2018

2018

ご挨拶
		 Director’s Message
4 沿革
History
6 年表
		Chronology
8 組織・運営
		Organization/Administration
10 共同利用と国際協力
		 Joint Research and International Collaboration
12 教育・論文
		Education/Publications
13 予算・職員
		 Budget/Staff Members
2

研究部門・Research Divisions

14 凝縮系物性研究部門
		 Division of Condensed Matter Science
21 物性理論研究部門
		 Division of Condensed Matter Theory
24 ナノスケール物性研究部門
		 Division of Nanoscale Science
31 機能物性研究グループ
		 Functional Materials Group36 量子物質研究グループ
		 Quantum Materials Group
附属研究施設・Research Facilities

41 物質設計評価施設
		 Materials Design and Characterization Laboratory
54 中性子科学研究施設
		 Neutron Science Laboratory
58 国際超強磁場科学研究施設
		 International MegaGauss Science Laboratory
64 計算物質科学研究センター
		 Center of Computational Materials Science
66 極限コヒーレント光科学研究センター
		 Laser and Synchrotron Research Center76			

軌道放射物性研究施設
Synchrotron Radiation Laboratory

77 共通施設
		 Supporting Facilities
82 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 61 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化を経て、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 23 年（第 III 期：1996- 現在）では、物質・物性科学は、（１）概念軸 (Design)、（２）物質軸 (Synthesis)（３）研究手法軸 (Characterization)の３つの軸が DSC 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 DSC 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、2017
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 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。
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。
2018 年 9 月
物性研究所長2
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

森

初果

The Institute for Solid State Physics (ISSP) was established in1957 as a joint-use 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-use/joint-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 use and joint research. The third era for ISSP (Phase III: 1996 - present) bought a move to the Kashiwa
campus in 2000 and gave ISSP a chance to expand and to develop new research activities, aimed at pursuing new
frontiers and becoming an international center of excellence in condensed matter physics and materials science.
The condensed matter physics and materials science studies have three axes: (1) a conceptual axis (Design), (2)a materials axis (Synthesis), and (3) an investigation method axis (Characterization). These three axes interact inwhat we call a DSC cycle to promote a positive 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 laps work together to maintain the DSC cycle.
In 2017, 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 to challenge the interdisciplinarysciences in these transverse groups.
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, 2018
Hatsumi MORI

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物性研究所は、「物性物理学」の研究推進のため、昭和成するなど、伝統的な固体物理学の枠組みをこえる研究を展

32 年 4 月 1 日に、全国物性研究者の要望と日本学術会議開し、それを発信する国際共同利用研究所としての活動を志の勧告および、文部省と科学技術庁の合意に基づき、東京向することにある。この研究体制は、新物質科学、物性理論、

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

先端領域、極限環境、先端分光の 5 大研究部門と軌道放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射物性研究施設、中性子散乱研究施設、物質設計評価施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

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でほぼ達成された。

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。

のための重点 5 計画のうち、まず超低温物性は昭和 55 年

平成 12 年 3 月に、43 年間活動を展開した六本木キャン

度に、超強磁場・極限レーザー・表面物性が昭和 59 年度

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に設備計画を終え、軌道放射物性設備計画も昭和 61 年度転した。同時に移転した宇宙線研究所および、新設された大にその緒についた。研究計画の展開に伴い、組織上でも昭学院・新領域創成科学研究科と共に、従来の枠をこえた新和 55 年に改組が行われた。従来の固有 21 部門を、超強しい学問領域の推進を目指した。平成 15 年度 には日米科

磁場・極限レーザー・表面物性・超低温物性・超高圧を含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

む極限物性部門、軌道放射物性部門、中性子回折物性部門、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

凝縮系物性部門、理論部門の 5 大部門に改め第 2 世代にと改組された。平成 16 年に東京大学が法人化され、その中移行した。

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。

極限物性部門は、従来の実験装置では実現不可能な極

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

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変更した。平成 18 年に国際超強磁場科学研究施設、平成た。軌道放射物性部門は加速器を光源に、中性子回折物性

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

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

物性研究施設では、平成 9 年の SOR-RING 運転停止以降、の協力を得て研究を進めた。中性子回折物性部門では、日高エネルギー加速器研究機構内に設置したつくば分室（平本原子力研究所（現・日本原子力研究開発機構）の研究

成２６年廃止）や平成 21 年に大型放射光施設 SPring-8 内

用 3 号炉の改造に伴い、平成 2 年度から 4 年度までに線源に設置した播磨分室で活動を行っている。平成 24 年には、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

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究施設に拡充改組された。一方で、軌道放射物性研究施設

研究センターが発足した。平成 28 年の改組では、新物質

は東京大学田無キャンパス内に設置された SOR-RING を運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転し、また、高エネルギー物理学研究所（現・高エネルギー部門への再編と、従来の枠を超えた新しい学問領域の推進

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、理論部門と創設を行い、新たな一歩を踏み出している。

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

六本木キャンパス物性研究所研究棟（1963 年）

したり、また計算機物理学の支援の下に新物質を設計・合ISSP Main Building at Roppongi Campus（1963）

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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
in Extreme Conditions included groups in the areas ofultra-high magnetic field, laser physics, surface science,
ultra-low temperature and very high pressure. It aimed tocreate 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
beam lines in the Photon Factory at the High Energy
Accelerator Research Organization (KEK) in Tsukuba.
Besides activities using such big facilities, the Condensed
Matter Division and the Theory Division maintained small
groups motivated by individual interests and ideas. Amongthese groups was formed Materials Development Divisionin 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
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.

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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

誘電体 ･ 光物性部門､ 理工研から振替

1958

			

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

結晶第２･ 理論第１・固体核物性・界面物性部門増設

1960

			

			

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

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

昭和 40 年

非晶体部門を無機物性部門に名称変更

1965

			

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

固体物性部門（客員部門）増設（22 部門となる）

1972

			

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

昭和 50 年

軌道放射物性研究施設設置

1975

			

Foundation of Synchrotron Radiation Laboratory

昭和 54 年

超低温物性研究棟竣工

1979

			

Ultra-Low-Temperature Laboratory building completed

昭和 55 年

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）
、

1980

			

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

超強磁場 ･ 極限レーザー実験棟竣工

1982

			

Ultra-High Magnetic Field Laboratory and Laser Laboratory building completed

平成 元年

新物質開発部門（時限 10 年）が増設され､ 6 大部門となる

1989

			

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
6
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

平成 7 年

1995			
平成 8 年

1996

			

			
			
			
			

国際外部評価が実施される

Evaluation of scientific achievements of ISSP by an international external committee
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

			
			
平成 11 年

1999

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 the 		international review committee
柏キャンパスへの移転開始 (2000 年移転完了）

Relocation to Kashiwa campus started (completed in 2000)
平成 13 年

2001

外国人客員新設

			

Opening of foreign visiting professorship

平成 15 年

中性子散乱研究施設が中性子科学研究施設に改組

2003

			

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

東京大学が国立大学法人東京大学となる

2004

			

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

国際外部評価が実施される

2005

			

Evaluation of scientific achievements of ISSP by an international external committee

平成 18 年

国際超強磁場科学研究施設の新設

2006

			

Foundation of International MegaGauss Science Laboratory

平成 19 年

創立 50 周年記念事業

2007

			

Celebration of 50th anniversary

平成 22 年

共同利用・共同研究拠点として認可

2010

			

Authorization as a joint usage/research center

平成 23 年

計算物質科学研究センターの新設

2011

			

Foundation of Center of Computational Materials Science

平成 24 年

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

2012

			

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

日米協力事業（中性子散乱）の国際外部評価が実施される

2014

			
			
平成 27 年

2015			平成 28 年

2016

Evaluation of activities of the U.S.-Japan cooperative program on neutron scattering by the 		international review committee
国際外部評価が実施される

Evaluation of scientific achievements of ISSP by an international external committee
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

			
			

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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. The administrative decisions are made at thefaculty meeting chaired by the director and attended byprofessors and associate professors. The ISSP Advisory
Committee, consisting of nearly equal numbers ofmembers from and outside of the University of Tokyo torepresent the interest of the outside users, gives advice
on various aspects of administration upon inquiry of thedirector. The Advisory Committee for Joint Research,
consisting of both the in-house and outside members,
evaluates proposals for joint research, workshops, andallocation of fund for user activities. The Research
Strategy Office headed by the director promotes futureplans to reinforce research and management of ISSP.
Currently ISSP consists of three Research Divisions,
two Research Groups, five Research Facilities. Amongthese, Synchrotron Radiation Laboratory has a branchin 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 andFacilities, 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, andInformation Technology Office handles and supports
network-related matters.
Open faculty positions of professors, associate
professors and research associates at ISSP are advertised publicly. Candidates are selected by the Selection Committee consisting of nearly equal numbers of
in-house and outside members and then approved by the
Faculty Meeting. Some of the positions have finite terms
of appointment.

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。又、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。研究所の運営は、教授及び准教授から構成される所員会の議決を経て所長が行うが、同時に共同利用施設の運営については、東京大学の内外から ほぼ同数の委員により組織された物性研究所協議会が所長の諮問に応じて意見を述べ、外部研究者の要望を 伝達する機能を果たしている。更に物性研内外の委員よりなる共同利用施設専門委員会が設けられ、共同利用、施設利用、研究会などの実行計画を審議している。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 3 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も設置されている。
本研究所の教授、准教授、助教の人事はすべて公募
され、物性研内外ほぼ同数の委員よりなる人事選考協
議会 の議決を経て所員会で決定される。なお、一部の職には任期がついている。

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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
research proposals. In addition, ISSP provides opportunities for young scientists including graduate students
to research on exchange at ISSP. ISSP supports travel
and research expenses for visitors.
The supercomputer system of ISSP is used via
internet by domestic researchers.

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。

採択件数および採択人数（共同利用の一般・物質合成・中性子・
スーパーコンピュータおよび留学研究員と嘱託研究員の合計）
Number of subjects and researchers adopted to domestic joint research

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

の宿泊施設を利用することが出来る。
（シングル 28 室、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 subjectsof 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
Committee for Joint Research.

程度集中的な討議を行うための制度である。全国の物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。

※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
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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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、1981 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

●参加者数（外国人）

Topological Aspects in Correlated Electron Systems

2015･3･2670（8）ISSP-MPIPKS Joint Workshop, "Dynamics of Strongly Correlated Systems"

2015･3･30-31

89（11）New Perspectives in Spintronic and Mesoscopic Physics (NPSMP2015)

2015･6･1-19

229（54）

The 18th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations

2015･11･9-11

197（94）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･20-11･23

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

67（20）

Megagauss Magnetic Field Generation and Related Topics

2018･9･25-9･29

121（61）

Title

Date

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 2018

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 Course2015 年

2016 年2017 年

2018 年2015 年

2016 年2017 年

2018 年

物理学専攻 Physics

28

18

29

30

34

35

28

24

化学専攻 Chemistry

1

5

6

3

0

0

0

0

物理工学専攻 Appl. Phys.

7

9

8

9

8

4

3

3

物質系専攻 Advanced Materials

39

43

41

39

24

28

24

18

複雑理工学専攻 Complexity Sci. and Eng.
合

計

3

2

2

3

1

1

0

0

78

77

86

84

67

68

55

47

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。2017 年の学術文献 310 編の内訳は、学術論文 294、会議録 2、解説記事 11、本（または本の一部）
3 となっている。

About 300 scientific issues are published throughannual activity in ISSP. The 310 articles publishedin 2017 consist of 294 papers in refereed journals,
2 proceedings, 11 reviews, and 3 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 2018

予算/Budget

平成 29 年度（2017 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)
その他補助金平成29年度（2017）

1,124,758

1,663,282

20,030平成28年度（2016）

1,315,153

1,669,627

平成27年度（2015）

1,657,078

平成26年度（2014）

(D)
寄附金

(E)
受託研究
・共同研究

(F)
科学研究費

計
Total

18,808714,259

424,530

3,965,667

99,13825,134

668,752

535,153

4,312,957

1,680,722

466,267

17,829500,211464,165

4,786.272

1,700,581

1,749,421

964,107

28,071

435,229585,279

5,462,688

平成25年度（2013）

1,545,996

1,814,190

493,674

30,847545,717427,515

4,857,939

平成24年度（2012）

1,326,798

2,360,072

483,530

15,344

296,078

361,530

4,843,352

予算額の推移 Budget in recent years（単位：千円） （Unit：Thousand Yen）

平成 30 年 4 月１日 現在
教授

現

員

Number ofstaffs

特任教授

准教授

特任准教授
Project
Associate
Professors

Research
Associates

Project
Research
Associates

Technical
Associates

Administrative
Staff

Total

1

38

3

30

12

124

Professors

Project
Professors

Associate
Professors

25

0

15

助

教

特任助教

13
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

技術職員

事務職員

合計

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

橘高

俊一郎

特任研究員

河野

洋平

教

授

榊原

俊郎

助

教

上田

顕

特任研究員

佐藤

光幸

教

授

森

助

教

下澤

雅明

特任研究員

武田

晃

教

授 *1

中辻

知

助

教

田縁

俊光

特任研究員

ヂャン ドンウェイ

准教授

長田

俊人

助

教*

酒井

明人

特任研究員

吉田

順哉

准教授

山下 穣

YAMASHITA, Minoru

Project Research Associate DEKURA, Shun

特任助教

出倉

駿

特任研究員 *1

大槻匠

准教授（客員）

山口

教務職員

村山

千壽子

特任研究員 *1

鈴木

慎太郎

技術専門員

内田

和人

特任研究員 *1

チェン

Professor
Professor
Professor
Professor

Associate Professor
Associate Professor

TAKIGAWA, Masashi
SAKAKIBARA, Toshiro

初果

MORI, Hatsumi
NAKATSUJI, Satoru
OSADA, Toshihito

博則

Visiting Associate Professor YAMAGUCHI, Hironori

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate
1

Research Associate

Technical Associate
Technical Associate

KITTAKA, Shunichiro
UEDA, Akira
SHIMOZAWA, Masaaki
TAEN, Toshihiro
SAKAI, Akito

MURAYAMA, Chizuko
UCHIDA, Kazuhito

Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher

Project Researcher
Project Researcher

特任研究員 *1

Project Researcher

特任研究員 *2

Project Researcher

特任研究員 *1

Project Researcher

学振特別研究員

JSPS Research Fellow* 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。本務はナノスケール物性研究部門。 / concurrent with Division of Nanoscale Science1

14
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

KONO, Yohei

SATO, Mitsuyuki
TAKEDA, Hikaru
ZHANG, Dongwei
YOSHIDA, Junya
OHTSUKI, Takumi

SUZUKI, Shintaro

タイシ

CHEN, Taishi

冨田

崇弘

肥後

友也

マン

フイユアン

TOMITA, Takahiro
HIGO, Tomoya

MAN, Huiyuan

杉井 かおりSUGII, Kaori

凝縮系物性研究部門

Division of Condensed Matter Science
http://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 2018

凝縮系物性研究部門

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

榊原研究室

榊原
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。

 

橘高

俊一郎

KITTAKA, Shunichiro

助教

Research Associate

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 

俊郎

SAKAKIBARA, Toshiro

Sakakibara Group



 



 







遍歴電子イジング強磁性体 URhGe の磁場温度相図。(a) は概略図で、キュリー
温度は磁化困難軸 (b 軸 ) 方向の磁場 Hb によって制御される。量子相転移点近傍(Hb 〜12 T) で一次相転移を示す。(b) は磁化測定結果から量子相転移近傍の相図を可視化したもの。磁化容易軸（c 軸）方向の磁場 Hc に対して、一次の相転移はウィ
ング状に広がり、 4 K 付近にある三重臨界点 TCP で閉じる。また、T = 0 の平面上にはウィング量子臨界点（QWCP）が存在する。

Magnetic phase diagram of the itinerant Ising ferromagnet URhGe. The
Curie temperature of this compound can be tuned by applying a magnetic
field along the magnetically-hard b axis as shown in the schematic phase
diagram (a). A first-order transition appears close to a quantum phase transition region (Hb ~12 T). (b) shows the phase diagram near the quantum phasetransition, constructed from the magnetization data. The first-order transition
region expands in a wing structure by an additional magnetic field along themagnetically-easy c direction, and closes at a tricritical point (TCP) near 4 K.
Quantum wing critical points (QWCP) exist on the T = 0 plane.

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 2018

凝縮系物性研究部門

Division of Condensed Matter Science
http://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

上田

顕

UEDA, Akira

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 effecttransistor) has been aimed based upon molecular materials withutilizing 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 2018

凝縮系物性研究部門

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

長田研究室

長田

俊人

OSADA, Toshihito

Osada Group

准教授

Associate Professor

量子伝導物性。トポロジカル物質、低次元物質、ナノ構

田縁俊光

TAEN, Toshihiro

助教

Research Associate

Quantum transport in electron systems. We search for, elucidate, and control new electronic states and quantum transportphenomena that appear in topological materials, low-dimensional materials, and nanostructures. Targeting atomic layermaterials such as graphene, their van der Waals complex stacks,
topological insulators/semimetals, low-dimensional organic
conductors, and artificial semiconductor/superconductor
nanostructures, we investigate new topological or quantum
effects in transport phenomena. Key experimental techniques
are alignment and transfer for building up atomic layer stacks,
micro-fabrication for small device structures, precise doubleaxis field rotation, miniature pulse magnet generating above 40T,
etc. Recently, we have focused on studies on quantum transport
in graphene junctions and black phosphorus thin-films, various
topological phases in an organic conductor α-(BEDT-TTF)2I3,
and the magnetic-field-induced electronic phase transition ingraphite.

造に現れる新しい電子状態や量子伝導現象の探索・解明・制御を行う。グラフェンなどの原子層物質やそのファンデル
ワールス複合積層系、トポロジカル絶縁体・半金属、低次元有機導体、半導体・超伝導体の人工ナノ構造を対象として、低温・強磁場下での電気伝導が示すトポロジカル効果
や量子効果を研究する。原子層積層構造の作製と素子形成、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。最近はグラフェン接合系や黒リン超薄膜の量子伝導、有機導体

α-(BEDT-TTF)2I3 におけるトポロジカル電子相、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。

六方晶窒化ホウ素（h-BN）超薄膜
で挟んで保護した黒リン超薄膜の電界効果トランジスタ（FET）素子の幾つかのゲート電圧における磁気抵抗。負のゲート電圧では単一の２次元正孔系のシュブニコフ・ドハース
効果が見られるが、高い正のゲート
電圧では２つの２次元電子系の存在を示す振動が現れる。挿入図は素子の光学顕微鏡写真。

有機ディラック半金属 α-(BEDT-TTF)2I3 において、有限のスピン軌道相互作用によりギャップが生じたバルクのバンド構造。対称点における波動関数のパリティが示されている。パリティの積は -1 で、系がトポロジカル絶縁体であることを示す。挿入図
は１次元鎖に平行な試料端をもつ有限系のエネルギー準位。バルクのギャップ内にヘ
リカルエッジ状態が現れる。

Gapped bulk band structure in an organic Dirac semimetal α-(BEDTTTF)2I3 with finite spin-orbit interaction. Parities of wave functions areindicated at symmetric points. The parity product of -1 means that the system is a topological insulator. The inset shows the energy spectrum of finite
system with the edge parallel to the one-dimensional chains. There appears
a helical edge state in the gap.

Magnetoresistance of the black phosphorus thin-film FET device encapsulated by h-BN thin-films for several gate voltages. Single Shubnikov-de Haas
oscillation of two-dimensional (2D) holes is observed in negative gate voltages. In contrast, double oscillations indicating the existence of two kinds of2D electrons appear in positive high gate voltages. The inset shows an optical microscope image of the FET device.

研究テーマ Research Subjects
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 2018

凝縮系物性研究部門

Division of Condensed Matter Science
http://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

下澤雅明

SHIMOZAWA, Masaaki

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 totechnical difficulties. Further, we are studying exotic electronic
states by scanning magnetic microscope and elementary excitations of quantum spin liquids emerged in frustrated magnetic
materials.

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、走査型磁気顕微鏡を用いた新奇電子状態の直接観察や、幾何学的フラストレーションをもつ磁性体における量子スピン液体状態の素励起の解明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.

有機モット絶縁体 κ-H3(CAT-EDT-TTF)2 で観測された誘電率（青色），熱伝導率（赤色）および磁化率（緑色）の温度依存性。色付きの領域では、量子常誘電状態と量
子スピン液体状態が同時に出現している。

Temperature dependences of the dielectric constant (blue), the thermal conductivity (red), and the magnetic susceptibility (green) of the organic Mott
insulator κ-H3(CAT-EDT-TTF)2. In the shaded area, quantum paraelectricstate and quantum spin liquid state emerge concomitantly.

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. 走査型磁気顕微鏡を用いた新奇電子状態の研究
Study of exotic electronic states by scanning magnetic microscope
3. 幾何学的フラストレーションをもつ磁性体における量子スピン液体
Quantum spin liquid state in geometrically-frustrated magnets

19
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

凝縮系物性研究部門

Division of Condensed Matter Science

山口研究室

山口

博則

YAMAGUCHI, Hironori

Yamaguchi Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

エンタングルメントは量子力学を代表する奇妙な相関をも

Entanglement, a quantum state with an unconventional correlation, is at the heart of quantum mechanics and can induce
physical phenomena beyond our senses. In advanced materialscience research, realizing such entanglement (utilizing the spin
degree of freedom) in magnetic materials has become one of thegoals, and it is also an unexplored area of physical science.
Our laboratory has focused on the diversity of organic
materials and succeeded in realizing a wide variety of organic
magnetic materials through molecular modulations. Our present
focus is to find new quantum phenomena caused by entanglement and to control their magnetic properties. We conduct the
research in collaboration with Sakakibara group.

つ量子状態であり、私たちの感覚の範疇を超えた物理現象を引き起こす。先端的な物性科学研究においては、そのよ
うなエンタングルメント（電子のスピン自由度を利用）を磁性体の中に実現することが大きな目標となっており、物性科
学の未踏領域でもある。
当研究室では、有機物の多様性に着目した緻密な分子設計を通して、多種多様な有機磁性体の実現に成功してきた。さらに、それらにおいてはこれまでに報告例のない多彩な量子磁気状態の構築が可能であることを実証してきた。
有機物による磁性体デザイン性をより高度に発展させること
で、エンタングルメントがもたらす新たな量子物性の発現とその制御に取り組んでいく。それらの基盤となる物性検証を主に榊原研究室の協力の下に進める。

20
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物性理論研究部門
Division of Condensed 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

教

授 *1

押川

正毅

Research Associate

SAKANO, Rui

教

授 *2

OSHIKAWA, Masaki

杉野
加藤Professor
Professor
Professor

准教授

Associate Professor

藤井

達也

阪野

塁

教

池田

達彦

助

教 *1

多田

靖啓

助

教 *2

春山

潤

助

教

助

教

修

助

岳生

TSUNETSUGU, Hirokazu

SUGINO, Osamu
KATO, Takeo

Research Associate

Research Associate
Research Associate
Research Associate

FUJII, Tatsuya

IKEDA, Tatsuhiko

特任研究員

玉谷

知裕

特任研究員 *2

山本

良幸

ヤン

レイ

Project Researcher
Project Researcher

特任研究員 *2

Project Researcher

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 Group21
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

TAMAYA, Tomohiro
YAMAMOTO, Yoshiyuki
YAN, Lei

物性理論研究部門

Division of Condensed Matter Theory
http://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

教授

Tsunetsugu Group

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

藤井達也

FUJII, Tatsuya

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, as wellas electronic states and dynamical properties including transport phenomena. One of our recent achievements is about anantiferromagnetic order in a quasicrystal in two dimensions.
Magnetic moments exhibit a unique fractal spatial pattern thatreflects the self-similarity of the crystal structure.

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、準周期的構造を持つ反強磁性体の磁気モーメントの秩序構造を調べ、結晶格子の自己相似性を反映した特異なフラクタル的空間パターンが現れることを発見した。

二次元ペンローズ格子上の half filled ハバード模型の基底状態の反強磁性秩序の磁区。フラクタル構造を示している。

Magnetic domains in the antiferromagnetic
order of the half-filled Hubbard model on thetwo-dimensional Penrose lattice at zero temperature. Domains show a fractal structure.

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
Electronic states of 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. 強相関電子系における異方的超伝導
Unconventional superconductivity in strongly correlated electron systems

22
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物性理論研究部門

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

加藤研究室

加藤

岳生

KATO, Takeo

Kato Group

准教授

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

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 long time by focusing on quantum mechanicalnature of electrons. Recently, mesoscopic physics based on
new viewpoints, for instance, nonequilibrium many-bodyphenomena, shot noise, high-speed drive phenomena, andspintronics, 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 insulator and a metal, many-body effectin thermal transport of phonons, and nonequilibruim transport
properties of the Kondo quantum dots.
In addition, we are working on various research subjects
related to many-body effects and nonequilibrium phenomena.
Examples of these researches are structural phase transition insolid oxygen and higher harmonics generation in solids. We arealso 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、固体酸素の構造相転移、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。

左右のリード温度 TL(t)、TR(t) を時間変化させることで生じる断熱ポンピング
一周期あたりの輸送電荷。挿入図は系の模式図。U はクーロン相互作用の大きさ、
ΓL = ΓR = Γ/2 はリードとの結合の強さ、εd は量子ドットのエネルギー準位、
u = U/Γ は無次元したクーロン相互作用パラメータ。

上図：スピン流を生じさせる２つの機構 ( スピンゼーベック効果・スピンポンピング )の模式図。下図 : スピンゼーベック効果およびスピンポンピングにおけるスピン流の非平衡ノイズ、および熱ノイズの温度依存性。

Main panel: Electronic charge carried by adiabatic pumping induced by
the time-dependent lead temperatures, TL(t) and TR(t), per a cycle. Inset:
A schematic of the system. Here, U is the Coulomb interaction, ΓL = ΓR =
Γ/2 is the lead-dot coupling, εd is the energy level of the quantum dot, andu = U/Γ is a dimensionless parameter of the Coulomb interaction.

Upper two figures: Schematics for two mechanisms of spin-current generation (spin Seebeck effect and spin pumping). Lower panel: Temperaturedependence of nonequilibrium spin-current noises due to the spin Seebeck
effect, the spin pumping, and a thermal noise.

研究テーマ Research Subjects
1.   メゾスコピック系の量子輸送現象
Quantum transport phenomena in mesoscopic systems
2. 相互作用する電子系の物性
Properties of interacting electron systems
3. 非平衡統計力学・スピントロニクス
Non-equilibrium statistical mechanics and spintronics

23
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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

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.

開拓。

教

授

勝本

信吾

助

教

遠藤

彰

特任研究員

浅川

寛太

教

授

大谷

義近

助

教

高橋

竜太

特任研究員

岩田

孝太

教

授

小森

文夫

助

教

吉田

靖雄

特任研究員

杉本

聡志

教

授

長谷川

助

教

中村

壮智

特任研究員

肥後

友也

教

授

リップマー

ミック 助 教

宮町

俊生

特任研究員

ムドゥリ プラサンタ クマール

教

授 *1

𠮷信

淳

助

教

一色

弘成

特任研究員

ヤン

ホンシャン

三輪

真嗣

技術専門職員

飯盛

拓嗣

特任研究員

吉田

昭二

松本

祐司

技術専門職員

橋本

義昭

学振特別研究員

レオ ナエミ リカーダ

晋

技術専門職員浜田雅之

技術専門職員 *1 向井

孝三

Professor
Professor
Professor
Professor
Professor
Professor

准教授 *2

KATSUMOTO, Shingo
OTANI, Yoshichika
KOMORI, Fumio

幸雄

YOSHINOBU, Jun

Associate Professor MIWA, Shinji

教授（客員）

Visiting Professor

MATSUMOTO, Yuji

教授(外国人客員） 髙橋
Visiting Professor

Research Associate TAKAHASHI, Ryota
Research Associate YOSHIDA, Yasuo

HASEGAWA, Yukio
LIPPMAA, Mikk

Research Associate ENDO, Akira

TAKAHASHI, Susumu

Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher

Research Associate NAKAMURA, Taketomo Project Researcher
Research Associate MIYAMACHI, Toshio
Research Associate ISSHIKI, Hironari
Technical Associate IIMORI, Takushi

Technical Associate HASHIMOTO, Yoshiaki

Project Researcher
Project Researcher
Project Researcher

Technical Associate MUKAI, Kozo

*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 Group

24

IWATA, Kota

SUGIMOTO, Satoshi
HIGO, Tomoya

MUDULI, Prasanta Kumar
YANG, Hung Hsiang
YOSHIDA, Shoji

JSPS Research Fellow LEO,Naemi Riccarda

Technical Associate HAMADA, Masayuki

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

ASAKAWA, Kanta

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://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 epitaxial growth of semiconductor and metallic films,
and nano-fabrication techniques, we study quantum effects inlow dimensional systems. Our research also spans some applications of the physics of electron and nuclear spins to so called
spintronics.
To expand the concept of quantum transport to spin degree of
freedom, we have tried to create spin currents in quantum structures. A new type of magnetoresistnce is found in transport ofspin polarized electrons injected from epitaxially grown Fe films
into quantum well structures with strong spin-orbit interaction.
A new method to obtain information on the dispersion
relation of edge-magnetoplasmon in quantum Hall edge stateshas been developed. The method utilizes transmission of microwave through the two-dimensional electron gas, the area of
which is controlled through the gate voltage. We expect theapplication to the fractional quantum Hall state with surface
potential modulation.

技術を用いて、量子井戸、細線、ドットなどの低次元系の量子効果、多体効果を調べている。また、電子スピン、核
スピンを使ったスピントロニクス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、スピン軌道相互作用とナノ構造を組み合わせる試みを行っている。
エピタキシャル成長した鉄層からのスピン注入とスピン軌道
相互作用の強い量子井戸構造に生じるスピン量子干渉効果の組み合わせによる新しいタイプの磁気抵抗を見出した。伝
統的な量子ホール効果の新しい側面、エッジ磁気プラズモ
ンの分散関係について、ゲート電圧により伝導領域を制限することによりマイクロ波の透過係数から情報を得る手法を開発した。ポテンシャル変調を加えた分数状態の研究への適用が期待される。

左：スピン軌道相互作用の強い InGaAs2 重量子井戸構造に現れた磁気抵抗を、磁場強度と [110] 方向からの磁場方向角度の２次元面にカラープロットしたもの。磁気抵抗の符号が [100](45º) 付近と [010](90º) 付近で反転している。右：面内磁場角度に対する磁気抵抗振幅の極座標プロット。

マイクロ波透過率をゲート直流電圧と周波数の関数としてグレースケールプロット
したもの。エッジ磁気プラズモン励起による吸収は、ピーク ( 白色 ) として現れている。黄色い線で示したのは、基本モードに対する理論計算結果。

Left: Color level plot of the magnetoresistance of a double quantum welldevice (InGaAs) with spin-orbit interaction as a function of field strengthand angle from [110]. The sign is reversed around [100] (45º) and [010](90º). Right: Polar plot of magnetoresistance amplitude for the in-plane field
direction.

Grayscale plot of the gate bias Vg and frequency f dependence of the microwave transmission Δ . Edge-magnetoplasmon excitations are observed as
peaks (lighter tone). Thick yellow curve in depicts calculated egde-magnetoplasmon excitation frequency vs. Vg for the fundamental mode.

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

25
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://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

ントロニクス素子の研究開発を行っている。

The concept of spin current, the flow of spin angularmomentum, appeared in the end of 20th century. Spintronics
has developed as a new approach which utilizes the combinedfunction of charge current and spin current. The methods ofgeneration, transmission and detection of spin current havebeen well established in the recent decade. The research of
spintronics is entering a new phase, recently revealing new spin
mediated-interconversions among quasi-particles in solid, suchas electron, spin, phonon, photon and magnon etc. These “spinconversion” phenomena often manifest in the nano-scale region
at simple interfaces of various materials, and thus, have great
versatility and application possibility. Our fundamental research
explores the new physics of spin conversion and clarifies theirmechanisms. We also develop the spintronics devices in which avariety of spin conversion can be controlled, using nanofabrication techniques.

非磁性金属 (NM)/ 酸化ビスマス (Bi2O3) 界面状態のラシュバ分裂の見積もり。NM/
Bi2O3 界面のラシュバパラメータの大きさと符合は、NM の種類 (Cu, Ag, Au) に依存2する。これは、界面状態の電荷密度 |ψ | の非対称性が、NM と Bi2O3 の仕事関数の差で決まる内部電場 Einter にりり変調される結果であることが明らかになった。(a)NM/2
Bi2O3 界面とラシュバ分裂の概略図。(b) NM/Bi2O3 界面近傍の |ψ | と電位 V の空間分布。

分子 / 金属界面で初めて観察されたスピン流 - 電流変換効果 : スピンポンピング方による。鉛 (II) フタロシアニン (PbPc) と金属の界面を設計することにより、ラシュバ分裂した界面状態を発現させた。(a)PbPc/Cu 界面の概略図 (b) 外部磁場 (Hres) に対す
る、スピン流 - 電流変換由来の電圧信号の対称成分 (Vsym)。青線、赤線はそれぞれ
NiFe/Cu/PbPc、NiFe/Cu/H2Pc の測定結果。Cu/PbPc 界面が存在する試料ではスピン流 - 電流変換に起因する明確な信号が現れる。

Estimation of the Rashba splitting in Non-Magnetic metal (NM)/bismuthoxide (Bi2O3) interface state. The magnitude and sing of the Rashba parameter at NM/Bi2O3 interface strongly depend on the NM (Cu, Ag, Au). This is
the results of the modulation of the asymmetric feature of the charge density|ψ 2| by the interface electric field Einter which is defined by the work function
difference for NM and Bi2O3. (a) The schematics of NM/Bi2O3 interface andthe Rashba splitting. (b) Spatial distribution of |ψ 2| and electric potential V
near the interface.

Spin-charge current conversion at molecule/metal interface observed bymeans of spin pumping method. Rashba splitting arises at carefully designed
interface of lead (II) phthalocyanine (PbPc) and Cu. (a) The schematicsof the PbPc/Cu interface. (b) The symmetric component of voltage signal(Vsym) attributed to the spin-charge current conversion at the interface as
the function of the external magnetic field (Hres). The blue and red lines are
for NiFe/Cu/PbPc and NiFe/Cu/H2Pc sample, respectively. A clear signal
appears in the sample with PbPc/Cu interface.

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たな局面を迎えた。最近では、
電荷・スピン・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わかってきた。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的な磁気物理の視点から、スピン変換による新物性開拓とスピン変換の発現機構解明に取り組んでいる。また、微細加工技術を駆使して、スピン変換を自在に制御できるスピ研究テーマ Research Subjects
1.   純スピン流の生成および検出機構
Mechanisms of pure spin current generation and detection
2. スピン流を用いた磁気相転移
Magnetic phase transition by using spin current
3. トポロジカル絶縁体界面でのスピン流 - 電流相互変換
Spin-to-charge current conversion in the interface of topological insulator
4. 分子スピントロニクス
Molecular spintronics
5. 強磁性から超伝導体複合素子へのスピン注入
Spin injection into superconductor from ferromagnet

26
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://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宮町

俊生

MIYAMACHI, Toshio

助教

Research AssociateElectronic 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, magneto-optical Kerr-rotation and second
harmonic generation measurements. Microscopic atomic,
electronic and magnetic structures, formation processes of
surface atomic-layers and dynamical processes induced byelectron tunneling or photo-excited carriers are examined by
local imaging, spectroscopy and quasi-particle interference
observations using spin-resolved STM/STS, and macroscopic
spin-dependent electronic structures, magnetic properties,
electron dynamics and chemical bonds by photoelectron andoptical spectroscopy using VUV light and so­ft-X-ray from laserand 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)・第二高調波発生 (SHG) 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では電子状態のスピンと波数依存性を、MOKE/SHG 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,b) Cu(111) 面 , Ag(111) 面 (a) および Bi(111) 面 (b) からの表面状態スピン分
裂バンドからの光電子のスピン偏極方向。検出されたスピン方向は面内かつ運動量方向に垂直であり、Cu(111) 面と Ag(111) 面では始状態のスピン偏極方向と同じである。Bi(111) 面では入射光の偏光方向を p 偏光から s 偏光へと 90° 回転すると、
スピン偏極方向が 180° 反転する。(c) Bi(111) 面における光電子スピン成分の入射光偏光角 θ 依存性。θ を連続的に変化させると光電子のスピン向きは 3 次元的に変化する。これらの物質はどれも 3 次元トポロジカル物質である。

(a-c) 傾斜 SiC 基板を Ar 雰囲気中で熱分解することよって形成されたステップ・
テラス構造の STM 像 (a) と、それらの上の 2 次元および１次元的なナノ周期構造をもつグラフェンの STM 拡大像 (b,c)。基板表面 (a) には、SiC(0001) テラス面とそこから 28 度傾いたマクロファセットが共存し、テラスの一部 (b) とマクロファ
セット上 (c) に単層グラフェンができる。(d) １次元ナノ周期構造グラフェンからのディラックバンドの角度分解光電子分光スペクトル。複数のレプリカバンドが観測され、ディラックバンドのドーピング量はテラスに比べて低い。

(a, b) Spin polarization direction of photoelectrons from spin split surface
bands of Cu (111) and Ag (111) (a), and Bi (111) (b). The detected spin
direction is in-plane and perpendicular to the momentum direction. For Cu(111) and Ag (111), it is the same as the spin polarization direction in theinitial states. For Bi (111), when the polarization direction of the incident
light is rotated by 90° from the p-polarized light to the s-polarized light,
the spin polarization direction is inverted by 180°. (c) Dependence of thephotoelectron spin components and total intensity of Bi (111) on the incident light polarization angle θ. The spin orientation of the photoelectronschanges three-dimensionally when θ is continuously changed. All thesecrystals are three dimensional topological materials.

(a-c) Topographic STM images of the graphene on thermally-decomposed
vicinal SiC(0001) substrate (a) in Ar atmosphere. On the substrate surface,
SiC (0001) terraces and macrofacets tilted 28 degrees off coexist. Magnified
images of the terrace (b) and macrofacet (c) indicate formations of twoand one-dimensionally nano-periodic graphene on a part of the terrace andon the whole macrofacet, respectively. (d) Angle-resolved photoemission
spectrum from the graphene on the macrofacet. Replica bands due to theperiodic structure are seen. The doping level of the graphene is smaller thanthat on the terrace.

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

27
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://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吉田

靖雄

YOSHIDA, Yasuo

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

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

ナノスケール物性研究部門

Division of Nanoscale Science
http://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 高橋
LIPPMAA, Mikk

Lippmaa Group教授

Professor

半導体酸化物の透明性やバンド構造は一般的に結晶中の竜太

TAKAHASHI, Ryota

助教

Research Associate

The band gap and transport behavior of oxide semiconductors is generally determined by point defects and doping. In
many doped oxide systems, the dominant site substitution
mechanism can be assumed from the dopant valence and ionicradius, but explicitly determining the dopant site structure is
generally impossible. X-ray fluorescence holography is a usefultechnique in this regard, as it produces directly the atomic
positions of the nearest neighbors surrounding a dopant atom.
The method is based on measuring the angular distributionof the dopant atom’s fluorescence x-ray intensity (Fig. 1) andsolving for the positions of the nearest-neighbor scatterer atoms.
We have analyzed the structure of Rh-doped SrTiO3 photocatalysts and found that while the Rh4+ dopant substitutes at the Ti
site without lattice distortion, a Rh3+ dopant forms clusters withoxygen vacancies or substitutes at the oxygen site (Fig. 2). Suchclustering has a detrimental effect on photocarrier dynamics
in Rh:SrTiO3 photocatalysts and photoelectrodes used for thesolar-powered water splitting reaction.

点欠陥や不純物の元素に依存すると言われている。多くの酸化物のドーピングにおいて、不純物イオンが結晶内のどのサイトに置換するかはイオン半径や価数によって予測できる
ものの、ドーピングされた結晶構造を具体的に予測することは難しい。その点で蛍光 X 線ホログラフィーは有効的な分析手法であり、不純物イオン周辺の元素の構造を精密に計測することを可能にする方法である。このホログラフィーの手法では、図 1 のように、不純物イオンの元素の蛍光 X 線の角度依存性から、不純物イオン近傍にある元素の散乱強度を計測している。我々は Rh をドープした SrTiO3 の光触媒の薄膜結晶にこの方法を適用し、Rh4+ のドーパントが格子歪みのない Ti サイトを置換する一方で、Rh3+ のドーパン
トは酸素サイトで酸素空孔または置換基を有するクラスター構造を形成することを見出した ( 図 2)。このようなクラスター
構造は Rh:SrTiO3 光触媒におけるフォトキャリアの振る舞
いや太陽光を用いた水分解反応に使用される光電極に重要な役割を担っていることを明らかにした。

図１.（a）Rh3+:SrTiO3 と (b)Rh4+:SrTiO3 薄膜における Rh 元素の蛍光 X 線強度の角度分布について。強度分布の違いは Rh イオン周辺の元素の並び方が異なることを意味しており、(b) のパターンはペロブスカイト構造の完全単結晶の構造と一致している。

図２．低い酸素圧の条件で堆積した Rh3+:SrTiO3 薄膜における２種類の欠陥構造について。( 上 ) 酸素空孔を持つ Rh 酸化物のクラスター ( 下 ) アニオンサイトにおける Rh の置換構造。

Fig. 1. Angular distribution of Rh fluorescence x-ray intensity for (a)Rh3+:SrTiO3 and (b) Rh4+:SrTiO3 thin films. The difference in the patterns
indicates that the arrangement of the Rh nearest-neighbor atoms is different.
The pattern in (b) corresponds to a perfect perovskite structure.

Fig. 2. Two main defect cluster types in a Rh3+:SrTiO3 film grown at low
oxygen pressure: (upper) Rh cluster with an oxygen vacancy, (lower) Rh substitution at the anion site.

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. 極性材料とマルチフェロイック材料の開発
Polar oxides and multiferroic coupling
4. 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

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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

松本研究室

松本

祐司

MATSUMOTO, Yuji

Matsumoto Group

客員教授

Visiting Professor

パルスレーザー堆 積（pulsed laser deposition: PLD）

We have been working on fabrication of nano-structured oxide
films by pulsed laser deposition (PLD) and exploration of their
physical properties and new functionalities. The non-equilibrium
nature of vacuum deposition such as PLD allows us not only tosynthesize new chemical compounds with compositions thathave never been found in bulk, but also to fabricate nano-structured materials such as artificial superlattices. In this laboratory,
we are planning to fabricate new oxide materials whose compositions and structures are spatially controlled on the nanometerscale. They include self-organized, phase-separated nanocomposite films, and compositionally-graded films whose composition gradually varies along the growing direction. Utilizing somefacilities in the ISSP joint-research program under collaboration with Prof. Lippmaa, we carefully investigate the structureproperty relationship of such nano-structured oxide materials
and wish to propose a new guiding principle for designing oxide
nano-structured materials.In addition to this project, we expect
to interact with other professors within ISSP.

法をベースとした真空蒸着によるナノ構造化された機能性酸
化物薄膜の創製と物性探索研究を行なっている。
真空蒸着では、低真空環境下でのプロセスの “ 非平衡性 ”
が、バルクでは合成が困難な新しい組成領域の物質だけでなく、人工超格子などのナノ構造物質の合成を可能にする。本研究室では、このような “ 非平衡性 ” を活かした酸化物系での組成と構造がナノスケールで空間制御された自己組織化による相分離薄膜や意図的に組成を薄膜成長方向に変化させた傾斜組成膜の作製に取り組む。本研究所の共同利用設備を積極的に利用しつつ、ホストのリップマー教授と協力し、ナノ構造化機能性酸化物薄膜の構造 - 物性相関について精査
し、新しい酸化物ナノ構造設計の指針を提案することを目指す。また、物性研に滞在中はリップマーグループ以外の研究室との共同研究にも積極的に取り組みたいと考えている。

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

髙橋研究室

髙橋

晋

TAKAHASHI, Susumu

Takahashi Group

外国人客員教授

Visiting Professor

Electron Spin Resonance (ESR) 法などの磁気共鳴法

Electron spin resonance (ESR) spectroscopy interrogates
unpaired electron spins in solids and liquids to reveal local
structure and dynamics; for example, ESR has elucidated partsof the structure of protein complexes that have resisted all othertechniques in structural biology. ESR can also probe the originof decoherence in condensed matter, which is of fundamental
importance to the development of quantum information processors. However, its intrinsically low sensitivity precludes ESR
analyses of samples with very small volumes. For example, witha current typical spectrometer setup, >1010 electron spins are
required to obtain ESR signals at room temperature.
At ISSP, in collaboration with Prof. Yukio Hasegawa researchlaboratory, we aim to demonstrate ESR investigation of individual
atomic electron spins using a probe spin where the probe spin
consisting of a single atom is detected by a high-frequency spinpolarized scanning tunneling microscopy (STM). This STM-based
technique will also enable atomic-scale positioning of the target
atoms in combination with a STM lithographic technique, thus
providing unprecedented spectral resolution, sensitivity andversatility for achieving ESR investigation of magnetism in aquantum spin system, and demonstrating a proof-of-principle
experiment for quantum computing and quantum simulation.

は、固体、溶液等の試料の形状を問わず非接触、非破壊測定ができ、原子レベルでの構造決定や原子・分子を取り巻く微視的環境を理解できることから、タンパク質などの生体分子の立体構造や量子デコヒーレンスの起源等の固体物理研究などに幅広く利用されている。しかし、マイクロ波を観測することによって行われる従来の ESR 法は、マイクロ波光子のエネルギーが小さい為、少ない量の試料を測定することは難しい。例えば、通常常温測定における ESR 法の
信号検出感度（ESR 信号を検出するために必要な電子スピンの数）は 1010 スピン程度である。

本研究では、物性研究所長谷川幸雄研究室と共同で、ス
ピン分極 STM (Scanning Tunneling Microscopy) 法を用いて単一原子レベルでの ESR 測定を実現する。STM を用いた ESR 法は、信号検出感度を単一スピンまで向上でき、ターゲットのスピンの位置を一原子の空間分解能で操作することも可能である為、量子スピン系での磁性研究や量子コン
ピューター、量子シミュレーションといった分野への応用が可能であると考えられる。
30

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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は、物質の基底状態・平衡状態の静的電子物性を基盤として、励起状態・非平衡状態、さらには化学反応や生体系に至る動的な性質に踏み込む必要がある。近年、励起状態や非平衡状態の時
間分解測定、ナノスケールの分析・分光測定、動作・反応中でのオペランド観測などの物性測定法や分光法は飛躍的に進歩した。一方、計算機科学やデータ科学を用いた理論的解析が著しく進展している。物性研究所でもこれらの手法が導入・開発され、先進的な物性研究が行われている。そこで、物性研究所の既存のグループが連携しつつ、新たに取り組むべき分野を具体的に開拓するために、機能物性研究グループが形成された。機能物性研究では、伝統的な固体物性物理が対象としてきた電子・
スピン・格子及びそれらの動的過程だけでなく、原子・イオンの移動や原子の組み替え ( 反応 ) を含めて、マルチスケール・階層的複合構造をもつ物質システムを扱う。本研究グループでは、重点的な研究テーマに対する共通の関心と相補的な専門技術を有する物性研究所の研究者数名がコアメンバーとなるが、さらに数名の所員が従来の部門に属しつつ本グループの併任として機能物性研究に参加する。

The Functional Materials Group is one of two newtrans-divisional and interdisciplinary research groups
and deals with excited states and dynamics in systems
with hierarchical and inhomogeneous structures,
including chemical reactions and dynamical processes
in biological systems. Recently, time-resolved
spectroscopy of excited states and non-equilibrium
states, nano-scale observation and measurement aswell as operando spectroscopy/measurement havegreatly advanced. Theoretical analysis based on firstprinciples calculation and data science has achieveda remarkable development. There are alreadypioneering works done at ISSP along such directions
as mentioned above. To get started, several current
faculty and staff members of ISSP have been assigned
to the core members. The core members are expected
to provide seeds of collaboration and organize a
research team involving other divisions and facilities
as well as researchers outside ISSP. It is particularly
important to collaborate with research facilities of
ISSP so that their advanced and unique resources canenhance the scientific quality. By taking advantage ofbeing a joint-use/research center, we can always invite
external researchers to collaborate on new subjects.
The Functional Materials Group should work as anopen platform for such collaborations.

教

授

𠮷信

淳

助

教

挾間

優治

特任研究員

薄倉

教

授

秋山

英文

助

教

春山

潤

特任研究員

金

昌秀

教

授

杉野

修

技術専門職員

向井

孝三

特任研究員

陶

仁春

教

授 *1

柴山

充弘

特任研究員

中前

秀一

教

授 *2

小森

文夫

特任研究員

山本

良幸

教

授 *3

特任研究員

ヤン

レイ

教

授 *1

教

授 *2

教

授 *4

Professor
Professor
Professor
Professor
Professor
Professor
Professor
Professor

YOSHINOBU, Jun

Research Associate

AKIYAMA, Hidefumi
SUGINO, Osamu

Research Associate
Technical Associate

HAZAMA, Yuji

HARUYAMA, Jun
MUKAI, Kozo

SHIBAYAMA, Mitsuhiro

初果

Project Researcher

修

YAMAMURO, Osamu

リップマー

LIPPMAA, Mikk

Project Researcher

Project Researcher

MORI, Hatsumi

山室Project Researcher

Project Researcher

KOMORI, Fumio

森

Project Researcher

ミック

圭一

*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。

准教授 *4松田巌*5 所内兼務。本務は物質設計評価施設。

准教授 *

野口

博司

5

Associate Professor NOGUCHI, Hiroshi

YAMAMOTO, Yoshiyuki
YAN, Lei/ concurrent with Division of Nanoscale Science

井上

Associate Professor MATSUDA, Iwao

NAKAMAE, Hidekazu/ concurrent with Neutron Science Laboratoy

准教授

Associate Professor INOUE, Keiichi

TAO, Renchun*2 所内兼務。本務はナノスケール物性研究部門。

慈久

HARADA, Yoshihisa

KIM, Changsu*1 所内兼務。本務は中性子科学研究施設。

原田

Professor

淳子

USUKURA, Junko*3 所内兼務。本務は凝縮系物性研究部門。

/ concurrent with Division of Condensed Matter Science/ concurrent with Laser and Synchrotron Research Center/ concurrent with Materials Design and Chatacterization Lavoratory

31
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

機能物性研究グループ

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

𠮷信研究室

𠮷信

淳

YOSHINOBU, Jun

Yoshinobu Group教授

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.

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いる。シンクロトロン放射光（KEK-PF、SPring-8など）を用いた雰囲気中のオペランド光電子分光実験も行っている。

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. 固体表面における原子・分子の動的過程の研究
Dynamical processes of atoms and molecules on solid surfaces

32
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

機能物性研究グループ

Functional Materials Group
http://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

挾間優治

HAZAMA, Yuji

助教

Research Associate

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

Nano - 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

33
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

機能物性研究グループ

Functional Materials Group
http://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

物質の性質を理解するのに、シュレディンガー方程式など

春山

潤

HARUYAMA, Jun

助教

Research Associateている。

The purpose of the first-principles calculation is to solve thebasic formula of physics, such as the Schrödinger equation, for
the understanding of properties of materials. This approachis eligible for a prediction of the properties of undiscoveredmaterials even in the extreme condition of pressure and temperature, independently of the experiments.
Owing to the recent progress in numerically solving theequation, reliable first-principles simulation can be applied toquite complex materials, enabling thereby serious collaboration
to theory and experiment for a material design or a mechanism search. Sugino group is doing such “functional material
research” to understand (a) energy conversion processes
occurring in batteries and in nano- or bio- materials and (b)stability of new phases that appear in the high pressure or strong
magnetic field conditions. The numerical work often requires
development of advanced computational method, which is also
an important target of the study.

負の誘電率を持つ界面の模型。強誘電体と常誘電体の薄膜を電極で挟み、両側から電位差を印加すると、強誘電体領域に負の誘電率が現れ、界面全体の誘電容量が増加する。この現象は、電子デバイスなどへの応用が考えられる。

遷移金属酸化物 (TiO2) 電極と水界面の模型。計算では、炭素電極 ( 緑 )，Ti( ピンク），O( 赤 )，
H( 白 ) をあらわに扱い、それを覆う溶媒は RISM 法を用いてモデル的に扱う。
さらに ESM と呼ばれる連続体を用いて電位差を印可して行う。この模型は最も進化した電気化学界面の一つであり、エネルギー変換の機構、最適電極物質の探索を行なうことができる。

物理学の基本方程式を解くところから始めるのが、第一原
理計算で用いられるアプローチである。この方法を用いれば、未知の物質の物性予測や興味深い実験結果の説明を、実験と独立に行うことができる。
最近、基本方程式を数値的に解くための手法が急速に整備された結果、かなり複雑な物質であっても信頼できる計算が容易になってきた。そのため、実験と計算がデータを互いに補完しながら、密接に協働して物質探索や機構解明を行える段階になった。本研究室ではこのような「機能物性研究」を推進しており、電池や生体物質、ナノ物質における種々のエネルギー変換機構の解明、新たな高圧相・強磁場相の予測などを行っている。第一原理計算手法が研究の発展の鍵となることから、その開発に関しても力を入れて行っModel interface that exhibits negative permittivity. The interface is foundto be constituted by a ferroelectric region of negative permittivity and paraelectric region of positive permittivity, which yields enhanced capacitanceof the interface. This phenomenon may be applicable to future electronic
devices.

Model for the biased TiO2 solution interface. The model consists of the layerof carbon electrode (green), Ti (pink), O(red), and H(white), which arecovered by implicit solvent model called RISM. By additionally introducing
a continuum called ESM, bias potential can be applied to the interface. Thisis one of the most advanced first-principles models for the electrochemicalinterface, which allow us to investigate energy conversion processes and to
search for the most effective electrode materials.

研究テーマ Research Subjects

1.   電極界面でのエネルギー変換機構解明
Structure of electrode-electrolyte interface and mechanism of energy transfer
2. 多体グリーン関数法に基づく第一原理計算手法の開発
Development of first-principles many-body Green’s function method
3. 高圧・強磁場下での酸素固体相の予測
First-principles prediction of oxygen solid at high pressure and under strong magnetic field
4. ホタルの生物発光の機構解明
Elucidation of bioluminescence of a firefly

34
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

機能物性研究グループ

Functional Materials Group
http://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

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 central role.
Our research aims unified understanding of the mechanism of biomolecular function of various photoreceptive
membrane proteins. The chemical elementary process ofsupra complex photoreceptive protein is studied by laser timeresolved spectroscopy and vibrational spectroscopy, and weare promoting further research by combining biochemical
technique to achieve multi-layer understanding from atomic andmolecular to cellar and individual level. Furthermore, whereas
we are developing novel artificial biomolecules on the basis of
the fundamental insights for the application to optogenetics andso on, exploration study of new photobiological phenomena andrelated molecular groups is conducted with big data accompanying the development of genome 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、さらに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達成することを目指した研究を推進している。またさらにそ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を実施している。

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 rhodopsin with a variety of functions (upper) and the purifiedprotein sample (lower).

Transient absorption measurement of microbial rhodopsin by a nanosecond pulsed laser (upper) and photo-isomerization process of retinal inrhodopsin (lower).

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 study 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

35
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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。

Discovery of new materials, new phenomena,and new concepts has progressed condensed matterphysics. A good example can be found in the historyof research in strongly correlated electron systems,
one of the major fields studied in ISSP. On the other
hand, breakthroughs have been often made at anintersection of various different research fields. To
facilitate another leap forward in our activity, thequantum materials group 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 consistsof three core groups and nine joint groups. All thesegroups vigorously conduct collaborative research
to discover novel quantum phases and functional
materials in correlated electron/spin systems. The
activities include new material synthesis in bulk andthin film forms and their characterization throughstate-of-art measurement systems. Device fabricationis also made for spintronics applications. These experiments are being conducted through lively discussion
and tight collaboration with theory groups, which
search for novel topological phases by using new
theoretical approach and numerical methods.

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、分野の融合によることが多い。本研究グループは、そのような視点のもとに、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、互いに強く連携しながら、強相関電子系の新しい量子相や新しい機能性材料の発見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成し、その精密物性測定、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。

教

授

押川

正毅

教授(外国人客員） ドリチコ  ナタリア  ブラディミロブナ

教

授

中辻

知

教授(外国人客員） ヒックス  クリフォード  ウィリアム

教

授*

瀧川

仁

教

授 *1

榊原

俊郎

教

授 *2

教

授*

教

授*

Professor
Professor
1

Professor
Professor
Professor

OSHIKAWA, Masaki
NAKATSUJI, Satoru

Visiting Professor

DRICHKO, Natalia Vladmirovna

Visiting Professor

HICKS, Clifford William

助

教

多田

靖啓

特任研究員

冨田

助

教

酒井

明人

特任研究員

マン フイユアン  

助

教*

下澤

雅明

特任研究員 *

教*

一色

弘成

特任研究員 *TAKIGAWA, Masashi
SAKAKIBARA, Toshiro

辛埴SHIN, ShikResearch Associate
Research Associate

TADA, Yasuhiro
SAKAI, Akito

Project Researcher
Project Researcher

崇弘

TOMITA, Takahiro
MAN, Huiyuan

廣井

善二

大谷

義近

助

三輪

真嗣

特任研究員

大槻

匠

特任研究員 *4

准教授 *

山下

穣

特任研究員

鈴木

慎太郎

学振特別研究員 ク

准教授 *2

和達

大樹

特任研究員

チェン

准教授 *2近藤猛

准教授 *2松永隆佑*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。本務は極限コヒーレント光科学研究センター /concurrent with Laser and Syncrotron Research Center*3 所内兼務。本務は物質設計評価施設 /concurrent with Materials Design and Characterization Laboratory*4 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

3

Professor
4

Professor

准教授

HIROI, Zenji

Research Associate

OTANI, Yoshichika

Associate Professor MIWA, Shinji
11

4Research Associate
Project Researcher

Associate Professor YAMASHITA, Minoru
Associate Professor WADATI, Hiroki

Project Researcher
Project Researcher

Associate Professor KONDO, Takeshi

Associate Professor MATSUNAGA, Ryusuke

SHIMOZAWA, Masaaki
ISSHIKI, Hironari
OTSUKI, Takumi
SUZUKI, Shintaro

タイシ

CHEN, Taishi

36
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

4

Project Researcher
4

Project Researcher
Project Researcher

杉本 聡志

SUGIMOTO, Satoshi

肥後友也

HIGO, Tomoya

ムドゥリ  プラサンタ  クマール
MUDULI, Prasanta Kumar

ダンル

JSPS Research Fellow Qu, Danru

学振特別研究員 レイクマー

マユク

JSPS Research Fellow RAY Kumar, Mayukh量子物質研究グループ

Quantum Materials Group
http://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 2018

量子物質研究グループ

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

中辻研究室

中辻

知

NAKATSUJI, Satoru

Nakatsuji Group教授

Professor

物質科 学のフロンティアは、新しい現 象の発見にある。

酒井明人

SAKAI, Akito

助教

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、スピントロニクス機能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機能を探求する研究を進めている。
そのため、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、それを応用し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っている。

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 Weyl magnets 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 application 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 2018

量子物質研究グループ

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

三輪研究室

三輪 真嗣
MIWA Shinji

Miwa Group

准教授

Associate Professor

私たちの研究グループでは高品質かつ特徴的なナノ構造

We study experimental condensed-matter and material
physics using high-quality and characteristic nano-structures.
We employ ultrahigh vacuum technique, which has been used
for semiconductor engineering, for the multilayer fabrication
with metals (Fe, Co, Mn, V, Sn, Pt, Pd, Ir…), insulators (MgO…)
and organic molecules (phthalocyanines…). We focus on spinand orbital properties, which can be pronounced in nano-structure, and fabricate quantum spintronics devices with metallic
multilayer, quantum materials, and organic ultrathin film. Our
research purpose is to characterize the physical properties insuch devices, and use it for application.
Recently, we have characterized spintronics phenomena suchas interfacial magnetism and magneto-electric effects by electricmeasurements and X-ray spectroscopy. Using the obtained
knowledge, we design and fabricate spintronics device showing
large effect at room temperature.

を用いた物性実験研究を行っている。具体的には半導体工学の超高真空薄膜 成長技術を Fe・Co・Mn・V・Sn・Pt・
Pd・Ir 等の金属、MgO 等の絶縁体、フタロシアニン等の有機分子に拡張し、異種材料界面を有する多層膜を用いる。
ナノの世界では電子の自転角運動量に相当する「スピン」の性質が顕著に現れることに着目し、金属・量子物質・有機
分子を組み合わせた多層膜を用いて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、応用に供すること研究目的である。
最近は特に磁性金属多層膜の界面磁性・電気磁気効果
等のスピントロニクス現象の機構を電気測定及び X 線分光により把握することに注力している。分光研究で得た知見を用いて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、新たな物性を示す新物質・材料薄膜デバイスを創成した。(b) X 線磁気円二色性分光の結果。外部から MgO 誘電層に電界をかけながら分光を行い、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磁性金属薄膜における電気磁気効果の物理機構を解明した。

(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すると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) Functional device
using spin-dynamics in
nano-magnets. (b) Schematic of spin-dynamics
and potential. If we precisely control the spinpotential, non-linear
effect can be enhanced.
We find that signal-tonoise ratio in the spintorque diode effect innano-magnets can beenhanced by the nonlinear effect.

( a ) A n e x a mp l e o f n ov e lmultilayer with characteristic
nano-structure. By using
conventional materials such as
Fe, Pt, and Pd, we fabricatednovel multilayer device withnew physical phenomena. (b)Results of X-ray magnetic circular dichroism spectroscopy. We conducted
the spectroscopy under electric-field application to the MgO dielectric, andfound a change in electronic state in interfacial Pt layer. The origin for thevoltage-controlled magnetic anisotropy, which is important for future nonvolatile random access memory, has been revealed.

研究テーマ Research Subjects
1.   スピントロニクスデバイスの X 線分光による機構解明
X-ray spectroscopy to reveal mechanism for spintronics devices
2. 界面ナノ制御によるスピントロニクスデバイスの室温性能向上
Increase in performance of spintronics device at room temperature by interface engineering
3. ワイル磁性体のスピントロニクスデバイス応用
Spintronics devices with Weyl magnetic materials
4. スピンダイナミクスによる脳型コンピューティング
Brain-inspired computing using spin-dynamics

39
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

量子物質研究グループ

Quantum Materials Group

ドリチコ研究室

ドリチコ ナタリア ブラディミロブナ
DRICHKO, Natalia Vladmirovna

Drichko Group

外国人客員教授

Visiting Professor

私は強相関電子系や磁性体での物理現象について研究を

Natalia Drichko’s research interests are states of matter whicharise as a result of strong interactions between electrons andrelated magnetic interactions. The same interactions between
electrons, which lead to unconventional superconductivity,
can produce a magnetic insulator when tuned to be somewhat
stronger. While more traditionally these effects are found in
atomic crystals, Drichko is also interested in these exotic statesof matter demonstrated by molecular crystals, which can show
also exotic states such as quantum dipole liquid.
One of the ways to study fundamental properties of materials
is to measure their excitation spectra. We can obtain information about masses of atoms and strength of chemical bonds
in a system build of atoms, such as a molecule or a crystal,by exciting vibrations. Similarly, we can learn about interactions between electrons and spins in materials by exciting theelectronic and magnetic degrees of freedom. Drichko uses
inelastic light scattering, so-called Raman scattering, to study
vibrational, electronic, and magnetic excitations.

行っている。この強い電子間の相互作用は超伝導を引き起こし、更に強くなると磁性絶縁体を生み出す。これまでこれ
らの現象は主に無機材料で研究が行われてきたが、私は量子双極子液体などの異常状態を示す分子結晶の異常物性にも興味を持っている。
物質の基本的な性質を調べる一つの方法は励起スペクトルを測定することである。振動を励起することにより、分子や結晶など原子でできた系の原子質量、化学結合の強さなどを知ることができる。同様に、電子・磁気自由度を励起することで、物質中の電子・スピン間の相互作用について知ることができる。
このような振動的、電子的、磁気的励起を調べるために、私の研究では非弾性光散乱、いわゆるラマン散乱を用いている。

量子物質研究グループ

Quantum Materials Group

ヒックス研究室ヒックス クリフォード ウィリアム
HICKS, Clifford William

Hicks Group

外国人客員教授

Visiting Professor

私の専門は強相関電子系の低温実験、特に一軸圧力下での物性測定である。すなわち、ピエゾ素子を用いた自作の一軸圧力装置を使って単結晶に連続的な格子変形をかけることで、系
統的な変化を研究している。一般に、一軸圧力と静水圧力とが物質に与える影響は質的に異なっている。例えば、強相関電子系超伝導体 Sr2RuO4 に面内一軸圧力をかけると、一番大きな
フェルミ面は楕円形に歪んで、Van Hove singularity に到達し、超伝導転移温度 Tc は２倍以上に上昇するが、静水圧では Tc
は単調に減少する。また、銅酸化物高温超伝導体では静水圧は一般に Tc を上昇させることが知られているが、YBa2Cu3O6+xに面内一軸圧力をかけると Tc は減少し、長距離電荷密度波が発生することがわかった。長距離電荷密度波の発生は高温超伝導発現機構の有力な情報となるため大変興味深い。
我々の研究室では自作のピエゾ式一軸圧力装置を使ったさらなる実験を計画している。具体的には、通常常圧で行われれる様々な測定（電気抵抗、磁化、比熱、熱膨張、X 線回折、
μSR、中性子散乱）を一軸圧力下で行えるように拡張する。これらの測定には一軸圧力装置の大きさ・構造のため、通常市販されている装置を使用することはできない。そのため、自作の装置を開発し精密な工作を行う必要がある。
現在我々が研究を行っている試料には、超伝導体 Sr2RuO4,
FeSe、と YBa2Cu3O6+x、磁性体 Sr3Ru2O7、CeAuSb2、とPdCrO2、重い電子化合物 PrV2Al20 がある。

I specialise in the application of uniaxial stress to correlated
electron materials: my group use piezoelectric actuators tocontinuously distort the lattice, so that instead of studying a single
compound, we can instead study, in effect, a series of compounds
related by distortion of the lattice. Uniaxial stress has a qualitatively different effect from hydrostatic pressure on many materials.
For example, in-plane uniaxial stress on the correlated-electron
superconductor Sr2RuO4 causes an elliptical distortion of its largest
Fermi surface, and drives it through a Van Hove singularity in thedensity of states. The critical temperature of the superconductivity
more than doubles. In contrast, hydrostatic pressure causes Tc to
decrease. Hydrostatic pressure generally increases Tc of the hightemperature cuprate superconductors, however here it is moreinteresting to suppress Tc so as to allow alternative electronic
ground states to emerge. These alternative ground states provide
information on the interactions that may drive the superconductivity. In-plane uniaxial stress on YBa2Cu3O6+x suppresses its Tc
and induces long-range charge density wave order.
We developed our piezoelectric uniaxial stress apparatus
in-house. We are working to extend the measurements commonly
performed on unstressed crystals to uniaxially stressed samples:
resistivity, magnetic susceptibility, heat capacity, dilatometry, x-ray
scattering, muon spin rotation, and neutron scattering. The structureof the uniaxial stress cell means that we cannot simply use commercial apparatus. Therefore we do a lot of our own instrument development and precision engineering. Materials that we have studied
include superconductors such as Sr2RuO4, FeSe, and YBa2Cu3O6+x;
the magnetically ordered compounds CeAuSb2, Sr3Ru2O7, and
PdCrO2; and the heavy-fermion Kondo system PrV2Al20.
40

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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(MD-D) and Materials Synthesis and Characterization
Division (MSC-D). The Supercomputer Center of ISSP
(SCC-ISSP) belongs to MD-D, while in MSC-D 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 MD-D, 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 MSC-D, 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（施設長）

廣井

善二

助

教

渡辺

宙志

技術専門職員

福田

毅哉

教

授

川島

直輝

助

教

笠松

秀輔

技術専門職員

浜根

大輔

教

授

上床

美也

助

教

森田

悟史

技術職員

石井

梨恵子

教

授

尾崎

泰助

助

教

矢島

健

学術支援専門職員

荒木

繁行

教

授 *1

杉野

修

助

教

平井

大悟郎

学術支援職員

長崎

尚子

准教授

野口

博司

助

教

郷地

順

特任研究員

サイヤッド

特任研究員 (PI)*2

吉見

一慶

助

教

樋口

祐次

特任研究員

シャヒ

教授（客員）

摂待 力生

助

教

河村

光晶

特任研究員

原口

准教授（客員）石井

技術専門職員

小池

正義

特任研究員

マキシム ピオトル アンドレイ

技術専門職員

山内

徹

特任研究員

本山

技術専門職員

後藤

弘匡

特任研究員

余

技術専門職員

矢田

裕行

特任研究員

リー

Professor (Director)
Professor
Professor
Professor
Professor

Associate Professor
Project Researcher
Visiting Professor

HIROI, Zenji

KAWASHIMA, Naoki
UWATOKO, Yoshiya
OZAKI, Taisuke

SUGINO, Osamu
NOGUCHI, Hiroshi
YOSHIMI, Kazuyoshi
SETTAI, Rikio

史之Visiting Associate Professor ISHII, Fumiyuki

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

WATANABE, Hiroshi

Technical Associate

KASAMATSU, Shusuke Technical Associate
MORITA, Satoshi
YAJIMA, Takeshi
HIRAI, Daigorou
GOUCHI, Jun
HIGUCHI, Yuji

KAWAMURA, Mitsuaki

Technical Associate KOIKE, Masayoshi
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 PCoMS 次世代研究員 (PI)41

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

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

FUKUDA, Takaki
HAMANE, Daisuke
ISHII, Rieko

ARAKI, Shigeyuki
NAGASAKI, Shoko

シャラレ

SAYYAD, Sharareh

プラシャントSHAHI, Prashant

祐哉

HARAGUCHI, Yuya
MAKSYM,Piotr Andrzej

裕一

MOTOYAMA, Yuichi珊

YU, Shan

ヨンティン

LEE, YungTing

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://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-T c superconductivity
and the following enthusiastic research in the last decade 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, which are often observed near
the metal-insulator transition in the strongly correlated electron
systems. We believe that for the next few decades it will become
more important to explore novel physics through searching for
new materials.
A family of transition-metal oxides is one of the typicalsystems where Coulomb interactions play a critical role on
the magnetic and electronic properties. Especially interestingis what is expected when electrons localized due to the strong
Coulomb repulsion start moving by changing the bandwidth or
the density of electrons. We anticipate there unknown, dramatic
phenomena governed by many-body effects and quantum
fluctuations.

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や磁性と伝導性の興味深い相関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。
遷移金属酸化物は強相関電子系の宝庫である。特に小さなスピン量子数をもつ低次元系（量子スピン系）において、強いクーロン反発によって局在しているｄ電子がキャリア数
やバンド幅の制御によって動き始める時、量子効果による劇的な現象が期待される。本研究室では、様々な遷移金
属酸化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。

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拡張多極子秩序を示す。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。

スピン 1/2 カゴメ格子反強磁性体のモデル物質となる銅鉱物ボルボサイトの結晶構造と単結晶Two 5d pyrochlore oxides. Cd2Os2O7 exhibits a metal-insulator transition toa magnetic octupole order below 230 K, while an itinerant multipole state isrealized in Cd2Re2O7 with spontaneous spatial inversion symmetry breaking below 200 K.

Copper mineral volborthite representing a spin-1/2 kagome-lattice antiferromagnet.

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 1/2 カゴメ格子反強磁性体の基底状態
Ground state of the spin-1/2 kagome lattice antiferromagnet
3. 高温超伝導体
High-Tc superconductors

42
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://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

本研 究室では物性研 究所スパコンや神戸の「京」コン森田悟史

MORITA, Satoshi

助教

Research Associate

Our group investigates fundamental problems in condensed
matter physics through massively parallel computation using
ISSP supercomputers and “K-computer” at Kobe. For thispurpose, we also develop new algorithms. As for quantum
critical phenomena, for example, we are trying to find a “deconfined” critical phenomena, a new category of quantum phasetransition, as a transition between Neel state and VBS state in
the SU(N) Heisenberg model. Another target in this area of
research is the existence/absence of super-solid phase in opticallattices and in He4 systems adsorbed on graphite surfaces. As forclassical systems, we investigate the phase transition due to theZ2 vortex dissociation, an unconventional critical phenomena
caused by the symmetry-breaking dangerously-irrelevant field,
etc. Our most recent activities are focused on developments oftensor network methods and their applications to frustrated spin
systems.

ピュータなどの大規模並列計算機を利用して、物性理論で登場する基本的な問題の解明を行っている。また、そのためのアルゴリズムの研究も行っている。最近数年の研究から例をあげると、量子臨界現象に関しては、新しいカテゴリーの転移現象である脱閉じ込め転移を、ＳＵ（Ｎ）ハイゼンベ
ルクモデルにおけるネール状態からＶＢＳ状態への相転移として観測する試みや、光格子にトラップされた極低温原子系
やグラファイト表面のヘリウム系における超固体相の存在／不在の研究などがある。また、古典系に関しては、Ｚ２渦の乖離メカニズムによる相転移の有無の数値的検証，危険なイレレバント演算子が系の対称性を低下させる場合にみられる異常な臨界現象などがある。最近はテンソルネットワー
クなどの新しい方法論の開拓とそれを応用したフラストレート量子系の研究を行っている。

２サイト演算子の繰り込み変換を定義する超演算子。多角形はテンソルを表し、Multi-scale entanglement renormalization ansatz (MERA) を用いて計算される。

繰り込み超演算子の固有値問題から求められる２次元イジングモデルのスケーリン
グ次元。

A super-operator that defines renormalization transformation of twosite operators. Each tensor represented by a polygon is computed through
MERA.

Scaling-dimensions obtained by solving the eigenvalue problem of thesuper-operator.

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

43
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://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。
CrAs は常圧では TN = 265K 以下で反強磁性秩序を示すが僅か 1 GPa の高圧下で反強磁性秩序は消失し、非従来型の超伝導 (Tc ≈ 2 K) が出現する。各圧力下での電気抵抗の温度依存性、中性子散乱実験より、非従来型の超伝導が磁気揺らぎに起因していることを明らかにした。(a) 中性子散乱実験 (at 4K) で得られた各圧力下での磁気2散乱ピーク (0, 0, 2-δ) の様子。(b) 圧力相図と電気抵抗の温度依存性より得られた Tの係数 A の圧力依存性。(HD：ダブルヘリカル構造、SC：超伝導、PM：常磁性 )CrAs adopts the orthorhombic MnP-type structure with a first-order antiferromagnetic transition at TN = 265 K. The first-order TN can be suppressed quickly by the external pressure or substitution by P. And then, theunconventional bulk superconductivity with Tc ≈ 2 K emerges influenceof magnetic fluctuation at critical area. (a) : The (0, 0, 2-δ) magnetic Bragg
peak for CrAs under different pressures at 4 K. (b) : An updated T-P phase
diagram of CrAs showing the complete suppression of Tc around 45 kbar.
The coefficient A for CrAs displays an apparent enhancement aroundPc ≈ 10 kbar. (DH : double helical order, SC : superconductivity, PM : paramagnetism)

(a)

(b)

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. 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

44
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
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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 tounderstand and design properties of a wide variety of materials.
We have been developing efficient and accurate methods andsoftware 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 powerof number of atoms, we have developed 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, and graphene nanoribbon based
devices which cannot be easily treated by the conventional
method, and to directly compare simulations with experiments.
In addition to this, we have recently developed a general method
to calculate absolute binding energies of core levels in solids,
resulting in determination of two-dimensional structures suchas silicene, borophene, and single atom dispersion of Pt atoms
in collaboration with experimental groups. 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, and widely usedaround 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 原子等の表面構造の特定に成功した。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。

ZrB2 (0001) 面上に生成されたシリセン構造の(a) 実験と (b) 計算による XPS スペクトル。実験で観測された α、β、γ の三つのピークはそれ
ぞれ hollow サイト、bridge サイト、on-top サ
イトのシリコン原子に帰属される。ZrB2 (0001)
面上に生成されたシリセン構造にはバックリン
グの違いによる多形が考えられるが、planarlike 構造の計算結果が実験と整合している。

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。

XPS spectrum of silicene fabricated on
ZrB2 (0001) surface by (a) experiment and(b) DFT calculation. The α-, β-, γ-peaks
observed by the experiment can be identified as those from the hollow, bridge, andon-top sites, respectively. Among polymorphs caused by buckling structures, theDFT result for the planar-like structure iswell compared to the experimental result.

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

45
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory
http://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、生物物理を計算機を駆使して研究している。

樋口祐次

HIGUCHI, Yuji

助教

Research Associate

We study soft-matter physics and biophysics theoretically andnumerically. Our main target is the physics of biomembrane andcells 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 and the fracture
process of polymer materials.

特に、生体膜や細胞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、高分子材料の破壊過程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
スをシミュレーションを駆使して研究している。

伸長下の結晶性高分子の破壊。アモルファス層に空孔が生成し、破けていく。

バナナ状タンパク質分子による膜チューブ形成。条件によっては二次元格子状のネットワーク構造を経る。

Fracture of polymer material under axial extension.

Sequential snapshots of membrane tubulation induced by banana-shaped
protein rods.

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

46
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

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

吉見チーム

吉見

一慶

YOSHIMI, Kazuyoshi

Yoshimi Team

PCoMS 次世代研究員（PI）
Project Researcher

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 awide range of fields such as finite temperature properties insolids with strong geometric charge frustration 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 ( 幾何学的電荷フラストレーションが強い系での有限温度物性解析、量子ドット系でのスピン緩和現象解析など )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への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

摂待研究室

摂待

力生

SETTAI, Rikio

Settai Group

客員教授

Visiting Professor

ドハース・ファンアルフェン振 動を主な観測手段として、

We are studying Fermi surface (FS) properties of strongly
correlated electron systems under extreme conditions by deHaas-van Alphen oscillation. FS, which is the highest constantenergy surface of conduction electron in reciprocal space, isvery important to characterize metallic materials, because itshows the characteristic shape and properties depending on the
crystal structure, number of valence electrons and the interactions acting the conduction electrons. We have elucidated
the change of FS with diverging mass-enhancement around
quantum critical point (QCP) in cerium and uranium magnetic
compounds. Recently, we are collaborating with Uwatoko group
to develop the observing system for the quantum oscillation
under the multiple extreme conditions using dilution refrigerator (DR) with 20T superconducting magnet, helium-free DR
with 9T magnet, constant load pressure cell, improved Bridgman
cell and palm-top cubic anvil cell in order to investigate the FS
properties of valence fluctuating system, multipole QCP system,transition metal compounds showing quantum phase transition
or metal-insulator transition.

極限環境下における強相関電子系のフェルミ面の研 究を行っている。フェルミ面は、伝導電子のエネルギーを波数空間で表した時にできる最も高い等エネルギー面であり、結晶構造や価電子数、伝導電子に働く相互作用などにより、その金属に特徴的な形や性質を示すため、金属的な物質を評価する上で大変重要となる。これまで、本研究室では、セリウム化合物やウラン化合物などの量子臨界点近傍でのフェルミ面の変化や、伝導電子の有効質量の発散的な増大を明らかにしてきた。現在、価数揺らぎや多極子の量子臨界点をもつ物質、さらには遷移金属磁性体の量子臨界点や金属絶縁体転移を示す物質のフェルミ面の性質を明らかにするため、上床研究室と共同で、20T 超伝導マグネット付
き希釈冷凍機や無冷媒希釈冷凍機、定荷重圧力装置、改良型ブリッジマン型圧力セル、パームトップ・キュービック圧
力セルを用いた多重極限下の量子振動の観測システムの開発に取り組んでいる。
47

THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物質設計評価施設

Materials Design and Characterization Laboratory

石井研究室

石井

史之

ISHII, Fumiyuki

Ishii Group

客員准教授

Visiting Associate Professor

密度汎関数法に基づく第一原理計算手法を用い、スー

By using the first-principles density functional calculations
with massive parallel computation using large supercomputer,
we study the electronic structures and physical properties ofcomplex materials. We perform computational materials designof candidate materials for spintronics applications and thermoelectric materials. In particular, we focus on spin, magnetic
freedom of electrons. For example, Rashba spin texture is known
for the vortex spin structure in the momentum space (wavenumber space of Bloch electrons) and the skyrmion crystal
is known for the vortex spin structure in real space. These
non-trivial spin structures originate in the crystal structure andstructure of materials interface. The electron transport phenomenon is strongly affected by these spin structures. In our laboratory, we study the origin and expected physical properties ofthe materials with peculiar spin structures by realistic computer
simulation. We try to propose physically interesting phenomena
and design materials that are important for engineering.

パーコンピュータを用いて大規模な並列計算をおこなうことで、複雑な物質の電子状態や物性を研究するとともに、ス
ピントロニクス応用や熱電変換材料として有用な物質の計算
デザインを行っている。 特に電子のもつ磁気的な自由度であるスピンに注目した研究をおこなっている。Bloch 電子の波数空間でのスピン構造（ラシュバ効果等）、実空間でのスピン構造（スカーミオン結晶等）は、結晶構造や界面の構造によって、多彩な非自明な渦構造を示すことが知られており、電子の輸送現象はこれらのスピン構造の影響を強く受ける。本研究室ではそれらについて、現実の物質をより忠
実にコンピュータの中に再現することにより、スピン構造の起源と期待される物性について調べ、その知見から理学的に興味深い現象の提案および、工学的にも重要である物質のデザインをめざしている。

48
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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

笠松

秀輔 Research Associate : KASAMATSU, Shusuke

矢田

裕行 Technical Associate : YATA, Hiroyuki

荒木繁行 Technical Associate : ARAKI, Shigeyuki

福田

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

野口
渡辺

技術専門職員
学術支援専門職員

毅哉 Technical Associate : FUKUDA, Takaki

宙志 Research Associate : WATANABE, Hiroshi

大型計算機室では計算物性物理学専用のスーパーコン

渡辺 /WATANABE

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

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
the Supercomputer 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) + 576GPU(Nvidia Tesla K40)) and
HPE SGI 8600 (504 CPU). The former and the latter systems
were renewed in July 2015 and in January 2018, respectively.
In addition to maintaining high performance of the system
in cooperation with the venders, the SCC also responds toquestions and inquiries from users on a daily basis. In 2015,
we started a new program for developing application programs
aiming at more efficient usage of the supercomputer systems.
We also support national projects, such as post-K computer
projects, element strategy projects, professional development
consortium for computational materials science (PCoMS), etc.
software development projects. We support software development projects for post-K computer, Elements Strategy Initiative,
and PCoMS by providing and managing computer resources.

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。スパコンシステムは 2015 年 7 月に更 新された大規 模 並 列 計 算 機（SGI ICE XA/UV ハイブリットシステ
ム、3820 CPU (Intel Xeon) + 576GPU (Nvidia TeslaK40)）に、2018 年 1 月に稼働を開始した大規模並列計
算機 (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 年度から上記スパコン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を開始した。さらに、計算物質科学スパコン共用事
業を通じてポスト「京」重点課題、萌芽課題、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。

スーパーコンピュータ

笠松 /KASAMATSU

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（SGI ICE XA/UV hybrid system）

The Supercomputer System at the SCC-ISSP.

The supercomputer system B (SGI ICE XA/UV hybrid system).

49
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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 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
小池
石井

善二
正義

Contact Person : HIROI, Zenji
Technical Associate : KOIKE, Masayoshi

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）、真空蒸着装置（10-6

主要設備

Torr）
、グローブボックス、ボックス炉

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-AES50
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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

技術専門職員廣井浜根

善二 Contact Person : HIROI, Zenji

大輔 Technical Associate : HAMANE, Daisuke

電子顕微鏡は物質の微細構造評価の有力な手段である。
本室では、格子像レベルでの透過像を観察するため、高分

矢島 / YAJIMA

解能形と電界放射形分析電子顕微鏡を備え、物質の微細興味深い物性を示す物質の開発や評価において、結晶構構造研究を行うと共に、設備を所内外の利用に供し、共同造解析は極めて重要な位置を占める。本室では、Ｘ線回折利用研究や依頼研究を行っている。

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
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.

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.

主要設備

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

主要設備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、Main Facilities

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

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

レート読み取り装置

and low-temperature holders, and various apparatuses for sample

Main Facilities

preparation.

Powder X-ray diffractometer, CCD system for the single-crystal
structure analysis, Powder X-ray diffractometer with a refrigerator,
Warped imaging plate type diffractometer, Monochromated Lauecamera, and Imaging plate reader.

極低温用イメージングプレート型Ｘ線回折計

200 kV 電界放射形分析電子顕微鏡

Imaging plate type X-ray diffractometer for low temperature application

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

51
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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
助教

初果 Contact Person : MORI, Hatsumi

秋山挾間英文 Contact Person : AKIYAMA, Hidefumi
優治 Research Associate : HAZAMA, Yuji

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、波長可変パル
スレーザー光源主要設備

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

Main Facilities

置（ＰＰＭＳ）

spectrometer with Ar and He-Ne lasers, Pulsed YAG laser equipped

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

ネット（ＮＭＲ）、ＳＱＵＩＤ磁化測定装置（ＭＰＭＳ）、汎用物性測定装with tunable OPPO and a laser-machining unit, Ar ion laser,

Main Facilities

Cryostat.

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)

52
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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.

53
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

中性子科学研究施設
Neutron Science Laboratory
中性子は透過力に優れ、微小磁石の性質を持つので、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、高温超伝導体の研究、フラストレートした磁性体や重い電子系、低次元磁性体等の様々な磁性体の研究をはじめとして、複雑凝縮系の化学物理、高分子やコロイドの構造や相転移、生体物質の高次構造と機能の研究、などハードマテリアルからソフ
トマテリアルまで含む幅広い物質や材料の基礎研
究が中性子散乱を用いて盛んに行われている。まSince 1961, the ISSP has been playing a central rolein neutron scattering activities in Japan not only by
performing its own research programs but also by
providing a general user program for the university
owned various neutron scattering spectrometers
installed at the research reactor of JAEA (Tokai). In
the JRR-3 reactor (20MW), the university group owns
14 spectrometers, and the Neutron Science Laboratory (NSL) is conducting the general user program.
Furthermore the NSL owns state-of-art inelastic
neutron scattering spectrometer HRC in J-PARC
which started its operation in 2009. Major researchareas supported by NSL user program are solid statephysics (strongly correlated electron systems, high-Tc
superconductors, heavy fermion systems, low dimensional magnetism, high-pressure physics, etc.), fundamental physics and neutron beam optics, structure
and phase transitions of polymers, gels, and colloidal
systems, physical chemistry of complex condensed
matter, structure and functions of biological systems,
and material sciences. The NSL also operates the U.S.Japan cooperative program on neutron scattering, andsupports the development of the neutron-beam-basedmaterial sciences in Japan.

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
究の発展に貢献している。
教授（施設長）

柴山

充弘

助

教

リ

教

授

山室

修

助

教

淺井

准教授

益田

隆嗣

技術専門職員Professor (Director)
Professor

Associate Professor

SHIBAYAMA, Mitsuhiro
YAMAMURO, Osamu
MASUDA, Takatsugu

長

木船

聡

晋一郎

特任研究員

秋葉

宙

浅見

俊夫

学振特別研究員

呉羽

拓真

技術専門職員杉浦良介

技術専門職員川名大地

Research Associate
Research Associate
Technical Associate
Technical Associate
Technical Associate

シャン

LI, Xiang

ASAI, Shinichiro
ASAMI, Toshio

SUGIURA, Ryosuke
KAWANA, Daichi

大強度陽子加速器施設 J-PARC に設置された高分解能チョッパー分光器 (HRC)。50Hz で発生する白色のパルス中性子は、中性子光路を通りチョッパーで単色化された後、試料で散乱され、2 次元ディテクタで検出される。ディテクタでは全てのエネルギーの中性子をもれなく測定するため、効率的なデータ収集が可能となっている。

High resolution chopper spectrometer installed in J-PARC. A white pulsed neutron
beam generated with the frequency of 50 Hz propagates inside the neutron beam
guide. The beam is monochromated by the Fermi chopper, scattered by the sample,
and detected by 2-dimensional detectors. The detectors detect all the scattered neutrons with all the energy, which makes the data acquisition drastically efficient.

54
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

係

Administrative Secretary KIFUNE, Satoshi
Project Researcher
JSPS Research Fellow

AKIBA, Hiroshi
KUREHA, Takuma

中性子科学研究施設

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

柴山研究室

柴山

充弘

リ

シャン

SHIBAYAMA, Mitsuhiro LI, Xiang

Shibayama Group教授

Professor

ソフトマターとは、我々の身の回りの物や生体物質を構成

助教

Research AssociateSoft matter undergoes various transitions in response to aslight change of an environmental variable. We investigate therelationship of the structure and dynamics of soft matter, suchas polymer gels, nanoemulsion, and micelles. The aims of ourresearch are systematization of “molecular-bond correlated
systems”. Concurrently, we explore various applications of soft
matter on the basis of the physics of soft matter.
Nano-order structure investigations and studies on dynamics
of soft matter are carried out with state-of-the-art equipment,
SANS-U, a small-angle neutron scattering instrument. Other
techniques, such as small angle X-ray scattering, dynamic/static
light scattering, thermal analyses, and rheological studies, arealso employed. Current interests cover (1) Sol-gel transition (2)inhomogeneities in polymer gels, (3) structural characterizationand studies on deformation mechanisms of high-performancepolymer gels, and (4) fabrication of uniform-polymer networks
and their structure/property characterization, (5) developmentof high-performance thermoset polymers by structure-designingand molecular dynamics simulations.

する「柔らかい」物質・材料のことである。磁性体や超伝導物質などのハードマターでは超高圧や極低温という極限環
境において特異的な物性を示すのに対し、ソフトマターでは
常温・常圧付近で興味深い物性を示し、多様な機能を果たす。我々の研究室ではソフトマターの本質である分子結合
相関系の学問的体系化を目指して、ゾル・ゲル転移、ゲルの相分離・相転移、構造不均一性の研究などのほか、驚異的な力学物性をもつさまざまな高強度・高機能ゲルの開発と構造・物性解析を行なっている。小角中性子散乱を中心に、小角 X 線散乱、静的・動的光散乱、熱物性測定装置、力学測定などを用いて、ソフトマターのナノオーダーの構造・ナノ秒から数千秒までのダイナミクスを探求している。

新規合成された空間不均一性を全く含まない高分子ゲル

均一ゲル（左）と不均一ゲル（右）の二次元レーザースペックルパターンの顕微鏡像

Newly synthesized polymer gel without any spatial heterogeneity.

Optical images of laser speckles from homogeneous gel and heterogeneous gel.

研究テーマ Research Subjects
1.   エルゴードゲルの創製とその構造解析
Fabrication of ergodic gel and its structure analysis
2. 3 次元 DNA 構造体の開発と構造解析
Development of 3-dimensional DNA architecture and its structure analysis
3. 理想網目構造を持つ高分子電解質ゲルの構造解析
Structural analyses of polyelectrolyte gel with ideal polymer network
4. モジュール型温度応答性ゲルの相転移点付近でのダイナミックスと力学特性の評価
Investigation of dynamics and mechanical properties of module thermoresponsive gel near the phase transition point55
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

中性子科学研究施設

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

山室研究室

山室

修

YAMAMURO, Osamu

Yamamuro Group教授

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

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 inwhich liquids solidify without structural change. This is one of
big and long-standing issues in physics. Water, which is the mostfamiliar material for us, exhibits various unique phenomena
caused by hydrogen bonds. Ionic liquids have nanometer-size
domains and hierarchical dynamics generated by competing
electrostatic and van der Waals interactions. Hydrogen atoms
in metal nanoparticles give rise to unusual structure anddynamics caused by the surface effects and resultant distorted
potential energy surfaces. These substances are investigated byneutron scattering, x-ray diffraction, heat capacity, and dielectric measurements. Our aim is to find simple (?) rules involvedin 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

56
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

中性子科学研究施設

Neutron Science Laboratory
http://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,
it was discovered that the hybridized mode of longitudinal andtransverse fluctuations originated from noncollinearity of themagnetic structure as well as Nambu-Goldstone and Higgsamplitude modes.

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、1.4 GPa の秩序相においては、
南部・ゴールドストーンモードと Higgs モードのほかに、磁気構造の非共線性に起因する縦揺らぎ・横揺らぎ混成モードが存在していることが明らかにされた。
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) は中性子非弾性散乱分光器により測定された中性子スペクトルである。カラープロットは
J-PARC のチョッパー分光器 HRC による測定結果であり、シンボルは Oak Ridge 国立
研研究用原子炉 HFIR の三軸分光器 CTAX による測定結果である。P = 0.0 GPa (a) お
よび 0.3 GPa (b) では、スピン無秩序相における一重項 - 二重項励起が観測されている。
これに対し、P = 1.4 GPa (c) では、圧力誘起秩序相におけるマグノン励起が観測されている。(d)-(f) は拡張スピン波による計算結果である。P = 1.4 GPa の圧力誘起秩序相(f) では、南部・ゴールドストーン (NG) モードとヒッグス (L) モードのほかに、縦揺ら
ぎと横揺らぎの混成モード (h-TL) が存在することがわかる。混成モードは圧力誘起磁気
秩序の非共線性に由来するものであり、(c) の中性子スペクトルでも観測されている。

Spin dynamics of the frustrated quantum magnet CsFeCl3 under pressure. The
panels (a) – (c) show inelastic neutron spectra. The color plots are the data measured by a chopper spectrometer HRC in J-PARC, and the symbols are thosemeasured by a triple axis spectrometer CTAX in research reactor HFIR in Oak
Ridge National Laboratory. In the spectra at P = 0.0 GPa (a) and P = 0.3 GPa(b) in the disordered phase, singlet-triplet excitations are observed. In contrast in the one at P = 1.4 GPa (c) in thepressure induced ordered phase, magnon excitations are observed. The panels (d) – (f) show the calculated result
by extended spin wave theory. At P = 1.4 GPa (f) the hybridized mode of transverse and longitudinal fluctuations(h-TL) does exist in addition to Nambu-Goldstone (NG) and Higgs-amplitude (L) modes. The h-TL mode isascribed to the noncollinearity of the magnetic structure, and it is observed in the neutron spectrum in the panel (c).

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励起モード
Nontrivial excitation 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

57
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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.

教

授

嶽山

正二郎

助

教

三田村

教

授（施設長）

金道

浩一

助

教

中村

准教授

徳永

将史

助

教

准教授

松田

康弘

助

准教授

小濱

芳允

准教授 *

長田

俊人

Professor
Professor (Director)

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor

TAKEYAMA, Shojiro
KINDO, Koichi

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

技術専門職員

澤部

博信

大輔

技術専門職員

松尾

晶

三宅

厚志

学術支援職員

大圃

一実

教

池田

暁彦

特任研究員

栗原

綾佑

特任助教

今城

周作

特任研究員

坂井

義和

特任助教

木下

雄斗

特任研究員

松井

一樹

技術専門員

川口

孝志

特任研究員

ヤン

ツォウ

Research Associate
Research Associate
Research Associate
Research Associate

裕幸

MITAMURA, Hiroyuki
NAKAMURA, Daisuke
MIYAKE, Atsushi
IKEDA, Akihiko

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

KAWAGUCHI, Koushi

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

SAWABE, Hironobu
MATSUO, Akira
OHATA, Katsumi
KURIHARA, Ryosuke
SAKAI, Yoshikazu
MATSUI, Kazuki
YANG, Zhuo

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

58
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

国際超強磁場科学研究施設

International MegaGauss Science Laboratory
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/takeyama_group.html

嶽山研究室

嶽山

正二郎

TAKEYAMA, Shojiro

Takeyama Group教授

Professor

１００テスラ以上の超強磁場発生技術開発とそのような極限

中村大輔

NAKAMURA, Daisuke

助教

Research Associate

We are engaged in development for generating ultra-highmagnetic fields above 100 T, and pursue the solid-state science
realized under such an extreme condition. We employ two methods
for the ultra-high magnetic field generation, one is the electromagnetic flux compression (EMFC) and the other is the singleturn coil (STC) method. We have established a new type of coil for
the EMFC, and currently the maximum magnetic field is 985 T.
This value is the highest achieved thus far in an indoor setting in
the world. Further development is underway for achieving muchhigher fields, more precise and reliable measurements for thesolid-state physics. We are now involved in construction of ultrahigh magnetic field generator system under the 1000 T project.
The horizontal and vertical (H- and V-) STCs are used for more
precise measurements up to 200 T, respectively, in accordance with
their magnetic field axes. The H-STC is mainly used for magnetooptical measurements by use of laser optics, whilst the V-STC is
more suitable for the study of low-temperature magnetization in acryogenic bath. We are conducting the studies on magneto-optics
of carbon nano-materials or of semiconductor nano-structures aswell as on the critical magnetic fields in superconducting materials
and on the high-field magnetization processes of the magnetic
materials with highly frustrated quantum spin systems.

環境下で発現する物性の探索的研究を行っている。超強磁場の発生手段として、電磁エネルギーを利用して磁束濃縮を行う「電磁濃縮法」と一巻き銅コイルに高速大電流を投入して超強磁場を発生する「一巻きコイル法」を用いている。
「電磁濃縮法」では、2018 年 1 月に室内世界最高磁場発生 985 テス
ラを実現しているが、更に高い磁場発生とより精度と信頼性を高めた物性計測を目指した研究開発を進めている。2010 年より「電磁濃縮 1000 T 計画」の下に装置建設を推進してきた。
「一巻きコイル法」では、発生磁場の方向により、横および縦型をそれぞれ有し、横型は主にレーザーを用いた磁気光学測定に、
縦型では極低温容器と組み合わせた低温磁化測定、光ファイバーを利用した磁気光学測定に用いている。
「一巻きコイル法」
では再現性と高い測定精度が得られ、およそ 200 テスラまで物性実験を行っている。当研究室では、このような超強磁場量
子極限環境下で、カーボンナノチューブ、グラフェンや半導体
ナノ構造での超強磁場磁気光学による電子状態の解明、超伝導体の臨界磁場、フラストレート量子スピン磁性体などの超強磁場磁化過程を通しての磁気物性の解明などを進めている。
新しく開発され完成した 電 磁 濃 縮 法 1000 テ
スラ超強磁場発生装置。
5 MJ と 2 MJ の高速コ
ンデンサバンクから送り出される大電流 (max
8 MA) が集電板を経由して主コイルに流れる。最大充電電圧や電源からコイルへのエネルギー伝達
効率などの装置の性能が向上したことで、1000 T
以上の室内実験世界最高
磁場発生が見込まれる。
1000 テスラを超えた物
性計測の開発を目指して建設を進めてきた。

Newly-developed ultra-high magnetic field generator of the electro-magnetic
flux compression method. The 5 MJ and 2 MJ fast condenser bank are capableof supplying several mega-amperes, which are injected into a primary coilthrough the collector plate. By upgrading the performance such as the maximum charging voltage and energy transfer efficiency, ultra-high magnetic
fields exceeding 1000 T are planned to generate.

電磁濃縮超強磁場発生装置で 985 テス
ラの磁場発生と磁場値の計測に成功した。ほぼ 1000 テスラに到達、2011 年に嶽山グループが達成した 730 テスラの自己記録を大幅に更新した。上の図は磁場計測に用いたファラデー回転信号。
挿絵は同じく嶽山により開発された新型の磁場発生コイル（銅内張コイル）とその両側に種磁場コイル。磁場検出コイル
では 500 テスラまで計測できて、それより強磁場はファラデー回転からの信号で測定された。

The world record for the highest
magnetic field generated in laboratories housed in a building has
been broken, achieving 985 T andapproaching 1000 T. This is applicable to the measurement of physical properties by the electromagnetic flux
compression (EMFC) method. Faraday rotation of quartz was used to monitor the magnetic fields that were measured close to the highest value. Record
magnetic fields, close to 1000 T, were detected showing that it is possible togenerate such flux densities and indicating that it is also possible to measurephysical properties in super-strong magnetic fields in the region of 1000 T.

研究テーマ Research Subjects
1.   100 T 以上の超強磁場発生と物性計測技術開発
Technical developments for ultra-high magnetic field magnets above 100 T and for solid-state physics measurements
2. 超強磁場磁気光学効果
Magneto-optics in ultra-high magnetic fields
3. 超強磁場磁化過程、超伝導体の臨界磁場
Magnetization processes of magnetic materials and the critical magnetic field in superconducting materials inultra-high magnetic fields

59
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金道研究室

金道

浩一

KINDO, Koichi

Kindo Group教授

Professor

当施 設に設 置されたコンデンサー電 源およびフライホ

今城周作

IMAJO, Shusaku

特任助教

Project Research Associate

We carry out precise measurements under non-destructive
pulsed high magnetic fields that are generated by capacitor
banks and flywheel DC generator installed at the facility. Various
magnets have been developed at user’s requests. Up to now,available field conditions for users are as follows.
1. Short pulse magnet: Pulse duration 5 ms, maximum field 75 T
2. Mid pulse magnet: Pulse duration 30 ms, maximum field 65 T
3. Long pulse magnet: Pulse duration 1 sec, maximum field 43 T
Short pulse magnet is used mainly for magnetization
measurements on insulating materials and Mid pulse magnet
is used for various measurements on metallic materials. Our
magnet has been breaking the world record of non-destructive
mono-coil field and we continue to develop a new magnet
aiming at the new world record of 100 T. We have installed the
flywheel DC generator on May 2008. The generator enables us
to generate long pulsed field with the duration of 1 second. The
Long pulsed field is used for the heat capacity measurement

イール付き直流発電機を用いて、非破壊で強磁場を発生し、 その 磁 場下で 精 密な 物 性 測 定を行う。 様々な用途に応じて、特 殊なマグネットの開発を行っており、現 在、ユーザーが 利用可能な磁場 条件は以下の三種 類である。
①ショートパルスマグネット：パルス幅 5 ミリ秒、最大磁場 75 テスラ②ミッドパルスマグネット：パルス幅 30 ミリ秒、最大磁場 65 テスラ③ロングパルスマグネット：パルス幅約 1 秒、最大磁場 43 テスラ
ショートパルスマグネットは主に絶縁体の磁化測定などに用いられ、ミッドパルスマグネットは金属的な試料の測定に用いられている。当研究室で製作されたマグネットは非破壊パ
ルス強磁場（単パルス）の世界記録を更新しており、現在も100 テスラの発生を目指した開発を行っている。平成 20 年
5 月より世界最大のフライホイール付き直流発電機の運転が始まり、これを電源として用いることでパルス幅が 1 秒の磁

under high field and the ρ -T measurement can be done by useof flat-top field. Higher long pulsed field is under development.

場発生が可能となった。これを用いて磁場中比熱測定を行っている。またフラットトップ磁場を発生することにより強磁場下の ρ -T 測定も可能になった。もっと強磁場を発生出来る
ロングパルスマグネットの開発も進行中である。

ショートパルスマグネットの磁場波形。非破壊単パルスでの 85T は世界最高記録。
このマグネットを 75T の測定用としてユーザーに提供している。

ロングパルスマグネットの磁場波形。現在の最大磁場は 43T。このマグネットを磁場中比熱測定用としてユーザーに提供している。

Profile of magnetic field for Short pulse magnet. The maximum field of
85T is the highest record for mono-coil field. This magnet is used for the
75T-measurements as a user’s coil.

Profiles of magnetic field for Long pulse magnet. The maximum field of
43 T is used for the heat capacity-measurements under high field.

研究テーマ Research Subjects
1.   量子スピン系物質の磁性研究
Study on magnetism of quantum spin systems
2. 強相関伝導物質の磁性と伝導の研究
Study on magnetism and conductivity of strongly correlated electron systems
3. 非破壊 100 テスラマグネットの開発
Development of non-destructive 100 T-magnet
4. 超ロングパルスマグネットの開発
Development of ultra-long pulse magnet

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徳永研究室
Tokunaga Group徳永

将史

TOKUNAGA, Masashi

准教授

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 broad research
fields of solid state physics because they can directly tune the spins,
orbitals and phases of electrons in materials. We study various
kinds of phase transitions in high magnetic fields with using
non-destructive pulse magnets and developing/up-grading various
experimental techniques; e.g. magnetization, magnetoresistance,electric polarization, polarizing optical microscopy, and so on.
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 strongly correlated electron systems in the quantum limit states. In particular,
we have been focusing on the semimetals having even numberof electrons and holes, and found a novel field-induced phase ingraphite and anomalous 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 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.

場であり、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。
また年間４０件程度の共同利用研究を行い、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。

多重極限環境下で測定した単結晶黒燐の磁気抵抗効果。挿入図は黒燐の結晶構造を模式的に示している。図中に示したように、磁場を a 軸方向に印加して c 軸方向の抵抗を測定した。14 T までの磁場範
囲 で 1000 倍 を 超 え る 巨 大な正の磁気抵抗効果と、それに重畳した量子振動現象が観測されている。

Magnetoresistance of a single crystal of black phosphorus under multiple
extreme conditions. Inset shows schematic illustration of the crystal structure.
Resistance along the c axis was measured in magnetic fields applied along thea axis. We observed huge positive magnetoresistance larger than 1,000 times ofthe value at zero field together with superposed Shubnikov-de Haas oscillations.

( 左 ) 新奇マルチ
フェロイック相(IM 相 ) の存在を示す BiFeO3 単 結 晶の 磁 化 曲 線。
（右）IM 相で期待されるコニカル型磁気秩
序状態におけるス
ピン配列の模式図。

(left) Magnetization curves of single crystals of BiFeO3. Anomalies of magnetization curves shown in the shaded area suggest emergence of a novel
multiferroics phase (IM phase) in this field-temperature region. (right)
Schematic illustration of the spin arrangement in the IM phase.

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

61
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松田康弘研究室松田康弘

MATSUDA, Yasuhiro

Y. Matsuda Group

准教授

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

We have studied properties of matters that emerge underultrahigh magnetic fields of up to 1000 T. Ground state of mattercan 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 through thephenomena such as formation of nontrivial magnetic structure
in low dimensional spin systems, exotic local-itinerant transitionin strongly-correlated magnetic compounds, and strong spinlattice coupling in molecular solids. The field-induced phasetransition without thermal excitation at a low temperature is aquantum phase transition where the excited state in weak fields
transforms to the new ground state in strong fields. Thus, hidden
potential characters of matter appear in strong magnetic fields
and novel phenomena can occur. Only short-duration destructive pulsed magnets can produce strong fields far exceeding
100 T; beyond overcoming the technical difficulties regarding
the destructive magnetic field, unexplored research fields open.
We have also enthusiastically developed new measurement
techniques to discover the exotic novel phases in the field rangeof 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、低磁場では励起状態として存在した状態が、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隠れた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。それぞれ異なる温度における結果をしめしてる。

S=1/2 の有機スピンラダー物質 BIP-BNO の磁化の磁場微分（dM/dB）の磁場依存性。ラダーに特徴的な 2 本の明瞭なピーク構造が観測されている。

Magnetostriction of LaCoO3
measured with the Fiber
Bragg Grating (FBG). The
results at different temperatures are shown.

Magnetic field dependence of the magnetic-field derivative of the magnetization (dM/dB) in S=1/2 two-leg organic spin-ladder compound BIP-BNO.
The distinct two peaks are the characteristic of the spin ladder system.

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

62
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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.
Magnetooptical measurement technique”, “2. Ultra-fast magnetoresistance measurement with micro-fabricated devises” and“3. High-field NMR experiment with a FPGA module”. With
these techniques, we currently investigate the magnetotransport in topological insulators/superconductors and the novel
magnetic phases in quantum spin systems. Our final goal is thecondensed matter researches at ultra-high magnetic field region
up to ~1000 T, and thus our future work will be also devoted totechnical developments for ultra-high magnetic field generations as well as the improvements of measurement techniques.

す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技術および新規測定技術の開発にも力を注いでいる。

(a)AuGe フィルムを用い測定された BiCu2PO6 の磁気熱量効果。(b) レー
ザー光を用いたファラデー回転角。磁気熱量効果の測定は等エントロピー変化 (T(H)S) の測定と同意義であり、磁気相転移に伴う温度変化を観測している。ファラデー回転角はシングルターンコイルを用い 120 T まで測定しており、60 T 付近、90 T 付近で相転移を検出した。

(a) Magnetocaloric effect (MCE) of BiCu2PO6 measured by AuGe
thin film. (b) Faraday rotation angle of BiCu2PO6 measured by laser
optics. The MCE data should correspond to the isentropic T(H)S
curve in which the temperature change due to field-induced phasetransition were observed. The Faraday rotation angle was measured
up to 120 T by using a single turn coil system, where the field-induced
phase transitions were detected at ~60 and ~90 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 測定とフラストレート磁性体への応用
NMR measurement under pulsed fields and its application to frustrated magnetic materials
3. 微細加工技術を用いた新規デバイスの開発
Development of new devise with Nanofabrication process
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
5. 微細加工技術を用いた新規測定デバイスの開発
Development of new measurement devise with Nanofabrication technology

63
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

計算物質科学研究センター
Center of Computational Materials Science「京」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、ポスト「京」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、「京」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 K-computer, massively parallel
computation is actively used for solving problems inmaterials science in recent years. In fact, computeraided science has been providing answers to many
problems ranging from the most fundamental ones,
such as critical phenomena in quantum magnets,
superconductors, and superfluids, to the ones withdirect industrial applications, such as semiconductor
devices and electrode chemical reactions in batteries.
Due to the recent hardware trends, it is now crucial
to develop a method for breaking up our computational task and distribute it 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 Post-K Computer Project andElements Strategy Initiative, coordinate the use of thecomputational resources available to our community,
including K-computer and ISSP supercomputers. In
addition, we also operate the web site, MateriApps,
which offers easy access to various existing codes inmaterials science.

MateriApps の開発・運用なども行っている。
教

授 *1

Professor

教 授（副センター長）*1

川島

直輝

助

教 *1

渡辺

宙志

特任研究員

古宇田

尾崎

泰助

助

教 *1

笠松

秀輔

特任研究員

白井

達彦

杉野

修

助

教 *1

森田

悟史

特任研究員

玉井

敬一

常行

真司

助

教 *1

樋口

祐次

特任研究員

土居

抄太郎

藤堂

眞治

助

教 *1

河村

光晶

特任研究員

原嶋

庸介

加藤

岳生

技術専門職員

山崎

淳

特任研究員

福田 将大

野口

博司

学術支援専門職員

早川

雅代

特任研究員

松本

宗久

赤井

久純

特任研究員

浅野

優太

特任研究員

リー

チチェン

三澤

貴宏

特任研究員

井戸

康太

特任研究員

リー

ヒュンヨン

特任研究員

金子

隆威

特任研究員 *2 山本良幸

特任研究員 *2 ヤンレイ

KAWASHIMA, Naoki

Professor (Deputy Director) OZAKI, Taisuke

教

授 *2

Professor

教 授（センター長）*3
Professor (Director)

教

授 *3

Professor

SUGINO, Osamu
TSUNEYUKI, Shinji
TODO, Synge

准教授 *4

Associate Professor

准教授 *1

Associate Professor

特任研究員 (PI)Project Researcher

特任研究員 (PI)*5

Project Researcher

KATO, Takeo

NOGUCHI, Hiroshi
AKAI, Hisazumi

MISAWA, Takahiro

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

WATANABE, Hiroshi
KASAMATSU, Shusuke
MORITA, Satoshi
HIGUCHI, Yuji

KAWAMURA, Mitsuaki
YAMAZAKI, Jun
HAYAKAWA, Masayo
ASANO, Yuta
IDO, Kota

KANEKO, Ryuui

Project Researcher SHIRAI, Tatsuhiko
Project Researcher TAMAI, Keiichi
Project Researcher DOI, Shotaro

Project Researcher HARASHIMA, Yosuke
Project Researcher FUKUDA, Masahiro
Project Researcher MATSUMOTO, Munehisa
Project Researcher LEE, Chi-Cheng
Project Researcher LEE, Hyunyong

Project Researcher YAMAMOTO, Yoshiyuki
Project Researcher YAN, Lei*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 PCoMS 次世代研究員 (PI)64
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

光Project Researcher KOUTA, Hikaru

計算物質科学研究センター

Center of Computational Materials Science
http://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

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-performancepermanent magnets is one of our main targets. CMD aims at
to design materials and/or structures on the basis of quantum
mechanics. This corresponds to the inverse problem of quantum
simulation. In general, solving such problems is very difficult.
In CMD we solve these problems by making use of the knowledge, which is obtained through quantum simulations, about
underlying mechanisms realizing specific features of materials.
The technique of materials information also can be exploited.
In these regards, the developments of new methods of quantum
simulation also are our important themes. Among them aredevelopments of methods of accurate first-principles electronic
structure calculations in general, first-principles non-equilibrium Green’s function method, order-N screened KKR-method
used for huge systems, and the 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。特に、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。
このような問題を解く事は一般に困難であるが、量子デザイン
では物性発現の機構を量子シミュレーションのくり返しにより明らかにすることによってこの問題を解く。マテリアルズ・イン
フォーマティクス手法も援用される。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第一原理非平衡グリーン関数法の開発、オーダー N 計算を実現する遮蔽 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。

計算物質科学研究センター

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

三澤チーム

三澤

貴宏

MISAWA, Takahiro

Misawa Team

PCoMS 次世代研究員（PI）
Project Researcher

固体中の電子の振る舞いは量子多体問題の典型例であり、Behavior of electrons in solids is a typical example ofquantum-many body systems. In the quantum many-bodysystems, various exotic phenomena emerge, which is hardly
expected from the behavior of single electron. We try to theoretically reveal the origins of the exotic phenomena in the quantum
many-body systems, and aim to predict and design the new
exotic phenomena. We have been developed numerical methods
for treating the quantum many-body systems and some of them
are released as open-source software packages, for example, werelease HΦ (software for exact diagonalization) and mVMC
(software for many-variable variational Monte Carlo method).
By using mVMC, we recently reveal the origin of the anomalous pinning of the superconducting critical temperatures
observed at the interfaces of the cuprates. We also clarify thefinite-temperature effects of the quantum spin liquids in thefrustrated Hubbard model and finite-temperature effects on the
one-third magnetic plateau in the quantum Heisenberg modelon the kagome lattice.

ひとつの電子の振る舞いからは想像もつかない多彩な現象を発現するのが特徴である。本チームでは、この量子多体問題がもつ魅力的な現象の起原を理論的に解明して、さらには新奇現象の予言・制御につなげるための研究を行っている。そのために、量子多体問題を取り扱う数値計算手法の開発を行っており、開発した計算手法をオープンソースソフトウェアとして公開している。今までに、格子上の量子多体問題を数値的に厳密に解くソフトウェア H Φ、高精度な波動関数法である多変数変分モンテカルロ法のソフトウェア mVMC を公開している。
最近の成果として、mVMC を用いて銅酸化物界面の理論
模型の解析を行い、界面では超伝導の転移温度がバルクのドーピング濃度に依らずに常に一定に保たれる機構の起原を解明した。また、H Φを用いて、幾何学的フラストレーションを持つハバード模型における量子スピン液体の有限温度性質の解明、カゴメ格子上の量子ハイゼンベルグにおける磁化プ
ラトーの有限温度効果の解明を行った。
65

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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
極限コヒーレント光科学研究（LASOR）センターでは、超精密レーザーや極短パルス、大強度レーザーな
どの極限的なレーザーを開発すると共に、シンクロトロ
ン放射光を用いた先端的軟 X 線ビームラインを開発している。テラヘルツから真空紫外線、軟 X 線までの広いエネルギー範囲の極限的な光源を用いて、超高分解能光電子分光、時間分解分光、スピン偏極分光、顕微分光、回折や光散乱、イメージング、発光分光などの新しい最先端分光計測を開発している。一方、これらの極限的な光源や分光手法を用いて半導体、強相
関物質、有機物質、生体物質、表面、界面などの幅広い物性研究とその共同利用を行っている。LASOR
センターは、先端的な光科学とそれを用いた物質科学との共同研究、共同利用を目指す総合的なセンターである。柏キャンパスにおいては、大規模なクリーンルー
ムと除振床を設置した先端分光実験棟（D 棟）及び、
真空紫外・軟 X 線レーザーの物性研究利用を主目的とした極限光科学棟（E 棟）を有し、光源開発とそれを用いた物性研究を行っている。兵庫県にある SPring-8においてはシンクロトロン放射光を用いたビームライン
BL07LSU において軟 X 線分光の研究を行っている。
教

授（センター長） 辛Professor (Director)

埴SHIN, Shik

Professor (Deputy Director)

教

授（副センター長）小林

KOBAYASHI, Yohei

洋平

教

授

原田

慈久

教 授 *1

小森

文夫

教授（副センター長）*2 秋山

英文

Professor
Professor

HARADA, Yoshihisa
KOMORI, Fumio

Laser and Synchrotron Research (LASOR) Center
develops new lasers with extreme performance of ultraprecise, high intensity and ultra-short pulse lasers. The
cutting edge soft X-ray beamline is also developed usingsynchrotron radiation. LASOR center is responsible forthe advanced spectroscopy, such as ultra-high resolution
photoemission, time-resolved, spin-resolved spectroscopy, diffraction, light scattering, imaging, microscopy
and fluorescence spectroscopy, by new coherent lightsources based on laser and synchrotron technology over awide spectrum range from terahertz to X-ray. In LASOR
center, a variety of materials sciences for semiconductors, strongly-correlated materials, molecular materials,
surface and interfaces, and bio-materials are studied
using advanced light sources and advanced spectroscopy.
The aim of LASOR center is synthetic science for photon
sciences and collaborations with materials science. Mostof the research activities on the development of newlasers with an extreme performance and the application to material science are studied in specially designed
buildings D and E with large clean rooms and the isolated
floor in Kashiwa Campus. On the other hand, the experiments utilizing the synchrotron radiation are performedat beamline BL07LSU in SPring-8 (Hyogo).

助

教

矢治

光一郎

技術専門職員

工藤

博文

特任研究員

田久保

助

教

石井

順久

技術専門職員

伊藤

功

特任研究員

ツァン ペン

助

教

宮脇

淳

研究支援推進員 藤澤Technical Staff

FUJISAWA, Masami

正美

特任研究員

中里

助

教

谷

特任研究員

赤田

圭史

特任研究員

バレイユ セドリック

助

教

平田

靖透

特任研究員

伊藤

紳二

特任研究員

松田

拓也

助

教

黒田

健太

特任研究員

エル ムサウイ スリマン 特任研究員

水野

智也

助

教

神田

夏輝

特任研究員

大平

猛

特任研究員

山神

光平

助

教 *2

挾間

優治

特任研究員

尾嶋

正治

特任研究員

山添

康介
淳子

Research Associate YAJI, Koichiro

Research Associate ISHII, Nobuhisa

Research Associate MIYAWAKI, Jun

峻太郎

Research Associate TANI, Shuntaro

Technical Associate ITO, Isao

Project Researcher

AKADA, Keishi

智治

Project Researcher NAKAZATO, Tomoharu
Project Researcher BAREILLE, Cedric

准教授

松田

巌

准教授

板谷

治郎

准教授

和達

大樹

准教授

近藤

KONDO, Takeshi

猛Project Research Associate TANIUCHI, Toshiyuki

特任助教

谷内

敏之

特任研究員

乙津

聡夫

特任研究員 *2 薄倉

松永

隆佑

技術専門員

福島

昭子

特任研究員

小菅

淳

特任研究員 *

井上

圭一

技術専門員

原沢

あゆみ

特任研究員

崔

特任准教授

岡﨑

浩三

技術専門職員

澁谷

孝

特任研究員

櫻木

助

教

山本

達

技術専門職員

金井

輝人

特任研究員

ジャオ ジガン

助

教

石田

行章

技術専門職員

橋本

光博

特任研究員

鈴木

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor

准教授

Associate Professor

准教授 *2

Associate Professor

MATSUDA, Iwao
ITATANI, Jiro

WADATI, Hiroki

Research Associate

Research Associate KANDA, Natsuki
Research Associate HAZAMA, Yuji

MATSUNAGA, Ryusuke Technical Associate FUKUSHIMA, Akiko
INOUE, Keiichi

Project Associate Professor OKAZAKI, Kozo
Research Associate

Research Associate KURODA, Kenta

Technical Associate HARASAWA, Ayumi
Technical Associate SHIBUYA, Takashi

YAMAMOTO, Susumu Technical Associate KANAI, Teruto
ISHIDA, Yukiaki

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Technical Associate HASHIMOTO, Mitsuhiro Project Researcher

ITO, Shinji

Project Researcher ZHANG, Peng

AKIYAMA, Hidefumi

Project Researcher

66

Project Researcher MATSUDA, Takuya

EL Moussaoui, Souliman Project Researcher MIZUNO, Tomoya
OHDAIRA, Takeshi
OSHIMA, Masaharu
OTSU, Toshio

KOSUGE, Atsushi

藝涛

CUI, Yitao

俊輔

SAKURAGI, Shunsuke
ZHAO, Zhigang

剛

SUZUKI, Takeshi*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 GroupTHE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

耕Project Researcher TAKUBO, Kou

Professor (Deputy Director)

Associate Professor

Research Associate HIRATA, Yasuyuki

Technical Associate KUDO, Hirofumi

Project Researcher YAMAGAMI, Kohei
Project Researcher YAMAZOE, Kosuke
Project Researcher USUKURA, Junko

金昌秀

特任研究員 *2 陶仁春

2Project Researcher KIM, Changsu
Project Researcher TAO, Renchunu

特任研究員 *2 中前秀一

Project Researcher NAKAMAE, Hidekazu

学振特別研究員 チョウ

ユジュン

JSPS Research Fellow ZHANG, Yujun

極限コヒーレント光科学研究センター

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

辛研究室

辛

埴

SHIN, Shik

教授

Shin Group

Professor

紫外光から軟 X 線レーザーの特長を利用した光電子分光

石田行章

ISHIDA, Yukiaki

助教

Research Associate

谷内敏之

TANIUCHI, Toshiyuki

特任助教

Project Research Associate

We are investigating the properties of materials throughphotoemission spectroscopy implemented by lasers in thevacuum-ultraviolet to soft-x-ray region. Photoelectrons carrythe complete information of the electrons in solids, namely, theirenergy, momentum, time, space, and spin.
The photoemission spectrometer utilizing the monochromatic laser achieves the energy resolution of 70 μeV, which is
the highest in the world. This enables us to directly observe
the superconducting gaps and pseudo-gaps of novel superconductors and strongly-correlated materials, as well as themomentum-resolved electronic structures that are closely
related to the transport properties of solids. We can also reveal
the electron-phonon or –magnon interactions in solids. We arealso performing time-resolved photoemission spectroscopy
in order to know the photo-induced phenomena in superconductors, transition metal compounds, organic materials, andsemiconductors. Furthermore, we are now developing photoelectron microscope in order to know the nano electronic structure in solids. Our aim is to have the nanometer size microscopyof electronic states.

を開発しながら物性研究を行うことに力を入れている。光電
子分光は固体電子が持つエネルギー、運動量、時間、場所、
スピンの全ての情報を知ることができる実験方法である。
レーザーの持つ単色性を利用して新たに開発されたレーザー光電子分光は 70 μeV のエネルギー分解能を有し、世界最高である。超伝導体や強相関物質のギャップや擬ギャップ等を観測し、輸送現象に直接関係した電子状態を運動量空間で知ることができる。また、固体中のフォノンやマグノ
ン等の固体中の素励起との結合を知ることもできる。一方、レーザーのパルス的時間特性を利用してフェムト秒領域の時
間分解光電子分光法を行っている。超伝導体、遷移金属
化合物、有機物、半導体などの光誘起現象を研究している。
また、レーザーの持つ大強度や微小スポットサイズを利用してナノ構造の電子状態を知る顕微光電子分光を行っている。
STM にせまるようなナノメートル領域の空間分解能を目指している。

超高分解能レーザー光電子分光法により解明された鉄系超伝導体 KFe­­­2As2 の異方的な超伝導ギャップ構造。超伝導転移温度は 3.4 K である。(Okazaki et al.,Science (2012)

Anisotropic superconducting gap structure of the iron-pnictide superconductor KFe2As2 revealed by ultra-high-resolution laser photoemission spectroscopy. The critical temperature is 3.4 K.

２．６ナノメートルの超高空間分解能を持つレーザー
光電子顕微鏡（レーザー PEEM)

Laser Photoelectron microscopy (Laser PEEM)
that has an ultrahigh spatial resolution of 2.6 nm.

研究テーマ Research Subjects

1.   軟 X 線レーザー極超高分解能光電子分光による超伝導体、低次元物質、新物質等の電子状態の研究
Ultra-high resolution laser-photoemission study on the superconductors and the low dimensional materials
2. 軟Ｘ線レーザー時間分解光電子分光による光誘起現象の研究
Time-resolved laser-photoemission study on the photo-induced phenomena
3. 軟Ｘ線レーザー光電子顕微鏡によるナノ構造の電子状態の研究
Laser photoelectron microscopy on the electronic states of nanomaterials

67
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小林研究室

小林

洋平

KOBAYASHI, Yohei

Kobayashi Group教授

Professor

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

TANI, Shuntaro

助教

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 wide fieldof applications in the 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 highrepetition-rate laser system will be applied for a calibration of aspectrograph in an observatory or an arbitrary waveform generation in an optical field, or a breath diagnosis.
In addition, we are studying the fundamental processes oflaser processing and bridging the gap between them and industrial applications.

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、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開発している。
超高繰り返しの方向では縦モード一本ずつを分離し制御できるフェムト秒レーザーを実現し、世界最小のカーレンズモード同期レーザーを保有している。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の発生や中赤外超精密分子分光を行っている。光源応用として光電子分光、光原子時計、天文、医療に関する研究を行っている。また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ぶマルチ
スケールな現象が如何に繋がっているのかについて研究し、レーザ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。

オフセットフリー
光周波数コム

Offset-free opticalfrequency comb.

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。

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 the metastable 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

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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 properties using intense and energy tunable X-ray source: SPring-8,
one of the most brilliant synchrotron facilities in the world. We
have developed 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 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, 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 emission spectroscopy forthe 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光源に向けた軟Ｘ線発光分光の超性能化の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

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
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松田巌研究室松田

巌

MATSUDA, Iwao

I. Matsuda Group

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

山本

達

YAMAMOTO, Susumu

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。

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。

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

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

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

極限コヒーレント光科学研究センター

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

板谷研究室

板谷

治郎

ITATANI, Jiro

Itatani Group

准教授

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

石井順久

ISHII, Nobuhisa

助教

Research Associate

Development of phase-stable intense ultrashort-pulse lasers
and their applications to attosecond and strong-field physics are
the main subjects of our research. As for the light source, wedevelop waveform-controlled intense optical pulses in IR andmid-IR spectral regions. Currently, several state-of-art IR andmid-IR sources are operational to produce high harmonics in
gas or solids. For the spectroscopic applications, we develop new
methods using waveform-controlled strong optical fields andattosecond pulses to explore field-induced ultrafast processesof atoms, molecules, and condensed matters. We focus on fielddriven electron dynamics and related nonlinear phenomena(e. g., high harmonic generation) in solids using intense mid-IR
sources. Our methodology is based on the cutting-edge lightsources and their frequency conversion to cover the spectral
range from terahertz to soft X rays with precise synchronization.
We aim to use such extremely broadband and ultrafast coherent
light sources for observing and controlling the quantum
dynamics of non-equilibrium states of matters 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、可視から赤外領域での位相制御された高強度光電場の発生と制御、および、原子・分子・固体における強レーザー場下での非線形現象を利用したアト秒パルス発生に関する研究を行っている。光源
応用に関しては、強レーザー場やアト秒軟 X 線パルスを用いた新規分光手法の開拓と、原子・分子・凝縮系における超高速現象の観測と量子制御、極端紫外から軟 X 線領域のアト秒短波長光を用いた超高速分光に関する研究を行っている。位相制御された高強度極短パルスレーザーとその波長変換を基盤技術として、テラヘルツから軟Ｘ線にわたる
広い周波数領域における光パルスの発生が可能であるため、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。

(a)「水の窓」をカバーする高次高調波の軟Ｘ線スペクトル。青線はネオン、赤線
はヘリウムを非線形媒質として用いた場合を示す。(b) ヘリウムガスで発生する高次高調波スペクトルの位相依存性。この結果より、光子エネルギー 450 eV 付近で
孤立アト秒パルスが発生していることがわかる。

半導体 GaSe に高強度中赤外光を集光して得られる高次高調波のスペクトル。青線は入射光が直線偏光の場合、赤線は円偏光の場合であり、円偏光の場合、選択則が成り立つ。

(a)Soft-X-ray spectra of high harmonics from neon (blue curve) and helium(red curve) that cover the water window. (b) CEP dependence of the highharmonic spectra from helium. The phase-dependent structure shows thegeneration of isolated attosecond pulses around a photon energy of 450 eV.

High harmonic spectra from a semiconductor GaSe producedby linearly (blue curve) and circularly (red curve) polarized mid
infrared light. In the case of circularly polarized input, the highharmonic spectrum obeys the selection rule.

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
Ultrafast spectroscopy and coherent control of photo-induced dynamics in atoms, molecules, and solids
4. 固体の超高速軟 X 線分光Soft-X-ray ultrafast spectroscopy of molecules and solid

71
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

極限コヒーレント光科学研究センター

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

和達研究室

和達

大樹

WADATI, Hiroki

Wadati Group

准教授

Associate Professor

当研究室では SPring-8 などの放射光Ｘ線を用い、遷移平田靖透

HIRATA, Yasuyuki

助教

Research Associate

We investigate the electronic structures, ordered states, anddynamics of strongly correlated materials, such as transitionmetal compounds, by using x-rays from synchrotron radiation(e.g. SPring-8). Our main experimental technique is resonant
soft x-ray diffraction, that is, x-ray diffraction performed bytuning the x-ray energy at the absorption edge of the constituent
element. One can determine detailed magnetic structures ofextremely small samples including thin films and nanostructures. By this technique we study ordered states in materials
which show anomalous behaviors such as superconductivity andgiant magnetoresistance. We will further extend this techniqueto time-resolved measurements by using time structures ofsynchrotron x-rays and x-ray free electron laser (e.g. SACLA),
and directly measure the dynamical processes. These studies will
reveal the mechanisms of anomalous behaviors and contributeto search for novel properties and phenomena in strongly correlated electron systems.

金属化合物などの電子相関の強い物質に対し、その電子状
態、秩序状態、ダイナミクスなどを調べる研究を行っている。
主に用いている実験手法は共鳴軟Ｘ線回折であり、これは物質の構成元素の吸収端のエネルギーを持つＸ線によるＸ
線回折である。薄膜やナノ構造など微小試料でも磁気構造が決定できるなど、これまでの回折実験の常識を大きく打
ち破ることができる。この手法により、強相関電子系で見られる高温超伝導や巨大磁気抵抗効果などを引き起こす物質
内部の秩序状態の直接観測する。さらには、放射光Ｘ線やSACLA などのＸ線自由電子レーザーの時間構造を用い、ピ
コ秒からフェムト秒領域での動的プロセスを実時間で観測する。以上によって物性発現のメカニズムを解明し、強相関電子系における新たな物性や現象を模索する。

SPring-8 BL07LSU における共鳴軟 X 線回折装置。

強磁性薄膜の時間分解測定。レーザー照射による消磁と回復の過程を示す。

Resonant soft x-ray diffraction instruments installed at BL07LSU, SPring-8.

Time-resolved measurements of ferromagnetic thin films. This shows thedemagnetization and recovery processes under laser illumination.

研究テーマ Research Subjects
1.   共鳴軟Ｘ線回折による強相関電子系の秩序状態の研究
Resonant soft x-ray diffraction study of ordered states in strongly correlated electron systems
2. 時間分解共鳴軟Ｘ線回折の開発
Development of time-resolved resonant soft x-ray diffraction systems
3. 軟Ｘ線を用いた新しい分光手法の開発
Development of novel spectroscopic techniques by using soft x-rays

72
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
http://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 radiation73
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
http://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

テラヘルツから赤外・可視・紫外領域にわたるコヒーレン

助教

Research Associate

We investigate light-matter interactions and light-induced
nonequilibrium phenomena in materials by utilizing terahertz
wave, infrared, visible, and ultraviolet 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. Recentlydeveloped intense terahertz pulse generation technique has also
opened a new pathway toward optical control of materials bystrong resonant or off-resonant excitation. In addition to thedevelopment of terahertz generation and detection techniqueand novel nonlinear spectroscopy scheme, we will contributeon the study for cooperative behaviors in many-body systems
like superconductivity or antiferromagnetism and seek hidden
transient phases of matters in nonequilibrium system to reveal
the functionality of materials.

ト光源を用いて、物質の光応答と、光電場によって物質中に誘起される非平衡状態の性質を調べる。特にテラヘルツ
周波数帯はフォトンエネルギーで数 meV 程度に相当し、物性物理学において重要なフェルミ面近傍の電磁気応答を通して物質中の素励起を探る有効な手法となっている。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になる。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、非線形応答や非平衡状態でのみ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、検出技術開発
Development of intense, phase-locked terahertz-mid infrared pulse generation and detection
2. 超伝導や反強磁性における線形・非線形な電磁応答と集団励起の解明
Study of collective excitations and response functions in superconductivity and antiferromagnetism
3. 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
Nonequilibrium dynamics of many-body systems driven by strong light field

74
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

極限コヒーレント光科学研究センター

Laser and Synchrotron Research Center
http://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

特任准教授

Project 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

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

75
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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 Branch
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/labs/sor/index.html

教授（施設長） 辛教授（副施設長）小森
教

授

准

教

授

准

教

授

助

教

助

教

助

教

助

教

原田
松田
和達
山本

埴

文夫
慈久
巌

大樹

Professor (Director) : SHIN, Shik

技術専門員

Professor : KOMORI, Fumio

技術専門員

Professor : HARADA, Yoshihisa

技術専門職員

Associate Professor : MATSUDA, Iwao

技術専門職員平田澁谷
工藤

Associate Professor : WADATI, Hiroki

研究支援推進員 藤澤

Research Associate : YAMAMOTO, Susumu

特任研究員

淳

Research Associate : MIYAWAKI, Jun

特任研究員

Research Associate : HIRATA, Yasuyuki

特任研究員

靖透

特任研究員

特任研究員
特任研究員
特任研究員
特任研究員

赤田

軌道放射物性研究施設（SOR 施設）は高輝度放射光をTechnical Associate : FUKUSHIMA, Akiko

孝

博文

正美

圭史

Technical Associate : SHIBUYA, Takashi
Technical Associate : KUDO, Hirofumi
Technical Staff : FUJISAWA, Masami
Project Researcher : AKADA, Keishi

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

大平

猛

尾嶋
崔

正治
藝涛

田久保
山神
山添

学振特別研究員 チョウ

矢治 / YAJI

昭子

原沢 あゆみ Technical Associate : HARASAWA, Ayumi

達矢治 光一郎 Research Associate : YAJI, Koichiro
宮脇

福島

耕

光平
康介

Project Researcher : OHDAIRA, Takeshi
Project Researcher : OSHIMA, Masaharu
Project Researcher : CUI, Yitao
Project Researcher : TAKUBO, Kou
Project Researcher : YAMAGAMI, Kohei
Project Researcher : YAMAZOE, Kosuke

ユジュン JSPS Research Fellow : ZHANG, Yujun

The synchrotron radiation laboratory(SRL) is promoting
advanced solid state spectroscopy using synchrotron radiation
in soft X-ray and vacuum ultraviolet region. SRL operates abranch laboratory at SPring-8 to maintain the high-brilliancesoft X-ray beamline BL07LSU of the University of Tokyo, where
time-resolved soft X-ray spectroscopy, high-resolution soft
X-ray emission spectroscopy, 3D (depth + 2D microscopy)
nanoESCA, X-ray magneto-optical effect, and soft X-ray diffraction are utilized to study electronic states and dynamics in newmaterials. SRL developed the fast polarization switching of theundulator light source in cooperation with SPring-8. In thebuilding E at Kashiwa campus, SRL developed the ultra-highresolution spin-resolved photoemission spectroscopy using
vacuum ultraviolet and soft X-ray lasers in collaboration withlaser 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、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
偏角可変型不等刻線間隔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 into the beamline BL07LSU.

76
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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

We have various facilities in order to support
research activities. Cryogenic Service Laboratory forsupplying 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 Office forhandling and supporting network related matters, andPublic Relations Office. In each facility, several staff
members are working under supervision of the corresponding committee.

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、物性研究所における様々な情報の発信を担当する広報室などである。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

学術支援職員野村

未来

技術専門職員

鷺山

玲子

技術職員

岡部

清信

学術支援職員

高木明子

学術支援職員

田中祐介

研究支援推進員

村貫

静二

野澤

清和

内藤

裕美子

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 OKABE, Kiyonobu
Technical Associate TANAKA, Yusuke

放射線管理室

放射線管理委員長 廣井Chairperson

HIROI, Zenji

善二

技術専門員

図書室

図書委員長

押川

正毅

係長
               研究情報係所属 )Radiation Safety
Laboratory

Library

Chairperson

Technical Associate TAKAGI, Akiko
Technical Staff

MURANUKI, Seiji

Technical Associate NOZAWA, Kiyokazu( 柏地区図書課

OSHIKAWA, Masaki

Administrative Staff NAITO, Yumiko( 柏地区図書課主任
               研究情報係所属 )

中曽根

智子

Administrative Staff KUBOSHIMA, Tomoko

恵美

Administrative Staff NAKASONE, Emi

ストックルーム 管理委員長
Stock Room

Chairperson

近藤猛

予算・決算係

国際交流室

国際交流室長

小森

文夫

事務補佐員

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

International Liason Chairperson
OfficeKONDO, Takeshi

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

Public Relations
Office

広報委員長

廣井

善二

学術支援職員

餅田

円

総務係

URA

鈴木

博之

技術補佐員

石塚

みづゑ

共同利用係

Chairperson

Contact Person

HIROI, Zenji

SUZUKI, Hiroyuki

Technical Associate MOCHIDA, Madoka
Technical Staff

ISHIZUKA, Mizue

Administrative Staff(General Affairs Section)
Administrative Staff(Joint Research Section)

77
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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

学術支援職員

工作室
Machine Shop穣 Chairperson : YAMASHITA, Minoru

工作委員長

光 Technical Associate : TSUCHIYA, Hikaru

技 術 職 員玲子 Technical Associate : SAGIYAMA, Reiko

学術支援職員

未来 Technical Associate : NOMURA, Miku

金道
岡部
田中

研究支援推進員 村貫学術支援職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

高木

浩一
清信
祐介
静二
明子

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

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。2017 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 320,000 L、224,865 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。2017年度の液体窒素の使用量は 822,820 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 2017, a total of 320,000 L liquid helium was produced, of
which 224,865 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 2017, liquid nitrogen of 822,820 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

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

233 L/hr

20,000 L

190 m3/hr

Liquid helium dewars    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

78
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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

図書室
Library

善二 Chairperson : HIROI, Zenji

図 書 委 員 長 押川清和 Technical Associate : NOZAWA, Kiyokazu

長 内藤 裕美子 Administrative Staff : NAITO, Yumiko係（放射線取扱主任者）                                (Radiation Protection Supervisor)

正毅 Chairperson : OSHIKAWA, Masaki

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 source, 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

：783m2：66,402 冊（平成 29 年度末現在）（洋書 59,150 冊、和書 7,252 冊、製本雑誌を含む）

雑誌種類数：730 種（洋雑誌 635 種、和雑誌 95 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：http://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：66,402 volumes（as of March, 2018）フットクロスモニターによる汚染の確認）（Foreign books 59,150, Japanese books :7,252. Including bound journals）

Main Facilities

Journal collection：730 titles（Foreign journals : 635, Japanese journals : 95）

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：http://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

Library79
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

共通施設
ストックルーム
Stock Room
管理委員長
予算・決算係

近藤

猛

国際交流室
International Liaison Office

Chairperson : KONDO, Takeshi

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

事務補佐員
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自動払い出しシステム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を用いて 24 時間オープンしており、必要な物品を迅速かつの運営補佐、広報英文化をはじめとする英文での情報発信、安価に入手することができる。使用頻度は高いが、一般市

外国人研究員・訪問者の来日・滞在支援などがあげられる。

場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

また、こうした支援業務を円滑に進めるため、国際化教育できる物品も在庫の対象である。

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

The stock room supplies stationery and parts that arecommonly used in research and experiments at low cost. By theautomated system control, it is open 24 hours.

図っている。
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 Office80
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

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

川島矢田
福田

学術支援専門職員 荒木

広報室
Public Relations Office

直輝 Chairperson : KAWASHIMA, Naoki

広報委員長

裕行 Technical Associate : YATA, Hiroyuki

U

毅哉 Technical Associate : FUKUDA, TakakiRA

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

技術補佐員
総

務

廣井
鈴木
餅田

善二
博之
円

Chairperson : HIROI, Zenji
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なっている。物性研公式ホーバ（物性研ホームページ http://www.issp.u-tokyo.ac.jp）

ムページ、SNS の運用、機関誌「物性研だより」や要覧な他の各種サーバの管理運用を行い、大学院生を含めた所内

ど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パ

もに、新聞社、テレビ、出版社などメディアへの情報提供

スネットワーク (UTnet) を通したインターネットへの接続のを行っている。

ため、ファイアウォールの設置、ウイルス対策ソフトウエア

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の所内への配布などのセキュリティ対策を行っている。また、対象に、イベントや出張授業、一般講演会などを企画し、地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用促進なども行ってい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。

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 general public
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(http://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). We, for example,
monitor electronic traffics for virus infection and distribute antivirus software to in-house users.

物性研公式ホームページ ( 左）、夏休み科学教室（右上）、一般講演会（右下）

物性研ネットワークの基幹 L3 スイッチ

ISSP official homepage (left), summer science school (upper right), andpublic lectures (lower right).

L3 switch: Core network switch of ISSP

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

物性研究所
The Institute for Solid State PhysicsⒶ 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 Laboratory
宇宙線研究所 Ⓖ
Institute for Cosmic Ray Research
新領域創成科学研究科
Graduate School of Frontier SciencesⒽ 基盤棟 / Transdisciplinary SciencesⒾ 基盤科学実験棟 / Transdisciplinary Sciences LaboratoryⒿ 生命棟 / BiosciencesⓀ 環境棟 / Environmental StudiesⓁ 情報生命科学実験棟 / Computational Biology Laboratory
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
大気海洋研究所
Atmosphere and Ocean Research InstituteⓃ 本館 / Main BuildingⓄ 大気海洋観測機器棟 / Ocean Observation WarehouseⓅ 加速器実験棟 / Laboratory for Accelerator Mass Spectrometry

生産技術研究所
Institute of Industrial ScienceⓆ 研究実験棟Ⅰ / Research and Testing Complex ⅠⓇ 研究実験棟Ⅱ / Research and Testing Complex ⅡⓈ テンセグリティ構造モデルスペース ( ホワイトライノⅡ）/ Tensegrity Space ( White Rhino Ⅱ)
総合研究棟 Ⓣ
Kashiwa Research Complex
第２総合研究棟 Ⓤ
Kashiwa Research Complex2
共用施設
Supporting FacilitiesⓋ 環境安全研究センター柏支所/ Environmental Science Center, Kashiwa BranchⓌ 柏図書館 / Kashiwa LibraryⓍ 福利厚生棟 / Cafeteria and Shop
Ⓨ 共同利用研究員宿泊施設 / Kashiwa Guest House82
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

■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
http：//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
2018 年 11 月