第156回 コロキウム

【日時】2025年12月26日(金) 16:00-17:30
【講演者】沙川 貴大 氏（東京大学大学院工学系研究科）
【場　所】理学部4号館1220号室
【タイトル】情報熱力学：歴史から最前線まで

 December 26, 16:00-17:30
 Department colloquium by SAGAWA Takahiro.　
（Department of Bioengineering School of Engineering, The University of Tokyo.）

情報と熱力学の関係は、19世紀の思考実験である「マクスウェルのデーモン」以来、物理学の根幹に関わる問題の一つとして議論されてきましたが、近年そこに新しい光が当たっています。とくにこの15年ほどで、情報と熱力学的エネルギーを相互に変換する原理限界が、非平衡統計力学の観点から理論的に明らかになってきたのみならず、実験でも検証されるようになってきました。本講演では、情報熱力学の研究の流れと、最新の進展についてご紹介します。とくに、最適輸送理論を用いた有限時間の熱力学や、量子制御と熱力学の関係について、我々の理論および実験の最近の研究についてお話しします。

 

 

第157回 コロキウム

【日時】2026年1月23日(金) 16:00-17:30
【講演者】寄田 浩平 氏（東京大学大学院理学系研究科）
【場　所】理学部4号館1220号室
【タイトル】新しい素粒子物理への挑戦： 暗黒物質 × 素粒子実験 × 未来展望

 January 23, 16:00-17:30
 Department colloquium by Kohei Yorita.　
（Department of Physics,The University of Tokyo.）

本講演では、高エネルギー素粒子物理学実験の最前線の現状と将来を紹介する。 現代物理学最大の謎である暗黒物質を軸に、宇宙のエネルギーの大半を占めるものの、正体が未解明な暗黒物質の性質や主要候補を整理する。探索の中心的役割を担う加速器実験に焦点を当て、LHCによる新粒子生成の可能性や次世代の加速器計画が拓くパラメータ空間について紹介する。また、地下直接検出実験や宇宙観測との相補的関係を示し、複数手法を統合することで暗黒物質の手がかりに迫る現代的戦略を概観する。

 

 

第153回 コロキウム

【日　時】2025年10月3日(金) 16:00-17:30
【講演者】Jacco Vink 氏（アムステルダム大学）
【場　所】理学部4号館1220号室
【タイトル】Supernova remnants as Galactic cosmic-ray accelerators

 October 3, 16:00-17:30
 Department colloquium by  Jacco Vink.　
（University of Amsterdam）

【講演者紹介】 Jacco Vinkアムステルダム大准教授は、高エネルギー宇宙物理観測で多くの成果を上げられ、国際的に活躍されている宇宙物理学者です。特に星の死の際の大爆発「超新星爆発」の残骸の秒速数千kmにもなる衝撃波面で電子が超相対論的になるまで加速している様子を発見、また電子からのシンクロトロンX線の偏光を世界で初めて測定し、加速現場の磁場に関する知見を初めて明らかにするなど、多大な成果をあげておられます。これらの成果が認められ、2025年にHumboldt Research Awardを受賞しておられます。

【講演内容】 宇宙線とは宇宙空間を飛び交う超高エネルギー荷電粒子で、銀河アウトフローや星間分子生成、地上の生命にも影響を与える宇宙の基本構成要素です。にも関わらず、1911年の発見以来その起源は明らかになっておらず、宇宙物理最大の謎の一つです。 宇宙線のエネルギーはGeV程度から10^20 eVまで極めて広い範囲に分布しています。このなかでもPeVから場合によっては3x10^18 eV程度までは銀河系内で加速されていると考えられています。 本講演では、この銀河系内で加速されている宇宙線に焦点をあてます。現在まで、銀河宇宙線生成に最も貢献しているのは超新星残骸の衝撃波だと考えられてきました。実際にX線やガンマ線の観測により加速の証拠が見つかりつつあります。しかし、100 TeV – 3 PeV 付近まで加速できるかはまだ激しい議論が続いています。このトピックについて、特にこの10-20年の間に観測的に分かってきたこと、加速に重要な磁場の測定などについて概観し、誰が100TeV以上の宇宙線を加速しているのか議論します。

【要旨】 Cosmic rays are energetic particles, mostly ions, that have been accelerated by powerful sources in the Universe.  Although discovered in 1911, their origins are still surrounded by mystery. This is all the more regrettable as cosmic rays are known to regulate molecular processes and help to drive galactic outflows, and may even have influenced life on Earth. The cosmic-ray spectrum covers the energy range of ~GeV up to 10^20 eV. From the energy distribution and from other considerations it is known that particles up to a few PeV, or may be even up to 3x10^18 eV, must originate from within the Milky Way. In this talk I will focus on the cosmic rays of Galactic origin. For a long time supernova remnant shocks have been suspected to be the largest contributors to the pool of Galactic cosmic rays. I will review the observational evidence that they do indeed accelerate cosmic rays, and that the sources regulate their own environments in such a way that they can accelerate to at least 10-100 TeV. This evidence comes from both X-ray and gamma-ray observations. However, it is still not clear whether supernova remnants are responsible for the cosmic ray energies from 100 TeV to 3 PeV. I reveal what we have learned observationally about cosmic reacceleration by supernova remnants during the last 10-20 years, including what we learned about an important ingredient for acceleration: magnetic fields. I will also discuss current thought about which sources could be responsible for cosmic-ray acceleration beyond 100 TeV.

第154回 コロキウム

【日　時】2025年10月17日(金) 16:00-17:30
【講演者】張 奕勁 氏（東京大学大学院理学系研究科）
【場　所】小柴ホール
【タイトル】二次元物質の対称性制御による物性開拓

 October 17, 16:00-17:30
 Department colloquium by ZHANG, Yijin.　
（Department of Physics,The University of Tokyo.） 

2004年に黒鉛(グラファイト)の厚みを原子程度まで薄くしたグラフェンの抽出と量子輸送測定の成功が報告されたことを契機に、世界中で二次元物質の研究が世界中で行われるようになった。二次元物質はバルク物質と比較して対称性を制御する自由度が高いことが特徴である。対称性は様々な物理現象の出現可否を決定する重要な要素である。二次元物質では、結晶多型や層数による対称性の違いだけでなく、人工積層法を用いた積極的な対称性制御も可能である。　  　我々は二次元物質の中でも遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)を対象に、対称性を変化させることで出現する物性の変化を研究してきた。本講演では、Berry曲率やBerry接続に由来する物理現象や次元性の制御などについて紹介する。

 

第155回 コロキウム

【日　時】2025年11月21日(金) 16:00-17:30
【講演者】Kyung-Jin Lee 氏（Korea Advanced Institute of Science and Technology）
【場　所】理学部4号館1220号室
【タイトル】Longitudinal Spin Pumping and Quantum Spin Transfer

 Ｎovember 21, 16:00-17:30
 Department colloquium by Kyung-Jin Lee .　
（Korea Advanced Institute of Science and Technologÿ.）

【アブストラクト】 Previous spin pumping studies have focused solely on transversal spin pumping arising from classical magnetization dynamics, which corresponds to precessing atomic moments with constant magnitude. However, longitudinal spin pumping arising from quantum fluctuations, which correspond to a temporal change in the atomic moment’s magnitude, remains unexplored. We experimentally investigate longitudinal spin pumping using FeRh [1], which undergoes a first-order antiferromagnet-to-ferromagnet phase transition during which the atomic moment’s magnitude varies over time. By injecting a charge current into a FeRh/Pt bilayer, we induce a rapid phase transition of FeRh in nanoseconds, leading to the emission of a spin current to the Pt layer. The observed inverse spin Hall signal is about one order of magnitude larger than expected for transversal spin pumping, suggesting the presence of longitudinal spin pumping driven by quantum fluctuations and indicating its superiority over classical transversal spin pumping. We will also discuss quantum spin transfer from correlated electron pairs, which offers a platform to test the validity of the independent electron approximation for spin transfer [2]. References [1] T. Lee et al. Signatures of longitudinal spin pumping in a magnetic phase transition. Nature 638, 106 (2025). [2] S. Hwang et al. Manuscript in preparation.

【講演者紹介】 Kyung-Jin Lee教授は、スピントロニクス研究の世界的第一人者であられ、基礎物理から次世代デバイス応用まで幅広く先駆的な研究を展開されておられます。特に、磁気トンネル接合（MTJ）におけるスピントランスファートルクの制御や、スピン軌道トルク（SOT）を利用した垂直磁化反転の実現に成功し、SOT-MRAMの実用化に大きく貢献されてこられました。近年は低消費電力化や結晶非対称性を活用したスピン流生成技術でも成果を挙げ、分野を牽引されておられます。 それらの功績により2022年にはアメリカ物理学会フェロー、2023年には韓国科学技術功労メダルなど多くの賞を受賞されておられます。

【講演内容】 本講演では、これまで主に古典的な磁化ダイナミクスに起因する横方向スピンポンピングに注目されてきた中で、新たに量子揺らぎに起因する縦方向スピンポンピングの実験的検証について紹介します。 講演者らは、FeRhの一段階の反強磁性から強磁性への相転移過程で時間的に変動する原子磁気モーメントの大きさを利用し、FeRh/Pt二層膜に電流を注入してナノ秒オーダーで急速な相転移を誘起することに成功しました。その結果、Pt層へのスピン流放出を観測し、逆スピンホール効果の信号が従来の横方向スピンポンピングの予想値より約10倍大きいことを示しました。 これは量子揺らぎに基づく縦方向スピンポンピングの存在とその優位性を示唆しています。 さらに、強い電子相関を有する電子ペアからの量子スピントランスファーについても議論し、スピントランスファーにおける独立電子近似の妥当性を検証する新たなプラットフォームを提示します。 最新のスピントロニクス研究において重要な知見を得られる素晴らしい機会ですので、ぜひ、ご参加ください。