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

Laser and Synchrotron Research (LASOR) Center
develops new lasers with extreme performance ofultra-precise, high intensity and ultra-short pulse
lasers. The cutting edge soft X-ray beamline is also
developed using synchrotron radiation. LASOR centeris responsible for the advanced spectroscopy, such as
ultra-high resolution photoemission, time-resolved,
spin-resolved spectroscopy, diffraction, light scattering,
imaging, microscopy and fluorescence spectroscopy,
by new coherent light sources based on laser andsynchrotron technology over a wide spectrum range
from terahertz to X-ray. In LASOR center, a variety ofmaterials 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. Most of theresearch activities on the development of new lasers
with an extreme performance and the application
to material science are studied in specially designed
buildings D and E with large clean rooms and theisolated floor in Kashiwa Campus. On the other hand,the experiments utilizing the synchrotron radiation
are performed at beamline BL07 in SPring-8 (Hyogo).

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
BL07 において軟 X 線分光の研究を行っている。
教

授

Professor

教授（センター長）Professor (Director)

末元徹

SUEMOTO, Tohru

辛埴SHIN, Shik

助

教

藤澤

正美

技術専門員

福島

昭子

特任研究員

金

助

教

白澤

徹郎

技術専門職員 金井

輝人

特任研究員

樋山

助

教

山本

達

技術専門職員 澁谷

孝

特任研究員

ガイゼラ ヨスト ヘニング

助

教

石田

行章

技術専門職員 原沢

あゆみ

特任研究員

玄

洪文

助

教

矢治

光一郎

技術専門職員 工藤

博文

特任研究員

趙

智剛

助

教

石井

順久

技術専門職員 橋本

光博

特任研究員

シルヴァ アリサ

淳

技術専門職員 伊藤

功

特任研究員

丹羽

Research Associate

Research Associate

FUJISAWA, Masami

SHIRASAWA, Tetsuroh Technical Associate KANAI, Teruto

教授（副センター長）* 小森

文夫

准教授

秋山

英文

准教授

松田

巌

准教授

小林

洋平

准教授

板谷

ITATANI, Jiro

治郎

Research Associate

助

教

宮脇

准教授

原田

慈久

助

教

谷

准教授

和達

大樹

助

教

平田

准教授

近藤

猛

助

教

特任准教授

岡﨑

浩三

助

教

教授（客員）

田中

耕一郎 特任助教

教授（客員）

田中良和

Professor (Deputy Director) KOMORI, Fumio

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor

Associate Professor
Associate Professor

AKIYAMA, Hidefumi Research Associate
MATSUDA, Iwao
KOBAYASHI, Yohei

Visiting Professor

Research Associate

Research Associate

HARADA, Yoshihisa Research Associate

WADATI, Hiroki

KONDO, Takeshi

Project Associate Professor OKAZAKI, Kozo
Visiting Professor

Research Associate

TANAKA, Koichiro

TANAKA,Yoshikazu

Research Associate

Research Associate

Research Associate

昌秀Technical Associate FUKUSHIMA, Akiko Project Researcher KIM, Changsu

YAMAMOTO, Susumu Technical Associate SHIBUYA, Takashi
ISHIDA, Yukiaki

みやび

Project Researcher HIYAMA, Miyabi

Project Researcher GEISELER, Jost Henning

Technical Associate HARASAWA, Ayumi Project Researcher XUAN, Hongwen

YAJI, Kohichiro

Technical Associate KUDO, Hirofumi

ISHII, Nobuhisa

Project Researcher ZHAO, Zhigang

Technical Associate HASHIMOTO, Mitsuhiro Project Researcher SILVA, Alissa

MIYAWAKI, Jun

Technical Associate ITO, Isao

峻太郎

秀治

Project Researcher NIWA, Hideharu

特任研究員

西谷

純一

特任研究員

田久保

靖透

特任研究員

谷内

敏之

特任研究員

崔

挾間

優治

特任研究員

マラエブ ワリド 特任研究員

黒田

健太

特任研究員

バレイユ セドリック 特任研究員

朱

渡邊

浩

特任研究員

大田

由一

山本

特任研究員

吉田

正裕

TANI, Shuntaro

Project Researcher NISHITANI, Junichi

HIRATA, Yasuyuki

耕Project Researcher TAKUBO, Kou

芸涛Project Researcher TANIUCHI, Toshiyuki Project Researcher CUI, Yitao

HAZAMA, Yuji

Project Researcher MALAEB, Walid

KURODA, Kenta

Project Researcher BAREILLE, Cedric

Project Research Associate WATANABE, Hiroshi

Project Researcher OTA, Yuuichi

Project Researcher YOSHITA, Masahiro* ナノスケール物性研究部門と併任 /concurrent with Division of Nanoscale Science65
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2015

宝杰

Project Researcher FENG, Baojie

琳Project Researcher ZHU, Lin

特任研究員

貴士

Project Researcher YAMAMOTO, Takashi

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/suemoto_group.html

末元研究室

末元

徹

SUEMOTO, Tohru

Suemoto Group教授

Professor

パルスレーザー光源を用いた分光法は、固体における非渡邊浩

WATANABE, Hiroshi

特任助教

Project Research Associate

Optical methods based on pulsed lasers are indispensable forinvestigation of ultrafast phenomena in solids.
While, the ultrafast technique has been developed mainlyin the visible and near infrared region, the spectral range is
growing to long wavelength (mid infrared, terahertz) andshort wavelength (EUV, soft X-ray), recently. Our group is
engaged in investigation of excited states and their dynamics invarious materials i.e., inorganic oxides, organic complexes andbio-molecules, taking full advantage of the pulsed light sourcesfrom THz to soft X-ray region.
For this purpose, we developed transient absorption/reflection spectroscopy in visible and infrared regions, femtosecond
luminescence spectroscopy, terahertz time-domain spectroscopy, and soft-X-ray time-resolved interferometery.
Our main interest is the dynamics of electron-lattice relaxation, magnetic ordering, and photoinduced phase transitions.
Wavepacket dynamics of the atoms in solids is investigated byluminescence up-conversion method and the time developmentof the wavepacket shape and splitting phenomena are observed.
Terahertz pump-and-probe method is developed and applied tophotoinduced phase transitions and spin related phenomena to
study their dynamical behavior.

常に高速の現象を研究するために必須である。可視から近赤外領域で発展した超高速技術は、赤外やテラヘルツの長波長領域、紫外や軟 X 線といった短波長領域へと拡張が進んでいる。当研究室では、テラヘルツから軟 X 線にいたる波長領域で各種の短パルス光源を使い、無機酸化物、有機錯体から生体分子にいたる幅広い物質群において、励起状態およびそのダイナミクスを研究している。この目的を達成するために、主な手法として可視赤外領域における過渡吸
収・反射分光、フェムト秒時間分解発光分光、テラヘルツ
波時間領域分光、時間分解軟Ｘ線干渉計測などを開発し用いている。
現在、電子格子緩和、磁気秩序、光誘起相転移など興味ある現象をダイナミクスの視点から研究している。和周波ゲートによる発光の時間分解により、原子の波束形状の時
間発展、分裂現象などを超高速で追跡している。また、テ
ラヘルツ電磁波をプローブとして用いたポンプ・プローブ時
間分解分光法の開発を進め、光誘起現象やスピン共鳴のダ
イナミクスの研究を行っている。

(a) 擬１次元白金錯体（Pt-Br 系 ) における自己束縛励起子発光の時間応答から得られた波束のムービー。縦軸（エネルギー）は原子の変位に相当しており、波束が減衰振動を行うと同時に 300fs 近辺で分裂している様子がわかる（赤矢印）。(b) 断熱ポテンシャル面上での波束運動。右上から出発した波束がポテンシャル障壁の頂上で２方向に分裂する。(c) フェムト秒時間分解発光測定装置の中心部分。

(a) Movie of the wavepacket taken for the self-trapped excitonsin quasi-one-dimensional Pt complex (Pt-Br) by means of timeresolved luminescence. Ordinate (energy) corresponds to the deviation of the atoms from the equilibrium position. The damped oscillation and a splitting of the wave-packet at 300 fs are clearly seen.
(b) Wave-packet motion on an adiabatic potential energy surface.
The wave-packet proceeds to the left and splits on top of the potential energy barrier. (c) The central part of the femotosecond luminescence measurement optics.

研究テーマ Research Subjects
1. 超高速発光分光による波束運動の実時間観測とアトミック ･ ムービーAtomic movie based on ultrafast luminescence spectroscopy
2. 時間分解赤外・テラヘルツ分光法による光誘起相転移とスピン秩序のダイナミクス
Dynamics of photoinduced phase transitions and spin ordering by time-resolved infrared and terahertz spectroscopy
3. 軟 X 線干渉計による固体表面形状の時間分解観測
Time-resolved observation of surface morphology by a soft X-ray interferometer66
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2015

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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

白澤徹郎

SHIRASAWA, Tetsuroh

助教

Research Associate

石田行章

ISHIDA, Yukiaki

助教

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 2.6nm.

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

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秋山研究室

秋山

英文

AKIYAMA, Hidefumi

Akiyama Group

准教授

Associate 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-structures of a100
T-shaped quantum-wirelaser (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

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2015

極限コヒーレント光科学研究センター

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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 (SPring-8 など ) 、X 線自由電子レーザー、

山本

達

YAMAMOTO, Susumu

助教

Research Associate

Dynamics in materials, mainly the surface/interface systems,
are studied with developing experimental techniques for timeresolved vacuum ultraviolet (VUV) ∼soft X-ray (SX) spectroscopy with high brilliance synchrotron radiation (e.g. SPring-8),
X-ray free electron laser, and HHG laser.
Roles of carrier and molecule dynamics at the surface/interface systems are significant in voltaic effects and catalytic
reactions, for examples, that are necessary for our social
technology. Moreover, the surface/interface system is intrinsically two-dimensional and it has been a valuable playground for
low-dimensional physics. In our laboratory, we carry out timeresolved measurements of photoemission and X-ray absorption
spectroscopy to directly probe temporal evolutions of electronic,
chemical, and spin states of materials during such dynamical
phenomena. We reveal their detailed mechanisms at each timescale, ranging from femtoseconds to milliseconds, and promote
understanding of the whole picture by combining the sequential
information.

HHG レーザーを用いた時間分解真空紫外線（ＶＵＶ）〜軟X 線（ＳＸ）分光実験の技術開発を行い、これらを用いて表面・界面系を中心に物質のダイナミクス研究を行っている。
触媒反応や起電力発生など、表面・界面系におけるキャリ
ア及び分子の動的変化を研究することは実社会の技術開発にとって重要である。また表面・界面系は物質系そのものが2 次元であるため低次元電子系の研究場としても貴重であり、低次元特有の現象も豊富に存在する。本研究室では、物質の電子状態、化学状態、スピン状態を直接調べることができる VUV 〜 SX 光電子分光や X 線吸収分光の時間分解測定を行う。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。

Ni ナノ薄膜の共鳴磁気光学カー効果の光エネルギー依存性。光エネルギーを Ni M 殻吸収端に合わせると巨大な磁気光学カー回転角が観測され (exp)、共鳴散乱理論の計算で再現することができる(sim.)。元素選択性と巨大な信号強度を発生するこの共鳴磁気光学現象は今後のスピンダイナミクス研究での活躍が期待される。

Resonant magneto-optical Kerr effect on a Ni nanofilm taken
at various photon energy. When photon energy is tuned at
the Ni M-shell absorption edge, giant magneto-optical Kerrangle was observed (exp.) and it was reproduced by simulation (sim.) based on the resonant X-ray scattering theory. It
is expected that this resonant magneto-optical Kerr effectwith element selectivity and large signal generation plays significant roles in researches in spin dynamics.
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
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. 光電子分光実験による金属および半導体表面・界面の電子状態の研究
Electronic structures of metal and semiconductor surfaces studied by means of photoelectron 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 2015

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

小林研究室

小林

洋平

KOBAYASHI, Yohei

Kobayashi Group

准教授

Associate Professor

最先端レーザーの研究開発とその応用を行っている。超谷峻太郎

TANI, Shuntaro

助教

Research Associate

We are studying advanced laser technologies and their applications. Both ultimate technologies of ultrashort pulse generations and ultra narrow-band laser generations were mixed,
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 high-repetition-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.

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
光周波数コムの開発とその応用を中心に研究する。特に Yb
ドープセラミックやファイバーといった新しいレーザーにより
超高繰り返しで超高平均パワーのレーザーシステムを開発している。超高繰り返しでの方向性では縦モード一本ずつが分離できるレーザーを開発し、フェムト秒レーザーから縦モードを抜き出すことによりｃｗレーザーを作り出すことすらできるようになってきた。また、超高平均パワーのフェムト秒レーザーでは外部共振器を用いることにより数 kW の平均パワーを実現し、高輝度コヒーレント真空紫外光を発生し、新たな分光法の研究を行っている。応用としては光電子分
光、光原子時計、天文応用、医療応用と幅広い。

オフセットフリー光周波数コム

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。

Offset-free optical frequency comb.

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.

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 system
2. 高繰り返し－高強度物理
High-rep rate, high-field physics
3. 精密分光
Precision spectroscopy
4. 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

70
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2015

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

本研究室では、高強度極短パルスレーザーの開発と、そ石井

順久

ISHII, Nobuhisa

助教

Research Associate

We work on the development of intense ultrashort-pulse
lasers and their applications to ultrafast spectroscopy on femtoto attosecond time scales. As for the light-source development,
we work on the methodology to produce waveform-controlledintense optical pulses and to extend their spectral range towards
mid-infrared and THz regions. For the spectroscopic applications, we work on novel methods using strong optical fields andattosecond soft-X-ray pulses aiming for dynamic molecularimaging with attosecond and Angstrom precisions, and also on
femtosecond soft-X-ray spectroscopy of solids. By using phasecontrolled intense ultrafast light sources and frequency conversion, we expect to produce optical pulses in extremely wide
spectral ranges with precise synchronization. We aim to use
such ultrabroadband coherent light for observing and controlling the dynamics of non-equilibrium states of matters throughvarious freedoms.

れを用いたアト秒からフェムト秒領域の超高速分光に関する研究を行っている。光源開発に関しては、光電場の数周期程度の高強度極短パルス光の発生と電場波形の制御、中赤外からテラヘルツ領域での高強度光電場の発生に関する研究を行っている。また、高次高調波によるアト秒軟 X 線パルス発生に関する研究も進めている。分光応用に関しては、
高強度光電場やアト秒軟 X 線パルス用いた新規分光手法の開拓や、高強度光電場を用いた原子・分子における超高速現象の観測と量子制御、固体のフェムト秒軟 X 線分光に関する研究を行っている。位相制御された高強度超短パルスレーザーとその波長変換を基盤技術とすることによって軟 X線からテラヘルツにわたる広い周波数領域においてタイミング同期した光パルスの発生が可能であるため、物質の励起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。

高強度赤外レーザーで発生した高次高調波の「水の窓」領域の軟 X 線スペクトルの CEP 依存性

高強度テラヘルツパルスによって誘起された HBr 分子内の回転波束と、観測された分子配向。

Time evolution of rotational wavepackets in HBr molecules (lower panel)and achieved molecular orientation (above panels).

CEP dependences of soft-X-ray high harmonic spectra in the water window
produced by an intense IR laser system.

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. 高強度光電場を用いた超高速現象の観測と量子制御
Observation and coherent control of ultrafast phenomena using strong optical fields
4. 固体の超高速軟 X 線分光Soft-X-ray ultrafast spectroscopy of solids

71
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2015

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/harada_group.html

原田研究室

原田

Harada Group

准教授

Associate Professor

当研究室では、世界最高輝度のＸ線源である SPring-8
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限りの極めて幅広い物質群を研究対象としている。また基礎光学研究として軟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に向けたＲ＆Ｄを行っている。

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 の世界最高エネルギー分解能を持つ軟Ｘ線発光分光装置。

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

宮脇淳

MIYAWAKI, Jun

助教

Research Associate

We explore the origin of the electronic structure of materials
responsible for their electronic, magnetic and optical property
using intense and energy tunable X-ray source: SPring-8, one of
the most brilliant synchrotron facilities in the world. We havedeveloped novel spectroscopies for material science in ‘soft’
X-ray region. We are leading the world’s soft X-ray emission
spectroscopy, a kind of light scattering promising for electronic
structure analyses of liquids and operando spectroscopy of avariety of catalysts. Our topics include 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 ultrahigh energy resolution optics for soft X-ray
emission and time-resolved spectroscopy.

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研究テーマ Research Subjects

慈久

HARADA, Yoshihisa

高分解能軟Ｘ線発光分光で捉えた純水（H2O）の多重振動モード。水素結合によるポテ
ンシャルの非調和性を反映した振動エネルギー分布が OH の乖離するところまで全て観測されている。この手法を用いて液体の水の中にミクロ不均一性が存在することが裏付けられた。

Multiple vibrational excitation of H2O observed by the ultrahigh energy resolution
soft X-ray emission spectrometer. The energy separation reflects the profile of theMorse function modulated by hydrogen bonding. Using soft X-ray emission we
confirmed the presence of a microheterogeneity in pure liquid water.

1. 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
2. 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
3. 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
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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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 oxides, 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 by tuning
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.

金属酸化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。

共鳴軟Ｘ線回折の概念図

Schematic diagram of resonant
soft x-ray diffraction.

共鳴軟Ｘ線回折で決定した
SrCo6O11 の磁気構造「悪魔の華」

Devil’s flower-like magnetic
structures in SrCo 6 O 11 determined by resonant soft x-ray diffraction.

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

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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 Bi 2 Sr 2 CuO 6+d high-T c superconductor. (b) ARPES analyzer. (c) Diagram of ARPES
experiment. (d) Snapshot of dispersion image. (e) Wholeband structure. (f) Competition between superconducting gap and pseudogap. (g) Spectra around Fermi surface
below (red) and above (black) superconducting transition
temperature (Tc=35K). (h) Difference between the curvesin (g). (h) Coherent spectral weight is painted with a redcolor, which is corresponding to the red region representedin (f).

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

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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
powerful experimental technique that can directly observea dispersion relation between momentum and energy of theelectrons in solid-state materials, whereas by utilizing a femtosecond laser as pumping light and its high harmonic generation
as probing light, we can observe ultrafast transient properties ofthe band structures in a non-equilibrium state. In our group, weare developing and improving a time-resolved photoemission
apparatus that utilize high harmonic generations of an ultrashort-pulse laser in collaboration with a laser-developing group.
We are aiming for understanding the mechanisms of electron
relaxations from photo-excited states and mechanisms of photoinduced phase transitions by direct observations of transient
electronic states with a pump-probe type time-resolved photoemission spectroscopy. Also, we are aiming for understanding
the mechanisms of unconventional superconductivity by direct
observations of the electronic structures and superconductinggap structures of unconventional superconductors with a laserbased angle-resolved photoemission apparatus with a worldrecord performance that achieves a maximum energy resolutionof 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の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、光誘起相転移の機構解明等を目指している。また、エネルギー分解
能 70 μeV、最低測定温度 1K 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Schematic diagram of a time-resolved photoemission apparatus utilizing high harmonic
generations of a ultrashort-pulse laser.

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、光誘起相転移の機構解明
Mechanisms of electron relaxation from photo-excited states and photo-induced phase transitions
3. 極低温超高分解能レーザー角度分解光電子分光による非従来型超伝導体の機構解明
Mechanisms of unconventional superconductivities by ultralow temperature and ultrahigh resolution laser-based angleresolved photoemission spectroscopy

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Laser and Synchrotron Research Center

田中耕一郎研究室
K. Tanaka Group

田中

耕一郎

TANAKA, Koichiro

客員教授

Visiting Professor

高出力のテラヘルツ光の発生と検出、その物性研究への応

We are developing high-power THz wave generation
techniques and their application to the solid state physics. Our
method of high power THz wave generation is based on the
Cherenkov-type rectification process in LiNbO3 crystals, orthe four-wave-mixing process in laser induced gas-plasma withamplified femtosecond lasers (4mJ/pulse). This has allowed us
to generate an intense THz wave over 1 MV/cm in the electricfield in the repetition rate of 1 KHz. Recently, our group has
been exploring non-linear optical responses of semiconductors and biological materials and we have found various novel
phenomena that have never before been observed. Simultaneously we are developing a near-field THz microscope working atvideo rate. These technologies will open the doors to new THz
sensing and imaging applications in the near future.

用を精力的に進めている。高出力テラヘルツ光の発生方法は
高出力のフェムト秒レーザー（パルスあたり 1 〜 4mJ）を用いる手法であり、LiNbO3 結晶を用いたチェレンコフ型の光整流過程またはレーザー誘起ガスプラズマを用いた四光波混合過程を利用している。現在の典型的な出力は、電場の大きさに換算して 1MV/cm を超えるものであり、1KHz の繰り返しで1mW 以上の平均出力が得られている。このテラヘルツ光源を用いて、固体、液体、生体物質を対象とした究極的なテラヘ
ルツ非線形分光技術を探求している。すでに、半導体のバンド構造の動的変化や非摂動論的非線形光学応答などの新たな発見に成功した。また、この技術を用いて波長の 100 分の 1の分解能を有する実時間動作顕微鏡の開発も進めている。

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

田中良和研究室田中良和

TANAKA, Yoshikazu

Y. Tanaka Group

客員教授

Visiting Professor

軟 X 線回折では、通常の X 線回折では見ることができな

Spin, orbital and charge orders, hardly observed by conventional X-ray diffraction, are observed by soft x-ray resonant
diffraction. In new functional materials, like multiferroic,high-Tc materials, etc, of strongly correlated electronic systems,
the 3d or 4f electrons play a crucial role for the novel properties.
Soft x-ray diffraction provides one of the indispensable tools toobserve the orders of valence electrons directly. It has developedin 21st century with the advent of the synchrotron sources.
We have developed a quite unique soft x-ray diffraction
system with super conducting magnets, low-temperaturecryostat, and focusing mirrors. For example, we have succeeded
to observe 3d orbital order in CuFeO2, which shows the multiferroic property. In addition, we have succeeded to observe
2-dimensional images of spin and orbital chirality in several
materials. In present, we are developing a time-resolved x-ray
diffraction system using a laser system which has high intenseand short pulses. It provides us to observe a variety of unstableordered systems as a function of time. Especially, the study ofphase transitions pumped by the high intense laser beam is oneof the cutting-edge fields in the condensed matter physics. We
will participate in this field intensively.

い軌道、
スピン、
電荷などの秩序を観察することができる。特に、マルチフェロイック物質や超伝導体などに代表される新機能性物質とよばれる物質群では、3d 電子あるいは 4f 電子が物性を担っている。放射光をもちいた軟 X 線回折は、それら価電子状態を直接観察できることから、急速に発展してきた。
我々は、超伝導磁石、極低温冷凍機、極小集光技術を導入し、独自の軟Ｘ線回折装置を開発している。例えば、極低温冷凍機を用いて、通常のＸ線回折では見られないマルチフェ
ロイックス CuFeO2 の 3d 軌道秩序を観測し、この物質の自発分極の原因を解明することに成功している。また、円偏光をもちいたスピン、軌道カイラリティの構造を観察することに成功している。現在、レーザビームを用いたポンプアンドプロー
ブ時間分解 X 線回折の開発を行っている。この研究では、さまざまな相転移現象を時間変化として捉えることができ、非平衡秩序状態における電荷、スピン、軌道秩序の動的変化を観察できる。特に、光誘起相転移現象の研究は、X 線回折のみならず、物質科学にとって重要なテーマのひとつである。
我々も、精力的にこれに貢献したいと考えている。
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Laser and Synchrotron Research Center
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

准

教

授

准

教

授

准

教

授

助

教

助

教

助

教

助

教

助

教

小森
松田
原田
和達
藤澤
山本

埴

文夫
巌

慈久
大樹
正美
達

矢治 光一郎
宮脇
平田

淳

靖透

技 術 専 門 員 福島

Professor (Director) : SHIN, Shik

昭子

技術専門職員 澁谷Professor : KOMORI, Fumio

孝Technical Associate : FUKUSHIMA, Akiko
Technical Associate : SHIBUYA, Takashi

技術専門職員 原沢 あゆみ Technical Associate : HARASAWA, Ayumi

Associate Professor : MATSUDA, Iwao

技術専門職員 工藤

Associate Professor : HARADA, Yoshihisa

博文

特 任 研 究 員 丹羽

Associate Professor : WADATI, Hiroki

特任研究員 崔Research Associate : FUJISAWA, Masami

秀治
芸涛

Research Associate : YAMAMOTO, Susumu

特 任 研 究 員 田久保

Research Associate : YAJI, Koichiro

特任研究員

耕

宝杰

Technical Associate : KUDO, Hirofumi
Project Researcher : NIWA, Hideharu
Project Researcher : CUI, Yitao
Project Researcher : TAKUBO, Kou
Project Researcher : FENG, Baojie

Research Associate : MIYAWAKI, Jun
Research Associate : HIRATA, Yasuyuki

本施設は高輝度放射光を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 に矢治 助教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

藤澤 助教

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、高紫外・軟 X 線レーザー光源を用いた実験系へと活かされる。

The synchrotron radiation laboratory is promoting advanced
solid state spectroscopy using synchrotron radiation in soft
X-ray and vacuum ultraviolet region. We operate a branchlaboratory at SPring-8 to maintain the high-brilliance soft X-ray
beamline BL07LSU of the University of Tokyo, where timeresolved soft X-ray spectroscopy and high-resolution soft X-ray
emission spectroscopy are utilized to study electronic states anddynamics in new materials. The beamlines, BL-18A, BL-19A,
and BL-19B, maintained by the Tsukuba branch at the Photon
Factory (KEK-PF) were closed in March, 2014. The advanced
experimental techniques, developed and accumulated at thebranch, are utilized in experimental stations using vacuum
ultraviolet and soft X-ray lasers at Kashiwa campus.

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。

高 効 率 ス ピ ン VLEED 検 出 器 を 付 け た 高 分 解 能 光 電 子 分 光 分 析 器。KEK-PF
BL-19A の高輝度放射光を利用して高分解能スピン分解光電子分光実験を行なってきた。

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

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

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現在 BL07LSU において時間
分解軟Ｘ線分光実験用ステーションと高分解能発光分光ス
テーションを立ち上げ、さらに先端軟 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っている。一方、KEKPF に設置しているつくば分室では３本のビームライン（BL18A, BL-19A, BL-19B) を維持・管理し全国の大学や研究機関の共同利用研究に供してきたが、2014 年 3 月にて共同利用を停止し活動を終了した。長年に渡って培われた光物性測定技術は、今後柏の葉キャンパスにて物性研究所の真空

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