巻号一覧
69 巻, 11 号
選択された号の論文の21件中1～21を表示しています
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原稿種別: 表紙
2014 年 69 巻 11 号 p. Cover1-
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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須藤 彰三原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 739-
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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原稿種別: 目次
2014 年 69 巻 11 号 p. 740-741
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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江澤 雅彦原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 742-743
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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谷口 義明原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 744-752
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
ジャーナル フリー私たちは銀河系(天の川銀河)という銀河に住んでいる.銀河系には約2,000億個もの星があり,その大きさは10万光年にも及ぶ(1光年は光が1年間に進む距離で,約10兆km).宇宙には銀河系のような銀河が1,000億個程度あると考えられている.銀河には渦巻構造を持つ円盤銀河と回転楕円体構造を持つ楕円銀河(天球面に投影して観測すると見かけ上が楕円に見えるため楕円銀河と呼ばれる)がある.円盤銀河の円盤はもちろん回転運動をしている.楕円銀河の構造は星々のランダム運動(速度分散)でサポートされている場合が多いが,少なからず回転運動もしている.角運動量を持たない銀河はないということである.回転している銀河には中心があり,その場所は銀河中心核と呼ばれる.確かに銀河の写真を見てみると,銀河の中心部は明るい.そこには星の集団があるのだろうと考えられていたが,どうもそうではないケースがあることがわかった.1960年代のことである.銀河の中には,中心部が異様に明るく輝いているものがあり,それらは活動銀河中心核と呼ばれる.これらの中心核から放射されるエネルギー量は星の集団では説明できない.そのため,超大質量ブラックホールによる重力発電が有力なエネルギー源であると考えられるようになった.つまり,銀河中心核にある超大質量ブラックホールに星やガスが降着し(質量降着と呼ばれる),そのときに解放される重力エネルギーを電磁波に変換して明るく輝いているというアイデアである.では,活動銀河核を持つ銀河は特別で,普通の銀河の中心核には超大質量ブラックホールはないのだろうか?答えはノーである.最近の10数年の研究によって,ほとんどすべての銀河の中心には超大質量ブラックホールが存在することが明らかになってきたのである.その結果,驚くべきことがわかった.超大質量ブラックホールの質量は銀河の回転楕円体成分(スフェロイド:円盤銀河の場合はバルジと呼ばれる構造であり,楕円銀河の場合は銀河本体)の質量と非常に良い比例関係を示すことである.両者のサイズは約10桁も異なっているので,なぜこのような驚くべき関係があるのか大きな問題としてクローズアップされたのである.なぜなら,この事実は,ブラックホールが銀河と共に進化してきたことを意味するからだ.ブラックホールの重力圏は銀河のスケールに比べれば極端に小さいので,共進化はブラックホールと銀河とがお互いに何らかのフィードバックを与えつつ進化してきたことを意味する.さらに,最近では,宇宙の年齢がわずか8億歳の頃に,太陽質量の10億倍を超える超大質量ブラックホールが既に形成されていることが発見され,その起源も謎となっている.このような超大質量ブラックホールを短期間で作るには,種となるブラックホールの形成のみならず,どのような物理過程でブラックホールが大質量を獲得していくのかは不明のままである.銀河衝突などのトリガーの要素も取り入れた研究が行われている.本稿では,観測的な進展も合わせて,超大質量ブラックホールと銀河の共進化についての現状を解説し,今後の研究の展望について言及する.抄録全体を表示PDF形式でダウンロード (15592K) -
盛永 篤郎原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 753-762
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
ジャーナル フリー球面上のある閉曲線に沿ってベクトルをぐるりと1周平行移動させると,元に戻ったベクトルは最初のベクトルと別の方向を向いてしまうことがある.このベクトルの向きの変化は閉曲線が囲む面の曲率と面積だけで決まる.これと同じことが量子系で起こることを1984年M. V. Berry(ベリー)が発見した.例えば,スピンを持った粒子に磁場を印加し,磁場の方向を回転軸周りに断熱的に1回転させると,スピンの波動関数の位相は最初の状態の位相と比べると,力やポテンシャルによる動力学的位相とは別に,スピン量子数と立体角との積で決まる量だけ変化している.フェルミ粒子に印加する磁場を1回転させると波動関数の符号が反転するのもこの例である.量子系に現れる幾何学的位相をベリー位相と呼ぶが,これまでにさまざまな量子系で干渉,偏光(極)を用いて検証された.それらには,ベリーの提案にあるスピン粒子の実空間での方向回転だけでなく,ポアンカレ球上の光の偏光状態の回転,ブロッホ球上の2準位粒子など実空間ではないパラメーター空間上での回転も含まれる.また,時間的に一定な回転は関与するスペクトルの周波数シフトを引き起こすことも見つけられた.さらに,理論的な研究は,ベリー位相の条件を非断熱過程,部分回転などを含む一般的条件のもとに拡張した.このように,発見から30年が経つ今日,ベリー位相は量子系では良く知られた現象となり,種々の量子物理現象との類似性が議論され,原子操作や光操作,量子演算などに応用されている.しかしながら,実験の立場からベリー位相を検証してみようとすると,大きな動力学的位相に埋もれて検出が難しい.そのため,多くの検証実験では動力学的位相が現れにくい系を用いて行われる.これまで,中性子のスピンフリップや光の偏光状態変化によるパラメーター空間での測定が検証研究に用いられてきた.一方,原子系は豊富な磁気量子数の準位を持っているので,これらの準位を用いた原子干渉計は実空間での方向回転のベリー位相の測定に適している.しかも,符号の異なるg因子を持つ超微細構造準位間には,ゼーマン効果による磁場依存性がほとんど無い遷移がある.そこで,筆者は学生達と異符号のg因子を持つ状態間の遷移を使って原子干渉計を構成し,磁場の方向を回転させて生じるベリー位相の測定を行った.磁場の1回転後の位相シフト,磁場回転下での共鳴周波数シフト,部分回転位相などについて測定したので,その結果について紹介する.抄録全体を表示PDF形式でダウンロード (3824K) -
南部 保貞原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 763-770
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
ジャーナル フリー宇宙の加速膨張期を与えるインフレーションモデルは,現在の宇宙における大規模構造形成に必要な初期ゆらぎを生成するメカニズムを提供すると考えられている.インフレーションの期間中に,加速膨張を引き起こすスカラー場であるインフラトン場の量子論的な粒子生成を通じて空間曲率のゆらぎが生成される.そしてそのゆらぎの波長は宇宙膨張に伴ってハッブル地平線長さを超えるマクロなスケールまで引き延ばされる.このような長波長ゆらぎは,量子的な性質を失い統計的には古典的ゆらぎと区別がつかなくなると考えられている.これがインフレーション起源の量子ゆらぎの古典化である.もしこの量子古典転移が起きたとすれば,インフレーションによって生み出された量子起源のゆらぎを初期線形ゆらぎとして用いることで,重力不安定性に基づいた大規模構造形成の計算を古典力学を用いて追跡することができる.実際,インフレーションモデルに基づいた宇宙論の構造形成のシナリオは,初期量子ゆらぎの古典化を前提として成り立っている.初期量子ゆらぎの古典化の妥当性は理論的に説明すべき事項であり,これまでにも多くの検討がなされている.代表的な議論として場の波数モードごとの振舞いに基づくものがある.インフレーション時の加速膨張によってインフラトン場の各波数モードはスクイーズド状態とよばれる沢山の粒子を含む励起状態になる.十分にスクイーズされた量子状態の下では,正準共役な演算子間の非可換性が実質的に無視できるようになり,その結果として量子論における演算子をc-数の確率変数として置換えて扱うことが可能となる.よってこのような状態に対しては,量子論的な期待値と同じ答えを与えうる古典的な確率分布関数の存在が可能となり,量子的ゆらぎの振舞いを古典的な確率過程に置換えて扱うことが可能となる.しかしながら,この議論は量子古典転移の1つの側面を見ているのにすぎない.量子ゆらぎの古典性を主張するためには,量子的コヒーレンスの消失や量子相関の消失についても検討する必要がある.量子論では古典論で記述できないエンタングルメントとよばれる非局所的な相関を持つことができる.2つの系がエンタングルしている場合には,古典論で許されるより強い相関を持つことが可能となり,その相関は古典的かつ局所的な確率過程では再現することができない.EPRパラドックスやBell不等式の破れなどが,エンタングルメントが関与する具体例として知られている.量子系の特徴であるエンタングルメントが失われる何らかの機構が存在しない限り,古典的確率変数を用いて2体間の相関を記述あるいは模倣することはできず,その系を古典的であるとみなすことはできない.よって,初期量子ゆらぎの古典化の問題を扱う上で,どのようにエンタングルメントが失われて古典的描像が出現してくるかを理解することが重要となる.本解説では,インフレーション宇宙における2つの空間的領域間のエンタングルメントの振舞いの解析結果を用いて,初期量子ゆらぎの古典性がどのように現れるかを紹介する.インフラトン場が初期に持っていた領域間のエンタングルメントは,場のゆらぎの波長がハッブル地平線を超した時点で消失する.これは,初期量子ゆらぎの古典化現象を量子相関の消失という観点から裏付けたことになる.抄録全体を表示PDF形式でダウンロード (4073K) -
張 奕勁, 岩佐 義宏原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 771-776
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
ジャーナル フリー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.抄録全体を表示PDF形式でダウンロード (926K) -
塚原 規志, 川合 眞紀, 高木 紀明原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 777-782
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
ジャーナル フリー近年,エレクトロニクスデバイスの微細化が進み,素子動作において物質の波動性が露になる限界に近づきつつある.そのような限界を打ち破る方法の一つとして,分子を利用することが提案されている.分子の良く規定された量子状態を利用し,多様な性質を示す分子を組み合せることでデバイスを組立てるという発想である.このような背景のもと,単一分子の物性研究が盛んに行われている.数ある有機分子の中で,有機金属分子は特に注目されている.有機金属分子は,その分子骨格に含まれる金属イオンが多彩な電子状態やスピン状態を示すことから,電荷とスピンという2つの自由度を利用したスピントロニクスデバイスにおける構成部品としての可能性を秘めているからである.このような分子からデバイスを組立てるには,基板に吸着した単一分子のスピン物性-スピン状態,磁気異方性,磁気秩序,スピンダイナミクスなど-を明らかにすることが欠かせない.では,単一分子のスピン情報をどのように検出するか?分子スピンの研究に広く使われている電子スピン共鳴や磁気感受率計測では,単一分子スピンを検出することは極めて困難である.我々は,走査トンネル顕微鏡(Scanning Tunneling Microscope, STM)を使って単一分子のスピン検出に取り組んだ.STMは,金属探針-導電性試料間を流れるトンネル電流を信号とし,固体表面の原子構造を観察する顕微鏡である.トンネル電流には,構造情報だけでなく,原子・分子の電子状態,振動状態,スピン状態等の多岐にわたる物性情報が含まれている.探針-試料間にかける電圧の関数としてトンネル電流を測定することで,これらの情報を得ることができる.ただし,スピンと外部磁場によるゼーマンエネルギーは,10テスラの磁場で約1meVであるため,スピン検出には極低温・強磁場環境下での精密な計測が必要である.一般に,有機金属分子が基板におかれると,対称性の低下や基板との相互作用によって磁性を担う金属中心を囲む配位子場が変化し,スピン状態や磁気異方性の変化が予想される.本研究では,極低温・強磁場環境下でのSTM計測によって,銅基板上に展開した鉄フタロシアニン(FePc)分子のスピン状態と磁気異方性がどのように変化するかを調べた.バルクでは,FePc分子はFe^<2+>イオンに由来するスピン3重項状態をとる.このスピン3重項状態は,Fe^<2+>イオンでのスピン軌道相互作用によってゼロ磁場分裂し,部分的に縮退が解ける.この結果,FePc分子は分子面に平行な方向に磁化容易化軸を持つ分子磁石として振る舞う.FePc分子が,銅基板に直接コンタクトしている場合は,スピン状態が1重項状態に変化する.一方,単原子層厚さの酸化膜で銅基板を修飾した場合はスピン3重項状態が保たれることがわかった.また,磁気異方性は基板との相互作用により影響を受け,磁化容易化軸が面内ではなく,分子面直方向に切り替わる.このような吸着に伴う容易化軸のスイッチングは,本研究で初めて観測された現象である.以上の結果は,分子-基板における界面の相互作用が磁性分子の磁気特性に大きな影響を及ぼすことを示していると同時に,分子-基板界面を原子レベルで修飾することにより分子の磁気特性が制御可能であることを示している.抄録全体を表示PDF形式でダウンロード (5047K) -
高橋 徹原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 783-787
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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安藤 恒也原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 788-789
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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坂井 典佑原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 790-791
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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松井 千尋原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 792-
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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萩尾 彰一原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 793-794
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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2014 年 69 巻 11 号 p. 794
発行日: 2014年
公開日: 2018/09/30
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江尻 晶原稿種別: 本文
2014 年 69 巻 11 号 p. 795-797
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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原稿種別: 付録等
2014 年 69 巻 11 号 p. 798-800
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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原稿種別: 付録等
2014 年 69 巻 11 号 p. 801-802
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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長谷川 修司原稿種別: 付録等
2014 年 69 巻 11 号 p. 802-
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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原稿種別: 付録等
2014 年 69 巻 11 号 p. 803-825
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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原稿種別: 付録等
2014 年 69 巻 11 号 p. 825-826
発行日: 2014/11/05
公開日: 2018/09/30
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