2020

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ご挨拶
Director’s Message
沿革
History
年表
Chronology
組織・運営
Organization/Administration
共同利用と国際協力
Joint Research and International Collaboration
教育・論文
Education/Publication
予算・職員
Budget/Staff Members

研究部門・Research Divisions

14
20
23
30
38
42

凝縮系物性研究部門
Division of Condensed Matter Science
物性理論研究部門
Division of Condensed Matter Theory
ナノスケール物性研究部門
Division of Nanoscale Science
機能物性研究グループ
Functional Materials Group
量子物質研究グループ
Quantum Materials Group
社会連携研究部門
Social Cooperation Research Department
データ統合型材料物性研究部門
Division of Data-Integrated Materials Science

附属研究施設・Research Facilities

44
56
61
67
69

物質設計評価施設
Materials Design and Characterization Laboratory
中性子科学研究施設
Neutron Science Laboratory
国際超強磁場科学研究施設
International MegaGauss Science Laboratory
計算物質科学研究センター
Center of Computational Materials Science
極限コヒーレント光科学研究センター
Laser and Synchrotron Research Center
78 軌道放射物性研究施設
Synchrotron Radiation Laboratory

79

共通施設
Supporting Facilities86

柏キャンパス地図
Kashiwa Campus Map

物性研究所は、東京大学附置の全国共同利用研究所として、1957 年に誕生し、今年創立 63 年となります。
その間、物性・物質科学の融合学術研究、および国際拠点を目指して 2000 年に東大柏キャンパスへ移転し、2004 年には国立大学法人の付置研となりました。2010 年には共同利用・共同研究拠点制度で「物性科学研究拠点」に認定され、2016 年より拠点の 2 期目がスタートし、新たな活動を展開しております。
どの時代においても、「物質・物性の先端的基礎研究の推進による学理の追求と、基盤研究からの科学技術への貢献」を目指し、研究、教育、共同利用・共同研究を 3 本の柱として、物性コミュニティーの支援の下に活動を推進しております。
本研究所では、最初の 23 年（第 I 期 : 1957-1979 年）、物理、化学、工学の物性分野から研究者を集めて 20 部門（後に 22 部門）を設立し、共同利用研として研究設備を整え、我が国における物性研究の向上に貢献しました。さらに、次の 16 年（第 II 期：1980-1995 年）では、高度成長時代において、物質・物性研究の重点化と機動性を図るため、極限物性を行う大型装置・施設を構築して共同利用・共同研究に提供し、先端的な物質・計測技術開発、理論研究を推進しました。また、さらにこの 24 年（第 III 期：1996- 現在）では、物質・物性科学は、（１）物質・システム軸（Materials and System）（２）測定・制御軸（Measurements
and Control）（３）概念軸（Theory, Computation, and Data）の３つの軸が MMT サイクルとして有機的に相互作用しながら、正のスパイラルで発展しております。本研究所も、小規模なグループで、機動的に先端研究の萌芽を作り、発展させる凝縮系物性研究部門、物性理論研究部門、およびナノスケール物性研究部門の３部門、中型・大型装置、施設を構築し、先端技術開発とともに研究を推進する物質設計評価施設、中性子科学研究施設、国際超強磁場研究施設、計算物質科学研究センター、極限コヒーレント光科学研究センター(LASOR) の 5 施設、そして研究支援を行う共通施設の編成となっており、全組織が協働して MMT サイクルを循環させております。
さらに、従来の物性・物質科学における学問領域の枠組みを超えた融合学術研究を推進するため、2016
年に横断型グループとして、“ 量子物質グループ ” と “ 機能物性グループ ” が誕生しました。量子物質グルー
プでは、本研究所の強みである強相関電子系の物質研究を発展させて、新物質で新たな量子現象、新概念を見出すことを目指しています。また、機能物性グループでは、これまで物性物理であまり取り扱われていなかった生体系物質を含むソフトマターや、素反応を含むエネルギーシステムなど、複雑系・階層系物質・システムを対象とし、その励起状態やダイナミクスを研究することに挑戦しております。2018 および 2020 年には、各々のグループに若手の新所員が着任し、２つのグループを中心に、新たな融合学術の創成にチャレンジしております。
また、2019 年には、社会連携研究部門として、「データ統合型材料物性研究部門」を設立し、産学連携研究
により、新たな視点で基礎科学研究を進めております。物性研究所は、物質・物性科学の新たなフロンティアを開拓するという創立以来のスピリットを礎に、今後も国際的な拠点として、先端的な物質・物性研究、人材育成、共同利用・共同研究に取り組む所存です。今後も、皆様の変わらぬご支援、ご協力をお願い申し上げます。

2020 年 9 月
物性研究所長2
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

森初果

The Institute for Solid State Physics (ISSP) was established in1957 as a joint-usage/research institute attached to the University ofTokyo. In every era, with the support of the science community, we
aim to lead the frontier of condensed matter physics and materials
science and contribute to science and technology from the view ofbasic research. We have promoted activities focused on research,education, and joint-usage/research.
In the first 23 years (Phase I: 1957-1979), ISSP established 20
departments (22 later) in the fields of physics, chemistry, andengineering. We constructed advanced facilities and contributed tothe improvement of condensed matter science in our country. In
the next 16 years (Phase II: 1980-1995), in view of “concentration”
and “mobility” of research in condensed matter science, large-scale

所長 Director

森

初果

MORI, Hatsumi

facilities and advanced equipment for extreme conditions in the areas of ultrahigh magnetic fields, high power lasers,
surface science, ultra-low temperatures, and very high pressures were constructed and shared with the community
through joint-usage/research. In the third era (Phase III:1996 – present), ISSP moved to the Kashiwa campus in 2000,
which provides an opportunity for us to expand and to develop new research activities pursuing new frontiers andbecoming an international center of excellence in condensed matter physics and materials science.
The condensed matter physics and materials science studies have three axes: (1) "Materials and System" axis (2)"Measurements and Control" axis, and (3) "Theory, Computation, and Data" axis. These three axes interact in what
we call a MMT cycle to promote a upward spiral. This institute is organized around 40 laboratories with small-,and medium-to-large-scale equipment and facilities. The labs were originally divided between three divisions forcondensed matter science, condensed matter theory, and nanoscale science. More recently, we have added threefacilities and two centers: the material design and characterization lab., the neutron science lab., the international
MegaGauss science lab., the center of computational materials science, and the laser and synchrotron research center(LASOR). All labs work together to maintain the MMT cycle.
In 2016, two new interdisciplinary groups, the Quantum Materials Group and the Functional Materials Group, wereformed to cultivate new frontiers beyond the framework of traditional disciplines. In the quantum materials group, we
aim to discover new quantum phenomena and new concepts with novel materials by developing research of strongly
correlated electron systems. The functional materials group is targeting complicated and hierarchical materials andsystems such as soft matter, including biological materials and energy systems where dynamics and excited states ofmatter are studied. Several young professors were appointed to each group in 2018 and 2020 to challenge the interdisciplinary sciences in these transverse groups.
In 2019, we established the “Division of Data-Integrated Materials Science” in Social Cooperation Research Department,
in which basic science research is conducted from a new perspective through industry-university collaboration research.
We continue to lead the frontiers of condensed matter physics and materials science in the ISSP spirit and are devoted
to developing as a global center of excellence. We appreciate your continuous support and cooperation in our activities.

September, 2020
Hatsumi MORI

3
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物性研究所は、「物性物理学」の研究推進のため、昭和向することにある。この研究体制は、新物質科学、物性理論、

32 年 4 月 1 日に、全国物性研究者の要望と日本学術会議

先端領域、極限環境、先端分光の 5 大研究部門と軌道放の勧告および、文部省と科学技術庁の合意に基づき、東京

射物性研究施設、中性子散乱研究施設、物質設計評価施

大学附置全国共同利用研究所として設立された。立ち遅れて設の 3 施設で構成された。このほかに所外研究者を一定期いた我が国の物性分野の研究設備・体制を国際的水準に高間所に迎えるための客員部門と外国人客員 2 名をおき、所内める拠点となるという設立当初の使命は、15 年ないし 20 年

外の交流・協力と、所の研究の活性化・流動化を促進している。

でほぼ達成された。

平成 12 年 3 月に、43 年間活動を展開した六本木キャン

次の目標は先端的実験技術を開発することに設定され、そパスから東京大学の第 3 極としての柏新キャンパスに全面移のための重点 5 計画のうち、まず超低温物性は昭和 55 年度転した。同時に移転した宇宙線研究所および、新設された大に、超強磁場・極限レーザー・表面物性が昭和 59 年度に学院・新領域創成科学研究科と共に、従来の枠をこえた新設備計画を終え、軌道放射物性設備計画も昭和 61 年度にそしい学問領域の推進を目指した。平成 15 年度 には日米科の緒についた。研究計画の展開に伴い、組織上でも昭和 55

学技術協力事業や茨城県東海村パルス中性子源計画へ対応

年に改組が行われた。従来の固有 21 部門を、超強磁場・するために、中性子散乱研究施設が中性子科学研究施設へ

極限レーザー・表面物性・超低温物性・超高圧を含む極限と改組された。平成 16 年に東京大学が法人化され、その中物性部門、軌道放射物性部門、中性子回折物性部門、凝縮での全国共同利用研究所としての新たな役割が期待された。

系物性部門、理論部門の5 大部門に改め第 2 世代に移行した。

また同年、先端領域部門をナノスケール物性研究部門と名称

極限物性部門は、従来の実験装置では実現不可能な極変更した。平成 18 年に国際超強磁場科学研究施設、平成限的状況を創ると共にその下での新しい物性の探索を行なっ

23 年に計算物質科学研究センターが新設された。軌道放射

た。軌道放射物性部門は加速器を光源に、中性子回折物性

物性研究施設では、平成 9 年の SOR-RING 運転停止以降、部門は原子炉を線源に用いるため、それぞれ他の研究機関

高エネルギー加速器研究機構内に設置したつくば分室（平の協力を得て研究を進めた。中性子回折物性部門では、日成２６年廃止）や平成 21 年に大型放射光施設 SPring-8 内本原子力研究所（現・日本原子力研究開発機構）の研究に設置した播磨分室で活動を行っている。平成 24 年には、

用 3 号炉の改造に伴い、平成 2 年度から 4 年度までに線源

先端分光研究部門との統合により、極限コヒーレント光科学の大幅な性能向上が図られ、平成 5 年度から中性子散乱研

研究センターが発足した。平成 28 年の改組では、新物質究施設に拡充改組された。一方で、軌道放射物性研究施設

科学研究部門と極限環境物性研究部門の凝縮系物性研究は東京大学田無キャンパス内に設置された SOR-RING を運部門への再編と、従来の枠を超えた新しい学問領域の推進転し、また、高エネルギー物理学研究所（現・高エネルギーを目指した機能物性研究グループと量子物質研究グループの加速器研究機構）内に分室を設けビームラインと実験ステー

創設を行い、更に、企業との共同研究の進展に伴い、物性ションを維持してきた。また凝縮系物性部門は、理論部門と研究所では初めての社会連携研究部門として、データ統合型

共に、自由な発想による研究と新たな萌芽の育成を目的とし

材料物性研究部門が平成 31 年度に設置されるなど、新たていたが、その中から具体化した物質開発構想により、平成な一歩を踏み出している。

元年度に同部門から分離・新設された新物質開発部門を中心に研究活動が進められた。
昭和 55 年の改組から 16 年間の時を経て、平成 8 年には再び全面的な改組が行われ、第 3 世代に移行した。そのね
らいは、それまで開発された個々の極限環境や先進的測定技術を組み合わせることにより新しい現象を追求したり、表面・薄膜・微細加工物質などで代表されるメゾスコピック、ナノス
ケールでの人工物質を対象とする新しい研究領域開拓をめざ
したり、また計算機物理学の支援の下に新物質を設計・合成するなど、伝統的な固体物理学の枠組みをこえる研究を展

六本木キャンパス物性研究所研究棟（1963 年）

開し、それを発信する国際共同利用研究所としての活動を志ISSP Main Building at Roppongi Campus（1963）

4
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

efforts are also planned on synthesis and characterization of
new materials with the aid of computational physics, whichallows us to design and predict properties of new materials.
In order to reflect these developments, former researchdivisions were reorganized into five research divisions (NewMaterials Science, Condensed Matter Theory, Frontier
Areas, Physics in Extreme Conditions, and Advanced
Spectroscopy) and three research facilities (Synchrotron
Radiation, Neutron Scattering, and Materials Design andCharacterization Laboratories). In addition, a visiting staff
division as well as two foreign visiting professor positions
were created.
ISSP was relocated to the new campus in Kashiwa of
the University of Tokyo in March 2000 after the 43 yearsof activities at the Roppongi campus in downtown Tokyo.
Here ISSP is aiming at creating new areas of sciencein collaboration with other institutions in Kashiwa. In
2003, Neutron Scattering Laboratory was reorganized
to Neutron Science Laboratory. The University of Tokyo
was transformed into a national university corporation in2004 and thus ISSP is expected to play new roles as a joint
research Laboratory in the university corporation. In thesame year, Division of Frontier Areas Research changed its
name to Division of Nanoscale Science. In 2006, the ISSP
established International MegaGauss Science Laboratory
and started serving as an international center of physics
in high magnetic fields. In 2011, Center of Computational Materials Science was established in the ISSP, forpromoting materials science with advanced supercomputers. Regarding Synchrotron Radiation Laboratory, after
the closing of the SOR-RING in 1997, Harima branchof Synchrotron Radiation Laboratory was established at
SPring-8 in 2009. Furthermore, Division of Advanced
Spectroscopy and Synchrotron Radiation Laboratory werereorganized in 2012 into the newly established Laser andSynchrotron Research Center. In 2016, Divisions of New
Materials Science and Physics in Extreme Conditions werereorganized into Division of Condensed Matter Science,and Functional Materials Group and Quantum Materials
Group were launched in order to widen the scope ofcondensed matter science, as a new step forward in theinterdisciplinary research field. Division of Data-Integrated
Materials Science was established in 2019 as the firstSocial Cooperation Research Department in ISSP with theprogress of collaborative Research with industry.

The Institute for Solid State Physics (ISSP) of the University of Tokyo was established on April 1 in 1957 as a joint
research laboratory based upon the recommendation of
the Science Council of Japan and the concurrence between
the Ministry of Education, Science and Culture and theScience and Technology Agency in order to carry on basic
research in condensed matter physics. Within the first 15 to
20 years, ISSP had achieved its original mission, that is toserve as the central laboratory of materials science in Japanequipped with state-of-art facilities that were open for all
domestic researches in order to bring the research in Japan
up to par with the international level.
The next goal was set to develop advanced experimental
techniques that were difficult to achieve in most university
laboratories. The reorganization of ISSP into the "second
generation" took place in 1980. Division of Physics inExtreme Conditions included groups in the areas of ultrahigh magnetic field, laser physics, surface science, ultralow temperature and very high pressure. It aimed to create
extreme conditions and to explore new phenomena.
Neutron Scattering Laboratory was constructed in Tokai
in collaboration with the Japan Atomic Energy Agency. Its
capability was significantly improved during 1990 - 1992 due
to renovation of the research reactor. Synchrotron Radiation Laboratory operated the SOR-RING in the Tanashi
Campus of the University of Tokyo and maintained beamlines in the Photon Factory at the High Energy Accelerator
Research Organization (KEK) in Tsukuba. Besides activities
using such big facilities, the Condensed Matter Division andthe Theory Division maintained small groups motivatedby individual interests and ideas. Among these groups wasformed Materials Development Division in 1989 aiming at
exploring new materials and their novel properties.
16 years after the reorganization, another major
reorganization of ISSP into the "third generation" took
place in 1996, in order to pursue new frontiers beyond
the traditional disciplines and become an international
center of materials science. One example is to explore newphenomena in combined environments of various extreme
conditions, since individual technologies for high magnetic
field, low temperature and high pressure had reachedcertain maturity during the "second generation". Anotherexample is the study of artificially designed materials
such as thin films, materials fabricated on surfaces andmesoscopic systems with nanoscale structure. Focused

5
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

昭和 32 年

1957

共同利用研究所として発足

Establishment of ISSP as a joint research laboratory
電波分光 ･ 理論第 2 部門､ 理工研から振替：結晶第１部門新設

Opening of Radio and Microwave Spectroscopy, Theory II, and Crystallography I divisions
昭和 33 年

1958

誘電体 ･ 光物性部門､ 理工研から振替

Opening of Ferroelectrics and Quantum Electronics, and Optical Properties divisions
極低温 ･ 磁気第 1 部門増設

Opening of Low Temperature and Magnetism I divisions
昭和 34 年 1959

半導体 ･ 分子 ･ 格子欠陥 ･ 塑性 ･ 放射線物性部門増設

Opening of Semiconductor, Molecular Physics, Lattice Imperfections, Plasticity, and Nuclear
Radiation divisions
昭和 35 年

1960

結晶第２･ 理論第１・固体核物性・界面物性部門増設

Opening of Crystallography II, Theory I, Solid State Nucleus, Surface Properties, and Molecular
Science divisions
物性研究所開所式

Inauguration of ISSP
昭和 36 年

1961

昭和 40 年

1965

磁気第 2･ 非晶体 ･ 超高圧 ･ 理論第 3 部門増設､ 20 部門となる

Opening of Magnetism II, Solid Materials, High Pressure, and Theory III divisions. Total 20 divisions
非晶体部門を無機物性部門に名称変更

Solid Materials division was renamed as Inorganic Materials division
昭和 44 年 1969

中性子回折部門増設

Opening of Neutron Diffraction division
昭和 47 年

1972

固体物性部門（客員部門）増設（22 部門となる）

Opening of Solid State division (visiting staff), resulting in 22 divisions in total
昭和 50 年

1975

軌道放射物性研究施設設置

Foundation of Synchrotron Radiation Laboratory
昭和 54 年

1979

超低温物性研究棟竣工

Ultra-Low-Temperature Laboratory building completed
昭和 55 年

1980

従来の 22 部門が極限物性部門（超強磁場、極限レーザー、表面物性、超低温物性及び超高圧）、
軌道放射物性部門、中性子回折物性部門、凝縮系物性部門ならびに理論部門の 5 大部門及び客員
部門１に再編成される

Reorganization of ISSP from 22 small divisions to five large divisions, Physics in Extreme
Conditions (including ultra-high magnetic field, laser physics, surface science, ultra-low
temperatures and very high pressure laboratory), Synchrotron Radiation, Neutron Diffraction,
Condensed Matter and Theory divisions and one Visiting Staff division
昭和 57 年

1982

超強磁場 ･ 極限レーザー実験棟竣工

Ultra-High Magnetic Field Laboratory and Laser Laboratory building completed
平成 元年

1989

新物質開発部門（時限 10 年）が増設され､ 6 大部門となる

Opening of Materials Development division
第 1 回 ISSP 国際シンポジウム ｢有機超伝導体の物理と化学｣ 開催（以降数年ごとに開催）

The 1st ISSP International Symposium on "The Physics and Chemistry of Organic Superconductors"
平成 5 年

1993

中性子散乱研究施設の新設

Foundation of Neutron Scattering Laboratory
平成 7 年

1995

国際外部評価が実施される

Evaluation of scientific achievements of ISSP by an international external committee
6
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

平成 8 年

1996

新物質科学､ 物性理論､ 先端領域､ 極限環境物性､ 先端分光の 5 大研究部門と軌道放射研究施設､
中性子散乱研究施設に新たに物質設計評価施設を加えた 3 施設に再編される

Reorganization into five divisions; New Materials Science, Condensed Matter Theory, Frontier
Areas Research, Physics in Extreme Conditions and Advanced Spectroscopy divisions, and threefacilities; Synchrotron Radiation, Neutron Scattering and Materials Design and Characterization
Laboratories
東京大学柏キャンパスにおける物性研究所実験棟建設着工

Construction of the new ISSP buildings in Kashiwa campus started
平成 9 年

1997

日米協力事業（中性子散乱）の国際外部評価が実施される

Evaluation of activities of the U.S.-Japan cooperative program on neutron scattering by theinternational review committee
平成 11 年

1999

柏キャンパスへの移転開始 (2000 年移転完了）

平成 13 年

2001

外国人客員新設

Relocation to Kashiwa campus started (completed in 2000)
Opening of foreign visiting professorship
平成 15 年

2003

中性子散乱研究施設が中性子科学研究施設に改組

Reorganization to Neutron Science Laboratory from Neutron Scattering Laboratory
物質設計評価施設で外部評価が実施される

Evaluation of scientific activities of the Material Design and Characterization Laboratory by theexternal committee
平成 16 年

2004

東京大学が国立大学法人東京大学となる

The University of Tokyo was transformed into a national university corporation
先端領域研究部門をナノスケール物性研究部門に名称変更

Division of Frontier Areas Research was renamed as Division of Nanoscale Science
平成 17 年

2005

国際外部評価が実施される

Evaluation of scientific achievements of ISSP by an international external committee
平成 18 年

2006

平成 19 年

2007

国際超強磁場科学研究施設の新設

Foundation of International MegaGauss Science Laboratory
創立 50 周年記念事業

Celebration of 50th anniversary
平成 22 年

2010

共同利用・共同研究拠点として認可

Authorization as a joint usage/research center
平成 23 年

2011

計算物質科学研究センターの新設

Foundation of Center of Computational Materials Science
平成 24 年

2012

先端分光研究部門及び軌道放射物性研究施設が統合・再編され、極限コヒーレント光科学研究センターが発足

Foundation of Laser and Synchrotron Research Center, as a reorganization of Division ofAdvanced Spectroscopy and Synchrotron Radiation Laboratory
平成 26 年

2014

日米協力事業（中性子散乱）の国際外部評価が実施される

Evaluation of activities of the U.S.-Japan cooperative program on neutron scattering by theinternational review committee
平成 27 年

2015

国際外部評価が実施される

Evaluation of scientific achievements of ISSP by an international external committee
平成 28 年

2016

新物質科学研究部門と極限環境物性研究部門が凝縮系物性研究部門へ再編される
機能物性研究グループと量子物質研究グループが創設されるReorganization to Division of Condensed Matter Science from Divisions of New Materials
Science and Physics in Extreme Conditions, and foundation of Functional Materials Group andQuantum Materials Group平成 31 年

2019

データ統合型材料物性研究部門の新設

Foundation of Division of Data-Integrated Materials Science7
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

8
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物性研究所は、東京大学の附置研究所であると同時

ISSP belongs to the University of Tokyo. At the sametime, its facilities are open to all domestic researchers
participating in joint research. In April 2010, ISSP was
duly granted the authorization as a joint usage/research
center. ISSP operational matters are discussed anddecided upon during faculty meetings participated byprofessors and associate professors of ISSP. The ISSP
Advisory Committee is tasked with giving advice onvarious aspects of administration in response to inquiries
from the director. In order to represent the interests ofoutside users, the ISSP Advisory Committee is composedof nearly equal numbers of ISSP affiliated members andnon-affiliated members. The Advisory Committee for
Joint Research (composed of both ISSP and non-ISSP
members), evaluates and approves research proposals andoffers opinions in response to inquiries from the director.
Currently ISSP consists of four Research Divisions, two
Research Groups, five Research Facilities. Among these,
Synchrotron Radiation Laboratory has a branch in the
SPring-8, Sayo, Hyogo, and the Neutron Science Laboratory maintains spectrometers installed at the research
reactor in the Japan Atomic Energy Agency, Tokai,
Ibaraki. Apart from the Research Divisions and Facilities,
supporting facilities, which include Cryogenic Service
Laboratory, Machine Shop, Radiation Safety Laboratory,
Library and International Liaison Office, provide services
to both in-house and outside users. Public Relations
Office offers various information, and Information
Technology Office handles and supports network-related
matters, and Counseling Services provide brief counselingand referral services to students, faculty, and staff.
ISSP recruits all positions for professors, associate
professors, and research associates openly. ISSP's hiringof professors and associate professors is decided ina Faculty Meeting. Prior to the Faculty Meeting, thePersonnel Selection Council, (composed of approximately an equal number of members from inside andoutside of ISSP), reviews all candidates. ISSP's final hiring
decisions of research associates positions are also decided
in a Faculty Meeting. Prior to the Faculty Meeting,the Personnel Selection Council makes recommendations after reviewing candidates provided by a selection
committee.

に、全国物性科学研究者のための共同利用研究所でもある。また、平成 22 年 4 月には共同利用・共同研究拠点として認可された。研究所の運営に関する事項は、教授及び准教授から構成される所員会での審議、議決を経て定められる。また、所長の諮問に応じ意見を述べる組織として、研究所外委員と半数以下の所内委員により組織された物性研究所協議会が置かれ、外部研究者の要望を伝達する機能を果たしている。共同利用・共同研究拠点の実施に関しては、研究所外委員と半数以下の所内委員よりなる共同利用施設専門委員会が、所長の諮問に応じて意見を述べると共に、共同利用・共同研究及び施設利用課題等の審議、及び採択を行っている。研究戦略室は所長が室長を務め、将来計画の策定など研究や運営を強化する取組を推進している。
物性研究所の研究体制は 4 研究部門、2 研究グルー
プ、5 附属研究施設（以下、施設・センターとする。）よりなる。このうち極限コヒーレント光科学研究センター軌
道放射物性研究施設に関しては兵庫県佐用郡佐用町のSPring-8 内に施設分室が置かれており、中性子科学研
究施設の実験装置は茨城県東海村の日本原子力研究開発機構内にある研究用原子炉に設置されている。さらに、
所内研究者や共同利用者が共通に利用できる施設として
低温液化室、工作室、放射線管理室、図書室、国際交流室などが置かれている。また、物性研究所における様々な情報の発信を担当する広報室や、ネットワーク関連の管理運用やサポートを行う情報技術室、及び学生や教職員のための相談室も設置されている。
物性研 究所の教 授、准教 授、助教の人事は、原則、公募により選考が行われる。教授、准教授の選考においては、物性研内外ほぼ同数の委員よりなる人事選考協議会での審査を経て、教授会において審議、議決される。
また、助教の選考においては、選考委員会の審査後、人事選考協議会所外委員に諮り、教授会で審議、議決される。

9THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

全国の物性科学研究者に対する共同利用・共同研究

The facilities of ISSP are open to domestic
researchers, who are encouraged to submit jointを促進するため、次の制度が設けられている。
１．一般研究員 ––– 所外研究者が研究の必要上、本所

research proposals. In addition, ISSP provides opportunities for young scientists including graduate students
to research on exchange at ISSP. ISSP supports travelを利用したい場合、その便宜を提供するための制度である。申請された研究計画等を検討のうえ決定している。
２．留学研究員 ––– 大学、官庁などの研究機関に在籍

and research expenses for visitors.
The supercomputer system of ISSP is used via
internet by domestic researchers.

する若い研究者に対し、長期にわたる本所への留学の機会を提供する制度である。
本所所員の指導のもと、３ヶ月を超えて研究を行う長期留学研究員と、新技術の習得などを目的として３ヶ月以下の滞在を行う短期留学研究員の２種類の制度がある。
３．嘱託研究員 ––– 所外研究者に本所の研究計画並びに共同研究計画の遂行上必要な研究を嘱託し、あわせて本所施設の利用の便宜を提供する制度で、期間は６ヶ月を限度としている。
その他、物性研スーパーコンピュータシステムは、インターネットを通じ全国の物性研究者の利用に供されている。

共同利用で来所する外来研究者は、柏キャンパス内

Visitors for joint research can stay in the guest houseの宿泊施設を利用することが出来る。
（シングル 28 室、

on the Kashiwa campus (28 single and 2 twin rooms).

ツイン２室）

物性研究上興味深い特定テーマについて、２〜３日

ISSP holds domestic workshops on specific subjects

程度集中的な討議を行うための制度である。全国の物

of condensed matter science typically with a two to
three-day schedule and one hundred participants.
Proposals for workshops are submitted by researchers
over the country and selected by the Advisory

性研究者からの申請に基づき、共同利用施設専門委員会によって採択が審議決定される。

Committee for Joint Research.
※上記の共同利用制度の詳細については
本所共同利用係までお問い合わせください。
なお、３ヶ月毎（平成 15 年度〜）に発行している「物性研だより」には、各種共同利用の公募や短期研究会報告などの情報が掲載されています。
短期研究会 ISSP Regular Workshops
10
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物性研究所は、物性研究の国際的拠点としても重要

ISSP plays an important role as an international centerof materials science. International symposiums andworkshops are organized by ISSP and the unique facilities
of ISSP have been used in many international collaborations. Many foreign researchers have been spending theirearly careers at ISSP supported by ISSP Visiting Professorship and also various fellowship programs sponsored by
the Japan Society for Promotion of Science, the Ministryof Education, Culture, Sports, Science and Technology,
and other agencies. ISSP has also been coordinating the
US-Japan cooperative research program on neutron
scattering since 1981.

な役割を担っている。国際シンポジウム及び国際ワークショップを開催するとともに、物性研究所の特徴ある設備を活用した国際共同研究も活発に行われている。物性研究所の外国人所員制度や、文部科学省や日本学術振興会の外国人招聘制度などを利用した研究者も多数在籍している。また、昭和 61 年以降、中性子散乱に関する日米協力事業の実施機関の役割も果たしている。

●テーマ

●開催期日

Topological Phenomena in Novel Quantum Matter: Laboratory Realization ofRelativistic Fermions and Spin Liquids

2016･2･29-3･490（70）

International Workshop on Tensor Networks and Quantum Many-Body Problems(TNQMP2016)

2016･6･27-7･15

125（35）

The 17th International Conference on High Pressure in Semiconductor Physics(HPSP-17) & Workshop on High-pressure Study on Superconducting (WHS)

2016･8･7-11

110（37）

Theory of Correlated Topological Materials (TCTM2017)2017･2･6-3･3

96（38）

Topological Phases and Functionality of Correlated Electron Systems (TPFC2017)2017･2･20-22

159（49）Forefront of Molecular Dynamics at Surfaces and Interfaces: from a single molecule tocatalytic reaction

2017･11･20-23

196（63）The International Summer workShop 2018 on First-Principles Electronic Structure
Calculations (ISS2018)2018･7･2-12

67（20）

Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics

2018･9･25-29

108（61）Topological Phases and Functionality of Correlated Electron Systems 20192019･2･18-20

185（13)Spectroscopies in Novel Superconductors (SNS2019)2019･6･16-21

208（87)

Computational Approaches to Quantum Many-body Problems (CAQMP2019)2019･7･16-8･8105（30)

New Perspective in Spin Conversion Science (NPSCS2020)

2020･2･3-4

99（12)

Title

Date

●参加者数（外国人）

最近の国際シンポジウム及び国際ワークショップ Recent international symposiums and workshops

11
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

Participants（overseas）

物性研究所では、特色ある施設を利用し、物性科学

ISSP contributes to the graduate education in materialsに関連した大学院教育に力を注いでいる。物性研究所のscience using its unique facilities. The faculties partici-

教員は、研究分野に応じて、大学院理学系研究科物理

pate in the following departments of the graduate school

学専攻、化学専攻、工学系研究科物理工学専攻、新領of the University of Tokyo: Physics, Chemistry, Applied

域創成科学研究科物質系専攻、及び複雑理工学専攻にPhysics, Advanced Materials, and Complexity Science属しているが、これら従来の枠を越えた総合的視野に立and Engineering. However, students are encouraged to

つ若い物性科学研究者の養成に力を入れている。物性

develop their careers across the established disciplines.

研究所では、毎年大学院進学希望者のためのガイダンス

Every year a guidance and guided tour are given toを開催するとともに、教養学部前期課程在学の学生を対

those who are interested in graduate courses in ISSP.

象に、全学体験ゼミナール先端研究体験学習として「柏In addition, the annual experiential learning program

キャンパスサイエンスキャンプ」を開講している。

“Science Camp at Kashiwa Campus” also offers an
opportunity for undergraduate students to gain a firsthand experience in materials science research.

修士課程 Master Course

博士課程 Doctor Course

2017 年

2018 年

2019 年

2020 年2017 年

2018 年

2019 年

2020 年

物理学専攻 Physics

29

30

30

33

28

24

28

31

化学専攻 Chemistry

6

3

3

4

0

2

4

5

物理工学専攻 Appl. Phys.

8

9

6

10

3

3

7

11

物質系専攻 Advanced Materials

41

39

39

41

24

18

17

15

複雑理工学専攻 Complexity Sci. and Eng.
合

計

2

3

3

1

0

0

2

2

86

84

81

89

55

47

58

64

過去４年の専攻別大学院生数 Number of graduate students

物性研究所では、年間 300 編前後の学術文献を発表している。2019 年の学術文献 334 編の内訳は、学術論
文 309、解説記事 23、本（または本の一部）2 となっている。

About 300 scientific issues are published throughannual activity in ISSP. The 334 articles publishedin 2019 consist of 309 papers in refereed journals,
23 reviews, and 2 books.

年間発表論文数（プロシーディング・解説記事含む）

Number of scientific papers (including proceedings and reviews)

12
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

予算/Budget

令和元 年度（2019 fiscal year）（Ａ）人件費：文部科学省より（Ｂ）物件費：文部科学省より（Ｃ）その他補助金：文部科学省・日本学術振興会より（Ｄ）寄附金：民間等より（Ｅ）受託研究・共同研究：民間・他省庁等より（Ｆ）科学研究費：文部科学省・日本学術振興会より（Ａ）Regular Budget (Personnel) from Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology（Ｂ）Regular Budget (Non-Personnel) from Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology（Ｃ）Other Subsidies from the Govermment（Ｄ）Grant-in-Aid from Private Corporations（Ｅ）Grant-in-Aid from Governmental Agencies and Private Corporations（Ｆ）Grant-in-Aid from Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology, and Japan Society
for the Promotion of Science

(A)
人件費

(B)
物件費

(C)
その他補助金

(D)
寄附金

(E)
受託研究
・共同研究

(F)
科学研究費

計
Total

令和元年度 (2019)

1,450,850

1,504,617

22,77370,785

1,180,625

533,740

4,763,390

平成30年度（2018）

1,541,577

1,733,833

22,62046,268503,425

521,490

4,369,213

平成29年度（2017）

1,124,758

1,663,282

20,03018,808714,259

424,530

3,965,667

平成28年度（2016）

1,315,153

1,669,627

99,13832,134

668,752

535,153

4,319,957

平成27年度（2015）

1,657,078

1,680,722

466,267

17,829500,211464,165

4,786.272

平成26年度（2014）

1,700,581

1,749,421

964,107

28,071

435,229585,279

5,462,688（単位：千円） （Unit：Thousand Yen）

予算額の推移 Budget in recent years

令和 2 年 4 月１日 現在 / As of April 1, 2020
Professors

教授

特任教授

Project
Professors

Associate
Professors

准教授

特任准教授
Project
Associate
Professors

Research
Associates

助

教

特任助教

Project
Research
Associates

22

1

16

1

39

7

特任研究員 技術系職員 事務系職員

合計

Project
Researchers

Technical
Staff

Administrative
Staff

Total

48

57

60

251

13
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

凝縮系物性研究部門
Division of Condensed Matter Science
高温 超伝導体、有機 伝導体、グラフェン、ト
ポロジカル絶縁体など、「新物質」の発見が物質科学の新しい局面を切り拓いた例は枚挙に暇がない。また超伝導や量子ホール効果などの種々の予期せぬ現象が、物質系を極低温、高圧、強磁場といった「極限環境」に置くことにより見出されてきた。凝縮系物性研究部門では、無機・有機結晶や原子層物質などの新しい物質系を合成し、その物性を極限環境での高度な実験技術を用いて測定することにより、新しい物質観につながる物
性現象を発見し解明することを目標としている。
当部門を構成する研究室は、自由な発想のもとに、新物質や高品質試料の作製、極限環境での輸送現象、熱測定、精密磁化、核磁気共鳴などの精密物性測定を行っている。遷移金属酸化物、重い電子系、有機伝導体、原子層物質、トポロジ
カル物質などの多様な物質を対象に、電子相関、トポロジー、多極子、分子自由度などが協奏して現れる多彩な現象の解明に取り組んでいる。

Discoveries of new materials, for example, hightemperature superconductors, organic conductors,
graphene, and topological insulators, have often
opened new horizons in materials science. Application of extreme conditions of low temperature, highpressure, and high magnetic field has also revealed
various unexpected properties of matters, such as
superconductivity and quantum Hall effect. The goalof the Division of Condensed Matter Science is to
uncover novel phenomena that lead to new conceptsof matter, through combining search, synthesis andcharacterization of new materials.
Each group in this division pursuits its own
research on synthesis of new materials and highquality samples, and precise measurements of transport, thermal, magnetic properties including nuclear
magnetic resonance. Their main subject is to elucidate
varied phenomena which emerge as a concerted resultof strong electron correlation, topology, multipole,and molecular degrees of freedom, in transition metaloxides, heavy electron systems, organic conductors,
atomic layer materials, and topological materials.

教

授

瀧川

仁

助

教

田縁

俊光

特任研究員

キスワンディ アンディカ オクサリオン

教

授

榊原

俊郎

助

教

藤野

智子

特任研究員

佐藤

教

授

森

助

教

武田

晃

特任研究員 *2

ハンシェン ツァイ

特任教授 *1

中辻

知

特任助教

出倉

駿

特任研究員 *2

フェン ジリ

准教授

長田

俊人

特任助教 *2

冨田崇弘

特任研究員 *2

レイ マユク クマー

准教授

山下

穰

特任助教 *2

肥後

友也

助

手

村山

千壽子

技術専門員

内田

和人

Professor
Professor
Professor

Project Professor

TAKIGAWA, Masashi
SAKAKIBARA, Toshiro

初果

MORI, Hatsumi

NAKATSUJI, Satoru

Associate Professor OSADA, Toshihito
Associate Professor YAMASHITA, Minoru

Research Associate
Research Associate

Research Associate

TAEN, Toshihiro
FUJINO, Tomoko

TAKEDA, Hikaru

Project Research Associate DEKURA, Shun
Project Research Associate TOMITA, Takahiro

Project Researcher KISWANDHI, Andhika Oxalion

Project Researcher HANSHEN, Tsai

Project Researcher FENG, Zili

Project Researcher RAY, Mayukh Kumar

Project Research Associate HIGO, Tomoya

Research AssistantTechnical Associate

MURAYAMA, Chizuko

UCHIDA, Kazuhito*1 理学系研究科物理学専攻および所内量子物質研究グループと兼務。

/ concurrent with Physics Department, Graduate School of Science and Quantum Materials Group*2 所内兼務。本務は量子物質研究グループ。 / concurrent with Quantum Materials Group14
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

光幸

Project Researcher SATO, Mitsuyuki

凝縮系物性研究部門

Division of Condensed Matter Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/takigawa_group.html

瀧川研究室

瀧川

仁

TAKIGAWA, Masashi

Takigawa Group教授

Professor

核磁気共鳴法（ＮＭＲ）を主な実験手段として、固体内We use nuclear magnetic resonance (NMR) as the major
experimental tool to investigate exotic phenomena caused bystrong electronic correlation in solids. A remarkable feature ofstrongly correlated electron systems is the competition among
various kinds of ordering such as superconductivity, ferroor antiferromagnetism, charge and orbital order. Quantum
phase transitions between these ground states can be causedby changing the external parameters such as magnetic field orpressure. Nuclei have their own magnetic dipole and electric
quadrupole moments, which couple to the magnetic field orelectric field gradient produced by surrounding electrons. This
makes NMR a powerful local probe for microscopic investigation of the exotic order and fluctuations of multiple degrees
of freedom of electrons, i.e., spin, charge and orbital. We use
various NMR spectrometers in different environment (lowtemperature, high magnetic field and high pressures) to investigate transition metal compounds, rare earth compounds, andorganic solids.

の強い電子間相互作用に起因する現象を研究している。強相関電子系では、超伝導、強 ( 反強 ) 磁性､ 電荷秩序、軌道秩序といった多彩な秩序状態が拮抗しており、磁場 ･ 圧
力などの外的条件を変えることでこれらの間の量子相転移が起こり得る。原子核は固有の磁気モーメントや電気四重極モーメントを持っており、これらは周囲の電子が作る磁場や電場勾配を感じている。このためＮＭＲは、固体内電子のスピン、電荷、軌道などの自由度が絡み合って現れる特異な秩序状態や揺らぎの性質を、ミクロに探る有力な実験手段となる。我々は色々な特色を持つパルスＮＭＲ測定装置を整備し、低温・強磁場・高圧などの外的環境条件と組み合わせて、遷移金属化合物、希土類化合物や有機固体を対象とした研究を行っている。

<111> 方向の磁場下、２K 以下の低温において、強四極子秩序のために NMR 共鳴線が分裂する。特に 3a サイトからの信号を赤線で囲ってある。

The NMR lines split below
2K under the magnetic fieldalong <111> due to ferroquadrupole order. The signals
from the 3a sites are indicated by the red box.
温度 60K、磁場 6.6 テスラにおける希土類化合物 PrTi2Al20 中のアルミニウム（Al）
原子核の NMR スペクトル。プラセオジウム（Pr）イオンは非磁性 2 重項の結晶場
基底状態を持ち、低温で強四極子秩序を示す。Pr イオンをカゴ状に取り囲むアルミニウムには結晶学的に異なる 3 つのサイトが存在し、それぞれが <111> あるいは
<100> 方向の磁場によって非等価なサイトに分かれ、さらにその各々が四重極分裂によって 5 本の NMR 共鳴線を示すため、非常に複雑な NMR スペクトルが現れる。

NMR spectra of Al nuclei in PrTi2Al20H at the temperature of 60K and themagnetic field of 6.6 tesla. The Pr ions with a non-magnetic doublet groundstate in the crystal electric field undergo ferro-quadrupole order at low temperatures. There are three Al sites forming a cage surrounding Pr ions, eachof which splits into inequivalent sites under magnetic fields along <111> or<100>. Each Al site generates five quadrupole split NMR lines, resulting in acomplicated NMR spectrum.

NMR 共鳴線の分裂から電荷密度分
布の対称性がユニークに決まり、四極子の秩序パラメータが決定された。

T he spl itt ing of N M R li nes
uniquely determines the symmetry of the charge density distribution and the order parameter.

研究テーマ Research Subjects
1. 低次元、フラストレート・スピン系のダイナミクスと量子相転移
Dynamics and quantum phase transitions in low dimensional or frustrated spin systems
2. 特異な超伝導体
Exotic superconductors

3. 強相関電子系における電荷・軌道・多極子の秩序と揺らぎ
Ordering and fluctuations of charge, orbital, and multipoles in strongly correlated electron systems
4. スピン軌道結合電子系における新奇な秩序
Novel orders in spin-orbit coupled electron systems

15
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

凝縮系物性研究部門

Division of Condensed Matter Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/sakakibara_group.html

榊原研究室

榊原

俊郎

SAKAKIBARA, Toshiro

Sakakibara Group教授

Professor物質の示す磁気現象は広い温度範囲にわたっている。そMagnetic phenomena in condensed matter can be observed
at a wide range of temperatures. In heavy fermions and certain
other systems, interesting magnetic behavior often occurs at
low temperatures much below 1 K. Because of difficulty inmaking magnetic measurements at such low temperatures, little
work has been done to date. Our interest is to research thosemagnetic materials having low characteristic temperatures,such as f-electron compounds, heavy fermions, quantum spin
systems, and geometrically frustrated spin systems. To study
these systems, we also develop necessary equipment. Equipment
we have successfully developed includes: high sensitivity magnetometers which are operable even at extremely low temperatures
down to the lowest of 30 mK, and equipment to perform angleresolved specific heat measurements in a rotating magnetic field.
The latter is an effective tool for investigating the nodal structures of anisotropic superconductors.

の中で重い電子系などある種の物質系では 1 ケルビンよりも遙かに低い温度領域で興味深い性質を示す場合がある。このような温度領域では通常の磁気測定手段を適用することが困難なため未開拓の課題も多く、新しい物性現象が期待される。当研究室ではこのような低い特性温度を持つ様々な物質系の磁気物性の研究を行っている。 具体的には f 電子化合物や重い電子系、量子スピン系およびフラストレート
スピン系などが研究対象で、磁化や比熱測定を主な実験手段として研究している。この目的のために、我々は 30 ミリケ
ルビンの極低温まで磁化測定が可能な高感度の磁力計や、異方的超伝導体のギャップ構造の特定に有効な角度分解の
磁場中比熱測定装置など、独自の装置開発も行っている。

スピン三重項超伝導体 UTe2 の超伝導状態における比熱の ac 面内での磁場角度依存性。比熱の θ=90° における極小構造および 120° 付近の肩構造（矢印）は、a 軸方向のポイントノードを仮定すると説明できる。この結果はノンユニタリーな三重項超伝導が UTe2 で実現していることを示唆する。

Field-angular dependences of the specific heat of a spin triplet superconductor UTe2 in magnetic fields rotated in the ac plane. The local minimum of
the specific heat at θ=90°as well as the shoulder structure at intermediate
field angle (arrows) can be explained by assuming a point node along thea axis. These results provide evidence for a non-unitary triplet pairing in
UTe2.

UTe2 の超伝導ギャップの概略図．a 軸方向にポイントノードを持つ。

Schematic view of the gap structure of UTe2 with a point node
along the a axis.

研究テーマ Research Subjects
1. 重い電子化合物の磁性と超伝導
Magnetism and superconductivity in heavy electron systems
2. f 電子化合物の多極子自由度に由来する秩序と揺らぎ
Multipole orderings and fluctuations in f electron systems
3. フラストレート磁性体の磁化過程
Magnetization of geometrically frustrated magnets
4. 量子スピン系の基底状態
Ground state properties of quantum spin systems

16
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

凝縮系物性研究部門

Division of Condensed Matter Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/
labs/mori_group.html

森研究室

森

初果

MORI, Hatsumi

教授

Mori Group

Professor

物質科学は、新しい概念を与える新物質の発見を契機に

藤野智子

FUJINO, Tomoko

助教

Research Associate

出倉駿

DEKURA, Shun

特任助教

Project Research Associate

Development of “materials science” is started from discoveriesof novel materials with new concepts.
The development of novel functionalities (electron and proton
conductivities, magnetism, dielectrics, responses by external
stimuli such as pressure and electric field, and field effect transistor)
has been aimed based upon molecular materials and systems
with utilizing intra- and inter-molecular degrees of freedom.
The attractive points of molecular materials are 1) that avariety of intra- and inter-molecular degrees of freedoms aredesignable and controllable, 2) that large Coulomb interactions(electron correlation) reflect the magnetism (electron particle) as
well as conductivity (electron wave) in molecular materials, and3) that large responses by external stimuli are observable due tosoftness of molecules and strong electron-phonon coupling.
In Mori group, novel Mott-type organic superconductor
κ-ET 2 Cu(NCS) 2 and charge-ordered-type one β-(mesoDMBEDT-TTF)2PF6 have been developed and characterized(Fig. 1). Moreover, novel electron-proton coupled purely organic
conductors, where conductivity and magnetism switching due
to coupled deuteron and electron transfers, have been developed
and characterized (Fig. 2).

大きな発展を遂げている。
本研究室では、内部自由度をもつ分子を基盤とし、それら分子が凝縮した分子性物質・システムにおいて、分子自身の個性と、分子間の相互作用による自由度が相関した、特異な機能性（電子・プロトン伝導性、磁性、誘電性、その圧力・電場による外場応答性、電界効果トランジスタ特性）の開拓を行っている。
分子性物質の魅力は、１）多彩な分子内および分子間の自由度が設計・制御可能であること、２）電子間クーロン相
互作用（電子相関）が大きく、電子の波動性（伝導性）と粒子性（磁性）が競合すること、３）分子が非常に柔らかい
ため環境および外場応答性が大きく、電場、電界による励起状態を経て特異な機能を発現することなどが挙げられる。
森グループでは、新しい有 機 超 伝 導 体としてモット型
κ-ET2Cu(NCS)2 や電荷秩序型 β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6（図１）を発見し、物性研究を行った。さらに最近では、水
素結合プロトンと伝導電子が動的に連動して、伝導性と磁性の切り替え現象を示す純有機伝導体（図２）を開発した。

図 1. 新規有機超伝導体 : (i) モット型 κ-ET2Cu(NCS)2の 単 結 晶 と (ii) 電 荷 秩 序 型 β -(meso-DMBEDTTTF)2PF6 の電気抵抗の圧力依存性。

図 2. 伝 導 電 子 と 水 素 結 合 プ ロ ト ン が 相 関 す る 純 有 機 伝 導 体
κ-X3(Cat-EDT-TTF)2 (X = H, D) において、大きな重水素効果により高温で伝導性および磁性が切り替わる。

Fig.1. Novel organic superconductors: (i)single
crystals of Mott-type κ-ET 2Cu(NCS) 2 and (ii)electrical resistivities under pressures for chargeordered-type β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6.

Fig.2. Switching behavior of electrical resistivity and magnetism due to large deuteron isotope effect in proton-electron
correlated purely organic conductors κ-X3(Cat-EDT-TTF)2(X = H, D).

研究テーマ Research Subjects

1. 分子の自由度を生かした新規有機（超）導体およびプロトン伝導体の開発と機能性研究
Development and studies of structural and physical properties for novel organic (super)conductors and proton
conductors based upon molecular degree of freedom
2. 固体中で電子がプロトン運動と協奏した有機伝導体、金属錯体、誘電体の開発と機能性研究
Development and studies of structural and physical properties for electron-proton coupled molecular functional materials
3. 分子性物質の外場（磁場、電場、温度、圧力）応答の研究
Studies of responses by external stimuli (magnetic and electric fields, temperature, pressure) for molecular materials
4. 有機電界効果トランジスタの研究
Study of organic field effect transistor

17
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

凝縮系物性研究部門

Division of Condensed Matter Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/osada_group.html

長田研究室

長田

准教授

Associate Professor

本研究室では、低次元・原子層物質、トポロジカル物質、
量子輸送現象の実験的研究を行うことにより、新しい電子
状態や量子伝導現象、トポロジカル現象を探索・解明・制御することを目指している。先端的微細加工・評価装置群を用いた原子層積層構造やナノ構造の素子形成、2 軸全磁場
方位依存性の精密計測、40T 級小型パルス磁石による強磁場計測などを主な実験手段とする。最近は捩れ積層グラフェ
ンや黒リン超薄膜の量子伝導、α-(BEDT-TTF)2I3 等の有機導体におけるトポロジカル電子状態や輸送現象、超薄膜グ
ラファイトの磁場誘起電子相転移に関する研究を重点的に行っている。

(a) スピン軌道相互作用によりギャップが生じた有限幅で端のある τ- 型
有機導体のバンド構造。端に沿ってスピン偏極したヘリカルエッジ状態がギャップ内に現れ、系はトポロジカル絶縁体となる。(b) スピン軌道相互作用のある τ- 型有機導体の磁場中エネルギー準位（ホフスタッター・バ
タフライ）。ゼーマン効果を除いた図であるが、軌道効果によるスピン分裂が見られる。ゼロ磁場のギャップはスピン毎に ±1 のチャーン数を持つギャップであることがわかる。

(a) Band dispersion of the τ-type organic conductor with a finite
width and a gap due to the spin-orbit coupling. There appear the
spin-polarized helical edge states along edges, so that the system
is a topological insulator. (b) Energy levels of the τ-type organic
conductor with a finite spin-orbit coupling under magnetic fields(Hofstadter butterfly). Although no Zeeman effect is considered,
we can see additional spin splitting with the orbital origin. Theenergy gap at zero field corresponds to the gap of each spin subband with the Chern number of ±1.

田縁俊光

TAEN, Toshihiro

助教

Research Associate

Osada group aims to search, elucidate, and control novel
electronic states, quantum transport phenomena, and topological phenomena in low-dimensional/atomic layer materials,
topological materials, and artificial nanostructures, by experiments on quantum transport phenomena under high magnetic
field, low temperature, and high pressure environments. Main
experimental tools include device fabrication of atomic layers,
their complex stacks, and artificial nanostructures using
advanced microfabrication/evaluation equipment, precision
measurement of double-axial magnetic field angle dependence,high magnetic field measurement with 40T-class miniature
pulse magnet. Recently, we have focused on quantum transport
in twisted bilayer graphene and black phosphorus ultrathin
films, topological electronic states and transport phenomena inorganic conductors such as α-(BEDT-TTF)2I3, and magnetic
field-induced electronic phase transition in ultrathin graphite.

人工ナノ構造を対象として、強磁場・低温・高圧環境下の研究テーマ Research Subjects

俊人

OSADA, Toshihito

Osada Group

層間磁気抵抗によるバンド構造の異方性の研究手法 の 適 用 例。(a) 層 状 有
機 導 体 α-(BEDT-TTF)2I3の層間磁気抵抗の面内磁場方位依存性。弱い電荷秩序状態から 2 次元ディラ ッ ク 半 金 属 状 態 ま で、圧力を変えて測定したもの。傾斜ディラック・コー
ンの主軸に直交する磁場
方位で抵抗の極小が起こる。(b) 実 験 の 配 置。(c)傾斜ディラック・コーンと鞍点状のファン・ホーブ特異点を持つ α-(BEDT-TTF)2I3 のバンド構造の模式図。低温ではフェルミ準位のあるディラック・コーンの異方性が、高温では熱励起キャ
リアにより状態密度の大きいファン・ホーブ特異点の異方性が測定できる。

Application example of the method for studying the anisotropy of the band structureby the interlayer magnetoresistance. (a) In-plane magnetic field orientation dependence
of interlayer magnetoresistance of an layered organic conductor α-(BEDT-TTF)2I3.
Measured from weak charge-ordered state to two-dimensional Dirac semimetal state
under different pressure. A local minimum of resistance occurs in the magnetic fieldorientation perpendicular to the principal axis of the tilted Dirac cone. (b) Arrangementof experiments. (c) Schematic diagram of the band structure of α-(BEDT-TTF)2I3 witha tilted Dirac cone and a van Hove singularity (saddle point). The anisotropy of Diraccone where the Fermi level is located can be measured at low temperatures, and theanisotropy of the van Hove singularity with high density of states at high temperaturesdue to thermally excited carriers.

1. 有機ディラック半金属のトポロジカル物性
Topological properties of an organic Dirac semimetal
2. 原子層物質およびファンデルワールス積層系の電子構造と量子伝導
Electronic structure and quantum transport in atomic layers and their van der Waals stacks
3. 層状トポロジカル物質の量子伝導現象
Quantum transport phenomena in layered topological materials
4. 層状物質の角度依存磁気伝導と層間コヒーレンス
Interlayer coherence and angle-dependent magnetotransport in layered conductors
5. 薄膜グラファイトの磁場誘起電子相転移
Magnetic-field-induced electronic phase transitions in thin-film graphite

18
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

凝縮系物性研究部門

Division of Condensed Matter Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/yamashita_group.html

山下研究室

山下

穣

YAMASHITA, Minoru

Yamashita Group

准教授

Associate Professor

温度の下限である絶対零度では全ての物質は凍りついて

武田晃

TAKEDA, Hikaru

助教

Research Associate

What happens when materials are cooled down close toabsolute zero temperature? It sounds a boring question because
everything freezes at T = 0. It is NOT true, however, because
quantum fluctuations persist even at absolute zero temperature.
The richness of low-temperature physics was first demonstrated
by Heike Kamerlingh Onnes at 1911, who was the first to liquify
Helium and reached ~ 1 K. He discovered that the resistanceof mercury suddenly vanished at low temperature. Followed bythis discovery of the superconducting transition, many amazing
quantum phenomena – superfluid transition of Helium, BoseEinstein condensations of Alkali Bose gases – were found at low
temperatures.
We are interested in these quantum condensed states at low
temperatures where the thermal fluctuations are negligible.
Especially, we are now challenging measurements of correlated
electron systems at ultralow temperatures (below 20 mK) where
many interesting phenomena have remained unexplored due
to technical difficulties. Further, we are studying thermal Hall
effects of charge-neutral excitations (phonons and spins) in an
insulator, as well as detecting multipole orders by using NMR
measurements.

しまって、何も面白い現象は無いように思われる。ところが、
１ケルビンという低温領域で金属の電気抵抗が突然０になるという超伝導現象が発見されたのを契機に、液体ヘリウ
ムの超流動転移、希薄アルカリ気体のボース凝縮など様々な量子凝縮相が極低温で発見された。室温では熱揺らぎに隠れてしまって見えない、多彩で不思議な物理現象が低温領域に隠れていたわけである。
当研究室ではこのような量子凝縮現象に興味を持ち、低温までの精密測定によってその物性を明らかにする研究を行っている。特に、電子系研究が全く行われてこなかった
20 mK 以下の超低温領域における量子臨界現象、超伝導現象の解明に力を入れている。さらに、絶縁体中のフォノ
ンやスピンなどの非荷電励起の示す熱ホール効果や NMR
測定を用いた多極子秩序の研究に力を入れて研究を進めている。

物性研の核断熱消磁冷凍機。超低温（1 mK）
・高磁場 (10 T) の実験が可能。左下挿図が実験空間拡大写真。右下挿図が超低温トルク測定用カンチ
レバー。

The ultralow temperature cryostat at ISSP.
Nuclear demagnetization cooling enables
experiments down to 1
mK under a magnetic
field up to 10 T. The
lower left picture is anenlargedview of theexperimental space.
The lower right picture
shows a cantilever cellfor torque measurements.

Cd カペラサイト石で観測された熱ホール伝導率 κxy の温度依存性。温度依存性はよく似ているが、試料ごとの縦熱伝導率の大きさに対応して κxy の大きさも変わることが分かった。挿入図は実験セットアップの模式図。

The temperature dependence of the thermal Hall conductivity κxy of Cd
kapellasite samples. Although the temperature dependence of all samples
are similar, the magnitude of κxy is found to depend on the magnitude ofthe longitudinal thermal conductivity. The inset shows the setup of the measurements.

研究テーマ Research Subjects

1. 超低温における強相関電子系の研究
Study of strongly correlated-electron systems at ultralow temperatures
2. 絶縁体における非荷電励起の熱ホール効果
Study of thermal Hall effects of charge-neutral excitations in insulators
3. NMR を用いた多極子秩序の研究
Multipole orders studied by NMR measurements

19
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物性理論研究部門
Division of Condennsed Matter Theory
当部門では、実験系研究室とも協力しつつ、現代の凝縮系物理学、統計物理学、物質科学の最先端の問題について、微視的な見地から活発な理論研究が行われている。その目標は、実験結果の理論的解明、またそれを通じた相互作用する多体系の運動を捉える新概念の開拓、そして、物質の本質を捉えた有用なモデルの提案、さらには興味ある新現象の予言である。研究対象としては、
量子スピン系や強相関電子系における量子相転移や量子臨界現象、重い電子系、様々な物質における超伝導、フラストレーション系、表面での動的過程や触媒作用、そして、メソスコピック系における量子輸送や相互作用の問題など、多様である。これらの対象にアプローチする手法も多彩であり、トポロジーなどの数学概念に基づく現代的手法、場の量子論に基づく多体摂動理論、密度汎関数理論に基礎を置く最先端の第一原理計算や量子モンテカルロ法などの大規模数値計算手法
等、各研究者がそれぞれ得意とするものを中心として研究を進めている。このように、部門全体としては、現代の最先端の問題と手法をいずれも幅広くカバーしている。

This Division conducts vigorous theoreticalresearch from a microscopic point of view at theforefront of contemporary condensed matter physics,
statistical physics, and materials science, also incollaboration of experimental groups. Its goals include
theoretical elucidations of experimental results,
developments of new concepts describing collective
behavior of interacting systems, useful theoreticalmodeling of materials, and predictions of novel
interesting phenomena. The topics in recent researchspan diverse areas as quantum phase transitions andcritical phenomena in quantum spin systems andstrongly correlated electron systems, heavy-fermion
physics, superconductivity in various materials,
frustrated systems, dynamic processes and catalysis at
surfaces, and quantum transport and interactions inmesoscopic conductors. A wide variety of methods,
including modern approaches based on mathematicalconcepts such as topology, quantum field theory, andlarge-scale state-of-the-art computational approaches
such as quantum Monte Carlo simulations andab-initio calculation of electronic structures based on
the density functional theory, are utilized to investigate these problems. As a whole, this Division andrelated theory groups cover a wide range of topics
and approaches in the cutting-edge condensed mattertheory.

教

授

常次

宏一

助

教

池田

達彦

特任研究員

玉谷

知裕

教

授 *1

押川

正毅

助

教

藤井

達也

特任研究員 *3

河津

励

教

授 *2

杉野

修

助

教

阪野

塁

教

授 *2

岡

隆史

助

教 *1

多田

靖啓

助

教 *2

春山

潤

Professor
Professor
Professor
Professor

准教授

Associate Professor

TSUNETSUGU, Hirokazu
OSHIKAWA, Masaki
SUGINO, Osamu
OKA, Takashi

加藤岳生

KATO, Takeo

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate

IKEDA, Tatsuhiko
FUJII, Tatsuya

Project Researcher

Project Researcher

SAKANO, Rui
TADA, Yasuhiro
HARUYAMA, Jun*1 所内兼務。本務は量子物質研究グループ。 / concurrent with Quantum Materials Group*2 所内兼務。本務は機能物性研究グループ。 / concurrent with Functional Materials Group*3 所内兼務。本務は計算物質科学研究センター。/ concurrent with Center of Computational Materials Science20
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

TAMAYA, Tomohiro

KAWATSU, Tsutomu

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/tsunetsugu_group.html

常次研究室

常次

宏一

池田

達彦

TSUNETSUGU, Hirokazu IKEDA, Tatsuhiko

Tsunetsugu Group教授

Professor

遷移金属化合物、希土類 ･アクチノイド化合物などの電子助教

Research Associate

Strongly correlated electron systems, particularly compounds
including d- or f-orbital electrons, are the main subjects of ourresearch. In these systems where electron-electron interactions
are very strong, a variety of interesting phenomena emerge at
low temperatures, and various magnetic orders, unconventional
superconductivity and density waves are typical cases.
Targets of our recent study include novel types of quantum
order and quantum fluctuations in frustrated spin and strongly
correlated electronic systems with multiple degrees of freedom.
In these systems, many soft modes of fluctuations are coupled,
and this affects the nature of quantum phase transitions, aswell as electronic states and dynamical properties includingtransport phenomena. One of our recent achievements is about
non-equilibrium dynamics of strongly correlated electrons in
one dimension. We have found a case where nonzero energy
current coexists vanishing charge current, which is related to theintegrability of the system.

間クーロン相互作用が強い強相関電子系の物性の理論を研究している。クーロン相互作用が強い系においては、低温において興味深い磁性状態や異方的超伝導、密度波などの多種多様な物性が出現する。これらの複雑な物性の統一的な理解を目標とするとともに新しい現象の発見を目指している。
主に研究しているテーマは、強磁性超伝導体やフラスト
レーション系などのスピン・電荷・軌道の複合自由度を持つ系における新しいタイプの量子秩序や量子ゆらぎである。これらの系に特有の、多くのモードの揺らぎが結合している場
合における秩序と臨界現象の特徴、電子状態や輸送現象をはじめとするダイナミクスがどのような影響を受けるのかを調べている。最近の成果として、一次元強相関電子系の非平衡ダイナミクスを研究し、電流が零であるにもかかわらずエ
ネルギー流が有限となる場合を発見し、この系の可積分性がダイナミクスに大きく影響していることを示した。

１次元ハバード模型の電流 jc = ejn とエネルギー流 je。左右領域
が電子密度 n = 1 および 0 の熱平衡状態から出発した後の時刻
t における空間分布。電子ホッピングを単位としてクーロン斥力
U = 8, 初期状態の逆温度 β =0.5, 1.0. ξ~ –2 付近に電流が消える領域が出現。

Electric and energy currents, jc = ejn and je, in the onedimensional Hubbard model starting from the initial state
where the left and right parts are different equilibria withelectron density n = 1 and 0. Plotted is the spatial profileof the currents at time t. Coulomb repulsion is U=8 andthe initial reciprocal temperature is β = 0.5 or 1.0 in unitsof electron hopping. Electric current vanishes in a region
near ξ~–2.

研究テーマ Research Subjects
1. d 電子、f 電子化合物など強相関電子系の電子状態と異方的超伝導
Electronic states and unconventional superconductivity in strongly correlated systems with d- or f-electrons
2. フラストレーション系の統計力学
Statistical physics of frustrated systems
3. 量子磁性体の新奇量子相の理論
Theory of novel phases in quantum magnets
4. 量子系の非平衡ダイナミクス
Nonequibrium dynamics of quantum systems

21
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/
labs/kato_group.html

加藤研究室

加藤

岳生

KATO, Takeo

准教授

Kato Group

Associate Professor

ナノスケール素子の量子輸送特性について、さまざまな手

阪野

塁

SAKANO, Rui

助教

Research Associate

藤井達也

FUJII, Tatsuya

助教

Research Associate

We are theoretically studying quantum transport in nanoscale devices using analytic and numerical approaches. This
research field is called ‘mesoscopic physics', which has beenstudied for a long time by focusing on the quantum mechanical nature of electrons. Recently, mesoscopic physics basedon new viewpoints, for instance, nonequilibrium manybody phenomena, shot noise, high-speed drive phenomena,and spintronics has been studied. We aim to elucidate these
phenomena, by exploiting nonequilibrium statistical mechanics,
fundamental theory of quantum mechanics, and many-body
physics. Examples of our research activities are adiabatic
pumping in nanoscale devices, spin transport at an interface between a ferromagnet and a metal, many-body effect inthermal transport of phonons, and nonequilibrium transport
properties of the Kondo quantum dots.
We are also working on various research subjects related to
many-body effects and nonequilibrium phenomena. Examples ofthese researches are Wigner crystallization of two-dimensional
electron systems and higher harmonics generation in solids. We
are also collaborating with experimental groups in ISSP.

法を使った理論研究を行っている。この研究分野は古くからメゾスコピック系と呼ばれ、電子の量子力学的な性質に着目した研究が活発に行われてきた。最近では、非平衡多体現象・ショットノイズ・高速駆動現象・スピントロニクスなどの新しい視点で研究が進展しており、本研究室ではこれらの進展に対応して、非平衡統計力学や量子力学基礎論、多体電子論などを援用した理論研究を行っている。最近の研究例としては、ナノスケール素子の断熱ポンピング、磁性体・金属界面でのスピン輸送、フォノン系の熱輸送現象における多体効果、近藤量子ドットの非平衡輸送特性、などがある。
本研究室では上記の理論研究のほか、多体効果や非平衡現象に関する幅広い研究テーマも取り扱っている。最近の研究例としては、二次元電子系のウィグナー結晶化、固体中の高調波発生の理論などがある。物性研究所内の実験グループとの共同研究も進めている

上 図： サ ブ オ ー
ミックス熱浴と結合した超伝導量子
ビットを実現する超伝導回路。下図 :マイクロ波の散乱
ロスをマイクロ波の振動数の関数としてプロットしたも の。 α は 量 子
ビットと熱浴の結合定数。

スピンポンピングによって生じる強磁性絶縁体から超伝導体へのスピン流の温度変化。挿入図 : 強磁性絶縁体 - 超伝導体接合の模式図。

Main panel: Temperature dependence of a spin current induced by spin
pumping from a ferromagnetic insulator to a superconductor. Inset: A schematic of a ferromagnetic insulator/superconductor junction.

Upper panel: A superconducting circuit for realizing a superconducting
qubit system coupled to the subohmic bath. Lower panel: A numerical result
for the microwave reflection loss as a function of the frequency. α is thedimensionless qubit-reservoir coupling.

研究テーマ Research Subjects
1. メゾスコピック系の量子輸送現象
Transport phenomena in mesoscopic systems
2. 相互作用する電子系の物性Electronic properties of interacting electron systems
3. スピントロニクス素子の基礎理論
Fundamental theory of spintronics
4. 非平衡統計力学
Non-equilibrium statistical mechanics

22
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

ナノスケール物性研究部門
Division of Nanoscale Science
ナノスケール物性科学は、物質表面付近での原子・分子レベルでの現象から無限系の量子輸送まA wide range of phenomena from atomic ormolecular processes at solid surfaces to quantum
transport in infinite systems are listed as the subjectsof nanoscale science. The prosperity of such fields
are sustained by the development of ultra-thin film
growth, nano-fabrication, various surface characterization, local measurements with scanning probe
microscopes, etc. In Division of Nanoscale Science,
we integrate such techniques to study various subjects
such asQuantum and spin transport in artificial nanoscaleor hybrid systems,
Study of local electronic states and transport byscanning probe microscopes,
Transport, magnetism and other properties ofnovel materials at solid surfaces,
Microscopic analysis of dynamical processes suchas chemical reaction at surfaces, and creation of newmaterial phases,
Epitaxial growth of ultra-thin films and device
applications.

で幅広い時空間スケールで生じる物理・化学現象
をその対象とする。この分野が発展してきた背景には、超薄膜成長技術、極微細加工技術、各種
表面評価手法、走査プローブ顕微鏡による局所測定技術などの発達がある。当部門では、これらを統合的に用いてナノスケール物性科学に取り組んでいる。
研究テーマの一部を以下に示す。
・物質の人工微細構造、複合微細構造において展開される量子・スピン輸送、・走査プローブ顕微鏡を用いた局所電子状態や伝導現象の研究、・固体表面において発現する新奇複合物質や表面状態、ナノスケール構造の物性、・表面化学反応等のミクロな動的過程の研究、およびこれを利用した新物質の創成、・各種超薄膜のエピタキシャル成長と機能物性
開拓。

教

授

勝本

信吾

助

教

中村

壮智

技術専門員 *1

向井

孝三

教

授

大谷

義近

助

教

遠藤

彰

技術専門職員

橋本

義昭

教

授

小森

文夫

助

教

一色

弘成

技術専門職員

飯盛

拓嗣

教

授

長谷川

助

教

土師

将裕

技術専門職員

浜田

雅之

教

授

リップマー ミック

助

教

森

安藤

寛

教

授 *1

𠮷𠮷𠮷𠮷𠮷

助

教 *1

田中

駿介

特任研究員

成塚

政裕

准教授 *2

三輪

真嗣

助

教 *2

坂本

祥哉

特任研究員

准教授（客員）髙山

あかり

Professor
Professor
Professor
Professor
Professor
Professor

Associate Professor

KATSUMOTO, Shingo
OTANI, Yoshichika
KOMORI, Fumio

幸雄

HASEGAWA, Yukio
LIPPMAA, Mikk

YOSHINOBU, Jun

MIWA, Shinji

Research Associate NAKAMURA, Taketomo
Research Associate ENDO, Akira

Technical Associate
Technical Associate

Research Associate ISSHIKI, Hironari
Research Associate IHAZE, Masahiro

泰蔵

Technical Associate
Technical Associate

特任研究員

Research Associate MORI, Taizo

Project Researcher

Research Associate TANAKA, Shunsuke
Research Associate SAKAMOTO, Shoya

Project Researcher
Project Researcher

特任研究員

Visiting Associate Professor TAKAYAMA, Akari

MUKAI, Kozo

HASHIMOTO, Yoshiaki
IIMORI, Takushi

HAMADA, Masayuki
ANDO, Hiroshi
NARITSUKA, Masahiro

ﾇｲｪﾝ ｶｰﾝ ﾄﾞｳｲ

NGUYEN, Khanh duy

ﾍﾑｷ ｼﾞｮｼｭｱ ﾊﾟﾄﾘｯｸ

Project Researcher

HOEMKE, Joshua Patric

特任研究員

水野 隼翔

Project Researcher

特任研究員

Project Researcher*1 所内兼務。本務は機能物性研究グループ。 / concurrent with Functional Materials Group*2 所内兼務。本務は量子物質研究グループ。 / concurrent with Quantum Materials Group23
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

MIZUNO, Hayato

柳澤啓史

YANAGISAWA, Hirofumi

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/
labs/katsumoto_group.html

勝本研究室

勝本

信吾

KATSUMOTO, Shingo

教授

Katsumoto Group

Professor

半導体や金属の超薄膜成長技術、これらを微細加工する

中村

壮智

遠藤

彰

NAKAMURA, Taketomo ENDO, Akira

助教

Research Associate

助教

Research AssociateWith the epitaxial growth of semiconductor and metallic
films and nanofabrication techniques, we study quantum effects
in low dimensional systems. Our research also spans some applications of the physics of electron and nuclear spins for so-called
spintronics.
To expand the concept of quantum transport to spin degreeof freedom, we have tried to create spin currents in quantum
structures. The nanostructures enable us to introduce new
types of spin-orbit interaction by breaking the spatial inversion
symmetry and creating a local orbital angular momentum. An
example is the non-adiabatic unitary operation on electron spinsin quantum Hall ferromagnetic edge states. Because the spin
freedom and the edge states (orbital freedom) are maximallyentangled in this system, the spin and the orbital operations canbe utilized equivalently. Similar non-adiabatic spin rotation by
the normal current can be applied to control superconductivity
in a novel device.

技術を用いて、量子井戸、細線、ドットなどのナノ構造中の量子効果、多体効果を調べている。電子スピン、核スピンの織りなすスピン現象、非平衡・非断熱な量子遷移に伴う物理現象の研究を行なっている。
量子輸送現象をスピン自由度に広げる研究として、ナノ構
造とスピン軌道相互作用を組み合わせる試みを行っている。
ナノ構造を使い、空間反転対称性を破り局所的な軌道角運動量を導入することで、新しいタイプのスピン軌道相互作用を発生させることができる。一例が、量子ホール強磁性エッ
ジ状態の屈曲を用いた非断熱スピン操作である。この系では、エッジ状態 ( 軌道自由度 ) とスピン自由度が量子エンタ
ングルしており、軌道操作とスピン操作の利点を実際上、同
じ自由度に適用できる。非断熱スピン回転を伴う電流による超伝導制御など、新奇デバイスへの応用も期待される。

(a) 強磁性量子ホール端状態にスピン回転素子を取り付け、下流のスピン選別素子
でスピンの向きを電流の分配率として測定した結果。カラープロットで表した分配率が、磁場とゲート電圧の両方に対して振動していることからスピン回転操作を確認した。(b) (a) の状況を簡単な物理モデルで再現したもの。

超伝導 - 常伝導 - 超伝導接合の抵抗値を超伝導電流に直交する常伝導電流と接合電流の平面にカラープロットしたもの。黒く見える領域がゼロ抵抗の超伝導領域。

Color plot of resistance in a super-normal-super junction versus the planeof transverse current and junction current. The black region corresponds tothe zero-resistance state.

(a) Current distribution ratio of a device with a spin rotating emitter and aspin detection collector. The ratio is color-plotted versus the magnetic field
and the gate voltage. The clear oscillation indicates unitary operation on the
spin. (b) Theoretical reproduction of (a) based on a simple physical model.

研究テーマ Research Subjects
1. 量子電荷・スピン輸送現象
Quantum transport in charge and spin freedoms
2. 量子構造を用いた多体効果の研究
Study of many-body effects in quantum structures
3. 異対称性ハイブリッド構造に生じる物理現象
Physics at interfaces between the phases with different symmetries

24
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/otani_group.html

大谷研究室

大谷

義近

OTANI, Yoshichika

Otani Group教授

Professor

２０世紀末にスピン角運動量の流れであるスピン流という一色弘成

ISSHIKI, Hironari

助教

Research Associate

At the end of the 20th century, the concept of spin current,
a flow of spin angular momentum, appeared. Since then,spintronics has been developing as a scientific frameworkthat connects and effectively uses electric and spin currents.
Spintronics research has entered a new stage with the establishment of the spin current generation, transport, and detection methods over the past decade. As a result, it has become
clear that quasiparticles such as electron, phonon, photon, andmagnon are interconverted via spins in the solid. These "spinconversion" often occur in a nanoscale region near relatively
simple hetero-interfaces and thus have extremely excellent versatility and applicability. In our laboratory, we are working on thedevelopment and elucidation of a novel spin conversion mechanism from the viewpoint of nano-magnetism. Furthermore, weare conducting research and development of spintronics devices
utilizing the newly developed spin conversion by making fulluse of nanofabrication technology.

概念が登場し、電流とスピン流を結びつけて効果的に利用する学理体系としてスピントロニクスが発展してきた。過去
１０年の間にスピン流の生成・搬送・検出の方法が確立され、スピントロニクス研究は新展開を迎えた。その結果、電子・
フォノン・フォトン・マグノン等の準粒子が、固体中のスピンを媒介として、相互に変換されることが明らかになってきた。
これらの『スピン変換』は、比較的単純な接合界面近傍のナノスケール領域で生じることが多いため、極めて優れた汎用性と応用性を持っている。我々の研究室では基礎物性研
究の観点から、新奇なスピン変換発現機構の開拓と解明に取り組んでいる。さらに、微細加工技術を駆使して、開拓したスピン変換を利用したスピントロニクス素子の研究開発を行っている。

ノンコリニア反強磁性体の磁気スピンホール効果：従来のスピンホール効果に対する磁化の寄与の発見。(a) 微細加工された Mn3Sn の上に強磁性体と非磁性体の電極が蒸着されたスピン蓄積検出素子の概略図。(b) 磁気逆スピンホール効果に由来するスピン蓄積信号。Mn3Sn のスピン状態を逆向きにすると、ヒステリシスの符号が逆になる。

分子 / 金属界面のスピン流 - 電流変換効果：スピンポンピング法による。(a) 分子 / 金
属 (PbPc/Cu) 界面とスピンポンピングの概略図。(b) スピンポンピングにより誘起されたスピン流 - 電流変換由来の電圧信号。(c)Cu(111) 表面上に吸着された単層 PbPc
膜の走査型トンネル顕微鏡像。

Magnetic spin Hall effect in a non-collinear antiferromagnet: discovery of amagnetic contribution to the spin Hall effect. (a) Schematic of the spin-accumulation device: Ferromagnetic and non-magnetic electrodes are formed on
top of a microfabricated Mn3Sn. (b) The spin-accumulation signal caused by
the magnetic inverse spin Hall effect. Opposite signs of the hysteresis appear
after reversing the spins of Mn3Sn. The corresponding spin structures of
Mn3Sn are shown in the insets.

The spin-charge current conversion at the molecule/metal interface
observed by employing the spin pumping method. (a) The schematics of the
PbPc/Cu interface and the spin pumping measurement. (b) Spin pumping
induced voltage signal originated in the spin-charge current conversion.
(c) Scanning tunneling microscopy image of a single layer PbPc film on
Cu(111).

研究テーマ Research Subjects
1. 新奇な純スピン流の生成および検出機構の開拓
Development of novel mechanisms of pure spin current generation and detection
2. 磁気スピンホール効果の発現機構の解明と機能性の開拓
Elucidation of the mechanism of the magnetic spin Hall effect and development of functionality
3. 新奇なスピン流 - 電流相互変換機構の開拓
Development of novel spin-to-charge current conversion mechanism
4. 分子スピントロニクス
Molecular spintronics
5. 磁気弾性強結合による高効率スピン流生成
Efficient pure spin current generation by magnon-phonon coupling25
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/komori_group.html

小森研究室

小森

文夫

KOMORI, Fumio

Komori Group教授

Professor

固体表面に形成される低次元系とナノ構造原子層物質のElectronic and magnetic properties of low-dimensional andatomic-layer materials with nanometer-scale structures at solid
surfaces are studied in an ultra-high vacuum using scanningtunneling microscopy/spectroscopy (STM/STS), photoelectron spectroscopy, and magneto-optical Kerr-rotation. Atomic,
electronic and magnetic structures, formation processes, anddynamical processes induced by electron tunneling or photoexcited carriers are examined microscopically by local imaging,
spectroscopy and quasi-particle interference observations using
spin-resolved STM/STS. Spin-dependent electronic structures,
magnetic properties, electron dynamics and chemical bonds
are macroscopically investigated by photoelectron and optical
spectroscopy using visible and ultraviolet light and soft-X-ray
from laser and synchrotron.

電気的磁気的性質を明らかにすることを目標に、超高真空中で走査トンネル顕微鏡 (STM)、光電子分光、磁気カー効果(MOKE) 測定、および放射光分光を用いて研究を行なっている。STM を用いたトンネル分光では局所的な電子・スピン
状態と準粒子干渉によるバンド構造解析、スピン角度分解光
電子分光（SARPES）では電子状態のスピンと波数依存性を、MOKEと軟 X 線放射光分光では磁性を調べている。また、
時間分解光電子分光や準粒子干渉測定によって表面での電子励起・散乱・緩和機構と、トンネル電子やレーザー光による電子励起後の新奇物質生成機構に関して、原子スケールの動的過程についても研究している。

（a）Cu(001) 面上の 7-ML Fe 膜の Fe L2,3 残留 XAS（上）、XMCD（中央）、お
よび 5-ML Mn/7-ML Fe 膜の XMCD（下）。入射 X 線は膜に垂直（NI）および斜め 55°（GI）で、外部磁場は入射 X 線に平行である。（b）NI-XMCD で測定された
最大 5 ML の Mn 膜が付いた 7-ML Fe 膜上ヘテロ構造における鉄の磁化曲線。
（c-e）
Mn を蒸着した 7-ML Fe フィルムの STM 画像。（f-i）1.0-ML（f）、1.5-ML（g）、
1.8-MLMn 膜（最初の（レベル 1）（h）および 2 番目の（レベル 2）（i）レベル）の高解像度 STM 画像。

(a) グラフェン / SiC（0001）界面に挿入された Sn 単原子層の構造モデル。（b）
ΓKSiC に沿った Sn 単原子層の ARPES 強度画像。計算されたバンド構造を重ね合わせてある。カラースケールは光電子の強度を表し、灰色（紫色）の破線は元の（折り畳まれた）バンドを示す。2 つの表面バンド S1 と S2、およびそれらの折り返しバンド
S1bf と S2bf がマークされている。
（c）（b）の長方形で囲まれた EF 付近の S2 およびS2bf バンドを含む領域の SARPES 強度画像。k// に垂直スピン分極成分が検出されている。2 次元カラースケールは、光電子強度とスピン分極の両方を表している。

(a) Fe L2,3 remanent XAS (upper) and XMCD (middle) of a 7-ML Fe film
on Cu(001), and XMCD (lower) of a 5-ML Mn/7-ML Fe film in the normal(NI) and 55° grazing (GI) incidence. External magnetic field is parallel tothe incident x-ray. (b) Iron magnetization curves in the heterostructures ofMn overlayers up to 5 ML on the 7-ML Fe film measured by NI-XMCD. (c-e)
STM images of 7-ML Fe films with Mn overlayers. (f-i) High-resolution surface STM images of 1.0-ML (f), 1.5-ML (g), 1.8-ML films (first (level-1) (h)and second (level-2) (i) levels).

(a) Atomic structure model of a Sn monolayer intercalated into the graphene/SiC(0001) interface. (b) ARPES intensity image of the Sn monolayer
along ΓKSiC with overlaying the calculated band structure. The color scale
represents the photoelectron intensity, and gray (purple) dashed curves
the calculated original (back-folded, bf) bands. Two surface bands, S1 andS2, and their back-folded bands, S 1bf and S2bf, are marked. (c) SARPES
intensity images taken with the region including S2 and S2bf bands near EF
surrounded by a thin rectangle in (b). The spin polarization component
perpendicular to k// is detected. The two-dimensional color scale represents
both the photoelectron intensity and the spin polarization.

研究テーマ Research Subjects

1. 単原子層・表面ナノ構造物質の電子状態、磁性および伝導Electronic states, magnetism and electron scattering of atomic layers and nano-structured materials at surfaces
2. 単原子層・表面ナノ構造物質の形成過程
Formation processes of atomic layers and nano-structured materials at surfaces
3. トンネル電子やレーザー光励起による電子・原子動的現象
Electron and atom dynamics induced by electron tunneling and photo-excitation

26
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/hasegawa_group.html

長谷川研究室長谷川幸雄

HASEGAWA, Yukio

教授

Hasegawa Group

Professor

走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）は、その像を通じて表面の土師将裕

HAZE, Masahiro

助教

Research Associate

Scanning tunneling microscopy (STM) reveals not only
atomic structure of surfaces but also electronic states in
sub-nanometer areas by tunneling spectroscopy. With a functionof spin-polarized (SP-) STM, the microscope also provides
local magnetic properties and surface spin structures, and withinelastic tunneling spectroscopy (IETS), various excitationenergies can be extracted.
In Hasegawa-lab., by using STMs operated in ultralow
temperature and high magnetic field, peculiar local superconducting and topological states that can be found in surface
superconductors, whose inversion symmetry is broken, and in
the proximity with ferromagnetic materials, have been explored.
We have also studied local magnetic properties of spinspiral structures using SP-STM, spin excitation with SP-IETS,
magnetic resonances through the introduction of microwaves,and spin current detection using SP-potentiometry. Recent
subjects include heavy-fermion materials, such as CeCoIn 5;
orbital ordering was observed for the first time in a real space.

原子構造を明らかにするのみならず、トンネル分光測定によりサブナノ領域での電子状態に関する知見を与え、さらにはスピン偏極（SP-）STM による局所磁気特性や表面スピン構造、非弾性トンネル分光（IETS）による種々の局所励起
エネルギーに関する情報を引き出すことができる。
長谷川研究室では、極低温強磁場下で動作するＳＴＭ装置を用いて、表面超伝導など反転対称性の破れた二次元系
での超伝導特性、磁性体との近接効果により誘起される特異な超伝導・トポロジカル状態の観測を試みている。また、
SP-STM による磁性薄膜でのスピンスパイラルなど特異な局所磁気構造観察、SP-IETS によるスピン励起、マイクロ波導入によるナノ構造での磁気共鳴計測、スピン偏極局所ポテンショメトリによるスピン流計測等の研究も推進している。
最近では、CeCoIn5 などの重い電子系物質の電子状態や局所超伝導・磁気特性の研究にも取り組んでおり、軌道秩
序構造の実空間観察にも成功している。

重い電子系物質 CeCoIn5 で観測された表面軌道秩序状態。Co 終端面での通常のSTM 像（中央および左上図）では、丸い形状の Co 原子像が見られるが、探針を近づけて撮った像（右下図）では、ダンベル形状のｄ軌道が秩序構造を形成していることが観察された。詳細な解析により、表面にのみ誘起された構造であることが判明している。

超伝導金属界面での近接効果。Si 基板上の１原子層 Pb（水色、常伝導相）と Pb 薄膜（黄色、超伝導相）の界面近傍で測定されたトンネル分光スペクトルから、超伝導特性が界面から 40nm の領域にわたって染み出していることが観察されている。

Surface-induced orbital ordered states observed on a heavy-fermion material CeCoIn5. In STM images taken on a Co-terminated surface in standard conditions, round-shaped Co atoms are observed (center and upperleft images). On the other hand, in STM images taken in closer distances(lower-right) we observed an ordered phase of dumbbell-shaped d-orbitals.
Detailed analysis revealed that the ordered structure is formed only on thesurface layer.

Proximity effect at superconductor/metal interface. Tunneling spectra taken
around an interface between 1ML-Pb layer on Si (blue, normal metal) and a
Pb thin film (yellow, superconductor) indicate the penetration of superconductivity into the metal layer with a decay length of 40 nm.

研究テーマ Research Subjects

1. 低温 STM による特異な超伝導 / トポロジカル特性の探索
Exploration of peculiar superconducting / topological states using low-temperature STM
2. スピン偏極 STM へのマイクロ波導入によるナノスケール磁気共鳴計測
Nanoscale measurements of magnetic resonances by SP-STM with microwave
3. スピン偏極走査ポテンショメトリによるスピン流の実空間計測
Real-space distribution of spin currents by spin-polarized scanning potentiometry

27
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/lippmaa_group.html

リップマー研究室

リップマー ミック 森

Lippmaa Group

MORI, Taizo

Professor

Research Associate

教授

分子線エピタキシー法を用いて原子的に平滑な酸化物を

泰蔵

LIPPMAA, Mikk

助教

The ability to grow atomically flat oxide thin films by laser
molecular beam epitaxy allows us to study the transport
behavior of carriers accumulated in two-dimensional layers atdelta-doped interfaces. Fig. 1 shows examples of such heterostructures where a single or double layer of LaTiO3 was grown
on a SrTiO3 and capped with another SrTiO3 layer. Each La
atom donates an extra electron, some of which will dope theadjacent SrTiO3 layers by charge transfer. We find that multiple
electron populations form in this structure, with some electrons
localized at the interface, some forming a metallic quantum well,and some spreading deep into the substrate. The relative sizes ofthese different populations can be tuned by adjusting the total
La number in the doping layer, by utilizing surface depletion, or
using electrostatic gating. We can observe distinct changes in themagnetotransport behavior when the relative electron population sizes change, as illustrated in Fig. 2, which shows the variation of in-plane magnetoresistance when the carrier number ischanged.

形成することで、界面における特異な電気・磁気特性を観測できる。たとえば、デルタドープされた界面において二次元層間に閉じ込められたキャリア輸送特性を明らかにした。
図 1 は、SrTiO3 上に単層もしくは二 層の LaTiO3 層を成長させた後、さらに SrTiO3 を堆積させ形成した SrTiO3/
LaO ヘテロ構造である。各 La 層により供与された余剰電子のいくつかは、電荷移動を介して隣接した SrTiO3 層へドープされる。このヘテロ構造内では、一部の電子は局在化したり、金属的量子井戸を形成したり、基板に深部に広がったりと、多数の電子分布を形成する。表面空乏層や静電ゲーティングを活用しドープ層における La の原子数を調節することで、電子分布のなす相対的な度合いを調整でき、それに伴い磁気輸送特性が明確な変化した。図 2 に示すよ
うに、キャリア数が変化すると面内磁気抵抗の変動が観察される。

図１. La, Sr デルタドープによる形成された SrTiO3O ヘテロ構造。チタン格子間にある (La,Sr)O 層の数によりドープされるキャリア数が制御される。

図２．SrTiO3/LaO ヘテロ構造の面内磁場抵抗。磁場を電流方向に対して平行に印加し測定した。面内磁気抵抗がチタン格子間の原子層 LaO の層数 (1, 2, 5) により変動する。

Fig. 1. Delta-doped SrTiO3 heterostructures where the number of doped carriers is controlled by the number of (La,Sr)O layers in the titanate lattice.

Fig. 2. In-plane magnetoresistance, measured with the magnetic field parallelto the current flow, for heterostructures doped by 1, 2, or 5 LaO atomic layers in the titanate lattice.

研究テーマ Research Subjects
1. パルスレーザー堆積法による酸化物薄膜そしてヘテロ構造の作製
Growth of thin oxide films and heterostructures by pulsed laser deposition
2. 水分解光電極反応の高効率化に向けた酸化物半導体材料の開発
Development of oxide photoelectrode materials for photocatalytic water splitting
3. 酸化物ナノ構造またはナノコンポジット薄膜の合成
Synthesis of nanostructures and nanocomposite thin films
4. 新規な有機－無機界面の創出
Development of novel organic – inorganic interfaces

28
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

ナノスケール物性研究部門
Division of Nanoscale Science

高山研究室

高山

あかり

TAKAYAMA, Akari

Takayama Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

基板上の 2 次元原子層物質においては、原子層の表面

In a two-dimensional (2D) atomic-layer material it isexpected that anomalous physical properties appear due tothe broken space inversion symmetry. Especially in the case of
two-dimensional materials on a substrate, its physical properties
differ to bulk crystal and free-standing atomic-layer sheet due
to the surface reconstruction, adsorption and defect, relaxationof the atomic arrangement over several atomic layers below thesurface.
In our laboratory, we study physical properties of atomiclayer materials by using various experimental methods such as
angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), scanningtunneling electron microscope/spectroscopy (STM/STS), andtotal reflection high-energy positron diffraction (TRHEPD). In
particular, we focus on unconventional superconducting properties of the one atomic-layer alloy with the Rashba spin splitting
bands, characteristics of the Dirac electron system like grapheneand borophene, and physical properties of topological materials.

( 真空側 )と裏面 ( 基板側 ) で空間反転対称性が異なるため、結晶とも、Free-standing な単原子層とも異なる物性を持つことが期待される。特に、2 次元物質では表面の原子の再構成、異分子の吸着、表面下の数原子層にたる原子配列の緩和、基板の影響により、わずかな構造の違いでも全く異なる物性が発現することもあり、新たな物性の発現が予測できると考えられている。
本研究室では、角度分解光電子分光 (ARPES)、走査トンネル電子顕微鏡 / 分光測定 (STM/STS)、全反射高速陽電子回折 (TRHEPD) などの様々な実験手法を組み合わせ、
表面 Rashba 系超伝導における非 BCS 型の超伝導現象の起源の解明や、グラフェンやボロフェンなどの単元素・単原子層のディラック電子系の特性、トポロジカル物質群の表面・エッジスピン物性の解明など、表面原子層物質の物性測定と構造解析の両面から研究を行なっている。

29
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

機能物性研究グループ
Functional Materials Group
物性から機能を引き出し利用できるようにするために

The Functional Materials Group (FMG) is one oftwo
new trans-divisional and interdisciplinary research
は、物質の基底状態・平衡状態の静的電子物性を基groupsand deals with excited states and dynamics in盤として、励起状態・非平衡状態、さらには化学反
systems with hierarchical and inhomogeneous struc応や生体系に至る動的な性質に踏み込む必要がある。
tures, including chemical reactions and dynamical
近年、励起状態や非平衡状態の時間分解測定、ナノ
processes in biological systems. Recently, time-resolved
スケールの分析・分光測定、動作・反応中でのオペ spectroscopy of excited states and non-equilibrium
ランド観測などの物性測定法や分光法は飛躍的に進 states, nano-scale observation and measurement as well
歩した。一方、計算機科学やデータ科学を用いた理 as operando spectroscopy/measurement have greatly
論的解析や、フロッケエンジニアリングに代表される量 advanced. Theoretical analysis based on first principles
子非平衡現象のシミュレーション手法が著しく進展し calculation and data science, computational simulation
methods for non-equilibrium quantum phenomenaている。物性研究所でもこれらの手法が導入・開発さsuch as Floquet engineering have achieved a remarkable
れ、先進的な物性研究が行われている。そこで、物
development. There are already pioneering works done
性研究所の既存のグループが連携しつつ、新たに取り at ISSP along such directions as mentioned above. To
組むべき分野を具体的に開拓するために、機能物性 get started, several current faculty and staff members of
研究グループが形成された。機能物性研究では、伝 ISSP have been assigned to the core members. The core
統的な固体物性物理が対象としてきた電子・スピン・ members are expected to provide seeds of collaboration
格子及びそれらの動的過程だけでなく、原子・イオン and organize a research team involving other divisionsの移動や原子の組み替え ( 反応 )、高次複雑分子系 and facilities as well as researchers outside ISSP. It isparticularly important to collaborate with researchを含めて、マルチスケール・階層的複合構造をもつ物
facilities of ISSP so that their advanced and unique質システムを扱う。本研究グループでは、重点的な研
resources can enhance the scientific quality. By taking
究テーマに対する共通の関心と相補的な専門技術を advantage of being a joint-use/research center, we can有する物性研究所の研究者数名がコアメンバーとなる always invite external researchers to collaborate on new
が、さらに数名の所員が従来の部門に属しつつ本グ subjects. The FMG should work as an open platform forsuch collaborations.
ループの併任として機能物性研究に参加する。
教

授

𠮷𠮷𠮷𠮷𠮷

准教授

井上

圭一

技術専門員

向井

教

授

秋山

英文

准教授 *4松田巌

学術支援職員

バゲルザデ レザ

教

授

杉野

修

准教授 *5

野口

博司

特任研究員

薄倉

教

授

岡

樋山

みやび

Visiting Associate Professo HIYAMA, Miyabi

特任研究員

金

教

授 *1

OKA, Takashi

小森

教授 ( 外国人客員）陳

少強

特任研究員

今野

雅恵

教

授 *2

森

教授 ( 外国人客員）朱

琳

特任研究員

中前

秀一

教

授 *3

山室

教

授 *1

教

授 *4

Professor
Professor
Professor
Professor
Professor
Professor
Professor
Professor
Professor

YOSHINOBU, Jun
AKIYAMA, Hidefumi
SUGINO, Osamu

隆史

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor

准教授（客員）文夫

KOMORI, Fumio

初果

MORI, Hatsumi

Visiting Professor

INOUE, Keiichi

MATSUDA, Iwao
NOGUCHI, Hiroshi

CHEN, Shaoqiang

Technical Associate
Technical Associate
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher

BAGHERZADEH, Reza淳子

USUKURA, Junko

昌秀

KIM, Changsu
KONNO, Masae

Visiting Professor

ZHU, Lin

助教

田中

駿介

特任研究員

中村

孝宏

リップマー ミック

助教

春山

潤

特任研究員

八尾

寛

原田

助教

永田

崇

特任研究員

ﾗﾌｴﾝﾃ ｻﾝﾋﾟｴﾄﾛ ｱﾙﾊﾞﾝ

泰蔵

特任研究員 *修

YAMAMURO, Osamu
LIPPMAA, Mikk

慈久

HARADA, Yoshihisa

Research Associate
Research Associate
Research Associate

助教 *

1

Research Associate

Project Researcher

孝三

MUKAI, Kozo

TANAKA, Shunsuke
HARUYAMA, Jun
NAGATA, Takash

森MORI, Taizo

Project Researcher
Project Researcher

Project Researcher
6

Project Researcher

NAKAMAE, Hidekazu

NAKAMURA, Takahiro
YAWO, Hiromu

LAFUENTE SAMPIETRO, Alban

河津*1 所内兼務。本務はナノスケール物性研究部門。/ concurrent with Division of Nanoscale Science*2 所内兼務。本務は凝縮系物性研究部門。/ concurrent with Division of Condensed Matter Science*3 所内兼務。本務は中性子科学研究施設。/ concurrent with Neutron Science Laboratoy*4 所内兼務。本務は極限コヒーレント光科学研究センター。/ concurrent with Laser and Synchrotron Research Center*5 所内兼務。本務は物質設計評価施設。/ concurrent with Materials Design and Chatacterization Lavoratory*6 所内兼務。本務は計算物質科学研究センター。/ concurrent with Center of Computational Materials Science30
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

励

KAWATSU, Tsutomu

機能物性研究グループ

Functional Materials Grouphttps://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/yoshinobu_group.html

𠮷𠮷𠮷𠮷𠮷𠮷

𠮷𠮷𠮷𠮷𠮷

田中

教授

助教

YOSHINOBU, Jun

Yoshinobu Group

Professor

表面界面の特徴の一つは、バルクの対称性が破れ表面特駿介

TANAKA, Shunsuke
Research Associate

Solid surfaces are intriguing objects, because novel structures and electronic properties emerge as a result of symmetry
breaking of bulk. Solid surfaces play an important role as “lowdimensional reaction field”, on which we can provide atoms
and molecules and manipulate them deliberately. In addition,
surface and interface are vital in the energy conversion anddissiparion processes. In order to fabricate atomically-controlled
surface functional materials, we have to understand the dynamical behavior of atoms and molecules on surfaces. The researchof these subjects is closely related to the basics of catalysis,semiconductor processes and molecular electronics. Recently,
we are interested in surface reactions including CO 2 andhydrogen.In addition, we can simulate chemical reactions on
cosmic dust with laboratory experiments in ultrahigh vacuum at
low temperature. We have utilized surface vibrational spectroscopy, photoelectron spectroscopy and local probe methods inorder to investigate structures, reactions and electronic properties of atoms,molecules and thin films on surfaces. Synchrotron
radiation (KEK-PF, SPring8 etc.) is also used to study electronic
structure of surface and interface, including operando XPS.
Recently, we have started to study THz-pulse driven surface
processes.

有の構造や物性が現れることだけではない。外部から原子・分子を自在に表面に供給し、新しい物質を構築する「反応場」
であることが最も重要な特徴である。また、表面界面は物質移動の場だけではなく、エネルギー変換の場としても極めて重要である。最近では、原子・分子レベルで制御されたナノスケールの材料（例えば、サイズの整ったクラスター、異方性の強い低次元化合物、配向の特定された分子凝集系など）を作製し，機能を持ったナノ・デバイスを構築することも可能になってきた。原子スケールで物質移動（拡散や反応）を制御し、機能をもつ材料やデバイスを創製するためには，
表面・界面における素過程を理解することが不可欠である。
表面における原子・分子のダイナミクス研究は、触媒反応・
半導体プロセス・分子エレクトロニクスと密接に関連しており、さらに地球環境や宇宙における分子進化についても手がかりを与えてくれる。最近は、二酸化炭素や水素が関わる表面反応過程に興味を持っている。当研究室では、表面・界面における原子・分子のダイナミクス（吸着、拡散、成長、
脱離）、表面ナノ物質の構築および表面界面の電子物性を、
表面振動分光、光電子分光などの表面分光法と、走査型トンネル顕微鏡や独立駆動４探針電気伝導測定法を駆使して研究してきた。また、シンクロトロン放射光施設（KEK-PF、SPring-8 など）における雰囲気光電子分光を用いた表面のオペランド観測を推進している。最近、THz パルスによる表面プロセス駆動の研究にも取り組んでいる。

A schematic model of CO2 hydrogenation on the Pd-Zn-Cu model catalyst

研究テーマ Research Subjects

1. モデル触媒による小分子の活性化と表面反応の研究
Activation and surface reaction of small molecules by model catalysts
2. 表面や界面における水素が関わる物性と反応（ハイドロジェノミクス）
Properties and reactions with hydrogen at surfaces and interfaces (Hydrogenomics)
3. 半導体および有機薄膜の電子状態と表面電気伝導の研究
Electronic states and surface conductivity of semiconductor and organic thin film
4. 低次元物質の電子状態と反応性の研究
Electronic states and reactivity of low-dimensional materials on surfaces
5. THz パルスによる固体表面における原子・分子ダイナミクスの研究
Dynamical processes of atoms and molecules on solid surfaces using THz pulse

31
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

機能物性研究グループ

Functional Materials Grouphttps://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/akiyama_group.html

秋山研究室

秋山

英文

AKIYAMA, Hidefumi

Akiyama Group教授

Professor

半導体量子ナノ構造の光物性や、ヘテロ構造・ナノ構造

Advanced laser spectroscopy on the basis of lasers andmicroscopy is developed and applied to semiconductor quantum
wires and other nano-structures, in order to understand andcontrol their optical properties quantum mechanically.
Femto-second pulse generation directly from gain-switchedsemiconductor lasers is studied intensively to understand thepulse dynamics and the shortest-pulse limit. High-quality III-Vsemiconductor tandem solar cells and their internal loss rates
and mechanisms are also studied. We make the world thinnest
and cleanest quantum-wire semiconductor lasers that havesuperior laser performances such as low threshold currents.
Experimental findings and problems provide us fruitful physics
subjects related to 1D physics, many-body physics, lasers, solar
cells, crystal growth, material science, and semiconductor device
physics and engineering.
We are developing experimental techniques such as sensitive
luminescence detection, absolute luminescence-yield measurements, transmission/absorption measurements of single nanostructures, micro-spectroscopy, imaging, and solid-immersion
microscopy. Some of these techniques have been applied to
study of bioluminescence of fireflies, jelly fish, and sea fireflies aswell as luminol chemiluminescence.

に基づく半導体レーザーや太陽電池のデバイス物理、ホタル生物発光の生物物理などを、レーザー分光・顕微分光・
光学計測技術を用いて研究している。
半導体レーザーに対して、最大定格を大きく超える励起を短時間だけ加え、極端非平衡状態を生み出し、フェムト秒短パルス発生限界を追及する研究を行っている。人工衛
星用高品質 III-V 族半導体タンデム太陽電池の損失機構を調べ、変換効率限界を物理的に理解するデバイス物理研究も行っている。また、世界一細くかつ均一で制御性の高い半導体量子細線レーザーを作製し、量子力学的な光学物
性、低次元性、電子正孔系多体問題、半導体レーザー物理、
結晶成長、物質科学など様々な興味から研究を行っている。
光学実験技術として、微細なナノ構造の発光を高感度に検出する技術、絶対量を定量計測する技術、ナノ構造の透過吸収を計測する技術、顕微分光や画像計測の技術、ソリッ
ドイマージョン顕微技術などを開発している。さらに、それらの技術を応用し、ホタルやクラゲやウミホタルの生物発光やルミノール化学発光などを、生物学・化学・理論の専門
家や民間会社と共同で研究している。

100 周期 T 型量子細線レーザー (a,b) とホタルルシフェ
ラーゼ (c) の構造

半導体レーザーからの4.7 ps パルス直接発生
実験

Nan o - st r u c tu re s of a
100 T-shaped quantumwire laser (a,b) and firefly
luciferase protein (c) .

Direct 4.7 ps pulse
generat ion f rom again-switched semiconductor laser diode.

研究テーマ Research Subjects
1. 利得スイッチング半導体レーザーおよび太陽電池のデバイス物理
Device physics of gain-switched semiconductor lasers and solar cells
2. 高品質半導体量子細線および井戸における低次元電子正孔キャリアの多体相関と非平衡性
Many-body interactions and non-equilibrium properties of low-dimensional electron-hole systems in clean semiconductor quantum wires and wells
3. 半導体量子構造およびデバイスの作製、高品質化、構造評価、顕微分光計測、画像計測
Material physics and development of high-quality semiconductor nano-structures via microscopy
4. ホタル・クラゲ・ウミホタルなどの生物発光と生物化学発光計測標準
Bioluminescence of firefly, jelly fish, sea firefly, etc. and bio/chemiluminescence measurement standards

32
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

機能物性研究グループ

Functional Materials Grouphttps://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/sugino_group.html

杉野研究室

杉野

修

SUGINO, Osamu

Sugino Group教授

Professor

スーパーコンピュータを用いたシミュレーションなどを通し

春山

潤

HARUYAMA, Jun

助教

Research Associate

Based on large-scale simulations, Sugino group elucidates
properties of complex condensed matters, such as highpressure phases of solid-hydrogen, bioluminescent molecules,
and electrochemical interfaces. The group also develops novel
computational schemes for accurate prediction of material
properties.
The computational materials science is advancing rapidly, sothat the target of research is extending toward materials of larger
degrees of freedom and multi-scale phenomena. This has madecommon to make a joint theoretical and experimental projectfor microscopic understanding of a material functionality. The
collaboration is done here with the research infrastructure,especially the massively parallel supercomputers and novel
computational schemes. For the advance of computational
scheme, a set of few-body problems was machine learned toestablish the mapping between the particle density and thecorrelation energy. The resulting mapping was found to serve for
accurate prediction of many-body problem within the density
functional theory (DFT). DFT has been developed for classicalsystems as well as the quantum systems with help of novel
approaches like functional renormalization group.

て、複雑な物性現象を理解し新物質・新現象の予測につなげるとともに、計算の対象拡大や高精度化のための計算理論を構築する研究を行っている。
計算物質科学の方法は近年急速な発展を遂げ、結晶等の電子状態から多自由度系や多階層系、複雑系の機能性にまで研究対象が拡大している。本研究室では、未知の高圧物質や生体物質、電池等でのエネルギー変換過程等の計算を実験と連携して行い、微視的な理論を精巧化し、それを物質設計につなげる研究を行っている。また、対象となる多体問題を高精度に解くための新手法を多角的に検討しており、例えば、多自由度系に対する計算結果を機械学習し、
相関エネルギーを精密に表現する方法や汎関数繰り込み群に基づく方法などを構築しており、次世代の計算物質科学の方法の開拓を行っている。

H2O, NH3, NO の機械学習により構築された交換相関汎関数のテスト。LDA, GGA 等の各レベルの汎関数形に対して、良く用いられる汎関数と機械学習汎関数を比較した
ところ、結合エネルギーや電子分布関数の値をより正確に再現できることがわかった。
第一原理経路積分計算による白金 (111) 面上の水素原子の分布関数と拡散経路。

Ab initio path integral simulation of a hydrogen atom adsorbed onPt(111). The contour shows the density distribution and the blue line
shows the trajectory of the centroid. Quantum effect was found crucially important.

The exchange-correlation functional of density functional theory was constructed by machine learning the three reference molecules, H2O, NH3 and NO.
The functional was found to yield smaller mean-error of the atomization energy(AE147), electron density profile (DD147), barrier height of a reaction (BH76),
and total energy (TE147) for various levels of the functional forms. The whitecharacters in the first column, SVWN, BLYP..., indicates the familiar functionals
while the orange ones are the machine learned functionals.

研究テーマ Research Subjects
1. 計算物質科学の方法による物性予測
Prediction of material properties using methods of computational materials science
2. 高圧物質、生物発光、エネルギー変換などの解明
Elucidation of high-pressure phase, bioluminescence, and energy conversion
3. 機械学習や統計物理学の方法を用いた多体問題の数値解の高精度化
Development of methods for accurate many-body problems with machine learning or statistical physics scheme

33
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

機能物性研究グループ

Functional Materials Grouphttps://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/oka_group.html

岡研究室

岡

隆史

OKA, Takashi

Oka Group

教授

Professor

量子物質の非平衡状態に潜む未知の自然法則を発見する

Our main research subject is quantum materials driven far
away from equilibrium by external fields such as laser light. The
aim is to seek for new laws of physics that govern such exotic
states and to find a way to control their collective dynamics. We
employ new theoretical frameworks such as Floquet engineering
which enables us to understand nonequilibrium physics with thedepth comparable to equilibrium systems. We can also obtain
important insights from other existing research fields such as
turbulence, neural network, and non-linear semiconductor
optics, and apply them to new exotic materials. The target
materials range from topological systems to strongly correlated
systems (Fig.1). New non-linear response phenomena suchas the heterodyne Hall effect (Fig.2), i.e. quantum Hall effectinduced by oscillating magnetic fields, will be studied as well.

とともに、その理解をもとに物質相を自在に制御し機能発現させる方法を理論的に研究する。中でもフロッケ ･ エンジ
ニアリングに代表される新しい理論体系が近年注目を集めており、非平衡現象を平衡系に近い深さで理解することが可能になりつつある。日々の研究においては、乱流、ニューラ
ルネットワークといった古典物理分野や、生命現象、そして日常的に非平衡現象が利用されてきた半導体物理など、広い分野で蓄積されてきた知見を参考にしつつ、場の理論や数値計算などの基礎的な手法を利用することで相関電子系、
トポロジカル物質、スピン系などの重要な量子物質（図 1）の非平衡現象の研究をおこなっていくとともに、物質の新しい非線形応答効果（例えば図 2）を探索する。

図１ 量子物質のフロッケ ･ エンジニアリングの広がり。バンドトポロジー、スピン秩序、相関電子系などの相制御や新原理に基づくデバイスの提案につながっている。

Fig. 1. Floquet engineering in quantum materials. T. Oka, S. Kitamura, Annu. Rev. Condens. Matter
Phys. 10, 387-408 (2019).

研究テーマ Research Subjects
1. 量子物質のフロッケ・エンジニアリング
Floquet engineering of quantum materials
2. 非平衡相における新現象、新学理の探索
Discovery of novel phenomena and law of physics in nonequilibrium systems
3. 非線形量子デバイスの提案
Proposal of novel nonlinear quantum devices

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

図２ フロッケ状態を利用したヘテロダイン・デバ
イス。(a) 入力シグナルに対して周波数混合の施された出力を与える。(b) 振動磁場を用いたヘテロダイ
ンホール効果の実現例。

Fig. 2. Heterodyne device utilizing Floquet
states. (a) Frequency mixed output is realized.
(b) A realization of the heterodyne Hall effectusing 2D Dirac semimetals.

機能物性研究グループ

Functional Materials Grouphttps://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/inoue_group.html

井上研究室

井上

圭一

INOUE, Keiichi

Inoue Group

准教授

Associate Professor

多くの生物は太陽光を自身の生理活動のためのエネル

永田崇

NAGATA,Takashi

助教

Research Associate

Most living organisms use sun-light as energy source for their
biological activity and information source to recognize environmental change. In this photobiological events, a wide variety ofphoto-receptive proteins play the central role.
Our research aims unified understanding of the mechanismof biomolecular functions of various photoreceptive membraneproteins called “rhodopsins”. The chemical elementary processof these supra complex photoreceptive proteins is studied bytime-resolved laser spectroscopy and vibrational spectroscopy,
and we are promoting further research by combining biochemical and electrophysiological techniques to achieve multilayer understanding from atomic and molecular to cellar andindividual levels. Furthermore, whereas we are developing novel
artificial biomolecules for the application to optogenetics andso on based on the fundamental insights, exploration studies of
new photobiological phenomena and related molecular groups,
and a development of machine learning technology are being
conducted with big data accompanying the development ofgenome analysis in recent years.

ギー源や、外界の環境変化を知覚するための情報源として利用する。そしてこのときに中心的な役割を果たすのが、様々な光受容タンパク質である。
本研究室では、それら多様な光受容タンパク質の機能発現メカニズムを統一的に明らかにすることを目的とし、レーザー
時間分解分光実験や振動分光実験などを通じて、高次複雑系である光受容タンパク質分子の化学反応素過程を調べる研
究を行っている。さらに電気生理学実験や、生化学的手法と組み合わせることで、原子・分子レベルから細胞・個体レベルにおよぶ多階層的な理解を目指している。またこれらの知見をもとに、光遺伝学などの応用を目標とした機能性生体分子の開発にも取り組む一方で、近年のゲノム解析の発展に伴うビッグデータをもとに、新奇な光生物学的現象とそれに関わる分子群の探索研究や機械学習法の開発を行っている。

ナノ秒パルスレーザーによる微生物型ロドプシンの過渡吸収測定（上）およびロド
プシン分子内におけるレチナールの光異性化過程（下）。

多様な機能を持つ微生物型ロドプシン（上）とその精製タンパク質試料（下）。

Microbial rhodopsins with a variety of functions (upper) and the purifiedprotein samples (lower).

Transient absorption measurement of microbial rhodopsin by a nano-second
pulsed laser (top) and photo-isomerization process of retinal in rhodopsin(bottom right). Photo currents of ChR expressed in mammalian cells.

研究テーマ Research Subjects

1. 光受容型膜タンパク質ロドプシンの分子機能メカニズムの機能解析および分光研究
Functional and spectroscopic studies on the mechanism of molecular function of photoreceptive membrane protein, rhodopsins
2. 先端的分光計測法の生体分子研究への応用
Application of advanced spectroscopic measurement method for biomolecular study
3. ゲノムビッグデータをもとにした新奇光受容型タンパク質探索
Exploration of novel photoreceptive proteins through use of genome big data
4. 機械学習法を用いた生体分子の機能決定因子の同定とそれにもとづく新規機能性分子開発
Machine-learning study on the determining factor for the function of biological molecules and its application for thedevelopment of novel functional molecules

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

機能物性研究グループ

Functional Materials Group

樋山研究室

樋山

みやび

HIYAMA, Miyabi

Hiyama Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

量子化学計算・合成実 験・分光計測を行うことにより、

The subjects of our research are the elucidation of emission
mechanism on the firefly bioluminescence and the application ofthis reaction with the quantum chemical calculations, spectroscopic measurements, and synthetic experiments.
Firefly bioluminescence, of which emission color depends onthe experimental condition, is widely used on environmental
filed, medical field, and biotechnology field etc., because thesubstrate and enzyme of this bioluminescence are harmless toliving organisms. This luminescence is due to oxidation reactionof substrate, firefly luciferin, in firefly luciferase enzyme. The
elucidation of firefly bioluminescence would encourage not only
to understand this phenomenon for expanding the availabilityof applications but also to understand other chemical reactions
involved in enzyme. We synthesized a photo-cleave type of
caged luciferin and study the physical properties of this chemical
species.

ホタル生物発光で起きている反応機構の解明とその応用研究を行っている。
ホタル生物発光は、pH やタンパク質変異体など実験条件の違いで異なる発光色になることや、その反応物質は生体にとって害が少ないことから、薬剤や細胞などの検出方法
として環境・医療・バイオテクノロジーなどの分野で広く利用されている。この発光は、タンパク質酵素中の化学反応の結果おこる。このため発光機構の解明は、ホタル生物発光
そのものの理解を進め、応用の可能性を広げるだけでなく、酵素が関与する化学反応を理解する鍵となる。本研究室では、ホタル生物発光の基質であるルシフェリンに保護基のついた光解離型ケージドルシフェリンに着目し、合成、吸収・蛍光測定および生物発光計測、量子化学計算によるこれらのスペクトル解析により、酵素が関与する化学反応を明らかにする研究を推進している。

機能物性研究グループ

Functional Materials Group

陳研究室

陳

少強

CHEN, Shaoqiang

Chen Group

外国人客員教授

Visiting Professor

ハロゲン化鉛ペロブスカイト（LHP）は、太陽電池とレー

Lead halide perovskites (LHPs) are currently stimulating
huge activity across the field of optoelectronics for both lightharvesting and light-emitting applications. Lasing operations
have been reported in a number of LHP micro-/nanostructures, such as microspheres, microplates, and microcubes byforming the whispering gallery mode (WGM) microcavities. These results demonstrate the high optical gain of LHPs
and their considerable potential for applications in nonlinear
optics. However, underlying mechanisms are controversial. We
formed obtain high-quality LHP thin films by one-step spincoating method, and synthesized various kinds of LHP micro/
nanostructures through efficient liquid-phase and chemical
vapor deposition (CVD) methods. These samples have shown
single- and/or multi-longitudinal laser emissions.
Aiming to understand in depth mechanisms of the above
mentioned phenomena, we perform in ISSP characterization ofmaterial gain, optical device fabrication and lasing characterizations, and investigation of ultrafast spectral dynamics with timeresolved spectroscopy measurements.

ザー・LED 発光素子の両方で有望視される新材料である。
レーザー発振は、ナノワイヤまたはナノロッドのファブリペ
ロー型共振器や、微小球、板、キューブのウィスパリングギャ
ラリーモード（WGM）微小共振器で報告されているが、レーザー発振やその他の光学特性に関する励起子の寄与など基本メカニズムの多くが未解明である。華東師範大・陳グルー
プでは、一段スピンコート合成法で高品質有機無機 LHP
薄膜を、液相法や CVD 法で多様な LHP 微結晶 / ナノ構造を作製し、レーザー発振を観測してきた。これらの現象の物理機構を理解するため、利得スペクトル計測、レーザーのデバイス化と特性評価、時間分解分光測定による超高速スペクトルダイナミクス計測などを、物性研にて行う。それらの実験から、励起子効果を含むペロブスカイトナノ/ マイ
クロ結晶のレーザー物理を解明する。

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

機能物性研究グループ

Functional Materials Group

朱研究室

朱

琳

ZHU, Lin

Zhu Group

外国人客員教授

Visiting Professor

III-V 族化合物太陽電池は、超高性能が要求される用途

III-V compound semiconductor solar cells have achieved thehighest conversion efficiency among the present photovoltaic
devices. Aiming at further higher conversion efficiency, multijunction (MJ) configuration, such as triple- or four-junctions,has attracted broad attention. Meanwhile, quantum-dot (QD)
configuration as a possible strategy to implement intermediate band solar cells is another attractive topic in developing
monolithic multi-junction solar cells. However, it has been atough job to fabricate the two kinds of cells with high latticequality.
Our study include: 1) Optical/electrical measurements andanalysis on the internal behavior of the practical MJ or QD-MJ
solar cells, in order to understand the carrier dynamic mechanism in those cells that usually include lattice imperfections.
2) General and realistic theoretical models on high-performance QD-MJ solar cells, which can interpret internal carrier
dynamics, mechanisms and device behaviors in practical solar
cells.

のため、世界中で精力的に開発が進み、特に、多接合太陽電池（３接合以上）、量子ドット複雑構造入りなどが競争的に研究されている。
より超高性能を目指して 4 接合以上の多接合太陽電池を構成するためには、格子不整合による巨大な歪みをもつ材料を使う必要がある。従って、材料品質の評価や性能への影響の理解がより重要となる。世界の多くのグループで試作された太陽電池試料に対して、絶対 EL 評価や時間分解計
測によるダイナミクス評価を行い、測定結果から品質や性能の制限要因を研究している。
量子ドットを多接合太陽電池のボトムセルに用いると、量子ドット太陽電池の欠点が緩和され、トータルで優れたセルが作れるのではないかという提案がある。理論解析に基づき、実際に量子ドット入り多接合太陽電池を設計・試作し、品質と性能を調べる。

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

量子物質研究グループ
Quantum Materials Group
物性物理はこれまで新しい物質、新しい現象、
新しい概念の発見によって、大きく発展してきた。
物性研究所で活発に研究されてきた強相関電子
系は、その顕著な例である。一方、研究のブレー
クスルーは、多くの場合分野の融合によって実現する。本研究グループは、そのような考えのもとに、量子物質研究のさらなる飛躍を目指して、理論と実験の緊密な連携を核とし、従来の研究部門の垣根を超えた共同・連携研究を推進するために新設された。
当グループは 3 つのコアグループと 9 つの連携
グループからなり、互いに強く連携・協働しながら、強相関電子系の新しい量子相や新しい機能性物質の開発を目指した研究を進めている。実験
的には、バルクや薄膜の試料を作製し、その精密物性測定を駆使してスピントロニクス機能の開拓を行っている。これらは、理論手法の開発を通じて新しいトポロジカルな量子相の開拓を行う理論
チームと強く協力をして進めている。

Condensed matter physics has progressed, relying
on discoveries of new materials, new phenomena,and new concepts. A good example can be found in
the history of research in strongly correlated electron
systems, one of the major fields studied in ISSP. On
the other hand, breakthroughs have often been madeat an intersection of various research fields. The
quantum materials group, aiming at another leap
forward in our activity, has been created to promoteinterdisciplinary studies based on the collaboration
between the experimental and theoretical groups
beyond the conventional research disciplines. The
quantum materials group currently consists of threecore groups and nine joint groups. All the groups
vigorously conduct collaborative research to discovernovel quantum phases and functional materials
in correlated electron/spin systems. The activities
include new material synthesis in bulk and thin-film
forms and their characterization through state-ofart measurement systems. Device fabrication is also
carried out for spintronics applications. These experiments are conducted through lively discussion andtight collaboration with theory groups, which search
for new topological phases by using an advanced
theoretical approach and numerical methods.

教

授

押川

正毅

助

教

多田

靖啓

特任研究員

志賀 雅亘

教

授 *1

瀧川

仁

助

教

坂本

祥哉

特任研究員

ハンシェン ツァイ

教

授*

榊原

俊郎

特任助教

冨田

崇弘

特任研究員

フェン ジリ

教

授*

廣井

善二

特任助教

肥後

友也

特任研究員

レイ マユク クマー

教

授 *3

大谷

義近

特任教授 *

中辻

知

准教授

三輪

真嗣

Professor

OSHIKAWA, Masaki

Professor

TAKIGAWA, Masashi

1

Professor

SAKAKIBARA, Toshiro

2

Professor

HIROI, Zenji

Professor

4

Project Professor
Associate Professor

准教授 *1

Associate Professor

准教授 *5

Associate Professor

准教授 *5

Associate Professor

准教授 *5

Associate Professor

Research Associate
Research Associate

TADA, Yasuhiro
SAKAMOTO, Shoya

Project Research Associate TOMITA, Takahiro
Project Research Associate HIGO, Tomoya

Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher

SHIGA, Masanobu
HANSHEN, Tsai
FENG, Zili

RAY, Mayukh Kumar

OTANI, Yoshichika
NAKATSUJI, Satoru

MIWA, Shinji

山下

穣

近藤

猛

松永

隆佑

YAMASHITA, Minoru
KONDO, Takeshi
MATSUNAGA, Ryusuke

岡﨑浩三*1 所内兼務。本務は凝縮系物性研究部門。
*/concurrent with Division of Condensed Matter Science

2 所内兼務。本務は物質設計評価施設。

/concurrent with Materials Design and Characterization Laboratory*3 所内兼務。本務はナノスケール物性研究部門。

/concurrent with Division of Nanoscale Science*4 理学系研究科物理学専攻と兼務。
*/concurrent with Physics Department, Graduate School of Science

5 所内兼務。本務は極限コヒーレント光科学研究センター。

/concurrent with Laser and Syncrotron Research Center

OKAZAKI, Kozo

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

量子物質研究グループ

Quantum Materials Grouphttps://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/oshikawa_group.html

押川研究室

押川

正毅

OSHIKAWA, Masaki

Oshikawa Group教授

Professor

量子多体系の理論を中心として研究を行っている。量子多田

靖啓

TADA, Yasuhiro

助教

Research Associate

Our main focus is quantum many-body theory. Based on theclose correspondence among quantum many-body systems,
classical statistical systems, and field theory, we pursue universal
concepts in physics. At the same time, we aim to give a unified
picture on experimental data and to make testable predictions.
As an example of our recent achievements, we have given acertain theoretical result for the total orbital angular momentumof chiral superfluids, which has remained paradoxical for 40
years. We also demonstrated, based on anomaly in quantum
field theory, a new classification of gapless quantum criticalphases in the presence of a discrete symmetry. This opens up a
new direction in classification of quantum phases. In order toconnect these theoretical developments with experiments, we
also study material design to realize exotic topological phasessuch as Kitaev spin liquids. Much of our research is carried out
in international collaborations.

多体系と古典統計力学系および場の理論の密接な関係を踏
まえ、広範な系について成立する普遍的な概念を探求するとともに、実験結果の統一的な理解や新たな実験に対する予言も目標とする。最近の成果の一つとして、カイラル超流
動体の全軌道角運動量についての４０年来のパラドックスに一定の理論的解決を与えた。また、場の理論における量子異常を応用して、離散的な対称性の存在下ではギャップレス
な臨界相の間に新たな分類が生じることを示した。これは、量子相の分類に新たな展開をもたらすものである。このような理論研究における発展を実験研究と結びつけるべく、キ
タエフスピン液体相などの新奇なトポロジカル相を実現する
物質設計についても研究を進めている。これらの研究の多
くは、国際共同研究として推進している。

金属有機構造体 (Metal-Organic Framework, MOF) を用いたキタエフスピ
ン液体の設計。キタエフ模型は、基底状態としてスピン液体を実現する、非常に興味深い厳密に解ける量子スピン模型である。イリジウム酸化物等の無機化合物でのキタエフ模型の実現が議論されているが、これらの物質では直接交換に起因するハイゼンベルグ型相互作用の寄与が大きく、基底状態はス
ピン液体ではない。我々は、MOF を用いて直接交換相互作用を抑制し、より理想的なキタエフ模型の実現の可能性を提案した。

Designing Kitaev spin liquid using Metal-Organic Framework (MOF).
Kitaev model is an intriguing exactly solvable spin model, with aspin-liquid ground state. Although realizations of the Kitaev model in
iridates and other inorganic materials has been discussed, the dominance of Heisenberg type interactions owing to direct exchanges prevents the ground state from becoming the spin liquid. We proposed apossibility of more ideal realizations of the Kitaev model, using MOFs
in which direct exchange interactions are suppressed.

研究テーマ Research Subjects
1. 量子スピン系および遍歴電子系における電子スピン共鳴
Electron Spin Resonance in quantum spin systems and itinerant electron systems
2. 量子細線の接合における伝導と共形場理論
Conduction at a junction of quantum wires and conformal field theory
3. トポロジカル相と量子エンタングルメント
Topological phases and quantum entanglement
4. カイラル超流体の軌道角運動量
Orbital angular momentum of chiral superfluids
5. トポロジカル相・トポロジカル現象の物質系での実現
Realization of topological phases and topological phenomena in materials

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

量子物質研究グループ

Quantum Materials Grouphttps://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/nakatsuji_group.html

中辻研究室

中辻

知

NAKATSUJI, Satoru

特任教授

Nakatsuji Group

Project Professor

物質科 学のフロンティアは、新しい現 象の発見にある。

冨田崇弘

TOMITA, Takahiro

特任助教

肥後

友也

HIGO, Tomoya

特任助教

Project Research Associate Project Research Associate

The discovery of new phenomena is at the forefront ofresearch in condensed matter physics. This is particularly true
for the inorganic materials, which provide an important basis incurrent electronic and information technology research, whichkeep providing numbers of macroscopic quantum phenomena
due to correlations among the Avogadro numbers of electrons.
Thus, the search for new materials that exhibit new characteristics is one of the most exciting and important projects inthe materials research. We have synthesized new materials
in so-called strongly correlated electron systems includingtransition metal compounds and heavy fermion intermetallic
compounds. Our interest lies in quantum phenomena such as
exotic superconductivity and anomalous metallic states close
to a quantum phase transition, novel topological phases inmagnetic metals, quantum spin liquids in frustrated magnets,
and their spintronics application.

なかでも、無機物質は我々の生活を支える材料として最もよく利用されてきた。その無機物質から物質中の 1023 個もの電子が相互作用して創り出すマクロな量子現象が続々と発見されており、物理と化学を駆使した新物質の開発こそが新しい量子現象を目指す物質科学の醍醐味である。さらに、これらの量子現象の発見は現代の情報社会や IoT 社会の基盤となる革新的技術を生みだしている。 私達の研究室では、このような新しい物性と機能の開発を目指した新物質開発に取り組み、スピントロニクスやエネルギーハーベスティ
ングなどの応用に資する新たな量子現象を探求しその機構を解明する研究を進めている。
私達の研究室では、物質の化学合成のみならず、新しい物理現象の発見を目指した最先端物性測定、また新物質を用いたデバイス作製や薄膜測定にも力を入れている。 多様な手法を用いて新しい化合物の単結晶育成や薄膜作製に自ら取り組むとともに、顕著な量子効果が現れる極低温から応用に重要な室温以上での様々な高精度物性測定を行い、その成果を世界に発信している。

a, 強磁性体における異常ホール効果 ( 左図 ) と反強磁性体 Mn3Sn における異常ホー
ル効果 ( 右図 )。強磁性体中では、自発磁化 M によって電子の運動が曲げられることにより、ゼロ磁場下 (B = 0) でホール効果が自発的に現れる。一方で、反強磁性体 Mn3Sn では、ゼロ磁場下 (B = 0) で、かつ、自発磁化 M のない状態において、ホール効果が自発的に現れる。この場合、電子の運動を曲げる要因となる仮想的な内部磁場 b が、スピンキラリティの秩序化によってもたらされると考えられる。b,
Mn3Sn の磁気構造。カゴメ格子の各頂点に位置する Mn は磁気モーメント ( 青矢印 )を有し、キラル反強磁性構造を示す。c, Mn3Sn における室温でのホール抵抗率の磁場依存性。

Magnetic behavior and crystal structure of Mn3Sn. a, Anomalous Hall effectin ferromagnets (left) and in antiferromagnets (right) induced by bending
the trajectory of conducting carriers by magnetization and fictitious field,
respectively. b, Crystal and spin structure of Mn3Sn. Each Mn has a magnetic
moment (arrow). c, Magnetic field dependence on the Hall resistivity in
Mn3Sn at room temperature.

研究テーマ Research Subjects
1. ワイル反強磁性体の量子伝導効果とそのスピントロニクス応用
Quantum transport phenomena in antiferromagnetic Weyl metals and their applications for spintronics
2. トポロジカル磁性体の開発とエネルギーハーベスティング
Search for novel topological magnets and their applications for energy harvesting
3. トポロジカル量子相や新しい超伝導体の開拓
Search for novel topological phases and superconductors

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

量子物質研究グループ

Quantum Materials Grouphttps://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/ labs/miwa_group.html

三輪研究室

三輪 真嗣

坂本

准教授

助教

MIWA Shinji

Miwa Group

Associate Professor

高品質かつ特徴的なナノ構造を用いた物性実験研究を

祥哉

SAKAMOTO, Shoya
Research Associate

We study experimental condensed-matter and material
physics using high-quality and unique nanostructures. We
employ ultrahigh vacuum technique, which has been used forsemiconductor engineering, for the multilayer fabrication withmetals, insulators, and organic molecules. We focus on spin andorbital properties, which can be pronounced in nano-structure,and fabricate quantum spintronics devices. Our research
purpose is to characterize the physical properties in such devices
and use them for application.
Recently, we study spin-dynamics using microwave voltage/current and femtosecond pulse laser systems. We also study the
microscopic origin of the various spintronics phenomena using
operando X-ray absorption spectroscopy. Using the obtained
knowledge, we design and fabricate spintronics devices showing
large effects at room temperature.

行っている。具体的には半導体工学の超高真空薄膜成長技
術を金属・絶縁体・有機分子に適用し、異種材料界面を有する多層膜デバイスを用いて研究を行う。ナノの世界で「スピン」の性質が顕著に現れることに着目し、様々な量子ス
ピントロニクス現象を発現するデバイスを創成している。作
製した新物質・材料デバイスが示す新たな物性 ( 物の性質 )を見つけ、機能化し、応用に供することが研究目的である。
最近の具体的な研究テーマは、マイクロ波帯域の電流電圧応答やフェムト秒パルスレーザーを用いたスピンダイナミク
スの研究、電流電圧を印加しながら X 線吸収分光を行う「オ
ペランド X 線分光」を用いた様々なスピントロニクス現象の機構解明等である。分光研究で得た知見を用いて、実際に室温巨大効果を示すデバイスの創成を目指している。

(a) 特徴的なナノ構造を有する新物
質・材料薄膜の例。ありふれた材料の Fe・Pt・Pd 等を原子レベルで積層し、新たな物性を示す薄膜デバイ
スを創成した。(b) オペランド X 線分光の例。外部から MgO 誘電層に電界をかけながらオペランド X 線磁
気円二色性分光を行い、界面 Pt 層の電子状態の変化を見出した。このよ
うな高品質薄膜デバイス研究と X 線分光研究の融合により、次世代不揮
発性メモリの駆動技術として重要な
電気磁気効果の物理機構を解明した。

(a) An example of a novel multilayer with characteristic nanostructure. By using conventional
materials such as Fe, Pt, and Pd,
we fabricated novel multilayer
device with new physical phenomena. (b) An example of operando
X-ray spectroscopy. We conducted
the operando X-ray magnetic circular dichroism spectroscopy under electric-field application to the MgO dielectric,
and found a change in electronic state in the interfacial Pt layer. The origin of thevoltage-controlled magnetic anisotropy, which is important for future non-volatile
random access memory, has been revealed.

研究テーマ Research Subjects
1. 量子物質を用いたスピントロニクスデバイス
Spintronics device using quantum materials
2. フェムト秒パルスレーザーや放射光 X 線を用いたオペランド分光によるデバイス物性の機構解明
Operando spectroscopy using pulse laser and x-ray to reveal device physics
3. 界面ナノ制御によるデバイス機能向上
Interface engineering to develop device performance
4. スピンによる脳型コンピューティング
Brain-inspired computing using spintronics

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020(a) ナノ磁性体のスピンダ
イナミクスを利用した機能性デバイスの例。(b) スピ
ンダイナミクス及びポテン
シャルの模式図。スピンポ
テンシャルを精密制御に
より非線形効果が顕著になる。この非線形効果の利用
により、ナノ磁性体のスピ
ントルクダイオード効果の信号雑音比を向上させられることを見出した。

(a) A functional device
using spin-dynamics in
nano-magnets. (b) Schematic of spin-dynamics
and potential. If we precisely control the spinpotential, the non-linear
effect can be enhanced.
We find that the signalto-noise ratio in the spintorque diode effect innano-magnets can beenhanced by the nonlinear effect.

社会連携研究部門
Social Cooperation Research Department
本学の制度である社会連携研究部門は、公益性の高い共通の課題について、東京大学と共同研究を実施しようとする民間機関等から受け入れる経費等を活用して設置される。本研究部門では、教育研究内容における物性研究所の自主性の確保に十分配慮しながら、教育研究の進展や人材育成の活性化により、学術の推進及び社会の発展に寄与することを目的としている。
物性研究所では、2019 年 4 月に最初の社会連携研究部門「データ統合型材料物性研究部門」が開設された。
Social Cooperation Research Department (SCRD) is a joint research framework between the University of Tokyo and its corporate or other external partners in order to collaborate in research projects that
contribute to the public interest. Although SCRD is funded by external partners, its research and education activities aiming for academic advancement and social development are conducted in such a way that
secures the University’s autonomy and independence. ISSP established its first SCRD unit, the Division of
Data-Integrated Materials Science, in April 2019.

データ統合型材料物性研究部門
Division of Data-Integrated Materials Science
昨今、機械学習が社会的にも大きな注目を集めている。機械学習の物質科学研究への応用の可能性 も盛んに研究されており、多くの有望な結果が報告されている。背景には、この考え方が、基礎科学の産業応用を加速させるうえでのカギとなるという期待感がある。当部門では、実験と数値計
算をデータ科学的手法によって統合し、電子相関の理解に基づいて、革新的な機能を持つ材料の物性予測・探索手法を開発することを目的としている。実験結果と数値計算結果の単純な比較や実験の理論計算による解釈にとどまらず、両者を同時に用いることによって、実験 ･ 数値計算それぞれ単独ではなしえない成果を挙げることを目指している。これによって、永久磁石や超伝導などの材料探索を進めている。

教

授 *1

教

授 *1

Professor
Professor

特任准教授

Project Associate Professor

川島

直輝

尾崎

泰助

福島

鉄也

KAWASHIMA, Naoki

Recently, machine learning has attracted social
attention. The possibility of applying machine learning
to material-science research is also actively studied,and many promising results have been reported. The
expectation is that this idea will be the key to accelerating the industrial application of basic science. The
division aims at developing methods for prediction ofphysical properties of materials, based on the understanding of electron correlation, by integrating experiments and numerical calculations through data-scientific approaches. While conventionally we have been
comparing experimental results with numerical ones,
interpreting the former by the latter, the new goal is toachieve something that cannot be done by experimentor numerical calculation alone, by using both of themsimultaneously. In this way, we are searching for new
materials that supports permanent magnetization,
superconductivity, etc.

特任研究員

平山

尚美

特任研究員 *2

櫻井誠大

Project Researcher

OZAKI, Taisuke

Project Researcher

HIRAYAMA, Naomi
SAKURAI, Masahiro

FUKUSHIMA, Tetsuya*1 所内兼務。本務は物質設計評価施設。/concurrent with Materials Design and Characterization Laboratory*2 所内兼務。本務は計算物質科学研究センター。/ concurrent with Center of Computational Materials Science42
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

データ統合型材料物性研究部門

Division of Data-Integrated Materials Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/fukushima_group.html

福島研究室

福島

鉄也

FUKUSHIMA, Tetsuya

Fukushima Group

特任准教授

Project Associate Professor

高速・大規模電子状態計算手法とデータ科学による仮想

We construct large-scale magnetic materials databases by an
original high-throughput calculation tool, and develop datadriven materials design (materials informatics) which is a fusionof data science and material science to explore new functional
materials realizing next-generation electronics to replace thepresent Si-CMOS technology.
Materials design is an inverse problem of general simulationand is actually very difficult task. Due to the developments ofcomputer performances and numerical algorithms, nowadays
one can not only analyze physical properties in real systems
but also design hypothetical systems with novel functionalities,
based on quantum mechanical electronic structure calculations. However, it is almost impossible to perform systematic
exploration in an infinitely wide range of materials space. In
order to overcome such problem, we need to perform materials
exploration by materials informatics which can extract usefulknowledges quickly from large-scale materials database. Our
main purpose is to efficiently solve the inverse problem from“functionality” to “material” by the data-driven material design
method.

スクリーニングを組み合わせた独自の自動ハイスループット
材料計算手法とデータ駆動型マテリアルデザイン環境を開発し、大規模物性データベースの構築と次世代エレクトロニ
クスに資する新機能材料の探索を行っている。
マテリアルデザインは物質構造が与えられ物性機能を解明する一般的なシミュレーションの逆問題である。無限ともいえる広範囲の物質空間での系統的な材料探索はほぼ不可能であり、この状況を打破するには大量の物性データの迅
速な解析と効果的な利用により有用な情報や知識を取り出すデータ駆動型マテリアルデザイン（マテリアルズ・インフォマティクス）によるデザイン主導の物質開発が必要不可欠である。本研究室では KKR グリーン関数法に基づいた第一原理電子状態計算プログラムパッケージの開発、またデー
タ駆動型マテリアルデザインを積極的に利用することで「機能」→「材料」へと至る逆問題を効率よく解き磁性材料やス
ピントロニクス材料のデザインを推進している。

計算機マテリアルデザインエンジン（CMD®）。CMD® は ｢量子シミュレーション｣、｢物理機構の演繹｣、｢仮想物質の推論｣ から成る。

AkaiKKR コードを利用した 4 元磁性高エントロピー合金のハイスループット自動計算。

Computational materials design engine (CMD®), which consists of “quantum
simulation”, “deduction of physical mechanism”, and “guess of hypotheticalmaterials”.

Automatic high throughput screening of quaternary magnetic high entropy
alloys by AkaiKKR code.

研究テーマ Research Subjects
1. 自動ハイスループット材料計算による磁気物性データベースの構築
Construction of magnetic materials database by automatic high-throughput calculations
2. マテリアルズインフォマティスによる新機能物質探索
Design of new functional materials by materials informatics
3. 計算機マテリアルデザイン
Computational materials design
4. 不規則系ナノ構造物質の電子状態と磁気特性
Electronic structure and magnetism in substitutional and structural disordered nano-materials

43
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物質設計評価施設
Materials Design and Characterization Laboratory (MDCL)
物 質 設 計 評 価 施 設 で は、 物 質 の「 設 計（Design）」、
具体的な物質の「合成（Synthesis）」、
合 成 さ れ た 物 質 を 総 合 的 に 調 べ る「 評 価（Characterization）」の３つの研究をサイクル（ＤＳＣサイクル）として有機的に連携させることにより、新しい物性・機能を持つ物質の開発を目指している。本施設は物質設計部と物質合成・評 価部からなり、物質 設計 部には大 型計算 機 室が、物質合成・評価部には物質合成室、化学分析室、
Ｘ線測定室、電子顕微鏡室、電磁気測定室、光学測定室、高圧合成室の７実験室がある。物質設計部では、最先端の物性専用のスーパーコン
ピュータを駆使して原子間の相互作用によって生み出される様々な協力現象を解明しつつ新物質の設計を行い、物質合成・評価部では物質の合成、単結晶育成およびその組成の分析や結晶構造評
価を行うとともに、新しく開拓された物質群の電気的・磁気的・光学的性質の総合評価を行っている。これら物質の総合的評価の結果は設計および合成にフィードバックされ、ＤＳＣサイクルを通して新しい物質の開発が行なわれる。本施設の全国共同利用は、物質設計評価施設運営委員会により運用されている。

The aim of MDCL is to promote materials science
with the emphasis on the “DSC cycle”, where DSC
represents three functions in developing new materials,
Design, Synthesis and Characterization. The MDCL
consists of two divisions; Materials Design Division(MDD) and Materials Synthesis and Characterization Division (MSCD). The Supercomputer Center of
ISSP (SCC) belongs to MDD, while in MSCD there
are seven sections for joint-use; Materials Synthesis
Section, Chemical Analysis Section, X-Ray Diffraction
Section, Electron Microscope Section, Electromagnetic
Measurements Section, Spectroscopy Section, andHigh-Pressure Synthesis Section. In MDD, by making
use of its supercomputer system, novel mechanisms
behind various cooperative phenomena in condensed
matter are explored, and theoretical designs of newmaterials as well as materials with new nanoscale structures are developed. In MSCD, various types of newmaterials are synthesized, single crystals are grown, andthe structural, electromagnetic and optic propertiesof the materials are characterized in various ways. The
characterization results are immediately fed back to thesynthesis and to the design of materials. Through thisDSC cycle we aim to develop new materials with new
functions. Almost all the facilities of the MDCL are
open to domestic scientists through the User Programs
conducted by the Steering Committees of the MDCL.

教

授

廣井

善二

助

教

森田

悟史

技術専門職員福田毅哉

教授（施設長）

川島

直輝

助

教

矢島

健

技術専門職員

浜根

大輔

教

授

上床

美也

助

教

平井

大悟郎

技術専門職員

石井

梨恵子

教

授

尾崎

泰助

助

教

郷地

順

技術職員

小池

正義

教

授 *1

杉野

修

助

教

樋口

祐次

学術支援専門職員

荒木

繁行

准教授

野口

博司

助

教

河村

光晶

学術支援職員

長崎尚子

特任研究員 (PI)*2

吉見

一慶

助

教

福田

将大

特任研究員

浅野

優太

准教授（客員）

本山

岳

助

教

井戸

康太

特任研究員

岡田

健

技術専門職員

山内

徹

特任研究員

ボイ ディリップクーマー

技術専門職員

後藤

弘匡

特任研究員

ホン スーシェン

技術専門職員

矢田

裕行

特任研究員

本山

特任研究員

余

Professor
Professor (Director)
Professor
Professor
Professor

Associate Professor
Project Researcher

HIROI, Zenji

KAWASHIMA, Naoki
UWATOKO, Yoshiya
OZAKI, Taisuke

SUGINO, Osamu
NOGUCHI, Hiroshi

YOSHIMI, Kazuyoshi

Visiting Associate Professor MOTOYAMA, Gaku

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate

MORITA, Satoshi
YAJIMA, Takeshi
HIRAI, Daigorou
GOUCHI, Jun
HIGUCHI, Yuji

KAWAMURA, Mitsuaki
FUKUDA, Masahiro
IDO, Kota

Technical Associate YAMAUCHI, Touru
Technical Associate GOTO, Hirotada
Technical Associate YATA, Hiroyuki*1 所内兼務。本務は機能物性研究グループ。/concurrent with Functional Materials Group*2 PASUMS チームリーダー (PI) / Project Researcher (PASUMS)
44
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate
Project Researcher
Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher
Project Researcher

Project Researcher

FUKUDA, Takaki
HAMANE, Daisuke
ISHII, Rieko

KOIKE, Masayoshi
ARAKI, Shigeyuki
NAGASAKI, Shoko
ASANO, Yuta
OKADA, Ken

BHOI, Dilip Kumar

HUNG, Shih Hsuan

裕一

MOTOYAMA, Yuichi珊

YU, Shan物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/hiroi_group.html

廣井研究室

廣井

善二

HIROI, Zenji

Hiroi Group教授

Professor

高温超伝導の発見とその後の研究の流れは、新物質の発

平井

大悟郎

HIRAI, Daigorou

助教

Research Associate

The remarkable discovery of high-Tc superconductivity andthe following enthusiastic research in the last decades haveclearly demonstrated how the finding of new materials would
give a great impact on the progress of solid state physics. Now
related topics are spreading over not only superconductivity
but also unusual metallic behavior related to various types ofmagnetism, spin–orbit interactions, and unconventional bans
structures. We believe that it will become more important to
explore novel physics through searching for new materials.
We focus on various kinds of transition metal compounds interms of structure-property relationship and are searching for
new materials based on the solid state chemistry. Recently westudy transition metal oxides containing heavy 5d elements such
as Re and Os and mixed-anion compounds containing morethan two kinds of anions.

見が如何に物性物理学に大きなインパクトを与えるかを如実に示した。その波紋は超伝導研究のみならず、強相関電子系
一般における局在 - 非局在の概念の確立、磁性と伝導性の興味深い相関、スピン軌道相互作用を起源とする様々な現象、特殊なバンド構造に起因する非対角応答などの研究へと大きな広がりを見せている。新物質探索を通して未知の物理現象を見出し、物性物理学の新しい方向を切り開くことは今後ますます重要になると考えられる。
本研究室では、様々な遷移金属化合物の構造と物性の間にみられる相関に着目しながら、新物質探索を行い、強相関電子系の物質科学の面白さを研究している。特に最近では、
重い５ｄ電子系や複数の陰イオンを含む混合アニオン化合物を中心に研究を展開している。

多色性を示す混合アニオン化合物 Ca3ReO5Cl2。

２つの 5d 遷移金属パイロクロア酸化物の電気抵抗。Cd2Os2O7 は 230 K で時間反転対称性を破り、all-in/all-out 型の四面体クラスター磁気八極子秩序を形成して絶縁体となる。一方、Cd2Re2O7 は 200 K 以下で空間反転対称性を破って遍歴ク
ラスター電気トロイダル四極子秩序を示す。後者はスピン軌道結合金属の典型物質と考えられている。

Mixed-anion compound Ca3ReO5Cl2 showing pleochroism.

Two 5d pyrochlore oxides. Cd2Os2O7 exhibits a metal-insulator transitionat 230 K to a tetrahedral-cluster magnetic octupole order with losing time
reversal symmetry, while a tetrahedral-cluster electric toroidal quadrupoleorder is realized below 200 K in Cd2Re2O7 with spontaneous spatial inversion symmetry breaking. Cd2Re2O7 is a spin–orbit-coupled metal candidate.

研究テーマ Research Subjects
1. 新しい量子スピン系及び強相関電子系物質の開発
Search for new materials realizing quantum spin systems or strongly correlated electron systems
2. スピン軌道結合金属の研究
Physics of the spin-orbit-coupled metal
3. 混合アニオン化合物における物質開発と新奇物性開拓
Chemistry and physics of mixed-anion compounds

45
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物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kawashima_group.html

川島研究室

川島

直輝

KAWASHIMA, Naoki

Kawashima Group教授

Professor

最近、人工知能／機械学習／量子計算などの流行で社

森田悟史

MORITA, Satoshi

助教

Research Associate

Recently, the trend of artificial intelligence / machine learning/ quantum computation has attracted social attention. Our
research group tries to clarify the mathematical core of themethods of computational physics and computational statisticalmechanics. We are conducting research based on the development of new methods. As its application, we are elucidating
unsolved problems in statistical mechanics and performing
comparative calculations with experimental studies in strongly
correlated quantum systems in which interactions dominate
physical properties. The quantum Monte Carlo and tensor
network methods used here are closely related to data sciencethrough Boltzmann machines and information compression.
An example of recent research is the discovery of a simple representation of the wave function of the Kitaev spin liquid state. In
the pursuit of expressing the ground state of the Kitaev modelby using a tensor network with as little information as possible,
recently, we found that it can be essentially expressed by theloop gas model, a model of classical statistical mechanics.

会的にも計算機に注目が集まっているが、我々の研究グルー
プでは計算物理、計算統計力学の方法論に含まれる数理的コアを明らかにし、新しい手法を開発することを基本に研究を進めている。その応用として、統計力学の未解決問題の解明や相互作用が物性を支配するいわゆる強相関量子系における実験研究との比較計算などを行っている。ここで用いられる量子モンテカルロ法やテンソルネットワーク法はボルツマンマシンや情報圧縮を通じてデータ科学とも接点を持っている。最近の研究の一例としては、キタエフスピン液
体状態を表す波動関数の簡単な表現の発見がある。キタエ
フモデルの基底状態であるギャップレススピン液体状態をできるだけ少ない情報量のテンソルネットワークによって表現する努力をしていたところ、最近になって、古典統計力学モデルであるループガスモデルによってその本質が表現できることを発見した。

臨界的古典ループガスによるキタエフスピン液体状態の表現。

Classical loop-gas at criticality represents the gapless Kitaev spin liquid.

研究テーマ Research Subjects
1. 新しい量子相と量子相転移の探索
Search for novel quantum phases and quantum transitions
2. 多体問題の数値解法の研究
Numerical methods for many-body physics
3. 臨界現象の一般論
General theory of critical phenomena
4. ランダム系と計算量
Disordered systems and computational complexity

46
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/uwatoko_group.html

上床研究室

上床

美也

UWATOKO, Yoshiya

Uwatoko Group教授

Professor

高圧力は、これまで未解決な物性現象の解明や数奇物

郷地

順

GOUCHI, Jun

助教

Research Associate

The high-pressure group has been studying various materials
under high-pressure conditions in combination with low
temperature and/or strong magnetic field. Nowadays, thetechniques combining these multi-extreme conditions havebecome popular and indispensable for researches in solid statephysics. However, the developments of these techniques thatcan realize in-situ measurements under multiple extreme conditions are often challenging and require sophisticated considerations. This group has devoted numerous efforts in developing
such advanced high-pressure techniques and in studying thestrongly correlated electronic systems, which is one of the mostimportant themes in modern solid state physics. Considering
the fact that many mysterious phenomena in strongly correlated electronic systems result from the electron-phonon andelectron-electron interactions, we foresee the discovery of many
unknown phenomena under multi-extreme conditions because
high pressure offers an effective knob in tuning the inter-atomic
distances and the density of electronic state that controls thedegree of complex interactions.

性現象の発見に欠かせない物理パラ－メータの 1 つとなっている。特に、常圧と同程度の静水圧環境下における再現性の良い測定環境は、強相関電子系物質をはじめとする固体物性の研究において多くの成果をもたらす。また、極低温や強磁場といった他のパラメータを組み合わせた多重環境は、新しい物性探求をする上で、より多くの情報が得られる最良の測定環境である。当研究室では、超高圧力技術を駆使した、各種の物性測定に適応した高圧力発生装置の開発を行い、可能な限りよい静水圧環境における多重環境下での物性研究を進めている。結晶固体には格子の振動の自由度と、電子の電荷、スピン、軌道という基本的な自由度があり、強相関電子系物質では、これらが複雑に絡み合いながら種々の相互作用が競合し、結果として種々の興味深い物
性が実現している。超高圧力下を用いたこれらの相互作用の制御は、物質にどのような新しい物性を出現させるのだろうか？その出現機構はどうなっているのだろうか？現在、電気抵抗、磁化、比熱、X 線回折、中性子回折などの諸物
性測定の圧力効果を主な研究手段とし、下記の研究テーマを進めている。また、物性研究所の役割の一つである共同利用も活発に行っている。

反強磁性化合物 EuCu2Ge2( 正方晶：I4/mmm) の圧力状態図。圧力の上昇に伴い、反強磁性
秩序温度（TN）が上昇し、6.2 GPa で約 27 K で最大値を示す。6.5 GPa で TN は急速に消失し、Eu の価数が 2+ から 3+ に変化する価電子転移による量子臨界点（QCP）が Pc = 6.5GPa 付近で発生している。挿入図は、電気抵抗率 ρ(mag) = ρ0(mag) + BTn のべき乗指数 n に対する圧力効果である、低温における指数 n の圧力依存性を示している。臨界圧力に近づくと、指数 n は圧力の関数として減少し、n =1 に近づく。この現象は、価数転移に起因した QCP 出現の良い例
であることを示唆している。これは、Eu 化合物の中で初めて観測された現象である。

The pressure-temperature phase diagram of the antiferromagnetic compound
EuCu2Ge2 (Tetragonal: I4/mmm). With increasing pressure, antiferromagnetic ordering temperature (TN) increases and shows maximum with TN ~ 27 K at 6.2 GPa. At
critical pressure, Pc = 6.5 GPa, TN disappears abruptly due to the valence transition of
Eu ions from 2+ to 3+ states suggesting a underlying quantum critical point (QCP).
Inset of figure shows the pressure dependence of exponent, n, of the power law
dependence of the ρ(mag) = ρ0(mag) + BTn. On approaching the critical pressure, theexponent n decreases as a function of pressure and move toward n = 1. This provides
a good example of a QCP arising from the valence transition. Besides, this is also firstobservation of such valence transition QCP among the Eu compounds.

研究テーマ Research Subjects
1. 多重環境下における新奇物性現象の探索
Search for new physical phenomena under multi extreme conditions
2. 超伝導現象等の圧力誘起相転移現象の研究
Study of the pressure induced phase transition phenomena as like superconductivity
3. 多重環境下における高圧装置開発と精密物性測定方法の確立
Development of high pressure apparatus and confirmation of physical property measurement techniques under themulti extreme conditions

47
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/ozaki_group.html

尾崎研究室

尾崎

泰助

OZAKI, Taisuke

Ozaki Group教授

Professor

近年の超並列計算機の発展と物質科学の精密化に伴い、

河村

光晶

KAWAMURA, Mitsuaki

助教

Research Associate

In accordance with development of recent massively parallel
computers, first-principles calculations based on density functional
theories (DFT) have been playing a versatile role to understandand design properties of a wide variety of materials. We have beendeveloping efficient and accurate methods and software packages
to extend applicability of DFT to more realistic systems as discussed
in industry. Although the computational cost of the conventional
DFT method scales as the third power of number of atoms, we havedeveloped O(N) methods, whose computational cost scales only
linearly, based on nearsightedness of electron. The O(N) method
enables us to simulate Li ion battery, structural materials, andgraphene nanoribbon based devices which cannot be easily treatedby the conventional method, and to directly compare simulations
with experiments. In addition to this, we have recently developed ageneral method to calculate absolute binding energies of core levels
in solids, resulting in determination of two-dimensional structures
such as silicene, borophene, single atom dispersion of Pt atoms,
and bitriangular structure of Ge in collaboration with experimentalgroups. Our continuous methodological developments have been
all implemented in OpenMX (Open source package for Material
eXplorer), which has been released to public under GNU-GPL, andwidely used around world for studies of a wide variety of materials.

第一原理電子状態計算の重要性が増している。我々は密度汎関数理論に基づき、より現実に近い系をより精密に取り扱
うための新しい計算手法・ソフトウエアパッケージの開発に取り組んでいる。密度汎関数法の計算量は系に含まれる原子数の三乗に比例するが、電子の近視性に着目し、計算量が原子数に比例する新しいオーダー N 法を開発した。本手法により、これまで取り扱いが困難であったリチウムイオン電池、鉄鋼材料、グラフェンナノリボンデバイスの大規模第一原理シミュ
レーションが可能となり、実験との直接比較が可能となりつつある。さらに最近、X 線光電子分光法で観測される内殻電子の絶対束縛エネルギーの高精度計算手法を開発し、実験グループと共同してシリセン、ボロフェン、単原子分散した Pt
原子、Ge の二重三角格子等の表面構造と電子状態の特定に成功した。また開発した計算プログラムをオープンソースソ
フトウエア OpenMX（Open source package for Material
eXplorer）として無償で一般公開し、基盤ソフトウエアとして国内外で多岐に亘る物質群の研究に広く活用されている。

(a) 及び (b) 第一原理計算により求められた ZrB2 上 Ge 層の二重三角格子構造。(c)
角度分解光電子分光の結果と、(d) バンド構造の計算結果が良く一致することから、構造モデルの妥当性が認められる。

オーダー N クリロフ部分空間法のアイデア。(1) 原子毎に有限距離内に含まれる原子から構成されるクラスターを構成し、(2) さらにクラスターで定義される部分空間からクリロフ部分空間への射影を行う。(3) クリロフ部分空間内で固有値問題を解き、中心原子に関与するグリーン関数を計算した後、元の空間への逆変換を行う。

(a), (b) Bitriangular structure of Ge
determined by DFT calculations.
(c) Angle-resolved photoemission
spectrum (ARPES) of the bitriangular structure. (d) Unfolded band
structure of the bitriangular structure
which well reproduces the ARPES
measurement.

Underlying idea of the O(N) Krylov subspace method. (1) Constructionof truncated cluster for each atom by picking atoms up within a sphere. (2)Projection of the truncated subspace into a Krylov subspace. (3) Solutionof the eigenvalue problem in the Krylov subspace, calculation of Green’s
function associated with the central atom, and back-transformation to theoriginal space.

研究テーマ Research Subjects

1. 第一原理電子状態計算における効率的計算手法・アルゴリズムの開発
Development of efficient methods and algorithms for first-principles electronic structure calculations
2. 二次元物質の第一原理電子状態計算
First-principles calculations of two-dimensional novel structures
3. X 線分光スペクトル計算手法の開発
Development of first-principles methods for X-ray spectroscopies
4. 第一原理手法による超伝導転移温度の計算
First-principles calculations of superconducting critical temperature
5. OpenMX の開発と公開
Development of the OpenMX software package

48
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/noguchi_group.html

野口研究室

野口

博司

NOGUCHI, Hiroshi

Noguchi Group

准教授

Associate Professor

ソフトマター、生物物理を理論、計算機を駆使して研究し

樋口祐次

HIGUCHI, Yuji

助教

Research Associate

We study soft-matter physics and biophysics theoreticallyand numerically. Our main target is the stricture formation of
biomembrane and dynamics of complex fluids under various
conditions. We develop membrane models and hydrodynamics
simulation methods.
We found the shape transitions of red blood cells and lipid
vesicles in shear and capillary flows using mesoscale hydrodynamic simulations: discocyte-to-parachute, stomatocyteto-prolate, and prolate-to-discocyte, etc. We also clarified themembrane tubulation by the BAR proteins. Moreover, we investigated the fracture process of polymer materials and cavitationin Karman vortex using massively parallel simulations.

ている。特に、生体膜や細胞の構造形成、複雑流体のダイ
ナミクスの解明に力を入れている。そのためのシミュレーショ
ン手法の開発、改良も行っている。
例えば、赤血球や脂質膜からなる小胞のさまざまな環境
下での形態変化を調べている。これまで、流れによる赤血球のパラシュート状やスリッパ状への変形や、タンパク質の吸着、化学反応による生体膜の形態変化などを明らかにしている。
また、高分子材料の破壊などの不可逆現象や高分子溶液や気泡形成を伴う流れなど通常のナビエストークス方程式に従わない流体のダイナミクスをスパコンを用いた大規模シミュレーションを駆使して研究している。

バナナ状タンパク質分子の吸着による膜変形。条件によって、様々な構造を形成する。左図： １次元、２次元の格子状の構造。右図： 球状のコブ、円柱状の膜チュー
ブの突起形成。

周期的に並んだ円筒後方のカルマン渦は上図のように隣り同士で逆位相に同期する。温度 T を下げると、キャビテーションが起こり、気体の層が形成されている。
左図は密度、右図は渦度を示す。

Membrane structures induced by banana-shaped protein rods: periodical
bumps, hexagonal network, spherical bud, and cylindrical tubules.

Cavitation in Karman vortex behind cylinder arrays.

研究テーマ Research Subjects
1. 細胞、脂質ベシクルの形態形成
Shape transformation of cells and lipid vesicles
2. 複雑流体のダイナミクス
Dynamics of complex fluids
3. 高分子材料の破壊
Fracture of polymer materials
4. 流体力学計算手法の開発
Simulation methods of hydrodynamics

49
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/yoshimi_team.html

吉見チーム

吉見

一慶

YOSHIMI, Kazuyoshi

Yoshimi TeamPASUMS チームリーダー

Project Researcher (PASUMS)

大規模計算機室では、物性研究所が管理・運用している

From the 2015 fiscal year, the supercomputer center has
started the project for advancement of software usability inmaterials science to enhance the usability of the supercomputer system of ISSP. We develop and enhance the usabilityof programs adopted in this project, release them as open
source software, and support dissemination activities such assupporting hands-on lectures. In addition, by using the developed software, we theoretically study research subjects in a wide
range of fields such as derivation and analysis of low-energy
effective Hamiltonian of organic conductors and spin relaxation phenomena in quantum dot systems. In addition to these
activities, we focus on the information processing and havebeen trying to apply this technique to materials science such as
analyzing data obtained by the quantum Monte Carlo methodby the sparse modeling method and searching new materials
using the machine learning method.

スーパーコンピュータをより簡便に活用できるよう、2015 年
度よりソフトウェア開発・高度化プロジェクト (PASUMS) を開始している。本チームでは、本プロジェクトに採択されたプログラムの開発・高度化を実施し、オープンソースソフトウェ
アとして公開するとともに、講習会支援などの普及活動を行っている。また、高度化されたソフトウェアを活用し、幅広い分野での理論研究 ( 有機伝導体を中心とした第一原理計算と組み合わせた有効模型の構築とその解析、量子ドット系
でのスピン緩和現象の解析など ) を行っている。最近では、
高度化ソフトウェアを活用した研究に加え、近年著しい発展を見せる情報処理技術に着目し、スパースモデリングを活用した量子モンテカルロ法で得られたデータ解析や、機械学習を用いた新物質探索に向けた応用研究などにも取り組んでいる。

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory

本山研究室

本山

岳

MOTOYAMA, Gaku

Motoyama Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

点接合分光（ＰＣＳ）測定を主な観測手段として、極限環

We are conducting Point-Contact Spectroscopic (PCS) studyof superconductivity on strongly correlated electron systems
under extreme conditions. The electron energy spectrum of thesuperconducting state contains some important hints to reveal
the state, because the superconducting gap function is the orderparameter and it is possible to classify superconductors by theirsuperconducting gap structure. Some of superconductors in thesystems appear remarkable changes in their superconductivity
under extreme conditions. PCS measurement can project theelectronic state onto the energy spectrum and we have developed a new method for PCS measurement to perform evenunder extreme conditions. Recently, we are collaborating with
Uwatoko group to observe the point-contact spectrum of thesuperconducting state, which appears an interesting change
under the multiple extreme conditions, using dilution refrigerator with 20 T superconducting magnet and cubic anvil cell.

境下における強相関電子系超伝導化合物の研究を行っている。超伝導秩序変数が顕在化したものに超伝導ギャップがあり、その構造により超伝導状態を分類できるため、超伝導状態のエネルギースペクトルは重要な情報を有している。
またいくつかの強相関系超伝導化合物が極限環境下において顕著な変化を示すことはよく知られている。電子状態をエ
ネルギー軸に映し出すことができかつ極限環境下においても測定可能なＰＣＳ測定法は重要な実験手法である。現在、興味深い圧力依存性を示す超伝導体や磁場中で興味深い
超伝導状態を示す物質などにおいてＰＣＳ測定を行っている。極限環境下における超伝導状態のスペクトルの観測やスペクトルの変化を見出すため、上床研究室と共同で 20T
超伝導マグネット付き希釈冷凍機やキュービック圧力セルを用いた多重極限下のＰＣＳ測定システムの開発に取り組んでいる。

50
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

Materials Design and Characterization Laboratory
物質設計部 (Materials Design Division)

大型計算機室Supercomputer Center
担 当所員
担 当所員
担 当所員
担 当所員
助

教

助

教

川島
尾崎
杉野

直輝 Chairperson : KAWASHIMA, Naoki
泰助 Contact Person : OZAKI, Taisuke

博司 Contact Person : NOGUCHI, Hiroshi

井戸

康太 Research Associate : IDO, Kota

福田裕行 Technical Associate : YATA, Hiroyuki

学術支援専門職員

荒木繁行 Technical Associate : ARAKI, Shigeyuki

福田将大

技術専門職員修 Contact Person : SUGINO, Osamu

野口矢田

技術専門職員福田毅哉 Technical Associate : FUKUDA, Takaki

将大 Research Associate : FUKUDA, Masahiro

大型計算機室では計算物性物理学専用のスーパーコン
ピュータシステムを、スーパーコンピュータ共同利用委員

FUKUDA, Masahiro

会の審議に基づき全国の物性研究者の共同利用に供している。2015 年 7 月から運 用されてきた主システム（シス井戸

康太IDO, Kota

The Supercomputer Center (SCC) operates a supercomputer
system available to all researchers of condensed matter physics
in Japan. One can submit a proposal for a User Program to theSupercomputer Steering Committee, and once granted he/she
can use the facility with no charge. The supercomputer system
consists of two systems: SGI ICE XA/UV hybrid system (3820
CPU (Intel Xeon) + 576 GPU(Nvidia Tesla K40)) and HPE SGI
8600 (504 CPU). The former was installed in July 2015 and willsoon be replaced by a new system in October 2020, whereas
the latter systems were installed in January 2018. In addition
to maintaining high performance of the system in cooperation with the venders, the SCC also responds to questions andinquiries from users on a daily basis. In 2015, we started a newprogram PASMUS for developing application programs aiming
at more efficient usage of the supercomputer systems. We also
support national projects, including MEXT “Fugaku”-related
projects, Element-Strategy Initiative projects, and professional
development consortium for computational materials science(PCoMS).

テム B ＝ SGI ICE XA/UV ハイブリットシステム、3820
CPU（Intel Xeon）+ 576GPU（Nvidia Tesla K40））は2020 年 10 月に更新される予定．現有システムは、これに、2018 年 1 月に稼働開始したシステム (HPE SGI 8600、504 CPU) を加えた複合システムである。システムのベンダーとの密な連絡によって高度なシステム性能を維持するとともに、全国ユーザからの相談にきめ細かく応じながら、シス
テムの管理運用を行っている。スーパーコンピュータの利用申請については、ホームページ (http://www.issp.u-tokyo.
ac.jp/supercom/) を参照されたい。また、2015 年度から
上記スーパーコンピュータシステムのより高度な利用を促進するためソフトウエア開発・高度化支援プログラム（PASUMS）
を実施している。さらに、計算物質科学スパコン共用事業
を通じて「富岳」成果創出加速プログラム課題、元素戦略
プロジクト、計算物質科学人材育成コンソーシアム (PCoMS)などの大型プロジェクトをサポートしている。

物性研究所共同利用スーパーコンピュータシステム構成図（システム B は 2020 年 10 月に更新予定。
）

スーパーコンピュータ システムＢ（SGI ICE XA/UV hybrid system）(2020 年 10 月に新システムに更新される予定。)

The Supercomputer System at the SCC-ISSP.
(System B will be replaced on October 2020.)

The supercomputer system B (SGI ICE XA/UV hybrid system)(To be replaced by a new system on October 2020)

51
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物質設計評価施設
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

物質合成室
Materials Synthesis Section
担 当 所 員
技術専門職員

廣井
石井

善二

化学分析室
Chemical Analysis Section
担 当 所 員Contact Person : HIROI, Zenji

梨恵子 Technical Associate : ISHII, Rieko

技術専門職員
技 術 職 員廣井善二

Contact Person : HIROI, Zenji

小池正義

Technical Associate : KOIKE, Masayoshi

石井

梨恵子 Technical Associate : ISHII, Rieko

本室では、新物質の合成、既知物質の良質化、単結晶

本室では、物性研究に有用な物質についての化学分析や育成など研究用試料の合成を行っている。また、各種高温

新しい物質の分析方法の検討および化学的手法による材料

電気炉や単結晶育成炉、試料調整加工機などを所内外のの精製および調整を行うと共に、秤量・分析・化学処理に

共同利用研究機器として供している。

関わる各種機器を所内外の共同利用に供している。

The main purposes of the Materials Synthesis Section are tosynthesize new compounds and to prepare well-characterized
samples and single crystals of various materials. Various kindsof furnaces are provided for crystal growth experiments.

The Chemical Analysis Section is engaged in determining thechemical composition of specimens and in purifying chemical
reagents for preparation of high quality specimens. The analytical equipments, several types of automatic balance and a systemfor preparation of ultra-high purity water are provided forchemical analysis experiments.

主要設備

フローティングゾーン単結晶育成炉、各種電気炉（抵抗加熱式ブリッジマ

ン炉、フラックス炉、アーク溶解炉、シリコニット炉、ボックス炉）、真主要設備

空蒸着装置（10-6 Torr）、グローブボックス

誘導結合高周波プラズマ発光分光分析装置、各種顕微鏡、電子天秤、電位差滴定装置、純水製造装置

Main Facilities

Floating-zone furnaces, Bridgman-type furnace, Ar-arc furnace,

Main Facilities

Furnace for flux method, Ultra-high vacuum deposition apparatus,

ICP-AES, microscopes, Automatic balances, Potentiometric titration

Glove box, and Box-type furnaces.

apparatus, and the system for preparation of ultra-high purity
water.

試料調整用グローブボックス

誘導結合高周波プラズマ発光分光分析装置

Glove box for sample preparation

ICP-AES52
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

Materials Design and Characterization Laboratory
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

Ｘ線測定室
X-Ray Diffraction Section
担 当 所 員
助

教

廣井
矢島

電子顕微鏡室Electron Microscope Section

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

担 当 所 員健 Research Associate : YAJIMA, Takeshi

矢島

技術専門職員廣井浜根

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

大輔 Technical Associate : HAMANE, Daisuke

健YAJIMA, Takeshi

電子顕微鏡は物質の微細構造評価の有力な手段である。

興味深い物性を示す物質の開発や評価において、結晶構

本室では、格子像レベルでの透過像を観察するため、高分

造解析は極めて重要な位置を占める。本室では、Ｘ線回折

解能形と電界放射形分析電子顕微鏡を備え、物質の微細を用いて、新規物質の結晶構造や温度による構造変化など構造研究を行うと共に、設備を所内外の利用に供し、共同

物質構造の研究を行うと共に、所内外の研究者に対して施利用研究や依頼研究を行っている。

設利用の提供、依頼研究を行っている。
The main purposes of the X-Ray Diffraction Section are
structural analysis and identification of powder and single
crystal specimens for solid state physics. By using the Powder
X-ray diffractometer equipped with a refrigerator, the structural
analysis is performed in the temperature range of 4-300 K.

The Electron Microscope Section supports electron diffraction measurements, lattice image observations and microscopic
analyses of various solid materials in both crystalline andnon-crystalline forms with the atomic-scale resolution by using
a high-resolution electron microscope equipped with an x-ray
micro-analyzer.

主要設備

主要設備

湾曲イメージングプレート型Ｘ線回折計、ラウエカメラ、イメージングプのための種々の装置

粉末Ｘ線回折装置、単結晶構造解析用 CCD システム、極低温Ｘ線回析装置、

200kV 電界放射形分析電子顕微鏡、低温・高温ホルダー、薄膜試料作製

レート読み取り装置

Main Facilities

Main Facilities

200 kV electron microscope with an x-ray micro-analyzer, High-

Powder X-ray diffractometer, CCD system for the single-crystal

and low-temperature holders, and various apparatuses for sample

structure analysis, Powder X-ray diffractometer with a refrigerator,

preparation.

Warped imaging plate type diffractometer, Monochromated Lauecamera, and Imaging plate reader.

極低温 X 線回折装置

200 kV 電界放射形分析電子顕微鏡

Powder X-ray diffractometer for low temperature application

200 kV electron microscope with an X-ray micro-analyzer

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

物質設計評価施設
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

電磁気測定室Electromagnetic Measurements Section
担 当 所 員担 当 所 員担 当 所 員担 当 所 員
技術専門職員瀧川

仁 Contact Person : TAKIGAWA, Masashi

廣井

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

勝本

信吾 Contact Person : KATSUMOTO, Shingo

森

山内

光学測定室
Spectroscopy Section
担 当 所 員担 当 所 員初果 Contact Person : MORI, Hatsumi

秋山
松永

英文 Contact Person : AKIYAMA, Hidefumi

隆佑 Contact Person : MATSUNAGA, Ryusuke

徹 Technical Associate : YAMAUCHI, Touru

本室では、物質の基本的性質である電気的磁気的性質

汎用性のある光学測定機器やレーザー光源を備え、所内を、温度および磁場の広い範囲にわたって測定するとともに、外の共同利用に供している。可視・紫外・赤外領域の吸収・磁気特性測定装置、物理特性測定装置、超伝導磁石など

反射スペクトル、顕微ラマン分光などの測定が可能である。

の設備を所内外の共同利用に供している。

The Spectroscopy Section offers joint-use facilities for standard optical measurements. The facilities can be used for measurements of conventional absorption/reflection spectrum in
the UV, visible and IR regions and Raman scattering.

The Electromagnetic Measurements Section offers various
facilities for measurements of electric and magnetic propertiesof materials. The followings are types of experiments currently
supported in this section: electrical resistivity, magnetoresistanceand Hall effect, d.c.susceptibility, a.c. susceptibility, and NMR.

主要設備

可視紫外分光光度計、赤外分光光度計、ラマン分光光度計

主要設備

Main Facilities

ネット（ＮＭＲ）、ＳＱＵＩＤ磁化測定装置（ＭＰＭＳ）、汎用物性測定装

spectrometer

UV/VIS absorption spectrometer, IR spectrometer, Micro-Raman

１５/ １７テスラ超伝導マグネット、１６/ １８テスラ高均一超伝導マグ
置（ＰＰＭＳ）
Main Facilities

Superconducting magnet (15/17 T), High homogeneity
superconducting magnet (16/18 T) for NMR experiments, MPMS(SQUID magnetometer, 7 T), and PPMS (physical properties

measurement system, 9 T).

赤外およびラマン分光装置

磁気特性測定装置

IR and Raman Spectrometers (Room A468)

SQUID magnetometer (MPMS)

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

Materials Design and Characterization Laboratory
物質合成・評価部 (Materials Synthesis and Characterization Division)

高圧合成室
High-Pressure Synthesis Section
担 当 所 員
技 術専門職員

廣井後藤

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

弘匡 Technical Associate : GOTOU, Hirotada

本室では、百万気圧、数千度までの高温高圧下において様々な ( 新 ) 物質の合成を行うと共に、高圧力下における物質の挙動を調べている。さらに各種の高圧力発生装置や関連する実験設備を所内外の共同利用に供している。
The main purposes of the High-Pressure Synthesis Section
are to synthesize various (new) compounds and to investigate
the behavior of some materials at extreme conditions of highpressures up to 100 GPa or more and high temperatures up to
several thousand ºC. Various types of high-pressure apparatuses and related experimental equipments are provided to joint
research and internal use.
主要設備

500/700 トン油圧プレス装置、ダイヤモンドアンビルセル、Ｘ線回折装置、顕微ラマン分光装置、YAG レーザー加工機、その他 ( 放電加工機、ダイヤ
モンド研磨装置、旋盤、NC モデリングマシン )Main Facilities

500/700 ton press, Diamond Anvil Cell, X-ray diffractometer,
Micro-Raman spectrometer, YAG laser cutting machine, andothers including Electric discharge machine, Grinding machine fordiamond, Lathe machine, and Modeling machine.

若槻型 700ton キュービックプレス。
4GPa までの高温高圧合成実験用。

Wakatsuki-type 700 ton cubic press for high pressure and hightemperature synthesis experiments up to 4 GPa.

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

中性子科学研究施設
Neutron Science Laboratory
中性子は透過力に優れ、微小磁石の性質をもつので、原子の中心にある原子核やその周りにある電子のつくる磁場と力を及ぼし合う。この性質を利用して物質による中性子の散乱のされ方を測定し、物質内の原子や磁気モーメントの配列や運動の様子を知る実験方法を「中性子散乱」という。
物性研究所の中性子科学研究施設では主に日本
原子力研究開発機構の研究用原子炉 JRR-3 に設置された分光器を用いて、中性子散乱実験による物性研究のための全国共同利用を推進してきた。
さらに、2009 年に本格稼働した大強度陽子加速器施設 J-PARC においては、最新のチョッパー型
分光器 HRC を用いた共同利用の推進を行っている。当施設が実施する全国共同利用により、超伝導体、重い電子系、トポロジカル物質、マルチフェ
ロイック物質、新規量子相などの固体物理研究をはじめとして、ガラスなど複雑凝縮系、イオン伝導体などの材料科学、高分子やゲルなどのソフトマ
ター、生体関連物質まで幅広い物質科学の研究
が中性子散乱を用いて行われている。また、当施設は日米協力事業「中性子散乱分野」の実施機関としても活動し、我が国の中性子散乱研究の発展

A neutron has excellent transparency of matterand a nuclear magnetic moment. Owing to theseproperties, neutron scattering is a powerful method
to investigate the structure and dynamics of atoms
and electron spins in condensed matter. Since 1961,
the Neutron Science Laboratory (NSL) has beenplaying a central role in neutron scattering activities
in Japan not only by performing its own research but
also by providing a general user program using theuniversity-owned 12 neutron scattering spectrometers installed at the research reactor JRR-3 (20 MW),JAEA (Tokai, Ibaraki). Furthermore, NSL owns stateof-art inelastic neutron scattering spectrometer HRC
in J-PARC, which started its operation in 2009. Major
research areas supported by the NSL user program
are solid state physics (strongly correlated electron
systems, superconductors, heavy fermion systems,
topological materials, multiferroic materials, novel
quantum phases etc.), soft matter (polymers, gels,membranes etc.), complex systems (glass, liquid,
clathrate materials, etc.), material science (ionic
conductors, hydrogen systems etc.), biologicalphysics, and neutron optics. The NSL also operates the
US-Japan cooperative program on neutron scattering
since 1984.

に貢献している。

山室

修

助

教

李

准教授

益田

隆嗣

助

教

淺井

准教授

中島

多朗

助

教

教授（客員）

田中

秀数

助

教

教

授（施設長）

Professor (Director)

Associate Professor
Associate Professor
Visiting Professor

YAMAMURO, Osamu
MASUDA, Takatsugu
NAKAJIMA, TaroTANAKA, Hidekazu

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate响

技術専門職員

浅見

俊夫

晋一郎

技術専門職員

杉浦

良介

秋葉

宙

技術専門職員

川名

大地

齋藤

開

特任研究員

大政

義典

特任研究員

水野

勇希

特任研究員

山根

崚

LI, Xiang

Technical Associate

ASAI, Shinichiro
AKIBA, Hiroshi
SAITO, Hiraku

Technical Associate

Technical Associate

Project Researcher

Project Researcher
Project Researcher

ASAMI, Toshio

SUGIURA, Ryosuke

KAWANA, Daichi

OHMASA, Yoshinori

MIZUNO, Yuki

YAMANE, Ryo

日本原子力研究開発機構（JAEA）の研究炉 JRR-3 の炉室に設置された 3 台の大学所有の 3 軸分光器（4G, 5G, 6G）。これ以外にガイドホールで所有する様々なタ
イプの９台の中性子分光器を用いて、研究室の独自研究と全国共同利用を行っている。
The university-owned 3 triple-axis spectrometers (4G, 5G, 6G) installed in
the reactor hall of the research reactor JRR-3 of Japan Atomic Energy
Agency (JAEA). Using these and 9 various types of spectrometers
installed in the guide hall, we are performing our own research and general user program.

56
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

中性子科学研究施設

Neutron Science Laboratory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/
labs/yamamuro_group.html

山室研究室

山室

修

YAMAMURO, Osamu

教授

Yamamuro Group

Professor

本研究室では複雑凝縮系の化学物理を研究している。現秋葉宙

AKIBA, Hiroshi

助教

Research Associate李响LI, Xiang

助教

Research Associate

We are studying chemical physics of complex condensed
matters, especially glasses and supercooled liquids, water andrelated materials, ionic liquids, and nanoparticles of hydrogenstorage metals. Glass transition is a mysterious phenomenon
in which liquids solidify without structural change. This is oneof the big and long-standing issues in physics. Water, whichis the most familiar material for us, exhibits various unique
phenomena caused by hydrogen bonds. Ionic liquids havenanometer-size domains and hierarchical dynamics generated by competing electrostatic and van der Waals interactions.
Hydrogen atoms in metal nanoparticles give rise to unusual
structure and dynamics caused by the surface effects andresultant distorted potential energy surfaces. These substances
are investigated by neutron scattering, x-ray diffraction, heat
capacity, and dielectric measurements. Our aim is to find simple(?) rules involved in complex systems from the three different
points of view, i.e., structure, dynamics, and thermodynamic.

在の主な対象は、ガラス・過冷却液体、水およびその関連
物質、イオン液体、水素吸蔵金属ナノ粒子である。ガラス
転移は液体が構造変化を起こさずに固化する不思議な現象であり、物性物理学の長年の大問題の一つである。水は最も身近な物質の一つであるが、水素結合が織りなす様々な特異物性を示す。イオン液体では、静電力とファンデルワー
ルス力の競合から、ナノドメイン構造や階層的ダイナミクスが現れる。金属ナノ粒子中の水素原子は、表面効果によりポテンシャル面が歪められるため、バルクでは見られない特異な構造やダイナミクスを示す。これらの物質に対して、中性子散乱、Ｘ線回折、熱容量、誘電緩和などを測定し、構造・ダイナミクス・熱力学の３視点から、複雑な物質に内在する
単純（？）な法則を明らかにすることを目指している。

蒸着 CO2 ガラス（赤線）と結晶（青線）のＸ線回折パターン。二体分布関数解析から、
CO2 分子はガラスと結晶の両方で図中のような最近接分子間配置をとることが分かった。

バルクおよびナノ粒子パラジウム水素化物のアレニウスプロット。これらの緩和時
間は 4 台の分光器による中性子準弾性散乱により決定された。緩和の Q 依存性から、
τ1、τ2、τ3 は O サイト、τ4 は T サイトの H 原子の拡散によることが分かった。

X-ray diffraction patterns of the vapor-deposited glass (red curve) and crystal (blue curve) of CO2. The pair-distribution function analyses revealed
that the nearest-neighbor configuration of CO2 molecules is as shown in the
figure for both glassy and crystalline states.

Arrhenius plots of bulk and nanoparticles of palladium hydrides. These
relaxation times were determined by the QENS experiments with 4 spectrometers. The Q dependence of the relaxation clarified that τ1, τ2 and τ3
correspond to the H atomic diffusion at the O-sites while τ4 at the T-sites.

研究テーマ Research Subjects
1. ガラス転移、ボゾンピークなどの不規則凝縮系のダイナミクス
Dynamics of disordered condensed systems, such as glass transitions and boson peaks
2. 水および関連物質（含水多孔性結晶など）の構造とダイナミクス
Structure and dynamics of water and related materials such as hydrated porous crystals
3. イオン液体の熱力学的性質とダイナミクス
Thermal and dynamical properties of ionic liquids
4. 水素吸蔵金属ナノ粒子の構造とダイナミクス
Structural and dynamical properties of nanoparticles of hydrogen storage metals

57
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

中性子科学研究施設

Neutron Science Laboratory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/masuda_group.html

益田研究室

益田

隆嗣

MASUDA, Takatsugu

Masuda Group

准教授

Associate Professor

本研究室は、低次元スピン系やフラストレーション系など

浅井

晋一郎

ASAI, Shinichiro

助教

Research Associate

One of the research goals in our group is to find a novel
quantum phenomenon and to reveal its mechanism in
low-dimensional spin magnets and frustrated magnets. Strong
quantum fluctuation or geometrical frustration disturbs thedevelopment of trivial magnetic states and induces a non-trivial
quantum state. Furthermore, such a state is sensitive to asmall perturbation and, thus, the area is frontier of quantum
phenomena. Our research topic includes spin liquid, RVB,
Cuboc structure, etc. Another goal is to observe a new magnetoelectric effect in multiferroic compounds and/or relaxor
magnets. Figures show the experiment and calculation of
the pressure variations of the spin dynamics in the frustrated
quantum magnet CsFeCl 3 . In the disordered phase at low
pressures single mode of singlet – doublet excitation is observed.
In contrast, in the pressured induced ordered phase at 1.4 GPa,a novel hybridized mode of longitudinal and transverse fluctuations originated from noncollinearity of the magnetic structure
was discovered.

における新しい量子現象・量子状態を実験的に発見することを目標としている。強い量子性や幾何学的フラストレーションは、自明な古典的秩序状態を阻害し量子状態が基底状態となる上に、小さな摂動に敏感なため、低次元スピン系やフラストレーション系は量子現象開拓のフロンティアとなっている。我々は、スピン液体、RVB、キューボック構造等、新しい磁気状態の研究と、マルチフェロイック系やリラクサー
磁性体などにおける、新しい電気磁気効果の研究を行っている。最近の我々の研究例として、フラストレート量子磁性体 CsFeCl3 の圧力下スピン・ダイナミクスを、中性子非弾性散乱実験と拡張スピン波理論で調べた結果を図に示す。低圧力のスピン無秩序状態においては 1 本の一重項 - 二重項励起が観測されるのに対し、1.4GPa の秩序相においては複数のモードが観測された。理論計算との比較により、南部・ゴールドストーンモードと Higgs 振幅モードの新しい混成モードの存在が明らかとなった。

フラストレート量子磁性体 CsFeCl3 の圧力下でのスピン・ダイナ
ミクス。(A)-(C) さまざまな圧力下で測定された CsFeCl3 の中性
子スペクトル。大気圧下 (A) と 0.3 ギガパスカル (B) では 1 本のスペクトルが観測されたが、量子臨界点近傍の 1.4 ギガパスカル(C) では複数の特徴的なスペクトルが観測された。(D),(E) 中性子
スペクトルの計算結果。位相モードと振幅モードの混成を考慮した計算 (D) は実験 (C) を再現するが、考慮しない計算 (E) は実験 (C)を再現しない。

Inelastic neutron scattering spectra. The spectra obtained at achopper spectrometer under (A) 0.0 GPa at 6 K, (B) 0.3 GPa
at 2.7 K and (C) 1.4 GPa at 0.9 K sliced by the energy transfer- wave vector (ħω- ) plane for = (-k, 2k, 0). The yellow circles, squares, and red diamonds are the peak positions of theexcitations obtained from the constant-q scans using a tripleaxis spectrometer. The solid yellow curves are the dispersions
calculated by ESW. Calculated neutron cross-section by the
ESW under (D) 1.4 GPa at 0 K. Calculated neutron crosssection in the absence of the off-diagonal elements under (E)
1.4 GPa at 0 K. The black and red solid curves in (D) and (E)are gapless and gapped modes, respectively.

研究テーマ Research Subjects
1. 量子臨界点近傍におけるフラストレート磁性体の非自明な混成モード
Nontrivial hybridized mode in frustrated magnet near quantum critical point
2. 中性子によるスピン波スピン流の検出
Detection of spin wave spin current by neutron
3. マルチフェロイクス物質におけるスピンの局所的コントロール
Local control of spin moment in multiferroics
4. スピン液体状態の探索
Search of spin liquid
5. 磁場誘起非相反性マグノンの観測
Observation of field induced nonreciprocal magnon

58
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

中性子科学研究施設

Neutron Science Laboratory
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/nakajima_group.html

中島研究室

中島

多朗

NAKAJIMA, Taro

Nakajima Group

准教授

Associate Professor

固体の磁気的性質は非常に古くから知られており、精力齋藤開SAITO, Hiraku

助教

Research Associate

Magnetism in solids has been extensively studied in the fieldof condensed matter physics for a long time. A well-known
example is a ferromagnetism, which means that magnetic
moments in a solid are spontaneously aligned to be parallel
to each other owing to exchange interactions. It was recently
revealed that spontaneous ordering of the magnetic moments
can change not only magnetic properties of the system, but also(di)electric or elastic properties. We study the emergent crosscorrelated phenomena induced by the spin orders. One example
is spin-driven ferroelectricity, where a spiral magnetic order
breaks spatial inversion symmetry of the system and leads tospontaneous electric polarization. Another example is a vortexlike spin texture called magnetic skyrmion, which often appears
in a long-wavelength helimagnet. By the virtue of the topologically-nontrivial spin texture, the magnetic skyrmion induces aneffective magnetic field acting only on conduction electrons.

的に研究されてきたテーマである。例えば我々の身近にある磁石では、固体中のスピンが自発的に同じ方向に揃う「強磁性」が実現している。これ以外にも、らせん型や渦型など様々な磁気秩序が存在するが、近年それらのスピン配列の幾何学的特徴が、物質の誘電性、伝導性、あるいは弾性などを大きく変化させ得ることが明らかになってきた。本研究室ではこのような「スピン秩序によって引き起こされる
創発物性現象」を主な研究テーマとしている。例としては、
らせん型の磁気秩序によって電気分極を生じるマルチフェロ
イック系や、トポロジカルな渦状磁気構造である磁気スキル
ミオン等を対象として、中性子散乱と X 線散乱を用いて磁気秩序とその励起状態を明らかにすることに取り組んでいる。また、中性子散乱技術自体を発展させるべく、多重極
限環境下の測定や時分割測定など、新たな手法開発にも取り組む。

(a) 磁 気 ス キ ル ミ オ ン 格 子 状態におけるスピン配列の模式
図 (b) 磁気スキルミオン物質
MnSi の熱平衡 - 準安定状態図。
0.2 T の磁場中で急加熱・急冷することで準安定スキルミオン状態が実現する。

(a) A schematic of magnetic
skyrmion lattice. (b) The
equilibrium and metastablestate diagram of MnSi. The
metastable skyrmion latticestate is realized by a rapid
temp erature sweep in amagnetic field of 0.2 T.

研究テーマ Research Subjects
1. 中性子散乱による磁気スキルミオンの構造とそのダイナミクスの研究
Neutron scattering studies on magnetic skyrmions and their dynamics
2. 光の電場成分に応答する磁気励起 – エレクトロマグノン Magnetic excitations driven by the electric field component of light – electromagnons 3. 異方的な応力を用いたマルチフェロイック物質の磁性と誘電性の制御
Control of magnetic and dielectric properties in multiferroics by means of anisotropic stress
4. 時分割中性子散乱法を用いた磁性体における非平衡・過渡現象の研究
Time-resolved neutron scattering studies on nonequilibrium and transient phenomena

59
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

MnSi の準安定スキルミオ
ン格子が熱パルスによって消滅し、その後再形成される過程を時分割中性
子小角散乱によって観測した結果。

The results of timeresolved neutron scattering measurement
on MnSi in a magnetic
field; the hexagonaldiffraction patterns correspond to a triangularlattice of metastableskyrmions.

中性子科学研究施設

Neutron Science Laboratory

田中研究室

田中

秀数

TANAKA, Hidekazu

Tanaka Group

客員教授

Visiting Professor

スピン系を対象に，磁場や圧力による量子相転移や量子

Our aim is to elucidate quantum phase transitions in spin
systems and magnetic excitations with remarkable quantum
many-body effects using neutron scattering technique. We also
devote ourselves to the development of materials with the belief
that new materials have new physics and new physics are bornfrom new materials.
Spin dimer system often undergoes quantum phase transition from a nonmagnetic singlet state to a magnetically orderedstate in the magnetic field and hydrostatic pressure. We are
studying unconventional excitations such as amplitude mode
(Higgs mode) of ordered moment and localized excitations
caused by strong frustration of interdimer exchange interactions. It is theoretically known that triangular-lattice quantum
antiferromagnet exhibits magnetization plateau at one-third of
the saturation magnetization owing to the synergy of frustration and quantum fluctuation. We verified the magnetization
plateau in Ba3CoSb2O9 and Ba2CoTeO6, and investigated their
excitation spectrum in details. We observed the spectrum that ismuch different from conventional spin wave theory and strongly
suggestive of fractionalized spin excitations. We are also investigating the low-energy excitation spectrum in α-RuCl3 that is a

多体効果が顕著な磁気励起を中性子散乱実験で研究している。また，新しい物質には新しい物理があり，新しい物
理は新しい物質から生まれるという信念で，物質開拓に力を入れている。
スピンダイマー系では強い磁場や圧力を加えると，非磁性の singlet 状態から磁気秩序相へ量子相転移が起こる。当研究室では秩序相での秩序モーメントの振幅モード（Higgs
モード）やダイマー間相互作用の強いフラストレーションで生ずる局在励起などの新奇な磁気励起の研究を行っている。三角格子量子反強磁性体ではフラストレーションと量子効果によって，飽和磁化の 1/3 にプラトーが生ずる。当研 究 室では Ba3CoSb2O9 と Ba2CoTeO6 において，この磁化プラトーを検証し，磁気励起の詳細な研究を行っている。分数スピン励起を強く示唆する線形スピン波理論と大きく異なる磁気励起スペクトルが観測されている。α-RuCl3 はKitaev 模型の候補物質である。当研究室ではこの系の相互作用を決定することを目的に低エネルギー励起を詳しく調べている。

candidate of the Kitaev model to evaluate magnetic interactions.

60
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

国際超強磁場科学研究施設
International MegaGauss Science Laboratory
当施設では、パルスマグネットによって強力な磁場を発生し、様々な物質（半導体、磁性体、金属、絶縁体など）の性質を変化させてその電子状態を調べている。また、極限的な強磁場を用いた新物質相の探索も行っている。非破壊的に発生する磁場は 80 テスラ程度まで、破壊的な手法（一巻コイル法および電磁濃縮法）では 1000 テスラ程度までが発生可能である。非破壊パルスマグネットは、
精密な物性計測（電気伝導、光学、磁化測定など）、他の極限物理環境（高圧、低温）と組み合わせた実験、また国内外の強い磁場を必要とする物性科学の研究に幅広く利用されている。世界最大の直流発電機（210 メガジュール ) を用いた超ロングパ
ルス（１〜 10 秒程度）や非破壊 100 テスラ磁場発生の開発も強力に推進している。他方、破壊型装置では、1000 テスラの超強磁場という量子極限状態での新しい物性を探索する研究を行っている。

The aim of this laboratory is to study the physicalproperties of matter (such as semiconductors,
magnetic materials, metals, insulators) under ultrahigh magnetic field conditions. Such a high magnetic
field is also used for realizing the new material phaseand functions. Our pulse magnets can generate up to
80 Tesla by non-destructive way, and up to 1000 Teslaby destructive (the single turn coil and the electromagnetic flux compression) methods. The former
serves for the physical precision measurements (theelectro-conductance, the optics, and the magnetization). The multiple extreme physical conditions
combining the strong magnetic field with ultra-low
temperature and ultra-high pressure are also available,
and are open for domestic as well as for international
scientists. The magnet technologies are intensively
devoted to developments for the quasi-steady longpulse magnet (an order of 1-10 sec) energized by theworld largest DC generator (210 MJ), and also to a
100 Tesla class nondestructive magnet. Whereas, theexplosive pulse magnets capable of generating 1000
Tesla are oriented for new horizons in material science
under such extreme quantum limit conditions.

金道

浩一

助

教

三田村

准教授

徳永

将史

助

教

中村

准教授

松田

康弘

助

教

准教授

小濱

芳允

助

准教授 *

長田

俊人

教授（客員）

今中准教授（客員）井原

教

授（施設長）

Professor (Director)

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor
Visiting Professor

技術専門員

川口

孝志

大輔

技術専門職員

澤部

博信

三宅

厚志

技術専門職員

松尾

晶

教

池田

暁彦

学術支援職員

大圃

一実

助

教

石川

孟

特任研究員

栗原

綾佑

康貴

助

教

野村

肇宏

特任研究員

坂井

義和

慶彦

特任助教

今城

周作

特任研究員

ヤン ツォウ

特任助教

木下

雄斗

学振特別研究員

石井裕人

学振特別研究員

松井一樹

KINDO, Koichi

TOKUNAGA, Masashi
MATSUDA, Yasuhiro
KOHAMA, Yoshimitsu
OSADA, Toshihito

IMANAKA, Yasutaka

Visiting Associate Professor IHARA, Yoshihiko

Research Associate
Research Associate

Research Associate

Research Associate
Research Associate

Research Associate

裕幸

MITAMURA, Hiroyuki
NAKAMURA, Daisuke

MIYAKE, Atsushi
IKEDA, Akihiko

ISHIKAWA, Hajime

NOMURA, Toshihiro

Project Research Associate IMAJO, Shusaku
Project Research Associate KINOSHITA, Yuto

* 所内兼務。本務は凝縮系物性研究部門。 / concurrent with Division of Condensed Matter Science

Technical Associate
Technical Associate

Technical Associate
Technical Associate

Project Researcher
Project Researcher

Project Researcher

KAWAGUCHI, Koushi
SAWABE, Hironobu

MATSUO, Akira
OHATA, Katsumi

KURIHARA, Ryosuke
SAKAI, Yoshikazu

YANG, Zhuo

JSPS Research Fellow ISHII, Yuto

JSPS Research Fellow MATSUI, Kazuki

電磁濃縮超強磁場発生装置が新規導入された。実験室中央に位置するのは 50 kV, 5MJ の主コンデンサバンクで、1000 T の超強磁場発生が可能な設計となっている。横に配置されたのは同じく 50
kV、2MJ のコンデンサバンクであり、簡易型の電磁濃縮装置に電流を供給する。600 T 程度の超強磁場発生が可能な設計となっている。電磁濃縮の初期磁場発生コイル用として、20kV、2MJ 副コン
デンサバンクが新規設置、より強い初期磁場が得られる。

Newly installed electro-magnetic flux compression (EMFC) system. The new EMFC generator energized by the 10 modules of 50 kV condensers, all together 5 MJ, is designed togenerate 1000 T ultra-high magnetic fields. Another 2 MJ main condenser modules areused to inject an energy to the relatively light EMFC system for frequent use, but capable ofgenerating around 600 T. The seed field coils, generating the initial magnetic field, which iscompressed by the EMFC, are connected to the sub condenser bank modules of 20 kV, 2 MJ.

61
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labs/kindo_group.html

金道研究室

金道

浩一

KINDO, Koichi

教授

Kindo Group

Professor

物性測定用途に合わせた様々な到達磁場やパルス長を持石川孟

ISHIKAWA, Hajime

助教

Research Associate

今城周作

IMAJO, Shusaku

特任助教

Project Research Associate

We perform materials physics research based on the precise
physical property measurements under strong pulsed magnetic
fields, which are generated by the tailored pulse magnets withvarious strength and duration of magnetic fields. We performe.g. magnetization measurements up to 75 tesla (T) in 4 msec,
resistance measurements up 65 T in 30 msec, and heat capacity
measurements up to 43 T in 1 sec. We aim to develop the pulse
magnets that can generate 100 T non-destructively or ultralong pulsed magnetic field. We explore quantum magnetic or
conducting phases at high fields in strongly correlated electron
systems including spin-orbital coupled Mott insulators andquasi-two-dimensional organic superconductors. We synthesize
the materials of interest as well as investigate the novel materials
developed by the collaborators.

つパルスマグネットの開発と、それが作り出すパルス強磁場下での精密物性測定を基盤とした物性研究を行っている。
例えば最大 75 テスラ（T）、4 ミリ秒の磁場下での磁化測定、最大 65T、30 ミリ秒の磁場下での電気抵抗測定、最大 43T、1 秒の磁場下での比熱測定を行っている。非破壊的な 100T の発生や、より長時間のパルス強磁場の発生を目指してマグネットの開発を行っている。スピン軌道相互作用の強い Mott 絶縁体や二次元有機超伝導体といった強磁場下での物性が未知の強相関電子系を主な研究対象とし、量子磁気相や伝導相を探索している。共同研究者から試料提供を受けるだけでなく、自ら興味ある物質を合成して研究を展開している。

スピン軌道相互作用の強い 4d 電子 Mott 絶縁体 GaNb4Se8 の磁化曲線。小さな磁化と単調な磁化曲線は、磁気転移温度 TM = 30 K から期待されるよりも大きなギャップを持つ強固な非磁性基底状態が実現していることを示している。

二次元有機超伝導体 κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br の低温強磁場中電気抵抗。
磁場によって超伝導が抑制され、超伝導臨界磁場 Hc2 以上で常伝導状態となる。
Hc2 や磁気抵抗は二次元的な異方性を反映して伝導面に対する磁場角度θに依存する。

Magnetization curve of a 4d transition metal Mott insulator GaNb4Se8. The
featureless magnetization curve with small magnetization indicates that thenonmagnetic ground state with an excitation gap larger than the energy
scale of the magnetic transition temperature TM = 30 K is realized.

Low-temperature electrical resistance of the two-dimensional organic
superconductor κ -(BEDT-TTF) 2Cu[N(CN) 2]Br in high fields. The
superconductivity is suppressed by magnetic field and shows the transition to the normal state at upper critical field Hc2. Hc2 and magnetoresistance depend on the field angle θ to the conducting plane according
to the anisotropy of the two-dimensionality.

研究テーマ Research Subjects
1. 非破壊パルスマグネットの開発
Development of Non-destructive Pulse Magnets
2. 強磁場を用いたスピン軌道相互作用の強い Mott 絶縁体の研究
Study of Spin-orbital Coupled Mott Insulators at High Fields
3. 有機伝導体の強磁場中電子物性の研究
Study on High-field Electronic Properties of Organic Conductors
4. パルス磁場中での物性測定手法の開発
Development of Physical Property Measurement Techniques in Pulsed Magnetic Field

62
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徳永研究室

徳永

将史

TOKUNAGA, Masashi

准教授

Tokunaga Group

Associate Professor

磁場は電子のスピン、軌道および位相に直接作用する外場

三宅厚志

MIYAKE, Atsushi

助教

Research Associate

三田村

裕幸

MITAMURA, Hiroyuki

助教

Research Associate

木下雄斗

KINOSHITA, Yuto

特任助教

Project Research Associate

Magnetic fields have been extensively used in the research ofsolid state physics as they can directly tune the spins, orbitals, andphases of electrons in materials. We study various phenomena inpulsed high magnetic fields generated by non-destructive magnets
using various state-of-the-art experimental techniques.
As one of our recent projects, we focus on the electronic statesin the ultra-quantum limit state. Since charge carriers are confinedin the smallest cyclotron orbit, Coulomb interaction dominates
over the kinetic energy. Therefore, we can realize tunable strongly
correlated electron systems in the quantum limit states. In particular, we have been focusing on the semimetals having an equal
number of electrons and holes; and found a novel field-induced
phase in graphite, complete valley polarization in bismuth, andanomalous quantum transport properties in black phosphorus
under multiple extreme conditions.
We are also studying multiferroic materials through high precision experiments in pulsed-fields. In BiFeO3, which is perhaps themost extensively studied multiferroic material, we found bipolar
resistive memory effect, magnetic control of ferroelastic strain,
and a novel multiferroic phase at around room temperature.
In addition to these in-house studies, we accept about 40 joint
research projects per year and study various localized/itinerantmagnets and topological materials in high magnetic fields.

であり、物性物理学の幅広い研究分野で不可欠な外場である。我々は瞬間的にのみ発生可能な強磁場環境下において、磁化、磁気抵抗、電気分極、偏光顕微鏡観察など多岐にわたる精密測定手段を開発・改良し、それらを駆使して強磁場下で起こる様々な相転移等の研究を行っている。
具体的な研究対象の一つとして、量子極限状態における電子物性に注目している。量子極限状態は磁場による閉じ込め効果のため超強相関電子系とみなすことができる。正負のキャリアが共存する半金属を中心に量子極限状態の物性測定を行い、グラファイトにおける磁場誘起量子相、ビスマスにおける完全バレー分極や多重極限環境下における半金属黒燐の異常量子伝導などを研究している。
磁気秩序を持つ強誘電体であるマルチフェロイック物質に対して、磁場挿引速度の大きいパルス磁場下で実現できる高感度測定を生かした研究を行っている。代表的マルチフェロ
イック物質として知られる BiFeO3 においては、双極性抵抗変化メモリー効果や磁場制御可能な強弾性歪みの存在、磁場
誘起新奇マルチフェロイック相などを発見している。

(a) ２方向の磁場中で観測した BiFeO3 の 線 磁 歪。 初 期
磁 化 過 程 (1st) の 10T 以 下で観測される履歴は歪みの強弾性的応答を示している。
(b) 回転磁場中で観測した電気磁気効果。18T 付近に見られるサイクロイド相から傾角反強磁性相への相転移
で電気分極が倍増している様子を捉えている。

また年間 40 件程度の国内および国際共同研究を行い、様々な遍歴・局在スピン系物質、トポロジカル物質などの強磁場物性研究を展開している。
パルス強磁場下においてキャパシタンス法で測定した単結晶ビスマ
スの縦磁歪（青線）。破線で示した
理論予測と定量的に良い一致を示しており、理論で予測された完全バレー分極状態で期待される磁歪の符号反転も観測されている。この結果は挿入図で示したように、３重縮退した電子フェルミ面のう
ち一つのバレーが消失した完全バ
レー分極状態の実現に対して熱力学的な証拠を与えている。

Longitudinal magnetostriction of bismuth measured by the capacitance method
in a pulsed high magnetic field (blue line). Quantitative coincidence with theoretical calculation (broken line) suggests the emergence of field-induced valley
polarization predicted in this model. This result provides us with thermodynamic evidence for the complete valley polarization, namely one of the three
Fermi pockets dries up, at around 40 T, as illustrated in the inset.

(a) Linear magnetostriction of a single crystalof BiFeO 3 . Hysteretic
behavior in the virgin
curve (1st) below 10 T
represents the strain's
ferroelastic response
i n t h i s m at e r i a l . ( b )Magnetoelectric effects
observed in rotational
magnetic fields. The data
show the doubling of electric polarization at the transition from the cycloidal to canted-antiferromagnetic state at around 18 T.

研究テーマ Research Subjects
1. マルチフェロイック物質の磁場誘起相転移
Field-induced transitions in multiferroic materials
2. 量子極限状態における電子相転移
Electronic phase transitions in the quantum limit state
3. パルス強磁場下における高速偏光顕微鏡観察
High-speed polarizing microscope imaging in pulsed-high magnetic fields
4. トポロジカル物質の強磁場物性研究
High-field study of topological materials

63
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labs/y._matsuda_group.html

松田康弘研究室松田康弘

MATSUDA, Yasuhiro

准教授

Y. Matsuda Group

Associate Professor

1000 T までの超強磁場下で現れる物質の性質について

池田暁彦

IKEDA, Akihiko

助教

Research Associate

中村大輔

NAKAMURA, Daisuke

助教

Research Associate

We have studied properties of matters that emerge underultrahigh magnetic fields of up to 1000 T. Ground state ofmatter can dramatically be changed by applying such strong
magnetic field, since spin and kinetic motion of electrons are
directly affected by magnetic field. Various kinds of novel phases
are expected to emerge in the strong magnetic fields throughthe phenomena such as the formation of nontrivial magnetic
structure in low dimensional spin systems, exotic local-itineranttransition in strongly-correlated magnetic compounds, andstrong spin-lattice coupling in molecular solids. The fieldinduced phase transition without thermal excitation at a lowtemperature is a quantum phase transition where the excitedstate in weak fields transforms to the new ground state in strong
fields. Thus, hidden potential characters of matter appear instrong magnetic fields and novel phenomena can occur. Only
short-duration destructive pulsed magnets can produce strong
fields far exceeding 100 T; beyond overcoming the technicaldifficulties regarding the destructive magnetic field, unexploredresearch fields open. We have also been enthusiastically developing new measurement techniques to discover the exotic novel
phases in the field range of 100 ~ 1000 T.

研究を行っている。磁場は電子のスピンや軌道運動に直接作用し、強力な磁場により物質の基底状態は大きく変化する。低次元スピン系における非自明な磁気構造、遷移金属
酸化物での新奇な局在−遍歴転移、分子性固体における強いスピン−格子結合などを通じ、強磁場中では様々な新規相が期待される。熱励起を抑制した極低温において生じる
磁場誘起相転移は量子相転移であり、低磁場での励起状態が、強磁場中で新たな基底状態となる。そのため物質の有する潜在的性質が磁場中で顕在化し、新現象が現れることが期待できる。100 T を大きく超える磁場の発生には破壊型のマグネットを用いる必要があり、その技術的障壁を越えた先には未開拓の研究領域が広がっている。100 〜
1000 T 領域における新奇相や新現象の発見のために様々な新しい計測技術の開発にも積極的に取り組んでいる。

Fiber Bragg Grating (FBG)
により測定された LaCoO3 の磁 歪。(a)、(b)、(c) は そ れ ぞれ異なる温度における結果をしめしてる。

Magnetostriction of LaCoO3
measured with the Fiber
Bragg Grating (FBG). The
results at different temperatures are shown in (a), (b),and (c), respectively.

W を 6% ドープした VO2 薄膜結晶の 1.977 μm での磁気透過測定結果。およそ500 T で金属化による透過光強度の減少が観測されている。

Magneto-transmission at 1.977 μm in a W-doped (6%) VO2 thin film. The
magnetic field induced metallization is indicated by a significant decrease of
the transmission at around 500 T.

研究テーマ Research Subjects
1. 磁場誘起絶縁体−金属転移
Magnetic-field-induced insulator-metal transition
2. 量子スピン系の超強磁場磁化過程
Ultrahigh-magnetic-field magnetization process of quantum spin systems
3. 重い電子及び価数揺動電子系の超強磁場下での電子状態
Electronic state of heavy fermion and valence fluctuating systems at ultrahigh magnetic fields
4. 固体酸素の磁場誘起構造相転移
Magnetic-field-induced structural phase transition in solid oxygen
5. スピン−格子強結合系の磁場中の物性
Properties of matters with strong spin-lattice coupling in high magnetic fields

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小濱研究室

小濱

芳允

KOHAMA,Yoshimitsu

Kohama Group

准教授

Associate Professor

100 テスラを超える超強磁場は、ごく最近までその発生す野村

肇宏

NOMURA, Toshihiro

助教

Research Associate

技術および新規測定技術の開発にも力を注いでいる。

Ultra-high magnetic field (higher than 100 T) is an extreme
condition that remains unexplored until recently. Many ofunprecedented phenomena are expected to appear in ultra-highmagnetic field region, and our group focuses on the observation/understanding of those exotic phenomena. To achieve thisgoal, we employ the following experimental techniques, “1.
Magneto-optical measurement technique”, “2. Ultra-fast magnetoresistance measurement with micro-fabricated devices” and “3.
High-field NMR experiment with a FPGA module”. With thesetechniques, we currently investigate the magnetotransport in
topological insulators/superconductors and the novel magnetic
phases in quantum spin systems. Our final goal is the condensed
matter research at ultra-high magnetic field region up to ~1000 T,
and thus our future work will also be devoted to technical developments for ultra-high magnetic field generations as well as the
improvements of measurement techniques.

ルビーの R 線におけるゼーマン分裂。１００テスラ以上での超強磁場下において、非線型なゼーマン分裂が観測された。挿入図は、ルビーの蛍光の原因となる Al2O3
中における Cr イオンを示す。

Fe(Se,Te) 系超伝導体における磁気抵抗測定。このサンプルにおいては４０T 付近に電気抵抗のジャンプを伴う Hc2 が観測される。これらの手法により、磁気抵抗は２００T 程度まで測定可能。

ら困難であった極限環境であり、人類未踏の研究領域といえる。このような極限環境下では多彩な物理現象が予想されており、当研究室ではこれら新奇物理現象の発見そして解明を目指している。主な実験手法としては、『１．レーザーを用いた磁気光学測定』、『２．微細加工デバイスによる超高速電気抵抗測定』、そして『３．FPGA デバイスによるパルス
強磁場 NMR 測定』を採用しており、これにより様々な強相
関電子系における諸現象を探索している。現在の主なテーマ
は、トポロジカル絶縁体や超伝導物質における強磁場伝導状態の研究や、量子スピン系化合物の磁場誘起相の探索である。また、最終的な目標には 1000 テスラ領域での精密な物性研究を掲げており、この達成のために超強磁場発生

Zeeman splitting pattern of the R lines of Ruby. The non-linear Zeeman
splitting was observed in ultra-high magnetic field region above 100 T. The
inset shows the octahedrally coordinated Cr3+ ions in Al2O3 which is thecause of the photoluminescence of ruby.

Magnetoresistance of the upper critical field on Fe(Se,Te) superconductor.
The upper critical field accompanied by the resistivity jump was observed
around 40 T. The accessible field range for the magnetoresistance measurement is ~200 T.

研究テーマ Research Subjects
1. レーザーを用いた磁気光学効果の研究とその超強磁場科学への応用
Magneto-optical measurements with laser optics and its application to ultra-high magnetic field science
2. パルス強磁場下における NMR 測定と磁性体への応用
NMR measurement under pulsed fields and its application to magnetic materials
3. 微細加工技術を用いた新規測定手法の開発
Development of new measurement techniques with nanofabrication technology
4. 超強磁場を用いた量子振動の観測とトポロジカル絶縁体のフェルミオロジー
Observation of quantum oscillation in ultra-high magnetic fields and fermiology of topological insulators

65
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

国際超強磁場科学研究施設

International MegaGauss Science Laboratory

今中研究室

今中

康貴

IMANAKA, Yasutaka

Imanaka Group

客員教授

Visiting Professor

強磁場極低温下でのサイクロトロン共鳴による半導体・半We have been studying the cyclotron resonance on various
semiconductors and semimetals under high magnetic fields andlow temperatures.
The research on these related materials was performed using
ultra high magnetic fields so far. Recent progress of crystal
growth techniques enables us to study the Dirac fermion physics
even in narrow gap semiconductors or semi-metallic materials.
“Cyclotron resonance”, which is a magneto-optical phenomenon in the high magnetic field, is quite useful for investigating
the effective mass and other transport properties (mobility,
carrier density) without ohmic electrodes like standard
magneto-transport measurements.
We aim to investigate anomalous electronic properties
realized on the surface or the interface in semiconductors andsemimetals by the cyclotron resonance with the destructive highmagnetic field beyond 100 T. We will also develop terahertz
lasers and detector systems for realizing ultra-high field cyclotron resonance measurements in a wide range of the frequency.

金属の研究を行っている。超強磁場下において化合物半導体や半金属での各種物性研究は過去に盛んに行われてきたが、近年、一部のナローギャップ半導体や半金属の関連物
質でディラック電子系が実現されることが明らかとなり、新たな切り口での半導体・半金属の物性研究が各方面で急速にかつ精力的に展開されている。
そこで１００T を超える超強磁場（メガガウス磁場）下でテ
ラヘルツ光やミリ波などの電磁波を使っての「サイクロトロン
共鳴」という非接触で光学的な手法により、様々な半導体や半金属系材料の界面、表面に形成される電子系の特異な物性の解明に取り組む。
この目的の達成のために、超強磁場発生装置と組み合わせることが可能なテラヘルツ領域のレーザーや検出器の開発も並行して行い、幅広い周波数帯での超強磁場サイクロトロン共鳴の実現を目指す。

国際超強磁場科学研究施設

International MegaGauss Science Laboratory

井原研究室

井原

慶彦

IHARA, Yoshihiko

Ihara Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

近年開発が進んできたパルス強磁場 NMR 測定を駆使しI will explore exotic physical phenomena realized in highmagnetic fields by the recently developed Pulse-Field NMR
measurement.
High magnetic fields generated by pulse magnets introduce fascinating physical properties, such as field-induced
superconductivity and spin liquid state, and spin/electronic
nematic states. The experimental probes that can access to theirmicroscopic origin are still limited because of the limitation
on field-pulse duration and drastic time evolution of magnetic
field strength. By using the flat-top field in collaboration withthe groups of Professor Kohama, and Kindo, we succeeded inperforming NMR measurement in magnetic fields up to 53 T
for a frustrated magnet. As a visiting associate professor, I will
expand the target materials to rare-earth metals and multiferroic
materials and reveal the magnetic properties in high fields froma microscopic viewpoint.

て、強磁場環境において発現する新奇物性をミクロな視点から観測する。
パルスマグネットにより実現する強磁場環境では、磁場誘起の超伝導状態やスピン液体状態、またスピン液晶状態や電荷液晶状態など多彩な量子凝縮状態が現れる。しかし、磁場発生時間が短く、また磁場変動の大きいパルス磁場中では新奇物性のミクロな起源に迫る NMR 測定を行うことは困難であった。そこで、小濱准教授、
金道教授との共同研究により、フラットトップ磁場を用いることで準定常的な磁場環境における NMR 測定を実現し、これまでにフラストレート磁性体に対し定常磁場の限界を大きく超える 53 テスラまでの測定に成功した。客員准教授としての滞在中には、測定対象物質を希土類系化合物やマルチフェロイック物質に広げ、これらの物質群において実現する強磁場物性の起源解明を目指す。
66

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

計算物質科学研究センター
Center of Computational Materials Science「富岳」コンピュータに代表される近年のコン
ピュータハードウェアの発展にともなって、大規模数値計算による物質科学へのアプローチが盛んである。コンピュータを利用した精密な物性予測によって、磁性体・超伝導・超流動における量子臨界現象など物性物理学の基礎的な問題から、半導体デバイス設計や燃料電池における電極反応など近い将来産業応用に結びつくことが期待される応用問題に至るまで、広い範囲において重要な成果が挙がっている。一方、近年のハードウェアの多階層化・並列化により、プログラマには多くのコアに効果的に計算を分業させる工夫が必要であり、このことが計算物質科学研究における挑戦的課題となっている。本センターは、「富岳」プロジェクトや元素戦略プロジェクトなど国家プロジェクトを担う拠点として、「富岳」や物性研究所共同利用スパコンを始めとする様々な計算資源の活用を通じて、これらの課題に組織的に取り組んでいる。さらに、コミュニティソフトウェア開発・普及のためのサイト

As symbolized by the Fugaku computer, massively
parallel computation is actively used for solving
problems in materials science in recent years. In
fact, computer-aided science has been providing
answers to many problems ranging from the mostfundamental ones, such as critical phenomena inquantum magnets, superconductors, and superfluids,
to the ones with direct industrial applications, suchas semiconductor devices and electrode chemical
reactions in batteries. Due to the recent hardware
trends, it is now crucial to develop a method forbreaking up our computational task and distributeit to many computing units. In order to solve these
problems in an organized way, we, as the major
contractor of several national projects such as Fugaku
Computer Project and Elements Strategy Initiative,
coordinate the use of the computational resources
available to our community, including Fugaku and
ISSP supercomputers. In addition, we also operate
the web site, MateriApps, which offers easy access tovarious existing codes in materials science.

MateriApps の開発・運用なども行っている。
教

授（副センター長）
*1 川島

直輝

助

教 *1

森田

悟史

特任研究員

河津

励

教

授
（センター長）
*1

尾崎

泰助

助

教 *1

樋口

祐次

特任研究員

櫻井

誠大

教

授 *2

杉野

修

助

教 *1

河村

光晶

特任研究員

栂

教

授 *3

常行

真司

助

教 *2

春山

潤

特任研究員

檜原

教

授*

藤堂

眞治

助

教*

福田

将大

准教授 *4

加藤

岳生

助

教 *1

井戸

康太

准教授 *1

野口博司

高度学術専門職員 *6

福島鉄也

技術専門職員

特任研究員 (PI)赤井久純

特任研究員 (PI)宮下精二

Professor (Deputy Director) KAWASHIMA, Naoki
Professor (Director)
Professor
Professor

3

Professor

Associate Professor
Associate Professor

特任准教授 *5OZAKI, Taisuke

SUGINO, Osamu

TSUNEYUKI, Shinji
TODO, Synge

KATO, Takeo

NOGUCHI, Hiroshi

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
1

Research Associate
Research Associate

Project Researcher

HIGUCHI, Yuji

KAWAMURA, Mitsuaki
HARUYAMA, Jun

Project Researcher KAWATSU, Tsutomu
Project Researcher SAKURAI, Masahiro

裕太

Project Researcher TOGA, Yuta

太一

Project Researcher HINOKIHARA, Taichi

FUKUDA, Masahiro
IDO, Kota

古宇田光

Advanced Academic Specialist KOUTA, Hikaru

Project Associate Professor FUKUSHIMA, Tetsuya Technical Associate
Project Researcher

MORITA, Satoshi

山崎

淳

YAMAZAKI, Jun

AKAI, Hisazumi

MIYASHITA, Seiji*1 所内兼務。本務は物質設計評価施設。/concurrent with Materials Design and Characterization Laboratory*2 所内兼務。本務は機能物性研究グループ。/concurrent with Functional Materials Group
*3 理学系研究科物理学専攻と兼務。 / concurrent with Physics Department, Graduate School of Science*4 所内兼務。本務は物性理論研究部門。/concurrent with Division of Condensed Matter Theory*5 所内兼務。本務はデータ統合型材料物性部門。/concurrent with Division of Data-Integrated Materials Science*6 リサーチ・アドミニストレーター推進室と兼務。 / concurrent with Office for Advancement of Research Administrators

67
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

計算物質科学研究センター

Center of Computational Materials Science
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/akai_team.html

赤井チーム

赤井

久純

AKAI, Hisazumi

Akai Team

特任研究員（PI)Project Researcher（PI)計算機マテリアルデザイン手法を用いた金属、半導体、金Our main objective is to predict/discover new functionality
materials by means of computational materials design (CMD).
In particular, the development of new high-performance permanent magnets is one of our main targets. CMD aims at to designmaterials and/or structures on the basis of quantum mechanics,
corresponding to the inverse problem of quantum simulation.
In general, solving such problems is very difficult. In CMD, wesolve them by making use of the knowledge, which is obtained
through “experiments performed inside computers” using
quantum simulations, about underlying mechanisms realizing
specific features of materials. The technique of machine learning
also can be exploited on the vast data thus created. The developments of new methods of quantum simulation also are ourimportant themes. Among them are developments of methodsof accurate first-principles electronic structure calculations ingeneral, linear response theory and first-principles non-equilibrium Green’s function both based on the KKR Green’s function
method, order-N screened KKR-method for huge systems, andthe methods beyond LDA.

属間化合物をおよびそれらのナノ構造を用いた高機能材料の理論的開発を研究テーマとしている。高性能永久磁石の創成が重要な課題の一つである。計算機マテリアルデザインは量子デザイン（量子力学に基づいて、与えられた物性や機能を有する物資・構造を推論すること）によって実行される。このような逆問題を解く事は一般に困難であるが、量子デザイ
ンでは、量子シミュレーションよる計算機の中での実験を通じて物性発現の機構を明らかにすることによってこの問題を解く。そこで生まれる大量のデータを用いた機械学習手法も援用される。量子デザイン、量子シミュレーションにおいては手法の開発も重要な研究課題であり、高精度第一原理計算手法の開発とともに、KKR グリーン関数法に基づいた線形応答、
第一原理非平衡グリーン関数法の開発、大規模計算に向けた遮蔽 KKR 法、密度汎関数法に対するより良い近似的の開発等を推進している。

68
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

極限コヒーレント光科学研究センター
Laser and Synchrotron Research Center
極限コヒーレント光科学研究センター（LASOR）では、

Laser and Synchrotron Research Center (LASOR)
develops
new lasers with the extreme performance of ultra超精密レーザーや極短パルス、大強度レーザーなどの極precise, high intensity and ultra-short pulse lasers. The
限的なレーザーおよび、シンクロトロン放射光を用いた先
cutting edge soft X-ray beamline is also developed using
端的軟 X 線ビームラインを開発している。テラヘルツからsynchrotron radiation. LASOR center is responsible for the
真空紫外線、軟 X 線までの広いエネルギー範囲の光源を
advanced spectroscopy, such as ultra-high resolution photo用いて、極限的な光と物質との相互作用の研究を行ってい emission, time-resolved, spin-resolved spectroscopy, diffracる。特に、超高時間分解分光、超精密分光、超高分解
tion, light scattering, imaging, microscopy and fluorescence
能光電子分光、
スピン偏極分光、
顕微分光、
回折や光散乱、 spectroscopy, by new coherent light sources based on laserand synchrotron technology over a wide spectrum range
イメージング、発光分光などの新しい最先端分光計測の開発をしている。また、これらの極限的な光源や分光手法を from terahertz to X-ray. In LASOR center, a variety ofmaterials sciences for semiconductors, strongly-correlated
用いて半導体、強相関物質、有機物質、生体物質、表面、
materials, molecular materials, surface and interfaces, and
界面などの幅広い基礎物性研究とともに、レーザー加工な
bio-materials are studied as well as industrial science such as
ど、実社会が求めている学理の探求や協調領域の創出を laser processing using advanced light sources and advanced
行っている。LASOR センターは、先端的な光科学とそれ
spectroscopy. The aim of LASOR center is synthetic scienceを用いた物質科学との共同研究、共同利用を目指す総合
for photon sciences and collaborations with materials
的なセンターである。柏キャンパスにおいては、大規模なク science. Most of the research activities on the development
リーンルームと除振床を設置した先端分光実験棟（D 棟） of new lasers with extreme performance and the application to material science are studied in specially designed
及び、真空紫外・軟 X 線レーザーの物性研究利用を主
buildings D and E with large clean rooms and the isolated目的とした極限光科学棟（E 棟）を有する。兵庫県にあfloor in Kashiwa Campus. On the other hand, the experiる SPring-8 においてはシンクロトロン放射光を用いたビー
ments utilizing the synchrotron radiation are performed at
ムライン BL07LSU にて軟 X 線分光の研究を行っている。 beamline BL07LSU in SPring-8 (Hyogo).
授（センター長） 小林洋平

教授（副センター長） 原田

慈久

教Professor (Director)

Professor (Deputy Director)

授*

KOBAYASHI, Yohei
HARADA, Yoshihisa

小森文夫

教授（副センター長）*2 秋山

英文

教

1

Professor

KOMORI, Fumio

助

教

黒田

健太

学術支援職員

福島

昭子

特任研究員

中里

助

教

神田

夏輝

学術支援職員

荒木

実穂子

特任研究員

バレイユ セドリック

助

教

鈴木

剛

学術支援職員

小瀬川

特任研究員

室谷

悠太

助

教

栗原

貴之

特任研究員

赤田

圭史

特任研究員

山添

康介

助

教

堀尾

眞史

伊藤

紳二

薄倉

淳子

助

教 *2

Research Associate

Research Associate

Research Associate

KURODA, Kenta
KANDA, Natsuki
SUZUKI, Takeshi

Professor (Deputy Director)

AKIYAMA, Hidefumi

准教授

松田

巌

准教授

板谷

治郎

准教授

近藤

KONDO, Takeshi

猛Project Research Associate MIZUNO, Tomoya

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor

MATSUDA, Iwao

ITATANI, Jiro

Research Associate

Research Associate

Technical Associate FUKUSHIMA, Akiko
Technical Associate ARAKI, Mihoko

友香

Technical Associate KOSEGAWA, Yuka

KURIHARA, Takayuki Project Researcher AKADA, Keishi
HORIO, Masafumi

特任研究員

Project Researcher

Research Associate

NAGATA, Takashi

永田崇

Project Researcher

特任助教

水野

智也

特任研究員

特任助教

櫻井

治之

特任研究員

Project Researcher

ITO, Shinji

大平猛

OHDAIRA, Takeshi

松永隆佑

Project Researcher

OSHIMA, Masaharu

尾嶋

正治

准教授

岡﨑

OKAZAKI, Kozo

浩三

Technical Associate

KANAI, Teruto

金井

輝人

特任研究員

北方

恵美

准教授

木村

隆志

技術専門員

原沢

あゆみ

特任研究員

倉橋 直也

准教授 *2

井上圭一

技術専門職員

伊藤

功

特任研究員

竹内

雅耶

助

教

石田

行章

技術専門職員Technical Associate

HASHIMOTO, Mitsuhiro Project Researcher TANIUCHI, Toshiyuki

橋本

光博

特任研究員

谷内

敏之

助

教

宮脇

淳

技術専門職員

澁谷

孝

特任研究員

張

助

教

谷

峻太郎

技術専門職員

工藤

博文

特任研究員

ヂォン イーグゥイ

Associate Professor
Associate Professor

Associate Professor

Research Associate

Research Associate

Research Associate

KIMURA, Takashi

INOUE, Keiichi

ISHIDA, Yukiaki
MIYAWAKI, Jun
TANI, Shuntaro

技術専門員

Technical Associate

Technical Associate

Technical Associate

Technical Associate

Project Researcher

KITAKATA, Emi

HARASAWA, Ayumi Project Researcher KURAHASHI, Naoya
ITO, Isao

SHIBUYA, Takashi
KUDO, Hirofumi

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher*1 所内兼務。本務はナノスケール物性研究部門。/concurrent with Division of Nanoscale Science*2 所内兼務。本務は機能物性研究グループ。/concurrent with Functional Materials Group

Project Researcher

Project Researcher

特任研究員 *2

Project Researcher

EL Moussaoui, Souliman Project Researcher

MATSUNAGA, Ryusuke Project Research Associate SAKURAI, Haruyuki

特任研究員

Project Researcher

エル ムサウイ スリマン 特任研究員 *2

Associate Professor

准教授

Project Researcher

TAKEUCHI, Masaya

文雄

ZHANG, Wenxiong
ZHONG, Yigui

69
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

特任研究員 *

2

Project Researcher

特任研究員 *

2

Project Researcher

特任研究員 *1

Project Researcher

特任研究員 *2

智治

NAKAZATO, Tomoharu
BAREILLE, Cedric
MUROTANI, Yuta
YAMAZOE, Kosuke
USUKURA, Junko

金昌秀

KIM, Changsu

中前

秀一

中村

考宏

栁澤

啓史

NAKAMAE, Hidekazu
NAKAMURA, Takahiro

YANAGISAWA, Hirofumi

ﾗﾌｴﾝﾃ ｻﾝﾋﾟｴﾄﾛ ｱﾙﾊﾞﾝ

Project Researcher

LAFUENTE SAMPIETRO, Alban

学振特別研究員

橋本嵩広

学振特別研究員

松田拓也

JSPS Research Fellow

JSPS Research Fellow

HASHIMOTO,Takahiro

MATSUDA, Takuya

学振外国人特別研究員 ツァン

JSPS Research Fellow

ペン

ZHANG, Peng

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kobayashi_group.html

小林研究室
Kobayashi Group小林洋平

KOBAYASHI, Yohei

教授

Professor

石田行章

ISHIDA, Yukiaki

助教

Research Associate

最先端レーザーの研究開発とそれを用いた精密・高強度

谷

峻太郎

櫻井

TANI, Shuntaro

助教

治之

SAKURAI, Haruyuki

Research Associate

特任助教

Project Research Associate

We are developing advanced laser technologies and theirapplications. Both ultimate technologies of ultrashort pulse
generations and ultra narrow-band laser generations weremixed, the optical frequency comb then was born. It opened up
a new research area such as carrier-envelope-phase dependent
phenomena, attosecond physics, and precision spectroscopy
by using a femtosecond light source. It also realized the highrepetition and high-intensity physics. It could create a wide
field of applications in physics, metrology, medical science, andastronomy.
We are developing an Yb-fiber laser-base optical frequency
comb, XUV frequency comb, and high-power fiber chirped
pulse amplifier system for these applications. The high-repetition-rate laser system will be applied for calibration of a spectrograph in an observatory or an arbitrary waveform generation inan optical field, or a breath diagnosis.
In addition, we are studying the fundamental processes of laser
processing and bridging the gap between them and industrial
applications. We would like to know “How is a material cut?”

光科学の研究を行っている。特に超短パルスレーザーと超狭帯域レーザーとの融合領域である光周波数コムおよびその応用手法の開発と、超短パルス・ハイパワーレーザーを用いたレーザー加工の学理の構築を中心課題としている。レーザー光源開発は Yb ドープセラミックやファイバーの技術を基に、超高繰り返し、超高平均パワーのレーザーシステムを
近赤外、中赤外、紫外、真空紫外の波長領域において展開する。超高繰り返しの方向では世界最小のカーレンズモード
同期レーザーを保有する。高平均パワーの方向ではフェムト秒レーザーをベースとした高輝度コヒーレント真空紫外光での光電子分光や医療応用の中赤外超精密分子分光を行っている。応用分野は光電子分光、光原子時計、天文、医療、加工と幅広い。レーザー加工の素過程となる光と物質の相互作用において、フェムト秒からミリ秒におよぶマルチスケー
ルな現象が如何に繋がっているのかについて研究し、レーザー加工の学理構築に取り組んでいる。なぜものは切れるのか？を知りたい。それによって、どう切るべきかがわかる。
光周波数コムによ る 原 子 分 光。
自作超高エネル
ギー分解分光器と超高繰り返しモード同期レーザーとの組み合わせにより縦モード１本ずつが分離された分光が可能となった。 図 は メ タ ス
テ ー ブ ル He の縦モード分解分光の例。

オフセットフリー
光周波数コム

Offset-free opticalfrequency comb.

レーザー加工過程のサブピコ秒
時間分解測定Optical frequency comb based ultra-high precision spectroscopy. The
combination of ultra-high repetition-rate laser and ultra-high resolution
spectrograph makes it possible to resolve each comb tooth to detect themeta-stable He atom.

Measurement of laser processing dynamics with subpicosecond time resolution.

研究テーマ Research Subjects
1. 超短パルスレーザーシステムの研究開発及びレーザーの超精密制御
Development and precise control of ultrashort pulse laser systems
2. 高繰り返し－高強度物理
High-rep rate, high-field physics
3. 光周波数コムの天文・医療・標準応用

Astronomical, medical, and metrological application of the optical frequency comb

4. レーザー加工の学理

Fundamental understanding on laser processing

5. 中赤外分子分光

Precision spectroscopy of molecules70
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/harada_group.html

原田研究室

原田

慈久

HARADA, Yoshihisa

Harada Group教授

Professor

当研究室では、世界最高輝度のＸ線源である SPring-8

宮脇淳

MIYAWAKI, Jun

助教

Research Associate

We explore the origin of the electronic structure of materials
responsible for their electronic, magnetic and optical property
using intense and energy tunable X-ray source: SPring-8, one of
the most brilliant synchrotron facilities in the world. We havedeveloped novel spectroscopies for material science in ‘soft’
X-ray region. We are leading the world’s soft X-ray emission
spectroscopy, a kind of light scattering promising for electronic
structure analyses of liquids and operando spectroscopy of avariety of catalysts. Our topics include a study on elementary
excitations (crystal field excitation, spinon, magnon, charge
density wave, orbiton etc.) in strongly correlated materials like
Mott insulators and novel high-Tc superconductors, electronic
structure analysis of aqueous solutions, interaction at solidliquid interfaces, the surface reaction of fuel cell catalysts,
electronic structure analysis of reaction center in metalloproteins, electrochemical and photocatalytic reactions. We also
explore basic study on high performance soft X-ray absorption
and emission spectroscopy for the next generation synchrotron
light source.

において ‘ 軟Ｘ線 ’ と呼ばれる光を用いて新しい分光法を開拓し、物質の電気的、磁気的性質、光学応答を司る電子状
態をその成因に遡って調べる研究を行っている。特に光散乱の一種である軟Ｘ線発光分光の将来性に着目し、モット
絶縁体、新規高温超電導体等の強相関物質における素励起（結晶場励起、スピン励起、マグノン励起、電荷密度波励起、
軌道波励起など）の直接観測とその成因の研究、水溶性液
体、固液界面の電子状態とミクロ不均一性の観測、電池触媒の表面反応解析、光触媒反応解析のためのその場分析装置の開発、金属タンパク質の電子状態解析など、軟Ｘ線
発光分光を適用しうるあらゆる物質群を研究対象としている。また基礎光学研究として次世代高輝度放射光源に向けた軟Ｘ線吸収・発光分光の超性能化のためのＲ＆Ｄを行っている。

高 分 解 能 軟Ｘ線 発 光
分光で捉えたポリマー
ブラシ中に閉じ込められ た 水（H2O） の 電子状態。液体の水、Ih
結晶氷と比較すると、ほぼ氷と同じスペクト
ル 形 状 で、3a1 由 来の軌道のみ異なる。これはブラシ中の水が常温にもかかわらず氷のように揃っており、局
所電場効果によって水
素結合ネットワークが一様に歪んでいる様子を表している。

Electronic structure of H2O water in a polymer electrolyte brush observedby high energy resolution soft X-ray emission spectrometer. The X-ray
emission profile is similar to crystalline ice Ih except for the 3a1 derived
state, indicating an ordered but uniformly distorted hydrogen bond networkof water in the brush like ice even at room temperature. The distortion is
induced by a local electric field present in the polymer brush.

当研究室が SPring-8 の東京大学放射光アウトステーションビームライン BL07LSU で独自に開発した 50 meV の高エネルギー分解能を持つ角度分解軟Ｘ線発光分光装置。

High energy resolution soft X-ray angle resolved emission spectrometer constructed for University of Tokyo outstation beamline BL07LSU in SPring-8.

研究テーマ Research Subjects

1. 水溶性液体の電子状態とミクロ不均一性、固液界面の相互作用に関する研究
Electronic structure analysis of aqueous solutions to study microheterogeneity and interaction at solid-liquid interfaces
2. 燃料電池触媒の表面反応解析、電気化学反応、光触媒反応解析、金属タンパク質の機能解析のためのその場分析手法の開発
Development of in situ soft X-ray spectroscopy for surface reaction of fuel cell catalysts, electrochemical reaction,
photocatalytic reaction and functionality of metalloproteins
3. モット絶縁体、新規高温超電導体等の強相関物質における素励起（結晶場励起、スピン励起、マグノン励起、電荷密度波励起、軌道波励起など）の直接観測とその成因の研究
Study on the origin and observation of elementary excitations (crystal field excitation, spinon, magnon, charge density
wave, orbiton etc.) in strongly correlated materials like Mott insulators and novel high temperature superconductors.
4. 軟Ｘ線発光分光の超高エネルギー分解能化と時間分解分光のための基礎光学研究
Basic study on ultrahigh energy resolution optics for soft X-ray emission and time-resolved spectroscopy

71
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/i._matsuda_group.html

松田巌研究室松田准教授

Associate Professor

高輝度放射光、X 線自由電子レーザー、高次高調波レーザー
い、単原子層及び表面／界面系を中心に物性研究を行っている。
放射光施設 SPring-8 軟 X 線ビームライン BL07LSU にて
分割クロスアンジュレータの調整を行うと共に、その偏光スイッ
チング特性を活かした新しい磁気光学実験法の開発を行っている。X 線自由電子レーザーと高次高調波レーザーによる共鳴磁気光学効果の時間分解測定を行い、磁性超薄膜及び界面層における超高速スピンダイナミクス研究を実施している。
SPring-8 BL07LSU ではレーザーシステムも整備しており、光電子分光や X 線吸収分光の時間分解実験を共同利用として実施している。触媒反応や起電力発生などのテーマで表面・界面系におけるキャリア及び分子ダイナミクス研究が行われている。ささらに機能性単原子層の開拓も手がけ、ボロフェンやディラックノー
ダルラインを有した単原子層などの電子物性を明らかにしている。
光源それぞれの特性を利用してフェムト秒からミリ秒まで
各時間スケールでの動的変化をリアルタイムで追跡してその詳細を明らかにすると共に、時系列情報をつなぎ合わせて
各動的現象の全貌も理解する研究を推進している。

Overview of the time-resolved photoemission system at
high-brilliant soft X-ray beamline, SPring-8 BL07LSU.
Synchrotron radiation pulses, generated at an undulator,
pass through a monochromator that is composed of mirrors (M) and a plane-grating (PG). A Ti:Sapphire laser
system (BL07LASER) is installed at the beamline.

研究テーマ Research Subjects

堀尾

眞史

HORIO, Masafumi

助教

Research Associate

We develop experimental techniques using vacuum ultraviolet~ soft X-ray, generated by high brilliance synchrotron radiation,
X-ray free electron laser (XFEL), and high-harmonic generation(HHG) laser, to reveal physical properties of single atomic layers
and surface/interface systems.
At SPring-8 BL07LSU, we operate the segmented crossundulator and develop the novel magneto-optical experimental
technique using its function of the fast polarization switching. WithXFEL and a HHG laser, ultrafast spin dynamics of magnetic ultrathin films and interface layers are investigated by time-resolved
measurements of the resonant magneto-optical Kerr effect.
At the time-resolved spectroscopy station in SPring-8
BL07LSU, time-resolved measurements of photoemission
and X-ray absorption spectroscopy were made with laser andsynchrotron radiation. Through the joint-researches of catalysis
and photovoltaics, dynamics of carriers and molecules at thesurface/interface are studied. We also investigate functionalities
in novel monatomic layers such as borophene.
With the temporal information collected by individual lightsources at each time scale, ranging from femtoseconds to milliseconds, we promote understanding of the whole dynamic
picture by combining the sequential information.

を用いた真空紫外線〜軟 X 線分光・散乱実験の技術開発を行

高輝度軟 X 線ビームライン SPring-8 BL07LSU における放射光と超短パルスレーザー（BL07LASER）を組み合わせた
時間分解光電子分光実験システムの様子。

巌

MATSUDA, Iwao

I. Matsuda Group

フェリ磁性 GdFeCo 合金の時間分解共鳴磁気光学カー効果の実験の結果。(a) 軟 X 線 FEL (hv = 53eV) でのエリプソメトリ測定のデータ（〇）と三角関数でのフィッティング（実線）. 赤と青のデータは互いに逆の磁場に対応している。(b) 実験結果から得られた外場 H に対する Fe の磁気モーメントの時間変化。フェムト秒の時間スケールでスピン反転が起きていることが分かる。

Time-resolved measurement of the resonant magneto-optical Kerr effect of the ferrimagnetic
metallic GdFeCo alloy. (a) Experimental results (circles) of the intensity variation with rotation angle (ellipsometry) taken at hv = 53 eV for soft X-ray FEL at each delay time shown ineach figure with fitting by cosine curve (solid lines). Red and blue colored data were taken
at the opposite directions of magnetic field. (b) A schematic diagram of the magnetization
reversal dynamics of the Fe magnetic moment with respect to an external field H. The lengthof the arrows is scaled to the magnitude of the Kerr rotation angle at each delay time shownin (a). One can recognize reversal of the Fe spin in the femtosecond-time scale.

1. 時間分解軟Ｘ線分光実験の開発と表面ダイナミクスの研究
Developments of time-resolved soft X-ray spectroscopy and researches on surface dynamics
2. 先端軟 X 分光法による単原子層のディラック物性研究
Dirac Fermions in monatomic layers, studied by advanced soft x-ray spectroscopy
3. 超短パルス軟 X 線を用いた時間分解実験の開発と超高速スピンダイナミクスの研究
Development of time-resolved experiments using ultra-short soft X-ray pulses and researches on ultrafast spin dynamics
4. 次世代放射光におけるアンジュレータビームラインの先端技術開発
Basicstudy on ofultrahighresolution
optics for beamlines
soft X-ray ofemissionandtime-resolved
spectroscopy
Developments
frontierenergy
technologies
for undulator
the next
generationsynchrotron
radiation72
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/
labs/itatani_group.html

板谷研究室

板谷

治郎

ITATANI, Jiro

准教授

Itatani Group

Associate Professor

高強度極短パルスレーザーの開発と、強レーザー場下に

栗原貴之

KURIHARA, Takayuki

助教

Research Associate

水野智也

MIZUNO, Tomoya

特任助教

Project Research Associate

Development of carrier-envelope phase-stable intense ultrashort-pulse light sources and their applications to attosecondand strong-field physics are the main subjects of our research.
As for the light source, we develop waveform-controlled intense
optical pulses in IR and mid-IR spectral regions to produce
attosecond soft-X-ray pulses or to explore strong-field-driven
nonlinear phenomena in solids. Currently, several state-ofart IR and mid-IR sources are operational to produce highharmonics in gas to cover the soft X-ray region up to 520 eV forattosecond SX spectroscopy with element specificity, or to apply
strong electric fields at >10 MV/cm without damage in solids
for sub-cycle spectroscopy. Our waveform-controlled intenselaser-technology can pave the way to ultrafast spectroscopy thatcover ultrabroad spectroscopy ranging from THz to soft X rays,
thus we aim to use such coherent light sources for observing andcontrolling the quantum dynamics of non-equilibrium states ofmatters through various freedoms.

おけるフェムト秒からアト秒領域の超高速現象に関する研究を行っている。光源開発に関しては、可視から中赤外領域での波形そのものが制御された高強度光電場の発生と制御、および、アト秒軟 X 線パルス発生や固体中での光電場で駆動された非線形現象に関する研究を行っている。光源利用に関しては、先端的な高強度赤外光源による 520 eVまでカバーしたアト秒軟 X 線パルスによる元素選択的な超高速分光や、非破壊的に 10 MV/cm を超える光電場を固体に印加することによるサブサイクル分光に関する研究を進めている。位相制御された高強度極短パルス光源を基盤技術とした波長変換により、テラヘルツから軟 X 線までをカバーした超高速分光が実現可能であり、物質の非平衡状態における動的過程を様々な自由度を通して実時間観測し、さらには光で制御することを目指している。

軟 X 線領域での一酸化窒 素（NO） 分 子 の 過渡吸収スペクトル。(a)実験配置。(b) ヘリウ
ムガスで発生した軟 X
線パルスの典型的なスペクトル。(c) 軟 X 線
吸収分光に対応する
NO 分子のエネルギー準位。(d) 観測された
過渡吸収スペクトル。
(e) 軟 X 線レーザーで測定した定常状態での
軟 X 線吸収スペクトル（黒丸）と、放射光で測定された軟 X 線吸収スペクトル（黒線）。

半導体Ｇａ As(011) に高強度中赤外光を集光して得られた高次高調波のスペクトル。赤線は透過配置でサンプル厚さ 30 μ m の場合。黒線（灰色塗りつぶし）は反射配置での場合。反射配置では非線形伝搬によるスペクトルの変化が少ないこと
を実験的に示した。

Transient absorption spectroscopy (TAS) of NO molecules in the soft-Xray region. (a) Schematic of the experimental setup. (b) Typical soft-Xray spectrum obtained by HHG in helium. (c) Energy levels of NO that are
relevant to TAS. (d) Measured transient absorption spectrum. (e) Static
absorbance of NO without the IR pump pulses measured in our experiment(black circles) and in a synchrotron (black curve).

High harmonic spectra from a semiconductor GaAs (011) produced in thetransmission setup with a 30-μm sample (red curve) and in the reflection
setup (brack curve with gray shading). In the case of the reflection setup,
spectral modification by nonlinear propagation is minimized, and themicroscopic process of high harmonic generation becomes evident.

研究テーマ Research Subjects
1. 高強度超短パルスレーザーの開発
Development of intense ultrashort-pulse lasers
2. アト秒物理学
Attosecond physics
3. 原子・分子・固体における超高速現象の観測と量子制御
Observation and control of ultrafast phenomena in atoms, molecules, and solids
4. 原子・分子・固体の超高速軟 X 線分光Soft-X-ray ultrafast spectroscopy of atoms, molecules, and solids

73
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kondo_group.html

近藤研究室

近藤

猛

KONDO, Takeshi

Kondo Group

准教授

Associate Professor

固体中の電子状態を逆空間で描くバンド構造は、物質の黒田

健太

KURODA, Kenta

助教

Research Associate

The momentum-resolved band structure provides fundamental information to understand the electronic propertiesof materials. The angle-resolved photoemission spectroscopy(ARPES) is a powerful technique to visualize the band structure by mapping the intensities of photoelectrons as a functionof angle and energy. With the spin-resolved technique, we
can also identify the spin-polarized character of the band. In
addition, the time-resolved ARPES realized with a pump-probe
technique can track the reordering process of electron systemfrom its nonequilibrium state. In our laboratory, we utilize thesevarious ARPES techniques and study the following phenomena:
nonconventional superconductors, heavy fermions, strongly
correlated systems, topological quantum phases, and quantum
well states. Furthermore, we develop a new ARPES machine
capable of achieving both the lowest measurement temperatureand the highest energy resolution in the world by innovating a
3
He cryostat and a laser source. The state-of-art equipment will
enable us to identify even a subtle electronic feature close to the
Fermi level, such as an energy gap and a mode-coupled dispersion, which is typically tied to exotic behaviors of conduction
electrons.

あらゆる電子物性を理解する上での基礎を与える。角度分
解光電子分光は、光を物質に照射して飛び出す光電子を角度及びエネルギーの関数としてイメージングすることでバンド構造を可視化する強力な実験手法である。この技術をベースとして、バンドが持つスピン構造をスピン分解によって選り分け、さらには、パルス光で瞬間的に非平衡状態へと乱された電子系が再び冷えて秩序化するダイナミクスをフェム
ト秒スケールで観測 ( 時間分解 ) することで、多彩な電子物
性がバンド構造を通して見えてくる。当研究室では、このよ
うな卓越した光電子分光技術を駆使して、非従来型の ( 高温 ) 超伝導体、遍歴と局在の狭間で織りなされる重い電子系や電子相関系物質、強いスピン軌道相互作用に起因して発現するトポロジカル量子相、及び固体表面や薄膜で制御する量子井戸構造などの電気磁気物性を、直接観察で得られるバンド構造を舞台に研究する。さらには、ヘリウム３ク
ライオスタットや極限レーザー光源を用いて、最低到達温度
及びエネルギー分解能で共に世界最高性能となる角度分解
光電子分光装置を開発し、フェルミ準位極近傍で生じる微細な電子構造 ( エネルギーギャップや素励起カップリング構造 ) を解明する。

(a) 銅酸化物高温超伝導体 Bi2Sr2CuO6+d の結晶構造。(b) 光電
子アナライザー。(c) 角度分解光電子分光実験の模式図。(d) バ
ンド分散のスナップショット。(e) バンド構造の全体図。(f) フェ
ルミ面周りで描く超伝導と擬ギャップの競合関係。(g) 超伝導転移温度 (Tc) より高温 ( 黒線 ) と低温 ( 赤線 ) で測定したフェルミ
面周りのスペクトル。(h) (g) で示すスペクトルの Tc 上下での差分。超伝導成分が赤で塗られており、(f) で模式的に示す赤の領域と対応する。

(a) Crystal structure of Bi2Sr2CuO6+d high-Tc superconductor. (b) ARPES analyzer. (c) Diagram of ARPES experiment. (d) Snapshot of dispersion image. (e) Whole band
structure. (f) Competition between superconducting gap
and pseudogap. (g) Spectra around Fermi surface below(red) and above (black) superconducting transition temperature (Tc = 35 K). (h) Difference between the curves in(g). Coherent spectral weight is painted with a red color,which is corresponding to the red region represented in (f).

研究テーマ Research Subjects
1. 極限レーザーを励起光源とする超高分解能角度分解光電子分光装置の開発
Development of a laser-excited ARPES system with ultra-high energy resolution
2. 角度分解・スピン分解・時間分解光電子分光で見る超伝導やトポロジカル量子相Superconductivity and topological quantum phase investigated by angle-, spin-, and time-resolved photoemission spectroscopy
3. 放射光を利用した光電子分光で研究する強相関電子系物理
Strongly correlated physics studied by photoemission with synchrotron radiation

74
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/matsunaga_group.html

松永研究室

松永

隆佑

神田

夏輝

MATSUNAGA, Ryusuke KANDA, Natsuki

Matsunaga Group

准教授

Associate Professor

テラヘルツから中赤外・近赤外・可視域にわたるコヒーレ

助教Research Associate

We investigate light-matter interactions and light-induced
nonequilibrium phenomena in materials by utilizing terahertz
wave, mid- and near-infrared, and visible coherent light sources
based on ultrafast pulsed laser technology. Especially terahertz
spectroscopy can unveil low-energy responses of materials on
the order of millielectronvolts which include essential information for dynamical motions of electron, phonon, or spin degrees
of freedom in condensed matter physics. Recently-developed
intense terahertz pulse generation technique has also openeda new pathway toward optical control of materials by strong
resonant or off-resonant excitation. In addition to the development of terahertz generation and detection technique and novel
nonlinear spectroscopy scheme, we study cooperative behaviors in many-body systems like superconductivity or antiferromagnetism and giant nonlinearity in topological semimetals,
and seek hidden transient phases of matters in nonequilibrium
system to reveal the functionalities of materials.

ント光源を用いて、物質の光応答と光電場によって誘起される非平衡状態の性質を調べている。特にテラヘルツ周波数帯のフォトンエネルギーは数 meV 程度であり、物性物理において重要なフェルミ面近傍の電磁応答を調べることができる重要な実験手法となっている。さらに近年開発された極めて高い電場尖頭値を持つ高強度テラヘルツ波を駆使することで、余剰エネルギーを与えることなく低エネルギーの素励起を共鳴的に強く励起する、あるいは物質中の素励起よりもさらにエネルギーの低い光電場による非共鳴的励起によってコヒーレントな相互作用を調べることが可能である。テラヘルツ発生及び検出技術と非線形分光測定手法を開発するとともに、超伝導や反強磁性のような多体系の秩序に現れる集団励起や、トポロジカル半金属において巨大に現れる
非線形応答など、非平衡状態で現れる物質の新たな状態を調べ、その機能性を明らかにする。

高強度テラヘルツパルス発生および位相安定中赤外パルス発生に用いるフェムト秒
再生増幅パルスレーザーシステム

テラヘルツ電磁応答および Hall 伝導測定に用いる透過・反射・偏光回転精密計測システム

Regenerative-amplified femtosecond pulse laser system for intense terahertz
wave generation and phase-locked mid-infrared light generation

Transmission, reflection, and polarization rotation spectroscopy system forterahertz electromagnetic response and Hall conductivity measurements

研究テーマ Research Subjects
1. 高強度位相安定テラヘルツ - 中赤外パルス光源開発及び検出技術開発
Development of intense, phase-locked terahertz-mid infrared pulse generation and detection technique
2. 光電場で強励起された非平衡多体系の超高速ダイナミクスの研究
Ultrafast nonequilibrium dynamics of many-body systems in solids driven by strong light field
3. 超伝導や反強磁性における集団励起及び異常応答の解明と光制御
Study and control of collective excitations and anomalous responses in superconductivity and antiferromagnetism
4. ディラック / ワイル半金属における巨大非線形応答と高速エレクトロニクス / スピントロニクス
Giant nonlinear responses in Dirac/Weyl semimetals for high-speed electronics and spintronics

75
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極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/okazaki_group.html

岡﨑研究室

岡﨑

浩三

OKAZAKI, Kozo

Okazaki Group

准教授

Associate Professor

角度分解光電子分光は物質中の電子の運動量とエネル

鈴木剛

SUZUKI, Takeshi

助教

Research Associate

Angle-resolved photoemission spectroscopy is a very powerfulexperimental technique that can directly observe a dispersion
relation between momentum and energy (band structure) of theelectrons in solid-state materials, whereas by utilizing a femtosecond laser as pumping light and its high harmonic generation (HHG) as probing light, we can observe ultrafast transient
properties of the band structure in a non-equilibrium state. In
our group, we are developing and improving a time-resolved
photoemission apparatus that utilizes high harmonic generationof an ultrashort-pulse laser in collaboration with laser development groups, and aiming for understanding the mechanismsof electron relaxation dynamics from photo-excited states anddemonstration of photo-induced superconductivity by direct
observations of transient electronic states using pump-probe
type time-resolved photoemission spectroscopy (TRPES). In
addition, we are aiming for understanding the mechanisms of
unconventional superconductivity by direct observations of
the electronic structures and superconducting-gap structuresof unconventional superconductors with a laser-based angleresolved photoemission apparatus with a world-record performance that achieves a maximum energy resolution of 70 μeV
and lowest cooling temperature of 1 K.

ギーの分散関係 ( バンド構造 ) を直接観測できる強力な実験手法であるが、フェムト秒レーザーをポンプ光、その高次高調波をプローブ光として用いることで、非平衡状態におけるバンド構造の超高速過渡特性も観測できるようになる。
本研究室では、レーザー開発の研究室と共同で超短パルス
高次高調波レーザーを用いた時間分解光電子分光装置の開発・改良を進め、ポンプ・プローブ時間分解光電子分光によって、光励起状態からの電子の緩和過程の直接観測、
光誘起相転移に伴う電子状態の変化の直接観測等を行い、励起状態からの電子の緩和機構の解明や光誘起超伝導の直接観測による実証を目指している。また、エネルギー分
解能 70 μeV、最低測定温度 1 K という世界最高性能を有するレーザー角度分解光電子分光装置を用いて、非従来型超伝導体の電子構造、超伝導ギャップ構造を直接観測することで非従来型超伝導の機構解明を目指している。

高次高調波レーザーを用いた時間分解光電子分光装置の概略図

高次高調波レーザー時間分解光電子分光で観測された励起子絶縁体 Ta2NiSe5 における光誘起絶縁体 - 金属転移 a, b はそれぞれ、光励起前、光励起後のスペクトル

Schematic diagram of a time-resolved photoemission apparatus utilizing afemtosecond laser and its high harmonic generation.

Photo-induced insulator-to-metal transition in an excitonic insulator
Ta2NiSe5 observed by HHG laser TRPES. a, b. Spectra before and after
pump, respectively.

研究テーマ Research Subjects

1. 高次高調波レーザーを用いた時間分解光電子分光装置の開発
Development of a time-resolved photoemission apparatus utilizing high harmonic generation from a ultrashort-pulse laser
2. 光励起状態からの物質中の電子の緩和機構の解明、光誘起超伝導の直接観測
Mechanisms of electron relaxation from photo-excited states and light-induced superconductivity
3. 極低温超高分解能レーザー角度分解光電子分光による非従来型超伝導体の機構解明
Mechanisms of unconventional superconductivities by ultralow temperature and ultrahigh resolution laser-based angleresolved photoemission spectroscopy

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Laser and Synchrotron Research Center
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/kimura_group.html

木村研究室

木村

隆志

KIMURA, Takashi

Kimura Group

准教授

Associate Professor

X 線自由電子レーザーや放射光、高次高調波といった先

A primary focus of the research in this group is to connect
mesoscopic microstructure and physical properties of matterswith unprecedentedly fine spatial and temporal resolutions,using advanced X-ray sources and novel X-ray optics. For thispurpose, our group works on developing new microscopic
imaging technologies using advanced X-ray sources: X-ray
free-electron lasers, synchrotron radiation, and high-orderharmonics of ultrashort infrared laser pulses.
We also design and fabricate novel X-ray optics by utilizing
ultra-precision fabrication and measurement techniques andsemiconductor manufacturing processes such as electron beamlithography. Furthermore, the laboratory is developing new
fundamental technologies for the next-generation synchrotron
radiation facilities.

端 X 線光源を利用した、新たな顕微イメージング技術の開発に取り組んでいる。
原子レベルに迫る超精密加工・計測技術や電子ビームリソ
グラフィなどの半導体製造プロセスを組み合わせ、様々な種類の新規 X 線光学素子を設計・作製している。具体的には、
X 線用の超高精度集光ミラーや分光光学素子、溶液中試料計測のためのマイクロ流路デバイスのほか、計算機を利用したレンズレスイメージングのための位相回復アルゴリズムの開発などである。先端 X 線光源と超精密 X 線光学素子
を組み合わせたイメージングによって、生物・非生物を問わず、メゾスコピックな微細構造と物性の関係を従来にない空間
的・時間的分解能で結びつけ、新たなサイエンスを切り拓くことを目指している。また、現在計画されている次世代の放射光施設での利用を見据えた基盤技術開発にも取り組む計画である。

軟 X 線のナノ集光に利用するウォルターミラー光学系。

Wolter mirror optics for soft X-ray nano focusing.
X 線自由電子レーザー施設 SACLA に設置された高分解能コヒーレント回折イメージング装置。多層膜集光ミラーで集光された高強度 X 線パルスにより、最高で 2 nm 分解能でのイメージングが可能となっている。

High-resolution coherent diffraction imaging system at
SACLA, X-ray free electron laser facility. High-photondensity femtosecond pulses focused by multi-layered mirrors enable imaging at a resolution of up to 2 nm.

研究テーマ Research Subjects
1. 超精密加工・計測法を活用した高精度 X 線光学素子の開発
Development of high-precision X-ray optical devices using ultra-precision fabrication and measurement techniques
2. X 線自由電子レーザーによる液中試料フェムト秒イメージング
Femtosecond imaging of samples in liquids using X-ray free-electron lasers
3. 位相回復計算を利用したレンズレスイメージング
Lens-less Imaging Using Phase Recovery Calculation

77
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

極限コヒーレント光科学研究センター
軌道放射物性研究施設 / 播磨分室
Synchrotron Radiation Laboratory / Harima Branchhttps://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/sor/index.html

教授（施設長） 原田
教授（副施設長） 小森
准

教

授

准

教

授

准

教

授

助

教

助

教

助

教

技術専門員
技術専門職員
技術専門職員

松田
近藤
木村
宮脇
黒田
堀尾

慈久

Professor(Director) : HARADA, Yoshihisa

学術支援職員Professor(Deputy Director):KOMORI, Fumio

学術支援職員

Associate Professor : MATSUDA, Iwao

学術支援職員

Associate Professor : KONDO, Takeshi

特任研究員

Associate Professor : KIMURA, Takashi

特任研究員

Research Associate : MIYAWAKI, Jun

特任研究員

Research Associate : KURODA, Kenta

特任研究員

眞史

Research Associate : HORIO, Masafumi

特任研究員

孝

Technical Associate : SHIBUYA, Takashi

特任研究員

Technical Associate : KUDO, Hirofumi

特任研究員

文夫
巌
猛

隆志
淳

健太

原沢 あゆみ Technical Associate : HARASAWA, Ayumi
澁谷
工藤

博文

特任研究員

軌道放射物性研究施設（SOR 施設）は高輝度放射光を福島昭子

荒木 実穂子
小瀬川 友香
赤田

圭史

大平

猛

Technical Associate : FUKUSHIMA, Akiko
Technical Associate : ARAKI, Mihoko
Technical Associate : KOSEGAWA, Yuka
Project Researcher : AKADA, Keishi

エル ムサウイ スリマン Project Researcher : EL Moussaoui, Souliman
尾嶋

正治

北方

倉橋

恵美

張

直也

山添

文雄

康介

Project Researcher : OHDAIRA, Takeshi
Project Researcher : OSHIMA, Masaharu

Project Researcher : KITAKATA, Emi
Project Researcher : KURAHASHI, Naoya
Project Researcher : ZHANG, Wenxiong
Project Researcher : YAMAZOE, Kosuke

The synchrotron radiation laboratory(SRL) is promoting
advanced spectroscopy using synchrotron radiation in soft X-ray
and vacuum ultraviolet region. SRL operates a branch laboratory
at SPring-8 to maintain the high-brilliance soft X-ray beamline
BL07LSU of the University of Tokyo, where time-resolved soft
X-ray spectroscopy, ambient pressure X-ray photoemission
spectroscopy, high-resolution soft X-ray emission spectroscopy,
3D (depth + 2D microscopy) nanoESCA, X-ray magneto-opticaleffect, and soft X-ray diffraction are utilized to study electronic
states and dynamics in new materials. SRL developed the fastpolarization switching of the undulator light source in cooperation with SPring-8. In the building E at Kashiwa campus, SRL
developed the ultra-high resolution spin-resolved photoemission spectroscopy using vacuum ultraviolet and soft X-ray lasers
in collaboration with laser light source scientists in ISSP.

利用した先端的物性研究や新しい実験技術の開発・研究を共同で行っている。SPring-8 に設置された播磨分室では、
同放射光施設に世界最高性能の高速偏光スイッチング軟Ｘ線アンジュレータビ−ムライン（東京大学放射光アウトステー
ション物質科学ビームライン BL07LSU）を整備し、高輝度
軟Ｘ線放射光を利用する最先端の物性科学研究を推進している。播磨分室スタッフは、先端軟 X 線分光技術の開発と新物質・新材料の電子状態研究を行うために、時間分解軟
Ｘ線分光実験ステーション、雰囲気光電子分光ステーショ
ン、高分解能軟 X 線発光分光ステーション、3 次元ナノエ
スカステーション、軟 X 線磁気光学カー効果ステーション、
軟 X 線回折ステーションを立ち上げ、全国共同利用だけでなく、海外からの共同利用も受け付けている。一方、柏の E棟においては、レーザーグループとの共同研究の基に、真空紫外・軟 X 線レーザー光源を用いた超高分解能スピン偏極光電子分光装置を建設し、全国共同利用に提供している。

E 棟における高効率スピン VLEED 検出器を備えたレーザー励起高分解能電子分光装置。

SPring-8 BL07LSU の 8 台の Figure-8 アンジュレーター。本挿入光源より連続
偏角可変型不等間隔刻線平面回折格子分光器を経て、各実験ステーションに高輝度
軟 X 線が供給される。

A laser-excited spin-resolved photoemission spectrometer with VLEED spin
detector, which enables us to measure spectra with very high energy andmomentum resolutions.

Figure-8 undulators installed in SPring-8, which provide high-brilliancesynchrotron radiation soft X-rays into the beamline BL07LSU.

78
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

共通施設
Supporting Facilities
物性研究所には研究活動を円滑に進めていくために、いくつかの共通施設が設けられている。低温実
験に不可欠な液体ヘリウムや液体窒素を製造・供給する低温液化室、様々な機械工作を行う工作室、
X 線装置や放射性試料の管理を行う放射線管理室、本や雑誌を多数取り揃え、科学文献や情報の供覧・管理を行う図書室、研究上頻繁に必要となる実験用の消耗品や文具類を多数取り揃えたストックルーム、物性研究所に在籍する外国人研究者に関する様々な業務を助ける国際交流室、ネットワー
ク関連の管理運用やサポートを行う情報技術室、物We have various facilities to support research activities in ISSP; specifically, cryogenic service laboratory for supplying liquid helium and liquid nitrogen,machine shop for various machining, radiation safety
laboratory for the safety in experiments that utilize
X-ray, γ-ray and radioactive materials, library, stock
Room, international liaison office for supporting
foreign researchers, information technology officefor handling and supporting network related matters,
public relations office, and counseling services. In
each facility, several staff members are working under
the supervision of the corresponding committee.

性研究所における様々な情報の発信を担当する広報室、学生・教職員からの相談を受け付ける学生・教職員相談室などである。これらの共通室の運営は、それぞれ対応する委員会の委員長が責任者となり、担当の職員により実際の業務が行われる。
低温液化室

Cryogenic Service
Laboratory

低温委員長
Chairperson

山下穣

YAMASHIYA, Minoru

技術専門職員

土屋

光

技術職員

野村

未来

技術専門職員

鷺山

玲子

学術支援職員

田中祐介

研究支援推進員

村貫

静二

学術支援職員

高木

明子

技術補佐員

岡部

清信

技術専門員

野澤

清和
一博

事務補佐員

久保嶋

Technical Associate TSUCHIYA, Hikaru

Technical Associate NOMURA, Miku

Technical Associate SAGIYAMA, Reiko

工作室

Machine Shop

工作委員長
Chairperson

金道浩一

KINDO, Koichi

Technical Associate TANAKA, Yusuke
Technical Associate TAKAGI, Akiko

放射線管理室

放射線管理委員長 廣井Chairperson

HIROI, Zenji

図書室

図書委員長

長谷川 幸雄Radiation Safety
Laboratory

Library

Chairperson

善二

Technical Staff

Technical Staff

MURANUKI, Seiji

OKABE, Kiyonobu

Technical Associate NOZAWA, Kiyokazu

HASEGAWA, Yukio

係長( 柏地区図書課
研究情報係所属 )坂牧主任( 柏地区図書課
研究情報係所属 )中曽根

Administrative Staff SAKAMAKI, Kazuhiro

智子

Administrative Staff KUBOSHIMA, Tomoko

恵美

Administrative Staff NAKASONE, Emi

ストックルーム

管理委員長

井上

圭一

予算・決算係

国際交流室

国際交流室長小森

文夫

学術支援職員

石口

祐子

事務補佐員

山内

敦子

技術専門職員矢田裕行

技術専門職員福田毅哉

Stock RoomInternational Liason
OfficeChairperson

Chairperson

INOUE, Keiichi

Administrative Staff(Finance and Accounting Section)

KOMORI, Fumio

Administrative Staff ISHIGUCHI, Yuko

橋口

文乃

学術支援専門職員 荒木

繁行

事務補佐員

Administrative Staff HASHIGUCHI, Ayano

Administrative Staff YAMAUCHI, Atsuko

情報技術室

Information
Technology Office

担当所員

Chairperson

川島直輝

KAWASHIMA, Naoki

Technical Associate YATA, Hiroyuki

Technical Associate ARAKI, Shigeyuki

Technical Associate FUKUDA, Takaki

広報室

秋山

英文

学術支援職員餅田円

総務係

高度学術専門職員* 鈴木

博之

技術補佐員

石塚

みづゑ

共同利用係

広報委員長

Public Relations Office Chairperson

Contact Person

AKIYAMA, Hidefumi

SUZUKI, Hiroyuki

Technical Associate MOCHIDA, Madoka
Technical Staff

ISHIZUKA, Mizue

Administrative Staff(General Affairs Section)
Administrative Staff(Joint Research Section)* リサーチ・アドミニストレーター推進室と兼務。 / concurrent with Office for Advancement of Research Administrators

学生・教職員相談室 相談室長
Counseling Services

Chairperson

榊原俊郎

特任専門職員SAKAKIBARA, Toshiro Project Specialist

菱沼有美

HISHINUMA, Yumi

79
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

共通施設
低温液化室
Cryogenic Service Laboratory
山下

低温委員長

土屋

技術専門職員鷺山

技術専門職員

野村

技 術 職 員

工作室
Machine Shop穣 Chairperson : YAMASHITA, Minoru

工作委員長

光 Technical Associate : TSUCHIYA, Hikaru

学術支援職員玲子 Technical Associate : SAGIYAMA, Reiko

学術支援職員金道田中
高木

研究支援推進員 村貫

未来 Technical Associate : NOMURA, Miku

技術補佐員

低温液化室は液体ヘリウムと液体窒素を供給し、あわせ

岡部

浩一
祐介
明子
静二
清信

Chairperson : KINDO, Koichi
Technical Associate : TANAKA, Yusuke
Technical Associate : TAKAGI, Akiko
Technical Staff : MURANUKI, Seiji
Technical Staff : OKABE, Kiyonobu

工作室は、研究上緊急を要する工作物の加工、研究用のて低温技術に関するサービスや柏キャンパス全体の高圧ガス

特色ある装置と部品の製作及びその改良、そして装置設計

ボンベの管理も行っている。液体ヘリウムは物性研究に必要の相談と助言を行っている。また、研究者自らが研究に必で、研究者や学生に供給される。蒸発したヘリウムガスは回収し、精製して再液化に利用する。2019 年度の液体ヘリウ

要な機械工作を行うための研究者工作室も設置されている。

ムの生産量と供給量はそれぞれ約 307,000 L、211,276 L

The machine shop consists of a metal shop and a researcher’smachine shop, which are equipped with various facilities fordesigning metal. They supply researchers required various
original devices and instruments.

である。液体窒素は外部より購入し、供給している。2019年度の液体窒素の使用量は 936,515 L となっている。
Cryogenic Service Laboratory (1) supplies liquid heliumand liquid nitrogen, (2) provides general services concerning
cryogenic techniques, and (3) manages high-pressure gas
cylinders used in Kashiwa Campus. The laboratory has its
own liquefiers to produce liquid helium for the researchers
and the students in Kashiwa Campus. The evaporated helium
gas is recovered and purified for recondensing. In the fiscal
year 2019, a total of 307,000 L liquid helium was produced, of
which 211,276 L was supplied to users. The recondensed liquid
helium is transferred from a 10,000 L storage vessel to various
small storages by using a centrifugal immersion pump system.
Meanwhile, the laboratory purchases liquid nitrogen fromoutside manufacturers. In FY 2019, liquid nitrogen of 936,515 L
was supplied.

主要設備

機械工作室 ： 5 軸制御マシニングセンター、ＮＣ旋盤、操作フライス盤
研究者工作室：万能旋盤、精密小型旋盤、フライス盤、ボール盤
Main Facilities

Metal shop: Five-Axis Universal Machining Center,
Numerically Controlled Lathe,

Numerically Controlled Milling Machine

Researcher’s Machine Shop: Universal Lathes, Precision Lathes,Milling Machines

主要設備
Main Facilities
ヘリウム液化装置Ⅰ（リンデ） Helium liquefier systemⅠ (Linde)

200 L/hr

液体ヘリウム貯槽

Liquid helium storage vessel

10,000 L

回収用ヘリウムガス圧縮機

Helium gas recovery compressor

190 m3/hr

ヘリウム液化装置Ⅱ（リンデ） Helium liquefier system Ⅱ (Linde)
液体窒素貯槽

液体ヘリウム容器

遠心式ヘリウム汲上ポンプ

Liquid nitrogen storage tanks
Liquid helium dewars

233 L/hr

20,000 L

500 L, 250 L, 100 L etc.

Centrifugal liquid helium pump system 20 L/min

ヘリウム液化機、貯槽及び遠心汲み上げポンプ

工作室

Helium liquefier, storage, and transfer system

Machine shop

80
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

Supporting Facilities
放射線管理室Radiation Safety Laboratory
放射線管理委員長 廣井
技 術 専 門 員 野澤

（放射線取扱主任者）

図書室
Library

善二 Chairperson : HIROI, Zenji

図 書 委 員 長 長谷川 幸雄 Chairperson : HASEGAWA, Yukio

清和 Technical Associate : NOZAWA, Kiyokazu

長 坂牧

係

(Radiation Protection Supervisor)

一博 Administrative Staff : SAKAMAKI, Kazuhiro

任 中曽根 恵美 Administrative Staff : NAKASONE, Emi

主事 務 補 佐 員 久保嶋 智子 Administrative Staff : KUBOSHIMA, Tomoko

放射線管理室は、物性研究所における放射性物質（Ｕ等物性研究所図書室は研究所設立の目的に沿い、所内研究

核燃料物質を含む）や放射線発生装置（Ｘ線装置を含む）

者の研究や大学院生の教育とともに全国の共同利用研究者のの取扱において、放射線取扱者の放射線障害を防止し、安ために、物性科学を中心に資料を収集して利用に供している。

全を確保することを目的として設置されている。そのため、所蔵資料はインターネットで検索でき、所内では東京大

放射線取扱に関わる全所的な放射線管理業務として、放射学内で公開されている電子ジャーナルやデータベースを利用性物質や放射線発生装置の新規使用、変更及び廃止に伴できる。また未所蔵資料については図書館間相互利用によう法律手続き、監督官庁に提出する放射線管理報告書等のる文献複写、現物貸借のサービスを行っている。

作成、放射線管理区域の線量測定、Ｘ線装置等の定期検

The ISSP Library collects books and journals of materials
science and related topics, and it provides various services forresearchers of joint-use and joint-research as well as inside the
ISSP. The online catalogue of its collection is available on theInternet for search. Users can access many electronic journals anddatabases subscribed by the University of Tokyo. The Library also
arranges an inter-library loan for documents not in its possession.

査の実施及び放射線取扱者の被ばく線量や特別健康診断の記録、放射線取扱者の教育訓練等を行っている。また、
当室には、Ｕ、Th などの非密封核燃料物質や 22Na 密封
線源を用いた研究などができる実験室や各種放射線（Ｘ線を含む）検出器を備えている。
The aims of this laboratory are to protect researchers from
irradiation due to radioactive sources, X-rays, γ-rays and so on
and to provide rooms for radiation experiments and radiochemical operations by use of unsealed U, Th and sealed 22Na source.
Various types of survey-meters are provided.

概要
面積

蔵書数

：783m2：66,904 冊（令和元年度末現在）（洋書 59,392 冊、和書 7,512 冊、製本雑誌を含む）

雑誌種類数：733 種（洋雑誌 635 種、和雑誌 98 種）
開室時間 ：平日 9:30-17:00（時間外利用

主要設備

座席数

化学実験室（非密封核燃料物質を解放で扱える物性研究所唯一の実験室）、

6:00-9:30, 17:00-24:00）：24 席（内 8 席は LAN ケーブル、電源コンセント設置）

ホームページ：https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/tosyo/

ポジトロン実験室（22Na 密封線源を用いた低速ポジトロンビームによるOutline

実験が行える）、熱蛍光線量計、Ge 半導体検出器、α線検出器、液体シン

Area：783㎡

チレーションカウンター、各種サーベイメーター等、汚染検査室（ハンドLibrary holdings：66,904 volumes（as of March, 2020）

フットクロスモニターによる汚染の確認）（Foreign books 59,392, Japanese books :7,512. Including bound journals）

Main Facilities

Journal collection：733 titles（Foreign journals : 635, Japanese journals : 98）

The rooms for radiation experiments and radiochemical operations

Staffed hours: Weekdays 9:30–17:00 (Overtime use: 6:00–9:30 & 17:00–24:00)(unsealed U, Th and sealed 22Na source), various types of survey-

Seating capacity：24 seats（including 8 seats equipped with LAN

meters, and, 7ch hand-foot-clothing monitor.

port and power socket）

Website：https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/tosyo/

ハンドフットクロスモニター

図書室

The 7ch hand-foot-clothing monitor

Library81
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

共通施設
ストックルーム
Stock Room
管理委員長
予算・決算係

井上

圭一

国際交流室
International Liaison Office

Chairperson : INOUE, Keiichi

国際交流室長Administrative Staff(Finance and Accounting Section)

学術支援職員
事務補佐員
事務補佐員

小森

文夫 Chairperson : KOMORI, Fumio

山内

敦子 Administrative Staff : YAMAUCHI, Atsuko

石口
橋口祐子 Administrative Staff : ISHIGUCHI, Yuko

文乃 Administrative Staff : HASHIGUCHI, Ayano

国際交流室は、物性研究所の国際交流・国際化推進にストックルームは、回路部品、真空部品など実験に共通し向けた支援業務を行っている。主な業務としては、国際交て必要とされる消耗品、その他文房具などの共通物品をそ流委員会のもとでの外国人客員所員制度をはじめとする物

ろえている。研究者の便宜を図るため、タブレットを用いた性研究所の国際連携制度の運営支援、国際ワークショップ

購入品目のデータ入力が可能な、自動払い出しシステムを用の運営補佐、広報英文化をはじめとする英文での情報発信、

いて 24 時間オープンしており、必要な物品を迅速かつ安外国人研究員・訪問者の来日・滞在支援などがあげられる。

価に入手することができる。使用頻度は高いが、一般市場

また、こうした支援業務を円滑に進めるため、国際化教育

で入手が容易でない物品や、一括購入によりコストダウンで支援室柏支部および柏キャンパス内の国際的部署と連携をきる物品も在庫の対象である。

図っている。

The stock room supplies stationery and parts that arecommonly used in research and experiments at low cost. The
stock room is open 24 hours a day with an automatic dispensing
system that allows data entry of purchased items on a tablet,making it possible for users to get the items they need quickly
and inexpensively.

The mission of the International Liaison Office (ILO) isto help promote the international collaborative research by
ISSP members and to contribute to the internationalization of
the Institute. Toward this end, ILO assists in operating ISSP
International Collaboration Programs, including the visiting
professorship program, and administrating ISSP international
workshops. The Office also translates the content of ISSP website
and supports international visitors and new employees in theirvisits and stays in Japan. For smooth and effective implementation of these activities, ILO also works closely with the Kashiwa
International Office and other related sections on the Kashiwa
campus.

ストックルーム

国際交流室

Stock RoomInternational Liaison Office82
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

Supporting Facilities
情報技術室
Information Technology Office
担 当 所 員
技 術専門職員
技 術専門職員
学術支援専門職員

川島
矢田
福田
荒木

広報室
Public Relations Office

直輝 Chairperson : KAWASHIMA, Naoki

広報委員長

裕行 Technical Associate : YATA, Hiroyuki

高度学術専門職員

毅哉 Technical Associate : FUKUDA, Takaki

学術支援職員繁行 Technical Associate : ARAKI, Shigeyuki

技術補佐員
総

務

秋山
鈴木
餅田

英文
博之
円

Chairperson : AKIYAMA, Hidefumi
Contact Person : SUZUKI, Hiroyuki
Technical Associate : MOCHIDA, Madoka

石塚 みづゑ Technical Staff : ISHIZUKA, Mizue

係

Administrative Staff (General Affairs Section)

共同利用係

Administrative Staff (Joint Research Section)

広報室は、物性研究所の研究成果やアクティビティを広く

情報技術室では、物性研究所 LAN および WWW サー

一般に情報発信する業務を行っている。物性研公式ホーム

バ ( 物性研ホームページ https://www.issp.u-tokyo.ac.jp)

ページ、SNS の運用、機関誌「物性研だより」や要覧など

他の各種サーバの管理運用を行い、大学院生を含めた所の出版物による情報発信とアーカイブ機能を構築するととも

内 に提供している。物性研ネットワークでは東京大学キャンに、新聞社、テレビ、出版社などメディアへの情報提供を行っ

パ スネットワーク (UTnet) を通したインターネットへの安全ている。

な接続のため、ファイアウォールや VPN の設置、ウイルス

また、次世代の科学の担い手となる小中高生や一般市民を対策ソフトウエアの所内への配布などのセキュリティ対策を対象に、イベントや出張授業、一般講演会などを企画し、地行っている。また、所内でのコンピュータおよびネットワー
ク関係の Q&A、テレビ会議システムなどの機器の管理と利域の教育関係機関と連携してアウトリーチ活動を行っている。

用促進なども行っている。

The Public Relations Office manages and facilitates disseminating research achievements and activities of the Institutefor Solid State Physics widely to the general public. The officeadvances information and communications through a varietyof channels including ISSP official homepage, SNS, bulletin“BUSSEIKEN DAYORI”, handbooks and by building the digitalarchive function, as well as providing information to media suchas newspapers, TVs, and publishing companies.
Another important aspect of our activities is outreach. In
cooperation with local educational organizations, the officeplans and offers various events and lectures for the generalpublic and students from elementary to high school responsible
for the next generation.

Information Technology Office operates the local area
network in ISSP, and WWW servers for the ISSP home page(https://www.issp.u-tokyo.ac.jp), and other servers, to support
all the users in ISSP. It takes severe measures of network securityof the ISSP, which is connected to the internet via UTnet (thecampus network of the University of Tokyo) with VPN(Virtual
Private Network). We, for example, monitor electronic traffics
for virus infection and distribute anti- virus software to in-houseusers.

夏休み科学教室
（左上）
、出張
授業
（右上）
、
一般講演会（下）Science program at juniorand senior high school
stu d e nt s ( upp e r l e f t ) ,science class in schools(upper right), and public
lectures (lower).

物性研ネットワークの基幹 L3 スイッチ

L3 switch: Core network switch of ISSP

83
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

共通施設

Supporting Facilities

学生・教職員相談室
Counseling Services
相 談 室 長
特任専門職員

（相談員）

榊原
菱沼

俊郎 Chairperson : SAKAKIBARA, Toshiro

有美 Project Specialist : HISHINUMA, Yumi
(Counselor)

学生・教職員相談室では、個々の相談に応じてさまざまな対応を行い、解決策を探る手伝いを行っている。
業務内容
•

•
•
•
•

カウンセリング：個人的な問題、研究・修学上の問題、研究室での人間関係、教員との関係、将来の進路など、様々な問題に関する悩
み相談

コンサルテーション：心理的問題を抱える友人に関する相談や、学生との関わり方に関する教職員からの相談

危機対応：組織や構成員の安全を確保するために、関係教職員などとの連携・協働

研究室環境やハラスメントに関する相談対応

柏キャンパス内の｢学生相談所｣「ハラスメント相談所」｢コミュニケー

ションサポートルーム｣「保健センター」などの相談機関への連携・
紹介

Counseling Services provide a broad array of counseling andreferral services to students, faculty, and staff.
Job descripton
•

•

•
•
•

Counseling services: Provide support to clients who are

affected by personal, research/academic, career development,
lab-related, or any other issues or problems.

Consultation services: Provide support to key individuals(e.g., professor, friends, etc.) who are directly involved in the

person experiencing psychological difficulties.

Crisis services: Collaborate and cooperate with related faculty
and staff members to keep the individual/organization safe.

Harassment response: Address complaints or grievances onlaboratory culture/environment, harassments, etc.

Referrals: Collaborate with and refer to other resourceson Kashiwa Campus, including Student Counseling Center,

Harassment Counseling Center, Communication Support
Room, and Health Service Center.

相談室風景

Counseling Services

84
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

航空写真

85
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

Aerial Photo物性研究所
The Institute for Solid State Physics
A棟
B棟
C棟
D棟
E棟
K棟

本館
/ Main Building
低温・多重極限実験棟/ Cryogenic/Multiple Extreme Conditions Laboratory
ショートパルス強磁場実験棟 / Short Pulse Magnet Laboratory
先端分光実験棟/ Advanced Spectroscopy Laboratory
極限光科学実験棟/ Laser and Synchrotron Research Laboratory
ロングパルス強磁場実験棟 / Long Pulse Magnet Laboratory⑬ 国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構
Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the
Universe, Todai Institutes for Advanced Study

生産技術研究所 / Institute of Industrial Science① 研究実験棟Ⅱ / Research and Testing Complex Ⅱ② 研究実験棟Ⅰ / Research and Testing Complex Ⅰ③ テンセグリティ構造モデルスペース / Tensegrity Space⑭ 宇宙線研究所 / Institute for Cosmic Ray Research⑮ 総合研究棟 / Kashiwa Research Complex⑯ 第２総合研究棟 / Kashiwa Research Complex2⑰ 共同利用棟 / Joint Research Building
柏キャンパス共用施設 / Supporting Facilities⑪ 環境安全研究センター柏支所/ Environmental Science Center, Kashiwa Branch⑲ 共同利用研究員宿泊施設 / Kashiwa Guest House⑳ 柏図書館 / Kashiwa Library㉑ 柏保健センター / Kashiwa Health Services Center㉒ 食堂 / Restaurant㉓ 売店 / Shop
㉔ 守衛所 / Gate House
㉖ 産学官民連携棟 / Kashiwa2 Cooperation Hub

大気海洋研究所 / Atmosphere and Ocean Research Institute④ 大気海洋観測機器棟 / Ocean Observation Warehouse⑤ 加速器実験棟 / Laboratory for Accelerator Mass Spectrometry⑥ 本館 / Main Building

新領域創成科学研究科 / Graduate School of Frontier Sciences⑦ 環境棟 / Environmental Studies⑧ 生命棟 / Biosciences⑨ 屋外メダカ飼育場 / Outdoor Medaka Keeping Farm
⑩ 基盤科学実験棟 / Transdisciplinary Sciences Laboratory⑫ 基盤棟 / Transdisciplinary Sciences⑱ 情報生命科学実験棟 / Computational Biology Laboratory㉕ 生涯スポーツ健康科学研究センター / Resarch Center for
Total Life Health and Sports Sciences

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020

■東京大学物性研究所

The Institute for Solid State Physics,
The University of Tokyo〒 277-8581 千葉県柏市柏の葉 5-1-5
5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba 277-8581
TEL：（04）7136-3207
https：//www.issp.u-tokyo.ac.jp/

交通案内●柏の葉キャンパス駅西口（つくばエクスプレス線）より■徒歩 約 25 分
■東武バス利用 約１０分
[西柏 03] 流山おおたかの森駅東口行、東大西行→「東大前」下車[西柏 04・西柏 10] 江戸川台駅東口行→「東大前」下車●柏駅西口（JR 常磐線、東京メトロ千代田線）より■東武バス利用 約２５分
[西柏 01] 国立がん研究センター行 ( 県民プラザ経由）→「東大前」下車[柏 44] 国立がん研究センター行 ( 税関研修所経由）→「国立がん研究センター」下車●常磐自動車道柏 I.C. から車で約 5 分…………………………………………………………………………………………
■附属極限コヒーレント光科学研究センター
軌道放射物性研究施設播磨分室（SPring-8 内）
Harima Branch of Synchrotron Radiation Laboratory,
Laser and Synchrotron Research Center〒 679-5198 兵庫県佐用郡佐用町光都 1-1-1
1-1-1 Kouto, Sayo-cho, Sayo-gun, Hyogo 679-5198
TEL：(0791) 58-0802 ext.4111■附属中性子科学研究施設

Neutron Science Laboratory〒 319-1106 茨城県那珂郡東海村白方 106-1
106-1 Shirakata, Tokai, Ibaraki 319-1106
TEL：（029）287-8900

東京大学物性研究所要覧
2020 年 11 月
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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2020