2025年9月の気になった論文（暫定版）
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‐2025/9/3‐‐‐
Phase-Sensitive Measurements on a Fermi-Hubbard Quantum Processor
フェルミオン系量子プロセッサは、相関フェルミオン物質の量子シミュレーションにおいて有望なプラットフォームである。本研究では、光超格子中に閉じ込めたフェルミオン系において、時間発展演算子の複素期待値（一般にロスミットエコーと呼ばれる）を測定するためのハードウェア効率に優れたプロトコルを提案する。具体的には、フェルミ・ハブバーモデルについて、ハーフフィルリング状態および有限ドーピング状態におけるアルゴリズムの解析を行う。
Statistical Mechanics of Paraparticles
量子力学において、粒子は大きくフェルミオンとボソンの2種類に分類される。フェルミオンは半整数スピンを持つ粒子であり、パウリの排他原理とフェルミ・ディラック統計に従う。一方、ボソンは整数スピンを持つ粒子で、パウリの排他原理には従わず、ボース・アインシュタイン統計に従う。ただしこの基本分類には2つの例外が存在する：第一に、2次元系にのみ存在するエニオン、第二に任意の次元で存在可能なパラ粒子である。パラ粒子は非自明なパラ統計に従い、一般化された排他原理を遵守する。本論文では、論文\cite{wang2025particle}において確立されたパラ粒子統計の基礎理論について詳細に考察する。
Quantum Pontus-Mpemba Effects in Real and Imaginary-time Dynamics
量子ポントス＝ムペンバ効果（QPME）とは、量子系が対称ハミルトニアンのみによる直接的な進化過程よりも、2段階の進化プロトコルを通じてより迅速に緩和するという直感に反する現象である。このプロトコルでは、まず系が対称性を破るハミルトニアンの下で進化し、その後対称ハミルトニアンに切り替える。本研究では、U(1)対称性に関して、実時間ダイナミクスと虚時間ダイナミクスの双方においてQPMEが発生することを実証する。傾斜した強磁性初期状態を用いることで、過渡的な非対称進化が、実時間進化および虚時間進化のそれぞれにおいて、系の熱化過程あるいは基底状態への収束を著しく加速することを示す。
Ideal Optical Flux Lattices
極低温原子気体における分数量子ホール（FQH）状態の実現は、量子シミュレーション分野における長年の重要な目標である。従来用いられてきた手法――高速回転ガスやタイトバインディング格子など――は、相互作用エネルギーの低さや多体エネルギーギャップの狭さといった制約に直面することが多い。光流格子（OFL）はより高い有効磁束密度を達成可能であるものの、標準的な二状態構成では磁場分布が不均一になる問題があり、多状態系への拡張には実験的な複雑さが伴う。本研究では、わずか二つの内部原子状態のみを用いてOFL中に頑健なFQH相を創成する新たな理論的枠組みを提案する。
Nonadiabatic Wave-Packet Dynamics: Nonadiabatic Metric, Quantum Geometry, and Analogue Gravity
本研究では、緩やかに変化する空間的・時間的摂動を受けるブロッホ電子の非断熱的波動パケット動力学について、統一的な理論を構築した。
Reexamining Machine Learning Models on Predicting Thermoelectric Properties
熱電材料は、廃熱を電気エネルギーに変換することでクリーンエネルギーを生成することが可能である。熱電材料の性能は、無次元の性能指数ZTによって評価される。高ZT値を有する材料の探索は、実験的・理論的両面において広範な研究対象となっている。しかしながら、材料空間が極めて広大であるため、高ZT材料の発見には多大な時間とコストを要する。新規熱電材料の発見効率を向上させるため、近年の研究ではデータベースを活用した機械学習手法を用いて高ZT値候補材料の探索が行われている。本研究では、機械学習モデルが熱電特性を予測する際の性能に、さまざまな物理的概念を追加することの影響について詳細に検討する。
本研究の目的は、熱電材料（TE材料）の設計において、基礎物理現象をより正確に捉えるモデルの能力を向上させることである。ここで考慮する概念には、短距離秩序構造と結晶構造クラスが含まれる。得られた結果からは、精度の一定の向上が確認された。ただし、現行のモデルでは希薄合金と濃縮合金の区別ができないため、ドーピング効果の予測には不十分な点がある。
Hidden ferromagnetism of centrosymmetric antiferromagnets
時間反転対称性（𝒯）の破れは、強磁性の特徴的な現象であり、異常ホール効果（AHE）や軌道磁気モーメント（OM）といった現象を引き起こす。しかしながら、この𝒯の破れは特定の種類の反強磁性体――弱強磁性体やオルタマグネットなど――においても観測可能であり、これらは空間反転対称性の下で不変である。この強磁性との類似性を考慮すると、このような異常な反強磁性（AFM）状態が、最も単純な強磁性状態――すなわち、単一の磁性サイトのみを含む最小単位胞内で表現可能かどうかという疑問が生じる。本研究では、この種の表現が可能であることを示す。その根拠は、このAFM状態を宿す反強誘電性歪み格子におけるスピン軌道（SO）相互作用の特殊な形態にある。
Recent Advances in Unconventional Ferroelectrics and Multiferroics
新規な強誘電性材料は、その特異な物性特性により、次世代ナノエレクトロニクスおよびスピントロニクスデバイス開発における新たな可能性を切り開くことが期待されている。本論文では、従来とは異なるタイプの強誘電性システムについて体系的に考察する。具体的には、Hf系材料および基礎的強誘電体から、積層強誘電性、極性金属状態、分数量子強誘電性、ウルツ鉱型強誘電性、さらには自立膜状強誘電性に至るまでを網羅的にレビューする。さらに、マルチフェロイック材料についても詳細に検討し、特に新規磁気状態と強誘電性の相互作用、および強谷-強誘電性結合機構に焦点を当てる。最後に、本分野における現在の課題と今後の研究機会について総括的に論じる。
"One defect, one potential" strategy for accurate machine learning prediction of defect phonons
原子スケールの振動運動は、固体中の欠陥部位におけるフォノン補助型電子遷移において極めて重要な役割を果たす。しかしながら、欠陥系におけるフォノン計算は、大規模スーパーセルを用いた第一原理計算の計算コストが高いため、しばしば困難を伴う。近年、ユニバーサル機械学習原子間ポテンシャル（MLIP）などの基盤モデルが、高速なフォノン計算を実現する有望な代替手法として登場している。ただし、これらの手法の定量的精度は未だ十分とは言えず、非放射性キャリア捕獲速度などの高度な欠陥フォノン計算への基礎的な適用には限界がある。本論文では、「1つの欠陥に対して1つのポテンシャル」という新たな戦略を提案する。この手法では、MLIPを限られた数の摂動を加えたスーパーセルデータセットを用いて学習させる。
Dipolar Nematic State in Relaxor Ferroelectrics
リラクサー強誘電体は、極めて優れた誘電特性と電気機械特性を示すが、その微視的起源は階層的な極性構造と化学的複雑性の相互作用により、依然として解明されていない。極性ナノ領域やナノドメインを基盤としたモデルは現象論的な理解において貴重な知見を提供するものの、圧電係数などの機能特性を定量的に記述するために必要な第一原理的な予測能力を欠いている場合が多い。本研究では、汎用的な第一原理ベースの機械学習原子間ポテンシャルによって可能となった大規模分子動力学シミュレーションを用いて、代表的なPb系・Bi系・Ba系リラクサーにおける原子スケールの極性ダイナミクスを詳細に調査した。すべての系において、我々は従来の極性クラスターを基盤としたパラダイムに挑戦する、普遍的な双極子ネマティック状態を発見した。この状態は、局所的な分極の整列を伴わずに長距離にわたる分極方向の秩序を示すという特徴を有する。
Conductive domain walls in ferroelectrics as tunable coherent THz radiation source
BiFeO3結晶中の導電性ドメインにおける電流に伴う赤外線照射後のTHz放射について、理論的に検討を行った。この実験的に観測されている現象は、ドメイン壁のストライプ構造が金属共鳴器として機能し、電荷蓄積の振動がドメイン壁の端部で生じていることによって説明される。
Direct spatiotemporal imaging of a long-lived bulk photovoltaic effect in BiFeO3
中心対称性の破れに起因するバルク光起電力効果（BPVE）は、物質の対称性と量子幾何学的特性を解明するための重要な指標として、また新規光電子デバイスへの応用可能性から、近年大きな注目を集めている。バルク材料特有の現象であるにもかかわらず、BPVEの測定は通常、界面や金属電極を用いて行われるため、観測される信号が真にバルク起源のものかどうかについて疑問が呈されてきた。本研究では、非接触型ポンプ・プローブ顕微鏡法を駆使し、単結晶・単一ドメイン構造を有するBiFeO3における光励起キャリアの空間的・時間的ダイナミクスを詳細に観測した。
極性軸に沿ったキャリアの非対称輸送を観察し、BPVE の本質的なバルクおよび対称性駆動の性質を確認しました。
A Concise Review of Recently Synthesized 2D Carbon Allotropes: Amorphous Carbon, Graphynes, Biphenylene and Fullerene Networks
二次元（2D）炭素同素体は、その特異な物性と電子工学、触媒、エネルギー貯蔵、センシングなど多岐にわたる分野での応用可能性から、近年大きな注目を集めている。グラフェンの実験的実現を契機として、これまでに数多くの他の2D炭素構造体が提案され、場合によっては実際に合成にも成功している。本研究では、グライネ、ビフェニレン系ネットワーク、フラーレンネットワーク、および単層アモルファス炭素など、近年実験的に実現された2D炭素同素体について簡潔にレビューする。
Migration as a Probe: A Generalizable Benchmark Framework for Specialist vs. Generalist Machine-Learned Force Fields in Doped Materials
機械学習によって構築された力場（MLFF）、特に事前学習済みの基盤モデルは、分子動力学シミュレーションにおいて量子力学的第一原理計算レベルの精度を、分子スケールの時間・空間領域にまで拡張する可能性を秘めている。しかしこの技術転換に伴い、根本的な疑問が生じる：特定のシステムに対しては、ゼロから専門モデルを構築するのと、汎用的な基盤モデルを適応させるのとでは、どちらが優れたアプローチなのか？データ効率性、予測精度、および分布外（OOD）領域での失敗リスクといったトレードオフ関係については、未だ明確な結論が得られていない。本研究では、技術的に重要な2次元材料であるCr層間挿入型Sb2Te3をテストケースとして、MACEアーキテクチャを用いた場合の、専用設計モデル（ゼロから構築）とファインチューニング済み基盤モデルの性能比較フレームワークを提案する。
Operating advanced scientific instruments with AI agents that learn on the job
次世代X線光源や自動運転型実験施設といった先進的な科学研究用設備は、日常的な作業の自動化と迅速な実験・特性評価を可能にすることで、科学的発見のあり方を革新している。しかしながら、これらの施設は新たな実験ワークフローへの対応、多様なユーザープロジェクトへの適応、そしてより複雑な機器や実験への高まる要求に応えるため、継続的な進化が求められている。この継続的な開発プロセスには重大な運用上の複雑さが伴うため、ユーザビリティ、再現性、そして直感的な人間-機器間インタラクションの実現に重点を置く必要がある。本研究では、大規模言語モデル（LLM）によって駆動されるエージェント型AIを、このような目標を達成するための革新的なツールとして統合する可能性について検討する。
afspm: A Framework for Manufacturer-Agnostic Automation in Scanning Probe Microscopy
走査型プローブ顕微鏡（SPM）は、材料表面の物理的特性を詳細に調査可能な有用な技術である。しかしながら、実験実施に要する時間の長さと、操作に必要とされる高度な専門知識が、SPMの広範な普及を妨げる要因となっている。近年の研究では、複数の形態の自動化を導入することでこの課題を改善できる可能性が示されているものの、それらの技術は開発元のSPMシステム以外との統合が困難であるため、その適用範囲は限定されている。このような状況を踏まえ、本研究では、開発されたコンポーネントのコード共有と再利用性を促進することを目的とした、SPM向けの自動化フレームワークを提案する。
rhodent: A Python package for analyzing real-time TDDFT response
リアルタイム時間依存密度汎関数理論（rt-TDDFT）は、フェムト秒あるいは光領域における物質の動的応答を研究するための確立された手法である。この手法では、コーン・シャム（KS）波動関数を時間方向に伝播させ、原理的には任意の時刻における任意の観測可能量を抽出することが可能である。また、フーリエ変換を施すことで分光量を抽出することもできる。現在、数多くの公開コードがrt-TDDFTを実装しており、これらのコード間ではKS方程式の数値解法、利用可能な交換相関汎関数、および解析機能の面で差異が存在する。rt-TDDFTを利用するユーザーにとって、これは不便な状況である。なぜなら、あるコードで利用可能な数値計算手法を用いなければならない一方で、別のコードで利用可能な解析手法を必要とする場合があるからだ。本論文では、rt-TDDFT計算の出力処理を目的としたモジュール型Pythonパッケージ「rhodent」を紹介する。本パッケージを用いることで、ホットキャリア分布、エネルギー、誘起密度、双極子モーメント、およびそれらの各種分解能を計算することが可能である。
Nanoscale Dipolar Fields in Artificial Spin Ice Probed by Scanning NV Magnetometry
ダイヤモンド内の単一の窒素空孔 (NV) 中心に基づく走査プローブ顕微鏡を使用して、異なる格子定数を持つ 2 つの正方格子人工スピンアイス (ASI) システムの双極子結合場を調査します。
Probing the Nanoscale Excitonic Landscape and Quantum Confinement of Excitons in Gated Monolayer Semiconductors
ナノスケールにおける励起子の工学的制御と特性解明は、量子フォトニクスおよび光電子工学分野における中核的な課題である。電気的制御や歪みエンジニアリングによる励起子閉じ込め効果は2次元半導体において実証されているものの、ナノスケールレベルの大きな不均一性が、2次元量子フォトニックデバイスアーキテクチャのスケーラビリティを制限する要因となっている。本研究では、カソードルミネッセンス分光法を用いて、静電ゲート制御下における単層WS2の励起子状態分布を詳細に調査した。
Shot noise as a probe for Andreev reflection in graphene-based heterojunctions
ショットノイズは、電荷輸送の離散的性質に起因して生じる現象であり、メソスコピック導体における電流流を支配する微視的輸送機構を直接的に観測する手段を提供する。本研究では、量子ショットノイズがアンドレーエフ反射の直接的かつ頑健な指標として機能し、グラフェン-超伝導体接合、グラフェン-超伝導体-グラフェン三層接合、および超伝導体-グラフェン-超伝導体接合において、後方反射過程と鏡面反射過程を明確に区別できることを実証する。
Real-space observation of the low-temperature Skyrmion lattice in Cu2OSeO3(100) single crystal
Cu2OSeO3は、熱力学的に安定な2つの異なるスキルミオン相が同定されたスキルミオンホスト材料である。本研究では、バルクCu2OSeO3(100)単結晶における低温磁性相の磁気力顕微鏡画像を報告する。
Observation of moiré trapped biexciton through sub-diffraction-limit probing using hetero-bilayer on nanopillar
ナノスケールにおける粒子間相互作用の強度を精密に制御する技術は、極めて興味深い研究対象である。このような相互作用の分光的特徴は往々にして微弱であり、観測には特殊な検出手法が必要となる。この目的において、モアレ超格子の周期的ポテンシャル井戸に捕捉された層間励起子は、特に相互作用に引力成分と斥力成分の両方が存在することから、豊かな相互作用物理を示す。本研究では、WS2/WSe2ヘテロ二層構造において、層間モアレポケットから層内モアレポケットへと長さスケールが縮小する際、2つの層間励起子間のクーロン力が斥力から引力へと反転する現象を明らかにした。この現象は、直接相互作用と交換相互作用が複雑に競合することによって生じるものである。
Realizing Blume-Capel Degrees of Freedom with Toroidal Moments in a Ruby Artificial Spin Ice
イジングモデルを超えるエキゾチックなハミルトン力学系の実現は、実験的統計物理学における重要な研究課題の一つである。その代表的な例として、3状態スピンモデルであるブルーメ・カペルモデルが挙げられる。このモデルの相図には、二次相転移線と一次相転移線が収束するトリクリティカル点が存在し、これにより常磁性相・強磁性相・無秩序相が共存する特異な現象が観測される。本研究では、ルビー格子のリンク上に単一ドメインナノ磁石からなる人工結晶を構築し、ブルーメ・カペルモデルの自由度を実空間において直接観測可能な系を実現した。
Racetrack computing with a topological boundary ratchet
多安定秩序パラメータは、空間領域において不揮発性情報を符号化する自然な手段を提供する概念であり、これは磁気メモリデバイスの基礎原理となっている。しかしながら、この安定性は本質的に、情報処理や読み出しのためにデバイス内で情報を移動させる必要性と矛盾する。磁気系においては、電流や外部磁場を用いてドメインを輸送することが可能であるが、中性系において情報を保持したドメインを確実に輸送する機構は未だ限られている。本研究では、弾性メタマテリアルにおいてトポロジカルな境界ラチェットを実験的に実現した。ここでは、デジタル情報が屈曲ドメインに符号化され、周期的な負荷によって量子化された形で輸送される機構を採用している。
Domain Wall Engineering in Graphene-Based Josephson Junctions
近年の研究進展により、グラフェン中にトポロジカルキンク状態を有するドメイン壁（DW）を制御的に作製することが可能となった。これと並行して、グラフェンベースのジョセフソン接合を構築するための信頼性の高い技術も確立されている。現在、DWとジョセフソン接合を統合するための実験的条件は整っているものの、この研究分野は依然として未開拓の領域が多い。本研究では、トポロジカルキンク状態を介したグラフェンベースのジョセフソン接合における輸送特性を理論的に検討するとともに、DWを制御するための3つの工学的戦略を提案する。
Classification of topological insulators and superconductors with multiple order-two point group symmetries
本論文では、ℤ2×n 型の点群対称性が存在する場合におけるトポロジカル絶縁体および超伝導体の分類群を計算する手法を提案する。この手法は任意の自然数 n に対して適用可能である。
Interaction-limited conductivity of twisted bilayer graphene revealed by giant terahertz photoresistance
量子材料における相関状態および量子臨界状態を理解するには、伝導率を制限する微視的プロセスを特定することが不可欠です。ねじれ二層グラフェン（TBG）をはじめとするねじれ制御材料では、金属抵抗率の温度依存性がべき乗則に従い、その指数が広い範囲にわたるため、標準的な輸送測定では支配的な散乱過程を明確に特定できず、フォノン制限輸送やウムクラップ散乱から、ストレンジ金属性や重いフェルミオンの再正規化に至るまで、様々な解釈が競合します。本研究では、テラヘルツ（THz）励起を用いてTBG中の電子温度を選択的に上昇させながら格子温度を低温に保ち、抵抗率への電子-電子寄与と電子-フォノン寄与を直接分離することを可能にします。
テクニカルすぎる
Breakdown of the Kirchhoff's law of thermal radiation by a spatiotemporally modulated nonreciprocal metasurface
キルヒホッフの熱放射法則によれば、熱平衡状態において物質表面の放射率はその吸収率と等しくなる。この基本原理は、光源と検出器間におけるエネルギー交換を相互的に規定することで、フォトニックシステムの効率に本質的な制約を課している。この相互性の原理を破ることは、エネルギー変換、放射冷却、中赤外線領域におけるセンシングおよびイメージング用途のフォトニックデバイス開発において特に重要である。相互性の制約を克服するためのフォトニックプラットフォームへの需要が高まる中、本研究では室温環境下でキルヒホッフの法則を破ることが可能な中赤外線周波数帯で動作する、時空間変調型非相互性メタサーフェスの世界初の実証成果を発表する。具体的には、グラフェンを基盤とした集積フォトニック構造を作製し、ギガヘルツ周波数で変調されたメタサーフェスからの非相互性反射を実験的に実証した。
Entropy Flow at the Quantum Limit
熱管理は、マクロスケールから集積回路や量子技術におけるミクロスケールに至るまで、重要な課題である。関連する熱流I_Qについては、熱力学の誕生以来、エネルギー流I_Eから対流による寄与I_Nを差し引くという消去法によって理解されてきた（I_Q = I_E - I_N）。しかしながら、量子極限においては、この公式が熱流によって運ばれるエントロピーがゼロに収束するにもかかわらず、その値が無限になるという矛盾した結果を導く。この矛盾を解決するため、我々は従来の熱流公式に量子論的な項が欠けていることを指摘する。
正しい量子公式によれば、量子プロセスで生成される熱はこれまで考えられていたよりもはるかに小さく、量子マシンの効率にそれに応じた有益な結果をもたらすことが予測されます。
Self-Organising Memristive Networks as Physical Learning Systems
物理システムを用いた学習は、物理的基盤に内在する非線形ダイナミクスを活用して学習を実現する新たなパラダイムとして注目されている。このパラダイムシフトの背景には、従来のトランジスタベースのハードウェア上で実装される人工ニューラルネットワークソフトウェアの持続可能性に限界があるという根本的な問題がある。本解説では、抵抗変化型メモリのナノスケール素子で構成され、動的に再構成可能で自己組織化機能を備えた電気回路ネットワークを用いた有望なアプローチを紹介する。実験的進展により、これらの自己組織化メムリスタネットワーク（SOMNs）内部における非自明な相互作用が明らかになり、その集合的な非線形ダイナミクスと適応的挙動に関する知見が得られている。さらに、これらの特性を様々なハードウェア実装において学習プロセスに活用する方法についても考察する。
Band Geometry Induced Third-Harmonic Generation
第3高調波発生（THG）は、超高速イメージング、テラヘルツ（THz）信号生成、および対称性感受性プローブにおいて重要な非線形光学過程である。この過程は、通常、低次の応答成分が消失する中心対称性材料において支配的な役割を果たす。しかしながら、バンド構造の幾何学的特性、フェルミ面の効果、および不規則性がTHGの大きな増幅と波長可変性を可能にするメカニズムについては、未だ十分に解明されていない。本研究では、密度行列形式に基づく有限周波数量子動力学理論を構築し、第3高調波伝導率テンソルを導出する。
Topological Control of Polaritonic Flatbands in Anisotropic van der Waals Metasurfaces
異方性ファンデルワールス（vdW）材料は、方向依存性を示す光学特性と電子特性を有しており、方向性を持った光と物質の相互作用を自在に制御する上で極めて有用である。特に二硫化レニウム（ReS）は、面内方向における強い異方性と、膜厚に依存しない直接バンドギャップ励起子という特徴を有しており、これらの励起子は光とのハイブリッド化によって励起子ポラリトンを形成することが可能である。並行して、ナノスケールのサブ波長共振器を配列したメタサーフェスは、連続体準束縛状態（qBICs）として極めて鋭い光子モードをサポートできる。光子モードのトポロジカル変換により、分散関係が消失したフラットバンド、すなわち運動エネルギーが抑制され群速度がゼロとなる状態が実現可能である。材料固有の異方性は、堅牢な遠視野フラットバンドの形成とその制御という未開拓の可能性を秘めている。本研究では、本来的に異方性を示す励起子材料を共鳴型メタサーフェス構造に組み込むことで、その光子トポロジカル特性と光と物質の結合挙動が根本的に変化し、拡張された遠視野フラットバンドの形成を駆動・制御可能であることを実証する。
The Zeno-like effect in a spin-chain quantum battery
量子バッテリーは、コヒーレンス効果やその他の量子力学的現象を利用したエネルギー貯蔵・状態保持デバイスとして捉えることができる。これらのデバイスは環境ノイズに対して極めて敏感である。本研究では、適切に設計を行うことで、環境ノイズがスピン鎖型量子バッテリーにおける充電プロセスに「ゼーマン的」な安定化効果をもたらすことを明らかにした。この相互作用を詳細に調べるため、計算コストが比較的低く抑えられつつ大容量のエネルギー貯蔵が可能なシステムサイズN=6を対象とし、特に重要なのは、エルゴトロピーが総貯蔵容量とほぼ一致することから、蓄積されたエネルギーをほぼ完全に抽出可能となる点である。
Disorder-Induced Damping of Spin Excitations in Cr-Doped BaFe2As2
本研究では、Ba(Fe1-xCrx)2As2（CrBFA）系におけるスピン励起を、高分解能共鳴非弾性X線散乱（RIXS）法を用いて詳細に調査した。試料はx = 0、0.035、および0.085の3種類を用いた。CrBFA系において、Crは正孔ドーパントとして機能すると同時に、局所的なスピンを導入し、これがFe由来の磁気励起と競合する現象が観測された。特に、Fe由来の磁気励起は主に減衰効果によって軟化し、x = 0.085のドーピング濃度において過減衰状態に至ることが明らかとなった。このドーピング濃度レベルでは、角度分解光電子分光法（ARPES）による補完的測定から、ネマティックバンド分裂などの電子構造再構成効果が認められないことも確認された。我々は、置換不規則性とCrの局所スピンを明確に考慮した局所スピンモデルを構築し、本研究で得られた主要な観測結果をすべて再現することに成功した。これらの結果は、相関の強いHund金属において、電荷ドーピングよりもむしろ不規則性が支配的な役割を果たす事例を明らかにするものである。
Discovery of nodal-line superconductivity in chiral crystals
キラル結晶は、その構造的掌性を特徴とする物質群であり、バンドトポロジー、スピン軌道結合（SOC）、および電子相関の相互作用によって駆動される特異な量子現象を発現する。適切なキラル結晶材料の供給が限られているため、これらの物質における非従来型超伝導（SC）の研究は未だ十分に進展していない。本研究では、ミューオンスピン分光法、バンド構造計算、および摂動理論を統合的に用いることで、La(Rh,Ir)Si系材料ファミリーにおける非従来型超伝導の発見を報告する。
Reentrant superconductivity and superconductor-to-insulator transition in a naturally occurring Josephson junction array tuned by RF power
超伝導は、磁束の排除あるいは量子化を伴う損失のない電流伝導という特徴を持つ現象である。通常、この現象は磁場強度や温度が十分に高い条件下では抑制される。しかしながら、ごく稀に、温度や磁場を上昇させることで超伝導状態が再出現する現象が観測されることがある。これは「リエントラント超伝導」として知られる現象である。この現象は通常、強相関物質において競合する秩序状態から生じる。本研究では、比較的単純な系である粒状アルミニウム（grAl）において、温度と磁場の両方をパラメータとしたリエントラント超伝導を実証する。grAlは自然界に存在するジョセフソン接合アレイの特性を示す材料である。本研究では、この系において高周波（RF）電力を制御パラメータとして用いることで、温度と磁場の関数として再入性超伝導を明瞭に観測することに成功した。
Three prerequisites for high-temperature superconductivity in t-PtBi2
高温超伝導を支配する普遍的なメカニズムは依然として謎に包まれているものの、特定の物質においてこの現象が発現するための好適な条件群が明らかになってきた：（i）電子構造がフェルミ準位近傍において極めて高い状態密度を有すること、（ii）電子が自身の対形成を確実に行うために、他の自由度との有意な相互作用に対して感受性を示す必要があること、（iii）系の一部の物性を精密に制御できる能力が、臨界温度の最大化に大きく寄与すること。本研究では、高分解能角度分解光電子分光法（ARPES）を用いて、三方晶白金ビスマイト（t-PtBi2）がこれら3つの基準をすべて顕著に満たしていることを明らかにした。特にこの特性は、その表面に形成されるフェルミ弧として知られるトポロジカル表面状態において観察される。本研究成果は、このトポロジカル材料における高温超伝導の安定化と最適化に向けた重要な道筋を示すものである。
Intricacies of Frustrated Magnetism in the Kondo Metal YbAgGe
局所化した磁気モーメントの存在、それらのフラストレーション現象、および遍歴電子との相互作用は、凝縮系物理学における重要な研究課題である。フラストレーションを受けた磁気相互作用は、増大した揺らぎを伴う縮退基底状態を促進し、この現象は主に磁性絶縁体において研究対象となっている。金属中における遍歴電子と局所化電子の結合は問題をさらに複雑化させ、現在の理論枠組みは主に、遍歴電子が局所化スピン間の交換相互作用を媒介する極限ケース（RKKY相互作用）、あるいは磁気モーメントの形成を抑制するケース（近藤遮蔽効果）に限定されている。本研究では、歪んだカゴメ金属YbAgGeを対象に、フラストレーション、局所磁性、および遍歴電子の相互関係に関する未解決問題を詳細に実験的に解明し、フラストレーションを受けた近藤金属におけるこれらの要素の複雑な相互作用メカニズムを明らかにする。
Signatures of three-state Potts nematicity in spin excitations of the van der Waals antiferromagnet FePSe3
二次元（2D）近似的な正方形格子構造を有する量子材料において、電子間相関は2回回転対称性（C2対称性）を持つ電子ネマティック相を誘起し得る。この相は材料の物性に重大な影響を及ぼす。特に、蜂の巣格子のように3回回転対称性（C3対称性）を有する2D材料の場合、一軸応力下において光および熱力学的手法を用いて、ファンデルワールス反強磁性体（AFM）FePSe3において残留的な3状態ポッツ型ネマティック秩序が観測されている。本研究では、一軸応力下におけるFePSe3の磁気秩序構造とスピン励起状態を中性子散乱法によって詳細に調査した。
‐2025/9/1‐‐‐
Phonon-scattering-induced quantum linear magnetoresistance up to room temperature
本研究では、強磁場下（最大60 T）における高温領域（40～300 K）において、ワイル半導体テルルにおいて顕著な量子線形磁気抵抗効果（Quantum Linear Magnetoresistance: QLMR）が生じることを報告する。高磁場領域では、ワイルバンドにおいて最低ランダウ準位と第一ランダウ準位の間に大きなエネルギーギャップが形成され、これが熱励起を抑制することで高温環境下においてもランダウ量子化が維持される。QLMRは、多数キャリアが単一のランダウ準位に留まっている限り観測可能であり、単色性を必要としないため、室温まで持続することが確認された。QLMRの傾きと温度の間に逆相関関係が認められることから、この量子QLMRが量子極限における高温フォノン散乱に起因することが明らかとなり、約50年前に理論的に予測されていた現象が初めて実験的に実証された。
Observation of universal non-Gaussian statistics of the order parameter across a continuous phase transition
本研究では、運動量空間における単一原子分解能検出技術を活用し、相互作用を有する格子ボース気体の連続相転移過程において、秩序パラメータの振幅に関する確率分布関数を完全に測定した。その結果、ゆらぎがランダウ理論との類推に基づき測定された確率分布から再構築された有効ポテンシャルによって記述されることが明らかとなった。この有効ポテンシャルは、超流動（秩序）相において非自明な極小値を示し、相転移点において消失する特性を有する。
Exploring the signature of two ferromagnetic states and goniopolarity in LaCrGe3 through Hall effect
LaCrGe3は、強磁性（FM）材料における量子臨界現象を理解するための実験台となっている。また、特異な2つのFM相の存在も注目を集めている。本研究では、ホール効果を用いてこれらの相の存在を実証する。
Jetting with gels: Soft microgel networks stabilize and extend nozzle-free water jets
高速液体ジェットの安定性は、精密印刷技術から針不要の薬剤投与システムに至るまで、幅広い応用分野において極めて重要である。しかしながら、この安定性は本質的に毛管力による液滴分裂によって制限されている。ジェットを安定化させるための一般的な手法として、表面張力を低下させる界面活性剤の使用が挙げられる。ただし、表面音響波（SAW）駆動型のノズルレスジェットシステムにおいては、極端な変形速度によって従来の界面活性剤が脱離してしまうため、新たな安定化手法の開発が求められている。特に、本研究では、PNIPAMマイクロゲルのナノスケールにおける軟らかさを制御することで、この技術的限界を克服する堅牢かつ生体適合性の高い手法を見出した。
LREI: A fast numerical solver for quantum Landau-Lifshitz equations
我々は、開放型量子システムにおけるスピンダイナミクスを支配する量子 Landau-Lifshitz (q-LL) 方程式と量子 Landau-Lifshitz-Gilbert (q-LLG) 方程式を解くためのメモリ効率と時間効率に優れた方式である LREI (低ランク固有モード積分) を開発しました。
When Energy and Information Revolutions Meet 2D Janus
エネルギー資源の枯渇、環境問題の深刻化、そしてムーアの法則以降の情報ストレージ分野における集積回路の量子的限界は、世界的に喫緊の課題となっている。幸いなことに、空間対称性が破れた二次元（2D）ジャヌス材料は、圧力依存性や非線形光学応答、圧電性、バレー分極、ラシュバ型スピン分裂などの新たな特性を有しており、材料科学分野において物理的・化学的・生物学的特性を自在に制御・応用するための確固たる基盤を確立している。これらの材料は、エネルギー問題と情報問題に対する有望な解決策を提供するものである。本総説では、2Dジャヌス材料ファミリーに関する包括的なデータベースを研究者に提供するため、理論的予測、実験的作製手法、および特性制御戦略について体系的に整理・総括する。
Ultrafast nonlinear dynamics of indium tin oxide nanocrystals probed via fieldoscopy
光通信技術の高度化には、スケーラブルで高速、かつ実装面積がコンパクトなフォトニックスイッチングプラットフォームが不可欠である。効果的な光スイッチは、高いデューティサイクルで動作しつつ高速な回復時間を維持し、さらに十分な変調深度と完全な可逆性を備えている必要がある。インジウムスズ酸化物（ITO）などのコロイドナノ結晶は、これらの要件を満たすスケーラブルなプラットフォームとして有望である。本研究では、イプシロン近傍波長領域近傍におけるITOナノ結晶の透過率を、1メガヘルツの繰り返し周波数を持つ2サイクル光パルスによって変調する手法を実証した。
Maybe you don't need a U-Net: convolutional feature upsampling for materials micrograph segmentation
特徴基盤モデル、特に視覚トランスフォーマーは、画像の豊富な意味的記述子を生成する能力に優れており、（インタラクティブな）セグメンテーションや物体検出といった下流タスクにおいて有用である。計算効率の観点から、これらの記述子は通常パッチベースの構造を採用しているため、顕微鏡画像にしばしば見られる微細な特徴の表現に課題を抱える。また、材料科学や生物学分野の画像解析で一般的な大規模画像サイズへの対応にも限界がある。本研究では、入力画像を参照しながら、低解像度（すなわち大規模パッチサイズ）の基盤モデル特徴量をアップサンプリングする畳み込みニューラルネットワークを訓練する。
Tapping-mode SQUID-on-tip Microscopy with Proximity Josephson Junctions
ナノスケールの動力学を研究することは、量子材料の理解と量子チップ製造技術の発展において不可欠である。しかしながら、電流や散逸といった非平衡特性を測定し、それらと物質構造との関係を明らかにすることは、依然として大きな技術的課題となっている。超伝導量子干渉素子（SQUID）を利用した走査型ナノプローブは、その比類ない磁気感度と熱感度から、この分野において特に優れた測定手法として位置付けられる。本研究では、原子間力顕微鏡（AFM）とナノSQUIDセンシング技術を統合した「タッピングモードSQUID・オン・チップ」手法を提案する。
Topological Magnon Frequency Combs
トポロジカル物理学と非線形力学の相互作用を探求することで、物質の創発状態に関する深遠な知見が得られる。光子工学分野におけるトポロジカル周波数コムの最近の実験的実証に着想を得て、本研究では二次元三角型スキルミオン格子においてトポロジカルマグノン周波数コム（MFC）を新たに理論的に導入する。
Critical photoinduced reflectivity relaxation dynamics in single-layer Bi-based cuprates near the pseudogap end point
擬ギャップ相と超伝導相の両端点にわたる高濃度ドープ単層銅酸化物（Bi,Pb）2Sr2CuO6+δ（Pb-Bi2201）における光誘起過渡反射率ダイナミクスについて、光学的超高速時間分解ポンプ・プローブ分光法を用いて包括的な研究を行った。擬ギャップ相の端点に達する直前のPb-Bi2201において、Tc以上の温度領域における過渡反射率ダイナミクスは、最適ドープ状態のLa-Bi2201で観測される擬ギャップ応答と類似した特性を示すことが明らかとなった。
Odd-Parity Magnetism in Fe-Based Superconductors
奇パリティ磁性は、時間反転対称性を保持しつつ反転対称性を破るという、物質の興味深い相状態を構成する。本研究では、共面磁気秩序を示す鉄系超伝導体において、低エネルギーモデルと密度汎関数理論を統合的に用いることで、奇パリティ磁気状態が実現されることを実証する。
Demonstration of an optical microwave rectification by a superconducting diode with near 100% efficiency
超伝導エレクトロニクスは、次世代の計算機システムおよび通信システムにおいて、速度と電力効率の両面で顕著な優位性を発揮する。しかしながら、主要な半導体部品に対する単純で効率的かつスケーラブルな超伝導代替品が存在しないことが、実用的な導入を制限する要因となっている。本研究では、従来型のニオブ超伝導材料を用いて作製した平面ジョセフソン接合に基づくダイオードについて検討を行う。
これらのダイオードにおける非相互性は、接合部の幾何学的非対称性によって生じる自己電場効果に起因する。接合部パラメータを意図的に調整することで、実験的測定限界内で実質的に無限に近い非相互性を実現した。具体的には、一方の方向における超伝導臨界電流を完全に抑制しつつ、反対方向では有意な電流を維持するという特性を達成した。本研究の最大の新規性は、光ダイオード効果を実証した点にある。75 GHzマイクロ波放射に対して閾値のない整流効果を観測しており、このことからこれらのダイオードがほぼ理想的な光学的非相互性を示すことが明らかとなった。
SCE-NTT: A Hardware Accelerator for Number Theoretic Transform Using Superconductor Electronics
本研究では、完全準同型暗号（FHE）の高速化を目的として超伝導エレクトロニクス（SCE）の応用可能性を探求する。特に、FHE方式における主要な計算ボトルネックである数論的変換（NTT）に焦点を当てた。超伝導単一磁束量子（SFQ）論理回路とメモリを基盤とした専用ハードウェアアクセラレータ「SCE-NTT」を提案し、従来のCMOS技術の限界を超える高性能かつ高エネルギー効率を実現する。
Displacement-Field-Driven Transition between Superconductivity and Valley Ferromagnetism in Transition Metal Dichalcogenides
最近の実験研究において、バン・ホーベ充填近傍におけるねじれ二層WSe2系において、超伝導状態と相関磁性状態の間の転移が観測されている。この現象は、変位場Dによって駆動されるものである。本研究ではこの実験結果を理論的に解釈するため、2次元（2D）スピン軌道結合型六方晶系における超伝導状態と強磁性状態の間のD制御型転移に関する一般的な機構を提案する。本系では、バン・ホーベ特異点（VHS）がフェルミ面上に位置しているという特徴を有する。
Exact models of chiral flat-band superconductors
最近の実験研究において、菱面体構造グラフェンのフレーバー偏極したほぼ平坦バンド（FB）において超伝導が観測されるという驚くべき結果が報告されている。この発見を契機として、我々は反転対称性を有する単一フレーバーFB系のためのモデルクラスを提案する。本研究では、反対パリティを持つ軌道間に局所的な引力相互作用が存在する場合、厳密な超伝導基底状態が実現されることを示す。さらに、このモデルは短距離斥力を含む現実的な多フレーバー系にも適用可能であると主張する。その理由は、このような斥力の主要な効果が、異なるフレーバーを持たない軌道間に残存する可能性のある引力的相互作用を残しつつ、フレーバー偏極を誘起するためである。
Nonperturbative Semiclassical Spin Dynamics for Ordered Quantum Magnets
素励起間の相互作用がその運動エネルギーよりも支配的な秩序量子磁性体においては、摂動論的手法がしばしば適用困難となるため、束縛状態や励起連続体における重みの再分配といったスペクトル特性を捉えるためには、非摂動論的手法が不可欠となる。このような系において異常なスピン励起連続体が観測される実験報告が増加している一方で、その微視的解釈は依然として未解決の重要な課題である。本研究では、素励起の縮約ヒルベルト空間における厳密対角化法（THED：truncated Hilbert space exact diagonalization）と、行列積状態（MPS：matrix product state）シミュレーションという2つの相補的な非摂動論的手法を用いて、三角格子反強磁性体の1/3プラトー相におけるスピンダイナミクスを詳細に調査した。
Experimental realization of dice-lattice flat band at the Fermi level in layered electride YCl
電子間相互作用が電子の運動エネルギーを上回る平坦な電子バンド構造は、特異な相関物理現象の発現が期待される領域である。ダイス格子は、その興味深いバンドトポロジーから、長年にわたり平坦バンドのホスト材料として理論的に提唱されてきた。しかし、これまでダイス格子特有の平坦バンドを示す物質は一つも発見されていなかった。本研究では、角度分解光電子分光法（ARPES）を用いることで、ファンデルワールス（vdW）型エレクライド材料[YCl]2+ : 2e-において𝑬𝐅エネルギー領域にダイス格子型の平坦バンドが存在することを明らかにした。
心の目すぎんか？
Bayesian perspectives for quantum states and application to ab initio quantum chemistry
量子多電子問題は、凝縮系物質の現象論の核心に位置するだけでなく、化学現象の第一原理シミュレーションにおいても不可欠な要素である。化学系においては強い電子相関が普遍的に存在し、これらの系のシミュレーションにおいて極めて困難な課題となっている。さらに、この分野における予測的現象の解明には、化学的挙動を的確に記述するために極めて高い精度レベルが求められる。したがって、化学系の多電子状態を効率的に表現する手法として、確立された手法に代わる新たなアプローチとして、機械学習の原理に基づく手法が注目されている。本章では、第二量子化形式で表現される量子化学問題に関するこの分野における最近の進展状況と、この領域が直面する特有の課題について概説する。
Universal relation between residual resistivity and A coefficient in correlated metals
強い電子相関と不規則性の影響は、非従来型超伝導、金属-絶縁体転移、量子臨界現象といった創発現象において極めて重要である。これらの現象は現実の物質系において普遍的に存在するものの、電荷輸送に対する個々の寄与については未だ解明されていない。本研究では、モット絶縁体状態近傍の金属相において、化学置換による不規則性の度合いの制御と物理的圧力による電子相関強度の制御をそれぞれ独立に行い、両者の役割を分離して検証した。その結果、フェルミ液体領域における不規則性依存残留抵抗率ρ0（ρ ( T ) = ρ 0 + A T 2 で表され、ここでA ∝ ( m ⋆ / m ) 2は電子質量の増大度合いを定量化する）が明確に相関依存性を示すことが明らかとなった。従来の予想に反して、不規則性レベルを一定に保った場合、ρ0はAに対して線形的に増大することが観測された。このスケーリング関係は、分散σμ2を持つ化学ポテンシャルの揺らぎという観点から説明可能であり、ρ0 ∝ A σ μ 2という関係式が得られる。
A Hybrid Anyon-Otto thermal machine
我々は、1D エニオン ハバード モデルに基づく 4 ストローク量子熱機械を提案します。この機械は、低温でのエニオン排他統計から生じる過剰エネルギーを有限の仕事に抽出することができます。
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