光・量子ビーム科学連携推進室 第4回ワークショップ
平成26年10月28日（火），金属材料研究所

大学が主体的に関わる中性子・放射光施設の意義と大学の役割

大学ー多体相関の中で”肝要”を見抜く力を育成するー

東北大学金属材料研究所
量子ビーム金属物理学研究部門
中性子物質科学研究センター

藤田 全基

物質科学 ー多彩な相互作用が織りなす世界ー
電子の内部自由度とトポロジーの協奏

様々な物性・機能性が発現するs

強相関電子系･材料

スピン

スピンヤンテラー効果

ラシュバ効果スピンパイエルス転移
スピン軌道整列u

スピンラダー系

異常ホール効果
異常ネルンスト効果

位相･幾何格子巨大磁気抵抗BCS超伝導光のホール効果

リラクサー強誘電性
フォノンホール効果l

高温超伝導
マルチフェロイック

軌道

電荷
軌道依存モット転移

光誘起相転移e-

物性発現に直結する相互作用を見極めるΦ物質科学 ー多彩な相互作用が織りなす世界ー
電子の内部自由度とトポロジーの協奏

様々な物性・機能性が発現するs

強相関電子系･材料

u

スピン位相･幾何格子
BCS超伝導Φ高温超伝導l軌道

電荷e-

物性発現に直結する相互作用を見極める

見えないものをどう視るか■ みるとはどういうことか？
見る: 認識する

見＝目＋儿

視る: 注意を向ける

視＝示＋見“心焉に在らざれば視れども見えず”■ 見たいものはなにか？ 電子自由度の相互作用機能発現に直結する相互作用を抜き出す
肝要を見抜く■ どう視るか？ 複数の量子ビームでダイナミクスを観る
観る: 観測する電荷・磁気励起の研究（中性子・放射光X線）

銅酸化物高温超伝導体 → スピンと電荷の結合系

small science@large facility

電荷 … X線散乱

スピン … 中性子散乱，X線散乱
融合利用

相補利用

マルチ量子ビーム利用
LaFeAsO1-xHx
日本で発見された新超伝導体

結晶構造

放射光X線

磁気構造

中性子

磁気転移温度ミュオン

物構研のもつマルチプローブを相補利用

磁気秩序と超伝導の競合的共存
M. Hiraishi, Nature Phys. 2014

元素戦略プロジェクトの一環として連携

相図の全体像を迅速に決定 → その後の詳細な研究を先導電荷・磁気励起の研究（中性子・放射光X線）

銅酸化物高温超伝導体 → スピンと電荷の結合系
中性子

磁気励起

電荷励起＋磁気励起

硬X線・軟X線

母物質（絶縁体）→ 電子ドープ

超伝導体

電荷・磁気励起の研究（中性子・放射光X線）

K. Ishii, M. Fujita, Nature Commum. 2014

硬X線散乱実験 … SPring-8, 7days

博士学生２名軟X線散乱実験 … ESRF(France), 6days

修士学生１名

中性子散乱実験 … J-PARC, 6days+7days

物質科学 ー多彩な相互作用が織りなす世界ーs

強相関電子系･材料

スピンヤンテラー効果

スピンラシュバ効果

スピンパイエルス転移
スピン軌道整列u格子

スピンラダー系

異常ホール効果
異常ネルンスト効果

位相･幾何

巨大磁気抵抗BCS超伝導光のホール効果

リラクサー強誘電性
フォノンホール効果

l軌道

高温超伝導
マルチフェロイック軌道依存モット転移

光誘起相転移電荷e-

物性発現に直結する相互作用を見極める
複数の量子ビームを有効利用する
相補利用から融合利用へΦ大学・大型研究施設間連携と量子ビーム利用
量子ビーム利用

放射光施設

それぞれの立ち位置は？ 中性子施設
どのようなビジョン？

大学

大学・施設間連携？
ミュオン施設施設に主体的に関わりたいのか？
なぜ？

企業何が肝要か？
その前に解決するべき課題は何か？ -それぞれどうしたいか？-大学・大型研究施設間連携と量子ビーム利用
大学

如何に連携するか

大型施設

ユーザー化

二局分離

専門化

最先端量子ビーム研究の硬直化議論すべき点
（肝要？）

人の流動化
成果創出

新しい制度の構築- 関係する会合 第2回 物構研特別シンポジウム，物質・生命科学における大学共同利用（5/28）「ユーザー・大学・大型施設連携の未来」
第9回 連携重点研究討論会，今後の共同利用の在り方を考える（8/6）
「中性子共同利用における東北大学の役割」
京大炉におけるビーム利用のための磁気中性子源検討3 ワークショップ（15/1/16）
テーマ：中性子ビーム利用におけるJRR-3、J-PARCとKURの組織的連携

大学・大型研究施設間連携と量子ビーム利用
ピークの引き上げ
量子ビームの相補利用、先端技術開発の推進
インフラの活用…こういうことができる
大型研究施設量子ビームの融合利用
量子ビーム科学の推進

価値共創, 役割の明確化

裾野の拡大
科学分野の間をつなげる、学際領域の創生
異分野交流からの創発…こういうことがやりたい
大学・企業

大学における大型施設利用・装置運用の課題
JRR3の金研中性子装置群
HERMESAKANE一研究室で管理・運営

J-PARCに装置を建設中

研究環境の変化、施設の大型化
・サイエンステーマの多様化
・技術の専門化・細分化
・人材育成に使える時間の欠如
単独研究室で牽引可能な域を超える

中性子物質材料研究センターの設立
理念「中性子科学と物質材料科学の継続的相互発展 -東北大学における戦略的中性子利用-」
行うべき事

装置管理

1. 中性子散乱プラットフォームの構築とその活用による物質材料科学への貢献
2. 中性子科学分野の若手教育と人材輩出に対する支援

人材育成

3. 中性子利用者と施設研究グループの連携推進
具体的取り組みと目指す組織

中核拠点

ニーズ・シーズの発掘

材料科学研究に戦略的に取り組む中性子組織

1. 利用者の啓蒙、先端的利用の推進、中性子利用の最適化※ 既存装置、建設中装置の利用「金研研究枠」（装置の維持管理を含む）※ J-PARC, JRR3への学内窓口、学内研究者を介した企業の受け入れ

ビジョナリーオーガニゼーション
日本でもっとも多くの中性子研究者を育てる組織
2. 教育機関としての役割の遂行（先験的組織）※ アウトリーチ活動、情報発信による認知度アップ、中性子利用のアピール※ 中性子科学教育環境の整備（学内ネットワークの拡充）※ 中性子の学校などの開催※ 教育用ビームラインの活用（若手研究者との交流）
3. 多様なユーザーの交流

ユーザーコミュニティーにおいて成長する組織※ 中性子利用組織の拠点化→ センターの実体化※ 交流の推進（スパイラルアップ、クラウドタイプ）※ プロジェクト研究、共同運営の提案

大学・大型研究施設間連携と量子ビーム利用ピークの引き上げ
量子ビームの相補利用、先端技術開発の推進
インフラの活用…こういうことができる
大型研究施設量子ビームの融合利用

中核拠点が量子ビーム科学の推進

両者をつなぐ裾野の拡大
科学分野の間をつなげる、学際領域の創生異分野交流からの創発…こういうことがやりたい
大学・企業

教育について大学

大型施設

光・量子ビームプラットフォーム
量子ビームの特徴に合わせた教育
一歩踏み込んだグローバル人材の育成
肝要を見抜
く力の養成
@ 大学

研究者の育成俯瞰的視野を持つ者の育成

新分野創生

教育者の育成人材の輩出

量子ビーム科学の継続した発展

組織の先導量量⼦子ビーム科学のさらなる発展

Big question in small science
attacked byat large facility
量子ビームでノーベル賞
量子ビーム金属物理学研究部門（藤田研）
中性子、放射光、ミュオンの専門スタッフが同じ研究室に存在する日本初・唯一の大学研究室
http://qblab.imr.tohoku.ac.jp

まとめ
強相関電子系の研究では，多体相関電子の持つ多自由度の協奏現象の解明に，複数量子ビームの利用がスタンダードな研究スタイルになりつつある（なっている）
相補から融合へ

大学・施設間連携

複雑化

共通の将来ビジョンをもち，それぞれの特徴を活かした役割を示す - 両者のつながり方の制度設計 -俯瞰的に捉え，肝要を見抜くことが大事ご静聴，ありがとうございました