茨城大学
理工学研究科(理学野)
物理学領域

顔写真
教授

伊賀 文俊

イガ フミトシ
IGA Fumitoshi

その他の所属・職名

  1. フロンティア応用原子科学研究センター 物性物理ユニット長
  2. 理工学研究科(理学野) 理学部物理コース長

プロフィール

  1. (教員からのメッセージ)
    物質開発とその磁性を中心とする種々の物性探索を主たる研究としています。磁性を帯びやすい元素である希土類や遷移金属の新たなホウ化物,酸化物を作り出し,またそれらの純良単結晶を育成して,最先端の面白い現象(重い電子,強相関半導体,新奇な秩序,トポロジカル近藤絶縁体、絶縁体相での量子振動現象解明、金属-非金属転移等)を探っています。また最近では,超高圧合成の手法により,地上では作れない物質の新規開発も進めています。本学の周囲には中性子や放射光等のビーム施設以外に強磁場,長高圧力を扱う高度な研究施設が多数存在しており,これらの機関との共同研究を推進しながら,世界トップレベルの研究を行なっていきます。また国内外の研究機関とも多くの共同研究を進め物性物理に貢献していきます。

経歴

  1. 日本学術振興会 特別研究員(DC) 1987/04/01-1989/03/31
  2. 通商産業省(現経済産業省)工業技術院電子技術総合研究所 電子基礎部電子物性研究室  研究員 1989/04/01-1994/03/31
  3. 通商産業省 工業技術院電子技術総合研究所(現産業技術総合研究所)  電子基礎部電子物性研究室 主任研究員 1994/04/01-1996/03/31
  4. 通商産業省工業技術院  超伝導開発プロジェクト(フェーズ2) 開発官付 1995/04/01-1995/09/30
  5. 電子技術総合研究所 帰任 1995/10/01-1996/03/31
  6. 広島大学 理学部物性学科 助教授 1996/04/01-1998/03/31
  7. 広島大学 大学院先端物質科学研究科 量子物質科学専攻 助教授 1998/04/01-2007/03/31
  8. 広島大学 大学院先端物質科学研究科 准教授 2007/04/01-2011/03/31
  9. 茨城大学 理工学研究科理学専攻 教授(兼任) 2011/04/01-2016/03/31
  10. 茨城大学 理学部物理コース 教授 2011/04/01-現在
  11. 茨城大学 フロンティア応用原子科学研究センター 副センター長(兼任) 2015/04/01-2018/03/31
  12. 茨城大学 大学院理工学研究科 量子線科学専攻 物質量子科学コース 教授 2016/04/01-現在
  13. 茨城大学 フロンティア応用原子科学研究センター 研究部門物性物理ユニット長 兼務教員 2017/04/01-現在
  14. 茨城大学 フロンティア応用原子科学研究センター 研究部門 研究部門長 2018/04/01-2019/03/31

学歴

  1. 東北大学 理学部 物理学科 1982/03 卒業
  2. 東北大学 理学研究科 物理学第2専攻 博士後期 1989/03 修了

学位

  1. 理学博士 東北大学 1989/03

教育・研究活動状況

・近藤半導体の超強磁場(120 T)の磁性研究
・超高圧下(200 GPa超)の物性研究で非金属-金属-超伝導転移と超伝導転移発見
・超高圧下合成(20-30 GPa)で新規のホウ化物、酸化物を開発
・遷移金属酸化物の軌道整列の状態を放射光実験(線2色性)により決定
・トポロジカル近藤絶縁体YbB_12の表面金属状態の研究(光電子分光によるバンド構造決定や絶縁体相での世界初の量子振動現象の発見)
・結晶格子を組むにもかかわらず磁気準結晶状態(フィボナッチ数列に従う)が出現するTmB_4を発見

研究分野

  1. 物性Ⅰ
  2. 物性Ⅱ

研究キーワード

  1. 磁性、強相関電子系、物質開発、超高圧合成

研究テーマ

  1. 超高圧合成による新規希土類ホウ化物の開発 1000トンプレスMAVOによる20GPa級での高圧合成。YbCaB12, YCeB12, YPrB12, YNdB12, SmB12, GdB12の開発 2014/04/01-現在
  2. トポロジカル近藤絶縁体の基礎研究(YbB_12, SmB_6) 強相関半導体の一種、近藤半導体が実はトポロジカル絶縁体(表面が金属,バルクは絶縁体に自然となる)であることを最近明らかにした。光電子分光により,表面の電子状態や,バルクの電子構造を観測した.FZ法により純良単結晶を育成し、その物性を測定する。半導体にも関らず、量子振動が観測され、しかも3次元のバルク由来と考えられている。また表面の2次元フェルミ面とも接続制が良く、その期限が問題になっている。 2015/04/01-現在

共同・受託研究希望テーマ

  1. 20-30 GPaの高圧環境を利用した新素材開発 産学連携等、民間を含む他機関等との共同研究を希望 受託研究,共同研究 産学連携他広く門戸を開けて,高圧環境を駆使した物質作成の場を提供する.
  2. 光集中加熱法による単結晶育成 産学連携等、民間を含む他機関等との共同研究を希望 受託研究,共同研究 最高2800℃の高温空間を作れるクセノン四楕円炉を1997年に開発した.この装置は後に世界的に広がったが,その1号機は茨城大で原液で活躍している.この装置により,希土類ホウ化物の純良単結晶を育成しているが、いろんな金属化合物の結晶育成にも応用できることは実証済みである.アイデアを持ち込んでくれれば,その純良単結晶作りにトライしたい.

競争的資金等の研究課題

  1. 近藤絶縁体における中性フェルミオン励起の観測 科研費 基盤研究(B) 文部科学省 2018/04/01-2021/03/31
  2. 新規カゴ状希土類ホウ化物の超高圧合成と極限条件物性 科研費 基盤研究(C) 文部科学省 2016/04/01-2019/03/31
  3. トポロジカル近藤絶縁体:希土類六ホウ化物の表面ディラックコーンの電子状態の解明 科研費 基盤研究(C) 文部科学省 2015/04/01-2018/03/31
  4. 希土類化合物における圧力誘起絶縁体-金属転移現象の微視的研究 科研費 若手研究(B) 文部科学省 2014/04/01-2016/03/31 希土類化合物における絶縁体ー金属転移の研究はサマリウム(Sm)化合物を中心に行われている。本研究では加圧することで上記の転移を示すSmS、SmB6に着目し、圧力下核磁気共鳴(NMR)実験により転移前後の構造や電子状態について微視的な観測を行った。
  5. パルス強磁場中の超音波測定による強相関電子系の秩序状態の研究 科研費 基盤研究(C) 文部科学省 2013/04/01-2016/03/31

著書

  1. 物性研だより「高圧合成による新規材料開発と高圧下測定技術の集結」 伊賀文俊(茨城大)、上床美也(東大物性研)、関根ちひろ(室蘭工大) 第59巻第3号 p。20-24 東京大学物性研究所 2019/10/01 2019年7月5日から6日まで2日間、東京大学物性研究所(柏市)の大講堂で行われた短期研究会の詳細報告。伊賀が主提案者かつ世話人、副提案者が、受け入れ施設世話人の上床氏と共同研究者の関根氏。高圧合成と高圧下測定技術の国内研究情報を集め、各研究施設の研究現状報告と今後の課題を話し合った。
  2. 希土類ホウ化物の高圧合成 伊賀文俊 日本高圧力学会「高圧力の科学と技術」26巻 no.3 日本高圧力学会 2016/09/01 In this article, recent advances in the fundamental and applied high-pressure synthesis of rare-earth borides, especially RB_12, were reviewed. High pressure equipment using the Walker module has been first introduced to Ibaraki university. It seems very covenant for primary users of high-pressure synthesis to use the equipment. We expect novel materials which have exotic physical properties.
  3. 「物理データ事典」第4章 量子物性 18. 磁性 「18.3. 近藤物質」 伊賀文俊 日本物理学会編集、朝倉書店 2006 強相関化合物の近藤物質の近藤温度の他、特徴的な温度をまとめた

論文

  1. 研究論文(学術雑誌) 共著 Unconventional thermal metallic state of charge-neutral fermions in an insulator Y. Sato, Z. Xiang, Y. Kasahara, T. Taniguchi, S. Kasahara, L. Chen, T. Asaba, C. Tinsman, H. Murayama, O. Tanaka, Y. Mizukami, T. Shibauchi, F. Iga, J. Singleton, Lu Li & Y. Matsuda Nature Physics Nature S41567/ 019, 0552(1)-0552(7) 2019/07/01 /10.1038/s41567-019-0552-2 Quantum oscillations in transport and thermodynamic parameters at high magnetic fields are an unambiguous signature of the Fermi surface, the defining characteristic of a metal. Recent observations of quantum oscillations in insulating SmB6 and YbB12, therefore, have been a big surprise—despite the large charge gap inferred from the insulating behaviour of the resistivity, these compounds seemingly host a Fermi surface at high magnetic fields. However, the nature of the ground state in zero field has been little explored. Here, we report the use of low-temperature heat-transport measurements to discover gapless, itinerant, charge-neutral excitations in the ground state of YbB12. At zero field, sizeable linear temperature-dependent terms in the heat capacity and thermal conductivity are clearly resolved in the zero-temperature limit, indicating the presence of gapless fermionic excitations with an itinerant character.
  2. 研究論文(学術雑誌) 共著 Non-trivial surface states of samarium hexaboride at the (111) surface Yoshiyuki Ohtsubo 1,2, Yuki Yamashita2, Kenta Hagiwara2, Shin-ichiro Ideta3, Kiyohisa Tanaka 3, Ryu Yukawa 4, Koji Horiba4, Hiroshi Kumigashira4,7, Koji Miyamoto5, Taichi Okuda 5, Wataru Hirano6, Fumitoshi Iga6 & Shin-ichi Kimura 1,2 Nature communications Nature 10, 2298(1)-298(7) 2019/05/24 10.1038/s41467-019-10353-3 The peculiar metallic electronic states observed in the Kondo insulator, samarium hexaboride (SmB6), has stimulated considerable attention among those studying non-trivial electronic phenomena. However, experimental studies of these states have led to controversial conclusions mainly due to the difficulty and inhomogeneity of the SmB6 crystal surface. Here, we show the detailed electronic structure of SmB6 with angle-resolved photoelectron spectroscopy measurements of the three-fold (111) surface where only two inequivalent timereversal-invariant momenta (TRIM) exist. We observe the metallic two-dimensional state was dispersed across the bulk Kondo gap. Its helical in-plane spin polarisation around the surface TRIM indicates that SmB6 is topologically non-trivial, according to the topological classification theory for weakly correlated systems. Based on these results, we propose a simple picture of the controversial topological classification of SmB6.
  3. 研究論文(国際会議プロシーディングス) 共著 Material Development of Kondo Insulator Yb1-xCaxB12 by High-Pressure Synthesis Wataru MATSUHRA1, Keisei YOKOMICHI1, Wataru HIRANO1, Shoya KIKUCHI1, Naoyuki UEMATSU1, Hiroyuki NAKAYAMA1, Akihiro KONDO2, Koichi KINDO2, and Fumitoshi IGA1,3* JPS Conference proceedings 日本物理学会 25, 011016(1)-011016(8) 2019/03/28 10.7566/JPSCP.25.011016 It has been recently found that Kondo insulator YbB12 has the metallic state on the surface by transport properties and photoemission spectra etc. To study such exotic state in detail, we have investigated transport and magnetic properties of Yb1-xR3+xB12 (R3+ = non-magnetic trivalent ions). Furthermore, we have succeeded in substitution of Ca2+ for Yb site in YbB12 by high-pressure synthesis. As Ca2+ contents increase, the density of states at Fermi energy D(εF) is expected to decrease gradually. The activation energies have been found to be almost constant in the range of 0 < x < 0.2. This result suggests that coherence of Kondo clouds in Ca-substituted alloys is maintained up to x = 0.2.
  4. 研究論文(国際会議プロシーディングス) 共著 Magnetic and Electrical Transport Properties of TmxR1-xB6 (R = Ca and Yb) Produced by Using High-Pressure Synthesis Fumitoshi IGA1,2*, Wataru HIRANO1, Wataru MATSUHRA1, Hiroyuki NAKAYAMA1, Shoya KIKUCHI1, Takayuki YAMADA2, Akihiro KONDO3, Koichi KINDO3, Tohru IRIFUNE4, and Tohru SHIMMEI4 JPS Conference proceedings 日本物理学会 25, 011017(1)-11017(8) 2019/03/28 10.7566/JPSCP.25.01101725 Production of single phase of TmB6, which is expected to show valence fluctuation with valence = 2.6 by previous study of TmxR1-xB6, has not been reported to date. We have succeeded in synthesis of TmxCa1-xB6 up to x = 0.2 by high-pressure synthesis. The x dependence of lattice parameters in Tm1-xCaxB6 suggests that Tm-valence shows trivalent up to x = 0.2. From the transport and magnetic properties of this alloy, we discuss the possibility that they show non-Fermi liquid behavior.
  5. 研究論文(国際会議プロシーディングス) 共著 Non-magnetic element substitution effect in Kondo insulator YbB12 and exotic surface effect in this alloy system F. Iga, K. Yokomichi, W. Matsuhra, H. Nakayama, A. Kondo, K. Kindo, and H. Yoshizawa AIP Advances AIP Publishing 8/ 10, 101335(1)-101335(5) 2018/10/16 10.1063/1.5045793 Kondo temperature TK’s for Kondo insulator alloys Yb1-xRxB12 (R = Y, Lu, Sc and Zr) show drastic variation as every x increase. It is found that YbB12 in a virtual gap-less state would have a peak at about 25 K in magnetic susceptibility χ(T) from analysis of χ(T) of all these alloys. Up-turns shown in χ(T) below 20 K grow as development of an energy gap ΔE. Those behaviors may be related to the second-gap development within the in-gap state showing metallic behaviors.

研究発表

  1. 口頭発表(招待・特別) Material Design of Light Rare-Earth Dodecaborides by High Pressure Synthesis and Novel Feature of Kondo Insulator YbB12 MRM2019, Materials research Meeting 2019 2019/12/13 URL 近藤絶縁体YbB12最近のトピックと高圧合成による新規希土類12ホウ化物合成の報告
  2. ポスター発表 200GPaを超える高圧下における近藤絶縁体YbB12の電気抵抗と結晶構造 第60回高圧討論会 2019/10/23 近藤半導体YbB12の高圧下超伝導誘起現象の詳細な報告
  3. 口頭発表(一般) 近藤絶縁体YbB12の置換合金及び新規希土類12ホウ化物の作製と物性 第60回高圧討論会 2019/10/23 近藤半導体YbB12の新しい量子振動、高圧下超伝導誘起の紹介と新規希土類12ホウ化物の高圧合成による作製成功とその物性紹介
  4. ポスター発表 Novel dynamical properties in the zero-fieldantiferro-quadrupolar orderedstate of CeB6 International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019 2019/09/27
  5. ポスター発表 Electrical resistivity measurements and structural studies of Kondo semiconductor YbB12 over 200 GPa International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019 2019/09/26

担当授業科目

  1. 情報リテラシー
  2. 外書講読1
  3. 磁性物理学1,2
  4. 量子線科学研究Ⅰ(物質量子)
  5. 量子線科学研究Ⅲ(物質量子)

所属学協会

  1. 日本高圧力学会 2001/04-現在
  2. 日本磁気学会 1989/04-現在
  3. 日本物理学会 1982/04-現在

委員歴

  1. 東京大学物性研究所 東京大学物性研究所パルス強磁場コラボラトリー運営委員会委員 2019/04/01-2020/03/31
  2. 東京大学物性研究所 東京大学物性研究所共同利用施設専門委員会委員 2019/04/01-2020/03/31
  3. 日本物理学会 日本物理学会第75~76期代議員 2019/03/31-2021/03/31
  4. 大学院理工学研究科量子線科学専攻 運営委員会委員 2018/04/01-2019/03/31
  5. 量子線科学専攻 国際シンポジウム実行委員会実行委員長 2017/08/01-2017/12/31