▌集中ゼミ
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▆ 集中ゼミとは？
各分野の最新のトピックを時間をかけてわかりやすく学べることが集中ゼミの特徴です。
先生が研究されてきたトピックをそのご本人からお話いただくことで、通常の講義よりも更に「現場」の物理に近い、臨場感をともなった講演になるでしょう。また先生の講演を聞くだけでなく、学生側からの積極的な質問も歓迎していますので、活発な議論が起こることを期待しています。
▆ 集中ゼミの形式
六つのゼミに別れて行われますので、アブストラクトやテキストなどを参考にして好きなゼミを選んでください。
自分の専門分野についてさらに深い理解を求めるのもよし、自分の専門分野以外で新たに見聞を広めるもよしです。
集中ゼミでは講義と同様に座学形式で行われます。当日は長机と椅子が用意されています。
▌招待講演講師一覧（敬称略、五十音順）
| 講師 | 所属 | タイトル |
|---|---|---|
| 越野 幹人 | 東北大学大学院 理学研究科 | グラフェンの量子物性 |
| 境 誠司 | 日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター | 分子スピントロニクスと界面スピン物性 ? 有機分子・ナノ炭素のスピン流を操る |
| 沙川 貴大 | 東京大学大学院 総合文化研究科 | 情報処理の熱力学 |
| 田中 義人 | 理化学研究所 放射光化学総合研究センター | 放射光時間分解Ｘ線回折法と 光誘起構造ダイナミクスの研究 |
| 二国 徹郎 | 東京理科大学 理学部 | 冷却原子気体の物理 |
| 東 清一郎 | 広島大学大学院 先端物質科学研究科 | 半導体薄膜の結晶成長とデバイス応用 |
▆ 講義内容
●グラフェンの量子物性越野幹人 先生（東北大学大学院 理学研究科）
この集中ゼミではグラフェンのさまざまな特徴的な物性の中から電気伝導、光吸収、磁場効果について焦点を当て、基本的な量子力学の知識を用いて解説する。また、時間があればグラフェン同様の「質量の無い」電子構造をもつトポロジカル絶縁体、ワイル半金属などの話題についても触れる。
- グラフェンの電子構造
- グラフェンにおける電気伝導と光吸収
- グラフェンの磁場効果（量子ホール効果、反磁性効果）
- 様々なディラック電子系（トポロジカル物質、３次元ディラック系）
このように、「グラフェン」は発見されて以来物性物理学に様々な可能性を示唆してきた。 今回の集中ゼミで教鞭をとって頂く越野幹人先生は、｢グラフェン」などのカーボン新規物質についての 研究分野において第一線で活躍されている先生です。 「グラフェン」に焦点を当てて、基礎的なことから最先端の研究までを量子力学の基礎的な 知識を用いて解説して頂けますので、興味・疑問を持っている人はぜひ参加して下さい。
●分子スピントロニクスと界面スピン物性 ? 有機分子・ナノ炭素のスピン流を操る
境 誠司 先生（日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター）
従来のスピントロニクス素子には、金属など重たい元素からなる材料が用いられてきた。 これはスピントロニクスでは質量数に依存するスピン軌道相互作用を介して磁化や電流などの信号とスピン流の相互変換を行うためである。
しかし、スピン流は保存量でないため、将来的にスピン流を用いた演算回路などにより集積デバイスを構成するためには、スピン軌道相互作用が小さくスピン流の散逸が生じ難い軽元素材料の応用が鍵になる。
そのような観点から、最近になって、有機分子やナノ炭素の応用に関する新分野”分子スピントロニクス”が関心を集めている。 有機分子やナノ炭素においてスピン軌道相互作用が小さいことは、スピン流の長時間の保持や長範囲の伝達を可能にする一方、効率的な操作には工夫が必要なことを意味する。 加えて、これらの材料はスピン流の源である強い磁性を示さないため、スピン流の生成手段も未発達である。 有機分子・ナノ炭素に共通する低次元性(ゼロ-二次元)に着目すると、スピン流の効率的制御を実現する手段として、異なる磁性体や原子・分子と接するヘテロ界面の電子スピン物性を利用してスピンの偏極やスピン軌道相互作用を制御することが考えらえる。
今回のゼミでは、グラフェンやフラーレンに関する話題を中心に、分子スピントロニクスの基礎となる界面スピン物性の最新の研究成果や素子特性等に関する分野の研究動向を紹介し、今後の発展に向けた課題や展望を示したい。
●世話人井上による紹介文
近年、デバイス開発においてムーアの法則の崩壊が予想され、その技術発展の限界が近付いています。 そこで、従来のエレクトロニクスデバイスの限界を超えたスピントロニクスデバイスの開発が期待されています。
しかし、技術応用を実現するにあたってはより優れた材料を用意する必要があります。 この問題に対して、近年グラフェンやフラーレン等の有機分子やナノ炭素を用いた「分子スピントロニクス」に注目が集まり、境先生は その第一線でご活躍されています。
先生には、有機分子やナノ炭素等の柔らかい物質に関する話題をスピントロニクスと関連付けてお話しいただきます。 学問としておもしろく、深いだけでなく実際にものになって世の中の役に立つ、そんな物理の姿を知っていただくきっかけになればと思っております。
●情報処理の熱力学
沙川 貴大 先生（東京大学大学院 総合文化研究科）
このトピックについて、非平衡統計力学の観点から、ここ数年で理論的にも実験的にも大きな進展がみられた。 理論的には、測定やフィードバックなどの情報処理過程に適用できる形に、熱力学第二法則や非平衡関係式（Jarzynski等式やゆらぎの定理）が拡張された。そこで重要な役割を果たすのは、相互情報量と呼ばれる概念である。この理論によって、「マクスウェルのデーモンのパラドックス」が完全な解決をみたと言える。また実験的にも、単一コロイド粒子や単一電子などでマクスウェルのデーモンが実際に実現されるようになってきた。
本集中ゼミでは、情報理論や非平衡統計力学の入門的解説から出発し、情報と熱力学の関係について理論と実験の両方の観点から解説を行う。
●世話人佐藤による紹介文
情報理論の成立に先立つこと約半世紀、観測とフィードバックによる熱力学的不可逆性の“破れ”の可能性が指摘されたとき、情報熱力学は生まれました。この情報熱力学の端緒となった“Maxwell being”の問題を現代的に解決したのが、今回お呼びした沙川さんです。理論は実際に実験室で確認され、その有用さが確かめられました。
今や情報熱力学は広く、生物の理解に向けても応用され始めています。生命は“負のエントロピーを食べる”、という既存の理解を超えて、情報熱力学が“being”をよりよく記述する日も来るしれません。
情報理論や非平衡統計力学に興味のある方ない方、ぜひ沙川さんの講義を受講ください。
●放射光時間分解Ｘ線回折法と光誘起構造ダイナミクスの研究
田中 義人 先生（理化学研究所 放射光化学総合研究センター）
また、数年前にＸ線自由電子レーザー施設が完成し、大ピークパワーのフェムト秒Ｘ線パルスも利用できるようになり、フェムト秒の時間分解能にまで迫ることが可能になりました。
本講義では、放射光の時間構造とその発生原理から始めて、放射光時間分解Ｘ線回折法とは何か、どうすればできるのかその手法を具体的に説明します。 フェムト秒パルスレーザーと放射光パルスＸ線の同期方法やその観測方法など、技術的な部分についても最新の技術も含めて紹介します。
また、放射光時間分解Ｘ線回折法を用いた研究として、パルスレーザー光を半導体結晶表面に照射した際に生じる、百ピコ秒程度の応答速度をもつ過渡的格子歪みの観測例、および、DVD光記録材料のアモルファス-結晶相変化を観測した例を紹介します。 X線自由電子レーザーSACLAを用いたフェムト秒時間分解測定についても触れたいと思います。
さらに、光誘起構造ダイナミクス研究におけるＸ線回折法の分光との関わり等を考えながら、意義、役割、限界、展望などについて議論できたらと思います。
●世話人山神による紹介文
今回、講義を行っていただきます田中義人先生は兵庫県にあります放射光施設「SPring-8」で 放射光時間分解X線回折法の実験装置および手法を開発に携わっており、今年度から、兵庫県立大 大学院物質理学研究科・教授を務められています。 「これからまだまだ活躍する放射光を知りたい！」「時間分解X線回折法ってなんだ？」 「どんな実験装置を構築しているんだろう…」などとにかく疑問・興味を持った人はぜひ参加 してください！
●冷却原子気体の物理
二国 徹郎 先生（東京理科大学 理学部）
本講演の前半では中性原子気体の冷却方法やBose凝縮体の観測方法などの実験手段について簡単に解説し，Bose凝縮気体の超流動ダイナミクスに関連した話題をいくつか取り上げて紹介する。 特に、回転する超流動原子気体における量子渦生成ダイナミクス、有限温度における第一、第二音波の伝播などについて紹介する予定である。 講演の後半では冷却Fermi原子気体の超流動に関する話題を紹介する。 この系ではFeshbach共鳴と呼ばれる機構を利用して原子間相互作用の強さと符号を制御することが出来る。 この技術を利用して2004年には冷却Fermi原子気体における超流動状態が実現された。
さらに、光格子（レーザーの干渉を利用して作られる周期ポテンシャル）中に原子気体を閉じ込めることも可能である。 光格子は固体中の電子が感じる周期ポテンシャルを擬似的に再現することより、超伝導や磁性等の物性研究の重要な役割を担っている。
近年では蜂の巣格子、籠目格子、Lieb格子といった特殊な幾何学的構造を持つ光格子を作ることが可能となった。 これらの系ではディラックフェルミオン、フラットバンド等に由来した新奇な物性が期待される。
●世話人宮良による紹介文
このような極低温の領域では気体中の原子は普通の粒子とは全く異なる性質を持ち、量子力学的な波として振る舞います。 数百万個の原子の集団が波として振る舞うと、ボーズ・アインシュタイン凝縮や超流動と呼ばれる現象が起こります。 二国先生の集中ゼミでは、エキゾチックな極低温の世界をご講演いただける予定ですので、ぜひご探訪ください！
●半導体薄膜の結晶成長とデバイス応用
東 清一郎 先生（広島大学大学院 先端物質科学研究科）
特にシリコン系薄膜半導体デバイスを如何に低温プロセスで高性能化するかという点に焦点を当て、技術開発の歴史を振り返りつつ、デバイス特性を最も大きく左右する結晶成長に関してレビューする。 ナノ秒やマイクロ秒での高速結晶成長過程のその場観察、成長メカニズム、構造および電気特性について概説する。
更に、トランジスタや太陽電池といったデバイスの作製技術を説明した上でプロセス上の技術課題とその対策について述べ、低温・大面積応用ならではの困難な技術課題を克服するアプローチを紹介する。低温プロセス技術の究極の薄膜デバイス応用としてフレキシブルエレクトロニクスを取り上げ、プラスティック上で単結晶シリコントランジスタ動作を可能とした独自のプロセス技術を紹介する。
●世話人菱谷による紹介文