先進分光研究グループ

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放射光科学研究センター 先進分光研究グループ
グループリーダー 石井 賢司

物質の性質の解明に役立つX線分光手法を開発
SPring-8（硬X線）とナノテラス（軟X線）を活用

Ｘ線非弾性散乱・発光分光を用いた物質材料研究

Ｘ線の持つ高透過能、元素選択性と行った特長を活用し、Ｘ線を高いエネルギー分解能で分光して、物質中の電子状態を調べる研究を行っています。銅酸化物超伝導体をはじめとする強相関電子系や、電池電極・触媒など実用に近い機能性材料など、遷移金属が電子状態や機能に重要な役割を果たす物質材料を研究の対象としています。

遷移金属酸化物における共鳴非弾性X線散乱の理論的研究

銅酸化物高温超伝導物質等の遷移金属酸化物における電子状態を数値的手法である厳密対角化法等を用いて明らかにしていき、共鳴非弾性X線散乱や光電子分光等のスペクトルを理論予測しています。また、ポンプ光で励起した遷移金属酸化物の光励起状態に対する励起スペクトルを大規模数値計算によって求めその特徴を理論的に明らかにしています。

X線強磁性共鳴分光法の開発と磁気ダイナミクス計測

超高速・超低消費電力の演算・記憶素子を実現するためのスピントロニクスの研究において、材料の磁気ダイナミクスを調べることは非常に重要です。このような磁気ダイナミクスを元素選択的に調べることができるX線強磁性共鳴(X-ray detected ferromagnetic resonance: XFMR)分光法の開発と応用研究を行っています。

1. 2024年10月28日　超伝導の空間的な乱れを可視化する新たな顕微観察技術の開発 ―新奇な超伝導現象を解明する新たな手法として期待―
2. 2024年9月23日　  デバイス材料中の電子スピンの計測時間をAI導入により大幅に短縮 ―放射光により次世代超高速・省エネ情報デバイス材料の開発に突破口
3. 2024年1月12日    電子・スピンの運動を可視化する走査型顕微鏡の開発 ―マイクロメートル領域のスピン流を精密に測定―
4. 2023年12月21日  電子にはたらく特殊な力をマイクロメートルの高解像度で可視化 ―「量子マテリアル」のデバイス評価に新展開―
5. 2021年4月26日    反強磁性モット絶縁物質におけるフェムト秒の電子スピン配列振動を発見 ― 超高速磁性ダイナミクスの探査手法を提案 ― 
6. 2020年12月4日    鉄の磁石の「表面の謎」を解明！― 一原子層単位の深さ精度で磁性探査する新技術を開発― 
7. 2018年1月25日    機械学習により実験計画の自動決定が可能に ～「学習」と「予測」でＸ線スペクトル測定の高効率化に成功～ 

1. Yudai Miyai, Shigeyuki Ishida, Kenichi Ozawa, Yoshiyuki Yoshida, Hiroshi Eisaki, Kenya Shimada, and Hideaki Iwasawa, Visualization of spatial inhomogeneity in the superconductiong gap using micro-ARPES, Science and Technology of Advanced Materials 25, 2379238 (2024).
2. ALEKSANDRA KRAJEWSKA, ALEXANDER N. YARESKO, JÜRGEN NUSS, SEBASTIAN BETTE, ALEXANDRA S. GIBBS, MARIAN BLANKENHORN, ROBERT E. DINNEBIER, DITA P. SARI, ISAO WATANABE, JOEL BERTINSHAW, HLYNUR GRETARSSON, KENJI ISHII, DAIJU MATSUMURA, TAKUYA TSUJI, MASAHIKO ISOBE, BERNHARD KEIMER, HIDENORI TAKAGI, AND TOMOHIRO TAKAYAMA, Nearly linear orbital molecules on a pyrochlore lattice, Science Advances 10, eadn3880 (2024).
3. Ivica Živković, Jian-Rui Soh, Oleg Malanyuk, Ravi Yadav, Federico Pisani, Aria M. Tehrani, Davor Tolj, Jana Pasztorova, Daigorou Hirai, Yuan Wei, Wenliang Zhang, Carlos Galdino, Tianlun Yu, Kenji Ishii, Albin Demuer, Oleg V. Yazyev, Thorsten Schmitt, and Henrik M. Rønnow, Dynamic Jahn-Teller effect in the stron gspin-orbit coupling regime, Nature Communications 15, 8587 (2024).
4. Hideaki Iwasawa, Tetsuro Ueno, Takuma Iwata, Kenta Kuroda, Konstantin A. Kokh, Oleg E. Tereshchenko, Koji Miyamoto, Akio Kimura, and Taichi Okuda, Efficiency improvement of spin-resolved ARPES experiments using Gaussian process regression, Scientific Reports 14, 20970 (2024).
5. Hajime Yamamoto, Osamu Ikedam Takashi Honda, Kenta Kimura, Takuya Aoyama, Kenya Ohgushi, Akio Suzuki, Kenji Ishii, Daiju Matsumura, Takuya Tsuji, Shintaro Kobayashi, Shogo Kawaguchi, Matteo d'Astuto, and Tadashi Abukawa, Continuous structural phase transition and antiferromagnetic order in ilmenite-type NiVO₃, Physical Review Materials 8, 094402 (2024).
6. Takami Tohyama, Hiroki Maeda, Kenji Tsutsui, Shigetoshi Sota, and Seiji Yunoki, Spin and charge dynamics of doped one-dimensional Mott insulators, Physical Review B 110, 125106 (2024).
7. ​Takuma Iwata, T. Kousa, Y. Nishioka, K. Ohwada, K. Sumida, E. Annese, M. Kakoki, Kenta Kuroda, H. Iwasawa, M. Arita, S. Kumar, A. Kimura, K. Miyamoto and T. Okuda, Laser-based angle-resolved photoemission spectroscopy with micrometer spatial resolution and detection of three-dimensional spin vector, Scientific Reports 14, 127 (2024).
8. Hideaki Iwasawa, Tetsuro Ueno, Yoshiyuki Yoshida, Hiroshi Eisaki, Yoshihiro Aiura, and Kenya Shimada, Quantitative measure of correlation strength among intertwined many-body interactions, Physical Review Research 5, 043266 (2023).
9. Norihiro Oshime, Kenji Ohwada, Akihiko Machida, Nagise Fukushima, Kosuke Shirakawa, Shintaro Ueno, Ichiro Fujii, Satoshi Wada, Kento Sugawara, Ayumu Shimada, Tetsuro Ueno, Tetsu Watanuki, Kenji Ishii, Hidenori Toyokawa, Koichi Momma, Sangwook Kim, Shinya Tsukada, Yoshihiro Kuroiwa, Lattice strain visualization inside a 400 nm single grain of BaTiO3 in polycrystalline ceramics by Bragg coherent X-ray diffraction imaging, Japanese Journal of Applied Physics 62, SM1022 (2023).
10. Hideaki Iwasawa, Kazuki Sumida, Shigeyuki Ishida, Patrick Le Fèvre, François Bertran, Yoshiyuki Yoshida, Hiroshi Eisaki, Andrés F. Santander-Syro, and Taichi Okuda, Exploring spin-polarization in Bi-based high-Tc cuprates, Scientific Reports 13, 13451 (2023). 
11. Toshio Yamaguchi, Nami Fukuyama, Koji Yoshida, Yoshinori Katayama, Shinichi Machida, and Takanori Hattori, An X-ray and Neutron Scattering Study of Aqueous MgCl2 Solution in the Gigapascal Pressure Range, Liquids 3, 288 (2023).
12. Kenji Tsutsui, Kazuya Shinjo, and Takami Tohyama, Theoretical Study of the Time-Resolved Spin Excitation Spectrum in the Photoexcited Mott Insulator, JPS Conference Proceedings 38, 011159 (2023).
13. Yizhou Chen, Shun Asano, Tong Wang, Peiao Xie, Shinnosuke Kitayama, Kenji Ishii, Daiju Matsumura, Takuya Tsuji, Takanori Taniguchi, and Masaki Fujita, Cu K-edge X-ray Absorption Fine Structure Study of T′-type RE2CuO4+α−δ (RE = Rare Earth): Toward Unified Understanding of Electronic State of T′-type Cuprate, JPS Conference Proceedings 38, 011050 (2023).

1. ​新城一矢, 曽田繁利, 柚木清司, 筒井健二, 遠山貴巳, 光励起したモット絶縁体の電荷・スピンダイナミクス, 固体物理 Vol.58, No.12 (2023).
2. Tetsuro Ueno and Hideaki Iwasawa, Measurement Informatics in Synchrotron Radiation X-ray Spectroscopy, Synchrotron Radiation News 35, 3 (2022).
3. 片山芳則, 稲見俊哉, 石井賢司, 三井隆也, 放射光(播磨)：放射光X線の利用技術の開発：量子科学技術研究開発機構の取り組みから, ぶんせき 10, 514 (2021).
4. 片山芳則, 高橋正光, 佐々木拓生, 綿貫徹, 町田晃彦, 齋藤寛之, QST微細構造解析プラットフォームが提供する放射光利用技術(量子科学技術研究開発機構), まてりあ 58, 770 (2019).
5. 山田拓洋, 鈴木雄太, 三俣千春, 小野寛太, 上野哲朗, 大林一平, 平岡裕章, 小嗣真人, パーシステントホモロジーを用いた迷路状磁区構造におけるトポロジカル欠陥の可視化, 表面と真空 62, 153 (2019).
6. 上野哲朗, 日野英逸, 小野寛太, 機械学習によるX線スペクトル計測の効率化, 表面と真空 62, 147 (2019).
7. 日野英逸, 田口優介, 上野哲朗, 小野寛太, 能動学習の基礎と材料工学への適用例, まてりあ 58, 7 (2019).
8. 片山芳則, 高輝度放射光が可能にするその場測定手法, 金属 86, 23 (2016).

1. 上野哲朗, 岩澤英明 (分担執筆), “機械学習によるスペクトル計測・解析の効率化・自動化”, 実験の自動化・自律化によるR&Dの効率化と運用方法 －AI、ロボット技術、ChatGPT、MI、ベイズ最適化、秘密計算など－, 技術情報協会 (2023).
2. 上野哲朗, 小野寛太 (分担執筆), “適応型実験デザイン法によるX線スペクトル測定の効率化”, マテリアルズ・インフォマティクス開発事例最前線, エヌ・ティー・エス (2021).
3. Kenji Ishii (分担執筆), “Resonant Inelastic X-Ray Scattering in Strongly Correlated Copper Oxides”, Resonant X-Ray Scattering in Correlated Systems, Springer (2017).

• 共鳴非弾性X線散乱装置 (SPring-8 BL11XU)

1. 石井賢司, 関西研だより 2024年12月号, 研究紹介 放射光科学研究センター 先進分光研究グループ

1. 上野哲朗, 放射光計測とAIを活用したスピントロニクスデバイスの評価, 電気学会 マグネティックス技術委員会 磁気センサとAI技術を活用したセンシングシステム調査専門委員会, 2024年11月12日
2. Hideaki Iwasawa, Development of spatially-resolved ARPES systems at NanoTerasu, 2024 KPS Fall meeting, 2024年10月22日〜25日
3. 石井賢司, 共鳴非弾性X線散乱による磁気励起観測, 量子ビーム連携ミニワークショップ「機能性材料研究会」, 2024年10月12日〜13日
4. 岩澤英明, 顕微ARPESによる銅酸化物の超伝導ギャップ不均一性の可視化, PF研究会「放射光顕微分光が切り拓く材料研究のフロンティア」, 2024年10月3日〜4日
5. 石井賢司, Ｘ線非弾性散乱・発光分光による電子状態計測, 日本放射光学会第16回放射光基礎講習会, 2024年9月6日
6. 石井賢司, 共鳴非弾性X線散乱による遷移金属酸化物の電子励起観測, 金研研究会2024 〜強相関物質における創発物性研究の現状と将来展望〜, 2024年4月20日

1. 防衛装備庁 令和6年度安全保障技術研究推進制度 小規模研究課題(タイプC), 研究課題名：スピンオービトロニクスへ向けた高感度軌道流検出法の開発, 研究代表者：上野哲朗, 研究期間：2024年10月1日–2027年3月31日
2. 科研費 挑戦的研究(萌芽), 研究課題名：価電子内殻遷移に伴うＸ線発光を偏光解析した新しい放射光分光法の開発, 研究代表者：石井賢司, 研究期間：2024年6月28日–2027年3月31日
3. 科研費 基盤研究(C), 研究課題名：放射光X線散乱による遷移金属酸化物に対する時間分解励起スペクトルの理論, 研究代表者：筒井健二, 研究期間：2022年4月1日–2025年3月31日
4. 科研費 基盤研究(C), 研究課題名：データ駆動型探索で迫る巨視的スピン模型のダイナミクス, 研究代表者：上野哲朗, 研究期間：2022年4月1日–2025年0月31日
5. 科研費 挑戦的研究(萌芽) , 研究課題名：隣接元素を選択して電子状態観測できる新しい放射光硬Ｘ線分光法の開発, 研究代表者：石井賢司, 研究期間：2021年7月9日–2023年3月31日

1. 上野哲朗, 永沼博, 量子科学技術研究開発機構-東北大学マッチング研究支援事業, 課題名：二次元物質・規則合金ヘテロ構造界面磁性の解明による革新的強磁性トンネル接合素子の創製, 研究期間：2022年4月1日〜2025年3月31日
2. 石井賢司, 藤田全基, 量子科学技術研究開発機構-東北大学マッチング研究支援事業, 課題名：RIXSの超高エネルギー分解能活用に向けた遷移金属酸化物における電子相の研究, 研究期間：2022年4月1日〜2025年3月31日