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

授（センター長） 辛Professor (Director)

埴SHIN, Shik

Professor (Deputy Director)

教

授（副センター長）小林

KOBAYASHI, Yohei

洋平

教

授

原田

慈久

教 授 *1

小森

文夫

教授（副センター長）*2 秋山

英文

Professor
Professor

HARADA, Yoshihisa
KOMORI, Fumio

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

助

教

矢治

光一郎

技術専門職員

工藤

博文

特任研究員

田久保

助

教

石井

順久

技術専門職員

伊藤

功

特任研究員

ツァン ペン

助

教

宮脇

淳

研究支援推進員 藤澤Technical Staff

FUJISAWA, Masami

正美

特任研究員

中里

助

教

谷

特任研究員

赤田

圭史

特任研究員

バレイユ セドリック

助

教

平田

靖透

特任研究員

伊藤

紳二

特任研究員

松田

拓也

助

教

黒田

健太

特任研究員

エル ムサウイ スリマン 特任研究員

水野

智也

助

教

神田

夏輝

特任研究員

大平

猛

特任研究員

山神

光平

助

教 *2

挾間

優治

特任研究員

尾嶋

正治

特任研究員

山添

康介
淳子

Research Associate YAJI, Koichiro

Research Associate ISHII, Nobuhisa

Research Associate MIYAWAKI, Jun

峻太郎

Research Associate TANI, Shuntaro

Technical Associate ITO, Isao

Project Researcher

AKADA, Keishi

智治

Project Researcher NAKAZATO, Tomoharu
Project Researcher BAREILLE, Cedric

准教授

松田

巌

准教授

板谷

治郎

准教授

和達

大樹

准教授

近藤

KONDO, Takeshi

猛Project Research Associate TANIUCHI, Toshiyuki

特任助教

谷内

敏之

特任研究員

乙津

聡夫

特任研究員 *2 薄倉

松永

隆佑

技術専門員

福島

昭子

特任研究員

小菅

淳

特任研究員 *

井上

圭一

技術専門員

原沢

あゆみ

特任研究員

崔

特任准教授

岡﨑

浩三

技術専門職員

澁谷

孝

特任研究員

櫻木

助

教

山本

達

技術専門職員

金井

輝人

特任研究員

ジャオ ジガン

助

教

石田

行章

技術専門職員

橋本

光博

特任研究員

鈴木

Associate Professor
Associate Professor
Associate Professor

准教授

Associate Professor

准教授 *2

Associate Professor

MATSUDA, Iwao
ITATANI, Jiro

WADATI, Hiroki

Research Associate

Research Associate KANDA, Natsuki
Research Associate HAZAMA, Yuji

MATSUNAGA, Ryusuke Technical Associate FUKUSHIMA, Akiko
INOUE, Keiichi

Project Associate Professor OKAZAKI, Kozo
Research Associate

Research Associate KURODA, Kenta

Technical Associate HARASAWA, Ayumi
Technical Associate SHIBUYA, Takashi

YAMAMOTO, Susumu Technical Associate KANAI, Teruto
ISHIDA, Yukiaki

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Project Researcher

Technical Associate HASHIMOTO, Mitsuhiro Project Researcher

ITO, Shinji

Project Researcher ZHANG, Peng

AKIYAMA, Hidefumi

Project Researcher

66

Project Researcher MATSUDA, Takuya

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

KOSUGE, Atsushi

藝涛

CUI, Yitao

俊輔

SAKURAGI, Shunsuke
ZHAO, Zhigang

剛

SUZUKI, Takeshi*1 所内兼務。本務はナノスケール物性研究部門。/concurrent with Division of Nanoscale Science*2 所内兼務。本務は機能物性研究グループ。 concurrent with Functional Materials GroupTHE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

耕Project Researcher TAKUBO, Kou

Professor (Deputy Director)

Associate Professor

Research Associate HIRATA, Yasuyuki

Technical Associate KUDO, Hirofumi

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

金昌秀

特任研究員 *2 陶仁春

2Project Researcher KIM, Changsu
Project Researcher TAO, Renchunu

特任研究員 *2 中前秀一

Project Researcher NAKAMAE, Hidekazu

学振特別研究員 チョウ

ユジュン

JSPS Research Fellow ZHANG, Yujun

極限コヒーレント光科学研究センター

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

辛研究室

辛

埴

SHIN, Shik

教授

Shin Group

Professor

紫外光から軟 X 線レーザーの特長を利用した光電子分光

石田行章

ISHIDA, Yukiaki

助教

Research Associate

谷内敏之

TANIUCHI, Toshiyuki

特任助教

Project Research Associate

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

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

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

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

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

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

研究テーマ Research Subjects

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

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小林研究室

小林

洋平

KOBAYASHI, Yohei

Kobayashi Group教授

Professor

最先端レーザーの研究開発とそれを用いた精密・高強度

谷

峻太郎

TANI, Shuntaro

助教

Research Associate

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

光科学の研究を行っている。特に超短パルスレーザーと超狭帯域レーザーとの融合領域である光周波数コムおよびその応用手法の開発と、ハイパワーレーザーを用いたレーザー
加工の学理の構築を中心課題としている。レーザー光源開
発は Yb ドープセラミックやファイバーの技術を基に、超高繰り返し、超高平均パワーのレーザーシステムを近赤外、中赤外、紫外、真空紫外の波長領域において開発している。
超高繰り返しの方向では縦モード一本ずつを分離し制御できるフェムト秒レーザーを実現し、世界最小のカーレンズモード同期レーザーを保有している。高平均パワーの方向ではフェムト秒レーザーをベースとした高輝度コヒーレント真空紫外光の発生や中赤外超精密分子分光を行っている。光源応用として光電子分光、光原子時計、天文、医療に関する研究を行っている。またレーザー加工の素過程となる光と物質の相互作用において，フェムト秒からミリ秒におよぶマルチ
スケールな現象が如何に繋がっているのかについて研究し、レーザー加工の学理構築に取り組んでいる。なぜものは切れるのか？を知りたい。

オフセットフリー
光周波数コム

Offset-free opticalfrequency comb.

光周波数コムによる原子分光。自作超高エネルギー分解分光器と超高繰り返し
モード同期レーザーとの組み合わせにより縦モード１本ずつが分離された分光が可能となった。図は
メ タ ス テ ー ブ ル Heの縦モード分解分光の例。

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

Measurement of laser processing dynamics with subpicosecond time resolution.

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

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

4. レーザー加工の学理

Fundamental understanding on laser processing

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原田研究室

原田

慈久

HARADA, Yoshihisa

Harada Group教授

Professor

当研究室では、世界最高輝度のＸ線源である SPring-8

宮脇淳

MIYAWAKI, Jun

助教

Research Associate

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

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

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

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

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

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

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

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

極限コヒーレント光科学研究センター

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

松田巌研究室松田

巌

MATSUDA, Iwao

I. Matsuda Group

准教授

Associate Professor

高輝度放射光、X 線自由電子レーザー、高次高調波レーザー

山本

達

YAMAMOTO, Susumu

助教

Research Associate

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

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

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

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

研究テーマ Research Subjects

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

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

1.   時間分解軟Ｘ線分光実験の開発と表面ダイナミクスの研究
Developments of time-resolved soft X-ray spectroscopy and researches on surface dynamics
2. 先端軟 X 分光法による単原子層のディラック物性研究
Dirac Fermions in monatomic layers, studied by advanced soft x-ray spectroscopy
3. 超短パルス軟 X 線を用いた時間分解実験の開発と超高速スピンダイナミクスの研究
Development of time-resolved experiments using ultra-short soft X-ray pulses and researches on ultrafast spin dynamics

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THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

極限コヒーレント光科学研究センター

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

板谷研究室

板谷

治郎

ITATANI, Jiro

Itatani Group

准教授

Associate Professor

高強度極短パルスレーザーの開発と、強レーザー場下に

石井順久

ISHII, Nobuhisa

助教

Research Associate

Development of phase-stable intense ultrashort-pulse lasers
and their applications to attosecond and strong-field physics are
the main subjects of our research. As for the light source, wedevelop waveform-controlled intense optical pulses in IR andmid-IR spectral regions. Currently, several state-of-art IR andmid-IR sources are operational to produce high harmonics in
gas or solids. For the spectroscopic applications, we develop new
methods using waveform-controlled strong optical fields andattosecond pulses to explore field-induced ultrafast processesof atoms, molecules, and condensed matters. We focus on fielddriven electron dynamics and related nonlinear phenomena(e. g., high harmonic generation) in solids using intense mid-IR
sources. Our methodology is based on the cutting-edge lightsources and their frequency conversion to cover the spectral
range from terahertz to soft X rays with precise synchronization.
We aim to use such extremely broadband and ultrafast coherent
light sources for observing and controlling the quantum
dynamics of non-equilibrium states of matters through various
freedoms.

おけるフェムト秒からアト秒領域の超高速現象に関する研究を行っている。光源開発に関しては、可視から赤外領域での位相制御された高強度光電場の発生と制御、および、原子・分子・固体における強レーザー場下での非線形現象を利用したアト秒パルス発生に関する研究を行っている。光源
応用に関しては、強レーザー場やアト秒軟 X 線パルスを用いた新規分光手法の開拓と、原子・分子・凝縮系における超高速現象の観測と量子制御、極端紫外から軟 X 線領域のアト秒短波長光を用いた超高速分光に関する研究を行っている。位相制御された高強度極短パルスレーザーとその波長変換を基盤技術として、テラヘルツから軟Ｘ線にわたる
広い周波数領域における光パルスの発生が可能であるため、物質の非平衡状態における動的過程を様々な自由度を通して実時間観測し、さらには光で制御することを目指している。

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

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

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

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

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

71
THE INSTITUTE FOR SOLID STATE PHYSICS 2018

極限コヒーレント光科学研究センター

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

和達研究室

和達

大樹

WADATI, Hiroki

Wadati Group

准教授

Associate Professor

当研究室では SPring-8 などの放射光Ｘ線を用い、遷移平田靖透

HIRATA, Yasuyuki

助教

Research Associate

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

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

SPring-8 BL07LSU における共鳴軟 X 線回折装置。

強磁性薄膜の時間分解測定。レーザー照射による消磁と回復の過程を示す。

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

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

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

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極限コヒーレント光科学研究センター

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

近藤研究室

近藤

猛

KONDO, Takeshi

Kondo Group

准教授

Associate Professor

固体中の電子状態を逆空間で描くバンド構造は、物質の黒田

健太

KURODA, Kenta

助教

Research Associate

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

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

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

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

研究テーマ Research Subjects
1.   極限レーザーを励起光源とする超高分解能角度分解光電子分光装置の開発
Development of a laser-excited ARPES system with ultra-high energy resolution
2. 角度分解・スピン分解・時間分解光電子分光で見る超伝導やトポロジカル量子相Superconductivity and topological quantum phase investigated by angle-, spin-, and time-resolved photoemission spectroscopy
3. 放射光を利用した光電子分光で研究する強相関電子系物理
Strongly correlated physics studied by photoemission with synchrotron radiation73
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Laser and Synchrotron Research Center
http://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/organization/labs/matsunaga_group.html

松永研究室

松永

隆佑

神田

夏輝

MATSUNAGA, Ryusuke KANDA, Natsuki

Matsunaga Group

准教授

Associate Professor

テラヘルツから赤外・可視・紫外領域にわたるコヒーレン

助教

Research Associate

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

ト光源を用いて、物質の光応答と、光電場によって物質中に誘起される非平衡状態の性質を調べる。特にテラヘルツ
周波数帯はフォトンエネルギーで数 meV 程度に相当し、物性物理学において重要なフェルミ面近傍の電磁気応答を通して物質中の素励起を探る有効な手法となっている。さらに近年開発された極めて高い電場尖頭値を持つ高強度テラヘ
ルツ波を駆使することで、余剰エネルギーを与えることなく
低エネルギーの素励起を共鳴的に強く励起する、あるいは物質中の素励起よりもさらにエネルギーの低い光電場による非共鳴的励起によってコヒーレントな相互作用を調べることが可能になる。テラヘルツ発生及び検出技術と非線形分光
測定手法を開発するとともに、超伝導や反強磁性のような多体系の秩序に現れる集団励起、非線形応答や非平衡状態でのみ現れる物質の新たな状態を調べ、その機能性を明らかにする。

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

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

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

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

研究テーマ Research Subjects
1.   高強度位相安定テラヘルツ - 中赤外パルス光源開発、検出技術開発
Development of intense, phase-locked terahertz-mid infrared pulse generation and detection
2. 超伝導や反強磁性における線形・非線形な電磁応答と集団励起の解明
Study of collective excitations and response functions in superconductivity and antiferromagnetism
3. 光電場で強励起された非平衡多体系の超高速ダイナミクスの研究
Nonequilibrium dynamics of many-body systems driven by strong light field

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極限コヒーレント光科学研究センター

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

岡﨑研究室

岡﨑

浩三

OKAZAKI, Kozo

Okazaki Group

特任准教授

Project Associate Professor

角度分解光電子分光は物質中の電子の運動量とエネル

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

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

高次高調波レーザーを用いた時間分解光電子分光装置の概略図

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

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

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

研究テーマ Research Subjects

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

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

教授（施設長） 辛教授（副施設長）小森
教

授

准

教

授

准

教

授

助

教

助

教

助

教

助

教

原田
松田
和達
山本

埴

文夫
慈久
巌

大樹

Professor (Director) : SHIN, Shik

技術専門員

Professor : KOMORI, Fumio

技術専門員

Professor : HARADA, Yoshihisa

技術専門職員

Associate Professor : MATSUDA, Iwao

技術専門職員平田澁谷
工藤

Associate Professor : WADATI, Hiroki

研究支援推進員 藤澤

Research Associate : YAMAMOTO, Susumu

特任研究員

淳

Research Associate : MIYAWAKI, Jun

特任研究員

Research Associate : HIRATA, Yasuyuki

特任研究員

靖透

特任研究員

特任研究員
特任研究員
特任研究員
特任研究員

赤田

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

孝

博文

正美

圭史

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

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

大平

猛

尾嶋
崔

正治
藝涛

田久保
山神
山添

学振特別研究員 チョウ

矢治 / YAJI

昭子

原沢 あゆみ Technical Associate : HARASAWA, Ayumi

達矢治 光一郎 Research Associate : YAJI, Koichiro
宮脇

福島

耕

光平
康介

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

ユジュン JSPS Research Fellow : ZHANG, Yujun

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

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

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

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

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

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

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