UTe₂はトリプレット超伝導候補物質であり、世界各国で理論・実験ともに精力的に研究されている [1]。ウラン化合物トリプレット超伝導候補物質の多くはトリプレット超伝導と強磁性秩序がミクロに共存しており、強磁性相互作用の重要性が考えられている [2]。一方、UTe₂は強磁性秩序を持たず、常圧からスピン間に反強磁性相互作用が存在することが明らかになっている。さらに、圧力下では反強磁性秩序と考えられる磁気秩序相が存在し、他のウラン化合物トリプレット超伝導候補物質とは一線を画している。 　本講演ではUTe₂に対して行った圧力下の¹²⁵Te核の核磁気共鳴(NMR)測定の結果から、反強磁性秩序の性質、起源について議論する。加えて常圧下と圧力下の磁性の関係についても議論する。  
[1] Review paper: D. Aoki et al, J. Phys.: Condens. Matter 34 243002 (2022).
[2] Review paper: D. Aoki et al., J. Phys. Soc. Jpn. 88, 022001 (2019).

　In this presentation, I will show that a buckled honeycomb lattice can host a boundary-obstructed topological superconductor (BOTS) in the presence of f-wave spin-triplet pairing (fSTP). The underlying buckled structure allows for the manipulation of both chemical potential and sublattice potential using a double gate setup. Although a finite sublattice potential can stabilize the fSTP with a possible higher-order band topology; because it also breaks the relevant symmetry, the stability of the corner modes is not guaranteed. Here we show that the fSTP on the honeycomb lattice gives BOTS under nonzero sublattice potential, thus the corner modes can survive as long as the boundary is gapped.

Reference:
R. Ghadimi, S. H. Lee, and B.-J. Yang, arXiv: 2302.13476.

　　We study transport coefficients and diffusion constants in the square lattice Hubbard model by using the finite-temperature Lanczos method and Nernst-Einstein relations [1]. Notably, we observe a strong, non-monotonic temperature dependence in heat conductivity that violates the Mott-Ioffe-Regel limit across a wide range of parameter space, mirroring the behavior of charge conductivity. These findings are particularly significant for experiments on cold-atomic gases [2,3], as well as on cuprates. We will explore the experimental implications of our results for thermal conductivity in the Mott-insulating regime and the Lorenz ratio in the doped Mott insulator.

[1] M. Ulaga, J. Mravlje, P. Prelovšek, and J. Kokalj, "Thermal conductivity and heat diffusion in the two-dimensional Hubbard model“, Phy. Rev. B 106, 245123 (2022).
[2] P. T. Brown et al, "Bad metallic transport in a cold atom Fermi-Hubbard system“, Science 363, 379 (2019).
[3] M. Ulaga, J. Mravlje, and J. Kokalj, "Spin diffusion and spin conductivity in the two-dimensional Hubbard model“, Phy. Rev. B 103, 155123 (2021).

　　粉体やコロイド分散系をはじめとするマクロな粒子の集合体であるアモルファス粒子系は，その充填率𝜙が転移点𝜙_𝐽以上では剛性を獲得し固体的に振る舞う一方，転移点𝜙_𝐽以下の場合は剛性を失い流体的に振る舞う．このような粉体のレオロジー的変化はジャミング転移と呼ばれ，盛んに研究されている[1]．特に粒子間摩擦のない理想的な粉体系においては，剪断弾性率𝐺，圧力𝑃，降伏応力𝜎_Yなどが転移点からのずれ|𝜙−𝜙_𝐽 |のべき関数として振る舞うことが明らかになっている[2]．このような臨界性は，充填率やせん断速度が一様である理想的な系において調べられてきた．一方で，砂山やホッパー内の粉体の固化と流動を伴う様々な現象においては，充填率や剪断は一様ではない．このような系で，従来の一様系でみられるような臨界性が観測されるかはほとんど調べられてこなかったが，最近我々は斥力粒子系について，平行平板中の粉体流れの連続体解析及び粒子シミュレーションから，流れの発生する臨界外力と質量流量に関する臨界性を確認した[3]．しかし，その臨界性が粒子間に引力を持つ粉体に適用できるかは不明である．
　本研究では，粒子間に引力を持つ粉体粒子を一定圧力条件下で平行平板間に封入し，粒子に外力を加えた際に発生する流動に着目し，その臨界性を調べた研究を紹介する．流動が発生する臨界外力，及び質量流量に関する臨界スケーリングを連続体解析から導出し，対応する粒子シミュレーションによる検証を行った．その結果，粒子間に引力を持つ場合には，斥力粒子系の場合と異なる臨界性を示すことを明らかにした[4]．
[1] A. J. Liu, and S. R. Nagel, Nature 396, 21 (1998).
[2] C. S. O’Hern, et al., Phys. Rev. Lett. 88, 075507 (2002).
[3] 林健太，吉井究，大槻道夫，ながれ 41, 6 (2022)
[4] K. Yoshii and M. Otsuki, in prep.

　The Mott insulating iridium oxides have recently attracted a lot of attention: while some of them are strikingly similar to the “high-Tc” cuprates, the others are described by the Kitaev-Heisenberg models and are good candidate materials to observe the “proximate spin-liquid” phases [1]. One of the main reasons for the onset of such intriguing physics is the relatively large value of the spin-orbit coupling on the iridium ions, which is widely believed to lead to the so-called spin-orbital entanglement [2]. Interestingly, however, the relation between the spin-orbital entanglement and the spin-orbit coupling is rather speculative.　In this talk, after a brief overview of the above-mentioned “iridate physics”, I will discuss how the spin-orbital entanglement can be induced in a Mott insulator with large spin-orbit coupling [3]. In particular, I will show that: (i) the spin-orbital entanglement between spins and orbitals on different sites can be triggered by a joint action of the on-site spin-orbit coupling (of relativistic origin) and the spin-orbital exchange (of the Kugel-Khomskii type); and yet, (ii) the onset of the spin-orbital entanglement in such a model does not have to be taken for granted, for it can vanish even in the large spin-orbit coupling limit.

　One of the fundamental questions in correlated materials is whether its low-energy physics can be described in terms of quasiparticles -- or we are just left with the "unparticle" physics. A paradigmatic example of such a situation can be found in antiferromagnets with added mobile holes. These, depending on the system dimension, either form well-defined fermionic quasiparticles (e.g. spin polarons) or fractionalise into spinons and holons [1].

In this talk, I will discuss which of these two cases is more "typical" to the copper oxides. To this end, I intend to give an overview of our recent understanding of the ARPES spectra of undoped antiferromagnets [2] and show a prominent stability of the fermionic quasiparticles. Next, I will speculate whether this situation may change in the doped cuprates [3], i.e. in systems without magnetic long-rage order but (still) with a strong coupling between magnetic and fermionic degrees of freedom.

　今世紀になって薄膜の作成技術が向上したことにより薄膜積層系の物性が注目を浴びている [1]。特に2018年以降は薄膜から薄膜積層系を自動的に作成することが可能になり多積層系の物理にも注目が集まっている [2]。一方でグラフェンやTMDのホモ積層系に比べ、ヘテロ積層系に対しては理論的な理解が進んでいない。

我々はこれまで遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)と黒リン(BP)のヘテロ積層系において光学応答を強束縛模型を用いて研究してきた [3-5]。今回は以上の研究についてモアレハミルトニアンの作成方法と合わせて説明する。

[1] A. K. Geim, I. V. Grigorieva, Van der Waals heterostructures, Nature 499, 419–425 (2013)
[2] Satoru Masubuchi, Masataka Morimoto, Sei Morikawa, Momoko Onodera, Yuta Asakawa, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, and Tomoki Machida, Autonomous robotic searching and assembly of two-dimensional crystals to build van der Waals superlattices, Nature Communications 9, 1413 (2018)
[3] T. Akamatsu, T. Ideue, S. Kitamura, M. Yoshii, T. Morimoto, Y. Iwasa, et al., A van der Waals interface that creates in-plane polarization and a spontaneous photovoltaic effect, Science, 372, 6537, pp. 68-72 (2021)
[4] 吉井真央、Yu Dong 、北村想太、豊田新悟、中川裕治、森本高裕、小川直毅、井手上敏也、岩佐義宏、ファン・デル・ワールスヘテロ接合系での二次高調波発生の理論、日本物理学会 2021 年秋季大会、オンライン、 2021年9月
[5] Y. Dong , M. Yang , M. Yoshii , T. Ideue, to be published.

　

Strong electron correlation effects in a quasi-periodic lattice have attracted particular attention since the observation of strange metal behavior in Au-Al-Yb Tsai-type quasicrystal[1]. Its temperature dependence of physical properties resembles b-YbAlB4, of which superconductivity and strange metal originate from a Yb valence fluctuation[2,3]. The quantum criticality in Au-Al-Yb quasicrystal may come from same fluctuation since both of them exhibit intermediate valence state[4,5].
　
The strong electron correlation effects of Lanthanoid have been mainly investigated in Ce based intermetallic compounds due to the discovery of heavy fermion state. Recent work has shown that Ag-In-Ce 1/1 approximant exhibits extraordinarily large C/T (specific heat per temperature) which exceeds 6 J/K2 per mole of Ce ions[6]. However, it forms spin glass state below ~ 0.4 K.

In our work, the Au-Ga-Ce system was extensively investigated and we found that the 1/1 approximant is formed in large single-phase region. We have also closely studied chemical doping effect on the magnetic property for the Au-Ga-Ce system. The details will be reported in the presentation.

[1] K. Deguchi et al., Nature Mat., 11 1013 (2012).
[2] S. Nakatsuji et al., Nature Phys., 4 603 (2008).
[3] T. Tomita et al., Science, 349 506 (2015).
[4] M. Okawa et al., Phys. Rev. Lett., 104 247201 (2010).
[5] T. Watanuki et al., Phys. Rev. B, 86 094201 (2012).
[6] K. Imura et al., J. Phys. Soc. Jpn., 86 093702 (2017).

There is now a growing interest in rich non-trivial magnetic structures known as multiple-q states which are coherent superpositions of states with different wavevectors. One of the celebrated examples might be the skyrmion-lattice state [1] which is known as a topological defect and is often stabilized in a triangular-lattice system with anti-symmetric interactions. In this talk, we will talk about a new type of multiple-q state, a ripple state which is realized in a classical honeycomb-lattice Heisenberg antiferromagnet with the nearest-neighbor and next-nearest-neighbor antiferromagnetic interactions, J1 and J2 [2]. Interestingly, the real-space spin texture of this state seems to be like a “water ripple” observed when we throw a stone on a water surface in daily life. We will talk about the numerical results obtained by means of our large-scale Monte Carlo simulations and will also discuss about the possible realization of the ripple state in real materials.

[1] S. Mühlbauer, et al, Science 323, 915 (2009).
[2] T. S. and H. Kawamura, accepted in PRL (2019), arXiv:1810.02951.

One of the reasons why there has been so much excitement in the area of topological materials is the possible existence of Majorana fermions as elementary excitation in a wide variety of topological systems. Due to the non-Abelian exchange statistics that they obey, the ability to create and control Majorana fermions in condensed matter systems has a high potential for realising scalable, fault-tolerant topological quantum computation. One of the most promising models proposed so far for platforms for topological quantum computation is the two-dimensional (2D) s-wave topological superconductivity (TSC) model with Rashba spin-orbit coupling and Zeeman field.
We perform microscopic mean-field studies of 2D s-wave TSC by solving the Bogoliubov-de Gennes equations -- coupled Schroedinger-like equations for the particle and hole components of a quasiparticle -- on a tight-binding model self-consistently. By solving for the spin-dependent Hartree potential self-consistently along with the superconducting order parameter, we show that topological charge density waves (TCDW) can coexist with TSC at half filling just as in a conventional s-wave superconductor. Furthermore, we examine the effects of nonmagnetic impurities -- which tend to create spin-polarised midgap excitation and pin the phase of charge density modulations -- on possible interplay of TCDW and TSC.

We executed the topological data analysis of labyrinth magnetic domain structure to visualize pinning site during the magnetization reversal process. We utilized persistent homology to extract the topological feature of the magnetic domain structure, and principal component analysis was used to construct the correlation between persistence diagram and magnetic hysteresis loop. As a result, we could automatically visualize the pinning site as topological defect on the original magnetic domain structure.
Reference: 表面と真空 62, (2019), pp 153-160

We investigate the real-time dynamics of the half-filled one-dimensional extended Hubbard model in the strong-coupling regime, when driven by a transient laser pulse. Starting from a wide regime displaying charge-density wave (CDW) in equilibrium, a robust photoinduced in-gap state appears in the optical conductivity, depending on the parameters of the pulse. Here, by tuning its conditions, we maximize the overlap of the time-evolving wavefunction with excited states displaying the elusive bond-ordered wave of this model. Finally, we make a clear connection between the emergence of this order and the formation of the aforementioned in-gap state, suggesting the potential observation of purely electronic (i.e., not associated to a Peierls instability) bond-ordered waves in experiments involving molecular crystals. On the other hand, we develop an method to obtain the snapshot of time dependent single particle spectral function. Through analyzing oscillation of the spectral weight, we find its frequency is consistent with the optical gap. In CDW, there are two separated electronic bands in equilibrium. Photoinduced enhancement and oscillation of the weak one can be connected to the appearance of bond order.

Glycolipids are amphiphiles whose basic unit comprises of a sugar group attached to an alkyl chain. Many glycolipids are also naturally derived since these can be found in cell membranes. Their membrane and surfactant functions are largely understood through their lyotropic properties. While glycolipids are expected to play major roles as eco-friendly surfactants in the global surfactant market, their usefulness as thermotropic liquid crystal material is, to date, unknown, due to relatively lack of research performed and data reported in the literature. Understandably since glycolipids are hygroscopic with many hydroxy groups, removing the last trace water is very challenging. In recent time, with careful lyophilization and more consistent characterization technique, some researchers have attempted serious studies into “dry” or anhydrous glycolipids. Motivated by possible developments of novel thermotropic applications, some results from these studies also provide surprising new understanding to support conventional wisdom of the lyotropic systems. In this talk, an overview of the dry state of glycolipids assembly, the structure property relationship in particular the chain length and chain branching that affect the thermotropic phases and their interesting electrical properties when subjected to electric field will be discussed.

Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene), P(VDF-TrFE) and poly(vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene) P(VDF-TeFE) are promising ferroelectric polymers for applications such as actuators and sensors. Unlike its homopolymer P(VDF), these copolymers are capable of achieving high crystallinity ~90% and form β-phase directly from melt crystallization. By replacing one of the hydrogen atom in the TrFE monomer unit with fluorine atom, P(VDF-TeFE) shows distinct differences in its characteristics such as relaxation frequency and phase transition temperature compared to P(VDF-TrFE). These differences might be a hint for us to understand the role of TrFE and TeFE monomers in the polymeric system. Unfortunately, less attention has been paid on the role of these monomers in the P(VDF-TrFE) and P(VDF-TeFE) copolymers. Therefore, we re-examine the effect of parameters such as solvent and annealing temperature towards the dielectric and ferroelectric properties of these copolymers by the means of electrical and structural analysis. Further studies on the phase transition temperatures and molecular motions are currently in progress in order to get a fundamental insight on the characteristics differences between these two copolymers and as well as its homopolymer.

In the first part [1] I will show that electron-magnon interaction delocalizes the particle in a system with strong charge disorder. The analysis is based on results obtained for a single hole in the one–dimensional t–J model. Unless there exists a mechanism that localizes spin excitations, the charge carrier remains delocalized even for a very strong charge disorder and shows subdiffusive motion up to the longest accessible times.
In the second part [2] I will present a study of dynamics of a single hole in one dimensional t–J model subject to a random magnetic field. Strong disorder that couples only to the spin sector localizes both spin and charge degrees of freedom. While we cannot precisely pinpoint the threshold disorder, we conjecture that there are two distinct transitions. Weaker disorder first causes localization in the spin sector. Carriers become localized for somewhat stronger disorder, when the spin localization length is of the order of a single lattice spacing. I will also discuss finite doping.
Finally I will discuss the problem of a single electron in a random potential, coupled to different bosonic degrees of freedom [3,4].
[1] J. Bonca and M. Mierzejewski, Phys. Rev. B 95, 214201 (2017).
[2] G. Lemut, M. Mierzejewski, and J.Bonca, Phys. Rev. Lett. 199, 246601 (2017).
[3] J. Bonca, S.A. Trugman, and M. Mierzejewski, Phys. Rev. B 97, 174202 (2018).
[4] P. Prelovsek, J.Bonca, and M. Mierzejewski, Phys. Rev. B 98, 125119 (2018).

集団運動は自発的に運動する要素によって自己組織的に現れ, それは細胞骨格のモータータンパク質 (10^(-9) m)，上皮細胞による傷の治癒 (10^(-6) -10^(-4) m) など広いスケールで普遍的に存在する．自律的に運動する要素の総称をアクティブマターと呼び，その秩序形成メカニズムの解明は，近年の非平衡物理学の中心的課題の１つである．本セミナーでは，アクティブマターの集団に潜む力学と幾何学の関係について，バクテリアの集団運動 (別府が講演)，モータータンパク質のアクトミオシンのダイナミクス (坂本が講演) を例に紹介する．

第１部では，バクテリア集団の渦形成と制御について紹介したい．境界のない二次元系において高密度のバクテリア集団は乱流のように乱れた運動を示すが，特徴的なサイズの渦が多数共存する状態にある．我々は，設計された境界形状を持つマイクロウェルにバクテリア集団を封入すると，複数の渦からなる渦ペアの秩序相を示すこと，そして複数の渦の回転方向は境界形状に由来する単一の幾何パラメータで決定されることを明らかにした[1]．この渦ペアの転移は Vicsek 型の極性相互作用から導出でき，当日はフラストレートされた渦ペアの結果と共に幾何的性質を議論する．

第二部はアクティブなゲルの動態と細胞内対称性についてである．アクチンとミオシンは細胞分裂や細胞核配置を司るミクロな力発生装置である．細胞サイズの油中液滴系にアクチンとミオシンを封入したところ，アクトミオシンのゲルが波となって伝搬する現象を発見した．さらに区画サイズを変えたところ，境界形状が円形で対称であっても，周期的な波とアクチンネットワークが区画内の構造配置を非対称にすることを見出した[2]．当日は実験の詳細を示し，アクティブゲルが区画内の(非)対称性を決める転移メカニズムを議論する．

[1] K. Beppu, et al. Softmatter 13, 5038-5043 (2017)

[2] R. Sakamoto, et al. to be submitted

低い光子エネルギーを持った高強度コヒーレント光の実現により、こうした光で誘起する固体における電子の非線形ダイナミクスの観測が可能になった。入射光の整数倍の光子エネルギーの放出が起こる高次高調波発生 (HHG) [1] は、こうした現象の中で最も基本的なものの一つである。希ガスを対象にした HHG は、Paul Corkum により提案された 3 ステップ模型 [2] でその物理が良く理解できる。一方、固体における HHG のメカニズムは 3 ステップ模型の固体版の拡張以外の様々な物理が表れることが理論的、実験的に示唆されており、活発に議論が行われている。一次元模型 [3,4]、及び三次元系 [5] のシミュレーションを通じて、我々はこうしたメカニズムの解明に取り組んでいる。セミナーでは、一次元模型を使った固体 HHG の半古典的な記述法と、三次元原子論的シミュレーションを用いた実験との直接比較について紹介する。

[1] S. Ghimire, et al., Nat. Phys. 7, 138 (2011).
[2] P. B. Corkum, Phys. Rev. Lett. 71, 1994 (1993).
[3] Takuya Ikemachi, Yasushi Shinohara, et al., Phys. Rev. A 95, 043416 (2017).
[4] Takuya Ikemachi, Yasushi Shinohara, et al., Phys. Rev. A 98, 023415 (2018).
[5] K. Kaneshima, Y. Shinohara, et al., Phys. Rev. Lett. 120, 243903 (2018).

低次元磁性体では，量子多体効果に起因する新奇スピン状態の観測が期待できる．その中でも，絶対零度においてもスピンが秩序化しない「量子スピン液体状態」，近年盛んに研究されている「トポロジカル秩序状態」は，理論・実験の両面から盛んに研究されている．これらの状態が持つ量子力学的性質は，量子ビットやスピントロニクスへの応用が可能であり，実用化に向けての研究も開始されつつあるが，理想的なモデル物質が存在しない場合も多々ある． 本セミナーでは，カムチャツカ半島産鉱物であり，一次元量子磁性体のアルモクライシェブスク鉱 [1]とフェドトフ鉱 [2]を中心に，それらの磁性を紹介する．これらの鉱物では，極低温（T ~ 100mK）においても磁気秩序が形成されないため，理想的な低次元量子磁性体であるといえる．130T級の超強磁場磁化測定，中性子散乱・ミュオンスピン回転／緩和（μSR）法を駆使したスピンダイナミクスの観測，そして理論計算の結果にも触れる予定である．
[1] M. Fujihala et al., Scientific reports 7, 16785 (2017).
[2] M. Fujihala et al., PRL 120, 077201 (2018).

電子は電荷の性質と共に磁気的性質である「スピン」の自由度を持っている。スピンの情報は非常に失われやすいが、現在日常的に取り扱われるマイクロスケール、ナノスケール領域ではスピン自由度も保たれるため、電気輸送と磁性が互いに影響を及ぼす効果が容易に観測される。代表的な効果としては、磁気抵抗効果やスピントランスファトルクがあり、これらは不揮発性の磁気抵抗メモリに利用されている。また、この電子の持つスピン自由度は磁化だけでなく他にも光の偏光や熱、音波といった物理量と変換可能であるため、様々な新機能デバイスの担体としても期待されている。デバイス中でスピンを利用するためにはスピンの生成、操作、輸送、検出、といった要素技術の確立が必要であるが、これらすべてにおいて重要な役割を果たすのがスピン軌道相互作用である。スピン軌道相互作用は運動する電子スピンに有効磁場を与えることができるため局所スピン操作を可能にするが、この有効磁場はスピンを急速に緩和させる原因となり、スピンを有効に利用できる時間や輸送距離には大きな制限がある。しかしながらGaAsなどの化合物半導体の二次元量子構造においては2種類の異なるスピン軌道相互作用を利用でき、ある条件下ではスピン緩和が完全に抑制される「永久スピン旋回」状態が実現される。つまり失われやすいスピン情報を長時間保った状態で、局所的なスピン操作が可能となる。本セミナーでは、スピントロニクス分野におけるいくつかの研究成果を紹介するとともに、半導体スピントロニクスにおいて注目を集めているスピン軌道相互作用を利用した永久スピン旋回状態の観測とスピン空間分布制御についてお話したい。

In my talk I will consider the interplay between superconductivity and formation of bound pairs of fermions in multi-band 2D fermionic systems (BCS-BEC crossover). In two spatial dimensions a bound state develops already at weak coupling, and BCS-BEC crossover can be analyzed already at weak coupling, when calculations are fully under control. We found that the behavior of the compensated metal with one electron and one hole bands is different in several aspects from that in the one-band model. There is again a crossover from BCS-like behavior at EF>>E0 (E0 being the bound state energy formation in a vacuum) to BEC-like behavior at EF < < E0 with Tins > Tc. However, in distinction to the one-band case, the actual Tc, below which long-range superconducting order develops, remains finite and of order Tins even when EF = 0 on both bands. The reason for a finite Tc is that the filled hole band acts as a reservoir of fermions. The pairing reconstructs fermionic dispersion and transforms some spectral weight into the newly created hole band below the original electron band and electron band above the original hole band. A finite density of fermions in these two bands gives rise to a finite Tc even when the bare Fermi level is exactly at the bottom of the electron band and at the top of the hole band. I also analyze the formation of the s+is state in a four-band model across the Lifshitz transition including BCS-BEC crossover effects on the shallow bands. Similar to the BCS case, we find that with hole doping the phase difference between superconducting order parameters of the hole bands change from 0 to π through an intermediate s+is state, breaking time-reversal symmetry (TRS).

Simple rules can create complex patterns and dynamics. This connection is routinely used by living systems to create complex rhythms, spatio-temporal structures, and high-performance materials with design features at meso- and macroscopic length scales that seem to defy their molecular origins. In my lecture, I will present several examples that illustrate this point and demonstrate that many phenomena that appear to be unique to life processes actually occur in non-biological, often simple chemical systems. Specifically, I will discuss nonlinear wave patterns in reaction-diffusion media and examples of life-like structures in chemical reactions that form polycrystalline or amorphous solids. The unexpectedness of some of these universalities has profound consequences in a wide range of scientific disciplines ranging from the misidentification of early microfossils to deadly cardiac arrhythmias.

* O. Steinbock, J. H. E. Cartwright and L. M. Barge “The Fertile Physics of Chemical Gardens” Physics Today 69, March 2016.
* Z. Zhang and O. Steinbock “Local Heterogeneities in Cardiac Systems Suppress Turbulence by Generating Multi-armed Rotors” New Journal of Physics 18, 053018, 2016.
* E. Nakouzi and O. Steinbock “Self-organization in Precipitation Reactions Far From the Equilibrium” Science Advances 2, e1601144, 2016.
* J. M. García-Ruiz, E. Nakouzi, E. Kotopoulou, L. Tamborrino and O. Steinbock "Biomimetic Mineral Self-organization From Silica-rich Spring Waters" Science Advances 3, e1602285, 1-7, 2017.

The general context of this seminar is the experimental and theoretical study of "Heavy Fermion“ systems: Metallic compounds containing rare earth (RE) ions such as Ce and Yb. The experimental method considered is photoemission, as carried out either in angle integrated ("PES") or angle resolved ("ARPES") mode. The Periodic Anderson Model ("PAM") has frequently been employed to interpret the spectra. The subject, started half a century ago, is still surprisingly lively and full of new challenges.
I have collaborated with Clemens Laubschat's group at the TU Dresden in Germany. My theoretical contribution was to consult a PhD student in the group, Alla Chikina, in the development of a computer code for the PAM that uses our phenomenological Continued Fraction Method (CFM) [1]. The CFM was generalized from the Hubbard model to the PAM and the code was tested in comparison with results from Dynamical Mean Field Theory [2]. The benchmarking was carried out in the "Kondo Lattice“ regime of the PAM, which is characterized by the presence of a "large“ Fermi surface (FS). The physical meaning of this concept is explained in terms of Luttinger's counting principle [3].
The PAM englobes other scenarios, beyond the Kondo Lattice, such as charge transfer and mixed valence regimes. An overview of possible spectra is presented, as calculated with our code [4]. The PAM predicts damped van Hove singularities in the quasiparticle density of states. One of the new challenges is to demonstrate their presence in the PES data.
A detailed discussion of ARPES and PES results on YbRh2Si2 [5] and YbNiSn [6] uses an "asymmetric KL“ scenario. We conclude that Doniach's KL model, based on a single Kramers doublet per RE ion, is not applicable. The excited 4f levels under the crystalline electric field exert a strong influence in stabilizing the large FS at temperatures well beyond the Kondo temperature of a Kramers doublet.
[1] R. Hayn, P. Lombardo, and K. Matho, Phys. Rev. B 74, 205124 (2006).
[2] A. Benlagra, T. Pruschke, and M. Vojta, Phys. Rev. B 84, 195141 (2011).
[3] R. M. Martin, Phys. Rev. Lett. 48, 362 (1982); J. Appl. Phys. 53, 2134 (1982).
[4] A. Chikina, PhD Thesis, Dresden (2016) and t.b.p.
[5] K. Kummer et al., Phys. Rev. X 5, 011028 (2015).
[6] A. Generalov et al., Phys. Rev. B (accepted May 2017).

ソフトマターの``Extreme rheology” [1, 2]としての破壊現象について紹介したい。特に以下に概要を述べるような，化学－力学共役現象としてのゲルの破壊実験[2]の結果報告を主体に話す：水で膨潤したアクリルアミドゲルの破壊エネルギー測定を，ゲル内部の水と相溶する各種の液体をき裂先端に滴下しながら行った。滴下液体も水である場合，遅い亀裂進展測度での強度エネルギーが低下した。一方，ポリアクリルアミドにとって貧溶媒（ゲル網目を収縮させる）であるエタノールを注入した場合，破壊エネルギーは著しく増加した。また，エチレングリコールやグリセリンを滴下した場合，それらが水と同じくポリアクリルアミドの良溶媒であるにも関わらず，貧溶媒のエタノールと同様に破壊エネルギーが増大した。この高分子と滴下溶媒の熱力学的相互作用（良or貧）では説明できない結果を，き裂先端での３成分（水，高分子網目，滴下溶媒）拡散のダイナミクスという観点から考察する。
[1] Q. Huang and O. Hassager, Soft Matter, 13, 3470 (2017).
[2] R. Long and C.-Y. Hui, Soft Matter, 12, 8069 (2016).
[3] Y.T. et al., Soft Matter 12, 8143 (2016).

Motivated by the recent experiments that show the importance of charge excitations in cuprate superconductors, we study the t-J model in a large-N expansion based on a path integral representation for Hubbard operators. We discuss possible charge instabilities as well as the charge excitation spectrum for both, electron-doped and hole-doped cuprates. We show that there is a dual structure between low and high energy charge excitations, specially at low doping. While the low energy charge excitations come from the J term of the t-J model and correspond to bond-order charge fluctuations, high energy charge excitations are due to usual local charge fluctuations.

[1]などのシミュレーションにより粒子のアスペクトレシオをパラメータとした自発運動する粒子の集団挙動の転移が見出されている。このような粒子形状変化による集団運動の転移を実験的に調べ、運動方法の詳細に依存せずに粒子形状だけで決まる普遍的な集団挙動を見出すことを目指している。そのために、容易に様々な形を持ったゲルを多量に作れるCentrifuge-based droplet shooting device(CDSD)を用いて自発運動ゲルを作成した[3]。
　CDSDは遠心力を利用して構成要素が異なる複数の領域を持つ単分散ゲルを作る道具である[2]。アルギン酸ナトリウム水溶液をCDSD中のガラスキャピラリに封入し、遠心力によりキャピラリ先端から微小液滴を射出する。できた微小液滴はCDSDの底にある塩化カルシウム溶液中でゲル化する。θ管など複数の穴を持つガラスキャピラリを用いると、それぞれの穴の中の構成要素からなるゲルを組み合わせた球状粒子を作ることが出来る。今回は一部の穴にアガロースを含む溶液を入れた。作成した粒子を冷却後にEGTA溶液の中に入れるとアガロースを含む部分だけが残り、様々な形状のゲルが作れる。このゲルの一部に触媒や高誘電率の粒子を封入し、化学反応や電場を用いてゲルの自発運動を実現した[3]。
[1] F. Peruani, et al., Phys. Rev. E, 74, 030904(R) (2006); H. H. Wensink, et al., Proc. Nat. Acad. Sci., 109 14308-14313 (2012).
[2] K. Maeda, et al., Adv. Mater., 24, 1340-1346 (2012)
[3] M. Hayakawa, H. Onoe, K. H. Nagai, and M. Takinoue, Sci. Rep., 6, 20793 (2016); M. Hayakawa, H. Onoe, K. H. Nagai, and M. Takinoue, Micromachines, 7, 229 (2016).

Light-element molecular solids are an intriguing class of materials where the fundamental building blocks of crystalline and electronic structures are the molecules (rather than ion/atom as an in the transition-metal compounds) and where their flexible π molecular orbitals prescribe emerging magnetic and electronic responses. These systems appear naturally as a narrow-bandwidth solids with sizeable on-site repulsion, which is in most cases comparable to or larger than the electronic bandwidth. Moreover, in cases when the degeneracy of the frontier molecular orbitals is preserved, the interplay between the Hund's rule coupling and the molecular Jahn-Teller effect leads to a new physics, which spans from Mott-Hubbard transitions, to low dimensionality, low-temperature broken symmetry states, like antiferromagnetism, possible spin-liquids and, last but not least, superconductivity.
In the first part of the talk we will discuss the relevant interactions that lead to the phase diagrams of light-element molecular solids. In the second part, the physics of three families of molecular solids will be reviewed: i) Superconductivity in A3C60 [1-4] ii) Magnetism in alkali-metal doped polyaromatic hydrocarbons iii) Alkali superoxides (AO2) [5,6]

[1] Y. Takabayashi, D. Arčon et al., Science 323, 1585 (2009).
[2] A. Y. Ganin, D. Arčon et al., Nature 466, 221 (2010).
[3] R. Zadik et al., Sci. Adv. 1, e1500059 (2015).
[4] A. Potočnik et al., Sci. Rep. 4, 4265 (2014).
[5] M. Klanjšek et al., Phys. Rev. Lett. 115, 057205 (2015).
[6] T. Knaflič et al., Phys. Rev. B 91, 174419 (2015).

Normal-state of various Fe-based pnictides and chalcogenides superconductors exhibit a quadratic-in-temperature resistivity, Δρ=AT²over wide ranges of temperature and pressure. Moreover, these systems exhibit a correlation between their T_c and A, namely log⁡ T_c∝A^-1/2 even when a control parameter such as pressure is widely varied. This manifestation, as well as that of -1/T_c (∂H_c/∂T)_T_c∝A/n (terms have their usual meanings) suggests a common Landau Fermi Liquid scenario for both superconductivity and quadratic-in-temperature contribution.

　Angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) is powerful technique to study physical properties of solids. Owing to high energy and momentum resolution realized in modern ARPES, one can now directly determine not only energy and momentum distributions of electrons, but also momentum-resolved energy-gaps as well as many-body interactions. This talk will first provide a brief review of high energy and momentum resolution ARPES as a probe of many-body interactions. We will then introduce our newly developed high-spatial resolution ARPES systems; laser-based micro-ARPES system at Hiroshima Synchrotron Radiation Center (HiSOR) and nano-ARPES system at Diamond light source (beamline I05). Those typical performances including representative ARPES results will be demonstrated.

　鉄系超伝導体の典型的な相図において、反強磁性相よりも電子ネマチック相が超伝導相の近くに存在することが知られている。このことから、電子ネマチック揺らぎが超伝導の発現に重要な寄与をすることが期待される。
  本研究では、軌道ネマチック揺らぎによる超伝導を考察するため、軌道ネマチック不安定性を記述する、dxz, dyzの２軌道からなるミニマルモデルを用いた。乱雑位相近似で軌道ネマチック揺らぎを取り入れ、線形化Eliashberg方程式を電子の自己エネルギー効果を含めて低温まで解くことに成功した。その結果、ノーマル状態、ネマチック状態のいずれからも超伝導転移が可能で、その転移温度は実験で得られているものと同程度であることがわかった。
  また、本研究で得られた超伝導ギャップの構造は、鉄系超伝導体における多くの角度分解光電子分光の実験結果の特徴を捉えており、超伝導の発現に軌道ネマチック揺らぎが重要な寄与をしている可能性がある。

　The study of phase transitions in real time under nonequilibrium conditions is of fundamental interest in many areas of physics. A special category of recent fundamental and practical interest are transitions to metastable hidden states which occur under conditions of particle-hole asymmetry. While such behavior has been invoked in cosmology to explain Baryogenesis, it is not commonly observed elsewhere. In the quasi-two-dimensional dichalcogenide, 1T-TaS2, conditions for the formation of an electronically textured hidden “false vacuum” state are created by femtosecond laser photoexcitation. Femtosecond photoexcited low temperature scanning tunneling microscopy reveals a remarkable quantum duality of polaron behavior with a vivid real-space illustration of Mott physics. The current system is of practical interest for ultrafast low-energy low-temperature non-volatile memory devices with applications in cryogenic computing.

The conventional BCS theory fails to account for the physical properties of a large variety of high-Tc superconductors, the cuprate family and the recently discovered iron-based superconductors. In particular, these materials reveal a `peak-dip-hump' structure in the quasiparticle DOS at low temperature and often a pseudogap at the critical temperature.
In my talk, the origin of these features are explained in the framework of a new pair-pair interaction model [1] :
- The non-superconducting state consists of incoherent pairs, a `Cooper-pair glass' which, due to the pair-pair interaction, condense below Tc to the coherent superconducting state.
- The peak-dip-hump structure is then due to the strong coupling between quasiparticles and excited pairs, which we call `super-quasiparticles'.
The talk will focus on a wide variety of tunneling experiments, with varied temperature, magnetic field and doping, to test the validity of the model.

[1] W. Sacks, A. Mauger, Y. Noat, Superconduct. Sci. Technol. 28 105014, (2015).

アクチン細胞骨格は真核細胞の細胞膜直下につくられるアクチンフィラメント（アクチン分子が連なってできる繊維状構造）から成るネットワーク状の構造である。ミオシンフィラメント（ミオシン分子が束になってできる構造）や架橋タンパク質によりアクチンフィラメント同士は結節されている。真核細胞の形状を支えるだけでなく、ミオシンの分子モーターとしての働きによる力を媒介することで能動的な細胞変形にも関与し、真核細胞の力学に重要な役割を担っている。 当日は主に、このアクチン細胞骨格中でのミオシン分子モーター誘起の応力に関する我々の理論について話す予定である。真核細胞は遊走や分裂などに際してミオシンがアクチン細胞骨格中で生み出す収縮力を活用しているが、ミオシンがアクチンフィラメントに加える力が如何にしてネットワークの収縮力になるのかは自明ではない。我々はアクチン細胞骨格を表すミニマルな理論モデルを提案し、内部のミオシンが細胞骨格に与える応力を計算することで、収縮力が生じる機構とその条件を調べている。特に実際の細胞皮質骨格のように、アクチンフィラメントのネットワークが等方的かつ流動的な場合に着目して研究を進めた[1]。結果として、収縮力が生じるにはアクチンとミオシンだけでなく一定量以上の架橋タンパク質も不可欠であることが明らかになった。また、細胞骨格の各要素のターンオーバーがミオシン誘起応力に与える影響についても明らかにした。当日詳しく我々のモデルとその解析結果を説明したい。
[1] T. Hiraiwa and G. Salbreux, “Role of turnover in active stress generation in a filament　network”, Phys. Rev. Lett. 116, 188101 (2016).

水分解用光触媒の開発が精力的に行われているが，多くの研究は材料の開発であり，定量的な物性の理解などはあまり進んでいないのが現状である。光触媒による水分解反応は，光吸収・励起子分離・キャリアの拡散と移動・電気化学反応・イオンの拡散からなると考察できる。我々研究グループではこれら水分解が起こる反応に関わる様々な特性を抽出し，様々なキャラクタリゼーションおよび理論計算を用いてあらゆる時間軸・空間軸に切り分けて定量化することで，光触媒の弱点を見出そうという試みを行っている。この方法が確立されれば，ある特性を選択的に改善する，すなわちスクリーニングではない正確な触媒設計が可能になりえる。当発表ではTa₃N₅光触媒をモデル光触媒として研究を行った結果を紹介し，このアプローチの意義を議論したい。

鳥や細胞の群れ, 生体高分子など, エネルギーが外部から注入されることで自己駆動し動的な空間構造を形成する粒子系はSelf-Propelled Particle(SPP)と呼ばれ, 盛んに研究されている. アクチンや微小管などの細胞骨格分子はその一例で, アクティブフィラメント(Active Filament: AF)とも呼ばれている. AFはSPPの特性でもある様々な空間構造を示すため, 特にこれまで理論・in vitro再構成実験の両面からその集団動態について研究を進められてきた．この際, AFは単純な棒状であるとして簡略化し扱われていたが, 実際の細胞の中のAFは単純な棒状ではなく枝状の複雑な形状を示す.複雑な形状をしたAFがどのような集団動態を示すか調べるため, 我々は2本のAFが重なりV字型をしている粒子をアクティブフィラメント複合体(Active Filament Complex: AFC)と名付け, その集団動態を観察・解析した. その結果, 形状を表すパラメータ の変化によって4つの相が現れることがわかった. 本講演では,これまでのAF研究を概略し上述のAFC集団ダイナミクスについて詳説する.
Phys. Rev. E 93, 052406 (2016)

　ナローギャップ半導体あるいは半金属において、価電子帯の正孔と伝導帯の電子が自発的に励起子対を作って対凝縮を起こした相を励起子相と呼ぶ。この際、混成により半導体ではバンド端がフラット化し、半金属ではバンドギャップが開く。励起子相の存在は、超伝導相におけるクーパー対の凝縮とのアナロジーからBCS理論が登場してまもなく提案されたが、励起子は電荷が中性であることから実験での観測は非常に困難であり、当時は励起子相にある物質の発見には至らなかった。近年では状況が一変し、角度分解光電子分光により物質のバンドが直接観測できるようになったため、いくつかの候補物質が提案されるようになった。例えば半導体 Ta₂NiSe₅ や半金属 1T-TiSe₂ などが挙げられる。しかしながら、バンド分散の変化を観測しただけでは励起子相の直接的な証拠とはならない。
　本研究は Ta₂NiSe₅ の励起子相をよく説明する三本鎖模型を使用した理論研究を行い、この物質が励起子相にあるかどうかを調べる実験手法の提案を目的とする。そのために注目したのが超音波吸収係数と核磁気緩和率[1]、そして軌道磁化率[2]である。前者の超音波吸収係数と核磁気緩和率は、励起子相の波動関数の量子干渉が転移点直下のエネルギー吸収率に及ぼす影響を調べたものである。また後者の軌道磁化率であるが、軌道磁化率は一般にバンド間効果が重要な役割を持ち、励起子相は価電子帯と伝導帯を必要とする多バンド系であることから、励起子相がバンドに及ぼす影響を調べる上で有用な物理量であると考えられる。本セミナーではこれらの成果について報告する。
[1] K. Sugimoto, T. Kaneko, and Y. Ohta, Phys. Rev. B 93, 041105(R) (2016).
[2] K. Sugimoto and Y. Ohta, in preparation

　フラストレートスピン系は，磁性研究において最も盛んに研究されてきた多体系の一つであり，現在もなお注目を集めている．特に1973年にP. W. Anderson によって提案されたResonance Valence Bond (RVB) と呼ばれる量子スピン液体は新しい磁性体の基底状態として注目され [1]，その量子スピン液体状態の探索は現在もなお実験理論問わず盛んに研究されている課題の一つである．また磁場中においては量子揺らぎとフラストレーションの相乗効果により磁化プラトー，カスプ，ジャンプなどの異常が存在することでも知られ注目されている．そこで我々は2次元フラストレーション系の代表格であるJ1-J2正方格子と基底状態を厳密に解くことができる新しいフラストレート格子について研究を行った．J1-J2正方格子では磁場中基底状態を，負符号問題や人為的なバイアスが一切ないことで知られる密度行列繰り込み群とサイン二乗変形法を組み合わせた比較的新しい数値解析法を用いて調べ，新しい相や相転移現象を発見した．さらに無限に縮退した厳密な非磁性基底状態を持つモデル群を新しく提案した [2]．このモデルの残留エントロピーは系のサイズを大きくしてもその境界の影響を受け，有限になったり，零になったりすることを厳密に示した．非磁性基底状態がマクロに縮退しているこのモデルの基底状態は無限小の有限温度で量子スピン液体のような特徴を持つと考えられる．またモデル物質の提案も行い，本モデルに対応する物質探索の可能性を示した．
　本講演では上記２つの研究テーマについて発表する．また本研究は東北大学の柴田尚和准教授の下で行われた研究である．
[1] P. W. Anderson, Mater. Res. Bull. 8, 153 (1973).
[2] K. Morita, N. Shibata, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 033705 (2016).

　The invention of high-efficiency blue GaN-based light-emitting diodes (LEDs) has had substantial impact on the society with reduced energy consumption and thus CO2 emission since 1991. Three Japanese researchers therefore won the Nobel Prize in physics in 2014 thanks for their significant contributions. Besides the blue color, the other two primary colors based also on GaN material system (red and green) are unfortunately having very low efficiency, which on a large degree limits the further applications of this new technology. In this talk the advances of nanophotonics are applied to address the low efficiency for green LEDs. These advances include surface plasmons, nanopillars, and surface nanostructuring for extraction efficiency enhancement.
Surface plasmons provide an additional exciton coupling channel and could improve the internal quantum efficiency of LEDs when the coupled energy could be radiated as photons. We have found that big metal nanoparticles have better scattering ability than small ones. In order to take use big nanoparticles, we could insert dielectric intermediate layer to tune the resonance of big metal nanoparticles with the emitting wavelength. Furthermore we fabricated dielectric nanorods between metal nanoparticles and active layers, and a factor of more than 10 photoluminescence (PL) enhancement is demonstrated with the combined extraction efficiency enhancement from the nanorod structures and the IQE enhancement from the metal nanoparticles. The experiments results are confirmed by the FDtd simulations.
One reason for the low efficiency of green LEDs is the higher composition of indium (In) in GaIn N, compared to blue LEDs. As the In composition increases, the lattice mismatch between GaInN and GaN increases as well, which deteriorates the IQE. Nanopillar LEDs are formed by deep etching through the active layers. After proper surface passivation and nanopillar size optimization, the PL has been enhanced by a factor of 8.
Some type of LEDs emit light from GaN or SiC interface. As we know both GaN and SiC have very high refractive index, very small amount of light (4% for GaN) could escape to the air and be perceived by our eyes. To enhance the light extraction efficiency, various surface nanostructuring and microstructuring methods are developed with concerns of cost and scalability. All these methods show very big PL enhancement up to 200%.

　近年結晶中の電子に働くスピン軌道相互作用の効果が高く注目されている。特 に、空間反転対称性の破れた系において電子スピンが運動量と結合した偏極を持 つ「ラシュバ効果」は、スピントロニクス機能の源として盛んに研究されてい る。また、トポロジカル絶縁体やワイル半金属などの新しいクラスの量子状態に おいても、スピン軌道相互作用は本質的な重要を果たしている。
我々はスピン・角度分解光電子分光という手法を用いて、スピン軌道相互作用 の強い物質を対象とした研究を行っている。光電子分光とは外部光電効果により 物質表面から放出された光電子を分析する手法であり、物質内部の電子が持つエ ネルギー、運動量やスピンなどの情報を直接得られる実験手法である。本講演で は、2つの異なるタイプの空間反転対称性の破れを持つ半導体（BiTeI, MoS2）に おいて観測された巨大なスピン分裂について説明するとともに、最近発見された 新しいトポロジカル物質についても紹介する。

By using the finite temperature Lanczos method (FTLM) for the Hubbard model near and at half-filling I explore the behavior of the resistivity, charge susceptibility (compressibility) and diffusion constant. These are all related via Nernst-Einstein relation. The results show that in the regime of high temperature and small dopings of Mott insulator, the large and linear-in- temperature resistivity obtains a natural explanation in terms of charge susceptibility. In the bad-metallic regime charge susceptibility shows strong temperature and doping dependence and it approaches insulating like values with increasing temperature, which can in addition result in the resistivity crossing the Mott-Ioffe-Regel limit. On the other hand, diffusion constant, which is related to scattering rate, shows rather weak temperature and doping dependence. I further discuss the simple model capturing the bad-metallic behavior of resistivity and at length the relation to experiments. (arXiv:1512.00875)

本セミナーでは, 重い電子系におけるs波超伝導について議論する. 重い電子系とは, 伝導軌道に属する遍歴電子 (c電子) とf軌道に属する局在電子 (f電子) が混成した多軌道電子系である. 通常このような重い電子系では, f軌道内でのCoulomb斥力が強いために, サイト内のCooper対形成によるs波超伝導ではなく, 隣接サイト間のCooper対形成によるd波超伝導が好まれやすいと考えられてきた. しかしながら, いくつかの重い電子系物質ではs波超伝導が観測されており [1,2], これらの超伝導をどのように解釈するかという非自明な問題が残されている.
我々はこのような重い電子系s波超伝導を理解する上で, c電子とf電子による軌道間Cooper対 (c-f Cooper対) [3] を考慮することが重要なのではないかと考えてきた. このような軌道間 Cooper対は多軌道性をもつ重い電子系ならではのものであり, 先のf軌道内Coulomb斥力を避けつつサイト内対形成を可能にする. 我々は軌道内Cooper対に加え軌道間c-f Cooper対も考慮した変分クラスタ法を用い, 正方格子上の周期Anderson模型におけるs波超伝導の発現可能性について調べた [4]. その結果, 系の粒子数がハーフフィリングからずれており, かつf軌道内Coulomb斥力がさほど大きくない領域で, 軌道間c-f Cooper対由来のs波超伝導が発現しうることを明らかにした. 本発表ではこれらの結果について紹介したい.

[1] K. Matsuda, Y. Kohori, and T. Kohara, J. Phys. Soc. Jpn. 64, 2750 (1995).
[2] K. Ishida, H. Mukuda, Y. Kitaoka, K. Asayama, H. Sugawara, Y. Aoki, and H. Sato, Physica B 237, 304 (1997).
[3] K. Hanzawa and K. Yosida, J. Phys. Soc. Jpn. 56, 3440 (1987); J. Spałek, Phys. Rev. B 38, 208 (1988); K. Masuda and D. Yamamoto, Phys. Rev. B 87, 014516 (2013).
[4] K. Masuda and D. Yamamoto, Phys. Rev. B 91, 104508 (2015).

今世紀に入り、それまで主力であった化石燃料を用いた発電から、硫酸化物や窒素化物を排気しないクリーンなエネルギー源である太陽光を利用した発電に切り替える検討がなされてきた。近年新しく開発された太陽電池の一つに、色素増感型太陽電池がある。この太陽電池の作製プロセスには真空系機器が用いられないことから低生産コストが見込まれるため、生産・設置コストと発電量から見積もられるエネルギーペイバックタイムが他の太陽電池と比べて短くなる可能性を有している。エネルギーペイバックタイムをより短くすることを目的に、低生産コストのための安価な材料開発と作製プロセス開発、さらに低設置コストのためのプラスチック基板による軽量化を目指した研究開発が行われ、かつ並行して単位時間当たりの発電量を増加させるための研究開発が行われてきた。2012年、色素増感太陽電池の知見を基に、塗布プロセスによって作製可能なペロブスカイト結晶構造を有する材料を用いた太陽電池が発表され、現在では多結晶型シリコン太陽電池に匹敵する発電効率が示された。今回、色素増感型太陽電池からペロブスカイト太陽電池が生まれる経緯と、それらの研究開発の現状について述べる。

CuClは等方的で単純なバンド構造をもち, 大きな束縛エネルギーをもつ励起子が形成される。そのため, この結晶は励起子系（励起子, 励起子分子）の典型例として, 実験的にも理論的にもよく研究されてきた。また, CuClは極性を持つイオン結晶であり, その中で運動する電子やホールはLOフォノンと結合し, 準粒子（ポラロン）として振る舞う。電子とホールから構成される励起子系（励起子, 励起子分子）もLOフォノンと結合するため, 励起子系が関わる光学過程にもその影響をが現れる。しかしながら, これまでフォノン結合まで取り入れた精度の良い励起子分子の理論計算がなかったので, 精密な理論と実験の比較がされてこなかった。

このセミナーでは, 近年我々が取り組んできたフォノンと結合した励起子系への理論的アプローチの開発を報告する。また, 実験で測定される光学過程に, フォノン結合の影響がどのように現れるのかを議論する。

磁気秩序構造に様々な次元性を持つトポロジカル欠陥を作り込んで電流や外場によって制御しようという研究が活発に進行している。ランダウ理論によれば、秩序構造は結晶の幾何学的対称性によって括り込まれたものである。この意味で、秩序状態が織りなすトポロジカル構造も結晶の幾何構造の配下にある。我々はこのような視点に立って「キラル磁性結晶で実現するキラルらせん磁気構造」の研究を進めてきた。この種の磁気構造に磁場を印加すると、キラルソリトン格子と呼ばれるコヒーレントなスピン位相のストライプ秩序が安定化する。このストライプ構造は「周期的，非線形，非対称，トポロジカル」という性質をあわせ持ち，0.1テスラ程度という控えめな磁場でその空間周期を数十ナノメートルから結晶サイズまで連続的に制御することができる。本講演では、カイラルらせん磁気構造とキラルソリトン格子についての研究の現状と展望を紹介する。

Reference
[1] J. Kishine and A. S. Ovchinnikov, “Theory of Monoaxial Chiral Helimagnet,” Solid State Physics (Elsevier Academic Press, 2015) Vol. 66, Chap.1.
[2]J. Kishine, I. G. Bostrem, A. S. Ovchinnikov, and Vl. E. Sinitsyn, Phys. Rev. B 89, 014419 (2014).
[3]Y. Togawa, Y. Kousaka, S. Nishihara, K. Inoue, J. Akimitsu, A. S. Ovchinnikov, and J. Kishine, Phys. Rev. Lett.111, 197204 (2013).
[4]J. Kishine, I. G. Bostrem, A. S. Ovchinnikov, and Vl. E.Sinitsyn, Phys. Rev. B 86, 214426 (2012).
[5]Y. Togawa, T. Koyama, K. Takayanagi, S. Mori, Y. Kousaka, J. Akimitsu, S. Nishihara, K. Inoue, A. S. Ovchinnikov, and J. Kishine, Phys.Rev.Lett. 108,107202 (2012).
[6]J. Kishine, I. Proskurin and A. S. Ovchinnikov, Phys. Rev. Lett. 107, 017205 (2011).

電子間の相互作用が強い系（強相関電子系）では、高温超伝導などの特異な現象が起きることが知られている。なかでも電子が結晶中に広がった金属から結晶中の各サイトに局在したモット絶縁体へと金属絶縁体転移を起こすモット転移は強相関物理の中心的なテーマの一つである。古くから研究されてきたモット転移であるが、近年その量子臨界現象について動的平均場理論などを中心とした理論研究が活発になっている(1)。モット転移の量子臨界現象が明らかになれば金属とモット絶縁体という全く異なる電子状態が移り変る過程を理解することができるため、その学術的価値は大きい。しかし、電子相関やバンド幅を連続的に変化させることが困難であることや、モット転移の量子臨界点が存在する系が知られていなどの理由から、その実験的研究は難しかった。
本研究では、有機物分子性結晶 κ -(ET)₂ X、Z[Pd(dmit) ₂ ] ₂ に注目することで、加圧による連続的なバンド幅制御を実現し、モット転移の量子臨界現象を実験的にとらえることを目指した(2)。具体的には、圧力温度相図上のモット転移近傍での電気抵抗をスケーリング解析することで量子臨界現象を検証した。その結果、基底状態に反強磁性秩序モット絶縁体、スピン液体、d波超伝導体、フェルミ液体など様々な状態を持つ、三つの異なる有機物質が、高温において普遍的に量子臨界現象を示すことを明らかにすることができた。また得られた臨界指数やスケーリング関数が、動的平均場理論による結果と近いものであることがわかった。 本発表では上記の研究内容に加え、分子性結晶におけるモット転移近傍の電子相についての背景紹介も行う予定である。本研究は東京大学鹿野田研究室で行われた研究であり、理化学研究所の加藤礼三氏、埼玉大学の谷口弘三氏らと共同で行われた。
1. H. Terletska, et al., Phys. Rev. Lett. 107, 026401 (2011).
2. T. Furukawa, et al., Nat. Phys. 11 , 221 (2015).

広義の結晶でありながら並進対称性を持たない準結晶は、その発見から現在まで合金としての性質に注目した研究が精力的に行われてきた。準結晶物質は狭義の結晶が持ち得ない回転対称性を持つことが知られており、狭義の結晶とは異なる性質を持つことが期待される。また、準周期格子はフラクタル格子の1つであり、その幾何学的構造を反映して、自由電子模型において無限重縮退をもたらす自己相似状態などが厳密な固有状態として現れることが知られている。最近、準結晶物質Au₅₁Al₃₄Yb₁₅において、今まで研究されてきた準結晶合金とはことなり、典型的な重い電子系の振る舞いを示すことや、近似結晶では発現しない量子臨界性を示すことが明らかにされた。これにより、準周期系における相関効果は、強相関系の新たな舞台となっている。
　本研究では、準結晶特有の性質である準周期性をもつ2次元ペンローズ格子に注目し、ハバードモデルを用いて局所電子相関に由来する電子物性について論じる。本研究では、有限温度における電子相関を明らかにするため、局所電子相関を正確に扱うことができる実空間動的平均場理論(R-DMFT)を用いて解析を行った。二重占有率および繰り込み因子を各格子点について求めることにより、モット転移が U/t～10で起こることを明らかにした。また、準結晶特有の幾何学構造により、モット転移近傍において非自明な繰り込まれた金属状態を発見したことを報告する。

　2011年５月「世界初の商用量子コンピュータ」D-Wave が、D-Wave Systems Inc. より発表された[1]。D-Wave は量子アニーリングと呼ばれる方式を採用した量子計算デバイスである。量子アニーリングは、1998年に門脇、西森によって理論提案がなされた日本発の計算技術である[2]。量子アニーリングは、量子揺らぎに駆動された自己組織化現象を用いた計算技術と考えることもできる方法である。これは組合せ最適化問題に対する最適解を効率良く得ることが期待されている汎用的な方法である。組合せ最適化問題は、化学物質の安定構造解析、交通網や通信網、電子回路の最適化、作業人員の工程表作成など、あらゆる業界において内在するが、最適解を得ることが極めて難しい問題であるため、最適解を効率よく得る計算技術の開発が強く求められているという背景がある。
　我々は2009年から量子アニーリングの本格的活用を視野に入れた研究を進めてきた[3-7]。具体的には、クラスタ分析に対する量子アニーリングの有用性の検討である。クラスタ分析とは、膨大なデータを潜在的意味によって分類する方法を指し、機械学習の一手法である。量子モンテカルロ法を用いた擬似シミュレーションの結果、従来の手法であるシミュレーテッドアニーリングに比べ、量子アニーリングが有用であることを示唆する結果を得た。
　本講演は二部構成を予定している。第一部として、量子アニーリングの基礎の紹介を行う[8,9]。ここでは量子アニーリングの原理だけでなく、D-Wave の内部構造に関する解説も時間が許す限り行う予定である。D-Wave では数々の日本発の超伝導エレクトロニクス技術が用いられている[10,11]。続いて、我々の研究である量子アニーリングを用いたクラスタ分析について述べる。
　本講演で発表する内容の一部は、佐藤一誠博士(東京大学情報基盤センター、さきがけ研究員)、栗原賢一博士(グーグル株式会社)、中川裕志教授(東京大学情報基盤センター)、宮下精二教授(東京大学大学院理学系研究科物理学専攻)との共同研究である。

[1] D-Wave Systems Inc. website, http://www.dwavesys.com/
[2] T. Kadowaki and H. Nishimori, Phys. Rev. E, Vol. 58, p. 5355 (1998).
[3] K. Kurihara, S. Tanaka, and S. Miyashita, Proceedings of the 25th Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence (UAI2009).
[4] I. Sato, K. Kurihara, S. Tanaka, H. Nakagawa, and S. Miyashita, Proceedings of the 25th Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence (UAI2009).
[5] I. Sato, S. Tanaka, K. Kurihara, S. Miyashita, and H. Nakagawa, Neurocomputing, Vol. 121, p. 523 (2013).
[6] http://www.shutanaka.com/papers_files/ShuTanaka_DEXSMI_10.pdf
[7] 次のサイトの slideshare に幾つかのプレゼンテーション形式ファイルを掲載しています　http://www.shutanaka.com/study.html
[8] 西森秀稔教授(東京工業大学)の次のwebサイト
　http://www.stat.phys.titech.ac.jp/~nishimori/QA/q-annealing.html
[9] S. Tanaka and R. Tamura, "Quantum Annealing from the Viewpoint of Statistical Physics, Condensed Matter Physics, and Computational Physics" in "Lectures on Quantum Computing, Thermodynamics and Statistical Physics", (World Scientific, 2012) [プレプリントは、arXiv:1204.2907 にあります].
[10] Y. Nakamura, Y. A. Pashkin, J. S. Tsai, Nature, Vol. 398, p. 786 (1999).
[11] M. Hosoya, W. Hioe, J. Casas, R. Kamikawai, Y. Harada, Y. Wada, H. Nakane, R. Suda, and E. Goto, Applied Superconductivity, IEEE Transactions, Vol. 1, p. 77 (1991).

Josephson junctions with magnetic tunneling barriers provide an excellent opportunity to observe the interplay of ferromagnetism and superconductivity in a controlled setting. Using a tunneling Hamiltonian approach, we predict a universal 0-π transition (sign reversal) of the charge current as the orientation of the barrier magnetic moment is varied. Furthermore, in the theoretical study of Josephson junctions, it is usually assumed that the properties of the tunneling barrier are fixed. This assumption breaks down when considering tunneling between two triplet superconductors with misaligned d-vectors in a TFT-junction (triplet–ferromagnet–triplet). Such a situation breaks time-reversal symmetry, which radically alters the behaviour of the junction, stabilizing it in a fractional state, i.e. the free energy minimum lies at a phase difference intermediate between 0 and π. Fractional flux quanta are then permitted at the junction. A further consequence of the d-vector misalignment is the appearance of a Josephson spin current. Finally, we contrast the prototype TFT-junction with both a TFS (triplet–ferromagnet–singlet) and NCS-I-S (noncentrosymmetric-insulator-singlet) Josephson junction in which the d-vector misalignment is absent. Recent experimental progress allows to fabricate interfaces with the triplet superconductor Sr₂RuO₄ which opens the route for these devices.

Dirac electrons have began to appear repeatedly in the solid state physics, a remarkable example of which is graphene. Other examples include Silicene that compared to graphene has a longer bond length and hence much more enhanced ratio of the Hubbard U to the kinetic energy scale “t”. This motivates us to study the Dirac fermions subject to strong on-site Coulomb repulsion. In this talk we report on an Einstein-like branch of bosonic excitations in strongly correlated Dirac fermions that is formed as a bound state of two spinons when the underlying Dirac cone is doped away from the Driac node. We find a peculiar doping dependence for the energy scale of this branch of collective excitations. We discuss implications in ARPES data of graphene.

外界の物体を把握するうえで視覚はヒトにとって言うまでもなく重要であるが，外界からの視覚入力は必ずしも分かりやすいものとは限らない．例えば遠くにある物体が手前にある物体に一部遮られていたり，暗い部屋で充分な明るさが無いような状況はよくあることである．しかし我々はほとんどの場合において対象を素早く・適切に認知することができる． 情報量の落ちた視覚入力から適切に対象を把握するためには，視覚入力のみに依存したボトムアップ的な処理だけでは困難であり，過去の記憶や周囲の状況についての情報をトップダウン的に利用することが不可欠であると考えられる．基本的に脳内の（ボトムアップ的な）視覚情報処理は後頭部で行われていることが知られている．しかし前頭領域や頭頂領域からのトップダウン的な情報がどのように利用されているかという問題は，視覚情報処理を解明するうえで重要な研究テーマである． 本発表では，視覚情報処理における脳内の情報連絡についての脳波計測実験を紹介する．現在荒木研究室で行っている実験では，被験者に二値画像（一見すると何が描いてあるか分からないが，答えを教えられたり時間をかけることではっきりと分かる）を被験者に呈示し，画像の内容が分かる前と分かった後の脳波を比較する．特に位相同期解析を行うことにより，脳部位間の情報連絡に焦点を当て，ガンマ波，ベータ波（←放射線ではなく，脳波の種類）の機能について議論する．

インフレーションから始まったと考えられている宇宙は、その進化の過程で様々な天体を生み出して来た。それら天体やそこで起こっている天体現象は、宇宙物理学の対象として伝統的に電波や光赤外、X線の観測により研究されて来たが、より高いエネルギーの粒子を放出する天体現象があることも知られてきた。21世紀に入り、観測技術の向上により、より高エネルギーの光であるガンマ線や、高エネルギーニュートリノ、10²⁰ eVにも及ぶ運動エネルギーを持つ原子核など、ダイナミックな天体現象の中でも極限的な環境でのみ生成されうる超高エネルギー粒子の起源についての研究が大きく進展し、この分野の研究は観測と理論の進展がうまく噛み合った非常に面白いフェーズにある。本講演では、現代宇宙物理学最大の謎の一つである最高エネルギー宇宙線の起源問題を軸として、高エネルギー宇宙物理学の基本から始めて、最近の研究の進展と将来展望について紹介する。

YbB₁₂やSmB₆などいくつか希土類化合物において，温度を下げることで金属から絶縁体へクロスオーバー的な変化を示すことが知られており，近藤絶縁体（近藤半導体）と呼ばれる．これは，低温で局在的な希土類4f電子が伝導電子と混成（c-f混成）することによりバンド構造が変化し，Fermi準位にギャップを形成するためと考えられている．しかしながら，過去の輸送特性や電子構造に関する実験の報告では，ギャップ内状態の存在が示唆されている．
本研究では，近藤絶縁体YbB₁₂のFermi準位近傍の電子構造を，超高分解能光電子分光と時間分解光電子分光を用いて調べ，バルク電子状態における絶縁体的な振舞いと，金属的な表面電子状態の共存を実験的に明らかにした．
参考文献： M. Okawa et al., arXiv:1407.0578.

　Recent advances in nanoscience have demonstrated that fundamentally new physical phenomena are found, when systems are reduced in size to dimensions that become comparable to the fundamental microscopic length scales of a material under study. Superconductivity is a macroscopic quantum phenomenon, and therefore it is of particular interest to see how this quantum state is influenced when the samples are reduced to nanometer sizes. Nowadays, developments in nanotechnologies and measurement techniques allow the experimental investigation of the magnetic and thermodynamic superconducting properties of mesoscopic samples in this regime. In this lecture, we will present theoretical models to describe such nanoscale superconducting systems and discuss possible new experimental phenomena we can predict within these theoretical models.
We will consider the theory of interactions between two nanoscale ferromagnetic particles embedded in a superconductor. In the London limit approximation, we show that the interactions between ferromagnetic particles can lead to either parallel or antiparallel spin alignment. The crossover between those is dependent on the ratio of the interparticle spacing and the London penetration depth. We will show that a phase transition between spin orientations can occur as the temperature is varied. Finally, we comment on the extension of these results to arrays of nanoparticles in different geometries.
In view of modern experimental data, we consider also composite nanowires made from both superconducting and ferromagnetic metals in the case of cylindrical geometry, where one metal forms the core of a nanowire, and the second forms an outer cylindrical sheath. Moreover, we analyze also the inverse situation, in which a normal or ferromagnetic core is surrounded by a superconducting sheath. In this case, it is interesting to examine the spectrum of Andreev bound states in the normal or ferromagnetic core.

　I will present the relaxation dynamics of an charge carrier in the spin background described by the two dimensional t-J model using a full quantum mechanical picture. Besides numerical simulations I will also discuss a simple analytical argument for the unusual scaling of the relaxation time with the exchange interaction. In the second part I will present the formation of a spin-lattice polaron in one spatial dimension after a quantum quench that simulates absorption of the pump pulse in the time resolved experiments. A two-stage relaxation is found where spin and lattice degrees of freedom represent an integral part of the relaxation mechanism. In the first stage the kinetic energy of the spin-lattice polaron relaxes towards its ground state. In the second, typically much longer stage, a subsequent energy transfer between lattice and spin degrees of freedom via the charge carrier emerges. The excess local spin energy radiates away via magnon excitations. Finally, I will present optical properties of the system in a non-equilibrium setup.

　Bose-Einstein凝縮体が持つ性質を、Green関数論における近似理論によっていかに再現するかという試みについて、我々の研究成果[1,2]を紹介したい。特に、BEC相を特徴づける非対角の自己エネルギーが、長波長かつ低エネルギー極限で消失するという自明ではない恒等式(Nepomnyashchii-Nepomnyashchii恒等式[3,4])を中心に議論を展開していく予定である。
Bose系のGreen関数論は、Bogoliubovによる凝縮体成分の扱い方を土台にし、Beliaevによって整備されている。これをもとに、いくつかの恒等式が導かれている。例えば、Hugenholtz-Pinesの関係式[5]は自己エネルギーと化学ポテンシャルとの関係を与える。これは、一粒子励起がgaplessになることを意味する。Nepomnyashchii-Nepomnyashchii恒等式[3,4]は、非対角の自己エネルギーが低エネルギー極限で消失するという条件を与える。これは、Bogoliubov近似の結果とは異なり、その意味をすぐに捉えることは容易ではない。
本セミナーでは、Bogoliubov近似などのいくつかの近似理論の問題点を列挙することから始め、Nepomnyashchii-Nepomnyashchii恒等式の起源、物理的意味を説明する。その後、Popovの流体力学的理論[6]を説明し、Nepomnyashchii-Nepomnyashchii恒等式の性質を満足する我々の近似法[2]をお話ししたい。

[1] S.W. and Y. Ohashi, Phys. Rev. A 88, 053633 (2013).
[2] S.W. and Y. Ohashi, Phys. Rev. A 90, 013603 (2014).
[3] A. A. Nepomnyashchii and Yu. A. Nepomnyashchii, Pis’ma Zh. Eksp. Teor. Fiz. 21, 3 (1975) ,[JETP Lett. 21, 1 (1975)].
[4] Yu. A. Nepomnyashchii and A. A. Nepomnyashchii, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 75, 976 (1978) ,[Sov. Phys. JETP 48, 493 (1978)].
[5] N. M. Hugenholtz and D. Pines, Phys. Rev. 116, 489 (1959).
[6] V. N. Popov and A. V. Seredniakov, Zh. Eksp. Teor. Fiz. 77, 377 (1979), [Sov. Phys. JETP 50, 193 (1979)].

　系を構成する粒子の数がおよそ無限大といえるような場合においては，粒子のとりうるエネルギーだけでなく粒子群がどのように分布しているのかを表す「エントロピー」が重要である．特に有限温度（絶対零度ではない有限の熱揺らぎを持つ場合）においては，相転移現象に代表されるように，このエントロピーの効果は顕著になる．クラウジウスによってエントロピーの重要性が指摘されたのは1854年にまでさかのぼるが，当初は気体の熱機関における不可逆性に関連して指摘されていたものが，近年では量子力学系や凝縮系が具体的に実現されるようになり，再び注目されている． 　我々は，このエントロピーに着目して様々な物理系を理解する方法について研究している．特に，エンタングルした量子系におけるエントロピーの分類[1]，非平衡緩和過程におけるエントロピー生成[2]，散逸力学系の2重ヒルベルト空間での表現[3]，非エルミート量子系の生成するエントロピー，などに興味を持っている．また応用的な側面として，強誘電体を用いた断熱冷却や大規模データの処理についても扱うことを目指している．今回のセミナーでは，現在研究中の話題のひとつとして，統計力学への幾何学的アプローチの探索と構築について議論したい． 　近年，量子重力理論の枠組みで提唱された反ド・ジッター時空と共形場理論の対応関係(Anti-de Sitter space time/ Conformal Field Theory correspondence; AdS/CFT対応)[4]が様々な場面で重要であることがわかってきている．AdS/CFT対応の主張は，d+1次元の一般相対論で描かれる古典系がd次元の共形場理論で描かれる量子臨界系と対応付けられるとするものである．特に低次元量子系においては明確な対応が見られる．同様の視点は，例えば量子古典変換（鈴木-トロッター変換）[5]などとして臨界現象の研究では良く知られていたものであるが，AdS/CFT対応では，特にエンタングルメントエントロピーのような系内の相関スケールに相当する量に注目した際の空間構造が幾何学的に理解できるという利点がある．この利点は，特に密度行列繰り込み群の一種であるマルチスケールエンタングルメント繰り込み群(Multiscale Entanglement Renormalization Ansatz; MERA)[6]において有効に働き，ヒルベルト空間を熱力学的に拡張する熱場ダイナミクス(Thermo Field Dynamics; TFD)という統計力学的手法を援用することで有限温度MERAを構成することができる[7]． 　我々はこの視点をさらに推し進めて，幾何学的に統計力学を扱うことを目指す．まずは，エントロピーから直接的に幾何学的空間を規定し（すなわち，その空間の計量テンソルをエントロピーに基づいて導入し）臨界現象などの典型的な統計力学的現象がどのように表現されるかを調べることからはじめた．その結果，少なくとも平均場模型においては統計力学的空間をエントロピーで描いた際には臨界点近傍において相互作用（または磁場）がAdS的なスケール因子となることを示すことができる[8]． 　
[1] Y. Hashizume and M. Suzuki, Physica A 392 (2013) 3518.　
[2] Y. Hashizume, M. Suzuki and S. Okamura, Physica A 403 (2014) 217.　
[3] Y. Hashizume, M. Suzuki and S. Okamura, submitted to Physica A.　
[4] J. M. Maldacena, Adv. Theor. Math. Phys. 2 (1998) 231.　
[5] M. Suzuki, Prog. Theor. Phys. 56 (1976) 1454.　
[6] G. Vidal, Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 220405.　
[7] H. Matsueda, M. Ishihara and Y. Hashizume, Phys. Rev. D 87 (2013) 066002.　
[8] Y. Hashizume and H. Matsueda, in prep.　

様々な元素が集まり化合物になった時、それぞれの元素のとりうる形式的なイオン価数は経験的に知られている。これらを系統的に整理することによって、周期表の第3∼5周期の多くの元素は、“イオン価数を飛ばす”現象があることが明らかにされている[1]。例えば、Biは、Bi³⁺やBi⁵⁺を含んだ化合物は多いが、Bi⁴⁺を含んだ化合物はできにくい。PbやAsなどの元素もBiと同様に、“イオン価数を飛ばす”現象が知られている。この現象は、原子価スキッピング現象と呼ばれている。
最近、この現象と密接に関連した超伝導の存在を示唆する実験が、半導体PbTeに少量のTlをドープした系での超伝導で報告された[2]。Tlのイオン価数は、BiやPbと同様に、1価(6s²)と3価(6s⁰)に限られ、2価(6s¹)はとらず、原子価スキッピング現象を起こす元素である。この現象は、6s軌道の電子間に強い引力が働いているため、6s¹より6s²の方が安定化される現象と解釈することもできる。即ち、この引力(ネガティブUと呼ばれる)を起源とした超伝導体であることが示唆されている。
一方、多体効果により、6s⁰と6s²のエネルギー準位が縮退することが可能で、その場合、磁気的(スピン)自由度の代わりに、電荷の自由度を用いた電荷近藤効果が可能であることが知られていた。実際、PbTeに少量のTlをドープした系でも電荷近藤効果が観測されており、原子価スキッピング現象との関係が注目されていた。しかし、原子価スキッピングの起源と電荷近藤効果とを統一的に説明する微視的理論については、これまでほとんど議論されていなかった。
そこで本研究では、原子価スキッピング現象と電荷近藤効果の出現に関して統一的な理解を行うために、電子対を遷移させるクーロン相互作用（ペアホッピング相互作用を含んだ一般的な不純物アンダーソン模型を構築し、その電子状態を数値くりこみ群を用いて詳細に調べた[3,4]。
その結果、様々なクーロン相互作用が存在する模型においても、ペアホッピング相互作用が選択的に増大することがわかった。また、物理量の温度変化を計算した結果、温度を下げるにつれて、まず原子価スキッピング状態が出現し、さらに低温では電荷近藤効果が生じることを明らかにし、これらの現象を統一的に説明できることを示した。さらに、モデルパラメーターを変化させると、原子価スキッピング領域が低温まで生き残ることがわかった。
　セミナーでは、原子価スキッピング現象と電荷近藤効果の統一的理解について講演し、時間があれば原子価スキッピング現象による超伝導についても議論する予定である。


[1] R.D. Shannon , Acta. Cryst. A 32 (1976) 751.
[2] Y. Matsushita et al, Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 157002.
[3] H. Matsuura and K. Miyake, J. Phys. Soc. Jpn. 81 (2012) 113705.
[4] 松浦弘泰、三宅和正,『原子価スキッピング現象における近藤効果と超伝導』
固体物理８月号 (2013)

トンネル効果は量子力学特異な現象にあるにも関わらず、トンネル効果中における量子力学的な振る舞いをこれまで観測する手段がなかった。しかし、量子情報処理技術の発展に伴う量子状態制御技術を用いることにより、このような量子基礎論の問題に対して実験的にアプローチに可能となってきた。そこで本研究では、線形パウルトラップで補足した２次元配置されたカルシウムイオンを用いて、トンネル効果により状態遷移が起こる量子トンネル回転子を実現させた。実験的には、ミクロンオーダーの非常に大きいトンネル領域をもった実験系を組み上げることに成功した。そこに磁場を挿印し、量子干渉の影響を調べるとアハラノフ・ボーム効果によって予言できる干渉パターンが観測された。これにより、トンネル効果中においてもベクトルポテンシャルと荷電粒子は結合しているということを示すことができた。 本講演では、実験の詳細に加え、この研究に派生するトンネル現象における基本的に問題に対して議論を行う。本研究は大阪大学占部研究室の共同研究の成果であり、実験はすべて大阪大学で主に野口篤志氏（現在、東京大学先端科学技術研究センター博士研究員）により行われた。
参考文献：Atsushi Noguchi, Yutaka Shikano, Kenji Toyoda, and Shinji Urabe, Nature Communications 5, 3868 (2014).

金属中の伝導電子間に生じるクーロン相互作用は、ある値より大きくなるとその伝導電子自身を固化させて金属を絶縁化する。モット絶縁体と呼ばれるこのような物質は外場に対して時に巨大な応答をすることが知られており、圧力や磁場・光によって相転移を引き起こす。 本講演では、有機モット転移に電界効果をかけることによって誘起された相転移と、そのデバイス利用への展開を紹介する。
参考文献：Nature Commun. 4, 2379 (2013), Phys. Rev. Lett., 103, 116801 (2009)