物性セミナー/2019-5

2019-5-31

2019年 夏学期 第4回 物性セミナー

講師 増渕 覚 氏(東大生産研)

題目 二次元層状物質の自動劈開・探索・積層によるファンデルワールス超格子の作製

日時 2019年 5月 31日(金) 午後4時50分

場所 16号館 827

アブストラクト

Van der Waals heterostructures are comprised of stacked atomically thin two-dimensional crystals and serve as novel materials providing unprecedented properties. However, the random natures in positions and shapes of exfoliated two-dimensional crystals have required the repetitive manual tasks of optical microscopy-based searching and mechanical transferring, thereby severely limiting the complexity of heterostructures.

To solve the problem, we develop a robotic system that automatically searches exfoliated 2D crystals and assembles them into vdW superlattices inside the glovebox [1]. The system can autonomously detect 400 monolayer graphene flakes per hour and stack four cycles of the designated two-dimensional crystals per hour with few minutes of human intervention for each stack cycle. The system enabled fabrication of the vdW superlattice structures consisting of 29 alternating layers of the graphene and the hexagonal boron nitride flakes. Fabricated graphene devices exhibited unprecedented charge carrier mobilities (>1,000,000 cm2/Vs), demonstrating the suitability of the method for prototyping variety of high quality vdW superlattices. The fabrication efficiency can be further enhanced by developing the machine-learning algorithm for automatically identifying graphene flakes form the optical microscopy images [2], which eliminates the parameter tuning process to detect graphene flakes.

[1] S. Masubuchi et al., Nature Communications 9, 1413 (2018).

[2] S. Masubuchi et al., npj 2D Materials and Applications 3, 4 (2019).

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物性セミナーのページ

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2019-5-24

2019年 夏学期 第3回 物性セミナー

講師 柳澤 実穂 氏 (東大総合文化　先進科学研究機構)

題目 細胞サイズ空間に閉じ込められた高分子溶液の分子拡散や相転移

日時 2019年 5月24日(金) 午後4時50分

場所 16号館 827

アブストラクト

複雑な生命現象を理解する上では、生物細胞を用いたトップダウン的アプローチだけでなく、全要素が既知な物質集合体である細胞モデルを用いたボトムアップ的アプローチも強力なツールである。我々は、脂質膜で覆われたマイクロメートルサイズの液滴を細胞モデルとして用い、その内部に閉じ込められた高分子の分子拡散や相転移を解析し、バルクとの違いを明確化することで、細胞サイズ特異性の物理的意味を探ってきた。細胞モデル中では、微小体積効果や高分子と膜との相互作用などにより、高分子のゲル化に伴う二次構造転移の変化[1]や、高分子間の相分離の促進[2]など、バルクとは異なる相転移が生じる。本セミナーでは、この要因について、細胞モデル中での分子拡散変化[3]と近年示唆されつつある高濃度溶液中での高分子クラスター化[4]から議論したい。

[1] A. Sakai, et al., ACS Cent. Sci., 4:477-483 (2018)

[2] M. Yanagisawa, et al., PNAS, 111:15894-15899 (2014)

[3] C. Watanabe & M. Yanagisawa, Chem. Phys. Phys. Chem., 20:8842-8847 (2018)

[4] G. Nawrocki et al., J. Phys. Chem. B, 121:11072–11084; S. von Bülow, et al., PNAS, 201817564 (2019)

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2019-5-17

2019年 夏学期 第2回 物性セミナー

講師 那須 譲治 氏(横浜国大 理工学部)

題目 キタエフ量子スピン液体の熱伝導現象

日時 2019年 5月 17日(金) 午後4時50分

場所 16号館 827

アブストラクト

極低温まで磁気秩序を示さない量子スピン液体はP. W. Andersonによる理論提案以降、およそ半世紀にわたって磁性物理学の主要な研究テーマのひとつになっている。この状態にはあらわな秩序変数が存在しないため、それをどのようの特徴づけるかが議論となっている。近年では、その特徴としてスピンの分数化が注目され、それによって生じるフェルミ励起に由来した極低温での比熱の漸近的な振る舞いなどが実験的に調べられている。このような実験結果と比較するためには有限温度の理論計算が必須となるが、量子スピン液体の性質を理論的に理解するのは絶対零度ですら困難であることが知られている。本研究では、量子スピンの顕著な特徴である分数励起を捕らえるため、厳密に量子スピン液体を基底状態に持つキタエフ模型[1]に注目する。この模型は単なるtoy modelではなく、スピン軌道相互作用の強い絶縁磁性体がその候補物質となり得ることが指摘されており[2]、実験理論共に精力的な研究が行われている。我々は、この模型に量子モンテカルロ法を適用し、実験的に測定可能な有限温度における物理量の計算を行った。この模型では、量子スピンの分数化により、創発マヨラナ準粒子と六角形を貫くZ2フラックス励起が生じる。この2種類の分数励起のうち、前者が遍歴性を有するため、輸送現象の測定はキタエフ量子スピン液体の分数化を明らかにする上で重要な手段となり得る。ここでは特に、縦熱伝導度及び熱ホール伝導度の温度変化を詳しく調べた[2]。縦熱伝導度は、相互作用のエネルギースケールに対応する温度でピークを持つ。磁場を導入すると縦熱伝導度はほぼ変化しないが、熱ホール伝導度は磁場の導入に伴って有限となり、非単調な温度依存性を示した後、低温で量子化が起きる[3]。量子化値は電子系で期待されるものの半分であり、これは熱輸送をマヨラナ粒子が担っていることを意味する。近年、候補物質RuCl3において、熱ホール伝導度の測定が行われており、半量子化の観測が報告されている。これは、マヨラナ準粒子の存在を強く示唆するものであり、当日は、我々の計算結果と実験との対応も議論する[4,5]。

[1] A. Kitaev, Ann. Phys. (N. Y.) 321, 2 (2006).
[2] G. Jackeli and G. Khaliullin, Phys. Rev. Lett. 102, 017205 (2009).
[3] J. Nasu, J. Yoshitake, and Y. Motome, Phys. Rev. Lett. 119, 127204 (2017).
[4] Y. Kasahara et al., Phys. Rev. Lett. 120, 217205 (2018).
[5] Y. Kasahara et al., Nature 559, 227 (2018).

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