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量子力学
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理研、1兆分の1秒で起きる磁気的性質の変化を観察することに成功
1兆分の1秒で起きる磁気的性質の変化を観察 −X線と赤外線のレーザーを組み合わせた極短時間測定− <要旨> 理化学研究所(理研)放射光科学総合研究センターの田中良和専任研究員と、ブルックヘブン国立研究所のマーク・ディーンAssociate Physicist、SLAC国立加速器研究所のディリン・ヂューInstrument Scientistらの国際共同研究グループは、極短パルスのX線領域のレーザーと赤外線領域のレーザーを使って、磁性体「Sr2IrO4」で起きる1ピコ秒(1兆分の1秒)程度の磁気的性質(スピンの配列)[1]の変化を観察することに成功しました。 極めて短い発光時間を持つ光である「極短パルスレーザー」によって、物質の電子状態や...
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世界初!異なる光周波数の二光子の干渉を実現 −情報処理能力の飛躍的拡大へ新しい道筋を拓く成果− ■ポイント ・「ビーム」ならぬ「周波数」のスプリッターを実現し、異なる光周波数の二光子の干渉に世界で初めて成功 ・周波数領域の光スプリッターによる基本量子回路が可能に ・光量子計算の新たなスケールアップ手法が拓け、情報処理能力の飛躍的拡大に期待 キーワード:光周波数多重化、二光子干渉、光量子計算 ■概要 大阪大学大学院基礎工学研究科 井元信之教授、東京大学大学院工学系研究科 小芦雅斗教授およびNICT 未来ICT研究所 三木茂人主任研究員のグループは、広帯域光周波数多重化を利用した大規模...
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東北大、永久スピンらせん状態と逆永久スピンらせん状態間の電気的制御に成功
永久スピンらせん状態と逆永久スピンらせん状態間の電気的制御に成功 〜次世代省電力・高速演算スピンデバイスの実現へ期待〜 【概要】 国立大学法人東北大学大学院工学研究科 吉住 孝平博士前期課程学生(現 トヨタ株式会社)、好田 誠准教授、新田 淳作教授らの研究グループは、半導体量子井戸の精密な構造設計により、スピン演算素子に必要な永久スピンらせん状態(※1)と逆永久スピンらせん状態(※2)間の電界制御に成功しました。これら二種類の永久スピンらせん状態間を電界制御することにより、半導体中の電子スピンの情報を長時間・長距離保持することが可能となり、かつ正確に情報伝達することが可能とな...
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強誘電体中の新たな量子現象を発見 −量子揺らぎで軽量化した強誘電ドメイン壁の運動を解明− ■要旨 理化学研究所(理研)創発物性科学研究センター動的創発物性研究ユニットの賀川史敬ユニットリーダー、強相関物性研究グループの十倉好紀グループディレクターらと、産業技術総合研究所(産総研)フレキシブルエレクトロニクス研究センターの堀内佐智雄研究チーム長の共同研究グループ(※)は有機物質の強誘電体において、水素原子と同程度の有効質量を持つ強誘電ドメイン壁を見いだしました。 強誘電体中における強誘電ドメイン壁は、一般に電界を印加することによって動きますが、その過程では熱エネルギーによって...
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九大、混ざらない金属元素同士がナノ粒子化により均質に混じり合う謎を解明
混ざらない金属元素同士がナノ粒子化により均質に混じり合う謎を解明 −新しい機能物質創製への展開に期待− ●概要 九州大学稲盛フロンティア研究センターの古山通久教授、石元孝佳特任助教らの研究グループは、通常は混ざらない金属元素同士がナノ粒子化によって均質に混じり合うようになるしくみを理論的に解明することに成功しました。この研究成果は、混ざらない元素を混ぜることで新たな物質機能を創製しようとする元素間融合アプローチの基礎となる科学的新規性の発見に加え、燃料電池電極触媒や排ガス浄化触媒用の新物質創製のための実用的なアプローチとして今後の展開が期待されます。 本研究成果は、2016...
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東北大など、液体金属流から電気エネルギーを取り出せることを解明
液体金属流から電気エネルギーを取り出せることを解明 〜電子の自転運動を利用した新しい発電へ〜 ■ポイント >電子の自転運動と液体金属の渦運動が量子力学的に相互作用することを世界で初めて証明した。 >電子の自転運動が液体金属流に応じて変化する性質を使った全く新しい発電方法を発見した。 >発電装置を超小型化し、ナノサイズの電源技術や流体速度計への応用が期待される。 JST戦略的創造研究推進事業において、ERATO齊藤スピン量子整流プロジェクトの東北大学 大学院理学研究科の高橋 遼(大学院生、兼 日本原子力研究開発機構 先端基礎研究センター 実習生)、日本原子力研究開発機構 先端基礎研究セ...
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東大と東京理科大、強磁場下のグラファイトで正負の電荷対による超伝導的状態が実現か
強磁場下のグラファイトで正負の電荷対による超伝導的状態が実現か 1.発表者: 秋葉和人(東京大学大学院理学系研究科物理学専攻 博士課程1年) 三宅厚志(東京大学物性研究所 助教) 矢口宏(東京理科大学理工学部物理学科 教授) 松尾晶(東京大学物性研究所 技術専門職員) 金道浩一(東京大学物性研究所 教授) 徳永将史(東京大学物性研究所 准教授) 2.発表のポイント: ◆負電荷を持つ電子どうしが対を作った超伝導は良く知られていますが、正負の電荷対による超伝導的状態が実現するのか、またどのような状態になるかは謎に包まれています。 ◆研究グループは、強磁場下の詳細な実験を通し...
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シリセンの基盤電子構造解明 −グラフェンを越えるシリセンの新機能開拓に道− 東北大学原子分子材料科学高等研究機構(AIMR)の高橋隆教授、一杉太郎准教授、菅原克明助教は、豊田中央研究所の中野秀之主任研究員らの研究グループと共同で、グラフェンを越えると期待されている新材料シリセンの層間化合物CaSi2を合成し、その電子状態の解明に世界で初めて成功しました。その結果、シリセンが見かけ上の質量がゼロとなる電子状態を持つことが明らかとなりました。この成果は、超高速電子デバイスへの応用が期待されているシリセンの基盤電子状態の理解と、その材料設計および機能開拓に大きく貢献するものです。 シリセン...
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「量子暗号に30年ぶりの新原理」 ―「読まれたら気づく」から「読めない」手法へ― 1.発表のポイント ◆従来の量子暗号(注1)は、不確定性原理(注3)に基づき、通信路(注2)の雑音量を監視することでセキュリティを確保していたのに対し、監視が不要な全く新しい原理に基づく量子暗号方式を提案 ◆特殊な光源は用いず、レーザー光パルス間の干渉効果のみを用いて、雑音耐性を飛躍的に向上し、セキュリティ確保のために費やされる通信量を大幅に削減 ◆既存の光通信技術を基に、物理法則に裏打ちされた強固なセキュリティをさまざまな場面で提供する道を拓く成果 2.発表概要: 量子暗号(注1)は、量子...
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世界で初めて、溶液反応の超高速時間・角度分解光電子分光に成功 ―溶液化学反応の機構解明に前進― <本研究成果のポイント> ○水溶液中の化学反応機構を解明する新しい研究手法を開発 ○水溶液の表面近くで起こる電子移動反応を解明 ○水溶液の表面に捕捉された電子の探索 京都大学(松本紘総長)、Wurzburg大学(Alfred Forchel 学長)、理化学研究所(野依良治理事長)は、世界で初めて、液体表面近くで起こる電子移動反応をリアルタイムに観測するフェムト秒[1]時間・角度分解光電子分光[2]に成功しました。これは、京都大学大学院理学研究科の鈴木俊法教授(理化学研究所光量子工学研究領域分子反応ダイナミ...
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理研と阪大、「右巻き、左巻きらせん」電子雲の歪み配列の可視化に成功
「右巻き、左巻きらせん」電子雲の歪み配列の可視化に成功 −「電子軌道配列の鏡像異性」という概念を提唱し実証− <ポイント> ・らせん状に配列した電気四極子を起源とする鏡像構造を実証 ・電気四極子らせん配列の右および左巻き構造の共存状態の空間分布を観測 ・新規の光学材料などの開発に期待 <要旨> 理化学研究所(理研、野依良治理事長)は、らせん状に配列した電気四極子[1](電子雲の歪み)を起源とする鏡像構造[2](キラリティ=右手と左手の関係を持つ構造)という概念を提唱し、実証しました。これは、理研放射光科学総合研究センター(石川哲也センター長)量子秩序研究グループ 励起秩序研...
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東北大と名大、測定誤差と擾乱の不確定性に関する新たな不等式の実験的検証に成功
測定誤差と擾乱の不確定性に関する新たな不等式の実験的検証に成功 <概要> 東北大学電気通信研究所・枝松圭一教授,名古屋大学大学院情報科学研究科・小澤正直教授らの研究グループは,量子力学の基本原理のひとつである「測定誤差と擾乱に関する不確定性関係」に関して,「ハイゼンベルクの不等式」が破れており,小澤が提案した「小澤の不等式」と,新たに提案された「ブランシアードの不等式」が成立していることを,弱測定と呼ばれる新しい計測法を用いた実験で検証することに成功しました。本実験技術は,量子暗号の技術開発に重要な役割を果たすことが期待されています。 量子力学では,二つの物理量(例えば位置...
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分子科学研究所など、固体中の原子の2次元運動を10兆分の1秒単位で制御し画像化に成功
固体中の原子の超高速運動を10兆分の1秒単位で 制御し画像化する新しい光技術 <ポイント> >超高速光デバイスの開発のために、固体中の原子運動を1兆分の1秒以下のスケールで制御し画像化する光技術の出現が望まれていました。 >固体中の原子の2次元運動を10兆分の1秒単位で制御し画像化に成功しました。 >将来の革新的な光デバイスの開発につながる汎用的な基盤技術として、また固体の物理的な機能性を探求するための新たな実験手法として期待されます。 JST課題達成型基礎研究の一環として、自然科学研究機構 分子科学研究所の大森 賢治 教授らは、固体の中の原子が高速で2次元運動する様子を、1...
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理化学研究所と東大、重いカルシウムで新しい「魔法数」34を発見
重いカルシウムで新しい「魔法数」34を発見 −原子核物理学の夢の1つ「安定原子核の島」到達の手掛かりに− <ポイント> ・カルシウム‐54は魔法数を2つ持ち原子核で特別な性質があると期待 ・RIビームファクトリーを使い、わずか10時間でカルシウムの同位体の性質を測定 ・魔法数が現れる新しい法則や未知の領域での魔法数の探索へ <要旨> 理化学研究所(理研、野依良治理事長)と東京大学(濱田純一総長)は、重いカルシウム同位体の研究から、新しい魔法数34を発見しました。これは、理研仁科加速器研究センター(延與秀人センター長)櫻井RI物理研究室のデービッド ステッペンベック 元国際特別研究...
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東大、新しい量子状態を示唆する電子のスピンと軌道が絡み合った共鳴状態の観測に成功
電子のスピンと軌道の絡み合った共鳴状態の世界初の解明 新しい量子状態の存在を示唆する成果 <本研究成果のポイント> ・新しい量子状態を示唆する、スピンと軌道が混ざったスピン軌道共鳴状態を観測 ・低温では、電子の軌道とスピンが強く関連しながら揺らいだ状態が実現していることを観測 <概要> 大阪大学大学院基礎工学研究科(物質創成専攻物性物理工学領域)若林裕助准教授、東京大学物性研究所 中辻知准教授を中心とする研究グループは、蜂の巣構造を基本骨格とする銅酸化物(図1)において、電子の持つ自由度であるスピンと軌道が量子力学的に混ざった状態に特徴的な構造を観測することに世界で初めて成...
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テラヘルツ光で電気分極の量子波の観測に成功 〜電子型有機誘電体における新しい準粒子の発見と光増殖効果〜 <背景> 真空中の電子は、もっともよく知られた素粒子の一つですが、物質中においては、単独の粒子としてではなく、周りに存在するたくさんの電子や原子との相互作用によって集団的に運動します。このような多数の電子や原子の集団は、量子力学的(波としての性質を持つ)な粒子(準粒子(注1))として理解することができます。例えば、原子の変位が波として伝わる音波(フォノン)や、磁気の波である(マグノン)などはその代表的な例です。物質ごとに異なる準粒子を発見することは、物質の電気的、磁気的な性...
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東大、シュレーディンガー猫状態光パルスの量子テレポーテーションに成功
シュレーディンガー猫状態光パルスの量子テレポーテーションに成功 1.発表者:古澤 明(東京大学大学院工学系研究科物理工学専攻 教授) 2.発表概要:量子力学の黎明期に提案された二大パラドックスである、シュレーディンガーの猫とアインシュタイン・ポドロスキー・ローゼン(EPR)のパラドックスをテーブルトップで同時に実現し、それらを組み合わせてシュレーディンガー猫状態光パルスの量子テレポーテーションに成功した。 3.発表内容:量子力学は黎明期に、その根幹を揺るがすいくつかのパラドックスが提案された。中でもシュレーディンガーの猫とアインシュタイン・ポドロスキー・ローゼン(EPR)の...