放射光科学研究センター　|　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　片山　芳則

研究内容

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。

自律的実験のための計測インフォマティクスの研究

データ駆動型研究が盛んな昨今、大量の実験データをいかに効率よく収集・解析できるかが鍵となっています。機械学習・人工知能技術を駆使して、X線吸収分光法、X線磁気円二色性分光法など様々な放射光実験手法の計測や解析を効率化・自動化・自律化する計測インフォマティクスの方法論を研究しています。

角度分解光電子分光を用いた量子機能性材料の研究

物質の電子状態を直接調べることが出来る角度分解光電子分光（ARPES）の装置開発とARPESによる量子機能性材料の研究の経験を活かし、次世代放射光施設ナノテラスにて、電子・スピン状態を顕微観測できる「ナノ・スピンARPES装置」の開発を進めています。また、ARPESと機械学習を活用した物性研究を展開しています。

メンバー

プレスリリース

1. 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 ― 

2. 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― 

3. 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～ 

原著論文

1. 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-T_c cuprates, Scientific Reports 13, 13451 (2023) 
2. 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)
3. 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)
4. 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 RE₂CuO_4+α−δ (RE = Rare Earth): Toward Unified Understanding of Electronic State of T′-type Cuprate, JPS Conference Proceedings 38, 011050 (2023)

解説記事

1. Tetsuro Ueno and Hideaki Iwasawa, Measurement Informatics in Synchrotron Radiation X-ray Spectroscopy, Synchrotron Radiation News 35, 3 (2022).
2. 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).
3. 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).
4. 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).
5. 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).
6. 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).
7. 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).

書籍​

1. 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).
2. 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).

装置

• 　共鳴非弾性X線散乱装置 (SPring-8 BL11XU)

関西研だより

• 　準備中

外部発表

• 　準備中

外部資金

1. 科学技術振興機構 2023年度 戦略的創造研究推進事業（さきがけ）, 研究領域：計測・解析プロセス革新のための基盤の構築（研究統括：田中功), 研究課題名：磁場印加スピン分解顕微光電子分光の開発, 研究代表者：岩澤英明, 研究期間：2023-10-01 ~ 2027-03-31
2. 防衛装備庁 令和5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：スピン偏極電子の磁場応答の可視化, 研究代表者：岩澤英明, 研究期間：2023-10 – 2026-03-31
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：2022-04-01 – 2025-03-31
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：2022-04-01 – 2025-03-31
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：2021-07-09 – 2023-03-31