2022 Fiscal Year Annual Research Report

Physical Properties of Quantum Liquid Crystals

Administrative Group

Project Area	Physical Properties of Quantum Liquid Crystals
Project/Area Number	19H05822
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	芝内孝禎東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (00251356)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	戸川欣彦大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (00415241) 和達大樹兵庫県立大学, 理学研究科, 教授 (00579972) 小林研介東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10302803) 永崎洋国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 首席研究員 (20242018) 大串研也東北大学, 理学研究科, 教授 (30455331) 花栗哲郎国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (40251326) 求幸年東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (40323274) 岡崎浩三東京大学, 物性研究所, 准教授 (40372528) 遠山貴巳東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 教授 (70237056) SHANNON Nic 沖縄科学技術大学院大学, 量子理論ユニット, 教授 (70751585) 木村剛東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (80323525) 有田亮太郎国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (80332592) 有馬孝尚東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (90232066) 紺谷浩名古屋大学, 理学研究科, 教授 (90272533)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords	対称性の破れ / ネマティック / 回転対称性 / 電子液晶 / スピン液晶 / 量子多体効果 / ソフトマター / 量子液体
Outline of Annual Research Achievements	本総括班では、研究活動支援、共通設備管理運営、若手育成支援、広報活動、国際活動支援の5つの部会を設け、領域の運営を行っている。2022年度では、第2期公募研究として26名の研究代表者をお迎えし、6月に2日間にわたるキックオフミーティングを東京大学柏キャンパスにて開催した。感染対策により長らくオンライン開催が続いたが、対面が主となる開催が可能となった。研究活動支援として、11月に物性科学に関連した新学術領域研究・学術変革領域研究(A)が合同で開催する第16回物性科学領域横断研究会（オンライン開催）を主催し、領域紹介や研究発表などを行った。12月8日から10日には、令和4年度領域研究会を名古屋大学で開催し、活発な議論を行った。さらに、1月6日、7日に若手を中心とした議論の場として、量子物質開発フォーラムを東北大学で開催した。また、3月に行われた日本物理学会2023年春季大会では、共催シンポジウム（領域8,3,6,7）「金属、スピン系、超伝導体における様々な量子液晶状態」を開催し、300名近い聴衆を集め、活発な議論が行われた。共通設備管理運営では、昨年度までに導入したすべての共通設備が順調に稼働している。若手支援として、コロナ禍でストップしていた若手海外派遣支援を再稼働させ、10名の若手研究者の支援を行った。また、領域研究会にて、第4回QLC若手研究奨励賞を2名に授与した。広報活動としては、領域ホームページの充実化を図るとともに、2編のニュースレターを発行し、関係者に送付・公開した。さらに、領域の動画サイト「QLCチャンネル」では、研究成果の解説に関する5本の動画を公開した。国際活動として、欧米各国を含む10の共同研究ネットワークを結ぶ国際プロジェクトQuantum Materials Accelnetに日本を代表して参画した。これを利用し、若手研究者の国際交流を加速する。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 本新学術領域研究では、様々な固体物質において量子多体効果により発現する、液晶に類似した電子状態を対象とし、「量子液晶」という概念によって統一的に取り扱うことにより、その普遍性と多様性の基礎学理を探求することを目的としている。現在までに、様々な新規量子液晶状態が新たに見出され、実験と理論の連携により、その理解も着々と進んでいる。2021年度に行われた中間評価では、、Ａ＋（研究領域の設定目的に照らして、期待以上進展が認めれる）の評価結果を得ている。 2022年度では、新しい超伝導メカニズムとして理論的に提唱されていた、「量子液晶ゆらぎによる電子対形成」に関して、反強磁性などの他の秩序を持たない、量子液晶秩序のみを持つ超伝導体Fe(Se,Te)において、量子液晶の量子臨界点の存在、およびその量子臨界点近傍で超伝導電子対強度が増大することを実験的に明らかにした。この結果は、量子臨界点において増大する量子液晶ゆらぎが超伝導を増強することを実証した初めての結果であり、量子液晶ゆらぎを媒介とした電子対形成が可能であることを示したものである。国際的な認知も格段に進んでおり、量子マテリアルに関する研究ネットワークを結ぶ国際スーパーネットワークQuantum Materials Accelnetへの参画は、日本では本新学術領域「量子液晶の物性科学」のみである。以上のことから、本新学術領域研究は当初の計画以上に進展していると判断する。
Strategy for Future Research Activity	最終年度にあたる2023年度では、研究会等を対面のみの開催に切り替え、研究者の交流を促進し、量子液晶の物性科学の学理構築に向けて研究を加速する。研究活動支援においては、物性科学領域横断研究会、領域研究会などを開催、QLCセミナーも充実化させる。また、好評を得ている論文投稿費に対する支援を継続し、領域メンバーの研究費の確保につなげる。若手育成支援としては、国際会議や若手国際スクールへの参加支援を行うとともに、若手研究者の研究成果を議論し合う場として有効な、QLC若手コロキウムを継続的に開催する。また、国際スーパーネットワークQuantum Materials Accelnetプログラムを活用し、本領域のメンバーの研究室に所属する若手研究者の短期海外滞在や、メンバーの研究室での外国のポスドクの滞在受け入れ等を進め、国際共同研究を推進する。広報活動では、引き続きQLCチャンネルの充実化と年2回程度のニュースレターの発行を目指し、量子液晶の概念の浸透を目指す。また、量子液晶に関する解説記事の執筆を行う。国際活動支援については、8月8－10日の日程で北海道大学にて、国際会議「International Conference on Quantum Liquid Crystals 2023 (QLC2023)」を開催し、国際的な浸透をさらに推し進める。