芝内・橋本研究室

凝縮系量子相物理学

研究内容紹介

本研究室では、高温超伝導に体表されるような、物質中の多数の電子が量子多体効果により示す様々な物質の量子相"QuantumPhases of Matter"を、最先端の低温物性実験技術を駆使して研究しています。このような量子相では、電子の持つ内部自由度であるスピンや電荷、軌道自由度が如実に顔を出すため、それらを利用した次世代機能物質の開発が期待されています。 本研究室では、例えば、長年未解決である高温超伝導の発現機構、その解明にヒントを与えるのではないかと期待される量子臨界点やBCS-BECクロスオーバーの物理(図1)、近年新しい概念として認識されつつある量子液晶・量子ガラスの物理(図2)、理論的研究が先行して実験的な検証が求められている量子スピン液体やトポロジカル超伝導状態などの多彩な現象を扱っています。 実際の実験では、自分たちで装置を設計し(図3)、測定プログラムを組み、解析方法を考えるなど、ルーチンワークではない研究を行いますので、研究を通して物理学の理解を深められるとともに、色んな測定に関する技術を身に着けることができます。

メッセージ

人の役に立ちたいと思って物理に向かった。アイディアが浮かんだ時に、それが正しいのか実験して確かめられるチャンスがすぐそこにあります。

卒業研究で高温超伝導の研究を始めて、金属超伝導を説明するBCS理論が物理学で最も美しい理論の一つであることを知り、また物理学の様々な分野にも影響を及ぼしていることに感動しました。高温超伝導は、このBCS理論でも説明できない不思議な現象で、どんどん研究の魅力にはまっていきました。物質中にはたくさんの電子がありますが、一つ一つの電子の性質が完全にわかっていたとしても、それがたくさん集まると、全く予想できない性質を示すことがあります。 ノーベル賞物理学者のP. W. Andersonはこのことを"More is different"(多くなると何かが変わる)という短い言葉に込めました。特に、電子の量子性が重要になるような場合には、通常の電子論では全く説明できない現象が現れます。高温超伝導はこの一例であり、その発現機構解明は物理学者の大きな夢です。この不思議な性質を理解し、制御できれば、様々な新しい機能を創り出すことも可能となるでしょう。

物質系専攻を志す学生へ

ふとアイディアがひらめいた時、それを実験して検証する。これがサイエンスの醍醐味ですが、物性物理学では多彩な現象を扱うので、研究を始めたばかりでもそんな醍醐味が味わえる機会があります。オリジナルな発想を大切に、自由な雰囲気で研究を楽しんでください。

芝内・橋本研究室のメンバー

芝内 孝禎 教授

芝内 孝禎 教授

1990年
東京大学工学部 物理工学科 卒業

1993年
東京大学工学部 物理工学科 助手

1999年
東京大学 博士(工学) 取得

1999年
ロスアラモス研究所 博士研究員

1999年
IBMワトソン研究所 客員研究員(兼任)

2001年
ロスアラモス研究所 オッペンハイマーフェロー研究員

2001年
京都大学大学院工学研究科電子物性工学専攻助教授

2005年
京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻准教授

2014年
東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻教授

橋本 顕一郎 准教授

橋本 顕一郎 准教授

2007年
京都大学理学部 卒業

2012年
京都大学大学院理学研究科物理学・宇宙物理学専攻博士後期課程修了博士(理学)取得

2012年
東北大学金属材料研究所 助教

2019年
東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 准教授

学生の声

芝内先生は、強相関電子系の研究において世界の第一線で活躍されています。その気さくな人柄から国内外問わず幅広い人脈をお持ちで、学生の立場からみても非常に接しやすい先生です。

芝内・橋本研では、高温超伝導現象のメカニズム解明など、固体物理学における重要問題の解決に向けて研究に取り組んでいます。どれも一筋縄ではいかない難問ばかりですが、経験豊富な先生方から的確なアドバイスを頂けるので、研究を前に進めることが出来ます。

芝内・橋本研では学生が自分のペースで研究することを第一に考えており、研究室は圧倒的に自由な雰囲気で、みんな伸び伸びと研究を行っています。また、芝内・橋本研は学生が海外の舞台で研究することを奨励しており、国際会議での発表や、海外の研究機関での滞在は非常に刺激的で、若いうちにこのような経験をさせて頂けたことは今後の人生の糧になると考えています。

石田 浩祐 さん

物質系専攻を志す学生へ

物質の中には無限の可能性が秘められており、より効率的にエネルギーを変換できる物質はないかを探ったり、物質が前例のない性質を示した際にその理由をしっかり理解しておくことは、未来の社会に向けて非常に重要なことだと思っています。物質系専攻は物質科学の幅広い分野をカバーしているので、物性研究をしたい方は興味のある研究室がきっと見つかると思いますし、同じキャンパスにある物性研究所には十分な研究設備があるので、研究環境も満足できるはずです。

お問い合わせ

〒277-8561 千葉県柏市柏の葉5-1-5

東京大学大学院 新領域創成科学研究科

物質系専攻 芝内孝禎教授・橋本顕一郎准教授研究室

04-7136-3774(芝内)

04-7136-4048(橋本)