現在、量子コンピューターの開発において、外部ノイズによる計算エラーの克服が最大の課題となっています。その解決策として期待されるのが「量子スピン液体」状態です。この状態は図形的な性質（トポロジー）により情報を保護するため、ノイズ耐性の高い量子計算を可能にします。しかし、有力候補物質のα-RuCl3は電気を通さない絶縁体であり、内部のスピン情報を電気的に測定・操作する手法がないことが実用化の大きな障壁でした。今回、井土宏 東京大学大学院理学系研究科特任准教授（研究開始時 東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）助教）、Yong P. Chen東北大学金属材料...

北海道大学大学院理学研究院の延兼啓純助教、同大学大学院理学院の髙橋杏介氏（研究当時）、同大学大学院理学研究院の松永悟明准教授、日本原子力研究開発機構原子力科学研究所先端基礎研究センター（研究開始時：東北大学金属材料研究所）の木俣　基研究副主幹、北海道大学丹田　聡名誉教授らの研究グループは、超伝導*1体中に形成される「スメクチック磁束液晶*2」において、トポロジカル欠陥「スメクチック・ディスロケーション渦*3」の運動を初めて捉え、流体力学的なマグナス力*4が支配する新しい磁束渦ダイナミクスの観測に成功しまし...

京都大学大学院理学研究科の松村拓輝博士課程学生、高橋侑希同修士課程学生(研究当時)、松林陸同修士課程学生、金城克樹同博士課程学生(現：東北大学多元物質科学研究所助教)、北川俊作同准教授、石田憲二同教授の研究グループ(理学研究科物理学・宇宙物理学専攻物理学第一教室)は、日本原子力研究開発機構原子力科学研究所先端基礎研究センターの徳永陽研究主席のグループ、東北大学金属材料研究所附属量子エネルギー材料科学国際研究センターの青木大教授のグループ、東北大学金属材料研究所の佐々木孝彦教授のグループとの共同研究から、スピン三重項超伝導体特有の性質を明らかにしました。超伝導*...

デジタル社会の進展に伴い消費電力の増大が課題となる中、待機電力を大幅に削減できる次世代磁気メモリの開発が注目されています。磁気メモリの性能を高めつつ待機電力を削減するためには、読み出し信号を強化するとともに情報の保持能力を高める必要があります。しかし一般に、情報の保持能力（安定性）を高めると、読み出し信号の強さが低下するというトレードオフがあり、長年の課題でした。こうしたメモリ性能は、材料の保磁力と磁化という物性によって決まります。東北大学らの研究グループは、材料の成分をナノメートル単位で膜厚方向に連続制御する「ナノ傾斜設計」により、磁化を高水準で維持したまま保磁力を従来比約10倍...

磁石の向き（スピン）を情報担体とするスピントロニクス素子は、電気を切っても磁石の向きは変わらないという情報の不揮発性から動作電力を大きく低減できます。一方で、この不揮発性を排除してスピンがあらゆる方位を向くことができる性質（等方性）を活用できれば、情報を0と1の二値ではなく連続的な値として処理する新原理の情報処理などの実現に繋がるため、等方性の磁石のスピンを効率よく操作するための材料や技術が切望されていました。今回、東北大学金属材料研究所および先端スピントロニクス研究開発センターの紅林秀和教授と関剛斎教授、日本原子力研究開発機構 原子力科学研究所 先端基礎研究センターの山本慧研究副...

東北大学金属材料研究所 梅本 好日古 博士研究員（現 オークリッジ国立研究所 博士研究員）、総合科学研究機構（CROSS）中性子科学センター研究開発部 大石 一城 次長、河村 幸彦 技師、東京理科大学理学部第一部応用化学科 五十嵐 大輔 プロジェクト研究員、中本 康介 助教、駒場 慎一 教授、横浜国立大学大学院工学研究院 多々良 涼一 准教授、東京科学大学（Science Tokyo）総合研究院化学生命科学研究所LIN Che-an研究員、館山 佳尚 教授、日本原子力研究開発機構J-PARCセンター 廣井 孝介 研究副主幹、高田 慎一 研究副主幹、及び京都大学複合原子力科学研究所 南部 雄亮...

電気回路で使う「ダイオード」は電気を一方向にだけ流す電子部品で、性質の異なる半導体を接合して作ります。今回研究グループは、ミクロな磁石（電子のスピン）がジグザグ形に並んだ特別な構造を持つ金属の中で、電気の流れやすい方向に偏りが生じる「電気の一方通行的な性質」（非相反伝導）が自然に現れることを見いだしました。この金属は原子がジグザグに並ぶ構造を持ち、電子のスピンもジグザグに並んでいます。温度を下げると、スピンの向きが互いに反対向きになる性質（反強磁性）(注１)を示します。このスピンの配置が内部にミクロな磁場（内部磁場）を形成した結果、電気の流れやすい方向に偏りが生じる非相反伝導が出現...

近年、自発的な磁化を持たない反強磁性体は、耐磁場性などの利点から次世代デバイスへの応用が期待されています。現在の開発の主流は、磁化を持つ強磁性体と同様に時間反転対称性のみが破れた反強磁性体です。一方、空間反転対称性も同時に破れる特殊な反強磁性体では、強磁性体とは全く異なる電子状態となるため、新原理の電気伝導が予言されていましたが、実験的な証拠はこれまで得られていませんでした。東北大学金属材料研究所の酒井英明教授（研究開始時：大阪大学大学院理学研究科）、宮本雄哉氏（研究当時：大阪大学大学院理学研究科）、日本原子力研究開発機構の木俣基研究副主幹（研究開始時：東北大学金属材料研究所）らは...

東京大学物性研究所の厳正輝助教、小濱芳允准教授、河村光晶助教（研究当時）、廣井善二教授、名古屋大学大学院工学研究科の平井大悟郎准教授、矢島健准教授、東北大学大学院理学研究科の森田克洋助教、同大学多元物質科学研究所の那波和宏准教授、佐藤卓教授、高エネルギー加速器研究機構の幸田章宏教授、日本原子力研究開発機構J-PARCセンターの古府麻衣子研究副主幹（研究当時）らの共同研究グループは、磁性を持つレニウム原子が異方的に歪んだ三角形格子のネットワークを持つ複合アニオン化合物の開発に成功し、非磁性元素の置換によって磁気的性質を自在に制御できることを明らかにしました。本研究では全7種類...

世界的に再生可能エネルギーの導入が加速する中、熱や頻繁な出力変動、腐食などによる設備の予期せぬ故障の頻発が深刻な問題となっています。東北大学材料科学高等研究所（WPI-AIMR）の王 潤梓 助教らと島根大学、中国の華東理工大学の共同研究チームは、太陽光、風力、原子力などクリーンエネルギー発電設備の寿命を高精度で予測する技術を開発しました。設備の稼働中に同時に進行し、複雑に干渉して劣化を加速させる機械的、化学的、材料科学的などの損傷要因について、従来と比べ4～7倍の精度で予測が可能です。本技術により、設備の突然の故障を未然に防ぎ、部品の交換や修理の時期を適切に管理できること...

磁石の中に形成される磁区を情報担体とするスピントロニクス素子は、次世代エレクトロニクスを担うテクノロジーとして期待されています。素子の動作には磁壁を電流で移動させる必要があり、小さな電流で高速に磁壁を移動させる材料や技術が切望されていました。東北大学大学院工学研究科の増田啓人大学院生（研究当時）、同大学金属材料研究所の山崎匠助教、高梨弘毅教授（研究当時、現：日本原子力研究開発機構）、関剛斎教授らは、2層のCoをIr中間層で反強磁性結合させてPt層で挟んだPt / Co / Ir / Co / Pt積層構造で、磁壁の移動について実験と計算の両面から調べま...

超伝導はある温度以下で物質の電気抵抗がゼロになる現象です。この時、超伝導体（物質）では２つの電子が1組の電子対となり、自ら持つスピン（磁力の最小単位）を打ち消しあっています。このため、磁場は超伝導と相性が悪く、超伝導を抑制する外的要因としてのみ取り扱われてきました。応用上においても、磁場に強い超伝導状態をどのように作り出すかは、重要な課題となっています。一方、近年ウラン化合物で発見された「スピン三重項超伝導」は、従来の超伝導状態とは電子スピンの状態が異なるため、本質的に磁場に強く、高い磁場の中でも超伝導状態を保つことが知られていました。今回、原子力機構が開発したスピン三重項超伝導体...

理化学研究所（理研）放射光科学研究センター生体機構研究グループの川上恵典研究員、米倉功治グループディレクター（最先端研究プラットフォーム連携（TRIP）事業本部理研－JEOL連携プロジェクト副プロジェクトディレクター、東北大学多元物質科学研究所教授）、熊本大学産業ナノマテリアル研究所の小澄大輔准教授、同大学院自然科学教育部の板東（魚谷）未希博士後期課程学生、木田雅俊博士前期課程学生（研究当時）、廣田悠真博士前期課程学生（研究当時）、同大学理学部理学科物理学コースの加藤善大学士課程学生（研究当時）、豊橋技術科学大学応用化学・生命工学系の広瀬侑准教授の共同研究グループは、太陽光エネルギーを高効率...

シンチレータは放射線のエネルギーを光に変換する物質です。その一つである、Eu（ユウロピウム）添加CaF2結晶にα線を照射すると、X線を照射したときよりも長い波長の光が多く発生することを世界で初めて発見しました。これにより、波長を使って放射線の種類を識別できる可能性があります。シンチレータは放射線のエネルギーを光へ変換する物質で、医療やセキュリティなど幅広い分野で利用されています。中でもEu（ユウロピウム）添加CaF₂（フッ化カルシウム）結晶は、高い発光量（約2万光子/MeV）を示し、優れた光学的透明性と化学的安定性を備えたシンチレータです。これまでシ...

スピントロニクスの発展により、強磁性体を用いた不揮発性メモリー（磁気抵抗メモリー：MRAM）の社会実装が進展し、半導体集積回路の高機能化・省エネ化に貢献しています。一方で近年、基礎研究の領域では、全体としては磁力を持たない磁性材料である反強磁性体が注目されています。これまでこの反強磁性体の強磁性体との類似点や相違点が様々な角度から調べられてきましたが、強磁性体に対する工学的な優位性は明らかではありませんでした。このたび東北大学、物質・材...

東京大学大学院新領域創成科学研究科の劉蘇鵬大学院生、六本木雅生大学院生（研究当時／現在：理化学研究所研究員）、石原滉大助教、橋本顕一郎准教授、芝内孝禎教授らの研究グループは、同大学物性研究所、東北大学金属材料研究所、日本原子力研究開発機構、カリフォルニア大学サンタバーバラ校、仏エコール・ポリテクニークとの共同研究により、カゴメ格子と呼ばれる構造をもつ金属物質「CsV3Sb5」で観測される非単調なホール効果の起源を明らかにしました。従来この現象は、ループ状の渦電流による「異常ホール効果」と呼ばれる特殊な電子の振る舞いによるものと考えら...

脱炭素社会の実現に向け、200℃以下の低温廃熱の有効活用が求められており、これを貯蔵し再利用する蓄熱材料の開発が課題となっています。層状二酸化マンガンは、これまで約130℃で大気中の水分子を層間に取り込む、高密度かつ高速に蓄放熱可能な材料として注目されてきました。東北大学大学院工学研究科の吉迫大輝 大学院生、同大学金属材料研究所の岡本範彦 准教授と市坪哲 教授（日本原子力研究開発機構 原子力科学研究所 先端基礎研究センター 耐環境性機能材料科学研究グループリーダー兼任）らの研究グループと、日本原子力研究開発機構 原子力科学研究所 先端基礎研究センター耐環境性機能材料科学研究グループ...

原子核の核分裂は、原子力エネルギー利用を支える基本的な現象であり、また基礎科学においては超重元素の存在限界を決め、天体において、鉄より重い元素が作られる核反応過程に影響を与えるなど、重要な現象です。そのため、核分裂は原子力エネルギー利用と科学的重要性から80年以上研究されています。原子核を「電荷を帯びた液滴」と考える古典モデル（液滴模型）では、核分裂によって２つの等しい質量の核分裂片が生成します。一方、原子核の中では、中性子や陽子の運動に由来する殻構造のため、原子核は大小２つの質量の異なる核分裂片に分裂する経路（モード [1]）が発達していることがウラン（236...

宇宙開発や水素社会などの分野においては、軽量でありながら激しい温度変化に対応できる形状記憶合金の開発が求められています。東北大学学際科学フロンティア研究所の許勝助教、同大学大学院工学研究科貝沼亮介教授、大森俊洋教授、宋雨鑫大学院生（研究当時）らの研究グループは、日本原子力研究開発機構、J-PARCセンター、チェコ科学アカデミーなどとの共同研究により、−269℃の極低温から+127℃の高温までの広い温度範囲で優れた超弾性特性を示す新規軽量形状記憶合金の開発に成功しました。開発したチタン-アルミニウム基合金は、室温での比重が4.36と従来材より約3割低く、...