物理学教室年次研究報告
2011 年度
大阪市立大学 大学院理学研究科・理学
部
目次
序 ... 1
2011 年度 物理学教室談話会 ... 3
研究報告
物性物理学講座
超低温物理学研究室 ... 4
光物性物理学研究室 ...10
生体・構造物性研究室 ...13
素励起物理学研究室 ... 27
超伝導物理学研究室 ... 31
電子相関物理学研究室 ... 36
宇宙・高エネルギー講座
宇宙線物理学研究室 ... 39
高エネルギー物理学研究室... 43
重力波実験物理学研究室... 51
宇宙・素粒子実験物理学研究室...62
基礎物理学講座
素粒子論研究室 ... 65
数理物理研究室 ... 68
宇宙物理研究室 ... 74
原子核理論研究室 ... 78
序
2011 年度は，東日本大震災と，それによる福島第一原子力発電所の事故の直後で，未だ 日本社会全体が打ちのめされている状況の中でスタートしました．本学は，被災地視察・ 医療班派遣・ボランティア派遣・被災地に位置する公立大学への支援・放射線に関する正 確な情報の提供等，さまざまな支援を行いましたが，震災・事故は決して終結したとは言 えません．今後も大学あるいは物理学教室として可能な支援を続けることが重要だと思い ます． 大学内部に目を転じれば，より質の高い大学を目指すために，2012 年度（来年度）から の6 年間に対する第二期中期計画を策定しました．大学の普遍的使命である真理の探究は もとより，シンクタンク機能・高度な専門性をもつグローバル人材の育成・国際化への取 り組み等のさらなる充実を重点項目として具体的な行動計画が掲げられています． 本学，また物理学教室として喜ばしい出来事は，2008 年にノーベル物理学賞を受賞され た大阪市立大学名誉教授の南部陽一郎先生に，大阪市立大学特別栄誉教授の称号をお送り させていただくことができたことでした．6 月の贈呈式には実際に大学にお越しいただき， 物理学科の学生とも懇談していただくことができました． 11 月下旬には，大阪市長選挙が行われ，橋下徹市長が誕生しました．これにより，大阪 府立大学との統合へ向けた動きが始まりました．今の段階では将来の不透明さがより増し ている状況ですが，統合の是非はともかく，いずれにしてもこの統合は絶対に成功させな ければなりません．そこでは，社会における大学の，その普遍的な存在意義に対する揺る ぎない信念や哲学が重要であると思います．一方，時代に即して柔軟であるべきことは， 単に流行を追ったり，奇をてらったりするのではなく，ぶれない哲学に根差した戦略的側 面であると思います．選択と集中とよく言われますが，学問においてはむしろ多様性が極 めて重要であると考えます．理学を専門とする立場から感じることですが，概ね，我々の 希望通りに自然界は答えませんし，そのようにもできていません．そして，多くの人が感 じているように，この厳しい社会情勢を好転させる特効薬も存在しないと思います．閉塞 感からの一刻も早い解放を期待するあまり，足元を見失ってはいけない気がします．やは り，地道な努力を続けるしかありませんし，大学としてはその重要性を自ら放棄すること は絶対にあってはならないものと思います． こうした中，2011 年度も物理学教室は活発な教育・研究活動を展開することができまし た．それらの活動内容が本報告に収められております．また，本報告で露わには述べられ ておりませんが，「日本学生支援機構の留学生交流支援制度（ショートステイ，ショートビ ジット）プログラム」に採択され，多くの大学院生が海外で研究し，また海外の大学院生 も物理学教室の研究室で学びました．さらに，理論系においては，「頭脳循環を加速する若 手研究者戦略的海外派遣プログラム」にも採択されました．2012 年 2 月の理学部一般選抜入試で，物理学科は 4.8 倍という高倍率でした．今後も， より魅力ある学科になるために気を一層引き締め，引き続き日々の研鑽を重ねていかなけ ればなりません． 本年度末（2012 年 3 月末）に，丸山稔准教授が早期退職されました．物理学教室や本学 における研究・教育活動に対して長年に亘って御貢献いただきましたことに深く敬意と感 謝の念を捧げますとともに，新しい環境でのますますのご活躍をお祈りいたします． 最後に，本年度の年次報告作成にご尽力いただきました小原顕氏と寺本吉輝氏に感謝致 します． 2012 年 11 月 2011 年度（平成 23 年度）物理学教室主任 清矢 良浩
２０１１年度 物理学教室 談話会
世話人：石原、荻尾、小原
第１回 新入生歓迎物理談話会
日時 ２０１１年４月７日 １５：００〜
場所 学術情報センター 10 F 大会議室
講師 糸山
浩 氏 (数理物理学研究室・教授)
題目 場の量子論のすすめ
第２回 物理教室談話会
日時 ２０１１年６月３日 １４：３０〜
場所 理学部第２講義室
講師 羽澄 昌史 氏（高エネルギー加速器研究機構・教授）
題目 ビッグバン以前を探る—宇宙マイクロ波背景放射偏光観測の最前線
第３回 物理教室談話会
日時 ２０１１年１２月７日 １５：００〜
場所 理学部会議室
講師 宮原 ひろ子 氏 （東京大学宇宙線研究所 特任助教）
題目 太陽活動と宇宙線変動が気候
/気象に及ぼす影響
第４回 物理教室談話会
日時 ２０１１年１２月１４日 １５：００〜
場所 理学部会議室
講師 山本一博（広島大学大学院理学研究科）
題目 加速膨張宇宙の発見と修正重力理論の話題
第５回 年末研究発表会
日時 １２月２７日
場所 学術情報センター
10F 大会議室
修士論文発表会
日時 ２０１２年２月７日
場所 学術情報センター１F 文化交流室
超低温物理学研究室
畑 徹 教 授 石川修六 教 授 矢野英雄 准教授 小原 顕 講 師 永合祐輔 特任助教 國松貴之 ＰＤ (永合祐輔(D5)) 加藤千秋(D4) 笹本征吾(M3) 木村 豊(M2) 西嶋 陽(M2) 小川翔輝(M2) 山口晃史(M2) 久保博史(M1) 福井敦史(M1)研究概要
１．ＮＭＲ法によるエアロジェル中での超流動ヘリウム３の新奇界面現象の研究（石川、畑、 小川、福井） エアロジェルと呼ばれる物質中では、エアロジェルの構成物であるシリカの細い紐 が不純物として働くことが分かっており、液体ヘリウム３の超流動性が抑制される。圧 力と温度を調整すると、バルク液体は超流動だが、エアロジェル中はノーマル液体とす ることが出来る。バルク液体とエアロジェルとの界面近傍に新しい超流動（“奇周波数 クーパー対”）が現れ，帯磁率が増大するという理論予想がある。接合界面での近接効 果の一つであり、バルクの凝縮状態（超伝導、超流動）がｐ波軌道対称性をもつときに 出現が予想されている普遍的な現象と考えられている。これを調べるためにポロシティ 97.5％の試料セルを作製し、圧力7bar、13bar、24barでの測定を行ったが，帯磁率の増 大を示す顕著なデータは得られていない。24barでは、エアロジェル中超流動転移温度よ り十分低温であるにも拘わらず，界面近傍でノーマル状態のままであることを観測した が原因は分かっていない。 ２．第４音波法による平行平板中の超流動ヘリウム３（小原、石川、加藤） 超流動ヘリウム３の研究の新しい局面として、磁場下の狭い平行平板間に閉じ込め られた液体の音波共鳴実験を行っている。目標はＡ相のテクスチャーを制御して、エネ ルギーギャップの異方性を調べることである。３種類の平行平板間（間隔が12µm、25µm、 50µm）を作製し圧力 29barでの音速測定を行ったところ、すべての平板でＡＢ転移に伴 う音速の「とび」を観測し、この「とび」がエネルギーギャップの空間変化に対応して いることをつきとめた。また、50µmの平板中ではＡＢ転移とは関係のない温度において、 テクスチャーの変形に起因するフレデリクシュ転移を観測した。ＡＣ流におけるフレデ リクシュ転移の観測は世界的にも初めてである。今後はより多様な平板間隔と地場の強 さと方向依存性について詳しく調べる予定である。 ３. 超流動ヘリウム４の量子渦と量子乱流のダイナミクス 超流動は、熱エネルギーが奪われた極限の温度で存在する、マクロな量子凝縮相で ある。超流動の渦（量子渦）は、量子凝縮していない常流動を芯として、その周りを量 子化された回転流が流れる構造になる。したがって、量子渦は超流動中で途切れること ができず、端がない渦環か、端が境界(壁)にある付着渦としてのみ存在する。また超流 動の乱流は、流れが量子化されているために、量子渦のみで構成される量子乱流となる。 3.1 超流動ヘリウム４の量子乱流から放出される量子渦環（矢野、畑、西嶋、久保） 量子渦が壁に付着する性質を利用して、壁を振動させることにより、絶対零度でも量 子乱流を生成することができる。我々の研究から、量子乱流から量子渦環が放出され 超流動中を伝播することがわかってきた。量子渦環を検出する新たな手段を開発し、放出される量子渦環の観測によって、量子乱流を構成する渦のダイナミクスの研究を 進めている。 3.2 量子渦のケルビン波探索（矢野、畑、永合） 渦は振動によって、らせん状の波（ケルビン波）がたつ。ケルビン波を調べることで 渦の慣性質量やエネルギー状態を知ることができるが、量子渦のケルビン波はまだ調 べられていない。我々は量子渦が付着した壁を振動させることにより、ケルビン波の 研究を行っている。大きな振動によって量子渦の運動が不安定になり、量子乱流へと 遷移することを明らかにした。今後、小さな振動による渦運動の検出を進めていく。 ４．回転する超流動ヘリウム３の研究（物性研，京大，福井大，岡山大との共同研究） （石川、國松） 超流動ヘリウム３―Ａ相は異方的で、クーパー対は固有の軌道角運動量を持つ。異 方軸が揃った系での巨視的軌道角運動量の有無は未解決問題であり、その検出を目的と して東京大学物性研究所にある超低温度回転クライオスタットを用いてNMR法による共 同利用研究を行っている。検出用の試料セルは、直径0.1mmの1本の細い円筒容器である。 容器形状の影響でいくつかの特異な織目構造（テクスチャー）の出現が期待されている。 A相の形成過程を変えると（冷却・昇温過程もしくは静止下・回転下での相転移過程）、 3種類のNMR共鳴信号を観測した。これらが異なるテクスチャーに起因するものと考え， 今年度は巨視的軌道角運動量の検出の前段階として、円筒容器内にできるテクスチャー の同定を行なった。その結果、３種類のテクスチャーを同定でき、そのうちの１つは、 巨視的軌道角運動量の検出に適したテクスチャー（Mermin-Hoテクスチャー）であること を突き止めた。 ５．寒剤を用いない希釈冷凍機の開発（畑、矢野、小原、石川、山口） 4.5 mＫと世界最低温度を実現したが、パルス管冷凍機一体型であるこのタイプ のドライ希釈冷凍機は、微小な振動が完全には除去できないこと、サイズ的にも小さく する限界があることなどの欠点を有することが判明した。そのため、振動レス、超小型 のドライ希釈冷凍機開発を開始した。分離型であるため、振動が一桁大きいがパルス管 冷凍機より冷凍能力の大きい値段的にも安いGM冷凍機を用い、三重管サイフォンでヘリ ウムガスを循環させることにより希釈冷凍機の冷却をするテストを行った。しかし、三 重管タイプでは冷却ロスが大きいことが判明し、四重管サイフォンによる接続で試験を したところ、希釈冷凍機側の温度として、３０Ｋから１１Ｋに大幅に改善された。今後 は、４Ｋまでの冷却が可能となるように熱ガードを改善する予定である。 ６．熱音響冷凍機の開発（畑、森永、笹本） 熱音響冷凍機は、熱エネルギーと音波エネルギーの変換を利用した冷凍機をさす。廃熱 の再利用ができること、音波媒体は空気などの安全な気体であること、機械的な可動部がな いことなどから、長寿命で環境にやさしい未来型の冷凍機（エアコン）として期待されてい るが、エネルギー変換効率が低く、実際に利用できるレベルには来ていない。昨年度では最 大１０Ｋの温度差しか実現しなかったが、蓄冷器の配置位置、および薄膜の位置の最適条件 を見出し、２０Ｋの温度差を実現し、初めて０℃を切った。蓄冷器の熱交換率を上げれば理 論的にはさらなる冷却が可能となるので、作動気体の圧力を上げるために耐圧の高い金属製 のループ管冷凍機の制作を開始した。 ７．液体ヘリウム４中の大振幅音波の研究（小原、木村） 液体ヘリウム４において大振幅の定在波を励起すると、異常な吸収が観測される。 この吸収率は１００％近い巨大なものであるが、発生は間欠的であり発生条件を見積も るのが大変困難であった。本年度は連続型１Ｋ冷凍機を完成させた。この冷凍機の最大 の特徴は、高精度の温度・圧力制御が長時間維持可能なことである。そのため、過去の
実験データに比べて桁違いに大きなデータを取得する事に成功し、間欠性の統計法則を 導く事に成功した。その結果、異常発生確率とその圧力依存性の観測から、異常吸収は 不均一核形成による泡の発生によるものであることを突き止めた。今後は、泡の発生箇 所の特定と、泡の発生に伴う圧力変動のリアルタイム観測を目指して、新たな装置を建 築する予定である。
教育・研究業績
学 術 論 文1. ‘Acoustic Resonance of Superfluid He-3 in Parallel Plates’, K. Obara, C. Kato, S. Sasamoto, H. Yano, O. Ishikawa, T. Hata, J. Low Temp. Phys., 162, 190-195, (2011).
2. ‘Time-of-flight experiments of vortex rings propagating from turbulent region of superfluid 4He
at high temperature’, Y. Nago, T. Ogawa, K. Obara, H. Yano, O. Ishikawa and T. Hata, J. Low Temp. Phys., 162, 322-328, (2011).
3. ‘Generation and detection of vortex rings in superfluid 4He at very low temperature’, H. Yano, A. Nishijima, S. Yamamoto, T. Ogawa, Y. Nago, K. Obara, O. Ishikawa, M. Tsubota, and T. Hata, J. Phys.: Conf. Series, in press.
4. ‘Anomalous sound absorption of finite amplitude sound in Liquid 4He’, K. Obara, Y. Kimura, H. Yano, O. Ishikawa, M. Tsubota, and T. Hata, J. Phys.: Conf. Series, in press.
国 際 会 議 講 演
1. H. Yano : “Generation and Detection of Vortex Rings in Superfluid 4He using the Transition to Turbulence Generated by Vibrating Wires” (Invited), Workshop on Classical and Quantum Turbulence, May 2−5, 2011, Abu Dhabi, UAE
2. O. Ishikawa : “The Proximity Effect at the Interface between Superfluid 3He-B and Aerogel of 97.5%” (Invited), 26th International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China
3. T. Hata : “Development of Dry Dilution Refrigerator and Temperature measurement with Quartz” (Talk), 26th International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China
4. K. Obara : “Anomalous Sound Absorption of Finite Amplitude Sound in Liquid 4He” (Poster), 26th International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China
5. H. Yano : “Generation and Detection of Vortex Rings in Superfluid 4He at Very Low Temperature” (Poster), 26th International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China
6. C. Kato : “Fourth Sound Resonance of Superfluid 3He in Slab Geometry” (Poster), 26th International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China 7. Y. Sasaki, R. Kado, O. Ishikawa : “NMR/MRI Study of Superfluid 3He in Aerogel” (Poster), 26th
International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China 8. H. Yano : “Propagation of Vortex Rings Emitted from Turbulence in Superfluid 4He at Finite
Temperatures” (Poster), New Frontiers of Low Temperature Physics ULT2011, Aug. 19−22, 2011, KAIST, Daejeon, Korea
9. Y. Kimura : “Anomalous sound absorption of finite amplitude sound in liquid 4He” (Poster), New Frontiers of Low Temperature Physics ULT2011, Aug. 19−22, 2011, KAIST, Daejeon, Korea 10. K. Obara, H. Yano, T. Hata : “Development of Dry Dilution refrigerator and Temperature
Measurement with Quartz Tuning Fork” (Poster), New Frontiers of Low Temperature Physics ULT2011, Aug. 19−22, 2011, KAIST, Daejeon, Korea
International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries, Nov. 1−5, 2011, Laforet Biwako, Shiga, Japan 12. T. Kunimatsu：“Investigation of Intrinsic Angular Momentum of Rotating Superfluid 3He in a
narrow cylinder” (poster), International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena in Condensed Matter with Broken Symmetries, Nov. 1−5, 2011, Laforet Biwako, Shiga, Japan
学 会 ・ 研 究 会 講 演 1. 永合祐輔：「超流動3 He-B相の振動流における量子渦生成機構」 日本物理学会２０１１年秋季大会 ２０１１年９月２１日～２４日 富山大学 2. 矢野英雄：「超流動4 He乱流から放出される量子渦環と常流体との相互摩擦」 日本物理学会２０１１年秋季大会 ２０１１年９月２１日～２４日 富山大学 3. 西嶋 陽：「超流動4He中乱流から放出される渦環の伝播」 日本物理学会２０１１年秋季大会 ２０１１年９月２１日～２４日 富山大学 4. 木村 豊：「液体4 He中の大振幅音波II」 日本物理学会２０１１年秋季大会 ２０１１年９月２１日～２４日 富山大学 5. 加藤千秋：「平行平板内に閉じ込めた超流動3 He中の第4音波共鳴測定III」 日本物理学会２０１１年秋季大会 ２０１１年９月２１日～２４日 富山大学 6. 小川翔輝：「超流動3 He-Bに接するエアロジェル界面での新奇界面現象2」 日本物理学会２０１１年秋季大会 ２０１１年９月２１日～２４日 富山大学 7. 山口晃史：「ドライ希釈冷凍機の開発と温度測定」 日本物理学会２０１１年秋季大会 ２０１１年９月２１日～２４日 富山大学 8. 國松貴之：「細い円筒中の回転超流動ヘリウム３における固有角運動量の探索」（ポス ター）, 第5回物性科学領域横断研究会 ２０１１年１１月１９日〜２０日 東北大学 9. 永合祐輔：「超微細超伝導線振動子による超流動ヘリウム中の量子渦検出」 低温工学・超電導学会関西支部若手合同講演会 ２０１１年１２月２日 大阪市立大学 10. 國松貴之：「細い円筒容器中の回転超流動ヘリウム３のテクスチャーの安定化と固有角 運動量」（招待講演）「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第２ 回領域研究会 ２０１１年１２月１７日〜１９日 岡山大学 11. 石川修六：「エアロジェル中での超流動ヘリウム３の近接効果」（招待講演） 「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」第２回領域研究会 ２０１１年１２月１７日〜１９日 岡山大学 12. 矢野英雄：「量子乱流から放出される量子渦環と常流体との相互摩擦」（講演） 平成２３年度物性研究所短期研究会「量子凝縮系におけるdefectsおよびtopology」 ２０１２年１月５日～７日 東京大学物性研究所 13. 國松貴之：「細い円筒容器中の回転超流動ヘリウム３のテクスチャーの安定化とクーパ ー対の固有角運動量」（講演） 平成２３年度物性研究所短期研究会「量子凝縮系に おけるdefectsおよびtopology」２０１２年１月５日～７日 東京大学物性研究所 14. 石川修六：「超流動ヘリウム3の新奇な界面現象」（講演） 平成２３年度物性研究所短期研究会「量子凝縮系におけるdefectsおよびtopology」 ２０１２年１月５日～７日 東京大学物性研究所 15. 永合祐輔：「量子乱流から放出される渦環の伝播」（ポスター） 平成２３年度物性研究所短期研究会「量子凝縮系におけるdefectsおよびtopology」 ２０１２年１月５日～７日 東京大学物性研究所 16. 小原 顕：「平行平板内に閉じ込めた超流動3 He中の第4音波共鳴」（ポスター） 平成２３年度物性研究所短期研究会「量子凝縮系におけるdefectsおよびtopology」 ２０１２年１月５日～７日 東京大学物性研究所 17. 石川修六：「超流動ヘリウム3・エアロジェル系における実験の現状」（シンポジウム
講演）日本物理学会６７回年次大会 ２０１２年３月２４日～２７日 関西学院大学 18. 加藤千秋：「磁場による平行平板中超流動3 He-Aの織目構造の変化」 日本物理学会６７回年次大会 ２０１２年３月２４日～２７日 関西学院大学 19. 國松貴之：「細い円筒容器中の回転超流動ヘリウム３-A相のテクスチャーの安定化と クーパー対の固有角運動量」 日本物理学会６７回年次大会 ２０１２年３月２４日～２７日 関西学院大学 20. 福井敦史：「超流動3 He-Bに接するエアロジェル界面での新奇界面現象3」 日本物理学会６７回年次大会 ２０１２年３月２４日～２７日 関西学院大学 21. 木村 豊：「液体4 He中の大振幅音波III」 日本物理学会６７回年次大会 ２０１２年３月２４日～２７日 関西学院大学 22. 西嶋 陽：「超流動4 He中乱流から放出された渦環と乱流生成エネルギーの関係」 日本物理学会６７回年次大会 ２０１２年３月２４日～２７日 関西学院大学 23. 久保博史：「超流動4 He乱流から放出される渦環の飛行」 日本物理学会６７回年次大会 ２０１２年３月２４日～２７日 関西学院大学 24. 永合祐輔：「振動子が作る超流動4 He乱流から放出される渦環」 日本物理学会６７回年次大会 ２０１２年３月２４日～２７日 関西学院大学
学位論文
博 士 論 文 1. 永合祐輔：「振動物体による超流動ヘリウム３－Ｂ相の量子渦生成」 修 士 論 文 1. 木村 豊：「液体He中における異常音響吸収」 2. 西嶋 陽：「超流動4He中乱流から放出される渦環の伝播」3.
小川翔輝：「超流動3He-Bに接するエアロジェル界面での新奇界面現象」4.
山口晃史：「ドライ希釈冷凍機の開発と新しい温度測定法の確立」研究助成金取得状況
1. 石川修六：新学術領域研究「対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象」 計画研究「スピン三重項超流動体の新奇界面現象」 ２０１１年度分 ４,７０６万円 2. 畑 徹：日本学術振興会・科学研究費挑戦的萌芽研究 「冷凍機分離型無冷媒希釈冷凍機の開発」 ２０１１年度分 ６５万円 3. 小原 顕：日本学術振興会・科学研究費若手研究（B）「量子音響タブレンスの観測に向 けた極低温ヘリウム中の気泡生成の研究」 ２０１１年度分 ７８万円 4. 矢野 英雄：日本学術振興会・科学研究費基盤研究（B） 「超流動ヘリウム４量子渦の慣性質量と波動の研究」 ２０１１年度分 ８０６万円海外出張および海外研修
1. 矢野英雄： Workshop on Classical and Quantum Turbulence, May 2−5, 2011, New York University Abu Dhabi, Abu Dhabi, UAE, 2011年5月2日～5日, 出席・発表
2. 畑 徹： 26th International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China, 2011年8月10日～17日, 出席・発表
3. 石川修六： 26th International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China, および New Frontiers of Low Temperature Physics ULT2011, Aug. 19−22, 2011, KAIST, Daejeon, Korea, 2011年8月10日～22日, 出席・発表
Beijing, China, および New Frontiers of Low Temperature Physics ULT2011, Aug. 19−22, 2011, KAIST, Daejeon, Korea, 2011年8月10日～22日, 出席・発表
5. 小原 顕： 26th International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China, および New Frontiers of Low Temperature Physics ULT2011, Aug. 19−22, 2011, KAIST, Daejeon, Korea, 2011年8月10日～22日, 出席・発表
6. 國松貴之： 26th International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China, および New Frontiers of Low Temperature Physics ULT2011, Aug. 19−22, 2011, KAIST, Daejeon, Korea, 2011年8月10日～22日, 出席・発表
7. 加藤千秋： 26th International Conference on Low Temperature Physics LT26, Aug. 10−17, 2011, Beijing, China, 2011年8月10日～17日, 出席・発表
8. 木村 豊： New Frontiers of Low Temperature Physics ULT2011, Aug. 19−22, 2011, KAIST, Daejeon, Korea, 2011年8月19日～22日, 出席・発表
その他
永合祐輔 低温工学・超伝導学会関西支部 若手奨励特別賞（信貴賞）受賞、２０１１年 １２月２日、「超微細超伝導線振動子による超流動ヘリウム中の量子渦検出」
光物性物理学研究室
研究概要
1. 光誘起吸収とインピーダンス計測を融合させた有機薄膜太陽電池の研究 (井上、鐘本) π共役ポリマーとフラーレンの混合物は、光励起により高効率な電荷分離を起こし、 光伝導効果を示すことが知られており、太陽電池への応用を目指した研究が盛んである。 実際に、π共役ポリマーの一つである、regioregular型ポリチオフェンとフラーレン誘導 体PCBMの複合体を用いて光伝導素子を作成し、その挙動を、連続光励起下の光誘起吸収 測定及びインピーダンス分光から調べた。インピーダンス測定では、試料の劣化に伴っ て抵抗成分と電気容量成分が顕著に変化することが確認され、それと同時に光誘起吸収 が変化することも確認できた。その結果により、素子劣化時の変化を、分光情報とイン ピーダンス信号というミクロとマクロな視点から明らかにすることに成功した。 2. ポリマー半導体素子の光物性に対するスピンペアの役割の解明(上田、鐘本) π共役ポリマーを中心とした有機半導体は、素子への応用研究が盛んであると同時に、 素子動作における新規物理現象の検証も進められている。中でも半導体素子動作と電子 スピン物性の関係に注目が集まっている。それら半導体およびスピン物性の関係を解明 する上で重要な役割を与えるのはスピンペアと考えられており、それを効果的に実験で 検出する手段の開発が求められてきた。本研究では、光励起下の発光並びに光電流の電 子スピン共鳴（ESR）時の応答を観測することにより、それぞれ、励起子とスピンペア、 並びにキャリアとスピンペアの相関について調べた。その結果、励起子とキャリアそれ ぞれはスピンペア状態と強く相関しており、その相関が光励起下の物性に大きく寄与す ることが明らかとなった。 3. ポリマーELデバイスに対する変調分光計測による三重項状態の計測（金信、鐘本） π共役ポリマーは電圧印加により電界発光（EL）が生じ、その応用性が注目されてい る。そのEL素子動作時においては、キャリアのみならずキャリア間の衝突により生成す る励起子が発生する。MEH-PPVを用いてELデバイスを試作し、デバイス動作とともに発生 するキャリア及び三重項励起子を、変調分光により検出する実験を行った。その結果と して、キャリア及び三重項励起子が、電圧強度とともに生成する様子の検出に成功した。 さらには、電圧印加によりEL発光が生成し、三重光励起子が成長するプロセスの観測に 成功した。これは世界でも初めての例である。 4. π共役ポリマー：フラーレン複合体太陽電池におけるキャリア注入効果の研究（太田、鐘 本） これまで、π共役ポリマーとフラーレンの混合物は、太陽電池への応用を目指した研究 が盛んに行われてきた。太陽電池として動作する場合、光キャリアが生成すると同時に、 印加バイアスに応じてキャリアが外部から注入され、キャリアの振る舞いを正確に追跡す ることが困難になる。本研究では、素子動作と分光技術を融合させたデバイス変調分光を 同太陽電池に適用し、注入キャリアの効果のみを独立に調べた。その結果、注入キャリア の一部が光キャリアと再結合を起こし、それにより太陽電池の効率が低下していることを 明らかにすることができた。 鐘本勝一 准教授 井上 展幸 (M2) 太田 往宏 (M1) 木村 圭吾 (B4) 上田 裕二郎 (M2) 小林 尚子 (M1) 堂本 真也 (B4) 金信 真理子 (M2) 竹本 圭佑 (M1)5. π共役ポリマー：CdSe量子ドット複合体太陽電池に対する分光研究（小林、鐘本） 近年、π共役ポリマーとフラーレンの混合物からなる太陽電池が基礎・応用の両面にお いて研究されているが、最近、フラーレンの移動度を高めることを目指して、π共役ポリ マーと量子ドットからなる太陽電池にも関心が集まっている。この太陽電池はπ共役ポリ マーからホール、量子ドットから電子が光励起により生成することで動作するが、光励起 後の電荷分離過程の機構は未だ不明な点が多い。本研究では、光励起吸収分光法(PIA)及 び、デバイス動作と分光を融合させたデバイス変調吸収分光法(DM)を用いて、π共役ポ リマー/CdSe 量子ドット複合体太陽電池における光キャリア生成過程のメカニズムにつ いて考察を行った。その結果、電極をつける前の薄膜では光励起後効率よく電荷分離が生 じるものの、電極をつけることでその電荷分離が効率よく生じなくなることがわかった。 6. ESRにより発生する分極電流の機構解明（竹本、鐘本） 最近、有機半導体のスピントロニクス素子への応用に期待が集まっているが、なかでも 電子スピン共鳴法(ESR)により、電子スピンを磁場と電磁波で操作し、強磁性体電極なし でデバイスの電流量を制御する試みが報告され、注目を集めつつある。本研究では、ESR による電流発生には、物質中のトラップ電子が影響しているのではないかと考え、トラッ プ電子数が周りの環境に依存しやすい有機半導体を用いたデバイスに着目した。その結果、 ESRによる電流変化が比較的大きな系を発見し、その電流変化の起源を考察し、分極電流 と同定した。その場合、分極電流は物質の誘電率に関係するため、スピンにより誘電率が 変化したことによりESR誘起電流が発生したと考えられる。このように、ESR遷移を誘電率 と結び合わせた例は初めてのものであり、今後の展開が期待できる。
教育・研究業績
学術論文1. Katsuichi Kanemoto, Motoaki Yasui, Tatsuya Higuchi, Daisuke Kosumi, Ichiro Akai, Tsutomu Karasawa, and Hideki Hashimoto, “Spectroscopic investigation of excitons, photocarriers and bias-induced carriers in regioregular poly(3-alkylthiophene).”
Physical Review B83, 205203-1-7 (2011).
2. Katsuichi Kanemoto, Motoaki Yasui, Daisuke Kosumi, Mitsuru Sugisaki, Tsutomu Karasawa and Hideki Hashimoto, “Morphology dependent exciton formation in regioregular poly(3-alkyl)thiophenes", Physica Status Solidi (c) 8, 88-91 (2011).
3. Daisuke Kosumi, Satoshi Maruta, Ritsuko Fujii, Katsuichi Kanemoto, Mitsuru Sugisaki, and Hideki Hashimoto, “Ultrafast Excited State Dyanmics of Monomeric Bacteriochlorophyll a”, Physica Status Solidi (c) 92-95 (2011).
国際会議講演
1. K. Kanemoto, “A Polarization Current Induced by ESR in an Organic Semiconductor Diode”, The 5thJapanese-Russian Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices, Awaji International Conference Center, Awaji Island, Japan. November 13-16, 2011. (Invited). 学会・研究会講演 1. 上田裕二郎, 鐘本勝一, 橋本秀樹「発光及び光電流検出ESRを用いたπ共役ポリマーにお けるスピンペアの研究」日本物理学会2011年秋季大会、富山大学（2011.9.21-24） 2. 金信真理子, 鐘本勝一, 橋本秀樹「デバイス変調吸収分光法からみたポリマーELデバイス の一重項と三重項励起子の関係」日本物理学会2011年秋季大会、富山大学（2011.9.21-2 4） 3. 鐘本勝一，松岡秀展，上田裕二郎，竹本圭佑「有機半導体ダイオードのESRによって誘起
される分極電流」電子スピンサイエンス学会2011、仙台国際センター（2011.11.16-18） 4. 太田往宏，鐘本勝一, 橋本秀樹「ポリマー/フラーレン太陽電池における動的キャリアの 再結合成分の分光観測」 日本物理学会第67回年次大会，関西学院大学（2012.3.24-27） 5. 小林尚子，鐘本勝一, 橋本秀樹「変調分光法を用いたπ共役ポリマー/CdSe複合体太陽電 池における光キャリア生成過程の研究」日本物理学会第67回年次大会，関西学院大学（2 012.3.24-27） 6. 竹本圭佑，上田裕二郎，松岡秀展，鐘本勝一「有機半導体デバイスにおけるESR誘起分極 電流の発現機構の解明」日本物理学会第67回年次大会，関西学院大学（2012.3.24-27） 7. 上田裕二郎，竹本圭佑，松岡秀展，鐘本勝一「π共役ポリマーを用いた有機ダイオードに おけるスピンペアの役割の解明」日本物理学会第67回年次大会，関西学院大学（2012.3. 24-27） 8. 金信真理子，鐘本勝一, 橋本秀樹「素子動作との融合分光法を用いたポリマーEL素子にお ける一重項と三重項励起子生成比の起源の解明」日本物理学会第67回年次大会，関西学院 大学（2012.3.24-27） 特許出願 1. 国際特許：鐘本勝一、松岡秀展、発明の名称「電流制御方法および電流制御装置」、出願 番号：PCT/ JP2011/ 64031、出願人：公立大学法人大阪市立大学、出願日：平成２３年６ 月２０日、 2. 国内特許：鐘本勝一、発明の名称「磁気読取装置、磁気読取方法および磁気記録再生装置」、 出願番号：特願２０１１－２８６８２８、出願人：公立大学法人大阪市立大学、出願日： 平成２３年１２月２７日
学位論文
修士論文 1. 井上展幸：「インピーダンス測定及び分光学的手法を用いたπ共役高分子/フラーレン有 機薄膜太陽電池に関する研究」 2. 上田裕二郎：「π共役ポリマーのデバイス物性におけるスピンペアの役割に関する研究」 3. 金信真理子：「素子動作との融合分光技術を用いたポリマーELの動作ダイナミクスの研究」 研究助成金取得状況 1. 鐘本勝一（代表）：科学研究費補助金 若手研究B 「分光・磁気共鳴技術の融合による有 機半導体デバイスのスピン物性発現機構の解明」270万円 2. 鐘本勝一（分担）：科学研究費補助金 基盤研究（B）「一般光励起高スピンπラジカルの 複合機能化による分子素子への展開「（代表：手木芳男）80万円 3. 鐘本勝一（代表）：研究成果最適展開支援事業(A-STEP): 探索タイプ「電子スピン共鳴現 象を利用した高感度磁気センサーの開発」154万円生体・構造物性研究室
橋本 秀樹 教授 南後 守 特任教授 杉﨑 満 准教授 丸山 稔 准教授 藤井 律子 特任准教授 小澄 大輔 特任准教授 須貝 祐子 特任助教 塚原 侑平 (PD) 堀部 智子 (D2) 丸田 聡 (M2) 浦上 千藍紗 (M2) 井上 和亮 (M1) 千住 直輝 (M1) 長岡 悠也 (M1) 米田 一史 (B4) 重松 佑典 (B4) 田宮 優大 (B4) 繁昌 航平 (B4)研究概要
1. 100フェムト秒時間分解分光による光合成励起エネルギー移動の観察（小澄，丸田，楠本， 浦上，藤井，杉﨑，橋本） 100フェムト秒ポンプ・プローブ分光計測を用いて，海藻類から光合成細菌に至るまで の幅広い種について，その超高速励起エネルギー移動メカニズムを明らかにした．海藻類 の光合成アンテナ系については，結合するカルボニルカロテノイドにおいて発現する，分 子内電荷移動状態の存在が，効率的な光捕集及びエネルギー伝達を行うために必要不可欠 であることが明らかになった．光合成細菌に関しては，結合するカロテノイドを系統的に 変化させた菌体を用い，カロテノイドとバクテリオクロロフィル間の相互エネルギー移動 を詳細にわたり明らかにした．また，発現環境を制御し，特殊なアンテナ系であるLH3複 合体を用い，古くから盛んに研究されている光合成アンテナ系における２つのリング間に おける励起エネルギー移動を調べた（図1）．その結果，リング間におけるエネルギー移 動は，弱結合極限下で記述されるフェルスター速度式で定量的に説明できることを示した （論文[1,2,7-8,20,23]）． 図１ 光合成細菌LH2アンテナ系の色素配列と励起エネルギー移動 2. デバイス動作と分光の融合技術の開発とデバイスへの適用（南後，橋本） カロテノイド分子を中心とした光合成化合物群を太陽光発電に応用するに際しては，デ バイス動作時におけるキャリアの振る舞いを明らかにする必要がある．そのためには，デ バイス動作と分光技術を融合させた手法が有効であると着想し，実際に開発を行った．そ の手法の有効性を確かめるために，カロテノイドの類似物かつ半導体デバイスとしての利用が盛んなπ共役ポリマーのダイオードおよび太陽電池に対して，実際にその手法を適用 した．結果として，ダイオード動作で消費されるポリマー分子の電子構造並びに生成され るキャリアの電子状態を解明し，さらには太陽電池動作に寄与する光キャリアの電子状態 を直接プローブすることに成功した．これらの結果を過渡吸収実験と組み合わせることで， 光励起及び素子動作で消費される電子状態の違いを明確にすることが出来た（論文[9]）． 3. オキナワモズク盤状体からのFCPアンテナタンパク質の単離精製及び色素組成の決定（藤 井，橋本） 褐藻類であるオキナワモズクを単藻培養した盤状体より，フコキサンチン-クロロフィル a/cタンパクを単離精製する手法を完成させ，論文発表した．これは，陸上植物型のアンテ ナに比べるとクロロフィルbの代わりにクロロフィルcをアンテナクロロフィルとして含 むアンテナであり，海洋に広く分布するがあまり知られていない．また，クロロフィルc がカルボキシル基を持つ有機酸であるため，その色素組成，特にクロロフィルa/c比を正確 に決める手法が確立されていなかったが，1H-NMRを利用する事により，この手法を確立 する事に成功した．これらの基礎的な手法の確立を経て，超高速時間分解分光を行い，フ コキサンチン，クロロフィルcからクロロフィルaへのエネルギー伝達機構を解明する手が かりを得た（論文[14,15]）． 4. 光合成アンテナ系色素タンパク複合体に結合したカロテノイドのStark分光（堀部，小澄， 藤井，橋本） 紅色光合成細菌Phaeospirillum molischianum DSM120 由来の周辺アンテナ複合体LH3お よびLH2に結合したカロテノイドにStark分光を適用した．これら二種類では，カロテノイ ド分子周辺の環境の違いがあると考えられる．Stark分光により得られたスペクトルの解析 に際し，LH1に用いてきたような従来の方法を適用できなかった．そこで，得られたスペ クトルを複数のガウス関数型の成分に分解した．分解に際し，二重結合及び単結合の伸縮 振動モードという二種類の成分を考慮した．この解析方法により，LH2及びLH3内でのカ ロテノイドが示す非線型光学パラメータの値の違いが明確になった．また，２種類の伸縮 振動モードの示すStark効果の大きさに違いが見られるという興味深い結果を得た（論文 [24]）． 5. カロテノイドとカロテノイド欠損型Rsp. rubrumサブユニットとの再会合によるLH1複合体 の調製，構造，機能：3,4-ジヒドロアンヒドロロドビブリンとカロテノイド欠損型Rsp. rubrumサブユニットとの再会合（堀部，藤井，南後，橋本） これまでに分子構造の異なる４種類のカロテノイド（スピロキサンンチン，アンヒドロ ロドビブリン，ロドピン，スフィロイデン）を用いて，光合成細菌Rsp. rubrumのカロテノ イド欠損型LH1サブユニットと会合させ，LH1複合体を再会合させる試みを報告した．使 用したカロテノイドは，由来する細菌の種類は異なるものの，いずれも天然のLH1複合体 から抽出単離されたものである．それによると，大部分のカロテノイド（スピロキサンン チン，アンヒドロロドビブリン，スフィロイデン）では，LH1複合体のBChl aのQy吸収体 は通常883(4) nm に極大を有するが，水酸基をもつロドピンを用いた場合のみ，LH1複合 体のBChl aのQy吸収体は881 nmに極大をもつことが示された．この3 nm の極大吸収の短 波長シフトは，僅かではあるが，ロドピン水酸基とBChl aの特殊な相互作用によるものと 考察された．そのことについて，更なる知見を得るため，ロドピンの１位の水酸基がメト キシ基である3,4-ジヒドロアンヒドロロドビブリンをグラムスケールで化学合成し，Rsp. rubrumのカロテノイド欠損型LH1サブユニットと会合させ，LH1複合体を再会合させるこ とを検討した．3,4-ジヒドロアンヒドロロドビブリンの純粋なall-trans体を用いて，LH1複 合体の再会合を検討した．分光器の精度の確認，再会合の条件検討等を精査し，3,4-ジヒ ドロアンヒドロロドビブリンを用いるLH1複合体は883 nmに吸収極大をもつことを明らか にした．このことは水酸基を保護することによりBChl aの相互作用がほぼ消失したことを
意味しており，ロドピン水酸基とBChl aが近傍にあることを裏付ける結果である．また， 3,4-ジヒドロアンヒドロロドビブリンのall-trans体と5-cis体（5-cis-5’-cis体と5-cis-5’-trans体 =2:1）の等量混合物を用いてRsp. rubrumのカロテノイド欠損型LH1サブユニットと会合さ せると，興味深いことにall-trans体が80%の選択性で取り込まれることを確認した（論文 [22]）． 6. Solar燃料生成のための触媒開発に向けて（橋本） 硫黄架橋三核ロジウム，イリジウム錯体は，二酸化炭素の電解還元触媒として知られて いる．同様の骨格構造をもつ様々な金属錯体を合成し，その酸化還元電位をチューニング したより効率的な触媒開発のため，N-ヘテロ環カルベン（NHC）を組み込んだ水硫化物配 位子をもつ単核白金錯体を合成した．さらに，この水硫化物錯体を用いて，硫化物三重架 橋三核錯体の合成を行い，その構造解析を明らかにした．この三核錯体のサイクリックボ ルタモグラム（CV）を二酸化炭素存在下で測定したが，大きな触媒電流は観測されなかっ た．その他，水を完全分解するための酸化触媒の開発に関しても種々検討した（論文 [12,13,17-19,30,31]）． 7. 光電変換機能を持つ光合成蛋白質／色素ナノ構造の構築とその機能解析（南後，橋本） 以下の項目にポイントを置いて，光合成蛋白質色素複合体の２次元配列試料調製と配向 を制御した基板への組織化とその機能評価を行った．そして，光合成で認められている高 効率な太陽光エネルギー変換機能を持つアンテナ系蛋白質色素複合体の人工的な構築と その機能原理を探索した． ① 光合成細菌の反応中心(RC)を含むアンテナ系蛋白質色素複合体（RC-LH1-His）の配向 を制御した基板上での組織化（論文[29]） N末端およびC末端にHis-tag基をもつRC-LH1-Hisを光合成細菌から分子生物学的手 法を用いて発現させて，金電極系への配向を制御した色素複合体の組織化に成功した． その確認は光電流応答ならびに導電性AFMの整流特性から行った． ② 光合成細菌のアンテナ系蛋白質色素複合体（LH2，RC-LH1）の脂質二分子膜中での組 織化と光エネルギー移動能の検討（論文[9]） リポソーム膜中に導入した光合成蛋白質/色素複合体のLH2 およびRC-LH1 と予め 基板上に化学修飾して固定化した脂質二分子膜と膜融合を行い，基板上での光合成色 素複合体のLH2 からRC-LH1への光エネルギー移動の確認と単分子膜の形成をAFM観 察などから確認した．興味深いことに，基板と脂質二分子膜層間に空隙を作成するこ とによって，効率の良い光エネルギー移動を示すLH2 およびRC-LH1 複合体の自己組 織化が認められた． ③ 光合成細菌のアンテナ系蛋白質モデルペプチドを用いた諸種の色素複合体の電極基板 上での２次元組織化とその光電変換機能評価（論文[10,16]） 基板上で配向制御が可能な諸種のRCならびにLH2モデルペプチドを化学合成なら びに遺伝子工学的手法で新たに合成し，金電極基板上でのモデルペプチド/光合成色素 複合体の脂質二分子膜を用いた２次元組織化を行った．その色素複合体の光電流応答 はモデルペプチド分子と色素分子の分子配向とそれらの分子複合体の組み合わせに大 きく依存することがわかった． 8. 共鳴フェムト秒誘導ラマン分光(FSRS)による光合成初期過程の研究（藤井，南後，橋本）
フェムト秒誘導ラマン分光により再会合LH1(Spx)お よびスピリロキサンチン（Spx）溶液の振動状態を観測 した．特に，LH1中で明瞭に観測されるCar S*状態に着 目した．図2は，Car S2励起後の測定結果から，励起状 態それぞれのラマン信号を求めたものである．Hot S1 からS1への振動緩和によるν1モード(C=C伸縮, 1770cm-1 付近)の高周波数シフトは，LH1および溶液で共通に観 測された．しかし，S*に同定されている寿命約5 psの信 号には差があり，LH1中と溶液中では異なる状態にあ ることが明らかとなった．LH1中のS*は，1274, 1350 cm-1にピークを持ち，三重項励起状態T1とほぼ同じで ある．しかし，溶液中のS*solには対応する信号がない． S*はLH1に特徴的な状態であり，光合成初期過程で重 要な役割をもつことを示している（論文[32]）． 9. 前駆励起光を用いた光合成初期過程における光障害保護機構の研究（南後，橋本） 光合成初期過程では光障害保護作用も重要である．これまでに明らかにされた保護作用 は，BChlの三重項状態からCar T1へのエネルギー移動である．我々は，LH1(Spx)において BChlを前駆励起光で励起した場合に，Car中の緩和過程が変化してS*を通したT1生成効率 が高まることを見出した．この過程はCarからBChlへの余分なエネルギー移動を初期過程 において防ぐものであり，新たに発見された光障害保護作用である（論文[26]）． 10. 波長可変励起光による再会合LH1のエネルギー移動効率の評価（南後，橋本） 波長可変励起光によりCar S2準位とBChl Qx準位を選択的に励起してエネルギー移動効 率を比較する手法を開発した．高い精度を得るため，励起光のスペクトル形状およびビー ム形状から励起状態数を正確に見積もった．試料としては，カロテノイドとしてスフェロ イデン（共役長n=10）を再会合した複合体LH1(Sph)と，バクテリオクロロフィルの中心金 属をMgからZnとした複合体（LH1(ZnSph)）を用いている．特に，BChlからCarへの逆向き のエネルギー移動と，効率が小さいCar S1→BChl Qyのエネルギー移動に着目して評価を進 めている（論文[27]）． 11. 氷結晶の成長形と融解形の非対称（丸山） 結晶はミクロな構造異方性をもつために，特定の方位の結晶面がマクロな結晶外形を形 づくる．ゆっくりと成長または融解する結晶では一般的に，成長形は成長速度の遅い方位 の面によって，融解形は融解速度の速い面によって囲まれる．その結果，両者の形には顕 著な違いが表れる．ここでは，氷円盤結晶側面の二回対称系を用いて実験観察を行い，成 長形と融解形の間の非対称性を次の通り明らかにした． 氷円盤結晶は，c 軸方向から見ると丸い円状であるが，c 軸に垂直方向からは，2 枚の平行 な{0001}ファセットとそれらをつなぐ曲面(微斜面とラフ面)が見え，2 回対称になる．この 円盤結晶をアンビル・セル中の圧力下で成長・融解させた．圧力は約500 気圧，温度は-4℃ ～-5℃の範囲で行った．温度を一定にしておくと，アンビル・セル内は圧力も一定値に保 たれ，平衡形が実現される．成長・融解は温度を一定速度で下降・上昇させて起こす．小 さい駆動力のもとではファセットは不動であり，曲面のみが前進・後退する．成長過程で は，微斜面が減衰しラフ面が大きくなる．ラフ方位は平均曲率が減少しながら成長する． 一方融解過程では，微斜面が大きく張り出し，ラフ面は小さくなる．ラフ面の曲率は時間 とともに増加する．成長と融解では，微斜面とラフ面の時間発展およびラフ面の曲率発展 が逆になることが分かった（論文[4]）． 1200 1400 1600 1800 Raman shift (cm-1) Ra m an S igna l S0 S* hot S1 T1 1152 1506 1140 12741350 1491 1500 1356 1272 1129 1136 1232 1502 1770 S1 1216 1500 1740 1152 S*sol 1493 1142 図２ 各励起状態のラマン信号
教育・研究業績
学 術 論 文1. D. Kosumi, T. Kusumoto, R. Fujii, M. Sugisaki, Y. Iinuma, N. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha, H. A. Frank, and H. Hashimoto, “Ultrafast excited state dynamics of fucoxanthin: excitation energy Dependent intramolecular Charge Transfer Dynamics”, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 10762-10770 (2011).
2. D. Kosumi, T. Kusumoto, R. Fujii, M. Sugisaki, Y. IInuma, N. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha, H.A. Frank, and H. Hashimoto, “Ultrafast S1 and ICT state dynamics of a marine carotenoid probed by
femtosecond one- and two-photon pump-probe spectroscopy”, J. Lumin. 131, 515-518 (2011).
3. R. Nakamura, K. Nakagawa, M. Nango, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, “Dark excited states of carotenoids regulated by bacteriochlorophyll in photosynthetic light harvesting”, J. Phys. Chem. B 115, 3233 (2011).
4. M. Maruyama, “Relation between growth and melt shapes of ice crystals”, J. Crystal Growth 318, 36-39 (2011).
5. M. Sugisaki, D. Kosumi, K. Saito, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto, “Strongly coherent coupling of vibronic oscillations in spheroidene”, Physics Procedia 13, 74-77 (2011).
6. S. Maruta, D. Kosumi, T. Horibe, R. Fujii, M. Sugisaki, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto, “The dependence of excitation energy transfer pathways on conjugation length of carotenoids in purple bacterial photosynthetic antennae”, Phys. Stat. Sol. (b) 248, 403-407 (2011).
7. S. Maruta, D. Kosumi, T. Horibe, R. Fujii, M. Sugisaki, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto, “Unusual enhancement of triplet carotenoid formation in pigment-protein complexes as revealed by femtosecond pump-probe spectroscopy”, Physics Procedia 13, 58-61, (2011).
8. T. Kusumoto, D. Kosumi, C. Uragami, H.A. Frank, R.R. Birge, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto, “Femtosecond transient absorption spectroscopic study on a carbonyl-containing carotenoid analogue 2-(all-trans-retinylidene)-indan-1,3-dione”, J. Phys. Chem. A 115, 2110-2119 (2011).
9. A. Sumino, T. Dewa, T. Takeuchi, R. Sugiura, N. Sasaki, N. Misawa, R. Tero, T. Urisu, A.T. Gardiner, R.J. Cogdell, H. Hashimoto, and M. Nango, “Construction and structural analysis of tethered lipid bilayer containing photosynthetic antenna proteins for functional analysis”, Biomacromolecules 12, 2850-2858 (2011).
10. S. Sakai, A. Hiro, A. Sumino, T. Mizuno, T. Tanaka, H. Hashimoto, T. Dewa, and M. Nango, “Reconstitution and Organization of Photosynthetic Antenna Protein Complex Bearing Functional Hydrophilic Domains”, Chem. Lett. 40, 1280-1282 (2011).
11. A.E. Jailaubekov, M. Vengris, S.-H. Song, T. Kusumoto, H. Hashimoto, and D.S. Larsen, “Deconstructing the excited-state dynamics of β-carotene in solution”, J. Phys. Chem. A 115, 3905-3916 (2011).
12. T. Shibata, H. Hashimoto, I. Kinoshita, S. Yano, and T. Nishioka, “Unprecedented diastereoselective generation of chiral-at-metal, half sandwich Ir(III) and Rh(III) complexes via anomeric isomerism on "sugar-coated" N-heterocyclic carbene ligands”, Dalton Trans. 40, 4826-4829 (2011).
13. T. Shibata, S. Ito, M. Doe, R. Tanaka, H. Hashimoto, I. Kinoshita, S. Yano, and T. Nishioka, “Dynamic behaviour attributed to chiral carbohydrate substituents of N-heterocyclic carbene ligands in square planar nickel complexes”, Dalton Trans. 40, 6778-6784 (2011).
14. R. Fujii, M. Kita, M. Doe, Y. Iinuma, N. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha, T. Mizoguchi, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto, “The pigment stoichiometry in a chlorophyll a/c type photosynthetic antenna”, Photosynth. Res. 111, 165-172 (2012).
15. R. Fujii, M. Kita, Y. Iinuma, N. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto, “Isolation and purification of the major photosynthetic antenna, fucoxanthin-chl a/c protein, from cultured discoid germilings of the brown alga, Cladosiphonokamuranus TOKIDA (Okinawa Mozuku)”, Photosynth. Res. 111, 157-163 (2012).
16. T. Ochiai, M. Nagata, K. Shimoyama, T. Kato, T. Asaoka, M. Kondo, T. Dewa, K. Yamashita, A. Kashiwada, S. Futaki, H. Hashimoto, and M. Nango, “Two-dimensional molecular assembly of bacteriochlorophyll a derivatives using synthetic poly(ethylene glycol)-linked light-harvesting model polypeptides on a gold electrode modified with supported lipid bilayers”, ACS Macro Lett. 1, 28-22 (2012).
17. N. Kuwamura, K. Kitano, M. Hirotsu, T. Nishioka, Y. Teki, R. Santo, A. Ichimura, H. Hashimoto, L.J. Wright, and I. Kinoshita, “Redox-controlled, reversible rearrangement of a tris(2-pyridylthio)methyl
ligand on nickel to an isomer with an "N,S-confused" 2-pyridylthiolate arm”, Chemistry - A European
J. 17, 10707-10714 (2011).
18. R. Takada, M. Hirotsu, T. Nishioka, H. Hashimoto, and I. Kinoshita, “Sulfur-bridged Ta–M (M = Mo, Cr) multinuclear complexes bearing a four-electron-reduced dinitrogen ligand”, Organometallics 30, 4232-4235 (2011).
19. Y. Yoshida, R. Miyamoto, A. Nakato, R. Santo, N. Kuwamura, K. Gobo, T. Nishioka, M. Hirotsu, A. Ichimura, H. Hashimoto and I. Kinoshita, “Preparation and structural features of Cu(I)Cu(II) coordination polymers obtained by using tripodal complexes as bridging ligands”, Bull. Chem. Soc.
Jpn. 84, 600-611 (2011).
20. S. Maruta, D. Kosumi, T. Horibe, R. Fujii, M. Sugisaki, R.J. Cogdell, H. Hashimoto, “Excited state dynamics of spirilloxanthin in solution and bound to LH1-RC”, Carotenoid Sci. 16, 26-30 (2011). 21. M. Sugisaki, D. Kosumi, K. Saito, R. Fujii, and H. Hashimoto, “Excitation of coherent vibronic
oscillations in carotenoid molecules by means of four-wave mixing spectroscopy: intermolecular coupling”, Carotenoid Sci. 16, 31-37 (2011).
22. M. Yamamoto, S. Suzuki, M. Kozaki, K. Okada, T. Horibe, Y. Nishisaka, R. Fujii, M. Nango, and H. Hashimoto, “Re-association of 3,4-dihydroanhydrorhodovibrin into LH1 subunits isolated from
Rhodospirillum rubrum”, Carotenoid Sc. 16, 50-53 (2011).
23. D. Kosumi, T. Kusumoto, R. Fujii, M. Sugisaki, Y. Iinuma, M. Oka, Y. Takaesu, T. Taira, M. Iha, H.A. Frank, H. Hashimoto, “Excitation energy dependent excited state dynamics of fucoxanthin”,
Carotenoid Sci. 16, 54-58 (2011).
24. T. Horibe, D. Kosumi, R. Fujii, P. Qian, C. N. Hunter and H. Hashimoto, “Stark spectroscopy of carotenoids bound to the LH3 antenna complexes from a purple photosynthetic bacterium
Phaeospirillum molischianum”, Carotenoid Sci. 16, 38-42 (2011).
25. S. Ikenaka, C. Uragami, T. Kusumoto, R. Fujii, T. Nishioka, H. Hashimoto, and I. Kinoshita, “The absorption spectrum of β-carotene cation radical promoted with metal complexes”, Carotenoid Sci. 16, 20-25 (2011).
26. R. Nakamura, K. Nakagawa, M. Nango, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, “Formation mechanism of dark excited state (S*) of carotenoid in light-harvesting complex”, Carotenoid Sci. 16, 46-49 (2011). 27. T. Yoshioka, R. Nakamura, K. Nakagawa, M. Nango, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, “Excitation
energy transfer in the Zn-bacteriochlorophyll containing LH1 complex”, Carotenoid Sci. 16, 43-45 (2011).
28. A.W. Roszak, V. Moulisova, A.D.P. Reksodipuro, A.T. Gardiner, R. Fujii, H. Hashimoto, N.W. Isaacs and R.J. Cogdell, “New insights into the structure of the reaction centre from Blastochloris viridis: evolution in the laboratory”, Biochem. J. 442, 27-37 (2012).
29. M. Kondo, K. Iida, T. Dewa, H. Tanaka, T. Ogawa, S. Nagashima, K.V.P. Nagashima, K. Shimada, H. Hashimoto, A.T. Gardiner, R.J. Cogdell, and M. Nango, “Photocurrent and electronic activities of oriented-His-tagged photosynthetic light-karvesting/reaction centre core complexes assembled onto a Gold Electrode”, Biomacromolecules 13, 432-438 (2012).
30. Y. Maeda, H. Hashimoto and T. Nishioka, “Synthesis and reactivity of a platinum(II) complex with hydrosulfido ligands induced by a chelated N-heterocyclic carbene ligand”, Chem. Lett. 41, 145-147 (2012).
31. M. Hirotsu, Y. Shimizu, N. Kuwamura, R. Tanaka, I. Kinoshita, R. Takada, Y. Teki, and H. Hashimoto, “Anion-Controlled Assembly of Four Manganese Ions: Structural, Magnetic, and Electrochemical Properties of Tetramanganese Complexes Stabilized by Xanthene-Bridged Schiff Base Ligands”, Inorg. Chem. 51, 766-768 (2012).
32. M. Yoshizawa, R. Nakamura, O. Yoshimatsu, K. Abe, S. Sakai, K. Nakagawa, R. Fujii, M. Nango and H. Hashimoto, “Femtosecond stimulated Raman spectroscopy of the dark S1 excited state of
carotenoid in photosynthetic light harvesting complex”, Acta Biochim. Polon. 59 (2012) 49-52. 33. C. Uragami, E. Yamashita, A. Gall, B. Robert, and H. Hashimoto, “Application of resonance Raman
microscopy to in vivo carotenoid”, Acta Biochim. Polon. 59 (2012) 54-56.
34. T. Horibe, K. Nakagawa, T. Kusumoto, R. Fujii, R.J. Cogdell, M. Nango, H. Hashimoto, “Polarization angle dependence of stark absorption spectra of spirilloxanthin bound to the reconstituted LH1 complexes usingLH1-subunits isolated from the purple photosynthetic bacterium Rhodospirillum
rubrum”, Acta Biochim. Polon. 59 (2012) 97-100.
35. C. Uragami, E. Yamashita, A. Gall, B. Robert, and H. Hashimoto, “Resonance Raman Microscopy of Astaxanthin in the Rat Skin”, Carotenoid Sci. 16, 16-19 (2011).
国 際 会 議 講 演
1. H. Hashimoto, D. Kosumi, S. Maruta, T. Horibe, R. Fujii, M. Sugisaki, and R.J. Cogdell, “A new ultrafast energy dissipation pathway found in a purple bacterial photosynthetic light-harvesting system”, Int. workshop "mechanisms of non-photochemical quenching", Passau, Germany, 6-10 April, 2011 (invited).
2. H. Hashimoto, D. Kosumi, S. Maruta, T. Horibe, R. Fujii, M. Sugisaki, M. Nango, and R.J. Cogdell, “Energy-transfer dynamics between carotenoid and bacteriochlorophyll in the light-harvesting system of purple photosynthetic bacteria as visualized by sub-picosecond pump-and probe and sub-20 fs four-wave mixing spectroscopies”, Light-harvesting processes (LHP) 2011, Banz, Germany, 10-14 April, 2011 (invited).
3. Y. Sugai, A. Sumino, C. Uragami, R. Fujii, T. Nishioka, T. Dewa, I. Kinoshita, M. Nango, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto, “Atomic force microscopy observation of hybrid photosynthetic units using peripheral and core antennae from two different species of photosynthetic bacteria”, Light-harvesting processes (LHP) 2011, Banz, Germany, 10-14 April, 2011.
4. T. Dewa, A. Sumino, N. Watanabe, N. Sasaki, T. Morii, H. Hashimoto, and M. Nango, “Reconstitution of supramolecular assembly of bacterial photosynthetic antenna/reaction center complexes into lipid bilayers: AFM observation, energy transfer, and photocurrent generation of the assembly”, Light-harvesting processes (LHP) 2011, Banz, Germany, 10-14 April, 2011.
5. O. Yoshimatsu, K. Abe, R. Nakamura, S. Sakai, K. Nakagawa, M. Nango, H. Hashimoto, and M. Yoshizawa, “Resonant stimulated Raman spectroscopy of the S1 and S* excited states of carotenoids
in light-harvesting complex”, The 15th int. conf. on time-resolved vibrational spectroscopy, Ascona, Switzerland, 19-24 June, 2011.
6. R. Nakamura, N. Hamada, Y. Kanematsu, K. Abe, and M. Yoshizawa, “Stimulated Raman spectroscopy of the electronic excited state of photoactive yellow protein”, The 15th int. conf. on time-resolved vibrational spectroscopy, Ascona, Switzerland, 19-24 June, 2011.
7. H. Hashimoto, “Energy-transfer dynamics between carotenoid and (bacterio-)chlorophyll in the light-harvesting system of purple photosynthetic bacteria and marine algae”, Int. symp. on activation of dioxygen and homogeneous catalytic oxidation, Bankoku-Shinryokan, Okinawa, 3-8 July, 2011 (invited).
8. A. Sumino, T. Dewa, N. Watanabe, M. Kondo, T. Mizuno and M. Nango, “Reconstitution and structural/functional analysis of photosynthetic membrane protein assembly in lipid bilayers”, The 5th symp. molecular science for supra functional systems, Royton Sapporo, Hokkaido, 11-3 July, 2011. 9. S. Sakai, S. Yamaguchi, M. Kondo, T. Mizuno, K. Nagashima, T. Dewa, T. Tahara, and M. Nango,
“Immobilization of the photosynthetic protein complexes with a defined orientation onto solid supports via specific interactions between yag-peptide-sequences and counterpart-ligands”, The 5th symp. molecular science for supra functional systems, Royton Sapporo, Hokkaido, 11-13 July, 2011. 10. T. Horibe, D. Kousmi, R. Fujii, P. Qian, C.N. Hunter, and H. Hashimoto, “Stark spectroscopy of
carotenoids bound to LH3 antenna pigment-protein complexes from Rhodopseudomonas
molischianum”, The 16th int. symp. on carotenoids, Krakow, Poland, 17-22 July, 2011.
11. D. Kosumi, S. Maruta, R. Fujii, M. Sugisaki, M. Iha, H.A. Frank, and H. Hashimoto, “Excitation energy dependence of intramolecular charge transfer dynamics of fucoxanthin”, The 16th int. symp. on carotenoids, Krakow, Poland, 17-22 July, 2011.
12. C. Uragami, E. Yamashita, A. Gall, B. Robert, and H. Hashimoto, “Application of resonance Raman microscopy to in vivo carotenoid”, The 16th int. symp. on carotenoids, Krakow, Poland, 17-22 July, 2011.
13. M. Yoshizawa, R. Nakamura, O. Yoshimatsu, K. Abe, S. Sakai, K. Nakagawa, M. Nango, and H. Hashimoto, “Dark excited states of carotenoid in photosynthetic light harvesting complex studied by multi-pump spectroscopy”, The 16th int. symp. on carotenoids, Krakow, Poland, 17-22 July, 2011. 14. M. Kondo, K. Harada, S. Nagashima, K.V.P. Nagashima, H. Hashimoto, T. Dewa, and M. Nango,
“Self-assembly of photosynthetic antenna core complex onto a with defined orientation and its photocurrent activity”, Int. conf. on tetrapyrrole photoreceptors of photosynthetic organisms (ICTPPO), Max-Plank-Institute Harnack House, Berlin, Germany, 24-28 July, 2011.
15. H. Hashimoto, “Stark absorption spectroscopy of photosynthetic pigments and pigment-protein complexes”, 18th int. SPACC symp., Whistler, Canada, 3-6 August 2011 (Plenary Lecture).
16. Y. Sugai, A. Sumino, C. Uragami, R. Fujii, T. Dewa, M. Nango, and H. Hashimloto, “Arrangement of pigment-protein complexes in artificial photosynthetic membranes visualized by high-resolution atomic force microscopy”, 18th int. SPACC symp., Whistler, Canada, 3-6 August 2011 (invited).
