「Selected Two-Fluid Effects in Soft Condensed Matter」
Helmut R. Brand氏

Sep 20, 2023

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Selected Two-Fluid Effects in Soft Condensed Matter
講　師　：　Helmut R. Brand氏
　　　　　　バイロイト大学
日時: 2023年9月20日(水) 16:00-17:00
場　所　：　北海道大学理学部 2-402
要　旨　：
Key question addressed in this seminar: importance of two-fluid effects on macroscopic and mesoscopic scales in complex fluids. Topics of central importance are immiscibility and velocity differences. Two-fluid hydrodynamics can be applied to materials with two subsystems, which can move relative to each other. The additional macroscopic variables always include the concentration of one component and the relative velocity. The three specific systems covered here are:
1) Smectic clusters in nematic phases: breakdown of flow alignment and sign change of the anisotropy of electric conductivity [1].
2) Clusters above the glass transition in polymer and low molecular weight materials [2].
3) Magnetorheological fluids (MRFs): onset of column formation in magnetic fields [3].


[1] H.R. Brand and H. Pleiner, Phys. Rev. E 103, 012705 (2021).
[2] H. Pleiner and H.R. Brand, Rheol. Acta 60, 675 (2021).
[3] H. Pleiner, D. Svensek, T. Potisk, and H.R. Brand, Phys. Rev. E 101, 032601 (2020).

世話人：　北 孝文
（kita@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学大学院理学研究院物理学部門

「鉄ヒ素超伝導体Ba(Fe_1-x_Co_x_)_2_As_2_における多極子揺らぎによる量子臨界性」
根本 祐一 氏

Aug 03, 2023

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　鉄ヒ素超伝導体Ba(Fe_1-x_Co_x_)_2_As_2_における多極子揺らぎによる量子臨界性
講　師　：　根本 祐一氏
　　　　　　新潟大院自然
日　時　：　2023年8月3日（木）17:00-18:00
場　所　：　北海道大学理学部２号館　2-211（ハイブリッド）
要　旨　：
BaFe2As2にCoで電子ドープすると，Ts = 140 K付近の構造相転移と反強磁性転移が抑制されていき，Co濃度x = 0.03〜0.12で超伝導を示す[1]。構造相転移の量子臨界点(QCP) x = 0.06付近で最大の超伝導転移温度Tsc = 25 Kをもつ。構造相転移は，フェルミ準位近傍のFe2+ (dy’z, dzx’)の2重縮退軌道がもつ四極子の強的秩序によって発生すると考えられる。自然にQCPでの四極子揺らぎと超伝導との関連にも興味が湧く。これまで，電気四極子を直接観測できる超音波実験が精力的に行われた[2-4]。四極子Ox’2-y’2による構造相転移を示すアンダードープx = 0.036では，Tsに向かって弾性定数C66の巨大ソフト化と，超音波吸収係数a66の発散的増大が観測される。他方，構造相転移を示さず超伝導のみを示すオーバードープx = 0.071では，C66のソフト化が超伝導で折れ曲がって停止するのに対し，alpha66はTscに向かって発散的増大を示した。これを説明するため，2電子からなる電気十六極子Hzaと回転wxyとの結合モデルを導き，超伝導と同時に強十六極子秩序が起きていることを報告した[5]。さらに，QCP近傍のx = 0.06での超音波実験を詳細に行った結果，alpha66はx = 0.071と同様にTscに向かって発散的な増大を示した。得られた緩和時間tの臨界指数z nuは，x = 0.071での平均場的なz nu =1に比べて顕著に大きいz nu = 3で50 K以下の温度依存性を再現した[6]。QCP近傍での臨界指数の特異性は，電子系が担う電気四極子と電気十六極子の量子揺らぎが本質的である可能性を浮立たせている[7]。研究の蓄積がある歪みフォノンと電子系との相互作用に加え，回転フォノンを無視できない量子効果の検証が必要となっており，対称・非対称力学を実証するのに有効な超音波実験による取り組みを進めている。

[1] S. Nandi et al., Phys. Rev. Lett. 104, 057006 (2010).
[2] R. M. Fernandes et al., Phys. Rev. Lett. 105, 157003 (2010).
[3] T. Goto et al., J. Phys. Soc. Jpn. 80, 073702 (2011).
[4] M. Yoshizawa et al., J. Phys. Soc. Jpn. 81, 024604 (2012).
[5] R. Kurihara et al., J. Phys. Soc. Jpn. 86, 064706 (2017).
[6] H. Sato et al., JPS Conference Proceedings 30, 011052 (2020).
[7] A. V. Maharaj et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 114, 13430 (2017).

世話人：　柳澤達也
（tatsuya@cris.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院理学研究院

「磁性量子流体のスピン配向性秩序が生み出す新奇な位相欠陥構造」
竹内 宏光 氏

May 16, 2023

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　磁性量子流体のスピン配向性秩序が生み出す新奇な位相欠陥構造
講　師　：　竹内 宏光 氏　
　　　　　　大阪公立大学・講師
日　時　：　2023年5月16日（火）16:30～18:00
場　所　：　北海道大学　工学部　アカデミックラウンジ3
要　旨　：
スピン１の冷却原子気体ボース・アインシュタイン凝縮には、ネマチック液晶のような配向性秩序をもつ相が存在する。この系の配向性は超流動性にかかる量子位相とスピン自由度が結合することで発現することが特徴であり、これをスピン配向性と呼ぶ。最近韓国の実験グループは、この効果に代表される複合欠陥（渦とドメイン壁の複合体）という構造を直接観測することに初めて成功した[1]。発見当初この構造は非平衡過程で現れる準安定な構造とみなされたが、その内部に局所的な強磁性秩序を有して楕円状の超流動速度場を保持する「量子楕円渦」として安定化することが後に明らかになった[2]。このように複数の異なる秩序状態が共存できる系では、位相欠陥の内部構造や外形が従来のものと異なる多彩な構造が起こり得る。孤立した半整数スキルミオン[3]もその一種である。 本講演では 、スピン配向性と量子流体力学に着眼した独自の視点からこれらの現象について紹介する。

[1] Seji Kang, Sang Won Seo, HT, and Yong-il Shin, PRL 122, 095301 (2019)
[2] HT, PRL 126, 195302 (2021)
解説記事：プレスリリース(https://www.osaka-cu.ac.jp/ja/news/2021/210524)
[3] HT, PRA 105, 013328 (2022)
解説記事：プレスリリース(https://www.osaka-cu.ac.jp/ja/news/2021/220209)

世話人：　野村 竜司
(nomuraryuji@eng.hokudai.ac.jp)
北海道大学大学院工学研究院応用物理学部門

「動的に非対称な液体の混合に駆動されるゲル動力学：出自の異なる2つの拡散方程式の結合」
田中 良巳 氏

May 16, 2023

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　動的に非対称な液体の混合に駆動されるゲル動力学：出自の異なる2つの拡散方程式の結合
講　師　：　田中 良巳 氏
　　　　　　横浜国立大学
日　時　：　2023年3月6日(月)　15:00-17:00
場　所　：　北海道大学　工学部　物理工学系大会議室　A 1-17室
要　旨　：
下記文献の内容およびその後の研究の展開について話す。隠れた主題は，一見似た顔を持つが出自の異なる二者の遭遇」だと思っている。ゴムやゲルが溶媒を吸収するときの体積変化のダイナミクスは，1940年代から研究されてきたが，1970年代の田中豊一らの一連の研究により，ゲルの膨潤（或いは収縮）を特徴づける拡散定数は，溶媒の自己拡散定数にくらべ2桁小さく網目の弾性率と溶媒透過抵抗の比として決まる共同拡散定数と呼ばれる量であることが広く受け入れられた。ここでは多成分溶媒中でのゲルの動力学を扱う。ゲルを，例えば水とエチレングリコール（以降EG）のような完全相溶でかつ粘度が大きく異なる2種溶媒の間で溶媒置換した時，ゲルの体積が一時的な極大あるいは極小をとった後，平衡値に緩和する。水-EG間で溶媒置換されるアクリルアミドゲルにおける実験は，置換開始から体積の極値までの時間は，（上述の共同拡散ではなく）溶媒の相互拡散によって決まることを示す。また，モデル計算―２液混合溶媒中で動くゲル網目の力学的釣り合いを多成分の連続体力学で採用される一般的な仮定とオンサーガ―原理で定式化の結果は，溶媒濃度に関する拡散方程式（通常の分子拡散）およびゲル網目の変位場についての拡散方程式（上述の共同拡散；網目の変形エネルギーの緩和と記述）という物理的起源の異なる2つの拡散方程式の間の自然な共役の形を示してくれ，上述の実験結果を説明する。“異なる二者の遭遇”にはもう一つの意味もある。液体の拡散混合を記述する自然な座標系はEuler座標であるが，弾性体であるゲル網目の変形や歪はLagrange座標で書くのが適切である。多成分溶媒中でのゲルの動力学の定式化には，この二つの座標系の使い分けが鍵となる（厳密にするにせよ近似的にするにせよ）。発表では，このあたりの事情についても講演者の理解の及ぶ範囲で言及したい。

[1] Y. Tanaka, M. Seii, J. Sui, M. Doi, J. Chem. Phys. 152, 184901 (2020).

世話人：　折原 宏

（北海道大学大学院工学研究院応用物理学部門）

「高強度テラヘルツ磁場パルスが誘起する非線形スピン応答」
廣理　英基 氏

May 16, 2023

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　高強度テラヘルツ磁場パルスが誘起する非線形スピン応答
講　師　：　廣理　英基 氏　
　　　　　　京都大学化学研究所
日　時　：　2023年4月24日（月）10:30～12:00
場　所　：　北海道大学　工学部　アカデミックラウンジ3
要　旨　：
スピンの非線形超高速ダイナミクスの理解は、基礎科学的な側面からだけでなく、情報伝送・処理・記録用の様々なスピントロニクスデバイスを設計・開発する上でも重要である。典型的な強磁性体ではギガヘルツ領域にスピン歳差振動を持ち、その非平衡状態のダイナミクスがマイクロ波磁場を用いて詳細に調べられてきた。一方、反強磁性体は隣接するスピン間の強い交換相互作用により、より高周波のテラヘルツ（THz）周波数帯に固有モードを持つ。このため、近年THz電磁波と反強磁性体中のスピンとの相互作用が広く研究されている。しかし、これまで反強磁性体のスピンを超高速で制御する研究はほとんど無く、非線形なスピン応答についての理解はほとんど得られていない。本講演では、高強度なTHz磁場パルスの発生、そしてスピンの強励起による高次高調波発生、またTHz磁場パルスによるフロケ状態生成と磁化制御について紹介する。

[1] Seji Kang, Sang Won Seo, HT, and Yong-il Shin, PRL 122, 095301 (2019)
[2] HT, PRL 126, 195302 (2021)
解説記事：プレスリリース(https://www.osaka-cu.ac.jp/ja/news/2021/210524)
[3] HT, PRA 105, 013328 (2022)
解説記事：プレスリリース(https://www.osaka-cu.ac.jp/ja/news/2021/220209)

世話人：　小布施 秀明

（北海道大学大学院工学研究院応用物理学部門）