メッセージ

　当研究室は新しい量子現象を発見することを目的として、固体の磁性を実験的に研究しています。研究には地道な努力が必要ですが、それ以上の醍醐味があります。たとえば、世界の誰も気づいていない新現象を見出した時には科学者は幸福感を覚えます。私の初体験は、Ｍ２の12月のことでした。とある磁性体の詳細な相図を作成していたときに、新しい量子相転移の存在に気づき、大変な感動を覚え、それが私の研究生活原点になりました。また科学者は、自分の予想通りの実験結果が出たときや、実験結果をきれいに説明できたときに、大きな達成感を覚えます。これは、例えば中性子実験を行い、物質の磁気構造を明らかにしたり、複雑な磁気励起を正しく説明したりすることで体験することが出来ます。当研究室では、このような研究の醍醐味を味わうことを一つの目標として研究を行っています。
　
　新入生の研究テーマは、各自の希望に沿ったものとしています。最初は、先輩や研究員に実験技術などを教えてもらいながら研究を進めてもらいます。週1回研究経過報告会を行い、問題点の解決方法、今後の進め方などについて皆で議論します。修士2年になってからは、できる限り自分で研究を進めてもらいます。日本物理学会や中性子科学会などで成果発表することを目標に、努力してもらいます。博士課程に進学する学生は、独立研究者になるための修養を積んでもらいます。研究室の雰囲気知りたい方は、「研究室の日常」をご覧ください。具体的な研究内容を知りたい方は、「最近の研究成果」をご覧ください。

　研究のほかに、中性子施設の他の研究室と共同で、新入生歓迎会、夏のBBQ大会、春の追い出しコンパなどで親睦を深めています。また、当研究室独自のイベントとしては、夏の富士山登山があります。

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1．スピン系の中性子散乱

　究極に小さい磁石は”スピン”と呼ばれていて、電子に付随しています。スピン同士は、あたかもマクロな磁石のように相互作用していて、その集合をスピン系と呼んでいます。マクロな固体中では10²³〜10²⁴個ものスピンが互いに平行に並んでいたり、反平行に並んでいたり、あるいは無秩序に運動していたりしています。スピンがどのような配列をしているか、また安定な配列が乱されるとどのような運動をするかは、スピン系のモデルに依存し、計算によりかなり正確に予想できます。当研究室では、様々な物質におけるスピンの集団運動を予想し、中性子散乱と呼ばれる実験技法を用いて実際に観測することで、スピン系の深い理解を目指しています。試料には主に金属酸化物を用いています。中性子散乱実験は日本原子力研究所の研究用原子炉で行っています。重要な結果が出そうな場合には、米国、ドイツ、スイスなど海外にある研究施設での実験も厭いません。当研究室の目標は職人気質の結晶育成者と熟達した中性子屋が揃って初めて可能になります。私たちと共に、深遠なるスピン系の世界に足を踏み入れてみませんか？
下の図(A)-(C)は、セシウム鉄塩化物の中性子散乱スペクトルを様々な圧力下で測定したデータです。臨界圧力以下(A,B)ではエネルギーギャップを有する一つのブランチのみ観測されましたが、臨界圧力以上(C)ではエネルギーギャップが消失し、複数のブランチが観測されました。カラープロットの範囲外でも測定は行われており、波数が0.82で２つのブランチの存在が確認されました。このデータと理論計算(D,E)を比較することで、これらのブランチは反発していることが分かりました。これにより、量子臨界性と幾何学的フラストレーションを起因とする新しいハイブリッド状態が実現していることが明らかとなりました。詳細は、物性研のプレスリリース記事もしくは原著論文をご覧ください。
プレスリリース
https://www.issp.u-tokyo.ac.jp/maincontents/news2.html?pid=8912
原著論文
https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaaw5639

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2．酸素超結晶の研究

身近な酸素分子が磁性を有することは古くから知られていました。気体の状態では分かりにくいですが、90Ｋくらいにして液体にすると、磁石に反応する様子を観察できます。最近、ナノスケールの細孔を有する金属錯体に、酸素分子を吸着させると、細孔内で分子が規則正しく配列し、酸素分子による超結晶が実現することが知られてきました。私たちは、酸素超結晶の磁気的な運動を明らかにするために、中性子散乱を用いた実験的研究を行っています。

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3．新しい量子スピン系物質の探索

　スピン系の研究をするにあたり、スピンの幾何学的配置はきわめて重要です。スピンが直線的に並んでいる場合、平面的に並んでいる場合、3次元的に並んでいる場合など、ケースバイケースでスピン系の性質は異なってきます。どのような性質を示すか、理論的には明らかにされているものの、厳密な実験的検証がなされたものは数少ないのが実情です。それは”理想的な”物質を探すことが容易ではないからです。そこで当研究室では、様々な幾何学的フレームワークを有するスピン物質を始めとして、面白そうな磁性を発現しそうな物質の探索をしています。試料の合成、評価、磁性の測定を行うことにより、理論的予想の実験的検証を目指しています。

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