeCoIn5 において高磁場で空間変調する
超伝導状態が実現する FFLO 状態の観測に挑戦しました。
FFLO 相内でスペクトルが磁場に敏感に変化することを期待して取り組みましたが、残念ながら期間内に FFLO
状態の観測には至りませんでした。今回、点接合分光測定を試みた点接合のセッティングの様子を図に示します。今年度、不幸にもコロナ禍となり物性研への訪問が困難になってしまい、緊急事態宣言が解除された年度末に 2 泊 3
日で 1 回のみの挑戦となってしまいました。島根県では感染者が少なかったため、コロナウィルスに対する緊張感は
いつまでも継続し、帰県後に 1 週間の自宅待機の必要性もあり、結果、島根県の感染拡大の防止には貢献できたものの、点接合分光測定に関しては今後も引き続き挑戦していくこととなりました。
一方でこのような状況では、実験環境も大きく変化していきます。様々なところでアフター(ウィズ)コロナにおけ21

物性研だより第 61 巻第 2 号

点接合分光測定の圧力セル内部の様子■■ ■■ ■ ■ ■

客員所員を経験して群馬大学

樋山 みやび2020 年度の１年間、客員所員として、受け入れ先の秋山では、半年ほど県外への移動が規制されていたため、10英文教授ならびに秋山研究室のみなさんには大変お世話に月からやっと物性研で実験を開始することができました。

なりました。私は、2013 年から 2017 年まで、4 年ほど特物性研からの支援により、群馬大の学生たちは比較的長期任研究員として秋山研究室で過ごさせていただきました。

にわたり秋山研で実験することができ、群馬大で合成した

この期間に、機能物性研究グループの杉野修教授、当時杉ケージド化合物の光解離実験や、ホタル生物発光の基質類

野研にいた野口助教(現静岡大准教授)、極限コヒーレント

似体を使った生物発光実験を進めることができました。ま

光科学研究センターの原田慈久教授と共同研究を進めるこ

た、物性研のスパコン利用に関して、大型計算機室のスとができました。

タッフからのサポートを直接受けることができ、非常に助かりました。

秋山研では、ホタル生物発光の基質であるルシフェリンと、発光体であるオキシルシフェリンの電子励起状態を解明す

客員所員の研究期間はあっという間に終わってしまいまし

るため、量子化学計算により吸収・蛍光スペクトルの解析たが、今後、物性研共同利用を申請して、共同研究を発展を行ってきました。ホタル生物発光は pH や温度で発光色させていきたいと考えています。最後になりますが、秋山が変化します。この発光色を決定しているのはオキシルシ

教授、杉野教授、秋山研のみなさん、大型計算機室スタッフェリンであることは知られていますが、オキシルシフェ

フのみなさんに改めて感謝したいと思います。

リンにはケト型、エノール型、エノレート型が存在し、どの構造が発光色に関与しているか不明です。そのため、pH や温度で発光色が変化する理由を説明できるほど、発光メカニズムは解明されていません。

秋山研にて計算を進めて行くうちに、量子化学計算だけでは溶媒効果の扱いが難しいことがわかってきました。ちょうどその頃、野口助教との共同研究が始まり、溶媒の水分子を露わに取り入れたオキシルシフェリン水溶液の大規模
分子動力学計算を行うことにより、「基底状態ではエノール型が安定になる」という結果が得られました。このとき得られた構造を用いて、オキシルシフェリン吸収スペクト
ル計算を行ったところ、実験吸収スペクトルをよく再現する結果となりました。野口助教との共同研究はさらに発展し、ケト型・エノール型・エノレート型それぞれに配位する水分子の様子が基底状態の場合と異なることから、「励起状態ではオキシルシフェリンのケト型が最も安定」という結果が得られています。

群馬大に移ってからは、物性研共同利用に申請することで、学生たちとともに秋山研での生物発光実験と物性研スパコンを利用した理論計算を行ってきました。今回の客員期間■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

22客員所員を経験して北海道大学大学院理学研究院

井原 慶彦

2020 年度の一年間、小濱芳允所員にホストをしていた

うな精密制御が求められます。この問題を克服するため、だき客員准教授としてお世話になりました。コロナ禍とい世界的にはマグネットを巨大化し、磁場発生時間を長くすう未曽有の事態に見舞われ、来所がままならない状況の中、ることで時間変動を抑え、共鳴を見つけやすくするというオンラインでの研究打ち合わせ、およびオンライン飲み会

アプローチが取られています。一方で、小濱研究室で開発

で小濱研究室メンバーの皆さんとは楽しく議論させていたされているフラットトップパルス磁場は磁場波形を能動的だきました。また、北大の所属研究室におけるパルス磁場に制御し、マグネットサイズはそのままで磁場の時間変動

環境の拡充のため金道先生には大変お世話になりました。

を抑え込むことができます。針のたとえでいうと、糸を通厚くお礼申し上げます。

す穴が大きな針が登場したと言えます。これにより測定難2019 年度末に客員准教授として「磁場誘起量子凝縮相の微視的電子状態解明」をテーマとした研究を推進できる

易度は大きく低下し、パルス磁場中 NMR 測定開発が一気に実用化レベルまで進展しました。

ことが決まったころは、まさか世界がこれほどまでに一変2020 年度の当初計画では、物性測定が行えるレベルましてしまうとは想像もしていませんでした。物性研へ滞在で仕上がってきた装置を利用し、強磁場中で興味深い量子

しパルス磁場中 NMR 測定に没頭できる日々への期待は儚状態を示す量子スピン系、マルチフェロイック系、そしてく消え去り、最初の緊急事態宣言が発令される直前の希土類化合物などに対してパルス磁場領域でのミクロな電2020 年 3 月に訪問したのを最後に、物性研での出張実験

子状態を明らかにしていく予定でした。また、希土類系なはおろか、所属研究室における研究活動も大きく制限されどの伝導体や核スピン緩和時間の長い試料の測定に必要とる試練の年となってしまいました。自宅での研究を余儀ななるロングパルスマグネットでの NMR 装置開発も進めた

くされた結果、自然と手はデータ整理および論文執筆へといと考えていました。物性研での長期滞在が難しくなった

向かい、これまで取りためていた実験結果をまとめる時間

ことで、ロングパルスマグネットを利用した測定はできまが長くなりました。そんな中で、オンライン会議システム

せんでしたが、代わりに北大に導入したミニパルスで 20を利用し、小濱先生および研究室メンバーと有益な議論がテスラを超える磁場領域までの測定ができるようになり、できたことは、私にとっての大きなモチベーションとなっこれを用いてマルチフェロイック系における磁場誘起磁気ていました。

構造変化を捉えること成功したことはこのプロジェクトで本来、この誌面では客員所員として物性研に滞在し、達達成できた一つの成果と言えます。この系では、つい最近成した成果の一端をご紹介できればよかったのですが、今物性研において 30 テスラまでの測定も実現し、第二の磁回はそれが叶わないため、代わりに私たちの研究と、客員

気構造変化が存在することも明らかになってきています。

所員として実施しようとしていた計画を紹介させていただ

世界的に困難な一年間ではありましたが、その中でも前きます。私たちは、ここ数年で装置開発を進めてきたパルに進むことができたのは小濱先生、金道先生らとの共同研

ス磁場中 NMR 測定を使って、非常に強い磁場中で実現す究が後押ししてくれていたからだと思います。大手を振っる興味深い量子状態の観測を目指しています。原子核スピて出張実験ができるようになった暁には、またお世話になンをミクロな測定プローブとして、原子核を取り巻く電子

りたいと考えております。今後ともどうぞよろしくお願い

スピンからの影響を観測する NMR 測定は、強い磁場によいたします。

り核磁化の分極を大きくすることで測定感度が向上するため、一般的には強磁場との相性がとても良い測定手法であると言えます。しかし、パルス磁場となると事情は全く異なり、高速で時間変動する磁場に対しピンポイントで共鳴条件を満たすラジオ波を照射するという、針に糸を通すよ23

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

客員所員を経験して早稲田大学先進理工学部

高山 あかり「対称性の破れた原子層構造における新奇物性解明の研フェテリアのコーヒーで一息ついたり…。何よりずっと究」を研究テーマに、2020 年度の物性研客員所員として実験していられるという空間が最高です。また、柏キャン

採用いただきました。採用通知をいただいた時点ではでき

パスでは共同研究者をはじめ、顔馴染みの学生さんまで、

るだけ柏キャンパスに常駐して実験しようと意気込んでいたくさんの方々に声がけしていただきました。この数年はたのですが、残念ながら新型コロナウイルスによる緊急事

学生教育がメインになって自分で直接実験することが少な

態宣言の発令等で訪問制限がかかり、実際に訪問できたのくなってきていますが、物性研で生き生きと研究しているは 9 月になってからでした。2020 年度以前にも物性研共皆さんと交流すると、私も実験頑張ろう！という意識が強同利用で年に何度か物性研訪問を訪問する機会があったのくなります。特にコロナ禍で実験が進まない時期でもあっですが、結果的に 2020 年度の訪問期間が過去一番短くたので、この時期に採用していただいたのは自身を奮い立なってしまったのが心残りです。

たせる上でも有り難い研究環境でした。

このような状況ではありましたが、受入先の小森文夫先期間中、受入所員の小森文夫教授をはじめ、松田巌教授、生の下、走査トンネル電子顕微鏡(STM)による単原子層ホ

飯盛拓嗣氏、栁澤啓史氏には大変お世話になりました。私ウ素シート「ボロフェン」の成長条件の決定を目標に研究のみならず一緒に訪問した学生へも丁寧に指導して下さり、を行いました。本研究テーマは物性研の松田巌先生との共大変感謝しております。客員所員の任期中はコロナ禍の制同研究である「陽子と光子を用いた電子ビーム協奏利用に限もあり、あまり貢献できませんでしたが、物性研で実験よるディラック電子系ボロフェンの研究(基盤研究 B)」のしたい研究テーマがまだまだありますので、引き続き共同一環であり、ホウ素がハニカム格子を組んだボロフェンに利用に申請したいと思います。

ついて、基板上での成長条件を明らかにすることで構造解
析およびバンド構造の詳細な理解につなげることを目的としています。小森研には、融点の高いホウ素を蒸発させ、基板に原子 1 層分を蒸着し、表面観察を行うという実験に適した装置があり、目的に沿って実験することができました。実際の実験は、基板となる Ag(111)単結晶を清浄化してホウ素を蒸着して STM 観察する、ということを朝から晩まで 2〜3 ヶ月ひたすら繰り返す、というなかなかハードな内容だったのですが、修士 2 年の学生が主体的に頑張って取り組んでくれました。今回の実験の結果、基板に対するボロフェンの成長方位は基板のテラスサイズに影響することを見出し、実験をした学生の修士論文となりました(ちなみに、この学生はこの春から物性研松田巌研究室で博士課程に進学しました。客員所員となったことが少しは縁になったのかなと思っています)。
研究以外の話になりますが、柏キャンパスは非常に居心地が良く大変気に入っています。柏の葉キャンパス駅から
柏キャンパスまでがちょうど良い散歩コースだったり(何度か終電ギリギリで駅まで走りましたが)、秋晴れの空がきれいに広がっていたり、ランチにお寿司を食べたり、カ■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

24客員所員を経験して東京工業大学 理学院 物理学系

田中 秀数2020 年度に中性子科学研究施設の益田隆嗣所員を受け心軸になるように直径 4 mm、長さ 10 mm の円柱状に成入れ教員として、1 年間客員所員を務めました。益田研究

形し、上床所員の考案した圧力セルに入れて加圧し、J-室とはこれまで基底一重項磁性体 CsFeCl3 の圧力誘起秩序

PARC 物質・生命科学実験施設に設置された高分解能

相 で の 位 相 モ ー ド (Nambu-Goldstone モ ー ド ) と 振 幅

チョッパー分光器 HRC を用いて実験を行いました。このモード(Higgs モード)のハイブリッドモードの観測など、とき、益田所員の他、助教の浅井晋一郎さんと博士課程の圧力誘起量子相転移とそれに伴う新奇な磁気励起の共同研

菊地帆高さんには実験のセットアップで大変お世話になり究を行ってきました。その縁で益田所員より客員所員のおました。菊地さんが実に手際よく加圧装置を扱い、丁度臨話を頂きました。2020 年度は本務先の東工大で物理学系

界圧力になるように加圧してくれたのには感心しました。

長(東大での専攻長に該当)が決まっており、忙しい一年にこのときの実験では臨界圧力の他に比較のために常圧でのなることが予想されましたので、お引き受けすべきか否か

励起スペクトルを測定しました。圧力セルに入れるためにを考えましたが、定年まで残された期間が少なかったので、試料サイズを小さくしなければなりませんでしたが、明瞭

このような時こそ時間を見つけて集中的に研究に取り組もな励起スペクトルが観測され、安堵致しました。次のスうと思い、お引き受けすることに致しました。ここ 5 年間

テップは圧力を臨界圧力以上にして Higgs モードを含む磁ほどスピン 1/2 の三角格子反強磁性体などのフラストレー

気励起の分散関係の全容を観測することです。この実験はションの強い量子スピン系の磁気励起を中性子散乱で調べ、本原稿の締め切り 6 月 11 日の翌週に予定されています。

スピノン励起の存在を強く示唆する結果が得られていまし

客員所員在任中には国際超強磁場科学研究施設の金道研たので、この研究を更に深めることを研究テーマと致しま

究 室 と 共 同 で 、 ス ピ ン 1/2 の 三 角 格 子 反 強 磁 性 体した。

Ba3CoSb2O9 の磁場中量子相転移を磁化測定で詳しく調べ

せっかく 1 年間物性研で客員所員を務めるので、この間る実験にも取り組みました。この実験は主にリモートで行に新物質を開拓し、その物質の磁気励起を測定したいと考いました。こちらで試料ホルダーに試料を詰め、金道研のえ、緊急事態宣言下の 2020 年 4 月から半年間、ハロゲン技術専門職員の松尾晶さんに送って測定してもらいました。

化合物のフラストレート量子スピン系の物質開拓を行いま

この実験は磁場の方向を三角格子面から変化させ、量子相した。この年はコロナ禍のために本務先で物理学系長とし転移の磁場角度相図を求めることを目的に行いました。

て対応しなければならないことが多く、緊急事態宣言下で様々な角度を持った石英試料ステージを松尾さんに用意しも殆ど毎日出勤しておりました。また、授業がオンラインてもらい、その上に単結晶 1 個を載せて測定しました。単となり、その準備にかなり時間が取られましたが、物質作結晶が 1 個の場合には複数個の場合に比べて結晶方位のバ

成は四六時中実験室に詰めなければならないことはありま

ラツキがなくなるために、相転移での磁化の異常が鋭くなせんので、空き時間を有効活用して新物質開拓に勤しみまります。また強磁場の測定技術は日進月歩で、小さな試料した。ある結晶構造を参考に元素を変え、合成法を変えてでも十分な感度で磁化を測定することができました。この

色々と試しましたが、残念ながら求めるフラストレート量

為に、以前の測定では検出できなかった新たな量子相転移

子スピン系の新物質はできませんでした。それで益田所員を幾つか捉えることができました。

とも相談をし、基底状態がシングレットのスピンダイマー

客員所員在任中の 1 年間はコロナ禍のために、物性研に系 KCuCl3 の圧力誘起量子相転移を中性子散乱で研究する

出向くことは殆どありませんでしたが、益田研究室や金道ことに致しました。KCuCl3 は固体で最初に Higgs モード

研究室の皆さんのご好意とご協力で気持ちよく楽しく研究が確認された TlCuCl3 の姉妹物質で、量子相転移の臨界圧を行うことができました。改めてお礼を申し上げます。

力は 0.82 GPa です。2021 年 2 月に 1 週間のビームタイ
ムを頂き、中性子散乱実験を行いました。結晶を b 軸が中25

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

客員所員を経験して物質・材料研究機構

今中 康貴

コロナの嵐が吹き荒ぶ昨年度、物性研究所の客員所員を経験するという貴重な機会を得ることができました。まさかこのような 1 年になるとは当初予想しておりませんでし
たが、おおよそ四半世紀ほど前に六本木キャンパスで心血注いで行っていた一巻きコイル法によるサイクロトロン共鳴の測定を、当時三浦登先生の助手をされていた松田康弘
先生と共に再び行うというのは、ある種感慨深いものもありました。
右の写真は私が学生の頃の六本木の C 棟の横型一巻きコ
イル装置の前でとった写真です。当時は最高磁場 150T での半導体のサイクロトロン共鳴や磁気分光、磁性体の磁化

自然の流れだったのかもしれません。

測定、電子スピン共鳴、ファラデー回転などの計測が非常

しかしながら近年、これまで研究しつくされたはずの狭に高度に整備され、国内外の研究者の多様な研究に供されギャップ半導体や半金属試料において、トポロジカル絶縁ており、世界でも唯一物理の議論に絶えうるメガガウス領体やグラフェンのような従来にも増して興味深い物質が発域での様々な成果がこの一巻きコイル超強磁場発生システ

見されるに至り、遠赤外光を使って非接触に輸送的情報がムによりもたらされていました。

得られるサイクロトロン共鳴の測定が非常に有効ではない

今思えば三浦先生のおかげで、世界中の強磁場物性研究のトップランナーたちと一緒に実験する機会にも恵まれまかという内容で提案させていただき、今回客員所員としての活動をさせていただくことになりました。

して(当時は入れ替わり立ち替わりよく来るなと思ってい

春先はいきなりコロナによる日常事態宣言があったことましたが。。。)、破壊型特有のショット後のなんとも言えからも、実際にはなかなか柏の葉には出向けずにおりまし

ない焦げた匂いとともに顔も手も真っ黒にしながら実験をたが、少し状況が落ち着いてきた秋口よりまとまったマシ

していたことを懐かしく思い出す次第です。

ンタイムを何回か取っていただき、遠赤外レーザーの調整

一巻きコイル装置においては、柏の葉キャンパスに移っや様々な関連装置の立ち上げのための調査などから始め、てから縦型も追加され、横型のヘリウムフロー型クライオ

当時の記憶を部分的にたどりながら松田先生やポスドクのスタットでは難しい 4K 以下の測定や 200T 近い測定が安Yang 君との協力のもと、最終的には当初の予定通りにサ

定的に可能となるなど、六本木時代では叶わなかった測定

イクロトロン共鳴の実験をいくつかの試料について進めるが可能となったことは大変大きな発展と思います。

ことができました。

逆に時代の流れであまり行われなくなった測定もあり、いくつか測定を行った試料の中にビスマスがありますが、その一つが今回取り組みましたサイクロトロン共鳴というビスマスは六本木時代に強磁場で重点的に研究され、強磁測定かもしれません。100T 領域での共鳴を観測するため、場中での半金属-半導体転移など非常に興味深い成果が得いわゆる遠赤外領域のレーザーラインが必要となりますが、られた物質でもあります。近年では ARPES による表面状

発振強度が大きいラインが少ないことや、遠赤外光をミ態の研究も進んでいましたが、サイクロトロン共鳴についラー系で一巻きコイルの中に設置されたフロー型クライオては、半金属の高いプラズマ周波数のため、バルク試料でスタットの中にあるわずか 1.5mmΦ 程度の試料に集光し、は限定的な測定が行われていました。

さらに反対側の検出器まで導くことなど、非常に難しいア

今回東京大学理学部の長谷川研から提供していただいた

ライメントが求められることもあり、人の移り変わりや薄膜試料を使うことで透過型のサイクロトロン共鳴測定がテーマの変遷に伴い、実験の機会が減ってしまったことは可能となり、一巻きコイル法で測定を行ったところ、非常■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

26

に複雑なサイクロトロン共鳴とその膜厚依存に関する興味深いデータを初めて得ることができました。
特に試料膜厚による急激な共鳴吸収強度の変化はキャリ
ア濃度の変化と直接関係し、フェルミエネルギーと電子や正孔バンドとの相対的なエネルギー位置の変化によるものと考えられ、現在、薄膜試料における膜厚による金属絶縁体転移の可能性について検討しているところです。
今回久しぶりに行わせていただいた超強磁場サイクロト
ロン共鳴測定ですが、ある意味非常に強力なオンリーワン
ツールともなりますので、このままで立ち止まることなく、是非ともさらなる発展を、特に若い強磁場研究者に目指していただければと個人的には思っております。
最後に今回の客員所員の活動を受け入れていただいた
松田康弘先生、ハードな実験を毎回お手伝いいただいた
Yang Zhuo 君、強磁場関係者の皆様に感謝いたしまして、
私の客員所員の体験談を終わらせていただきたいと思います。ありがとうございました。

27

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

ISSP ワークショップ「物性科学におけるデータ科学の今と未来」

物質設計評価施設

川島 直輝

開催期日：2021 年 2 月 22 日（月）、24 日（水）場

所：ZOOM 開催

URL： https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/seminar/all2.html?ptype=seminar&pid=12422
世話人名：川島 直輝（東大物性研）、尾崎 泰助（東大物性研）、杉野 修（東大物性研）、野口 博司（東大物性研）、
福島 鉄也（東大物性研）、井戸 康太（東大物性研）、福田 将大（東大物性研）、吉見 一慶（東大物性研）、
田村 亮 (東大新領域、物質・材料研究機構)

近年、物質科学の課題解決へのアプローチとして、理論科

た。研究発表をいくつか挙げると杉野(物性研)は物性研究

学、実験科学、計算科学に加え、データ科学が活用されての基礎的な側面における機械学習の応用、とくに、きている。データ科学を活用することで、新しいシミュ

Kohn-Sham交換相関ポテンシャルの計算について、尾崎、

レーション方法の構築、データの高精度化、物質探索の加福島(物性研)、知京(物材機構)はハイスループット計算や速などの応用研究が進められている。その一方で、基礎とそれに基づく物性データベースの構築について述べた。機

なるデータを今後どのように管理し、再活用していくかと械学習の実験データ解析への応用に関連して、寺山(横浜いう点も重要になりつつある。本ワークショップは、デー

市立大)はタンパク質分子の3次元構造推定、井上(物性タ活用に関連してアプリケーション開発やデータリポジト研)はアミノ酸配列からの機能予測について議論した。

リ立ち上げなどを行っている吉見(物質設計評価施設)が中

データリポジトリやデータベース構築に関連して、桂(物心となって企画し、物性・生命化学系のデータ科学手法を材機構)が既存の文献からのデータベース構築とその応用用いた最先端の応用事例および、データの利活用という観について、田浦(東大情基セ)がmdxプロジェクトの現状点からデータベース構築及びその保持、連携に関する取りについて報告した。また、小林(物性研)はデータの蓄積と組みに関して意見交換を行った。さらに、これらの事例を機械学習に基づくレーザー加工技術について、三宅(産総もとに、パネルディスカッションを行い、データを切り口研)がデータ同化による計算データと実験データの統合的に今後どのようなフレームワークが構成され、また今後の利用の試みについて磁石材料の事例を紹介した。これらの応用研究へと発展していくかについての議論した。初日は研究発表や報告に基づいて、パネルディスカッションでは、

物性・生命化学系の分野における機械学習の応用研究を中

データの組織的取り扱いや今後の応用の展望について、小心とし、2日目はデータリポジトリ・データベース関連に林(物性研)、田村(東大新領域、物材機構)、桂(物材機構)、

関する最先端の取り組みに関連した話題を中心として講庄司(トヨタ)がパネリスト、吉見(物性研)がモデレータと演・議論をお願いした。全体で209件の参加登録があり、なって、意見交換を行った。

実際の参加は瞬間最大値が初日が150、2日目が120であっ■プログラム● 2 月 22 日（月）座長 川島 直輝
13:00～13:05

森 初果（東京大学 物性研究所） はじめに

13:05～13:50

常行 真司（東京大学大学院理学系 研究科）
マテリアルズインフォマティクスの近況について

座長 杉野 修14:00～14:30

土師 将裕（東京大学 物性研究所）
圧縮センシングによる走査トンネル顕微鏡の高精度測定■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

28

14:30～15:00

木村 隆志（東京大学 物性研究所）
機械学習を利用したコヒーレント回折イメージング高度化の試み

15:00～15:30

田村 亮（東京大学大学院新領域創成科学研究科, 物質・材料研究機構）
ベイズ最適化と材料・物性研究への応用

座長 井戸 康太
15:45～16:15

尾崎 泰助（東京大学 物性研究所）
網羅計算による結晶構造探査

16:15～16:45

杉野 修 (東京大学 物性研究所)
粒子密度の機械学習と密度汎関数理論

座長 野口 博司
17:00～17:30

寺山 慧 (横浜市立大学)
クライオ EM 密度マップからの生体分子ダイナミクス情報推定-データベース・シミュレーション・
機械学習の融合-

17:30～18:00

井上 圭一 (東京大学 物性研究所)
タンパク質のボトムアップ機能向上への機械学習法の応用

座長 福田 将大
18:00～19:00

ポスター発表● 2 月 24 日（水）座長 田村 亮10:00～10:30

桂 ゆかり（物質・材料研究機構）
Starrydata: 論文中のグラフから集めた材料実験データのデータベース

10:30～11:00

徐 一斌 （物質・材料研究機構）
ビッグデータ時代の材料データベース

11:00～11:30

田浦 健次朗（東京大学 情報基盤センター）
mdx: データ科学・データ駆動科学のための大学の情報基盤とコミュニティ創成を目指して

座長 古宇田 光
11:30～11:50

小川 浩司（文部科学省）
マテリアル DX プラットフォーム構想実現のための取り組み

座長 福島 鉄也
13:00～13:30

小林 洋平（東京大学 物性研究所）
レーザー加工の学理探索におけるデータ科学

13:30～14:00

三宅 隆（産業技術総合研究所）
データ駆動手法による遷移金属合金の探索と理解

14:00～14:30

知京 豊裕（物質・材料研究機構）
データ駆動型材料研究の潮流と自律的材料探索の可能性

座長 尾崎 泰助
14:45～15:15

福島 鉄也（東京大学 物性研究所）
高速・高精度の第一原理計算を用いたハイスループットスクリーニング手法の開発~不規則系物質への応用~

15:15～15:45

庄司 哲也（トヨタ自動車株式会社）
物質材料の研究開発の DX とデータ利活用の現状と課題

29

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

座長 吉見 一慶
16:00～17:00

パネルディスカッション ~データの扱い方・質の確保に向けて~
小林 洋平（東京大学 物性研究所）
田村 亮（東京大学大学院新領域創成科学研究科, 物質・材料研究機構）
桂 ゆかり（物質・材料研究機構）
庄司 哲也（トヨタ自動車株式会社）

17:00～17:05

川島 直輝（東京大学 物性研究所）
終わりに■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

30

ISSP ワークショップ【日時】 2021 年 3 月 22 日（月） 21:00-24:00
2021 年 3 月 23 日（火） 21:00-24:00
2021 年 3 月 24 日（水） 21:00-24:00
2021 年 3 月 25 日（木） 21:00-24:00
2021 年 3 月 26 日（金） 21:00-24:00【会場】 Zoom による研究会形式【世話人】小濱芳允(物性研)、Marcelo Jaime (Los Alamos National Laboratory)、Frédéric Mila (École PolytechniqueFédérale de Lausanne)【URL】 https://ykohama.issp.u-tokyo.ac.jp/qmec2020/index.html

超高圧、強磁場、超低温などの極限環境下では、物質はもう一つの本研究会の特徴は日本時間で 21:00～24:00

特殊な状態を示す。歴史的には超低温における超流動や超という深夜開催のスケジュールが挙げられる。このスケ伝導現象、超高圧における絶縁体―金属(超伝導)転移、強ジュールはヨーロッパ、アメリカ、アジアという 3 つの地

磁場での量子ホール効果など多種多様な現象が知られてい域から等しく参加者を募るために設定した。本会議の登録る。近年でも、100 GPa 以上の超高圧領域で水素化物の室者は 438 人となったが、ここで日本からの参加者は全体の温超伝導が実現されたように、極限環境を取り巻く技術発

3 割程度の 100 名ほどであり、ヨーロッパおよびアメリカ

展と呼応して、新奇現象が発見され、物性物理コミュニからの参加者が大変多い会議となった。参加費を徴収しなティに話題を提供し続けている。

かったためか、学生や若手研究者のみならず、 Natue
Physics 誌のシニアエディターなど、様々な大学・企業か本研究会はそのような極限環境下での物性物理について

ら参加があり、最近のトピックスについて活発な議論が進の国際会議であり、特に量子ス ピン系の最近の話題にんだ。このような多種多様の参加者が集う国際会議で、森フォーカスを絞った。量子スピン系では、RuCl3 の量子ス

所長のオープニングトーク、5 名の物性研所属者による招ピン液体や、SrCu2(BO3)2 のプラケット状態やスピンネマ

待講演、そして瀧川元所員の引退についての報告も兼ねた

テック相など、極限環境下での新しいトピックスが近年報

クロージングトークがあった。これらは、物性研究所の国

告されており、活発な議論が期待できた。しかし COVID-

際的な物性コミュニティにおける存在感や発信力の向上に

19 の拡大のため、多くの国際会議がキャンセルされてお繋がると考えられる。Zoom による参加人数の集計では、

り 、 例 え ば 強 磁 場 物 性 の 国 際 会 議 で あ る The

320 人(月)、234 人(火)、221 人(水)、179 人(木)、151

International Conference on Research in High Magnetic

人(金)の参加者が確認され、5 日間の延べ参加人数はFields (RHMF)は 2020 年度の開催が見送られていた。こ1105 人となった。25 名の招待講演者の中で 4 名の女性研のような状況を踏まえて本研究会では、2020 年 9 月の開究者が発表したこと、12 名のアジアの研究者、8 名のヨー

催を見送ったものの、素早く 2020 年度内でのオンライン

ロッパの研究者、5 名のアメリカの研究者が発表したこと

開催を決め、世界の研究者が最新の研究成果について議論も記述しておく。また参加が難しかった研究者も後々見返する場を提供した。そもそも物性研は 2018 年に達成されすことができるように、一部の発表スライドは、国際会議

た 1200 テスラの超強磁場発生や、物質設計評価施設におのホームページにアップロードした。

ける多重極限環境など、世界に誇る極限環境を発生できる施設である。極限環境についての本国際会議を主催するに本研究会を終えて、オンライン形式の国際会議の有効性

相応しい研究所であり、この開催を通じて更なる国際ネッ

を 確 認 で き た 。 し か し な が ら 同 時 に 、 Excursion 、

トワークの構築も進められた。

Banquet、Poster Session、集合写真撮影など、大規模なオンライン会議では開催が難しいイベントの不足を痛感す

31

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

ることになった。このようなイベントを途中で挟めなかっ特筆すべき事項と思われる。これが実現すれば、本会議はたことが、参加者の息切れを誘うことになり、日を追うご

記念すべき第 1 回目であり、これは第 2、第 3 と続きうるとに参加者の減少が見られる原因となった。
（1200 人程度

本会議で、将来的にも物性研の影響力が保たれることを意の参加人数を途中で見積もったが、結果的に 1105 人とや味している。そういった意味でも、本会議を物性研主催でや下回った。）参加者の顔ぶれを確認すると、学会の初日行ったことは、大変有意義であった。

は若手が非常に多く、一方シニア研究者は最終日まで参加する傾向があった。本研究会は 25 名の招待講演者で構成【謝辞】されており、全て質の高い発表であったため、研究内容を

本国際会議のホームページは小濱研究室の松井一樹研究

よく知るシニア研究者は最後まで参加したと思われる。一員によって作成されました。Z oom 会議の進行も松井一樹

方、学生や若手にとっては Poster Session などで、学会に研究員、および同研究室の大学院生である厳正輝、神田朋より深く参加してもらう必要性があった。オンライン会議

希、松山直史らによって行われました。また瀧川仁元所員

特有の難しさであるが、一方通行の情報発信では、内情をおよび鈴木博之 URA はプログラムやスケジュール等につよく知らないと興味が続かないことが一因と思われる。こいて有用なアドバイスを下さいました。瀧川仁元所員およのような反省点があるものの、全体としては盛況な国際会

び廣井善二所員には司会を担当して頂きました。森初果所議となった。特に、多くの参加者から 2023 年に The長、瀧川仁元所員、廣井善二所員、松田康弘所員、武田晃

second International Workshop on Quantum Magnets in

助教には講演を行っていただきました。この場をお借りしExtreme Conditions を開催したいと提案を頂いたのは、て、皆様に深く感謝申し上げます。

【プログラム】
講演者

所属

題目

3 月 22 日（月）座長

NAHatsumi Mori

21:00

Prof. Mladen Horvatić
ISSP

Opening talk (1)
NA

21:15

Marcelo Jaime

Los Alamos national Lab

Opening talk (2)
1

21:30

Frédéric Mila

École Polytechnique Fédérale de Lausanne

The saga of the Shastry- Sutherland compound SrCu2(BO3)2
2

22:00

Masashi Takigawa

ISSP

High pressure phases of the Shastry-Sutherland spin system SrCu2(BO3)2
3

22:30

T. Sakurai

Kobe University

Development of Multi-extreme THz ESR System and Its Application to Orthogonal Dimer Spin
Substance SrCu2(BO3)2
4

23:00

Anders W. Sandvik

Boston University

On the phase transition between plaquette-singlet and antiferromagnetic phases in SrCu2(BO3)2
under high pressure
5

23:30

Sara Haravifard

Duke University

Phase Diagram of Shastry-Sutherland Compound SrCu2(BO3)2 at High-Pressure and High-Field
3 月 23 日（火） 座長 Prof. Masashi Takigawa
6

21:00

H. M. Ronnow

École Polytechnique Fédérale de Lausanne

Neutron Scattering and Specific Heat Results from the Shastry-Sutherland Compound SrCu2(BO3)2
Under Pressure■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

32

7

21:30

P. Sengupta

Nanyang Technological University

Weyl-triplons in SrCu2(BO3)2
8

22:00

P. Corboz

University of Amsterdam

Tensor network study of SrCu2(BO3)2 under pressure
9

22:30

Yoshimitsu Kohama

ISSP

Entropy near the magnetization plateau of SrCu2(BO3)2
10

23:00

A. SaulCentre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille

Magnetoelastic interaction in the two-dimensional magnetic material MnPS3 studied by firstprinciples calculations and Raman experiments
3 月 24 日（水曜） 座長 Prof. Zenji Hiroi and Frédéric Mila
11

21:00

Marcelo Jaime

Los Alamos National Laboratory

Field-dependent thermal, magnetic, and lattice properties of the quantum spin liquid candidate
-RuCl3
12

21:30

Alix McCollam

High Field Magnet Laboratory (HFML-EMFL)

The high field Fermi surface of CeRhIn5
13

22:00

Y. KatoUniv. of Tokyo

Magnetic-field-induced tunability of magnon bound states: Scattering resonances and Efimov
states in Yb2Ti2O7
14

22:30

Nicolas Laflorencie

CNRS

Disorder-Induced Revival of Bose-Einstein Condensation in the Quantum Magnet DTNX at High
Magnetic Fields
15

23:00

Adrian E. Feiguin

Northeastern University

A time-dependent approach to inelastic scattering spectroscopies in and away from equilibrium;
beyond perturbation theory
3 月 25 日（木曜） 座長 Dr. Marcelo Jaime
16

21:00

17

21:30

Zenji Hiroi

ISSP

Dimensional Reduction by Geometrical Frustration
Mladen Horvatić

LNCMI-CNRSDistinguishing dimensionality of a spin system: determination of the Tomonaga-Luttinger
parameter K in quasi-1D systems
18

22:00

Yasuhiro H. Matsuda ISSP
Metastable magnetization plateau states observed in an S = 1 two-leg spin ladder by fast sweepingof a magnetic field up to 150 T

19

22:30

S. KimuraTohoku University

Multiferroic Behaviors in the Quantum Spin Dimer System
20

23:00

J. L. Musfeldt

University of Tennessee

Phase diagram, magnetoelectric coupling, and spin-lattice interactions in multiferroic(NH4)2[FeCl5·(H2O)]

33

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

3 月 26 日（金曜） 座長 Dr. Nicolas Laflorencie
21

21:00

Tsutomu Momoi

RIKEN

Coupled Trimer Description of Kagome Compound Volborthite
22

21:30

Tsuyoshi Okubo

The University of Tokyo

Large spin fluctuation in the magnetization process of frustrated square lattice Heisenberg magnets
23

22:00

H. Takeda

ISSP

Pressure induced phase transition in the J1-J2 square lattice antiferromagnet RbMoOPO4Cl
24

22:30

C. Hotta

The University of Tokyo

Origin of exotic trimerized charge order in 5d pyrochlore electronic system with strong spin- orbit
coupling
25

23:00

Ch. Rüegg

Paul Scherrer InstituteUnconventional Criticality in a Frustration-free, Multi-bilayer Quantum Dimer System
NA

23:30

Yoshimitsu Kohama

ISSP

Closing talk

【写真など】

本会議運営の実行部隊。オンライン会議であれば、少人数でも十分ハンドリングできることが示された。

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

34

学会初日となる 3 月 22 日（月曜）の発表者。森所長のオープニングトークに始まり、最後まで盛況であった。

3 月 23 日（火曜）からの 3 月 26 日（金曜）の議論の様子。CrRhIn5 の量子振動など、量子スピン系に関わらない広いテーマについて報告があった。

35

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

学会最終日のクロージングで Mladen Horvatić 教授が用意したスライド。瀧川元所員との共同研究の思い出、そしてこれからの更なる研究の発展についてやり取りがあった。Frédéric Mila 教授からも瀧川元所員との共同研究が自身の研究キャリアの内で最初のピークだったと言及があった。若い理論研究者は瀧川元所員のようなスマートな実験研究者と共同研究すべき、との言葉が送られた。

本会議最後のスライド。オーガナイザーの一人である Marcelo Jaime 博士により用意された。2023 年に本会議を Los Alamos 研究所主催(New Mexico)で行いたいとの考えを示し、理解が得られた。

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

36

物 性 研 究 所 談話 会

標題：令和 2 年度 物性研究所 退職記念講演会
日時：2021 年 3 月 5 日(金) 午前 10 時～午後５時 50 分
場所：オンライン開催
要旨：
本講演は、新型コロナウイルス感染症対策のため、オンライン(ZOOM)配信となりました。
10:00–10:10 所長挨拶
10:10–10:20 小森 文夫 先生 業績紹介
10:20–11:50 小森 文夫 先生 ご講演「低温・表面・光」
13:30–13:40 所長挨拶
13:40–13:50 榊原 俊郎 先生 業績紹介
13:50–15:20 榊原 俊郎 先生 ご講演「研究生活 40 年 – 多くの人に支えられて」
16:00–16:10 所長挨拶
16:10–16:20 瀧川 仁 先生 業績紹介
16:20–17:50 瀧川 仁 先生 ご講演「核磁気共鳴と過ごした謎解きの日々」

標題：令和 3 年度前期 客員所員講演会
日時：2021 年 5 月 13 日(木) 午前 10 時～午後 12 時 10 分
場所：オンライン開催
要旨：
10:00–10:10 所長挨拶（森 初果：物性研究所長）
10:10–10:40 林 智広（東京工業大学）「表面水和と生体適合性」
10:40–11:10 稲村 泰弘（日本原子力研究開発機構）「J–PARC, MLF における中性子散乱データ収集とデータ処理」
11:10–11:40 RIETVELD, Ivo B（パリ第 5 大学/ルーアン大学）「医薬品における固体状態」
11:40–12:10 陳 少強（華東師範大学）「CsPbX3 ペロブスカイト微小共振器の発振特性とそのメカニズム」

37

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

物 性 研 究 所 セミ ナ ー

標題：理論セミナー：Classical spin field theories and implications in 2+1 dimensions
日時：2021 年 3 月 16 日(火) 午前 10 時 30 分～午前 11 時 30 分
場所：オンライン開催
講師：Dr. Sayak Dasgupta
所属：University of British Columbia and ISSP
要旨：
Micromagnetic field theories effectively capture the long-range static structures and dynamics of ordered spin
systems at temperatures below their ordering temperatures. The field theory, if expressed in the correct form, further
elucidates hidden features in the order. We discuss two such instances. First, we take a look at the 2+1D XY
ferromagnet whose continuum field theory has been extensively studied in the context of the Kosterlitz-Thouless phasetransition [1]. We show how the field theory describes an interpolation of the quantum statistics of a magnetic vortex–
from bosonic to fermionic–using a duality map to 2+1D electromagnetism[2].
Second, we examine the field theory of a generic 3-sublattice antiferromagnet in 2D, exemplified by the Heisenberg
model on the triangular [3] and kagome [4] lattices. In a ground state, spins from the 3 sublattices are coplanar andat angles of 120° to one another such that S1+S2+S3=0. The six normal modes, either keep the spins in this plane (thea modes) or take them out of the plane (the b modes). The soft modes bx, by, and a0 respect the ground-state condition
S1+S2+S3=0 and are the Goldstone modes of the spontaneously broken SO (3) symmetry. The hard modes ax, ay, andb0 generate a net magnetization and are hence energetically costly.
The a0 singlet has a simple scalar field theory. The field theory of the b doublet is reminiscent of the elasticity theoryof a 2-dimensional isotropic solid with two distinct “speeds of sound”. Thus the 3 branches of low-frequency spin waves
generally have 3 distinct velocities. The nearest-neighbor Heisenberg models on the triangular and kagome lattices
are exceptional in that sense. The former exhibits an accidental degeneracy of the spin-wave velocities between thetwo b modes. The nearest-neighbor kagome model is similar to a two-dimensional solid with a vanishing shear modulus
and thus a zero speed for the transverse part of the b doublet (the weather-vane mode) while the longitudinal part ofthe doublet is degenerate with the a0 mode. The 3 speeds can be readily calculated for any lattice model. The doubleta = (ax,ay) mediates the coupling between external perturbations – such as an applied magnetic field – and theantiferromagnetic order parameter. We apply this field theory to the hexagonal antiferromagnet Mn3Ge [5,6,7].
[1] J. M. Kosterlitz,J. Phys. C7, 1046 (1974).
[2] S. Dasgupta, S. Zhang, I. Bah, and O. Tchernyshyov, Phys. Rev. Lett. 124, 157203 (2020).
[3] A. V. Chubukov, S. Sachdev, and T. Senthil, “Large-S expansion for quantum antiferromagnets on a triangularlattice,” J. Phys.: Condens. Matter 6, 8891 (1999).
[4] A. B. Harris, C. Kallin, and A. J. Berlinsky, “Possible Néel orderings of the Kagomé antiferromagnet,” Phys. Rev.
B 45, 2899 (1992).
[5] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, and T. Higo, “Large anomalous Hall effect in a non-collinear antiferromagnet at room
temperature,” Nature 527, 212 (2015).
[6] Y. Chen, J. Gaudet, S. Dasgupta, G. Marcus, J. Lin, Y. Zhao, W. C. Chen, M.B. Stone, O. Tchernyshyov, S. Nakatsuji,
C. Broholm, “Antichiral spin order its Goldstone modes and their hybridization with phonons in the topologicalsemimetal Mn3Ge”, Phys. Rev. B 102, 054403 (2020).
[7] S. Dasgupta and O. Tchernyshyov, Phys. Rev. B 102, 144417 (2020).

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

38標題：理論セミナー：第一原理バンド計算からの有効モデル構築
日時：2021 年 3 月 26 日(金) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：榊原 寛史
所属：鳥取大学
要旨：
第一原理バンド計算は物質の全体的な電子構造を決定する手法であるが、揺らぎなどの電子相関効果を計算するコストはかなり大きい。そこで、(1)第一原理バンド計算から低エネルギー有効模型を導出し(2)それを用いて電子相関効果を数値的に計算するという方法がしばし用いられる。いわゆるハバード型の模型の構築については、最局在ワニエ軌道(MLFW [1])がよく用いられる。近年はホッピング積分だけでなく制限 RPA 法(cRPA [2])を用いて電子間相互作用のパラメータも第一原理的に見積もることができる。しかしながら、MLWF にはいくつかの問題点がある。発表では、MLWF
及び cRPA で構築した新規ニッケル酸化物超伝導体[3]について得られた模型を紹介する。そこで、揺らぎ交換近似[4]を適用し水銀系銅酸化物と比較した結果を説明する[5]。続いて、LAPW 法と LMTO 法の融合手法である PMT 基底関数法[6,7]を用いた新しい有効模型構築方法について説明し、それをいくつかの単純な物質に適用した結果を紹介する。
[1] N. Marzari and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 56, 12947 (1997).
[2] F. Aryasetiawan, M. Imada, A. Georges, G. Kotliar, S. Biermann, and A. I. Lichtenstein, Phys. Rev. B 70, 195104(2004).
[3] D. Li et al., Nature 572, 624 (2019).
[4] N. E. Bickers, D. J. Scalapino, and S. R. White, Phys. Rev. Lett. 62, 961 (1989).
[5] H. Sakakibara, H. Usui, K. Suzuki, T. Kotani, H. Aoki, and K. Kuroki, Phys. Rev. Lett. 125, 077003 (2020).
[6] T. Kotani and M. van Schilfgaarde, Phys. Rev. B 81, 125117 (2010).
[7] T. Kotani, H. Kino, and H. Akai, J. Phys. Soc. Jpn 84, 034702 (2015).

標題：強磁場コラボラトリーセミナー：近藤半導体 YbB12 のテーマと新展開
日時：2021 年 4 月 23 日(金) 午前 10 時～午前 11 時
場所：オンライン開催
講師：伊賀 文俊
所属：茨城大学大学院理工学研究科
要旨：
SmB6 と並ぶ代表的近藤半導体 YbB12 のこれまでの歴史を今一度振り返り、どのような問題意義があって、そして今
何がホットな話題として取り上げられているか、総花的ながら提示を試みたい。

標題：理論セミナー：HOTI from string theory
日時：2021 年 5 月 14 日(金) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：Prof. Koji Hashimoto
所属：Graduate School of Science, Kyoto University
要旨：
The higher order topological insulators (HOTIs) are a good playground to ask questions on spatial dimensionality ingeneral physics. String theory, as a consistent quantum gravity, has a peculiar ability to control spacetime dimensions

39

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

to accommodate various physics systems. In 2016, we eventually discovered the notion of continuum HOTI,
independently from the major work by Benalcazar et al., where our findings were naturally derived by applying theideas of solitons, duality, and branes, which are major ingredients used in string theory, to topological materials. This
talk explains our path, and discusses the physical origin of the continuum HOTIs from such string-theoretic or fieldtheoretic viewpoints.

標題：強磁場コラボラトリーセミナー：秩序型ラーベス相構造を利用した超伝導体の開発
日時：2021 年 5 月 21 日(金) 午前 11 時～午後 0 時
場所：オンライン開催
講師：工藤 一貴
所属：大阪大学大学院理学研究科
要旨：
ラーベス相化合物 AB2 は様々な結晶構造を示し、物質開発の魅力的な舞台を与えてくれる。代表的な結晶構造はMgZn2 型、MgCu2 型、MgNi2 型であり、それらを元にして様々なラーベス相構造が派生する。例えば、MgZn2 型の B
サイトが TM3/4X1/4 のように秩序占有されると、TM のブリージングカゴメネットワークと X の三角形ネットワークができる。本セミナーでは、最近私たちが報告した秩序型ラーベス相超伝導体 Li2IrSi3、Mg2Ir3Si と、部分秩序型ラーベ
ス相超伝導体 Mg2Ir2.3Ge1.7 を紹介する。さらに、時間が許せば、これまで報告した関連物質を紹介し、三角形、ハニ
カム、カゴメネットワークを持つ超伝導体の物質開発について述べたい。

標題：理論セミナー：Fermion Doubling Theorems in two-dimensional non-Hermitian lattices
日時：2021 年 5 月 28 日(金) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：Dr. Ching-Kai CHIU
所属：理化学研究所 数理創造プログラム
要旨：
The fermion doubling theorem (ニールセン＝二宮の定理) plays a pivotal role in Hermitian topological materials. It
states, for example, that Weyl points must come in pairs in three-dimensional semimetals.
In this talk, I review the doubling theorem for various Hermitian systems and present an extension of the doubling
theorem to non-Hermitian lattice Hamiltonians.
We work on two-dimensional non-Hermitian systems without any symmetry constraints, which can host two
different types of topological point nodes, namely, (i) Fermi points and (ii) exceptional points. We show that these two
types of protected point nodes obey doubling theorems, which require that the point nodes come in pairs.
Reference: Phys. Rev. Lett. 126, 086401 (2021).

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

40標題：LASOR セミナー:ワイル反強磁性金属 Mn3Sn 薄膜のテラヘルツ異常ホール効果
高繰り返しシングルショット分光法の開発とマルチ時間スケールダイナミクスのへ応用
日時：2021 年 5 月 28 日(金) 午前 10 時～午後 0 時
場所：オンライン開催
要旨：
1. 松田 拓也 （松永研究室）【講演タイトル】
ワイル反強磁性金属 Mn3Sn 薄膜のテラヘルツ異常ホール効果【概要】
反強磁性スピンはテラヘルツ周波数帯で動作するため高速スピントロニクスの観点からも近年注目を集めているが、強磁性と比べて外場に対する応答が非常に小さいためにスピン秩序の情報を読み出すことが難しいという問題点が実用化を阻んでいる。近年、スピン多極子秩序に由来したワイル反強磁性金属 Mn3Sn が、室温で強磁性並みの巨大な異常ホール効果を示すことが明らかにされ注目を集めている[1,2]。本研究では、高精度偏光分解テラヘルツ時間領域分光系を開発し、Mn3Sn 薄膜の異常ホール効果をテラヘルツ周波数帯で観測した。その結果、強磁性体並みに大きな異常ホール電流がテ
ラヘルツ周波数帯でもほぼ無散逸に流れることや、スピン秩序が半年以上経過しても安定に保持されること等を明らかにした[3]。本講演では得られた結果の詳細や今後の展望について紹介したい。
[1] S. Nakatsuji, N. Kiyohara, and T. Higo, Nature 527, 212–215 (2015).
[2] K. Kuroda et al., Nature Mater. 16, 1090–1095 (2017).
[3] T. Matsuda et al., Nature Commun. 11, 909 (2020).
2. 小林 真隆 (秋山研究室)【講演タイトル】「高繰り返しシングルショット分光法の開発とマルチ時間スケールダイナミクスのへ応用」【概要】
物質の超高速応答の理解は、次世代の半導体デバイスや相変化材料を用いた記憶デバイスの開発に重要である。光誘起の相変化現象では、電子励起に伴うサブピコ秒の速い緩和ダイナミクスが引き金となり、ナノ秒〜マイクロ秒の広範な時間スケールで構造変化が生じる不可逆現象であるが、このダイナミクスを完全に理解するためには、構造変化途中を含めた高速ダイナミクスを連続的に測定する必要がある。本研究では、超高速の波形信号の変化をリアルタイムで測定可能な
高繰り返しシングルショット分光手法を開発し、超短パルスレーザーを用いた微細加工の観測に応用することで、1 パル
ス毎の表面構造の変化に伴うキャリアダイナミクスの変化を明らかにした。

標題：理論セミナー：Electron correlation effects near Van Hove singularities: Application to twisted
bilayer graphene and supermetal
日時：2021 年 6 月 4 日(金) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：磯部 大樹
所属：東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻
要旨：Electron correlation decorates the condensed matter physics, bringing symmetry breaking and ordered phases. It
becomes vital when many electrons are active, namely near a Van Hove singularity (VHS) where the density of states(DOS) diverges. Since a VHS accompanies the topological transition of the Fermi surface, tunable materials are41

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

desirable to observe VHS-related behaviors, for example, by strain or pressure. The seminar focuses on moiré
superstructures made of van der Waals materials; twisted bilayer graphene allows band dispersion design by thestacking angle, and correlated insulating and superconducting states are observed near the so-called magic angle.
First, we introduce a theory that describes a possible mechanism for correlated insulating and superconducting
states in twisted bilayer graphene [1]. Our analysis of a hot-spot model shows that d- or p-wave superconductivity andcharge/spin-density wave emerge from Coulomb repulsion near VHS. We further investigate the tunable nature oftwisted bilayer graphene, which invokes the notion of a high-order VHS [2]. We show that tuning a single tuning
parameter, such as a twist angle of a moiré material, pressure, and strain, realizes a high-order VHS realizes a powerlaw divergence in the DOS in two dimensions, unlike the usual logarithmic one. We could attribute the origin of theso-called magic angle to the high-order VHS. Finally, we discuss correlation effects at a high-order VHS [3]. We performa renormalization-group analysis to find a nontrivial metallic state, where various divergent susceptibilities coexist,
but no long-range order appears. We term such a metallic state as a supermetal. Our controlled analysis at theinteracting fixed point reveals that an interacting supermetal is a non-Fermi liquid.
[1] H. Isobe and L. Fu, Phys. Rev. Research 1, 033206 (2019).
[2] N. F. Q. Yuan, H. Isobe, and L. Fu, Nat. Commun. 10, 5769 (2019).
[3] H. Isobe, N. F. Q. Yuan, and L. Fu, Phys. Rev. X 8, 041041 (2018).

標題：理論セミナー：原子層合金の安定構造に基づく新たなマテリアルデザイン
日時：2021 年 6 月 9 日(水) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：小野 頌太所属：岐阜大学工学部電気・電子情報工学科
要旨：
グラフェンやシリセンなど様々な「原子層半導体」の物性研究が活発に行われているが、「原子層合金」の合成例は少なく、その安定構造の理解は進んでいない。また、グラフェンの積層がグラファイトであるような構造間の相関関係、より一般には「2D 構造とそれをビルディングブロックとする 3D 構造の安定性関係」が合金において存在するのかどうかは明らかではない。このような背景のもと、我々の研究グループでは形成エネルギーやフォノン計算に基づく「原子層合金科学」を展開している（単純金属 [1]、ポロニウム [2]、Lennard-Jones 結晶 [3]、二元合金 [4]、Pb-Sb 表面合金 [5]、Cu 規則合金 [6,7]）。本セミナーでは、上述の安定性に関する相関関係が存在することを示した最近の第一原理計算結果を報告する。まず、2D 単純金属の積層による 3D 単純金属の安定化を議論する [1,2]。次に、Cu 規則合金に焦点を絞り、同様の安定性関係が成立することを示し、Bh や L11 構造などの準安定構造の存在を予言する [7]。また、3D 規則合金の実験的合成の有無が 2D 構造の安定性を決める例を示し、新たなマテリアルデザインの方法を模索する [4]。
[1] S. Ono, Phys. Rev. B 102, 165424 (2020).
[2] S. Ono, Sci. Rep. 10, 11810 (2020).
[3] S. Ono and T. Ito, Phys. Rev. B 103, 075406 (2021).
[4] S. Ono and H. Satomi, Phys. Rev. B 103, L121403 (2021).
[5] S. Ono, J. Yuhara, and J. Onoe, Chem. Phys. Lett. 776, 138696 (2021).
[6] S. Ono and D. Kobayashi, Phys. Rev. B 103, 094114 (2021).
[7] S. Ono, arXiv:2105.05499.

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

42標題：理論セミナー：Topological physics in synthetic quantum and classical matter
日時：2021 年 6 月 11 日(金) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：Prof. Tomoki Ozawa
所属：AIMR, Tohoku University
要旨：
Initially found in solid-state electron systems, the quantum Hall effect and topological insulator physics haverecently been influencing a wide range of quantum as well as classical systems. In this talk, I will give a brief overview
of the recent progress of topological physics in AMO-related systems, with an emphasis on my own works. Here, AMO
systems stand for atomic, molecular, and optical systems. The talk will focus, in particular, on the progresses made in
ultracold atomic gases and photonic (polaritonic) cavity arrays. Some topics which I plan to cover in depth include
synthetic dimensions and the notion of quantum geometric tensor.

標題：理論セミナー：Time-periodic ground-states
日時：2021 年 6 月 18 日(金) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：Le Minh Cristian
所属：東京大学理学系研究科物理学専攻
要旨：
While we cannot define a ground-state of time-dependent quantum systems in general, the time-periodic systems
can overcome this issue due to the application of Floquet theory. In principle this application results in a static-likesystem, so it would follow that there can be an equivalent ground-state for these time-periodic systems. Indeed we candefine one from the average-energy [1], and in this seminar we will explain the procedures for doing so. We will also
explore the properties of this ground-state and how it can be applied to develop practical calculations.
[1] C. M. Le, R. Akashi, and S. Tsuneyuki, Defining a Well-Ordered Floquet Basis by the Average Energy, PhysicalReview A 102, 042212 (2020).

標題：量子物質セミナー：核磁気共鳴測定で探る正方格子スピン系の圧力効果
日時：2021 年 6 月 24 日(木) 午後 12 時 15 分～午後１時 15 分
場所：オンライン開催
講師：武田 晃
所属：凝縮系物性研究部門 山下研究室
要旨：
最近接格子間に磁気的相互作用 J1、次近接格子間に J2 が働く正方格子スピン系は磁気的相互作用の競合するフラスト
レート磁性体として興味が持たれている。反強磁性的な相互作用 J1 が J2 に比べて十分強い場合にはチェッカーボード状に反強磁性スピンが配列した磁気秩序相が現れ、逆に J2 が J1 に比べて強ければストライプ状の磁気秩序相が実現する。
二つの磁気相は J2/J1~0.5 で切り替わり、その狭間にはスピン液体の出現が予想されている。しかしながら、これまでに合成されたモデル物質はいずれも反強磁性秩序を示し、狭間の相の発見には至っていない。
我々は、圧力により J2/J1 を制御することで中間相の探索を試みた。本発表では、圧力下で二つの反強磁性相の間の転移が生じる Mo 酸化物[1]を紹介したい。我々は圧力下において核磁気共鳴測定を行い、圧力印加による磁気構造の変化と磁43

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

気相転移の原因と思われる構造転移を明らかにした[2]。発表では、まず、核磁気共鳴測定により得られる物質中の内部磁場の情報が磁性や電子状態の解明に如何に役立つのかについて説明し、次いで詳しい実験結果を紹介したい。
[1] H. Ishikawa et al., Phys. Rev. B 95, 064408 (2017).
[2] H. Takeda et al., Phys. Rev. B 103, 104406 (2021).

標題：理論セミナー：Quadruple-q hedgehog-lattice spin texture in breathing-pyrochlore Heisenberg
antiferromagnets
日時：2021 年 6 月 25 日(金) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：Kazushi AOYAMA
所属：Osaka University
要旨：
Recently, topological spin textures such as the magnetic skyrmion and its three-dimensional analogue, the magnetic
hedgehog, have attracted much attention. Although the skyrmion and hedgehog have the same topological character,the latter has a singular point at its texture center, so that the hedgehog is sometimes called the magnetic monopole.
Of recent particular interest is the hedgehog lattice which is a periodic array of the monopoles and anti-monopoles.
Although the hedgehog lattice is known to be stabilized by the Dzyaloshinskii-Moriya (DM) interaction [1,2,3], amechanism other than the DM interaction has not been reported so far.
In this talk, we show that the hedgehog lattice is realized in the classical J1-J3 Heisenberg model on the breathing
pyrochlore lattice without the DM interaction [4]. A quadruple-q state with the ordering vector of q = (± 1/2, ±1/2, ±1/2),
which is realized for a large third nearest-neighbor antiferromagnetic exchange interaction along the bond direction
J3, turns out to become the hedgehog-lattice state on the breathing lattice, while on the uniform lattice, it is a collinear
state favored by thermal fluctuations. We will also demonstrate that in a magnetic field, the structure of the (1/2, 1/2,
1/2) hedgehog lattice is changed from cubic to tetragonal, resulting in a nonzero net spin chirality which in a metallic
system, should yield a Hall effect of chirality origin.
Please access here for the registration: https://forms.gle/AMo5tqQoNoTR2e8Q9[1] N. Kanazawa et al., Nat. Commun. 7, 11622 (2016).
[2] B. Binz and A. Vishwanath, Phys. Rev. B 74, 214408 (2006).
[3] J. H. Park and J. H. Han, Phys. Rev. B 83, 184406 (2011).
[4] K. Aoyama and H. Kawamura, Phys. Rev. B 103, 014406 (2021).

標題：強磁場コラボラトリーセミナー：S＝１有機ビラジカルの物質開発
日時：2021 年 6 月 30 日(水) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：細越 裕子
所属：大阪府立大学大学院理学研究科
要旨：
有機ビラジカルを用いた S=1 磁性体について、最近の進展を紹介する。二次元磁気格子を中心に、フラストレート系
や、S=1/2 強磁性ダイマー系なども含め、物質設計と物性を概説する。

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

44標題：理論セミナー：Symmetry-based indicator theories and beyond for predicting topological materials
日時：2021 年 7 月 2 日(金) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：Dr. Tiantian Zhang
所属：Department of Physics and TIES, Tokyo Institute of Technology
要旨：
Topological electronic materials are new quantum states of matter hosting novel linear responses in the bulk andanomalous gapless states at the boundary, and are for scientific and applied reasons under intensive research inphysics and in materials sciences. In 2019, three groups including us [1-3] scanned through a total of 39519 materials
available in structural databases and found that as many as 8056 of them are actually topological (8889 if spin-orbital
coupling is neglected). In order to make the calculated result more valuable, we built a topological material database
based on it [4]. All the results are available and searchable at http://materiae.iphy.ac.cn/. We also plotted the band
structure as well as the local density of states (DOS), shown on the same website.
In this talk, I will firstly make a brief introduction on topological band theory (TBT), especially for the symmetrybased indicator part [5-7], then introduce the efficient and fully automated algorithm in diagnosing 39519 nonmagnetic materials basing on the TBT. At last, I will show how to use the topological material website by some material
examples, such as the twofold unconventional Weyl node with C=4, associating with experimental results [8-9]References[1] T. Zhang, Y. Jiang, Z. Song, et al., Nature 566, 475-479 (2019).
[2] M. Vergniory, L. Elcoro, et al., Nature 566, 480–485 (2019).
[3] F. Tang, H. Po, et al., Nature 566, 486–489 (2019).
[4] http://materiae.iphy.ac.cn/[5] H. Po, A. Vishwanath, H. Watanabe, Nat. Comm. 8, 50 (2017).
[6] Z. Song, T. Zhang, Z. Fang, C. Fang, Nat. Comm. 9, 3530 (2018).
[7] Z. Song, T. Zhang, C. Fang, Physical Review X 8, 031069 (2018).
[8] T. Zhang, R. Takahashi, C. Fang, S. Murakami, PRB 102 (12), 125148 (2020).
[9] H Li, T Zhang, et al., PRB 103 (18), 184301 (2021).

標題：理論セミナー：Magnetic materials design by representation theory & firs t-principles calculation
日時：2021 年 7 月 9 日(金) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：Prof. Michi-To SUZUKI
所属：Institute for Materials Research, Tohoku University
要旨：
Diversity of physical properties of magnets provides a fascinating playground in condensed matter physics. What isinteresting to note is that there are many restrictions for physical properties in magnets imposed by magnetic structure.
It is often useful to represent some aspect of magnetic structure by using symmetry, order parameter, and topology.
For example, it has been known that the finite elements of a linear response tensor are identified by the magnetic
point group, which characterizes macroscopic symmetry of the magnetic structure.
Cluster multipole method is first suggested to identify the multipole order parameters related to anomalous Hall
effect in antiferromagnets [1, 2] and is further developed to generate the orthonormal symmetrized magnetic structure45

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

bases providing multipole expansion for a given crystal structure [3]. The symmetrized magnetic bases are useful to
produce high symmetric magnetic alignments which can be good candidates of stable magnetic structures for amagnetic compound. We recently applied the cluster multipole method combined with first-principles theory toinvestigate the transport phenomena of magnetic systems with predicting stable magnetic structures [4, 5] andestablished a framework to systematically evaluate the stable magnetic structures for given crystal systems [6]. In
this talk, I introduce an overview of cluster multipole method and application to the study of magnetic compounds.
[1] Michi-To Suzuki, Hiroaki Ikeda, Peter M. Oppeneer, J. Phys. Soc. Jpn. 87, 041008 (2018).
[2] M.-T. Suzuki, T. Koretsune, M. Ochi, R. Arita, Phys. Rev. B 95, 094406 (2017).
[3] M.-T. Suzuki, T. Nomoto, R. Arita, Y. Yanagi, S. Hayami, H. Kusunose, Phys. Rev. B 99, 174407/1-10 (2019).
[4] Vu Thi Ngoc Huyen, Michi-To Suzuki, Kunihiko Yamauchi, Tamio Oguchi, Phys. Rev. B 100, 094426/1-9 (2019).
[5] Vu Thi Ngoc Huyen, Yuki Yanagi, Michi-To Suzuki, arXiv:2104.13704 (2021).
[6] M.-T. Huebsch, T. Nomoto, M.-T. Suzuki, and R. Arita, Phys. Rev. X 11, 011031 (2021).

標題：強磁場コラボラトリーセミナー：立体的な曲面構造をもつグラフェンの電子物性
日時：2021 年 7 月 20 日(火) 午前 11 時～午後 0 時
場所：オンライン開催
講師：田邉 洋一
所属：岡山理科大学 理学部 基礎理学科
要旨：
グラフェンは、高い電気伝導性、熱伝導性、光学特性に加えて、安価で軽量、化学耐性、機械耐性に優れた原子層物質です。このグラフェンがもつ特徴を保持したまま立体的な構造を作製すると特異な物性や優れた特性を発揮すると言われており、この予測から幾何学的にいかに綺麗で折り目のない高品質なグラフェンシートを高密度に空間へ詰め込むかがグ
ラフェンを利用したデバイスの特性向上に重要とされ、その物性理解と立体デバイスへの応用を目指した研究が現在盛んに行われています[1]。我々は、これまで、3 次元ナノ多孔質グラフェンという３次元多孔質金属表面上への CVD 合成
により作製した立体的な曲面構造をもつグラフェンを舞台として、その電子物性の理解を目指して研究を行ってきました。
本講演では、本物質による電気２重層トランジスタの開発とその物性[2]、並びに、グラフェンの曲がり具合を示す曲率
半径を意図的に変えた場合の電子物性について紹介します[3]。
[1] 例えば、M. Koshino and H. Aoki, Phys. Rev. B 93, 041412 (2016).
[2] Y. Tanabe et al., Adv. Mater. 28, 10304–10310 (2016).
[3] Y. Tanabe et al., Adv. Mater. 32, 2005838 (2020).

標題：量子物質セミナー：弱強磁性体オルソフェライトにおけるスピン再配列転移のコヒーレント制御とスピノイズ分光
日時：2021 年 7 月 21 日(水) 午後 12 時 15 分～午後１時 15 分
場所：オンライン開催
講師：栗原 貴之
所属：極限コヒーレント光科学研究センター 板谷研究室
要旨：
反強磁性体におけるマグノンダイナミクスはテラヘルツ(THz)帯域に達し，典型的な強磁性体の歳差運動に比べて 1-2 桁
近く高いことから，超高速のスピントロニクスデバイス応用への期待が高まりつつある。希土類オルソフェライト■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

46

（RFeO3,R=希土類）はこうしたサブ THz のマグノン周波数を持つ典型的なキャント型反強磁性体であり，超短パルスレーザーやテラヘルツ波を用いた磁気制御のプラットフォームとして 2010 年前後から盛んに研究が行われている。
オルソフェライトを特徴づけるのはスピン再配列転移である。オルソフェライトは内部の希土類電子系の状態に応じて
磁気異方性が大きく変化し，特定の温度領域において磁気秩序の配列方向が温度に応じて回転する。この再配列転移領域
では外場に対する敏感性が高まり，比較的小さな光強度でも大きな磁気的応答を示す。また，ポテンシャルが大きくソフ
トニングすることから，有限温度による熱揺らぎの影響が観測可能なまでに増大する。
今回のセミナーでは，こうしたスピン再配列転移に際して生じるサブ THz 帯域のスピンダイナミクスの観測と，光によるその制御に関する最近の研究を紹介する。
[1] T.K. et al., Phys. Rev. Lett. 120, 107202 (2018).
[2] J. Lu et al., Phys. Rev. Lett. 118, 207204 (2017).
[3] G. Fitzky, TK, et al., Submitted (2021).

標題：理論セミナー：Scalable Boltzmann machine learning by quantum annealer
日時：2021 年 7 月 30 日(金) 午後４時～午後５時
場所：オンライン開催
講師：Prof. Masayuki Ohzeki
所属：Graduate School of Information Sciences, Tohoku University/Institute for Innovative Research
Tokyo Institute of Technology/Sigma-I Co. Ltd.
要旨：
In this talk, we demonstrate iterative-structured machine learning such as deep learning by using the D-Wave
Advantage.
As is well known, the D-Wave quantum annealer outputs many realizations of the spin configurations following theGibbs-Boltzmann distribution. The D-Wave quantum annealer is thus expected to be used in the Boltzmann machinelearning and related models to compute the expectation at each epoch during the learning process. However, due tothe bottleneck to newly input the parameters on the quantum processing unit, the efficient implementation is notdemonstrated for deep architecture. In particular, the sampling conditioned on the visible variables demands
repetition of the sampling by changing the parameters of the machine learning model.
We propose a new algorithm to perform the efficient Boltzmann machine learning including the hidden units andgeneralization to the iterated-structured machine learning such as deep learning. In addition, we introduce several
aspects of our proposal. The first topic is that the architecture can be regarded as the variational circuits consisting of
the quantum processing units on the D-Wave quantum annealer. The second one is that, by taking some limitation on
several conditions, we find a relationship between our proposed method and several machine learning methods. The
third one is that our technique makes it easier to perform the Boltzmann machine learning with the continuous
variables available for practical applications.

47

物性研だより第 61 巻第 2 号■■ ■■ ■ ■ ■

人 事 異 動【研究部門等】○令和 3 年 3 月 31 日付け（定年退職）
氏

名

瀧 川

所

属

職

名

備

考

高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所
協力研究員へ

仁

凝縮系物性研究部門

教授

榊 原 俊 郎凝縮系物性研究部門

教授

小 森 文 夫

ナノスケール物性研究部門

教

授

所

属

職

名

備

多 田 靖 啓量子物質研究グループ

助教

広島大学先進理工系科学研究科
量子物質科学プログラム 准教授へ

中 村 大 輔附属国際超強磁場科学研究施設

助教

理化学研究所 研究員へ

属

職

名

備

小 林 真 隆

機能物性研究グループ

助教

横浜国立大学大学院理工学府
日本学術振興会特別研究員(DC-1)より

木 内 久 雄附属極限コヒーレント光科学研究
センター

助

教

京都大学産官学連携本部 特定助教より

竹 尾 陽 子附属極限コヒーレント光科学研究
センター

助

教

東京大学大学院工学系研究科精密工学専攻
日本学術振興会特別研究員(DC-1)より

沼 澤 宙 朗

機能物性研究グループ

特任助教

東京工業大学 物質理工学院 研究員へ

（辞 職）
氏

名

考

○令和 3 年 4 月 1 日付け
（採 用）
氏

名

所

考

マサチューセッツ工科大学
PostDoctoral Researcher(JSPS)より

（昇 任）
氏

名

所

属

職

名

備

考

長 田 俊 人

凝縮系物性研究部門

教

授

凝縮系物性研究部門 准教授より

松 田 康 弘附属国際超強磁場科学研究施設

教

授

附属国際超強磁場科学研究施設 准教授より

松 田

附属極限コヒーレント光科学研究
センター

教

授

附属極限コヒーレント光科学研究センター
准教授より

巌

■■■■ ■■■

物性研だより第 61 巻第 2 号

48

（兼 務）
氏

名

所

属

職

名

備

考

常 行 真 司附属計算物質科学研究センター

教授

本務：東京大学大学院理学系研究科
期間：令和 3 年 4 月 1 日～令和 4 年 3 月 31 日

藤 堂 眞 治附属計算物質科学研究センター

教授

本務：東京大学大学院理学系研究科
期間：令和 3 年 4 月 1 日～令和 4 年 3 月 31 日

川 島 直 輝データ統合型材料物性研究部門

特任教授

本務：物性研究所附属物質設計評価施設
期間：令和 3 年 4 月 1 日～令和 4 年 3 月 31 日

尾 崎 泰 助データ統合型材料物性研究部門

特任教授

本務：物性研究所附属物質設計評価施設
期間：令和 3 年 4 月 1 日～令和 4 年 3 月 31 日

（委嘱「客員：テーマ限定型」）
氏

名

所

属

職

名

考

本務：日本原子力研究開発機構 研究員
期間：令和 3 年 4 月 1 日～令和 4 年 3 月 31 日

稲 村 泰 弘附属中性子科学研究施設

林

附属極限コヒーレント光科学研究
本務：東京工業大学物質理工学院材料系 准教授
客員准教授
センター
期間：令和 3 年 4 月 1 日～令和 4 年 3 月 31 日

智 広

客員准教授

備

○令和 3 年 5 月 31 日付け（任期満了）
氏
陳

49

名
少 強

所

属

機能物性研究グループ

物性研だより第 61 巻第 2 号

職

名

特任教授

備

考

華東師範大学 教授へ■■ ■■ ■ ■ ■

【事務部】○令和 3 年 3 月 31 日付け
（転 出）
氏

名

所

属

職

名

備

考

上席係長
本部施設企画課上席係長へ(兼：共同利用係長)

簗 瀬 森 明物性研究所

満 田 洋 光総務係

一般職員

本部人事企画課一般職員（文部科学省行政実務研修生 研修出向）へ

坂 牧 一 博附属図書館柏地区図書課
研究情報係

係

長

附属図書館柏地区図書課 柏サービスチーム係長へ

職

名○令和 3 年 4 月 1 日付け
（転 入）
氏

名

所

属

備

考

竹 山 牧 子

共同利用係

係

長

柏地区共通事務センター人事チーム主任より

松 尾 理 穂総務係

一般職員

本部人事企画課給与制度チーム一般職員より

守 屋 文 葉附属図書館柏地区図書課
情報管理チーム■■■■ ■■■

主査
附属図書館情報サービス課主査（国際資料担当）(物性研図書室担当) より

物性研だより第 61 巻第 2 号

50令和２年度外部資金の受入について

1．奨学寄附金件

数

金 額 （円）

19

99,231,646

2．受託研究
研

究

題

目

委 託 者

受 入 金 額 （円）研 究 代 表 者

フロッケ・エンジニアリングとトポロジカル非線(国)科学技術振興機構
形光学効果の理論

8,672,300

機能物性研究グループ
教授 岡 隆史

電子構造のトポロジーを利用した機能性磁性(国)科学技術振興機構
材料の開発とデバイス創成

158,971,800

量子物質研究グループ
特任教授 中辻 知

トポロジカル磁性体のスピントロニクス技術の(国)科学技術振興機構
開発

27,040,000

ナノスケール物性研究部門
教授 大谷 義近

水素をプローブとした固溶型ナノ合金の状態(国)科学技術振興機構
解析

0

附属中性子科学研究施設
教授 山室 修リモートコントロールによるハイスループット材(国)科学技術振興機構
料合成の実証実験

0

ナノスケール物性研究部門
教授 Mikk Lippmaa

光 OFF 型オプシンによる高感度かつ自然な(国)科学技術振興機構
視覚再生

16,445,000

機能物性研究グループ
助教 永田 崇“All-optical”な電気生理学による植物個体(国)科学技術振興機構の膜電位操作技術の創出

26,455,000

機能物性研究グループ
特任研究員 井上（今野） 雅恵

原子分解能・低速電子ホログラフィーの開発(国)科学技術振興機構

37,310,000

ナノスケール物性研究部門
特任研究員 柳澤 啓史

基盤的計算機シミュレーション手法の磁石材(国)物質・材料研究機構
料開発への展開62,199,330

附属計算物質科学研究センター
教授 常行 真司

基盤的計算機シミュレーション手法の検討と(大)東京工業大学
水素を含む新規材料候補の探索と物性解析

1,700,000

附属計算物質科学研究センター
教授 常行 真司

第一原理自動網羅計算に基づいた高精度・高速度のハイスループット材料計算ソフトウェ (国)産業技術総合研究所
アの開発・拡張と磁気特性の評価

9,900,000

データ統合型材料物性研究部門
特任准教授 福島 鉄也

次世代二次電池・燃料電池開発による ET 革(国)物質・材料研究機構
命に向けた計算・データ材料科学研究

9,790,000

機能物性研究グループ
教授 杉野 修エネルギー貯蔵材料の動作下超高分解能放(国)産業技術総合研究所
射光軟 X 線電子状態解析

5,999,753

附属極限コヒーレント光科学研究センター
教授 原田 慈久

水素利用等高度化先端技術開発／超高電位(国)エネルギー・産業技術総を目指した酸化物カソードの開発・先端計測合開発機構と理論解析による触媒能発現機構の解明

19,861,000

機能物性研究グループ
教授 杉野 修体外式膜型人工肺(ECMO)配管内壁コー(国)日本医療研究開発機構
ティング材料の改良に関する研究開発

48,712,124

附属極限コヒーレント光科学研究センター
教授 原田 慈久トポロジカル半金属を用いたテラヘルツ高速(国)科学技術振興機構
エレクトロニクス・スピントロニクス素子開拓

3,900,000

附属極限コヒーレント光科学研究センター
准教授 松永 隆佑

ベクトル波形制御された高強度高周波テラヘ(国)科学技術振興機構
ルツパルスによる物質制御

7,800,000

附属極限コヒーレント光科学研究センター
助教 神田 夏輝

時空間で精密制御した輻射場による表面反(国)科学技術振興機構
応プロセス

4,030,000

機能物性研究グループ
教授 吉信 淳

皮膚に対する接着/脱離スイッチングを実現す(国)科学技術振興機構
るスマートハイドロゲル表面の開発

0

附属中性子科学研究施設
助教 李 响

(国)科学技術振興機構

20,988,500

附属中性子科学研究施設
准教授 眞弓 晧一

ビックデータアプローチによる X 線レーザーイ(国)科学技術振興機構
メージングの高度化

1,820,000

附属極限コヒーレント光科学研究センター
准教授 木村 隆志

次々世代加工に向けた新規光源・要素技術(国)エネルギー・産業技術総開発／超高速利得スイッチ LD をシードとす
合開発機構
るレーザー加工用光源の開発

83,506,000

機能物性研究グループ
教授 秋山 英文CPS 型レーザー加工機システムによるスマー
内閣府
ト製造推進拠点502,000,000

附属極限コヒーレント光科学研究センター
教授 小林 洋平

ゲル・腱・靱帯の構造・ダイナミクスの解明

合

51

計

物性研だより第 61 巻第 2 号

1,057,100,807■■ ■■ ■ ■ ■

3．共同研究
相手側負担分 本学負担分

研 究 担 当 教 員

次世代レーザー及び加工の共通基盤技術開(国)産業技術総合研究所
発に関する研究

研

究

題

目

相 手 側 機 関

0

附属極限コヒーレント光科学研究センター
教授 小林 洋平

新しい強磁場マグネット用高強度・高導電率(国)物質・材料研究機構
導体の開発

0

附属国際超強磁場科学研究施設
教授 金道 浩一

磁歪の光ファイバセンサによる高速検出0

附属国際超強磁場科学研究施設
助教 池田 暁彦

人工知能とデータ科学に基づく光受容タンパ (国)理化学研究所、(大)名古
ク質の開発
屋工業大学

0

機能物性研究グループ
准教授 井上 圭一

第一原理計算によるネオジム永久磁石内部 (財)高度情報科学技術研究の交換結合定数解析
機構、(大)東京工業大学

0

附属物質設計評価施設
教授 尾崎 泰助

初期変換効率および放射線耐性向上のため(国)宇宙航空研究開発機構の太陽電池構造の検討

499,070

機能物性研究グループ
教授 秋山 英文(国)産業技術総合研究所

生体・医療・バイオ分野における先端レー
ザー加工過程の解明と加工プラットフォーム (国)産業技術総合研究所のオープンイノベーション化の実現

0

附属極限コヒーレント光科学研究センター
教授 小林 洋平

次世代レーザー及び加工の共通基盤技術開(国)産業技術総合研究所
発に関する研究0

附属極限コヒーレント光科学研究センター
教授 小林 洋平

10,000,000

附属国際超強磁場科学研究施設
准教授 徳永 将史

薄ディスクレーザー励起光パラメトリックチャー (国)量子科学技術研究開発
プ増幅装置に関する研究開発
機構

0

附属極限コヒーレント光科学研究センター
准教授 板谷 治郎

強相関 f 電子系化合物の物性科学研究

0

凝縮系物性研究部門
教授 榊原 敏郎

パルス超強磁場を用いた創発物性研究(国)理化学研究所(国)日本原子力研究開発機構

強磁場 NMR の開発と物性研究（物性研－物(大)北海道大学
性科学研究機関連携研究）

2,000,000

附属国際超強磁場科学研究施設
教授 金道 浩一

多重膜環境下における熱物性測定法の開発と新奇物性探索（物性研－物性科学研究機 (大)横浜国立大学
関連携研究）

1,000,000

附属物質設計評価施設
教授 上床 美也

軟 X 線検出器の性能の評価に関する研究(国)産業技術総合研究所

軟 X 線用 CMOS 検出器のための裏面照射(大)東北大学
化技術の開発【企業との共同研究 22 件】
合■■■■ ■■

計■

0

附属極限コヒーレント光科学研究センター
教授 原田 慈久0附属極限コヒーレント光科学研究センター
教授 原田 慈久

49,388,920
59,388,920

3,000,000

物性研だより第 61 巻第 2 号

52

編 集 後 記
今号では、昨年度の客員所員の方々の寄稿があります。高山先生の記事に“朝から晩まで２〜３カ月ひたすら繰り返す”が象徴的で目にとまったのですが、コロナ禍の中でも、客員所員となられた先生方が、この機会に研究に打ち込まれる意欲が綴られています。また、本山先生の記事では“オンラインで実験を行いその空気感を読み取ること”
が、これからの学生に求められるとの記載がありましたが、コロナ終息後で状況が通常に戻ったとしても、オンラインでの実験は共同利用研として取り組み続ける課題とな
り、そこには何か血の通った工夫が必要と感じました。昨年度において、コロナ禍での印象的なことの１つが、ISSP ワークショップの報告にある、オンラインによる国際ワー
クショップ です。世界の参加者が参加できるように、日本側が遠慮した（？）時間設定となった毎晩 9 時からの会議で、参加人数は 5 日間での延べ参加人数が 1000 人を越えて、参加登録者の２／３は海外でした。こちらもコロナ終息後は、オンサイト・オンラ
インのハイブリッドでの会議運営が通常となると共同利用研として想定しているところです。一方、大学を取り巻く状況に目を転じると、内閣府で 10 兆円の大学ファンド事業などの議論が進んでいます。大学の法人化からしばらく経ちましたが、大きな波がやってきました。と、こちらも共同利用研として注意深く見守っているところです。

鈴 木 博 之物性研だよりの購読について
物性研だより発行のメール連絡を希望される方は共同利用係まで連絡願います。
また、物性研だよりの送付について下記の変更がある場合は、お手数ですが共同利用係まで連絡願います。
記
１．送付先住所変更（勤務先⇔自宅等）
２．所属・職名変更
３．氏名修正（誤字脱字等）
４．配信停止５．送付冊数変更（機関送付分）
６．メール配信への変更

変更連絡先：東京大学物性研究所共同利用係〒277-8581 柏市柏の葉 5-1-5
メール：issp-kyodo@issp.u-tokyo.ac.jp