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岡山大学 理学部 物理学科

自然科学(理・工)

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先端数物系科学

宇宙物理学分野 素粒子物理学分野 放射光科学分野 磁性・超伝導などの物質科学分野 物性理論分野

理学部 物理学科

http://www.physics.okayama-u.ac.jp/

研究分野の紹介

物理学科では素粒子・宇宙物理学から物質科学まで多岐にわたり、自然界の基本法則を探究する研究が行われています。この様な研究は、世界トップクラスの精密な計測技術を駆使するものです。超大型実験施設や人工衛星、あるいはテーブルトップの実験装置を用い、様々な環境での物理現象のデータを取得し、コンピューター解析も援用しながら、その背後にある基本的原理の解明を行っています。

宇宙・素粒子物理学分野

究極の自然法則を追求し、宇宙の起源の謎の解明に迫る

 宇宙・素粒子物理学は、この世の中を支配している最も基本となる究極の物理法則を追究し、その起源とその進化を解明することを目的とする学問です。そのために宇宙マイクロ波背景放射の人工衛星による精密観測で宇宙の起源を探る研究や、J-PARC加速器・スーパーカミオカンデを用いたニュートリノの研究に携わり、超伝導検出器など実験装置の開発や実験のビッグデータの解析に取り組みます。また、理学部関連研究所「異分野基礎科学研究所」で行うレーザーを用いた新しい素粒子実験も推進しています。
【研究の基盤科学技術と産学連携の可能性】
例えば、人工衛星の極超短波電磁波 (100GHz帯) を用いた研究を実施しています。100-140 GHzの周波数領域での実験測定が可能となる、発振器(出力3dBm)と受信機を設備しており、様々な試料(ビーム径φ2cm程度)の電磁波反射や吸収を評価することができます。

放射光科学分野

最高性能の放射光によるナノサイエンス・新量子機能材料科学

放射光の利用により、物質中の原子・電子の構造や特性を精度良く解析でき、ナノサイエンスや新機能材料の研究開発が加速されています。本校は特に、大型放射光施設SPring-8に近く、多くの教員や学生が利用しています。また広島HiSORには岡山大学ステーションを保有しています。このため単なる施設の利用だけでなく、世界最高性能の放射光を最大限に活かす測定技術の開発もおこなっています。これらを通じ、過去には不可能だった物理現象の原理の解明を目指しています。

【研究の基盤科学技術と産学連携の可能性】
新物質合成や、その評価について多様な技術があります。解析では、学内の最新分析機器のみならず、HiSORやSPring-8といった放射光施設で軟X線や硬X線を用いる多様な解析を行っており、合成や分析技術を提供可能です。
化合物合成では、粉末試料や単結晶を、固相反応、融液法やプラズマ法を含み、多様な技法で合成できます。単なる電気伝導率や誘電率の温度変化だけでなく、電場や磁場、あるいは光などの外場を加え、電気磁気応答、光誘電応答、非線形応答などを計測しています。最近では物質中の相対性理論の効果であるスピン軌道相互作用が強い物質で起こる、トポロジカル物質に関係する構造の対称性を詳しく調べています。
放射光を用いる構造解析、EXAFS、XAS、光電子分光測定、光電子顕微鏡観察や、あるいは逆光電子分光実験も実施可能です。結晶構造解析は、粉末や単結晶試料に対しX線や中性子での構造解析技術を持っています。結晶性が良いものであれば0.1mm程度のサイズでも原子位置を1/10000程度の精度で決定可能です。測定日数は1日あれば充分です。慣れれば一日で数種類の試料の結晶構造を決定することができます。

磁性・超伝導などの物質科学分野

新しい超伝導体の探索と、その原理の解明を目指す

物質中の電子は、クーロン相互作用によりお互いに影響し合っています。特に相互作用の効果が強い強相関電子系は、従来とは異なる風変わりな磁性や超伝導が発現するために、新機能性材料として注目されており、その特性や原理の解明の研究が重点的に行われています。研究の舞台となる新物質の特性解明とともに、低温・高圧・強磁場の極限環境によって現われる新現象の発見と理解を目指し、核磁気共鳴法を始め、様々な手段による研究が行われています。また、薄膜や合金系など応用を視野に入れた研究も行われています。

【研究の基盤科学技術と産学連携の可能性】
さまざまな超伝導材料の合成を行う技術があります。そして超伝導現象の起源に迫るため、核磁気共鳴装置を用いた研究が可能となっています。さらに、mKオーダーの極低温や、超高圧状態の発生技術を保有しています。

物性理論分野

計算機クラスタを駆使する理論計算

遷移元素や希土類元素を含む強相関電子系化合物の電子状態や磁性・超伝導の理論計算を行っています。第一原理計算ソフトウェアを使用した電子構造計算だけでなく、強相関効果を取り入れた量子多体計算により、化合物の強磁性転移温度、強磁性モーメント、角度分解光電子分光スペクトル、軌道秩序、などの計算を行っています。

【研究の基盤科学技術と産学連携の可能性】
材料の電子状態計算については一通りの技術があります。任意の結晶構造についてのバンド構造や電子状態決定などもお手伝いできます。
電子構造計算にはWien2k, VASP,FPLOなどのソフトウェアを使用しています。量子多体計算には動的平均場近似、量子モンテカルロ法、多体摂動論(乱雑位相近似、揺らぎ交換近似)などの理論を用いています。例えば、強相関化合物の電子状態、磁性材料の基礎物性などについて第一原理計算の立場からアプローチできます。

研究に用いる分析機器等

・研究に用いる分析機器等.pdf
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