第6回
低温センター研究交流会概要集
Abstractbook
The6t
hResearchMeeti
ngofCryogenicResearchCenter■ 日時：

平成２７年３月４日（水）９：３０～１８：００（講演会）
１８：００～２０：００（懇談会）■ 場所：

小柴ホール（理学部1号館2階）

東京大学低温センター
CryogenicResearchCenter

平成 27 年 2 月 2７日

第６回 低温センター研究交流会 プログラム■ 日時： 平成２７年３月４日（水）講演会

9：30～18：00

利用者懇談会

18：00～20：00■ 場所： 小柴ホール（理学部 1 号館中央棟 2 階）
■ 一般講演時間：20 分（質疑応答 5 分を含む）
9:30- 9:40

はじめに

福山 寛 (低温センター長)セッション 1
9:40-10:00

座長：永田 宏次 (農学生命科学研究科)
人羅 勇気
O-01

農学生命科学研究科・水圏生物科学専攻・D3（水圏天然物化学研究室）
NMR を用いた海洋天然物の構造解析
Structure elucidation of marine natural products by NMR spectroscopy

10:00-10:20

諏訪内 悠介 薬学系研究科・薬学専攻・D2（蛋白構造生物学教室）
O-02

3-メルカプトピルビン酸硫黄転移酵素(3MST)の結晶学的研究
Crystallographic study of 3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (3MST)

10:20-10:40

宮園 健一
O-03

農学生命科学研究科・応用生命化学専攻・特任助教（食品生物構造学研究室）
DNA グリコシラーゼ活性により作用を示す制限酵素の発見
Sequence-specific DNA glycosylase found in a restriction-modification system

10:40-11:00

休憩

セッション２
11:00-11:20

座長：長谷川 修司
尾崎 仁亮
O-04

(理学系研究科)

理学系研究科・化学専攻・D3（大越研究室）
コバルト-タングステンオクタシアノ錯体の湿度応答性
Humidity responsivity of an octacyano cobalt-tungsten bimetal complex

11:20-11:40

井上 暁登
O-05

工学系研究科・物理工学専攻・D1（鹿野田研究室）
有機電荷秩序系-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6 における異常金属相の圧力下
13C-NMR
13C-NMR study on an anomalous metallic phase of an organic charge orderingsystem -(meso-DMBEDT-TTF)2PF6 under pressure
11:40-12:00

若林 勇希
O-06

工学系研究科・電気系工学専攻・D1（田中・大矢研究室）
Room-temperature local ferromagnetism and domain growth in the ferromagnetic
semiconductor Ge1-xFex

12:00-12:20

足立 真輝
O-07

工学系研究科・電気系工学専攻・M2（田畑研究室）
生体模倣リエントラントスピングラス Co2+添加ガーネット薄膜における光制御ス
ピン流
Synaptic Signal Mimicked by Spin-Current in Reentrant Spin-Glass Garnet FerriteThin Films1

12:20-13:20

昼

13:20-15:20

ポスターセッション

食於：小柴ホール・ホワイエ

13:20-14:20 偶数番号
14:20-15:20 奇数番号
※ポスターは 9 時から貼れます。懇談会終了時に撤去下さい。

セッション３
15:30-15:50

座長：岡本 徹 (理学系研究科)
松原 雄也
O-08

工学系研究科・物理工学専攻・D3（川﨑研究室）
高移動度 SrTiO3 二次元電子系における量子化ホール伝導の観測
Observation of quantized Hall conductance in high mobility two dimensional
electron system of SrTiO3

15:50-16:10

安田 憲司
O-09

工学系研究科・物理工学専攻・M1（十倉研究室）
磁性/非磁性トポロジカル絶縁体二層膜における量子輸送現象
Quantum transport in semi-magnetic bilayers of topological insulator

16:10-16:30

中村 友謙
O-10

理学系研究科・物理学専攻・M2（長谷川研究室）
低温における Bi 超薄膜の走査トンネルポテンショメトリ測定
Scanning Tunneling Potentiometry measurement of ultrathin Bi at low temperature

16:30-16:50

白井 優美
O-11

理学系研究科・物理学専攻・M1（高木研究室）
逆ペロブスカイト Sr3PbO における三次元ディラック電子
3D Dirac electrons in anti-perovskite Sr3PbO

16:50-17:05
17:05-17:50

休

憩

特別講演
福山 寛

座長：島野 亮 （低温センター・研究開発部門）
理学系研究科物理学専攻・教授（低温センター長）
研究対象としてのヘリウムの量子物性
Research Interests of Helium as a Condensed Matter

17: 50-

閉会の挨拶

島野 亮 (低温センター・研究開発部門)

18:00-20:00

利用者懇談会

於 小柴ホール・ホワイエ※参加費：2,000 円（講演会に参加した学生は無料）
来賓：Prof. Douglas D. Osheroff (Stanford Univ.)

19:30-

ベストプレゼンテーション・アワード、ベストポスター・アワード授賞式

2ポスターセッション
P-01(13:20-15:20)

村田 智城 工学系研究科・物理工学専攻・M1（川﨑研究室）
ZnFe2O4/ZnCr2O4 超格子薄膜におけるフラストレート磁性の制御
Tuning Magnetic Property of Geometrically Frustrated Systems by Fabricating Spinel-type
ZnFe2O4/ZnCr2O4 Superlattices

P-02

鎌田 雅博 理学系研究科・物理学専攻・D1（福山研究室）
2 次元ヘリウム 3 の量子スピン液体相の比熱
Specific Heat of the Gapless Spin Liquid Phase in 2D Solid 3HeP-03

山原 弘靖 工学系研究科・バイオエンジニアリング専攻・学術支援職員（田畑研究室）
スピネル型フェライト(Fe,Ti)3O4 薄膜のキャリア制御と磁性
Carrier control and magnetic properties of spinel ferrite (Fe,Ti)3O4 thin films

P-04

宮本 靖人 理学系研究科・化学専攻・D1（大越研究室）
光誘起構造相転移を示す集積型 Co–W オクタシアノ錯体
Cyanido-bridged Co–W bimetal assembly showing photo-induced structural phase transition

P-05

町屋 秀憲 工学系研究科・総合研究機構・B4（加藤研究室）
Ultralow mode-volume photonic crystal nanobeam cavities for high-efficiency coupling to individualcarbon nanotube emitters

P-06

中村 祥子 低温センター・研究開発部門・特任助教
熱分解黒鉛シート PGS の物性評価
Characterization of PGS: Pyrolytic Graphite Sheet

P-07

湯本 郷 理学系研究科・物理学専攻・D1（島野研究室）
単層グラフェンにおける非線形テラヘルツファラデー回転
Nonlinear terahertz Faraday rotation in monolayer grapheneP-08

大日方 絢 工学系研究科・物理工学専攻・M1（千葉研究室）
Pd/Co/Pt 構造における磁性の電界制御
Electric field control of magnetism in Pd/Co/Pt structure

P-09

岡 大地 理学系研究科・化学専攻・D2（固体化学研究室）
ペロブスカイト型酸窒化物 SrNbO3−xNx の巨大正磁気抵抗
Giant positive magnetoresistance in perovskite oxynitride SrNbO3−xNx

P-10

Szymon Chorazy 理学系研究科・化学専攻・assistant professor（大越研究室）
ナノサイズシアノ架橋型クラスター{M9[M’(CN)8]6} (M = Co, Fe; M’ = Re, W)におけるスピン状態変化
Spin-State Switching in Nanosized Cyanido-Bridged {M9[M’(CN)8]6} (M = Co, Fe; M’ = Re, W) Clusters

P-11

金木 俊樹 工学系研究科・電気系工学専攻・M2（田中・大矢研究室）
GaMnAs を用いた縦型スピン MOSFET の作製、及びそのスピン依存伝導特性の評価

P-12

北垣 育大 理学系研究科・物理学専攻・M2（岡本研究室）
GaAs 劈開表面上に形成した Fe 超薄膜
Fe ultrathin films on a cleaved GaAs surface

3

P-13

打田 正輝 工学系研究科・物理工学専攻・助教（川﨑研究室）
ノンシンモルフィック導電体 IrO2 におけるキャリアタイプの磁場スイッチング
Field-Direction Switching of A Type of Charge Carriers in Non-symmorphic IrO2

P-14

奈須 義総 理学系研究科・化学専攻・D1（大越研究室）
ガンマ型五酸化三チタンとデルタ型五酸化三チタンの相転移に関する研究
Phase transitions of -Ti3O5 and -Ti3O5

P-15

Nguyen Thanh Tu 工学系研究科・電気系工学専攻・D3（田中・大矢研究室）
Magneto-optical and magneto-transport characteristics of heavily Fe-doped FMS (Ga,Fe)Sb

P-16

吉清 まりえ 理学系研究科・化学専攻・D2（大越研究室）
高周波電磁波吸収特性を示すインジウム置換型イプシロン酸化鉄
High-frequency electromagnetic wave absorption properties of indium-substituted epsilon iron oxide

P-17

大久保 哲 工学系研究科・電気系工学専攻・M2（関野研究室）
リンパ節の探索に用いる永久磁石型磁気プローブの開発及びリンパ節内の磁性ナノ粒子量の測定
Development of magnetic probes with a permanent magnet for sentinel lymph node detection andquantification of magnetic nano particles in sentinel lymph nodes.

P-18

篠田 清道 薬学系研究科・薬科学専攻・M2（有機合成化学教室）
アルツハイマー病の機構解明を指向したアミロイド三量体の化学合成
Chemical Synthesis of Amyloid  Trimer toward Mechanism Investigation of Alzheimer DiseaseP-19

加納 花穂 薬学系研究科・薬科学専攻・M1（生命物理化学教室）
タンパク質三量体による G タンパク質共役型内向き整流性カリウムチャネル活性制御機構の構造生物学的解明
Structural elucidation of the regulation mechanism of G protein-gated inwardly rectifying potassiumchannel by G protein

P-20

伊藤 諒 工学系研究科・物理工学専攻・M2（樽茶研究室）
表面弾性波を用いた量子もつれ電子対の分離
Entangled electron-pair splitting using surface acoustic wave

P-21

海老原 周 理学系研究科・物理学専攻・B4（島野研究室）
テラヘルツ強電場によるバルク GaAs 中励起子のイオン化機構の研究
Intense terahertz-field induced exciton ionization in GaAs

P-22

飯塚 貴彦 工学系研究科・物理工学専攻・M2（岩佐研究室）
カーボンナノチューブにおける熱電特性の電界制御
Electric field control of thermoelectric properties in carbon nanotubes

P-23

花塚 真大 理学系研究科・物理学専攻・D2（長谷川研究室）
ビスマス超薄膜の磁気輸送測定
Magnetotransport Measurements of Ultrathin Bi films on Si(111)P-24

白地 貴一 工学系研究科・物理工学専攻・M2（岩佐研究室・低温センター）
鉄系超伝導体における熱輸送特性の異方性
Anisotropy in the thermoelectric properties of Ba(Fe1-xCox)2As2

4

P-25

劉 東 工学系研究科・物理工学専攻・D3（鹿野田研究室）
Transport and NMR studies of the Dirac electrons in -(BEDT-TTF)2I3

P-26

濱田 裕紀 理学系研究科・物理学専攻・D1（島野研究室）
YBa2Cu3O7 薄膜におけるテラヘルツ非線形応答
Terahertz nonlinear response in YBa2Cu3O7 films

P-27

中林 耕二 理学系研究科・化学専攻・助教（大越研究室）
層状シアノ架橋型金属集積体におけるメタ磁性的挙動
Layered cyanido-bridged metal assembly exhibiting a metamagnetic behavior

P-28

石井 友章 工学系研究科・電気系工学専攻・M2（田中・大矢研究室）
時間分解光誘起反射率変化測定による GaMnAs のフェルミ準位付近のバンド構造評価
Band structure of GaMnAs near the Fermi level studied by time-resolved light-induced reflectivity

P-29

井元 健太 理学系研究科・化学専攻・特任助教（大越研究室）
大きな磁気異方性を有する Co-Nb オクタシアノ金属錯体
Large magnetic anisotropy in Co-Nb cyano-bridged assembly

P-30

富田 圭祐 理学系研究科・物理学専攻・M1（島野研究室）
s 波超伝導体におけるヒッグスモードの減衰機構
Damping mechanism of Higgs mode in s-wave superconductor

P-31

日比野 有岐 工学系研究科・物理工学専攻・M1（千葉研究室）
Pd/Co/Pt 構造における磁気異方性の電界制御
Electric field control of magnetism in Pd/Co/Pt structureP-32

松永 隆佑 理学系研究科・物理学専攻・助教（島野研究室）
s 波超伝導体 NbN におけるヒッグスモードとテラヘルツ波の非線形共鳴
Nonlinear resonance of Higgs mode and terahertz wave in s-wave superconductor NbN

P-33

中村 隼也 工学系研究科・物理工学専攻・M2（樽茶研究室・低温センター）
ハーフホイスラートポロジカル半金属 RTBi(R=Lu,Y;T=Pt,Pd) の作製と電気物性
Crystal growth and transport properties of half-Heusler topological semimetal RTBi(R=Lu,Y;T=Pt,Pd)

P-34

久保 高幸 理学系研究科・物理学専攻・M2（長谷川研究室）
MnSe/Bi2Se3 薄膜における磁性/トポロジカル絶縁体界面の輸送特性
Transport property of magnetic insulator/topological insulator interface in MnSe/Bi2Se3 thin film

P-35

村川 智 低温センター・研究開発部門・准教授
超流動ヘリウム 3B 相表面のマヨラナコーンの直接観測
Direct observation of Majorana cone at surface of superfluid helium three B phaseP-36

大内 祐貴 工学系研究科・物理工学専攻・M2（川﨑研究室）
強磁性半導体 EuO 薄膜におけるトポロジカルホール効果の観測
Observation of Topological Hall Effect in Ferromagnetic Semiconductor EuO Thin Films

P-37

佐藤 秀樹 理学系研究科・物理学専攻・M1（福山研究室）
水素プラズマによって異方性エッチングされたグラファイト表面の STM/S 観測
STM/S Studies of Graphite Surfaces Anisotropically Etched by Hydrogen Plasma

5

P-38

伴 芳祐 工学系研究科・電気系工学専攻・D3（田中・大矢研究室）
IV 族強磁性半導体 Ge1-yFey/Ge:B/Ge1-xFex 接合系における磁気抵抗効果
Magnetoresistance of the Group-IV Ferromagnetic Semiconductor Ge1-yFey/Ge:B/Ge1-xFex Junctions

P-39

生井 飛鳥 理学系研究科・化学専攻・助教（大越研究室）
ロジウム置換型イプシロン酸化鉄の合成とその巨大磁気異方性および高周波ゼロ磁場強磁性共鳴
The synthesis of rhodium substituted epsilon-iron oxide and its large magnetic anisotropy andhigh-frequency zero-field ferromagnetic resonanceP-40

寺田 博 工学系研究科・電気系工学専攻・M2（田中・大矢研究室）
GaMnAs 薄膜における真性反射磁気円二色性スペクトル
Intrinsic spectra of reflection magnetic circular dichroism of GaMnAs thin films

P-41

中山 和貴 理学系研究科・物理学専攻・D2（福山研究室）
原子・分子修飾したグラフェンの低温電気伝導特性
Low temperature transport properties of graphene modified by atoms/molecules

P-42

Joseph Falson 工学系研究科・物理工学専攻・D3（川﨑研究室）
MgZnO/ZnO 二次元電子系における最近の発展
Recent Advancements in the MgZnO/ZnO two-dimensional electron systemP-43

中川 幸祐 理学系研究科・化学専攻・特任助教（大越研究室）
オクタシアノニオブ金属錯体における高プロトン伝導性High proton conductivity on octacyanoniobate-based metal assembly

P-44

長瀬 まさえ 工学系研究科・電気系工学専攻・学術支援専門職員（関野研究室）
磁気計測に及ぼす低周波環境磁気ノイズの検討

P-45

畠山 修一 工学系研究科・バイオエンジニアリング専攻・原子力国際専攻・D3（高橋研究室）
錫吸収体を搭載した超伝導転移端センサの開発
Development of TES microcalorimeters with Sn absorber

P-46

Le Duc Anh 工学系研究科・電気系工学専攻・D2（田中・大矢研究室）
Enhancement of ferromagnetism by manipulating the wavefunctions in n-type ferromagnetic
semiconductor (In,Fe)As quantum wells

P-47

戸田 亮 低温センター・共同利用部門・技術職員
超小型サブミリケルビン連続冷凍システムの開発
Development of a Compact and Continuous Sub-mK Refrigerator

P-48

寺岡 総一郎 低温センター・液化供給部門・技術職員
平成 26 年度技術職員研修開催報告
Training for technical staff "cryogenics for beginners" in FY2014P-49

阿部 美玲 低温センター・液化供給部門・技術専門職員
本郷キャンパスでの寒剤供給業務紹介
Introduction about liquid nitrogen supply and liquid helium supply in Hongo campus

6

研究交流会プログラム委員
岩佐 義宏

工学系研究科・附属量子相エレクトロニクス研究センター

樽茶 清悟

工学系研究科・物理工学専攻

大矢 忍

工学系研究科・電気系工学専攻

長谷川 修司理学系研究科・物理学専攻

岡本 徹

理学系研究科・物理学専攻

永田 宏次

農学生命科学研究科・応用生命化学専攻

島野 亮

低温センター・研究開発部門

7

8

口頭発表

9

O-01
NMR を用いた海洋天然物の構造解析
Structure elucidation of marine natural products by NMR spectroscopy
農学生命科学研究科・水圏生物科学専攻・水圏天然物化学研究室
人羅 勇気、高田 健太郎、松永 茂樹

カイメン、ホヤ、サンゴなどの海洋無脊椎動物は、細胞毒性や抗菌活性など様々な生物活性を示す化合物（海洋天然物）を含有している。近年、海洋天然物を起源とした複数のがん化学治療薬が上市されるなど、海洋天然物は創薬資源あるいは研究用ツールとして重要視されている。このような背景から、
当研究室では、日本近海で採取された無脊椎動物を対象に、新規生物活性物質の探索をおこなっている。
海産無脊椎動物の抽出エキスライブラリをがん細胞に対する毒性試験を指標にスクリーニングし、宮古曽根にて採取された Petrosia 属カイメンの抽出液より顕著な生物活性を見出した。活性成分を精製し、新規細胞毒性化合物である miyakosynes A - F を単離した。NMR データの解析により、三重結合、水酸基、二重結合からなる両末端構造、長鎖脂肪鎖および脂肪鎖中のメチル基の存在が明らかとなった。分岐メチルの位置は、FAB-MS/MS によって決定し、両端の不斉炭素の絶対配置は、改良 Mosher 法により R と決定した [1]。メチル分岐点の絶対配置を NMR データから導くことができなかったため、工学部の藤田教授らが開発した X 線結晶スポンジ法、および大類教授らが開発した遠隔位不斉認識試薬（大類‐赤坂試薬）を用いたキラル分析による絶対配置の解析を試みた。X 線結晶スポンジ法による miyakosyne A のX 線構造解析がおこなわれ、14 位不斉炭素の絶対配置は S であることが示唆された。しかし、詳細なデータ解析の結果、分岐点の絶対配置の決定は困難である、との結論が導かれた[2]。この解析と並行して大類‐赤坂試薬を用いたキラル分析を実施した。大類‐赤坂法では、メチル基がアルコールの α 炭素から9 番目の炭素間に存在する場合に 1H NMR スペクトルにより立体異性体を識別可能である。そのため、miyakosyne A より分岐メチルが末端から 9 番目に存在するジオールを調製し、大類‐赤坂試薬により誘導体化した後、合成標品と共に 1H NMR スペクトルを測定した。その結果、14 位の絶対配置は R であると結論した[3]。その後、森東大名誉教授らにより、miyakosyne A の 8 種類の立体異性体が合成された。天然由来ミヤコシン A とともに赤坂・大類試薬による誘導体の HPLC 分
析がおこなわれ、その実験結果はわれわれの結論を本質的に支持した(上)Petrosia 属カイメンの写真(下)Miyakosyne A の化学構造[4]。

[1] Y. Hitora, K. Takada, and S. Matsunaga, Tetrahedron 67 4530 (2011).
[2] Y. Inokuma, S. Yoshioka, J. Ariyoshi, T. Arai, Y. Hitora, K. Takada, S. Matsunaga, K. Rissanen, and M. Fujita
Nature, 495, 461 (2013). Corrigendum, Nature, 501, 262 (2013).
[3] Y. Hitora, K. Takada, S. Matsunaga Tetrahedron, 69, 11070 (2013).
[4] K. Mori, K. Akasaka, and S. Matsunaga Tetrahedron, 70, 392 (2014).

10

O-02

3-メルカプトピルビン酸硫黄転移酵素(3MST)の結晶学的研究
Crystallographic study of
3-mercaptopyruvate sulfurtransferase (3MST)薬学系研究科・蛋白構造生物学教室 1、薬品代謝化学教室 2、

東京大学 創薬オープンイノベーションセンター3
諏訪内悠介 1、藤間祥子 1、島本一史 2、篠倉潔 2、長野哲雄 2, 3、花岡健二郎 2、清水敏之 1
3-メルカプトピルビン酸硫黄転移酵素(3MST)は 3-メルカプトピルビン酸の硫黄を他のチオールに転移させる酵素である。3MST は、シグナル分子として働き、また細胞や器官の保護作用のある硫化水素の産生経路の一つに関わる[1, 2]。3MST 選択的阻害剤の報告はこれまでなく、その開発は 3MST の生理機能解析に重要である。
本研究では、3MST 選択的新規阻害剤の開発を目的として、
放射光施設 SPring-8 および PF の高輝度放射光を利用し、3MSTの新規骨格阻害剤と 3MST との複合体および阻害剤非結合型の結晶構造解析を行い、その阻害様式を明らかにした。なお、結晶の放射線損傷を低減させるため、結晶を液体窒素を用いて急速に冷却し、100 K に保ちながら X 線回折実験した。
東京大学創薬オープンイノベーションセンターでの化合物スクリーニングにより発見された 3MST に選択性のある阻害剤 2 種類について、阻害剤-蛋白質複合体の X 線結晶構造解析を行った。位相決定はヒト 3MST の構造を利用した分子置換法
により、阻害剤結合型は分解能 1.2-1.7 Å で、非結合型は 1.0 Å
図 1．3MST‐阻害剤複合体の構造で構造決定した(図 1)。
2 種類の阻害剤はほぼ同様の結合様式で 3MST に結合していた。一方の芳香環は活性残基 Cys248 に転移された硫黄と相互作用し、他方の芳香環は活性部位付近の Arg197 側鎖とスタッキングしていた(図 2)。それに伴い阻害剤非結合型で見られた
Arg197 側鎖と Pro71 主鎖との水素結合は阻害剤結合型では見られなかった。
本研究により、3MST に選択性のある阻害剤の阻害様式が明らかになった。今回明確になった結合様式を参考にして化合物の構造展開をすることで、さらに阻害効果の高い 3MST 選択的阻害剤の開発につながると期待される。

図 2．阻害剤の活性部位への結合様式[1] H. Kimura, Neurochem. Int. 63, 492 (2013)[2] A. L. King, and D. J. Lefer, Exp. Physiol. 96, 840 (2011)

11

O-03

DNA グリコシラーゼ活性により作用を示す制限酵素の発見
Sequence-specific DNA glycosylasefound in a restriction-modification system
農学生命科学研究科

応用生命化学専攻
宮園 健一、田之倉

食品生物構造学研究室
優

制限酵素とは、配列特異的に二本鎖 DNA を切断する活性を持つ酵素群である。細菌細胞内において、制限酵素は同じ配列を認識する DNA メチル化酵素と共存しており、DNA メチル化酵素によって保護されていないウイルス等の外来 DNA を特異的に分解することにより、自己の DNA を保護する役割を担っている。制限酵素が持つ配列依存的な DNA 切断活性は、DNA の塩基配列を操作する遺伝子組換え実験で多用されており、近年の生物学の発展において制限酵素が果たした役割は極めて大きい。多くの制限酵素は、Mg2+イオン依存的に DNA 鎖中のホスホジエステル結合を加水分解する反応を触媒する酵素であり、その酵素活性から制限酵素は「制限エンドヌクレアーゼ」とも呼ばれていた。本研究では、制限酵素の一つである超好熱古細菌 Pyrococcus abyssi 由来 R.PabI が、エンドヌクレアーゼ活性ではなく、DNA
鎖中の N-グリコシド結合を切断する DNA グリコシラーゼ活性によって作用する酵素であることを明らかにした。エンドヌクレアーゼではない活性を持つ制限酵素の存在はこれまでに全く知られておらず、本研究により明らかになった「制限 DNA グリコシラーゼ」の存在は、細菌がもつ配列特異的な DNA 分
解機構について、これまでの常識を覆すものである。
R.PabI は、他の制限酵素とは異なる特徴的な立体構造（half pipe 構造）を有しており、その half pipe
領域を用いて 5’-GTAC-3’配列を認識し、配列特異的な DNA の切断を行う[1]。今回我々は、R.PabI-二本鎖 DNA 複合体の立体構造を X 線結晶構造解析法により決定することにより、R.PabI が DNA グリコシラーゼ活性を用いて DNA に損傷を与えることを発見し、R.PabI による DNA 切断機構の全様を明らかにした[2]。
R.PabI は、
二本鎖 DNA を 90°
近く折り曲げ、DNA 二重鎖から排出されたア
デニンの N-グリコシド結合を加水分解する。
加水分解された後に生じた脱塩基部位を含む
DNA 鎖は非常に不安定であるため、熱分解や他の酵素の作用によって容易に切断される（図１）。R.PabI のように配列特異的に DNA グリコ
シラーゼ活性を示す酵素はこれまでに知られておらず、今後も同種の酵素が発見されることが期待される。

[1] Nucleic Acid Res. 35:1908-1918 (2007)

図１．制限 DNA グリコシラーゼ R.PabI によ[2] Nat Commun. 5:3178 (2014)

る DNA 切断機構

12

O-04

コバルト-オクタシアノタングステン錯体の湿度応答性
Humidity responsivity of an octacyano cobalt-tungsten
bimetal assembly
理学系研究科化学専攻大越研究室
尾崎仁亮、所裕子、宮本靖人、大越慎一

シアノ架橋型金属錯体は、複数の金属イオンがシアノ基により架橋された構造を有する金属錯体であり、金属イオンや、組み合わせる有機配位子の選択により、その化学的・物理的性質を設計することができるため、機能性の金属錯体を合成するための、有用な構築素子となっている。中でも、CoII と[WV(CN)8]3−からなるコバルト-オクタシアノタングステン錯体は、Co と W の間での電荷移動型スピン転移に基づく
相転移現象を示す[1]。本研究では、コバルト-オクタシアノタングステン錯体 Co3[W(CN)8]2(4-メチルピリ
ジン)2(ピリミジン)2.xH2O を合成し、その湿度応答性について検討した。
本錯体は、CoIICl2.6H2O、Cs[WV(CN)8].2H2O、ピリミジン、4-メチルピリジンを水溶液中で混合すること
により、赤色の粉末として得られた。XRD パターンと Rietveld 解析により、本錯体は三斜晶系 P-1 の空間群に属し、その格子定数は a = 7.610(1) Å, b = 14.980(2) Å, c = 20.897(8) Å, = 90.90(8)°,= 98.34(2)°,および= 90.55(2)°であることがわかった。Co および W イオ
ンはシアノ基によって架橋され、三次元の構造体を形成していた。また、構造中の空隙には、水分子が結晶水として含まれており、水素結合ネットワークを形成していた。IR スペク
トルおよび XRD パターンの湿度応答性を調べると、これらの水分子の一部は、湿度の減少により脱離することがわかった。続いて、液体ヘリウムを冷媒として用い、湿度 100% RHで処理したサンプルの、磁化率×温度(MT)の温度依存性(MTT プロット)を調べることにより、高温相(CoIIhigh spin-WV)と低温相(CoIIIlow spin-WIV)の間での相転移現象を観測した。この時、相転移温度は 147 K (高温相→低温相: T1/2↓)および 242 K(低温相→高温相: T1/2↑)、温度ヒステリシス (T ≡ (T1/2↓+ T1/2↑)/2)は95 K であった。さらに 5% RH で処理したサンプルについてもMT-T プロットを測定すると、T1/2↓ =191 K, T1/2↑ = 245 K, T= 54 K となり、相転移温度の上昇および温度ヒステリシスの縮小が見られた。この湿度応答性は、低湿度条件下では、水
素結合ネットワークが分断され、転移サイト間に作用する弾性相互作用を媒介する経路が減少することで、協同効果が減
図 1. (a) 本錯体の結晶構造.
(b) MT-T プロット.

少するためと考えられる[2]。

[1] N. Ozaki, H. Tokoro, Y. Hamada, A. Namai, T. Matsuda, S. Kaneko, and S. Ohkoshi, Adv. Funct. Mater. 22, 2089
(2012). [2] N. Ozaki, H. Tokoro, Y. Miyamoto, and S. Ohkoshi, New J. Chem. 38, 1950 (2014).

13

O-05

有機電荷秩序系 β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6 における異常金属相の圧力下 13C-NMR
13

C-NMR study on an anomalous metallic phase ofan organic charge ordering system β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6 under pressure
工学系研究科・物理工学専攻・鹿野田研究室、物材機構 A、東大物性研 B
井上 暁登、橋本 凌、宮川 和也、鹿野田 一司、磯野 貴之 A、上田 顕 B、森 初果 B
金属か絶縁体かは物質を特徴づける性質の一つである。強相関電子系と呼ばれる物質群では、伝導電子間に働くクーロン相互作用が強いことに起因し、電子が局在して絶縁体となる。サイト 1 つに対し、電子が 1 つある系で、電子間に強いクーロン相互作用が働くと、系は金属から絶縁体へと変化する(モット絶縁体)。このとき金属と絶縁体の相境界近傍では、非 BCS 超伝導や超巨大磁気抵抗など、興味深い現象が現れる。一方、強相関電子系の中でも、サイト二つにつき、電子の数が一つの系(1/4 フィリング系)
は金属になるはずであるが、長距離的なクーロン相互作用が強い場合に、電荷密度が周期的に疎密を作って局在した電荷秩序絶縁体となる(図 1)。モット絶縁体のように、金属と電荷秩序絶縁体の境界では、
長距離クーロン相互作用に起因した、新しい物理が現れる可能性があるため、研究を行っている。
具体的には、有機電荷秩序系 β-(meso-DMBEDT-TTF)2PF6 を対象とした 13C-NMR 測定を行っている。本物質は、常圧では 75 K において金属－絶縁体転移を起こし、転移温度以下では電荷秩序が形成される。
本物質に圧力を印加すると、バンド幅が広がることにより、実効的にクーロン相互作用が小さくなり、
電荷秩序状態が融解して金属となる[1]。そのため、本物質は金属と電荷秩序の境界における電子状態の解明に適していると考えられる。
常圧における 13C-NMR 測定より、金属相において電子が非常に遅く揺らぎ、温度を下げると共に不均一の度合いが大きくなることを明らかにした。これは、電子が自由に動き回る金属の描像では説明が難
しく、金属と電荷秩序絶縁体の境界での新奇な物理につながる可能性のある現象と考えられる。更に、
圧力下 13C-NMR により、電荷秩序転移温度は低下するが、金属相における遅い揺らぎ及び不均一の度合
いには、大きな変化が現れないことを明らかにした(図 2)。

図１．金属相と電荷秩序相の模式図。

図 2．13C-NMR による圧力－温度相図。

クーロン相互作用が大きいと電子は周期的に

青の点は電子系の揺らぎが、kHz 程度の周波配列し、電荷秩序絶縁体となる。

数になる温度である。

[1] N. Morinaka, et al., Phys. Rev. B, 80, 092508 (2009).

14

O-06

Room-temperature local ferromagnetism and domain
growth in the ferromagnetic semiconductor Ge1-xFex

Yuki K. Wakabayashi,1 Shoya Sakamoto,2 Keisuke Ishigami,2 Yukio Takahashi,2 Yukiharu Takeda,3Yuji Saitoh,3 Hiroshi Yamagami,3 Atsushi Fujimori,2 Masaaki Tanaka,1 and Shinobu Ohya1
1
Department of Electrical Engineering and Information Systems, The University of Tokyo
2
Department of Physics, The University of Tokyo 3Synchrotron Radiation Research Unit, JAEA

Group-IV-based ferromagnetic semiconductor(FMS) Ge1-xFex is expected to become efficient spin
injectors
anddetectorsingroup-IV-based
semiconductor devices, because it can be epitaxiallygrown on Si and Ge substrates and the conductivity canbe controlled by boron (B) doping independently of the
Fe concentration x [1].
Furthermore, TC can beincreased up to 210 K by annealing [2]; however,detailed
microscopic
understandingoftheferromagnetism is lacking.
In this study, weinvestigate the local magnetic behavior of GeFe using
X-ray magnetic circular dichroism (XMCD) at various Fig. 1(a)(b) : XAS (a) and XMCD (b) spectra
magnetic fields and temperatures.
of the Ge0.935Fe0.065 film grown at 240°C.
We have carried out XMCD measurements of theGe0.935Fe0.065 films grown at 160°C (TC = 20 K) and
240°C (TC = 100 K) by low-temperature molecularbeam epitaxy (LT-MBE) [3]. Figure 1 (a) shows the
X-ray absorption spectroscopy (XAS) spectrum [μ+ , μ- ,and (μ+ + μ-)/2] at the Fe L2 (~721 eV) and L3 (~708 eV)absorption edges in the Ge0.935Fe0.065 film grown at
240°C measured at 5.6 K with a magnetic field 𝜇0 H of
5 T applied perpendicular to the film surface. The
main peak at around 708 eV is assigned to Fe2+ states in
GeFe, which means that almost all the doped-Fe atoms
are in the 2+ state. Figure 1 (b) shows the XMCD (= Fig. 2. : Effective magnetic-field Heff
μ+ - μ-) spectra at the Fe L2 and L3 absorption edges in dependence of the XMCD intensity at 707.66
the same sample measured at 5.6 K with 𝜇0 H = 0.1, 1, eV for the Ge0.935Fe0.065 film grown at 240°C
3, and 5 T. Figure 2 shows the effective magnetic-field measured at various temperatures. The total
Heff dependence of the XMCD intensity at 707.66 eV, magnetization M (= mspin + morb) obtained bywhich corresponds to the negative peak of XMCD in the XMCD sum rules is also plotted by filled
red symbols.
Fig. 1 (b), in the Ge0.935Fe0.065 film grown at 240°C at
various temperatures. Here, the total magnetization M [= spin magnetic moment (mspin) +orbital magnetic moment (morb)] obtained by using the XMCD sum rules is also plotted by filled
red symbols, and 𝜇0 Heff is obtained by subtracting the demagnetization from 𝜇0 H. The fitted
curves using the linear-Heff plus Langevin functions, corresponding to the paramagnetic andsuperparamagnetic components, respectively, are also shown in these figures (dashed black
curves). As shown in a blow-up near zero magnetic field in the inset, one can see a clear
hysteresis below TC (= 100 K). In Fig. 2, the theoretical curves (dashed black curves) are wellfitted to the experimental data above TC. This means that local ferromagnetic domains, which
exist at room temperature, expand with decreasing temperature, followed by the ferromagnetictransition of the entire system at TC [4].
Acknowledgement This work was partly supported by Grants-in-Aid for Scientific Research
including Specially Promoted Research and Project for Developing Innovation Systems of MEXT.
References [1] Y. Ban, Y. Wakabayashi et al., AIP Advances 4, 097108 (2014). [2] Y. K. Wakabayashi
et al., Phys. Rev. B, 90, 205209 (2014). [3] Y. K. Wakabayashi et al., J. Appl. Phys. 116,173906 (2014). [4] Y. K. Wakabayashi et al., arXiv:1502.00118 (2015).

15

O-07

生体模倣リエントラントスピングラス
Co2+添加ガーネット薄膜における光制御スピン流
東京大学工学系研究科電気系工学専攻田畑研究室
足立 真輝、関 宗俊、山原 弘康、那須 秀和、田畑仁

本研究室では、”ゆらぎ”の効果を用いることで、秩序系にはない統計力学的な特性を利用し、新奇なデバイスの作製を目指している。本報告では、クラスターグラスと呼ばれるスピンの“ゆらぎ”系を利用することによって、脳神経のシナプスを模倣した動作をするスピン波デバイスに関して報告する。クラスターグラスは、脳神経回路と類似していることが 1982 年に J. J. Hopfield によって指摘されて以降[1]、クラスターグラスを基にした脳型コンピュータを作る試みが行われてきたものの、実際に作製に成功したものは現在までに報告がない。それは、スピングラスからスピンの情報を取り出し、電気的な情報に変換することが困難だったからにほかならない。そこで、スピンポンピングを利用して、クラスターグ
ラスのスピン情報を電気信号として取り出すことを試みた。
クラスターグラスは、スピンフラストレートを起こす格子系である三角格子またはカゴメ格子を持つ磁性材料に対し、ランダムに不純物を置換することで作製できる。スピン波デバイスの中心的材料である希土類鉄ガーネットの一種、Lu3Fe5O12 に不純物として Co と Si を共添加した Lu3Fe4.8Co0.1Si0.1O12（LFCS）
をパルスレーザー堆積法で Y3Al5O12 (001)基板上に 60 nm 程度堆積させた。低温磁化測定は、東京大学低温センターの MPMS-5S を用いて行った。その結果、ゼロ磁場冷却と磁場中冷却における磁化は印加磁場
H = 100 Oe において、グラス転移温度 Tg = 248 K を境に分岐し、Tg の磁場依存性は de Almeida and Thouless
線[2]に従った。M - T スケーリング則に対する臨界指数 β は 0.501 で、リエントラントクラスターグラスの平均場模型的挙動を示している。[2] 熱残留磁化及び等温残留磁化は、べき乗則に従い、クラスターグ
ラス状態の T = 80 K の方が遅い緩和挙動を示した。光を照射すると、Co2+ + Fe3+ → Co3+ + Fe2+というIntervalence Charge Transfer[3]を誘発し、磁気異方性が変化する。グラス状態の遅い緩和に伴い、光履歴に対してスピンが中途半端な状態で固まる“学習効果”の存在を確認した。
この結果をもとに、Pt (10 nm)/LFCS (60 nm)/接合を作製し、Xe 光源の白色光を 29 mW/mm2 の強度で 10分間照射 On/Off を繰り返したところ、図 1 に示すように、照射サイクルを繰り返すごとに徐々にスピンポン

0.85

る長期増強の効果と良く似ており[4]、スピン系において初めてシナプス模倣素子を作製したと言える。

VISHE (V)

ピング電圧は上昇している。これは、シナプスにおけMimickedLTP

0.8
on off on off on off on off on

0.75[1] J. J. Hopfield, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 79, 2554

0.2
0
0

(1982)[2] R. Palai, et al., Phys. Rev. B 79, 104413 (2009)[3] K. Ohmori, et al, IEEE Trans. Magn. 30, 775 (1994)[4] T. V. P. Bliss, et al, Nature 361, 31 (1993)

T = 80 K
H0 = 1238 Oe

20

40
60
Time (min)80

図１．光履歴によるスピン起電力の長期増強

16

O-08

高移動度 SrTiO3 二次元電子系における量子化ホール伝導の観測
Observation of quantized Hall conductance inhigh mobility two dimensional electron system of SrTiO3
工学系研究科・物理工学専攻・川﨑研究室
松原雄也, 高橋 圭, 小塚 裕介, Mohammad Bahramy, Denis Maryenko,
Joseph Falson, 塚崎 敦, 川﨑 雅司, 十倉 好紀【背景】チタン酸ストロンチウム：SrTiO3 はセラミックコンデンサに利用されているありふれた材料であるが、電子ドープによって高移動度金属伝導や超伝導などの物性を示す。近年、SrTiO3 二次元電子の伝導特性が注目を集めている。LaAlO3/SrTiO3 ヘテロ接合界面や SrTiO3/n-SrTiO3/SrTiO3 デルタドープ構
造などの二次元構造では、電子は二次元平面に閉じ込められる。この SrTiO3 二次元電子は、二次元超伝
導や強磁性を示し[1]、電子、軌道、格子が相互作用しあう新しい二次元電子系として注目されている。
しかし報告されている SrTiO3 二次元電子の移動度はバルク単結晶のものより低い。これは SrTiO3 薄膜の物性がエピタキシャル応力や組成ズレなどの影響を受けやすいためと考えられる。本研究では有機金
属分子線エピタキシー(MO-MBE) [2]を用いて SrTiO3 薄膜の結晶品質を改善し、二次元電子の高移動度化による量子伝導の観測を目的とした。
【実験と結果】Ti 原料として Ti 含有有機金属のチタンテトライソプロポキシド Ti(OC3H7)4、Sr と La
原料にはそれぞれの金属単体、酸化ガスにはオゾンを用いた。半導体レーザ加熱機構により 1200 ˚C に加熱した SrTiO3(100)基板上に SrTiO3(100 nm)/La:SrTiO3(10 nm)/SrTiO3(100 nm)デルタドープ構造を作製した。MO-MBE 成長による高純度化と組成の自己制御、および高温加熱による高品質化によって、このデルタドープ薄膜の最高移動度は 24,000 cm2V-1s-1 まで向上し、バルク単結晶の最高移動度(22,000
cm2V-1s-1)を凌駕した。極低温での Hall 抵抗

Rxy にプラトー構造が観測され、対応する磁場に縦磁気抵抗 Rxx が極小値を示す Shubnikovde Haas 振動が観測された(図 1)。それぞれのプラトー部の Hall 抵抗は量子抵抗 h/e2(Landau 準位)の= 4, 6 に相当している。
これらの結果は、極めてクリーンな半導体のみに観測される整数量子ホール効果を二次元電子系 SrTiO3 で初めて観測したことを示している。観測された Landau 準位は偶数準位であることから、SrTiO3 二次元電子系の伝導バンドが二重縮退を持つことを示唆している。
発表では縮退の起源についても議論する。

図 1. 極低温の縦磁気抵抗(左軸)および Hall 抵抗(右軸)。デルタドープ SrTiO3 の移動度とキャリア濃度はそれぞれ、18,000 cm2V-1s-1 と 1.2×1012 cm-2。

[1] A. Ohtomo, H. Y. Hwang, Nature 427, 423 (2004); A. Brinkman et al., Nat. Mater. 6, 493 (2007);
Y. Kozuka et al., Nature 462, 487 (2009).

[2] J. Son et al., Nature Mater. 9, 482 (2009).

17

O-09 磁性/非磁性トポロジカル絶縁体二層膜における量子輸送現象
Quantum transport in semi-magnetic bilayers of topological insulator
工学系研究科 物理工学専攻 十倉研究室
安田 憲司、吉見 龍太郎、Joseph G. Checkelsky、塚﨑 敦、高橋 圭
小塚 裕介、Joseph Falson、永長 直人、川﨑 雅司 、十倉 好紀
トポロジカル絶縁体は、物質の内部は絶縁体的であるが、表面に金属的な伝導を有する物質であり、表面ディラック状態に由来した多彩な物性の舞台として近年注目を集めている。中でも、(Bi1-xSbx)2Te3 薄膜は、組成によるフェルミ準位の精密な制御が可能であることから、盛んに研究がされている。近年、磁性元素 Cr をドープした磁性トポロジカル絶縁体 Crx(Bi1-ySby)2-xTe3 において、自発磁化により零磁場で量子異常ホール効果が観測された[1,2]。一方、非磁性トポロジカル絶縁体では表面の二次元性のため、磁場下において量子ホール効果が観測されている[3]。これら 2 つの現象は、いずれも系の時間反転対称性の破れを起源としており、統一的に議論できることが期待される。
本研究では、量子ホール効果・量子異常ホール効果の関係性の理解を目指し、非磁性/磁性トポロジカル絶縁体二層膜(Bi1-ySby)2Te3/Crx(Bi1-ySby)2-xTe3 の輸送特性を調べた。
図に、二層膜におけるホール伝導度のゲート電圧依存性を示す。零磁場においては、異常ホール効果により有限の

xy が生じる。一方、高磁場下において、占有率 = +1, = 0 に対応する量子ホールプラトーが明瞭に観測できる。
これらのプラトーは、薄膜の上下の表面電子状態を考慮することで理解することができる。加えて、二層膜においては、磁性トポロジカル絶縁体や非磁性トポロジカル絶縁体
単層膜の系に比べ、高温で量子ホール効果が観測できることが明らかになった。以上の結果は、現象論的には磁化と磁場が協力的に作用することで量子ホール効果が発現することを意味しており、トポロジーの観点から量子ホール効

図１．トポロジカル絶縁体二層膜におけるホール伝導度のゲート電圧依存性

果と量子異常ホール効果が統一的に理解できることを示唆している。
本研究の一部は、日本学術振興会の最先端研究開発支援プログラムにより助成を受けて行われた。

[1] C.-Z. Chang et al., Science 340, 167 (2013).
[2] J. G. Checkelsky et al., Nat. Phys. 10, 731 (2014).
[3] R. Yoshimi et al., Nat. Commun. to appear.

18

O-10 低温における Bi 超薄膜の走査トンネルポテンショメトリ測定
Scanning Tunneling Potentiometry measurement of ultrathin Bi
at low temperature
東大理 A, 東工大理 B
中村友謙 A, 保原麗 A, 長谷川修司 A, 平原徹 B
走査トンネルポテンショメトリ(STP)は、走査トンネル顕微鏡(STM)を応用した、試料表面の構造と電位分布の同時測定を可能にする実験手法である[1]。高い空間分解能(原理的には原子レベル)で電気伝導特性を測定できるため、ミクロな構造と電気伝導特性との対応関係を明らかにする上で有用な手法である。これまで我々は通常の STM 探針ホルダーに電流導入用のプローブを組み込んだ新型の探針ホルダーを開発し、超高真空下で動作する STP 装置を立ち上げた。そして、それを用いて Si(111)基板上にエピタ
キシャル成長させた Bi 超薄膜(～9BL)において STM/STP 同時測定を室温で行い、電流を流したことによるマクロな電位分布を測定することに成功した。さらに Bi のエッジ特有の電子状態に起因すると思われる、ステップエッジでのポテンシャル異常を STP で測定することに成功した [2]。
本研究では上記の研究を発展させ、低温(5K)において Bi 超薄膜(～9BL)の STM/STP 同時測定を行った。
その結果、室温で測定した場合と同様、電流を流したときにはマクロな電位分布が観測された。一方、電流を流さない場合でもポテンシャルの局所的な変化が観測された。図 1(a)がそのときに測定されたトポグラフ像、(b)がポテンシャル像である。(b)では、(a)のテラスに対応する場所でステップエッジと平行な波面を持つポテンシャルの振動構造が見られる。講演では詳細な STM/STP 測定と解析の結果を報告し、ポテンシャル像で見られる振動構造の起源について議論する。

図１．(a)トポグラフィ像 (b)ポテンシャル像
交流電圧 0.5 mV, 交流周波数 593.1 Hz, トンネル電流 10 pA, サンプル電流 ～0 mA[1] P.Muralt and D.W.Pohl, Appl. Phys. Lett. 48, 514 (1986).
[2]中村 他、日本物理学会 2014 年秋季大会 7aAK-1

19

O-11

逆ペロブスカイト Sr3PbO における三次元ディラック電子
3D Dirac electrons in anti-perovskite Sr3PbO
理学系研究科 物理学専攻 高木研究室
白井優美, 葉山慶平, A.Yaresoko, A.W.Rost, C.Muehle, J.Nuss, 高木英典

ディラック電子とはディラックが相対論的量子力学に基づいて提唱した、エネルギー線形分散をもつ準粒子である。近年、ディラック電子が様々な物質中で多彩な物性を生み出すことが注目されている。
逆ペロブスカイト A3BO（A=Ca,Sr,Ba;B=Pb,Sn）は 3 次元的なディラック電子構造をもつと理論的に提案されている[1]。図 1 に結晶構造を示した。まず B サイトが立方体を形成している。そして通常のペロ
ブスカイトとは「逆」に A 原子が八面体を形成し、その中心に酸素原子が位置する。Sr3PbO の電子配置をみると Sr32+Pb4-O2-となっていて Pb の p 軌道は 6 個全て埋まっている。通常 Pb は Pb2+ ,Pb4+をとることを考慮すると Pb4-はエネルギー的に不安定な状態にある。そのため Pb の p 軌道はフェルミ面に近いところに存在し、アルカリ土類金属の d 軌道とオーバーラップする。p 軌道と d 軌道は混成してバンドギャッ
プが開く。ところが対称性によって kx.ky.kz 軸方向に限りほぼ混成が 0 で、バンドがディラック点 1 点において交わる点が存在する。またバンド計算によって他のバンドはフェルミ面を横切らないことがわかっている。よって A3BO はフェルミ面にディラック点のみが存在するため、ディラック電子系における物性探索の舞台として相応しい。元素の置換で系統的調査が可能になることもこの物質群の強みである。
我々は Sr3PbO の単結晶を用いて輸送特性や磁気トルクを測定した。両方の測定において量子振動が観測された。1 ポケットあたり n~1017cm-3 と低キャリアかつ非常に軽い有効質量 0.016me が見積もられた。この軽有効質量はディラック電子の存在を支持し、バンド計算の結果（～0.02me）
とも一致する。磁気抵抗は 2K で数百%という非常に大きな値を示した。弱磁場では古典的な二次関数的な振る舞い、強磁場では線形不飽和な振る舞いが観測された（図 2）。これはデ

図 1:(a)逆ペロブスカイト構造 (b)通常

ィラック電子系に普遍的な特徴である。一般に、有限磁場下のペロブスカイト構造[1]で電子のエネルギーはランダウ準位に量子化される。さらに高磁場下で全ての電子が最低ランダウ準位に閉じ込められる状
態を量子極限とよぶ。磁気抵抗の 8.3T における大きなうねりはランダウ準位 n=1 軌道のフェルミ面通過に対応し、これより高磁場の振る舞いは量子極限に起因している可能性がある。
磁気抵抗が磁場のみに依存し温度依存性がないことも、量子効
果の影響と考えられる。ディラック電子は自由電子の 1/100 倍
軽いため金属の場合の 1/100 の磁場で量子化できることと、ランダウ準位間のエネルギーよりもフェルミエネルギーが小さいことが、研究室環境での量子極限の観測を可能にしている。

[1 ]T.Kariyado et al., J.Phys. Soc.Jpn. 80 083704(2011)20

図 2:磁気抵抗の磁場依存性

ポスター発表

21

P-01
ZnFe2O4/ZnCr2O4 超格子薄膜におけるフラストレート磁性の制御
Tuning Magnetic Property of Geometrically Frustrated Systems
by Fabricating Spinel-type ZnFe2O4/ZnCr2O4 Superlattices
東大院工 物理工学専攻川﨑研究室 1, 理研 CEMS2村田智城 1, 打田正輝 1, 小塚裕介 1, 川﨑雅司 1, 2
幾何学的フラストレーションを持つ磁性体は、磁気モノポールや量子スピン液体状態などの興味深い磁気状態の舞台となることから注目されている。本研究ではフラストレート磁性体研究の新しい試みとして、フラストレート磁性体である ZnFe2O4 と ZnCr2O4 の超格子薄膜を作製し、磁性制御を行った。
ZnCr2O4 と同じスピネル型構造を持つ MgAl2O4(111)基板上成長させた。ZnFe2O4、ZnCr2O4、Zn[Fe,Cr]O4 薄膜をそれぞれ作製し、また ZnFe2O4 と ZnCr2O4 を m ユニットセルず
つ交互に積層した[ZnFe2O4]m / [ZnCr2O4]m（m = 1, 2, 4, 10）の薄膜を作製した。成膜は基板温度 550 ℃、酸素分圧 1
mTorr の環境下で行った。Fig. 1 に超格子薄膜の X 線回折測定の結果を示す。超格子構造に由来するサテライトピーク及び膜厚フリンジを観測することができ、スピネル型構造の酸化物としては非常に高品質な超格子薄膜の作製に成功した。
作製した薄膜の磁化率の温度依存性を測定すると、それぞれ 30 K 以下の低温でスピングラス転移を示した。Fig. 2 に示すようにスピングラス転移温度 Tg は超格子層厚 m に対応

Intensity (arb. units)に薄膜成長を行い、基板からコヒーレントに単結晶の薄膜を

10
10

10

MgAl2O4(222)

薄膜成長にはパルスレーザー堆積法を用いた。ZnFe2O4、
14
12

m=1

10

10
10
10
10

m=2

8
6

m=4
4

m = 10

2

33

35

37

39

41

2 (deg.)
Fig. 1 X-ray 2θ-θ- scans of thesuperlattice films. Triangles indicate
the main and satellite peaks ofsuperlattices.

して系統的に変化した。ここで ZnFe2O4 と ZnCr2O4 の固溶体である Zn[Fe,Cr]2O4 薄膜の測定結果を m = 0、別途測定した ZnFe2O4 薄膜と ZnCr2O4 薄膜の磁化率の平均値を m = ∞としている。点線で示すように、m = ∞, 10, 4, 0 と超格子層厚 m を薄くするにつれてスピングラス転移温度が上昇しており、これは超格子界面がスピングラス転移を誘起するためであると考えられる。一方、m = 2, 1 ではスピングラス転移が低温まで抑制された。報告されている磁気相関長[1][2]と同程度まで超格子層厚 m を薄くすることで、バルクとは異なる新しい磁気状態を実現することに成功したと考えら
Fig.
2
Spin-glasstransition
temperature Tg as a function of layer
thickness m. Inset shows a schematic
view of the superlattice films.

れる。
[1]K. Kamazawa et al., PRB 65, 024412 (2003)[2]S. –H. Lee et al., Nature 418, 856 (2002)

22

P-02
2 次元ヘリウム 3 の量子スピン液体相の比熱
Specific Heat of the Gapless Spin Liquid Phase in 2D Solid 3He
理学系研究科 物理学専攻 福山研究室 A、低温センターB
鎌田雅博 A、中村祥子 B、松井朋裕 A、福山 寛 A,B
三角格子など幾何学的なフラストレーションをもつ格子上におかれた量子スピン系（S = 1/2）の最近接間に反強磁性相互作用が働くとき、絶対零度でも長距離秩序や凍結がない量子スピン液体状態が生まれる。近年、スピン励起にギャップのないギャップレス・量子スピン液体状態（以下、「スピン液体」）の候
補物質が 2 次元固体ヘリウム 3（3He）[1]をはじめ多彩な物質系[2]で報告され、注目されている。
我々は、グラファイト表面に低温で物理吸着した単原子層の固体 3He の核スピン系の比熱測定からス
ピン液体相の磁気素励起の正体を探っている。この量子スピン系は、(1) ほぼ完全な 2 次元系で不純物効
果が皆無、(2) 三角格子構造をもつ、(3) 4 体あるいは 6 体までのリング交換相互作用（JP）が競合する、(4) 低温物性がスピン自由度のみで決まる、など数々の特長をもつ。今回、グラファイト表面を重水素化
水素（HD）2 分子層でプレコートした上に単原子層固体 3He試料を作成し、その比熱を 0.35 ≤ T ≤ 90 mKの広い温度範囲で測定した（図 1）。この試料（ 3He/HD/HD/gr系）は、先行研究の 3He/3He/gr 系[3]や
3He/4He/g 系[4]に比べてかなり低密度（5.25

nm-2）なため| JP |が大きく、相対的により低温まで測定が可能となった。その結果は、スピンの短距離相関発達に対応する比熱のブロードなピークが 20 mK付近に一つだけ観測され（図中●）、3He/3He/gr 系（図中○）のダブルピーク構造とは明らかに異なる。また、ピー
クより低温の広い温度範囲（0.35 ≤ T ≤ 7 mK）で比熱は温度の 2/3 乗に比例する。比熱データから求めた
エントロピー変化はほぼkBln2 に等しく（図 2）、観測した比熱が純粋にスピン自由度のみを反映している
ことが分かる。2/3 乗則は、他のスピン液体候補物質で報告されているC ∝ T や、反強磁性スピン波で期待されるC ∝ T2 とも異なるこれまで報告されたことのない特異な温度依存性であるが、スピノンある
いはマヨラナフェルミオンなど新奇な磁気素励起を仮定する理論予測[5]とは整合する。
図2

Specific Heat : C/kB

図1

1
C = aT2/3
C = aT-2+bT-3∝ T2/3

10-2

∝T

∝ T2

0.5

3He/HD/HD/gr (5.25 nm-2) : This work
3He/3He/gr
3He/4He/gr

10-1

S/NkBln2

10-1(6.4 nm-2) : Ref.3(6.8 nm-2) : Ref.4

100

101

102

T (mK)

0

10-1

100

101

102

T (mK)[2] L. Balents, Nature 464, 199 (2010).

5.32 nm -2 (run43-3 this run)5.32 nm -2 Nはアモルファス分差し引き
5.25(2010).
nm -2 (run43-2)[4] D. Sato et al., JLTP, 158, 201
5.25 nm -2 Nはアモルファス分差し引き
5.40045105
nm-2 (run37-3)[5] O.I. Motrunich, PRB 72,(2005); S.S. Lee and P.A. Lee,

[3] K. Ishida et al., PRL, 79, 3451 (1997).

PRL 95, 036403 (2005); R.R. Biswas et al., PRB 83, 245131(2011).

[1] H. Fukuyama, JPSJ, 77 111013 (2008).

23

スピネル型フェライト(Fe,Ti)3O4 薄膜のキャリア制御と磁性
Carrier control and magnetic properties ofspinel ferrite (Fe,Ti)3O4 thin films

P-03

工学系研究科 電気系工学/バイオエンジニアリング専攻 田畑研究室
山原 弘靖、那須 英和、足立 真輝、高橋 雅尚、関 宗俊、田畑 仁【はじめに】ランダムネスとフラストレーションが共存するスピングラスの統計力学的理論はニューラ
ルネットワーク情報工学の分野で広く研究されている[1]。一方、物質としてのスピングラスを脳型メモリに応用した研究は殆どない。スピングラス材料においてキャリアタイプの制御ができれば、半導体デバイスの基本となる pn 接合素子の基礎的要素となりうる。そこで本研究ではマグネタイト(Fe3O4)に非磁性イオン（Ti4+）を導入することにより、キャリアタイプ制御とスピングラス磁性発現を試みた。Fe3O4
は逆スピネル構造（A3+B2+B3+O4）を取り、B サイトに位置する Fe3+（S=5/2）と Fe2+（S=4/2）の間の電子ホッピングにより高い電気伝導率が実現するが、p 型伝導に関する報告は殆ど無い。Fe3O4 に Ti4+を添加すると、電荷補償により Fe2+/Fe3+が増大し、n 型から p 型伝導へのキャリア制御が実現すると考えられる[2]。一方、Fe3O4 の磁気構造は各イオン間の交換相互作用（|JAB|>>|JBB|>|JAA|）の関係からフェリ磁性が支配的である。Fe イオンサイトを非磁性イオン（Ti4+）で置換することにより、スピングラス状態が形成されると考えられる。
【実験方法】Fe1-xTixO4（FTO）薄膜はパルスレーザー堆積法（PLD 法）により MgAl2O4 (001)スピネル基板に堆積した。X 線回折(XRD)の結果、(001)配向した FTO 薄膜のエ
ピタキシャル成長を確認している。キャリアタイプは熱起電力測定
による Seebeck 係数の符号から判定した。磁気特性は超伝導量子干渉計（SQUID：低温センター共同利用装置）を用いて計測した。
【結果と考察】熱起電力計測の結果（図 1(a)）
、Ti 置換量（x）の増加に従い Seebeck 係数が単調に増加し、x<0.75 で n 型伝導、x=0.8 でp 型伝導を示すことがわかった。X 線吸収分光の結果、Ti は 4 価の状態で Fe の八面体副格子を置換しており、Fe の形式価数は Seebeck 係
数の傾向と同様に Ti 置換に伴って減少しており、設計指針に従った試料の作製を確認した。高 Ti 置換の試料（Fe2.2Ti0.8O4）に対して、磁気特性を詳細に調べた結果、260 K 付近に転移温度をもつクラスタ
ースピングラスの挙動を示すことがわかった（図 1(b)）。以上のキ
ャリア制御されたスピングラスの実現は新規脳型メモリ素子への応用が期待される。

[1] K. Binder, A. P. Young, Rev. Mod. Phys. 58 801 1986.
[2] M. Seki et al. Appl. Phys. Lett. 99 242504 2011.

24

図 1 (a) Fe1-xTixO4 薄膜の熱起電力測定, (b) Fe2.2Ti0.8O4 薄膜の AC 磁化率の温度依存性

光誘起構造相転移を示す集積型 Co–W オクタシアノ錯体
Cyanido-bridged Co–W bimetal assembly showing photoinduced structural phase transition

P-04

理学系研究科 化学専攻 大越研究室
宮本 靖人、尾崎仁亮、梅田喜一、井元健太、所裕子、中林耕二、大越慎一

当研究室では、シアノ架橋型金属錯体に着目し、光磁性など

4-ブロモピリジンの様々な光機能性を示す物質を報告してきた [1]。例えば、Co–W オクタシアノ金属錯体は光照射により CoII–WV 相と CoIII–WIV

Co

W

相の間の電荷移動相転移を示し、磁性や色彩が大きく変化すOる。本研究では、Co–W オクタシアノ錯体 (H5O2+)[CoIIIls(4-ブロモピリジン)2{WIV(CN)8}] (1) を合成し、大きな体積変化を伴う
光誘起相転移現象を観測したので報告する。
1 は CoIICl2·6H2O と 4-ブロモピリジン塩酸塩の混合溶液にNa3[WV(CN)8]·4H2O 水溶液を滴下して攪拌することで青色粉末

a

O, c

b

試料として得られた。粉末 X 線回折(XRD)測定および Rietveld

図 1．1 の結晶構造．

解析から、1 の結晶構造を明らかにした (図 1)。シアノ基によっいた。また、層間にはオキソニウムカチオン H5O2+が挿入されていた。液体ヘリウムを冷媒として用いた超伝導量子干渉素子計
により磁化率の温度依存性を測定すると、2 K から 340 K の温Intensity / a.u.

て架橋された Co と W により、二次元レイヤー構造を形成して光照射後度範囲でおよそ 0 cm3 K mol−1 の値を示した。これより、2 K か

光照射前ら 340 K の温度範囲で CoIII–WIV の電子状態を示すことが明らか
となった。

10

20

次に、光照射前後での結晶構造の変化を調べた。室温におい30402 / degree

50

60てナノ秒パルスレーザー光 (波長 800 nm) を 1 に 1 ショット照射したところ、試料の色彩が青色から赤色へと変化した。光照
hn

射前後での分光測定から、光照射により CoII–WV 相が生成していることが明らかとなった。また、光照射前後で XRD 測定を行うと、元のピーク強度が減少して新たなピークが生成していることがわかった (図 2)。Rietveld 解析の結果、光照射により約10%もの体積変化を示すことが明らかとなった。この大きな体積変化は、電荷移動により Co–N の結合距離が大きく変化した

16

17

18

19

2 / degree

図 2．光照射前後の XRD パターン．

ことに由来すると考えられる。

[1] S. Ohkoshi and H. Tokoro, Acc. Chem. Res. 45 1749 (2012).

25

P-05
Ultralow mode-volume photonic crystal nanobeam cavities forhigh-efficiency coupling to individual carbon nanotube emitters
H. Machiya1, R. Miura1, S. Imamura1, A. Ishii1, X. Liu1, T. Shimada1,
S. Iwamoto2, Y. Arakawa2, Y. K. Kato1
1 Institute of Engineering Innovation, The University of Tokyo
2 Institute of Industrial Science, The University of Tokyo

The unique emission properties of single-walled carbon nanotubes are attractive for achieving increased
functionality in integrated photonics. In addition to being room-temperature telecom-band emitters that can bedirectly grown on silicon, they are ideal for coupling to nanoscale photonic structures. Here we discuss
high-efficiency coupling of individual air-suspended carbon nanotubes to silicon photonic crystal nanobeam
cavities [1]. Photoluminescence images of dielectric- and air-mode cavities reflect their distinctly differentmode

profiles and show that fields in the air are important for coupling. We find that the air-mode cavities couple more
efficiently, and estimated spontaneous emission coupling factors reach a value as high as 0.85. We also describe ourrecent efforts on optimizing the designs of air-mode cavities and their fabrication processes. Our results
demonstrate advantages of ultralow mode-volumes in air-mode cavities for coupling to low-dimensional nanoscale
emitters.
This work was supported by SCOPE, KAKENHI (24340066, 24654084, 26610080, 26870167), Asahi
Glass Foundation, Canon Foundation, KDDI Foundation, as well as the Project for Developing
Innovation Systems and the Photon Frontier Network Program of MEXT, Japan. A.I. is supported by
MERIT and JSPS Research Fellowship. The devices were fabricated at the Center for Nano
Lithography & Analysis at The University of Tokyo.

[1] R. Miura, S. Imamura, R. Ohta, A. Ishii, X. Liu, T. Shimada, S. Iwamoto, Y. Arakawa, Y. K. Kato, Nature
Commun. 5, 5580 (2014).

26

P-06

熱分解黒鉛シート PGS の物性評価
Characterization of PGS: Pyrolytic Graphite Sheet
低温センターＡ、理学系研究科・物理学専攻・福山研究室Ｂ
中村 祥子Ａ、宮藤 大輔Ｂ、藤井 武則Ａ、戸田 亮Ａ、福山 寛ＡＢ

黒鉛は、劈開性、高融点、高熱伝導率などの特徴から、摺動材、るつぼ、熱伝導シートなど多方面で応用される物質である。また、黒鉛塊の層間を化学的手法で引き剥がして内部に大きな吸着面積（2～20 m2/g）をもたせた剥離黒鉛は、2 次元物質の吸着基板として基礎研究に利用されている[1]。しかし、剥離後の黒鉛微結晶の連結性が悪く、ヘリウム薄膜のトランスポート測定を行う場合、試料のごく一部の超流動密度しか検出できないという問題がある。そこで我々は、ポリイミドフィルムを熱分解して黒鉛化し圧延した厚さ 10〜100 µm の柔軟性黒鉛シート (PGS: Pyrolytic Graphite Sheet)[2]の最表面が吸着基板に使えないかと考えた。種々の顕微鏡を使った表面観測、X 線構造解析、電気抵抗率測定、等温吸着
曲線測定を行った結果、17 µm 厚の PGS は、代表的な剥離黒鉛の Grafoil や結晶性がより高い ZYX より結晶の連結性が優れ、超流動薄膜のトランスポート測定により適した吸着基板であることが分かった。
PGS の面内電気抵抗率は、剥離黒鉛と同様、低温でピークをもつ特異な温度依存性を示す（図１）。
このピークは低温で支配的になる単結晶グラファイト的な正の温度依存性と高温で顕著になるホッピン
グ伝導による負の温度依存性の競合の結果生ずる。17 µm 厚 PGS は、Grafoil、ZYX、100 µm 厚 PGS に比べて最も高いピーク温度（50 K）と最も低い抵抗率をもつことから、結晶の連結性が良いことが分かる。一方、等温吸着曲線を見ると、整合相形成に由来する substep 構造も含めて、17 µm 厚 PGS は
Grafoil と似た微結晶サイズをもつようである（図２）。観測された比表面積（≈ 0.07 m2/g）の値から、吸着表面がほぼ最表面だけであることも確認できた。

図２．17 µm 厚 PGS に対する窒素の等温吸着
図１．PGS と剥離黒鉛(Grafoil, ZYX)[1]の面内電気抵 曲線。×は Grafoil [1]、□ は ZYX [3]。挿入図
抗率の温度依存性。T =300 K の値(凡例内)で規格化。 は substep の拡大図。

[1] Y. Niimi, S. Murakawa, Y. Matsumoto, H. Kambara and H. Fukuyama, Rev. Sci. Instrum. 74, 4448 (2003).
[2] Automotive & Industrial Systems Company, Panasonic Corporation.
[3] S. Nakamura, K. Matsui, T. Matsui and H. Fukuyama, J. Low Temp. Phys. 171, 711 (2013).

27

P-07 単層グラフェンにおける非線形テラヘルツファラデー回転
Nonlinear terahertz Faraday rotation in monolayer graphene
理学系研究科・物理学専攻、低温センター・研究開発部門
湯本 郷、松永 隆佑、島野 亮

島野研究室

炭素原子が蜂の巣上に二次元的に配列した単層グラフェンでは、その電子のバンド分散が低エネルギ
ー領域では結晶運動量に比例して線形分散となる。これは相対論的粒子である質量ゼロ・ディラック粒
子が固体電子系で実現されているとみなすことができ、単層グラフェンではその相対論的性質を反映した多くの特異な現象が発現する。顕著な例として、ディラック電子に特徴的な π ベリー位相に由来してホール伝導度が e2/h の半整数倍に量子化する（スピン・バレーの自由度は除く）という半整数量子ホール効果が直流応答で観測された。さらに、この現象はテラヘルツ（光学）領域においても半整数量子フ
ァラデー回転として現れ、単層グラフェンを透過したことによる偏光面の回転角（ファラデー回転角）
が磁場に依らずディラック電子に特徴的な値で一定となる [1]。また、単層グラフェンではその非線形応答も特異な振る舞いを示すと期待されており、磁場下単層グラフェンに強い静電場を印加するとランダ
ウ準位が崩壊することが理論的に予言されている[2]。
そこで我々はこのランダウ準位崩壊現象が強いテラヘルツ電場に対しても生じるかを検証するため、テラヘルツ時間領域分光法と呼ばれる電場の時間波形が測定可能な手法と、ワイヤーグリッド偏光子を用いた偏光測定法を組み合わせることにより、単層エピタキシャルグラフェンにおけるテラヘルツファ
ラデー回転を測定した。図１は B = 1 T での各テラヘ10

円率（ηF）スペクトルである。ETHz ~ 1 kV/cm では線
形領域であると考えられ、古典モデルであるドルーデ
モデルでよく再現される。フィッティングにより、サF (mrad)

ルツ電場尖頭値に対するファラデー回転角（θF）・楕

イクロトロン周波数は~10 meV (2.5 THz)と求まる。

-10
-20

ネルギーが大きくなったと考えるとドルーデモデル
kV/cm においてはサイクロトロン共鳴構造が観測されず、また高周波数側で θF ~ 0 mrad、ηF ~ 0 となりあ
たかも磁場が消失したように見え、現象論的にもドル

1 kV/cm-30
10

ETHz ~ 6 kV/cm では電場により緩和定数とフェルミエ

6 kV/cm

25 kV/cm

0F

により再現できる（図１青実線）。一方、ETHz ~ 25

B=1T

0

-10
-3

-20x10

5

10 15

5

10 15

5

10 15

ーデモデルでは再現できない応答を観測した。

Energy (meV)[1] R. Shimano, G. Yumoto, J. Y. Yoo, R. Matsunaga,

図１：B = 1 T におけるファラデー回転角・楕円率スペクトルの電場強度依存性。実線(1 kV/cm、6 kV/cm)はドルーデモデルによるフィッティング。

S. Tanabe, H. Hibino, T. Morimoto, and H. Aoki,
Nature Communications 4, 1841 (2013).
[2] V. Lukose et al., PRL 98, 116802 (2007).

28

P-08

Electric field control of magnetism in Pd/Co/Pt structure
1, 工学系研究科 物理工学専攻 千葉研究室
2, 電力中央研究所
11
大日方 絢 , 早川 大智 , 日比野 有岐 1, 小山 知弘 1, 三輪 一元 2,小野 新平 2, 千葉 大地 1

We achieved to control magnetism in Pd, which is normally a paramagnetic metal, by changing the electron densityof the surface of it through applying gate electric field.
Recently, electric field control of magnetism in ultra-thin ferromagnetic metals has attracted attention in the
research field of spintronics [1, 2]. Electrical modulation of electron density at the surface of them plays a main role
for achieving it. On the other hand, it is known that the magnetic moment is induced in a layer made of normally anon-magnetic element by contacting it with that of a ferromagnetic transition metal element [3](the ferromagnetic
proximity effect). We aimed to control this proximity-induced magnetic moment in Pd by applying gate electric field.
For the observation of the change in the magnetic moment under gating, we deposited MgO/Pd(1.7nm)/Co(tCo)/Pt(4.1)/Ta from the surface side on an intrinsic Si substrate by rf sputtering. From the separate
measurement (Pd thickness dependence of the magnetic moment), the proximity-induced moment was confirmed toreach even to the outermost surface for the present Pd thickness (not shown). We fabricated an electric double layer
capacitor structure [2] with an ionic liquid as a gate insulator. A gate voltage VG was applied between the bottom Pd
and the top nonmagnetic Au electrode through the ionicliquid. Figure shows the temperature T dependence ofthe perpendicular component of the magnetic moment,m, under the application of VG = 0 V, +2.0 V, -2.0 V for
sample with tCo = 0.10, 0.19 nm (positive VG
corresponds to the increase of the electron density in the
Pd layer). Due to the screening effect, the electron
density was expected to be changed only at theoutermost atomic layer of the Pd layer. The reproducible
result was obtained in similar samples with different tCo.
This work was supported by Grant-in-aid for
Scientific Research (S) from JSPS, the PRESTO

Fig. 1: T dependence of m under the application

program from JST and the Cryogenic Research Center,of VG of 0 V, +2.0 V, and -2.0 V

the University of Tokyo.

[1]D. Chiba et al., Nature Mater. 10, 853 (2011).
[2]K. Shimamura et al., Appl. Phys. Lett. 100, 122402 (2012).
[3]F. J. A. den Broeder et al., J. Appl. Phys. 61, 4317 (1987).

29

P-09
ペロブスカイト型酸窒化物 SrNbO3−xNx の巨大正磁気抵抗
Giant positive magnetoresistance in perovskite oxynitride SrNbO3−xNx
東京大学大学院理学系研究科 化学専攻
岡 大地、廣瀬 靖、長谷川

固体化学研究室哲也【序】ペロブスカイト型酸化物 ABO3 は代表的な酸化物電子材料であり、金属イオンの組成を制御することで多彩な機能が開発されてきた。近年、酸素の一部を窒素で置換したペロブスカイト型酸窒化物 ABO3−xNx（図 1）の合成が可能になり、新奇電子材料として注目を集めている。
酸化物への窒素添加はホールドーピングの手法として活用されてきたが、窒素は伝導パスとして働く-O-B-O-ネットワーク中に導入されるため、電気物性への構造的な影響も予想される。しかし、酸窒化物は高密度試料の合成

図 1. ペロブスが難しいため正確な電気測定ができず、この構造的効果は理解が進んでいない。この

カイト型酸窒

課題の解決策として、
我々は窒素プラズマ援助パルスレーザー堆積法による高品質な

化物 ABO2N のエピタキシャル薄膜の合成に取り組んできた[1,2]。本研究では B サイト金属として単位構造。

柔軟な価電子数を持つ Nb に着目し、一連の SrNbO3−xNx （0 ≤ x ≤ 1）薄 (a)膜を合成し、窒素導入が電気輸送特性に与える影響を詳細に調べた。
【SrNbO3−xNx 薄膜の合成】真空チャンバ内で Sr2Nb2O7 焼結体を KrF エキ
シマレーザーによりアブレーションし、電子サイクロトロン共鳴（ECR）
装置により活性化した窒素と KTaO3 単結晶の(100)面上で反応させた。基
板温度は 630 °C とし、合成時の ECR 投入電力により窒素含有量 x を制 (b)御した。X 線回折測定により、いずれの薄膜も基板上にエピタキシャル
成長したペロブスカイト型の結晶であることを確認した。
【電気輸送特性評価】エンドメンバーである SrNbO3 は 10−6–10−5 Ωcm 台の低い抵抗率 ρ と金属的な温度依存性（dρ/dT > 0）を示した。窒素を導入すると抵抗率が徐々に上昇するとともに半導体的な振る舞い（dρ/dT <

図 2. SrNbO3−xNx 薄膜の(a)0）へと変化していき、SrNbO2N（x = 1.02）は 0 K に向けて抵抗率が発抵抗率の温度依存性および散する絶縁体的挙動を示した（図 2a）。これは O2−サイトに導入された(b)10 K における磁気抵抗。

N3−がホールドーパントとして作用し、Nb の価電子数が 1 から 0 に変化したことに起因する。さらに、低温領域では磁場印加による ρ の上昇が観察された（図 2b）。この正磁気抵抗（MR）効果は窒素含有量 xの増加に伴い増大し、SrNbO2N は 2 K、9 T において 50%の大きな値を示した。SrNbO2N の低温における抵抗率の挙動が可変領域ホッピングとして説明できることから、-O-B-O-ネットワーク中にランダムに導入された窒素がキャリア電子を極度に局在化し、磁場による波動関数収縮効果によって抵抗値が大きく増大したと考えている。酸窒化物の電気伝導において窒素置換による局在化の効果を観察した例は本研究が初めてであり、今後の酸窒化物の電気伝導研究の指標となると期待される。

[1] D. Oka et al., Cryst. Growth Des. 14, 87 (2013). [2] D. Oka et al., Sci. Rep. 4, 4987 (2014).

30

P-10

Spin-State Switching in Nanosized Cyanido-Bridged{M9[M’(CN)8]6} (M = Co, Fe; M’= Re, W) Clusters

Ohkoshi Laboratory, Department of Chemistry, School of Science
Szymon Chorazy, Robert Podgajny, Koji Nakabayashi, Barbara Sieklucka, Shin-ichi Ohkoshi
Thermal phase transitions related to the spin-state switching of metal centers can be realized by a spin crossover(SCO) phenomenon, or a charge transfer induced spin transition (CTIST) found in some bimetallic mixed-valencematerials. Both SCO and CTIST effects can be induced by changes in temperature, or light irradiation, inheterometallic cyanido-bridged coordination systems. In this context, we present a series of cyanido-bridged{M9[M’(CN)8]6} (M = Co, Fe; M’ = Re, W) molecules
revealing thermally induced CTIST and SCO (Figure 1).[1-3]{FeII9[ReV(CN)8]6} cluster shows the spin crossover phasetransition at T1/2 = 195 K which occurs selectively for a single
FeII embedded in the center of a cluster core.[1] The analogous{Fe9[W(CN)8]6} reveals the thermal phase transition at Tc =211 K connected with a charge transfer between Fe and W
ions. The HSFeII – WV isomer dominates at high temperatures,and the HSFeIII – WIV redox pair is observed below phasetransition, which results in the unprecedented reversed
thermal hysteresis loop in magnetic measurements.[2] The
addition of CoII into this topology gives the unprecedented
trimetallic {Fe6Co3[W(CN)8]6} cluster which combines thethermally induced FeII/III – WIV/V charge transfer with the
charge transfer induced spin transition (CTIST) phenomenon
between HSCoII – WV and LSCoIII – WIV electronic isomers
dominated at high and low temperatures, respectively.[3] The
whole series of mixed trimetallic {FexCo9-x[W(CN)8]6} (x =1 – 8) clusters show the strong dependence of the transition

Figure 1. The structure of {MII9[M’V(CN)8]6} (M = Co, Fe

temperature and the size of related thermal hysteresis loop on- blue balls; M’ = Re, W - red balls) cluster, and magnetic

the ratio between two different 3d metal ions.

characteristics for mixed {FexCo9-xW6} series.

[1] S. Chorazy, R. Podgajny, K. Nakabayashi, J. Stanek, M. Rams, B. Sieklucka and S. Ohkoshi, Angew. Chem. Int.
Ed. doi: 10.1002/anie.201500288 (2015). [2] S. Chorazy, R. Podgajny, W. Nogas, W. Nitek, M. Kozieł, M. Rams, E.
Juszyńska-Gałązka, J. Żukrowski, C. Kapusta, K. Nakabayashi, T. Fujimoto, S. Ohkoshi and B. Sieklucka, Chem.
Commun. 50 3484 (2014). [3] R. Podgajny, S. Chorazy, W. Nitek, M. Rams, A. M. Majcher, B. Marszałek, J.
Żukrowski, C. Kapusta and B. Sieklucka, Angew. Chem. Int. Ed. 52 896 (2013).

31

P-11
GaMnAs を用いた縦型スピン MOSFET の作製、及びそのスピン依存伝導特性の評価
工学系研究科 電気系工学専攻 田中・大矢研究室
金木俊樹、浅原弘勝、大矢忍、田中雅明

強磁性体をソース・ドレイン電極とする MOS 電界効果トランジスタ(スピン MOSFET[1])は微細化によらない MOSFET の性能向上手法として精力的に研究されている。現在まで, 面と平行に電流が流れる平面型構
造の MOSFET のソースとドレインに MnAs[2]や Fe/MgO[3]を用いたスピン MOSFET の動作が報告されている。しかし, 磁気抵抗比は非常に低く, より大きな磁気抵抗比を有したスピン MOSFET が求められている。
そこで我々は, Figure 1 に示すように膜面に垂直に電流が流れる縦型スピン MOSFET 構造を作製した。ソース, 及びドレインの強磁性材料として強磁性半導体 GaMnAs を採用した。GaMnAs は GaAs と良好なヘテロ接合を形成しかつ磁気抵抗効果を示すことが報告されており[4], 側面から GaAs にゲート電界を印加することによってスピン MOSFET として動作することが期待される。
低温分子線エピタキシー法により, Ga0.93Mn0.07As (20 nm) / GaAs (9 nm) /Ga0.95Mn0.05As (20 nm) /GaAs:Be (50 nm) /p+GaAs (001)からなる磁気トンネル接合を成長した。フォトリソグラフィーとウェットエ
ッチングにより直径 200 µm の円柱形に加工し, 原子層堆積法により 150℃で AlOx を 27 nm 成膜した。コン
タクトホールを形成した後, 金電極を蒸着した。作製したデバイスの模式図を Figure 1 に示す。磁気トンネル
接合上部電極、下部電極、円柱側面をそれぞれドレイン、ソース、ゲートと定義し、ソースを接地した。3.5 Kにおいて、上部磁性層及び下部磁性層の磁化が平行及び反平行の状態で、ゲート電圧 VGS を印加しながらソース・ドレイン電流 IDS のソース・ドレイン電圧 VDS 依存性を測定した。Figure 2 に VGS = 0 V における
IDS－VDS 特性を示す。トンネル伝導を示唆する非線形な電流電圧特性が観測された。Figure 3 に VDS = －0.1
V 付近における IDS－VDS 特性の磁化状態及び VGS 依存性を示す。IDS－VDS 特性を磁化状態及び VGS によって制御することに成功した。

謝辞：貴重なアドバイスと絶縁膜形成にご協力いただいた千葉大地先生、小山知弘先生（東大物工）、
高木信一先生、竹中充先生（東大電気系）に感謝いたします。本研究は、科学研究費(No. 23000010, No.
26249039)、先端融合 COE、MERIT の援助を受けた。

Figure 1(a) Schematic illustration of the device structure. The actual device has a cylindrical shape. (b)The source-drain current IDS as a function of VDS at VG = 0. (c) The source-drain voltage (-VDS) dependenceof -IDS with different magnetization configuration and VGS around the -VDS of 0.1 V. All the data wereobtained at 3.5 K.
文献：[1] S. Sugahara and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 84, 2347 (2004). [2] R. Nakane et al., Jpn. J. Appl. Phys. 49, 113001 (2010).
[3] T. Sasaki et al., Phys. Rev. Applied 2, 034005 (2014). [4] D. Chiba et al., Physica E 21, 966 (2004).

32

P-12

GaAs劈開表面上に形成したFe超薄膜
Fe ultrathin films on a cleaved GaAs surface
理学系研究科・物理学専攻・岡本研究室
北垣 育大、枡富 龍一、岡本 徹

電子局在と強磁性の関連を調べるため、低温真空中で劈開したGaAs表面に急冷蒸着させる手法[1]により形成した2種類の膜厚（2 MLと6 ML）のFe超薄膜に対し電気伝導測定を行った。
いずれの膜厚においても異常Hall効果が観測され、2 MLにおいても強磁性を示すことがわかった。
Hall角は、Feの膜に対するどの先行研究[2]よりも大
きな値となった。2 ML膜では6 ML膜に比べて弱い
磁場で抵抗が飽和したが（図１）、これは6 MLが反磁場に由来する面内異方性をもつのに対して、2ML膜がそれを上回る面直方向の磁気異方性をも

図１．Fe 膜の異常 Hall 効果。

つと考えると説明できる。また2 ML膜ではHall抵抗にヒステリシスが観測された。
2 ML膜では負の、6 ML膜では正の磁気抵抗効果が観測された。これは我々のものよりも平坦性が悪い基板を用いた先行研究[3]と完全に矛盾する結果である。なお、磁気抵抗効果は面内磁場に対しても観測された。
縦抵抗および異常Hall抵抗は温度の対数に比例して変化するが（図２）、ln Tの係数は過去の研究[4]に比べて大きい。

図２．縦抵抗と異常 Hall 抵抗の ln T 依存性。

[1] T. Sekihara, R. Masutomi, and T. Okamoto, Physical Review Letters 111, 057005 (2013).
[2] S. Sangiao et al., Physical Review B 79, 014431 (2009).
[3] N. Kurzweil, E. Kogan, A. Frydman, Physical Review Letters 102, 096603 (2009).
[4] P. Mitra et al., Physical Review Letters 99, 046804 (2007).

33

P-13

ノンシンモルフィック導電体 IrO2 におけるキャリアタイプの磁場スイッチング
Field-Direction Switching of A Type of Charge Carriersin Non-symmorphic IrO2
工学系研究科 物理工学専攻 川﨑研究室 1,
理化学研究所 創発物性科学研究センター 2
打田 正輝 1, 佐野 航 2, 高橋 圭 2, 是常 隆 2, 小塚 裕介 1, 有田 亮太郎 2,
十倉 好紀 1, 川﨑 雅司 1,2Band structure and its filling are fundamental factors determining electronic features in materials. The energy
band is directly affected by some interactions such as electron correlation or spin-orbit coupling, which can giverise to distinct electronic phases depending on the band filling. Here we consider the electronic structures from astandpoint of the space group, especially unique dispersions and derived functions of non-symmorphic materials,
which possess symmetry operations of screw rotation or glide mirror. The non-symmorphic crystals have beentheoretically reexamined in recent years for possible non-trivial phases relevant to the non-symmorphic crystalline
symmetry [1,2]. The non-symmorphic symmetry operations stick bands together and provide accessional
degeneracies at high symmetry points, resulting in highly anisotropic folded Fermi surfaces near the Brillouin zone
boundary. Therefore, a dominant type of charge carriers (electron or hole) is expected to be strongly dependent on
the crystal orientation or capable of being switched by external stimuli.
Here we prepare non-symmorphic IrO2 single-crystalline films with various growth orientations by molecularbeam epitaxy method, and systematically quantify their Hall effect for the corresponding field directions. The
results clearly demonstrate that the carrier type can be intrinsically switched by controlling the field direction, as
also evidenced by first-principles calculations showing nontrivial momentum dependence of the group velocity andmass tensor on the folded Fermi surfaces and its anisotropic nature for the field direction.

Fig. (a) Field-direction dependent Hall resistivity and (b),(c) calculated  contribution on two Fermi surfaces.

[1] S. A. Parameswaran, A. M. Turner, D. P. Arovas, and A. Vishwanath, Nat. Phys. 9, 299 (2013).
[2] C.-X. Liu, R.-X. Zhang, and B. K. VanLeeuwen, Phys. Rev. B 90, 085304 (2014).

34

ガンマ型五酸化三チタンとデルタ型五酸化三チタンの相転移に関する研究
Phase transitions of γ-Ti3O5 and δ-Ti3O5

P-14

理学系研究科化学専攻大越研究室
奈須義総、田中研二、宮本靖人、尾崎仁亮、田中宗、永田利明、箱江史吉、吉清まりえ、中川幸祐、梅田喜一、井元健太、所裕子、生井飛鳥、大越慎一【緒言】チタン 3 価(Ti3+, 3d1, S=1/2)を含む酸化チタンは、その d 電子により黒色を示し、金属-半導体転移などの相転移を示す物質が多い。γ-Ti3O5 は低温で δ-Ti3O5 に相転移するが、δ 相の原子座標、電気伝導度、光学特性など、その物性はほとんど知られていなかった。本研究では、γ-Ti3O5 および δ-Ti3O5 について、原子座標、電気伝導度、光学特性を明らかにし、第一原理計算を用いてその相転移について議論したので報告する 1。
【実験および結果】合成は、二酸化チタン(TiO2)を水素気流中で還元焼成することにより行った。粉末 X
線回折から得られた試料は室温において単斜晶系 I2/c の γ-Ti3O5 であることがわかった。温度を下げていくと、240 K 以下で 51.6°、52.2°などに新しいピークが現れ、構造相転移したことがわかった。150 K の
XRD パターンをリートベルト解析した結果、単斜晶系 P2/aの、より低い対称性をもつ δ-Ti3O5 に相転移することがわか

Ti1aり、また、原子座標の決定に成功した(図 1)。電気伝導度の温度依存性は四端子法を用いて行った(図 2)。γ-Ti3O5 (320 K)

Ti2

では 4.7 S cm–1 と比較的高い伝導度を示したが、温度を下げTi1bていくと 240 K 付近で急激な伝導度の減少が観測された。δTi3O5 (70 K)では 2.5×10-5 S cm–1 と低い電気伝導度を示し、δTi3O5 が半導体相であることを示唆した。赤外分光(IR)測定

aの結果、γ-Ti3O5（300K）は赤外領域において平らな高い吸bOc収を示した。温度を下げて IR 測定を行うと、δ-Ti3O5（150

図１. δ-Ti3O5 の結晶構造.

K）では 0.4 eV 以下の低エネルギー領域での吸収が減り、バγ-Ti3O5 はパウリ常磁性であり、δ-Ti3O5 は非磁性であることが示唆された。これら電気伝導度測定、IR 測定、磁化率測
定は、低温センターから供給して頂いた寒剤を用いて実験を行った。第一原理計算からは、γ-Ti3O5 でフェルミエネル
ギーにおいて閉じていた状態密度が、δ-Ti3O5 では上部ハバードバンドと下部ハバードバンドに分裂することが分かっ-1

超伝導干渉素子計を用いた磁化率の温度依存性測定からは、

5Conductivity/ S cm

ンドギャップが 0.07 eV の半導体であることが示唆された。

4

3
2
1

0
0

50 100 150 200 250 300 350

た。γ-Ti3O5 から δ-Ti3O5 に相転移することに伴い、電荷密度

Temperature/ K

図から伝導パスが途切れることが示唆され、この相転移が

図 2. 電気伝導度の温度依存性.

モット・ハバード型金属-半導体相転移であることが示唆された。
[1] K. Tanaka, T. Nasu, Y. Miyamoto, N. Ozaki, S. Tanaka, T. Nagata, F. Hakoe, M. Yoshikiyo, K. Nakagawa,Y. Umeta, K. Imoto, H. Tokoro, A. Namai, S. Ohkoshi, Cryst. Growth Des., 15, 2, 653, (2015).

35

P-15
Magneto-optical and magneto-transport characteristicsof heavily Fe-doped ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb
1

Department of Electrical Engineering & Information Systems, The University of Tokyo.
2
Department of Physical Electronics, Tokyo Institute of Technology.
○Nguyen Thanh Tu,1 Pham Nam Hai,1,2 Le Duc Anh,1 and Masaaki Tanaka1

For more than two decades, most of the studies on III-V based ferromagnetic semiconductors (FMSs) havebeen concentrated on Mn-doped FMSs, such as (In,Mn)As and (Ga,Mn)As. However, the maximum Curie
temperature TC of (Ga,Mn)As (200 K) and (In,Mn)As (90 K) are still much lower than room temperature despite theirhigh hole densities (1020-1021 cm-3) [1,2]. Furthermore, there has been a dispute on the band structure and the originof ferromagnetism. Recently, we have successfully grown a new p-type Fe-doped FMS (Ga1-x,Fex)Sb (x = 3.9 –
13.7%) thin films by low-temperature molecular beam epitaxy (LT-MBE). (Ga1-x,Fex)Sb (x = 3.9 – 13.7%) is an
intrinsic FMS and has zinc-blende-type crystal structure with spin split band structure. In particular, TC (140 K) of(Ga1-x,Fex)Sb at x = 13.7% is the highest in narrow gap III-V FMSs, indicating that (Ga,Fe)Sb is promising forhigh-TC FMS [3]. In this paper, we present the magneto-optical and magneto-transport properties of heavily
Fe-doped (Ga1-x,Fex)Sb with x = 17% and 20% grown by LT-MBE. Figure 1(a) shows the MCD spectra of our(Ga,Fe)Sb samples at 5 K with a magnetic field of 1 T applied perpendicular to the film plane. For a reference, we
also show the MCD spectrum of an undoped GaSb, in which the MCD intensity is very small. In contrast, the MCD
spectra of (Ga,Fe)Sb show strongly enhanced peaks at E1 (2.19 eV) and E1 + 1 (2.63 eV), corresponding to theoptical critical point energies of the GaSb band structure [4,5]. Furthermore, we see no broad background which
would be observed if metallic Fe nanoclusters existed. This result indicates that heavily Fe-doped (Ga1-x,Fex)Sb (x =17% and 20%) still maintains the zinc-blende crystal structure with large spin-split band structure due to the s,p-dexchange interaction. Figures 1(b) and 1(c) show the MCD-H characteristic and anomalous Hall effect (AHE),
respectively, of the sample with x = 20% at various temperatures. Clear hysteresis was observed at low temperature,demonstrating the presence of ferromagnetic order. The hysteresis disappears at 300 K, indicating that the sample
does not contain superparamagnetic Fe nanoclusters. Furthermore, the obtained TC (230 K) of Ga,Fe)Sb (x = 20%)is the highest value reported in III-V FMSs so far. Our results open up a new possibility for room temperature
FMS.
This work was supported by Grant-in-Aids for Scientific Research including the Specially Promoted Researchand the Project for Developing Innovation Systems of MEXT.P.N.H. acknowledges the support from the Murata
Science Foundation, and L.D.A. acknowledges the JSPS Fellowship for Young Scientists and a Grant-in-Aid for
Scientific Research No. 257388.

Fig. 1.(a) Reflection MCD spectra measured at 5 K under a magnetic field of 1 Tesla applied perpendicular to thefilm plane for samples with x = 17% and 20%. MCD spectrum of a reference undoped GaSb sample is also shown.
(b) MCD-H characteristics and (c) Hall resistance of the (Ga1-x,Fex)Sb sample with x = 20% at various temperatures.
References[1] L. Chen, X. Yang, F. Yang, J. Zhao, J. Misuraca, P. Xiong, and S. von Molnar, Nano Lett. 11, 2584 (2011).
[2] T. Schallenberg and H. Munekata, Appl. Phys. Lett. 89, 042507 (2006).
[3] N. T. Tu, P. N. Hai, L. D. Anh and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 105, 132402 (2014).
[4] R. R. L. Zucca, Y. R. Shen, Phys. Rev. B. 1, 2668 (1970).
[5] D. E. Aspnes, C. G. Olson and D. W. Lynch, Phys. Rev. B. 14, 4450 (1976).

36

P-16

高周波電磁波吸収特性を示すインジウム置換型
イプシロン酸化鉄
High-frequency electromagnetic wave absorption
properties of indium-substituted epsilon iron oxide
理学系研究科、化学専攻、大越研究室
吉清まりえ、生井飛鳥、大越慎一

イプシロン型酸化鉄(ε-Fe2O3)は自然界では見られない希少(a)

な酸化鉄の多形であり、その物性は知られていなかったが、B

2004 年に当研究室で単相合成に初めて成功し、この物質が室A

温において 20 kOeという巨大な保磁力を示すことを見出した[1]。また、ε-Fe2O3 は 182 GHzという高周波の電磁波を吸収Cし、その磁気特性や電磁波吸収特性はε-Fe2O3 のFeイオンを
他の金属イオンで置換することにより、幅広く制御できるこDとを報告している[2]。本発表では、インジウム置換型ε-Fe2O3(ε-InxFe2−xO3)について磁気特性及び電磁波吸収特性における(b)

金属置換効果を調べたので報告する[3]。
ε-InxFe2−xO3 の合成には、
逆ミセル法とゾルゲル法とを組み合わせた手法を用い、FeとIn原料の割合を変えることにより
x = 0, 0.04, 0.09, 0.13, 0.18 の五種類の試料を得た。結晶構造は

30 nm

いずれも斜方晶系の結晶構造であり、四種類あるFeサイトの
うち、Inイオンは特にBサイトを選択的に置換する傾向が見ら(c)

れた(図 1a)。また、透過型電子顕微鏡(TEM)像から、得られたx=01b)。磁化測定の結果、In置換に伴い保磁力は 21.9 kOe (x = 0)から 5.9 kOe (x = 0.18)まで減少し、また、テラヘルツ時間領域
分光法により測定した電磁波吸収特性では、吸収周波数が 182
GHz (x = 0)から 110 GHz (x = 0.18)まで減少した(図 1c)。このAbsorption / a.u.

試料はいずれも球形のナノ微粒子であることがわかった(図x = 0.04

x = 0.09

x = 0.13

ような振る舞いは、ε-Fe2O3 の磁気異方性を担っているとされるBサイトのFeイオンを、非磁性のInイオンで置換したことによ

x = 0.18

り磁気異方性が低下したことに起因していると考えられる[4]。

100 120 140 160 180 200
Frequency / GHz[1] J. Jin, S. Ohkoshi, K. Hashimoto, Adv. Mater., 16, 48 (2004).
[2] S. Ohkoshi and H. Tokoro, Bull. Chem. Soc. Jpn., 86, 897 (2013).
[3] M. Yoshikiyo, A. Namai, M. Nakajima, K. Yamaguchi, T. Suemoto,

図 1. (a) ε-Fe2O3 の 結 晶 構 造 。 (b) εIn0.18Fe1.82O3 の TEM 像。(c) ε-InxFe2−xO3の電磁波吸収スペクトル。[3]and S. Ohkoshi, J. Appl. Phys., 115, 172613 (2014).
[4] M. Yoshikiyo, A. Namai, K. Yamada, and S. Ohkoshi, J. Phys. Chem. C, 116, 8688 (2012).

37

P-17 リンパ節探索用磁気プローブの開発及び磁性流体蓄積量の測定
東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻関野研究室
大久保哲 塩澤幹雄 井上雄介 キムドンミン
大崎博之 益子裕介 日下部守昭 関野正樹

乳がんの治療では、転移の有無を判定するために、リンパ節を探索して組織学的に検査する必要がある。従来の探索法では放射性同位体が用いられるため、法規制などにより使用できる病院が制限されている。このような問題を解決するために我々は、リンパ系に磁性流体を投与し、リンパ節に蓄積した磁性流体を検知することでリンパ節の位置を特定するためのプローブを開発している。これまでに、数値解析と実験によって最適な設計を行い、その結果に基づいて機器を開発し、臨床評価も進めている[1]。
開発したリンパ節探索用磁気プローブを図 1 に示す。磁気プローブの先端は非磁性のシャフトの先端に小型磁気センサを取り付けており、その周りに円筒形の永久磁石を取り付けている。小型磁気センサは、中心軸上の磁束密度がゼロになる点に置いた。磁性流体を検出する原理は、まず磁気プローブに磁性流体が近づくと永久磁石により磁性流体が磁化される。磁性流体が磁化されると、小型磁気センサの周りの磁束密度が変化する。これを磁気センサで検出することによって、磁性流体を検知可能としている。
臨床評価では磁性流体注入部とリンパ節上で、センサ出力の変化が観測され、磁気プローブによる磁性流体の検出に成功した。さらに、低温センターの SQUID 磁化測定装置を利用して、摘出したリンパ節と磁性流体 5 μL、10 μL の三つの試料に対して磁化率測定を行った。その結果を図 2 に示す。測定したリンパ節試料は全体積の半分であるため、リンパ節内に蓄積した磁性流体量は約 8μL 相当であることが分かった。

図１．リンパ節探索用磁気プローブ

図２．摘出したリンパ節の磁化特性[1] 大久保哲, 井上雄介, キムドンミン, 大崎博之, 益子裕介, 日下部守昭, 関野正樹：「がん転移に関与するリンパ節を特定するための磁気プローブの開発」, 電気学会マグネティックス医用・生体工学合同研究会資料,
MAG-12-125, MBE-12-94 (2012)

38

P-18

アルツハイマー病の機構解明を指向したアミロイドβ三量体の化学合成
Chemical Synthesis of Amyloid β Trimer toward Mechanism
Investigation of Alzheimer Disease1

薬学系研究科・薬科学専攻・有機合成化学教室，2JST-ERATO
篠田

清道 1，相馬洋平 1,2，金井

求 1,2【背景】アミロイドは，様々な疾患に関与する凝集性タンパク質である。その一種であるアミロイド β(Aβ)は，アルツハイマー病に関与するとされる 40 残基程度のペプチドである。種々の凝集体の中で特にオリゴマーの神経毒性が強いとされているため，真に有効な創薬標的はオリゴマーであると考えられている。しかし Aβ の高い凝集性ゆえ，生化学的手法では凝集混合物から所望のオリゴマーを化学的に純粋な形（二量体のみ，三量体のみ，など）で単離することはできない。もし化学的に純粋なオリゴマーが得られれば，よりクリアな性質解析が可能になる。そこで我々は，所望の Aβ オリゴマーを有機化学的に合成し，化学的に純
粋な形で単離した上で，その性質解析を行うことを計画した。
【設計】アミロイドオリゴマーは一般に，β-バレル構造を共通構造として有すると考えられている[1]。β-バレル構造内の各ペプチド鎖が仮想的な環状骨格との共有結合により連結できることに着目し(Figure 1b)，我々は，環状ペプチド骨格に Aβ
部分配列 Aβ25-35 を結合させた化学連結型 Aβ25-35 三量体 1 を設計した(Figure 1a)。
【結果・考察】ペプチド固相合成と引き続くヒュスゲン環化
反応により，1 の高水溶性前駆体 2 を合成した。2 は生理的条件に付すことで定量的に 1 へと変換された(Scheme 1)。本系を用いて 1 の性質評価を行ったところ，1 は対応する単量体 Aβ25-35 と比べて高い凝集性および細胞毒性を示した。この結果は，1 が凝集中間体たるネイティブの Aβ オ

Figure 1. (a) 化学連結型 Aβ25-35 三量体の構造。(b) αB クリスタリン部分配列
六量体の結晶構造およびこれを 90° 回
転させたもの。ペプチド鎖を結合させうる仮想的な環状骨格を円で示した。

Scheme 1.

リゴマーの性質そのものを反映していることを示唆している。すなわち我々は，1 を用いることで，化学的に純粋な Aβ25-35 三量体を起点とする凝集・毒性発現を初めて捉えることに成功したと言える。本研
究成果は，化学的に純粋な Aβ オリゴマーを基盤として Aβ の毒性本体を解明するための第一歩であると考えられる。

[1] A. Laganowsky et al., Science 2012, 335, 1228–31.

39

P-19
タンパク質三量体による G タンパク質共役型内向き整
流性カリウムチャネル活性制御機構の構造生物学的解明
Structural elucidation of the regulation mechanism of G protein-gatedinwardly rectifying potassium channel by G protein
薬学系研究科 生命物理化学教室
加納 花穂、外山 侑樹、岩橋 優太、間瀬 瑶子、横川 真梨子、大澤 匡範、嶋田 一夫
G タンパク質共役型内向き整流性カリウムチャネル (GIRK) は、四量体として機能し、膜の興奮性を抑制することで心拍数の制御などを担う。G タンパク質共役型受容体 (GPCR) のリガンド刺激により Gタンパク質ヘテロ三量体 (Gαβγ) が解離して生じた Gβγ が、GIRK の細胞内領域に結合することによりGIRK は開口する。一方、GPCR のリガンド刺激非存在下においても GIRK は基底電流を生じており、その大きさは生理的環境下では過度の膜興奮性の低下を防ぐために抑制性の制御を受けている[1]。この基底電流の抑制 (priming) は、Gαβγ が GIRK に直接結合する
ことで生じることが示唆されているが、その分子機構は不明である。そこで本研究では、NMR 法を用いて
Gαβγ と GIRK 細胞内領域の相互作用様式を明らかにし、
priming の構造機構を解明することを目的とした。
GIRK 上の Gαβγ 結合部位を明らかにするため、マウ

図１． Gα を発現させた細胞では基底電流が抑制される(priming)

ス GIRK1 細胞内領域 (残基番号 41-63,190-386; GIRKCP)
を観測対象とした Gαβγ との転移交差飽和(TCS) 実験を行った。Gαβγ 結合部位の NMR シグナルには顕著な強度減少が生じるが、20.9 %以上の強度減少を示し
た 15 残基は GIRKCP の 2 つのサブユニットにまたがって位置したことから、この部位で Gαβγ と GIRKCP が直接結合することがわかった (図２．A)。また、GIRKCPに Gαβγ を添加した際、Gαβγ の直接の結合もしくは結合に伴う構造変化により化学シフト変化する残基には、顕著なシグナル強度減少が生じる。Gαβγ を 13 当量添
加時、45.0 %以上の強度減少を示した 22 個の残基 (図２．B) は TCS 実験より同定した Gαβγ 結合部位に加えて、結合部位から離れたサブユニット界面および βH-βI
ループに存在したことから、Gαβγ 結合に伴いサブユニ
ット界面および βH-βI ループに構造変化が生じることが示唆された。特に βH-βI ループはイオン透過路開閉に関わることから、priming は、Gαβγ の結合による GIRK
サブユニット相対配置および βH-βI ループ構造の変化に起因することが示唆された。

図２．GIRKCP 分子上の(A)Gαβγ 結合残基および(B)化学シフト変化残基のマッピング[1] M. Rubinstein et al., J. Physiol. 581.1 17 (2007) [2] M. Whorton & R. MacKinnon, Cell 147 199 (2011)

40

P-20
表面弾性波を用いた量子もつれ電子対の分離
Entangled electron-pair splitting using surface acoustic wave伊藤諒

工学系研究科・物理工学専攻・樽茶研究室
高田真太郎 山本倫久 C. Bauerle A.D.Wieck 樽茶清悟

低温環境中の電子は、熱による状態の擾乱が小さいために、大きな空間スケールに渡って量子力学的な性質を保持する。二次元電子ガスを有する GaAs 半導体基板表面にゲート電極を配すると、それに電圧を印加することによって電子系を自在にデザインし、電子の量子状態を制御することが可能になる。
例えば、電子を 0 次元空間に閉じ込めた量子ドットでは、任意の整数個の電子を閉じ込めて制御することができる。量子力学的な性質が最も顕著に現れる状態の一つは、区別できない離れた量子間の非局所な量子もつれ状態である。ベルの不等式の破れによって古典力学の帰結との違いを明らかにできるこの状態の生成は、量子情報分野では必須とされている。本研究では、GaAs の圧電性を利用して、電子の伝送回路の分岐において電子スピンの非局所な量子もつれを生成した。
GaAs 基板の表面を伝わる結晶の歪みの波（表面弾性波）は、電子に対し、動く電気ポテンシャルの波として働く。一次元経路を形成するゲート電圧による横方向の閉じ込めと表面弾性波による進行方向の閉じ込めを組み合わせると、動く量子ドットに電子を閉じ込めて輸送することが可能になる。実験では、二電子のみを動く量子ドットに閉じ込め、空乏化した経路を輸送した。動く量子ドット中の電子対の基底状態は、量子もつれ状態であるスピン一重項である。図１の微細分岐構造を用いて電子対を上下の別の経路へと空間分離すれば、非局所な量子もつれ状態を生成できる。
動く量子ドットに閉じ込められて微細分岐構造まで輸送された電子対は、分岐において上下の経路へ
振り分けられる。しかし、二つの電子が同じ経路へと振り分けられる過程は、分岐後の電子間斥力によりエネルギー的に制限される。この帯電エネルギーを利用した電子対分離は、この構造のポテンシャルを変調するゲート電圧の関数として、各経路に入る電流 I（e×各ドットの電子数×周波数 f）に I=ef のプラトー構造が出現することから確認できる（図２）。

図 1 試料写真。左:櫛形電極。表面弾性波を

図２ 二電子対分離実験結果。縦軸は各経路の発生させる役割を果たす。右:試料構造。燈線:

動く量子ドット中の電子数。緑線:上側経路電子

動く量子ドットの輪郭。黄色ゲートと中央ゲ数。赤線:下側経路電子数。青線:合計電子数。図

ートを調整すると電子対を分割できる。

1 の黄色ゲートを上下反対方向に振ることにより電子を上下に分離した。上下電子数が 1 となる領域で安定な構造が出現している。

41

P-21

東京大学

テラヘルツ強電場によるバルク GaAs 中励起子のイオン化機構の研究
THz field induced exciton ionization in GaAs
理学系研究科物理学専攻、低温センター研究開発部門
海老原周、吉岡信行、関口文哉、松永隆佑、島野亮

島野研究室

原子や分子における光によるイオン化の機構は、光電場によるトンネルイオン化か、あるいは光子吸収の二つに大別され、両極限での様相は良く理解されているものの、これらの中間的領域に関しては依然として議論がなされている。半導体中に光励起された電子と正孔は、低温低密度領域においてクーロ
ン引力により互いに束縛し、励起子を形成する。励起子は水素原子と類似の束縛系であり、従って電場パルスに対する励起子の応答を調べることで、二体束縛系のイオン化機構の新たな知見を得られる。但しその束縛エネルギーは通常数 meV から数十 meV で、周波数にするとテラヘルツ(THz)帯となる。そこ
で我々は典型的な直接遷移型半導体 GaAs を対象として、強い THz 電場による励起子のイオン化機構を明らかにする実験を進めてきた。
GaAs 中励起子の束縛エネルギーは 4meV(~1THz)なので、バンド間に光励起された電子正孔系から励起子が形成されると、この周波数帯に励起子内部遷移の吸収が現れる。それゆえ、光パルス励起後に時間遅延をつけた微弱な THz 帯プローブパルスを照射し、その吸収を測定することで励起子形成のダイナ
ミクスを調べることが可能である。更に THz プローブパルスが試料に当たる直前に強い THz パルスを照射すると、励起子のイオン化が生じ、強い THz パルスを照射しない場合と比べて励起子 1s-2p 遷移の吸収が減少する。その減少の度合を調べることで、強い THz パルスによる励起子イオン化の様子を調べることが可能である。

𝐸THz

Exciton

図１に光励起から 500 ps 後に照射した THz プローブパルスによる透過率スペクトルを示す。プローブパルスの 8ps 前に THz ポンプパルスを照射し、その強度を変化させた。格子温度は 5K である。THz ポンプパルスの電場が弱い領域では 1s-2p 遷移に相当する 0.75THz にピークを持つ誘導吸収スペクトルが観測され、励起子が蓄積していることがわかる。電場振幅が強くなるとともに励起子のイオン化が進み、3.6kV/cm より
大きな電場では励起子ピークが完全に消失して励起子は全てイオン化されたことが確認された。ここから THz 電場尖頭値と励起子密度の関係を決定することが可能である。講演では、励起子密度の定量的評価とこれに基づくイオン化機構の考察、及び電子正孔系の励起子モット転移近傍における振舞いについて議論する。

図１ 光励起された GaAs の THz 帯透過率変化スペ
クトル。励起子 1s-2p 遷移に相当する 0.75THz にピーク構造が観測される。高強度 THz 電場パルスにより励起子密度が減少してゆく様子を示す。

42

P-22

カーボンナノチューブにおける熱電特性の電界制御
Electric field control of thermoelectric properties
in carbon nanotubes

工学系研究科 物理工学専攻 岩佐研究室, 理研 CEMSA, 早大先進 B, 首都大理工 C
飯塚 貴彦, 清水 直 A, 蒲 江 B, 濱畑 裕紀 B, 柳 和宏 C, 竹延 大志 B, 岩佐 義宏

カーボンナノチューブ（CNT）は、その結晶構造を反映した 1 次元的電子状態を有することが知られている[1-3]。熱電特性はフェルミ準位近傍における状態密度を反映し、特にゼーベック係数は状態密度の変化が激しい場合に増大する可能性がある。そのため、キャリアドープによりフェルミ準位を制御した場合、CNT の 1 次元的状態密度に特徴的な熱電特性や、更には状態密度の特異点近傍で熱電性能の向上などが観測できると期待される。
キャリアドーピングの手法として、電界効果トランジスタ（FET）構造を利用した電界効果ドーピン
グを用いると、ゲート電圧に対応して連続的かつ精密にキャリア密度を制御することが可能である。特にゲート絶縁層にイオン液体を用いた電気二重層トランジスタ（EDLT）では、従来の固体絶縁層を用いた FET を越える高キャリア密度を誘起できる[4]。実際に単層 CNT 薄膜において EDLT 構造を利用したキャリア制御を行った場合、1 次元的サブバンド構造を反映した電気伝導度と光学吸収スペクトルの変化が観測されている[3]。半導体型単層 CNT 薄膜において複数の状態密度ピークに対応する変化が得られているのみならず、金属型単層 CNT 薄膜においても状態密度ピークを越えた変化が得られており、同様の試料で熱電特性を測定すれば、熱電特性においても 1 次元的状態密度を反映した変化が期待される。
本研究では、半導体型・金属型単層 CNT 薄膜を用いた EDLT デバイスを作製し、そのゼーベック係
数と電気抵抗のゲート電圧依存性を測定した。この際、リーク電流の熱起電力測定への影響を低減する
ため、ゲート電圧印加後 200 K に冷却して測定を行った。その結果、抵抗測定ではゲート電圧に対応して、p 型・n 型伝導両方を示す両極性動作を観測した。また、先行研究と同様の電気伝導率のステップ状の変化という、1 次元的状態密度を反映していると考えられる変化が得られた。ゼーベック係数もまたゲート電圧に依存して大きく変化し、電気抵抗から予想される伝導キャリア変化に対応した符号変化を観測した。このゼーベック係数や見積もられたパワーファクターにおいて、電気伝導の変化と対応した、CNT の 1 次元的状態密度を反映していると思われる、特徴的なゲート電圧依存性が得られた。
当日は、これら CNT-EDLT デバイスにおける熱電特性のゲート電圧依存性を報告し、その詳細について議論したい。

[1] J. P. Small et al., Phys. Rev. Lett. 91, 256801 (2003)[2] Y. Nakai et al., Appl. Phys. Express 7, 025103 (2014)[3] H. Shimotani et al., Adv. Funct. Mater. 24, 3305 (2014)[4] H. T. Yuan et al., Adv. Funct. Mater. 19, 1046 (2009)

43

P-23
ビスマス超薄膜の磁気輸送測定
Magnetotransport Measurements of Ultrathin Bi Films on Si(111)
理学系研究科物理学専攻・長谷川修司研究室
花塚真大、相谷昌紀、平原徹、一ノ倉聖、申東潤、長谷川修司
V 族元素である Bi はバルクでは半金属として知られているが、近年の Bi 超薄膜における ARPES 測定
により、その(111)面における表面状態では半金属とは異なり大きなフェルミ面を持つことが明らかになっている[1]。この表面状態のバンドは、Bi の強いスピン軌道相互作用のために大きなスピン分裂を起こしていることが知られている（ラシュバ効果）。一方、同じく強いスピン軌道相互作用を持つ物質群として近年活発に研究が行われているのがトポロジカル絶縁体である。理想的なトポロジカル絶縁体では、金属的な表面状態と絶縁体的なバルク状態を持つが、実際の多くの試料ではバルクも電気伝導に大きく寄与しており、超薄膜においては表面状態とバルク状態が結合し、コヒーレントな単一の伝導チャネルを形成すると考えられている[2]。Bi 超薄膜においても表面とバルクが共に電気伝導に寄与していることが判明しているが[3]、両者がどのように関係しているかは不明であった。
我々は、表面とバルクという 2 つの伝導チャネルの間の関係性を明らかにするため、膜厚を変えてバルクの寄与の大きさを操作しながら、主に弱反局在に着目して電気伝導を測定した[4]。弱反局在はスピン軌道相互作用の強い系での電気伝導に特有の正の磁気抵抗を示す現象であり、位相緩和長など様々な情報を引き出せる。実験では、まず試料を 0.8 K まで冷却し、0-7 T の範囲で電気抵抗の磁場依存性を測定した。この際、表面状態を保護するため試料を作成した超高真空装置から大気に取り出さず、in situ での測定を行った。図 1 に、4-20
BL の範囲の様々な膜厚で測定し、磁気抵抗を規格化した結果を示す。
6-20 BL の膜厚で弱反局在に特徴的な低磁場での急激な磁気抵抗の増 図 1. Bi 超薄膜における磁気抵抗の
膜厚依存性
大と、磁場の二乗に比例する古典的磁気抵抗を観測した。一方、4 BL
では弱反局在を示すものの、上に凸の磁気抵抗を示した。この振る舞いは 4BL では膜の成長方位が異なり、金属的な表面状態を持たないためと考えられる[5]。ここで特に注目されるのは、6-16 BL において
古典的磁気抵抗の磁場依存性がほぼ膜厚に依存していないことである。この結果からは 6-16 BL の膜厚領域では表面状態の伝導が支配的であることが推測される。しかし、反弱局在を解析して得られた位相
緩和長の結果は、膜厚に対してほぼ線形な依存性を示し(図 2)、バルクが伝導に大きく関与していることを示唆する。これらの一見矛盾する結果は、Bi 超薄膜においてはトポロジカル絶縁体超薄膜と同様に表

図 2. 位相緩和長の膜厚依存性

面状態とバルク状態が結合し、コヒーレントな単一の伝導チャネルが形成されているためと考えられる。当日は以上の結果の詳細に加えて電気抵抗の温度依存性についても報告する。

[1] T. Hirahara et al. Phys. Rev. Lett. 97, 146803 (2006). [2] D. Kim et al. Nat. Commun. 4, 2040 (2013).
[3] T. Hirahara et al. Appl. Phys. Lett. 91, 202106 (2007). [4] M. Aitani et al. Phys. Rev. Lett. 113, 206802 (2014).
[5] T. Nagao et al. Phys. Rev. Lett. 93, 105501 (2004).

44

P-24

鉄系超伝導体における熱輸送特性の異方性
Anisotropy in the thermoelectric properties ofBa(Fe1-xCox)2As2
工学系研究科・物理工学専攻・岩佐研究室 (低温センター)
白地 貴一

鉄系超伝導体の一つである Ba(Fe1-xCox)2As2 は、Ts 以下の低温の反強磁性秩序相よりもはるかに高温 T*
から電気抵抗率に異常な異方性が報告されている[1]。その起源については再構築されたフェルミ面の異方性によるものか、Co による異方的散乱によるものか議論されているが、その詳細は明らかにされていない。本研究では電気抵抗率に加えて散乱時間に依存しない物理量であるゼーベック係数の異方性の測定を行った。
通常、非双晶化にはクランプで試料を挟んで面内方向に圧力をかける方法が用いられるが今回はピエゾ素子が低温で伸長することを利用して引っ張り圧力をかける手法を確立し、非双晶化を行った。self-flux
法で作成した Ba(Fe1-xCox)2As2 試料に一軸圧力を加えることで非双晶化したうえで a、b 軸方向それぞれに対し、電気抵抗率、ゼーベック係数を同時に測定できる測定系を開発した。電気抵抗率、ゼーベック係
数の測定結果を図に示す。電気抵抗率については既に報告されているような大きな面内異方性が T*以下の温度で見られた[1]。ゼーベック係数については抵抗率が異方性を示す温度 T*では顕著な異方性は現れず Ts 以下の温度で異方性が現れた。このことより電気抵抗率の異方性の起源は、T*以下ではドープした
Co 不純物や格子欠陥による電子の異方的な散乱、Ts 以下では再構築されたフェルミ面に異方性が現れるためであると考えられる。
x=0

x=0.05x=0.08

図：Ba(Fe1-xCox)2As2 における抵抗率および熱起電力の面内異方性異方性[1] Jiun-Haw Chu, et al.: Science, 329, 824 (2010).

45

P-25

Transport and NMR studies of the Dirac electronsin α-(BEDT-TTF)2I3
Dong Liu1, Kazuya Miyagawa1, Masafumi Tamura2, Kazushi Kanoda1
1

Department of Applied Physics, University of Tokyo
Department of Physics, Tokyo University of Science2

The organic conductor, α-(BEDT-TTF)2I3 (α-I3 in short), being probably the first material thatpossesses both charge ordering (CO) and Dirac Fermion (DF) phases right beside each other in the
P-T phase diagram [1], has been affording us an unprecedented opportunity for studying theinterplay between the strong correlation and the massless nature of the charged carriers. Compared tothe celebrated DF system, graphene, the DF phase in α-I3 is unique in that its Dirac cones are tilted[2, 3] with an averaged Fermi velocity approximately one order of magnitude smaller [1] than that ofgraphene, which indicates that the ratio of the Coulomb repulsion to the kinetic energy, namely, thestrength of interaction, is ten times larger than in graphene. NMR experiments on the DFs in α-I3
under high hydrostatic pressure also revealed the reshaping of the Dirac cones very probably due toelectron correlations [3]. In this study, we explored the change from CO to DFs of the electron
system of α-I3 by transport measurements to probe the charge degrees of freedom, and by 13C NMR
studies to probe the spin degrees of freedom, under controlled pressures. The results are summarized
as follows:(1) The low-temperature resistivity upturn near the charge neutrality point of the Dirac cone isfound to be pressure-dependent and is argued as an intrinsic behavior of DFs in the presence ofelectron correlations. It is noted that the Dirac point is properly approached in the bulky single
crystal of α-I3, while in graphene the Dirac point is obscured by the inevitable formation ofelectron/hole puddles.
(2) It is found that the charge excitation gap is suppressed in association with a decrease in CO
transition temperature on increasing pressure; however, the spin excitation gap shows no obvious
pressure dependence [4], which may suggest the existence of some unusual transport channels or
inhomogeneity.
[1] N. Tajima et al., J. Phys. Soc. Jpn., 75, 051010 (2006); N. Tajima et al., Europhys. Lett., 80,
47002 (2007).
[2] S. Katayama et al., J. Phys. Soc. Jpn., 75, 054705 (2006).
[3] M. Hirata, Doctor’s thesis, Dept. Appl. Phys. Univ. Tokyo (2012).
[4] K. Ishikawa, Master’s thesis, Dept. Appl. Phys. Univ. Tokyo (2012).

46

P-26

YBa2Cu3O7 薄膜におけるテラヘルツ非線形応答
Terahertz nonlinear response in YBa2Cu3O7 films
理学系研究科・物理学専攻、低温センター研究開発部門 島野研究室
濱田 裕紀, 富田 圭祐, 松永 隆祐, 島野 亮

超伝導体は、U(1)対称性の破れによる2次相転移を起こし、その基底状態は巨視的な波動関数で表されるようになり、これが相転移の秩序変数となる。最近、高強度テラヘルツ電場に対する s 波超伝導体の応答を調べることで、この秩序変数の振幅成分の振動モード（ヒッグスモ ード）が観測され[1]、さらに電場の2乗成分にヒッグスモードが共鳴して巨大な非線形応答が生じることが報告されている[2]。この集団励起モードが、d 波超伝導体のような、波数空間において秩序変数が異方性を持つような超伝導体において、どのように現れるかはとても興味深い問題である。理論的には、d 波超伝導体において多軌道性を反映して複数のヒッグスモー
ドが現れることも示唆されているが[3]、ギャップにノードがあるためにヒッグスモードより低エネルギーにある１粒子励起への速い緩和が生じるとも考えられ、その振る舞いは明らかにされていない。本研究では、d 波超伝導体である銅酸化物高温超伝導体YBa2Cu3O7薄膜を対象にして、ヒッグスモードに起因して起こると予想される非線形応答を調べることを目的に実験を行った。
試料として LaAlO3 基板上の厚さ 100 nm の YBa2Cu3O7 試料（最適ドープ:Tc= 90 K）を用いた。
パルス面傾斜法を用いて LiNbO3 の光整流により発生させた高強度テラヘルツ波（尖頭値約300 kV/cm）を照射し、それによって生じた非線形応答のダイナミクスを、800 nm の光パルスの反射率変化(ΔR/R)によりプローブした。Tc 以下において、テラヘルツ電場の２乗の波形を反映したコヒーレントな応答が負の信号(ΔR/R<0)に現れることがわかった。一方で、室温でも数十 psの寿命を持つ(ΔR/R>0)の信号が観測されるが、Tc より少し上の温度から、寿命の増大とともに急激に信号強度が増強し、Tc 直上で最大になる様子が観測された。講演では、これら二つの応答の詳細と d 波超伝導体におけるヒッグスモードとの関係について議論する。

[1] R. Matsunaga et al, Phys. Rev. Lett. 111, 057002 (2013).
[2] R. Matsunaga et al, Science 345, 1145 (2014).
[3] Y. Barlas et al, Phys. Rev. B 87, 054503 (2013).

47

P-27

層状シアノ架橋型金属集積体におけるメタ磁性的挙動

理学系研究科化学専攻大越研究室
中林耕二・Szymon Chorazy・高橋大祐・木下敬皓・大越慎一

シアノ架橋型金属集積体は、外部刺激に応答する磁性体や電気物性を合わせ持つ磁性体などの機能性磁性体として注目されている[1]。シアノ架橋型金属集積体は、シアノ金属錯体と遷移金属イオンを水または有機溶媒中で混合することによって粉末または結晶として得られる。この合成手法を基に、金属イオン比を変えたり、有機
配位子を加えたりすることにより、0 次元～3 次元の多様な構造体が合成されている。本発表では、従来と異なる非プロトン性溶媒を用いた合成手法により得られた層状シアノ架橋型金属集積体 Cs4CoII[MoV(CN)8]Cl3 (CsCoMo) および Cs4CoII[WV(CN)8]Cl3(CsCoW)の結晶構造、磁気特性について報告する[2]。
CsCoMo および CsCoW は、CsCl を含んだ CoCl2 のアセトン溶
液に Cs3[MV(CN)8] (M = Mo or W)水溶液をゆっくり拡散させることにより結晶として得た。単結晶 X 線構造解析より、両化合物
は層状構造を有しており、各層は金属イオンがシアノ基で架橋された 2 次元シート{CoII[MoV(CN)8]Cl3}4−を形成していることが明らかになった（図 1a）。また、Cs+イオンは 2 次元シート間およびシート内に存在していた。
液体ヘリウムを用いた磁化測定より、

T 値は室温から徐々に増加し、25 K で最大値を迎えた後、急激に減少し、2 K においてはほぼゼロに近づいた（図 1b）。また、2K における磁場-磁化曲線においては、24 kOe 付近から磁化が急激に増加し、
90 kO の時に CoII (S = 1/2, g = 13/3)と WV (S = 1/2, g =2.0)上のスピンが強磁性的に配列したときの磁化の値 3.2 B とほぼ一致することが明らかになった（図 1c）。これらの磁化測定で観測される現象は、2 次元シート内で強磁性秩序が起こり、その強磁性シート間は互いに反強磁性的に配列するようなメタ磁性的挙動に由来する。
反強磁性相から強磁性相に転移するために必要な外部磁場が 24 kOe と大きいのは、CoII の異方性に由来する
磁気異方性が大きいためであると考えられる。

図１．(a) CsCoM (M = Mo, W)の結晶構造 (b) 磁化率温度依存性
プロット (c) 磁場－磁化曲線[1] S. Ohkoshi, K. Imoto, Y. Tsunobuchi, S. Takano, H. Tokoro, Nature Chemistry, 3, 564 (2011).
[2] K. Nakabayashi, S. Chorazy, D. Takahashi, T. Kinoshita, B. Sieklucka, S. Ohkoshi, Cryst. Growth Des., 14, 6093 (2014).

48

P-28 Band structure near the Fermi level in GaMnAs studied
by time-resolved light-induced reflectivity measurements○

Tomoaki Ishii1, Tadashi Kawazoe1, Yusuke Hashimoto 2, Hiroshi Terada1, Iriya Muneta1,
Motoichi Ohtsu1, Masaaki Tanaka1, and Shinobu Ohya1
Graduate School of Engineering, The Univ. of Tokyo1, Radboud Univ. Nijmegen2

There have been intense discussions over the Fermi level (EF) position in GaMnAs [1-4]. So far a number ofstudies have indicated that EF exists in the impurity band (IB) in the band gap (Eg) [3-4], while recent time-resolved
measurements of the light-induced reflectivity have shown results indicating that EF exists in the valence band
(VB) [2]. When the pump fluence is high, it may cause the accumulation of photo-carriers, which can shift theabsorption edge [5], and thus the definition of both Eg and EF can be obscure. In our study, we carefully carry out
time-resolved reflectivity measurements with low fluence pump to suppress the accumulation of photo-carriers.
We grew 100-nm-thick Ga1-xMnxAs films with x=1%, 3%, and 6% after growing a 20-nm-thick GaAs buffer
layer on semi-insulating (S.I.) GaAs (001) substrates by low-temperature molecular beam epitaxy. The
Ga0.94Mn0.06As film was annealed at 240ºC for 89 h. The Curie temperature of the Ga0.99Mn0.01As, Ga0.97Mn0.03As,
and Ga0.94Mn0.06As films is 13 K, 38 K, and 120 K, respectively. Time-resolved reflectivity measurements were
performed by using pump-probe procedure and a pulsed light source with time duration of 3 ps and a reputation
rate of 80 MHz. At time t after the irradiation of the pump pulse with the fluence of 0.16 μJ/cm2, the low-powerprobe pulse with 1 nJ/cm2 and the same photon energy as that of the pump light was irradiated to the sample,
probing the reflectivity change ΔR/R. Photo-excited carrier density is estimated to be below 3×1017 cm-3 byassuming that the pump-pulse light is absorbed only in the GaMnAs layer. This is two orders magnitude smaller
than the carrier density for the previous study [2]. The photon energy resolution of ~1 meV in our experiment isalso much higher than the previous works [2,6].
Figure 1(a) shows ΔR/R measured at 5 K for the S.I. GaAs substrate and for the Ga1-xMnxAs films at t=166 ps.
Generally, as shown in Fig. 1(b), positive ΔR/R peaks are observed above Eg due to band filling (BF) and near Eg
due to band-gap renormalization (BGR). Figure 1(c) shows possible photo-induced electron transitions in GaMnAs.
In Fig. 1(a), a clear peak is observed at ~1.51 eV (pointed by the green arrow) for all the samples. This can be
attributed to BGR and thus assigned to Eg. In the data for the GaMnAs films, we see clear structures in the region
having lower energy than Eg, which means that electrons (and thus EF) exist in the band gap (Fig. 1(c)). The peaks
pointed by red arrows in Fig. 1(a) are attributed to BGR due to photo-carriers excited from EF to CB. Also, thepositive peak observed between the red and green arrows when x=3% and 6% is attributed to BF induced byelectrons excited from IB to CB. The BGR peaks pointed by the red arrow shifts to the lower energy with increasingx from 1%, which is consistent with the previous resonant tunneling experiments indicating that EF moves awayfrom VB with increasing x from 1% [4]. The energy difference between EF and the top of VB in Ga0.94Mn0.06As in
our study is ~40 meV smaller than that in the previous report [3]. This may imply that there is still a small amountof influence of photo-carriers, which have a long life time and slightly shift the absorption edge.
This work was partly supported by Grants-in-Aid for Scientific Research including Specially Promoted
Research and FIRST program of JSPS.
[1] T. Jungwirth et al., Phys. Rev. Lett. 105, 227201 (2010). [2] T. de Boer et al., Phys. Rev. B 85, 033202 (2012).
[3] S. Ohya et al., Nature Physics 7, 342 (2011). [4] I. Muneta et al., Appl. Phys. Lett. 103, 032411 (2013). [5] B.
R. Bennett et al., J. Quantum Electronics 26, 113 (1990). [6] S, Kim et al., Appl. Phys. Lett. 88, 262101 (2006).

(a)

(b)

(c)

Fig. 1 (a) Energy dependence of ΔR/R measured at 5 K for the S.I. GaAs substrate (red) and the Ga1xMnxAs films with x=1% (brown), 3% (green), and 6% (blue) at t=166 ps. The red and green arrows are
the positive ΔR peaks caused by BGR induced by the electrons excited from EF to CB and from VB to
CB, respectively. (b) Schematic ΔR/R components due to BF (red curve) and BGR (blue curve) [5]. If thepeak of the positive ΔR/R component due to BGR is larger than the peak of the negative ΔR/R component
due to BF, the positive ΔR/R peak near Eg due to BGR can be observed. (c) Photo-induced electrontransitions from EF to the CB (red arrow) and from VB to CB (green arrow) in GaMnAs.

49

P-29

大きな磁気異方性を有する Co-Nb オクタシアノ金属錯体
理学系研究科化学専攻大越研究室
井元健太、中林耕二、宮本靖人、織作恵子、大越慎一

我々のグループでは、複数種の金属イオンがシアン化物イオン(CN−)によって多次元的に架橋されたシ
アノ架橋型金属錯体において、光、熱、電場等の様々な刺激に応答して磁気特性が変化する機能を報告してきた。[1]本研究では、コバルトイオンと 8 配位型のオクタシアノニオブ(IV)酸イオン、有機配位子 4ピリジンカルボキシアルドキシムを組み合わせたシアノ架橋型金属錯体、CoII2[NbIV(CN)8]·(4-ピリジンカ
ルボキシアルドキシム)8·2H2O (1)の物性を検討したところ、15000 Oe という高い保磁力を有することを見出したので報告する。[2]K4[NbIV(CN)8]水溶液と、CoII(CH3COO)2、4-ピリジンカルボキシアルドキシム、酢酸カリウムの混合溶
液を拡散法により反応させることにより合成した化合物 1 は、 (a)単結晶構造解析より空間群 I41/a に属する正方晶の結晶構造を有していた。Co イオンと Nb イオンはシアノ基(CN)によって交互に架橋されており、–Co–NC–Nb–という骨格から三次元ネットワーク構造体が形成されていた(図 1a)。Co にはシアノ基の N 原子Co

2 つと有機配位子の N 原子 4 つが配位し、シアノ基の N 原子と

NbNC

Co との距離の方が、有機配位子の N 原子と Co との距離よりも短く、歪んだ八面体型構造(D4h 対称)となっていた。Nb には 8 つcaのシアノ基の C 原子が配位しており、そのうち 4 つのシアノ基の N 原子が Co に配位していたが、他の 4 つの N 原子は配位し (b)6で強磁性を示し、飽和磁化の値から CoII (S = 3/2)と NbIV (S = 1/2)の副格子磁化の間に強磁性的な磁気相互作用が働き、平行に配列したフェロ磁性体であることがわかった。また、磁化の結晶
方位依存性から結晶の c 軸方向が磁化容易軸、a および b 軸方向が困難軸であった。また、a 軸方向に磁場を印加した磁化磁場曲線において 15000 Oe という大きな保磁力が観測された(図 1b)。
Co イオン周りの分子軌道計算の結果、磁気軌道が縮退している
ことがわかり、Co 周りの歪んだ配位環境におけるスピン軌道相
互作用により大きな磁気異方性が観測されたことが示唆された。

Magnetization (B)ていなかった。化合物 1 の磁化測定を行ったところ、18 K 以下

H // c軸

42

H // a軸

0

-2
-4

-6
-30000-150000
Field (Oe)

15000

30000

図 1. (a) 化合物 1 の結晶構造. (b) a 軸お
よび c 軸に外部磁場を印加した際の化合物 1 の磁気ヒステリシス.

[1] S. Ohkoshi, S. Takano, K. Imoto, M. Yoshikiyo, A. Namai, H. Tokoro, Nature Photonics 8 65 (2014).
[2] K. Imoto, M. Takemura, K. Nakabayashi, Y. Miyamoto, K. K. Orisaku, S. Ohkoshi, Inorg. Chim. Acta. 425 92(2015).

50

P-30
s 波超伝導体におけるヒッグスモードの減衰機構
Damping mechanism of Higgs mode in s-wave superconductors
理学系研究科・物理学専攻、低温センター・研究開発部門
富田圭祐, 濵田裕紀, 松永隆佑, 島野亮

島野研究室

超伝導体には、U(1)対称性の自発的破れに伴って、秩序変数の振幅と位相のそれぞれの揺らぎに対応
する 2 つの集団励起モードが現れる。このうち近年ではヒッグスモードとも呼ばれている振幅モード
は、分極を伴わないため線形領域では電磁場と結合せず、観測が困難であった。最近我々は s 波超伝導体 NbTiN において、テラヘルツ(THz)ポンプ-THz プローブ法を用いてヒッグスモードの観測に成功した
ことを報告した[1]。THz ポンプパルスを用いて準粒子を直接ギャップ端に励起することで超伝導体に非断熱的な摂動を与え、その応答として現れる秩序変数の時間変化をもう 1 つの THz プローブパルスで検出することにより、ヒッグスモードを時間領域で観測することが可能である。本研究では、ヒッグスモードの減衰機構を明らかにすることを目指し、減衰ダイナミクスの温度依存性および THz ポンプパルスの励起強度依存性を詳細に測定した。
その結果、十分低温かつ弱励起条件ではヒッグスモードは、指数関数的な減衰よりもむしろ時間のべき乗に従った減衰を示すことがわかった。さらに励起強度を増すにつれて減衰が速くなり、指数関数的な減衰へと変化していくことがわかった。この振る舞いは、ヒッグスモードという集団励起モードが個
別励起モードへと無衝突で減衰することを示した理論計算とよく整合している[2]。この振る舞いはプラ
ズマにおけるランダウ減衰とよく似ているが、超伝導体ではローレンツ不変なバンド分散を持つことに起因してべき乗という特異な減衰が現れる。アンダーソン擬スピンモデルで表した場合、ヒッグスモー
ドは各波数で定義される擬スピンが集団的に同期して歳差運動している状態に対応する[3]が、擬スピンのラーモア周波数が波数ごとに少しずつ異なるため、歳差運動が徐々に非同期化することでヒッグスモードが減衰する。実験で観測されたべき乗の減衰は、十分低温かつ弱励起においては、ヒッグスモード
が減衰しても個々の擬スピンの歳差運動は非常に長いコヒーレンス時間を持つことを示唆している。
一方、ヒッグスモードの温度依存性を調べたところ、温度上昇に伴ってべき乗の減衰から指数関数的な減衰へと移り変わるとともに急速に減衰してほとんど観測できなくなることがわかった。また、転移温度の異なる複数の試料を用いて比較したところ、同じギャップの大きさでも十分低温ではヒッグスモードが明瞭に現れることがわかった。このことから、温度上昇に伴って、熱励起された準粒子やフォノ
ン等との散乱によってヒッグスモードは急速に減衰すると結論付けた。

[1] R. Matsunaga, Y. I. Hamada, K. Makise, Y. Uzawa, H. Terai, Z. Wang, and R. Shimano, Phys. Rev. Lett. 111,
057002 (2013).
[2] A.F. Volkov and Sh. M. Kogan, Journal of Experimental and Theoretical Physics 38, 1018 (1974).
[3] R. A. Barankov, L. S. Levitov, Phys. Rev. Lett. 96, 230403 (2006).

51

Pd/Co/Pt 構造における磁気異方性の電界制御

P-31
1

東京大学院工学系研究科 物理工学専攻 千葉研究室 2 電力中央研究所
日比野有岐 1、大日方絢 1、小山知弘 1、三輪一元 2、小野新平 2、千葉大地 1
We show a voltage-induced change in magnetic anisotropy of a perpendicularly magnetized Pd/Co/Pt
system. It is well known that magnetic moment is induced in the non-magnetic Pd or Pt at the interface
with ferromagnetic materials, which is called the ferromagnetic proximity effect [1, 2]. By applying gate
voltage between the Pd/Co/Pt bottom electrode andan Au top electrode in a field-effect structure, we
controlled the electron density at the Pd surface,where the magnetic moment is induced.
The sample of MgO (2.0)/Pd (0.86)/Co (0.4)/Pt(2.4)/Ta (2.6) was deposited on a GaAs substrate by
rf-sputtering. Inside the bracket shows the thicknessof each layer in nano meter. From the Pd thickness
dependence

of

the

magnetic

moment,thepolarization due to the proximity effect was
expected to be induced in the whole region of theFig. 1: Normalized In-plane magnetization curve at

top Pd layer. A polymer film containing an ionic

300 K under the application of +1.5, 0, and -1.5 V.

liquid with the top Au electrode was put on thesample to control the electron density of the Pd surface by a gate voltage. A Hall measurement was used inorder to measure the in-plane saturation field Hs of the system. Normalized in-plane magnetization curve
obtained from the Hall measurement is shown in Fig.1. Hs of the system was largely modulated bychanging the gate voltage. The change in the magnetic anisotropy energy per unit area was estimated to be~120 μJ/m2, which is comparable with that in the previous reports [3, 4].
The electric filed effect observed here is most likely attributed to the electric field induced modulation of
the Pd surface. One of the possible origin of the effect is the relative change of electron occupation state in
4d orbit. The electric field effect on the coercive field and the conductance is also discussed.

This work was supported by Grant-in-aid for Scientific Research (S) from JSPS, the PRESTO programfrom JST, and was partly performed using facilities of the Cryogenic Research Center, the University ofTokyo.

[1] F. J. A. den Broeder et al., J. Appl. Phys. 61, 4317 (1987).
[2] H. Nemoto et al., J. Appl. Phys. 97, 10J109 (2005).
[3] T. Nozaki et al., Nature Nanotechnol. 4, 158 (2009).
[4] F. Bonnel et al., Appl. Phys. Lett. 96, 212503 (2010).

52

s 波超伝導体 NbN におけるヒッグスモードとテラヘルツ波の非線形共鳴
Nonlinear resonance between Higgs mode and terahertz wave
in s-wave superconductor NbN

P-32

理学系研究科物理学専攻

低温センター研究開発部門
松永隆佑、島野亮

島野研究室

対称性が自発的に破れた系では、秩序パラメーターの振幅および位相がマクロに振動する集団励起モードが存在する（図）。特に振幅モードの方は素粒子物理におけるヒッグス粒子とのアナロジーから近年ではヒッグス
モードとも呼ばれ、近年興味を集めている。しかし超伝導状態のヒッグスモードは線形応答の範囲では光と直接相互作用しないため、これまでほとんど調べられていなかった。最近我々は s 波超伝導体 Nb1-xTixN に対してモノ
サイクル高強度THz パルスを用いてギャップ端に高密度の準粒子を直接励起することで非断熱的な摂動を与え、その応答として現れるヒッグスモードを時間分解検出することに成功し[1]、その周波数が理論で予測された通り秩序パラメーター2Δ とよく一致することを確かめた。
本研究では、ギャップエネルギー2Δ よりも低い周波数の強い電磁波に対するBCS状態のコヒーレントな応答を調べた。s 波超伝導体 NbN のギャップエネルギー2Δ(T=0)=1.3 THzよりも周波数の低い狭帯域高強度THzパルス（中心周波数 ω=0.6 THz）を生成し、2Δの値を温度によって制御しながら THz ポンプ-THz プローブ測定を行った。
その結果、狭帯域THz波が照射されている間、秩序パラメーターが周波数 2ωでコヒーレントに振動し、さらに 3ω
の周波数を持つ高調波が高効率に発生することを発見した[2]。これらの現象は、単色電磁場中でのBCS状態の時間発展を Bogoliubov-de Gennes 方程式に基づいて解くことFree Energy

で非常によく説明することができる。興味深いのは、これらの非線形振動が 2ω=2Δ を満たすときに共鳴的に増強することである。これはベクトルポテンシャルの偶数次の項がスカラー量であるヒッグスモードと相互作用することに由来しており、電磁場と集団励起モードが非線形応答領域で共鳴することにより巨大なTHz帯非線形応答が発現することを明らかにした[2]。この結果はマクロな量子状態を光によって超高速に制御する新たな道筋を示すものであり、高温超伝導体など基底状態の性質が明らかにされていない量子凝縮相を調べる新たな手法として確立されることが期待される。

Re Ψ

Im Ψ

図 複素秩序パラメーターの関数としてプロットした自由エネルギーの模式図。
赤の矢印はヒッグスモードを示す。

本講演は青木秀夫、辻直人、藤田浩之、杉岡新（以上、東大理）、王鎮、寺井弘高、牧瀬圭正（以上、情報通信研究機構）、鵜澤佳徳（国立天文台）各氏との共同研究に基づくものである（所属は当時）。

[1] R. Matsunaga, Y. I. Hamada, R. Shimano et al., Phys. Rev. Lett. 111, 057002 (2013).
[2] R. Matsunaga, N. Tsuji, H. Fujita, A. Sugioka, H. Aoki, R. Shimano et al., Science 345, 1145 (2014).

53

ハーフホイスラートポロジカル半金属 RTBi
(R=Lu,Y;T=Pt,Pd)の作製と電気物性
Crystal growth and electrical properties of half-Heusler topologicalsemimetal RTBi(R=Lu,Y;T=Pt,Pd)

P-33

工学系研究科・物理工学専攻・樽茶研究室 (低温センター)
中村 隼也

ハーフホイスラー合金 RTBi(R=Lu,Y;T=Pt,Pd)は空間反系の特徴として、超伝導状態においてクーパー対のシングレ
ットとトリプレットが混成することが知られている。本研究では RTBi の低温での超伝導特性を調べた。特に図１に示す

LuPdBi
←χ'

5
4
3
2
0

0.8

臨界磁場が、シングレット対が対破壊を起こすパウリリミッ

め、Γ点においてバンド反転が生じ、トポロジカル半金属に

YPdBi

1.6

-1
-4
2.0 1.6x10
1.2

←χ'

χ' arb unit

一方、RTBi はスピン軌道相互作用の大きい物質であるた

1.2
T(K)

0.8
0.4

ρxx→

なると理論的に予言されており[2]、本研究では RTBi トポ

0.0

ロジカルな性質についても研究を行った。トポロジカル絶縁0.8体の表面には二次元ディラック電子が存在し、またトポロジ

1.2
T(K)

1.6

2.0

カルとトリビアルの境界ではバルクのバンドが線形分散に

図１:LuPdBi と YPdBi の電気抵抗率となるといわれている。本研究ではディラック電子系の存在を

交流磁化率における超伝導転移1.2の磁場依存性において低磁場にピークが観測され、この振る

1.0

しているなどの興味深い結果が得られた。そこで、RTBi の電気的輸送特性や熱起電力の測定、また圧力をかけることに
よってバンド反転の大きさを変化させた時や、ギャップを開いた時の電気的輸送現象の変化からトポロジカルな性質に迫るための手がかりを得ようと試みた。

2

舞いがディラック電子系を持つ有機導体の振る舞いと類似

γ(mJ/mol・K )確認することはできなかったが、図２のように電子比熱係数

0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0

2

4
B(T)

6

8

図２:YPtBi における電子比熱係数の磁場依存性。低磁場にピークが観[1] F. F. Tafti et al., Phys. Rev. B 87 (2013) 184504

測される。

[2] W. Al-Sawai et al., Phys. Rev. B 82 (2010) 125208

54

ρxx(Ωcm)果が得られた。

1

ρxx→

LuPdBi と YPdBi は初めて超伝導を確認した。また、上部
トよりも大きいことから、トリプレットの混成を示唆する結-4

ρxx(Ωcm)系における超伝導体として興味が持たれる[1]。このような

χ' arb unit

転対称性の破れた結晶構造をとり、空間反転対称性の破れた

6x10

P-34

MnSe/Bi2Se3 薄膜における磁性 /トポロジカル絶縁体界面の輸送特性
Transport property of magnetic insulator/topologicalinsulator interface in MnSe/Bi2Se3 thin film
理学系研究科・物理学専攻・長谷川修司研究室
久保高幸、福居直哉、一ノ倉聖、保原麗、高山あかり、長谷川修司

トポロジカル絶縁体は、バルクは絶縁体の性質をもつが、そのMnSe 1～5BL

表面状態はスピン偏極した金属的伝導を持つ物質群であり、近年精力的に研究されている。このスピン偏極した表面状態はディ
ラックコーン的なバンド構造をもつが、磁性不純物などによってBi2Se3 6QL

表面状態の時間反転対称性が破られることでディラック点にギャップが開くことが知られており[1]、これまでトポロジカル絶√3×√3 Bi

縁体Bi2Se3に磁性をもつ Mn をドープした系での研究結果が報告さ

Si substrate

れている[2,3]。一方で、トポロジカル絶縁体と磁性薄膜のヘテロ接合界面における実験例はこれまで報告はされていなかった。本研究では、磁性/トポロジカル絶縁体へテロ接合界面の輸送特性を明

図 1. MnSe/Bi2Se3 の模式図

らかにするため、MnSe/Bi2Se3 へテロ接合薄膜の作成および４端子
プローブ「その場」電気伝導測定を行った。なお、冷却過程は液体
Heを用い50K/h のペースで室温から10Kまで温度を変化させ、また、低温から室温にかけては、13K/h のペースでヒーターを使用して昇温させた。
図１に試料の模式図を示す。6 QLのBi2Se3 超薄膜上に、反強磁性絶縁体であるMnSe を1～5 BL薄く蒸着している。図2(a)は冷却過程での電気抵抗の温度依存性を示した結果である。MnSe を1 BL蒸着
すると、全体の抵抗値は上昇するが、金属的な伝導を保つことから、Bi2Se3 の伝導を測定していると考えられる。また、 1 BLMnSe/Bi2Se3 へテロ接合薄膜の冷却/昇温過程の測定において、図2(b)に示すようなバルクのMnSe に似た電気抵抗ヒステリシスが観測されたことから、電気伝導においてMnSe による磁性の影響が表れていると考えられる。講演では、より詳細な実験結果を報告し、MnSe の蒸着量と電気抵抗の関係および物性発現の起源について議論を行う。
図 2.(a) Bi2Se3 および MnSe/Bi2Se3[1] S. V. Eremeev et al. PRB 88, 144430 (2013).

の冷却過程での抵抗の温度依存性[2] S. Y. Xu et al. Nature Physics 8, 616 (2012).

(b) 1 BL-MnSe/Bi2Se3 の冷却/昇温[3] Y. H. Choi et al. Appl. Phys. Lett 101, 152103 (2012).

過程における抵抗の温度依存性

55

P-35
超流動ヘリウム 3B 相表面のマヨラナコーンの直接観測
Direct observation of Majorana coneat surface of superfluid helium three B phase
低温センター 研究開発部門
村川 智

近年、量子ホール効果の現れるトポロジカル絶縁体から着想を得たトポロジカル超伝導・超流動が大きな注目を集めている。トポロジカル超流体は、従来の区分では、通常の s 波超流体とは異なる d 波や p
波のような異方的超伝導・超流動といわれていたもの一部である。それらの異方的超流体ではエネルギーギャップ内に低エネルギーの表面アンドレーエフ束縛状態があることが示されていた。この表面束縛状態は、トポロジカル絶縁体、超流体の概念を用いて、バルクのエネルギーギャップと対応して、ギャップレスな低エネルギー状態が界面に現れることで説明されている(バルク—エッジ対応)。このように、トポロジカル物質の特徴は界面に現れるため、界面状態の研究が活発に行われている。
超流動ヘリウム 3(3He)もトポロジカル物質の一つである。超流動 3He は不純物が非常に少ないため、p波スピン 3 重項超流動体であることなどバルクの性質は詳細に研究されている。よって、バルクとの違いを見る表面状態の研究を行う試料として理想的である。超流動 3He には複数の相があるが、その中でもバルクで等方的なギャップ 2を持つ B 相と呼ばれる相は、3 次元のトポロジカル超流動体である。この表面状態は準粒子と反準粒子が同一であるマヨラナ準粒子であり、そのエネルギー分散関係は線型になる(マヨラナコーン)ということが理論的に示され、それを示唆する実験結果が得られている[1]。
しかし、その研究はエネルギー状態密度を示したのみで分散関係を直接観測したわけではない。本研究では、超流動 3HeB 相の表面束縛状態のマヨラ

Wall

ナコーンを直接観測することを目指す。液体ヘ表面状態

リウム中に温度計とヒーターを備えた黒体輻射

準粒子体を用いて、準粒子ビームを壁に打ち込み、量子アンドレーエフ反射して戻ってくる準粒子をホール検出する[2]。過去においては壁に浅い方向から侵入する実験のみが行われていたが、この量子
アンドレーエフ反射の確率は表面状態密度による。壁に対する準粒子の入射角度を変化させながら測定を行うことで、表面状態の分散関係を

図 1．実験装置の概念図[2]得ることが出来る。

[1] S. Murakawa et al., Phys. Rev. Lett. 103, 155301 (2009), S. Murakawa et al., J. Phys. Soc. Jpn. 80, 013602(2011).
[2] T. Okuda et al., Phys. Rev. Lett. 80 2857 (1998).

56

P-36 強磁性半導体EuO薄膜におけるトポロジカルホール効果の観測
Observation of Topological Hall Effectin Ferromagnetic Semiconductor EuO Thin Films
東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻川﨑研究室
大内祐貴, 小塚裕介, 打田正輝, 上野和紀, 塚崎敦, 川﨑雅司
トポロジカルホール効果は、ホール測定に現れる、磁化に比例しない特異な異常ホール効果であり、磁性体中のスピンの向きが非共面的に配置されることに由来すると考えられている[1]。
この効果は、2-in-2-out パイロクロア型モリブデン酸化物や渦巻き状の磁気スキルミオンを有する B20 型化合物など、磁気的フラストレーションや対称性の低下に伴い特異な磁気構造が誘起される物質において報告されてきた[1,2]。近年、典型的なハイゼ
ンベルグ強磁性体と考えられてきた EuO の単結晶薄膜において、同様の特異な磁気構造を示唆するトポロジカルホール効果が観測された[3]。本研究では、ホール効果の印加磁場角度・膜厚依存性を調べ、特異なスピン構造の解明へ磁気伝導からアプローチした。
YAlO3 基板上にパルスレーザー堆積法を用いて EuO 単結晶薄膜を作製した。膜厚の異なる試料(20-230nm)をホールバー形状に加工し、強磁性転移点以下の金属的な電気伝導を示す低温において、印加磁場角度を変えながら磁気輸送特性を評価した。
図 1(a)に膜厚 50 nm 試料における異常ホール効果の印加磁場
角度依存性を示す。B =±2 T 付近に観測されるトポロジカル
ホール効果のピークが、印加磁場方向を面直方向から数度傾けることで消失した[4]。ピークの大きさから非共面スピン配置に

図１．(a)印加磁場角度を変化させたよる有効磁場を計算すると、図 1(b)に示すように、膜厚 100 nmときの異常ホール抵抗率の磁場依存以下の試料で急激に有効磁場が増大した。二次元スキルミオン

性。(b)印加磁場角度変化から見積もを仮定すると、その半径は 150 nm 程度となる。これらの結果かられた実効磁場(Beff)の試料膜厚依ら、薄膜化により EuO に面直異方性の強い非共面的スピン構造存性。

が形成できることを初めて明らかにした。

[1] N. Nagaosa and Y. Tokura, Nature Nanotech. 8, 882 (2013).
[2] N. Nagaosa et al., Rev. Mod. Phys. 82, 1539 (2010).
[3] Y. Ohuchi et al., Phys. Rev. B 89, 121114(R) (2014).
[4] T. Yokouchi et al., Phys. Rev. B 89, 064416 (2014).

57

P-37

水素プラズマによって異方性エッチングされた
グラファイト表面の STM/S 観測
STM/S Studies of Graphite Surfaces
Anisotropically Etched by Hydrogen Plasma
理学系研究科・物理学専攻・福山研究室 A、低温センターB
佐藤秀樹 A、大庭悠輔 A、松井朋裕 A、福山 寛 A, B

グラファイトの端にはアームチェア型とジグザグ型の 2 種類の端構造が存在する。このうち、水素終
端されたジグザグ端には局在電子状態が存在し[1]、ジグザグ端が 10 nm 程度に接近して存在するジグザ
グナノリボンにおいてはスピン偏極状態が安定化すると考えられている[2]。本研究では、こうした水素
終端ジグザグナノリボンをグラファイト表面に高密度で作ることを目標として、水素を用いた表面エッチングの方法をいくつか試みた。
まず、鉄微粒子を触媒とする水素分子によるエッチングや、熱乖離して作った水素原子によるエッチ
ングによって、グラファイト表面を異方性エッチングできることが分かった。しかし、これらの方法で得たステップは密度が低く、ナノリボンを得るには十分でなかった。
一方、高温で水素プラズマに曝すと、グラファイト表面に六角形のナノピットが作成できる（図(b)）。
図(c)に示すように、ピットの深さは単原子層深さに相当しており、ピット周辺の原子画像からピットのエッジは選択的にジグザグ方向を向いていることが分かった。従って、図(b)挿入図に示すように、ピットで挟まれた領域に、単原子層高さのジグザグナノリボンが作成できる。反応初期の小さなピットは円形に近いが、反応時間と共にピットの数は増え、大きくなるにつ(a)

れて形状は六角形に近づく。また、プラズマを生成する高周波電源の出力を大きくすると、ピット密度が増すと共に、2 層目 3 層
目にもピットが形成され始める。このことから、水素プラズマにはグラファイト表面に欠陥を作る作用と、その欠陥を六角形のピ(b)

ットに整形する異方性エッチングの効果があることが分かる。発表では、グラファイト表面と水素プラズマとの反応について述べると共に、ジグザグナノリボンの STM/S 測定の結果を紹介する。
図：(a) スピン偏極ジグザグナノリボンのイメージ図。 (b) 水像（It = 1 nA, Ug = 500 mV, 室温大気中）。挿入図：ピットで挟まれた領域に、幅 15 nm、長さ 90 nm のナノリボンが見られる。(c) 図(b)挿入図中の実線に沿ったラインプロファイル。

Z (nm)素プラズマで異方性エッチングしたグラファイト表面の STM

0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0

(c)

15 nm

0.3 nm

0

5

10

15

20

25

30

Lateral Distance (nm)[1] Y. Niimi et al., Appl. Surf. Sci. 241, 43 (2005); Y. Niimi et al., Phys. Rev. B 73, 085421 (2006); Y. Kobayashi etal., Phys. Rev. B 71, 193406 (2005).

[2] L. Pisani et al., Phys. Rev. B 75, 064418 (2007).

58

IV 族強磁性半導体 Ge1-yFey/Ge:B/Ge1-xFex 接合系における磁気抵抗効果
Magnetoresistance of the Group-IV Ferromagnetic Semiconductor
Ge1-yFey/Ge:B/Ge1-xFex Junctions

P-38

工学系研究科・電気系工学専攻・田中大矢研究室
伴 芳祐、中根 了昌、田中 雅明
Si や Ge をベースにした IV 族強磁性半導体の研究は、現在の Si テクノロジーとの整合性を期待して10 年以上に渡り行われて来た。我々のグループは Ge に Fe を添加した強磁性半導体 Ge1-xFex の創成を試
み、低温分子線エピタキシー(LT-MBE)法により Fe や Fe 化合物の異相の析出がない母材の Ge のダイアモンド構造を保った単結晶の強磁性半導体の作製に成功した[1]。Ge1-xFex は B を同時にドーピング[2]する事で、磁性に関係なくキャリア濃度を変える事が出来る特性を持っており、これは半導体との伝導率不整合の問題のないスピン注入源としての可能性も示唆している。しかし、この材料のスピン依存伝導特性に関しては、未だ良く分かっていない部分が多く残されている。Ge1-xFex においてスピン偏極電流が生成可能かは課題の一つであり、本研究ではスピン偏極電流による伝導特性が観測されるかを検証する目的で研究を行った。Ge1-yFey/Ge:B(4.4 × 1019 cm-3)/ Ge1-xFex の 3 層構造を SOI (silicon-on-insulator) (001)
基板上に MBE 成長し、低温においてその横伝導特性を観測した。Ge:B の抵抗は Ge1-xFex に対して、低温において 1/100 程度の抵抗値であるため、大半の電子は Ge:B 層を伝導し、Ge1-xFex /Ge:B 界面において散乱を受けながら伝導すると考えられる。
本研究では、エピ層のみの伝導特性を明らかにするために、基板に電流が流れる事を防ぐ目的で SOI(001)基板を用いた。この基板は犠牲酸化により表面の Si の膜厚さを 13nm まで薄くして結晶成長を行った。MBE により 200℃で Ge1-yFey (y = 10.5 %) 30 nm /Ge:B (4.4 × 1019 cm-3) 2.7 - 10 nm/ Ge1-xFex (x = 14.0 %)30 nm /13 nm SOI (001) sub. の層構造を成長した（Fig.1）。MBE 成長時の RHEED 像は、2 × 2 のストリークを示し、平坦な Ge1-xFex/Ge:B 界面が形成されている事が分かった。成長した薄膜は 600 × 50 μm のHall bar 形状の素子に加工し、この素子について低温において磁気伝導特性を測定した。
12 K において Ge:B 2.7 - 10 nm の試料の抵抗の磁場依存性を測定した。一定電流下で磁場 H は面内の[110]方向に印加し、H = - 1 T - 1 T の範囲で掃引し、4 端子測定により 200 μm 幅のチャネル電極間の電圧を測定した。低い電流値(-10 μA) では磁気抵抗は観測されないが、比較的高い電流値において正の磁気抵抗が観測される傾向が見られた。同試料(Ge:B 2.7 – 6.8 nm)について 12 K における I-V 特性も測定を行った。600 μm のチャネルに対して 2 端子測定により I-V 測定した。その結果 100 V 以上の電圧を印加する事により 100 V 前後の電圧において急激に電流が流れる I-V 特性が観測された。
Ge1-yFey 30nm
電圧の掃引を往復するとヒステリシスを描く事や、磁場を印加することによってこの特
Ge:B 2.7 - 10 nm
Ge1-xFex 30nm性が抑制される事が分かった。また、磁場 H = 0 を基準とした磁気抵抗比については最Si(001) 13 nm
大で数 1000 %の正の磁気抵抗比が観測された。検証の結果、このような磁気抵抗や I-V
SiO2 145 nm
特性は、Ge1-xFex の単層膜でも観測された。これらの測定結果について SQUID により測Si(001)
substrate
定した磁化曲線の形と磁気抵抗の形を比較すると、GMR 効果では説明できない。これ
らの結果は、いずれも磁気抵抗スイッチ効果[3]と特徴が類似している。さらに詳しい
Fig. 1 Schematic
物理的機構については当日に報告する。
sample structure[1] Y. Shuto, M. Tanaka, and S, Sugahara, Appl. Phys. Lett. 90, 132512 (2007).
[2] Y. Ban, Y. Wakabayashi, R. Akiyama, R. Nakane, and M. Tanaka, AIP Advance 4, 097108 (2014).
[3] H. Akinaga, M. Mizuguchi, K. Ono and M. Oshima, Appl. Phys. Lett. 76, 357 (2000).

59

ロジウム置換型イプシロン酸化鉄の合成とその巨大磁気異方性および高周波ゼロ磁場強磁性共鳴
The synthesis of rhodium substituted epsilon-iron oxide and its large
magnetic anisotropy and high-frequency zero-field ferromagnetic resonanceP-39

理学系研究科、化学専攻、大越研究室
生井飛鳥、吉清まりえ、大越慎一
酸化鉄 Fe2O3 の多形(α, β, γ, ε-Fe2O3)の一つ ε-Fe2O3 について、当研究室では単相での初合成を行い、この物質が大きな磁気異方性を有し、磁性金属酸化物最大の保磁力および磁性体最高のゼロ磁場強磁性共鳴を示すことを見出してきた[1]。本発表では、ロジウム置換型 ε-Fe2O3 (ε-RhxFe2−xO3)の化学的合成、結晶
構造、磁気特性、ゼロ磁場強磁性共鳴について報告する[2,3]。
ε-RhxFe2−xO3 はメソポーラスシリカを鋳型に用いたナノ微粒子合成法あるいはゾルゲル法により合成を行った。得られた試料は 20~40 nm サイズのナノ微粒子であり、誘導プラズマ結合質量分析計による組成分析および粉末Ｘ線回折を用いた結晶構造解析により、ε-Fe2O3 の 4 つある鉄サイトの一つを Rh イオン
が選択的に置換した ε-RhxFe2−xO3 が得られていることが分かった(図 1a)。磁気特性を測定したところ、
ε-RhxFe2−xO3 は ε-Fe2O3 を上回る大きな室温保磁力を示し、例えばメソポーラスシリカを鋳型に用いたナ
ノ微粒子合成では、保磁力はロジウム置換に伴い、22 kOe (x= 0)から 27 kOe (x= 0.14)まで増大した。さらに、磁場印加により結晶方位を揃えた試料では 31 kOe という磁性金属酸化物最大の保磁力を示した(図1b)。このような大きな保磁力の起源としては、粒径が十分に小さく単磁区構造をとるため物質が持つ磁気異方性を最大限に引き出せたこと、ε-Fe2O3 が元々持つ大きな磁気異方性に加えてロジウムイオンの軌
道角運動量が寄与して一イオン異方性が向上したことが考えられる。
テラヘルツ時間領域分光法を用い、100 GHz 以上の高周波ミリ波領域において電磁波吸収特性を調べた
ところ、ゼロ磁場強磁性共鳴による電磁波吸収ピークが観測され、共鳴周波数は 182 GHz (ε-Fe2O3)から
222 GHz (ε-Rh0.19Fe1.81O3)へとロジウム置換量の増大に伴い高くなっていた。ゼロ磁場下の強磁性共鳴では、共鳴周波数は異方性磁界に比例して高くなることから、今回観測された磁性体最高の共鳴周波数は、
(a)

10
5

Fe2 (Fe3+)

0
-5

0.10
0.19

-10

c
b

Abs. / a.u.

M / emu g

Fe4 (Fe3+)

c

(c)
x= 0

Fe3 (Rh3+/Fe3+)

Fe1 (Fe3+)(b)-1

ε-RhxFe2−xO3 の大きな磁気異方性により達成されたものと考えられる(図 1c)。

a

-60 -40 -20 0 20 40 60
H / kOe

180
200
220
Frequency / GHz240

図 1 ε-RhxFe2−xO3 の(a)結晶構造、(b)結晶配向体の磁気ヒステリシス[2]、(c)ミリ波吸収スペクトル[3]。
[1] A. Namai, S. Sakurai, M. Nakajima, T. Suemoto, K. Matsumoto, M. Goto, S. Sasaki, S. Ohkoshi, J. Am. Chem. Soc.,
131, 1170 (2009).
[2] A. Namai, M. Yoshikiyo, K. Yamada, S. Sakurai, T. Goto, T. Yoshida, T. Miyazaki, M. Nakajima, T. Suemoto, H.
Tokoro, and S. Ohkoshi, Nature Communications, 3, 1035 (2012).
[3] A. Namai, M. Yoshikiyo, S. Umeda, T. Yoshida, T. Miyazaki, M. Nakajima, K. Yamaguchi, T. Suemoto, and
S. Ohkoshi, J. Mater. Chem. C, 1, 5200 (2013).

60

P-40 GaMnAs における本質的な反射磁気円二色性スペクトル
Intrinsic spectrum of reflection magnetic circular dichroism of
GaMnAs thin films
工学系研究科 電気系工学専攻 田中・大矢研究室
寺田 博、大矢 忍、田中 雅明
The band structure of ferromagnetic semiconductor GaMnAs has been studied and discussed with magnetic
circular dichroism (MCD) spectroscopy. It is known that blue shifts of E0 peak, which corresponds to the band gap,
are observed in the reflection MCD spectra of GaMnAs [1]. These results seem to imply that GaMnAs is degenerated;
however, in the recent studies of resonant tunneling spectroscopy, it has been revealed that the Fermi level of GaMnAs
stays in the band gap even when Mn is heavily doped [2]. In this study, we successfully obtain the intrinsic MCD
spectra of GaMnAs, which is not influenced by optical interference using the experimentally estimated off-diagonal
element εxy of the dielectric tensor of GaMnAs. We find that the MCD spectra can be strongly influenced by opticalinterference and that the experimental spectra of thin films even with 10 - 20 nm thicknesses can be different fromthe intrinsic MCD spectra.
We have grown GaMnAs thin-film samples composedof Ga0.98Mn0.02As (d nm)/ GaAs (100 nm) on semi-insulating
GaAs (001) substrates by low temperature molecular beam
epitaxy (inset of Fig. 1(a)). The main panel of Fig. 1(a) showsthe experimental MCD spectra measured at 5 K for the
GaMnAs thin films with various thicknesses d with theexternal magnetic field μ0H = 1 T applied perpendicular to thesample plane. The black vertical broken lines represent theenergies of the critical points of GaAs at 4.2 K. As shown in
Fig. 1(a), the MCD spectra are strongly dependent on d; thepeaks’ position and sign of the MCD spectra intricately varywith d. We have successfully estimated εxy of GaMnAs thatcan explain the d dependence of MCD spectra of GaMnAs in
the previous study [3]. Figure 1(b) shows the MCD spectra of
GaMnAs calculated by using the estimated εxy, and Fig. 1(c)shows the real and imaginary parts of the estimated εxy. For
better fitting, the values of d are slightly changed fromnominal d in the calculation. As shown in Figs. 1(a) and (b),the MCD spectra are quantitatively reproduced for all the dvalues by using the same εxy shown in Fig. 1(c). The
calculated MCD spectrum that is free from interference is Fig. 1 (a) Experimental MCD spectra of theshown in Fig. 1(b) with the black curve. In the calculation of Ga0.98Mn0.02As films with d = 10 (blue curve), 20
the intrinsic MCD spectra, we took the limit of MCD as d (green curve), and 100 nm (red curve) at 5 K withapproaches infinity. We see that the calculated intrinsic MCD μ0H = 1 T applied perpendicular to the film plane.
spectrum is largely different from the experimental MCD The inset shows the schematic sample structure ofspectra of the GaMnAs thin films. Even though the E0 peak our Ga0.98Mn0.02As samples. (b) Calculated MCD
in the experimental MCD spectra of GaMnAs shown in Fig. spectra of the Ga0.98Mn0.02As films with d = 9 (blue
1 with arrows shifts from the band gap energy of GaAs (= 1.5 curve), 18 (green curve), 90 nm (red curve), and theeV), it is not the case in the intrinsic MCD spectrum. This calculated intrinsic MCD spectrum (black curve).
means that the band structure should be discussed with (c) The real (black) and imaginary (red) parts of εxy
intrinsic MCD spectra, but not with experimental raw spectra. experimentally estimated for Ga0.98Mn0.02As.
This work was partly supported by Grant-in-Aids for
Scientific Research including Specially Promoted Research,and Project for Developing Innovation Systems of MEXT.
[1] T. Jungwirth et al., Phys. Rev. Lett. 105, 227201 (2010).
[2] I. Muneta, H. Terada, S. Ohya and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 103, 032411 (2013).
[3] H. Terada, S. Ohya and M. Tanaka, The 75th JSAP Autumn Meeting 2014, 20a-S10-6.

61

P-41

原子・分子修飾したグラフェンの低温電気伝導特性
Low temperature transport properties of graphene
modified by atoms/molecules

理学系研究科 物理学専攻 福山研究室 A、工学系研究科 電気系工学専攻 B、低温センターC
中山 和貴 A、松井 朋裕 A、Eric LebrasseurB、三田 吉郎 B、福山 寛 A, C
グラフェンは炭素原子のハニカム格子からなる理想的な 2 次元物質である。線形のエネルギー分散をもち、電子やホールがニュートリノと同じ質量ゼロのディラック粒子として振舞うため基礎物理の観点から注目される一方、高い熱伝導度、電気伝導度を備え、機械的にも強くしなやかであることから、優れた次世代エレクトロニクス素材としての応用が期待されている。特にスイッチング素子への利用にはゲート電圧制御によるオンオフ特性を実現する必要があり、そのためのバンドギャップ誘起等、グラフェンの物性制御に向けた研究が世界中で進められている。我々は、グラフェンの原子・分子表面修飾による物性制御に注目している。グラフェンに対して(√3 × √3)𝑅30°構造で Li 原子を吸着させた場合ハニカム格子の対称性が破れバンドギャップが誘起されると予測される[1]。また、グラフェンと吸着子の電子親和力の差を利用して電子やホールをドープしたり、不均一ポテンシャルを誘起することで伝導度や移動度を変えることができる[2]。
本研究では、グラフェンの Kr 吸着によるバンドギャップ誘起、および N2O 吸着による物性変化を T= 1.6 K の低温に至る電気伝導度測定により探索した。試料は SiO2/n-Si 基板上に劈開した単層グラフェ
ンで、レジストによる表面汚染を防ぐため In 細線を電極としてグラフェン上に直接融かし付けた後、真空容器（セル）封入前に真空中・200 ℃でのベーキングを行い、大気からの吸着物を除去した。吸着面密度を精密に制御するため、セル内には 36 m2 の表面積を持つ劈開グラファイトも封入した。Kr を T =100 K でセルに導入し、48 K へ徐冷してグラフェン上に(√3 × √3)𝑅30°構造形成に相当する面密度で吸着させ、バンドギャップ誘起を期待したが、電気伝導度のゲート電圧依存性に有意な変化は確認できなかった。また、Kr を吸着したまま 1.6 K まで冷却して電気伝導度の温度依存性を測定したが、不純物に由来する量子伝導と思われるピーク構造が見られたものの（図 1）、Kr 由来の変化は確認できなかった。一方、N2O は T = 140 K で飽和蒸気圧近くまで一定量をセルに導入しておき、110 K、50 K に冷却して吸着させたが、こちらも電気伝導度に有意な変化は確認できなかった。
以上の原因として、グラフェン下の基板が影響している可能性がある。そこで、その影響をできるだけ排除するため、1 μm 幅のミクロな溝を表面に多数微細加工[3]した SiO2/n-Si 基板上に劈開した
1.2
suspended グラフェン試料（図 2：光顕

図1

写真）も作成した。これを用いた吸着[1] Farjam et al., PRB 79, 045417 (2009).
[2] Chen et al., Nat. Phys. 4, 377 (2008);
Hong et al., PRB 83, 085410 (2011).
[3] 大規模集積システム設計教育研究センター(VDEC)にて加工。

R (k)

実験の結果も発表する予定である。

1.1

図2

T = 1.6 K

In端子

1

グラフェン

1.2
1

0.9

溝

0.8
0.6

真空中
0.4
Kr吸着後 0.2(~3ML) -10
1

0.8
0.7
0

-5

Vg (V)

62

0

2

5

10

3

5μm

P-42

MgZnO/ZnO二次元電子系における最近の発展
Recent advancements in the MgZnO/ZnO
two-dimensional electron system

工学系研究科物理工学専攻 1,東北大学金属材料研究所 2,JST-PRESTO3,理研-CEMS4
J. Falson1、Y. Kozuka1、A. Tsukazaki2,3、M. Kawasaki1,4

The MgZnO/ZnO two-dimensional
electron system has emerged inrecent years among oxide materials
todisplay

exceptionallylongelectron scattering times on the orderof 300 ps (See Fig. 1a). The
realization of such quality outside of
the

realm

of

semiconductor

traditional

materials

has

resulted in the observation of uniqueelectron correlation phenomenon at
lowtemperatures,

suchanomalous

seriesofdenominator

fractionalasanevenquantum

Hall states[1].

In this presentation we canvass
recent advances in this system. In
addition to the long transport
scattering time, we reveal that thequantum scattering time is on theorder of 20 ps, which is comparable
to

the

best

AlGaAs/GaAs

Figure 1: Inter-material comparison for prevailing high quality twodimensional electrons systems of a, transport scattering times tr and b,

quantum scattering times q.
dghdfghvalue takes into account all scattering events and is an indication of a materials “quality”. We explain theseheterostructures in existence. This

improvements through an understanding of scattering mechanisms, while relating the high quality to the observationof exotic phenomenon such as the fractional quantum Hall effect and microwave induced resistance oscillations.

[1] J. Falson, et al. Nature physics, in press.

63

P-43

オクタシアノニオブ金属錯体における高プロトン伝導性High proton conductivity on octacyanoniobate-based
metal assembly
理学系研究科化学専攻大越研究室
中川幸祐、井元健太、大越慎一

当研究室はこれまでに、シアノ架橋型金属錯体を用いて、強誘電-強磁性錯体、湿度応答磁性体など、新規機能性を有するシ
アノ架橋型金属錯体を報告してきた[1-3]。本研究では、Mn-Nb
オクタシアノ金属錯体である Mn3[Nb(CN)8]2(4-aminopyridine)10 (4-aminopyridinium)2·12H2O (1)において σ =4.6 ×10-4 S cm-1 という高い伝導性を見出した。1 は構造中にプロトン化した非配位有機分子を持ち、プロトン伝導経路の一部となっていた。

図 1. b 軸方向から見た 1 の構造

単結晶構造解析を行った結果、1 は Mn と Nb がシアノ基で架橋された 2 次元層状構造を持つことが分かった（図 1）。2 次元
ネットワーク構造の空隙には、プロトン化された非配位有機分子と結晶水分子が存在していた。Mn イオンに配位した水分子、
結晶水分子およびプロトン化非配位有機分子は、3 次元水素結合ネットワークを形成していることが示唆された。低温センタ
ーより供給される液体ヘリウムを用いて磁気特性の測定を行ったところ、磁場中冷却磁化曲線において 20 K 付近より磁化が増大した後 9 K 付近を境に磁化が減少するという振る舞い

図 2. 1 の伝導率の温度依存性の測定結果が見られた。また、磁化－磁場曲線の測定では、200 Oe において変曲点を示すという結果が得られた。
これらの結果から、1 はスピンフリップを示すメタ磁性体であることが示唆された。さらに、室温において 1 の複素インピーダンス測定および Cole-Cole プロット解析を行った結果、
湿度 100% RH での伝導度(σ)
は 1.0 ×10-4 S cm-1 と求められた（図 2）。次に、温度を上げて測定すると σ は増加していき、322 K では
4.6×10-4 S cm-1 という値を示した。この結果に基づく ln(σT)対 T -1 プロットより、活性化エネルギー(Ea)は0.48 eV と見積もられた。また、湿度減少に伴って σ は著しく低下し、45% RH では σ= 1.7 ×10-8 S cm-1 という値を示した。湿度 100%において観測された 1 の高い伝導率は、超イオン伝導に分類される。プロト
ン化非配位有機分子、配位水および結晶水からなる 3 次元水素結合ネットワークを通じて、バケツリレ
ーのようにプロトンが伝導したことにより、1 が高い伝導性を示したと考えられる(Grotthuss 機構)。

[1] S. Ohkoshi, H. Tokoro, T. Matsuda, H. Takahashi, H. Irie, K. Hashimoto, Angew. Chem. Int. Ed. 46, 3238
(2007). [2] S. Ohkoshi, K. Arai, Y. Sato, K. Hashimoto, Nature Materials 3, 857 (2004). [3] S. Ohkoshi, K.
Nakagawa, K. Tomono, K. Imoto, Y. Tsunobuchi, H. Tokoro, J. Am. Chem. Soc. 132, 6621 (2010).

64

P-44

磁気計測に及ぼす環境ノイズの検討
大学院工学系研究科 電気系工学専攻 関野研究室
長瀬まさえ、山崎慶太、小林宏一郎、瀧山義弘、関野正樹

1．背景と目的
環境ノイズは、磁気計測に大きな影響を与える。よって、磁気計測において環境ノイズ源とその特性を明らかにすることは重要である[1]。本研究では、磁気計測が行われている低温センター共同利用
研究室および工学部 10 号館で、主要因となる地下鉄やエレベータの運転状況に照らしてノイズ発生源について定量的に検討した。さらに、小型磁気シールドボックスによるノイズ抑制効果を評価した。
2．測定方法2-1．環境磁気ノイズの測定
南北(X)、東西(Y)、鉛直(Z)方向からの環境ノイズを測定するため、広範囲の三軸磁界を測定できるフラックスゲート磁束計実験室内の環境ノイズの経時変化測定を行った。
2-2．測定環境
低温センター205 号室の鉛直、東方向に東京メトロ千代田線の根津駅があり、大学敷地と並行するように軌道が走っている。千代田線の起動電力は直流 1500 V あり、架線への漏れ電流は最大で 400～900 Aであると予測する。 また、約 2 m の位置にエレベータがある。
2-3．小型磁気シールドボックス
遮蔽性の高いパーマロイ素材を使用した 2 層構造で、床の鉄筋からの影響を防ぐために、アルミニウムで作られた非磁性架台の上に固定されていることが特徴である。
3．結果
3-1．低温センター及び実験室内の環境磁気ノイズ
フラックスゲート磁束計で測定した環境ノイズの経時変化量を
図 1 に示す。日中は三軸方向それぞれに大きな変動がある。夜間の地下鉄休止時間帯においては変動幅が大幅に減少し、三軸ほぼ同一であった。根津駅方面からの電流値の計算結果は 578 A とな
り、予測値とほぼ一致した。また、エレベータを任意に移動させた結果、エレベータの昇降に合わせて磁束計も同様に変化した。
曝露磁界の測定においては、低温センター、実験室、共にノイズレベルに差異はなかった。
3-2．小型磁気シールドボックスの評価
シールドボックス内の環境ノイズの経時変化量は最大で 1/50 程度の減衰を確認した。また室内と同様に夜間の地下鉄休止時間帯
では変動幅が減少し、三軸ほぼ同時であった。実験室とシールドボックス内の同時計測による周波数特性を図 2 に示す。背景ノイ
図 1．低温センター 205 号室ズ (0.1～ 100 Hz)、電気機器から発生する商用電源磁気ノイ ズ
環境ノイズ測定結果(50 Hz)と特定周波数のノイズの混在していることが確認できる。
1 Hz 以下の低周波ノイズに関しては、3 軸それぞれ 1/20～1/30 に低減されていることを確認した。
4．考察
本研究では、実験室及び低温センターの環境ノイズ源について検討を行い、磁気シールドボックスによるノイズ低減効果を評価した。今回の測定により、環境ノイズは地下鉄の運行が主な起因であることがわかった。しかし、微弱磁場計測では、今回用いた小型シールドボックスでは、遮蔽効果が不十分であると考える。その一方、補償コイルにより磁場を発生させてノイズの低減を行うアクティ
図 2．実験室とシールドボックス
ブ磁気シールド法もある。今後は磁気シールドボックスと補償コイのノイズ周波数特性
ルによる低周波環境ノイズの低減を検討する。
[1] 山崎 慶太:「環境磁気ノイズと磁気シールド技術 I :電車に起因する磁界変動」，日本応用磁気学会誌 29(4) pp.405-415 (2005).

65

P-45

錫吸収体を搭載した超伝導転移端センサの開発
Development of TES microcalorimeters with Sn absorber1)

東大工・バイオエンジニアリング専攻・原子力国際専攻・高橋研究室
2)
理研・テラヘルツイメージング研究室
3)
日本原子力研究開発機構・大洗研究開発センター◯畠山 修一 1，入松川 知也 1，大野 雅史 1，高橋 浩之 1，
ダマヤンティ トゥシャラ 2，大谷 知行 2
高崎 浩司 3，安宗 貴志 3

微量な試料を精密に元素分析・核種同定しうる次世代γ線分光技術は、非破壊かつリアルタイムで生体組織や細胞内に含まれるトレーサーを高感度に識別しうる可能性を秘めており、また、被曝医療における早期体内汚染の診断へ適用できるため非常に有用である。本研究では極低温における超伝導体の急
峻な温度抵抗変化を動作原理とする超伝導転移端センサ (Transition Edge Sensor : TES) 型マイクロカロ
リメータを用いて、優れたエネルギー分解能で高感度にγ線を検出する次世代γ線精密分光技術の開発を行っている。放射性試料を用いた核種同定実験から、半導体検出器では見分ける事が不可能なγ線及び蛍光Ｘ線のピークを TES によって高感度に検出・分離することに成功した。我々が開発を行っている
TES 型マイクロカロリメータは極低温における超伝導体の急峻な温度抵抗変化を用いたスペクトロメー
タであり、既存放射線検出器とは全く異なる検出原理を有し、半導体検出器と比較してエネルギー分解
能を 2 桁程向上させる事が可能となる。
本研究では、超伝導イリジウム/金（Ir/Au）薄膜温度センサ上に、金のバンプポストを設置し、錫吸収体を搭載した検出素子の開発を行い 1)、これまでに 59.5 keV (241Am)、122 keV (57Co) のγ線に対してそれぞれ 156 eV FWHM、166 eV FWHM のエネルギ
ー分解能を達成している 2)（図 1 参照）。さらに、Pu
試料の精密測定実験より Ge 半導体検出器では識別不可能な 239Pu (56.8 keV)のピークを高感度に検出・分離する事に成功している 2)。現在、希釈冷凍機から完全に分離独立させた GM プレクーリングユニット
を有する新しい低振動冷却システムを導入し、この冷却システム内に多画素読み出し回路を組み込んだ検出システムを構築している。これにより、ノイズレベ
ルの低減とピクセルアレイ化（大面積化）が実現され、
図 1. 241Am, 57Co 線源のエネルギースペクトル

さらなる検出性能の向上が期待される。

[1] S. Hatakeyama et al., “Development of Hard X-ray and Gamma-ray Spectrometer Using Superconducting
Transition Edge Sensor”, IEEE Trans. Appl., Vol.23, no.3, 2100804, 2013.
[2] S. Hatakeyama et al., "Gamma-ray Spectrometer based on Transition Edge Sensor for Nuclear Materials
Analysis", J. Low Temp. Phys., in press, 2014.

66

P-46

Enhancement of ferromagnetism by manipulating the
wavefunctions in n-type ferromagnetic semiconductor(In,Fe)As quantum wells
工学系研究科電気系工学専攻田中研究室
Le Duc Anh, Pham Nam Haii, 田中雅明
工学系研究科応用物理工学専攻岩佐研究室
笠原裕一 ii、岩佐義宏

In quantum wells (QWs) containing a n-type ferromagnetic semiconductor (FMS) (In,Fe)As thin layer, thequantum size effect (QSE) gives a unique opportunity to tune the ferromagnetism by manipulating the twodimensional wavefunctions using a gate voltage VG. This method has enabled us to effectively decrease the Curie
temperature (TC) of a (In,Fe)As thin film (TC/TC = -42%) with almost no change in carrier density1. Here we showthat by designing an appropriate QW structure, TC of the (In,Fe)As thin film can also be enhanced with the same
method.
We used a trilayer QW consisting of InAs (2 nm)/ (In0.94,Fe0.06)As (5 nm)/ InAs (3 nm)/ Si-doped InAs (5 nm) on
AlSb (300 nm), grown on a semi-insulating GaAs (001) substrate by molecular beam epitaxy. The sample waspatterned into a 50×200 m2 Hall bar; a Au/Cr side-gate electrode was deposited; then the channel was covered with
an electrolyte to form the FET structure. The transport and magnetic properties of the trilayer QW were characterized
mainly by Hall measurements. The Si donors in the bottom 5 nm InAs layer supply electrons into the QW, as well as
attract the electron wavefunctions towards the AlSb barrier side (see the left inset of Fig. 1). Thus, the electron carriers
and the Fe magnetic moments in the QW are initially separated when the gate voltage VG is 0. When applying positive
VG, the two dimensional wavefunctions are moved towards the (In,Fe)As layer, thus the overlap of the wavefunctions
and the local Fe magnetic moments is increased. As a result, TC is enhanced and reaches a maximum when the overlap
is largest at VG = 2 V (middle inset of Fig.1). Further increase in VG to 3 - 4 V leads to a decrease in TC because theoverlap is decreased (right inset of Fig.1). As shown in Fig. 1, while the electron sheet density (nsheet) of the QW isnearly unchanged (largest nsheet= 1.3×1012 cm-2), TC of the (In,Fe)As layer was increased from the initial value of
27 K (VG = 0 V) to 35 K (VG = 2 V) and then decreased to 30 K (VG = 4 V). This result indicates that one can freely
control the TC-VG relationship by designing the magnetic QW structure. The present electrical control offerromagnetism by wavefunction manipulation in n-type FMS QW demonstrated in this study is attractive for novel
device applications.
This work is supported by Grant-in-Aids for Scientific Research including the Specially Promoted Research, theProject for Developing Innovation Systems of MEXT, and the JSPS KAKENHI project number 257388.
Fig. 1 Change of TC (red diamonds) and nsheet (greydiamonds) of the (In,Fe)As FET structure withdifferent gate voltage VG. The change of TC iscaused by the movement of the electron
wavefunction
insidethetrilayer
InAs/(In,Fe)As/InAs QW (illustrated in the insets).

[1] L. D. Anh et al.,61st JSAP Spring Meeting, 19p-E7-14,
Aoyama Gakuin University, March 17-20, 2014i 現所属：東京工業大学理工学系研究科電子物理工学専攻、ii 現所属：京都大学理学研究科物理学専攻

67

P-47 超小型サブミリケルビン連続冷凍システムの開発
Development of a Compact and Continuous Sub-mK Refrigerator
低温センター・共同利用部門 A、理学系研究科・物理学専攻・福山研 B
戸田 亮 A、福山 寛 A,B

近年、物質合成技術の発展によって不純物の少ない高品質試料が合成されるようになり、量子臨界現
象をはじめとしたさまざまな分野でより低温域での実験が望まれている。20 mK 程度までの極低温環境
は自動制御可能な市販の希釈冷凍機で実現できるが、1 mK を切る超低温環境を連続的に実現でき、操作も簡便な市販の冷凍機は現在までのところない。通常、超低温の生成には銅の核断熱消磁冷凍法を用いるが、これには 200 W@100 mK 以上の冷却力をもつ希釈冷凍機と 70 mm 以上のボア径で 8 T 近い最大磁場を実現できる超伝導マグネットという大型設備が必要になる。測定対象にも強磁場を印加したい
場合、冷凍用の磁場との干渉を回避するためさらに大型になり、特殊な実験室の建設が必要になる。また、単発式冷却なので連続的に超低温を得ることはできない。そこで我々は、既存の希釈冷凍機に搭載できるほど小型で、0.7 mK までの任意の温度を連続発生でき、かつ自動制御で取り扱いも簡便な「超小型サブミリケルビン連続冷凍システム」の開発を始めた。開発したシステムを低温センターに設置して共同利用に供するだけでなく、多くの研究者が手元で手軽に扱えるものを目指している。
本システムでは、消磁物質として増強核磁性体 PrNi5 を用いる。Van Vleck 常磁性体である PrNi5 では、Pr 原子核が感じる磁場は、超微細相互作用によって外部磁場の約 12 倍となる[1]。図 1 に示すように、1.2 T の磁場で、8 T を印加した銅と同じ冷却能力（単位体積あたりのスピンエントロピー減少量）が得られる。このため、外界への漏れ磁場がほとんどないよう冷凍用のマグネットを磁気シールドで囲
んでも、最外径 38 mm、長さ 150 mm の円筒内に納めることができる。これを希釈冷凍機の混合器上に2 つ搭載し、4 つの Zn 超伝導熱スイッチ(Zn-HSW)を用いて切り替え使用することで、連続的な冷却が可能となる（図 2）。本ポスターでは、このシステムの特徴や設計の詳細を発表する。
3

S (J/K/cm )

0
温度
制御

PrNi

-0.1 0 T5

PrNi 50.047 TCu 0.53T

-0.2
0.1

予冷

断熱消磁

0.5 1

PrNi 5
1.2T

Cu 8 T

5 10
T (mK)

50100

図 2．小型連続冷凍システムの概要

図１．核断熱消磁冷凍中のエントロピー[1] F. Pobell, “Matter and Methods at Low Temperatures 2nd Ed.”, Springer (1996).

68

P-48
平成 26 年度技術職員研修開催報告
Training for technical staff "cryogenics for beginners" in FY2014
低温センター	 寺岡	
 総一郎、戸田	 亮、阿部	
 美玲、加茂	
 由貴、志村	 芽衣	
 	  低温センターでは、学内の低温研究のために使用する液体窒素・液体ヘリウムを供給しており、その供給量は年々増加している。寒剤の利用者向けに安全講習会を毎年開催しているが、こちらの受講者も年々増加しているところである。低温研究の広がりに伴い、低温実験や寒剤の取り扱いに関する問い合
わせも増えていることから、今回、平成 26 年度技術職員研修「低温技術（初学者コース）」を開催することにした。
本研修は、寒剤の取り扱いや低温実験に詳しくない初学者の方に、寒剤の安全な取り扱い方法を講義
および実習を通して身につけていただくことを目的としている。講義では 1) 低温寒剤の取扱い (低温寒剤の使用に関するルール・法規制、低温寒剤の性質と安全な取り扱い方法、低温センターからの寒剤入手方法)、2) 低温実験の基礎 (温度の定義、様々な温度計の測定原理と留意点、低温環境の維持と温度制
御法)、3) 液体ヘリウムの使い方 (液体ヘリウムの性質、液体ヘリウム移送方法、蒸発ヘリウムガスの回収)、4) 低温の生成、 5) 低温環境での実験技術 (真空環境について、低温環境で測定する場合の留意点(微少信号測定)、超伝導の利用 (マグネット、SQUID)) について説明する。実習では、1) 液体窒素使用
実習(液体窒素容器の保管管理と運搬、液体窒素の移送・汲出し、液体窒素を用いた物質冷却と物性変化)、
2) ガスボンベ使用実習 (ガスボンベの設置・確認運搬、圧力調整器の取付と使用)、3) 液体ヘリウムトラ
ンスファ実習/液化回収設備見学、4) 液体ヘリウムトランスファ実習、5) 真空シール実習、6) 液体ヘリ
ウム使用実習(予冷、液体ヘリウムのトランスファ、交換ガスによる冷却、液体ヘリウムの蒸発冷却)を予定している。このうち液体窒素を用いた物質冷却実習では試料物質に予め熱電対を埋め込んでおき試料中心温度をモニターする。冷却曲線には膜沸騰領域と核沸騰領域の境界に対応して冷却曲線に折曲りを生じ、途中から冷却速度が速くなる筈である。さらに金属と樹脂とでは後者のほうが先に核沸騰領域に移行するが、最終的には金属が早く熱平衡に達することの観測を目標としている。異種材料の熱収縮差のデモンストレーション実験も準備中である。液体ヘリウム使用実習では小分け容器から別の小分け容
器に液体ヘリウムを移送(トランスファ)する作業と熱音響式液面計の使用方法を習得する。移送後は液量を計測して移送効率の評価も行う予定である。また低温実験技術の実習としてインジウムを用いた断熱
真空容器(缶)の低温真空シール作業とヘリウムリークディテクタの使用方法、熱交換ガスによる冷却方法の習得、ならびに熱交換ガスの有無による冷却効果の違いのデモンストレーション実験などを予定している。ポスターでは講習の実施当日の様子などを紹介する。

69

P-49
本郷キャンパスでの寒剤供給業務紹介
Introduction about liquid nitrogen supply and liquid helium supply
in Hongo campus
低温センター 液化供給部門
加茂 由貴、志村 芽衣、寺岡 総一郎、○阿部 美玲

低温センターではかねてから低温センターウェブサイト[1]や安全講習会資料[2]など各種資料の英文化作業を進めている。液化供給部門でも寒剤供給の受け方の英文化に着手した。本発表では、本郷キャン
パス内での寒剤供給の概要、液体窒素や液体ヘリウムの供給方法や関連する諸手続き、液体窒素容器等
再検査について、主なポイントを英文で紹介する。
来年度前半にはれらの内容を「低温センター利用の手引き（寒剤編[3]、容器等再検査編[4]）」の英文版としてまとめ、低温センターウェブサイトへ掲載したいと考えている。

図１．液化供給部門の業務

図２．本郷地区キャンパス 寒剤集配場所及びヘリウムガス回収配管網概略図[1] Cryogenic Research Center, The University of Tokyo(オンライン) http://www.crc.u-tokyo.ac.jp/ index_e.html[2] Safety Training Program (オンライン) http://www.crc.u-tokyo.ac.jp/gyomu/koshu/index_e.html[3] 利用の手引き(寒剤編) (オンライン) http://www.crc.u-tokyo.ac.jp/parts/tebiki-kanzai.pdf[4] 利用の手引き(容器等再検査編) (オンライン) http://www.crc.u-tokyo.ac.jp/parts/tebiki-ln2yoki.pdf

70

特別講演

71

特別講演
研究対象としてのヘリウムの量子物性
Research Interests of Helium as a Condensed Matter
理学系研究科・物理学専攻、低温センター
Department of Physics, Graduate School of Science, Cryogenic Research Center
福山 寛
Hiroshi Fukuyama
For most of researchers, liquid helium is just a cryogen with which they can produce very low temperatures orhigh magnetic fields using superconducting magnets. It is indispensable in many research fields from basic to applied
ones, and perhaps the most common usage of helium is MRI diagnostics and NMR spectroscopy at present. In thistalk, I would like to draw attention to another worth of helium as a condensed matter for basic research.
Since over a hundred years ago when helium gas was first liquefied by Kamerlingh-Onnes in Leiden, liquid
helium has been a long subject of research of quantum condensed matters usually called “quantum liquids and solids”.
Electron is a major player in ordinary materials and its properties are determined by quantum mechanics, Fermi
statistics and Coulomb interaction. However, it is impossible to create quantum liquids and solids only by electrons
without host atoms. On the other hand, helium atom is light enough so as to be a quantum matter and can condense
into liquid or solid by themselves. In addition, the existence of two stable isotopes, 4He and 3He, makes this systemeven more interesting particularly from theoretical viewpoint since 4He is a particle obeying the Bose statistics(boson) while 3He is a particle obeying the Fermi statistics (fermion).
Many new concepts, such as the superfluidity, Bose-Einstein condensation, macroscopic quantum coherence,quantum vortex, p-wave spin-triplet BCS state, Kosterlitz-Thouless transition, nuclear spin ordering and ringexchange, have been drawn in the long research history of this field [1,2]. I will review selected topics in the light ofclose relationship to current interests in broad condensed matter physics, i.e., exotic quasiparticles like spinon and
Majorana fermion, order parameter collective modes like Higgs mode, supersolid like nematic phase, etc.

Fig.１．Phase diagrams and some related physical concepts of 3He (left) and 4He (right).

[1] A. J. Leggett, Quantum Liquids (Oxford University Press, NY, 2006).
[2] D. D. Osheroff, Nuclear Magnetic Order in Solid 3He, J. Low Temp. Phys. 87, 297 (1992).

72

第6回
低温センター研究交流会
概要集

お問い合わせ東京大学低温センター
島野 亮
電話 :03-5841-2860 （内線2286）
e-mail： conference@crc.u-tokyo.ac.jp
http://www.crc.u-tokyo.ac.jp