創域理工学研究科 先端物理学専攻

［専攻］統計物理学（理論）　［指導教員］秋元 琢磨 准教授　［キーワード］統計物理学（理論）
［テーマ例］❶細胞内での異常拡散現象の解明 ❷非平衡系における粒子の拡散現象の解明 ❸ランダムサーチ過程における最適化・効率化

本研究室では、細胞のような複雑で不均一な物質の動的な性質、特に、その中での粒子の拡散現象の解明を理論的に進めています。近年、タンパク質などの１分子の軌道が直接観測できるようになり、様々な系で通常のブラウン運動とは異なる拡散現象が発見されてきています。このような現象を確率論や数値シミュレーションを通して明らかにします。

［専攻］宇宙物理学（理論）　［指導教員］鈴木 英之 教授　［キーワード］宇宙物理学（理論）
［テーマ例］❶重力崩壊型超新星爆発と原始中性子星の進化 ❷超新星ニュートリノの数値シミュレーション ❸超新星ニュートリノとニュートリノ振動

重い星は、最後にコアがつぶれて中性子星を形成すると同時に超新星爆発を起こします。その際に放出される超新星ニュートリノや原始中性子星の進化などを数値シミュレーションを用いて研究しています。また、ニュートリノの種類が変化するニュートリノ振動という現象が、超新星ニュートリノの観測に及ぼす影響についても研究しています。

［専攻］素粒子物理学（実験）　［指導教員］石塚 正基 教授　［キーワード］素粒子物理学（実験）
［テーマ例］❶ニュートリノの質量と世代間混合の測定 ❷陽子崩壊探索による大統一理論の検証 ❸超新星ニュートリノ観測

素粒子物理学は、宇宙に存在する基本粒子と粒子間に作用する力の法則の解明を目的とします。特に幽霊粒子とも呼ばれるニュートリノには未だ解明されていない部分も多く、興味深い研究対象です。本研究室では、ニュートリノの質量と世代間混合、大統一理論の予言する陽子崩壊などの研究を進め、宇宙と素粒子の謎に迫ります。

［専攻］非線形光学（実験）　［指導教員］須田 亮 教授　［キーワード］非線形光学（実験）
［テーマ例］❶超広帯域コヒーレント光の発生とその時空間位相の制御 ❷高次高調波変換によるアト秒X線パルスの発生 ❸蛍光分子の非線形分光と多光子バイオイメージング

白色レーザーとも呼ばれる超広帯域コヒーレント光の位相をそろえると、パルス内に電場の振動がわずか１～２周期しか存在しない超短パルス光となります。本研究室では、超短パルス光の高次高調波変換によりさらに短いアト秒X線パルスを発生させる研究、超広帯域コヒーレント光を用いた蛍光分子の非線形分光や多光子過程を制御したバイオイメージングの研究を進めています。

［専攻］強相関電子系（実験）　［指導教員］岡崎 竜二 准教授　［キーワード］強相関電子系（実験）
［テーマ例］❶遷移金属酸化物の試料育成と電気伝導・磁気特性測定 ❷有機導体における非線形伝導現象 ❸光照射下での物性測定装置の開発

本研究室では、強相関電子系と呼ばれる電子間相互作用の強い物質群が示す新奇輸送・磁気現象の実験的研究を進めています。また、光照射下などの強い非平衡状態における電子物性の理解など、強相関電子系の物理と非平衡統計物理を融合した新しい研究領域の開拓にも取り組んでいます。

［専攻］有機物質（実験）　［指導教員］田村 雅史 教授　［キーワード］有機物質（実験）
［テーマ例］❶有機導体の結晶成長と低温電磁特性計測 ❷分子スピントロニクスのための分子設計・開発 ❸有機伝導体の高周波電磁特性の測定と解析

有機物質は、医薬やプラスチックなどとして身近な存在ですが、超伝導や強磁性など顕著な物理的性質を示すものや、液晶のような電子材料も含みます。無数にある有機分子には、未解明の潜在的機能がまだ多く、新たな分子で未知の物理現象を発見・解明する研究を進めています。

［専攻］固体物理学（実験）　［指導教員］金井 要 教授　［キーワード］固体物理学（実験）
［テーマ例］❶高エネルギー分光を用いた新規機能性有機分子の電子構造の解明 ❷有機分子吸着系の構造と電子構造の解明と制御 ❸有機薄膜物性評価のための新規測定装置の開発

本研究室では、有機分子の関わるさまざまな表面・界面の構造、および電子構造の研究を行っています。特に、さまざまな有機分子吸着系や有機半導体薄膜の界面電子構造、また、新しい電子機能性有機分子の電子構造の解明など、有機エレクトロニクスの基礎となる研究を推進しています。

［専攻］凝縮系物理学（物性物理学）　［指導教員］半澤 克郎 教授　［キーワード］凝縮系物理学（物性物理学）
［テーマ例］❶伝導バンド構造を考慮した重い電子状態の記述 ❷強相関電子系における秩序状態の記述 ❸強相関電子系超伝導体の理論

希土類やアクチナイド元素を含む金属化合物の中の電子は、互いに強く影響を及ぼし合って運動し、その質量が非常に大きくなったかのように振る舞うので、強相関電子系あるいは重い電子系と呼ばれます。この有効的な質量が重くなる状態、さらに極低温にしたときに現れる超伝導やその他の秩序状態を理論的に記述する研究をしています。

［専攻］宇宙物理学（実験）　［指導教員］幸村 孝由 教授　［キーワード］宇宙物理学（実験）
［テーマ例］❶Black HoleやPulsar等の天体の観測的研究 ❷宇宙望遠鏡（XRISM代替機）に搭載する宇宙X線観測用CCDの研究開発 ❸次世代の宇宙望遠鏡に搭載する新型のX線検出器の基礎開発

本研究室では、X線を放射する天体の観測的研究を行っています。Black HoleやPulsarなどの天体を観測し、激動する宇宙の描像を明らかにすることを目的としています。さらに、2016年2月に打ち上げた宇宙望遠鏡「Hitomi」や2021年度に打ち上げるXRISM衛星に搭載しているX線検出器（X線用CCD）や次世代の放射線検出器を開発しています。

［専攻］物性基礎・計算物理（理論）　［指導教員］福元 好志 教授　［キーワード］物性基礎・計算物理（理論）　
［テーマ例］❶フラストレートしたスピン系の特異な物性の探索 ❷斥力電子系における多彩な秩序の探索 ❸量子多体系の計算技法の開発

電子を格子上に配した量子多体系を理論的に研究しています。電子は電荷とスピンの2自由度を持ちますが、特に電荷自由度の凍結した系をスピン系と呼びます。これは磁性体の基礎的モデルを与えます。また、両自由度が存在する系（電子系）は高温超伝導などとの関連から深い理解が求められています。これらを舞台として物性の解明、探索を行っています。

［専攻］原子核理論　［指導教員］齋藤 晃一 教授　［キーワード］原子核理論
［テーマ例］❶天体核物理（中性子星の内部構造） ❷原子核中のクォーク・グルーオンの役割 ❸レプトンと原子核の散乱

物質は原子・分子から成り立っていて、原子は原子核とその周囲の電子から構成されています。さらに原子核は陽子と中性子の集合体であり、それらはクォークやグルーオンという素粒子からできていることが分かっています。本研究室ではこのようなクォーク・グルーオンの原子核や星の中での役割について多方面から理論的に研究しています。

［専攻］固体物理学（実験）　［指導教員］矢口 宏 教授　［キーワード］固体物理学（実験）
［テーマ例］❶ルテニウム酸化物超伝導体とその関連物質の単結晶育成と低温物性 ❷鉄系超伝導体の単結晶育成と低温物性 ❸半金属の強磁場物性

固体物理学は、固体結晶中を舞台とする多彩な物理現象を研究対象とします。これらの現象は、電子等の多数の構成粒子間の相互作用によって生じます。“More is different.”という言葉は、単純な構成要素が多数集まって相互作用することで、原子や電子などの構成要素の個々の性質からは予想も付かないような劇的な振舞いを示すことを表現しており、低温で発現する超伝導などは、そのよい例といえます。

［専攻］素粒子・数理物理学（理論）　［指導教員］澤渡 信之 教授　［キーワード］素粒子・数理物理学（理論）
［テーマ例］❶インスタントン、モノポール、スカーミオンなどのソリトン解の数値解析と物理現象への応用 ❷スカーミオンによる新規なブレインワールドの構築と階層性問題の解決 ❸アティア・ジンガーの指数定理に基づくさまざまな物理現象の理解

トポロジカルソリトンは、素粒子論における粒子の特性（対称性、質量、電荷等）や、宇宙物理学の中心的なテーマであるブラックホールやブレインワールド（膜宇宙）、さらには物性物理学の超伝導現象やホール効果など、多様な物理現象の記述と理解に用いられる概念です。本研究室では、解析や数値シミュレーションの手法を用いたソリトンの研究を行っています。

［専攻］バイオフォトニクス（実験）　［指導教員］吉岡 伸也 教授　［キーワード］バイオフォトニクス（実験）
［テーマ例］❶フォトニック結晶の光学特性 ❷自然界の構造色 ❸構造不規則系の光学現象

光の波長サイズで周期的な微細構造はフォトニック結晶と呼ばれ、光の流れを制御する材料として注目を集めています。自然界の生物も同様な構造を利用して、鮮やかな色を生み出しています。本研究室では、微細構造が引き起こす多彩な光学現象を研究するとともに、構造が形成される過程やその応用を目指した研究を行っています。

［専攻］素粒子物理学（理論）　［指導教員］阿部 智広 准教授　［キーワード］素粒子物理学（理論）
［テーマ例］❶暗黒物質の模型構築とその検証方法の提案 ❷素粒子の質量の起源に関する研究 ❸新粒子の低エネルギー観測量への影響やコライダー実験での検証法

物質を、分子→原子→原子核→ …、とどんどん分割していき、これ以上分割できなくなったものを素粒子と呼びます。素粒子の物理は、標準模型と呼ばれる理論でよく記述できることが知られていますが、まだまだ不完全であることもわかっています。本研究室では、ヒッグスや暗黒物質などをキーワードに、素粒子標準模型を超える物理を明らかにすることを目指した研究に取り組んでおります。