10 TNEWS LETTER
3

文部科学省 科学研究費助成事業 学術変革領域研究(A) 令和５年度〜 9年度

1000テスラ超強磁場による化学的カタストロフィー：非摂動磁場による化学結合の科学          

電磁濃縮法による超強磁場発生に伴うコイルの爆発の様子

学術変革領域研究(A)1000テスラ科学班ニュースレター

cover 10 3T

第１号

2023年9月発行

編集人 池田 暁彦（電気通信大学）
発行人 松田 康弘（東京大学 物性研究所）
1000テスラ科学領域事務局
東京大学 物性研究所 (柏キャンパス)〒277-8581 千葉県柏市柏の葉5丁目1番5号
E-mail : kaori.oshima@issp.u-tokyo.ac.jp

https://1000tesla.issp.u-tokyo.ac.jp/

No.

01

contents

1000テスラ科学の開拓

・・・・・・・・・

2

領域概要

・・・・・・・・・

4

計画研究班紹介・・・・・・・・・

6

活動報告

・・・・・・・・・ 18

班の取組

・・・・・・・・・ 21

公募要領

・・・・・・・・・ 22

活動記録・活動予定

・・・・・・・・・ 23

領域代表挨拶

令和5年4月、学術変革領域研究（A）として “1000テスラ
科学 ” の研究領域がスタートしました。申請にあたりましては領域メンバーの方々には多大なご協力を頂きました。あらためて、この場を借りまして篤く御礼申し上げます。
本領域の正式名称は「1000テスラ超強磁場による化学的
カタストロフィー：非摂動磁場による化学結合の科学」です。化
学的カタストロフィーという言葉は、阪大名誉教授で残念ながら
今年2月に逝去された伊達宗行先生の教科書やブルーバックスに度々登場し、分子が宇宙の巨大磁場で崩壊する現象として紹介されています。私は大学院生のときにその存在を知りましたが、しかし、最近まで自身がその現象と深く関わることになるとは想像していませんでした。ただ今回、1000テスラもの磁場で何か新しいことを始めたいと考えた際に、真っ先に頭に浮かんだのが、この言葉でした。また、カタストロフィーという破壊的語感をもつ言葉が、破壊的手法で得られる1000テスラ発生と繋がり、また、“ 変革 ”という意味も持ち合わせることから、領域を象徴する言葉としてピッタリだと感じています。
磁場は、物質・材料の精密評価や基礎学術的発見において重要な役割を果たしています。ゼーマン分裂やランダウ量子化
からは、電子の量子力学的性質を知ることができ、相互作用するスピン系においては多体効果で現れる豊かな磁気現象を磁場でコントロールすることが可能です。科学全般における磁場の重要性は、超伝導技術やプラズマ工学、加速器、磁気イメージ
ングなどにおける磁場応用からも窺い知ることができます。磁場が重要な場であることから、磁場発生技術にも長年の歴史がありますが、その道程は平坦ではなく、強磁場発生は現在でも大変難しい技術です。磁気応力によるマグネットの破壊限界は
約100テスラにあり、それ以上の強磁場発生にはマグネットの破壊を伴います。
（ちなみに直流定常磁場の上限は45テスラ［ア
メリカNHMFL］。）この事実は、100テスラを超える磁場領域のサイエンスの発展を著しく妨げています。
2018年、東京大学物性研究所では、1200テスラの発生に成功しました。物性研では40年以上にわたり一巻きコイル法と電磁濃縮法の2つの方法で100テスラ以上の破壊型超強磁場の開発とその応用研究を行っており、1000テスラ超えは磁場開発の一つの集大成と言えます。2000年くらいまでは、アメリカやロシアで爆縮法（火薬をエネルギー源とする磁束濃縮法）
での1000テスラ級の実験が行われていましたが、屋外での破壊規模の大きな実験であることから精密計測との相性は悪く、現在は殆ど新しい報告がありません。物性研での1000テスラ
02

領域代表挨拶

達成は、未踏磁場領域における新しいサイエンスを開拓できる子現象や宇宙プラズマにもその研究範囲が広がっているとも考

世界唯一の環境が整ったことを意味します。

えています。広大な対象から非摂動磁場効果を発見するには、電磁気学は確立した学問であるとの認識が一般的だと思いま
すが、2対の荷電粒子が運動することで現れる磁場の効果は（その起源が相対論的であるため）電場による直接的効果と比べて複雑です。ファインマンの教科書にも、ある法則はよく成り立つ
ことが知られているが “ なぜ ” そうなるのか理由は分からないと書かれているなど、磁気関連現象にはまだまだ探索すべき研究領域が残されていると感じます。中でも、最も重要な研究の一つに、究極的強磁場を用いた非摂動磁場効果があると考えています。なぜ100テスラにマグネットの機械的破壊限界があるのか？ 金属ワイヤー中の電子運動と運動の結果生じる磁場の間のローレンツ力が応力となり、ワイヤーの機械強度を超える

多くの方々の実験的、理論的アイデアが必要です。1000 テス
ラ実験はロケット打ち上げのような実験であり、回数も自ずと制限されます。100テスラ以下の周辺磁場を用いた研究の底上げからヒントを得、狙いすました方向（対象物質、実験条件）に正確に打ち上げることで、結果が得られます。ときには、見当違
いの方向に進んでしまうこともあるかもしれませんが、それもまたセレンディピティにつながるかもしれません。新しいことに挑戦することが、この領域では何より重要です。自由な発想と行動力で、皆様と1000テスラ科学の開拓をワクワクしながら進めていきたいと思っています。

ためマグネットが破壊されますが、機械強度はワイヤー材料内領域代表部の原子の結合様式で決定されています。
（地球上に存在する）

東京大学 物性研究所
松田康弘

金属において、その原子結合の強さによって決まる上限磁場：
約100テスラが、物質の安定性を大きく揺るがす非摂動磁場の入り口と考えることもできそうに思います。
100テスラが入り口であれば、多くの非摂動磁場効果を見つけるために、さらに強力な1000テスラ級の磁場が必要です。
電磁濃縮法で磁束濃縮時に高温プラズマ化した外周を流れている電流は数千万アンペア程度と見積もられています。このような極限的状況を作り出して初めて実現可能な磁場が、物質の安定性を揺るがす効果を与えると考えるのは自然な発想のように感じます。実際、1000テスラでの自由電子のスピンゼーマ
ン分裂エネルギーは、銅の融点（1358ケルビン）での熱エネ
ルギーとほぼ同じです。固体の凝集状態に大きな影響を与える
磁場の領域が1000テスラ程度にあると想像されます。ただしその一方で、物質の安定性と磁場のエネルギーを比較した際、1000テスラといえども十分全ての物質をカバーする磁場ではありません。100テスラで非摂動磁場領域の入り口を抜けて、1000テスラは最初の一歩を前に進んだ状況だと思っています。化学的カタストロフィーはスピンを磁場で揃えることで、共有結合が不安定化して分子が壊れる現象ですが、一般的な分子の破壊には宇宙の巨大磁場（10万テスラ程度）の強さが必要です。
本領域では、1000テスラで起こる本質的な非摂動磁場効果の探索と解明が目的であり、研究テーマの発掘が鍵となります。
それは、必ずしも従来の磁場応用研究の延長線上にはないと考えています。またさらに、固体を離れて、化学反応と分子、素粒

03

組織構成

領域概要

総括班

理論

誘電体
バイブロニック理論
カイラルフォノン

X線
回
ラマ 折
ン

ア
カ クシ
イラ オ
ルフ ン 探
ォノ 索
ン

索

超

強

磁

場

分子動力学理論

超強磁場環境

X線回折
ラマン

可搬

送

型
準安 10
定 相 0T

現
象
測
定

T
00
型1
歪
可搬
磁
波
超音 相
定
準安

折
回
X 線 マン
境
ラ
環
場
磁
強

超

輸

磁性体

⼦

探

可搬型100T
量子ビーム
磁気光学効果

A02

相

電

ン
オ

可搬

強

関

A06

シ
アク

型1
磁 00T
超音 歪
準安 波
定
相

A01

磁

A03

半導体・金属環境代表 松田 康弘

東京大学 物性研究所

教授

総括班会議の開催、領域会議・国際会議を主催

分担 大和田 謙二

量子科学技術研究開発機構
関西光量子科学研究所放射光科学研究センター

グループリーダー

若手スクール開催など企画

分担 池田 暁彦

電気通信大学 情報理工学研究科

助教

領域ニュースレター、プレスリリース担当

分担 徳永 将史

東京大学 物性研究所

准教授

会計管理

分担 木村 尚次郎

東北大学 金属材料研究所

准教授

若手表彰など企画

分担 稲田 聡明

東京大学 素粒子物理国際研究センター

助教

総括班会議、国際会議庶務担当

分担 岡 隆史

東京大学 物性研究所

教授

国際共同研究や海外派遣企画

分担 伏屋 雄紀電気通信大学 情報理工学研究科

教授

領域会議プログラム企画

分担 那須 譲治

東北大学 理学研究科准教授

領域 web ページ担当、領域イメージなど広報企画担当

分担 富田 裕介

芝浦工業大学 工学部

教授

研究項目間セミナー企画担当

分担 笠松 秀輔

山形大学 理学部

准教授

研究項目間勉強会・交流会企画担当

分担 野原 実広島大学 先進理工系科学研究科

教授

国際展開や若手育成

協力 鈴木 博之

東京大学 物性研究所

URA

計画研究班 A01

A05

代表 大和田 謙二 量子科学技術研究開発機構

関西光量子科学研究所 放射光科学研究センター

分担 塚田 真也
素粒子・プラズマ計画研究班 A02

島根大学 教育学部

グループリーダー
准教授

A04

分子・タンパク質います。固体は共有結合やイオン結合、金属結合などの化学結合によって原子が凝集することで結晶となり、誘電体、磁性体、金属・半導体などに分類されて特徴的な性質を示します。一般には磁場が電子に与えるエネルギーは小さく、摂動的であり、磁場は主に電子状態を“ みる”ことに使われてきました。しかし、磁場が電子に与えるエネルギーが、結晶構造を決定している様々な相互作用のエネルギースケールと同程度、または
それら以上となれば、磁場中で異なる結晶構造が出現し、その性質も大きく変化した新しい結晶を磁場で “ つくる”ことが可能です。中性子星などでの宇宙巨大磁場による分子破壊は、化学的カタストロフィーと呼ばれます。本領域では、このような破壊的かつ創造的変化が固体において1000テスラ領域で起こる可能性が高いと考え、A01、A02、A03において、異なる切り口から、固体への非摂動磁場効果を探索します。さらに、
A04では分子や高分子を対象として化学反応への磁場効果ついて探索を行い、A05では素粒子物理やプラズマ物理において、これまでにない非摂動的磁場誘起現象の発見を目指します。さらにA06では強力な磁場の効果を取り入れた新しい理論の構築を行い、A01〜A05の実験との融合的展開を計画しています。1000
テスラ非摂動磁場効果を通じ、異なる分野を融合した新しい研究領域を構築できると考えています。

04

助教

京都大学 工学研究科教授

分担 大池 広志

東京大学 工学系研究科・JSTさきがけ

専任研究者

分担 野原 実広島大学 先進理工系科学研究科教授

分担 野村 肇宏東京電機大学 工学部

講師

准教授

分担 加藤 大地京都大学 工学研究科

助教

分担 松田 康弘

東京大学 物性研究所教授

代表 徳永 将史

東京大学 物性研究所准教授

代表 木村 尚次郎 東北大学 金属材料研究所

准教授

分担 伏屋 雄紀電気通信大学 情報理工学研究科教授

分担 永田 崇東京大学 物性研究所

助教

分担 酒井 英明

大阪大学 理学研究科准教授

分担 若狭 雅信

埼玉大学 理工学研究科教授

分担 秋葉 和人

岡山大学 自然科学学域

助教

分担 草本 哲郎

大阪大学 基礎工学研究科教授

分担 瀬尾 優太

東京大学 生産技術研究所

特任研究員

分担 宮島 大吾

東京大学 物性研究所・JSTさきがけ

専任研究員

協力 町田 友樹

東京大学 生産技術研究所

教授

協力 井上 圭一

東京大学 物性研究所准教授

協力 矢後 友暁

埼玉大学 理工学研究科准教授

協力 松岡 亮太

分子科学研究所 生命・錯体分子科学研究領域 助教

計画研究班 A04

計画研究班 A05

本領域では1000テスラ領域の超強磁場を用いて、様々な研究対象における非摂動磁場効果の探索を行

電気通信大学 情報理工学研究科

分担 米澤 進吾

分担 平井 大悟郎 名古屋大学 工学研究科

計画研究班 A03

ズマ
プラ
中
場

代表 池田 暁彦

計画研究班 A06

代表 稲田 聡明

東京大学 素粒子物理国際研究センター

助教

代表 岡 隆史

東京大学 物性研究所

教授

分担 浅井 祥仁

東京大学 理学系研究科

教授

分担 那須 譲治

東北大学 理学研究科

准教授

分担 陳 詩遠東京大学 素粒子物理国際研究センター

特任助教

分担 富田 裕介

芝浦工業大学 工学部教授

分担 新田 龍海東京大学 素粒子物理国際研究センター

特任助教

分担 笠松 秀輔

山形大学 理学部准教授

分担 坂和 洋一

大阪大学 レーザー科学研究所

准教授

協力 石崎 章仁分子科学研究所 理論・計算分子科学研究領域 教授

分担 森田 太智九州大学 総合理工学研究院

助教

協力 尾崎 典雅大阪大学 工学研究科准教授

協力 佐野 孝好

大阪大学 レーザー科学研究所

准教授

アドバイザリー黒岩 芳弘

広島大学 先進理工系科学研究科

教授

陰山 洋

京都大学 工学研究科教授

河野 淳一郎Rice University Departments of Electrical & Computer Engineering,
Physics & Astronomy, and Materials Science & Nanoengineering

教授

掛下 知行
青木 秀夫

福井工業大学

学長

東京大学

名誉教授

05

計画研究班 A01

1000T 結晶格子の探索と解明−誘電体
A01においては、分子軌道（化学結合）の視点に立ち、超影響を与えるため、宇宙空間まで含めた自然界の形成の理解

強磁場中で発現する新たな固体結晶の探索・解明（超強磁場において、化学結合への磁場効果の理解は基本的かつ重要なによる分子軌道・カタストロフィー）を行います。特に、共有結課題であり本研究領域の核心をなす問いとなっております。

合やイオン結合、水素結合の観点から化学結合への磁場効果

化学結合は物質形成における基本概念であり、共有結合、イを捉え、より微視的な分子軌道描像・電子分布から理解するこオン結合、金属結合、水素結合、ファンデルワール結合などのとで、化学結合への非摂動磁場効果を量子力学的に解明しま

概念で整理されています。しかし、個々の物質においては中間す。これまで磁場効果の研究対象とはならなかった BaTiO3や的状態を示す場合も多く、微視的理解は容易ではありません。

PbTiO3などの強誘電体や、VO2などの分子軌道結晶をはじめ

特に、分子軌道形成による共有結合では電子がフェルミ粒子でとした量体化物質、水素結合が重要となる鉱物結晶であるボルあることの帰結として、スピンと波動関数の空間拡がりが重要

ボサイトや誘電体 KH2PO4などを対象とし、最大1000 テス

であり、超強磁場は恰好の化学結合制御場として機能します。

ラまでの強磁場中において結晶構造相転移の探索を電気的、実際に中性子星などの宇宙空間では、化学結合が強力な磁場

磁気的、光学的（X 線を含む）に行います。また、得られた結果による劇的な影響を受け、結合破壊による分子の崩壊や、従来を理論の方々や領域の方々と議論することで、化学結合へのの化学結合の範疇に入らない新しい化学結合様式の実現が理

非摂動磁場効果の理解へつなげてゆきます。

論的に予測されています。H2や N2などの分子破壊には、磁場

磁場は相対論的電気効果によって運動する荷電粒子間に現が10万テスラ程度必要ですが地球上での実現は困難と言わざれる普遍的場です。地球上においては室温程度のエネルギー

るをえません。一方、固体の構造相転移が化学結合の様式変において十分安定な化学結合によって固体が形成されていま化により生じていると考えれば、室温程度のエネルギースケー

すが、地磁気は0.3~0.5ガウス（1/10000テスラ）と弱いた

ルで、その化学結合様式に影響を与えられる可能性があります。

め、通常は化学結合への磁場効果は無視できるほど小さいとこれに相当する磁場が1000テスラ（1350K）です。

考えられます。しかし原理的には、荷電粒子の相対運動が起こ一例を挙げます。ペロブスカイト型酸化物の強誘電（構造）れば磁場は必然的に発生し、ゼーマンエネルギーシフトやサイ相転移はフォノンモードのソフト化から定性的に理解されてきまクロトロン運動などの磁場効果としてスピンや軌道運動に直接したが、最近の精密電子密度解析による一電子レベルでの共

研究
代 表者

関西光量子科学研究所
放射光科学研究センター
グループリーダー
構造・構造物性・放射光

有結合電子の可視化により、これらの相転移が共有結合性の強さにより引き起こされていることが明らかとなってきました。

よろしくお願いいたします。

このように数百 K オーダーで相転移を引き起こす共有結合系
において、1000テスラ強磁場をもってすれば共有結合への磁場効果が期待できます。ところが、
1000テスラ強磁場を実現

研究分担者

できる機関は東大物性研のみであり、このような超強磁場によ的に行われてきておりませんでした。類似研究が全く無いとい娘の成長 (1 ＆ 5 才 )・磁場下の強誘電体・ 領域内の交流、全部楽しみです。

うことで課題そのものが非摂動的であり、不安と期待が入り混じっておりますが、今回幸いにもこのような課題に取り組む機と連携しながら進めてゆければと考えています。

研究分担者■ 化学結合への磁場効果、特に非摂動磁場効果の理解

いろんな物質に磁場をかけて、思いもよらない現象と出会えることを期待しています。

本研究の目的分子軌道（化学結合）系において、1000テスラ強磁場中で索と解明。特に、共有結合やイオン結合、水素結合の観点から

平井 ⼤悟郎名古屋大学 工学研究科
准教授
分子軌道物質創成

研究課題の「問い」

発現する新たな固体結晶（分子軌道・カタストロフィー）の探

塚田 真也
島根大学 教育学部
准教授
誘電体・レーザー分光

る化学結合への非摂動アプローチはこれまでに系統的・組織会をいただきましたので、A01はもとより、領域内外の皆さん

大和田 謙二研究
分担者

化学結合への磁場効果を捉え、化学結合への非摂動磁場効果

加藤 ⼤地
京都大学 工学研究科
助教
共有結合物質創成を解明する。

強磁場は専門外ですが、とてもワクワクです。自分の分野にこだわらず挑戦したいです。
研究
分担者

松⽥ 康弘
東京大学 物性研究所
教授
超強磁場測定見る前に跳べ！ の精神でやっていこうと思います。

図1 A01 : 分子軌道・カタストロフィー「1000T結晶格子の探索と解明」

06

図2 A02 : A01内の役割分担と領域内におけるA01の役割

07

計画研究班 A02

1000T スピン格子結合の探求と理解−磁性体

研究
代 表者

固体や分子の構造を決定する化学結合の形成において、パウらの結果は1000テスラとスピン格子結合が協奏することで、これらの問いに答えるための研究の概念図を図1に示しまし

リの排他律により電子がスピンを打ち消しながら運動すること

従来別階層にあったスピン系と格子系が混成し、非摂動論的巨た。
「研究項目 (a)：スピン格子強結合物質系におけるスピンカが多くの場合に前提となっています。強磁場により電子スピンを大格子変形、すなわちスピンカタストロフィーが創出されるこ

タストロフィーの探索・ 創出」では磁場によるスピンゼーマン

顕在化させ、結晶や分子の結合を破壊することを考えると、水とを示しています。一口にスピン格子結合といっても、そのミクエネルギーが、ファンデルワールス結合や、反強磁性交換相互

素分子の共有結合やリチウムの金属結合を例にとれば、それぞ

ロな要因は実に多様であり、交換磁歪、磁気体積効果、価数変作用、結晶場などのエネルギーを超えるときに期待される、分

れ約4.1万テスラ、5.6万テスラという地上では実現不可能な化、固体内分子の形成など枚挙に暇がありません。これらの多子立体配置や電荷ゆらぎ、スピンクロスオーバーなどによる構レベルの超強磁場を要します。このことは物質構造が通常レベ様なスピン格子結合を有する物質群に対するスピンカタストロ

造相転移、関連して生じる電気的、磁気的、光学的異常につい

ルの磁場に対して強固であることの根拠となっています。

フィーの効果は、広範な系でユビキタスに存在する可能性があて 1000 テスラ超強磁場下で実験的に明らかにします。
「研

りながら、ほとんどが未検証です。

究項目 (b)：スピンカタストロフィー計測手段の整備開発」では

当研究課題で設定する問いは下記の3つです。

（1）多様なスピン格子結合を有する固体結晶において、超強ます。
「研究項目 (c)：スピンカタストロフィーの過程を理解する

室温付近から低温に至る広い温度領域で磁性と絡んだ構造相

磁場における新規な結晶構造の創出（スピンカタストロ

非平衡物理の創出」ではさらに、パルス超強磁場の掃引スピー転移が報告されています。このようなスピン格子結合が強い物フィー）を実験的に実現できるか。またスピンの強制偏極ドの速さに着目し、パルス磁場における非平衡準安定状態の物

新規な結晶構造の創出、すなわち「スピンカタストロフィー」を引き起こすことが期待できます。実際に100テスラにおける固体酸素の強磁性相（θ相）［1］、500テスラにおけるVO2結晶

いろんな壁をぶちこわして、新たな扉をひらきます。
研究分担者

状態で、物質はどのような結晶構造をとるのか？
（2）実験的にいかにしてスピンカタストロフィーを検出できるのか？

パルス磁場と私たちの測定技術を組み合わせて面白い大発見を目指
します！
研究
分担者

磁場新結晶相をゼロ磁場での準安定相として取り出すことの励起子秩序相の兆候［3］が相次いで発見されました。これ（クエンチ）は可能か？

⼤池 広志
東京大学 工学系研究科・JSTさきがけ
専任研究者
準安定状態制御・急冷理を創出し、最終目標として超強磁場状態のゼロ磁場へのクエンチ法開拓を掲げます。本研究によりスピン駆動の化学的カタ
ストロフィーにおけるスピン格子結合の役割を解明します。

安定な職を探しながら、準安定な生活を楽しんでいます。

（3）一次相転移における熱・ 磁場の高速掃引を駆使して、強中の V 二量体の解離［2］、600テスラにいたるコバルト酸化物

米澤 進吾
京都大学 工学研究科
教授
磁気光学・強相関物質計測

磁歪・X 線回折法・磁気光学効果）を整備し領域全体に提供しルギーが近接しており、磁場への応答が期待できます。実際に、質では1000テスラ超強磁場のゼーマンエネルギーによる全く電気通信大学 情報理工学研究科
助教
磁歪・ポータブル超強磁場・XFEL

1000テスラ領域を探索するための手段（磁化・電気伝導度・

一方で、磁気状態と結晶格子状態が伴って変化する系、つまりスピン格子結合の強い物質では、多様な結晶格子状態のエネ

池⽥ 暁彦

研究
分担者

野原 実
広島大学 先進理工系科学研究科教授
強相関物質合成・超伝導
超強磁場で現れる「けったいな」
結晶構造や超強磁場で誘起される
超伝導を見つけます！

研究
分担者

野村 肇宏
東京電機大学 工学部講師
超強磁場・酸素・超音波
みなさんと超強磁場でカタストロフ
させることを楽しみにしています。

図1 スピンカタストロフィー探索の概念図

図2 A02内の役割分担、および領域におけるA02の役割

関連文献
1."Novel Phase of Solid Oxygen Induced by Ultrahigh Magnetic Fields" T. Nomura, Y. H. Matsuda, S. Takeyama, A. Matsuo, K. Kindo, J. L. Her, andT. C. Kobayashi, Phys. Rev. Lett . 112, 247201 (2014)

3."Signature of spin-triplet exciton condensations in LaCoO3 at ultrahigh magnetic fields up to 600 T", A. Ikeda, Y. H. Matsuda, K. Sato, Y. Ishii, H.
Sawabe, D. Nakamura, S. Takeyama, J. Nasu, Nat. Commun . 14, 1744 (2023)

2."Magnetic-field-induced insulator–metal transition in W-doped VO2 at 500 T", Y. H. Matsuda, D. Nakamura, A. Ikeda, S. Takeyama, Y.i Suga, H.
Nakahara, Y. Muraoka, Nat. Commun . 11, 3591 (2020)0809

計画研究班 A03

1000T バンド電子の探求と理解−金属・半導体

研究
代 表者

徳永 将史
東京大学 物性研究所
准教授
磁気抵抗・磁化・磁気共鳴

固体中で陽イオンが作る周期ポテンシャル中を移動する電子②反磁性効果は一般にブロッホ状態として表されます。一方で磁場中に置かビスマスやグラファイトにおける顕著な反磁性はバンド構造

れた自由電子はランダウ状態として表されます。この二つの電に由来しています。グラファイトの反磁性は磁場増加とともにほ子状態は異なる対称性を持っているため、その中間にある電子

ぼ単調に増大し、70テスラで約300ガウスに達します。この値がどのように記述されるかは非自明な問題です。通常の固体物

から磁化と磁場の積でエネルギーを評価すると最強の永久磁理学においては、磁場効果はブロッホ状態に対する二次的な効石が構造を保持できる限界値に近いことがわかります。それで果として扱われてきました。しかし最近人類が制御可能になっはビスマスやグラファイトに1000テスラの磁場を印加すると、た1000テスラ級の超強磁場下では、小さい有効質量を持つ果たして構造を維持できるのでしょうか？本研究ではバンド電子物質に与える磁場の効果は、一次的に扱う必要があります。私由来の反磁性物質に注目し、反磁性効果を起源とした磁場によ

たちは、一次的な磁場効果によって一体のバンド理論で表される物質壊変を目指します。

る描像が破綻する「バンド電子のカタストロフィー」の実現と解明を目指します。カタストロフィーを実現する手段として、以下③常磁性効果２枚のグラフェンシートを魔法角と呼ばれる角度だけ傾けて三つの効果に注目します。

積層すると平坦なバンド構造が実現します。このフラットバンドに注入するキャリア数を制御するとモット絶縁体や超伝導など、①電子相関効果
金属において、磁場によるサイクロトロン・エネルギーがフェ強相関電子系に特徴的な量子状態が実現できることがわかっ

ルミ・エネルギーを凌駕すると、電子の運動が最小半径を持ています。フラットバンドが実現するとき、常磁性磁化率の増大

つサイクロトロン軌道に閉じ込められた量子極限状態が実現しが期待されます。私たちは具体的な試算の結果、1000テスラ

ます。この量子極限状態では、抑制された運動の自由度に対し級の超強磁場を使えば、ファンデルワールス系物質における積てクーロン相互作用の寄与が相対的に大きくなり、強相関状態

層の「魔法角化」ができるのではないかと考えています。本研が実現します。三次元系の量子極限状態では、電荷・スピン密究では磁場による魔法角積層構造の創成と、その構造におけ

度波、ウィグナー結晶、励起子相など、様々な量子相の実現がる量子物性開拓に挑戦します。

60T までなら色々測れます。 磁場で変なことが起きるのを楽しみにしています。

研究課題の「問い」■ 強磁場中で一体的なバンド電子描像が破綻するバンド電子のカタストロフィーが実験的に実現できるか。
■ カタストロフィーが起きた後の状態では、どのような物質の機能が発現するか。

研究
分担者

電気通信大学 情報理工学研究科教授
磁場中固体電子論・量子輸送現象

本研究の目的研究項目として下記三つの効果を用いたバンド電子のカタス

実験と物質を真摯に見つめる理論を心がけています。ビスマスが大好きです。

トロフィー実現と解明をめざします。本研究の概念図を図１に示しました。
(a) 電子相関効果：量子極限状態における新奇量子状態の探索(b) 反磁性効果：反磁性エネルギーを利用した物質構造の壊変研究
分担者

御と機能開拓

相対論的準粒子を有する物質を開拓し、超強磁場が誘起する新奇状
態と機能を明らかにします。

図２には、それぞれの目標達成に向けた A03項目内の役割分
担と項目間連携を示しました。図にはそれぞれの効果の実現がは他の様々な物質でも期待されます。A03研究項目では公募研酒井 英明
大阪大学 理学研究科
准教授
ディラック系物質開拓(c) 常磁性効果：ファンデルワールス系物質の磁場による積層制見込まれる代表的な物質系を記載していますが、関連した現象

伏屋 雄紀

研究
分担者

究を通じて、幅広い対象にわたる研究の展開を目指しています。

秋葉 和人
岡山大学 自然科学学域
助教
熱測定・超音波・圧力

提案されてきましたが、そのほとんどは未解明です。本研究で極限環境の極致ならではの、新しい現象の発見を目指して努力します。

は、磁場で増強された電子相関効果を用いて一体のバンド模型では説明できない多体系の量子状態を開拓します。
研究
分担者

瀬尾 優太
東京大学 生産技術研究所
特任研究員
原子層物質創成・制御
複合原子層に超強磁場をかけることで全く新しい現象に出会えることを期待しています。

研究協力

町田 友樹
東京大学 生産技術研究所 教授

図1 本研究におけるバンド電子カタストロフィーの概念図

図2 A03内の役割分担・領域におけるA03の役割

関連文献
1. Possible Excitonic Phase of Graphite in the Quantum Limit State. K. Akiba, A. Miyake, H. Yaguchi, A. Matsuo, K. Kindo, and M. Tokunaga,
Journal of the Physical Society of Japan , 84, 054709 (2015) DOI 10.7566/JPSJ.84.054709

4. Nonperturbative Matrix Mechanics Approach to Spin-Split Landau Levels and the g Factor in Spin-Orbit Coupled Solids, Y. Izaki and Y. Fuseya,

2. Quantum Hall effect in a bulk antiferromagnet EuMnBi2 with magnetically confined two-dimensional Dirac fermions. H. Masuda, H. Sakai, M.
Tokunaga, Y. Yamasaki, A. Miyake, J. Shiogai, S. Nakamura, S. Awaji, A. Tsukazaki, H. Nakao, Y. Murakami,T. Arima, Y. Tokura, and S. Ishiwata,
Science Advances 2, e1501117 (2016) DOI 10.1126/sciadv.1501117

5. Field-induced reentrant insulator state of a gap-closed topological insulator (Bi1-x Sbx ) in quantum-limit states,Y. Kinoshita, T. Fujita, R.

Physical Review Letters , 123, 156403 (2019) DOI 10.1103/PhysRevLett.123.156403
Kurihara, A. Miyake, Y. Izaki, Y. Fuseya, and M. Tokunaga, Physical Review B , 107, 125140 (2023) DOI 10.1103/PhysRevB.107.125140

3. Thermodynamic evidence of magnetic-field-induced complete valley polarization in bismuth. A. Iwasa, A. Kondo, S. Kawachi, K. Akiba, Y.
Nakanishi, M. Yoshizawa, M. Tokunaga, and K. Kindo, Scientific Reprots , 9, 1672 (2019) DOI 10.1038/s41598-018-38206-x1
1011

計画研究班 A04

1000T 化学反応の探索と解明−分子・タンパク質

研究
代 表者

木村 尚次郎東北大学 金属材料研究所
准教授
磁気光測定・キラリティ制御

荷電粒子の角運動量と軌道運動に働きかける磁場は物質になります。

超強磁場による発色反応の実現を目指します。また基底状態

初めて知る化学への磁場効果をこの領域で学んでいくことを楽しみにしています。

にスピン自由度をもつ安定ラジカル分子や、比較的弱い外対し様々な現象を生じさせます。固体物性への影響ほどは知られていないかもしれませんが、化学反応、合成、異性化などの

1) 好塩菌などの細菌の生命活動に不可欠な光駆動のプロトン

化学的挙動においても、その振る舞いに主要な役割を果たすポンプとして働く光受容タンパク質バクテリオロドプシンにラジカル分子の集合体にも顕著な磁場効果が期待されます。

電子に対し磁場は Zeeman 相互作用やローレンツ力を介して対する超強磁場の効果を調べます。プロトン輸送の引き金

プロラジカル分子についてそのスピン状態の相対安定性を作用するため、多彩で興味深い磁場効果が発現することが期待となるロドプシン中の有機分子レチナールの光異性化への超強磁場で制御することで共有結合の可逆切断 / 生成を実されます。その顕著な例の一つは、分子や結晶中で化学結合を磁場効果の観測により未だ詳細が解明されていないロドプ

現し、化学的カタストロフィーによる熱ではできない新物質・組む電子対のスピン一重項を極めて強い磁場で不安定化し結シンの光励起・ 反応過程を明らかにし、さらに超強磁場に新機能の開拓を目指します。また安定ビラジカル物質の室温合を破壊する化学的カタストロフィーと呼ばれる現象でしょう。

よるタンパク質の初めての立体構造制御に挑みます。

単分子磁場応答発光の初実現に取り組みます。

部刺激により共有結合が開裂してラジカル対を生成するプロ
研究
分担者

東京大学 物性研究所
助教
生体高分子の磁場効果・光測定
誰も挑戦していないことに取り組める領域に参加させて頂けてとてもわくわくしています。

しかしながら、化学においてこれまで用いられてきた磁場は最高でも数10テスラに止まっており、磁場がこのような非摂動的2) 有機分子に光照射すると励起スピン一重項状態からの緩和

3) 超強磁場をツールとして有機・ 無機材料のキラリティー

効果を与える化学現象はほとんど報告されていません。A04

によりラジカルやスピン三重項状態がしばしば生成されますを 制 御 する新 た な 不 斉 合 成 手 法 の 開 発とそ の 機 構 解では化学的カタストロフィーをはじめとして、未踏の1000テス

が、そのようなスピン自由度を伴った状態を経由する光化学

明 を 目 指しま す。 そ の 一 つ が Chirality Induced Spin

ラの強磁場が物質の化学的振る舞いに対し非摂動的に働いて反応や発光、励起子ダイナミクスには磁場の大きな影響が期

Selectivity(CISS)と呼ばれるキラル物質による電子のス引き起こす様々な新現象を開拓・解明します。そしてこの取り待されます。この期待のもと強磁場を用いた光化学反応のピン偏極を用いた不斉合成です。超強磁場によってスピン組みから強磁場によって実現する新たな化学反応、合成手法、スイッチングの実現と一重項光励起子分裂・三重項励起子

偏極度を制御した電気化学反応からCISS 由来の不斉合成

新物質、新機能を発見・開発し化学の可能性を大きく広げるこ

融合への超強磁場効果の解明に取り組みます。さらに超強機構を解明し、さらに高効率な不斉合成法の開発を目指しとを目指します。

磁場でスピン三重項を直接安定化できれば、光照射の三重ます。また磁場と併せて電場を印加することで生じる電気磁

項経由で起こる機能発現や構造変態を磁場によって起こす

気効果を用いて、超強磁場による磁性体の結晶キラリティーことが可能になります。その一環としてホトクロミック物質の制御に取り組みます。

現在計画している研究テーマは大きく分けて次の3つから

永田 崇

研究
分担者

若狭 雅信
埼玉大学 理工学研究科教授
化学反応の磁場効果
化学反応の磁場効果、
さて1000T
では何が起こるでしょうか？
！

研究
分担者

草本 哲郎
大阪大学 基礎工学研究科教授
ラジカル分子の磁場効果
本領域で様々な化学的カタストロ
フィーを目の当たりにするのが楽
しみです。

A04 1000テスラ化学反応

実験対象：光受容タンパク質、光化学反応、
ラジカル集積体、不斉合成

研究
分担者(i) 光受容タンパク質（永⽥）→ ロドプシンの超強磁場中光異性化反応

宮島 大吾
東京大学 物性研究所・JSTさきがけ
専任研究員
キラル分子育成(ii) ラジカル集積体・光化学反応・発光（若狭、草本）→化学共有結合・光励起状態への強磁場効果、室温磁場応答発光

鳴かぬなら殺してしまえホトトギス。 何か見つかるまで磁場を掛けまくります。

(iii) 不⻫合成（宮島、⽊村）→超強磁場中のCISSとME効果による不⻫源なしの不⻫合成

研究協力
A01
分⼦軌道

A02
スピン格⼦

A03
バンド電⼦

化学結合・構造変態、超強磁場実験

A05
素粒⼦宇宙

A06
理論

井上 圭一
東京大学 物性研究所 准教授

電⼦論的理解アクシオン電磁気学とME効果
プラズマによるラジカル⽣成

矢後 友暁
埼玉大学 理工学研究科 准教授

松岡 亮太

1000 Tによる化学反応への非摂動磁場効果の解明
2

図1 研究内容の概念図

12

分子科学研究所 生命・錯体分子科学研究領域 助教

図2 A04内の役割分担と領域内におけるA04の役割

13

研究
代 表者

計画研究班 A05

東京大学 素粒子物理国際研究センター
助教
真空複屈折・量子計算機

1000T 素粒子探索と宇宙磁気プラズマの解明

強磁場を舞台に皆様との新たな相互作用を期待しています。
研究分担者

2012年の Higgs 粒子の発見は、それまで物質を構成する
fermion やそれらの相互作用を媒介するgauge boson を研究対象としてきた素粒子物理学を新たなフェーズへと導きまし

本研究の目的研究項目として下記の3点を設定します。また図1に本研究の概念図を示しました。

じ量子数を持つスカラー粒子であることで、エネルギーの高感度探索、および新粒子に対する物性系での(2) その相転移により宇宙が進化してきたこと

アナロジーの調査。

を示しています。またそれは同時に素粒子研究自体も、宇宙や■ブラックホールや中性子星などの強磁場天体で発現する真真空、及びそれらを内包する「時空」に対する研究へと自然に空の磁気応答や異常シンクロトロン放射の検証、および極限環

拡張される契機となりました。現在では、宇宙の成り立ちを説

境下での新たな素過程の発見。

明する「物質・ 反物質間の非対称性」や、銀河及び星の形成■宇宙プラズマにおける強磁場の役割の系統的な調査とそのを支配する「暗黒物質」、さらに宇宙加速膨張の起源となる「暗ムの使用によって新物理に対する探索感度やパラメータ空間のサイズが増大し、宇宙空間に存在する人類未踏の物理過程

LHC よりも高いエネルギー領域の物理を非加速器実験で間接的に検証します。

■初期宇宙の進化や星の形成を支配する暗黒物質および暗黒(1) 真空は空っぽではなくHiggs 場が凝縮しており、研究分担者

ニュートリノが人類の叡智に屈する
瞬間に立ち会いたいと思います。

黒エネルギー」の探索が精力的に行われています。
本計画研究は「宇宙」と「強磁場」を共通テーマとして、素粒子物理と宇宙プラズマ物理の研究者が協力し合う学際的研は「catastrophic 現象」の宝庫であり、その生成物であるブ究です。素粒子及びプラズマはどちらも現象をミクロなレベル

ラックホールや中性子星、および衝撃波などでは宇宙初期と同で記述しますが、素粒子物理は量子化された場の理論で記述

様の非常にエネルギー密度の高いプラズマ状態が実現していされるため、新たな粒子や素過程が発見された場合には関連ます。天文観測やシミュレーション上では、これらのダイナミク

する反応を演繹的に知ることができます。さらに、本研究で対スにおいて超強磁場が重要な役割を担っていることは理解され象とする暗黒物質等の質量スケールが加速器実験と比較してていますが、そのような極限状態に対して実際に人類がアクセ

大幅に軽いため、パワーレーザーや XFELといった種々の量子スする手段が無いため、多くの部分が未解明のままとなっていビームを使用することで高感度な探索が行えます。

ます。これらのダイナミクスをミクロなレベルで理解するために

一方プラズマは荷電粒子の集団より成る流体であり、現象をは高温・ 高密度プラズマの研究が必要です。近年パワーレー

特徴づける時間及び空間スケールがプラズマ密度のルートにザー技術の進展によりそのようなエネルギー密度の高いプラ反比例するため、宇宙規模の時空現象を実験室系での高密度ズマが実験室で実現可能となり、宇宙プラズマ現象を素過程かプラズマにより再現することができます。天体観測は、(1) 現ら解明する「レーザー宇宙物理学」が日本で発祥しました。現象全体のマクロ構造を捉えるリモート観測（望遠鏡で天体を観

在では観測、理論・シミュレーションと並ぶ重要な研究手法と測する等）、及び (2) 現象のミクロな物理量をローカルに観測なっています。

するその場観測（観測衛星により太陽風を観測する等）に大別

研究
分担者■ 宇宙の進化や時空構造の変遷をたどる上で、磁場が果たしてきた役割を実験的に明らかにできないか？

超強磁場と素粒子実験の融合、とても楽しみです。

図1 計画の概要、および本研究で探る宇宙の超強磁場現象

強磁場とレーザープラズマで宇宙を探りたい。
研究分担者

れる情報量が格段に多いのが特徴です。またプラズマの温度・とができないか？

密度・速度を調整可能であるなど制御性に優れており、対象と過程を再現する新たな物性を開拓できないか？

領域での異分野交流によって、新
しい共同研究が生まれることを楽しみにしています。

研究協力

する現象を広大なパラメータ空間の中で連続的・系統的に調査できます。

森田 太智
九州大学 総合理工学研究院
助教
プラズマ実験・磁気リコネクション

線などの異なる波長帯でのイメージングや分光、及び電子やプ

マのダイナミクスを調べることで、新たな素過程を見出すこ

坂和 洋一
大阪大学 レーザー科学研究所准教授
パワーレーザー・プラズマ実験・衝撃波

ロトン等をプローブ粒子とした局所電場・磁場の精密測定が可能であり、それらのダイナミクスと合わせると、実験により得ら■時間や空間に対する対称性などの類似性から、そのような素研究分担者が、レーザー実験では可能です。さらに可視光や X■ 多様な天体現象に対し、強磁場下での素粒子反応やプラズ

新田 龍海
東京大学 素粒子物理国際研究センター
特任助教
素粒子実験・アクシオン

され、マクロ構造とミクロな物理量の同時計測は不可能ですが研究課題の「問い」

陳 詩遠東京大学 素粒子物理国際研究センター
特任助教
素粒子実験・ニュートリノ

ダイナミクスの解明。

また恒星の重力崩壊や超新星爆発を始めとして、宇宙空間

浅井 祥仁
東京大学 理学系研究科
教授
高エネルギー物理・素粒子理論解析

上記の特色に加え、領域の基盤設備である超強磁場システを研究することができます。

た。Higgs 粒子が他の素粒子と本質的に異なり、「真空」と同

稲田 聡明

図2 : A05研究体制および役割と領域内研究・外部研究との連携

尾崎 典雅
大阪大学 工学研究科 准教授

佐野 孝好
関連文献
1. C. Bartram, T. Nitta et al (ADMX Collaboration), Search for Invisible Axion Dark Matter in the 3.3–4.2  μeV Mass Range Physical Review Letters
127, 261803 (2021). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.261803
2. T. Inada, T. Yamazaki, T. Namba, S. Asai, T. Kobayashi, K. Tamasaku, Y. Tanaka, Y. Inubushi, K. Sawada, M. Yabashi, T. Ishikawa, A. Matsuo,
K. Kawaguchi, K. Kindo, and H. Nojiri, Search for Two-Photon Interaction with Axionlike Particles Using High-Repetition Pulsed Magnets andSynchrotron X Rays, Phys. Rev. Lett . 118, 071803 (2017) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.071803
3. T. Yamazaki, T. Inada, T. Namba, S. Asai, T. Kobayashi, A. Matsuo, K. Kindo, H. Nojiri, Repeating Pulsed Magnet System for Axion-like Particle Searches
and Vacuum Birefringence Experiments, Nuclear Instruments and Methods A 833, 122 (2016), https://doi.org/10.1016/j.nima.2016.07.031.
14

4. T. Morita, T. Kojima, S. Matsuo, S. Matsukiyo, S. Isayama, R. Yamazaki, S. J. Tanaka, K. Aihara, Y. Sato, J. Shiota, Y. Pan, K. Tomita, T. Takezaki,

大阪大学  レーザー科学研究所  准教授

Y. Kuramitsu, K. Sakai, S. Egashira, H. Ishihara, O. Kuramoto, Y. Matsumoto, K. Maeda, and Y. Sakawa, Detection of current-sheet and bipolar
ion flows in a self-generated antiparallel magnetic field of laser-produced plasmas for magnetic reconnection research, Physical Review E 106,055207-1-12 (2022). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.106.055207
5. Youichi Sakawa, Yutaka Ohira, Rajesh Kumar, Alessio Morace, Leonard NK Döhl, Nigel Woolsey, Identification of electrostatic two-stream
instabilities associated with a laser-driven collisionless shock in a multicomponent plasma, Physical Review E 104, 055202-1-13 (2021).
https://doi.org/10.1103/PhysRevE.104.055202
6. F. Fiuza, G. F. Swadling, A. Grassi, H. G. Rinderknecht, D. P. Higginson, D. D. Ryutov, C. Bruulsema, R. P. Drake, S. Funk, S. Glenzer, G. Gregori,
C. K. Li, B. B. Pollock, B. A. Remington, J. S. Ross, W. Rozmus, Y. Sakawa, A. Spitkovsky, S. Wilks, and H.-S. Park, Electron acceleration inlaboratory-produced turbulent collisionless shocks, Nature Physics 16, 916-920 (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-020-0919-4

15

計画研究班 A06

1000T 非摂動磁場効果の理論
革の基盤となる理論構築という高い目標を与えられました。紀

② ホフスタッターバタフライと相関効果
1000T の磁気長は8Å 程度です。同程度の格子定数を持つ

元前の磁石の発見に端を発した磁場下の物理は、近現代ではフラーレン固体や分子性導体ではホフスタッターバタフライが電磁気学や量子電磁力学の確立の指針を与え、物性ではラン現れます。これらの物質群では超伝導や電荷秩序、モット転移

ダウ量子化や整数・分数量子ホール効果、ホフスタッターバタなどの強相関秩序が発現するため磁場下の相関効果を調べる

フライの発見に至るなど非常に長く深い研究の歴史がありま

理想的な舞台です。これらの系を念頭に強相関模型を用いたトす。本領域ではこれらに匹敵するマイルストーンとなる発見がポロジカル秩序等の量子多体相の探索を考えております。

求められます。本領域と関係の深い電場中の固体物理や、素粒子のアキシオン探索、そして分子やタンパク質の量子化学的研究における進展を取り込みつつ、シンプルで普遍的な系を考えることで前進したいです。

③ 固体の化学的カタストロフィー
本領域では既に磁場の印可によって結晶構造やスピン構造

究も乏しいです。格子自由度は電子と結合することで数千倍に現在、電場中の物理は量子幾何学効果のキーワードの下に増強された磁場効果を受けることがカイラルフォノンの研究で現代化の途上にあります。幾何学効果は平易にいうとハミルト

知られています。この知見を元に、磁場誘起相転移における「てニアンが行列であることに由来する現象です。ベリー曲率由来

この原理」を探索します。

の量子ホール効果やカイラル磁気効果、アキシオン応答などが代表例です。幾何学効果は絶縁体の起金属転移にも現れます。

④ カイラルフォノンとフロッケ・エンジニアリング

絶縁体に電場を印可すると、まず分極が誘起され、次にシュイ

電子・光子系ではフロッケエンジニアリングや共振器エンジンガー機構により電子・正孔の対生成が起きます。さらに強電

ニアリングに注目が集まっています。これを磁場下の電子・格場では、電子はワニエ・シュタルク局在状態に移行します。近子系に翻訳すると、カイラルフォノンと結合した電子のフロッケ

年は非熱的量子制御をめざし、電子を光子と結合させバンド構状態やポーラロン状態と、そこで発生するホール効果やカイラ

造そのものを制御するフロッケ・エンジニアリングや格子を電ル秩序の問題になります。

場で制御する非線形フォノニクスが発展しております。磁場は電場と同じくゲージ場として電子と相互作用するため各現象には磁場誘起の対応物があり、本研究で参考にしたいです。
磁場中物理のミニマル問題① ランダウ量子化と量子幾何学効果、非可換場の理論⑤ 階層を越えて-“アキシオン探索からタンパク質・分子系へ”-

・構造相転移・カイラルフォノン
・人工ゲージ場
・擬磁場

サイクロトロン運動
磁場 B スピン整列
ゼーマン効果磁場中相転移をアシストする「てこの原理」になるか？

アキシオン探索に物性側から参画するチャンスをうれしく感

格子のゆがみや回転を有効相互作用（人工ゲージ場等）として定式化

擬磁場 Bなど多様です。物性には準粒子を測定する様々なノウハウがあル磁気効果、平坦バンド系における量子計量と関連した現象

りますので、うまく意思の疎通ができれば新しいアキシオン探(Nature 584,59(2020)) が知られています。本領域で興味

索方法を提案できるかもしれません。さらにはタンパク質や分を持たれているディラック絶縁体やファン・ホーフ特異性のあ子を含む非晶質の磁場効果には環状電流や CIS をはじめとしる系（Sr2RuO4 等）などにも未知の量子現象が隠れているか

た興味深い問題が多くあります。極限的な磁場下でのシンプルもしれません。磁場中の量子系はランダウ準位（非可換場の理な設定を考えることで新しい視点を得たいです。

ホール効果

カイラルフォノン

0

右回り

？

線形

非線形領域

カタストロフィー
磁場 B

既存研究
本課題

[3] 強相関電子 ・ スピン系の量子相制御

研究
分担者

光子吸収

東京大学 物性研究所教授
フロッケ理論・磁場誘起人工ゲージ場

那須 譲治
東北大学 理学研究科
准教授
磁場中強相関理論・量子相制御

磁場中の量子多体問題（強結合展開、数値解析）
LaCoO3, V02, ...

有効相互作用の影響を検証○金属絶縁体転移○カイラル磁性秩序
○新奇秩序

岡 隆史

磁場中物理学は、量子幾何学や場の理論などの視点を用いて、現代化が可能と考えています。皆様と一緒に新現象の発見を行いたいです。

左回り

電荷

有効相互作用（人工ゲージ場）

超強磁場による新概念の探索が楽しみです。

カイラルフォノン

光子放出
人工ゲージ場

ワイル半金属

軌道

スピン

人工アキシオン場

研究
分担者

A06: 理論[1] 磁場下の電子構造 ・ フォノンモード決定・ 実験と理論の協働 （知識のハブ）
・ 数値計算の実装
・ 量子物質制御法の提案

第一原理計算笠松

ディラック半金属

非平衡

ディラック電子＋カイラルフォノン

A03: バンド構造相転移

岡 [2] 磁場下の有効相互作用 富田
カイラルフォノン

Axion 励起

いろんな現象や階層をつなぐ有効模型を作れたらいいなと考えてい
ます。
研究
分担者

笠松 秀輔
山形大学 理学部准教授
磁場中構造理論・第一原理計算
非常に挑戦的な領域で不安もありますが、何が出てくるかとても楽しみです。

[3] 強相関電子 ・ スピン系の量子相制御

A04: 化学反応
非平衡動的理論 ・
反応制御

富田 裕介
芝浦工業大学 工学部教授
バイブロニックフォノン有効模型

図1 研究内容の概念図

ンの軸性電流と結合するスカラー場です。一方で、物性の広義現象が発現します。ディラック電子における真空偏極やカイラ

ランダウ準位ストレインモード

ディラック電子（参考）レーザー電場によるフロッケ・エンジニアリング

研究
代 表者

ブリージング （A1) モード

有効相互作用（人工ゲージ場）

A05: 素粒子宇宙

子一般で、磁性ワイル半金属のマグノンやフォノン、エキシトン

第一原理計算・モンテカルロ法

カイラル
フォノン吸収放出

アキシオン観測実験提案
電子流体 ・ プラズマのアキシオンはベリー曲率由来のホール効果を誘起する準粒[1] 磁場下の電子構造 ・ フォノンモード決定[2] 磁場下の有効相互作用

じます。未知素粒子としてのアキシオンはディラックフェルミオ

ランダウ量子化と量子幾何学効果が結びつくと特異な量子論）で記述され、ポテンシャル問題やエキシトン等の束縛準位

固体版 化学的カタストロフィー機構

が破壊的に変化する固体版の化学カタストロフィーが実現しております。一方で、そのメカニズムの詳細は未解明で、理論研

並行世界としての電場中物理

従来型の磁場効果

フォノン エネルギー

理論班には領域代表から階層を超えた磁場中物理の学術変那須
強相関石崎 （連携）A02: スピン

A01: 分子軌道
化学結合 ・

量子スピン系 カゴメ磁性体

新奇秩序提案

図2 連携図の解析が容易になりますが、量子幾何学効果を取り込む研究に余地があります。

16

17

活動報告（班会議報告）たのでした。昨晩は懇親会に出席後、ほぼ最終の新幹線に乗ら"Something's Coming"

れたアドバイザーの陰山先生から総括班にメッセージがあり、—— 第1回領域会議 レポート（６月１９〜２１日 東京大学物性研究所）——
A03班
Could it be? Yes, it could.
Something's coming, somethin' good, if I can wait!
Something's comin', I don't know what it is,
But it is gonna be great!

（ミュージカル「ウエストサイド物語」より）懇親会をフォローアップするかのようにSlack 上でやりとりする場面もありました。このスピード感！

伏屋雄紀

本領域の発展に、否応なしに期待が高まります。

本領域の大きな特徴の一つは、物性物理を中心としながらSomethin's comin', don't know when
But it's soon;
Catch the moon, one-handed catch!

も、化学、生物、素粒子、宇宙と自然科学の広い分野の研究者が集っていることです。これほど異なる分野が集まれば、第一回目はほとんど顔合わせ程度、というのがよくあるパターンでしょう。しかし、それは見事に良い方向に裏切られました。初対面の人が多い研究会とは思えないくらい、初日から活発な質疑

そう口ずさみながら帰りたくなる、知的興奮に包まれた濃密応答が交わされました。

な３日間でした。その興奮冷めやらぬうちに書き留めておこう

会議全体を通して特に印象的だったのは、若手研究者が非常と、領域会議からの帰宅途中、ターミナル駅のスタバに立ち寄に積極的に発言されている姿です。質疑応答はむしろ30代以り、この原稿を書き始めました。

下の若い研究者を中心に進められました。そして若い人たちに会議のオープニングは松田代表から1000テスラ科学の概刺激されるかのように “ミドルエイジ” も積極的に質問を投げ

要と計画が改めて紹介されました。その最後に「研究成果も大ていきます。これは参画者の平均年齢が低い本領域の特徴を事ですが．．．」と前置きされた上で、よく表した現象だったといえるでしょう。和やかな空気の中でみ・新しいことの発見を First Priority に・開拓者精神で、ときには、みるまえに飛ぼう！

なさん誰に遠慮することなく、どんどん質問する。
「分野外なので教えて欲しいのですが．．．」なんてお決まりの枕詞は本領域

みなさん、純粋に「知りたい」という気持ちで質問をされている。そしてこれから「何かが起こりそう」という高揚感を共有
し、メンバー全員で同じ方向を向いて「せーの！」で一斉に一歩を踏み出そうとしている。その純朴な気持ちに包まれた会議は、
とても清々しいものに感じられました。
もう一つ印象的だったのは、休憩時間です。質疑応答で十分

きっと何かが見つかる

カバーできなかった点について、発表者あるいは質問者がフォとのメッセージが投げかけられました。この代表の言葉に我々

ローに向かう姿がそこかしこで見受けられました。そしてそれか

メンバーは強く励まされ、「この言葉をかけてくれる代表に率いらより深い意見交換が交わされました。個人的にも、そうしたてもらっている限り、本領域はきっと良い方向に向かう」と直感

休憩時間中のやりとりが発展し、早速新たな班間連携や勉強会しました。

が企画されるに至りました。これこそ、対面ならではの展開です。コロナ禍の遠隔会議ではなかなか得られなかったこの躍動

今回の会議では、計画班の代表者が30分、分担者は20分の持ち時間で、初日は A01~A03班、二日目は A04~A06班、感を、みなさん長く待ち望んでおられていたことでしょう。それ

丸二日かけて全員が発表しました。さらに三日目は公開研究会

がひしひしと伝わってきました。

として、代表による領域の説明と、三名の講師のチュートリアルと、書いているうちに、A04班代表の木村さんからメールが講演が行われました。講演では、15分の長めの質疑応答時間ありました。会議が終わったときに質問させて頂いたことにつが設けられましたが、それでは足りないほどのやりとりがありました。

18には必要ありません。だってみんな分野外なのですから！

▲初日終了後にあった強磁場施設見学も大変盛況で、みなさん熱心に質問を寄せられたため、予定していた１時間を大幅に超えました。

いて、詳しく書かれた解説をお送りくださったものでした。木村さんもまだ新幹線の中のはずですのに、早々に送ってくださっ▲懇親会も、国籍や老若男女を問わず、大いに盛り上がりました。それだけではまだまだ話足りず、（会場候補の少ない柏の葉キャンパス駅で）二次会に繰り出す一群の姿も観測されました。

19

活動報告（班会議報告）

1000テスラ班の取組

共用ポータブル磁場発生装置について
学術変⾰領域研究（A）

1000 テスラ超強磁場による化学的カタストロフィー：⾮摂動磁場による化学結合の科学
東京⼤学物性研究所 6階⼤講義室
第1回領域会議
2023 年 6 ⽉19 ⽇（⽉）― 21⽇（⽔）

強磁場の発生装置は大型で、一般には専用施設が必要です。

アイデアを自身の所属において短期間で実験に移行できます。

1000テスラの磁場発生も東大物性研でのみ可能です。もし従来の研究と連続性のないような全く新しい研究に取り組むこ

強磁場環境を利用したい場合、強磁場コラボラトリーによる国とも可能です。例えば生命と磁場など。

内の共同利用研究の受け入れ体制が確立されています。一方（初⽇）

6 ⽉ 19 ⽇（⽉）＜⾮公開会議 対⾯のみ＞＜座⻑＞ A03 徳永 将史
9:30 ‒ 9:40
「はじめに」
領域代表 松⽥ 康弘（東⼤）9:40 ‒ 10:10「A01 研究概要と計画」
A01 代表 ⼤和⽥ 謙⼆（QST）
10:10 ‒ 10:30「磁場下強誘電体のラマン分光」
A01 分担 塚⽥ 真也（島根⼤）10:30 ‒ 10:50「固体中の多様な分⼦軌道形成と磁場効果」 A01 分担 平井 ⼤悟郎（名⼤）10:50 ‒ 11:10「分⼦軌道への磁場効果の探索」
A01 分担 加藤 ⼤地（京⼤）11:10 ‒ 11:30「強誘電体への強磁場効果の探索」
A01 分担 松⽥ 康弘（東⼤）
写真撮影
昼休み

（2 ⽇⽬）

6 ⽉ 20 ⽇（⽕）＜⾮公開会議 対⾯のみ＞＜座⻑＞ A05 稲⽥聡明
9:20 ‒ 9:50
「A04 研究概要と計画」
A04 代表 ⽊村 尚次郎（東北⼤）9:50 ‒ 10:10「光受容タンパク質ロドプシンの光反応と磁場効果の可能性」

A04 分担 永⽥ 崇（東⼤）10:10 ‒ 10:30「光化学反応に対する強磁場効果」
A04 分担 若狭 雅信（埼⽟⼤）10:30 ‒ 10:50「有機ラジカルが⽰す発光の磁場効果」
A04 分担 草本 哲郎（阪⼤）休憩：20 分＜座⻑＞ A06 岡 隆史
11:10 ‒ 11:50「A05 研究概要と計画」(40 分 ) 
11:50 ‒ 12:10「強磁場を⽤いた軽い微⼩電荷粒⼦探索」
12:10 ‒ 12:30「アクシオンと強磁場」

A05 代表 稲⽥ 聡明（東⼤）＜座⻑＞ A01 ⼤和⽥ 謙⼆
13:30 ‒ 14:00「A02 研究概要と計画」
A02 代表 池⽥ 暁彦（電通⼤）14:00 ‒ 14:20「超強磁場状態をゼロ磁場に持ち帰る⽅法」

A02 分担 ⼤池 広志（さきがけ・東⼤）
14:20 ‒ 14:40「超強磁場による共有結合の破壊 : モデル物質の開発」

A02 分担 野原 実（広島⼤）14:40 ‒ 15:00「固体酸素の超強磁場における結晶構造」

A02 分担 野村 肇宏（東京電機⼤）15:00 ‒ 15:20「⾼感度磁気光学効果測定による パルス磁場下のスピン- 格⼦結合効果の研究」

A02 分担 ⽶澤 進吾（京⼤）14:00 ‒ 14:30「パワーレーザーを⽤いた宇宙磁化プラズマ実験 : 無衝突衝撃波」（30分）

A05 分担 坂和洋⼀（阪⼤）14:30 ‒ 14:50「パワーレーザーを⽤いた宇宙磁化プラズマ実験 : 磁気リコネクション」

A05 分担 森⽥ 太智（九州⼤）＜座⻑＞ A04 ⽊村 尚次郎
14:50 ‒ 15:20「A06 研究概要と計画」
A06 代表 岡 隆史（東⼤）休憩：20 分休憩：30 分＜座⻑＞ A02 池⽥ 暁彦
15:40 ‒ 16:10「A03 研究概要と計画」
A03 代表 徳永 将史（東⼤）16:10 ‒ 16:30「磁場中固体電⼦の量⼦論」
A03 分担 伏屋 雄紀（電通⼤）16:30 ‒ 16:50「強磁場・⾼圧⼒・極低温の極限環境を⽤いたバンド電⼦の研究」

A03 分担 秋葉 和⼈（岡⼭⼤）16:50 ‒ 17:10「特異なバンド構造を持つ V 族元素ネットワークにおける強磁場効果」

A03 分担 酒井 英明（阪⼤）17:10 ‒ 17:30「強磁場を⽤いた原⼦層物質の積層構造制御」

A03 分担 瀬尾 優太（東⼤）17:30 ‒ 17:40「講評」
アドバイザー ⿊岩 芳弘（広島⼤）15:50 ‒ 16:10「強相関電⼦系における磁場効果」
A06 分担 那須 譲治（東北⼤）16:10 ‒ 16:30「LLG ⽅程式を⽤いた相転移温度の磁場依存性の解析」

A06 分担 富⽥ 裕介（芝浦⼯⼤）
16:30 ‒ 16:50

施設⾒学

17:40 - 18:40

A05 分担 陳 詩遠（東⼤）A05 分担 新⽥ ⿓海（東⼤）昼休み / 総括班会議

で専用施設の外でも強磁場下での測定を可能とすることで、飛「ポータブル40テスラパルス磁場発生装置」5台は、実験系研

躍的に本領域の研究を発展させることができます。本領域では究項目の A01~A05で共用する40テスラ磁場発生装置です。

このために、

このような小型磁場装置は量子ビーム施設や個人研究室で利● 「ポータブル40テスラパルス磁場発生装置」

用されてきた実績があります [Y. H. Matsuda, T. Inami, J. Phys.

● 「ポータブル100テスラパルス磁場発生装置」

Soc. Jpn. 82, 021009 (2013)]。また、100テスラ発生可能なを総括班で整備し、各研究項目の研究で共用できる体制を整「ポータブル100テスラパルス磁場発生装置」は、一巻きコ備します。これによって、現在磁場環境のない研究者も磁場研

イル法によりコイルの破壊を伴って超強磁場を発生します。運究を自らの所属機関で行うことが可能となります。

用には安全上の注意なども必要ですが、すでにX 線自由電子
レーザー実験への適用報告もあり、共用装置にできると考えて市販装置ではとどかない20テスラ以上の強磁場環境を磁場います [A. Ikeda et al., Appl. Phys. Lett. 120, 142403 (2022)]。

専用施設以外の実験室や施設に導入することには、様々な利

日本においては物性研究所以外で100テスラ以上の磁場の発点があります。 （a）準備段階の実験・・・ 個人研究室レベ生に成功した例はありません。多様な研究機関での100テス

ルで準備実験を行うことで、より高い磁場での本実験の成功確

ラ共用装置の活用は、本領域の発展に貢献するばかりでなく強率を上げたり、技術的に困難な実験への挑戦が可能になりま

磁場科学の基盤強化の上でも意義が大きいです。

す。 （b）パルス磁場に慣れる・・・定常磁場の利用経験があるけれどパルス磁場の利用経験はない研究者、今までに磁これらの装置は、研究計画以外に公募研究との共同研究に場の利用経験がない研究者、のどちらにとっても、パルス強磁

おいても活用可能で、領域全体に貢献すると期待しています。

場への入門体験として有意義です。小型パルス磁場装置によっ

さらに、研究領域期間終了後には全国共同利用制度の下で共てパルス磁場に直接触れる機会がふえることで、少し専門的な通装置に供することも可能性として想定しています。

匂いのするパルス強磁場のハードルを下げ、領域の発展に貢献することができます。 （c）研究の新展開を促す・・・新たなモバイル パルス磁場
で領域を融合「第⼀原理計算による磁場誘起相の解析」A06 分担 笠松 秀輔（⼭形⼤）

16:50 ‒ 17:00「講評」

アドバイザー 陰⼭ 洋（京⼤）懇親会 18:30 - 20:30（柏の葉キャンパス駅前）（３⽇⽬）

6 ⽉ 21 ⽇（⽔）＜公開会議 ハイブリッド予定＞

9:00 ‒ 9:30

「領域の概要」

領域代表 松⽥康弘

9:30 ‒ 10:10

「Hot Topics: 超強磁場におけるスピン３重項励起⼦凝縮」
A02 代表 池⽥ 暁彦
休憩：20 分

10:30 ‒ 11:30「チュートリアル講演(1) 光化学反応の磁場効果」 A04 分担 若狭 雅信

11:30 ‒ 12:30「チュートリアル講演 (2) 素粒⼦物理と強磁場」 A05 代表 稲⽥ 聡明

20

21

公募要領

活動記録・活動予定

学術変革領域研究（Ａ）の公募研究の内容

領域略称名：1000テスラ科学

１０００テスラ超 強 磁 場による化 学 的カタストロフィー：
非 摂 動 磁 場による化 学 結 合 の 科 学

領 域 番 号 ：23A201
設 定 期 間 ：令和5(2023) 年度～
令和9(2027) 年度
領域代表者：松田 康弘
所 属 機 関 ：東京大学物性研究所

https://1000tesla.issp.u-tokyo.ac.jp/guideline/

活 動 記 録（2023年4月~9月）

4月



領域の概要

5月

●
●

●

●

磁場は相対論的電気効果であり自然界形成に不可欠であるが、地球上では一般にその効果は弱く、摂動的である。一方で、地球磁場の16桁倍にも及ぶ宇宙空間での強い磁場は非摂動磁場効果を与えるが、それを理解するための学問は確立していない。本研究領域では最近開発された室内世界最強の1000テスラ超強磁場を用い、地球上自然界における非摂動磁場効果を明らかにする。1000テスラの磁場が電子スピンに与えるエネルギー変化は、熱エネル
ギーに見立てた温度換算で1350ケルビンであり、鉄のキュリー温度や金の融点を上回り、化学結合への破壊的効果である化学的カ
タストロフィー現象を固体内で実現できる。固体から分子、生体分
子、素粒子、プラズマを対象として、磁場による新結晶創成などの革新的現象から自然界を形成する機序の本質に迫る。
計画研究には、A01分子軌道・カタストロフィー、A02スピン・カタストロフィー、A03バンド電子・カタストロフィー、A04化学反応・カタストロフィー、A05素粒子宇宙・カタストロフィー、A06
磁場カタストロフィー理論として、6つの研究項目があり、それぞれ、各1つの計画研究が設けられている。
A01からA03は固体を対象とする。化学的カタストロフィー現象の一つとして磁場による結晶変形がある。波動関数形状、ゼーマ
ン効果、ランダウ量子化などを通して、結晶構造が磁場中で最適化することで、低磁場では実現できない磁場中新結晶が創出可能となる。分子立体配置の再構成によって120テスラで単斜晶から立方晶へと相転移が起こる固体酸素はその典型例の一つであるが、より広範囲の対象物質への研究展開と量子力学的な転移メカニズムの理解が領域の研究目的である。結晶の変形は原子間の結合状態に変化が及ぶことで生じているため、微視的な電子論から捉え直すことが可能になると期待している。
A04は対象を分子・高分子として、光化学反応への非摂動磁場効果を主な研究対象とする。光励起状態も含めた磁場効果によって、ゼーマン効果やローレンツ力を通じた化学反応過程への非摂動効果を研究対象とする。カイラリティやスピン流と磁場との相関も利用し、強磁場新分子の創出やその生成機構の理解を目指す。
A05はプラズマおよび素粒子現象への非摂動磁場効果を研究する。宇宙空間に存在するcatastrophic 現象を再現した場合に期待される、暗黒物質や暗黒エネルギーの生成・散乱・崩壊反応、量子化された真空が示す複屈折現象や異常シンクロトロン放射、更に磁化プラズマの衝撃波やジェットコリメーション、磁気リコネクションなどについて、種々の量子ビームを駆使した超強磁場実験を行う。
素粒子・プラズマといったミクロなレベルでそれらの機構を解明し、通常の物質の枠を超えた極限宇宙環境で磁場の果たす役割を明らかにする。
A06は固体を中心に、分子、高分子、プラズマ、素粒子における1000テスラにおよぶ超強磁場の非摂動磁場効果の理論的解明を目的としている。

学術変革領域 (A)「1000テスラ科学」がスタート
ナイトセミナー「A**をもっと知ろう」がスタート（** = 01 ~ 06、隔週開催全6回 @オンライン）
1000テスラ領域秘書に大島香織さんが着任 大物性研に
東
1000テスラ科学
共用スペース設置

第一回領域会議
キックオフミーティング@ 東大物性研・ハイブリッド

●

6月

●



1000テスラ特任助教公募開始（東大物性研松田康弘研）

1000テスラPDに山田暉馨さんが着任（電通大伏屋研、ISSPリサーチフェロー）
1000テスラ科学領域ウェブサイト公開● A02-A03 班間連携勉強会開催「p 電子系の構造カタス
トロフィーを目指して」@ 阪大・ハイブリッド●●

7月

公募する内容、公募研究への期待等
今回領域では2024-2025年度の2年間実施する公募研究を募集する。
研究項目 B01として、固体における非摂動磁場効果が誘起する
カタストロフィック現象の実験的、理論的研究を公募する。波動関数の空間広がりの磁場制御にともなう結晶変形や、結晶周期との干渉による有効質量近似の破れ、ゼーマン効果やランダウ量子化エネ
ルギーのスピン軌道相互作用や結晶場との競合による結晶変形を伴う相転移、フォノンへの非摂動磁場効果、など、従来の磁場研究の枠組みを超えた提案を期待する。計画研究 A01〜A03における対象物質群を補完する計画も歓迎する。
研究項目 B02は、分子や高分子の化学反応、生体現象を対象とした非摂動磁場効果の実験的、理論的研究を公募する。計画研究
A04を補完する対象分子や高分子、生体物質を研究対象にした提案、触媒作用や人工光合成への磁場効果の研究などを期待する。
研究項目 B03では、宇宙物理および素粒子物理における非摂動
磁場現象を開拓する実験または理論研究を期待する。ハドロン物理
や太陽物理、その他、計画研究 A05と連携する研究内容も公募対象である。
これまでに強磁場実験の実績は無い研究者でも採択後に技術的な指導を行うため応募は可能である。国内磁場施設の共同利用シ
ステムや、本研究領域で整備する可搬型パルス磁場装置の利用により強磁場実験を行うことを想定している。

応募上限額（単年度当たり）

採択目安件数固体における非摂動磁場カタストロフィー

実験 250 万円
理論 150 万円

8件
4件

B02

化学反応への非摂動磁場カタストロフィー

実験 250 万円
理論 150 万円

3件
3件

B03

素粒子・宇宙への非摂動磁場カタストロフィー

実験 250 万円
理論 150 万円

3件
3件

B01

22

研究項目名



8月

ポータブルパルスマグネット相談会開催 @オンライン（全2回）●

公募研究説明会

1000テスラ科学ニュースレター初号発行
1000テスラ特任助教公募開始（東北大理学部 那須研）
● 1000テスラ特任助教公募開始（東大物性研
岡研）
●

9月


●

今後の活動予定

公募する研究項目、応募上限額、採択目安件数
研究項目番号



●


11月

12月

時期
未定


●

1000テスラ科学チュートリアル講座「ポータブルパルス磁場発生装置を作ろう！」@ 電通大 (11/13-11/17)●

第2回領域会議 @ 電通大アフラックホール (12/4-12/6)●

特任研究員・特任助教の公募を複数予定

23