著者

髙橋 覚 青木 茂樹

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.72, no.10, pp.734-742, 2017

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<p>原子核乾板は,荷電粒子の軌跡を三次元的に1 μm以下の空間分解能で記録する強力な飛跡検出器である.その特徴をもとに,宇宙ガンマ線精密観測実験GRAINEを推し進めている.一方で原子核乾板は本来時間情報を持たず,製造してから現像するまでの間に蓄積する飛跡は,数ヶ月から数年スケール(およそ10⁷秒)の時間的な不定性を持つ.GRAINE実験を実現するためには,原子核乾板に秒以下の時間分解能を持たせる必要がある.</p><p>原子核乾板に秒以下の時間分解能を持たせるために,多段シフターと呼ぶ手法を考案した.多段シフターは複数の原子核乾板から構成され,それぞれを固有の周期で動かすことで時刻に応じた独立な位置関係を創り出し,解析時に飛跡の位置関係を再現することにより入射時刻を秒以下で再構成できる.原子核乾板から構成される多段シフターは,高い効率かつ高い信頼性での時間情報付与,低いエネルギー閾値(運動エネルギーにして,陽子で~10 MeV,電子で<~10 MeV),大面積化が実現可能である.また,シンプルな構成,コンパクト,軽量,トリガー系不要,高電圧不要,低消費電力,不感時間無しが実現可能である.このように多段シフターは,原子核乾板が本来持つ特徴を最大限活かした時間情報付与機構を実現する.これらに基づき,三鷹光器社と実機を共同開発し,気球実験に実戦投入した.</p><p>GRAINE実験の実現を目指して,2011年に,原子核乾板ガンマ線望遠鏡の初めての気球実験をJAXAと共同でおこなった.その中で,ガンマ線電子対生成事象を捉え,0.2秒の時間分解能を付与し,天球上の到来方向を決定する一連の流れを確立し,気球搭載原子核乾板ガンマ線望遠鏡の実現可能性を実証した.2015年には,望遠鏡の総合的な性能実証を目指した気球実験をJAXAと共同でおこなった.その中でミリ秒オーダーに迫る時間分解能を実現し,将来的なパルサー位相ごとの偏光測定の展望を拓いた.今後は口径面積やフライト時間の拡大を図り,科学観測の開始を目指す.</p><p>2014年には,原子核乾板の特徴を活かして,ニュートリノ反応精密測定やニュートリノ振動の精密検証を目指し,多段シフターを導入したJ-PARC T60実験を開始した.2014–2015年にかけて2ヶ月近くにわたるニュートリノビーム照射実験をおこない,46.9日に対して時間分解能7.9秒を実現するとともに,ニュートリノ振動実験T2Kのニュートリノビーム測定器であるINGRIDとのハイブリッド解析を確立した.2016年にはスケールアップした照射実験をおこない,126.7日にわたり秒レベルの時間分解能を実現しつつある.今後スケールアップなどを図り,物理実験を計画している.</p><p>多段シフターによって,時間分解能は従来手法に対して5桁の改善を果たすなど飛躍的な向上を成し遂げた.将来的なスケールアップを図った実験では,さらにこれらの一桁から二桁程度の向上を目指すが,それを実現するための新型多段シフターの開発も進んでおり,その実現見通しが得られつつある.多段シフターによって原子核乾板は有意な時間軸を持つ新しい検出器へと発展し,新しい宇宙線観測や加速器ニュートリノ実験を切り拓く.</p>

著者

橋坂 昌幸 藤澤 利正

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.72, no.11, pp.805-809, 2017-11-05 (Released:2018-08-06)

参考文献数

16

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物性物理において,多体効果は数々の興味深い物理現象の源である.1次元電子系は,多体効果による顕著な物性が現れる典型例である.1次元電子系ではフェルミ液体論の準粒子描像が破綻し,励起は電荷またはスピンの集団運動(密度波)として記述される.この1次元電子系の興味深い性質は,朝永・ラッティンジャー(TL)液体と呼ばれる標準モデルによって説明される.このモデルは1950年に朝永振一郎博士によって最初に提案され,1963年にホアキン・マズダク・ラッティンジャー博士によって再構築された.当初は1次元電子系が実際に存在するとは想定されておらず,理論的なモデルとして提案されたようである.しかし現在では,半導体メゾスコピック系における量子細線,カーボンナノチューブ,量子ホール系試料端のカイラルエッジチャネルなど,実験技術の進歩によって実際に1次元電子系とみなすことができる物質・材料の作製が可能になっている.現実の1次元電子系のTL液体的性質を確かめるスタンダードな実験手法は,冪乗則を観測することである.例えば1次元電子系へのトンネル電流の温度やバイアス電圧に対する冪的な依存性( I∝T α,I∝V α′)から,素励起が準粒子ではなく電荷やスピン密度波であることを確認できる.このような実験から,多くの1次元電子系について,TL液体的性質がすでに良く確かめられている.では1次元電子系上の電荷,およびスピン密度波のダイナミクスを選択的に観測し,それぞれの伝搬特性を詳細に評価するような実験は可能だろうか.我々は,1次元電子系に電子波束を注入しその時間発展を検出するポンプ・プローブ法によって,TL液体における素励起の観察に成功した.実験では,試料として整数量子ホールエッジチャネルを用いた.エッジチャネルはその1次元1方向性の伝搬特性ゆえに,カイラルTL液体として振る舞う.チャネルの本数や形状は電場や磁場によって制御可能であり,TL液体における素励起を観測するための最適な試料となる.我々は,エッジチャネルにおけるスピン電荷分離現象,および電荷波束の分断化現象を観測した.これらの現象はどちらもTL液体を象徴する重要な現象である.得られた時間波形データから,電荷およびスピン密度波の速度などの伝搬特性を読み取ることができ,エッジチャネルのTL液体としての性質を表す全パラメータを決定できる.電荷,およびスピン密度波はTL液体の固有伝搬モードであるため,長距離を減衰することなく伝搬する.今回の実験では,これらの密度波束を励起し,伝送し,最終的に信号として独立に検出できることを示した.この結果は,代表的な量子多体系である1次元電子系において素励起のダイナミクスを直接観察したものであり,多体効果にもとづく物性の研究にとって大きな一歩だと考えている.

著者

杉本 敏樹 福谷 克之

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.71, no.10, pp.668-678, 2016-10-05 (Released:2017-04-21)

参考文献数

63

被引用文献数

1

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核スピンの存在は,量子力学創成期,電子スピン発見から2年後の1925年に証明された.その画期的な発見は,コペンハーゲンのBohr研究室に留学中の堀健夫(朝永振一郎の義兄)による水素分子の分光研究に端を発する.堀は,電子励起スペクトルにおいて,回転量子数が偶数を起点とするスペクトル強度と奇数を起点とする強度に違いがあり,その比が1対3となることを発見した.この実験事実に基づき,Dennisonは陽子が大きさ1/2のスピンを持つフェルミ粒子であることを明らかにし,水素分子には核スピン量子状態が異なるオルト・パラ異性体が存在することを証明した.このように,水素分子は量子力学の発展に大きな貢献を果たす一方で,宇宙に最も豊富に存在する分子種として星間空間における物理・化学過程に重要な役割を果たしている.近年,遠赤外線天文観測技術の進歩によって星間分子雲中の水素分子の分光が行われ,オルト/パラ比から求まる核スピン温度が回転温度と一致しないという観測結果がしばしば報告されている.回転温度と核スピン温度は観測した分子雲環境の現在と過去の温度を反映していると考えられており,これらを解析することで星間分子雲の熱履歴や年齢,さらには星形成メカニズムの解明につながると期待されている.水素分子の核スピン温度を星間分子雲の過去の温度計として使用する場合,核スピン温度が「具体的にどの程度の時間スケールの過去の温度」を反映しているのかを知る必要がある.核スピン多重度の変化を伴う水素分子のオルト–パラ転換は気相の孤立系では非常に遅く実質的には起こらない.しかし,物質との相互作用によって転換が誘起されるため,種々の星間物質表面での転換確率を実験で明らかにする必要がある.応用上も,水素は燃焼時に温室効果ガスや有害ガスを発生しないクリーンな燃料として家庭用や自動車用の燃料電池で利用されるほか,ロケット燃料としても利用されてきた.水素を大量に貯蔵する方法として液化貯蔵があるが,オルト水素が混在する水素ガスを液化する際にはオルト–パラ転換に起因するボイルオフが問題となる.これを回避するため,オルト水素をあらかじめパラ水素に転換させてから低温貯蔵する必要があり,そのために古くから磁性体を利用したオルト–パラ転換触媒の開発が進められてきた.磁性体表面に吸着した水素分子は,表面電子スピンの磁気双極子に起因した不均一磁場でオルト–パラ転換が促進されることが1933年にWignerによって理論的に示されている.それ以来,電子磁性を持たない反磁性物質の表面ではオルト–パラ転換は誘起されないと信じられてきた.1980年代に入り真空技術が進歩するのに伴い,原子レベルで構造や電子状態を規定した清浄表面が得られるようになると,従来は転換を誘起しないと考えられてきた銀・銅等の反磁性金属表面や,極性を有する水分子が凝集したアモルファス氷等の反磁性絶縁体表面においてもオルト–パラ転換が促進されることが次々に明らかになってきた.近年の実験・理論研究によって表面の局所磁場のみならず電荷移動や表面の局所電場によってオルト–パラ転換が誘起されることが示され,固体表面と吸着子が織りなす多彩な磁気・電気的相互作用の全容が解明されつつある.

著者

牧野 淳一郎

出版者

一般社団法人日本物理学会

雑誌

日本物理學會誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.48, no.3, pp.221-222, 1993-03-05

著者

湯浅 新治 長浜 太郎 鈴木 義茂 田村 英一

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.58, no.1, pp.38-42, 2003-01-05 (Released:2008-04-14)

参考文献数

14

被引用文献数

1

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磁性金属多層膜や磁気トンネル接合の巨大な磁気抵抗効果などスピン偏極した伝導電子が引き起こす現象の発見により,固体中の電子の電荷とスピンの両方を利用した新しい分野であるスピントロニクスが急速な発展を見せている.本稿ではスピントロニクスの中心課題であるトンネル磁気抵抗効果(TMR効果)について解説し,スピン偏極共鳴トンネル効果に関する著者らの最近の研究を紹介する.

著者

Mott Sir Nevill 米沢 富美子

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.34, no.2, pp.136-144, 1979-02-05 (Released:2008-04-14)

参考文献数

49

著者

益田 義賀

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.51, no.5, pp.323-331, 1996

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ここに古ぼけた一枚の写真がある(図1). 1954年7月3日付の読売新聞の複写である. "第二群像"という特集記事で, 「汗ダクで零下273度を創る」と題して「東北大学金属材料研究所極超低温グループがクロムカリ明バンの断熱消磁によって, この世ならぬ極超低温の異常世界で起こる興味深いいろんな珍現象を追及しはじめた.」と面白おかしく報じている. 日本の新聞記事に絶対零度が現れたのは, おそらくこれが最初であろう. 写真には, 日本の低温物理を背負って立つことになる, 30歳になるやならずの連中の顔が並んでいる. 日本の低温研究の夜明けである.

著者

佐中 薫

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.59, no.10, pp.698-702, 2004-10-05 (Released:2008-04-14)

参考文献数

34

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量子コンピュータを実現する方法を探ることは,今最もチャレンジングな課題のひとつと言っていいでしょう.光を使う方法は,量子的な重ね合わせ状態を長く維持できるといったメリットがありますが,量子演算を効率的に行うためには,1光子と1光子の間で強い相互作用を実現しなくてはならず大きな問題となっていました。ところが単一光子光源,単一光子検出器を使うことで原理的にはこの問題を解決できることが理論的に示され,私たちのグループでは,この理論の基礎である非線形符号シフトの検証実験を行うことに成功しました。本稿ではこの理論の基本的なアイデアと,検証実験の現状と展望について紹介します.

著者

橋本 一二

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.7, no.5, pp.276-283, 1952-10-25 (Released:2008-04-14)

参考文献数

18

著者

西原 美一

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.49, no.10, pp.811-818, 1994-10-05 (Released:2008-04-14)

参考文献数

38

被引用文献数

1

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ペロブスカイト型3d遷移金属酸化物の特徴のひとつは,同一の結晶構造を保ちながら電子数,電子相関の強さなどを容易に変えられることにある.このため,強誘電体から超伝導体まで,磁気的にも局在スピン状態からパウリ常磁性まで種々の状態をとることが可能となっている.金属-非金属転移,格子系の変化と結びついた電子状態の変化,さらに酸素欠陥の物性に及ぼす影響などを中心に,この系の示す物性の多様性について紹介する.

著者

張 奕勁 岩佐 義宏

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.69, no.11, pp.771-776, 2014-11-05 (Released:2018-09-30)

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日常の範囲を超えて物質を小さくしていくと,それまでとは全く違った性質が現れる.例えば,黒鉛(グラファイト)は,身近なところでは鉛筆の芯をはじめとして広く使われているが,数ナノメートル(10^<-9>m)程度まで薄くすることで最先端の物理現象の舞台になる.グラファイトは層状の物質であり,一層分を取り出したものはグラフェンと呼ばれる.2004年に初めてグラフェンの抽出に成功すると,スコッチテープで剥がすだけというその簡便さも相まってグラフェンの研究が世界的に進展した.グラフェンの特徴はそのバンド構造にある.フェルミ準位近傍にはディラックコーンと呼ばれるバンドギャップのない線形分散があり,電子は質量のないフェルミ粒子のように振る舞う.これにより,室温における量子ホール効果など顕著な量子現象が現れ,数多くの物理学者・材料科学者を引きつけた.ナノ物質の新たな側面を引き出したグラフェンの研究に対して,2010年にノーベル物理学賞が授与されたことは記憶に新しい.グラフェンにおける新物性の出現は,何層も積み重なった3次元的なグラファイトから単層という純粋に2次元的なグラフェンへの変化に由来する.同様の効果は層状物質に普遍的に期待できるものであり,スコッチテープ法はその確立から程なく多種多様な層状物質へと応用されるようになった.その中でも,遷移金属カルコゲナイド(Transition Metal Dichalcogenide; TMD)と呼ばれる物質が有名である.本稿では,TMDをベースにした,単層ないしは数層の2次元結晶における電界効果物性について解説する.単層TMDはグラフェンと非常によく似た結晶構造を持っているが,グラフェンと異なりディラックコーンにギャップが開いて半導体になっているという違いがある.バンドギャップの存在は,ON/OFF比が10^8以上というスイッチング性能の高い電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor; FET)動作を可能にした.さらに,TMDを電気二重層トランジスタ(Electric Double Layer Transistor; EDLT)と呼ばれる新しい種類のFETと組み合わせると,高いON/OFF比に加えて電界効果による超伝導転移も誘起することができる.EDLTによって観測された超伝導転移温度T_cは,ゲート電圧によるキャリア数の増加とともに上昇するが,最高で10.5Kに達した後,降下する.すなわち,T_cは状態密度とともに上昇するのではなく,あるキャリア濃度で最適値を持つのである.一方,バンドギャップの存在はTMD単層が反転対称性のない結晶構造を持っていることに由来するが,この対称性の破れは他の効果ももたらす.TMDは複数のフェルミポケット(バレーと呼ばれる)を持っているが,対称性の破れのためにこれらバレーが上向き/下向きスピンのように電荷に新しい自由度を与える.同時に,バレー自由度を光の左右の円偏光によって制御することが可能になる.ギャップの大きさは可視光領域の光のエネルギーに対応しており,光・バレー物性を用いたデバイス応用も期待できる.例えば,TMD-EDLTが両極性トランジスタ動作を示すことを応用すると,円偏光発光ダイオードを作ることができる.さらに,この発光の偏光方向は電流の向きによって制御することができる.この電気的な制御性は,現存する他の円偏光発光素子では実現できないユニークなものである.以上のようにTMD2次元結晶は多くの可能性を秘めた物質であるが,EDLTと組み合わせることによってその可能性を最大限に引き出すことができると期待される.TMDには様々な物質が存在するため,今後,広範囲にわたる研究が待たれる.

著者

森田 浩介

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.60, no.9, pp.698-707, 2005-09-05 (Released:2008-04-14)

参考文献数

23

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我々は, 独立行政法人理化学研究所の重イオン線形加速器からの70Znビームを209Bi標的に照射し, ビーム核と標的核との完全融合反応によって合成される, 原子番号113, 原子質量数278の原子核278113の崩壊を観測することに成功しました.ビームやその他実験にとってバックグラウンドとなる粒子から分離された目的の核は, 半導体検出器に打ち込まれ, そこで4回の連続したα崩壊をした後, 自発核分裂を起こして崩壊しました.4回目のα崩壊の崩壊エネルギーと崩壊時間, それに引き続いて起こった自発核分裂の現象と崩壊時間は, 既知の崩壊連鎖である266Bh(原子番号107)→262Db(原子番号105)のものと矛盾がなく, これらの崩壊に先立って起こった3回の連続したα崩壊は278113→274Rg(原子番号111)→270Mt(原子番号109)→という, これまでに報告されていない新同位体の崩壊であると結論づけました.観測された原子数はわずか1ですが, 保守的な言い方をすれば, 今回合成された278113は, 実験的に原子番号と質量数を決定されたものとしては, 原子番号, 原子質量数ともに最大のものであり, 新元素の発見の可能性があると考えています.

著者

後藤 信行

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.71, no.2, pp.127-128, 2016-02-05 (Released:2018-07-20)

著者

秋本 俊一

出版者

一般社団法人日本物理学会

雑誌

日本物理學會誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.47, no.7, pp.588-589, 1992-07-05

著者

永田 武

出版者

一般社団法人日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.24, no.2, pp.115-117, 1969

著者

永田 武

出版者

一般社団法人日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.21, no.3, pp.147-148, 1966

著者

永田 武

出版者

一般社団法人日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.16, no.6, pp.380-388, 1961

著者

江崎 玲於奈

出版者

一般社団法人日本物理学会

雑誌

日本物理學會誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.69, no.3, 2014-03-05

著者

神戸 振作 酒井 宏典 芳賀 芳範

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.60, no.11, pp.860-862, 2005-11-05 (Released:2008-04-14)

参考文献数

14

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プルトニウムやネプツニウムなどの超ウラン化合物は, その放射能のため取り扱いが困難だが, 強相関5f電子系という観点からは魅力ある研究対象である.最近プルトニウム化合物で高い臨界温度Tcを持つ超伝導体が見つかり注目されている.本稿では, その良質の単結晶育成と異方的電子物性またNMRによる超伝導状態の研究について報告する.

著者

山口 浩司

出版者

一般社団法人 日本物理学会

雑誌

日本物理学会誌 (ISSN:00290181)

巻号頁・発行日

vol.72, no.8, pp.554-562, 2017-08-05 (Released:2018-07-25)

参考文献数

59

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ここ10年ほどの間,最先端の微細加工技術を用いて作製した微小なメカニカル共振器に関する研究が大きな広がりを見せている.微小メカニカル共振器はそのサイズに応じてマイクロメカニカル共振器,あるいはナノメカニカル共振器と呼ばれるが,微細化のメリットは周波数を高くできることにある.素子応用などを考えた際,周波数が高くできるということは,それだけ動作速度を早くできるということであるが,一方,基礎物理の側面からも極めて重要な性質である.サブミクロンスケールの構造の共振周波数は1 GHzを超え,この系を調和振動子として見なしたときのエネルギー量子は温度に換算して50 mKとなり,市販の希釈冷凍機で容易に到達可能な領域である.すなわち,このような高周波のメカニカル共振器を冷却すると量子力学的な調和振動子として扱えることになる.この領域のメカニカル共振器は数百万から数億という膨大な数の原子から構成され,いわゆる巨視的物理系の量子力学的な性質が観測できるのではないか,という点が大きな注目を集めているのである.一方,このようなエネルギー量子は,別の考え方をすると構造に閉じ込められた音響フォノンであり,一個一個の量子力学的なフォノンの振る舞いを調べるという視点でも,興味深い研究対象となっている.マイクロ・ナノメカニカル共振器のもう一つの特徴は,非線形性の出現である.両持ち梁などの共振器構造においては振動振幅が大きくなると構造全体に張力が発生し,これが起因して非線形相互作用,すなわちフォノンの非調和性が現れる.一般の場の理論と同様に共振器のハミルトニアンは固有モードに分解すると調和振動子の集団として記述することができるが,この非線形相互作用は異なるモード間の生成消滅演算子の3次以上の積として書くことができる.すなわち,この非線形相互作用は異なるモードのフォノンの生成や消滅,あるいは反応などをつかさどることになる.この効果はメカニカル振動の周波数変換やフォノンの3波あるいは4波混合などととらえることができ,多彩なメカニカル振動の制御が可能となる.これはデバイス応用上の重要性だけではなく,量子力学的な領域においても,量子ノイズのスクイージングやフォノンのコヒーレント制御など,基礎物理の視点において興味深い現象が実現できる可能性を与える.我々は,このような視点から圧電材料である化合物半導体を用いて微小メカニカル共振器を作製し,振動により生成する張力を介した非線形相互作用を用いて,様々な実証実験を行うことに成功した.特に二つのモード間の相互作用を外部からの張力変調により電気的に制御できることを示し,二つのモード間における振動エネルギーの操作や,コヒーレンスが低い振動からコヒーレンスが高い振動を生成するフォノンレージング動作,さらには両者の熱揺らぎに対して相関を引き起こす2モードスクイージングを実現した.現在量子領域における実験を念頭に,量子ドットをはじめとする様々な半導体量子構造とのハイブリッド素子化を進めている.