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■ セミナー (2008年度)

Mar/3/2009 (Tue) 14:00- @ Room431
Dr. Yuki Sato (Dept. of Physics, UC Berkeley, USA)
『Superfluid ⁴He Matter Wave Interferometers . Physics and Applications 』
　Matter wave interferometers have the potential to reveal some of the most fascinating phenomena of the quantum world. I will discuss research to probe new physics with superfluid ⁴He quantum interference devices (SHeQUID). After a brief introduction on superfluid ⁴He Josephson junctions, I will describe how we configure our interference devices to explore aspects of fundamental physics that have remained elusive in the past. I will highlight some recent interferometry results including (1) a direct verification of the link between two successful models of superfluidity: the Landau two fluid approach and the Onsager-Feynman-Anderson wavefunction description, (2) the detection of motion of a single vortex line, (3) the linearization of a ⁴He interferometer, and (4) the development of a four junction quantum interference grating. I will conclude by describing my present experiment to observe an Aharonov- Bohm phase shift in neutral matter.

 

第3回SCコロキウム
Dec/16/2008 (Tue) 16:30- @ Room367(工学部6号館3F)
渡辺　真仁（東大院工）
『2次元量子スピン液体: ヘリウム3と電子系の普遍性』
　空間次元2次元以上の系で、並進対称性の破れを伴わない、純粋なモット 絶縁体が存在するか否かは、70年代のアンダーソンの問題提起以来、凝縮系 物理学における未解決の基本的問題であった。近年、有機化合物や2次元 ヘリウム3の系で極低温まで磁気秩序を示さない絶縁体（固体）状態、 すなわち量子スピン液体的振る舞いが観測され、上記の観点から注目を 集めている。両者はともにスピン1/2をもつフェルミオンが三角格子を 形成するが、前者は電子間に有限のクーロン斥力が働くのに対し、後者は 原子間にファンデルワールス相互作用が働き、ハードコア斥力が働くなど 顕著な相違点があり、スピン液体の性質とその起源について普遍性があるか 否かを含めて、その本質をいかに理解するかが問題となっていた。
　最近の理論解析の結果、ヘリウム3のスピン液体相は固体-液体相境界近傍に 位置しており、層間の強い密度ゆらぎの影響を受けていることがわかった。 この強い密度ゆらぎはスピン液体相の成立にも重要な役割を果たしており、 磁気的フラストレーションの強い2次元ハバード模型で我々が見出した、 量子スピン液体相と本質的に同じ起源をもつとみなせることが明らかと なってきた。講演では、ヘリウム3や有機化合物で観測されている量子スピン 液体状態について、両者の比較を行いながら、最近の理論研究の結果を紹介し、 その普遍的な性質を議論する。さらに、スピン液体にホールドープを行った際に 出現する量子流体相が示す異常な比熱の温度依存性の起源についても議論する。

Dec/15/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room431
河合 直樹
『ARPES and STM studies of epitaxial graphene on SiC』
　グラファイトの単原子層シートであるグラフィンは、線形分散をもつ新たな2次元電子系として基礎物理の観点から注目を集めると同時に、その高い移動度のため応用面での期待も大きい。実験的には、グラフェンは従来の半導体ヘテロ界面に形成される2次元電子系と異なり表面に露出した系であるため、LEED、ARPES、STM/STSといった表面敏感な幅広い手法が適用可能である。実際、これらの測定はグラフェンの物性解明に大きな成果を挙げている。本コロキウムでは、大面積の試料が得られることから応用面でも特に期待されているSiC基板上エピタキシャル・グラフェンについて、前回のコロキウムでは紹介できなかったARPESとSTMによる最近の結果を取り上げる。

Dec/8/2008 (Mon) 16:00-17:00 @ Room431
Dr. Joseph A. Stroscio
『Electronic Structure of Epitaxial Graphene on SiC*』
　A fundamental challenge to the development of a new electronics based on single atomic sheets of carbon, known as graphene, is to realize a large-area production platform that can produce a carbon system with the same intrinsic properties as a single sheet of graphene. Multi-layer epitaxial graphene (MEG) grown on SiC substrates has been proposed as a possible platform to this end [1]. Besides the challenges to produce wafer scale graphene, the full utilization of this platform requires a detailed understanding of the relation between the structural and electronic properties, for both single-layer graphene and multilayer epitaxial graphene films. The central question is, Can MEG “behave” as single layer graphene with the same intrinsic electrical characteristics? In this talk we show that MEG graphene on SiC exhibits single layer graphene properties through new tunneling magnetic measurements. We observe tunneling magneto-conductance oscillations (TMCO) in scanning tunneling spectroscopy of epitaxial graphene as a function of both magnetic field and electron energy. These oscillations arise from Landau quantization of the 2-dimensional Dirac electron and hole quasiparticles in the topmost layer of multilayer epitaxial graphene grown on SiC. The single-layer graphene characteristics observed in these multilayer samples are attributed to rotational stacking domains, which effectively decouple the carbon layers electronically, thereby yielding single-layer graphene properties in a large area production method.
　*In collaboration with Lee Miller, Kevin Kubista, Gregory M. Rutter, Ming Ruan, Mike Sprinkle, Claire Berger, Walt A. de Heer, and Phillip N. First, Georgia Institute of Technology
[1] W.A. de Heer et al., Solid State Comm. 143, 92 (2007).

Dec/5/2008 (Fri) 16:00-17：00 @ Room431
佐藤 大輔
『グラファイト上第2層ヘリウム3の量子相の密度変化』
　ヘリウム4を第1層として敷いたグラファイト上の第2層ヘリウム3の密度変化についての研究結果を報告する。 過去に我々が測定した4/7整合相以上の密度での熱容量測定に今回新たに測定した不整合固相での結果を加え、 ³He/⁴He系における4/7整合相形成以降の系の変化を議論する。また、pulsed-NMR測定の結果から、第2層の 低密度フェルミ流体相の性質についても議論する予定である。

Nov/17/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room431
高吉　慎太郎
『2次元ヘリウム3の4/7局在相近傍におけるNMR横緩和時間測定』
　グラファイト上に吸着された2層目のヘリウム3は、 密度が低いところでは2次元フェルミ流体として振舞うが、 1層目に対して4/7の密度で局在相をとることが知られている。 フェルミ流体から4/7整合層へ移りかわる領域で 零点空格子点の存在を示唆する熱容量測定結果があり、 この領域の性質を明らかにすることはきわめて重要である。 我々はパルスNMRを用いて横緩和時間を測定し、 この領域がフェルミ流体と4/7相のマクロスコピックな2相共存では ないことを明らかにした。

Nov/10/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room431
小畑　和幸

Nov/7/2008 (Fri) 17:00-18:30 @ Room414
Dr. Sebastian Loth (IBM Almaden Research Center)
『Inside an operating diode: electric field effects at individual dopant atoms』
　When the dimensions of active layers in semiconductor devices become similar to the extension of dopant wave functions the device properties will largely depend on the microscopic properties of individual dopants. At the same time the dopants will be modified by the large electric fields in these devices.
　A Cross-Sectional Scanning Tunneling Microscope (STM) experiment performed with ultra-sharp tips on a homogenously n-doped GaAs crystal mimics the depletion region of a nanoscale field effect transistor. We demonstrate the ability to observe the charging behavior of individual dopants near the semiconductor vacuum interface. Important parameters like ionization threshold, binding energy and Coulomb repulsion become accessible. Augmenting the standard STM setup with a three-terminal sample design enables direct measurement of the active region of a GaAs p-i-n junction while the device is operated. The STM resolves the band edge alignment throughout the diode's space charge region and images individual acceptor atoms in the electric field of the biased junction. The p-i-n junction width is narrowed down to less than 20 nm by fabricating the heterostructure in molecular beam epitaxy (MBE). This setup is used as source of a strong controllable electric field lying in the sample's cleavage plane with strengths of ~100 mV/nm (10^6 V/cm). Here we focus on the electric-field dependent behavior of individual acceptor atoms by incorporating a delta-doped layer of carbon acceptors in the p-i-n junction. The acceptor-related features proof to be strongly affected by the presence of the diode's in-plane field.
　Thus, the combination of three-terminal STM-setup and carefully engineered semiconductor heterostructures enables further exploration of electric field dependent properties at the wave function level with the strength of the in-plane electric field as external control parameter.

Oct/27/2008 (Mon) 11:00-12:15 @ Room431
Dr. Cyrus F. Hirjibehedin(University College London, UK)
『Spin-Excitation Spectroscopy: Magnetic Interactions at the Atomic Scale』
　We use a scanning tunneling microscope (STM) to construct a novel class of magnetic nanostructures one atom at a time in an environment that is known with atomic-scale precision. By utilizing a vertical transfer technique, we are able use the STM tip to position various transition metal atoms on a copper nitride (Cu2N) surface. STM-based spin-excitation spectroscopy enables us to measure the spin-excitation spectra of the individual magnetic nanostructures. By following the evolution of these excitations as a function of magnetic field, we determine the orientation and strength of the anisotropies for individual atomic spins on the Cu2N surface, as well as the interplay between magnetic anisotropy and Kondo screening. In structures containing more than one magnetic atom, we observe excitations of the coupled spin system that can change both the total spin and its orientation. By selecting the precise atomic configuration, we are able to control the strength of the coupling between the atoms. The result is an atomic-scale toolbox for engineering magnetic structures atom by atom.

Sep/29/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room431
中村 祥子
『熱伝導度測定と超伝導・超流動』
　二次元ヘリウムの熱伝導度測定に対して関係しそうな、 超伝導・超流動体の熱伝導度測定のトピックを見てみる。 具体的には、異方的超伝導体の熱伝導度測定、bulk liq. 3He の熱伝導度測定、 Graphite上2D 4Heの第三音波測定の三つについて、簡単に紹介する予定である。

Sep/8/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room431
川端 一成
『Physical properties of layered thin superconductor』
　本コロキウムでは、超伝導に関する基本的な内容から話を始め、 遷移金属ダイカルコゲナイト等に見られる異方性、層状構造をどのように扱えば よいのかを代表的なモデルを示しながら紹介する。 また、コヒーレンス長や層間距離等に応じた3次元と2次元がクロスオーバーす る領域についても触れたい。
　さらに、2次元系特有の性質として、Kosterlitz-Thouless転移の紹介をし、残 りの時間で現在の研究の進捗状況を報告する。

Jun/30/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room431
森下 将史（筑波大学大学院 数理物質科学研究科）
『ヘリウム３固相薄膜熱容量の磁場変化』
　グラファイト表面に吸着して生ずるヘリウム３固相薄膜は２次元量子スピン系 のモデル物質であるとともに、多体交換相互作用で記述される特異な系であると 考えられている。その磁性は面密度とともに変化するが、低面密度領域に生ずる 反強磁性相は多体交換相互作用の競合や幾何学的磁気フラストレーションが強 く、一方、高面密度領域に生ずる強磁性相はほぼ単純なHeisenberg系として記述 できると考えられている。吸着第２層について零磁場中で行われた熱容量測定の 結果はこの変化を如実に示している。
　最近、交換相互作用の強さに比べ桁違いに弱い磁場で、この吸着第２層の熱容 量が大きな変化を示すことが明らかになった。その結果は、反強磁性相では磁場 によりgapが生じたかのような、強磁性相では磁場によりスピン短距離秩序の成 長が阻害されているかのような、異常な振る舞いを示している。その一方で、反 強磁性相から強磁性相への移行領域では熱容量は磁場の影響をほとんど受けてい ない。これらの結果はヘリウム３薄膜における量子スピン系が、従来考えられて いるよりもさらに複雑な系であることを示唆している。実験結果を報告し、議論 を加える。

Jun/23/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
河合 直樹
『Epitaxial Graphene』
　グラファイトの単原子層シートであるグラフィンは、フェルミ準位で線型に交差する 分散関係をもつ新たな2次元電子系として大きな注目を集めている。 その作成法は劈開法、エピタキシャル成長法に大きく二分される。 前者では基板との相互作用の小さな試料が得られるが、その面積は小さい。 一方、後者では試料と基板との相互作用が無視できないものの、大面積の試料が得られ、 応用面からも大きな期待が寄せられている。
　本コロキウムではエピタキシャル成長法によりSiCおよび金属単結晶表面に作成される グラフィンを取り上げ、これまでに実験・理論の両面から明らかにされた特徴、 特に基板との相互作用の影響について、劈開法により作成される試料との比較も行いつつ 紹介する。

Jun/2/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
佐藤 大輔
『2次元³He−⁴He混合系についてのこれまでの研究と考察』
　本コロキウムでは、³He-⁴He混合系での相分離についての話題を取り扱う。 はじめに、良く知られた3次元固体および液体での例を取り上げた後、 我々の研究する2次元系におけるこれまでの研究を紹介しながら、 その全体像を明らかにしていく予定である。

May/19/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
Tomohiro Matsui
『STM/STS Studies of Graphene』
　Some STM/STS studies about Graphene have started to be published since last year. In the first half of 2007, they are mainly focused on how Graphene looks in topographic images and how rough the substrates are. Afterwards, some groups started to show the spectroscopic properties on Graphene and their gate voltage and magnetic field dependencies. However, reported tunneling spectra are not well reproduced between studies/groups. It is probably because of the difference of the substrate and the quality of the sample. In this colloquium, I want to overview recent STM/STS studies about Graphene to make our understandings clear. (The language would be switched depending on the audience.)

May/2/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
小畑 和幸
『2次元固体ヘリウム3の過剰粒子領域における磁性』
　4/7相より粒子数を増していく(領域III&IV)と、強磁性的な性質が生じてきて、 領域IVの高密度域では２D Heisenberg modelでよく記述する事ができる。 しかし、両相の磁性と構造がどのような密度依存性を経て接続しているかは、 未だよく分かっていない。例えば、強磁性発現のメカニズムが3体リング交換[1]か RKKY型層間交換[2]か、構造変化は１次相転移かドメイン壁構造を介した連続 転移か、などである。
　本コロキウムでは、我々の結果、他のグループの結果と解析方法[3,4]を報告し、 理論モデルとの比較・考察をする。
[1] M. Roger, et. al., Phys. Rev. Lett. 80, 1308 (1998).
[2] S. Tasaki, Prog. Theor. Phys. 79, 1311 (1988).
[3] E. Collin, et. al., Phys. Rev. B 73, 125421 (2006).
[4] P. Schiffer et al., J. Low Temp. Phys. 94, 489 (1994). P. Kopietz, et. al., Europhys. Lett. 9, 465 (1989).

Apr/21/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
高吉 慎太郎
『2次元ヘリウム3の核磁気緩和』
　2次元ヘリウム3の4/7相より少し密度においてパルス-エコー測定を行うと、τの長いところでシグナルの減衰がsingle exponentialよりも遅くなっている。
　この減衰はdouble exponentialでフィットできるように見えるが、 T₂の長い成分と短い成分の比は温度・密度に依存せず、マクロな流体-4/7相の2相共存というモデルでは説明できない。理論[1]によると2次元のNMR測定では静磁場と基板のなす角が重要になってくる。
　本コロキウムでは、この理論によってパルス-エコー測定の実験結果が説明可能かどうかを考察する。
[1] B. P. Cowan J. Phys. C: Solid St. Phys. 13, 4575 (1980).

Apr/14/2008 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
川端 一成
『量子電磁気学を用いたラムシフトの導出』

中村 祥子
『低温で動作するダイアフラム式差圧計の製作』

Apr/17/2008 (Thu) 16:30-17:30 @ Room 431
Erik Henriksen (Columbia University, USA)
『Cyclotron resonance in graphene』
　Graphene, a single-atom thick allotrope of carbon, is the newest member of the family of two-dimensional systems. In both its single layer and bilayer forms, graphene has already exhibited exciting new physics, most prominently the discovery of two new versions of the quantum Hall effect^1-3. The low-energy dispersion of the mono- and bi-layer graphenes is highly uncommon, being a linear or hyperbolic function of the momentum, respectively, and gives rise to quasiparticle excitations analogous to massless and massive chiral Dirac fermions. Recently we have explored the magnetic energy spectrum of these two systems, measuring the cyclotron resonance (CR) via absorption of infrared light. Our results have confirmed the unusual dependence of the Landau level (LL) energies on the LL index and the square root of the applied magnetic field, in contrast to the linear field dependence of all traditional parabolic semiconductors. In addition we find evidence for electron-electron interactions in the energy spectrum. Due to Kohn's theorem, such interactions do not affect CR in parabolic semiconductors. Since this does not apply to graphene, CR measurements can open a new and powerful window into many-particle physics in this exciting new material.
[1] K.S. Novoselov et al, Nature 438, 197 (2005).
[2] Y. Zhang et al, Nature 438, 201 (2005).
[3] K.S. Novoselov et al, Nature Phys. 2, 177 (2006).

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■ セミナー (2007年度)

Dec/10/2007 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
Tomohiro Matsui
『Observations of Dirac femions on Graphite』
　The characteristics of the Dirac fermions are recently found out in Graphite by using angle resolved photoemission spectroscopy [1] and tunneling spectroscopy [2]. It is also supported, basically, by the detailed analysis of our Landau level spectra observed on the surface of Graphite. In this colloquium, I want to review and discuss about these experimental findings together with the analysis of the Landau level structures calculated for each graphite layers near the surfaces. (The spoken language will be switched depending on the audience.)
[1] S.Y. Zhou et al., Nature Phys. *2*, 596 (2006).
[2] G. Li and E.Y. Andrei, Nature Phys. *3*, 623 (2007).

Nov/26/2007 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
小島 治樹
『Graphene試料の作成とその物性評価』
　GrapheneとはGraphiteの単原子層物質のことである。2005年にGrapheneの半奇数量子ホール効果が実験的に成功したのを皮切りに、実験・理論の両面から大変活発に研究されるようになった。キャリアがmassless Dirac fermionとして記述されるなどGrapheneは大変興味深い性質を持っている。
　我々の研究室ではGrapheneのSTM/STS測定に取り組んでいる。本コロキウムではその物理的な興味を整理すると共に、Graphene試料の作成方法を含めた我々の成果について報告する。

Nov/19/2007 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
河合 直樹
『グラファイト系超伝導物質の研究』
　グラファイトはハニカム構造の単原子層炭素シート（グラフィン）が積層した擬2次元伝導物質であり、それ自身は超伝導を示さない。 しかしその層間に異種原子・分子が挿入されたグラファイト層間化合物（GIC）の一部は低温で超伝導を示すことが知られており、とりわけ 2005年に超伝導転移が報告されたC₆Ca、C₆Ybは、各々11.5K、6.5KというGICとしては例外的に高い転移温度を持つことに より注目を集めている。本コロキウムではC₆Ybの合成とそのSTS測定を念頭に置いた超伝導特性の評価についての我々の結果を報告する。 また、近年実験的に実現されたグラフィンで観測されている超伝導近接効果や理論的に予測されているアルカリ金属吸着による超伝導誘起を調べるための予備実験や装置の改良についても合わせて報告する。

Nov/13/2007 (Tue) 13:30-15:30 @ Room 201a
小畑 和幸
『固体ヘリウム3の核磁性』
　固体ヘリウムはその原子の軽さに起因する大きな零点振動を持つ ため、量子効果の大きな固体として知られています。 当コロキウムでは理論的基礎と実験結果とを対応させつつ話していく予定です。 また私が扱う系について関連させつつ話していきたいと思っています。

Oct/15/2007 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
高吉 慎太郎
『量子ホール効果』
　量子ホール効果は最初の発見以来、 理論・実験双方の立場から非常に多くの研究がなされている。 最近でもグラフィンの量子ホール状態が興味を集めており、 物性物理学の重要トピックとなっている。 当コロキウムでは、量子ホール効果について 理論的な側面も交えてレビューしたいと思う。 ゼロエネルギーランダウ準位・指数定理・量子異常などについても触れる予定である。

Sep/14/2007 (Fri) 10:00-11:30 @ Room 445
青木 悠樹 （Rutgers University, USA）
『二重共振捻り振り子による超固体⁴Heの研究』
　Kim等による捻り振り子の実験で、固体ヘリウム4の非古典回転慣性運動量が低温で観測され話題になっているが、この“超固体”のメカニズムは未だ明らかでない。ラトガース大学では同一固体中において二つの異なる周波数（495.8、1172.8Hz）で超固体の信号を観測することができる、円柱空洞状の二重共振捻り振り子を作成し、超固体シグナルの測定を行った[1]。35mK以下、低振幅(〜10mm/sec)で観測された超固体密度は測定周波数に依存せず、それ以上の温度においては超固体密度、固体による散逸が共に測定周波数に依存する結果が得られた。また30mK程度以下の低温では、温度を固定し振幅を変化させる超固体密度の臨界速度の測定において、振幅を上げる時と下げる時で、超固体シグナルにヒステリシスが観測された。これらの結果は単純な超流動転移モデルで説明することはできず、ガラス転移、渦糸液体などの理論モデルとの比較を行った。本コロキウムではラトガース大学で行われた実験結果と、他のグループによる最近の超固体に関する実験結果を合わせて報告する。
[1]. Y. Aoki et al., Phys. Rev. Lett. 99, 15301 (2007).

Aug/6/2007 (Mon) 10:30-12:00 @ Room 431
Kirsten von Bergman (Institute of Applied Physics, University of Hamburg, Germany)
『Complex magnetic structures on the atomic scale revealed by spin-polarized STM』
　Magnetism in low-dimensions is a fascinating topic: Even in apparently simple systems --such as homoatomic monolayers-- the nearest neighbor distance, the symmetry and the hybridization with the substrate can play a crucial role for the magnetic properties. This may lead to a variety of magnetic structures, from the ferromagnetic and antiferromagnetic state to much more complex spin structures. Spin-polarized scanning tunneling microscopy (SP-STM) combines magnetic sensitivity with high lateral resolution and therefore grants access to such complex magnetic order with unit cells on the nanometer scale. Different previously inconceivable magnetic structures are observed in pseudomorphic homoatomic 3d monolayers on late 5d transition metal substrates. For example a hexagonal Fe monolayer on Ir is found to exhibit a novel magnetic unit cell which is nearly square and consists of 15 atoms [1]. Furthermore such monolayers may form spin spirals, where the spin rotates from one atom to the next resulting again in a nanometer sized magnetic period [2]. While in uniaxial systems only one propagation direction is found, in biaxial systems rotational domains of spin spirals are present.
[1] K. von Bergmann et al., Phys. Rev. Lett. 96, 167203 (2006).
[2] M. Bode et al., Nature 447, 190 (2007).

July/2/2007 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
小島 治樹
『グラフィンの量子ホール状態について』
　グラフィン中では電荷がmassless Dirac Fermionとして振舞うため、ランダウ準位は √nに比例しE = 0にもランダウ準位を持つ。最初のステップが半整数となる”半整数量子ホール効果”がグラフィンで観測されていて、これはE = 0の準位、副格子、スピンを反映したものとして説明されている。このように従来の量子ホール効果とは異なる振る舞いに加え、今まで観測されなかった室温での量子ホール効果が観測されるなど、グラフィンの量子ホール状態は非常に興味深い。
　本コロキウムではグラフィンの量子ホール状態についての最近の実験結果を取り上げる。

Jun/18/2007 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
神原 浩
『高温超伝導体の走査トンネル分光（簡単なreviewと最近の話題）』
　最近の走査トンネル顕微/分光（STM/STS）技術の進展によって、高温超伝導体に おける強相関電子系の正体が実空間観測によって次第に明らかになりつつある。 これまで行われてきたSTM/STSの研究をFischer et al.のreview[1]を基に 振り返り、ごく最近報告された研究結果（電子-格子相互作用、擬ギャップ相に おける対形成の温度変化、等）も合わせて紹介する。
[1] Fischer et al., Rev. Mod. Phys. 79, 353 (2007).

May/21/2007 (Mon.) 10:00-12:00 @ Room 431
Tomohiro Matsui
『Introductory review of widely spreading field of Graphene』
　The study about the Graphene and its related systems is one of the hottest topics now a days. It is as if one study is published per day. To well understand this hottest topic, I will review the very basis of Graphene ranging from structural to electronic properties.
The language in this colloquium will be switched depending on the audience.

May/7/2007 (Mon) 10:00-12:00 @ Room 431
河合 直樹
『STM/STS study on two dimensional electron system』
　物質表面に形成される2次元電子系はこれまで様々な物質系で報告され、系に応じて多様な性質をもつことが明らかとなっている。STM/STSは表面敏感な測定法であり、この表面2次元電子系の研究に大きな発展をもたらしてきた。とりわけ、その電子状態の実空間分解能力は、2次元電子系への不純物の影響など系の非一様な特徴に着目するとき、他の測定からは得難い情報を与える。
　本コロキウムでは、貴金属(111)表面や半導体上の2次元吸着膜、グラファイト、さらにごく最近報告されたグラフィンを取り上げ、そこに形成される2次元電子系や、その不純物との相互作用のSTM/STSによる研究を紹介する。

第2回SCコロキウム
Apr/24/2007 (Tue) 17:00-18:30 @ Room 431
伏屋 雄紀 （小形研）
『三角格子t-J-K模型の性質』
　グラファイト表面に吸着した3He薄膜の単原子層は、理想的な二次元フェルミ粒 子系として、またフラストレートした二次元量子スピン系の雛形として実験・理論両面から大いに注目されている。
　様々な密度領域で興味ある現象が観測されているが、我々はその中でも特に二次元量子固体相（4/7相）とそのやや低密度の液体相に着目している。モット絶縁体に正孔がわずかに入り，その正孔が強いフラストレーションを感じながら動けば如何なる新たな物理が現れるのか、という疑問は強相関電子系とも共通の興味ある問題である。実際、実験的にはすでに、ギャップレスのスピン液体的ふるまいや、スピン-質量分離を示唆する比熱の温度依存性など、次々に奇態な現象が報告されている。
　この4/7相近傍におけるフェルミ粒子系の謎めいたふるまいを解き明かす第一段階として、我々は三角格子t-J模型に多体スピン交換相互作用（K）を加えた、t- J-K模型を厳密対角化によって調べた。これまでの結果を総合すると、反強磁性的な場合、Kにより120゜構造が壊れ、新たな量子液体状態が現れることが分かった。そこでは、スピン-質量分離的ふるまいが見られる。
　講演では、最近の数値計算の結果を報告し、この新たな量子液体状態の性質について紹介する。

Apr/18/2007 (Wed) 10:00-12:00 @ Room 431
高吉 慎太郎
『液体窒素の沸騰停止』
　大気圧・常温のもとで沸騰している液体窒素に常温のヘリウムガスを吹き込むとどう なるか想像できるだろうか。意外なことに沸騰は停止し、しばらく停止状態が続いた 後に沸騰が再開する。この現象は鹿児島らによって固体物理39(2004),606に報告され たが、完全な原因究明には至っていなかった。今回、我々の実験により沸騰停止のメ カニズムを明らかにすることができたので、ここに報告したい。

小畑 和幸
『有機マルチフェロイクス(C₂H₅NH₂)₂FeCl₄の弾性と熱力学量測定』
　マルチフェロイクスは複数の強秩序相をあわせ持つ物質群を言います。本コロキウムで取り上げる物質は強磁性秩序、強誘電秩序、強弾性秩序をあわせ持つ物質であり、マルチフェロイクスとしては初の強弾性秩序を有する物質であります。
　本研究では磁気測定、比熱測定ならびに弾性率測定を行うことによりこの物質の磁気相転移機構の解明を行い、そのことについて述べさせていただきます。

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■ セミナー (2006年度)

Mar/7/2007 (Wed) 10:00-12:00 @ Room 431
小島 治樹
『グラフェンの最新実験研究』
　グラフェンの実験報告はここ数か月で急速に増えた。デバイスとしての応用の論文も多いが、本コロキウムでは、conductanceに関する研究・構造についての研究・エネルギー構造についての研究・グラフェンのsupercurrentの研究など、グラフェン自体の物理についての論文を主に取り上げる。

Feb/21/2007 (Wed) 17:30-18:30 @ Room 431
Alexander Balatsky (Los Alamos National Laboratory, USA)
『Electronic Inhomogeneity and defects in Correlated Systems and in Graphene』
　I will discuss spontaneous and impurity induced inhomogeneity in electronic systems. The review of the theory and experiments of local electronic defects in high-Tc and graphene will be given. Graphene is a very interesting system that exhibits a long mean free path yet, as very recent scanning probes experiments suggest, is electronically inhomogeneous at the nanometer scale. This situation is very similar to the case of electronic inhomogeneity in highTc cuprates. This observation suggests strong similarities between Dirac fermion behavior in both systems. Suggested STM experiments in the bulk and at the edge of graphene will be discussed as well.

Feb/21/2007 (Wed) 10:00-12:00 @ Room 431
神原 浩
『Odd-frequency超伝導状態とSr₂RuO₄の特異な近接効果』
　最近、田仲らによって超伝導近接効果の一般論が詳細に調べられた。 クーパー対の波動関数は、周波数依存性まで考慮すると、 通常知られているeven-frequencyのペアの他に、odd-frequencyの ペアが存在しうる。 超伝導体／常伝導金属界面に着目すると、odd-frequencyのペアが 誘起されることで、ゼロエネルギーに状態密度のピークが現れる。 具体的な物質としてSr₂RuO₄を考えてみる。 バルクではeven-frequency spin-triplet odd-parity (ETO) であるが、常伝導金属との接合界面でパウリの原理を満たしつつ、 odd-frequency spin-triplet even-parity (OTE) のペアが誘起されると ゼロエネルギーピークが広く常伝導側にしみだす異常な近接効果が 現れると予測される。 このodd-frequeny （奇周波数） 超伝導状態について考えてみたい。

Jan/12/2007 (Fri) 16:30-18:00 @ Room 431
Tomohiro Matsui (Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo)
『Electronic States of Fe Monomers and Multimers on InAs(110)』
　The local density of states (DOS) on and around Fe monomers (single atoms) and Fe multimers deposited on the n-InAs(110) surface is studied by scanning tunneling spectroscopy at T ~ 6 K. The monomer shows two characteristic states in the filled as well as in the empty DOS which are attributed to an In related and an Fe related state. For the multimers longer than two atoms oriented along the [1 -1 0] direction, the In related state results in a "uniform" state, while the Fe related state splits up into an "end state" and "inner states". The end state has a higher binding energy in the filled as well as in the empty DOS. The multimers oriented along the [001] direction show an electronic structure which varies continuously along their axis, suggesting a position dependent hybridization of each atom to the substrate.

21世紀COEセミナー
Dec/18/2006 (Mon) 17:00-18:30 @ Room 1320, Building 4
Christopher Bäuerle (CRTBT-CNRS and Dept. of Nanoscience, Institut Neel, Grenoble, France)
『Electron Coherence in Quantum Networks』
　Magnetoconductance oscillations in mesoscopic rings are the most striking evidence of the quantum nature of the transport in mesocopic devices. These oscillation may be either Φ0=h/e periodic for single rings (Aharonov-Bohm oscillations) or Φ0/2 periodic for large networks (Altshuler-Aronov-Spivak oscillations). The problem of the transition between these two extreme situations have been explored by considering lines of silver rings of different lengths: in this case, simple arguments show that the AB oscillations decease as N-1/2, whereas the AAS oscillations are constant with N, N being the number of rings.
　In this seminar, we will show that this so-called ensemble averaging indeed depends on the dimensionality of the system: from measurements of both AB and AAS oscillations in 2D networks, we will show that, when the phase coherence length of the electrons becomes of the order of the width of the network, the diffusive motion of the electrons is actually one-dimensional although the network is 2D. One thus observes a 1D→2D cross-over in the dependence of the amplitude of magnetoconductance oscillations as a function of the number of plaquettes of the network. This cross-over from mesoscopic to macroscopic behavior in the ensemble averaging shows that the usual addition of coherent blocs in mesoscopic physics is indeed very subtle.
[1] F. Schopfer, F. Mallet, D. Mailly, G. Montambaux, C. Texier, C. Bauerle, L. Saminadayar, cond-mat/0611127, to appear in Phys. Rev. Lett.

第1回SCコロキウム
Dec/4/2006 (Mon) 17:30-19:00 @ Room431
森下 将史 （筑波大学大学院 数理物質科学研究科）
『ヘリウム3固相薄膜の磁場中熱容量』
　ヘリウム3固相薄膜は量子スピン系のモデル物質であり、その磁性は多体交換相互作用の競合の結果と考えられている。この競合、低次元性、三角格子は強い frustrationの原因となっている。この系の熱容量は、広い面密度領域、温度範囲でほぼ温度に反比例する異常な振る舞いを示すが、これは強い frustrationを反映したものと考えられている。
　最近、この系の熱容量をゼロ磁場から数100 Oe程度の弱い磁場中、0.2 mKから2 mK程度の温度域で測定し、吸着第１原子層では磁場の増大とともにZeemanエネルギーの20倍程度だけ高温へシフトすること、第２層ではシフトではなく、ピークや低温域の振る舞いが変化することを観測した。これらの大きな磁場変化は、磁場が多体交換相互作用の競合やfrustrationに強い影響を及ぼしている可能性を示唆する。観測された熱容量の磁場変化の異常性を示すとともに、変化の起源について議論する。

Nov/22/2006 (Wed) 10:00-12:00 @ Room431
Yasuhiro Niimi
『Studies of the Two-dimensional Electron System at Graphite Surfaces by Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy』
　Two-dimensional electron systems (2DESs) exhibit fascinating quantum phenomena at low temperatures and in high magnetic fields. The quantum Hall effect is a well known example. Usually, these phenomena have been studied by means of transport measurements. Although there are a large number of experiments on 2DESs, such phenomena have not been observed on nanometer scale in real space.
　We have investigated the local density of states of a quasi 2DES at a surface of highly oriented pyrolytic graphite in high magnetic fields with scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) techniques [1].
　In this colloquium, we will mainly present these STM/STS data and discussions for them, as a summary of the doctor thesis.
[1] Y. Niimi, T. Matsui, H. Kambara, D. Yoshioka, and H. Fukuyama, to be published in Phys. Rev. Lett. (cond- mat/0511733).

Nov/15/2006 (Wed) 10:00-12:00 @ Room431
向　賢一
『パルスNMR法による2次元ヘリウム3の磁気基底状態の研究』
　単層ヘリウム4を下地にした擬二次元ヘリウム3の系は、その下地に対し4/7の面密度においてMott局在的な整合相を形成することが知られている。今コロキウムでは、この4/7相前後におけるV字型のスピン-スピン緩和時間の変化をzero-point vacancyによるmotional narrowingの効果と過剰粒子の3層目形成によるinterlayer exchangeによるnarrowingの効果とに分けて考察する。

Nov/8/2006 (Wed) 10:00-12:00 @ Room431
河合　直樹
『Alkali Metal on Graphite』
　グラファイト表面上に吸着されたアルカリ金属原子層では、その被覆度に応じて、拡散相から基板に整合した表面超構造相に至る特徴的な構造変化が起きることが知られており、実験面ではLEED、EELS、UPS等を、理論面では第一原理計算等を用いて今日まで盛んに研究が進められている。本コロキウムでは、この系の構造変化を出発点として、吸着アルカリ金属原子とグラファイト基板との相互作用によってもたらされる系の電子状態の変化に迫りたい。

Oct/25/2006 (Wed) 10:00-12:00 @ Room431
辻　太輔
『Analysis for heat capacity measurements at high temperatures』

Oct/17/2006 (Tue) 15:00-17:00 @ Room431
佐藤　大輔
『Supersolidについての近年の研究』
　2004年のKim & Chanによるねじり振り子によるVycor glassでのHe-4の非古典的回転慣性(nonclassical rotational inertia, NCRI)の発見以来、Supersolidは非常にhotな話題として理論・実験の両面において様々な研究がなされてきた。特に、最近になっていくつかのグループによって、Kim & Chanの実験の再現、及び新たな結果が報告されている。本コロキウムでは、最新の実験結果を中心として、現在までのSupersolidの研究結果について述べる。

Oct/4/2006 (Wed) 10:00-12:00 @ Room431
小島　治樹
『角度分解光電子分光による単層・二層グラフェンの研究』
　単層グラフェンはゼロギャップ半導体であり、線形分散を持つmassless Dirac ｆermionの系として知られている。理論・実験ともにグラフェンの研究は非常に活発になってきており、興味は深まるばかりである。本コロキウムでは、ごく最近の論文から単層、あるいは二層グラフェンを対象に、角度分解光電子分光により電子構造の直接観察を行った実験を紹介する。

Sep/14/2006 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
Yasuhiro Niimi
『Report on SPS'06 & INC+T2006』
　In this colloquium, I will report on the two conferences (SPS06 and INC+T2006) which I attended this summer. After referring to an atmosphere of each conference, several topics which I am interested in will be focused on.

July/13/2006 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
向　賢一
『固体・液体・二次元表面上He-3のスピン-格子緩和時間T_1について』
　スピン格子緩和時間T_1は、励起された核スピンが周囲の原子や分子など格子系にエネルギーを放出し、元の熱平衡状態に戻る時定数のことであり、NMR で測定することのできる重要なパラメータの1つである。核スピンの結合の強さや流体の粘性などの情報を含んでおり、緩和過程から物質のミクロな性質を調べることができる。特にHe-3では低温において交換場の効果や二次元系でのFermi流体的振る舞いと局在の効果などが複雑に影響し密度に応じて興味深い緩和過程を示す。今コロキウムでは、それらについて固体・液体・二次元表面と分け述べることにする。

Jun/29/2006 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
Clemens Winkelmann
『How to build a STM』
　Building a STM for measurements at low temperatures, high fields and UHV conditions sets severe design constrictions. The use of high voltage lines in the close vicinity of a pA current measurement requires special precautions. A further crucial point is the coarse displacement mechanism, concerning both the mechanical stability of the system and its versatility. This talk will review the main practical issues and possible solutions.

Jun/15/2006 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
Yasuhiro Niimi
『Unconventional Integer Quantum Hall Effect in Graphene -- Part II --』
　Recent experimental advances have made possible the isolation of high quality two-dimensional (2D) graphene sheets, thus opening up a new arena for exploring quantum Hall (QH) physics. Unlike convensional 2D electron systems, graphene shows a unique QH state due to its linear band dispersion (so-called "Dirac-cone" dispersion). In this colloquium, I will talk about basic features about graphene (review of previous colloquium) and then further transport properties of graphene which have been reported more recenlty.

May/18/2006 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
神原　浩
『軌道自由度がもたらす電子状態 -- Sr₂RuO₄と Ca_2-xSr_xRuO₄ --』
　スピン3重項超伝導体Sr₂RuO₄は、最初に発見された高温超伝導体の母結晶La₂CuO₄と同じK₂NiF₄構造をとるが、伝導の担い手はt_2g軌道の電子にあり軌道依存型の超伝導を示すことが知られている。バルクの結晶では通常のペロブスカイト構造に見られるような構造歪みはなく安定しているが、その表面、またSrをCaで置換した系ではバンド幅の変化によって電子状態が劇的に変化する。これらの構造変化にともなう電子状態の変化について考察する。

May/12/2006 (Fri) 15:30-16:30 @ Room431
河合　直樹
『CaC₆、YbC₆における超伝導』
　CaC₆、Yb_C6は、各々11.5K、6.5Kというgraphite intercalation compounds (GICs) の中では例外的に高い超伝導転移温度を持つものとして2005年の報告以来注目を集めている。特にCaC₆については、その後高純度の試料合成法が開発されたこともあり、その超伝導の起源を探ってこの1年間多くの実験が行われてきた。
　本コロキウムでは、CaC₆ のSTM/STS測定を始めとする、これらの物質について最近報告された実験を紹介する。
　また、昨年秋より我々が行っているYbC₆関連の取り組みについても紹介したい。

Apr/27/2006 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
小島　治樹
『グラフェンシートの作成法』
　Single-layer graphene (SLG)では、理想的な2次元電子系が実現している。占有数νが半整数での量子ホール効果が実験的に観測されるなど、物質として大変興味深い。本コロキウムでは、そのSLGの作成に成功した論文の方法を中心にグラフェンシートの作成法に焦点を当てる。

佐藤　大輔
『Phase separation in solid He-3-He-4 mixtures』
　He-3やHe-4の固体は量子固体であり、低温においても原子同士の交換が起こる。その為、He-3を少量混合したHe3,4の混合固体中では、He -3原子はHe-4溶媒中を動く準粒子として振舞う。また、この混合固体は、He-3の量にかかわらず、低温で相分離をおこす。このセミナーでは、混合固体内でのHe-3の運動や相分離などの話題を中心に述べる。

Apr/21/2006 (Fri) 11:00-12:30 @ Room 431
Arito Nishimori (Japan Quantum Design)
『Probing the Nature of Superfluid 3He Very Near Its Critical Temperature』
　We have measured with high resolution the static magnetization and NMR frequency shift of bulk superfluid 3He near its critical point to estimate the width of the critical regime. The static magnetization measurements at 31.4 bars and 33.7 bars in the magnetic field of 36.1 mT show that the size of the magnetization change through the A1 region is smaller than 0.1% of the total magnetization in the normal phase. This is inconsistent with the results of Paulson et al.[1] who claimed that the size of the change was about 0.5% and there was a high temperature tail. NMR frequency shifts are measured at the melting pressure in magnetic fields from 29.6 mT to 425 mT using a new feedback technique. We find that the frequency shifts agree very well with the mean field calculations based on the spin fluctuation feedback model proposed by Brinkman, Serene and Anderson(BSA) and there is no high temperature tail above T_{A1} nor smearing of kinks at T_{A1} and T_{A2} originating from critical fluctuations. This suggests that the width of the critical regime is far less than that which Patton[2] reported based on the analysis of the data of Paulson et al.[1].
[1] D. N. Paulson, H. Kojima, and J. C. Wheatley, Phys. Lett. 47A, 457 (1974).
[2] R. Patton, Phys. Lett. 47A, 459 (1974).

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■ セミナー (2005年度)

Mar/16/2006 (Thu) 10:00-12:00 @ Room 431
向　賢一
『磁場中のフラストレーションのある反強磁性体』
　三角格子を基本構造とした反強磁性体では、フラストレーションにより基底状態に縮退が残るため磁気秩序を実現するのが困難である。このような系では、基底状態を決めるのに量子効果が重要な役割を果たしていると考えられる。本コロキウムでは、三角格子反強磁性体・カゴメ格子反強磁性体・パイロクロア反強磁性体の縮退を解く効果と磁場中における磁気秩序について述べる。

Mar/9/2006 (Thu) 10:00-12:00 @ Room 431
Clemens Winkelmann
『Graphite intercalation compounds』
　I will give a general introduction to graphite intercalation compounds (GICs) comprising their electronic and structural properties, synthesis, and characterization methods. The main focus will be on donor intercalation compounds, with particular emphasis on surface properties and superconductivity.

Feb/18/2005 (Fri) 17:00-18:30 @ Room 1320 (Building No.4)
Christopher Bauerle
『Dephasing in Kondo systems』
　Low temperature dephasing has been subject to a controversial debate since the experimental observation of an apparent saturation of the phase coherence time tf in mesoscopic quantum wires. The presence of a small amount of magnetic (Kondo) impurities has been put forward to explain the experimental observations. Though the Altshuler - Aronov - Khmelnitzky (AAK) theory describes the temperature dependence of the phase coherence time of electrons in pure metals, no exact solution is available for the phase coherence time in the presence of Kondo impurities. Only a high temperature expansion, the Nagaoka-Suhl (NS) expression, is able to describe the experimental data at temperatures T ≫ TK .In the opposite limit, T ≪ TK, Fermi liquid theory predicts a T2 dependence of the inelastic scattering rate. Only very recently, Zarand and coworkers have been able to obtain an exact solution for the inelastic scattering time in Kondo metals using the Numerical Renormalization Group technique [1].
　In this talk, we present measurements of the phase coherence time in quasi one-dimensional Au/Fe and Ag/Fe Kondo wires and compare the temperature dependence of tf with this recent theory. We show that a very good agreement is obtained for temperatures down to 0.2 TK [2]. Moreover, we show that below TK, the inverse of the phase coherence time varies linearly with temperature over one decade in temperature. We also prove that the Fermi liquid regime is only accessible at very low temperature, at least below 0.1 TK.
[1] G. Zarand, L. Borda, J. Von Delft and N. Andrei, Phys. Rev. Lett. 93, 107204 (2004).
[2] C. Bauerle, F. Mallet, F. Schopfer, D. Mailly, G. Eska and L. Saminadayar, Phys. Rev. Lett. 95, 266805 (2005).

Dec/8/2005 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
辻　太輔
『Explore the quantum phases』
　グラファイト上に吸着した2次元ヘリウム3の物性を4/7相近傍、さらに4/7相を超えて4層目が形成される面密度に近い領域まで熱容量測定を続けている。熱容量の等温曲線から、ヘリウム3の物性は面密度を上げていくと4つのバラエティにとんだ量子相を形成していることが分かってきた。セミナー中ではこの量子相の性質がどのようであるか？その可能性について述べたい。

Nov/24/2005 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
Yasuhiro Niimi
『Unconventional Integer Quantum Hall Effect in Graphene』
　A two-dimensional (2D) graphite sheet, graphene, was long believed not to exist in nature. Recently, two groups have succeeded in making it by micro-mechanical cleavage techniques, as well as its micro-fabricated device with a strong electric field effect. In their transport measurements for graphene, Hall resistance is quantized to half-integer multiples of 4e2/h, where magnetoresistance vanishes. Such an unconventional half-integer quantum Hall effect (QHE) was theoretically predicted in the graphene system, where a peculiar Landau level (n=0) at E=0 independent of magnetic field and a unique massless linear dispersion relation play an important role. In this colloquium, I will present a review of the theoretically predicted half-integer QHE and the recent experimental results of the transport measurements in the graphene systems.

Nov/18/2005 (Fri) 11:00-12:00 @ Room445
Andreas Heinrich (IBM Almaden Research Center)
『Atomic-scale magnetism probed with Scanning Tunneling Microscopy』
　Exact control over the magnetic properties of small systems is important for future increases in the storage density of magnetic recording. For example, the magnetic bits in a current disk drive have minimum dimensions of the order of 10nm, only about 40 atoms across. Understanding a complex phenomenon such as magnetism is even more of a challenge for the basic sciences, where we are searching for a direct comparison between experiment and theory. The scanning tunneling microscope (STM) is a great tool to study nanoscale structures on surfaces with atomic resolution. Unfortunately, when a magnetic atom is placed on a metal surface it looses its basic magnetic character. Rather than keeping its inherent spin, the interaction with the metal’s conduction electron is so strong that a Kondo effect arises which can be seen by STM spectroscopy. However, the basic magnetic character can be recovered when the atom is placed on a thin insulator grown on a metal substrate. In such a case we can measure the energy required to flip the spin of a single atom in a high magnetic field and directly measure the Zeeman energy one atom at a time. We recently succeeded in moving atoms on a thin insulator. In this technique a metal atom is transferred from the surface to the tip, transported on the tip to the desired location, and in a second vertical transfer, the metal atom is redeposited on the surface. With this technique we can build chains of Mn atom from 1 to 10 atoms long. We find that the spins of the Mn atoms in these chains are strongly coupled even for the longest chains of length 3.5nm. A strong asymmetry between even- and odd length chains is observed in local spectroscopy while the spectrum along given length chain is essentially constant. These results are a direct demonstration of the behavior of a nanomagnetic system with antiferromagnetic coupling, controlled on the atomic scale. A comparison with the Heisenberg spin-coupling Hamiltonian allows a further understanding of the spin states of the chains.

Nov/10/2005 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
村川　智
『核磁気共鳴法による単原子層ヘリウム3の量子相転移の研究』
　グラファイト表面上に物理吸着した単原子層ヘリウム3は理想的な2次元フェルミ粒子系である。特に吸着第2層には整合相が存在することが知られている。近年、その整合相をMott局在相として2次元ヘリウム3を理解することが提案されるなど、この系は非常に興味深い。このセミナーではこの系を核磁気共鳴法で測定した結果を中心にまとめた。　

Oct/28/2005 (Fri) 10:00-12:00 @ Room431
神原　浩
『Sr2RuO4の3-K相について』
　Sr2RuO4-Ruの共晶系では超伝導転移温度が、pureの1.5 Kから3 Kまで上昇することが知られている。その機構はRuとの接合界面にあると考えられている。3-K相における実験、特に接合実験を中心に紹介する。

Oct/13/2005 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
向　賢一
『固体3He-NMRの多重スピンエコーの原理』
　通常のパルスNMRでは、パルス間隔tの2つのパルス後2tに1つのエコーが観測される。しかし固体の3Heでは、その強い核スピンにより局所的な磁場勾配が生じ2t,3t,4t,...にエコーが観測される。今コロキウムでは、この多重スピンエコーの発生原理を説明し、固体3Heにおける結果を議論する。この多重スピンエコー法を用いることにより、サンプルの形や核スピンの数によらない完全な核スピン磁化率や、縦緩和時間T1、横緩和時間T2、拡散定数Dが求められる。これにより、固体3Heの相転移温度(1mK)直上の相では核スピン磁化率に温度の低下とともに増加がみられるが、T1,T2,Dには変化がみられないことがわかっている。

Sep/29/2005 (Thu) 10:00-12:00 @ Room431
Clemens Winkelmann
『Shards of broken symmetry』
　This talk aims to give an introduction to the Kibble-Zurek mechanism describing the non-equilibrium dynamics of rapid symmetry-breaking phase transitions. A review of the main experimental searches for evidence for the Kibble-Zurek mechanism will be given, with a particular emphasis on superfluid helium-3 experiments.

Jul/11/2005 (Mon) 16:30-18:00 @ Room414
Tomohiro Matsui (Institute of Applied Physics, Hamburg University, Germany)
『Scanning Tunneling Spectroscopy Study of Fe Monomers and Multimers on Semiconductor Surfaces』
　The local density of states on and around a single Fe atom (monomer) and Fe multimers deposited on n-InAs(110) surfaces was studied by scanning tunneling spectroscopy at T = 6 K. Fe dimers, trimers and tetramers both perpendicular and parallel to the As rows were formed by evaporating Fe atoms at room temperature. In the case of trimers and tetramers perpendicular to the As rows, asymmetric end states due to the absence of a mirror symmetry of the substrate were observed.
　On the other hand, a symmetric LDOS was observed for tetramers parallel to the As rows suggesting Fe multimer states and end states which are not influenced by the asymmetry of the InAs(110) substrate lattice.

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■ セミナー (2004年度)

Mar/11/2005 (Fri) 15:00-16:30 @ Room201b
Markus Morgenstern (II. Institute of Physics B, RWTH Aachen, Germany)
『Scanning Tunneling Spectroscopy of Semiconductors in Different Dimension』
　The III-V semiconductor InAs is used as a model system for the investigation of quasi-free electron systems at low temperature.
　After discussing zero-dimensional quantum dots, where it was possible to image single wave functions [1], I will proceed to more complex electron systems as they exist in higher dimensions. The dimension of the system, the external magnetic field and the strength of the disorder potential are used as parameters to tune the behaviour of the system. Very different local structures are found giving insight into the complex phase diagram of the quasi-free electron systems [2]. The origin of the different structures will be explained and their link to physical effects as weak localization or the quantum Hall effect will be discussed.
　After introducing spin polarized scanning tunneling spectroscopy, an outline towards the application of this technique to semiconductors will be given.
[1] Phys. Rev. Lett. 91, 196804 (2003)
[2] Phys. Rev. Lett. 81, 5616 (1998); 84, 5588 (2000); 86, 1582 (2001); 89, 136806 (2002); 90, 056804 (2003); 91, 076803 (2003).

May/20/2004 (Thu) 15:00-16:30 @ Room512
Nic Shannon (Department of Advanced Materials Science, Graduate School of Frontier Sciences, University of Tokyo)
『From water ice to fractional charges』
　Some of the most interesting classical statistical mechanics problems --- for example the ordering of protons in water ice, or Verway charge ordering in magnetite --- have highly degenerate ground states.
　We discuss some of the topological aspects of this these states, and present simple arguments suggesting that they can provide a route to fractionally charged excitations in two or three dimensions.

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■ セミナー (2003年度)

Mar/17/2004 (Wed) 14:00-15:15 @ Room1320, Building No.4
Davide E. Galli (Dipartimento di Fisica, Universita degli Studi di Milano, Italy)
『Quantum Monte Carlo simulations of confined solid 4He』
　Very recently [1] from torsional oscillator experiments it has been found evidence of an abrupt drop in the rotational inertia of solid helium confined in porous medium. Recognizing that solid helium confined in porous medium is likely to be more populated with defects and vacancies than the bulk, the most likely interpretation of this drop is the entry into a supersolid phase [2].
　The microscopic origin of this effect is however not completely understood. The overall goal of our present research activity is the assessment of the effect of confinement on the properties of solid 4He.
　The development of Quantum Monte Carlo simulation techniques in the recent years has been so great that these have become the most important way to study strongly interacting quantum particles. We have studied ground state properties of confined solid 4He by advanced Quantum Monte Carlo techniques like the Shadow Wave Function (SWF) variational technique [2,3] and the recent exact (T = 0 K) method called Shadow Path Integral Ground State (SPIGS) [4].
　We have found that near the melting density, in the solid phase, exchanges between 4He atoms are present like in the bulk solid at melting density in presence of a finite concentration of vacancies. In order to model a more realistic situation, the simulation of 4He confined in a nano-pore structure is under construction.
[1] E. Kim and M.H.W. Chan, Nature 427, 225 (2004).
[2] D.E. Galli, L. Reatto, J. Low. Temp. Phys. 124, 197 (2001).
[3] D.E. Galli, L. Reatto, Phys. Rev. Lett. 90, 175301/1 (2003).
[4] D.E. Galli, L. Reatto, Mol. Phys. 101, 1697 (2003).

Oct/30/2003 (Thu) 17:00-18:30 @ Room1320, Building No.4
Sebastien Balibar (Laboratoire de Physique Statistique, Ecole Normale Supeieure, Paris, France)
『Acoustic Crystallization』
　By focusing high intensity acoustic waves, it is possible to apply very large pressure pulses to a liquid, and to look at the homogeneous nucleation of phase transitions in the absence of defects or impurities. We first developed this method to study cavitation and the tensile strength of liquids.
　We now use it to try answering the question : "how far can one pressurize a liquid before it crystallizes ?". The answer to this question crucially depends on the surface tension of the liquid-solid interface.
　This is why helium at low temperature is an interesting system to study : thanks to former studies of crystallization waves, the solid-liquid interfacial tension of helium-4 is accurately known, contrary to all other systems, for example ice/water which I will briefly consider.
　I will describe our acoustic techniques and review some of the properties of the surface of helium crystals, including a video sequence of crystallization waves. Then I will show acoustic crystallization occurring against a clean glass plate at 30 bar, 5 bar above the equilibrium liquid-solid pressure P_m=25 bar. More recently, we achieved a record overpressure of 163 bar in bulk liquid helium at 100 mK, without observing crystallization.
　This surprising result contradicts predictions from the standard nucleation theory and opens new questions on liquid helium in a metastability region of its phase diagram where its properties are not yet known because it is very far from equilibrium.

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■ セミナー (2002年度)

Jun/14/2002 (Fri) 16:30- @ Room1220, Building No.4
福山　寛
『超流動ヘリウムの相転移と位相欠陥』
「自発的対称性の破れ」と呼ばれる相転移の概念は、凝縮系物理学では長い研究の歴史がある。最近、超流動ヘリウムにおける急速な2次の相転移に伴い、位相欠陥（量子渦糸）が多数生成されることが報告された。もし、これが一般性のある現象ならば、真空がいくつかの相転移を経て現在の4つの基本的な力を生み出したとされる、ビッグバン直後の0.1ミリ秒の間にも同様のことが起こったかも知れない。
　超流動ヘリウムの相転移に関し、他にも興味深い話題を二、三取り上げたい。

Jun/6/2002 (Thu) 13:30-15:00 @ Room1624, Building No.4
Gregoire Misguich (CEA Saclay, France)
『A Solvable Quantum Dimer Model on the Kagome Lattice ----- the simplest dimer liquid』
　Introduced by Rokhsar and Kivelson in 1989, quantum dimer models are expected to describe the dynamics of singlet bonds in quantum-disordered antiferromagnets.
　We introduce (cond-mat/02044289) a quantum dimer model (on the kagome lattice) which is completely solvable by elementary means. It realizes at T=0 a disordered and gapped liquid phase with topological degeneracy and deconfined fractional excitations. This models offer a natural - and maybe the simplest possible - framework to illustrate concepts such as fractionalization, topological order, Z_2 vortex excitations (visons) and the relation between spin liquids and Ising gauge theories.

Apr/4/2002 (Thu) 11:00-12:30 @ Room1320, Building No.4
Richard Packard (Department of Physics, University of California, Berkeley, U.S.A.)
『Josephson Weak Links and Quantum Interference in Superfluid 3He』
　California 大学Berkeley校のPackard教授は、1982年に超流動ヘリウム4（ボース流体）の量子渦糸を初めて可視化した実験で知られる低温物理研究者です。最近では超流動ヘリウム3（フェルミ流体）のジョセフソン効果の実験に初めて成功し、p波スピン3重項状態の位相干渉効果に関して独創的な研究を矢継ぎ早に発表しています。

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■ セミナー (2001年度)

Nov/29/2001 (Thu) 15:45-17:00 @ Room150, ex. Building No.1
坪田　誠（大阪市立大学大学院理学研究科）
『回転するボース凝縮体における量子渦格子の形成』
　近年、レーザー冷却によって生成されたアルカリ原子気体のボース・アインシュタイン凝縮体の研究が注目を集めている。この系は、巨視的量子力学に関連する様々な現象を容易に制御・可視化出来る点に大きな特徴がある。フランスENSのグループ、アメリカMITのグループは捕獲ポテンシャルを回すことにより量子渦格子の形成およびその可視化に成功した。この実験に動機づけられて行った我々の研究について紹介する。ボース凝縮体は、4重極変形、表面波の励起、 ghost vortex（我々が命名した位相だけの渦）の侵入等の劇的なダイナミクスを経て、量子渦格子の完成に至る。このダイナミクス全体を示すMOVIEをビデオでお見せする。

Nov/9/2001 (Fri) 16:30-17:30 @ Room1320, Building No.4
Christopher BAUERLE (CRTBT-CNRS, Grenoble, France)
『The Two-Dimensional World of 3He』
　Adsorbed 3He provides us with a model two-dimensional (2D) magnetic system displaying remarkable magnetic properties associated with effects of quantum exchange, reduced dimensionality and frustration. At low areal density the two-dimensional 3He film remains liquid due to its large zero point motion and the system constitutes an almost ideal 2D Fermi gas. By simply changing the areal density the interactions can be continuously increased and a highly correlated Fermi liquid can be obtained. Its effective mass can attain more than ten times the value of the non-interacting Fermi gas.
　At higher density a two-dimensional quantum solid is obtained. A fine-tuning of the magnetism (Ferromagnetism or Antiferromagnetism) as well as the degree of frustration can easily be achieved by changing the density of the solid. The nuclear magnetic interactions, associated to the cyclic permutation of particles, are well described by the first principle Multiple Spin Exchange (MSE) Hamiltonian. The individual exchange frequencies can be determined experimentally using heat capacity and NMR measurements, explaining the evolution from a very pure Heisenberg behaviour at high densities to a strongly frustrated system at low densities.
　The physics of frustrated low dimensional quantum antiferromagnets is of fundamental interest due to the potential existence of magnetically disordered ground states. The second layer of adsorbed solid 3He is one of the most promising materials for a highly frustrated and ideally two-dimensional (2D) quantum antiferromagnet.
In this talk we will review the magnetic properties of two-dimensional 3He films and shall discuss our recent results on the magnetic susceptibility which suggest that the ground state of the antiferromagnetic phase is a Quantum Spin Liquid (QSL) phase.
E. Collin, S. Triqueneaux, R. Harakaly, C. Bauerle, Y.M. Bunkov, H. Godfrin, Phys. Rev. Lett. 86, 2447 (2001).

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■ セミナー (2000年度)

Mar/19/2001 (Mon) 13:30-15:00 @ Room207
桃井　勉（筑波大学物理学系）
『２次元整合・非整合転移における量子揺らぎの効果 ―― ソリトン格子の量子融解 ――』
　グラファイト表面上に吸着された粒子（4He, Kr, …等）の２次元固体に見られる整合固体相から非整合固体相への相転移の振る舞いは、これまで古典系において議論されてきている。その結果、吸着固体の粒子密度がグラファイト面の蜂の巣セル当り1/3の時、√3×√3構造の整合固体になり、粒子密度を増やすと、粒子密度の高いソリトン（domain wall）が巨視的な数現れ、非整合相へ転移する事が知られている。このソリトンは２次元面内でストライプあるいは、６角格子等の長距離秩序構造を作ると思われている。これまで、熱揺らぎによるソリトン格子の安定性、及び融解転移が議論されているが、量子揺らぎの効果は良く分かってはいない。一方、実験では粒子質量を変える事により、ソリトンの量子揺らぎの強さをコントロールする事が出来るため、量子揺らぎの効果に興味がもたれている。
　そこで今回、ストライプ構造と蜂の巣構造両方のソリトン格子について量子揺らぎに対する安定性・不安定性（量子融解）を議論し、整合相-非整合相の量子相転移の振る舞いを調べた。まず、ストライプ構造のdomain wall（ソリトン）格子の量子融解転移は、ストライプの揺らぎを２＋１次元の連続極限の場の理論にマップすることにより３次元XY模型の転移と等価であることが分る。この様に２＋１次元の融解転移が２次転移になる例は非常に珍しい。この量子融解転移はストライプ構造中のdislocationがたくさん現れることにより起こると記述できる。このソリトン流体相は、整合固体相とストライプ相の間、つまり粒子密度を1/3からわずかに増やした領域に現れる。また、蜂の巣構造のソリトン格子についも"breathingモード"と呼ばれる内部自由度による振動を考慮して零点エネルギーを評価した。零点エネルギーをストライプ相と蜂の巣相で比較し、ストライプ相から蜂の巣相に1次転移する相境界を求め、その質量依存性を明らかにした。これらの結果から整合-非整合量子転移におけるソリトン流体相、ストライプ相、蜂の巣相の相図、特に質量依存性を示す。

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■ セミナー (1999年度)

Feb/10/2000 (Thu) 16:30-17:30 @ Room1220, Building No.4
Douglas D. Osheroff (Department of Physics, Stanford University, U.S.A.)
『The Nature of Discovery in Physics』
　By their very nature, those discoveries which most change the way man thinks about nature cannot be anticipated. How, then, are such discoveries made, and are such discoveries just a matter of luck, or are there strategies in research which, if followed, can greatly increase the probability of ones making a discovery. The speaker will illustrate his own ideas on this subject by describing some famous discoveries made by great men of science, and　some famous and not so famous discoveries in which he has participated.

Feb/8/2000 (Tue) 16:00-17:30 @ Room1320, Building No.4
William P. Halperin (Dept. of Physics and Astronomy, Northwestern University, U.S.A.)
『Dirty Superfluids』
　One of the most intriguing recently observed phenomena is unconventional superfluidity; that is superfluids made of Copper pairs of fermions that exhibit unusual and spontaneously broken symmetries. The paradigm of such
systems is 3He superfluid discovered 25 years ago by Osheroff, Richardson, and Lee (Nobel prize, 1996). Now there is strong evidence that certain heavy fermion superconductors and high temperature superconductors behave in a similar way. We can learn about the superfluid or superconducting state by intentionally introducing impurities that distrurb the system. Until recently this has been quite impossible in superfluid 3He, arguably the cleanest and purest material in nature.
　In this talk I will present our recent measurements and successful suppression of superfluid 3He using a very porous silica aerogel. Comparison will be made with the related heavy fermion superconductor UPt3 of which we have been able to grow extremely pure crystals. And the onset of superconductivity in YBCO will be briefly discussed as measured by NMR using 17O in high magnetic fields up to 30 T.

Dec/16/1999 (Thu) 10:30-12:00 @ Room1320, Building No.4
水崎　隆雄（京都大学大学院理学研究科）
『回転する超流動3HeのNMR』
　円筒容器中の超流動3He-A相のオーダー・パラメターの作る織目構造（Texture）として、Mermin-Ho（M-H）構造とPan-Am（P-A）構造と呼ばれるの二つの異なる構造が予言されている。このうちM- H構造では自発的に巨視的角運動量が出現するので、回転と強く結合しており、回転に伴ってtextureの構造が連続的に変化することが期待される。最近我々は、回転したまま常流動状態から超流動状態へ冷却するとM-H構造ができることを、textureの構造変化をNMRで観測することにより明らかにした。
　また、NMR共鳴周波数の回転速度依存性を詳しく調べると、自発的巨視的角運動量がtextureの超流動流から来るものか、Cooper対の固有角運動量から来るものかを区別することができるはずである。これについての予備的実験結果も報告する。

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