物性研究所セミナー

標題：強磁場セミナー：Fermi surface and upper critical field study of UCoGe under hydrostatic pressure
日時：2014 年 12 月 11 日(木) 午後 2 時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Gaël Bastien
所属：CEA-Grenoble
要旨：
UCoGe is a ferromagnetic superconductor with a Curie temperature of TC ~2.8 K and a superconducting transition
at TSC ~ 0.6 K. The Curie temperature decreases with pressure and vanishes at a critical pressure pc~ 1GPa [1].
Superconductivity was observed both below and above pc. At ambient pressure in the ferromagnetic phase the upper
critical field as a function of temperature shows an unusual upward curvature [2]. We report magnetoresistance andHall effect measurements on UCoGe for field along the easy magnetization axis c. We focused mainly on Shubnikovde Haas oscillations and on the temperature dependence of the upper critical field as function of pressure in the
ferromagnetic and paramagnetic states. At ambient pressure an anomaly around 9T and a Fermi surface
reconstruction around 17T were observed both in the quantum oscillations and in the Hall effect. Quantum oscillations
evolve continuously with pressure between ambient pressure and 2.3 GPa, no Fermi surface reconstruction wasobserved around the critical pressure pc. Finally it was shown that the upper critical field of UCoGe for field along theeasy magnetization axis c increases with pressure through the critical pressure pc and the upward curvature of theupper critical field is also enhanced above the critical pressure.
[1] E. Hassinger, D. Aoki, G. Knebel, J. Flouquet, J. Phys. Soc. Jpn. 77, 073703 (2008).
[2] N. T. Huy, D. E. de Nijs, Y. K. Huang, and A. de Visser, Phys. Rev. Lett. 100, 077002 (2008).

標題：理論セミナー：Virasoro 代数/W 代数の差分類似、Macdonald 多項式の楕円類似と Bethe 方程式
日時：2014 年 12 月 12 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：白石 潤一
所属：東京大学大学院数理科学研究科
要旨：
Virasoro 代数/W 代数の差分類似の相関関数の全体が成す空間は、零点の挙動が指定された有理関数全体の成す空間と同一視される。さらにその空間の上にはある方法で積の構造を定めることができて、対称多項式全体の成す可換環と同一視することができる。Virasoro 代数/W 代数の相関関数の座標変数に対して規則的な代入操作を行うと、Macdonald 多項式が得られるのだが、それは直交多項式の理論における選点直交性の類似とみなすことができる。Macdonald 多項式のある種の楕円類似と、それに付随する Bethe 方程式について説明する。Bethe 方程式の根の相関関数への代入が、楕円化された Macdonald 固有関数を与えるという予想について述べる。

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33標題：理論インフォーマルセミナー：Accuracy of downfolding based on the constrained random phaseapproximation
日時：2014 年 12 月 22 日(月) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Dr. Hiroshi Shinaoka
所属：ETH - Institute for Theoretical Physics
要旨：
Establishing a first-principles theoretical framework for describing the electronic properties of strongly correlated
electron systems is a great challenge. Applying methods based on density functional theory (DFT) to this class ofmaterials misses their fundamental aspects, such as Mott physics. Thus, on recent years much effort has been devoted
to establishing reliable first-principles methods for constructing an effective low-energy lattice model, which contains
only a few degrees of freedom, by eliminating the high-energy degrees of freedom in a systematic manner.
We study the reliability of the constrained random phase approximation (cRPA) method, which is widely used forthe calculation of low-energy effective Hamiltonians. We consider multi-orbital lattice models with one strongly
correlated "target" band and several weakly correlated "screening" bands. [1] The full multi-orbital system is solved
within dynamical mean field theory (DMFT), while the effective low-energy models with retarded and off-site
interactions are treated within the extended dynamical mean field (EDMFT) framework. By comparing the quasiparticle weights for the correlated bands, we determine the parameter regime in which the effective model provides agood description of the low-energy properties of the multi-band system.
[1] Hiroshi Shinaoka, Rei Sakuma, Matthias Troyer, Philipp Werner, arXiv:1410.1276.

標題：理論セミナー：オーダーN 第一原理分子動力学プログラム「CONQUEST」の開発と展望
日時：2014 年 12 月 26 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：宮崎 剛所属：物質・材料研究機構
要旨：
通常、第一原理計算の計算時間は、系に含まれる原子数(N)の 3 乗に比例して急激に増大するので、大規模計算を行うた
めには、計算時間および必要なメモリ量が N に比例するオーダーN 法の開発が必要となる。そこで我々は、オーダーN 第一原理計算プログラム「CONQUEST」を開発し、並列化効率を高めることにより百万原子系に対する第一原理計算が可能になること、さらに、20 万原子からなる Ge hut cluster の構造最適化が実際に可能であること、などを示してきた[1]。
これをさらに発展させることにより、最近、オーダーN 第一原理分子動力学計算が行えるようになったので、その結果について報告する。
これは、Niklasson によって提案された拡張ラグランジアン断熱近似分子動力学法(Phys. Rev. Lett. 100, 123004 (2008))
を CONQUEST に導入することに達成されたものである。この改良により、密度行列の最適化が効率良く、しかも、安定に行えるようになり[2]、３万原子以上を含む系について第一原理分子動力学が安定して行えるようになった。我々はさらに、CONQUEST の新たな改良もいくつか行った。密度行列の局在基底数を削減することにより、オーダーN 法を用いない第一原理計算も CONQUEST を用いて効率的に行えるようになった[3]。さらに、最近は Sakurai-Sugiura 法(J. Comp.
Appl. Math 159, 119 (2003))と組み合わせることにより一電子状態の解析に取り組んでいる。本講演では CONQUEST を用いた大規模計算に対する将来の展望についても議論する予定である。
[1] M. Arita, S. Arapan, D. R. Bowler and T. Miyazaki, J. Adv. Simulat. Sci. Eng. 1, 87 (2014).
[2] M. Arita, D. R. Bowler and T. Miyazaki, J. Chem. Theory Comput. published online (DOI: 10.1021/ct500847y).
[3] A. Nakata, D. R. Bowler and T. Miyazaki, J. Chem. Theory Comput. 10, 4813-4822 (2014).

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物性研だより第 55 巻第 1 号■■■ ■ ■ ■■

標題：Muons and Magnetic Order in the Frustrated Pyrochlore Pr 2 Ir 2 O 7
日時：2015 年 1 月 5 日(月) 午後 1 時 30 分～午後 3 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Douglas E. MacLaughlin
所属：University of California, Riverside / ISSP, Kashiwa
要旨：
Geometrically frustrated magnets are of interest because of the novel and complex phenomena that arise from their
exotic ground states and low-lying excitations. The muon spin rotation and relaxation (μSR) technique is a sensitive
probe of static and fluctuating magnetism on the local (atomic) distance scale, and as such is an attractive tool for the
study of frustrated magnets. The positive muon (μ+) used in μSR experiments carries a unit electric charge +e, however,which can have an appreciable effect on local properties. We discuss a case where such an effect is involved.
Thermodynamic and transport properties of the Kondo-lattice pyrochlore Pr2Ir2O7 prepared with excess Pr reveal awell-defined phase transition at 0.8 K at ambient pressure in zero magnetic field. This transition is not found in
stoichiometric samples, and is suppressed by both applied field and pressure. Neutron Bragg diffraction studies on awell-characterized sample (PIOneu) show the onset of long-range "2-in 2-out" antiferromagnetic (AFM) order, with anordered moment of 1.7μB. μSR experiments on the same sample yield an upper bound (~3 mT) on the dipolar field
Bdip at the muon site due to Pr3+ AFM ordered moments. This is much smaller than the expected dipolar field(0.1--0.2 T depending on muon site).
At least in part this is due to splitting of the non-Kramers crystal-field ground-state doublets of near-neighbor Pr3+
ions by the μ+-induced lattice distortion. However, if this were the only effect a very large number of Pr moments(~300) within a distance of ~20 Å must be suppressed. We know of no mechanism for such a suppression. An
alternative scenario, which is consistent with the observed reduced nuclear hyperfine Schottky anomaly in the specificheat of PIOneu, invokes ultra-slow correlated Pr-moment fluctuations in the ordered state that average Bdip on theμSR time scale (~10^(-6) s), but are static on the time scale of the neutron diffraction experiments (~10^(-9) s).

標題：近藤問題の最近の発展
日時：2015 年 1 月 9 日(金)～2015 年 1 月 10 日(土)場所：物性研究所本館 6 階 大講義室(A632)
要旨：
近藤効果は、希薄磁性不純物中の抵抗極小のメカニズムとして明らかにされて以来、50 年経つが、これまで様々な多体問題に波及し、今でも集中的に研究が続けられている。本研究会の目的は、様々な分野で研究されている近藤問題の最近の発展について専門家に講演して頂き、分野間の交流を促すとともに、新しい研究の芽を生み出す契機となる場を提供することにある。最新の研究のみならず、新たに発展した諸分野における近藤問題の研究についての投稿をお待ちしております。
詳細ページ：
http://tsune.issp.u-tokyo.ac.jp/KondoWorkshop2015/index.html■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 1 号

35標題：THz Response of Graphene-Based Materials
日時：2015 年 1 月 14 日(水) 午前 10 時 30 分～午前 11 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
講師：Prof. Hsiang-Lin Liu
所属：Department of Physics, National Taiwan Normal University,
要旨：
We present the results of THz absorption measurements of monolayer graphene with molecular doping and fourlayer graphene. There are several important findings in this study. First, the THz conductivity of the triazine-doped
film consists of free carrier absorption at zero frequency and a disorder-induced finite frequency peak around 4.65
THz. As the temperature is lowered, the Drude plasma frequency (30 THz) decreases, whereas the carrier relaxation
time (54 fs) does not show much temperature variation. These scenarios show the semiconducting behavior of thetriazine-doped film. Second, a comparison of our measured conductance spectra and the theoretical predictions in turnilluminates the importance of the several scattering mechanisms present in these materials. Third, in a magnetic field,
the Drude oscillator strength of four-layer graphene is suppressed and transferred to various finite frequency
transitions between the Landau levels. The dramatic increase of the low-frequency transmission is a THz counterpartof the positive magnetoresistance effect. The 300 K magnetodielectric contrast is as large as 60% near 1 THz at 10
Tesla. The results are potentially useful for magnetic memory applications away from the dc limit.

標題：理論インフォーマルセミナー：Correlations and glassiness in Coulomb Spin Liquids
日時：2015 年 1 月 15 日(木) 午後 4 時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Arnab Sen
所属：Department of Theoretical Physics, Indian Association for the Cultivation of Sciences
要旨：
The competing interactions in highly frustrated magnets often lead to very interesting emergent phases that are
not possible in conventional antiferromagnets. An example of such a phase is the classical "Coulomb spin liquid" which
for example, occurs in spin ice compounds that have and continue to generate much interest in the magnetism
community as an experimental realization of emergent "magnetic monopoles". A crucial signature of the Coulomb
phase is the unusual *pinch-point* shape of the spin structure factor in momentum space which is experimentally
accessible through neutron scattering. I will discuss a theory for the full spin structure factor across a range of settings
which establishes the fate of the pinch points at low and high temperature, for Ising and Heisenberg spins, for shortand long-ranged (dipolar) interactions, as well as in the presence of disorder. I will also discuss how putting nonmagnetic disorder in spin ice induces a very interesting spin glass phase where the freezing and the topological spin
ice phase are inseparably entangled: spins missing due to the dilution become effective degrees of freedom that
undergo freezing at low temperatures, with the fluctuating background spin liquid contributing towards theinteraction of the hole-spins.

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物性研だより第 55 巻第 1 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論セミナー：創・省エネルギー材料の計算機ナノマテリアルデザインと実証
日時：2015 年 1 月 16 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：吉田 博所属：大阪大学大学院 基礎工学研究科 物質創成専攻
要旨：
工業化社会から知識社会へと産業構造が大きく転換するなかで、太陽電池や熱電材料などの高効率エネルギー変換により、低コストで創った再生可能エネルギーをロスなく運び、スピントロニクスなどの省エネルギーで賢く有効に使うシステムの構築が求められている。これらを可能にするための第一原理計算と多階層連結シミュレーションをベースとして、デザイン主導による実証を目的とした、【１】自己組織化ナノ超構造ナノスピントロニクス材料 [1, 2]、【２】自己修復する不老不死の自己組織化ナノ超構造太陽電池材料 [3, 4]、【３】電子論的起源による負の有効電子間相互作用を起源とする超高温超伝導体 [5, 6]，の計算機ナノマテリアルデザイン(CMD®)について講演する。
[1] K. Sato, L. Bergqvist, J. Kudnovsky, P. H. Dederichs, O. Eriksson, I. Turek, B. Sanyal, G. Bouzerar, H. KatayamaYoshida, V. A. Dinh, T. Fukushima, H. Kizaki, R. Zeller, “Electronic structure and magnetism of dilute magnetic
semiconductors from first principles theory”, Rev. of Mod. Phys., 82, 1633 (2010).
[2] T. Dietl, K. Sato,T. Fukushima, A. Bonanni, M. Jamet, A. Barski, S. Kuroda, M. Tanaka, Pham Nam Hai, H.
Katayama-Yoshida, “Spinodal nanodecomposition in magnetically doped semiconductors”, RMP Preprint.
[3] S. B. Zhang, S. H. Wei, A. Zunger, H. Katayama-Yoshida, “Defect physics of the CuInSe2 chalcopyrite
semiconductor”, Phys. Rev. B 57, 9642 (1998).
[4] Y. Tani, K. Sato, H. Katayama-Yoshida, “Materials Design of Spinodal Nanodecomposition in CuIn1-xGaxSe2 forHigh-Efficiency Solar Energy Conversion”, Applied Physics Express, 3, 101201 (2010); Computational NanoMaterials Design of Low Cost and High Efficiency Cu2ZnSn[Se1-xSx]4 Photovoltaic Solar Cells by Self-Organized
Two-Dimensional Spinodal Nanodecomposition, Jpn. J. Appl. Phys., 51 050202 (2012).
[5] T. Fukushima, H. Katayama-Yoshida, H. Uede, Y. Takawashi1, A Nakanishi1 and K. Sato, “Computational
materials design of negative effective U system in hole-doped chalcopyrite CuFeS2”, J. Phys.: Condens. Matter 26355502 (2014). ; http://iopscience.iop.org/0953-8984/labtalk-article/58618 ; H. Katayama-Yoshida, A. Zunger,“Exchange-Correlation Induced Negative Effective-U”, Phys. Rev. Lett., 55 1618 (1985). ; H. Katayama-Yoshida,
K. Kusakabe, H. Kizaki, A. Nakanishi, “General rule and materials design of negative effective U system for highT-c superconductivity”, Applied Physics Express, 1, 081703 (2008). ; A. Nakanishi, T. Fukushima, H. Uede, H.
Katayama-Yoshida, “Computational materials design of attractive Fermion system with large negative effective U
in the hole-doped Delafossite of CuAlO2, AgAlO2 and AuAlO2”, Preprint 2014.
[6] A.P. Drozdov, M. I. Eremets, I. A. Troyan, “Conventional superconductivity at 190 K at high pressures”, Preprint,
2014.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 1 号

37標題：SOR seminar "Carrier dynamics in metal oxides: bulk, surface, and nanocell"
日時：2015 年 1 月 16 日(金) 午後 1 時 30～午後 5 時
場所：スプリングエイト会議室 TV 会議（物性研第一会議室）
要旨：
師①：Wendy R Flavell

講

School of Physics & Astronomy and Photon Science Institute, The University of Manchester, Alan
Turing Building, Oxford Road, Manchester, M13 9PL, UK.
講演題目①：Unravelling the mysteries of solar nanocells using synchrotron radiation and laser techniques
師②：Ryu Yukawa

講

School of Science, the University of Tokyo, JAPAN
講演題目②：Electronic Structures and Carrier Dynamics at Metal Oxide Surfaces
師③：R. Arita

講

Institute of Laser Engineering, Osaka University, JAPAN
講演題目③：ZnO luminescence research for potential in-situ EUV imaging device and fast-response time scintillator
applications

標題：Negative Diamagnetic Shift in InP-GaP Lateral Nanowires under Pulsed Magnetic Fields and a
Progress Report on Developing PulsedMagnetic Field Facility at Dankook University
日時：2015 年 1 月 19 日(月) 午後 4 時～午後 6 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
要旨：
While growing a short period superlattice (SPS), due to an in-plane strain field along [110] direction, depositing
atoms cross penetrate, which spontaneously generates potential modulation along the lateral [110] direction. In suchgrowth condition, lateral superlattice can be achieved. Limiting the thickness of the SPS layer, similarly, one can growa lateral nanowire. We measured photoluminescence (PL) of an InP-GaP lateral nanowire under pulsed magnetic
fields to 50 T. We observed strong negative diamagnetic shift in a certain magnetic field direction due may to avariation of exciton center of mass potential. We will also discuss the current achievement of pulsed magnetic field
facility at Dankook University. We successfully developed 1.6 MJ (9 kV) capacitor bank for the generation of pulsed
magnetic fields. We obtained ~47 T at 6 KV charging voltage with the 22 ms total transient time of the magnetic pulse.
We plan to develop higher and longer magnetic field facility in future.

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物性研だより第 55 巻第 1 号■■■ ■ ■ ■■

標題：理論セミナー：Finite-Temperature Phase Transition to Kitaev Spin Liquids
日時：2015 年 1 月 21 日(水) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：那須 譲治
所属：東京工業大学理工学研究科物性物理学専攻
要旨：
The Kitaev model has recently attracted considerable attention in broad areas of research, such as condensed matterphysics, statistical physics, and quantum information. This model is originally defined on a honeycomb lattice, and isexactly solvable due to the Ising conserved quantities on each hexagon. One of the most interesting properties of thismodel is that gapless and gapped quantum spin liquid (QSL) phases are stabilized at zero temperature by changing
the exchange constants. In this study, we investigate a three-dimensional (3D) extension of the Kitaev model [1,2,3].
This model is relevant to the recently found Ir oxides Li2IrO3. Using a quantum Monte Carlo simulation that we
newly developed, we analyze the thermodynamic properties in the 3D Kitaev model. We find that the model exhibitsa finite-temperature phase transition between the QSLs and paramagnet in the whole parameter range. This result
indicates that both gapless and gapped QSL phases at low temperatures are always distinguished from the hightemperature paramagnet by a phase transition. We also find that the transition is characterized by the topologicalnature of excitations, which is difficult to understand within the conventional Gintzburg-Landau-Wilson framework.
This work has been done in collaboration with Y. Motome and M. Udagawa in Univ. of Tokyo.
[1] J. Nasu, T. Kaji, K. Matsuura, M. Udagawa, and Y. Motome, Phys. Rev. B 89, 115125 (2014).
[2] J. Nasu, M. Udagawa, and Y. Motome, Phys. Rev. Lett. 113, 197205 (2014).
[3] J. Nasu, M. Udagawa, and Y. Motome, preprint (arXiv:1409.4865).

標題：新物質セミナー：Yb 2 Ti 2 O 7 に お け る 量 子 磁気単極 子の コヒーレ ント な伝導
日時：2015 年 1 月 21 日(水) 午後 1 時 30 分～午後 3 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：常磐 欣文
所属：京都大学低温科学研究センター
要旨：
パイロクロア希土類酸化物、Ho2Ti2O7, Dy2Ti2O7 といった物質で実現するスピンアイスという状態では、その第一励起状態は磁気単極子と考えられ、盛んに研究が行われている。これらの 2 物質のような古典スピンアイスでは、磁気単極子の励起は分散を持たないため、それらの運動は拡散的である。一方、量子スピンアイスと呼ばれる系において、量子揺らぎが磁気単極子にどのような影響を与えるかということは、まだ明らかにされていない。我々は 0.2Ｋで強磁性秩序を起
こす、Yb2Ti2O7 の熱伝導と熱膨張を測定し、常磁性状態での励起エネルギーの大きさや磁気励起による熱伝導を調べた。
この物質が古典スピンアイス状態を取った場合、相互作用のイジング成分の 2 倍(2J//=4K)が磁気単極子の励起エネルギ
ーに相当する。しかしながら、我々の結果は励起エネルギーがほぼゼロであることを示唆している。これは、量子揺らぎの原因となる非イジング成分により、磁気単極子励起がバンドを形成しているために、ギャップが潰れていることを示している。また、熱伝導の磁場依存性から磁気単極子による伝導の成分を取り出すことが出来た。見積もられた平均自由行
程は約 1m と非常に長いものであることが分かった。これは、分散の無い古典磁気単極子とは対照的に、バンドを形成している量子磁気単極子がコヒーレントな伝導をしていることを示している。このような量子単極子は量子スピンアイスの物理的性質に関して重要な役割を担うものである。

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 1 号

39標題：理論セミナー：Continuous-time quantum Monte Carlo approach in bosonized quantum impurity systems
日時：2015 年 1 月 23 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：服部 一匡
所属：東京大学物性研究所
要旨：
We have developed a continuous-time quantum Monte Carlo method for one-dimensional quantum impurity
systems [1], where the one-dimensional bulk part is described by the Tomonaga-Luttinger liquid. The method isapplied to back-scattering potential problem in a spinless quantum wire [2], and XXZ Kondo problem in a helical liquid[3]. Absence of the negative sign problem in this approach to these systems allows us to calculate accurate physicalquantities at very low temperatures. We will also discuss the single-electron Green’s function (or local density ofstates) in the presence of a two-particle backward scattering impurity [3] in a helical liquid and possible applicationof the present method to the topological Kondo systems [4].
Reference:[1] K. Hattori and A. Rosch, Phys. Rev. B 90, 115103 (2014).
[2] C. L. Kane and M. P. A. Fisher, Phys. Rev. Lett. 68, 1220 (1992).
[3] C. Wu, B. A. Bernevig, and S. C. Zhang, Phys. Rev. Lett. 96, 106401 (2006).
[4] B. Beri and N. R. Cooper, Phys. Rev. Lett. 109, 156803 (2012).

標題：新量子相 Lecture Series 第 8 回：「２次元電子系の物質科学」
日時：2015 年 1 月 27 日(火) 午前 10 時 30 分～午後 0 時
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室(A632)
講師：岩佐 義宏
所属：東大院工、理研 CEMS
要旨：
前世紀の間、2 次元電子系はヘリウム液面上や半導体界面に実現される非常に特殊な系であったように思う。しかし今世紀になって、PLD、MBE、さらにはグラフェンを生んだ剥離法などの手 法の発展によって、さまざまな物質の原子層レベルの超薄膜、ヘテロ界面の形成が可能になって、これまでは考えることすらできなかったような物質でも制御可能な
2 次元電子系としての研究が盛んに行われるようになった。我々のグループでは、beyond graphene 物質としての遷移金
属カ ルコゲナイド物質と、そこに高密度 2 次元電子系を形成する技術である電気 2 重層トランジスタを 組み合わせて、その機能開拓を行う研究を展開している。本講演では、2 次元超伝導、バレートロニクス、電子相転移制御などの話題を提供したい。

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物性研だより第 55 巻第 1 号■■■ ■ ■ ■■

標題：第 11 回国際超強磁場科学セミナー 水熱合成法を用いた新物質探索と単結晶作成
日時：2015 年 1 月 28 日(水) 後 3 時 30 分～午後 4 時 30 分
場所：物性研究所 C 棟 C124 セミナー室
講師：佐藤 博彦
所属：中央大学理工学部物理学科
要旨：
高温、高圧の水溶液中での化学反応を利用した水熱合成法は、宝石などの良質な単結晶の育成法として古くから知られている。我々は水熱合成法を利用し、新物質を含む興味深い磁性体の単結晶の作成に成功してきた。本セミナーでは得られた幾つかの物質について、その構造と磁性を紹介する。

標題：新量子相 Lecture Series 第 9 回：｢トポロジカル原子層物質：シリセン･ゲルマネン･スタネンの現状と今後の展望｣
日時：2015 年 1 月 28 日(水) 後 1 時 30 分～午後 3 時
場所：物性研究所本館 6 階 大講義室(A632)
講師：江澤 雅彦
所属：東大院工要旨：
最近になり、シリセン・ゲルマネン・遷移金属ダイカルコゲナイド・フォスフォレンなど多彩な二次元原子層物質が実
験的に合成されて着目されている。本講演では、これらの新奇原子層物質のレビューと今後の展望を解説する。特に、シリコン版のグラフェンであるシリセンやゲルマニウムでできたゲルマネンなどは基底状態が量子スピンホール効果を示すと期待されているトポロジカル物質である。また、錫のハニカム構造であるスタネンは室温で量子スピンホール効果を示すと予言されている。これらの物質は一般的なハニカム系のトポロジカル絶縁体として議論が可能であり、全ての可能なトポロジカル絶縁体を分類可能である。これらの物質を用いた電界誘起トポロジカル・トランジスターなどの応用や、ト
ポロジカル・スピン・バレートロニクスなどに関しても紹介を行いたい。

標題：Quantum Spin Ice
日時：2015 年 1 月 29 日(木) 午後 4 時～午後 5 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Nic Shannon
所属：Okinawa Institute of Science and Technology
要旨：
Spin ice, with its magnetic monopole excitations, is perhaps the outstanding example a classical, topological spin
liquid. Nonetheless, the role of quantum effects in spin-ice materials remains poorly understood. This question gain
fresh urgency from studies of "quantum spin-ice" materials such as Yb2Ti2O7 [1,2] and Pr2Zr2O7 [3], and recent
experiments which suggest that the spin ice Dy2Ti2O7 may undergo a phase transition at very low temperature [4].
In this talk, we explore some of the new phenomena which can arise as a result of quantum fluctuations in a spinice material. We show how quantum tunnelling between different spin-ice configurations can convert spin-ice into aquantum spin liquid with photon-like excitations [5], review the numerical evidence that such a state exists [6-9], anddiscuss how it might be identified in experiment [8,9].
We also consider the nature of the quantum ground state in a realistic model of spin ice, directly motivated by
Dy2Ti2O7. We identify the principles which govern magnetic order in the presence of long-range dipolar interactions,■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 1 号

41and use quantum Monte Carlo simulation to show that only a very small amount of quantum tunnelling is needed toconvert these ordered states into a quantum spin liquid [10].
[1] K. Ross et al., Phys. Rev. X 1, 021002 (2012).
[2] L.-J. Chang et al., Nature Commun. 3, 992 (2012)[3] K. Kimura et al., Nature Commun. 4, 1934 (2013)[4] D. Pomaranski et al., Nature Phys. 9, 353 (2013).
[5] M. Hermele et al., Phys. Rev. B 69, 064404 (2004).
[6] A. Banerjee et al., Phys. Rev. Lett. 100, 047208 (2008)[7] N. Shannon et al., Phys. Rev. Lett. 108, 067204 (2012).
[8] O. Benton et al., Phys. Rev. B 86, 075154 (2012).
[9] Y. Kato et al., arXiv:1411.1918[10] P. McClarty et al., arXiv:1410.0451

標題：理論セミナー：Quantum transport by time-dependent perturbation
日時：2015 年 1 月 30 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：都倉 康弘
所属：筑波大学大学院数理物質科学研究科
要旨：
Linear response theory often starts discussing the effect of time-dependent perturbations with frequency omega andthen takes the zero-frequency limit to obtain intrinsic properties of many-body system, which is in principle equivalent
to fluctuation-dissipation theorem. When we modulate more than one parameters, there appears a new timedependent transport, called pumped transport. Recently, a lot of interests are focused to the lowest-order non-adiabatic
correction to the pumped transport in a static (adiabatic) limit, possibly because this can be a controlled system that
can tackle the problem of non-equilibrium statistical physics. Both in classical and quantum setups, this contribution
had shown to have a topological character, being expressed by a surface integral of a “Berry” curvature. In thispresentation, I review recent activities of this field and show our approach based on generalized quantum masterequation. Finally, I explain our quantum transport results in quantum dot system coupled two leads, with timedependent modulation of a tunneling phase and magnetic fields.

標題：理論セミナー：低密度電子ガス系における新しい不安定性
日時：2015 年 2 月 13 日(金) 午後 4 時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：高田 康民
所属：東京大学物性研究所
要旨：
金属中の多電子系を簡単化したものとして電子ガス模型がある。これは金属電子の性質を大まかに捉える際に有益なものであるが、同時に、a0pF≪1(a0:格子定数、pF:フェルミ波数)の極限では、第一原理のハミルトニアンがこの模型のそれに収束するという意味で低密度電子系を記述する普遍的なものである。
さて、rs=(3/4πn)1/3aB-1 (n:電子密度、aB:ボーア半径)で定義される密度径数で完全に規定されるこの模型は厳密には解42

物性研だより第 55 巻第 1 号■■■ ■ ■ ■■

けないが、rs<5 の通常の金属領域では RPA とはしご近似、及び、交換項を適切に組み合わせて解析すると、ほぼ正確に各物理量が評価され、量子モンテカルロ計算の結果ともよく一致する。
ところで、rs>5.25 では誘電異常(電子系の圧縮率、すなわち、静的長波長極限で電子分極関数が負になること)を生み出すほどに交換相関効果が強くなる。そして、それに伴って新しい物理がこれまでいろいろと示唆されてきた。たとえば、
我々も 5<rs<8 の領域にある超臨界状態のアルカリ液体金属でのアルカリ原子間距離の異常現象を議論した[1]。また、その領域での物理量を GWΓ スキーム[2]で計算した結果を報告してきた[3]。
今回、rs が 10 を超える領域での運動量分布関数 n(p)の計算結果を主な材料として、ウィグナー格子状態が出現する rs≈100
よりはずっと小さい rs≈20 近傍で期待される新規な相の出現可能性を議論したい。この相の出現は、負の圧縮率からも予想される励起子不安定性(自己誘起された多励起子状態の可能性)の問題や rs が 6 以上で GWΓ スキームで計算されている
フェルミ面近傍での電子の有効質量の特異な振る舞い(すなわち、ランダウパラメータ、F0 や F1、のそれ)とも深く関連しているので、それらも併せて解説する。
[1] H. Maebashi and YT, JPSJ 78, 053706 (2009).
[2] YT, PRL 87, 226402 (2001).
[3] H. Maebashi and YT, PRB 84, 245134 (2011).

標題：物性理論研究部門 2014 年度学位論文発表会
日時：2015 年 2 月 17 日(火) 午後 2 時～午後 5 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
要旨：
14:00 – 14:20 宍戸 仁美 (修士論文 杉野研究室)｢ナノグラフェンの電子状態の特異な形状依存性」
14:20 – 14:40 佐藤 夏彦 (修士論文 川島研究室)｢ランダム系におけるエネルギー準位の乱雑性とその繰り込みによる影響」
14:40 – 15:00 中川 裕也 (修士論文 押川研究室)“Flux quench in the S=1/2 XXZ chain”
15:00 – 15:15 休憩
15:15 – 15:35 平野 嘉彦 (修士論文 川島研究室)｢超格子構造を有する三角格子上のハードコアボースハバード模型の研究」
15:35 – 16:05 藤 陽平 (博士論文 押川研究室)“Symmetries and quantum phases in one-dimensional spin systems”
16:05 – 16:20 休憩
16:20 – 16:40 柳澤 孝一 (修士論文 藤堂研究室)｢テンソルネットワーク法による二次元フラストレート量子スピン模型の研究」
16:40 – 17:00 中川 恒 (修士論文 野口研究室)｢化学反応下での両親媒性分子集合体の形態変化」
17:00 – 17:30 熊野 裕太 (博士論文 押川研究室)“Replica manipulation of the ground state in one-dimensional quantum spin systems”■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 1 号

43標題：理論インフォーマルセミナー：The physics beyond magnetization plateaus
日時：2015 年 2 月 20 日(金) 後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Pierre Pujol
所属：IRSAMC, Universite Paul Sabatier, Toulouse
要旨：
In this talk we will review the origin of magnetization plateaux in quantum magnetism and some interesting effects
concerning non magnetic degrees of freedom. More precisely, we will discuss The behavior of charge carriers in vs out
a magnetization plateaux as well as a new effect of quantum order by disorder.

標題：中性子セミナー：Insights into Soft Matter through Dynamics: My Journey with Neutrons
日時：2015 年 2 月 20 日(金) 午後 4 時～午後 5 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 2 セミナー室（A612)
講師：Dr. Victoria García Sakai
所属：ISIS Facility, Rutherford Appleton Laboratory, STFC, Didcot, UK
要旨：
Neutrons are particularly suited to study soft materials, be it polymers, lipids or proteins, due to their uniqueproperties. Albeit structural characterization being the initial step to understanding soft materials, ultimately manyof their macroscopic properties such as viscosity, conductivity or enzymatic activity are related to their molecularmotions. Focusing primarily on the aspect of soft matter dynamics, I will tell you about my personal experiences
through some examples of my research. I will also present an update of the ISIS facility where I am currently
instrument scientist, its instrumentation and scientific achievements.
備考：
Victoria Garcia Sakai 氏は、中性子準弾性散乱法を用いて様々なソフトマターのダイナミクスの研究している若手研究者です。彼女は、英国で学位を取得後、若くして NIST(米)の後方散乱装置の責任者になり、現在は RAL(英)の準弾性散乱装置の責任者をされています。現在、KEK の招待で J-PARC に滞在されていますので、この機会にセミナーを企画しました。講演では、彼女がこれまで辿ってきた道程をいくつかの研究例とともにお話し頂きます。

標題：理論インフォーマルセミナー：Spin liquids and their transition in kagome antiferromagnets
日時：2015 年 2 月 23 日(月) 午前 11 時～午後 0 時
場所：Kavli IPMU Seminar Room A
講師：Dr. Yin-Chen He
所属：Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems
要旨：
In recent years, growing experimental and theoretical evidence suggests the existence of quantum spin liquid phasein kagome magnets, however its nature is still controversial. In this talk, I will introduce our study on kagome
antiferromagnets with XXZ anisotropy. Numerically (by DMRG), we find that the emergence of the spin-liquid phaseis independent of the anisotropy of the XXZ interaction. In particular, the two extreme limits-the easy-axis and theeasy-plane-host the same spin-liquid phases as the isotropic Heisenberg model. Both a time-reversal-invariant spin
liquid and a chiral spin liquid are obtained. We show that they evolve continuously into each other by tuning the44

物性研だより第 55 巻第 1 号■■■ ■ ■ ■■

second- and the third-neighbor interactions. Theoretically, we focus on the strong easy axis limit. By performing aduality transformation we obtain an effective model, which is basically a compact U(1)-Higgs lattice gauge model.
I will also discuss the possible spin liquid phase of this effective model, which naively is not captured by Anderson's
RVB picture for spin liquid.
Yin-Chen He and Yan Chen, PRL 114, 037201 (2015)
Yin-Chen He, D. N. Sheng, and Yan Chen, PRL 112, 137202 (2014)
Yin-Chen He, et al. (in preparation)

標題：理論インフォーマルセミナー：Majorana metals and quantum spin liquid
日時：2015 年 2 月 27 日(金) 午後 4 時～午後 5 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Dr. Maria Hermanns
所属：Institute for Theoretical Physics, University of Cologne
要旨：
One of the most intriguing phenomena in strongly correlated systems is the fractionalization of quantum numbers— familiar examples include the spin-charge separation in one-dimensional metallic systems, the fractionalization of
the electron in fractional quantum Hall states or the emergence of monopoles in spin ice.
In this talk, I will discuss the fractionalization of magnetic moments in a certain class of Mott insulators, in which
the emergent degrees of freedom are Majorana fermions that form an (almost) conventional metal. The origin of sucha dichotomous state is elucidated by a family of exactly solvable models of frustrated quantum magnets in three
dimensions, which might be realized in a class of recently synthesized Iridate compounds. These models thereby
provide the first analytical tractable examples of long sought-after quantum spin liquids with a spinon Fermi surface
and even an entire new class of quantum spin liquids — a so-called Weyl spin liquid, in which the fractionalized
degrees of freedom form a topological semi-metal.

標題：ミニシンポジウム「フロンティア表面科学 2015」
日時：2015 年 3 月 2 日(月) 午後 1 時 30 分～午後 5 時 45 分
場所：第 6 セミナー室（616）
講師：プログラム参照のこと
所属：プログラム参照のこと
要旨：
プログラム
13:30-15:30●高木紀明（東大新領域）「Single magnetic molecule in STM junction as a Kondo simulator」(40min.)●米田忠弘（東北大多元研）「Scanning Tunneling Spectroscopy of Magnetic Molecule and Epitaxial Graphene」(40min.)●Md. Zakir Hossain（群馬大工）｢Chemical routes for covalent modification of epitaxial graphene」(40min.)<15min. 休憩>
15:45-17:45●吉本真也（東大物性研）■ ■■ ■ ■■ ■「Electronic structure and surface transport of the modified Si surfaces 」(20min.)

物性研だより第 55 巻第 1 号

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●枝元一之（立教大理）「 Electronic structures of transition metal oxide ultrathin films formed on Ag
surfaces」(40min.)●菊池浩和（東大物性研）「STM observation of the Pd(110) surface under hydrogen pressure」(20min.)●桑原裕司（阪大工）「Nanoscale Investigation on Chiral Molecular Systems」(40min.)

標題：Time-resolved spectroscopy of surface and interface electronic states with two-photon photoemission
日時：2015 年 3 月 12 日(木) 午後 4 時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 1 会議室（A636)
講師：Prof. Ulrich Höfer
所属：Department of Physics, Philipps-Universität Marburg, Germany
要旨：
Time-resolved two-photon photoemission (2PPE) combines laser-pump-probe techniques with angle-resolved
photoelectron spectroscopy. The method has unique capabilities in the investigation of unoccupied electronic states atsurfaces and interfaces and it allows for time-domain investigations of electronic decay and transfer processes withfemtosecond resolution.
I will illustrate the capabilities of 2PPE and the type of information that can be obtained with several examples fromour recent work. This includes a study of the Dirac state and other unoccupied states of the p-doped topologicalinsulators Sb2Te3 andSb2Te2Se , the characterization of interface states between graphene monolayers and Ru(0001)
and the evolution of the occupied Shockley surface state of Ag(111) into an unoccupied metal/organic hybrid state at
the interface to organic semiconductors.
When an electron at a metal surface is excited to an energy that is resonant with unoccupied bulk continuum states,
the corresponding electron wave packet is able to delocalize into the bulk without undergoing any scattering processes.
I will demonstrate with 2PPE experiments of Al(100) image-potential resonances that this type of delocalization
process can be hindered by quantum mechanical interference effects and isslower than anticipated. Furthermore, by
combining 2PPE with a coherent control scheme, I will show that it is possible to induce ultrashort current pulses atsurfaces and detect their decay on a femtosecond time scale directly by monitoring the temporal evolution of theelectron distribution in momentum space.
Finally, I will address limitations of 2PPE due to the use of photoemission probe pulsesin the visible or ultra-violet
range and discuss opportunities and challenges arising from the utilization of high laser harmonics generated in raregases.

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物性研だより第 55 巻第 1 号■■■ ■ ■ ■■

標題：新量子相 Lecture Series 第 10 回：Novel topological phases in strongly correlated electron systems
日時：2015 年 3 月 26 日(木) 午前 10 時～午後 0 時
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Prof. Leon Balents
所属：Kavli Institute for Theoretical Physics, University of California, Santa Barbara
要旨：
The role of topology in electronic systems is an active subject of research. Within a non-interacting quasi-particle
picture, describing both weakly correlated insulators and superconductors, a rather complete classification of possible
topological phases has been achieved, and of course topological insulators have been found and studied intensively
experimentally. The problem of correlated electrons is much richer, and requires updating the quasi-particle
classification. New topological phases and phenomena can occur only when electronic interactions are present. I will
discuss some of the possible novel states that might be achieved in this way. I will describe how gapped states may
exhibit two distinct classes of topology: symmetry protected topological order, and intrinsic topological order. I will
also touch upon gapless states with topologically protected bulk gapless excitations. Finally, I will spend some time
describing applications of these ideas to the iridates.

標題：頭脳循環プロジェクト＆国際超強磁場科学セミナー：Spin-lattice effects in high magnetic fields
日時：2015 年 4 月 3 日(金) 午前 10 時 30 分～午前 11 時 30 分
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：Dr. Sergei Zherlitsyn
所属：ドレスデン強磁場研究所 (HLD-EMFL)
要旨：
The Dresden High Magnetic Field Laboratory (HLD) is a pulsed-field user facility which currently operates ten
experimental chambers equipped with a variety of pulsed magnets energized by two capacitor banks with maximum
stored energies of 50 and 14 MJ at 24 kV maximum operational voltage. The magnets support a broad range ofexperiments in pulsed magnetic fields for user and in-house research. In the first part of my talk I will present somerecent developments at the HLD.
Spin-lattice effects play an important role in many magnetic materials, frequently leading to novel phases and phasetransformations. In this presentation, I give some examples of such effects studied in frustrated magnets characterizedby competing interactions. The delicate balance between these interactions can be easily disturbed by the applicationof strong magnetic fields leading to field-induced phase transitions. The phase transformations and the related criticalphenomena in magnetic systems are fruitful grounds for ultrasound experiments which provide valuable informationon the spin-strain coupling. I discuss the sound-velocity and sound-attenuation results obtained in magnetic fields up
to 87 T for some selected materials with a magnetic pyrochlore lattice, such as CdCr2O4 and CoCr2O4 which exhibit
unusual phase transitions and extended metastable magnetostructural states. I will show that the spin-strain
coupling is crucial and determines the underlying physics of the frustrated magnetic materials.

■ ■■ ■ ■■ ■物性研だより第 55 巻第 1 号

47標題：国際超強磁場科学セミナー：Direct measurements of the exciton binding energy and effective masses
for charge carriers in organic-inorganic perovskites
日時：2015 年 4 月 8 日(水) 午後 2 時～
場所：物性研究所本館 6 階 第 5 セミナー室（A615）
講師：宮田 敦彦
所属：Laboratoire National des Champs Magnetiques Intenses, Toulouse, France
要旨：
Solar cells based on the organic-inorganic perovskite family of materials have made a dramatic impact on emerging
photovoltatic (PV) research with efficiencies of around 20% [1], which offers a new route to low-cost solar energy
devices with simple fabrication processes. However, the fundamental electronic properties of the perovskites such as
the electron and hole effective masses and the exciton binding energy are poorly known. We have measured bothproperties for methyl ammonium lead tri-iodide (CH3NH3PbI3) using magneto absorption in very high magnetic fields
up to 150 T showing that the exciton binding energy at low temperatures is only 16 meV, a value three times smaller
than previously assumed [2]. Landau level spectroscopy shows that the reduced effective mass of 0.104 me is also
smaller than previously assumed [2], but in good agreement with recent calculations [3]. We also observe Landaulevels in the room temperature phase (350 K > T > 140 K) in which PV devices actually perform, showing an evidence
that the binding energy falls to a few milli-electron volts in the room temperature. This result indicates theperformance of PV devices using this material is attributed to the spontaneous generation of free carriers following
photo-absorption.
[1] NREL Best research cell efficiencies: http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg[2] K. Tanaka et al., Solid State Commun, 127, 619 (2003).
[3] E. Menendez-Proupin et al., Phys. Rev. B, 90, 045207 (2014).

新学術領域「スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成」主催
走査プローブ顕微鏡を用いた先端計測でアプローチする物性研究 第一回研究会
近年、STM や AFM に代表される走査プローブ顕微鏡(SPM)は、単なる表面の原子配列解析手法としてではなく、物理
現象を原子スケールの空間分解能で調べる先端計測手法として様々な発展を遂げている。例えば、表面電子の干渉現象からエネルギー分散関係を調べることができる準粒子干渉、表面のスピン構造を実空間観察可能なスピン偏極 STM、単原子・単分子レベルで励起スペクトルを調べることができる非弾性トンネル分光、単分子探針を用いた高解像度 AFM による分子の化学構造の可視化など多岐に渡っている。これらの測定手法の適用範囲は広く、今後も高温超伝導体、トポロジ
カル絶縁体、強相関電子系、様々な量子磁性材料などの多くの新奇量子材料の研究において強力な実験アプローチとなる
ことは間違いない。しかし、様々な理由から、特に若手で SPM を用いた実験アプローチをとる研究者は減少する傾向にある懸念がある。そこで本研究会では、表面現象にとどまらず、バルクにおける多岐な固体物性を研究対象にしてきた SPM
研究者、様々な良質単結晶作成技術を有する研究者、シミュレーションを行う研究者などに講演を行っていただき、分野
間でのシナジーを引き起こすことで SPM 研究のコミュニティの活性化を図ることが狙いである。特に、今後どのような材料と、そこでの新奇現象に対し、どのようなアプローチが可能であるかを議論し、SPM を実験アプローチとする若手研究者の指針となることを目指す。

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日 時：2015 年４月 13 日 ９：20−17：50
会 場：東京大学柏キャンパス 東京大学物性研究所６階大講義室（会場へのアクセスはこちら）
参加費：無料（但し、懇親会は有料。）
岡田真人（東大新領域）

9:20-9:30

はじめに

吉田靖雄（物性研）

9:30-9:50

研究会趣旨説明岡博文（東北大多元研）

9:50-10:30

ナノ磁石の磁化反転メカニズムを探る

宮町俊生（物性研）

10:30-11:10

原子１個の磁性を視る・制御する

10 分休憩
観山正道（東大総合文化）

11:20-11:50

スパースモデリングによる SPM データの解析手法

岡田佳憲（東北大 AIMR）

11:50-12:30

トポロジカル絶縁体と遷移金属酸化物薄膜の STM/STS

町田理（理研 CEMS）

12:30-13:00

銅酸化物高温超伝導体の STM/STS昼
塚原規志（東大新領域）

食14:30-15:10

金属表面上に吸着した単一鉄フタロシアニン分子の磁気的性質

川井茂樹（バーゼル大学物理学科）
15:10-15:50

分子の化学構造を見る顕微鏡：超高分解能原子間力顕微鏡

10 分休憩
綿重達哉（京大物理学科）

16:00-16:30

STM/STS で見る鉄系超伝導体 FeSe の双晶境界における異常近接効果

松本洋介（物性研）

16:30-17:10

強相関電子系におけるトポロジー-YbAlB4 における例-

芳賀芳範（原研先端基礎研究センター）
17:10-17:50■ ■■ ■ ■■ ■tentative: 重い電子系試料の超高純度化で見えてくる新奇物性

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