Essay談 話 室

スイス・バーゼル大学から卓越研究員としてResearch at University of Basel in Switzerland

仲田光樹 スピン - エネルギー変換材料科学研究グループ

Kouki Nakata

Research Group for Spin-energy Transformation Science Group

バーゼル大学（スイス）より卓越研究員として着任いI am Kouki Nakata.

たします、仲田光樹と申します。私は京都大学（基礎物I joined J A EA as a s o-理学研究所）で 2014 年に博士号（理学）を取得後、現在に至るまでの約 4 年間、バーゼル大学で理論物理学の研究を行ってきました [1]。スイス北西部に位置し、ドof Education (JSPS) under the Leading Initiative forExcellent Young Researchers (LEADER:“Takuetsu”
program in Japanese). In 2014, I obtained my Ph. D.

イツ、フランスと国境を接するバーゼル（ドイツ語圏）は、

in science from the Yukawa Institute for Theoretical

チューリッヒ、ジュネーブに次ぐスイス第三の都市です。

Physics, Kyoto University. Since then, I have worked

ライン川が流れる市の中心部にバーゼル大学はあります

at University of Basel in Switzerland, collaborating[ 写真 1（上）]。バーゼル大学は 1460 年に創立されたスwith Prof. Daniel Loss for four years [1]. Basel is in

イス最古の大学です。著名な大学関係者に、ユング（心理 学 者 : 1875-1961）、 ベ ル ヌ ー イ（ 数 学 者：1700-82）、オイラー（数学者：1707-83）、ニーチェ（哲学者：18441900）、等がいます [ 写真 1（下）]。

northwestern Switzerland, and the Rhine river flows
through the city [Photo 1 (Upper)]. Basel is the thirdmost populous city in in Switzerland after Zurich
and Geneva, and it shares borders with France andGermany. The official language in the town is“Swiss”

私はバーゼル大学において、1998 年に量子コンピューGerman. The University of Basel, founded in 1460, isタ（Loss–DiVincenzo 量 子 コ ン ピ ュ ー タ ）[2] の 実 現

the oldest university in Switzerland. Notable alumniに向けた理論を提案したことで世界的に著名な Daniel
Loss 教授と「スピン流」研究を行ってきました。電子には「電荷」と「スピン」という二つの側面（自由度）

of University of Basel include Jung (psychologist:1875–1961), Bernoulli (mathematician: 1700–82), Euler(mathematician: 1707–83), and Nietzsche (philosopher:1844–1900) [Photo 1 (Lower)].

がありますが、従来のエレクトロニクス技術は電子の電Collaborating with Prof. Daniel Loss in Basel, who

荷の自由度のみを活用してきました。そこで私と Lossis famous for having proposed a quantum computer

氏は、電子のもつもう一つの自由度、スピン、特にそのin 1997, which is called Loss-DiVincenzo quantum

流れである「スピン流」[2] に着目し、内在する量子力学的な性質を発芽させるためにはどうすればよいか理論研究を行い、数編の論文にまとめ、その方法を理論的に提案しました [1]。これらの研究により、従来のエレクトロニクス技術と比べ、スピン流を介してより高効率、省エ

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called“Takuetsu-Reseracher”supported by Ministry

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computer nowadays [2], I have worked theoreticallyon spin transport phenomena [1]. While electrons
have two degrees of freedom (charge and spins),
spin degrees of freedom have been disregarded inconventional electronics. Using spins and focusing
on the flow of spins (spin current), I succeeded in写真 1（上）毎朝このライン川沿いを歩いてオフィスまで通っていました。（下）大講堂に掲げられたバーゼル大学関係者の肖像画。真ん中にいるのが（おそらく）物理学者 / 数学者の Daniel Bernoulli (1700–1782)。
Photo 1(Upper) Rhine river that flows through Basel city. I have enjoyed walking along the river to myoffice every morning. (Lower) Portraits concerned with the University of Basel. The one in themiddle is (possibly) Daniel

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ネルギーに情報を伝送できることが‘期待’できます [3]。

theoretically proposing how to exploit the intrinsic

特に幾何学的量子位相（トポロジカルな性質）を活用

quantum-mechanical properties of nsulating magnets [1].

し、従来とは異なり（伝導）電子が全く存在しない系において、外界からのノイズ及び試料内部の非磁性不純物による攪乱に対して安定にスピン情報を保存・伝送可能

My research is expected to lead to the energy-saving
technology [3].
Especially, by using a geometric phase to exploit
the intrinsic topological properties of spins, I have

な「（一種の）トポロジカル絶縁体」の作成方法を提案

succeeded in theoretically proposing the realization ofすることに成功しました [1]。中性子散乱実験施設を有

a new type of topological insulators. The insulator isする原子力機構の皆さまと協力する事で、自身の理論をexpected to be robust against nonmagnetic impurity

実験で確認したいと期待しております。

scattering, where spin information is topologically

2016 年、物質のトポロジカル相という概念を物理学に導入し、その基礎学理を確立した先駆的業績により、
D. Thouless, J. Kosterlitz, F. D. M. Haldane の三氏にノーprotected. Toward experimental realization, neutron
scattering measurements will be one of the mostpromising approaches. Collaborating with my colleagues
at JAEA, I would like to perform such observations.

ベル物理学賞が授与されました。こうした基礎物理学でIn 2016, Prof. D. Thouless, Prof. J. Kosterlitz, and創出・熟成された概念を物質科学に適用する私の研究は、Prof. F. D. M. Haldane were awarded the Nobel

普遍性を追求する「物理学」と物質の個性を活かす「スPrize (Physics) for their pioneering works on theピントロニクス分野」に「トポロジカル量子科学」という架け橋を構築し、新たなスピン流量子機能を開拓する事が期待できます。今後も、スピン流の省エネルギー技

topological properties of materials; they introduced
the concept“topology”to Physics and established thefundamental basis for it. By applying the concept tomaterial science, I have built a new bridge dubbed術への活用を視野に入れつつ、基礎物理学との接点を指“topological spintronics” between fundamental

導原理に研究を進めます。

physics and spintronics, thus exploiting the intrinsic
quantum-mechanical properties of spin currents. To
seek possibilities for the application of this energysaving technology, I continue to work on the so-calledspintronics, while being based in fundamental physics.
I thus open and establish a new direction, topological

参考文献

References[1] KN et al., J. Phys. D 50, 114004 (2017): Review.
KN et al., Phys. Rev. B 90, 144419 (2014).
KN et al., Phys. Rev. B 92, 014422 (2015).
KN et al., Phys. Rev. B 92, 134425 (2015).
KN et al., Phys. Rev. B 95, 125429 (2017).
KN et al., Phys. Rev. B 96, 224414 (2017).
[2] D. Loss and D. P. DiVincenzo, Phys. Rev. A 57, 120(1998). D. Loss, P. Goldbart and A. V. Balatsky, Phys.
Rev. Lett. 65, 1655 (1990). F. Meier and D. Loss, Phys.
Rev. Lett. 90, 167204 (2003).
[3] Spin Current, edited by S. Maekawa et al. (Oxford
University Press, Oxford, UK, 2012). 齊藤英治，村上修一，『スピン流とトポロジカル絶縁体』（共立出版，2014.

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spintronics.